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Utilisation du carbone comme additif négatif dans les batteries VRLA
27 Aug 2021
Plusieurs types de carbone trouvent diverses applications dans de nombreuses sources d'énergie électrochimiques. Cet article porte sur l'utilisation de ses formes élémentaires dans les batteries au plomb-acide actuelles, ainsi que sur les améliorations potentielles que le carbone pourrait apporter à leur conception. Les propriétés uniques du carbone et la variété de ses allotropes lui permettent d'être utilisé dans différentes parties des batteries au plomb-acide, notamment dans leur masse active négative ou positive, dans une partie de l'électrode ou dans les collecteurs de courant.
Les additifs à masse active négative (MAN), appelés agents d'expansion, ont été introduits après la Seconde Guerre mondiale. Leurs trois principaux composants étaient les lignosulfonates, le sulfate de baryum et le charbon actif. Ils servaient à prévenir la formation d'une couche passive de sulfate de plomb (II), à augmenter la fraction de la masse active impliquée dans les réactions électrochimiques et à améliorer la conductivité du courant lorsque la plaque est déchargée et composée principalement de sulfate isolant. De nos jours, de nombreux types de carbone sont utilisés à cette fin, comme le charbon actif, le graphite, le noir d'acétylène ou le noir de carbone.
L'ajout de carbone a des effets positifs. Il améliore considérablement la durée de vie des batteries et leur capacité de charge. L'augmentation significative de la durabilité et du nombre de cycles de charge/décharge permet aux batteries au plomb de devenir compétitives par rapport à d'autres sources d'énergie électrochimiques plus onéreuses, comme les cellules Ni-Cd. Les figures ci-dessous illustrent comment l'ajout de carbone sur la grille peut prévenir la formation d'une couche de sulfate (sulfatation).

Sans carbone

Avec du carbone

De nos jours, le carbone est principalement utilisé dans les batteries au plomb-acide comme additif à la masse active négative afin d'améliorer ses propriétés électrochimiques. Cet additif agit principalement de trois manières : en augmentant la portion de la masse active où les réactions électrochimiques du plomb peuvent se produire, en stockant l'énergie dans la double couche électrique comme un condensateur et en limitant physiquement la croissance des gros cristaux de sulfate de plomb, difficiles à réduire. L'utilisation du carbone ouvre la voie à l'intégration des batteries au plomb-acide dans les véhicules hybrides, car elle améliore leur durée de vie et réduit la sulfatation de la plaque négative qui se produit lors de leur fonctionnement. Les additifs carbonés les plus efficaces présentent une grande surface spécifique, une bonne conductivité et une forte affinité pour le plomb. Ces dernières années, des recherches sur les nanostructures de carbone ou les matériaux composites ont été entreprises pour cette application. Le carbone pourrait également constituer la prochaine avancée majeure dans la technologie des batteries au plomb-acide dans un avenir proche. Son utilisation dans les collecteurs de courant pourrait permettre d'améliorer leur point faible. batteries au plomb-acide , notamment leur faible énergie spécifique.

Les collecteurs en carbone réticulé garantissent un poids réduit, une meilleure utilisation de la masse active et un support mécanique renforcé. L'amélioration des performances des batteries au plomb-acide leur permettra de mieux concurrencer les batteries de nouvelle génération, comme les batteries lithium-ion, dans différents domaines (par exemple, le stockage d'énergie et les véhicules hybrides). Le carbone peut également être utilisé comme électrode de condensateur, permettant ainsi d'atteindre une densité de puissance plus élevée. La généralisation de ces améliorations à base de carbone dans la conception des batteries au plomb-acide pourrait assurer la pérennité de leur utilisation économiquement viable pour de nombreuses années encore. Malgré leur ancienneté, les batteries au plomb-acide conservent toute leur importance et pourraient même trouver de nouvelles applications à l'avenir.
EverExceed utilise du nano-carbone dans leur Batteries VRLA de gamme modulaire C’est pourquoi ces batteries figurent parmi les solutions VRLA les plus populaires du marché actuellement, grâce à leurs performances robustes et à leur longue durée de vie.

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