Piles et accumulateurs (TPE)

« NOTION OE POLARISATION CINtTIQUE tLECTROCHIMIQUE À mesure que la pile débite du ;:;DE'-'LA=P..:.:ILE=Ro,N.::D:.::E ______ _ courant les produits de la réaction Lorsqu 'une pile ronde est placée dans est vivement décon seillé d'ouvrir ce type de piles .

Cinétique éledrochimique de la pile à combustible d'oxydoréduction s'accumulent sur les un récepteur , le zinc qui constitue le électrodes.

C'est ce que l'on appelle godet cède des électrons et passe sous le phénomène de polarisation .

la forme Zn''.

Les é lectrons passent La pile « Volta » est un exemple de ensuite dans le circuit du récepteur , pile polarisable : au cours de son qui est donc alimenté en énergie.

Puis fonctionnement, il y a accumulation les électrons regagnent la pile par son d'hydrogène sur les plaques de cuivre, pôle positif , à savoir la tige en graphite.

ce qui occasionne une diminution Ils sont alors captés par le mélange progressive de l'intensité du courant.

dépolarisant (une poudre de dioxyde À l'opposé, il existe des piles dites de manganèse et du carbone, impo larisab les: c'est le cas de la pile également en poudre) .

Le dioxyde de Daniell.

Les piles disponibles sur le manganèse participe à une réaction marché sont toutes dotées d 'un très complexe dont l'équation -bilan mélange dépolarisant , sous forme est : solide, à l'image des piles « Leclanché ».

lr::-:-:-::,---..,.-,.,,---.,-----:-:,...-::-:-:-::ol 2 Mn0 2 + 2 H' + 2 e ~ Mn203,H20 LES ACCUM ULA TEURS Un exemple d 'accumulateur bien connu des jeunes générations actuelles : les « batterie s » de téléphones portables .

Un accumulateur est en quelque sorte une pile rechargeable .

Le principe est H2 (combusti ble ) Chaleur Électrodes en charbon poreux Chaleur lf.IJI!JUUj@ii le suivant: il s'agit de« restaurer» les électrodes, dégradée s par les réactions d'oxy doréduction .

Pour cela, il faut alimenter l'accumulateur à l'aide d'un courant en sens inverse de celui qui a été débité lors de sa décharge.

Ainsi lors de la charge d'un accumulateur, l'anode devient la cathode et vice versa .

C'est ce qui se passe lorsque l'on branche le transformateur d 'un appareil (téléphone , caméra numérique ...

) sur une prise secteur en vue d'effectuer la recharge.

Électrolyte QUELQUES AUTRES TYPES DE PILES (solution d e potasse ) Eau C'est la fameuse pile« LR6 »,d' u sage courant (elle permet d'alimenter baladeurs audio, postes radiocassette , L'accumulateur au plomb cadmium », batteries au lithium, etc.) LES PILES « PLATES Il Il entre notamment dans la composition obéissent au même principe .

télécommandes , jouets en tout genre ...

).

La pile "Leclanché "· du nom de l'ingénieur qui l'a mise au point , répond au même principe de fonctionnement que la pile Daniell.

Toutefois, par rapport à cette dernière , elle présente quelques différences de configuration.

Ici, pas d'électrodes sous forme de plaques : la borne négative , en zinc, a la forme d'un godet qui, par ailleurs, constitue le boîtier de la pile.

La borne positive, elle, est constituée d 'une tige de carbone graphite, surmontée d 'une capsule en laiton .

La pile ronde appartient à la catégorie Elles affichent une tension de 4,5 V.

En désossant une pile plate, on s'aperçoit qu'elle est constituée de trois piles rondes montées en série.

En électricité, lorsque des générateurs sont branchés en série, leurs tensions s'additionnent (3 fois 1,5 V= 4,5 V).

LES P ILES « B OUTO N » Le pôle négatif est constitué de poudre de zinc et le pôle positif, d'un mélange de poudres de graphite et d'oxyde de mercure , qui tient également le rôle de dépolarisant.

Du fait de leurs petit es dimen sions , elles ont une durée de vie des batter ies automobiles (six accumu lateurs montés en série).

Il est constitué d'une électrode de plomb (noté Pb) et d'une électrode de dioxyde de plomb (PbO,).

ëélectrolyte est une solution d'acide sulfurique (H2S04).

À la décharge , c'est la plaque de plomb qui tient lieu d'anode et cède ses électrons : !Pb+ 504 ' ~ PbS0 4 + 2e 1 La plaque de dioxyde de plomb (cathode) est le siège d'une réduction : Pb0 2 + SQ,' -+ 4H' + 2e-­ PbS0 4 + 2H20 À l a charge , les réactions sont inversées : la plaque de dioxyde de plomb devient l'anode ..

