Différents types de piles :un guide complet

Tous les appareils électroniques nécessitent une source d'alimentation pour fonctionner. Incidemment, les batteries sont la source d'alimentation la plus courante dans le monde moderne. En effet, ils rendent possible la fabrication électronique d'appareils portables.

On pourrait dire que toute l'industrie électronique repose sur les batteries. Néanmoins, si vous êtes un ingénieur en électronique débutant, vous essayez probablement d'évaluer le meilleur type de batteries pour votre prochain projet électronique. Le guide suivant couvrira tous les différents types de piles, ce qui les rend uniques et leurs utilisations.

Qu'est-ce qu'une batterie ?

Une pile de piles

Les batteries sont des dispositifs de stockage d'énergie. Traditionnellement, nous avons utilisé des piles pour alimenter de petits appareils électroniques tels que des lampes de poche. Cependant, vous pouvez trouver des piles dans n'importe quel appareil qui nécessite une source d'alimentation portable pour fonctionner de nos jours.

Parce que leurs cas d'utilisation et leurs objectifs peuvent varier, les batteries sont de toutes formes et tailles. Par exemple, on ne peut pas espérer utiliser des piles AAA pour alimenter une voiture de manière optimale. Ainsi, les voitures nécessitent une batterie rechargeable spécialement dimensionnée pour fonctionner correctement.

Comment fonctionnent les piles ?

Les batteries stockent l'énergie électrique sous forme d'énergie chimique. Lorsque nous chargeons une batterie (rechargeable), elle convertit l'énergie électrique et la retient sous forme d'énergie chimique. Lorsque nous utilisons la tempête, une réaction chimique se produit et la batterie libère sa charge sous forme d'électricité.

circuit batterie et lampe

Par exemple, la lampe dans le circuit simple ci-dessus nécessitera qu'une mer d'électrons la traverse pour fonctionner. En conséquence, la batterie fournira la force de poussée requise pour propulser les électrons à travers la lampe. Nous devons connecter la lumière aux bornes positive et négative de la batterie pour compléter le circuit. S'il y a suffisamment de charge dans la tempête, la lampe s'allumera.

Cependant, il est important de se rappeler que la batterie ne peut pousser les électrons à travers le circuit que pendant une durée limitée. Essentiellement, cette limite de temps dépend de la quantité d'énergie stockée (charge) et de la demande par la charge. Dans notre exemple, la lampe est notre charge, et le marché fait référence à l'énergie nécessaire pour fonctionner. Ainsi, le sac est tout composant qui nécessite de l'électricité pour fonctionner. Concernant les PCB, ces composants peuvent être des diodes, des puces (circuits intégrés), etc.

Différence entre une cellule et une batterie

Une image en gros plan de différents types de piles

Une cellule électrique est un composant unitaire qui fonctionne fondamentalement de la même manière qu'une batterie - en convertissant l'énergie chimique en électricité. Une tempête est un groupe ou un ensemble de cellules. Néanmoins, la forme la plus populaire d'une pile électrique est la pile bouton. Les gens l'appellent également une pile bouton. Cette action n'est pas nécessairement incorrecte. Une cellule singulière peut être dans un groupe qui constitue une batterie.

Types de piles

Images vectorielles de piles

Les batteries se divisent en deux catégories principales :

• Batteries primaires : Piles jetables que nous ne pouvons pas recharger. En tant que telles, les gens les appellent parfois des piles à usage unique ou jetables. Le plus grand avantage de ces batteries est qu'elles peuvent immédiatement produire du courant lors de l'assemblage. Nous les utilisons souvent dans des appareils portables avec une faible consommation de courant ou des utilisations intermittentes.
• Batteries secondaires : Nous appelons souvent ces piles des piles rechargeables. Les fabricants les assemblent généralement avec les matières actives à l'état déchargé. Les utilisateurs peuvent ensuite les recharger en appliquant un courant électrique. Incidemment, la charge inverse les réactions chimiques qui se produisent lors de son utilisation. Nous effectuons la charge à l'aide d'appareils que nous appelons chargeurs et/ou chargeurs. La recharge et la décharge peuvent se produire plusieurs fois selon le type de batterie (matériau).

