Modélisation du fonctionnement d'un accumulateur

Pour modéliser le fonctionnement d'un accumulateur, prenons l'exemple de l'accumulateur lithium-fer-phosphate (LFP).

Une batterie pour moto constituée de quelques accumulateurs (LFP) branchés en dérivation

Décharge d'un accumulateur

Lors de la décharge de l'accumulateur, ce dernier se comporte comme une pile qui alimente un dipôle électrique. Dans notre exemple, les demi-équations électroniques modélisant ce qu'il se déroule aux électrodes sont alors :

• à l'électrode de carbone (anode/oxydation du carbone lithié) : \(\mathrm{LiC_6(s)=6C(s)+Li^++e^-}\) ;
•  à l'électrode de phosphate de fer (cathode/réduction du phosphate de fer) :\(\mathrm{Li^++e^-+FePO_4(s)=LiFePO_4(s)}\).

Ci-dessous, la schématisation du dispositif lors de la décharge (accumulateur fonctionnant comme une pile).

L'équation de la réaction modélisant le fonctionnement de cet accumulateur lors de sa décharge est alors : \(\mathrm{LiC_6(s)+FePO_4(s)\rightleftarrows6C(s)+LiFePO_4(s)}\).

Charge d'un accumulateur

Lors de la charge de l'accumulateur, ce dernier se comporte comme un électrolyseur où le générateur impose le sens de déplacement des électrons. Dans notre exemple, les demi-équations électroniques modélisant ce qu'il se déroule aux électrodes sont :

• à l'électrode de carbone (cathode/réduction du carbone) : \(\mathrm{6C(s)+Li^++e^-=LiC_6(s)}\) ;
• à l'électrode de phosphate de fer (anode/oxydation du phosphate de fer lithié) : \(\mathrm{LiFePO_4(s)=Li^++e^-+FePO_4(s)}\).

Ci-dessous, la schématisation du dispositif lors de la charge (accumulateur fonctionnant comme un électrolyseur).

L'équation de la réaction modélisant le fonctionnement de cet accumulateur lors de sa charge est : \(\mathrm{6C(s)+LiFePO_4(s)\rightleftarrows LiC_6(s)+FePO_4(s)}\).

Bilan du fonctionnement d'un accumulateur

Dans un accumulateur, la réaction d’oxydoréduction spontanée lors de la décharge est l’exact opposée de la réaction d’oxydoréduction forcée lors de charge. Il en va de même pour les demi-équations électroniques. Entre la charge et la décharge, on a par ailleurs une inversion de la polarité de l'accumulateur et une inversion de la cathode/anode.

Pour charger un accumulateur, on branche sur l’anode la borne positive du générateur et sur la cathode la borne négative du générateur.