La pile électrique

La pile électrique

La pile constitue ce qu’on appelle un système électrochimique, c’est-à-dire qu’elle consiste en un système chimique produisant un courant électrique, en débitant des électrons. Pour qu’une pile existe, deux pôles sont nécessaires afin de la rendre fonctionnelle: un qui produit des électrons, l’autre qui les consomme. Comme vous le savez sans doute, il est nécessaire d’avoir une différence de potentiel entre deux points pour qu’un courant apparaisse. Pour y arriver, on se doit d’utiliser deux matériaux de potentiels différents pour réaliser les pôles de la pile.

OXYDORÉDUCTION

Quand on parle de réaction d’oxydation, cela implique le déplacement d’électrons. On peut très bien exploiter la réaction d’oxydoréduction pour produire un courant électrique. Et les piles fonctionnent selon ce principe. Pour bien illustrer le tout, prenons l’exemple d’une pile Zn – Cu 2+ : l’électrode de zinc se nomme anode. C’est à cette place que se produit la réaction d’oxydation. Chaque atome de Zn perd 2 électrons et devient donc Zn2+. Les électrons empruntent le fil électrolytique se dirigent vers la cathode, électrode de Cu. Les ions Zn2+ formés choisissent de se rendre ensuite par le pont électrolytique et vont vers la solution cathodique. Le Zn est oxydé à cause de son faible potentiel de réduction ( – 0,76 V ), comparativement au Cu ( + 0,34 V ). À la cathode, le Cu ne requiert aucun électron, cependant, les ions Cu2+ dans la solution cathodique s’emparent de ces électrons et deviennent Cu0. Le Cu Un dépôt de cuivre se crée sur la cathode, et grossit avec le temps. La cathode se trouve à être le lieu de la réaction de réduction. Dans la solution cathodique, un déséquilibre entre la [Cu2+] et la [SO42-] est observable. Voilà pourquoi les ions SO42- sont attirés vers la solution anodique et ceux de Zn2+ le sont vers la solution cathodique en passant par le pont électrolytique. La différence de potentiel de ces deux demie-piles est de + 1,10 V.

COMPOSANTS

Pour l’anode de la pile, on prend de la poudre de zinc purifiée par la distillation ou encore une méthode électrochimique, qui est éventuellement atomisée. Afin d’éviter la corrosion, on ajoute de l’indium ou bien de l’aluminium à la poudre de zinc devenue très pure et très fine. Pour ce qui a trait de la pâte anodique, on emploie des dérivés de cellulose, de polycrylate, ou autres produits. Elle se doit de garder une pureté, minimisant le plus possible la quantité de carbonates, de chlorites, de fer, etc. La cathode contient un dioxyde de manganèse actif et très pur. Du carbone, sous forme de graphite synthétique, se mêle au MnO2, dans le but tout simple d’améliorer la conductibilité. À cela, s’ajoutent de l’hydroxyde de potassium(KOH) et d’autres matériaux comme additifs qui servent à augmenter la conductibilité et la stabilité

DANGER : DÉCHARGE SPONTANÉE

D’abord, qu’est-ce qu’une décharge spontanée? Ça consiste simplement en une réaction lente qui entraîne la corrosion du récipient de Zinc. Conséquence: la pile coule! Pour éviter les décharges spontanées, qui ont un effet parasite, plusieurs solutions furent apportées comme l’addition de mercure, heureusement interdite de nos jours, l’addition de tensioactifs d’oxydes métalliques ou autre, sans oublier l’utilisation de matériaux très purs. La réaction décrite sera alors cinétiquement bloquée.

La pile alcaline comporte plusieurs avantages. D’abord, elle fonctionne à basse température(jusqu’à -30°C!). Elle résiste également aux contraintes thermiques et mécaniques, sans parler de sa faible résistance interne et son incontournable grande densité d’énergie. On dénote aussi l’optimisation de l’utilisation des produits chimiques, la poudre de zinc pouvant occuper une grande surface et qu’elle peut se conserver longtemps, dû au fait qu’elle soit hermétique et ne puisse pas couler. Malheureusement, aussi incroyable que cela puisse paraître, elle comporte aussi des inconvénients : son coût élevé et l’absence de récupération en temps de repos la désavantage.

En conclusion, l’inventeur de cette pile ne se doutait peut-être pas que son invention pourrait servir éventuellement à tant d’appareils autour de nous, mais c’est bien le cas! Sur le simple principe de l’oxydoréduction, on se demande parfois comment on pourrait s’en passer. La question du prix peut sembler néanmoins plus délicate, mais espérons qu’avec les années, ils découvriront une alternative de plus!

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