Types de batteries primaires :

• Batterie zinc-carbone

Batterie zinc-carbone
Source :Wikimedia Commons

Les piles zinc-carbone sont les piles primaires domestiques les moins chères. Ils dispersent le courant en utilisant une réaction chimique entre le zinc et le dioxyde de manganèse acide. Cependant, l'inconvénient le plus important des batteries zinc-carbone est leur faible puissance de sortie. Néanmoins, cela se traduit également par un faible taux d'autodécharge qui leur confère une durée de conservation exceptionnelle. Les piles au zinc-carbone conviennent le mieux aux horloges et aux télécommandes.

• Pile alcaline

Image d'une pile alcaline

Pixabay

Les piles alcalines non rechargeables sont les types de piles primaires domestiques les plus utilisées. Ils utilisent une réaction électrochimique entre le zinc métallique et le dioxyde de manganèse pour retenir et disperser les charges. Incidemment, leur popularité actuelle découle de leur puissance élevée par utilisation. Du moins par rapport aux batteries carbone-zinc (et à la plupart des batteries secondaires). De plus, ils ont tendance à avoir une durée de conservation supérieure.

Batterie au lithium (ou batteries au lithium métal)

Pile bouton au lithium
Source :Wikimedia Commons

Les piles au lithium primaires utilisent un matériau au lithium métallique comme anode. Incidemment, elles surpassent les piles zinc-carbone et alcalines en puissance par utilisation en raison de leur densité de charge élevée. De plus, les batteries et les cellules au lithium métal ont des durées de vie incroyables.

Ils peuvent durer bien au-delà d'une décennie et peuvent fonctionner à basse température. Cependant, les piles au lithium ne sont pas aussi populaires ou facilement disponibles que les piles zinc-carbone et alcalines en raison de leurs coûts de production élevés.

Néanmoins, les batteries et cellules au lithium métal peuvent produire des tensions comprises entre 1,5V et 3,7V. En tant que tels, les fabricants les emballent généralement dans des facteurs de forme plus petits.

Les batteries au lithium de plus grande taille présentent un risque d'instabilité plus élevé, mais nous pouvons toujours les utiliser dans des applications militaires.

Batterie à l'oxyde d'argent

Une collection de piles à l'oxyde d'argent de Maxell
Source :Piles à l'oxyde d'argent

Les piles à l'oxyde d'argent sont répandues au Japon mais pas tellement dans le reste du monde. Ils utilisent de l'oxyde d'argent pour leurs cathodes et du zinc pour leurs anodes. Bien qu'ils aient une densité énergétique élevée, ils sont assez chers. Nous pouvons attribuer cela au matériau cathodique (argent) nécessaire à leur fabrication. L'argent est un métal précieux. Ainsi, nous les utilisons principalement dans les conceptions de piles bouton où la quantité d'argent nécessaire est faible.

Batterie zinc-air

Piles bouton zinc-air
Source :Wikimedia Commons

De nombreuses personnes considèrent les piles zinc-air comme des alternatives acceptables aux piles à l'oxyde d'argent. Ils utilisent l'oxygène de l'air ambiant comme cathode tout en logeant l'anode à l'intérieur de la cellule électrique. En raison de leur haute densité d'énergie, ils conviennent particulièrement aux dispositifs médicaux tels que les prothèses auditives et les stimulateurs cardiaques. Incidemment, nous pouvons attribuer leur longue durée de vie à leur composition et à leur structure.

Batterie au mercure

Batterie au mercure
Source :Wikimedia Commons

La batterie au mercure (alias batterie/cellule à oxyde de mercure ou Ruben-Mallory) est une batterie non rechargeable qui utilise une réaction électrochimique entre l'oxyde mercurique et les électrodes de zinc dans un électrolyte alcalin. Ils ont une capacité supérieure à celle des batteries zinc-carbone et fournissent une sortie stable et fiable.

