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La production de sulfate de plomb lors de la décharge d'une batterie au plomb



La décharge d'une batterie au plomb produit des ions Pb2+
La décharge d'une batterie au plomb produit des ions Pb2+.

Les ions Pb2+ sont peu solubles dans une solution d’acide sulfurique.

En effet, en présence de l’élément SO42-, les ions Pb2+ réagissent pour former du sulfate de plomb PbSO4, selon l’équation suivante :

Pb2+ + SO42- → PbSO4
[Solubilité : Ks=1.3 × 10-8]


Il est à noter que cette réaction se produit dès que l'électrolyte est saturée en ions Pb2+, c'est-à-dire pour une concentration de l'ordre de 1.1 × 10-4 mol/L
           



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).

Ce phénomène se nomme la sulfatation :



Sulfatation des batteries


La production de sulfate de plomb est problématique. En effet, le sulfate de plomb se présente sous la forme de cristaux solide qui viennent s’agréger au niveau des électrodes, créant ainsi une couche protectrice et empêchant les réactions chimiques de produire. Par conséquent, la capacité de la batterie en ressort diminuée. C’est une des raisons pour lesquelles il est proscrit d’effectuer des décharges trop profondes des batteries, sous peine de voir apparaître une couche de sulfate de plomb trop importante et qui empêcherait le fonctionnement de la batterie, de façon irréversible. La limite de décharge est donc limitée à environ 70% de la capacité nominale 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. 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-.