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Accumulator charge électrique
Les piles et batteries de types différents (en bas à gauche de sens horaire): Deux 9 volts, les deux « AA » (stylet), un « D » (torche), la batterie d'un téléphone sans fil, la batterie d'un appareil photo, batterie un poste de radio portable, un "C" (la moitié de la torche) et deux "AAA" (penlight).

la accumulateurs de charge électrique ou piles rechargeables ou piles secondaire ou accumulateurs (En abrégé accu / Akku) sont batterie dont la charge peut être entièrement restauré par l'application adéquate de énergie électrique.

Les principales caractéristiques sont les tension à terminaux (Exprimé en volt) Et capacité (Exprimé en ampère-heure).

Certains types de batteries rechargeables sont susceptibles d'être endommagés par une décharge profonde (Pb, Li-ion), Tandis que d'autres doivent être déchargées de manière cyclique afin d'éviter une dégradation rapide des performances (effet mémoire en anglais batterie paresseux, hystérèse). Tâtonné pour recharger les batteries non rechargeables (primaires) peut provoquer une surchauffe dangereuse "électrolyte jusqu'à provoquer une fuite ou une explosion.

Liens et dénominations

A l'origine des groupes de 2 ou plusieurs générateurs électrochimiques élémentaires (également appelés éléments ou cellules), connectés électriquement en série, ont été appelés accumulateurs si disposés côte à côte dans une rangée, des batteries secondaires si une autre se chevauchent. À l'heure actuelle dans le langage courant sont appelées piles rechargeables sont également constituées d'un seul élément.

Les batteries ou piles de tension et de capacité égale peuvent être reliés les uns aux autres à la fois en série et en parallèle, tandis que dans le cas de capacités différentes, mais égale tesion peut être connecté seulement en parallèle[1], tandis que si la tension est différente, il ne sera pas possible d'effectuer tout type de lien.

types

Il existe différents types, avec différentes capacités électriques, différentes compositions chimiques, formes et tailles. Parmi la batterie secondaire (ou piles) comprennent:

  • batterie au plomb-acide: Couramment utilisé dans les véhicules automobiles, les systèmes d'alarme et antipannes d'électricité. Habituellement, il utilisé comme « A » ou la batterie « humide » dans l'équipement radio valve. L'avantage majeur de cette chimie est son faible coût: une grande batterie (. Par exemple, 70 Ah) est relativement peu coûteux par rapport à d'autres produits chimiques. Cependant, cette chimie de la batterie a moins de batteries de densité d'énergie, d'autres produits chimiques connus aujourd'hui (voir ci-dessous).
    • mat de verre absorbant (AG)
    • gel de la batterie
  • Lithium-ion: Batterie chimique relativement moderne qui offre une densité de charge très élevée (une petite batterie Li-ion a beaucoup d'énergie électrochimique) et qui ne souffre pas de effet mémoire. Ils sont largement utilisés dans les systèmes portables, appareils photo numériques, lecteurs MP3 et certains des appareils les plus numériques portables.
  • polymère lithium-ion: A des propriétés similaires à la batterie Li-ion, mais une densité légèrement plus faible de la charge. Il peut être facilement adaptée aux caractéristiques des objets particuliers, tels que les batteries ultra-minces (épaisseur 1 mm) de la dernière PDA. Si elle est construite spécifiquement, il est capable de produire beaucoup plus d'énergie que les batteries Li-ion, et est donc souvent utilisé dans les avions de modèle électrique.
  • sodium-soufre batterie
  • batteries nickel-fer
  • nickel-hydrure métallique Batterie (NiMH)
  • Batteries au nickel-cadmium (Ni-Cd): utilisé dans de nombreuses applications domestiques, ils sont en train de disparaître parce que maintenant surclassé par des batteries Li-ion et NiMH. Avec cette pile, vous pouvez obtenir un grand nombre de cycles de charge (plus de 1500), mais au détriment de la densité de charge, par rapport aux batteries les plus courantes. Les cellules Ni-Cd qui utilisent la technologie vétuste souffrent de « mémoire » effet, même si, dans les plus modernes, l'effet a été considérablement réduit. De plus, la cadmium Il est un métal lourd et toxique.
  • le chlorure de sodium-métal Batterie
  • batterie nickel-zinc
  • sel fondu batterie
  • batterie zinc-argent: il a été le dispositif plus haute densité d'énergie (avant le développement de technologies lithium-ion) et son utilisation principale concerne le domaine aéronautique. La hausse mondiale des prixargent fait usage de cette batterie plus abordable. Il a été utilisé pour les dernières missions lunaires Apollon. , Il utilise encore actuellement le sous-marins diesel-électrique, tel que le type U-212.