En règle générale, les piles au mercure se présentent généralement sous la forme de piles bouton. Ils étaient à la mode pendant la Seconde Guerre mondiale. Cependant, il est presque impossible de les trouver de nos jours. Cependant, en raison de la toxicité du mercure pour l'environnement et la santé humaine, de nombreux pays ont interdit leur vente.

Types de batteries secondaires :

• Pile alcaline rechargeable

Pile alcaline rechargeable
Source :Wikimedia commons

Le rechargeable La version des piles alcalines est la pile rechargeable la plus abordable. De plus, ils ont une longue durée de vie. Ils sont pratiques pour les applications à puissance modérée. Malgré leur courte durée de vie (par rapport aux autres batteries secondaires), elles sont toujours tendance. Parce qu'ils n'utilisent pas de matériaux toxiques, les utilisateurs peuvent les éliminer en toute sécurité dans des décharges régulières - tant que la réglementation locale le permet.

Nickel-Cadmium

Batterie nickel-cadmium
Source :Wikimedia Commons

Les batteries rechargeables au nickel-cadmium (Ni-Cd) sont très appréciées en raison de leur robustesse et de leur fiabilité. Ils ont une plage de température de fonctionnement variée et une longue durée de vie. De plus, et surtout, ils ont des capacités de puissance élevées. Cependant, ils ont tendance à avoir une faible autonomie par charge. Un autre inconvénient est leur taux d'autodécharge généralement élevé (30% par mois). Mais ce n'est pas un gros problème, étant donné qu'ils sont rechargeables.

Néanmoins, une autre caractéristique indésirable du Nickel Cadmium réside dans sa composition. Environ 15 % de la plupart des batteries Ni-Cd sont constituées de cadmium toxique et cancérigène. Ainsi, les consommateurs et les fabricants ne peuvent pas les jeter dans des décharges. Nous devons les recycler avec soin.

Nickel-Hydrure Métallique

Batterie au nickel-hydrure métallique
Source :Wikimédia Commons

Les batteries rechargeables au nickel-hydrure métallique (NiMH) sont une version améliorée des anciennes batteries au nickel-cadmium. Ils fournissent la même tension mais offrent jusqu'à 30 % de capacité en plus. De plus, ils ont d'excellentes capacités de courant élevé et de longues durées de vie.

Les batteries nickel-hydrure métallique peuvent décharger jusqu'à 40 % de leur charge chaque mois. Cependant, le taux d'autodécharge des batteries nickel-métal hydrure est malheureusement plus élevé que celui des batteries nickel-cadmium. Cependant, les batteries nickel-hydrure métallique sont toujours supérieures aux batteries nickel-cadmium car elles ne contiennent pas de cadmium toxique.

Néanmoins, ils contiennent encore de grandes quantités d'oxydes de nickel et des traces de cobalt. Ceux-ci peuvent être cancérigènes pour les organismes mammifères. Par conséquent, vous devez recycler les batteries nickel-métal hydrure avec précaution.

Batterie lithium-ion

batteries lithium-ion pour téléphones portables

Les batteries rechargeables au lithium-ion (Li-ion) sont le plus récent type de batterie secondaire. Généralement, ils sont 30 % plus légers que le nickel-hydrure métallique. De plus, ils fournissent au moins un tiers de plus de batteries au nickel-cadmium.

Les batteries lithium-ion ont d'excellentes capacités de courant élevé. De plus, ils ont de longues durées de vie. De plus, ils ont un taux d'auto-décharge de 20% par mois. Ainsi, nous pouvons supposer que les batteries lithium-ion sont supérieures aux batteries à base de cadmium à presque tous les égards. Cependant, ils ne sont pas aussi robustes. Par exemple, les batteries lithium-ion sont susceptibles de surchauffer, ce qui peut provoquer des incendies.

De plus, bien qu'elles soient exemptes de cadmium toxique, la plupart des batteries lithium-ion contiennent encore des traces d'oxydes de cobalt et d'oxydes de nickel. Encore une fois, ces produits chimiques sont cancérigènes et destructeurs pour la santé humaine. Ainsi, vous devez éliminer et recycler les batteries lithium-ion avec soin.

