Je veux tout savoir

Batterie (électricité)

Vkontakte
Pinterest




Quatre cellules électrochimiques double A (AA).

En science et technologie, un batterie est un appareil qui stocke l'énergie chimique et la rend disponible sous forme électrique. Les batteries sont constituées de dispositifs électrochimiques tels qu'une ou plusieurs cellules galvaniques, piles à combustible ou cellules à écoulement. Strictement, une "batterie" électrique est un réseau interconnecté de cellules similaires, mais le terme "batterie" est également couramment appliqué à une seule cellule qui est utilisée seule.

Un schéma d'une batterie électrique.

Avec le progrès technologique, différents types de batteries ont été développés pour une utilisation de diverses manières. Leurs applications vont des appareils électroniques portables aux automobiles et aux sondes spatiales.

Histoire

Les premiers artefacts connus qui auraient pu être des batteries sont les soi-disant «batteries de Bagdad», apparemment utilisées entre 250 avant JC. et 640 C.E. Le terme "batterie" dans ce contexte a été utilisé pour la première fois par Benjamin Franklin pour décrire un ensemble de pots Leyden liés, le premier condensateur et un premier moyen de stocker la charge avant l'invention de véritables batteries électrochimiques.

Le développement moderne des batteries a commencé avec la pile voltaïque, inventée par le physicien italien Alessandro Volta, qui l'a annoncé en 1800.1. Cette batterie était constituée d'un tas de disques de zinc et de cuivre séparés par du carton imbibé de saumure.

Un chimiste britannique nommé John Frederic Daniell a cherché un moyen d'éliminer l'accumulation de gaz dans la pile voltaïque. Sa solution était d'utiliser un second électrolyte pour consommer l'hydrogène produit par le premier. En 1836, il inventa la cellule Daniell, qui consistait en un pot en cuivre rempli d'une solution de sulfate de cuivre, dans lequel était immergé un récipient en terre cuite non émaillée rempli d'acide sulfurique, dans lequel était immergée une électrode en zinc. Jusqu'à ce point, toutes les batteries étaient vidées en permanence lorsque leurs réactions chimiques étaient épuisées.

En 1859, Gaston Planté a inventé la cellule plomb / acide, la première batterie qui pouvait être rechargée en y faisant passer un courant inverse. Une cellule plomb / acide est constituée d'une anode en plomb et d'une cathode en oxyde de plomb immergée dans de l'acide sulfurique. Les deux électrodes réagissent avec l'acide pour produire du sulfate de plomb, mais la réaction à l'anode de plomb libère des électrons tandis que la réaction à l'oxyde de plomb les consomme, produisant ainsi un courant. Ces réactions chimiques peuvent être inversées en faisant passer un courant inverse à travers la batterie, la rechargeant ainsi. Le premier modèle de Planté consistait en une feuille de plomb et une feuille d'oxyde de plomb séparées par des bandes de caoutchouc et enroulées en spirale.2 Ses batteries ont d'abord été utilisées pour alimenter les lumières des wagons de train lors de leur arrêt dans une gare.

En 1881, Camille Faure a inventé une version améliorée qui consistait en un réseau de grille de plomb dans lequel une pâte d'oxyde de plomb était pressée, formant une plaque. Plusieurs plaques peuvent être empilées pour de meilleures performances. Cette conception était plus facile à produire en masse. Vers la fin du XIXe siècle, Carl Gassner a remplacé l'électrolyte liquide par une pâte, ce qui en fait une batterie beaucoup plus pratique pour la consommation de masse.

En 1866, Georges Leclanché a inventé une batterie composée d'une anode de zinc enveloppée dans un matériau poreux et d'une cathode de dioxyde de manganèse, trempée dans du chlorure d'ammonium. La cathode de dioxyde de manganèse contenait également un peu de carbone, ce qui améliorait la conductivité et l'absorption de l'électrolyte.3

En 1887, Carl Gassner a breveté une variante de la cellule Leclanché qui est devenue connue sous le nom de cellule sèche car elle n'avait pas d'électrolyte liquide libre. Au lieu de cela, le chlorure d'ammonium a été mélangé avec du plâtre de Paris pour créer une pâte, avec un peu de chlorure de zinc ajouté pour prolonger la durée de conservation. La cathode de dioxyde de manganèse a été plongée dans cette pâte, et les deux ont été scellées dans une coque en zinc qui a également fait office d'anode.

