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Décharge profonde & Phénomène de sulfatation d'une batterie acide-plomb

Les batteries acide-plomb sont vulnérables aux décharges profondes.



Schéma explicatif de la décharge d'une batterie acide-plomb Ainsi qu'expliqué précédemment, la décharge d'une batterie acide-plomb produit des ions Pb2++ (voir schéma ci-contre). Ainsi, au cours de la décharge, on observe une augmentation de la concentration des ions Pb2+ au sein de l'électrolyte.

Or, les ions Pb2+ sont relativement peu solubles dans une solution d’acide sulfurique. En effet, en présence de l’élément SO42- au sein de l'électrolyte (voir schéma ci-contre), les ions Pb2+ réagissent pour former du sulfate de plomb PbSO4, selon l’équation suivante : Pb2+ + SO42- → PbSO4

Il est à noter que cette réaction se produit dès lors que l'électrolyte est saturée en ions Pb2+, à savoir pour une concentration de l'ordre de 1.1 × 10-4 mol/L. Dans la pratique, cette réaction (transformation des ions Pb2+ en sulfate de plomb PbSO4) apparaît à partir d'une profondeur de décharge de l'ordre de 50%.

Lorsque l’accumulateur est complètement chargé, théoriquement, la concentration en ion Pb2+ est nulle. Dès qu’une décharge s’opère, il y a production d’ion Pb2+ au niveau des deux électrodes. La concentration en ion Pb2+ augmente jusqu’à atteindre la valeur limite de saturation (~1.1 × 10-4 mol/L). Ensuite, les ions Pb2+ formés sont directement transformés en sulfate de plomb (PbSO4).

Production de sulfate de plomb PbSO4 lors de la décharge d'une batterie
Production de sulfate de plomb PbSO4 lors de la décharge d'une batterie


Disparition du sulfate de plomb pendant la recharge de la batterie


Pendant la recharge, la concentration en ion Pb2+ diminue car celui-ci est consommé par le processus de charge pour former du Plomb (Pb) sur l’anode et de l’oxyde de plomb (PbO2) sur la cathode (voir paragraphe sur la charge d'une batterie acide-plomb). Ainsi, l’électrolyte n’est plus saturée en ions Pb2+, et par suite les cristaux de sulfate de plomb sont dissout selon la réaction : PbSO4 → Pb2+ + SO42-. Une batterie parfaitement chargée ne présente donc plus de sulfate de plomb.


On dit qu'il y a sulfatation lorsqu'il devient impossible de dissoudre le sulfate de plomb par une charge normale des batteries.

Le phénomène de sulfatation est problématique. En effet, le sulfate de plomb se présente sous la forme de cristaux solide qui viennent s’agréger au niveau des électrodes. Ce phénomène se développe au cours des cycles de charge/décharge, et s'amplifie d'autant plus que la décharge est profonde. A terme, une couche isolante de sulfate de plomb apparaît et empêche les réactions chimiques de se produire. L’accumulateur voit sa capacité fortement diminuer, et à terme devient inutilisable.

Par capillarité, le sulfate de plomb s'infiltre et remonte jusqu'aux bornes de la batterie
Par capillarité, le sulfate de plomb s'infiltre et remonte jusqu'aux bornes de la batterie


C'est pour cette raison qu'il est proscrit d'effectuer des décharges profondes à répétition. La limite de décharge est donc limitée à environ 70%.