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Proximité et réactivité
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Fonctionnement des piles
On trouve dans le commerce une variété impressionnante d’accumulateurs électriques. Cette grande diversité est le résultat de plusieurs années de recherche. Parmi tous les accumulateurs disponibles sur le marché, les plus répandus sont la pile saline (zinc-carbone ou pile sèche), la pile alcaline (zinc-dioxyde de manganèse), la batterie au plomb, l’accumulateur nickel-hydrure métallique (NiMH), l’accumulateur nickel-cadmium (Ni-Cd) et la batterie lithium-ion. Évidemment, chaque dispositif de stockage d’énergie affiche des avantages et des inconvénients. Il s’agit ici de présenter les différents types d’accumulateurs (batteries, pile…) actuellement utilisés, leur fonctionnement, les atouts et les limites de chaque modèle. On vous donnera également quelques définitions utiles ainsi qu’une liste de recommandations pour vous aider à choisir l’accumulateur le mieux adapté à vos besoins.
Définitions
Anode: c’est l’électrode dans lequel se déroule une réaction électrochimique d’oxydation (perte d’électrons par son émission). L’électrode négative entre en jeu lorsqu’il y perte de charge tandis que l’électrode positive intervient dans le cas inverse.
Ampère : composant l’une des unités de base formant le Système International d’Unités (SI), l’ampère mesure la vitesse de circulation des électrons dans un fil. Un ampère équivaut à un débit de charges électriques d’un coulomb par seconde (C). Il faut savoir que dans un courant d’un ampère parcourant un fil, il y a 6.24 x1018 électrons qui circulent en une seconde, chaque électron étant porteur d’une charge électrique de 1,602 x 10-19 C. Pensez à des billes que vous faites rouler à travers un tube. Si en une seconde vous réussissez à en faire passer 6.24 x1018, cela signifie que vous avez un ampère de billes.
Ampère-heure : également appelé ampèreheure avec comme symbole Ah. C’est la mesure du volume de charges électriques stockées ou utilisées durant une heure. Pour illustrer, on peut reprendre l’exemple des billes et du tube : laissez un ampère de billes se déverser du tube vers un seau durant une heure, vous aurez alors un ampère-heure de billes dans le seau (6.24 x1018 x 3600 secondes = 2.2 x 10+22 billes). Une batterie de 1 ampère-heure peut fournir un courant de un ampère durant 1 heure, à condition de débiter à la même vitesse sinon la batterie ne tient pas 1 heure. On fera remarquer qu’un ampère-heure est égal à 3600 coulombs. Cette dernière unité est toutefois moins utilisée lorsqu’il s’agit de batterie, car les ampère-heures sont plus pratiques. En résumé, l’ampère désigne un flux (par exemple : « ce moteur nécessite 2 ampères pour réaliser 1800 tours par minute. ») tandis que l’ampère-heure mesure la capacité, la quantité ou le volume de charge (par exemple : « cette batterie de 100 ampère-heures fournira 2 ampères durant 50 heures avant de devoir être rechargée. »). En clair, l’ampère-heure ce sont des ampères multipliés par des heures, et non des ampères divisés par heure.
Pour récapituler, l’ampère-heure (aH), ou milliampère-heure (mAh), est une mesure de la capacité d’une batterie. Une batterie de 10 mAH possède la moitié de la capacité d’une batterie 20 mAh, même s’ils ont le même boîtier.
Pile électrique : deux ou plusieurs cellules électrochimiques interconnectées afin de produire de l’énergie électrique. Chacune des cellules contient deux électrodes et un électrolyte. Les réactions d’oxydoréduction ou réaction redox qui se produisent sur ces électrodes convertissent l’énergie électrochimique en énergie électrique. En langage courant, le terme « pile électrique » désigne un dispositif électrochimique doté d’une seule cellule électrochimique (batterie monobloc).
C : C représente la capacité d’une batterie rapportée sur 1 heure. Cette capacité est exprimée en ampères. C correspond à un taux de décharge se déroulant sur 1 heure dans le cas où on sollicite la capacité nominale de la batterie. Ainsi, une batterie de 5aH affichant un taux de décharge de 10 C possède une capacité de 50 ampères. Le concept de « C » est également utilisé pour les courants de charge, puisqu’à la fois les propriétés de charge et de décharge sont proportionnelles à la capacité de la batterie. Ainsi, une batterie indiquant 5 aH caractérisé par un taux de charge 5C aurait une capacité de 25 ampères.
Capacité : le volume total de courant électrique ou d’ampère-heures fourni par une pile ou une batterie entièrement chargée.
Cathode : l’électrode où se déroule la réduction (gain d’électrons). Lorsqu’il y décharge, c’est l’électrode positive (par exemple : borne positive sur une pile électrique) qui est concernée tandis qu’une opération de charge passe par l’électrode négative.
Charge : la conversion de l’énergie électrique, disponible sous forme de courant et générée par une source externe, en énergie chimique laquelle est stockée au niveau des électrodes d’une pile ou d’une batterie.
Décharge : la conversion de l’énergie chimique stockée dans une cellule électrochimique en énergie électrique. Cette dernière peut ensuite être utilisée pour alimenter en électricité un appareil ou une installation.
Courbe de décharge : représentation graphique de la tension moyenne d’une batterie durant sa décharge, à température constante et courant constant.
Pile sèche : la pile Leclanché est appelée pile sèche, car son électrolyte n’est pas liquide (pour éviter les débordements) suite à l’utilisation d’un oxyde métallique (le dioxyde de manganèse MnO2). L’électrolyte forme une solution gélifiée ou pâteuse.