La première consiste à amener la batterie de stockage d'acide, en 1859. Cependant, jusqu'à ce que l'invention dynamo (1869) Il était plutôt inutile comme un accumulateur, car la seule façon de le recharger aurait été par d'autres piles; il a été utilisé seulement comme une source d'électricité (principalement pour télégraphe), À travers sa création physique (plaques de plomb immergées dans de l'acide sulfurique) et mise au rebut sulfate de plomb une fois la charge épuisée.

Les piles rechargeables couramment utilisés

Dans la vie de tous les jours, nous utilisons uniquement certains types de batteries rechargeables, généralement dans des tailles standard AAA, AA, C, D. Les ordinateurs portables, téléphones mobiles, lecteurs de musique et ainsi de suite. Ils utilisent des batteries plus souvent dans des formats non standard et les plus avancés technologiquement. Toutes les voitures avec un moteur à combustion interne accueillant une grande batterie rechargeable au plomb, qui est principalement utilisé pour le démarrage du moteur et de temps en temps pour la puissance du système électrique du moteur; une telle batterie est rechargée par l'intermédiaire d'un alternateur (entraînée par le moteur) relié à un groupe régulateur redresseur de tension, à 14,4 V (12 V nominal).

batterie au plomb-acide

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: batterie au plomb-acide.

La batterie plomb-acide est le constituant de base des batteries communes pour les voitures. la différence de potentiel (Δet) En circuit ouvert et à pleine charge aux pôles d'une seule cellule plomb-acide est 2,12 V; accumulateurs d'automobiles se composent de six cellules au plomb en série, qui produisent un total de 12,70 différence de potentiel V. Ces valeurs de baisse, peu de temps après l'opération, de 2,0 V (cellule unique) et 12 V ( six cellules).

Dans l'état de charge, chaque cellule contient un anode de conduire (Pb) et un cathode de dioxyde de plomb (PbO2) Dans un une solution d'électrolyte aqueuse contenant acide sulfurique (H2SO4) A une concentration de 4,5 M. L'application de la loi d'action de masse de H2SO4, Alors que les deux constantes Ka1 et Ka2 acide, conduit à calculer [SO42-] = 1 10-2 M.

A l'anode se produit semireaction oxydation:

Pb Pb →2+ + 2et-

La présence d'ions ZO42- (1 10-2 M) précipite l'ion Pb2+ lequel elle se développe, étant le sulfate de plomb (PbSO4) Un sel insoluble. De plus, la présence d'une forte concentration de l'ion HSO4- (4,5 M) permet à l'ion SO42- pour régénérer après la précipitation, le maintien d'une concentration constante de 1 molaire 10-2 M. A partir du produit de solubilité (KPS) De PbSO4 (1,8 10-8) Il est possible de calculer la concentration molaire de l'ion Pb2+ pendant le fonctionnement de la batterie: [Pb2+] = 1,8 10-6 M. L'application de l'équation de Nernst pour le couple d'oxydo-réduction de l'anode (Pb2+/ Pb) conduit à déterminer son potentiel de réduction (et), Ce qui équivaut à 1,70 V (et° = 1,455 V; et = 1,70 V).

A la cathode, il a lieu la réaction semi-réduction:

PbO2 + 4H+ + 2et- → Pb2+ + 2H2OU

Même dans ce cas, la présence de l'ion SO42- précipite l'ion Pb2+ qui se développe: [Pb2+] = 1,8 10-6 M. L'application de l'équation de Nernst du couple redox de la cathode (PbO2/ Pb2+) Conduit pour déterminer son potentiel de réduction (et), Équivalant à -0,30 V (et° = -0,13, et = -0,30 V).

la différence de potentiel entre anode et cathode (Δet) Dans ces conditions, il est donc de 2,0 V, ce qui correspond à 12 V, tandis que les six cellules en série.

L'acide sulfurique, par la formation d'ions ZO42- à une concentration élevée et constante, il permet de réduire le potentiel de la cathode et de l'anode (et) Étant, respectivement, supérieur à 0,26 V et inférieur à 0,17 V et à assumer des valeurs constantes pendant le fonctionnement de la batterie. Par conséquent Δet est élevé et constant (2,0 V).

utilisations: Composante nécessaire du système électrique des motos, des voitures et des camions.
avantages: Livrer des courants très élevés, fiable, longue durée de vie, faible coût, il fonctionne aussi bien à des températures basses.
inconvénients: Le plomb est un métal lourd et toxique. La perte de capacité due au stress mécanique. Ne convient pas aux décharges trop prolongées en raison du phénomène de sulfatation. La limite de taille et le poids de leur utilisation dans de petites applications.

