PFE - batterie FINAL 2 (Réparé)1.docx

Université Sidi Mohammed Ben Abdallah Ecole Supérieure de Technologie – Fès Département  !énie des d es "rocédés Filière  !énie des "rocédés

Projet de fn d’études Conception et réalisation d’un prototype d’un accumulateur au plomb

#éali #é alisé sé par 

Encadrer par 

BE$$A# Achra% BE&&A 'am(a

Mr) ADDA*U ADDA*U ABDE++A'

Année Universitaire ,-./0,-.1

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A nos chers parents A ceux qui n’ont jamais cessé de nous encourager, et nous conseiller. conseiller. A ceux qui n’ont jamais été avares ni de leur temps ni de leurs connaissances pour nos interrogations. A ces éducateurs bien veillant satisfaire, nous dédions Le fruit de notre carrire estudiantine. A nos frres et s!urs. "n témoignage de l’amour et de l’a#ectation qui nous lient.

Conception et réalisation d’un accumulateur au $lomb

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%emerciement Nous remercions d’abord l’encadrant Mr. ADDAOU Abdellah pour leurs minutieux suivis, leurs conseils pertinents durant toute la période de projet de fin d’études Par ailleurs, nous remercions tous les professeurs de la filière génie des procédés à l’EST ès! Nos profonds remerciements pour les membres de jur" #ui ont accepté d’évaluer ce travail!


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2'A"3T#E 3  "A#T3E B3B+3*!#A"'3E SO/IRE 3)..................... ............................... ..................... ..................... ..................... ...................... .............................. ................... 34T#*DU2T3*4 / I.1.

HISTORIQU HISTORIQUE... E........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. .................. ...............6 ......6

33) +ES T5"ES DE BATTE#3E))))))))))))))) BATTE#3E)))))))))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))1 )))))))))))))))))))))))))))))1 333) DES2#3"T3*4 D6U4 A22UMU+ATEU A22UMU+ATEU# # au "+*MB)))))))))))))))))))))))))))))))))))) "+*MB)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))77 Les éléments élé ments d’un accumulateur.................... a ccumulateur........................................... .............................................. ......................................... ..................9 9

1.I

Schéma 2.I Schéma

et descriti!n d’un accumulateur "#........................................................................9

38) 38) F*42T3*44EME4T D6U4 A22UMU+ATEU# A22UMU+ATEU# au "b)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))., "b)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))., I$. I$.1

Les réacti!ns chimi%ues&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.12

I$. I$.2

Les caractéristi%ues d’un accumulateur&...&&&&&&&&&&&&&&..1'

8) 2'A#!E 2'A#!E ET DE2'A#!E D9U4 A22UMU+A A22UMU+AT TEU#)))))))) EU#))))))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))) ))))))))) ))))))))))))) ))))))))))).: ))).: $.1

()cle de char*e &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.&&&&1+

$.2

()cle de déchar*e&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.1,

83) 3M"A2T 3M"A2T DES A22UMU+ATEU#S A22UMU+ATEU#S AU "+*MB SU# +6E483#*44EME4T) ).1 833)2onclusion))))))))))))))))))))))))))))))) 833)2onclusion)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))).; .; 2'A"3T#E 33 "A#T3E "A#T3E E<"E#3ME4TA+E 3)

3ntroduc 3ntroduction) tion)))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))) ))))))))))) ))))))))))))))))) ))))))))))))))))))) ))))))))))))),)))),-

33) Diagnostic d9un accumulateur au plomb usé)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) usé)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))),)))))))))))))))))))),333) *rigine de tension électrochimi=ue))))))))))))))))) électrochimi=ue)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))),. ,. 38) 38) 2onception de la %orme de de l9accumulateur l9accumulateur > réaliser))))))))))))))))))) réaliser))))))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))),, ,, 8) Electrol?se de l9eau a di%%erntes concentration de h ,so@))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))), 83) étude de =uel=ue paramètres paramètres in%luenant la capacité capacité de charge))))))))))))))))))))))))))))))),/ charge))))))))))))))))))))))))))))))),/ 833)#éalisation d9un protot?pe d9accumulateur d9accumulateur de plomb))))))))))))))))))))))))))))))))) plomb)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))),; ,; 8333) 8333) +a charge charge et décharge décharge))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))) ))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))))))) ))))))))))))))),7 )))))),7 2*42+US3*4 !E4E#A+..............................................................................................-2


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Chapitre I : Partie Bibliographique


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3)

