Un livre qui couvre presque tout sur les batteries
Toute personne ayant un niveau de chimie équivalent à celui du lycée peut le comprendre.

« L'histoire des batteries secondaires pour les débutants », qui couvre presque tout sur les batteries, a été écrite par Taku Shiraishi, un célèbre écrivain scientifique japonais, et a été soigneusement relue par le Dr Chi-Hwan Han de l'Institut coréen de recherche sur l'énergie, qui a complété les informations sur la situation coréenne.
Ce livre contient plusieurs équations chimiques, essentielles à la compréhension des piles chimiques, qui génèrent de l'électricité par le biais de réactions chimiques.
Mais il n'y a pas lieu d'avoir peur à l'avance.
Les formules simples sont de niveau collège, et les formules difficiles peuvent être comprises avec des connaissances en chimie de niveau lycée.
Les batteries secondaires deviennent une source de revenus aussi importante que les semi-conducteurs, notamment pour notre pays ; l'intérêt qu'elles suscitent est donc forcément élevé.
« L’histoire des batteries secondaires pour les débutants » répondra non seulement aux questions fondamentales sur les batteries secondaires, mais servira également de base au développement en Corée de batteries secondaires supérieures qui surpasseront les batteries secondaires existantes.

Il existe de nombreux autres types de batteries, outre les batteries lithium-ion et les piles sèches.
Les batteries peuvent tout d'abord être classées en batteries chimiques et batteries physiques selon leurs principes de base.
Une pile chimique est un dispositif qui génère de l'électricité par le biais d'une réaction chimique.
Les piles sèches et les batteries lithium-ion appartiennent à la catégorie des batteries chimiques.

Les piles chimiques peuvent être classées en piles primaires, piles secondaires et piles à combustible.
Les piles primaires sont des piles jetables qui cessent de fonctionner une fois leur capacité épuisée et doivent être jetées une fois la décharge terminée.
Les télécommandes et les horloges utilisent généralement des piles primaires telles que les piles alcalines au manganèse.
Bien sûr, certaines personnes utilisent des batteries secondaires telles que les batteries nickel-métal-hydrure.
Une batterie secondaire est une batterie qui peut être rechargée et réutilisée plusieurs fois après avoir été complètement déchargée. On l'appelle aussi batterie rechargeable ou batterie d'accumulateurs.
Les batteries lithium-ion sont des batteries secondaires.

--- p.19-20

Les batteries chimiques peuvent être classées en plusieurs types selon l'appareil et les conditions d'utilisation.
Il existe quatre types de piles cylindriques que nous utilisons couramment : D, C, AA, AAA et N.
Outre les piles primaires telles que les piles au manganèse et les piles alcalines au manganèse, les piles cylindriques comprennent également les piles secondaires telles que les piles nickel-cadmium (piles Ni-Cd), les piles nickel-hydrogène et les piles lithium-ion.
Parmi les piles, il existe aussi des piles rectangulaires qui sont plus grandes que les piles cylindriques.
Les piles carrées sont également appelées piles empilées car elles contiennent plusieurs piles connectées en série.
La tension d'une pile est de 1,5 V, donc la tension d'une pile carrée constituée de six piles connectées est de 9 V.
Les piles carrées sont principalement utilisées dans les appareils nécessitant une haute tension, tels que les outils électriques et les voitures télécommandées.
Les piles carrées comprennent les piles au manganèse, les piles alcalines au manganèse et les piles nickel-métal hydrure.

--- p.24

Dans une pile voltaïque, la plaque de zinc est la cathode et la plaque de cuivre est l'anode.
Pourquoi deux métaux, une cathode et une anode ? Parce que les ions zinc s’ionisent plus facilement que les ions cuivre.
Cela s'explique par le fait que la tendance à l'ionisation, c'est-à-dire le degré auquel le métal se dissout dans une solution et devient un cation, est élevée.
Les tendances d'ionisation des principaux métaux sont résumées dans le tableau 1-2, et les tendances d'ionisation sont également expliquées en détail à la page 40.
Cependant, la véritable raison pour laquelle le courant circule dans une pile voltaïque n'est pas la différence de tendances à l'ionisation du zinc et du cuivre, mais la différence de tendances à l'ionisation des trois éléments : zinc, cuivre et hydrogène.
Le cuivre a une tendance à s'ioniser plus faible que l'hydrogène, il est donc pratiquement insoluble dans l'acide sulfurique dilué.
Par ailleurs, le zinc a une plus grande tendance à s'ioniser que l'hydrogène ; ainsi, lorsqu'il est placé dans de l'acide sulfurique dilué, il se dissout et se transforme en ions zinc, et du gaz hydrogène est généré à la surface du zinc.
Par conséquent, lorsque des plaques de zinc et de cuivre sont placées dans de l'acide sulfurique dilué, le zinc se dissout et le cuivre reste intact.
Et si vous reliez ces deux éléments par un fil, vous obtenez une pile voltaïque.
--- p.39

