Les batteries, ou piles sèches, fonctionnent en connectant, via un circuit, un matériau qui veut donner des électrons à un autre matériau qui en manque. Ceux-ci sont appelés respectivement un réducteur ou un agent réducteur et un oxydant ou un agent oxydant. Le processus est l’une des nombreuses réactions d’oxydoréduction qui incluent la rouille du fer et le blanchiment des vêtements.
Lorsqu’un oxydant et un réducteur se rencontrent, des réactions chimiques se produisent dans les deux et des électrons sont transférés. Le transfert d’électrons crée un courant continu (DC). Dans les batteries typiques, c’est 1.5 volts.
L’un des premiers oxydants à être étudié en détail était l’oxygène élémentaire. L’oxygène gagne des électrons d’autres substances telles que le fer, provoquant l’oxydation du matériau. Lorsque le fer s’oxyde, il se lie aux molécules d’oxygène pour créer de l’oxyde de fer ou de la rouille. Il existe de nombreux autres oxydants, notamment le brome, le chlore et le fluor. Dans les batteries conventionnelles, la poudre de dioxyde de manganèse est utilisée comme oxydant, se transformant en oxyde de manganèse lorsqu’elle est épuisée.
Le terme réducteur vient de la métallurgie et fait référence à une réaction chimique au cours de laquelle une substance perd des électrons. La transformation chimique est celle d’un oxyde, comme l’oxyde de fer, en un non-oxyde, comme le fer. Ce processus chimique a longtemps été utilisé pour transformer les minerais en métaux purs, et est ainsi nommé parce que la réaction fait perdre de la masse à l’échantillon. Dans les batteries classiques, le réducteur est en zinc.
Une batterie ressemble à une seule chose, mais c’est en fait deux : un oxydant et un réducteur placés l’un près de l’autre et séparés par une barrière. Chacun est connecté à une électrode, appelée positive et négative, selon la substance à laquelle elle correspond. Lorsque le circuit entre l’électrode positive et négative est terminé, les électrons circulent et continuent de circuler jusqu’à ce que l’équilibre soit atteint.
Habituellement, ces alimentations sont connectées à une charge externe, qui tire son énergie du courant d’électrons. Parfois, le courant continu est connecté à un alternateur, qui le convertit en courant alternatif (AC), qui est le type d’électricité utilisé par nos appareils électroménagers. Les batteries n’ont pas été fondamentalement modifiées depuis leur invention, et elles constituent un point faible notable pour le domaine de l’électronique, dans lequel les augmentations prix-performances sont historiquement exponentielles.