Comprendre les types de batteries, leurs composants et le rôle des tests de matériaux de batterie dans le développement et la fabrication

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Tout appareil capable de transformer son énergie chimique en énergie électrique par des réactions de réduction-oxydation (redox) impliquant ses matériaux actifs, communément appelés électrodes, est désormais appelé pédagogiquement une batterie.1 Essentiellement, une batterie contient une ou plusieurs cellules identiques qui chacun stocke l’énergie électrique sous forme d’énergie chimique dans deux électrodes séparées par un électrolyte.2

Qui a inventé la batterie ?

Quels sont les principaux types de batteries ?

- Piles primaires

- Piles secondaires

De quoi sont faites les batteries et quels sont leurs principaux composants ?

- Séparateur de batterie - Électrolyte de batterie

-Anodes

-Cathode

- Collecteurs de courant

Comment sont fabriquées les batteries et pourquoi tester le matériau d’une batterie ?

- Impureté du matériau de la batterie

- Sécurité de la batterie

- Emballement thermique

- Dégradation de la batterie

- Réduction des coûts

Tests analytiques dans la fabrication de batteries

- Analyse des matières premières

- Analyse des boues de batterie

- Analyse des électrodes

- Analyse des électrolytes

- Tests de performances de la batterie

- Suivi post-production

Recherche sur les batteries et batteries vertes

En immergeant deux métaux ou composés métalliques différents (électrodes) dans un système conducteur d'ions (électrolyte), les électrons ont tendance à se déplacer d'une électrode à l'autre, en utilisant la propriété électrochimique de base des électrodes. Lorsqu'une charge est connectée, les électrons commencent à circuler d'une électrode à l'autre, générant de l'électricité. C’est ce qu’on appelle la décharge. Pendant le processus de charge ou de recharge, un potentiel opposé est appliqué aux électrodes, provoquant le retour des électrons à leur position d'origine. Habituellement, un séparateur poreux d'ions est placé dans l'électrolyte entre les deux électrodes pour éviter les courts-circuits. La figure 1 montre un schéma de la première batterie rechargeable au lithium-ion (Li-ion).3

Dans cet article, nous examinerons les principaux types de batteries, leurs composants et matériaux, ainsi que les raisons et les manières dont les matériaux des batteries sont testés.

Les batteries sont peut-être la forme de technologie de stockage d'énergie la plus répandue et la plus ancienne de l'histoire de l'humanité.4 Néanmoins, ce n'est qu'en 1749 que le terme « batterie » a été inventé par Benjamin Franklin pour décrire plusieurs condensateurs (connus sous le nom de pots de Leyde, du nom de la ville de lequel il a été découvert), connectés en série. Le terme « batterie » a probablement été choisi sur la base de l'analogie avec la terminologie existante utilisée pour décrire un groupe d'équipements similaires fonctionnant collectivement, comme une batterie de canons d'artillerie. Il est intéressant de noter qu’à l’heure actuelle, sauf indication contraire explicite, le terme « batterie » fait universellement référence aux cellules électrochimiques utilisées pour générer de l’énergie électrique, et même une seule cellule est désormais appelée batterie.

Tout au long du développement technologique, plusieurs avancées notables ont joué un rôle important dans la conception et l’évolution des batteries modernes. On a supposé que les habitants de la civilisation parthe dans les années 1700 plaquaient de l'or sur de l'argent à l'aide de pots constitués d'une tige de fer dans un cylindre de cuivre, un assemblage connu sous le nom de « batterie de Bagdad ». Cependant, Alexandre Volta est considéré comme le véritable découvreur des batteries.1 Il a réalisé et présenté la première démonstration réussie d'une batterie moderne en 1800, communément appelée pile voltaïque. D'autres développements incluent la pile Daniel en 1836 et la première batterie rechargeable, la batterie au plomb, en 1854. Les batteries au lithium furent les dernières à émerger dans la progression de la technologie des batteries, introduites seulement dans les années 1970. La figure 2 illustre la chronologie de l'introduction des types courants de batteries.