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LA PILE A COMBUSTIBLE En égard aux contextes écologique (réchauffement climatique) et énergétique (épuisement programmé des ressources fossiles) actuels , chercheurs et industriels se sont tournés depuis plusieurs années vers les « énergies renouvelables » : énergies hydraulique , éolienne (utilisant la force du vent) , biomasse (utilisation de composés végétaux en guise de carburant) ...

Comme chacun sait, une part importante de la pollution atmosphérique est due aux rejets de gaz à effet de serre par la circulation automobile .

Parmi les futurs «vé hicules propres » actuellement en cours de développement , une catégorie suscite de belles promesses : les voitures alimentées à l'aide de « piles à combustible ».

réduite et alimentent des appareils dont le fonctionnement ne requiert PbSO , + SO,'-+ 2 H ,O- 2 e - - PRINCIPE G tNtRAL Pb0 2 + 2H2S04 qu'une faible quantité d'énergie La découverte du principe de la pile à (montres, calculatrices ...

).

Cependant ..

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et la plaque de plomb devient la combustible ne date pas d'hier: il a des piles« sèches»: l'électrolyte leur tension reste constante durant cathode été découvert en 1838 par l e Suisse est ici non pas liquide , mais gélatineux leur période d'utilisation .

Christian Friedriech Schônbein.

En fait, (il consiste en un mélange de farine ëinconvénient des piles " bouton » est 1 PbSO , + 2H' + 2 e · - Pb + H,so,l ce principe est la réaction inverse de et d'amidon imprégné d'eau et de qu'elles contiennent du mercure , un Les autres types d'accumulateurs l'électrolyse de l'eau :de l'hydrogène chlorure d 'ammon ium) .

élément très toxique.

C'est pourquoi il (comme les accumulateurs « nickel - et de l'oxygè ne réagissent pour former 1-------------"-----...;..

__ ..;..._;._ _ _._;._ __________ --j de l'eau et générer de l'électricité .

Strudure de 2 types de piles La pile Leclanché Électrolyte de chlorure de zinc en solution (anode) Zinc ____ __,.

Paroi ---- --:-1• ~ Cathode --~-- Capsul e m é tallique Enveloppe Gain e étanche -'!'!+tr- Couche d'a ir B a rre de carbone Électrolyte d e carbone et dioxyde de manganèse (cathode ) 4ilfil:ll+ - Fond m étallique La pile « bouton » ~.--- Cathode \!) Boîtier d'acier nickelé Anode ___5;) Séparateur elillnme----' de nylon mercure LA PILE HYDROG lNE -O XYdNE Les deux électrodes sont en charbon poreux , l'électrolyte est une solution de potasse (KOH + H20).

Les deux é lectrodes vont être alimentées en réactifs gazeux.

ëanode est le lieu d 'oxydation du combustible (ici le dihydrogène gazeux) et la cathode , le lieu de réduction du comburant (du dioxygène) .

Les deux demi-réactions sont les suivantes : • à l'anode: 12H2 + 40H -- 4H20 + 4e- 1 • à la cathode : 102+2H 20+4e -40 H - 1 ëéquation -bilan de la réaction est: 12H2 + 02- 2 H20 1 Les électrons cédés par le dihydrogè ne vont alimenter le circuit en travail électrique avant de regagne r la cathode.

ATOUTS ET PERSPECTIVES La pile à combustible présente de nombreux avantages : elle est non polluant e (puisque le produit de la réaction est l'eau) et dotée d'un haut rendement énergétique.

De plus les prototyp es de véhicules électriques alimenté s par des piles à combustibles sont remarquablement silencieux.

Petit inconvénient : le stockage du dihydrog ène nécessite beaucoup d'espace .

Néanmo ins, si les médias parlent surtout des voitures électriques , dont la mise en circulation est envisagée pour l'horizon 2010, le champ d'application des piles à combustibles se veut bien plus large (accumulateurs pour téléphon es et ordinateurs portables, par exemple).

Alors , à quand le remplacement de notre bonne vieille pile« LR6 »? LE RECYCLAGE DES PILES À cause des métaux lourds qu'elles renferment tels que le plomb , le cadmium ou le mercure, les piles usées appartiennent à une catégorie dite de « déchets spéciaux ».

Leur collecte s éparée est donc obligatoire .

Pas quest ion en effet de les associer aux autre s déchets pou r retrouver ces éléments toxiques dans les cendres d'incinération , au risque de polluer l'environnement.

C'est pourquoi il faut rapporter les piles usagées aux points de collecte présents su r les lieux de vente .

De plus le recyclage permet de récupérer des matières premières réintroduites dans le processus de production des piles :c'est le cas du ferro m an ganèse, du zinc, du mercure.. »