Modes de défaillance des batteries au plomb

En raison des différences entre les types de plaques, les conditions de fabrication et les méthodes d'utilisation, les causes de défaillance des batteries varient. En résumé, les défaillances des batteries au plomb peuvent survenir dans les situations suivantes :

↘ Variante de corrosion de la plaque positive

Il existe actuellement trois types d'alliages utilisés en production : les alliages plomb-antimoine traditionnels, dont la teneur en antimoine est comprise entre 4 % et 7 % en masse ; les alliages à faible ou très faible teneur en antimoine, dont la teneur en antimoine est comprise entre 2 % et 1 % en masse, contenant de l'étain, du cuivre, du cadmium, du soufre et d'autres agents cristallins modifiés ; la série plomb-calcium, en fait l'alliage quaternaire plomb-calcium-étain-aluminium, dont la teneur en calcium est comprise entre 0,06 % et 0,1 % en masse. Les grilles positives moulées à partir de ces alliages s'oxydent en sulfate et dioxyde de plomb pendant la charge de la batterie, ce qui entraîne à terme la perte de leur fonction de support des substances actives et la défaillance de la batterie ; ou, en raison de la formation d'une couche de corrosion de dioxyde de plomb, le plomb en dioxyde de plomb. L'alliage produit des contraintes qui provoquent la croissance et la déformation de la grille. Lorsque la déformation dépasse 4 %, la plaque entière sera détruite et le matériau actif tombera en raison d'un mauvais contact avec la grille ou d'un court-circuit au niveau de la barre omnibus.

↘ Le matériau actif de la plaque positive tombe et se ramollit

Outre la perte de matière active causée par la croissance de la grille, les charges et décharges répétées provoquent également un relâchement, un ramollissement et un détachement de la liaison entre les particules de dioxyde de plomb de la grille. Plusieurs facteurs, tels que la fabrication de la grille, l'étanchéité de l'assemblage et les conditions de charge et de décharge, influent sur la perte de matière active de la plaque positive.

↘ Sulfatation irréversible

Lorsqu'une batterie est trop déchargée et stockée à l'état déchargé pendant une longue période, son électrode négative forme de gros cristaux de sulfate de plomb qui résistent difficilement à la charge. Ce phénomène est appelé sulfatation irréversible. Une légère sulfatation irréversible peut être corrigée par certaines méthodes. Dans les cas les plus graves, l'électrode tombe en panne et ne peut plus être chargée.

↘ Perte prématurée de capacité

Lorsque l'alliage de grille est à faible teneur en antimoine ou en plomb-calcium, la capacité chute soudainement au début de l'utilisation de la batterie (environ 20 cycles), ce qui rend la batterie inefficace.

↘ Accumulation importante d'antimoine sur les substances actives

L'antimoine présent sur la grille positive est partiellement transféré à la surface du matériau actif de la plaque négative lors du cycle. La surtension de réduction de H+ sur l'antimoine étant inférieure d'environ 200 mV à celle sur le plomb, la tension de charge diminue lorsque l'antimoine s'accumule. Une grande partie du courant est alors utilisée pour la séparation de l'eau, ce qui empêche la batterie de se charger correctement.

La teneur en antimoine du matériau actif de l'électrode négative d'une batterie plomb-acide avec une tension de charge de seulement 2,30 V a été testée. La teneur en antimoine de la couche superficielle du matériau actif de l'électrode négative a atteint 0,12 % à 0,19 % en fraction massique. Certaines batteries, comme celles des sous-marins, sont soumises à des restrictions quant au dégagement d'hydrogène. Le matériau actif de l'électrode négative dont le dégagement d'hydrogène dépassait la norme a été testé et la teneur moyenne en antimoine a atteint 0,4 % en fraction massique.

↘ Défaillance thermique

Pour les batteries nécessitant peu d'entretien, la tension de charge ne doit pas dépasser 2,4 V par cellule. En utilisation réelle, comme dans les automobiles, le régulateur de tension peut être déréglé, la tension et le courant de charge trop élevés. La chaleur générée augmente alors la température de l'électrolyte, entraînant une diminution de la résistance interne de la batterie. Le courant de charge est alors accru. L'augmentation de la température de la batterie et le courant excessif se renforcent mutuellement, ce qui devient incontrôlable et provoque déformation, fissuration et défaillance de la batterie. Bien que l'emballement thermique ne soit pas un mode de défaillance fréquent des batteries plomb-acide, il n'est pas rare. Lors de l'utilisation, soyez attentif aux phénomènes de tension de charge trop élevée et de surchauffe de la batterie.

↘ Corrosion du jeu de barres négatif

En conditions normales, la grille négative et le jeu de barres ne présentent aucun problème de corrosion. En revanche, dans une batterie étanche à régulation par soupape, lorsque le cycle d'oxygène est établi, l'espace supérieur de la batterie est quasiment rempli d'oxygène et le jeu de barres constitue plus ou moins l'électrolyte du diaphragme. Les cosses remontent jusqu'aux jeux de barres. L'alliage du jeu de barres s'oxyde et forme du sulfate de plomb. Un alliage d'électrode mal choisi peut entraîner la formation d'inclusions de scories et de fissures dans le jeu de barres, qui s'aggravent le long de ces fissures, provoquant la séparation des languettes et la défaillance de la plaque négative.

↘ La perforation du diaphragme provoque un court-circuit

Les variétés individuelles de diaphragmes, telles que les diaphragmes en PP (polypropylène), ont de grandes tailles de pores, et le fusible en PP se déplacera pendant l'utilisation, ce qui entraînera de grands pores, et le matériau actif peut traverser les grands pores pendant la charge et la décharge, provoquant des micro-courts-circuits, la batterie tombera en panne.

--Fin--