Le plomb et l'acide sont deux choses que la plupart des gens savent assez bien pour éviter. Le plomb est un métal lourd qui peut causer toute une liste de problèmes de santé, et l'acide est acide. La simple mention de ce mot évoque des images de liquides verts bouillonnants et de scientifiques fous de cinglements qui misent sur la domination du monde.
Mais comme le chocolat et le beurre de cacahuète, le plomb et l’acide ne semblent pas aller de pair, mais c’est le cas. Sans plomb et acide, nous n'aurions pas de batteries de voiture, et sans batteries de voiture, nous n'aurions aucun des accessoires modernes, ni des nécessités de base, comme les phares, qui nécessitent un système électrique pour fonctionner. Comment ces deux substances mortelles se sont-elles réunies pour former la base solide des systèmes électroniques automobiles? La réponse, pour reprendre une tournure de phrase, est élémentaire.
La science du stockage de l'énergie électrique
Les batteries électriques sont simplement des récipients de stockage capables de contenir une charge électrique puis de la décharger en charge. Certaines batteries sont capables de produire un courant électrique à partir de leurs composants de base dès leur assemblage. Ces batteries s'appellent batteries primaires , et ils sont généralement éliminés une fois la charge épuisée. Les batteries de voiture entrent dans une catégorie de batterie électrique différente qui peut être chargée, déchargée et rechargée encore et encore. Celles-ci batteries secondaires utiliser une réaction chimique réversible qui diffère d’un type de batterie à l’autre.
En termes compréhensibles par la plupart des gens, les piles AA ou AAA que vous achetez au magasin, insérez votre télécommande, puis jetez-les quand elles meurent sont des piles primaires. Ils sont assemblés, généralement à partir de piles au zinc-carbone ou au zinc et au dioxyde de manganèse, et sont capables de fournir du courant sans charge. Quand ils meurent, vous les jetez ou en disposez correctement, si vous préférez.
Bien sûr, vous pouvez acheter ces mêmes piles AA ou AAA sous une forme «rechargeable» qui coûte plus cher. Ces piles rechargeables utilisent généralement des piles à hydrure de nickel-cadmium ou nickel-métal. Contrairement aux piles «alcalines» traditionnelles, les piles NiCd et NiMH ne sont pas capables de fournir du courant à une charge lors de l'assemblage. Au lieu de cela, un courant électrique est appliqué aux cellules, ce qui provoque une réaction chimique dans la batterie. Vous collez ensuite la batterie dans votre télécommande et quand elle meurt, vous la placez dans un chargeur et l'application d'un courant inverse le processus chimique qui s'est produit pendant la décharge.
Les batteries de voiture, qui utilisent du plomb et de l'acide sulfurique à la place de l'oxyhydroxyde de nickel et d'un alliage absorbant l'hydrogène, ont des fonctions similaires à celles des batteries NiMH. Lorsqu'un courant électrique est appliqué à la batterie, une réaction chimique se produit et une charge électrique est stockée. Lorsqu'une charge est connectée à la batterie, cette réaction s'inverse et un courant est fourni à la charge.
Stocker de l'énergie avec du plomb et de l'acide
Si vous utilisez du plomb et de l'acide pour stocker une charge électrique, cela semble archaïque. La première batterie au plomb-acide a été inventée dans les années 1850 et la batterie de votre voiture repose sur les mêmes principes de base. Les dessins et les matériaux ont évolué au fil des ans, mais la même idée de base est en jeu.
Lorsqu’une batterie au plomb-acide est déchargée, l’électrolyte devient une solution très diluée d’acide sulfurique, c’est-à-dire qu’il s’agit en grande partie d’H20 ordinaire, contenant du H2SO4. Les plaques de plomb ayant absorbé l'acide sulfurique deviennent principalement du sulfate de plomb. Lorsqu'un courant électrique est appliqué à la batterie, ce processus est inversé. Les plaques de sulfate de plomb retournent (principalement) dans le plomb et la solution diluée d’acide sulfurique devient plus concentrée.