Charge des batteries plomb-acide

Dans une première phase, la batterie est chargée à un courant constant égal à environ 10% ou moins de la capacité de la batterie. La charge se poursuit jusqu'à ce que chaque cellule atteint le potentiel de 2.4V. La deuxième phase de chargement, est effectuée à une tension constante (14,4 V pour une batterie à 6 cellules), les extrémités de charge lorsque la consommation de courant chute à quelques mA (environ 0,2% de la capacité de l'accumulateur).

Batterie nickel-cadmium

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: batterie au nickel-cadmium.
Accumulator charge électrique
Trois des modèles batteries au nickel-cadmium.

Utilisé dans de nombreuses applications domestiques d'aujourd'hui a été presque complètement remplacé par les accumulateurs de type Li-Ion et NiMH. Ce type de batterie a une durée de vie très longue (plus de 1500 cycles de charge / décharge complète), mais une densité d'énergie plus faible et est influencée dell 'effet mémoire. Il est également très nocif pour l'environnement si pas correctement placé. L'énergie spécifique de ce type de batteries peut atteindre 50 Wh / kg (en référence au téléchargement dans 5 h) et de la puissance jusqu'à 200 W / kg.

  • Réponse complète:[2]
2 NiO (OH) 2 + Cd + H2O 2 → Ni (OH)2 + Cd (OH)2

Cette technologie a été interdite à compter du 1er Juillet 2006 selon Directive européenne 2002/95 / CE le Parlement européen et du Conseil du 27 Janvier 2003 relative à la limitation de l'utilisation de certaines substances dangereuses dans le matériel électrique et électronique.

utilisations: L'équipement électronique, carburant.
avantages: Permet plus de 1500 cycles de charge / décharge, se recharge rapidement, économique.
inconvénients: Remarquable d'auto-décharge, l'effet de mémoire, contient des métaux lourds toxiques.

nickel-hydrure métallique Batterie

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: nickel-hydrure métallique.
Accumulator charge électrique
batteries rechargeables AA de type nickel-hydrure métallique (Ni-MH)

les batteries nickel-métal hydrure (NiMH) remplacent maintenant les vieilles piles nickel-cadmium (NiCd), plus toxiques et moins efficace. A l'anode, on absorbé l'oxydation de l'hydrogène des alliages de nickel métalliques, à la cathode on a la réduction du nickel (III) et l'électrolyte est toujours une pâte de base d'hydroxyde de potassium.

les batteries NiMH Ils sont une évolution de ceux nickel-cadmium (NiCd) et par rapport à ceux-ci ont l'avantage d'avoir une densité d'énergie (Wh / kg ou Wh / dm3) De 30 à 40% de plus, et avoir éliminé l'utilisation du cadmium, un métal lourd dangereux. Le procédé électrochimique de charge, au pôle négatif est généralement constitué d'un alliage de métaux de terres rares et de nickel (par exemple le LaNi5). En particulier, les alliages métalliques utilisés sont capables de stocker et ensuite libérer une quantité d'hydrogène d'un millier de fois son propre volume. L'électrolyte utilisé est une solution diluée de l'hydroxyde de potassium (KOH), à laquelle on ajoute, dans une moindre mesure, d'autres composés chimiques pour améliorer les performances de la batterie.

Le séparateur entre l'anode et la cathode, ce qui empêche un contact électrique entre les électrodes, mais il permet un échange d'ions efficace, est constitué par un film mince à base de nylon. La différence de potentiel au niveau des pôles est de 1,2 V. L'énergie maximale qui peut être stockée dans les batteries communes de taille AA est actuellement (en 2006) d'environ 13 kJ (3000 mA h à 1,2 V). Vers la fin de 2006, un fabricant a mis sur le marché des batteries nickel-métal hydrure avec les améliorations de cathode qui permet une auto-décharge plus faible, avec une amélioration ultérieure est venu à un taux d'auto-décharge de seulement 10% après 1 an et 30% au bout de 5 ans. Ce type de batterie est appelé Faible autodécharge(LSD) ou Prêt à l'emploi.

MH + OH- → M + H2O + et-
NiO (OH) + H2O + et- → Ni (OH)2 + Ohio-
  • réaction complète
MH + NiO (OH) → M + Ni (OH)2
utilisations: Divers appareils électroniques portables, y compris les téléphones sans fil, les téléphones cellulaires, les caméscopes. Lentement remplacé par le lithium dans des formats non standard.
avantages: Léger et puissant.
inconvénients: Vous téléchargez même si non utilisé (un problème résolu avec le LSD), la lumière effet mémoire (batterie paresseux).

