Les batteries sont des systèmes qui stockent de l'énergie chimique puis la libèrent sous forme d'énergie électrique lorsqu'elles sont connectées à un circuit. Les batteries peuvent être fabriquées à partir de nombreux matériaux, mais elles partagent toutes trois composants principaux: une anode métallique, une cathode métallique et un électrolyte entre elles. L'électrolyte est une solution ionique qui permet à la charge de circuler à travers le système. Lorsqu'une charge, telle qu'une ampoule, est connectée, une réaction d'oxydoréduction se produit qui libère des électrons de l'anode tandis que la cathode gagne des électrons (voir référence 1).
Les batteries peuvent être remarquablement simples. Les pommes de terre contiennent suffisamment d'acide phosphorique pour agir comme électrolyte et vous pouvez les utiliser pour fabriquer une simple batterie basse tension. À faire une batterie de pommes de terre, vous aurez besoin d'un morceau de zinc, tel qu'un clou zingué, et d'un morceau de cuivre, tel qu'un fil de cuivre ou un sou. Collez les deux éléments dans la pomme de terre et attachez-les à ce que vous voulez alimenter, comme une horloge ou une lumière LED. Le zinc agit comme l'anode, le cuivre agit comme la cathode et vous avez une batterie. Il fonctionnera également avec l'acide citrique dans un citron (voir références 2 et 5).
Vous n'avez pas besoin de produire pour faire une simple batterie. L'une des premières batteries, inventée par Alessandro Volta, est la pile voltaïque. Il s'agit d'un empilement de feuilles de zinc et de cuivre alternées séparées par du papier trempé dans de l'eau salée ou du vinaigre, créant une série de fines cellules de batterie. La connexion des fils du haut et du bas de la pile à une charge complète le circuit. La tension produite est limitée car le poids de la pile peut éventuellement faire sortir l'électrolyte d'entre les couches les plus basses (voir références 3 et 5).
Si vous avez besoin de plus de tension, fabriquez une cellule de Daniell, inventée par John Fredric Daniell. Une cellule de Daniell est constituée d'une bande de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre et d'une bande de zinc dans une solution de sulfate de zinc. Un pont salin relie les deux solutions électrolytiques. Les cellules peuvent être reliées entre elles en série pour des tensions plus élevées. Comme pour les autres piles simples, le zinc perd des électrons tandis que le cuivre en gagne (voir références 4 et 5).
Les batteries disponibles dans le commerce utilisent une variété de métaux et d'électrolytes. Les anodes peuvent être en zinc, aluminium, lithium, cadmium, fer, plomb métallique, lanthanide ou graphite. Les cathodes peuvent être constituées de dioxyde de manganèse, d'oxyde mercurique, d'oxyhydroxyde de nickel, de dioxyde de plomb ou d'oxyde de lithium. L'hydroxyde de potassium est l'électrolyte utilisé dans la plupart des types de batteries, mais certaines batteries utilisent du chlorure d'ammonium ou de zinc, du chlorure de thionyle, de l'acide sulfurique ou des oxydes métalliques lithiés. La combinaison exacte varie selon le type de batterie. Par exemple, les piles alcalines à usage unique courantes utilisent une anode en zinc, une cathode en dioxyde de manganèse et de l'hydroxyde de potassium comme électrolyte (voir référence 6).