Transcript accumulateur au plomb - LYCEE MARC BLOCH Val-de

L'accumulateur au plomb
Deux électrodes en plomb sont dans une solution d’acide sulfurique
Électrode
en plomb
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
L'accumulateur au plomb
L’une des électrodes est recouverte d’oxyde de plomb PbO2
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
L'accumulateur au plomb
Des connecteurs permettent de relier les électrodes
à un circuit électrique
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
L'accumulateur au plomb
Le fonctionnement met en jeu deux couples redox
PbO2/Pb2+
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
Pb2+ /Pb
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
L'accumulateur au plomb
Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons :
Pile
Électrolyse
transformation
spontanée
forcée
type de dipôle
générateur
récepteur
fonctionnement
décharge
charge
L'accumulateur au plomb
Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons :
Pile
Électrolyse
transformation
spontanée
forcée
type de dipôle
générateur
récepteur
fonctionnement
décharge
charge
L'accumulateur au plomb
Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons :
Pile
Électrolyse
transformation
spontanée
forcée
type de dipôle
générateur
récepteur
fonctionnement
décharge
charge
L'accumulateur au plomb
Cet accumulateur peut fonctionner de deux façons :
Pile
Électrolyse
transformation
spontanée
forcée
type de dipôle
générateur
récepteur
fonctionnement
décharge
charge
L'accumulateur au plomb
Étude de la décharge
Lors de la décharge, l’accumulateur se comporte comme une pile.
Décharge de l'accumulateur au plomb
On relie les bornes par un circuit électrique
mA
R
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
COM
A
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
Décharge de l'accumulateur au plomb
L’ampèremètre mesure une intensité positive
mA
R
i
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
i
COM
A
i
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Cela permet de définir les polarités des bornes
mA
R
i
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
i
COM
A
i
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Dans le circuit électrique, le courant est du à la circulation des électrons
mA
R
i
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
e-
i
COM
A
i
eÉlectrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Les électrons sont libérés par l’oxydation du plomb
mA
R
i
i
COM
A
i
e-
e2ePb2+
Pb
Oxydation
Pb = Pb2+ + 2 e-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Cela consomme le plomb de l’électrode
mA
R
i
i
COM
A
i
e-
e2ePb2+
Pb
Oxydation
Pb = Pb2+ + 2 e-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Cela consomme le plomb de l’électrode
mA
R
i
i
COM
A
i
e-
e2ePb2+
Pb
Oxydation
Pb = Pb2+ + 2 e-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Les électrons sont consommés par la réduction de l’oxyde de plomb
mA
R
i
i
COM
A
i
e-
e-
2e-
2ePbO2
Pb2+
Réduction
PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O
Pb2+
Pb
Oxydation
Pb = Pb2+ + 2 e-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Cela consomme l’oxyde de plomb qui recouvre l’électrode
mA
R
i
i
COM
A
i
e-
e-
2e-
2ePbO2
Pb2+
Réduction
PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O
Pb2+
Pb
Oxydation
Pb = Pb2+ + 2 e-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Cela consomme l’oxyde de plomb qui recouvre l’électrode
mA
R
i
i
COM
A
i
e-
e-
2e-
2ePbO2
Pb2+
Réduction
PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O
Pb2+
Pb
Oxydation
Pb = Pb2+ + 2 e-
Décharge de l'accumulateur au plomb
Cela permet de définir la nature des électrodes
mA
R
i
i
COM
A
i
e-
e-
CATHODE
ANODE
2e-
2ePbO2
Pb2+
Réduction
PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O
Pb2+
Pb
Oxydation
Pb = Pb2+ + 2 e-
Décharge de l'accumulateur au plomb
L’équation est celle du fonctionnement spontané :
Oxydation à l’anode
Pb = Pb2+ + 2 e-
Réduction à la cathode
PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O
borne -
borne +
Équation PbO2 + Pb + 4 H+ = 2 Pb2+ + 2 H2O
La décharge de l’accumulateur au plomb consomme les solides des
électrodes et des ions H+ de l’électrolyte (le pH augmente).
L'accumulateur au plomb
Étude de la charge
Lors de la charge, il se produit une électrolyse.
Il faut utiliser un générateur pour «charger» l’accumulateur.