34T#*DU2T3*4

3).) '3ST*#3CUE L’hist!ire des accumulateurs au l!m# c!mmence en 10+9 aec la a#ricati!n du remier accumulateur rechar*ea#le ar 3ast!n "lanté. Il c!m!rte deu4 euilles de l!m# r!ulées en sirale5 séarées ar une t!ile de lin et l!n*ées dans un #ac c!ntenant une s!luti!n d’acide suluri%ue. (es électr!des c!nstituées initialement de l!m# ur deaient tre !rmées ar #ala)a*es de !tentiels successis. (es accumulateurs étaient ass!ciés en #atter ie. En 10075 (amille 8aure met au !int une techni%ue acilitant la !rmati!n de l’accumulateur au l!m#  une :te ; #ase d’!4)des de l!m# et d’acide suluri%ue est ali%uée directement sur les lames de l!m# %ui s!nt maintenues en lace en enr!ulant le t!ut dans un eutre. En 10015 le lu4em#!ur*e!is Henri Tud!r !nde la s!ciété é!n)me et industrialise les accumulateurs de 8aure en intr!duisant des la%ues de l!m# c!ulé5 enduites dmes électr!chimi%ues serant ; st!c?er de l’éner*ie. (eu4@ci restituent s!us !rme d’éner*ie électri%ue5 e4rimée en Aattheure BChD5 l’éner*ie chimi%ue *énérée ar des réacti!ns électr!chimi%ues. (es réacti!ns s!nt actiées au sein d’une cellule élémentaire entre deu4 électr!des #ai*nant dans un électr!l)te l!rs%u’une résistance5 un m!teur électri%ue ar e4emle5 est #ranchée ; ses #!rnes. /u c!urs de ce r!et5 n!us all!ns eectuer dans un remier tems une recherche #i#li!*rahi%ue c!ncernant les n!ti!ns !ndamentales !ndamentales de l’électr!chimie !ur c!mrendre les mécanismes et les réacti!ns mis en eu l!rs du !ncti!nnement d’un accumulateur endant de c)cle char*e@déchar*e. La deu4i>me artie de traail !rtera sur les démarches rati%ues ermettant la réalisati!n d’un r!t!t)e d’accumulateur au l!m#.

33)

+ES T5"ES DE BATTE#3E

Batterie +ithium +i La #atterie lithium !ccue au!urd

ar ra!rt ; d
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accumulateurs au lithium dans les téléh!nes !rta#les haut de *amme et dans les "( !rta#les. •

Les aanta* aa nta*es es     

•

ensité éner*éti%ue tr>s éleée *r:ce au4 r!riétés h)si%ues du lithium /ut!déchar*e tr>s ai#le B+ ar m!isD /ccete un n!m#re de c)cles im!rtant Bus%u<; 1+77 !ur les meilleures 8ai#le résistance interne

Les inc!nénients inc!néni ents   Jécessite

un circuit de r!tecti!n sérieu4 !ur *érer la char*e et la déchar*e ain d<éiter

la destructi!n des éléments... c!Fteu4  Usure mme en cas de n!n utilisati!n  "ri4

Batterie 4icelG2admium 4iGcd Les #atteries Ji@(d s!nt les remi>res *énérati!ns ds utilisés !ur les !utilla*es !rtatis sans il5 les camésc!es5 les lecteurs audi! diers5 les "( !rta#les5 dans le m!nde des radi!s@ m!délistes et #ien sFr dans les /areils "h!t! Juméri%ues. •

Les aanta* aa nta*es es  

  

•

/tes ; su!rter de *rands c!urants de char*e et déchar*e *r:ce ; leurs ai#les résistances internes. S!lidité mécani%ue et électri%ue Rechar*e acile et *rande t!lérance ace au4 surchar*es 8ai#le c!Ft

Les inc!nénients inc!néni ents  

 

%ecyclage compliqué & cause du cadmium qui est un métal lourd et polluant ensité éner*éti%ue m!)enne Eet mém!ire

Batteries "lomb "b Une #atterie au l!m# est c!nstituée ar un ensem#le d

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•

Les aanta aa nta*es *es 



(aa#les de !urnir des c!urants éleés



8acilité de mise en ure



Sans eet mém!ire Bc
•

Les inc!nénients inc!néni ents  

ensité d<éner*ie



Sensi#les au4 temératures né*aties Berte d


Ris%ue de cristallisati!n de sulate de "# si laissée tr! l!n*tems déchar*ée et d!nc erte de caacité irréersi#le


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333)

DES2#3"T3*4 D6U4 A22UMU+ATEU# AU "+*MB

333).) +es éléments d9un accumulateur Un élément est un c!ule électr!chimi%ue Bdeu4 électr!desD l!n*é dans une s!luti!n. Sel!n les techn!l!*ies5 ce c!ule eut tre le NJiOOHG(d !ur les #atteries nic?el@cadmium5 le NLiG!4)de métalli%ue !ur les #atteries lithium@i!n5 le N"#O 2G"# !ur les #atteries au l!m#5 et résente une !rce électr!m!trice diérente. Le terme demi@élément dési*ne une électr!de. Le terme PaccumulateurP est eml!)é !ur !ur un élément rechar*ea#le5 le distin*uant ainsi de la ile Bélément n!n rechar*ea#leD. Un accumulateur est d!nc un *énérateur réersi#le  il eut st!c?er l<éner*ie5 en c!nertissant l<éner*ie électri%ue en !rme chimi%ue5 uis uis la restituer ; t!ut m!ment sur demande. e tensi!n n!minale dle est eectuée !ur !#tenir les tensi!ns et caacités dmes de sec!urs5 un standard de #atterie '0$ tend ; s
Schéma et description d9un accumulateur "b

(ha%ue accumulateur est c!m!sé dle5 au milieu de cha%ue c!ule est lacé un séarateur.


