La chimie des batteries et le stockage de l'énergie

Une batterie est un dispositif qui stocke de l'énergie chimique puis la restitue sous forme électrique. On la trouve dans les téléphones, ordinateurs, voitures électriques et objets connectés. Son fonctionnement repose sur des réactions chimiques appelées oxydo-réductions. Recharger une batterie inverse ces réactions, ce qui permet de la réutiliser. Le stockage de l'énergie est un enjeu majeur pour la transition énergétique.

Dans une pile ou une batterie, deux électrodes plongent dans un électrolyte. À l'anode se produit une oxydation : elle libère des électrons. À la cathode se produit une réduction : elle capte des électrons. Les électrons circulent dans le circuit extérieur, créant un courant électrique. Les ions circulent dans l'électrolyte pour fermer le circuit.

L'énergie électrique fournie par une batterie dépend de sa tension et de la charge transportée. La charge Q se calcule par Q = I × t, en coulombs. L'énergie E en joules vaut E = U × I × t, où U est la tension en volts, I l'intensité en ampères et t la durée en secondes. Pour les batteries, on utilise souvent la capacité en ampères-heures (Ah) et l'énergie en wattheures (Wh).

Les batteries Li-ion dominent les appareils nomades car elles stockent beaucoup d'énergie pour une faible masse. Les batteries au plomb équipent encore les voitures thermiques, tandis que les Ni-MH sont utilisées dans certains outils. À la charge, l'énergie électrique est convertie en énergie chimique ; à la décharge, l'inverse se produit. Une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur, ce qui limite le rendement. Le recyclage et la durée de vie sont des enjeux importants.