Accumulateurs életrochimiques au plomb et au nickel : principes, technologies, applications

Auteur(s) :

Glaize, Christian Découvrir l'auteur

Résumé

Description de deux des technologies d'accumulateurs encore très présentes de nos jours : celles utilisant le plomb (accumulateurs plomb-acide) et celles utilisant le nickel : nickel-cadmium (NiCd), nickel métal hydrure (NiMH). Présentation des phénomènes électrochimiques et chimiques fondamentaux mis en jeu, et des critères économiques lors du choix entre les différentes possibilités de stockage.

Autre(s) auteur(s)
- Geniès, Sylvie
Éditeur(s)
- Hermès science publications-Lavoisier
Date
- DL 2012
Notes
- Notes bibliogr. Index
- Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (301 p.) : ill. ; 24 cm
Collections
- Sciences et technologies de l'énergie électrique
Sujet(s)
- Accumulateurs
ISBN
- 978-2-7462-3210-5
Indice
- 621.35 Accumulateurs et piles, piles à combustible
Quatrième de couverture
- Que ce que soit pour les applications portables, embarquées ou stationnaires, il est indispensable de disposer de systèmes de stockage performants, aux coûts de fabrication, d'usage et de recyclage maîtrisés. Cet ouvrage étudie deux technologies de stockage électrochimique parmi les plus utilisées : les accumulateurs au plomb-acide et les accumulateurs au nickel. Afin de les utiliser dans des conditions optimales, il est nécessaire de maîtriser les phénomènes électrochimiques internes.
  Les accumulateurs électrochimiques au plomb et au nickel expose les réactions électrochimiques aux électrodes, les différentes conceptions internes, les modes de dégradation qui s'établissent en fonctionnement et les meilleures conditions d'utilisation qui permettent de préserver les performances et de prolonger les durées de vie.
  Didactique et accessible, il s'adresse aux métiers du génie électrique et aux industriels et électrochimistes confrontés à l'utilisation de tels systèmes.
Tables des matières
- - Accumulateurs électrochimiques au plomb et au nickel
  - Avant-propos13
  - Remerciements15
  - Introduction17
  - Première partie. Caractéristiques communes à tous les accumulateurs19
  - Chapitre 1. Définitions et méthodes de mesure21
  - 1.1. Introduction21
  - 1.2. Terminologie21
  - 1.2.1. Accumulateur22
  - 1.2.2. Elément, cellule élémentaire, électrolyte22
  - 1.2.3. Electrode, demi-élément23
  - 1.2.4. Oxydation, réduction, anode, cathode23
  - 1.2.5. Matière active24
  - 1.2.6. Tension24
  - 1.2.7. Batterie d'accumulateurs, monoblocs, packs, BMS24
  - 1.3. Définitions des caractéristiques25
  - 1.3.1. Tension nominale25
  - 1.3.2. Capacités26
  - 1.4. Etats de la batterie38
  - 1.4.1. Profondeur de décharge38
  - 1.4.2. Etat de charge38
  - 1.4.3. Etat d'énergie39
  - 1.4.4. Etat de santé39
  - 1.4.5. Etat fonctionnel39
  - 1.4.6. Capacité massique théorique40
  - 1.4.7. Capacité massique pratique40
  - 1.4.8. Capacité volumique40
  - 1.4.9 Capacité spécifique41
  - 1.4.10. Résistance interne en continu et courant de court-circuit41
  - 1.4.11. Résistance interne en alternatif43
  - 1.4.12. Impédance, impédancemétrie, spectroscopie d'impédance43
  - 1.4.13. Energie emmagasinée, énergie restituée46
  - 1.4.14. Energie massique47
  - 1.4.15. Energie volumique47
  - 1.4.16. Energie spécifique48
  - 1.4.17. Encombrement au sol (foot print)48
  - 1.4.18. Puissance massique et puissance volumique48
  - 1.5. Rendement faradique49
  - 1.6. Coefficient de charge51
  - 1.7. Coefficient de surcharge51
  - 1.8. Rendement énergétique52
  - 1.9. Autodécharge53
  - 1.10. Courant d'acceptance54
  - 1.11. Conclusion55
  - 1.12. Annexe : loi de Nernst55
  - 1.12.1. Potentiel redox d'une électrode55
  - 1.12.2. Force électromotrice d'une cellule électrochimique56
