Cellules et batteries secondaires. Piles et piles rechargeables

Les piles et batteries sont des dispositifs qui transforment l'énergie chimique (par des réactions d'oxydo-réduction) en énergie électrique. Ils peuvent être classés en deux types: primaires et secondaire.

Les piles et batteries primaires sont celles qui ne peuvent pas être rechargées. Une fois que la réaction de transfert d'électrons cesse, la cellule cesse de fonctionner, car ses réactions ne sont pas réversibles.

Déjà les batteries et les batteries secondaires sont rechargeables et peuvent être réutilisées encore et encore.. Voir les deux principaux exemples de batteries secondaires :

• Batterie de voiture (batterie au plomb/oxyde de plomb) :

Cette batterie est constituée de plaques de plomb (Pb) reliées au connecteur négatif et placées entrecoupées de plaques de plomb recouvertes de dioxyde de plomb (PbO₂) qui, à leur tour, sont connectés au connecteur positif. Les deux sont immergés dans une solution aqueuse d'acide sulfurique (H₂SEUL₄) à 40 % en masse, qui fonctionne comme électrolyte (solution conductrice d'ions).

Le plomb est l'électrode négative ou l'anode qui s'oxyde, perd des électrons, et le dioxyde de plomb fonctionne comme l'électrode positive, la cathode, qui se réduit, gagne des électrons :

Demi-réaction d'anode: Pb + HSO₄^1-+ H₂O PbSO₄ + H₃O¹⁺ + 2e^-
Semi-réaction cathodique: PbO₂ + ASS₄^1-+ 3H₃O¹⁺ + 2e^-PbSO₄ + 5 heures₂O
Réaction globale: Pb + PbO₂ + 2 ASS₄^1-+ 2H₃O¹⁺2 PbSO₄ + 4H₂O

Au fur et à mesure que l'acide sulfurique est consommé, la batterie se décharge. Mais ces réactions de décharge de batterie montrées ci-dessus sont réversible. Comme les réactions inverses ne sont pas spontanées, il est nécessaire de fournir un courant électrique continu à travers un générateur tel qu'un alternateur ou une dynamo. Ainsi, ces réactions se produisent en sens inverse, régénérant l'acide sulfurique et permettant de réutiliser la batterie.

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Les batteries de voiture sont généralement rechargées par la dynamo du véhicule. L'énergie est fournie par le mouvement du moteur à travers l'alternateur, qui possède une dynamo, dont la fonction est de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique. Cette recharge doit être effectuée fréquemment car ce type de batterie est souvent déchargé.

La densité de la solution acide nous montre le degré de décharge de la batterie, si la densité est inférieure à 1,20 g/cm³, il est déchargé, mais s'il est égal à 1,28 g/cm³, il est chargé.

Pour plus de détails sur ce type de batterie, lisez le texte Batterie au plomb de voiture.

• Batterie de téléphone portable (batterie lithium-ion):

Cette batterie représente le système de conversion d'énergie le plus moderne, largement utilisé dans les équipements électroniques portables, en particulier dans les téléphones portables.

Brièvement, la cathode ou pôle positif de cette batterie est en oxyde de lithium et cobalt, et l'anode ou pôle négatif est composé de carbone (graphite). Son fonctionnement est basé sur le mouvement des ions lithium de l'anode à la cathode à travers l'électrolyte, qui est un solvant non aqueux :

Demi-réaction d'anode: Li_ouiÇ_6(s) → y Li + Ç₆+y-
Semi-réaction cathodique: Li_XRoucouler_2(s) + oui lis⁺_(s) + oui et^- → je lis_x+yRoucouler_2(s)
Réaction globale: Li_ouiÇ_6(s) + lire_XRoucouler₂ → C_6(s) + lis_x+yRoucouler_2(s) 

Ces réactions étant réversibles, ces batteries peuvent être rechargées si elles sont placées dans un appareil. qui conduit le courant électrique et provoque la réaction inverse, dans laquelle les ions lithium vont migrer de l'oxyde vers le graphite.

Le texte Piles et piles au lithium explique en détail le fonctionnement de ces appareils.

Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie

Souhaitez-vous référencer ce texte dans un travail scolaire ou académique? Voir:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. « Piles et batteries secondaires »; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/pilhas-baterias-secundarias.htm. Consulté le 27 juin 2021.