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SOMMAIRE "GUIDE TECHNIQUE"



Les fabricants de batteries disposent de nombreuses options techniques afin d'adapter les performances des batteries aux différents usages : énergie renouvelable, traction, alimentation sans interruption...



Les électrodes

Les électrodes sont généralement planes, d'où leur nom de plaques.

Les électrodes sont composées d'une grille sur laquelle est deposée une matière active poreuse, respectivement à l'électrode négative et positive, le peroxyde de plomb PbO2 et le plomb.
La grille collecte le courant et sert aussi de support mécanique de la matière active.


Epaisseur des plaques



Plus les plaques (électrodes ) sont épaisses, plus les batteries supportent la décharge profonde et lente et plus elles sont adaptées à une utilisation en photovoltaïque (nbre de cycles important): les plaques épaisses se déforment moins, résistent mieux à la sulfatation et plus longtemps à la corrosion.

Les électrodes positives sont généralement plus épaisses que les électrodes négatives car la corrosion y sont plus sévères. L'épaisseur des plaques positives peut atteindre 7 à 8 mm sur certaines batteries.



Plaques planes / Plaques tubulaires



Une autre forme d'électrode a été développée dans les batteries dites « tubulaires » où l'électrode positive n'est plus plane, mais se présente sous la forme d'un tube : le matériau actif entoure une épine en alliage de plomb.

Les épines, verticales, sont reliées entre elles par une barre horizontale située à la partie supérieure de l’électrode. Elles assurent ainsi la collection du courant. La tenue mécanique de la matière active est assurée par des enveloppes poreuses, tissées ou non-tissées, enserrant chaque tube de matière active.

Les plaques négatives sont de géométrie plane, tandis que les grilles positives peuvent être de géométrie plane ou tubulaire.

La forme tubulaire permet à la fois une bonne durée de vie en cyclage profond et des décharges et charges rapides.






Plaque tubulaire (source CIPCSP)

Les alliages de plomb



Les alliages les plus fréquemment utilisés dans la fabrication des grilles sont les alliages Pb-Ca, Pb-Ca-Sn et Pb-Sb (Sb : antimoine, Ca : calcium, Sn : étain).
Ces alliages permettent d'augmenter les propriétés mécaniques des plaques : le plomb pur est un métal malléable qui doit être le plus souvent allié afin d'augmenter sa dureté (mais pas toujours...voir plus loin).
Autre avantage des alliages de plomb, ils permettent une mise en forme plus aisée (meilleure coulabilité, plus faible température de fusion).

Les alliages Pb - Sb permettent d'obtenir de bonne caractéristiques en cyclage (bonne résistance à la corrosion de l'électrode positive). Cependant, lors de cette corrosion de l'électrode positive, de l'antimoine est libéré et va se déposer sur l'électrode négative. Ce dépôt croissant d'antimoine augmente le dégagement d'hydrogène.
 

Nature de l'alliage

Plomb-Antimoine

Plomb-Calcium - Etain

Durée de vie en cas de décharges profondes

Bonne

Faible

 
Durée de vie sous température élevée

Supérieure pour le plomb – Antimoine

( Meilleure résistance à la corrosion)

 
 
 
 
Compléments de charge

dégazage

Necéssité des compléments de charge fréquents

Fort dégazage lors des compléments de charge

Perte importante d'eau

Nécessité d'un local aéré



 

Faible dégazage lors des compléments de charge

Maintenance

Elevée

Moyenne

Auto décharge

Forte

Faible



Comme les deux types d'alliage présentent des qualités différentes et complémentaires (faible maintenance pour le Pb-Ca, bonne durée de vie en cyclage pour le Pb-Sb), l'utilisation simultanée des deux alliages se révèle bénéfique : les batteries dites « tubulaires » utilisent les deux types d'alliages ; l'électrode positive est en Pb-Ca tandis que l'électrode négative est en Pb-Sb.


Cristallographie-microstructure des électrodes



La cristallographie et la microstructure des électrodes ont une grande influence sur le développement de la corrosion.
L'élimination des porosités permet de lutter efficacement contre la corrosion. Ainsi, dans les batteries qui supportent bien les cycles profonds, les plaques ne sont plus des plaques « spongieuses » mais des plaques massives.

Les cristaux des plaques doivent être de petite taille, ce qui améliore la tenue à la corrosion des plaques. En effet, la corrosion a lieu aux joints de grains. Plus les joints de grains sont nombreux, plus la corrosion est dispersée et progresse moins vite à l'intérieur des plaques.

La technologie utilisée pour la fabrication des électrodes est très importante puisque c'est principalement elle qui contrôle la microstructure des électrodes. C'est l'emploi d'une telle technologie (coulée continue) qui permet à Hawker Enersys d'utiliser du plomb pur pour les plaques des batteries Genesis et Cyclon : la taille des grains est petite ce qui permet d'améliorer grandement les caractéristiques mécaniques des plaques et d'ainsi utiliser du plomb pur.



Le volume d'électrolyte



Plus le volume d'électrolyte sera grand, plus la fréquence de la maintenance pour les batteries « ouvertes » sera faible et plus la durée de vie des batteries sera grande, surtout dans le cas des batteries VRLA.

Le bac des batteries « solaires » sont souvent translucides, ce qui permet de vérifier aisément le volume d'électrolyte.


Les séparateurs



Dans certains cas, les séparateurs se présentent sous la forme d'enveloppes qui entourent les électrodes et empêchent ainsi des particules de créer des courts-circuits.


Les bouchons catalyseurs



Des bouchons catalyseurs permettant de limiter les pertes d'eau, peuvent être installés sur les batteries ouvertes. Ces bouchons contiennent des éléments comme la platine ou le palladium, qui favorisent la recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène en eau.
L'emploi de bouchons catalyseurs permet de réduire le besoin en eau des batteries de 50% sous un climat tropical.

L'emploi de catalyseurs présente aussi l'intérêt dans les batteries AGM où ils permettent une amélioration notable de la durée de vie.



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