En raison d'une forte demande, il est possible d'utiliser une large gamme d'accumulateurs et de batteries de formes, tailles, capacités, méthodes d'alimentation et d'évacuation des substrats et produits des réactions électrochimiques, ainsi que des matériaux variés. Parmi les piles primaires, les plus populaires restent les piles zinc-carbone et alcalines. Ce sont des piles primaires, à usage unique. Un autre type, de plus en plus populaire, est celui des accumulateurs, c’est-à-dire des batteries rechargeables. Parmi eux, on trouve les accumulateurs au plomb-acide, nickel-cadmium, nickel-hydrure métallique ou lithium.
Classification selon le mode de fonctionnement
Selon leur mode de fonctionnement, les piles électrochimiques se divisent en trois groupes principaux : 1. Piles de premier type (primaires) : caractérisées par le fait que leur fonctionnement ne dépend pas d'une charge préalable à partir d'une source de courant externe. Leur fonctionnement repose uniquement sur des réactions électrochimiques irréversibles dont on ne peut changer la direction. À l'issue de la transformation complète des réactifs, la pile se décharge et devient inutilisable. Les piles primaires comprennent les populaires piles alcalines et zinc-carbone. 2. Piles réversibles : fonctionnent à l'inverse des piles primaires – elles peuvent être rechargées. Le courant électrique circulant lors de ce processus à partir d'une source d'alimentation externe transforme les produits issus de la décharge à nouveau en substrats prêts à être réutilisés. L'énergie électrique se transforme en énergie chimique. Un exemple de pile rechargeable est l'accumulateur au plomb-acide. 3. Piles à combustible : dans lesquelles se produit le processus d'oxydation du carburant. Ce processus se déroule avec un apport continu des substrats et une élimination des produits des réactions électrochimiques.
Classification selon l’utilisation
1. Miniatures : utilisées dans des appareils électriques et électroniques portables, ainsi que dans des jouets ou des appareils domestiques. 2. Industrielles : destinées uniquement à des fins industrielles, professionnelles ou utilisées dans des véhicules électriques. 3. Automobiles : utilisées pour le démarrage – initier l’allumage – et pour alimenter l’installation électrique des véhicules.
Construction et composition des piles
Les matériaux constituant la batterie sont des éléments qui, par réactions chimiques, provoquent la formation d’électrons, comme dans le cas de la réaction du plomb et de l'oxyde de plomb (IV) avec l’acide sulfurique (VI) dans les accumulateurs plomb-acide. Pour assurer la conduction ionique, l’électrolyte fait partie de la batterie. C’est une solution contenant des sels composés d’ions transporteurs de charge électrique, ainsi qu’un solvant dans lequel ils sont dissous. Un exemple en sont les piles zinc-carbone, où l’électrolyte est une solution aqueuse de chlorure de zinc. Dans les piles alcalines zinc-manganèse, il s’agit d’une solution à 30 % d’hydroxyde de potassium. Afin de stabiliser l’électrolyte et les réactifs mentionnés, les piles comprennent des matrices qui servent également de collecteurs de charge électrique.
Accumulateurs plomb-acide
Dans les accumulateurs au plomb-acide, les masses actives des réactifs sont placées sur des grilles en alliages de plomb. Ces grilles jouent le rôle de support, c’est-à-dire la matrice mentionnée précédemment, de masse active et de collecteur de charge électrique. Pour éviter un court-circuit entre les électrodes de signe électrique opposé, les réactifs de l’anode sont séparés de la cathode par un séparateur. Celui-ci est fabriqué en matières plastiques, comme par exemple le polyéthylène, ou en dérivés spéciaux de cellulose. Tous ces éléments, avec les sorties des contacts électriques et le système d’étanchéité, sont assemblés dans un boîtier.
Recyclage et élimination
Pour une gestion rationnelle des ressources, une partie des matériaux utilisés dans les piles devrait être recyclée. Cependant, comme pratiquement toutes les batteries contiennent des substances toxiques pouvant contaminer l’environnement, cela est très complexe. Conformément à la Directive 2006/66/ concernant les piles et accumulateurs et les déchets de piles et accumulateurs, abrogeant la directive 91/157/CEE, ainsi qu’à la loi polonaise du 24 avril 2009 sur les piles et accumulateurs (Dz.U. 2009, n° 79, pos. 666), les piles et accumulateurs classés comme déchets dangereux doivent être traités pour leur élimination, et si possible, pour le recyclage. Le déchet le plus facile à récupérer des batteries est le boîtier en acier, qui peut être recyclé sans trop de difficultés. Les substances restantes utilisées dans les batteries peuvent pénétrer dans les eaux souterraines, le sol ou l'atmosphère, causant une pollution de l'écosystème qui peut être tragique pour les humains. C’est pourquoi il est très important de jeter les batteries dans des conteneurs spécialement adaptés à cet effet. De là, les services responsables les récupèrent et assurent leur élimination sécurisée. Bibliographie : 1. J. Garche, Encyclopedia of electrochemical power sources, Elsevier 2009. 2. A. Czerwiński, Accumulateurs, batteries, piles, WKŁ, Varsovie 2005. 3. Directive 2006/66/ concernant les piles, accumulateurs et déchets de piles et accumulateurs, abrogeant la directive 91/157/CEE. 4. Loi du 24 avril 2009 sur les piles et accumulateurs (Dz.U. 2009, n° 79, pos. 666). 5. G. Pistoia, Used battery collection and recycling, Elsevier, 2001. 6. D.C.R. Espinosa, A.M. Bernardes, J.A.S. Tentório, J. Power Sources 2006, 135, 311. 7. Z. Rogulski, A. Czerwiński, J. Power Sources 2006, 159, n° 1, 454.