Au tournant du XXe siècle, les premières voitures à essence n'étaient pas fiables et la voiture électrique était plus populaire. Cependant, leur popularité était limitée par les très lourdes batteries au plomb sur lesquelles ils fonctionnaient. Dans l'espoir de produire une voiture électrique plus viable commercialement, Thomas Edison et ses associés ont commencé à chercher une batterie rechargeable plus légère et durable. En 1903, leurs recherches ont produit une batterie composée d'électrodes en fer et en nickel avec de l'hydroxyde de potassium comme électrolyte (d'où le descripteur "alcalin", bien que cette batterie soit plus communément appelée batterie au nickel-fer). Cependant, les consommateurs ont constaté que cette première version était sujette aux fuites et à une courte durée de vie; il n'a pas non plus surperformé la batterie au plomb. Edison est retourné à la planche à dessin et sept ans plus tard, a sorti un modèle plus fiable et plus puissant. À cette époque, cependant, le modèle T Ford peu coûteux et fiable avait fait des voitures à moteur à essence la norme. Néanmoins, la batterie d'Edison a connu un grand succès dans d'autres applications.

Le type de batterie le plus courant vendu aujourd'hui - la batterie alcaline - a été développé en 1955 par la société Eveready.

Concepts de batterie

Symbole de circuit pour une batterie; modèle électrique simplifié; et un modèle plus complexe mais encore incomplet (le condensateur série a une valeur extrêmement grande et, en se rechargeant, simule la décharge de la batterie).

Une batterie est un appareil dans lequel l'énergie chimique est directement convertie en énergie électrique. Il se compose d'une ou plusieurs cellules voltaïques, chacune composée de deux demi-cellules connectées en série par l'électrolyte conducteur4. Dans la figure de droite, la batterie est constituée d'une ou plusieurs cellules voltaïques en série. Le symbole conventionnel ne représente pas nécessairement le vrai nombre de cellules voltaïques. Chaque cellule a une borne positive, représentée par une longue ligne horizontale, et une borne négative, représentée par la ligne horizontale plus courte. Ceux-ci ne se touchent pas mais sont immergés dans un électrolyte solide ou liquide.

L'électrolyte est un conducteur qui relie les demi-cellules entre elles. Il contient également des ions qui peuvent réagir avec les produits chimiques des électrodes. L'énergie chimique est convertie en énergie électrique par des réactions chimiques qui transfèrent la charge entre l'électrode et l'électrolyte à leur interface. Ces réactions sont appelées faradique, et sont responsables du flux de courant à travers la cellule. Ordinaire, sans transfert de charge (non faradique), des réactions se produisent également aux interfaces électrode-électrolyte. Les réactions non faradiques sont l'une des raisons pour lesquelles les cellules voltaïques (en particulier la cellule au plomb-acide des batteries de voitures ordinaires) "s'épuisent" lorsqu'elles sont inutilisées.

Vers 1800, Alessandro Volta a étudié l'effet de différentes électrodes sur la force électromotrice nette (emf) de nombreux types de cellules voltaïques. (Emf est équivalent à ce qu'on appelait la source de tension interne dans le

Les cellules voltaïques et les batteries de cellules voltaïques sont évaluées en volts, l'unité SI de la force électromotrice. La tension aux bornes d'une batterie est connue sous le nom de tension aux bornes. La tension aux bornes d'une batterie qui n'est ni en charge ni en décharge (la tension en circuit ouvert) est égale à sa FEM. La tension aux bornes d'une batterie qui se décharge est inférieure à la FEM et celle d'une batterie en charge est supérieure à la FEM.

Les piles alcalines et carbone-zinc sont évaluées à environ 1,5 volt chacune, en raison de la nature des réactions chimiques qu'elles contiennent. En comparaison, étant donné les potentiels électrochimiques élevés des composés de lithium, les piles au lithium peuvent fournir jusqu'à 3 volts ou plus chacune. Cependant, les composés de lithium peuvent être dangereux.

