Quels sont les différents types de Batteries?

dans ce tutoriel, nous allons en apprendre davantage sur l’un des composants importants dans les systèmes électriques et électroniques: Une batterie. Nous verrons quelques informations de base sur une batterie, jeter un oeil à différents types de Batteries et aussi un guide sur ce type de batterie est adapté à votre application.,

Introduction

Si vous êtes un Ingénieur Électrique ou pas, vous pourriez avoir rencontré au moins un couple de différents types de piles dans votre vie. Certains des endroits communs où vous utilisez des batteries sont des horloges murales, des alarmes ou des détecteurs de fumée qui utilisent de petites batteries jetables ou des voitures, des camions ou des motocycles qui utilisent des batteries rechargeables relativement grandes.

Batteries sont devenues une source d’énergie très importante dans la dernière décennie., Même avant cela, ils faisaient partie intégrante de notre vie en alimentant plusieurs appareils portables comme les radios à transistors, Walkman, jeux portables, caméras, etc.

mais avec le développement des téléphones intelligents avancés, des tablettes, des ordinateurs portables, de l’énergie solaire et des véhicules électriques, la recherche de batteries puissantes pouvant durer plus longtemps et fournir l’énergie nécessaire a atteint son apogée.

en fait, le prix Nobel de chimie 2019 a été décerné à trois scientifiques John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham et Akira Yoshino pour le développement de batteries lithium-ion.,

qu’est Ce qu’une Pile?

Une batterie est un dispositif chimique qui stocke l’énergie électrique sous forme de produits chimiques et au moyen d’une réaction électrochimique, elle convertit l’énergie chimique stockée en énergie électrique à courant continu. Alessandro Volta, un physicien italien, a inventé la première batterie en 1800.

La réaction électrochimique dans une batterie implique le transfert d’électrons d’un matériau à un autre (appelé électrodes) par un courant électrique.,

cellule et batterie

même si le terme batterie est souvent utilisé, l’unité électrochimique de base responsable du stockage réel de l’énergie est appelée cellule. Une cellule, comme nous venons de le mentionner, est l’unité électrochimique fondamentale qui est la source d’énergie électrique produite par la conversion de l’énergie chimique.

dans sa forme de base, une cellule contient généralement trois composants principaux: deux électrodes et un électrolyte et se compose également de bornes, d’un séparateur et d’un récipient. En parlant d’électrodes, il existe deux types d’électrodes appelées L’Anode et la Cathode.,

L’anode est l’électrode négative (également appelée électrode de carburant ou électrode réductrice). Il perd des électrons dans le circuit externe et dans la réaction électrochimique, il s’oxyde.

Cathode d’autre part, est l’électrode positive (également appelée L’électrode oxydante). Il accepte les électrons du circuit éternel et dans la réaction électrochimique, il est réduit. Par conséquent, la conversion d’énergie dans une batterie est due à une réaction d’oxydo-réduction électrochimique.

le troisième composant important d’une cellule est l’électrolyte., Un électrolyte agit comme milieu de transfert de charge sous forme d’ions entre les deux électrodes. Par conséquent, l’électrolyte est parfois appelé conducteur ionique. Un point important à noter ici que l’électrolyte n’est pas électriquement conducteur mais a juste une conductivité ionique.

Une batterie se compose souvent d’une ou plusieurs « cellules” qui sont connectées électriquement en série ou en parallèle pour fournir les niveaux de tension et de courant nécessaires.,

différents types de Batteries

fondamentalement, toutes les piles et batteries électrochimiques sont classées en deux types:

• primaire (non rechargeable)
• secondaire (rechargeable)

même s’il existe plusieurs autres classifications dans ces deux types de batteries, ces deux types sont les types de base. En termes simples, les Batteries primaires sont des batteries non rechargeables, c’est-à-dire qu’elles ne peuvent pas être rechargées électriquement tandis que les Batteries secondaires sont des batteries rechargeables, c’est-à-dire qu’elles peuvent être rechargées électriquement.,

Batteries primaires

Une batterie primaire est l’une des sources d’énergie simples et pratiques pour plusieurs appareils électroniques et électriques portables comme les lumières, les appareils photo, Les montres, les jouets, les radios, etc. Comme ils ne peuvent pas être rechargés électriquement, ils sont de type « utilisez-le et lorsqu’ils sont déchargés, jetez-le”.

habituellement, les batteries primaires sont peu coûteuses, légères, petites et très pratiques à utiliser avec relativement peu ou moins d’entretien., La majorité des batteries primaires utilisées dans les applications domestiques sont de type monocellulaire et sont généralement de configuration cylindrique (bien qu’il soit très facile de les produire sous différentes formes et tailles).

types de batteries primaires courants

Jusqu’aux années 1970, les batteries à base d’anodes de Zinc étaient les types de batteries primaires prédominants. Pendant les années 1940, la Seconde Guerre mondiale et après la guerre, les batteries à base de Zinc – carbone et ils ont une capacité moyenne de 50 Wh / kg.

le développement le plus important de la technologie des batteries a eu lieu au cours de la période 1970 – 1990., C’est à cette époque que les fameuses batteries Zinc / dioxyde de manganèse alcalin ont été développées et ont lentement remplacé les anciens types Zinc – carbone en tant que batterie primaire principale.

des batteries à L’oxyde de Zinc – mercurique et à L’oxyde de Cadmium – mercurique ont également été utilisées pendant cette période, mais en raison des préoccupations environnementales liées à l’utilisation du Mercure, ces types de batteries ont progressivement disparu.,

c’est au cours de cette période que le développement de batteries au Lithium en tant que matériau d’anode actif a commencé et est considéré comme une réalisation majeure en raison de l’énergie spécifique élevée et de la durée de conservation plus longue des batteries Au Lithium par rapport aux batteries au Zinc traditionnelles.

