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Principe électrochimique de la charge d'une batterie au plomb

La charge d’une batterie consiste à réaliser la réaction chimique inverse de la charge. Cette réaction inverse n’étant pas naturellement possible, il convient de réaliser ce qu’on appelle une réaction forcée. Pour cela, on utilise un générateur qui va forcer le passage des électrons dans le sens inverse : on appelle ce procédé électrolyse.

Potentiel électrochimique des couples oxydant-réducteur dans une batterie au plomb lors de la charge
La réaction d’électrolyse se décompose en deux réactions :
  • Une réaction de réduction : l’oxydant le plus faible se réduit selon l’équation suivante : Ox1 + électrons →
  • Une réaction d’oxydation : Le réducteur le plus faible s’oxyde selon l’équation suivante: Red2 → Ox2 + électrons
La réaction d’électrolyse est alors le bilan de ces deux demi-équations :

Ox1 + Red2 → Ox2 + Red1


Cette réaction n’est pas naturelle et il convient de la forcer par la présence d’un générateur électrique.
           



Dans un accumulateur au plomb, les couples oxydants-réducteurs mis en jeu pour la charge sont les même que pour la décharge, c’est-à-dire les couples PbO2/Pb2+ et Pb2+/Pb, dont les potentiels sont indiqués ci-dessous (par rapport à la référence H+/H2) :

Potentiel électrochimique des couples oxydant-réducteur dans une batterie au plomb lors de la charge
Ainsi, l’oxydant le plus faible est l’ion plomb (Pb2+). Celui-ci va se réduire en plomb (Pb) selon la demi-équation de réduction suivante :

Pb2+ + 2 e- → Pb
[Réaction de réduction forcée]


De même, le réducteur le plus faible est l’ion plomb (Pb2+). Celui-ci va s’oxyder en oxyde de plomb (PbO2) selon la demi-équation d’oxydation suivante :

Pb2+ + 6 H2O → PbO2 4 H3O+ + 2 e-
[Réaction d’oxydation forcée]


On obtient la réaction d’oxydoréduction forcée suivante :

2 Pb2+ + 6 H2O → Pb + PbO2 4 H3O+
[Réaction d’oxydo-réduction forcée]


           

Le processus est illustré ci-dessous :

Réaction d'oxydation forcée à l'anode    Réaction de réduction forcée à la cathode     
Photo de gauche : Réaction d’oxydation forcée à l’anode.
Photo de droite : Réaction de réduction forcée à la cathode.


Les électrodes retrouvent donc leur masse initiale, ainsi qu’illustré ci-dessous :

Grâce à la réaction forcée d'oxydoréduction, les électrodes retrouvent leur masse initiale