Charge de l'accumulateur au plomb
On relie les bornes par un circuit électrique contenant un générateur
La borne + du générateur est reliée à l’électrode d’oxyde de plomb
générateur
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
Charge de l'accumulateur au plomb
Le générateur impose le sens du courant
i
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
générateur i
Électrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
Charge de l'accumulateur au plomb
Dans le circuit électrique, le courant est du à la circulation des électrons
i
Électrode
en plomb
recouverte
d’oxyde
de plomb
e-
générateur i
eÉlectrode
en plomb
Solution concentrée d’acide
sulfurique : 2 H+ ; SO42-
Charge de l'accumulateur au plomb
Les électrons sont consommés par la réduction des ions plomb II
i
e-
générateur i
e2ePb2+
Pb
Réduction
Pb2+ + 2 e- = Pb
Charge de l'accumulateur au plomb
Cela forme du plomb solide qui se dépose sur l’électrode
i
e-
générateur i
e2ePb2+
Pb
Réduction
Pb2+ + 2 e- = Pb
Charge de l'accumulateur au plomb
Cela forme du plomb solide qui se dépose sur l’électrode
i
e-
générateur i
e2ePb2+
Pb
Réduction
Pb2+ + 2 e- = Pb
Charge de l'accumulateur au plomb
Les électrons sont libérés par l’oxydation des ions plomb II
i
générateur i
e-
e-
2e-
2ePbO2
Pb2+
Oxydation
Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e-
Pb2+
Pb
Réduction
Pb2+ + 2 e- = Pb
Charge de l'accumulateur au plomb
Cela forme de l’oxyde de plomb qui se dépose sur l’électrode
i
générateur i
e-
e-
2e-
2ePbO2
Pb2+
Oxydation
Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e-
Pb2+
Pb
Réduction
Pb2+ + 2 e- = Pb
Charge de l'accumulateur au plomb
Cela forme de l’oxyde de plomb qui se dépose sur l’électrode
i
générateur i
e-
e-
2e-
2ePbO2
Pb2+
Oxydation
Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e-
Pb2+
Pb
Réduction
Pb2+ + 2 e- = Pb
Charge de l'accumulateur au plomb
Cela permet de définir la nature des électrodes
i
générateur i
e-
e-
ANODE
CATHODE
2e-
2ePbO2
Pb2+
Oxydation
Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e-
Pb2+
Pb
Réduction
Pb2+ + 2 e- = Pb
Charge de l'accumulateur au plomb
L’équation est celle du fonctionnement forcé :
Oxydation à l’anode Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 eRéduction à la cathode
Pb2+ + 2 e- = Pb
Équation 2 Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + Pb + 4 H+
La charge de l’accumulateur au plomb forme les solides des
électrodes et des ions H+ de l’électrolyte (le pH diminue).
L'accumulateur au plomb
Décharge
Charge
transformation
spontanée
forcée
type de dipôle
pile
récepteur
anode
cathode
- de la pile
reliée au - du générateur
cathode
anode
+ de la pile
reliée au + du générateur
électrode de Pb
électrode de PbO2
L'accumulateur au plomb
Décharge
Charge
transformation
spontanée
forcée
type de dipôle
générateur
récepteur
anode
cathode
- de la pile
reliée au - du générateur
cathode
anode
+ de la pile
reliée au + du générateur
électrode de Pb
électrode de PbO2
L'accumulateur au plomb
Décharge
Charge
transformation
spontanée
forcée
type de dipôle
générateur
récepteur
anode
cathode
- de la pile
reliée au - du générateur
cathode
anode
+ de la pile
reliée au + du générateur
électrode de Pb
électrode de PbO2
L'accumulateur au plomb
Décharge
Charge
transformation
spontanée
forcée
type de dipôle
générateur
récepteur
anode
cathode
- de la pile
reliée au - du générateur
cathode
anode
+ de la pile
reliée au + du générateur
électrode de Pb
électrode de PbO2
Les accumulateurs
Il n’y a pas que des accumulateurs au plomb.
Il existe de nombreux autres types d’accumulateurs :
- nickel-cadmium (Ni-Cd)
- nickel-hydrure métallique (Ni-MH)
- lithium-ion (Li-ion)...
L’expression « pile rechargeable » est souvent
utilisée à tort pour désigner un accumulateur.
Les batteries comme celle de démarrage des automobiles ou celles des
téléphones portables sont constituées de plusieurs accumulateurs associés
en série (pour augmenter la f.é.m.) et/ou en parallèle (pour augmenter
l’énergie emmagasinée).