Que se passe-t-il dans une batterie ?
1. État initial :
- Une batterie est constituée de deux électrodes (anode et cathode) séparées par un électrolyte (liquide ou solide).
- L'anode (borne négative) a une plus grande tendance à céder des électrons (potentiel d'oxydation), tandis que la cathode (borne positive) a une plus grande tendance à accepter des électrons (potentiel de réduction).
2. Réactions chimiques :
- Lorsque la batterie est connectée à un circuit (une charge), un circuit complet se forme.
- L'oxydation se produit au niveau de l'anode :les atomes métalliques du matériau de l'anode (par exemple le zinc dans une batterie zinc-carbone) perdent des électrons et deviennent des ions chargés positivement (Zn2+).
- La réduction se produit à la cathode :les ions positifs dans le matériau de la cathode (par exemple, l'oxyde de cuivre (II) dans une batterie zinc-carbone) gagnent des électrons et deviennent des atomes métalliques neutres (Cu).
- Ces réactions redox génèrent une différence de potentiel électrique entre les électrodes.
3. Flux d'électrons :
- Les électrons libérés lors de l'oxydation à l'anode voyagent à travers le circuit externe jusqu'à la cathode, créant un courant électrique.
- À l'intérieur de la batterie, les ions chargés positivement (cations) se déplacent à travers l'électrolyte vers la cathode, tandis que les ions chargés négativement (anions) se déplacent vers l'anode pour maintenir la neutralité électrique.
4. Mouvement ionique :
- Le mouvement des ions à travers l'électrolyte complète le circuit interne de la batterie.
- L'électrolyte facilite la migration des ions, permettant aux réactions chimiques de se poursuivre et de maintenir le flux de courant électrique.
5. Différence de potentiel et tension :
- La différence de potentiel électrique entre l'anode et la cathode crée une tension.
- La tension de la batterie dépend des matériaux spécifiques utilisés pour les électrodes et l'électrolyte.
Au fur et à mesure que les réactions chimiques à l’intérieur de la batterie progressent, les réactifs sont progressivement consommés et la batterie finit par se décharger. La recharge ou le remplacement de la batterie est nécessaire pour restaurer son énergie chimique stockée. Différents types de batteries peuvent utiliser différents systèmes chimiques, mais les principes fondamentaux restent similaires.