Batterie alcaline

Contrairement à ce que vous pensez que les piles alcalines non rechargeables généralement définies peuvent être rechargées en partie aussi longtemps que le chargeur est spécialement conçu pour cet usage. Certes, à porter un certain nombre de cycles complets limités à quelques dizaines et aussi longtemps qu'il reste dans les conditions de réversibilité de leur chimie, à savoir la tension cellulaire ne tombe pas en dessous de 1,25 volt les recharger, mais vous pouvez souvent obtenir des centaines de cycles partiels. Cependant, cette possibilité est très négligé par le grand public, parce que la plupart du chargeur ne convient que pour charger les batteries Ni-Cd ou Ni-MH.

Il existe certains types de piles alcalines spécifiquement conçues pour être rechargées et leur plus grand avantage est principalement due à dall'irrisoria auto-décharge par rapport à celle des autres batteries, ce qui les amène à trouver une large utilisation dans les équipements sensibles ou qui est de priver long entretien. Toute tentative de recharger des piles alcalines ne sont pas spécialement conçus pour cette opération est dangereuse en raison de la possibilité d'une surchauffe et d'explosion du même.

utilisations: Appareils électroniques différents, la micro-électronique.
avantages: Puissant, presque pas d'auto-décharge.
inconvénients: Restreint les possibilités de charge, la tension ne doit pas descendre au-dessous de 1,25 V.

Lithium-ion

Accumulator charge électrique
un Batterie lithium-ion

la batteries au lithium, à ne pas confondre avec les piles au lithium primaires (non rechargeables) Ils sont constitués par une anode en couches de graphite où ils sont « immergés » atomes lithium, tandis que la cathode est un sel de lithium (habituellement LiMn2OU4) Et l'électrolyte est une solution de le perchlorate de lithium LiClO4 dans du carbonate d'éthylène C2H4CO3, un solvant organique.

Les batteries au lithium ont une densité d'énergie, le nombre de cycles de charge-décharge et la performance globale beaucoup plus que ceux possédés par les batteries commerciales décrites précédemment, mais aussi des coûts plus élevés. Ils sont utilisés dans les ordinateurs portables dans les téléphones modernes et presque tous les appareils portables avec la haute technologie et ne souffrent pas de l'effet mémoire.

Cette batterie utilise des solutions non aqueuses de haute solvant permittivité électrique comme carbonate de propylène, carbonate éthylène, diméthylsulfoxyde, etc., dans lequel ils sont dissous les sels de lithium (LiPF6, LiBF4, LiClO4 et LiAsF6), Puis ajouté d'autres composés organiques (le tétrahydrofuranne, diéthyle, etc.) afin d'augmenter conductivité ionique solutions. Nous anode d'atomes de lithium « immergés » dans des couches de graphite, la cathode est un sel de celui-ci (en général LiMn2OU4) Et l'électrolyte est une solution de le perchlorate de lithium (LiClO4) Dans du carbonate d'éthylène (C2H4CO3), Un solvant organique. La différence de potentiel au niveau des pôles est de 3,7 V.

Lixx Li+ + x et-
Li1-xmn2OU4 + x Li+ + x et- → LiMn2OU4
  • réaction complète
Lix + Li1-xmn2OU4 → LiMn2OU4
utilisations: Équipement électronique moderne, ordinateurs portables, téléphones portables, les caméscopes.
avantages: Extrêmement puissant et léger: ne produisent que 7 grammes de métal jusqu'à un masse de électrons. Non « effet mémoire ».
inconvénients: Plutôt cher, le solvant peut être inflammable. Si elles ne sont pas appliquées quelques astuces peuvent exploser d'une manière dangereuse.

Batterie lithium-ion polymère

Accumulator charge électrique
Accumultatori Li-Po de capacités différentes

la variante Lithium-polymère possède des caractéristiques similaires, la densité d'énergie des batteries Li-Poly est supérieure de plus de 20% par rapport à un ion lithium classique, mais un cycle de vie légèrement inférieure. Il se compose de matériaux composites conducteurs lithium-polymère, obtenues par incorporation de solutions de sels de lithium dans des matrices polymères appropriées. Son grand avantage est donné par la possibilité de créer des piles de toute forme et la taille, et le fait est pas secondaire, plus sûr, étant donné que l'électrolyte à l'état solide en cas de rupture accidentelle des batteries ne sont pas les éclaboussures, évitant ainsi d'endommager le chargeur ou l'utilisateur de l'appareil.

Lixx Li+ + x et-
Li1-xmn2OU4 + XLI+ + x et- → LiMn2OU4
  • réaction complète
Lix + Li1-xmn2OU4 → LiMn2OU4
utilisations: Équipement électronique moderne, ordinateurs portables, téléphones portables, caméscopes, modèle dynamique.
avantages: Extrêmement puissant et léger: ne produisent que 7 grammes de métal jusqu'à un masse de électrons. aucun effet mémoire.
inconvénients: Plutôt cher, très dangereux, le solvant peut être inflammable.

phosphate de fer et de lithium de l'accumulateur

la accumulateurs lithium-fer-phosphate de (LiFePO4) ont été découverts par John Goodenough dans 1997.

