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Comment fonctionne une batterie ?

Votre montre, votre ordinateur portable et votre pointeur laser sont tous alimentés par la même chose : la chimie…

Par Mary Bates

Il existe de nombreux types de batteries, mais elles fonctionnent toutes sur la base du même concept sous-jacent. « Une batterie est un dispositif capable de stocker l’énergie électrique sous forme d’énergie chimique, et de convertir cette énergie en électricité », explique Antoine Allanore, associé postdoctoral au département de science et de génie des matériaux du MIT. « Vous ne pouvez pas attraper et stocker l’électricité, mais vous pouvez stocker l’énergie électrique dans les produits chimiques à l’intérieur d’une batterie. »

Il y a trois composants principaux dans une batterie : deux bornes constituées de produits chimiques différents (généralement des métaux), l’anode et la cathode ; et l’électrolyte, qui sépare ces bornes. L’électrolyte est un milieu chimique qui permet la circulation de la charge électrique entre la cathode et l’anode. Lorsqu’un appareil est connecté à une batterie – une ampoule ou un circuit électrique – des réactions chimiques se produisent sur les électrodes qui créent un flux d’énergie électrique vers l’appareil.

Plus précisément : lors d’une décharge d’électricité, le produit chimique sur l’anode libère des électrons vers la borne négative et des ions dans l’électrolyte par ce qu’on appelle une réaction d’oxydation. Pendant ce temps, à la borne positive, la cathode accepte les électrons, complétant ainsi le circuit pour le flux d’électrons. L’électrolyte est là pour mettre en contact les différents produits chimiques de l’anode et de la cathode, de manière à ce que le potentiel chimique puisse s’équilibrer d’une borne à l’autre, convertissant ainsi l’énergie chimique stockée en énergie électrique utile. « Ces deux réactions se produisent simultanément », explique M. Allanore. « Les ions transportent le courant dans l’électrolyte tandis que les électrons circulent dans le circuit externe, et c’est ce qui génère un courant électrique. »

Si la batterie est jetable, elle produira de l’électricité jusqu’à ce qu’elle soit à court de réactifs (même potentiel chimique sur les deux électrodes). Ces piles ne fonctionnent que dans un sens, en transformant l’énergie chimique en énergie électrique. Mais dans d’autres types de piles, la réaction peut être inversée. Les batteries rechargeables (comme celles de votre téléphone portable ou de votre voiture) sont conçues pour que l’énergie électrique provenant d’une source extérieure (le chargeur que vous branchez au mur ou la dynamo de votre voiture) puisse être appliquée au système chimique et inverser son fonctionnement, rétablissant ainsi la charge de la batterie.

Le laboratoire du Groupe Sadoway au MIT travaille à la création de batteries plus efficaces pour de multiples usages. Pour le stockage d’énergie à grande échelle, l’équipe travaille sur une batterie à métal liquide, dans laquelle l’électrolyte, l’anode et la cathode sont liquides. Pour les applications portables, ils développent une batterie polymère à couche mince avec un électrolyte flexible fait de gel ininflammable. Un autre objectif du laboratoire est de construire des batteries en utilisant des matériaux jusqu’alors non considérés, en se concentrant sur des substances abondantes, bon marché et sûres qui ont le même potentiel commercial que les batteries au lithium populaires.

Merciements à Steven Minkus, 18 ans, de Glenview, IL, pour cette question.

Posée : 1er mai 2012

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