Histoire des Piles et accumuluteurs

« NOTION DE POLARISATION CINITIQUE tlECTROCHIMIQUE À mesure que la pile débite du "'DE:..:LA=P-" IU=RO "' N-"D"' E __ ____ _ courant les produits de la réaction lorsqu'une pile ronde est placée dans est vivement déconseillé 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 électrons 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, impolarisables : 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:-:-:-: :---::-:c:---::----:-: :-::-:-:-71 1 2 Mn 02 + 2 H' + 2 e -+ Mn20 3,H 2� LES ACCUMULATEURS Un exemple d'accumulateur bien connu des jeunes générations actuelles : les « batteries » de téléphones portables.

Un accumulateur est en quelque sorte une pile rechargeable.

Le principe est H2 (combustible) Chaleur � � É lectrodes en charbon poreux Chaleur UtJ!!JUUl@ll le suivant : il s'agit de « restaurer » les électrodes, dégradées par les réactions d'oxydoréduction.

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.

É lectrolyte QUELQUES AUTRES TYPES DE PILES (solution de potasse) Eau C'est la fameuse pile" LR6 »,d'usage courant (elle permet d'alimenter baladeurs audio, postes radiocassette, 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 LES PIUS « PLATES » 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 PILES « BOUTON » 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 petites dimensions, elles ont une durée de vie L'atCumulateur au plomb Il entre notamment dans la composition des batteries automobiles (six accumulateurs montés en série).

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

!:électrolyte est une solution d'acide sulfurique (H2S04).

À la décharge, c'est la plaque de plomb qui tient lieu d'anode et cède ses électro ns: j Pb + 504' -+ PbS04 + 2e 1 La plaque de dioxyde de plomb (cathode) est le siège d'une réduction : Pbo, + 504'- + 4H· + 2e --+ PbS04 + 2H20 À la charge, les réactions sont inversées : la plaque de dioxyde de plomb devient l'anode ...

cadmium », batteries au lithium, etc.) obéissent au même principe.

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 «véhicules 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 PbS04 + SO.'- + 2 H,O -2 e--+ PRINCIPE GtNtRAL Pb02 + 2H 2S04 qu'une faible quantité d'énergie La découverte du principe de la pile à (montres, calculatrices ...

).

Cependant ...

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 le Suisse est ici non pas liquide, mais gélatineux leur période d'utilisation.

Christian Friedriech Schônbein.

En fait (il consiste en un mélange de farine !:inconvénient des piles « bouton » est 1 PbS04 + 2H' + 2 e- -+ Pb + H,so. j 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'ammonium).

élément très toxique.

C'est pourquoi il (comme les accumulateurs « nickel - et de l'oxygène réagissent pour former 1-------- ---_ .....

_____ _____ ;......_...._ ______ _____ --1 de l'eau et générer de l'électricité.

Strudure de 2 types de piles La pile Leclanché �C athode lA PILE HYDROGÈNE -OXYGÈNE �-=-- Capsule métallique Les deux électrodes sont en charbon poreux, l'électrolyte est une solution de potasse (KOH + H20).

Les deux électrodes vont être alimentées en réactifs gazeux.

!:anode est le lieu d'oxydation du combustible (ici le dihydrogène gazeux) et la cathode, le lieu de réduction du comburant É lectrolyte de chlorure de zinc en solution (anode) Zinc ------1• Paroi -----""'• Anode ______§) Enveloppe Gaine étanche -'fil��- Couche d'air Barre de carbone É lectrolyte de carbone et dioxyde de manganèse (cathode) .., .....

_ Fond métallique La pile « bouton » �.--- Cathode \!) Boltier d'acier nickelé Séparateur eta1ncn-e---..J de nylon mercure Anode (du dioxygène).

Les deux demi-réactions sont les suivant es: • à l'anode: 1 2H2 + 40 H--+ 4H20 + 4e- 1 • à la cathode : 1 02 + 2H20 + 4e --+ 40 H- 1 !:équation-bilan de la réaction est : 1 2H2 + 02-+ 2H20 1 Les électrons cédés par le dihydrogène vont alimenter le circuit en travail électrique avant de regagner la cathode.

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

De plus les prototypes de véhicules électriques alimentès par des piles à combustibles sont remarquablement silencieux.

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

Néanmo in s, si les médias parlent surtout des voitures électriques, dont la mise en circulation est envisagée pour l'horizon 2010,Ie champ d'application des piles à combustibles se veut bien plus large (accumulateurs pour téléphones 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 séparée est donc obligatoire.

Pas question en effet de les associer aux autres déchets pour 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 sur 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 ferromanganèse, du zinc, du mercure.. »