Piles électriques

Les Piles Electriques : De Volta aux piles alcalines
La première pile : la pile Volta (1800)
Description :
A l’origine du terme PILE
Empilement alterné de disques de Cuivre,
de Zinc et de tissu imbibé de sel (NaCl)
ou d’acide (H3O+)
Similaire au citron vu en TP…
Réaction
Réactions
ons :
Cuivre
2e − + 2H3O + →H2 + 2H2O
2e − + 2H2O →H2 + 2HO−
Tissu
(Solution)
Zn
Gaz H2
2+
e-
Zn → Zn 2 + + 2e −
Zinc
Inconvénients
Inconvénients :
Possibilité d’atteindre
plusieurs Ampères avec
des piles de plusieurs
dizaines ou centaines
d’empilements
Consomme du Zinc à l’anode, mais ce
n’est pas gênant,
Dépôt de H2 à la cathode qui empêche le
courant de passer, il faut nettoyer les
électrodes très régulièrement
Première amélioration significative : La pile de Daniell
Daniell (1836)
e−
Description :
Association de deux ½ piles séparées par un pont
salin ou une paroi poreuse (intestin de bœuf ou
vase poreux par exemple)
Similaire aux piles vues en TP…
Réactions :
2+
−
Anode (Zinc) : Zn → Zn + 2e
L’anode est consommée lors de l’utilisation
Augmentation de la concentration Zn 2 + 


2+
−
Cathode (Cuivre) : Cu + 2e → Cu
Du cuivre s’accumule sur la cathode
Diminution de la concentration Cu 2 + 


Inconvénients
Inconvénients :
Encore quelques produits parasites à la cathode
Le Zinc s’oxyde spontanément dans l’eau
Avantage :
Moins besoin de laver les électrodes,
-
V
+
Cu
Zn
Zn 2+
Disparition
du Zinc (s)
Cu 2+
Pont salin
Accumulation
de Cuivre (s)
La pile de Leclanché (=
(= pile Saline ou pile sèche,
sèche, 1866)
1866)
Description :
Bouton métallique (+)
Principe similaire, composants différents :
- Zn / ZnCl2, NH4Cl / MnO2, C +
Tige en Charbon (Carbone)
Cathode +
(C)
Avantages :
Dioxyde de Manganèse MnO2
Remplacement de la cathode par du charbon +
dioxyde de manganèse (MnO2), ce qui élimine
les produits parasites, plus besoin de laver…
Electrolyte : Pâte de Chlorure
de Zinc et d’Ammonium
(ZnCl2 et NH4Cl) SALINE
Utilisation d’électrolytes solides ou pâteux, sans
ions HO- ou H3O+ du coté du Zinc, qui ne se
consomme plus spontanément.
Coque en Zinc (Zn)
Anode Dessous métallique (-)
Ne s’use que quand on l’utilise
La pile alcaline
Description :
E0 (V) à 25°C
Même Principe, en modifiant l’électrolyte : KOH
(Anode) - Zn / KOH / MnO2 + (Cathode)
F2
Zinc / Hydroxyde de Potassium KOH / Dioxyde de Manganèse MnO2
MnO 4−
Avantages :
MnO 4−
Au 3 +
Cl 2
Courant plus intense,
Durée de vie accrue
MnO 2
O2
Les piles au Lithium
Description :
Même principe, Anode remplacée par du lithium
En général :
Li / MnO2 ou Li / SOCl2
Les piles à combustible (Hydrogène / Méthanol / …)
Description :
La réaction se fait sur un catalyseur (Platine, très cher…)
Hydrogène (H2)
Réaction Anode :
H2 2H+ + 2eRéaction Cathode :
O2 + 4H+ 4e- + 2H2O
Hg
Hg
+0,85V
2−
3
3+
Air ou O2
H+
Eau (H20)
+ Azote (N2)
Anode (Pt)
Cathode (Pt)
Electrolyte
NO
Fe
−
2
+1,23V
+0,96V
+0,84V
+0,77V
Cu 2+
SO 42 −
Cu
SO 2
+0,34V
H+
H2
+0,00V
Pb
Sn
Fe
Zn
Al
Mg
Na
-0,13V
K+
K
-2,92V
Li +
Li
-3,02V
Pb
Sn 2+
Fe 2+
Zn 2+
3+
+
+1,36V
2+
NO
−
3
2+
2+
Utilisation de combustibles stockés séparément, tels
l’hydrogène, le méthanol, et de l’oxygène de l’air
Cl −
+1,23V
Fe
Ox
Mn 2+ +1,51V
Au
+1,50V
Mn
H 2O
NO
NO
Tension plus importante (voir échelle des potentiels)
+2,87V
F−
MnO 2 +1,69V
Al
Mg 2+
Na
+
+0,17V
-0,14V
-0,44V
-0,76V
-1,66V
-2,37V
-2,71V
Réd