LES CLES DU DIMENSIONNEMENT
Ouvrages en commandePhotovoltaïque autonome
Photovoltaïque raccordé au réseau
Principe général de fonctionnement d’une batterie
Deux électrodes, l'une positive et l'autre négative, sont séparées par un électrolyte. Aux deux interfaces électrode-électrolyte interviennent des réactions électrochimiques.
A l’anode (électrode négative en décharge) s’opère une réaction d'oxydation selon la formule suivante :
M1 → M1n+ + n.e-, de potentiel rédex E1 ; M1 étant l'espèce active de l'anode.
Les électrons libérés transitent dans le circuit extérieur pour atteindre finalement la cathode (électrode positive en décharge) où s’opère une réaction de réduction selon :
M2n+ + n.e- → M2 , de potentiel rédex E2 ; M2 étant l'espèce active de la cathode.
L’électrolyte assure le transport des espèces ioniques mises en jeu dans la réaction globale d’oxydoréduction, qui s’écrit :
M1 + M2n+ → M1n+ + M2
La force électromotrice E de ce convertisseur se calcule selon : E = E2 – E1.
Principe de production d’électricité dans un convertisseur électrochimique
La Figure ci-dessus présente le fonctionnement d’un accumulateur en décharge. A la différence des piles électrochimiques, les réactions d’oxydoréduction intervenant dans les batteries sont inversables. On peut donc, à l’aide d’une source extérieure, fournir du courant à la batterie qui fonctionnera alors en charge et les réactions s’effectueront inversement.
La capacité (en Ah) du convertisseur électrochimique est directement liée à la quantité des matières actives mises en jeu dans la réaction d’oxydoréduction. Elle confère en outre au convertisseur son rôle d’accumulateur d’énergie, dont l’expression est, en chaque instant, le produit de la capacité (chargée ou déchargée) et de la tension aux bornes de l’accumulateur.
Pour obtenir l'énergie massique ou volumique stockée la plus importante, on a recours aux espèces présentant le potentiel redox le plus élevé possible et dont les réactions d'oxydoréduction font intervenir le maximum d'électrons pour une même masse ou un même volume de matière.
Un assemblage série / parallèle des cellules élémentaires à surface variable permettra d’ajuster la tension et la capacité de la batterie.
La technologie des accumulateurs est très diversifiée. On peut citer les principaux types :
- les accumulateurs au plomb ;
- les accumulateurs au nickel à électrolyte alcalin (KOH), nickel/cadmium, nickel/hydrure métallique, nickel/hydrogène, nickel/fer ;
- les accumulateurs alcalins nickel/zinc et MnO2/zinc ;
- les accumulateurs alcalins métal/air : air/zinc, air/fer, air/magnésium ;
- les accumulateurs scellés au sodium à électrolyte solide en alumine fonctionnant à haute température (300°C) : sodium/soufre, sodium/chlorure de nickel ;
- les accumulateurs au lithium à électrolyte sel fondu à 450°C : LiAl/FeS ou FeS2 ;
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les accumulateurs au lithium fonctionnant à température ambiante dont l’électrode positive est un composé d’insertion dans un oxyde métallique :
- à électrolyte polymère solide et anode de lithium métallique en films minces Li/MOx ;
- ou à électrolyte organique liquide ou polymère plastifié avec électrode négative à insertion LixC6/MOy ;
- les « systèmes Redox » Zn/Br ou au vanadium utilisant des électrodes liquides (catholytes ou anolytes).