Tableau comparatif des différentes technologies

type La densité d'énergie Tension d'une cellule Lifespan
(Cycles de charge)
temps de charge Téléchargement automatique
mensuel
tension de charge minimale (par cellule) effet mémoire
conduire 30-50 Wh / kg 2,4 V 200-300 8-16 h 5% 2,3 V  ?
Ni-Cd 48-80 Wh / kg 1,25 V 1500 1 h > 20% 1,25 V il
Ni-MH 60-120 Wh / kg 1,25 V 300-500 2-4 h > 30% 1,25 V partiel
LSD Ni-MH 60-120 Wh / kg 1,25 V 1800 2-4 h < 2 % 1,25 V partiel
alcalin 80-160 Wh / kg 1,5 à 1,65 V 100 16.01 h
(Selon la capacité)
< 0,3 % en fonction de la batterie  ?
Li-ion 110-160 Wh / kg 3,7 V 500-1000 2-4 h 10% 3,7 V aucun
Li-Po 130-200 Wh / kg 3,7 V 1000 2-4 h 10% 3,7 V aucun

Accumulateur spéciales ou expérimentales

Il existe plusieurs types de batteries rechargeables conçues et fabriquées pour des utilisations particulières, comme l'automobile, le stockage d'énergie ou de l'utilisation dans la construction navale ou aéronautique. Rarement ces batteries usage domestique, et peu pratique, ou pour le coût élevé restent limitées aux usages spéciaux ou industriels.

Vanadium Redox Batterie

Ce type de batterie, encore au stade expérimental, emploie les couples redox de vanadium (V2+/ V3+ à la cathode et V4+/ V5+ anode), qui sont présents dans l'électrolyte en solution avec de l'acide sulfurique. Pendant les cycles de charge / décharge sont échangés au moyen d'une membrane polymère perméable, les ions hydrogène H+. La tension de la cellule est 1,4-1,6 volts. Il a une grande efficacité, ce qui dans des conditions optimales peut atteindre 85%. La capacité de stockage de l'usine pilote existant est d'environ 30 Wh / kg; d'autres prototypes, toujours en recherche et développement, ont 50 capacité Wh / kg.

utilisations: Stockage de l'énergie à grande échelle.
avantages: Rendement élevé, le nombre de cycles de charge / décharge, et la vie pratiquement illimitée.
inconvénients: Ils sont parmi les plus prometteurs du développement de la batterie de pointe, mais sont peu susceptibles de se propager sous forme de piles portables.

PSB batterie (bromure de poly-sulfure)

Cette batterie rechargeable est composé d'électrolytes en solution saline, la le bromure de sodium et le polysulfure de sodium, séparés par une membrane polymère perméable aux ions + sodium. Chaque cellule produit environ 1,5 V, fonctionne à température ambiante et a un rendement net d'environ 75%. Ils sont en prévision des installations expérimentales de 120 MWh.

utilisations: Stockage à grande échelle, les outils électriques à forte absorption.
avantages: Efficacité et nombre élevé de cycles, fonctionne à la température ambiante.
inconvénients: Électrolyte dangereux.

Batterie de ZEBRA (NiNaCl)

ZEBRA, de 'acronyme Anglais zéro activités de recherche de la batterie d'émission, est un type de batterie est constituée de cellules qui fonctionnent à chaud, enfermés dans un conteneur thermique. Il doit être équipé d'un système de microprocesseur, qui gère le bon fonctionnement. Il a une densité d'énergie très élevée; son utilisation est principalement dirigé vers le stockage de l'énergie ou des applications automobiles.

utilisations: Automobile, UPS légers et le rasage de pointe.
avantages: Particulièrement efficace, le nombre de cycles de charge / décharge, matériaux non toxiques.
inconvénients: Il nécessite une température de fonctionnement d'environ 245 ° C; sera complètement déchargée en 6-8 jours. La nécessité de maintenir la température, abaisse l'efficacité en termes de bilan énergétique, lorsqu'il est inactif.

nickel-zinc batterie

Particulièrement adapté, en raison de son faible poids et la grande puissance de sortie, l'utilisation de véhicules électriques, comme les scooters ou les petites voitures.

utilisations: Automobile.
avantages: Haute densité d'énergie, atteint la charge de 60% en 1 heure, les matières non toxiques, sans effet mémoire.
inconvénients: Réduction des cycles de charge (600-800), de la phase de rodage vital.

