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Un accumulateur électrique ou simplement un accumulateur, est un système destiné à stocker de l'énergie électrique, sous forme véritablement électrique (condensateur) ou électrochimique (batterie d'accumulateurs ou pile dite rechargeable).
On les distinguera des piles électriques, qui fournissent une énergie électrique, mais ne peuvent pas stocker une énergie électrique qu'on leur fournirait. On exclura également les dispositifs complexes qui convertisse de l'énergie électrique et qui peuvent ensuite reconvertir dans l'autre sens (voir : stockage d'énergie).
[] Généralités
L'énergie électrique peut se stocker :
- Sous forme d'énergie électrostatique, en accumulant des charges électriques dans un ou plusieurs condensateurs. L'apparition, vers 1995, de condensateurs dont la capacité peut atteindre quelques centaines de Farads permet de réaliser des substituts aux batteries d'accumulateurs au plomb. Les avantages sont un gain de poids et un fonctionnement possible par très grand froid (véhicules polaires). L'inconvénient en est encore le prix au Wh stocké nettement plus élevé.
- Sous forme d'énergie électromagnétique, en établissant un courant électrique dans un circuit bobiné autour d'un circuit magnétique, de telle sorte que l'énergie nécessaire pour mettre en mouvement les charges électriques puisse être restituée par induction.
La durée de stockage de l'énergie reste faible même avec les meilleurs métaux conducteurs que sont l'argent et le cuivre en raison des pertes par effet Joule dans le circuit ; un stockage de longue durée nécessite ainsi l'utilisation de matériaux supraconducteurs. Les dispositifs ainsi réalisés sont connus sous le nom de SMES : Superconducting Magnet Energy Storage.
Compte-tenu des limites des techniques de stockage direct de l'électricité, le mot accumulateur désigne en électricité un dispositif réversible de conversion de l'électricité sous une autre forme d'énergie, et plus particulièrement un dispositif de conversion d'énergie électrique en énergie chimique, qui présente la caractéristique intéressante de fournir une tension (différence de potentiel) à ses bornes peu dépendante de sa charge (quantité d'énergie stockée) ou du courant débité.
Différents types de couples chimiques sont utilisés pour la réalisation d'accumulateurs électriques.
[] Caractéristiques d'un accumulateur
- La tension ou potentiel (en volt) est un paramètre important. Fixée par le potentiel d'oxydo-réduction du couple redox utilisé, elle est de l'ordre de quelques volt pour un élément. Comme en pratique on désire des tensions plus élevées, (typiquement 12, 24 voire 48 V), pour augmenter la tension on branche des éléments en série au sein d'une batterie d'accumulateur (c'est sans doute l'origine du terme « batterie » comme synomyne courant pour « accumulateur », et en anglais, pour « pile » ; toutefois certains évoquent une autre source étymologique possible : l'effet de choc d'un courant électrique, comme si l'appareil électrique « battait » celui qui reçoit la décharge).
- Le débit d'un accumulateur se mesure en ampère.
- La capacité électrique se mesure dans la pratique par référence au temps de charge/décharge, en Ah (ampère-heure) ou mAh (milliampère-heure), mais l'unité officielle (SI) est le coulomb.
- 1 Ah = 1 000 mAh = 3 600 C ; 1 C = 1 Ah/3 600 = 0,278 mAh ;
- L'énergie stockée se mesure usuellement en Wh (watt-heure mais l'unité officielle (SI) est le joule.
- 1 Wh = 3 600 J = 3,6 kJ ; 1 J = 0,278 mWh
- Enfin, une des caractéristiques importantes d'un accumulateur est sa masse et la densité massique d'électricité (Ah/kg) ou d'énergie (Wh/kg) qu'il peut restituer. Dans certaines applications, moins fréquente, le volume (en m3 ou en litre) peut aussi jouer un rôle.
La tension nominale d'un élément accumulateur de ce type est de 2 V.
Il s'agit du système le plus ancien, mais aussi potentiellement l'un des plus polluants.