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8i*ure1  $ue en c!ue d
Electrodes positives Les électr!des !sities s!nt des *rilles5 en allia*e #inaire !u ternaire de l!m# B"#@S#5 "#@ Sn5 "#@(a5 "#@S#@/s...D d!nt les alé!les s!nt remlis d
Electrodes négatives  Les électr!des né*aties c!mara#les au4 *rilles !sities5 s!nt remlies de l!m#s métalli%ues tr>s !reu4 Bmatériau acti au4 électr!des né*atiesD  !n arle d<é!n*e de l!m# métalli%ue. Les électr!des s!nt s!uent aelées  la%ues  en rais!n de leur !rme.


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8i*ure 2  $ue éclatée d
Séparateurs /in d<éiter le c!ntact entre les électr!des !sities et né*aties5 et d!nc des c!urts@ circuits5 les la%ues s!nt is!lées entre elles ar un séarateur. (es séarateurs s!nt *énéralement des euilles rectan*ulaires5 intercalées entre les la%ues !sities et les la%ues né*aties5 et !ss>dent des %ualités remar%ua#les  @ is!lant électri%ue arait @ tr>s *rande erméa#ilité au4 i!ns !rteurs de char*es électri%ues @ #arri>re !ur les articules de mati>res @ !r!sité éleée @ e4cellente tenue ; l
Electrol?te  L<électr!l)te est une s!luti!n diluée d
EHpandeurs 


Les remiers accumulateurs au l!m# industriels !nt utilisé des séarateurs en

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#!is. Quand !n a mis des séarateurs en lasti%ue !u en i#re de erre5 les er!rmances des #atteries se s!nt e!ndrées  /ant /ant %ue %ue lre actie. Le #!is li#>re des macr!m!lécules !r*ani%ues en milieu suluri%ue. (es c!m!sés aelés li*n!@sul!n:tes s!nt utilisées s!us le n!m d’e4andeurs dans les #atteries m!dernes ain de maintenir leur er!rmance dans le tems.

38)) 38

F*42T3*44EME4T D6U4 A22UMU+ATEU# AU "b

38).)

+es réactions chimi=ues

S)st>me électr!chimi%ue réersi#le trans!rmant l<éner*ie chimi%ue en éner*ie électri%ue5 l’accumulateur est le si>*e de réacti!ns d
L'atome qui capte les électrons est appelé oxydant ( l'oxydant l'oxydant subit une réduction )& la cathode*

PbO2 +!+ +2e" 

Pb2+ + 2!2O

L'atome qui cde les électrons est appelé réducteur ( le réducteur subit une oxydation )& l'anode* sous la réaction (

Pb

Pb2+ + 2e"

Les !larités de la #atterie s!nt alternatiement an!de !u cath!de5 suiant le m!de de !ncti!nnement Bchar*e !u déchar*eD  la #!rne né*atie est an!de endant la déchar*e et cath!de endant la char*e. L<électr!l)te est une s!luti!n d
@

La réaction globale est obtenue par l’association des deux demi

réaction, "n e#et ( A la cathode chargée positivement


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@

A l’anode chargée negativement

Pb @

Pb2+ +2e"

"quation resultant

Le schéma résenté ar la i*ure -5 une structure araitement les mécanismes des réacti!ns mis en eu l!rs du !ncti!nnement de l’accumulateur au "#.

8i*ure -  mécanismes des réacti!ns électr!chimi%ues mis en eu

38),)

+es caractéristi=ues d9un accumulateur

Une #atterie au l!m# se caractérise essentiellement ar 

#ension éle$trique La tension !u !tentiel !u !tentiel Ben voltD est un aram>tre im!rtant. 8i4ée ar le potentiel

d'oxydo+réduction du c!ule redox utilisé5 elle est de l
%nergie sto$&ée


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L'énergie stocée stocée dans la batterie est égale & sa charge électrique multipliée par la tension moyenne sous laquelle cette charge est déchargée. L'énergie stocée se mesure habituellement en -atts+heures -atts+heures )h* )h* mais l'unité o/cielle )01* est le joule le joule.2 .2 h 3 4 566 7 3 4,5 7 8

