Quelles sont les causes de la défaillance d'une batterie au plomb ?

À l'heure actuelle, les piles largement utilisées sont les suivantes : piles au plomb, piles à hydrure métallique de nickel, piles au chlorure métallique de nickel, piles au soufre de sodium, piles au chlorure de sodium, piles au lithium-ion et autres piles chimiques commerciales.

Cet article présente batterie plomb-acide sous plusieurs aspects.

La batterie au plomb, qui tire son nom de l'anode et de la cathode des plaques de plomb et de l'électrolyte d'acide sulfurique, est le type de batterie secondaire le plus ancien et le plus courant, et a été largement utilisée pour le stockage de l'énergie. Bien que les batteries au plomb soient fiables et stables, elles ont une faible durée de vie (environ 300 à 500 cycles).

La batterie au plomb est le système d'alimentation électrique le plus fiable et le moins cher à l'origine. Elle a trouvé des applications dans les véhicules électriques et reste la source d'alimentation de secours la plus courante. En raison de leur puissance élevée, les batteries au plomb sont principalement utilisées pour le démarrage des moteurs, l'éclairage, l'allumage, etc. À l'avenir, en raison de leur prix relativement bas, les batteries au plomb occuperont encore une certaine part de marché.

La composition de la batterie plomb-acide

En termes de composition, les batteries au plomb se composent principalement de plomb et de ses oxydes et d'une pâte comme une plaque de plomb ou un filet de plomb composé d'acide sulfurique en tant qu'électrode. Ces plaques de plomb sont reliées entre elles et immergées dans une solution d'acide sulfurique. Le disque de plomb positif est principalement composé de dioxyde de plomb, tandis que l'électrode négative est composée de plomb spongieux.

Actuellement, la plupart des plaques de plomb sont additionnées de jin, d'étain, de calcium, de sélénium et d'autres éléments pour former des alliages. Les plaques de plomb alliées peuvent améliorer la rigidité, ce qui est bénéfique pour le processus de préparation de la batterie et la qualité du produit final. Le diaphragme le plus courant entre les pôles positif et négatif est un film plastique microporeux. Le nombre de disques de plomb est généralement pair, et les disques positifs et négatifs sont connectés individuellement l'un à l'autre, comme le montre la figure.

Comment une batterie plomb-acide se charge-t-elle et se décharge-t-elle ?

Le processus de charge et de décharge est le suivant : Pendant la décharge, le plomb absorbe le sulfate de l'électrolyte, tandis que le processus de charge libère du sulfate dans l'électrolyte. Au cours de ce processus, la matière active tombe de la plaque de plomb et du liquide collecteur au fond de la batterie, ce qui limite la durée de vie des batteries plomb-acide traditionnelles.

C'est pourquoi la plupart des batteries plomb-acide sont conçues de manière à laisser un espace au fond de la batterie entre la matière active qui tombe et le collecteur de liquide afin d'éviter tout contact de court-circuit. En outre, la réaction du plomb et de l'acide produira une certaine quantité de gaz dans l'électrolyte, de sorte qu'il est nécessaire de vérifier ou de remplacer fréquemment l'électrolyte de la batterie plomb-acide.

Batterie plomb-acide de type nouveau

Récemment, un nouveau type de batterie au plomb a été commercialisé. Contrairement aux batteries plomb-acide traditionnelles, la nouvelle batterie utilise une éponge en fibre de verre comme diaphragme qui retient l'électrolyte, plutôt que d'immerger le disque de plomb directement dans la solution acide. Cela permet de réduire les fuites d'électrolyte et d'absorber le gaz résultant de la réaction de la plaque de plomb avec l'acide à l'intérieur du diaphragme.

Par conséquent, la batterie ne nécessite pas de services de suivi tels que l'inspection et la réinjection de l'électrolyte après l'assemblage. Une telle batterie peut être classée dans la catégorie des batteries plomb-acide scellées à soupape, qui présentent l'avantage principal que le gaz produit par la batterie peut être renvoyé dans l'électrolyte après la fermeture de la batterie. Pour ces raisons, elles sont appelées batteries sans entretien.

Quel est le taux de récupération des batteries au plomb ?

Bien que le plomb et l'acide sulfurique soient des substances dangereuses dans les batteries plomb-acide, le taux de récupération élevé réduit considérablement cet inconvénient.

