Blocs de construction de la batterie

Une batterie électrochimique se compose d'une cathode, d'une anode et d'un électrolyte qui agit comme un catalyseur. Lors de la charge, une accumulation d'ions positifs se forme à l'interface cathode/électrolyte. Les électrons se déplacent alors vers la cathode, créant un potentiel de tension entre la cathode et l'anode. La libération se fait par le passage d'un courant de la cathode positive à travers une charge externe et de nouveau vers l'anode négative. Lors de la charge, le courant circule dans l'autre sens.

Une batterie comporte deux voies distinctes : l'une est le circuit électrique à travers lequel les électrons circulent, alimentant la charge, et l'autre est la voie par laquelle les ions se déplacent entre les électrodes à travers le séparateur qui agit comme un isolant pour les électrons. Les ions sont des atomes qui ont perdu ou gagné des électrons et sont devenus électriquement chargés. Le séparateur isole électriquement les électrodes mais permet le mouvement des ions.

Anode et cathode
L'électrode d'une batterie qui libère des électrons pendant la décharge est appelée anode ; l'électrode qui absorbe les électrons est la cathode.

L'anode de la batterie est toujours négative et la cathode positive. Cela semble aller à l'encontre de la convention, car l'anode est la borne dans laquelle le courant circule. Un tube à vide, une diode ou une batterie en charge suivent cet ordre ; cependant, si l'on retire de l'énergie à une batterie en décharge, l'anode devient négative. Étant donné que la batterie est un dispositif de stockage électrique qui fournit de l'énergie, l'anode de la batterie est toujours négative.

L'anode des piles Li-ion est en carbone (voir BU-204 : Comment fonctionnent les piles au lithium ?), mais l'ordre est inversé avec les piles au lithium-métal. Dans ce cas, la cathode est en carbone et l'anode en lithium métallique. (Voir BU-212 : Les piles du futur) À quelques exceptions près, les piles au lithium-métal ne sont pas rechargeables.

Figure 1 : Symbole de la batterie.
La cathode d'une pile est positive et l'anode est négative.

Tableaux 2a, b, c et d résumer la composition des piles secondaires à base de plomb, de nickel et de lithium, y compris les piles alcalines primaires.

Acide de plomb	Cathode (positive)	Anode (négative)	Électrolyte
Matériau	Dioxyde de plomb (brun chocolat)	Plomb gris, (spongieux à la formation)	Acide sulfurique
Charge complète	Oxyde de plomb (PbO2), les électrons ajouté à la plaque positive	Plomb (Pb), électrons retirés de la plaque	Acide sulfurique fort
Décharge	Le plomb se transforme en sulfate de plomb à l'électrode négative, les électrons étant entraînés de la plaque positive à la plaque négative.		Acide sulfurique faible (semblable à l'eau)

Tableau 2a : Composition de l'acide de plomb.

NiMH, NiCd	Cathode (positive)	Anode (négative)	Électrolyte
Matériau	Oxyhydroxyde de nickel	NiMH : alliage absorbant l'hydrogène NiCd : Cadmium	Hydroxyde de potassium

Tableau 2b : Composition du NiMH et du NiCd.

Lithium-ion	Cathode (positive) sur une feuille d'aluminium	Anode (négative) sur feuille de cuivre	Électrolyte
Matériau	Oxydes métalliques dérivés du cobalt, du nickel, du manganèse, du fer et de l'aluminium	A base de carbone	Sel de lithium dans un solvant organique
Charge complète	Oxyde métallique avec structure d'intercalation	Les ions lithium migrent vers l'anode.
Décharge	Les ions lithium retournent vers l'électrode positive	Principalement du carbone

Tableau 2c : Composition du Li-ion.

Alcaline	Cathode (positive)	Anode (négative)	Électrolyte
Matériau	Dioxyde de manganèse	Zinc	Alcaline aqueuse

Tableau 2d : Composition d'une pile alcaline primaire.

Le flux d'ions est rendu possible par un activateur appelé électrolyte. Dans un système de batterie inondée, l'électrolyte se déplace librement entre les électrodes insérées ; dans une cellule scellée, l'électrolyte est normalement ajouté au séparateur sous une forme humidifiée. Le séparateur sépare l'anode de la cathode, formant un isolateur pour les électrons mais permettant aux ions de passer. (Voir BU-306 : Séparateur et BU-307 : Electrolyte)