  - 1.12.3. Loi de Nernst56
  - 1.12.4. Activité des espèces58
  - 1.12.5. Exemple d'application de la loi de Nernst à l'accumulateur au plomb59
  - 1.12.6. Exemple d'application de la loi de Nernst à l'accumulateur NiCd63
  - 1.13. Solution des exercices65
  - Deuxième partie. Accumulateurs au plomb71
  - Chapitre 2. Fonctionnement de l'accumulateur plomb-acide75
  - 2.1. Principe de fonctionnement75
  - 2.1.1. Réactions électrochimiques76
  - 2.1.2. Comportement de l'acide sulfurique dans l'eau77
  - 2.1.3. Réactions électrochimiques principales78
  - 2.1.4. Réactions électrochimiques secondaires85
  - 2.2. Propriétés dues aux réactions électrochimiques95
  - 2.2.1. Etat des matériaux actifs en fonction de l'état de charge95
  - 2.2.2. Décharge d'un élément d'accumulateur au plomb. Détermination de la capacité96
  - 2.2.3. Loi de Peukert99
  - 2.2.4. Récupération de capacité après repos101
  - 2.2.5. Conséquences de la variation de concentration d'acide sulfurique dans l'électrolyte. Stratification de l'électrolyte101
  - 2.2.6. Quantité de matières transformées106
  - 2.2.7. Energies massiques théoriques et pratiques108
  - 2.2.8. Taux d'utilisation des matériaux actifs109
  - 2.2.9. Consommation en eau109
  - 2.3. Inversion de polarité110
  - 2.4. Influence de la température, vieillissement, emballement thermique112
  - 2.5. Modes de défaillances114
  - 2.5.1. Décohésion de la matière active positive : shedding114
  - 2.5.2. Sulfatation dure de la matière active : hardening119
  - 2.5.3. Corrosion du collecteur positif120
  - 2.5.4. Foisonnement de la plaque négative120
  - 2.6. Annexes121
  - 2.6.1. Facteur de correction en °C^-1 des densités en fonction de la température121
  - 2.6.2. Coups de fouet122
  - 2.7. Solution des exercices124
  - Chapitre 3. Constitution interne et technologies de l'accumulateur plomb-acide129
  - 3.1. Constitution de la batterie au plomb129
  - 3.1.1. Les alliages de grilles131
  - 3.1.2. Electrode positive134
  - 3.1.3. Electrode négative137
  - 3.1.4. Porosité et durée de vie137
  - 3.1.5. Séparateurs138
  - 3.1.6. Electrolyte139
  - 3.1.7. Bac140
  - 3.2. Familles technologiques de batteries au plomb140
  - 3.2.1. Batteries ouvertes141
  - 3.2.2. Batteries à recombinaison de gaz142
  - 3.3. Autres types de batteries et tendances futures146
  - Chapitre 4. Les accumulateurs au plomb : caractéristiques principales149
  - 4.1. Introduction149
  - 4.2. Caractéristiques électriques149
  - 4.2.1. Tension d'un élément149
  - 4.2.2. Capacités nominales disponibles149
  - 4.2.3. Energie massique pratique151
  - 4.2.4. Energie volumique pratique153
  - 4.2.5. Profondeur de décharge acceptable153
  - 4.2.6. Puissance massique154
  - 4.2.7. Autodécharge154
  - 4.2.8. Courant d'acceptance154
  - 4.2.9. Rendement faradique, coefficient de charge, coefficient de surcharge158
  - 4.2.10. Dépendance des rendements faradique et énergétique en fonction de l'état de charge160
  - 4.3. Charge des accumulateurs au plomb163
  - 4.3.1. Charge d'un élément d'accumulateur utilisé en floating163
  - 4.3.2. Charge d'un élément d'accumulateur utilisé en cyclage164
  - 4.3.3. Charge d'une batterie165
  - 4.3.4. Récapitulatifs des tensions de charge167
  - 4.3.5. Cas particulier du photovoltaïque167
  - 4.3.6. Charge en courants pulsés168
  - 4.4. Gestion énergétique168
  - 4.5. Indicateur d'état de charge169
  - 4.6. Conditions d'utilisation : usages175
  - 4.6.1. Température de fonctionnement175
  - 4.6.2. Conditions de stockage175
  - 4.6.3. Durée de vie, endurance en cycles176
  - 4.6.4. Concept MultiBatt181
  - 4.6.5. Défaillances internes182
  - 4.6.6. Risques d'accident182
  - 4.7. Considérations économiques182
  - 4.7.1. Coût d'achat182
  - 4.7.2. Coût énergétique sur cycle de vie183