2 7 3 6,9:; <h. 'ébit (a)i(u(

Le débit maximum, ou courant de pointe, d'un accumulateur se mesure en Ampre Ampre.. 1l est généralement spéci=é en amplitude et en durée. 1l est généralement supérieur au débit permanent autorisé. 'ensité

La densité massique, ou énergie spéci=que, est une des caractéristiques importantes d'un accumulateur, elle correspond & la quantité d'énergie )h>g* qu'il peut restituer par rapport & sa masse. La densité volumique, ou densité d'énergie, est une autre caractéristique qui peut avoir son importance, elle correspond & la quantité d'énergie )h>m?* qu'il peut restituer par rapport & son volume. @n utilise plus couramment les h>dm? soit h>L. La densité de puissance en pointe, ou puissance spéci=que, correspond correspond & la puissance maximale rapportée & la masse de l'accumulateur, et s'exprime en -att par ilogramme )>g*. e la mBme manire, on peut calculer la puissance rapportée au volume, moins usitée. Cette puissance spéci=que est surtout fonction inverse de la résistance interne de l'accumulateur. I(pédan$e interne

L’impédance interne, exprimée en ohm ohm,, est l'impédance parasite parasite qui qui provoque une chute de tension en décharge et, par conséquent, limite le courant de décharge. Comme les accumulateurs sont des diples non linéaires, elle est généralement mesurée pour des faibles variations de tension et de courant )de l'ordre de 26 mD, pour la tension*. 0a mesure requiert un appareillage spécialisé. La résistance interne, qui est la partie réelle de l'impédance, est asseE simple & mesurer au moyen d'un voltmtre et d'un ampremtre.


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•

Puissan$e

Le chi#re caractéristique est 926 A )ampres*. 926 donne une indication sur l'intensité maximale instantanée au démarrage en ampre. $lus le chi#re d'intensité est élevé, plus la batterie sera capable de renouveler un démarrage sans se forcer.

8) 8).)

2'A#!E ET DE2'A#!E D9U4 A22UMU+ATEU# 2?cle de charge

La $harge de l’accumulateur au plomb forme les solides des électrodes et les ions FG de l’électrolyte )la concentration en acide augmente, le pF diminue* le sulfate de plomb $b0@ H disparaIt des électrodes. •

oxydation & l'anode )borne G* ( $b 9G G 9F9@

$b@9 G HFG G 9e+

•

réduction & la cathode )borne +* ( $b 9G G 9e+

$b

•

désulfatation des électrodes ( 9$b0@ H

2H2O + 2PbSO 4

9$b9G G 90@H9+

+

2-

Pb + PbO2 + 4H + 2SO 4

0chéma descriptive


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8 i*ure '  c)cle de char*e d’accumulateur au l!m#

8i*ure +  c!ur#e de la char*e d’un accumulateur ans la remi>re artie de la char*e5 !us limiteW le c!urant ; lme artie5 !us im!seW la tensi!n de rechar*e et dans la tr!isi>me artie !us redescendeW ; la tensi!n


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*2

2?cle de décharge La décharge de l’accumulateur au plomb consomme les solides des électrodes et les ions FG de l’électrolyte l’é lectrolyte )la concentration en acide diminue, le pF augmente* il y a formation de sulfate de plomb $b0@H sur les électrodes ( "# 2V V 2e@

•

!4)dati!n ; l
•

réducti!n ; la cath!de B#!rne VD  "#O 2 V 'HV V 2e@

•

sulatati!n des électr!des  2"#2V V 2SO '2@

+

"#2V V 2H2O

2"#SO '

2-

Pb + PbO2 + 4H + 2SO4

2H2O + 2PbSO4

0chema descriptive

8i*ure 6  c)cle déchar*e d’accumulateur au l!m#

83)

3M"A2T DES A22UMU+ATEU#S A22UMU+ATEU#S AU "+*MB "+* MB SU# +6E483#*44EME4T Mé%aits de "lomb sur la santé humaine

0’il est ingéré ou respiré, le plomb plomb peut peut Btre la cause d’intoxications d’ intoxications aigJes aigJes ou chroniques. 1l peut Btre & l’origine de cas de saturnisme saturnisme.. Kne bonne maItrise des risques présentés par les batteries au plomb usagées est donc indispensable et, parce qu’il s’agit d’un déchet dangereux pour dangereux pour la santé et pour l’environnement, ces batteries doivent Btre collectées et retraitées par des sociétés spécialisées. A=n de prévenir les risques de pollution, les


