battries

1. Les batteries
Partie 1 : Préparation des hydroxydes de nickel
Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
32èmes Olympiades de la Chimie
CHIMIE ET ENERGIE

2. Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
De nos jours, besoin d’électricité et d’appareils portables et autonomes
 Nécessité de stocker de l’énergie  Conversion de l’énergie électrique sous une autre
forme d’énergie : Rôle des batteries
Introduction
Objectif : Créer un système fournissant un maximum d’énergie
et de puissance pour un minimum de volume et de masse
Définitions
Batterie = Système électrochimique : Transformation de l’énergie chimique, générée par
des réactions électrochimiques, en énergie électrique et vice versa
Pile ≠ Accumulateur ≠ Batterie
Système irréversible Système réversible
Ensemble d’accumulateurs

3. Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
Rappels
Ox + n e- = Red
Une réaction d’oxydo-réduction :
Oxydant Réducteur
Oxydation
Réduction
Un couple oxydant / réducteur :
Ox/Red
Réaction d’oxydo-réduction entre deux
couples :
Cu2+ + 2 e- = Cu
Fe = Fe2+ + 2 e-
Soit : Cu2+ + Fe = Fe2+ + Cu

4. Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
Principe d’une batterie
Pile, accumulateur, batterie = GENERATEURS ELECTROCHIMIQUES
 Electricité fournie à partir de deux réactions électrochimiques réalisées sur deux
électrodes baignant dans un électrolyte
Anode
Oxydation
Borne –
Red1 = Ox1 + x e-
Cathode
Réduction
Borne +
Ox2 + y e- = Red2
Déplacement d’ions dans
l’électrolyte et passage
d’électrons dans le circuit
extérieur
y Red1 + x Ox2 = y Ox1 + x Red2
Quantité d’électricité débitée : Q = ∆t×I
(-) Red1(s)/ Ox1 (aq) // Ox2 (aq)/Red2(s) (+)

5. Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
Electrolyse = Transfert d’électrons correspondant à une transformation qui n’aurait pas
lieu spontanément.
 Transformation de l’énergie électrique fournie par le générateur en énergie chimique
Cathode
Réduction
Borne -
Ox1 + x e- = Red1
Anode
Oxydation
Borne +
Red2 = Ox2 + y e-
y Ox1 + x Red2 = y Red1 + x Ox2
Charge électrique transférée d’une électrode à l’autre grâce au générateur :
Q = ∆t×I = n(e-)×F

6. Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
Vocabulaire
Charge électrique = quantité d’électricité emmagasinée par l’accumulateur (en Ah ou mAh
ou en C)
Capacité de charge électrique = charge électrique que peut fournir l’accumulateur
complètement chargé pendant un cycle complet de décharge
Energie stockée dans l’accumulateur = charge électrique multipliée par la tension moyenne
sous laquelle cette charge est déchargée (en Wh ou en J)
Cyclabilité d’une batterie = durée de vie c’est-à-dire le nombre de fois où elle peut restituer
le même niveau d’énergie après chaque nouvelle charge

7. Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
Les différents types de batteries
Historique :
1786 : Découverte par Galvani de l’existence des phénomènes électrochimiques
1800 : Volta réalise la première pile
1836 : pile Daniell
1859 : Mise au point de la batterie au plomb par Siensteden et Planté
1897 : Découverte de l’électrode au nickel par Jüngner
1970 : Premières piles au lithium
L’accumulateur au plomb :
(-) PbO2(s)/PbSO4 // PbSO4/Pb(s) (+)
Le plus ancien Premier accumulateur rechargeable
Courant de grande intensité Durée de vie de 4 à 5 ans
Polluant
Application pour le démarrage de la plupart des véhicules automobiles

8. Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
L’accumulateur nickel-cadmium :
(-) Cd(s)/Cd(OH)2 // NiOOH/Ni(OH)2 (+)
La plus ancienne des batteries au nickel
Puissance importante
Durée de vie de 2 à 3 ans
Polluante
Dépassée en terme d’autonomie
Application pour les appareils portatifs (téléphones, ordinateurs…)
L’accumulateur nickel-métal hydrure :
Technologie récente
Excellent rapport prix / durée de vie
Fragiles car elles craignent les surcharges
Applications pour équiper les voitures hybrides

9. Olympiades de la Chimie Aquitaine – Mercredi 25 novembre 2015
L’accumulateur au lithium :
Technologie en cours de développement
- technologie lithium-métal : problèmes de sécurité
- technologie lithium-ion : utilisation d’un composé d’insertion pour conserver le
lithium à l’état ionique mais problèmes de sécurité
- technologie lithium-polymère
Durée de vie de 2 à 4 ans
Coût élevé
Grande quantité d’énergie
Applications sur le marché de l’électronique portable