En tant que produit de batterie ayant le taux de récupération le plus élevé, le taux de récupération des batteries plomb-acide sur le marché américain atteint 95% 98%, mais cela ne répond toujours pas aux exigences de la protection de l'environnement, car la libération de 2% 5% de plomb continuera à nuire gravement à l'environnement.

À cet égard, on espère continuer à améliorer le taux de récupération des batteries plomb-acide.

Existe-t-il une norme pour la taille des batteries au plomb ?

Outre les préoccupations environnementales, la confusion actuelle concernant la taille des batteries au plomb est une autre question qui fait souvent l'objet de débats. Bien que les batteries au plomb aient été normalisées et commercialisées à grande échelle, les exigences en matière de batteries au plomb varient selon les applications, ce qui entraîne une variation sèche des normes de taille.

Le Battery Council International (BCI) a tenté de fixer des normes pour la taille des batteries au plomb. Outre les normes de taille, le BCI a également développé une série de normes pour les batteries au plomb, telles que la tension de fonctionnement et la configuration des bornes.

Les batteries au plomb se dégradent-elles ?

Les batteries au plomb-acide détiennent toujours une part de marché importante en raison du faible coût des matériaux et de la fabrication et des taux de récupération élevés. Les batteries plomb-acide scellées traditionnelles et à valve ont d'abord été utilisées comme batteries de démarrage pour les véhicules à moteur. Ces dernières années, les batteries au plomb se sont rapidement développées dans le domaine des bicyclettes électriques et occupent une part de marché absolument dominante.

En outre, les batteries au plomb restent un bon choix pour les sources d'énergie de secours, le stockage stationnaire de l'énergie et les applications pour ascenseurs qui nécessitent une puissance élevée, mais un faible cycle de batterie et des exigences spécifiques en matière d'énergie.

Les nouvelles avancées de la batterie au plomb

Bien que les batteries au plomb se soient développées lentement au cours des 150 dernières années, certains développements les ont rendues adaptées à de nouveaux types d'électrification, tels que les microhybrides et les hybrides. Des entreprises telles que Energy Power System (EPS) et Ecoult ont développé des systèmes PDA avancés. EPS a mis au point une matrice planaire à couches pour les batteries plomb-acide, qui augmente la durée de vie de la batterie de deux à trois fois et améliore considérablement le taux de charge.

Les performances sont proches de celles des batteries à hydrure métallique de nickel, mais leur prix est inférieur d'environ un tiers à celui des batteries à hydrure métallique de nickel. Les nouvelles batteries plomb-acide devraient être utilisées dans les véhicules électriques microhybrides et hybrides, ainsi que dans les systèmes de stockage d'énergie. Le processus avancé mis au point par EPS rend les batteries plomb-acide plus économiquement avantageuses pour les applications commerciales.

Ecoult, une société australienne, a mis au point la batterie hyperplomb, qui est une modification des batteries plomb-acide conventionnelles. L'introduction d'une électrode à base de carbone dans une batterie hyperplomb-acide équivaut à l'introduction d'un supercondensateur dans une batterie plomb-acide. Les batteries superplomb-acide, qui peuvent réaliser des milliers de cycles sans dégradation significative des performances électrochimiques, ont été largement utilisées dans le domaine des énergies renouvelables, des réseaux électriques et des véhicules électriques hybrides.

EPS et Ecoult ont fait de grands progrès dans le domaine des batteries au plomb au cours des dernières années, et ils pensent que ces batteries ont encore beaucoup de potentiel. Ils pensent que le temps prouvera que les applications des batteries au plomb dans les domaines de la microhybridation, de l'hybridation, du réseau national et du stockage de l'énergie sont une très bonne solution sur le plan économique et pragmatique.

Organisations concernant les batteries au plomb

Actuellement, de nombreux vendeurs, entreprises et organisations proposent des batteries plomb-acide pour différentes applications. Fondé en 1925, le Conseil international des batteries (BC) est une organisation à but non lucratif qui dirige principalement différents fabricants de batteries au plomb-acide afin de formuler des normes pour les batteries au plomb-acide, de collecter des données industrielles et de promouvoir l'échange d'informations entre plus de 200 fabricants internationaux.

Une autre organisation importante est l'Advanced Lead Acid Battery Council (ALABC), fondée en 1992, qui est une alliance internationale de recherche et de développement axée sur l'amélioration de la capacité spécifique des batteries au plomb. Bien que l'ALABC soit plus petit que le BCI, avec seulement plus de 70 membres, il joue un rôle irremplaçable dans l'amélioration des performances de la recherche et du développement des batteries au plomb.