Pile électrique

La chimie à l'intérieur d'une batterie

Une batterie peut être composée d'une ou de plusieurs cellules. Chaque cellule possède une anode, une cathode et un électrolyte. L'électrolyte est le matériau principal à l'intérieur de la batterie. C'est souvent un type d'acide, et il peut être dangereux au toucher. L'anode réagit avec l'électrolyte pour produire des électrons (c'est l'extrémité négative ou -). La cathode réagit avec l'électrolyte et prend des électrons (c'est l'extrémité positive ou +). Un courant électrique se produit lorsqu'un fil relie l'anode à la cathode, et les électrons se déplacent d'une extrémité à l'autre. (Mais une batterie peut être endommagée par un simple fil reliant les deux extrémités, il faut donc également une charge entre les deux extrémités. La charge est un élément qui ralentit les électrons et qui est généralement utile, comme l'ampoule d'une lampe de poche ou les composants électroniques d'une calculatrice.

L'électrolyte peut être liquide ou solide. Une batterie est appelée pile humide ou pile sèche, selon le type d'électrolyte.

Les réactions chimiques qui se produisent dans une batterie sont des réactions exothermiques. Ce type de réaction produit de la chaleur. Par exemple, si vous laissez votre ordinateur portable allumé pendant une longue période, puis que vous touchez la batterie, celle-ci sera chaude ou brûlante.

Une batterie rechargeable est rechargée en inversant la réaction chimique qui se produit à l'intérieur de la batterie. Mais une batterie rechargeable ne peut être rechargée qu'un nombre donné de fois (durée de vie de la recharge). Même les piles intégrées ne peuvent pas être rechargées indéfiniment. De plus, chaque fois qu'une batterie est rechargée, sa capacité à tenir une charge diminue un peu. Les piles non rechargeables ne doivent pas être chargées car diverses substances nocives peuvent s'en échapper, comme l'hydroxyde de potassium.

Les cellules peuvent être connectées pour former une plus grande batterie. Le fait de connecter le positif d'une cellule au négatif de la cellule suivante s'appelle les connecter en série. Les tensions de chaque batterie sont additionnées. Deux batteries de six volts connectées en série produiront 12 volts.

Le fait de connecter le positif d'une cellule au positif de l'autre, et le négatif au négatif s'appelle les connecter en parallèle. La tension reste la même, mais le courant est additionné. La tension est la pression qui pousse les électrons à travers les fils, elle se mesure en volts. Le courant est le nombre d'électrons qui peuvent passer en même temps, il est mesuré en ampères. La combinaison du courant et de la tension est la puissance (watts = volts x ampères) de la batterie.

Batteries connectées en parallèle - illustrées par un schéma et un dessin

Taille des piles

Les piles sont de formes, de tailles et de tensions différentes.

Les piles AA, AAA, C et D, y compris les piles alcalines, sont de taille et de forme standard, et ont une tension d'environ 1,5 volt. La tension d'une pile dépend des produits chimiques utilisés. La charge électrique qu'elle peut fournir dépend de la taille de la pile, ainsi que des produits chimiques utilisés. La charge qu'une pile délivre est généralement mesurée en ampères-heures. Comme la tension reste la même, plus la charge est élevée, plus la cellule est grande et plus elle peut fournir d'ampères ou fonctionner longtemps.

Histoire

La première batterie a été inventée en 1800 par Alessandro Volta. Aujourd'hui, sa batterie est appelée pile voltaïque.

Dans des petites piles modernes, le fluide est immobilisé dans une sorte de pâte et le tout est mis dans un boîtier scellé. Grâce à ce boîtier, rien ne peut s'écouler de la batterie. Les plus grandes batteries, comme celles des voitures, contiennent encore du liquide et ne sont pas scellées. Une sorte de batterie qui utilise des sels fondus comme électrolyte a été inventée pendant la Seconde Guerre mondiale.

Types de piles

• Piles sèches, piles qui ne contiennent pas de liquide (ou qui contiennent un liquide immobilisé tel qu'une pâte ou un gel) comme électrolyte
• Cellule primaire, cellules qui ne peuvent pas être rechargées
• Pile alcaline, "alcaline", non rechargeable
• Pile au mercure, non rechargeable
• Batterie Leclanche, "super heavy duty", non rechargeable
• Pile au lithium, non rechargeable, "pile à monnaie".
• Pile à l'oxyde d'argent, non rechargeable, pile de montre
• Pile voltaïque, première pile Allesandro Voltas
• Cellule secondaire, cellules pouvant être rechargées
• Batterie plomb-acide scellée
• Batterie au lithium-ion, rechargeable, utilisée dans les téléphones et les ordinateurs portables
• Pile au nickel-cadmium, "NiCd", rechargeable
• Batterie au nickel métal-hydrure, "NiMH", rechargeable
• Pile nickel-zinc

• Piles humides, piles qui contiennent du liquide comme électrolyte
• Batterie au plomb, rechargeable, batterie de voiture
• Batterie nickel-fer, rechargeable, batterie Edison
• Pile à combustible, rechargée par ajout de combustible

Vue de dessus de la batterie d'une voiture

Alternatives aux piles

Les piles à combustible et les cellules solaires ne sont pas des batteries car elles ne stockent pas l'énergie qu'elles contiennent.

Un condensateur n'est pas une batterie car il ne stocke pas l'énergie dans une réaction chimique. Un condensateur peut stocker de l'électricité et créer de l'électricité beaucoup plus rapidement qu'une batterie, mais il coûte généralement trop cher pour le rendre aussi gros qu'une batterie peut l'être. Les scientifiques et les ingénieurs chimistes travaillent à la fabrication de meilleurs condensateurs et batteries pour les voitures électriques.

De petits générateurs électriques actionnés à la main et au pied peuvent fournir de l'énergie dans de petits appareils électriques. Les radios d'horlogerie, les torches d'horlogerie et autres appareils similaires sont également dotés d'un ressort de rappel pour stocker l'énergie mécanique.