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Brassage de l'électrolyte
Principe du brassage d'électrolyte
Le brassage de l'électrolyte dans les batteries Plomb liquide consiste à introduire un tuyau au fond des batteries et à y insuffler de l'air. Les bulles ainsi produites provoquent une circulation de l'électrolyte.
Ces systèmes nécessitent l'emploi d'un chargeur équipé d'une pompe à air ou bien d'une pompe indépendante.
Le brassage d'électrolyte est essentiellement utilisé pour les batteries de chariot et aussi dans une moindre mesure pour les batteries solaires OPZS (Système Sun | Air d' Hoppecke).
Avantages revendiqués
- Suppression de la stratification de l'acide
- Économie d'énergie lors de la charge de 15%
- Réduction de la durée de charge d'environ 2h
- Moins 75 % de consommation en eau
- Durée de vie accrue car moins de corrosion et diminution de la température interne des batteries.
- Recharge partielle facilitée
Un peu plus d'explications sur l'intérêt du brassage de l'électrolyte
La technologie des batteries Plomb présente une caractéristique que l'on ne retrouve pas dans les autres technologies de batteries : l'électrolyte participe aux réactions électrochimiques et n'est pas simplement un milieu qui permet la conduction électrique.
Lors de la décharge, les ions sulfate HSO4- présents dans l'électrolyte (acide sulfurique en solution aqueuse) réagissent avec le plomb présent à l'électrode négative pour former du sulfate de Plomb PbSO4. Lors de la recharge, la réaction s'inverse et le sulfate de plomb est transformé en ions sulfate HSO4-. A l'électrode positive, les ions sulfate réagissent avec l'oxide PbO2.
Les matières actives aux deux électrodes sont poreuses afin que les ions HSO4- puissent y pénétrer et participer aux réactions électrochimiques. Ainsi, la vitesse de charge et de décharge vont être contrôlées par l'épaisseur des plaques et la vitesse de diffusion des ions sulfate à l'intérieur des plaques.
Pour une batterie de démarrage, l'épaisseur des plaques est de 1 à 1.5 mm tandis qu'elle peut atteindre 7 mm sur une batterie de chariot.
La vitesse de diffusion des ions sulfate dans les plaques est de l'ordre de 1 mm en 100 secondes. Si les vitesses de décharge sont trop rapides, les ions sulfates n'ont pas le temps de pénétrer dans les plaques et une grande partie de la matière active ne participe pas aux réactions. De plus, la vitesse de charge augmentant, les cristaux de sulfates se créent encore plus à la surface des plaques et ont tendance à boucher les pores.
Plus la vitesse de décharge est rapide, plus la capacité de la batterie Plomb diminue.
Le brassage, essentiellement utilisé pendant la charge, permet de renouveler l'électrolyte à la surface des plaques (diminution de la concentration en ions HSO4-) et permet d'augmenter la vitesse de charge.
Lors de la décharge, l'électrolyte devient moins acide tandis que lors de la charge, l'acidité augmente.
L'acide sulfurique étant plus dense que l'eau, il a tendance à couler au fond des bacs. Quand l'acide est stratifié, le comportement de la batterie n'est plus homogène ce qui réduit sa durée de vie et sa capacité effective. Le premier intérêt du brassage de l'électrolyte est d'éliminer cette stratification.
Sans système de brassage, le problème de la stratification est normalement résolu grâce à la génération de bulles de gaz O2 et H2 en fin de charge. Ces bulles proviennent de l'électrolyse de l'eau présente dans l'électrolyte et elles permettent d'homogénéiser la densité de l'acide dans les bacs.
L'électrolyse se produit à partir d'une tension d'environ 2.4 V / élément. Avec un brassage d'électrolyte, les phases d'absorption (plateau de tension) et d'égalisation (courant constant) sont nettement plus courtes que sans brassage.
Ceci permet de limiter la consommation en eau, mais aussi la corrosion des plaques positives qui est associée à une charge sous tension élévée.
Le facteur de charge d'une batterie Plomb liquide est d'environ 120 % : 20 % du courant de charge est perdu par effet Joule et dans l'électrolyse de l'eau. Le brassage de l'électrolyte réduit le facteur de charge à 105 % et permet ainsi un gain de 15 % d'énergie.
Un peu plus d'explications sur l'intérêt du brassage de l'électrolyte
Les systèmes de brassage d'air sont le plus souvent installés dans les batteries tubulaires (batterie chariot ou OPZS) car elles sont hautes (jusqu'à 75 cm) et donc plus sujettes à la stratification de l'acide.
Le tuyau est installé dans un coin de l'élément 2 V (voir photo) et plonge jusqu'à 1 à 2 cm du fond du bac. Les tuyaux sont connectés soit à un chargeur intégrant une pompe pneumatique, soit à une pompe séparée. L'air n'est insufflé que lors de la charge.
La pompe fonctionne soit durant toute la durée de la charge, soit par intermittence. La durée de fonctionnement équivaut alors à 1/4 - 1/6 de la durée totale de la charge.
Le débit d'air par accumulateur 2 V est d'environ 60 litres / heures sous une pression de 0.2 bar.
Quelques résultats apportés par le brassage d'électrolyte
Selon Hoppecke, l'ensemble des chariots de l'usine Ford à Blanquefort étaient équipés de brassage d'électrolyte. Au bout de 9 ans d'utilisation, toutes les batteries étaient dans un état impeccable.
Selon GNB Exide, le brassage de l'électrolyte divise par 4 la fréquence des remises en eau avec les batteries de chariot standard (Marathon Classic).