Ce n’est pas un moyen extrêmement efficace de stocker de l’énergie électrique, en termes de poids et de taille des cellules, comparé à la quantité d’énergie qu’elles stockent, mais les batteries au plomb-acide sont encore utilisées de nos jours pour deux raisons. Le premier est une question d’économie; Les batteries plomb-acide sont beaucoup moins chères à fabriquer que toute autre option. L'autre raison est que les batteries plomb-acide sont capables de fournir une quantité énorme de courant à la demande en même temps, ce qui les rend particulièrement adaptées à une utilisation en tant que batteries de démarrage.
Quelle est la profondeur de votre cycle?
Les batteries de voiture traditionnelles sont parfois appelées Batteries SLI , où "SLI" signifie démarrage, allumage et allumage. Cette abréviation illustre assez bien les objectifs principaux d'une batterie de voiture, car le travail principal de toute batterie de voiture consiste à faire fonctionner le démarreur, les phares et l'allumage avant que le moteur ne tourne. Une fois le moteur en marche, l’alternateur fournit toute l’énergie électrique nécessaire et la batterie est rechargée.
Ce type d’utilisation est un type de cycle de travail peu profond, en ce sens qu’il fournit une brève rafale d’une grande quantité de courant, et c’est ce à quoi les batteries de voiture sont spécifiquement conçues. Dans cet esprit, les batteries de voiture modernes contiennent de très minces plaques de plomb, ce qui permet une exposition maximale à l'électrolyte et une intensité de courant maximale pendant de courtes périodes. Cette conception est nécessaire en raison des énormes besoins actuels en moteurs de démarrage.
Contrairement aux batteries de démarrage, les batteries à cycle profond sont un autre type de batterie plomb-acide conçue pour un cycle «plus profond».La configuration des plaques est différente, elles ne sont donc pas bien adaptées pour fournir de grandes quantités de courant à la demande. Au lieu de cela, ils sont conçus pour fournir moins d'énergie pendant de plus longues périodes. Le cycle est "plus profond" car il est plus long que le fait que le débit global soit plus important. Contrairement aux batteries de démarrage, qui sont automatiquement rechargées après chaque utilisation, les batteries à décharge profonde peuvent être déchargées lentement - à un niveau de sécurité - avant d'être rechargées à nouveau. Comme les batteries de démarrage, les batteries plomb-acide à cycle prolongé ne doivent pas être déchargées en dessous du niveau recommandé pour éviter des dommages permanents.
Paquet différent, même technologie
Bien que la technologie de base des batteries plomb-acide soit restée à peu près la même, les progrès réalisés dans les matériaux et les techniques ont entraîné de nombreuses variations. Bien entendu, les batteries à cycle profond utilisent une configuration de plaque différente pour permettre un cycle de travail plus profond. D'autres variantes vont encore plus loin.
La plus grande avancée dans la technologie des batteries au plomb-acide a probablement été celle des batteries au plomb-acide (VRLA) à régulation par soupape. Ils utilisent toujours du plomb et de l’acide sulfurique, mais ils n’ont pas «inondé» de cellules humides. Au lieu de cela, ils utilisent des cellules de gel ou un tapis de verre absorbé (AGM) pour l'électrolyte. Le processus chimique est le même au niveau de base, mais ces batteries ne sont pas sujettes à la formation de gaz, comme les batteries à cellules noyées, et ne sont pas vulnérables aux fuites si elles sont renversées.
Bien que les batteries VRLA présentent de nombreux avantages, leur production est beaucoup plus chère que les batteries à cellules noyées traditionnelles. Ainsi, bien que la technologie continue de progresser, il y a des chances pour que vous continuiez à utiliser la technologie de pointe des années 1860 sous votre capot pendant un certain temps, à moins que vous ne passiez à l'électricité. Mais c’est tout autre chose en matière de piles.