Le modèle conventionnel pour une cellule voltaïque, comme illustré ci-dessus, a la résistance interne tirée à l'extérieur de la cellule. C'est un équivalent de Thevenin correct pour les applications de circuits, mais il simplifie à l'excès la chimie et la physique. Dans un modèle plus précis (et plus complexe), une cellule voltaïque peut être considérée comme deux pompes électriques, une à chaque borne (les réactions faradiques aux interfaces électrode-électrolyte correspondantes), séparées par une résistance interne largement due à l'électrolyte . Même cela est une simplification excessive, car elle ne peut pas expliquer pourquoi le comportement d'une cellule voltaïque dépend fortement de sa vitesse de décharge. Par exemple, il est bien connu qu'une cellule qui est déchargée rapidement (mais incomplètement) récupérera spontanément après un temps d'attente, mais une cellule qui est déchargée lentement (mais complètement) ne récupérera pas spontanément.

La caractérisation la plus simple d'une batterie donnerait sa fem (tension), sa résistance interne et sa capacité. En principe, l'énergie stockée par une batterie est égale au produit de sa FEM et de sa capacité.

Capacité de la batterie

Étant donné que la tension d'une batterie est relativement constante, la capacité d'une batterie à stocker de l'énergie est souvent exprimée en termes de quantité totale de charge capable de traverser l'appareil. Ceci est exprimé en ampère heures, où un A · h est égal à 3600 coulombs. Si une batterie peut pomper des charges pendant une heure à raison d'un coulomb / sec ou d'un ampère (1 A), elle a une capacité de 1 A · h. S'il peut fournir 1 A pendant 100 heures, sa capacité est de 100 A · h. Plus il y a d'électrolyte et de matériau d'électrode dans la cellule, plus la capacité de la cellule est grande. Ainsi, une minuscule cellule a une capacité bien inférieure à une cellule beaucoup plus grande, même si les deux reposent sur les mêmes réactions chimiques (par exemple des cellules alcalines), qui produisent la même tension aux bornes. En raison des réactions chimiques à l'intérieur des cellules, la capacité d'une batterie dépend des conditions de décharge telles que l'amplitude du courant, la durée du courant, la tension aux bornes admissible de la batterie, la température et d'autres facteurs.

Les fabricants de batteries utilisent une méthode standard pour déterminer comment évaluer leurs batteries. La batterie est déchargée à un taux constant de courant sur une période de temps fixe, telle que 10 heures ou 20 heures, jusqu'à une tension aux bornes définie par cellule. Ainsi, une batterie de 100 ampères-heure est conçue pour fournir 5 A pendant 20 heures à température ambiante. L'efficacité d'une batterie est différente à différents taux de décharge. Lors d'une décharge à faible débit, l'énergie de la batterie est délivrée plus efficacement qu'à des taux de décharge plus élevés. C'est ce qu'on appelle la loi de Peukert.

Durée de vie de la batterie

Même si elles ne sont jamais sorties de leur emballage d'origine, les batteries jetables (ou "primaires") peuvent perdre de 2 à 25% de leur charge d'origine chaque année. Ce taux dépend considérablement de la température, car les réactions chimiques se déroulent généralement plus rapidement lorsque la température augmente. Ceci est connu comme le taux "d'autodécharge" et est dû à des réactions chimiques non faradiques (non productrices de courant), qui se produisent dans la cellule même si aucune charge ne lui est appliquée. Les batteries doivent être stockées à des températures fraîches ou basses pour réduire le taux de réactions secondaires. Par exemple, certaines personnes ont l'habitude de stocker les batteries inutilisées dans leurs réfrigérateurs pour prolonger leur durée de vie, bien que des précautions doivent être prises pour s'assurer que les batteries ne gèlent pas. Des températures extrêmement élevées ou basses réduiront les performances de la batterie.

Les piles rechargeables se déchargent plus rapidement que les piles alcalines jetables; jusqu'à trois pour cent par jour (selon la température). En raison de leur mauvaise durée de conservation, ils ne doivent pas être laissés dans un tiroir et ensuite utilisés pour alimenter une lampe de poche ou une petite radio en cas d'urgence. Pour cette raison, c'est une bonne idée de garder quelques piles alcalines à portée de main. Les piles Ni-Cd sont presque toujours "mortes" lorsque vous les obtenez et doivent être chargées avant la première utilisation.