Comme leur nom l'indique, les piles alcalines au manganèse présentent de nombreuses similitudes avec les piles au manganèse.
Par exemple, le matériau actif négatif est le zinc et le matériau actif positif est le dioxyde de manganèse, ce qui est identique à une pile sèche au manganèse.
La tension nominale (force électromotrice) est également de 1,5 V pour les deux.
Cependant, la structure de la cathode et de l'anode est exactement l'inverse de celle d'une batterie au manganèse.
Dans les piles alcalines au manganèse, un boîtier métallique tel que du fer sert de collecteur de courant pour l'électrode positive, et à l'intérieur se trouve un mélange de dioxyde de manganèse, qui est le matériau actif de l'électrode positive, et de poudre de carbone sous forme de granulés.
Le matériau actif négatif est un mélange gélatineux de poudre de zinc et d'un agent dépolarisant qui empêche la génération d'hydrogène.
Ce matériau actif négatif est placé à l'intérieur du séparateur, qui est imprégné d'électrolyte.
De plus, une tige en laiton se trouve au centre ; il s’agit du collecteur de courant négatif.
Bien entendu, la tige en laiton est l'électrode négative et n'est pas connectée à la borne positive de la batterie (Figure 2-3).
Ainsi, la pile alcaline au manganèse possède une structure qui inverse l'intérieur de la pile au manganèse.

--- p.82-83

Le principal inconvénient des batteries NiCd est qu'elles utilisent du cadmium, une substance nocive pour le corps humain, comme électrode.
C’est la forte concentration de cadmium dans les eaux usées des mines qui a provoqué la « maladie d’Itai-itai », l’une des maladies liées à la pollution qui ont secoué le Japon dans les années 1960.
Edison a mis au point la batterie nickel-fer pour éviter d'utiliser du cadmium, un métal nocif.
En plus d'être nocives pour le corps humain, les batteries nickel-cadmium présentent également les inconvénients suivants : effet mémoire, autodécharge importante et risque d'emballement thermique.
L'emballement thermique est le terme anglais désignant un phénomène dans lequel la chaleur engendre une génération de chaleur, rendant impossible le contrôle de la température et provoquant une surchauffe anormale.
--- p.136

Lorsque vous arrêtez de décharger et de recharger une batterie secondaire alors qu'il lui reste encore une certaine capacité, la tension peut chuter subitement même s'il reste une capacité utilisable.
C’est ce qu’on appelle l’effet mémoire, un phénomène qui donne l’impression que la capacité a diminué.
En particulier, si les cycles de charge et de décharge sont répétés tout en conservant une certaine capacité, l'effet mémoire devient perceptible autour de cette capacité.
On l'appelle « mémoire » car il semble que la batterie se souvienne de la dernière fois qu'elle a été chargée.

Cependant, l'effet mémoire ne se produit pas dans toutes les batteries secondaires.
Parmi les principales batteries secondaires, on le rencontre le plus fréquemment dans les batteries nickel-cadmium, mais aussi dans les batteries nickel-hydrure métallique.
En revanche, l'effet mémoire est quasiment inexistant dans les batteries lithium-ion et ne se produit pas du tout dans les batteries au plomb-acide.

--- p.193

Outre les batteries lithium-ion, il existe diverses batteries qui utilisent du lithium ou des alliages de lithium comme électrodes.
Tout d'abord, si l'on classe les batteries au lithium selon le principe de la réaction de la batterie, on peut les diviser en batteries lithium-ion qui utilisent un alliage de lithium comme électrode positive et en batteries au lithium métal qui utilisent du lithium métal (ou un alliage de lithium) comme électrode négative.
Les piles au lithium métal sont également appelées simplement piles au lithium et sont généralement des piles primaires, mais il existe aussi des piles secondaires qui utilisent des alliages de lithium comme cathodes.
Il y a une raison pour laquelle le lithium est si populaire comme matériau d'électrode.

--- p.214

L’étude de l’histoire des batteries lithium-ion révèle que le développement de méthodes pour faire face aux incendies et aux explosions a constitué un sujet de recherche majeur.
Les causes des accidents peuvent être globalement divisées en causes mécaniques et électrochimiques.
Les causes mécaniques incluent les chocs violents, les chutes, les rayures et les dysfonctionnements de l'appareil, tandis que les causes électrochimiques incluent la décharge excessive, la surcharge, le stockage à long terme et une utilisation incorrecte.
Une utilisation incorrecte comprend, par exemple, l'insertion de piles à l'envers sans respecter les marquages ​​positif et négatif, le branchement de piles neuves et usagées, ou le branchement de types de piles différents.
Cependant, la plupart des batteries secondaires, y compris les batteries lithium-ion, ne peuvent éviter les effets de la chaleur car la décharge elle-même est une réaction exothermique.
Par conséquent, le contrôle de la température et la prévention de l'emballement thermique de la batterie sont très importants.
À titre de référence, les batteries NiCd et NAS présentent des réactions exothermiques lors de la décharge, tandis que les batteries nickel-hydrure métallique sont endothermiques lors de la décharge et exothermiques lors de la charge.
--- p.261

Les recherches sur les batteries secondaires de nouvelle génération explorent un large éventail de possibilités, ce qui explique le grand nombre de batteries candidates.
Les principales améliorations de performance qui sont tentées sont résumées dans la figure 5-1, en utilisant les véhicules électriques comme exemple.
Les sujets de recherche de chaque élément sont principalement divisés en trois domaines : électrolyte, anode et cathode.
Si nous devions choisir les cinq batteries secondaires de nouvelle génération les plus prometteuses actuellement à l'étude, ce seraient ① les batteries tout-solide, ② les batteries lithium-soufre, ③ les batteries métal-air, ④ les batteries sodium-ion et ⑤ les batteries multi-ions.
Mais il existe de nombreuses autres batteries remarquables, il est donc difficile de dire laquelle dominera le monde à l'avenir.

--- p.282