Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 11 : Modélisation des batteries
Guidance

La densité de courant correspondant au phénomène désiré sur une électrode n'est pas égale à la densité totale de courant. En effet, pour une valeur donnée de la tension entre cette électrode et l'électrolyte, d'autres réactions peuvent se produire et contribuer au courant J . La plus importante de ces réactions est la production de gaz (oxygène sur la plaque positive, hydrogène sur la plaque négative ).

Le potentiel réversible nécessaire au dégagement de gaz est inférieur aux potentiels des électrodes d'une batterie au plomb : il y a donc dégagement de gaz dans toute batterie, même au repos.

Le dégagement de gaz ne devient heureusement important qu'à partir d'un potentiel, dit potentiel de décomposition, plus élevé que le potentiel réversible. En effet, le dégagement de gaz obéit lui aussi à une loi de Butler-Volmer, donc du type

(S11-92)

Par bonheur (en tout cas dans le cas des batteries), la valeur des coefficients figurant cette loi fait que le dégagement de gaz ne s'effectue à une vitesse importante que si la surtension est forte. On notera que ces coefficients dépendent beaucoup de la structure des électrodes, et notamment de la présence d'impuretés (intentionnelles ou non) en petites quantités. En pratique, il n'y a dégagement de grandes quantités de gaz que si la batterie est dans un état proche de la pleine charge.

Le rythme de production de gaz est influencé défavorablement par la présence des "catalyseurs" cités à la page précédente. Il est aussi influencé par la présence de "passivateurs" qui font partie du know how des fabricants de batteries.

On notera que la vitesse de dégagement de gaz peut être différente sur les deux électrodes : la quantité d'hydrogène dégagée par l'électrode positive ne correspond pas exactement à la quantité d'oxygène dégagée par l'électrode négative.

Lorsque l'on recharge la batterie, dès que toute la matière active d'une électrode a été réactivée, le courant de charge sert uniquement à produire un dégagement de gaz sur cette électrode. La surtension augmente alors fortement, ce qui permet de détecter la fin de la charge par observation de la tension.

Le dégagement de gaz est nocif en ce sens qu'il diminue la quantité de l'électrolyte (et augmente sa concentration, ce qui peut être nuisible à la durée de vie comme expliqué plus loin).

Lors d'une surcharge de la batterie, la tension des électrodes augmente et donc aussi le dégagement de gaz qui devient intensif.

Dans ce cas, les bulles ont tendance lors de leur libération à détacher des particules de matière active des plaques, de sorte que la capacité maximale diminue. Si l'électrolyte est gélifié ou placé dans un feutre, ces particules peuvent aussi jouer un rôle néfaste (ponts entre les plaques).

Par contre, le dégagement de gaz lors d'une surcharge a aussi des effets utiles

- brassage et homogénéisation de l'électrolyte

- rééquilibrage des charges des deux électrodes, en permettant à l'électrode déjà complètement rechargée de laisser passer le courant de charge de l'autre.

Il est donc recommandé de surcharger périodiquement (pendant un temps limité) les batteries. Ceci est facile quand elles sont rechargées à partir d'un réseau, moins lorsque la charge dépend d'une source d'énergie aléatoire comme l'énergie photovoltaïque. Les circuits intégrés prévus pour la gestion des batteries sont pour cela mal adaptés à l'usage dans une installation photovoltaïque.

Dans les batteries "sans entretien", un catalyseur empêche les gaz de s'échapper en recombinant l'oxygène et l'hydrogène pour reformer de l'eau. Ceci suppose que le rythme de production des deux gaz soit le même. Cette condition est à peu près remplie en cas de surcharge (le dégagement est alors important et la chaleur produite par la recombinaison permet même de détecter le fait que l'on est en surcharge). Par contre, en ce qui concerne la production lente de gaz qui se produit dans une batterie au repos, il n'y a pas de compensation. Il n'y a pas non plus compensation en fin de charge puisque la charge complète est atteinte par l'une des plaques (qui dégage alors du gaz) avant l'autre. Devoir remettre de l'eau distillée dans une batterie "sans entretien" n'est donc pas aussi exceptionnel que l'on pourrait le croire.

Dernière mise à jour le 26-03-2005