Batterie zinc-brome (Zn-Br)

Dans cette batterie, le flux des deux électrolytes est séparée par une membrane en polyoléfine microporeuse, tandis que les électrodes sont formées à partir d'un composite carbone-plastique. Dans le cycle de décharge est sous forme de bromure de zinc, générant 1,8 V par cellule pendant le chargement du zinc métallique est déposée sur l'électrode négative et le brome en solution est déposée sur le côté opposé de la membrane, par réaction avec les amines organique et ridepositandosi le bas. Il a une efficacité de 75%.

utilisations: Automobile, stockage.
avantages: Haute densité d'énergie, pas d'effet mémoire.
inconvénients: Est un élément Bromine dangereux.

soufre-sodium de la batterie (Na-S)

Dans cette batterie sont soufre liquide à l'électrode positive alors que dans le sodium liquide négatif, séparés par un β- électrolyte céramiquealumine à l'état solide, ce qui ne permet que des ions Na+ de passer à travers, rejoignant le soufre et former des polysulfures de sodium.

phase de décharge 2Na + = Na 4S2S4

Ce processus est réversible en ce que l'application d'ions positifs libres d'énergie électrique de polysulfure de sodium à travers l'électrolyte pour réformer sodium élémentaire. Chaque cellule a environ 2 V et la tension malgré des fonctions à des températures de l'ordre de 300 ° C a une efficacité maximale de 89%.

utilisations: Stockage, carburant.
avantages: Rendement élevé, une faible toxicité des composants.
inconvénients: Il fonctionne à des températures élevées.

D'autres types de batteries

batterie ESCALIER (Air)

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: ESCALIER.

Ce type de batterie est en cours d'étude en Ecosse, la University of St Andrews: elle est basée sur une électrode de carbone poreux, qui est capable d'absorber l'oxygène qui l'entoure; cette interaction avec les batteries peut fournir de l'électricité.[3][4]

Aluminium-Air Batterie

Dans le développement; Potentiellement, il a vingt fois la densité énergétique des meilleures batteries rechargeables, mais comme une batterie secondaire (rechargeable) a besoin de développement ultérieur, car il n'a pas encore réussi à dépasser le rendement de 50%, bien au-dessous du maximum théorique. Comme une batterie primaire (non rechargeable) est très intéressante: la densité d'énergie exceptionnelle, compatibilité avec l'environnement et à faible coût. Idéal et déjà utilisé à titre expérimental en réponse à des pics de consommation temporairement dans les réseaux électriques.

batterie nickel-

Antenata batterie au nickel-cadmium batterie est maintenant complètement en désuétude. Il a été commercialisé par Thomas Edison début du siècle dernier et a beaucoup de succès jusqu'à ce que la une quarantaine d'années. Il a une très faible efficacité en phase de charge et tend à produire hydrogène gazeux, hautement inflammable. Du côté positif, il y a au moins l'excellente compatibilité avec l'environnement. Utilisez les trains.

supercondensateurs

Une autre exception doit être faite pour supercondensateurs, spécial condensateurs qui ont la caractéristique de stocker une quantité de charge électrique exceptionnellement grande par rapport à des condensateurs classiques: plus de 10 F (farad).

Les supercondensateurs sont principalement utilisés comme accumulateurs d'énergie électrique. Par rapport aux batteries chimiques ont l'avantage de pouvoir charger ou télécharger instantanément, assurant ainsi une puissance spécifique très élevée. L'inconvénient le plus important, toujours par rapport aux accumulateurs chimiques, est la faible énergie stockée. Une technologie plus récente, « supercondensateurs » permet d'accumuler plus d'énergie. Il arrive à pleine capacité 3000F à basse tension (2,7 V) et de la capacité de 63 F à 48 V. La technologie est encore un inconvénient en termes d'espace, le poids et les coûts par rapport aux batteries chimiques, mais il peut être utile couplé à celui-ci pour les indices et de diminuer les contraintes et les cycles de charge de décharge, ce qui augmente sa durée de vie.

volant Batteries (volants d'inertie)

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Volant (batterie).
Accumulator charge électrique
un batterie volant de NASA

la batteries Flywheel sont des voitures électriques qui peuvent se transformer énergie électrique en énergie mécanique (énergie cinétique) Et vice-versa. Ils peuvent économiser de l'énergie pendant une longue période et être rechargée rapidement. Les rotors sont amenés à tourner à des vitesses très élevées, de centaines de milliers de tours par seconde et pour cette raison, ils sont parfois appelés supervolani. Pour minimiser les pertes - y compris aérodynamique - les rotors de batteries Flywheel travaillant sous vide, et suspendu sur des paliers magnétiques tourner sans frottement mécanique. L'énergie mécanique accumulée dans la masse d'inertie du rotor peut être converti en un temps très court en une tension continue, ou dans un ensemble de trois tensions alternatives à la fréquence désirée. L'utilisation du volant pour stocker l'énergie est très intéressante, car elle peut offrir une meilleure capacité énergie / masse de rapport que les batteries chimiques, une puissance plus élevée, une meilleure performance, une densité de charge plus élevée et un temps de charge plus court.

