La Batterie

Nous vous expliquons ce qu’est une batterie et comment fonctionne cet appareil. De plus, les types de batteries qui existent et ce qu’est une batterie.

Qu’est-ce qu’une batterie ?

Une pile électrique, aussi appelée pile ou accumulateur électrique, est un dispositif constitué de cellules électrochimiques capables de convertir l’ énergie chimique qu’elle contient en énergie électrique . Ainsi, les batteries génèrent du courant continu et servent ainsi à alimenter différents circuits électriques , en fonction de leur taille et de leur puissance.

Les batteries sont pleinement intégrées à notre quotidien depuis leur invention au 19e siècle et leur commercialisation massive au 20e. Le développement des batteries va de pair avec l’avancée technologique de l’électronique. Les télécommandes, les montres, les ordinateurs de toutes sortes, les téléphones portables et un grand nombre de gadgets contemporains utilisent des piles comme source d’alimentation, ils sont donc fabriqués avec des puissances différentes.

Les batteries ont une capacité de charge déterminée par la nature de leur composition et qui se mesure en ampères-heures (Ah), ce qui signifie que la batterie peut fournir un ampère de courant pendant une heure de temps continue. Plus sa capacité de charge est élevée, plus il peut stocker de courant à l’intérieur.

Enfin, le court cycle de vie de la plupart des batteries commerciales les a transformées en un puissant contaminant de l’eau et du sol , car une fois leur cycle de vie terminé, elles ne peuvent pas être rechargées ou réutilisées et sont jetées. Après l’oxydation de leur enveloppe métallique, les batteries libèrent leur contenu chimique dans l’ environnement et modifient leur composition et leur pH .

Voir aussi: conductivité électrique

Comment fonctionne une batterie ?

Le principe fondamental d’une batterie consiste en des réactions d’ oxydo-réduction ( redox ) de certaines substances chimiques , dont l’une perd des électrons (s’oxyde) tandis que l’autre gagne des électrons (se réduit), pouvant revenir à sa configuration initiale compte tenu de la conditions nécessaires : l’application de l’électricité (charge) ou la fermeture du circuit (décharge).

Les batteries contiennent des cellules chimiques qui ont un pôle positif (anode) et un pôle négatif (cathode) , ainsi que des électrolytes qui permettent le flux électrique vers l’extérieur. Ces cellules convertissent l’énergie chimique en électricité, par un processus réversible ou irréversible, selon le type de batterie, qui une fois terminée, épuise sa capacité à recevoir de l’énergie . Il existe deux types de cellules :

• Primaires. Ceux qui, une fois que la réaction s’est produite, ne peuvent pas revenir à leur état d’origine, épuisant ainsi leur capacité à stocker le courant électrique . On les appelle aussi piles non rechargeables.
• Lyceés. Ceux qui peuvent recevoir une application d’énergie électrique pour restaurer leur composition chimique d’origine, et peuvent être utilisés de nombreuses fois avant d’être complètement épuisés. Elles sont aussi appelées piles rechargeables.

type de batterie

Il existe de nombreux types de batteries, selon les éléments entrant dans leur fabrication, tels que :

• Piles alcalines. Généralement jetable. Ils utilisent de l’hydroxyde de potassium (KOH) comme électrolyte. La réaction chimique qui produit de l’énergie se produit entre le zinc (Zn, anode) et le dioxyde de manganèse (MnO ₂ , cathode). Ce sont des batteries extrêmement stables, mais de courte durée.
• Batteries au plomb. Commun dans les véhicules et les motos. Ce sont des batteries rechargeables qui, lorsqu’elles sont chargées, possèdent deux électrodes en plomb : une cathode en dioxyde de plomb (PbO ₂ ) et une anode en plomb spongieux (Pb). L’électrolyte utilisé est l’acide sulfurique (H ₂ SO ₄ ) en solution aqueuse. En revanche, lorsque la batterie est déchargée, le plomb se présente sous forme de sulfate de plomb (II) (PbSO ₄ ) déposé sur du plomb métallique (Pb). Ensuite, lors de la charge initiale, PbSO ₄ est réduit en Pb sur les plaques négatives, et PbO _{2 se forme.}dans les points positifs. Dans ce processus, le plomb est oxydé et réduit en même temps. D’autre part, pendant la décharge, le PbO ₂ est réduit en PbSO ₄ et le Pb est oxydé pour produire également du PbSO ₄ . Ces deux processus peuvent être répétés cycliquement jusqu’à ce que les cristaux de PbSO ₄ deviennent trop gros pour perdre leur réactivité chimique. C’est le cas où il est dit familièrement que la batterie a été sulfatée et doit être remplacée par une neuve.
  
