Bac Physique-Chimie · Amérique du Nord 2024 · Jour 1 · Réf. 24-PYCJ1AN1

Exercice 2 — Des batteries à flux redox organiques

Stockage massif d'énergie : réactions aux électrodes, capacité électrique, volumes d'électrolytes et énergie volumique.
5 points · 10 questions · Exercice 2 / 3

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Exercice 2 — Des batteries à flux redox organiques (5 points)

Les batteries à flux redox stockent massivement l'énergie. Deux électrolytes (BQDS et AQS) circulent dans une cellule électrochimique. Couples : BQDS/H₂BQDS et AQS/H₂AQS.

Décharge (mode pile) : BQDS + H₂AQS → H₂BQDS + AQS.

réservoir 1BQDSréservoir 2H₂AQSmembrane+−A
Figure 1 — cellule (pile en décharge). Électrode + côté BQDS (réduction), électrode − côté H₂AQS (oxydation). Membrane laisse passer H⁺.
N_A6,02×10²³ mol⁻¹
e1,6×10⁻¹⁹ C
Faraday F96 500 C·mol⁻¹ (charge d'1 mol d'électrons)
ConcentrationC = 1,0 mol·L⁻¹ (BQDS et H₂AQS)
Q1. Deux réactions aux électrodes.
Q2. Définir un oxydant ; identifier oxydant et réducteur.
Q3. BQDS = électrolyte 1 ou 2 ? (polarités).
Q4. Sens de circulation des ions H⁺.

Cellule : I = 250 A pendant 6,0 h ; électrolytes à 1,0 mol·L⁻¹.

Q5. Montrer Q ≈ 5,4×10⁶ C.
Q6. Volume de chaque électrolyte ; volume réel (rendement 70 %).

Système : 60 cellules en série (1 V chacune) → U_système = 60 V, I = 250 A.

Q7. Volume total de chaque électrolyte (système, 6,0 h).
Q8. Solution simple pour doubler la durée (puissance constante).
Q9. Puissance du système ; énergie en W·h (6,0 h).
Q10. La batterie peut-elle se positionner (≥ 10 W·h·L⁻¹) ?
📖Le contexte (énoncé)
📋 ÉNONCÉ (mot pour mot)
Les batteries à flux redoxBatterie à flux redox : deux électrolytes liquides circulent dans une cellule électrochimique. Stockage massif d'énergie, capacité facile à augmenter. stockent l'énergie grâce à des réactions d'oxydoréduction entre deux électrolytes (BQDS et AQS). On étudie leurs réactions, leur capacité électrique et leur énergie volumique.
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