La plupart des batteries NiMH et NiCd peuvent être chargées plusieurs centaines de fois. De plus, ils peuvent tous deux être complètement déchargés puis rechargés sans que leur capacité soit endommagée ou raccourcie. Les batteries rechargeables au plomb pour automobile ont une durée de vie beaucoup plus difficile. En raison des vibrations, des chocs, de la chaleur, du froid et de la sulfatation de leurs plaques de plomb, peu de batteries automobiles durent au-delà de six ans d'utilisation régulière. Les batteries de démarrage automobile ont de nombreuses plaques minces pour fournir autant d'ampères que possible dans un boîtier raisonnablement petit, et ne sont vidangées qu'une petite quantité avant d'être immédiatement rechargées. Des précautions doivent être prises pour éviter de décharger profondément une batterie de démarrage, car le processus de recharge fait fondre une petite quantité de plomb des plaques. Lorsque des trous se forment dans les plaques, la surface de la réaction chimique diminue, ce qui se traduit par une tension mesurée inférieure. Laisser une batterie au plomb-acide dans un état de décharge profonde pendant n'importe quelle durée permet au sulfate d'adhérer plus profondément à la plaque, ce qui rend difficile l'élimination du sulfate pendant le processus de charge. Cela peut entraîner une diminution de la surface disponible de la plaque et la baisse de tension qui en résulte, raccourcissant la durée de vie de la batterie. Les batteries au plomb "à cycle profond" comme celles utilisées dans les voiturettes de golf électriques ont des plaques beaucoup plus épaisses pour favoriser leur longévité. Le principal avantage du plomb-acide est son faible coût, les principaux inconvénients sont leur grande taille et leur poids pour une capacité et une tension données. Les batteries au plomb ne doivent jamais être déchargées à moins de 20% de leur pleine capacité car la résistance interne causera de la chaleur et des dommages lors de la tentative de recharge. Les systèmes au plomb-acide à cycle profond utilisent souvent un voyant d'avertissement de faible charge ou un interrupteur de coupure d'alimentation à faible charge pour éviter le type de dommages qui raccourcira la durée de vie de la batterie.

Des batteries spéciales de «réserve» destinées à un stockage prolongé dans des équipements de secours ou des munitions maintiennent l'électrolyte de la batterie séparé des plaques jusqu'à ce que la batterie soit activée, permettant aux cellules d'être remplies avec l'électrolyte. La durée de conservation de ces batteries peut être de plusieurs années ou décennies. Cependant, leur construction est plus chère que les formes plus courantes.

Explosion de la batterie

Une explosion de batterie est causée par une mauvaise utilisation ou un dysfonctionnement d'une batterie, comme tenter de recharger une batterie principale ou court-circuiter une batterie. Avec les batteries de voiture, les explosions sont plus susceptibles de se produire lorsqu'un court-circuit génère des courants très importants. De plus, les batteries des voitures libèrent de l'hydrogène lorsqu'elles sont surchargées (à cause de l'électrolyse de l'eau dans l'électrolyte). Normalement, la quantité de surcharge est très faible, tout comme la quantité de gaz explosif développée, et le gaz se dissipe rapidement. Cependant, lors du "saut" d'une batterie de voiture, le courant élevé peut provoquer la libération rapide de grands volumes d'hydrogène, qui peuvent être enflammés par une étincelle à proximité (par exemple, lors du retrait des câbles volants).

Lorsqu'une batterie est rechargée à un taux excessif, un mélange gazeux explosif d'hydrogène et d'oxygène peut être produit plus rapidement qu'il ne peut s'échapper de l'intérieur des parois de la batterie, entraînant une augmentation de la pression et la possibilité d'éclatement du boîtier de la batterie. Dans des cas extrêmes, l'acide de la batterie peut s'échapper violemment du boîtier de la batterie et provoquer des blessures.

De plus, l'élimination d'une batterie au feu peut provoquer une explosion car de la vapeur s'accumule dans le boîtier scellé de la batterie.

Une surcharge, c'est-à-dire une tentative de charge d'une batterie au-delà de sa capacité électrique, peut également entraîner une explosion, une fuite ou des dommages irréversibles de la batterie. Cela peut également endommager le chargeur ou l'appareil dans lequel la batterie surchargée est utilisée ultérieurement.