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entreprises franaises ont l’obligation de mettre en place des procédés conformes aux meilleures techniques disponibles et font l’objet de contrles stricts et réguliers. "lles doivent également garantir un niveau élevé de protection de leurs salariés. Cette protection passe par la formation aux risques liés au plomb et par l’utilisation systématique d’équipements d’ équipements de protection collective et collective et individuelle individuelle.. L’e/cacité de ces mesures est régulirement véri=ée par la mesure de la plombémie plombémie des des salariés. Kn démantlement réalisé dans de mauvaises conditions peut engendrer des décs et une pollution durable. C’est ce qu’a mis en évidence l’@rganisation l’ @rganisation mondiale de la santé dans santé dans un quartier de Mhiaroye+sur+mer )0énégal 0énégal** oN une activité clandestine de recyclage recyclage s’était s’était mise en place pour alimenter un marché parallle de batteries. ans ce quartier, des analyses ont révélé des taux de plomb allant jusqu’& 2 666 Og>L de sang cheE certaines personnes, alors que des concentrations supérieures & 266 Og>L peuvent altérer le développement neurologique cheE l’enfant.

833)

2*42+US3*4

L<é!luti!n techn!l!*i%ue des *énérateurs électr!chimi%ues a ermis en 2 si>cles une au*mentati!n im!rtante de l<éner*ie et de la uissance %umes électr!chimi%ues résentent la r!riété remar%ua#le de !u!ir trans!rmer de l’éner*ie chimi%ue en éner*ie éner*ie électri%ue et récir!%uement et ceci dans des c!nditi!ns !isines de la réersi#ilité therm!d)nami%ue5 sans émissi!n de !lluant5 sans nuisances s!n!res et aec tr>s eu de maintenance. Leur c!Ft5 relatiement éleé5 limite enc!re leur utilisati!n ; certaines alicati!ns.


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Chapitre II : Partie e)péri(entale


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3)

34T#*DU2T3*4

Les accumulateurs au l!m# c!nstituent deuis l!n*tems un m!)en du st!c?a*e de l’éner*ie. La r!ducti!n de l’éner*ie se ait ar la trans!rmati!n de l’éner*ie chimi%ue en éner*ie électri%ue. "!ur mieu4 maitriser la artie thé!ri%ue5 n!us a!ns eectué lusieurs essais e4érimentau4.

33)

D3A!4*ST32 D9U4 A22UMU+ATEU# AU "+*MB USI

"!ur #ien maitriser et c!mrendre la c!m!siti!n de l’accumulateur au l!m#5 n!us a!ns c!mmencé ar le dia*n!stic d’un accumulateur usé. En eet5 n!us a!ns attentiement diss!cié le #!itier !ur !u!ir !#serer les éléments c!nstitutis de cette #atterie. T!ut en renant t!us les récauti!ns Butilisati!n des *antsD5 n!us a!ns s!i*neusement idé la s!luti!n électr!l)ti%ue l’acide suluri%ueBH2SO'D c!ntenue dans les si4 c!martiments des la%ues métalli%ues au l!m#5 c!nstituant les électr!des de cet accumulateur. "!ur %ue l’accumulateur déel!e une tensi!n de 12$5 les électr!des de si4 c!martiments s!nt liées en série5 cha%ue c!martiment c!martiment déel!e une tensi!n et c!nstitué de lusieurs la%ues métalli%ues en l!m# et une s!luti!n d’acide suluri%ue c!ncentré. c!ncentré.

8i*ure ,

h!t!*rahe un accumulateur usé

333)

*#3!34E DE TE4S3*4 I+E2T#*2'3M3CUE

/r>s %uel%ues raels sur la techn!l!*ie de #atteries utilisées actuellement dans diers d!maines5 n!us a#!ndant dans ce ara*rahe les diérents hén!m>nes interenant dans les réacti!ns électr!chimi%ues des accumulateurs et %ui !nt res!nsa#les au4 !rces m!trices de la tensi!n déel!ée au nieau des électr!des


T!ut T!ut en n!us au)ant sur l’étude l’é tude #i#li!*rahi%ue et les essais es sais e4érimentau4 %ui

10

!nt dé; eectuées5 n!us a!ns r!cédé de la mani>re suiante !ur une #atterie char*ée. /res a!ir araitement !li les la%ues en l!m#5 n!us les a!ns immer*é dans la s!luti!n d’acide suluri%ue de c!ncentrati!n 2 m!l Gl5 uis ; l’aide d’une *énéralise de tensi!n c!ntinue5 n!us a!ns ali%ué des tensi!ns cr!issantes endant un tems %ui a été emiri%uement i4é. •

En eet !ur cha%ue tensi!n5 n!us a!ns essa)é de releer ; l’aide d’un milli!ltm>tre5 les tens tensi! i!ns ns en*e en*end ndrée réess entre entre les les deu4 deu4 élect électr! r!de des5 s5 en tena tenant nt c!m c!mte te des des !#ser !#sera ati ti!n !nss eectuées5 n!us a!ns c!nstaté aec des tensi!ns c!ntinues de l’!rdre ; 6 5 n!us n’a!ns en*endré aucune tensi!n au nieau des électr!des.

