Principe de fonctionnement de la batterie : Comment fonctionne une batterie ?

Principe de fonctionnement de la batterie

Une batterie fonctionne sur l'oxydation et la réduction d'un électrolyte avec des métaux. Lorsque deux substances métalliques différentes, appelées électrodes, sont placées dans un électrolyte dilué, des réactions d'oxydation et de réduction se produisent respectivement dans les électrodes en fonction de l'affinité électronique du métal des électrodes. En raison de la réaction d'oxydation, une électrode devient négativement chargée, appelée cathode, et en raison de la réaction de réduction, une autre électrode devient positivement chargée, appelée anode.

La cathode forme le pôle négatif tandis que l'anode forme le pôle positif de la batterie. Pour comprendre correctement le principe de base de la batterie, nous devons d'abord avoir une connaissance de base des électrolytes et de l'affinité électronique. En fait, lorsque deux métaux différents sont immergés dans un électrolyte, il y aura une différence de potentiel produite entre ces métaux.

On constate que, lorsqu'on ajoute certains composés spécifiques à l'eau, ils se dissolvent et produisent des ions négatifs et positifs. Ce type de composé est appelé électrolyte. Les exemples populaires d'électrolytes comprennent presque tous types de sels, d'acides et de bases, etc. L'énergie libérée lors de l'acceptation d'un électron par un atome neutre est connue sous le nom d'affinité électronique. Comme la structure atomique pour différents matériaux est différente, l'affinité électronique des différents matériaux sera différente.

Si deux types de métaux différents sont immergés dans la même solution d'électrolyte, l'un d'eux gagnera des électrons et l'autre libérera des électrons. Lequel des métaux (ou composé métallique) gagnera des électrons et lequel en perdra dépend de l'affinité électronique de ces métaux. Le métal ayant une faible affinité électronique gagnera des électrons des ions négatifs de la solution d'électrolyte.

D'autre part, le métal ayant une forte affinité électronique libérera des électrons et ces électrons entreront dans la solution d'électrolyte et seront ajoutés aux ions positifs de la solution. De cette manière, l'un de ces métaux gagne des électrons et l'autre en perd. Par conséquent, il y aura une différence de concentration d'électrons entre ces deux métaux.

Cette différence de concentration d'électrons provoque un potentiel électrique qui se développe entre les métaux. Ce potentiel électrique ou force électromotrice peut être utilisée comme une source de tension dans n'importe quel circuit électronique ou circuit électrique. C'est un principe général et de base de la batterie et c'est ainsi qu'une batterie fonctionne.

Toutes les cellules de batteries sont basées uniquement sur ce principe de base. Discutons-en une à une. Comme nous l'avons dit précédemment, Alessandro Volta a développé la première cellule de batterie, et cette cellule est populairement connue sous le nom de simple cellule voltaïque. Ce type de cellule simple peut être créé très facilement. Prenez un conteneur et remplissez-le d'acide sulfurique dilué comme électrolyte. Maintenant, nous immergeons une tige de zinc et une tige de cuivre dans la solution et nous les connectons extérieurement par une charge électrique. Votre cellule voltaïque simple est maintenant terminée. Le courant commencera à circuler à travers la charge externe.

Le zinc dans un acide sulfurique dilué cède des électrons comme suit:

Ces Zn + + ions passent dans l'électrolyte, et chaque ion Zn + + laisse deux électrons dans la tige. En raison de la réaction d'oxydation ci-dessus, l'électrode de zinc est laissée négativement chargée et agit donc comme une cathode. Par conséquent, la concentration d'ions Zn + + près de la cathode dans l'électrolyte augmente.

Selon la propriété de l'électrolyte, l'acide sulfurique dilué et l'eau se sont déjà dissociés en ions hydronium positifs et ions sulfate négatifs comme indiqué ci-dessous:

En raison de la forte concentration d'ions Zn+ + près de la cathode, les ions H3O+ sont repoussés vers l'électrode de cuivre et sont déchargés en absorbant des électrons des atomes de la tige de cuivre. La réaction suivante a lieu à l'anode:

En raison de la réaction de réduction qui a lieu à l'électrode de cuivre, la tige de cuivre devient positivement chargée et agit donc comme une anode.

Cellule Daniell

La cellule Daniell se compose d'un récipient en cuivre contenant une solution de sulfate de cuivre. Le récipient en cuivre lui-même agit comme l'électrode positive. Un pot poreux contenant de l'acide sulfurique dilué est placé dans le récipient en cuivre. Une tige de zinc amalgamée, plongée dans l'acide sulfurique, agit comme l'électrode négative.

L'acide sulfurique dilué dans le pot poreux réagit avec le zinc et, en conséquence, de l'hydrogène est produit. La réaction se produit comme suit:

La formation de ZnSO4 dans le pot poreux n'affecte pas le fonctionnement de la cellule jusqu'à ce que des cristaux de ZnSO4 soient déposés. Le gaz d'hydrogène passe à travers le pot poreux et réagit avec la solution de CuSO4 comme suit:

Le cuivre formé se dépose sur le récipient en cuivre.

Histoire de la batterie

En 1936, au milieu de l'été, une tombe ancienne a été découverte lors de la construction d'une nouvelle ligne de chemin de fer près de la ville de Bagdad en Irak. Les reliques trouvées dans cette tombe étaient âgées d'environ 2000 ans. Parmi ces reliques, il y avait des jarres en argile scellées au sommet avec du bitume. Une tige de fer, entourée d'un tube cylindrique fait d'une feuille de cuivre enroulée, était projetée hors de ce sommet scellé.

Lorsque les découvreurs ont rempli ces pots avec un liquide acide, ils ont trouvé une différence de potentiel d'environ 2 volts entre le fer et le cuivre. Ces jarres en argile ont été suspectées d'être des cellules de batterie vieille de 2000 ans. Ils ont nommé le pot comme batterie parthe.

En 1786, Luigi Galvani, un anatomiste et physiologiste italien, a été surpris de voir que lorsqu'il touchait des jambes de grenouilles mortes avec deux métaux différents, les muscles des jambes se contractaient.

Il n'a pas compris la véritable raison, sinon il aurait été connu comme le premier inventeur de la cellule de batterie. Il pensait que la réaction pourrait être due à une propriété des tissus.

Après cela, Alessandro Volta a réalisé le même phénomène sur du carton imbibé d'eau salée au lieu de jambes de grenouille. Il a superposé un disque de cuivre et un disque de zinc avec un morceau de