Les batteries Au Lithium sont fabriquées sous forme de bouton et de pile bouton pour une gamme spécifique d’applications (comme les montres, la sauvegarde de la mémoire, etc.) tandis que de plus grandes batteries de type cylindrique sont également disponibles.

le tableau suivant présente les différents types de batteries primaires ainsi que leurs caractéristiques et leurs applications.,shelf life

Replacement for button and cylindrical cells

Lithium/Solid Electrolyte

Low power, extremely long shelf life

Memory circuits, medical electronics

Secondary Batteries

A Secondary Battery is also called as Rechargeable Battery as they can be electrically recharged after discharge., L’état chimique des cellules électrochimiques peut être « rechargé” à leur état d’origine en faisant passer un courant à travers les cellules dans le sens opposé de leur décharge.

en gros, batteries secondaires peut être utilisé de deux façons:

Dans la première catégorie d’applications, les batteries secondaires sont essentiellement utilisés comme dispositifs de stockage d’énergie lorsqu’ils sont connectés électriquement à une source d’énergie et facturées par elle et aussi en fournissant de l’énergie lorsque requis. Des exemples de telles applications sont les véhicules électriques hybrides (HEV), les alimentations sans interruption (UPS), etc.,

la deuxième catégorie d’applications des batteries secondaires sont les applications où la batterie est utilisée et déchargée en tant que batterie primaire. Une fois qu’elle est complètement déchargée (ou presque complètement déchargée), au lieu de la jeter, la batterie est rechargée avec un mécanisme de charge approprié. Des exemples de telles applications sont toutes les électroniques portables modernes comme les mobiles, les ordinateurs portables, les véhicules électriques, etc.,

la densité D’énergie de la batterie secondaire est relativement inférieure à celle des batteries primaires, mais présente d’autres bonnes caractéristiques telles que la densité de puissance élevée, les courbes de décharge plates, le taux de décharge élevé, les performances à basse température.

types de batteries secondaires courants

deux des batteries les plus anciennes sont en fait des batteries secondaires appelées Batteries Au Plomb – acide, qui ont été développées à la fin des années 1850 et des batteries au Nickel – Cadmium, qui ont été développées au début des années 1900. ,

Les premières batteries rechargeables et les plus couramment utilisées sont appelées Batteries Au Plomb. Ils sont basés sur le couple électrochimique plomb – dioxyde de plomb (Pb – PbO2). L’électrolyte utilisé dans ces types de batteries est l’acide sulfurique très commun.

le deuxième type de batteries rechargeables est appelé Batteries Nickel – Cadmium. Ils sont à base D’oxyhydroxyde de Nickel (oxyde de Nickel) comme électrode positive et d’électrode négative à base de Cadmium métallique. En venant à l’électrolyte, une solution alcaline d’hydroxyde de Potassium est utilisée.,

au cours des dernières décennies, deux nouveaux types de batteries rechargeables ont vu le jour. Ce sont la batterie Nickel – hydrure métallique et la batterie Lithium – Ion. Parmi ces deux, la batterie lithium-ion a changé la donne et est devenue commercialement supérieure avec ses chiffres d’énergie et de densité d’énergie spécifiques élevés (150 Wh / kg et 400 Wh / L).,

Il y a d’autres types de Batteries Secondaires, mais les quatre principaux types sont:

• Batteries Acide – Plomb
• Batteries Nickel – Cadmium
• Nickel – Métal-Hydrure
• Batteries Lithium – Ion

nous allons maintenant voir brièvement au sujet de ces types de batterie individuellement.

Batteries Au Plomb – Acide

Les batteries au plomb-acide sont de loin les batteries rechargeables les plus populaires et les plus utilisées. Ils sont un produit à succès depuis plus d’un siècle., Les batteries au plomb-acide sont disponibles dans plusieurs configurations différentes, comme les petites cellules scellées d’une capacité de 1 Ah aux grandes cellules d’une capacité de 12 000 Ah.

l’une des principales applications des batteries au plomb-acide est dans l’industrie automobile car elles sont principalement utilisées comme Batteries SLI (démarrage, éclairage et allumage).