•

=ien %u’!n a i4é un tems suisant du l’!rdre -7 min5 n!us a!ns c!nstaté aec de surace relatiement etites B%uel%ues centim>tresD5 aucune tensi!n n’a as été r!duite au nieau des électr!des.

•

T!u!urs dans le s!uci d’!#tenir une tensi!n de c!urant au nieau des électr!des5 n!us a!ns é*alement arié la c!ncentrati!n de la s!luti!n électr!l)te BH2SO'D mais en ain.

•

En se #asant sur ces c!nstati!ns5 n!us a!ns inalement !té !ur l’au*mentati!n des suraces t!ut en réduisant le tems d’immersi!n. / l’aide d’un milli!ltm>tre5 di*ital5 n!us a!ns u dans ces c!nditi!ns !érati!ns5 détecter une tensi!n de c!urant %ui est de l’!rdre de 2. La mise en éidence de cette *randeur électri%ue Btensi!nD !ur tre e4li%ué ar les é%uati!ns électr!chimi%ues suiantes 



/u nieau de la la%ue liée ; la #!rne !sitie 



/u nieau de la la%ue liée ; la #!rne né*atie 

"b*, J @ 'JJ , eG "b,JJ ,

"b  "b,J J , eG


10 

38)) 38

8inalement5 l’é%uati!n *l!#ale eut s’écrire 

"b*,J "b J @ 'J , "b,J J, ',*

2*42E"T3*4 DE +A F*#ME DE +9A22UMU+ATEU# K #IA+3SE#

J!us a!ns réalisé un accumulateur au l!m# de si4 c!martiments des la%ues métalli%ues au l!m#5 c!nstituant c!nstituant les électr!des de cet accumulateur. "!ur ce aire5 n!tre ch!i4 s’est !rté sur un accumulateur utilisé c!mme matériau c!nstituant le #!itier. "!ur le cas du r!t!t)e ; réaliser n!us s!mmes limités uni%uement ; un #!itier de si4 c!martiments. es la%ues métalli%ues en l!m# s!nt araitement réarées aant de l’immer*er dans la s!luti!n électr!l)ti%ue. "!ur %ue l’accumulateur déel!e une tensi!n de 12 !lts5 les électr!des de si4 c!martiments s!nt liées en série.

0  accumulateur de si4réalisati!n c!martiments J!us rael!ns %ue8i*ure la matériel utilisé !ur cette est c!m!sé de  

Les la%ues de l!m#



Une s!luti!n d’acide suluri%ue Bc!ncentrati!n 2m!lGL5 -m!lGL 5' m!lGLD



Un #écher5 i!le et l’ér!uette



Un am>rem>tre


10



Un !ltm>tre



Un *énérateur de tensi!n c!ntinue



es ils électri%ues



Un etit m!teur BréceteurD

E+E2T#*+5SE DE +9EAU A D3FFE#4TES D3FFE#4T ES 2*42E4T#AT3*4 2*4 2E4T#AT3*4

8)

DE ',S*@ "!ur mettre en éidence l’eet de la !rce i!ni%ue sur la c!nductiité de la s!luti!n5 !n réare diérent c!ncentrati!n de H2SO'5 !ur cha%ue s!luti!n !n étudie l’é!luti!n du c!urant électri%ue en !ncti!n de la tensi!n ali%uée. L’eau distillée ne eut tre utilisé c!mme électr!l)te5 sa c!nductiité est tr! ai#le5 c’est !ur cette rais!n %u’il est nécessaire d’a!ir rec!urs ; une s!luti!n acidiiée. L’électr!l)te est c!m!sé  des m!lécules de H2O5 des i!ns H V5 et des i!ns SO '2@. Les c!ules red!4 caa#les de articier au4 réacti!ns d’!4)d!réducti!n sur des électr!des de *rahite s!nt  J

GG

GG

H GH2  7.77 $

S 2O0 GSO'  2.70 $

O2GH2O  1.2- $

SO ' GSO2  7.1, $

GG

/ l’an!de deu4 es>ces résentes caa#les d’tre !4)dées5 l’i!n SO '2@ et la m!lécule de H 2O sel!n les réacti!ns suiantes  H2O 2 SO'2@

2HV V X O2 V 2é S2O02@ V2é

/ la cath!de deu4 es>ces résentes caa#les d’tre réduites5 l’i!n SO'2@ SO'2@ et l’i!n HV sel!n les é%uati!ns suiantes  2 HJ V2é SO'2@ V2é V'HV

H2 SO2 V2 H2O


10

On !#sere un dé*a*ement *aWeu4 dans les deu4 électr!des5 a la cath!de il ) a un dé*a*ement lus !rt %ue celui de l’an!de. La récuérati!n du *aW dé*a*e ; la cath!de est aite ar l’intermédiaire d’une cl!che. Les réacti!ns réisi#les s!nt  / l’an!de  dé*a*ement de O 2 c’est l’!4)dati!n de la m!lécules de H 2O  H2O

