Batterie
La batterie est un appareil qui convertit l’énergie chimique en énergie électrique et se compose généralement de deux cellules connectées ou plus. Une pile se compose de deux électrodes, l’une positive et l’autre négative, et d’un électrolyte qui agit chimiquement sur les électrodes en fonctionnant comme un conducteur transférant des électrons entre les électrodes.
Les cellules primaires, le plus souvent des « cellules sèches », s’épuisent (c’est-à-dire que l’une ou les deux électrodes sont consommées) lorsqu’elles convertissent l’énergie chimique en énergie électrique. Ces types de piles sont largement utilisés dans les lampes de poche et les appareils similaires.
Ils contiennent généralement des électrodes de carbone et de zinc et une solution électrolytique de chlorure d’ammonium et de chlorure de zinc. Une autre forme de pile primaire, souvent appelée pile au mercure, comporte des électrodes de zinc et d’oxyde mercurique et un électrolyte d’hydroxyde de potassium. La pile au mercure peut être utilisée dans les montres-bracelets électroniques et les appareils similaires.
Histoire de Batterie
En 1800, le physicien italien Alessandro Volta a commencé une nouvelle ère d’expérimentation électrique avec la pile voltaïque et sa découverte des moyens de générer un flux continu d’électricité par action chimique pour des métaux dissemblables séparés par un électrolyte.
Au XIXe siècle, de nombreuses cellules primaires différentes ont été développées et testées sur la base des découvertes de Volta. La croissance des industries du télégraphe et des chemins de fer a poussé le développement des batteries avec leurs besoins en batteries diverses ayant des caractéristiques spécifiques (par exemple, un fonctionnement soutenu sur de longues périodes et dans une large gamme de températures).
La forme standard de la cellule primaire au XXe siècle est assez similaire à la pile que Georges Leclanché a inventée en France dans les années 1860. Un autre Français, Félix de Lalande, a également développé des cellules, et Thomas A. Edison les a améliorées aux États-Unis. L’utilisation de batteries pour les véhicules électriques a particulièrement stimulé l’intérêt d’Edison pour le développement des batteries. En 1900, la batterie Edison-Lalande avait remplacé la plupart des batteries précédentes, telles que la Leclanché, dans la signalisation télégraphique, téléphonique et ferroviaire.
Finalement, une batterie plus infaillible et sans entretien, qui ressemblait à celle d’Edison-Lalande, l’a remplacée en termes de nombre d’utilisateurs. Au XXe siècle, les utilisateurs domestiques non techniques de batteries ont rapidement dépassé le nombre d’autres utilisateurs, et ils ont préféré moins d’entretien à des intensités de courant plus élevées disponibles dans la batterie d’origine. La révolution de l’électronique personnelle à la fin du XXe siècle a entraîné de nouvelles améliorations des forces et des capacités actuelles des batteries sans entretien.
Les cellules secondaires convertissent l’énergie chimique en énergie électrique par une réaction chimique essentiellement réversible. Dans la « charge », la pile est forcée de fonctionner à l’inverse de son opération de décharge en poussant un courant dans la direction opposée à celui normalement en décharge. L’énergie est donc « stockée » dans ces cellules sous forme d’énergie chimique et non électrique. Ils peuvent être »rechargés » par un courant électrique qui les traverse dans le sens opposé de leur décharge. Les cellules secondaires, ou de stockage, sont généralement des cellules humides, qui utilisent un électrolyte liquide.
La pile de stockage au plomb et les piles nickel-fer, nickel-cadmium ou alcalines ont été largement utilisées au XXe siècle. La batterie de stockage au plomb, principalement utilisée dans les véhicules à moteur, se compose de plaques alternées de plomb et de plomb recouvertes d’oxyde de plomb, avec un électrolyte d’acide sulfurique.