Types de batteries

Diverses batteries (dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du bas à gauche): deux 9 volts, deux "AA", un "D", une batterie de téléphone sans fil, une batterie de caméscope, une batterie de radio-jambon portable de 2 mètres et une batterie bouton, une "C "et deux" AAA ", plus un quart américain, pour l'échelleDe haut en bas: deux piles boutons, un 9 volts Batterie PP3, a Pile AAA, une Pile AA, une Batterie C, une Batterie D, un grand 3R12

Du point de vue de l'utilisateur, au moins, les batteries peuvent généralement être divisées en deux types principaux:rechargeable et non rechargeable (jetable). Chacun est largement utilisé.

Piles jetables, également appelées cellules primaires, sont destinés à être utilisés une fois et jetés. Celles-ci sont le plus souvent utilisées dans les appareils portables avec une faible consommation de courant, uniquement utilisées de manière intermittente, ou bien loin d'une autre source d'alimentation. Les cellules primaires étaient également couramment utilisées pour les circuits d'alarme et de communication où d'autres sources d'alimentation électrique n'étaient disponibles que par intermittence. Les cellules primaires ne peuvent pas être rechargées de manière fiable, car les réactions chimiques ne sont pas facilement réversibles. Les fabricants de batteries déconseillent de recharger les cellules primaires, bien que certains amateurs d'électronique affirment qu'il est possible de le faire en utilisant un type spécial de chargeur.

En revanche, les piles rechargeables ou cellules secondaires, peut être rechargée après avoir été vidangée. Cela se fait en appliquant un courant électrique externe, qui inverse les réactions chimiques qui se produisent lors de l'utilisation. Les appareils fournissant le courant approprié sont appelés chargeurs ou chargeurs.

La plus ancienne forme de batterie rechargeable encore utilisée de nos jours est la batterie plomb-acide "à cellules humides". Cette batterie est remarquable en ce qu'elle contient un liquide dans un récipient non scellé, ce qui nécessite que la batterie soit maintenue debout et que la zone soit bien ventilée pour assurer une dispersion sûre de l'hydrogène gazeux qui est évacué par ces batteries pendant la surcharge. La batterie au plomb est également très lourde pour la quantité d'énergie électrique qu'elle peut fournir. Malgré cela, son faible coût de fabrication et ses niveaux de courant de surtension élevés rendent son utilisation courante lorsqu'une grande capacité (supérieure à environ 10 Ah) est requise ou lorsque le poids et la facilité de manipulation ne sont pas des problèmes.

Une forme courante de batterie au plomb est la batterie de voiture moderne à cellules humides. Cela peut fournir environ 10 000 watts de puissance pendant une courte période et a une sortie de courant de pointe qui varie de 450 à 1100 ampères. Un type amélioré de batterie au plomb, appelé batterie gel (ou "gel cell"), est devenu populaire dans l'industrie automobile en remplacement de la cellule humide au plomb. La batterie au gel contient un électrolyte semi-solide pour empêcher les déversements, l'évaporation de l'électrolyte et le dégazage, ainsi que pour améliorer considérablement sa résistance aux dommages causés par les vibrations et la chaleur. Un autre type de batterie, le Tapis de verre absorbé (AGM) suspend l'électrolyte dans un tapis spécial en fibre de verre pour obtenir des résultats similaires. Les piles rechargeables plus portables comprennent plusieurs types de "cellules sèches", qui sont des unités scellées et sont donc utiles dans des appareils comme les téléphones portables et les ordinateurs portables. Les cellules de ce type (par ordre d'augmentation de la densité de puissance et du coût) comprennent les cellules nickel-cadmium (NiCd), nickel métal hydrure (NiMH) et lithium-ion (Li-Ion).

Jetable

Non conçu pour être rechargeable, parfois appelé «cellules primaires».

  • Batterie zinc-carbone à prix moyen utilisée dans les applications de drain léger.
  • Batterie au chlorure de zinc, similaire au zinc-carbone, mais durée de vie légèrement plus longue.
  • Piles alcalines-piles alcalines / manganèse "longue durée de vie" largement utilisées dans les applications à faible consommation et à forte consommation.
  • Pile à oxyde d'argent couramment utilisée dans les aides auditives.
  • Batterie au lithium-couramment utilisée dans les appareils photo numériques. Parfois utilisé dans les montres et les horloges informatiques. Très longue durée de vie (jusqu'à dix ans dans les montres-bracelets) et capable de délivrer des courants élevés, mais coûteux.
  • Pile au mercure - couramment utilisée dans les montres numériques.
  • Pile zinc-air couramment utilisée dans les aides auditives.
  • Réserve thermique à haute température de la batterie. Applications presque exclusivement militaires.
  • Batterie activée par l'eau utilisée pour les radiosondes et les applications d'urgence.

