Batteries

Électrodes

L’anode et la cathode sont les deux pôles d’une batterie. Ils sont importants car sans eux, il n’y aurait pas de flux d’électricité. Les anodes et cathodes sont généralement des métaux ou un autre matériau qui conduit bien l’électricité. Par exemple, les plaques de plomb fonctionnent très bien comme anodes dans les batteries. Le zinc fonctionne bien comme cathode.

Électrolyte

La batterie elle-même est un ensemble de plaques métalliques séparées par un isolant. Ces plaques sont appelées électrodes car elles agissent comme de petites « plaques » qui collectent les électrons et les envoient dans la réaction chimique. Les électrodes sont généralement fabriquées en cuivre, nickel, aluminium, zinc ou plomb. Un électrolyte est ce qui fait fonctionner l’ensemble. C’est un fluide qui permet le passage d’ions chargés positivement. C’est important car sans électrolyte, il n’y aurait pas assez de conductivité pour déplacer les électrons. Sans électrolyte, vous auriez une batterie vide. Nous utilisons un électrolyte pour s’assurer que les électrons ne s’échappent pas simplement dans l’espace. S’ils le faisaient, la batterie perdrait sa capacité à stocker de l’énergie. Donc l’électrolyte maintient tout ensemble.

Réactions chimiques

La réaction chimique qui se produit à l’intérieur des batteries s’appelle l’oxydation-réduction. L’oxydation consiste à démonter quelque chose et à le réduire à des composants plus simples. Réduire les choses les rend généralement plus petites et plus légères. La réduction a généralement lieu en présence d’oxygène. Les agents oxydants sont des substances chimiques qui provoquent le processus inverse : décomposer les substances et les faire grossir. Dans le cas d’une batterie, les oxydants sont des substances chimiques comme l’hydroxyde de potassium qui réagissent avec des métaux comme le zinc pour former des composés comme l’oxyde de zinc. Ces oxydes sont ce que nous appelons des cathodes. Les réducteurs sont des substances chimiques qui agissent comme des catalyseurs, accélérant le processus de réduction. Ils sont souvent utilisés car ils ne réagissent pas avec la dégradation du métal. Un exemple de réducteur est l’acide sulfurique. L’acide sulfurique réagit avec l’hydrogène pour produire de la vapeur d’eau. La vapeur d’eau ne fait pas grand-chose à part s’évaporer. Mais lorsqu’il le fait, il emporte les atomes d’hydrogène qui autrement iraient décomposer le métal. Cela laisse derrière lui le composé métallique — l’oxyde — ainsi que quelques protons libres, qui se combinent avec les électrons émanant du métal pour former des particules chargées positivement appelées cations. Lorsque les électrons atteignent l’électrode positive, ils sont capturés par les molécules de carbone présentes, formant des particules chargées négativement appelées anions. Pour l’instant, tout semble assez normal. Mais maintenant, nous arrivons là où la magie opère. Si la batterie est complètement chargée, les anions et les cations sont équilibrés, et aucune charge ne circule. Cependant, si la batterie n’est pas complètement pleine, certains anions finissent par s’écouler vers l’électrolyte. Tant qu’il reste assez d’anions dans l’électrolyte, la batterie fonctionnera très bien. Mais une fois les anions épuisés, la batterie cesse de fonctionner. C’est pourquoi la plupart des batteries modernes utilisent un séparateur pour empêcher les anions de se mélanger avec les cations. Les séparateurs sont des matériaux poreux qui laissent passer les anions mais empêchent les cations de se mélanger. Si vous avez déjà vu une batterie de voiture, vous savez à quel point une bonne étanchéité est importante pour éviter que les anions ne fuient. Le boîtier d’une batterie est conçu pour empêcher l’air d’entrer, mais un séparateur empêche les anions de s’échapper.