- C'est le dispositif de stockage d'énergie électrique utilisés dans la plupart des véhicules automobiles. Voir l'article détaillé Batterie au plomb.
- L'accumulateur au plomb a été inventé par Gaston Planté qui observait l'électrolyse de l'eau acidulée. En essayant le plomb dans sa recherche de matières plus économiques que le platine, il remarqua que son appareil rendait de l'électricité lorsqu'on coupait l'alimentation; comme si l'oxygène et l'hydrogène pouvaient rendre l'électricité qui les avait produits.
- Il crut avoir inventé la pile à combustible, mais comprit vite que ce n'était pas l'oxygène et l'hydrogène gazeux qui rendaient le courant, mais la modification chimique (oxydation) de la surface du plomb.
- Le fonctionnement de la batterie ne disperse pas de plomb.
- Le plomb est un polluant, en revanche le recyclage des batteries est facile. Le transport et le recyclage des batteries est de plus en plus sévèrement réglementé, ce qui augmente les frais, diminue la rentabilité du recyclage ; par conséquent la quantité de batteries recyclées a tendance à diminuer, le prix du kilogramme de batteries devient inférieur au prix du kilogramme de ferraille.
La tension nominale d'un élément accumulateur de ce type est de 1,2 V.
Ce couple électrochimique est l'un des plus couramment utilisé depuis plusieurs décénnies pour fabriquer des batteries d'accumulateur alimentant les appareils portatifs.
Ce type d'accumulateur possède un fort effet mémoire, ce qui oblige leur stockage dans un état déchargé (0,6 V).
La fin de charge est caractérisée par une tension de charge dv/dt négative. C'est ce seuil qui est détecté par les chargeurs automatiques pour arrêter la charge.
Par rapport au Ni-MH, le Ni-Cd peut supporter des pointes de courant en décharge plus importantes (de l'ordre de 10 fois) et sa décharge naturelle est beaucoup plus lente que celle du Ni-MH.
Par contre le cadmium est très polluant.
Ce type d'accumulateur permet un nombre de cycles charge/décharge plus important que les accus Li-ion et beaucoup plus important que les Ni-MH (durée de vie supérieure)
La tension nominale d'un élément accumulateur de ce type est de 1,2 V.
Ce type d'accumulateur n'incorpore ni cadmium ni plomb et est donc peu polluant.
De plus, son énergie massique est supérieure de 40 % à celle des Ni-Cd et son effet mémoire est très faible.
La fin de charge est caractérisée par une tension de charge constante (dv/dt nulle). C'est ce seuil qui est détecté par les chargeurs automatiques pour arrêter la charge.
[] Brome
Actuellement au stade de prototype, les accumulateurs à base de brome seront probablement réservés aux installations fixes car ils nécessitent la circulation de l'électrolyte et que, de plus, le brome est particulièrement dangereux.
Les couples étudiés sont: sodium-brome, vanadium-brome et zinc-brome.
[] Tableau comparatif des différentes technologies
| Type | Énergie massique | Tension d'un élément | Durée de vie
(nombre de recharges) | Temps de charge | auto-décharge
par mois
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| Plomb | 30-50 Wh/kg | 2 V | 200-300 | 8-16 h | 5 %
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| Ni-Cd | 48-80 Wh/kg | 1,25 V | 1 500 | 1 h | 20 %
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| Ni-Mh | 60-120 Wh/kg | 1,25 V | 300-500 | 2-4 h | 30 %
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| Li-ion | 110-160 Wh/kg | 3,7 V | 500-1 000 | 2-4 h | 10 %
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| Li-Po | 100-130 Wh/kg | 3,7 V | 300-500 | 2-4 h | 10 %
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[] Voir aussi
[] Lien externe
- buchmann.ca Batteries rechargeables (en) (fr) (de) (es) (se)
- ni-cd.net Le monde des accumulateurs et des batteries rechargeables(fr)
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La source est wikipedia http://fr.wikipedia.org/wiki/Accumulateurs électriques
Revue de presse Accumulateurs_électriques
