Chimie · 4ème InfoThème 2 : L'électrochimie · Chapitre 3

Les accumulateurs

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• définir un accumulateur et distinguer sa charge et sa décharge ;
• décrire et expliquer le fonctionnement de l'accumulateur au plomb ;
• écrire les réactions de l'accumulateur cadmium-nickel.
Prérequis : piles électrochimiques, électrolyse.

Situation de départ

Une pile usée se jette (et se recycle). Mais la batterie d'une voiture ou d'un téléphone se recharge des centaines de fois.
Qu'est-ce qui rend une pile rechargeable ?

I. Pile ou accumulateur ?

Recharger une pile ordinaire par électrolyse ne redonne pas les réactifs de départ : il se forme surtout des gaz (dihydrogène, dioxygène) qui peuvent déformer et détruire l'enveloppe. Un accumulateur est conçu pour que l'électrolyse reforme exactement les réactifs consommés : c'est une pile rechargeable.

II. Les accumulateurs

Animation

Un accumulateur est une pile rechargeable : pendant la décharge, il fonctionne comme une pile (réaction spontanée) ; pendant la charge, un générateur lui impose la réaction inverse, comme dans un électrolyseur (réaction imposée). Il convertit l'énergie chimique en énergie électrique, et réciproquement.

1. L'accumulateur au plomb

Fonctionnement

un élément (2 V) comporte des grilles de plomb spongieux (borne -) et des grilles garnies de dioxyde de plomb PbO₂ (borne +), plongées dans l'acide sulfurique ; une batterie de 12 V en associe 6 en série ;
couples : PbO₂/PbSO₄ et PbSO₄/Pb ;
décharge, à l'anode (borne -) : Pb + SO₄^2- PbSO₄ + 2 e^- ;
décharge, à la cathode (borne +) : PbO₂ + SO₄^2- + 4 H₃O⁺ + 2 e^- PbSO₄ + 6 H₂O ;
bilan de la décharge : Pb + PbO₂ + 4 H₃O⁺ + 2 SO₄^2- 2 PbSO₄ + 6 H₂O ; la charge réalise la réaction inverse.

Fig. 1 — À la décharge, l'accumulateur est un générateur ; à la charge, un générateur extérieur lui impose la réaction inverse : il devient un électrolyseur.

Attention : les bornes gardent leur signe (le plomb reste la borne -), mais les noms anode et cathode, qui désignent l'électrode siège de l'oxydation et celle de la réduction, s'échangent entre la décharge et la charge.

Fig. 2 — Pendant la charge, la borne - (plomb) devient la cathode : elle est le siège de la réduction de PbSO₄ en Pb.

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