  - 4.7.3. Coût du kWh restitué184
  - 4.7.4. Quelques fournisseurs/constructeurs184
  - 4.7.5. Principaux débouchés185
  - 4.7.6. Filière de recyclage186
  - 4.8. Normes applicables186
  - 4.9. Développements futurs186
  - 4.10. Pour en savoir plus188
  - 4.11. Solution des exercices188
  - Chapitre 5. La fabrication des batteries de démarrage191
  - 5.1. Introduction191
  - 5.2. La fabrication d'une batterie de démarrage192
  - 5.3. Les matières premières194
  - 5.3.1. Le plomb pour l'élaboration de la matière active196
  - 5.3.2. L'élaboration de l'oxyde de plomb196
  - 5.3.3. Le plomb pour l'élaboration des grilles198
  - 5.4. Les différentes filières de fabrication des batteries de démarrage au plomb199
  - 5.4.1. Le métal déployé199
  - 5.4.2. La coulée continue205
  - 5.4.3. Le moulage208
  - 5.5. Constitution de la pâte211
  - 5.6. Empâtage des grilles214
  - 5.7. Mûrissage des plaques214
  - 5.8. Assemblage219
  - 5.9. Formation de l'accumulateur228
  - 5.9.1. Formation en container (Jar formation en anglais)228
  - 5.9.2. Formation en réservoir (Tank formation en anglais)234
  - 5.10. Le test final et l'expédition235
  - 5.11. Solution des exercices236
  - Troisième partie. Introduction aux accumulateurs au nickel239
  - Chapitre 6. Accumulateurs nickel-cadmium241
  - 6.1. Introduction241
  - 6.2. Principe de fonctionnement242
  - 6.2.1. Réactions principales aux électrodes242
  - 6.2.2. Réactions secondaires243
  - 6.2.3. Rôle de l'électrolyte247
  - 6.3. Caractéristiques majeures248
  - 6.3.1. Tension d'un élément248
  - 6.3.2. Présentations les plus courantes249
  - 6.3.3. Capacités disponibles250
  - 6.3.4. Energies massiques et volumiques250
  - 6.3.5. Profondeur de décharge acceptable250
  - 6.3.6. Rendements faradiques et énergétiques d'un cycle charge/décharge252
  - 6.3.7. Température de fonctionnement253
  - 6.3.8. Autodécharge254
  - 6.3.9. Effet mémoire254
  - 6.3.10. Durée de vie en cyclage257
  - 6.3.11. Mode opératoire de charge257
  - 6.3.12. Maintenance259
  - 6.3.13. Coût259
  - 6.3.14. Constructeurs260
  - Chapitre 7. Accumulateurs nickel métal hydrure261
  - 7.1. Introduction261
  - 7.2. Principe de fonctionnement262
  - 7.2.1. Réactions principales aux électrodes262
  - 7.2.2. Réactions secondaires264
  - 7.3. Caractéristiques majeures266
  - 7.3.1. Tension d'un élément266
  - 7.3.2. Présentations les plus courantes267
  - 7.3.3. Capacités disponibles267
  - 7.3.4. Energies massiques et volumiques267
  - 7.3.5. Puissances massiques et volumiques268
  - 7.3.6. Rendements faradiques et énergétiques d'un cycle charge/décharge269
  - 7.3.7. Autodécharge270
  - 7.3.8. Effet mémoire271
  - 7.3.9. Température de fonctionnement272
  - 7.3.10. Conditions de stockage272
  - 7.3.11. Durée de vie en cyclage272
  - 7.3.12. Durée de vie calendaire et stockage prolongé273
  - 7.3.13. Mode opératoire de charge274
  - 7.3.14. Indicateur d'état de charge278
  - 7.3.15. Défaillances internes279
  - 7.3.16. Coût « grand public »279
  - 7.3.17. Utilisations principales279
  - 7.3.18. Quelques fabricants, fournisseurs, marques et ensembliers280
  - 7.4. Solution de l'exercice280
  - Chapitre 8. Autres accumulateurs au nickel281
  - 8.1. Introduction281
  - 8.2. Accumulateurs nickel-fer281
  - 8.2.1. Principe de fonctionnement281
  - 8.2.2. Caractéristiques majeures283
  - 8.2.3. Les accumulateurs NiFe aujourd'hui284
  - 8.3. Accumulateurs nickel-zinc284
  - 8.3.1. Principe de fonctionnement285
  - 8.3.2. Caractéristiques majeures288
  - 8.4. En savoir plus sur les accumulateurs au nickel293
  - 8.4.1. Ressources et propriétés du nickel293
  - 8.4.2. Filières de recyclage des accumulateurs au nickel294
  - 8.4.3. Bibliographie295
  - Conclusion297
  - Index299
Origine de la notice:
- FR-751131015