actuellement la technologie batterie volant est l'état le plus puissant de l'art permet une plus grande densité de charge, sortie instantanée, l'efficacité, le cycle de vie et le maintien de la charge, et en même temps le temps de recharge inférieur, maintenances et dispersions, par rapport à d'autres types d'accumulation.

accumulateur magnétique (PME)

SMES signifie Aimant de stockage d'énergie supraconductrice Il est un système de stockage magnétique et est formé par un bobine supraconductrice connecté au réseau par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-alternatif réversible. La bobine est alimentée par le redresseur qui permet d'économiser l'énergie sous forme magnétique: ½ L I2 (voir inductance et l'énergie stockée dans une inductance).

En cas de nécessité, l'énergie stockée dans la bobine supraconductrice peut être immédiatement transféré au système via l'onduleur. Il est une technologie encore relégué aux grandes puissances (1 up MVA), bien plus expérimental. Il donne la possibilité d'accumuler un grand courant instantanément et de les libérer tout aussi rapidement, pour compenser une telle baisse d'énergie ou court black-out réseau. Le système peut être associé à un transformateur à l'endroit secondaire en série avec la ligne qui alimente la charge à protéger, dans une telle configuration peut être couvert de baisses de tension sur la centrale supérieure à celle de la PME. Cette configuration a été utilisé pour Agrate Brianza usine STMicroelectronics.

Les batteries de traction

Accumulator charge électrique
Accumulator charge électrique
Les accumulateurs pour véhicules à moteur, à la gauche du type scellé classique 12V, pour contacter le type traditionnel à 6V

Les batteries de traction (appartenant au type de piles ou d'accumulateurs secondaires) sont conçus pour fournir de l'énergie pour déplacer un véhicule, tel qu'un véhicule électrique ou un moteur pour la remorque. Un examen plus constructif concerne le rapport puissance / poids, étant donné que le véhicule doit porter la batterie. Bien que les batteries conventionnelles plomb-acide ne contiennent aucun électrolyte liquide, l'électrolyte dans les batteries de traction est souvent gélifiée pour éviter les déversements. L'électrolyte peut également être trempé laine de verre enveloppée d'une manière telle que les cellules ont une zone circulaire de la section transversale (batteries mat de verre absorbant).

Accumulator charge électrique
Accumulator charge électrique
Une comparaison de deux batteries non couvertes, à gauche de type AGM, à droite du type classique

Les types de batteries utilisées dans les véhicules électriques sont résumés ci-dessous:[5]

  • batteries classiques au plomb-acide à électrolyte liquide, qui peuvent être des fiches pour la connexion avec l'électrolyte et l'évacuation des vapeurs ou scellés
  • Les batteries AGM (Absorbed Glass Mat) qui sont sèches, car les plaques en fibre de verre recueillir 95% de l'acide sulfurique
  • Gels, qui peuvent être scellés ou "vanne régulée" (maintient une pression positive d'environ 1-4 PSI), les piles à valve sont appelés VRLA (Valve Regulated Lead Acid-)
  • batterie ZEBRA Na / NiCl2 fonctionnant à 245 ° C et nécessitant un refroidissement dans le cas d'excursions thermiques
  • Ni / Zn

la Lithium-ion et Lithium-polymère Ils surperforment la technologie NiMH dans ce domaine et à cause de leurs batteries au plomb-acide à faible coût pour maintenir leur rôle dominant.

recharger

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: chargeur.
Accumulator charge électrique
Indicateur de charge de l'accumulateur d'échec
Accumulator charge électrique
batteries de charge

Lorsque le courant circule dans un élément (aussi bien en phase de décharge, à la fois pendant la charge - pour les éléments secondaires) sont produits des réactions chimiques exothermiques, à savoir avec la génération de chaleur.
Une décharge (ou charge) élément trop violent peut provoquer l'explosion et pour cette raison, il est important de veiller à ne pas court-circuit les deux pôles électriques de la batterie.

Si vous essayez de recharger une cellule non rechargeable, vous obtenez un production d'hydrogène et oxygène aux deux pôles des cellules individuelles, et si la production des deux gaz est supérieure à la leur vitesse d'échappement, la batterie peut exploser.

L'énergie utilisée pour recharger la batterie rechargeable peut provenir:

  • réseau domestique grâce à l'utilisation d'adaptateurs;
  • alternateur régulateur de tension, dans le cas de moyens de transport, ce système est pourvu d'une lampe dans le cas où il y a une défaillance du système ou en cas d'échec de charger l'accumulateur;
  • panneaux photovoltaïques;
  • Centrales électriques dans le cas des systèmes industriels ou les télécommunications.

