Piles et accumulateurs
La différence essentielle entre une pile et un accumulateur est la faculté de ce dernier de restituer l'énergie dont on l'a chargé et de pouvoir être rechargé à nouveau. Une pile est un composant hautement périssable alors qu'un accumulateur peut subir des centaines de cycles charge-décharge pour peu que sa procédure de charge soit respectée.
Bien que certains accumulateurs contiennent des produits chimiques très polluants (cadmium), le recyclage d'un accumulateur est moins cher que celui de toutes les piles qui aurait rendu un service équivalent.
Différents accumulateurs
Accumulateur au plomb : utilise un acide (acide sulfurique) comme électrolyte et des plaques de plomb comme électrodes. La force électromotrice d'un élément est de 2 volts. Il est lourd relativement dangereux et polluant mais d'un prix par ampère-heure assez abordable. Application : automobile, bateau, batteries de fortes capacités...
Accumulateur cadmium-nickel : c'est un accumulateur alcalin dont l'électrolyte est de l'hydroxyde de potassium.
L'accumulateur Cadmium-Nickel est très commun, assez bon marché. On le désigne souvent en associant les symboles chimiques de ses deux composants principaux (Nickel : Ni et Cadmium : Cd), ce qui donne Cd-Ni, Ni-Cd, Nicad... On l'utilise dans toutes les applications rustiques comme celui de l'outillage électroportatif, dans les domaines ou les risques de renversement sont élevés (aviation, modélisme, éclairage...) et où les capacités nécessaires sont limités. F.e.m. de 1,2 volts.
Accumulateur Ni-MH (Nickel-métal hydrure) : se répand de plus en plus, en particulier pour les utilisations plus nobles (téléphonie mobile...). Contrairement à l'accu Cd-Ni il ne connaît pratiquement pas l'effet "mémoire" et nécessite un chargeur particulier. F.e.m. de 1,2 volts. Energie massique assez élevée.Inconvénient : leur prix, mais qui tend à baisser.
Caractéristiques d'un accumulateur
En dehors des dimensions, qui sont des critères de choix souvent primordiaux, les caractéristiques principales d'un accu sont :
- Force électromotrice (1,2 volt pour 1 élément cadmium-nickel)
- Capacité en ampère-heure, proportionnelle à la masse de l'élément (de l'ordre de 35 Ah/kg pour un petit accu Cd-Ni, 70 Ah/kg pur un Ni-MH)
- Energie massique en watt-heure/kg dépendant de la technologie (environ 40 Wh/kg pour un accu Cd-Ni)
- Résistance interne, de l'ordre de 10 milliohms pour un accu Cd-Ni, variable en fonction de la charge et de sa puissance. Un élément de résistance interne faible pourra débiter un courant d'intensité plus élevée.
- Rendement énergétique : c'est le rapport entre l'énergie fourni à la décharge et celle qu'il a absorbée lors de sa charge.
Tous les accus possèdent une résistance de fuite qui les fait se décharger lentement. Au bout de quelques semaines une partie importante de l'énergie stockée au départ est perdue ce qui limite un peu l'utilisation des accus dans les appareils à faible consommation ou à utilisation occasionnelle.
La capacité restituée dépend de l'intensité du courant de décharge. un accu très sollicité (courant fort pendant une heure) fournit moins d'énergie qu'un accu se déchargeant lentement (courant faible pendant 20 heures). Une moyenne de 10 h est un ordre de grandeur.
Pour une utilisation à courant fort (moteur, éclairage...) on choisira des accus à résistance interne faible (ex : au plomb)
Mise en série d'accumulateurs
A titre d'exemple la photo montre
trois éléments d'accumulateurs cadmium-nickel de
1,2 V mis en série pour obtenir 3,6 volts. La mise en série
de plusieurs éléments constitue une batterie d'accumulateurs.
La f.e.m. (Force électromotrice)
de la batterie est égale à la somme des f.e.m. de
chacun de ses éléments. C'est ainsi qu'une batterie
de voiture a une f.e.m. de 12 volts grâce à ses 6
éléments de 2V mis en série (voir Groupement
de générateurs à courant continu ).On peut utiliser des coupleurs de piles pour mettre en série 2, 3 ,4 ... éléments de 1,2 V.
Il est rare que l'on mette en parallèle deux accumulateurs. Ce serait alors pour obtenir plus d'intensité.