Batterie au plomb

Les batteries au plomb font généralement partie du système électrique d'un véhicule à moteur

Les batteries au plomb sont les types de batteries rechargeables les plus recherchées au monde. Ceci est principalement dû à leur fiabilité et à la faisabilité financière de leur production. Néanmoins, ils ne sont pas très portables car ils ont tendance à être volumineux, lourds et surdimensionnés. De plus, le plomb est un composé chimique cancérigène hautement toxique.

Par conséquent, nous ne devons pas jeter les batteries au plomb dans les décharges et décharges ordinaires. Les fabricants recyclent et réutilisent les anciennes batteries plomb-acide mortes et endommagées pour produire de nouvelles batteries plomb-acide.

Pourquoi tous les types de piles ne sont-ils pas rechargeables ?

Image vectorielle de charge de batterie

Lorsque nous rechargeons une batterie secondaire, non seulement nous forçons les électrons à retourner dans la tempête, mais nous ramenons les matériaux chimiques à l'intérieur de la batterie à leur état de charge initial. Lorsque les fabricants créent des batteries primaires, ils assemblent les matériaux dans un état chargé. L'utilisation de la charge dans une batterie primaire reconfigure en permanence les matériaux qu'elle contient. Après le processus de reconfiguration, il ne peut pas retenir une autre commande.

D'autre part, les batteries secondaires activent une réaction chimique pour produire une charge et reviennent à leur état d'origine par recharge. Bien sûr, ils doivent utiliser certains matériaux et produits chimiques compatibles avec ces changements.

Applications de batterie

Homme vérifiant une batterie de voiture

Certaines des applications les plus courantes pour les batteries incluent :

• Alarmes
• Circuits de communication
• Horloges
• Télécommandes
• Stimulateurs cardiaques
• Appareils auditifs
• Casques sans fil
• Véhicules à moteur
• Périphériques informatiques sans fil (claviers et souris)
• Appareils de jeu portables (Game boys)
• Montres connectées

Comment choisir une batterie ?

Femme tenant une pile de différents types de piles

Maintenant que vous connaissez tous les types de batteries disponibles, vous devez décider lequel convient le mieux à votre projet. Lorsque les gens choisissent des batteries, ils ont tendance à équilibrer le coût et les performances. Cependant, il existe d'autres spécifications que vous devriez considérer. Ceux-ci incluent :

• Type de batterie : Primaire (non rechargeable) ou secondaire (rechargeable)
• Capacité : La quantité d'énergie/électricité qu'une charge peut décharger d'une batterie. Nous dénotons généralement cela en utilisant amp-hr. Par exemple, une batterie de 500 mAh peut décharger un milliampère par heure.
• Durée de conservation : La durée pendant laquelle une batterie peut conserver sa charge lorsqu'elle est inutilisée.
• Température de fonctionnement de la batterie : Dépeint la température d'une batterie lorsque vous l'utilisez ou la rechargez. Par conséquent, cette spécification vous aidera à déterminer si vous avez besoin d'un dissipateur thermique ou d'un refroidisseur pour votre batterie.
• Taux de recharge : Décrit la vitesse à laquelle une batterie rechargeable peut se recharger
• Autonomie de la batterie : Décrit le nombre de fois que nous pouvons recharger et décharger une batterie secondaire. Alternativement, nous pouvons l'utiliser pour indiquer combien de temps nous pouvons utiliser une batterie primaire.

Conclusion

Il n'existe pas de solution de batterie unique sur le marché pour tous les appareils portables fonctionnant sur batterie. Étant donné que les appareils électroniques sont de toutes formes, tailles et robustesses, ils nécessitent une source d'alimentation la mieux adaptée à leurs besoins d'espace et de charge. Ainsi, il existe une variété de batteries avec leurs avantages et leurs inconvénients. Le guide ci-dessus l'a mis en évidence en présentant tous les types de batteries actuellement disponibles. N'oubliez pas de jeter et de recycler les piles usagées avec soin. Néanmoins, nous espérons que vous avez trouvé ce guide utile. Comme toujours, merci d'avoir lu.