Les batteries équipent la plupart de nos appareils : voitures électriques, téléphones portables, petit électroménager, outils… Elles font partie de votre quotidien. Mais connaissez-vous vraiment le principe de fonctionnement d’une batterie ? Rassurez-vous, rien de bien compliqué ! On vous explique tout, simplement.

De quels éléments est constituée une batterie ?

Les composants d’une batterie

Dans une batterie, on retrouve quatre éléments :

• Une électrode positive, appelée « cathode » ;
• Une électrode négative, nommée « anode » ;
• Une solution d’électrolyte ;
• Un séparateur.

La création de l’énergie repose sur le déplacement cyclique et réversible d’ions entre les deux électrodes au travers de l’électrolyte. Le séparateur permet d’éviter les courts-circuits entre anode et cathode.

Les différents types de batteries

Il existe différents types de batteries, cependant le principe de base du fonctionnement reste toujours le même. Seuls les métaux composant les électrodes et l’électrolyte varient. On peut citer :

• Les batteries au plomb, qui se composent d’électrodes de plomb et d’oxyde de plomb immergées dans un électrolyte d’acide sulfurique ;
• Les batteries lithium-ion (Li-ion), conçues avec un pôle positif au lithium, un négatif en graphite et un électrolyte liquide ;
• Les batteries nickel-cadmium (NiCd), constituées d’électrodes en nickel et cadmium associées à un électrolyte d’hydroxyde de potassium.

Que se passe-t-il quand la batterie se décharge ?

Une batterie peut générer de l’énergie grâce à une réaction chimique : l’oxydoréduction. Sous l’effet de la mise en tension, l’anode s’oxyde. Elle libère des ions, qui sont positifs, et des électrons, qui sont négatifs. Un mouvement de particules positives se crée en direction de la cathode à travers l’électrolyte. Cependant, le séparateur autorise le passage des ions, mais s’oppose à celui des électrons. Ces derniers, pour maintenir l’équilibre chimique au sein de la batterie, doivent malgré tout se diriger vers la cathode. Ce flux d’électrons, qui n’est autre qu’un courant électrique, gagne le pôle positif par le circuit extérieur relié à votre appareil. Il approvisionne ainsi votre équipement en énergie. Cette réaction va perdurer jusqu’à ce que la réserve d’ions de la cathode soit épuisée.

Il existe plusieurs types de décharge possibles pour les batteries, notamment la décharge lente et la décharge rapide. La décharge lente est généralement utilisée pour les applications exigeant un apport continu et stable, comme les systèmes d’éclairage de secours. La décharge rapide est, quant à elle, privilégiée pour les appareils nécessitant une grande quantité d’énergie en peu de temps, tels que les outils.

Comment une batterie se recharge-t-elle ?

Pour qu’une batterie se recharge, elle doit être reliée à une source d’alimentation électrique. La mise sous tension va entraîner une réaction de réduction à la cathode. Les composants de l’anode vont pouvoir se régénérer en récupérant les ions cédés à la cathode lors de la décharge. Les électrons vont se rendre au pôle négatif par le circuit du chargeur. Pour équilibrer le flux, les ions accumulés à la cathode pendant la décharge vont se diriger vers l’anode en traversant le séparateur.

La charge est complète lorsque tous les ions sont retournés au pôle négatif.

Pourquoi existe-t-il plusieurs types de batteries ?

l existe une grande variété de batteries sur le marché. Elles sont adaptées à des besoins spécifiques dans la mesure où chacune offre des performances différentes en matière de capacité, de durée de vie et de coût.

Les batteries lithium-ion : légères, efficaces et durables

Les batteries lithium-ion offrent une excellente densité énergétique, qui leur confère une forte capacité de stockage. Elles possèdent une faible autodécharge et supportent un nombre important de cycles de « charge-décharge » qui augmente leur durée de vie. Elles sont légères et donc idéales pour les appareils portables. Cependant, les batteries au lithium-ion sont sensibles aux variations de température qui affectent leur performance et leur espérance de vie. Par ailleurs, leur coût de production s’avère relativement élevé par rapport à d’autres types de batteries.

Les batteries au plomb : économiques et endurantes

Les batteries au plomb-acide se classent parmi les plus anciennes technologies. Elles sont largement utilisées pour les usages nécessitant une charge et une décharge lente, tels que les systèmes d’alimentation de secours. Elles offrent une capacité de stockage d’énergie correcte, même si elle se montre inférieure à celle des équipements plus modernes. Elles sont relativement économiques, mais leur poids et leur encombrement les rendent moins adaptées aux applications mobiles.

Les batteries NiCd : puissantes et constantes

Les batteries nickel-cadmium, bien que moins courantes de nos jours en raison de leur impact environnemental, offrent une excellente durée de vie et une résistance aux températures extrêmes. Ces caractéristiques les rendent idéales dans les milieux rigoureux. Elles sont appréciées pour leur faculté à fournir une puissance élevée de manière constante et largement utilisées dans les applications industrielles et militaires. Cependant, elles souffrent d’un « effet mémoire », qui peut réduire leur capacité de stockage d’énergie si elles ne sont pas bien entretenues.

Le principe de fonctionnement des batteries est donc relativement simple. Il s’appuie sur le phénomène chimique d’oxydoréduction. À la décharge, une réaction d’oxydation à l’anode génère un courant électrique lié au déplacement d’ions entre deux électrodes de pôle opposé. C’est ce flux d’énergie qui approvisionne votre appareil. L’immense avantage de cette réaction chimique est sa réversibilité qui va autoriser la recharge de la batterie. Celle-ci s’opère en branchant la batterie à une source d’alimentation électrique. Cette connexion enclenche un processus de réduction qui permet de régénérer l’anode et de lui redonner son aspect initial. Ainsi, le cycle peut recommencer.