Batterie nickel-fer
La batterie nickel-fer ( »Edison ») a des grilles en acier nickelé contenant des tubes ou des poches pour contenir les matériaux actifs des oxydes de nickel et de fer et avec un électrolyte d’hydroxyde de potassium. Alors que l’industrie utilisait largement la batterie nickel-fer (en particulier pour les sauvegardes d’urgence), la batterie nickel-cadmium similaire est devenue la batterie rechargeable domestique la plus utilisée.
Développement de la batterie
Le développement de la batterie de stockage a commencé avec les travaux du physicien français Raymond Gaston Plante, qui a découvert le principe de la batterie rechargeable au plomb vers 1859. La batterie au plomb, la batterie de stockage la plus populaire, est faite de matériaux relativement bon marché et faciles à fabriquer, bien que lourds. Chaque alternative nécessite soit des matériaux plus chers, soit des techniques de fabrication plus compliquées et plus coûteuses.
L’industrie des batteries de stockage a prospéré avec l’avènement de générateurs électriques améliorés pour une recharge rapide à la fin du XIXe siècle. Jusqu’en 1880, la batterie était généralement un appareil destiné à être utilisé en laboratoire en raison de la main-d’œuvre élevée et des dépenses nécessaires à la préparation et au chargement des plaques.
Développement d’Edison
Edison a développé la pile nickel-fer ou alcaline au tournant du XXe siècle. La structure globale des batteries de stockage n’a pas beaucoup changé au XXe siècle. Le développement s’est concentré sur la réduction des besoins de maintenance, la réduction du poids ou la réduction des coûts de fabrication.
Par exemple, dans les années 1930, les entreprises de batteries ont commencé à utiliser un nouveau type d’oxyde de plomb produit par les entreprises elles-mêmes plutôt que fourni par des entreprises du secteur de la fusion, de l’affinage et de la fabrication d’oxyde de plomb.
Alors que l’industrie des batteries a commencé au XIXe siècle avec plusieurs petites entreprises et fabricants, en 1900, une seule grande entreprise a émergé dans chacun des principaux pays de développement des batteries : les États-Unis, le Royaume-Uni, l’Allemagne et la France. Les entreprises de chaque pays jouissaient d’un quasi-monopole au début du XXe siècle, car la technologie de la batterie de stockage était essentiellement normalisée en 1920. Les petites différences qui existaient entre les batteries et les pays dépendaient principalement des coûts des matériaux de construction alternatifs.
Les principaux développements dans l’industrie des batteries au XXe siècle ont été le nombre croissant de batteries utilisées par des personnes non techniques et la structure plus portable des batteries. L’industrie automobile a été le principal moteur du développement des batteries dans la première moitié du XXe siècle. La croissance de l’automobile et son utilisation d’une batterie pour le démarrage automatique et l’éclairage ont mis de nombreuses personnes en contact avec des batteries.
L’industrie du transport avait également besoin de batteries pour les véhicules électriques. Les batteries de stockage ont également été largement utilisées pour les sauvegardes d’urgence en raison de leur capacité relativement élevée en tant que source d’énergie de réserve. Les nouvelles batteries développées avaient trois exigences de base au milieu du siècle : une capacité électrique maximale par unité de volume, une durée de stockage maximale à des températures variables et une tension de décharge constante.
Dans la seconde moitié du XXe siècle, un nombre croissant de petits appareils complexes a entraîné un grand besoin de batteries plus compactes et portables. Les appareils auditifs, les stimulateurs cardiaques, les montres-bracelets électroniques, les satellites et les appareils de divertissement personnel ont stimulé le nombre de piles fabriquées. Les efforts pour trouver une batterie pratique pour les véhicules électriques se sont poursuivis tout au long du XXe siècle.
Chaque besoin différent a entraîné des changements dans les matériaux utilisés et donc dans les caractéristiques, mais pas dans la conception et la structure globales. Le développement des batteries à la fin du XXe siècle s’est concentré sur les changements dans le système électrochimique qui fonctionnerait le plus efficacement pour des utilisations nouvelles et particulières.