• piles au nickel . Très peu coûteux mais peu performants, ils sont parmi les premiers à avoir été fabriqués dans l’histoire. À leur tour, ils ont donné naissance à de nouvelles batteries telles que :
  • Nickel-fer (Ni-Fe). Ils étaient constitués de tubes minces enroulés par des feuilles d’acier nickelé. Dans les plaques positives, il y avait de l’hydroxyde de nickel (III) (Ni(OH) ₃ ) et dans les plaques négatives du fer (Fe). L’électrolyte utilisé est l’hydroxyde de potassium (KOH). Bien que leur durée ait été très longue, elles ont été abandonnées en raison de leurs faibles performances et de leur coût élevé.
  • Nickel-cadmium (Ni-Cd). Ils sont composés d’une anode de cadmium (Cd) et d’une cathode d’hydroxyde de nickel (III) (Ni(OH) ₃ ) et d’hydroxyde de potassium (KOH) comme électrolyte. Ces accumulateurs sont parfaitement rechargeables, mais ont une faible densité énergétique (à peine 50Wh/kg). De plus, ils sont de moins en moins utilisés du fait de leur fort effet mémoire (diminution de la capacité de la batterie lorsque l’on effectue des charges incomplètes) car le cadmium est très polluant.
    
  • Nickel-hydrure (Ni-MH). Ils utilisent de l’oxyhydroxyde de nickel (NiOOH) pour l’anode et un alliage d’ hydrure métallique comme cathode. Ils ont une capacité de charge plus élevée et moins d’effet mémoire par rapport aux batteries Ni-Cd, et ils n’affectent pas non plus l’ environnement puisqu’ils ne contiennent pas de Cd (très polluant et dangereux). Ils ont été les pionniers à être utilisés pour les véhicules électriques, car ils sont parfaitement rechargeables.
• Batteries lithium-ion (Li-ION). Ils utilisent un sel de lithium comme électrolyte. Ce sont les batteries les plus utilisées dans les petits appareils électroniques , tels que les téléphones portables et autres appareils portables. Ils se distinguent par leur énorme densité d’énergie, ajoutée au fait qu’ils sont très légers, ont une petite taille et de bonnes performances, mais ont une durée de vie maximale de trois ans. Un autre avantage qu’ils ont est leur faible effet mémoire. De plus, lorsqu’ils surchauffent, ils peuvent exploser, car leurs éléments sont inflammables, de sorte que leur coût de production est élevé du fait qu’il faut y incorporer des éléments de sécurité.
• Batteries au lithium polymère (LiPo). Elles sont une variante des batteries au lithium ordinaires , elles ont une meilleure densité d’énergie et un meilleur taux de décharge, mais elles ont l’inconvénient d’être inutilisables si elles perdent leur charge en dessous de 30%, il est donc indispensable de ne pas les laisser se décharger complètement. Ils peuvent également surchauffer et exploser, il est donc très important de ne jamais attendre trop longtemps pour regarder la batterie ou de toujours la conserver dans un endroit sûr, à l’écart des substances inflammables.

Pile et batterie

Les termes cellule et batterie dans ce contexte sont synonymes et proviennent des premiers jours de la manipulation humaine de l’électricité. Les premiers accumulateurs étaient constitués de groupes de piles ou de disques métalliques pour augmenter le courant initialement fourni, et qui pouvaient être disposés de deux manières : l’un au-dessus de l’autre, formant une batterie , ou l’un à côté de l’autre, sous la forme d’un batterie .

Il convient toutefois de préciser que dans de nombreux pays hispanophones, seul le terme batterie est utilisé et que l’ accumulateur est préféré pour d’autres appareils électriques, tels que les condensateurs, etc.