Rechargeable

Aussi connu sous le nom de piles ou d'accumulateurs secondaires.

  • Batterie au plomb-acide couramment utilisée dans les véhicules, les systèmes d'alarme et les alimentations sans coupure. Utilisé pour être utilisé comme batterie "A" ou "humide" dans les postes radio à valve / tube à vide. L'avantage majeur de cette chimie est son faible coût - une grande batterie (par exemple 70Ah) est relativement bon marché par rapport à d'autres chimies. Cependant, cette chimie de batterie a une densité d'énergie plus faible que les autres chimies de batterie disponibles aujourd'hui (voir ci-dessous)
    • Le tapis de verre absorbé est une classe de batterie au plomb dans laquelle l'électrolyte est absorbé dans un tapis de fibre de verre.
    • La batterie gel est une batterie plomb-acide régulée par valve rechargeable avec un électrolyte gélifié.
  • Batterie au lithium-ion - une chimie de batterie relativement moderne qui offre une densité de charge très élevée (c'est-à-dire qu'une batterie légère stockera beaucoup d'énergie) et qui ne souffre d'aucun effet de "mémoire" que ce soit. Utilisé dans les ordinateurs portables (ordinateurs portables), les téléphones-appareils photo modernes, certains lecteurs MP3 rechargeables et la plupart des autres équipements numériques portables rechargeables.
  • Caractéristiques de la batterie au lithium-ion polymère similaires au lithium-ion, mais avec une densité de charge légèrement inférieure. Cette chimie de batterie peut être utilisée pour n'importe quelle batterie pour répondre aux besoins du fabricant, comme les cellules ultra-minces (1 mm d'épaisseur) pour les derniers PDA.
  • Batterie au nickel-cadmium utilisée dans de nombreuses applications domestiques, mais remplacée par les types Li-Ion et Ni-MH. Cette chimie donne la durée de vie la plus longue (plus de 1500 cycles), mais a une faible densité d'énergie par rapport à certaines des autres chimies. Les piles Ni-Cd utilisant une technologie plus ancienne souffrent d'effet mémoire, mais cela a été considérablement réduit dans les batteries modernes.
  • La batterie NaS (batterie sodium-soufre) est un type de batterie construite à partir de sodium (Na) et de soufre (S). Ce type de batterie présente une densité d'énergie élevée, une efficacité élevée de charge / décharge (89-92%), une longue durée de vie et est fabriqué à partir de matériaux peu coûteux et non toxiques.
  • La batterie au nickel-fer est une batterie d'accumulateurs ayant une cathode d'hydroxyde d'oxyde de nickel (III) et une anode de fer, avec un électrolyte d'hydroxyde de potassium.
  • La batterie au nickel-hydrure métallique, abrégée NiMH, est un type de batterie rechargeable similaire à une batterie au nickel-cadmium (NiCd) mais possède un alliage absorbant l'hydrogène pour l'anode au lieu du cadmium.
  • Batterie au chlorure de sodium et de métal, une nouvelle classe de batterie rechargeable au sodium / bêta-alumine dans laquelle la cathode traditionnelle au soufre liquide est remplacée par une cathode en fer chloré ou en nickel, sous la forme d'une matrice métallique poreuse imprégnée de chlorure de sodium et d'aluminium fondu.
  • La batterie au nickel-zinc (parfois abrégée NiZn) est un type de batterie rechargeable couramment utilisé dans le secteur des véhicules électriques légers.
  • La batterie au sel fondu est une classe de batterie électrique haute température à cellules primaires et secondaires qui utilise des sels fondus comme électrolyte.