2 H V X O2 V 2é

/ la cath!de  dé*a*ement de H 2 c’est la réducti!n de l’i!n H V  2HV =ilan 

H2 V 2é

H2O

H2 V X O2

a) L’eau de robin robinet et Les résultats !#tenus s!nt re*r!ués dans le ta#leau 1 

Tableau Tableau .  variation du courant en %onction de tension

U 8

7.7

7.+

1

1.+

2

2.+

-

'

+

6

,

0

3 mA

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

b) L’eau distillée distillée Les résultats !#tenus s!nt re*r!ués dans le ta#leau 2 

Tableau Tableau ,  variation du courant en %onction de tension

U 8

7.7

7.+

1

1.+

2

2.+

-

'

+

6

,

0

3 mA

7

7

7

7

7.7

7.27

7.'7

7.67

1.77

1.-+

1.,7

2.77

c) Une solution solution aqueuse de l’acide l’acide sulfurique sulfurique de 1.8M 1.8M Les résultats !#tenus s!nt re*r!ués dans le ta#leau -

Tableau Tableau   variation du courant en %onction de tension

U 8

7.7

7 .+

1.+

2

2.+

+

6

3 mA

7

17

27

++

97

12+

2'7


d) Une solution solution aqueuse aqueuse de l’acide sulfurique sulfurique de 2M 2M

10

Les résultats !#tenus s!nt re*r!ués dans le ta#leau '

Tableau Tableau @  variation du courant en %onction de tension

U 8

7.7

7.+

1

1.+

2

2.+

-

'

+

6

3 mA

7

77

7'

70

16

26

+0

1'7

-07

++7

83)

ITUDE DE CUE+CUE "A#AMLT#ES 34F+UE4A4T +A 2A"A23TI DE 2'A#!E

Les deu4 aram>tres u*és intéressants et im!rtants dans cette artie s!nt la c!ncentrati!n de l’acide suluri%ue et la surace des électr!des 

E%%et de la concentration En insirant des caractéristi%ues techni%ues de l’accumulateur de l!m#5 n!us a!ns ch!isi les c!ncentrati!ns 25 - et ' m!lGL !ur étudier l’eet de la c!ncentrati!n sur la caacité de char*e de n!tre r!t!t)e réalisé. (ette étude a été réalisée t!ut an i4ant la surace de l’électr!de ainsi %ue les tensi!ns ali%uées. "!ur essa)er de mesurer la caacité de char*e5 *radeur %ui est r!!rti!nnelle ; l’intensité de c!urant5 n!us a!ns réalisé un etit m!nta*e décrit ar la i*ure

)


8i*ure 9 m!nta*e ermettant la mesure du tems de la déchar*e

10

/ l’aide d’un chr!n!m>tre5 !n suit la durée de !ncti!nnement de réceteur BtD5 les résultats !#tenus dans les tr!is cas de c!ncentrati!ns s!nt résentes dans le ta#leau 1

Ta#leau +  eet de la c!ncentrati!n sur le tems de déchar*e.

2harge min

décharge min

Tensionv

.er essai

-7

2

12

,eme essai

-7

,

12

eme essai

-7

17

12

#emar=ue  (ertainement5 l’intensité de c!urant est !rtement liée ; la résence des i!ns5 !ur cette rais!n5 n!us c!nstat!ns %ue l’au*mentati!n des c!ncentrati!ns de l’acide suluri%ue entraine une au*mentati!n des i!ns et ar c!nsé%uent l’intensité de c!urant. / la lumi>re de ce résultat5 n!us !u!ns c!mrendre le mal !ncti!nnement de l’accumulateur d’aut!m!#ile eut tre e4li%ué ar les diminuti!ns des c!ncentrati!ns de l’électr!l)te !u ar l’éuisement des suraces des électr!des.

E%%et de la sur%ace des électrodes En insirant des caractéristi%ues techni%ues de l’accumulateur de l!m#5 n!us a!ns ch!isi les tr!is suraces de la%ue métalli%ue de l!m# diérente Bsurace etit5 m!)en et *randeD !ur étudier l’eet de la surace des électr!des sur la caacité de char*e de n!tre r!t!t)e réalisé. (ette étude a été réalisée t!ut an i4ant la c!ncentrati!n de l’acide suluri%ue ; ' m!lGL ainsi %ue les tensi!ns ali%uées. / l’aide d’un chr!n!m>tre5 !n suit la durée de !ncti!nnement de réceteur BtD5 les résultats !#tenus dans les tr!is cas de c!ncentrati!ns s!nt résentes dans le ta#leau 2.


