Les Batterie Organique

Sommaire

Introduction p 3

I- Fonctionnement p 4

1) Recherches et explications

2) Expériences

3) Graphiques et interprétations

II- Projets en développement p 8

1) Les projets de batteries organiques

2) Applications éventuelles dans les technologies de pointe

3) Applications éventuelles dans l’industrie

III- Développement durable p12

1) Environnement

2) Fiabilité

3) Rendement

Conclusion p16

Bibliographie p17

Fiches de Synthèse p19

Introduction :

L’utilisation quotidienne de l’électricité est très récente, elle a connu son essor au début du XXe siècle. Néanmoins, des archéologues ont découvert récemment des mécanismes semblables à des piles, datant de 250 avant J-C ! Situés à Bagdad, ces mécanismes dont l’emploi demeure inconnu fonctionneraient à base de jus de fruits. C’est en 1800 qu’Alessandro Volta inventa la pile à colonne capable de produire de l’électricité de manière prolongée. Au cours du XXe siècle, l’accumulateur d’énergie, plus communément appelé batterie, est inventé. C’est un dispositif visant à stocker de l’électricité et à la refournir. Bien plus pratiques que les piles car elles sont rechargeables, les batteries se sont développées dans le marché sous différentes formes et pour de multiples usages (appareils électroniques, automobiles…). Aujourd’hui, la plupart des batteries fonctionnent à base de Lithium, un métal extrait de plusieurs minéraux. Il n’est donc pas disponible à l’état naturel. On trouve actuellement 50% des ressources naturelles en Bolivie et environ 27% en Chine. Ces batteries sont universelles et fonctionnent sur la grande majorité des appareils électroniques dans le monde. Néanmoins, leur production se heurte à un problème environnemental : ce métal est particulièrement polluant, et les ressources terrestres s'épuisent très rapidement. Des chercheurs tentent de concevoir des projets alternatifs à cette batterie. Parmi eux, la batterie organique semble être l’un des plus prometteurs : économique, écologique, puissante et simple à fabriquer, elle est prisée par de nombreux industriels. Cette alternative provoque un grand intérêt puisqu’il s’agirait de reprendre un modèle vieux de 2250 ans ! Quelles sont les caractéristiques de la batterie organique qui font d’elle une alternative viable aux batteries lithium-ion ? Nous passerons en revue le fonctionnement de la batterie, ses particularités qui favorisent la protection de l’environnement et ses potentielles utilisations.

Frise historique des avancées en matière de batteries :

Deux batteries classiques au Lithium-Ion :

Partie I : Fonctionnement

1) Recherche et explications

En général, les batteries fonctionnent à partir d’un mécanisme d’oxydoréduction. Lors de cette réaction, les ions ou atomes appelés « réducteurs » laissent s’échapper un ou plusieurs électrons. Parmi eux figurent le cuivre (Cu), l’ion fer II (Fe2+) et le Zinc (Zn). Des ions, appelés « oxydants », les récupèrent et forment des atomes complets ou d’autres ions, comme l’ion cuivre (Cu(aq)2+ ) et l’ion fer III (Fe3+). Cette réaction d’oxydoréduction se fait généralement dans un milieu acide, riche en ions H+, qui peuvent jouer le rôle d’oxydant. Le courant est constitué de ces électrons pendant leur passage du réducteur, qui fait office de borne négative, à l’oxydant, qui joue le rôle de borne positive.

Dans une matière organique, l’oxydoréduction est rendue possible par la présence naturelle d’acide, comme l’acide ascorbique pour le citron. Celui-ci, riche en ions H+, fournit déjà un oxydant, il suffit donc d’y ajouter un réducteur pour créer une batterie organique.

2) Expériences

Afin de prouver qu’il est possible de produire de l’électricité avec des matières organiques, nous avons réalisé des expériences visant à créer une réaction d’oxydoréduction avec des végétaux. Nous avons planté une lamelle de cuivre et une de zinc dans plusieurs citrons, créant ainsi un circuit. Le zinc sert de réducteur, et le cuivre joue le rôle de conducteur, pour permettre aux électrons de passer du circuit électrique au citron. Les ions H+ présents dans le citron jouent le rôle d’oxydants. L’énergie de deux citrons branchés en série a permis d’allumer une diode électroluminescente (LED) et un appareil électrique (une petite horloge) photographié.

Ci-dessous, nous montrons la photographie de notre expérience. La pile à citrons que nous avons fabriquée nous-mêmes et que nous vous présenterons n’est qu’une des nombreuses formes de la batterie organique et son fonctionnement reposant sur l’acide n’est qu’une possibilité. Il existe d’autres méthodes de production d’énergie par des matières organiques, que nous développerons plus tard.

Par la suite, afin de déterminer l’importance de l’acide présent dans les végétaux pour la création d’électricité, nous avons réitéré l’expérience dans des milieux aqueux plus ou moins acides.

Photographie de la Pilacitron déployée.

Il s’avère que les tensions sont faibles, de l’ordre de 0,9 volts par citron ce qui est environ égal à la différence de potentiel d’oxydoréduction entre Zn et Cu : Zn = -0,76V et Cu = +0,34V. De plus, nous avons remarqué que l’horloge reste allumée très longtemps : les citrons semblent avoir une grande capacité de stockage tout en ayant un faible potentiel électrique.

3) Graphiques et interprétations.

Les résultats des expériences n’étant pas suffisamment précis, nous ne pouvions en tirer des interprétations justes. En effet les variations des potentiels électriques ne se faisaient pas ressentir avec nos appareils de mesure. On peut donc appliquer une formule

...