Accumulateurs au Plomb Antimoine

Constitution des Accumulateurs au Plomb Antimoine

Dans les batteries de démarrage, on n’utilise que des plaques à oxydes rapportés.
Une telle plaque est constituée par une grille en alliage de plomb et d'antimoine et par une pâte introduite à force dans la grille.
La grille est donc l'armature de la plaque et le conducteur dans lequel circule le courant électrique, tandis que la pâte est la matière active.
On a proposé divers alliages pour fabriquer les grilles, en particulier plomb-tellure mais en pratique on utilise principalement un alliage de plomb contenant 7 à 10 % d'antimoine.
La grille porte à la partie inférieure deux pieds reposants sur les tasseaux du bac et à la partie supérieure un appendice, appelé queue de plaque, destiné à permettre l'assemblage de plaques en faisceaux.

Tandis que la plaque positive est constituée uniquement par un mélange d'oxydes de plomb (en solution aqueuse d'acide sulfurique), la pâte négative contient les mêmes produits de base additionnés d'adjuvants.
Les plus employés sont : le noir de fumée, le sulfate de baryum et les adjuvants organiques.
Les premiers ont pour but de s'opposer à la contraction des pâtes négatives, tandis que les derniers, d'invention plus récente, améliorent les performances aux basses températures et aux décharges à forte intensité.

La constitution différente des plaques positives et négatives s'oppose donc à ce qu'on les utilisent indifféremment. Une inversion prolongée du courant de charge donnerait bien aux plaques positives l'apparence des plaques négatives, sans en avoir les qualités.

A l'état chargé, les plaques positives doivent avoir une coloration brun foncé, tandis que les plaques négatives ont une teinte gris métallique.
Les plaques positives étant à leur maximum d'oxydation, ne se déchargent pas si on les met à l'air libre.
A l'inverse le plomb spongieux des plaques négatives est vite oxydé si on l'expose à l'air.


Les séparateurs :

Pour accroitre les capacités des accumulateurs, il faut employer plusieurs plaques de même polarité. La disposition en parallèle de ces plaques est susceptible de créer des contacts entre plaques de polarité opposée et de décharger l'accumulateur.
Afin de limiter au maximum les distances entre plaques, des séparateurs isolants sont employés.

L'évolution des recherches a menée à la mise en œuvre de séparateurs ayant chacun un rôle particulier à remplir.
Certains ne servent qu'à l'espacement, d'autres fournissent une protection continue autour des plaques pour limiter les chutes de matières actives sans restreindre le flux d'électrolyte.

Les séparateurs d'espacement peuvent être constitués :
- de bracelets, mais ils ne protègent pas en cas de déformation de la plaque ;
- de feuilles d'ébonite ou de polystyrol nervurées et perforées, qui ont des surfaces planes bloquant le flux de l'électrolyte et étouffant la matière active ;
- de chlorure de vinyle ondulés et perforés, qui présentent une surface de contact très réduite améliorant le flux.

Les séparateurs de contentions peuvent être constitués :
- de voile de bois de 3 à 4/10 mm, en pin d'Oregon ou en cèdre, en forme de plaque ondulée et poreuse, surtout coté plaque négative ;
- de voiles de laine de verre, résistant bien au peroxyde de la plaque positive ;
- en caoutchouc microporeux, à résistance prolongée ;
- en chlorure de vinyle microporeux, de développement plus récent ;
- de composites en soie de verre et matières microporeuses facilitant les opérations de montage.

Les empilements de séparateurs causent une modification de la résistance interne. Son augmentation profite à l'endurance mais limite la capacité de pointe en décharge violente.


L'électrolyte :

L'immersion des plaques neuves se fait dans un électrolyte constitué d'un mélange d'acide sulfurique et d'eau pure.
La densité de l'acide lorsque l'accumulateur est chargé est comprise entre 30 et 32° Baumé.

Les compléments éventuels de niveau de l'électrolyte doivent être effectués avec une eau rigoureusement pure. Des sels et autres minéraux perturberaient les réactions chimiques et réduiraient les capacités de l'accumulateur.


Le bac :

L'ensemble des plaques, séparateurs et électrolyte est logé dans un bac comportant autant de compartiments que la batterie doit avoir d'éléments unitaires.

Les premiers modèles de bacs étaient moulés en ébonite ou en matières bitumineuses.

Les bacs en ébonite sont constitués par un mélange de caoutchouc, de souffre, et de charges, additionnés d'un faible pourcentage d'agents vulcanisants.
Les bacs en matières bitumineuses sont un mélange plastique de bitumes naturels ou artificiels, de charges fibreuses (minérales, amiante, soie de verre, ou végétales, coton).

Les charges assurent la solidité des matériaux en réalisant une armature.

Le bac est fermé par scellement avec un brai. Les tiges polaires de connexion sont soit serties soit vissées.


Applications :

Les accumulateurs au plomb antimoine étant de faible prix de revient, leur domaine d'application est large.
En batterie de démarrage automobile, elles fournissent pour un encombrement convenable une puissance de démarrage satisfaisante à froid.
L'entretien régulier du niveau d'électrolyte assure la pérennité des plaques mais ne compense pas le phénomène d'autodécharge régulier.
Les vapeurs d'acide sulfurique engendrent des problèmes de corrosion sur les équipements périphériques de l'accumulateur.
La fluctuation de charge des batteries classique lors d'une phase de démarrage ne doit pas dépasser 20 à 30% de la charge, afin de limiter les déformations par échauffement des plaques.


Evolution :

Afin de réduire les inconvénients des accumulateurs au Plomb-Antimoine, les ingénieurs ont opté pour des alliages de Plomb-Calcium et de Plomb-Antimoine-Sélénium.
Le couple Plomb-Calcium assure les mêmes performances de capacité en réduisant les pertes par autodécharge et limite la consommation d'eau.
L'inconvénient étant une valeur de tension en fin de charge plus élevée que les accumulateurs précédents ; ce qui se traduit par une sous charge chronique avec un régulateur de charge calibré pour la tension du couple Plomb-Antimoine.

L'alternance de plaques positives au Calcium et de plaques négatives à l'antimoine présente d'excellentes qualités en limitant l'effet de surtension du tout Calcium.

La création de couvercle de bac avec dispositif de recyclage des vapeurs permet de réduire les déperditions d'électrolyte. Les accumulateurs deviennent "sans entretien", ce qui réduit encore les coûts de maintenance.

La mise au point d'électrolyte gélifié et de séparateurs absorbants a permis la mise au point d'accumulateurs parfaitement étanches. Les risques de renversement et les émanations de vapeurs acides ont complètement disparu.


Crédit : "Equipements et circuits électriques automobiles", Touache & Torri, Ed. Foucher, Paris, n°6327 Juin 1990