Stocker l’énergie à l’aide d’un système électrochimique en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de stocker l’énergie à l’aide d’un système électrochimique pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Piles et accumulateurs
- Charge et décharge d’un accumulateur
- Capacité (Ah) et énergie stockée
- Oxydoréduction dans une pile
Piles et accumulateurs
Une pile est un générateur électrochimique qui transforme l'énergie chimique en énergie électrique par une réaction d'oxydoréduction. Un accumulateur est une pile rechargeable qui peut fonctionner dans les deux sens : décharge et charge.
Exemple
Une batterie de smartphone est un accumulateur : elle se décharge quand tu l'utilises et se recharge quand tu la branches. Une pile alcaline de lampe torche est une pile jetable.
À retenir : Les accumulateurs sont rechargeables contrairement aux piles classiques.
Oxydoréduction dans une pile
Une pile fonctionne grâce à un échange d'électrons entre deux réactions chimiques : l'une perd des électrons (oxydation à l'anode) et l'autre en gagne (réduction à la cathode). Les électrons circulent dans le circuit externe pour créer un courant.
Exemple
Dans une pile alcaline, le zinc s'oxyde (perd des électrons) et le dioxyde de manganèse se réduit (gagne des électrons). Ces électrons voyagent par le fil jusqu'à ta lampe torche.
À retenir : À l'anode : oxydation (perte d'électrons). À la cathode : réduction (gain d'électrons).
Charge et décharge d'un accumulateur
La décharge est le fonctionnement normal : la réaction chimique produit du courant électrique. La charge est l'inverse : on force un courant externe à traverser l'accumulateur pour reconstituer les réactifs chimiques grâce à une réaction inverse.
Exemple
Ton téléphone se décharge quand tu l'utilises. Quand tu le branches au chargeur, un courant inverse recrée les molécules chimiques à l'intérieur de la batterie.
À retenir : En décharge, la réaction chimique produit de l'énergie. En charge, on consomme de l'énergie pour recréer les réactifs.
Capacité et énergie stockée
La capacité d'un accumulateur s'exprime en ampères-heures (Ah) : c'est la quantité totale d'électricité (charge Q) qu'il peut fournir. Elle vaut Q = I × t : une capacité de 1 Ah correspond à un courant de 1 A pendant 1 heure. L'énergie stockée dépend de la capacité et de la tension : $E = Q \times U$ (en Wh si Q est en Ah et U en V).
Exemple
Une batterie de téléphone de 3000 mAh (= 3 Ah) sous 3,7 V peut théoriquement fournir 3 ampères pendant 1 heure. L'énergie stockée est environ 11,1 Wh (ou 40 000 joules).
À retenir : $E(J) = Q(Ah) \times U(V) \times 3600$ où l'énergie augmente avec la capacité et la tension.
Les points clés
- Pile : générateur chimique non rechargeable. Accumulateur : générateur chimique rechargeable.
- En décharge : anode (−) = oxydation, cathode (+) = réduction, et les électrons circulent du − au + dans le circuit externe. En charge, les rôles s'inversent : l'oxydation a lieu à l'électrode (+), qui devient l'anode.
- Décharge : réaction chimique → courant. Charge : courant forcé → reconstitution des réactifs.
- Capacité en Ah = quantité d'électricité stockée. Énergie en Wh ou J = capacité × tension.
- $E(Wh) = C(Ah) \times U(V)$
L'essentiel
Un accumulateur stocke de l'énergie chimique convertie en énergie électrique par une réaction d'oxydoréduction, et sa capacité en Ah multipliée par sa tension en V donne l'énergie disponible.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Une batterie d'accumulateurs lithium-ion pour voiture électrique stocke une énergie de 60 kWh. Elle fonctionne sous une tension moyenne de 400 V. Calcule la charge totale Q en ampères-heures que peut fournir cette batterie.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un accumulateur de téléphone a une capacité de 5000 mAh et une tension de 3,85 V. En décharge, il fournit un courant de 2 A. Combien de temps fonctionnera le téléphone ? Calcule aussi l'énergie totale stockée.
Corrige cet exercice avec le tuteur →