Dans certains appareils électriques ou électroniques, les piles rechargeables sont parfois remplacées par des générateurs mécaniques, comme les petits dynamo ou générateurs piézo-électriques. Pendant le chargement d'une batterie rechargeable est nécessaire de respecter la polarité électrique, si cela ne se produit pas peut causer des dommages à la batterie décharge l'électrolyte jusqu'à la surchauffe et l'explosion du même, avec d'éventuels dommages au chargeur ou au dispositif utilisateur. Batteries avec des propriétés électriques ou avec différents niveaux de charge ne doivent jamais être rechargées en même temps, ils ont pas fait leur décharge totale.

pour recharger femme au foyer des éléments, il est préférable d'utiliser des chargeurs qui ont des protections, telles que:

  • la reconnaissance d'éléments primaires (par ex. des piles alcalines), ce qui empêche automatiquement la charge
  • Protection contre l'inversion de polarité
  • protection contre la surchauffe de l'élément en charge
  • limitation de la durée de charge maximale
  • la détection automatique de la capacité de la batterie rechargeable (et par conséquent l'adaptation du courant de charge).

courbes caractéristiques

Accumulator charge électrique
courbe de tension - capacité d'une batterie plomb-acide

En fonction des différentes technologies utilisées pour la réalisation des accumulateurs aura des courbes de charge télécharger et des performances différentes, qui varient également en fonction de la température à laquelle ils fonctionnent et la charge pour charger ou décharger, les charges de charge et de décharge sont indiqués par un numéro suivi de la lettre « C », celle-ci indique la capacité nominale, ce qui est classiquement défini par la décharge en 20 heures, tandis que le nombre indique le rapport courant utilisé par rapport à la capacité nominale, de sorte qu'un test de 0,5C, indique un charge ou décharge réalisée avec un courant égal à la moitié du courant nominal utilisé pour déterminer la capacité nominale[6], généralement la courbe de décharge ou de tension / capacité est caractérisé par une augmentation rapide / diminuer la tension aux extrémités de la charge de la batterie[7]

effet mémoire

Certains types de batteries rechargeables, si à plusieurs reprises chargé avant leur charge est complètement épuisé, « rappelez-vous » la précédente capacité d'énergie à la charge, qui est, si une batterie complètement chargée est utilisée à 60% et est ensuite soumis à une charge, 40% l'énergie administrée n'est pas reconnu et est donc inutilisable. Les batteries plus sujettes à ce phénomène sont les batteries nickel-cadmium et, dans une moindre mesure, les batteries nickel-hydrure métallique.

  • Dans le premier, le phénomène est dû à la croissance de la taille des cristaux cadmium, diminuant ainsi la zone affectée par les réactions électrochimiques. Dans certains cas, il est possible que les cristaux croissent de façon à pénétrer dans le séparateur et court-circuiter les deux électrodes, ce qui rend la batterie inutilisable. L'effet de la croissance de la taille des cristaux est plus prononcée si la batterie est laissée sous la charge pendant des jours, ou est répétée déchargée complètement. Pour éviter ce cycle doit d'effet (upload et download) l'élément individuel au moins une fois tous les deux ou trois semaines. Il est nécessaire que la procédure est mise en œuvre sur l'élément unique et non pas sur une série d'entre eux (soi-disant « batterie ») afin d'éviter le danger d'une « inversion de polarité » qui peut causer des dommages effet mémoire beaucoup plus grave. Dans tous les cas, il est bon que la tension de chaque élément ne tombe pas en dessous des volts et, dans le cas d'une série d'éléments, ne cherchent pas à télécharger sur cette limite de la parcelle.
  • dans les batteries NiMH l'abaissement du potentiel de décharge se produit dans la suite de la modification de la structure cristalline de l'hydroxyde de nickel, qui passe de la forme bêta de cette plage; celui-ci a un potentiel d'électrode de l'ordre de 50 mV plus faible que la forme bêta et par conséquent il y a une réduction de la capacité de la batterie, cet effet est également appelé batterie paresseux. Même dans ce cas le problème peut être résolu en vélo périodiquement la batterie.
  • Dans les batteries au lithium un tel effet ne se produit pas, car elle ne possède pas de toute modification de la taille des grains ou la structure cristalline des matériaux d'électrode.

notes

bibliographie

Articles connexes

  • nickel-hydrure métallique
  • batterie au nickel-cadmium
  • Batterie au lithium-ion
  • batterie au lithium-polymère
  • Liste des types de batterie
  • décharger
  • Zinc Air Batterie
  • pile (électro)
  • Pile à combustible
  • ESCALIER
  • véhicule électrique

D'autres projets

liens externes

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