D’une manière générale, une batterie ou une pile fonctionnent de la même façon. Si les formats étaient totalement similaires, on pourrait même faire fonctionner un ordinateur portable avec des piles du moment que la tension permettant de l’alimenter serai suffisante. Pour les batteries et les piles, l’unité de base est la cellule.

Une pile est constituée d’une seule cellule, tandis que, pour reprendre notre exemple, la batterie d’un ordinateur portable peut être constituée de plusieurs cellules pour atteindre la tension souhaitée.

Vous allez voir que, quel que soit le format ou la technologie de cellule, le principe reste toujours le même : l’électrolyse. A l’intérieur de la cellule se trouvent deux électrodes : le pôle moins de la pile (l’anode) et, à l’autre extrémité, la partie métallique oxydée qui constitue le pôle plus (la cathode). Chaque électrode baigne dans une petite cuve remplie d’un liquide spécifique (par exemple, du sulfate de cuivre pour la cathode et du sulfate de zinc pour l’anode). Ce liquide conducteur s’appelle l’électrolyte.

Ces deux cuves sont juste séparées par une paroi qui peut être composée de plastique, voire de papier. Tant que la cellule n’est pas connectée à un appareil, l’anode et la cathode restent donc totalement isolées l’une de l’autre. La seule chose qui change entre les différentes technologies, ce sont les matériaux utilisés et les liquides.

Une pile dans son emballage, c’est de l’énergie chimique en boîte de conserve. Une fois qu’elle est placée dans un appareil, cette énergie chimique se transforme en énergie électrique. Le simple fait de mettre en contact les deux pôles enclenche le processus d’électrolyse.

L’oxydoréduction

Quand la cathode et l’anode sont mises en contact grâce au circuit électrique de l’appareil, la réaction chimique à l’intérieur de la pile s’appelle l’oxydoréduction. Dans le liquide, des ions positifs vont passer à travers la paroi qui sépare les deux cuves pour se diriger vers la cathode. Les ions négatifs, quant à eux, vont traverser la paroi vers l’anode. Au final, cette réaction chimique produit une réaction d’oxydation qui va fournir les électrons au niveau de l’anode. Ces électrons, irrémédiablement attirés par le pôle plus (la cathode), vont transiter via le circuit de l’appareil pour rejoindre la cathode où va se produire la réaction de réduction qui va consommer les électrons. Une fois que les matériaux et les liquides de la cellule sont entièrement consommés, la réaction s’achève, et la pile est déchargée.

La tension

Le pôle moins (l’anode) fournit les électrons en grande quantité et à « pression élevée », tandis que le pôle plus (la cathode) « absorbe » ces électrons. La « différence de pression » correspond à la tension de la pile. Au final, le débit d’électrons par unité de temps correspond au courant électrique. Notez que ce courant est continu, c’est-à-dire qu’il va toujours dans le même sens, contrairement au courant d’une prise électrique qui oscille (changeant de direction) 50 fois par seconde.

Voilà pour le fonctionnement. Sachez que si l’expérience vous tente il est possible de réaliser une pile avec un citron. Piquez un trombone en acier dans le citron, ainsi qu’un fil en cuivre. Reliez-les a une petite diode électrique. Ça fonctionne !

Pour les technologies, seuls la nature du liquide de l’électrolyte et les métaux composants l’anode et la cathode différent.

Pour les liquides

Les solutions aqueuses peuvent être à base de sels, d’acides, de solutions de chlorure d’ammonium (alcalines), de chlorure de zinc, d’acide sulfurique ou de potasse caustique.

Pour les métaux

Plomb, cadmium, lithium, magnésium, nickel, mercure, argent, sodium et enfin soufre sont les principaux constituants de l’anode et de la cathode.

L’autodécharge hors tension

Lorsque le circuit électrique est coupé et que les deux pôles ne sont plus mis en communication, le processus de décharge est alors quasiment interrompu. Mais la décharge a encore lieu au niveau des électrodes. Cette autodécharge est essentiellement influencée par la température. Plus celle-ci est élevée, plus l’autodécharge est conséquente.

Le court-circuit

Admettons que les deux pôles entrent en contact directement avec un métal conducteur. Il se produit alors un court-circuit. La température interne de la batterie s’élève, ce qui entraine une forte pression de gaz interne. Cette pression peut au pire faire exploser la batterie, au mieux crever son enveloppe et entraîner une fuite de son liquide.

Des risques d’explosion

Sur Internet, l’utilisateur d’un ordinateur portable a publié dernièrement des clichés étonnants. On y découvre notamment un ordinateur immergé dans un lavabo, la batterie de celui-ci s’était enflammée... Et ce n’est pas un cas isolé. En août 2004, Apple a dû rappeler 28 000 exemplaires de son PowerBook G4. Les batteries pouvaient tout bonnement exploser ! Les batteries concernées utilisaient la technologie Li-Ion. Lorsqu’elles sont sollicitées de façon intensive, elles se mettent à chauffer au point de rompre leur carcasse en plastique et d’exploser.

Malheureusement, il n’y a pas de solution miracle. Les constructeurs ont ajouté du matériel de régulation pour contenir le courant.

Il suffit de brancher un chargeur aux bornes de la batterie pour que le processus inverse de celui de la décharge se réalise. Les particules circulent alors dans l’autre sens, et la batterie se charge. Bien évidemment, une pile ne peut pas être rechargée en raison de la nature de ses constituants.

La charge est une étape importante qui détermine, selon les technologies de batteries, leur durée de vie et leur autonomie. Elle dépend également grandement de la qualité du chargeur. Il existe deux types de chargeurs : les rapides et les lents.

Un chargeur rapide est de conception plus compliquée et donc plus coûteux. On utilise un courant de charge élevé qui charge une batterie dans un laps de temps très court (entre une demi-heure et cinq heures). La réaction chimique est intensive, c’est pourquoi les batteries ont tendance à chauffer.

Un chargeur lent utilise, quant à lui, un courant de charge plus bas, et le chargement prend environ douze heures. Notez que le temps de charge requis dépend également de la capacité milliampère/heure de votre batterie.

Il est important de ne pas surcharger une batterie, car cela nuit autant à son autonomie qu’à sa durée de vie. Pour cela, il faut absolument que le dispositif de charge soit doté d’une technologie qui coupe la charge lorsqu’elle est achevée. A vérifier lors de l’achat du chargeur.