Fonctionnement d'une batterie électrique

Principe chimique

Toute batterie se compose de trois éléments. Une anode, qui est le pôle négatif, une cathode, qui est le pôle positif et un électrolyte, qui est l’élément (liquide ou solide) conducteur permettant le passage du courant entre ces deux pôles.

Un courant électrique est un déplacement d’électrons. Le fonctionnement de la batterie repose sur une double réaction chimique à chaque pôle de la batterie qui va opérer un transfert d’électrons :

• l’anode cède des électrons : cette demi-réaction est une oxydation
• la cathode les récupère : cette demi-réaction est une réduction

Durant cette réaction d’oxydo-réduction, les électrons passent d’un pôle à l’autre de la batterie grâce aux ions. Un ion est un élément chimique (un atome ou une molécule) qui est électriquement chargé. S’il “manque” des électrons à un ion il est chargé positivement et vice versa. Dans la batterie, c’est la réaction chimique qui produit des ions grâce aux métaux qui constituent l’anode ou la cathode et des éléments chimiques présents dans l’électrolyte.

Ainsi, le fonctionnement d’une batterie, qu’elle soit au plomb ou encore au lithium, repose sur l’utilisation de couples de métaux capables d’échanger des électrons.               

Utilisation de la batterie

Concrètement, quand on utilise la batterie pour fournir du courant, la réaction d’oxydo-réduction se produit normalement et les électrons migrent, grâce aux ions, de l’anode vers la cathode. La batterie fonctionne ainsi jusqu’à qu’il n’y ait plus assez d’éléments chimiques disponibles pour produire de nouveaux ions, la batterie cesse alors de fournir du courant, et il faut la charger en la soumettant à un courant électrique extérieur. La réaction se produit alors en sens inverse.                               

Problématiques

Le but du jeu pour les concepteurs de batteries va alors être de trouver des couples de matériaux capables de libérer ou de fixer les ions le plus rapidement et le plus longtemps possible pour accroitre l’énergie stockée.

Cependant, la réaction chimique qui se produit dans la batterie peut dégager de la chaleur ou même produire des éléments toxiques voir explosifs selon les matériaux employés. Il faut donc employer des matériaux offrant le meilleur compromis entre une réaction chimique forte et une sécurité maximale, tout en minimisant les coûts. (Voir l’article : Les différentes technologies de batteries pour voitures électriques)