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Auteur(s)
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Christian SARRAZIN : Spécialiste des sources d’énergie électrochimique - Ancien Chef de la division chimie électrochimie à la Délégation générale pour l’armement / Direction des recherches études et techniques (DGA / DRET)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La famille des piles à anode en zinc couvre un assez large domaine d’utilisations. Si les piles salines (Zn/MnO 2 ) sont les mieux adaptées aux applications intermittentes nécessitant peu de puissance, les piles alcalines (Zn/MnO 2 ) alimentent des petits moteurs. Les piles zinc-oxyde d’argent, qui permettent des régimes de décharge élevés, seront réservées, en raison du coût de l’argent, à la réalisation de piles hautes performances. Les piles zinc-oxyde de mercure, souvent remplacées par les piles à l’argent moins polluantes pour l’environnement, conservent un intérêt particulier dans les applications et les stockages à température élevée (températures tropicales). Les piles zinc-air, qui ont les coûts d’usage les plus bas, sont réservées aux applications demandant de longues durées de décharge à régime plutôt faible.
L’objet de cet article est de présenter les caractéristiques de ces différentes piles.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
-
– Piles électriques. Présentation générale ;
-
D 3 321 – Piles électriques. Piles au zinc (le présent article) ;
-
– Piles électriques. Piles au lithium ;
-
– Piles électriques. Piles activables ;
-
– Piles électriques.
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Piles alcalines (Zn/MnO2)
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1. Piles salines (Zn/MnO2)
1.1 Généralités
Les piles à anode de zinc, cathode de dioxyde de manganèse et électrolyte salin (encore appelées piles salines, piles Leclanché ou piles sèches) ont représenté pendant longtemps la plus grande partie des fabrications industrielles à travers le monde, pour l’alimentation de petits équipements électriques et électroniques autonomes ou portables. Ce type de pile est connu depuis plus d’une centaine d’années et reste encore fabriqué aujourd’hui en très grande quantité du fait de son très faible coût.
La matière active cathodique (pôle positif) est constituée par un mélange, dans des proportions variables suivant les piles et leurs usages, de dioxyde de manganèse et de carbone ; un agent gélifiant leur est ajouté afin d’obtenir une bonne tenue mécanique au sein de l’électrode.
Le milieu électrolytique, comportant des sels dissous à forte concentration dans l’eau, comprend deux familles :
-
l’une à solution très concentrée de chlorure d’ammonium (NH 4Cl) additionnée ou pas de chlorure de zinc (ZnCl2) en quantité variable ;
-
l’autre à solution de chlorure de zinc uniquement.
La matière active anodique (pôle négatif) est constituée par du zinc dont les caractéristiques peuvent varier d’une pile à l’autre.
Le premier prototype d’une pile zinc-dioxyde de manganèse dans sa structure actuelle a été décrit par Georges Leclanché en 1867 lors d’une publication dans les Annales de Chimie Physique. Elle était alors constituée d’une bouteille de verre contenant une solution de chlorure d’ammonium dans laquelle plongeait, d’une part, un barreau de zinc amalgamé (électrode négative) et, d’autre part, un récipient poreux contenant une électrode positive constituée d’un mélange de dioxyde de manganèse et de carbone comprimé, dans lequel était implanté un barreau de graphite pour la collecte du courant.
1.2 Constituants
On pourra se reporter à la référence [7].
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Matière active de la cathode
Elle...
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