Cellules faites maison

Presque tout objet liquide ou humide qui a suffisamment d'ions pour être électriquement conducteur peut servir d'électrolyte pour une cellule. À titre de nouveauté ou de démonstration scientifique, il est possible d'insérer deux électrodes en métaux différents dans un citron, une pomme de terre, un verre de boisson gazeuse, etc. et de générer de petites quantités d'électricité. Depuis 2005, les «horloges à deux pommes de terre» sont largement disponibles dans les magasins de loisirs et de jouets; ils sont constitués d'une paire de cellules, chacune constituée d'une pomme de terre (citron, etc.) avec deux électrodes insérées, câblées en série pour former une batterie avec suffisamment de tension pour alimenter une horloge numérique. Les cellules artisanales de ce type ne sont d'aucune utilité pratique réelle, car elles produisent beaucoup moins de courant - et coûtent beaucoup plus cher par unité d'énergie générée - que les cellules commerciales, en raison de la nécessité de remplacer fréquemment les fruits ou légumes. De plus, dans la série de deux livres "Sneaky Uses for Everyday Things", il y a des instructions pour fabriquer une batterie à partir d'un nickel, d'un sou et d'un morceau de serviette en papier trempé dans de l'eau salée. Chacun d'eux peut faire jusqu'à 0,3 volts et lorsque beaucoup d'entre eux sont utilisés, ils peuvent remplacer les piles normales pendant une courte période de temps

Les cellules au plomb peuvent facilement être fabriquées à la maison, mais un cycle de charge / décharge fastidieux est nécessaire pour «former» les plaques. Il s'agit d'un processus par lequel du sulfate de plomb se forme sur les plaques et, pendant la charge, est converti en dioxyde de plomb (plaque positive) et en plomb pur (plaque négative). La répétition de ce processus donne une surface microscopiquement rugueuse, avec une surface beaucoup plus grande exposée. Cela augmente le courant que la cellule peut fournir.

Batteries de traction

Les batteries de traction (batteries secondaires ou accumulateurs) sont conçues pour fournir de l'énergie pour déplacer un véhicule, comme une voiture électrique ou un moteur de remorquage. Un facteur de conception majeur est le rapport puissance / poids, car le véhicule doit transporter la batterie. Alors que des batteries conventionnelles au plomb avec électrolyte liquide ont été utilisées, l'électrolyte des batteries de traction est souvent gélifié pour éviter tout déversement. L'électrolyte peut également être incorporé dans une laine de verre qui est enroulée de sorte que les cellules ont une section transversale ronde (type AGM).

Types de batterie utilisés dans les véhicules électriques

  • Batterie plomb-acide conventionnelle à électrolyte liquide.
  • Type AGM (tapis de verre absorbé)
  • Zebra Na / NiCl2 batterie fonctionnant à 270 ° C nécessitant un refroidissement en cas d'excursions de température.
  • Batterie NiZn (tension de cellule plus élevée 1,6 V et donc augmentation de 25% de l'énergie spécifique, durée de vie très courte).

Les batteries lithium-ion développent désormais la technologie NiMh dans le secteur tandis que pour les faibles coûts d'investissement, la technologie plomb-acide reste au premier plan5.

Batteries à flux

Les batteries à écoulement sont une classe spéciale de batteries où des quantités supplémentaires d'électrolyte sont stockées à l'extérieur de la cellule de puissance principale de la batterie et y circulent par des pompes ou par mouvement. Les batteries à écoulement peuvent avoir des capacités extrêmement importantes et sont utilisées dans des applications marines ainsi que gagner en popularité dans les applications de stockage d'énergie de réseau.

Les batteries zinc-brome et redox au vanadium sont des exemples typiques de batteries à écoulement disponibles dans le commerce.

Batterie sans entretien (MF)

le Batterie MF (sans entretien) est l'un des nombreux types de batteries au plomb. Il est devenu populaire sur les motos parce que son acide est absorbé dans le milieu qui sépare les plaques, il ne peut donc pas se renverser, et ce milieu soutient également les plaques, ce qui les aide à mieux résister aux vibrations.

Les caractéristiques électriques des batteries MF diffèrent quelque peu de celles des batteries plomb-acide à cellules humides, et il faut être prudent lors de leur chargement et de leur déchargement. Les batteries MF ne doivent pas être confondues avec les batteries AGM (Absorbed Glass Mat), qui ont également un électrolyte absorbé mais ont à nouveau des caractéristiques électriques différentes.