D’autres applications des batteries au plomb-acide incluent le stockage d’énergie, l’alimentation de secours, les véhicules électriques (même les véhicules hybrides), les systèmes de communication, les systèmes d’éclairage de secours, etc.,

la large gamme d’applications des batteries au plomb-acide est le résultat de ses larges plages de tension, de ses différentes formes et tailles, de son faible coût et de sa maintenance relativement facile. Comparées à d’autres technologies de batteries secondaires, les batteries au plomb-acide sont l’option la moins coûteuse pour toute application et offrent de très bonnes performances.

l’efficacité électrique des batteries au plomb-acide est comprise entre 75 et 80%. Cette valeur d’efficacité les convient pour le stockage d’énergie (Alimentations ininterrompues – UPS) et les véhicules électriques.,

batteries Nickel – Cadmium

Les Batteries Nickel – Cadmium ou simplement les Batteries Ni-Cd sont l’un des plus anciens types de batteries disponibles aujourd’hui avec les batteries au plomb-acide. Ils ont une très longue durée de vie et sont très fiables et robustes.

l’Un des principaux avantages de Ni-Cd Piles, c’est qu’ils peuvent être soumis à des taux de décharge et ils peuvent être exploités sur une large plage de températures. En outre, la durée de conservation des batteries Ni-Cd est très longue., Le coût de ces batteries est plus élevé que les batteries au plomb-acide sur par Watt-heure de base, mais il est moins que d’autres types de piles alcalines.

comme mentionné précédemment, les batteries Ni-Cd utilisent de L’oxyhydroxyde de Nickel (NiOOH) comme Cathode et du Cadmium métal (Cd) comme anode. Les batteries de qualité grand public typiques sont livrées avec une tension en ligne de 1,2 V. Dans les applications industrielles, les Ni-Cd sont juste deuxièmes derrière les batteries au plomb en raison de leurs performances à basse température, de leur tension de décharge plate, de leur longue durée de vie, de leur faible entretien et de leur excellente fiabilité.,

malheureusement, il existe une caractéristique majeure des batteries Ni-Cd appelée « effet mémoire », qui est leur seul inconvénient. Lorsque les cellules Ni-Cd sont déchargées partiellement puis rechargées, elles perdent progressivement leur capacité, c’est-à-dire cycle par cycle. Le « conditionnement » est le processus par lequel la capacité perdue des batteries peut être restaurée.

Dans ce processus, les cellules sont complètement déchargée à zéro volts, puis complètement rechargé.,

batteries Nickel – hydrure métallique

Ce sont des types de batteries relativement nouveaux sont une version étendue des Batteries à électrodes Nickel – hydrogène, qui étaient exclusivement utilisées dans les applications aérospatiales (satellites). L’électrode positive est L’oxyhydroxyde de Nickel (NiOOH) tandis que l’électrode négative de la cellule est un alliage métallique, où l’hydrogène est stocké de manière réversible.

pendant la charge, L’alliage métallique absorbe l’hydrogène pour former un hydrure métallique et lors de la décharge, l’hydrure métallique perd de l’hydrogène.,

un avantage principal des batteries Nickel-hydrure métallique par rapport à la batterie Ni-Cd son énergie spécifique et sa densité d’énergie plus élevées. Les batteries scellées Nickel-hydrure métallique sont disponibles dans le commerce sous forme de petites cellules cylindriques et sont utilisées dans l’électronique portable.

Batteries Lithium – Ion

l’émergence des batteries lithium-ion au cours des deux dernières décennies a été assez phénoménale. Plus de 50% du marché de consommation a adopté l’utilisation de batteries lithium-ion. En particulier, les ordinateurs portables, les téléphones portables, les appareils photo, etc. sont les plus grandes applications de batteries lithium-ion.,

Les batteries Lithium-ion ont une densité d’énergie significativement élevée, une énergie spécifique élevée et une durée de vie plus longue. Les autres principaux avantages des batteries lithium-ion sont le taux d’autodécharge lent et une large gamme de températures de fonctionnement.

les Applications de Batterie

au cours des dernières décennies, l’utilisation de petites batteries scellées dans les applications grand public a été exponentielle. Des piles primaires ou rechargeables de petit format sont utilisées dans un grand nombre d’appareils. Certains d’entre eux sont mentionnés ci-dessous.,

• appareils électroniques portables: montres, appareils photo, Téléphones Portables, Ordinateurs portables, caméscopes, Calculatrices, équipements d’essai (Multimètres).
• divertissement: Radios, lecteurs MP3, Lecteurs CD, toutes les télécommandes infrarouges, Jouets, Jeux, claviers.
• ménage: Horloges, alarmes, détecteurs de fumée, lampes Flash, UPS, lumières de secours, brosses à dents, tondeuses et rasoirs à cheveux, Tensiomètres, aides auditives, stimulateurs cardiaques, outils électriques portables (Perceuses, tournevis).

Comment Choisir une Batterie?,

la sélection d’une batterie pour votre application peut être réduite à seulement deux caractéristiques: la Performance et le coût. Mais si nous creusons un peu plus profondément, les facteurs suivants sont déterminants dans le choix de la bonne batterie pour votre application.

• Primaire ou Secondaire
• Énergie ou de Puissance
• durée de Vie
• l’Efficacité Énergétique et le Taux de Recharge de l’
• Vie de la Batterie
• Température de la Batterie