Ta#leau 6  eet de la surace d’électr!de sur le tems de déchar*e

10

Durée de charge min

Durée de vie min Tensionv

.er essai

-7

27

6

,eme essai

-7

-'

6

eme essai

-7

-7

6

#emar=ue  (ertainement5 l’intensité de c!urant est !rtement liée ; la résence des i!ns5 !ur cette rais!n5 n!us c!nstat!ns %ue l’au*mentati!n des suraces des la%ues métalli%ues de l!m# entraine une au*mentati!n des i!ns et ar c!nsé%uent l’intensité de c!urant.

833)

#IA+3SAT3*4 D9U4 "#*T*T5"E D9A22UMU+ATEU# DE "+*MB

"!ur réaliser un r!t!t)e d’accumulateur de l!m#  "réarati!n de l’acide suluri%ue diluée de c!ncentrati!n 2 m!lGL5 !li les la%ues au l!m# %u’!n a utiliser5 n!us les a!ns émer*é dans la s!luti!n de l’acide suluri%ue !n a dé; réaré. L!rs des !érati!ns de m!nta*e5 un séarateur5 de dimensi!ns au m!ins é*ales ; celles de la la%ue5 est lacée entre la la%ue !sitie et la la%ue né*atie ain d’éiter t!ut c!ntact entre elles. / l’aide d’un *énérateur de tensi!n c!ntinue5 n!us a!ns ali%ué une tensi!n de 2' !lts endant un tems de -7 min. min. En eet5 !ur cha%ue tensi!n5 n!us a!ns essa)é de releer ; l’aide d’un milli!ltm>tre les tensi!ns en*endrée entre les deu4 électr!des.


10

8i*ure 17 

m!nta*e de la char*e d’accumulateur

8333)

+A 2'A#!E ET DI2'A#!E

(!ur#es caractéristi%ue de l’accumulateur  On adate les c!nditi!ns de la c!nduite5 !n !#tient le résultat des deu4 hases  char*e et déchar*e Phase de charge charge Ta#leau ,  ariati!n de tensi!n aec le tems de char*e U BD TBminD

0 7

0.1 2

0 .2 '.+

0.2+ +

0.' ,

Courbe et interprétations


0.+ 17

10

8i*ure 11  c!ur#e de ariati!n d !tentiel en !ncti!n du tems de char*e 

La tensi!n de char*e cr!it aec le tems tems d!nc il e4iste une sur tensi!n de l’!rdre de de 75+$5 75+$5 cela est du a la !rmati!n de "#O 2 et au dé*a*ement de l’H)dr!*>ne.



La !rce électr!m!trice est l!n*tems l!n*tems sta#le5 c’est la rinciale rinciale caractéristi%ue de n!tre accumulateur.

Phase de décharge décharge : Ta#leau0 Ta#leau0  de tensi!n aec le tems te ms de déchar*e Udéchar*e $ T BminD

6 7

+.+ 2

+ 2.+

'.+ -

-.+



La !rce électr!m!trice de 12$5 12$5 elle reste l!n* tems uis chute raidement



$ariati!n de c!uleur des la%ues des la%ues

2 '

2*42+US3*4 / l’issu de cette artie e4érimentale5 l’étude de l’électr!l)se de l’eau a été nécessaire !ur dé*a*er les aram>tres essentiel Bc!nductiité5 résistanceD. La réalisati!n de dis!sitis e4érimentau4 n!us a ermis d’étudier n!m#reuses caractéristi%ues des accumulateurs Brésistance5 !rce électr!m!trice5 éner*ies5 uissances.D.


10

En in5 la c!nceti!n et la réalisati!n d’un accumulateur au l!m# !nt été aites aec déterminati!n des rinciales caractéristi%ues de ce dernier.


10

2*42+US3*4 !E4E#A+ L’étude L’étude #i#li!*rahi%ue menée au c!urs de ce r!et de in d’études est es t d’une im!rtance caitale car il n!us a ermis d’enrichir n!s c!nnaissances et n!tre !rmati!n au nieau de l’électr!chimie. La artie e4érimentale de cette étude n!us a ermis en !utre de c!mléter et d’enrichir n!tre sa!ir@aire au nieau de l’e4érimentati!n. "ar le #iais de ce traail5 n!us a!ns u réaliser un r!t!t)e d’accumulateur au l!m# %ui !ss>de un intért im!rtant dans l’industrie aut!m!#ile. (ertainement5 ; traers5 cette réalisati!n n!us a!ns araitement c!mris les mécanismes mis en eu l!rs du !ncti!nnement de l’accumulateur. L’inluence de la c!ncentrati!n de l’électr!l)te et la surace de l’électr!de a été étudiée au c!urs de ce traail. Il a été c!nstaté %ue  

Lorsque la concentration de la solution d’acide sulfurique augmente, la capacité de charge augment.

La caacité de char*e de l’accumulateur cr!it %uand la surace des électr!des au*mente.


PFE - batterie FINAL 2 (Réparé)1.docx

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