Considérations environnementales

Depuis leur développement il y a plus de 250 ans, les batteries sont restées parmi les sources d'énergie les plus chères, et leur fabrication consomme de nombreuses ressources précieuses et implique souvent des produits chimiques dangereux. Pour cette raison, de nombreuses régions disposent désormais de services de recyclage des batteries pour récupérer certains des matériaux les plus toxiques (et parfois précieux) des batteries usagées. Les piles peuvent être nocives ou mortelles en cas d'ingestion.

Composant électrique

Les cellules d'une batterie peuvent être connectées en parallèle, en série ou dans les deux. Une combinaison parallèle de cellules a la même tension qu'une cellule unique, mais peut fournir un courant plus élevé (la somme des courants de toutes les cellules). Une combinaison en série a le même courant nominal qu'une seule cellule, mais sa tension est la somme des tensions de toutes les cellules. La plupart des batteries électrochimiques pratiques, telles que les batteries de lampe de poche de 9 volts et les batteries d'automobile (voiture) 12 V, ont plusieurs cellules connectées en série à l'intérieur du boîtier. Les dispositions parallèles souffrent du problème que, si une cellule se décharge plus rapidement que sa voisine, le courant circulera de la cellule pleine à la cellule vide, gaspillant ainsi de l'énergie et provoquant éventuellement une surchauffe. Pire encore, si une cellule devient court-circuitée en raison d'un défaut interne, son voisin sera obligé de décharger son courant maximal dans la cellule défectueuse, ce qui entraînera une surchauffe et éventuellement une explosion. Les cellules en parallèle sont donc généralement équipées d'un circuit électronique pour les protéger contre ces problèmes. Dans les types série et parallèle, l'énergie stockée dans la batterie est égale à la somme des énergies stockées dans toutes les cellules.

Une batterie peut être simplement modélisée comme une source de tension parfaite (c'est-à-dire une avec une résistance interne nulle) en série avec une résistance. La source de tension dépend principalement de la chimie de la batterie, et non pas si elle est vide ou pleine. Lorsqu'une batterie s'épuise, sa résistance interne augmente. Lorsque la batterie est connectée à une charge (par exemple une ampoule), qui a sa propre résistance, la tension résultante aux bornes de la charge dépend du rapport de la résistance interne de la batterie à la résistance de la charge. Lorsque la batterie est fraîche, sa résistance interne est faible, de sorte que la tension aux bornes de la charge est presque égale à celle de la source de tension interne de la batterie. À mesure que la batterie s'épuise et que sa résistance interne augmente, la tension chute à travers sa résistance interne augmente, donc la tension à ses bornes diminue et la capacité de la batterie à fournir de l'énergie à la charge diminue.

Voir également

Remarques

  1. ↑ "Sur l'électricité excitée par le simple contact de substances conductrices de différents types. Dans une lettre de M. Alexandro Volta, FRS, professeur de philosophie naturelle à l'Université de Pavie, au très honorable Sir. Joseph Banks, Bart . KBPRS lu le 26 juin 1800. ". Transactions philosophiques de la Royal Society of London (1800): 403-431. Récupéré le 27 décembre 2017.
  2. ↑ Corrosion-doctors.org Gaston Planté (1834-1889) Récupéré le 27 décembre 2017.
  3. ↑ Molecular Expressions Zinc-Carbon Batteries Récupéré le 27 décembre 2017.
  4. ↑ Anne Marie Helmenstine, définition demi-cellule ThoughtCo., 2017. Récupéré le 27 décembre 2017.
  5. ↑ Matheys, J. et W. Van Autenboer. Subat: Batteries durables. Récupéré le 27 décembre 2017.

Les références

  • Linden, David; Reddy, Thomas B. Manuel des piles. New York, NY: McGraw-Hill Professional, 2001. ISBN 0071359788
  • Dell, R.M. et D. Rand. Comprendre les batteries. Londres, Angleterre: Royal Society of Chemistry, 2001. ISBN 0854046054
  • Buchmann, Isidor. Batteries dans un monde portable: un manuel sur les batteries rechargeables pour les non-ingénieurs. Richmond, BC, Canada: Cadex Electronics, 2001. ISBN 0968211828

Liens externes

Tous les liens ont été récupérés le 27 décembre 2017.

  • Bellis, Mary. Chronologie de l'histoire de la batterie ThoughtCo, 2017.

Vkontakte
Pinterest