Piles et ions … à la pile à combustible De Volta… Daprès La chimie au lycée

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1 Piles et ions … à la pile à combustible De Volta… Daprès La chimie au lycée http://www.cnrs.fr/cnrs-images/chimieaulycee/THEMES/piles/prezpil.htm http://www.cnrs.fr/cnrs-images/chimieaulycee/THEMES/piles/prezpil.htm Les piles http://www.cdess.org/Chimie0.htm http://www.cdess.org/Chimie0.htm

2 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline Cest en inventant un appareil révolutionnaire, la pile, quAlessandro Volta fit naître une nouvelle branche de la chimie : lélectrochimie. Dans une pile, lénergie électrique est obtenue à partir de lénergie chimique contenue dans les réactifs. Depuis 1800, de nombreuses améliorations ont été apportées mais on distingue encore aujourdhui seulement deux types de piles : Il existe une multitude de piles différentes. Ce diaporama se propose simplement de présenter les principales étapes qui ont permis daméliorer linvention de Volta. Les piles classiques où les réactifs sont introduits dès la fabrication et en quantité finie. Les piles à combustion où les réactifs sont introduits au fur et à mesure de lutilisation de la pile.

3 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline 1) La pile de Volta

4 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline Volta était passionné par la physique, en particulier par lélectricité, et cest en 1774 que ses recherches commencent à porter leurs fruits. Il invente plusieurs appareils mais le plus prometteur est celui quil nomme « organe électrique artificiel » par analogie avec lorgane électrique naturel du poisson torpille. Pour fabriquer cet appareil, il empile des disques dargent et de zinc, en alternance et en séparant chaque paire par un tissu imbibé deau salée. Ainsi naît en 1800 la pile électrique, premier appareil à délivrer un courant électrique continu. Alessandro VOLTA Physicien italien (1745-1827) Dessin dune pile proposée par Volta dans une lettre du 20 mars 1800

5 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline En réalité, Alessandro Volta réalise plusieurs piles avec dautres couples de métaux. Ce sont les métaux de la pile photographiée ci-contre qui permettent dobtenir la plus grande tension et leau salée peut être remplacée par un autre liquide.

6 La pile de Volta Etape 1 : Les constituants séparés de la pile de Volta Vinaigre Rondelles de zincRondelles de cuivrePapier buvard

7 La pile de Volta Etape 2 : Les constituants assemblés de la pile de Volta Calibre : 200 mV continu

8 La pile de Volta Etape 3 : Les constituants empilés de la pile de Volta Calibre : 20 V continu

9 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline Volta imagine aussi un dispositif à couronne de tasses. Des tasses remplies deau salée sont reliées par deux métaux différents et soudés. Un autre modèle appelé « pile à auge » fut plus tard utilisé par Ampère. Mais cest bien lappareil ou les métaux sont empilés qui donne son nom à la pile.

10 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline 2) La pile Daniell

11 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline La première amélioration notable de la pile de Volta intervient quelques décennies plus tard grâce à J.F. Daniell, professeur au Collège Royal de Londres. En 1836, sa première pile consiste en une boîte de cuivre contenant une solution aqueuse de sulfate de cuivre dans laquelle plonge un œsophage de bœuf contenant une solution diluée dacide sulfurique et une tige de zinc. En 1842, il remplace lœsophage de bœuf par un vase poreux. Aujourdhui, la solution diluée dacide sulfurique est remplacée par une solution de sulfate de zinc.

12 La pile Daniell Etape 1 : Les constituants séparés de la pile Daniell

13 Etape 2.1 : Les constituants assemblés de la pile Daniell La pile Daniell

14 Etape 2.2 : Les constituants assemblés de la pile Daniell La pile Daniell

15 Etape 2.3 : Les constituants assemblés de la pile Daniell La pile Daniell

16 Etape 3 : La tension aux bornes dune pile Daniell La pile Daniell Calibre : 2 V continu

17 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline Désormais, le principe de fabrication des piles est fixé. Elles seront toutes constituées de deux électrodes séparées par un électrolyte. Malgré les améliorations apportées par Daniell, sa pile présente linconvénient de contenir un électrolyte liquide ce qui rend plus difficile le transport de lappareil. Il faut attendre le milieu du XIXe siècle pour voir apparaître les premières piles dites « sèches » avec linvention du scientifique français Georges Leclanché.

18 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline 3) La pile saline

19 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline La pile Leclanché, inventée en 1867, appartient à la famille des piles salines. Sa forme est cylindrique et elle fournit une tension de valeur 1,5 V. Elle a dominé le marché pendant près dun siècle. Comme pour les piles précédentes, la pile saline contient deux électrodes solides en matériaux différents en contact avec un électrolyte qui cette fois nest pas liquide.

20 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline Electrode en graphite associée à de loxyde de manganèse contenu dans le gel Electrode en zinc Electrolyte en gel : Chlorure de zinc ( II ) Chlorure dammonium Fond métallique (borne négative) Capsule métallique (borne positive) Enveloppe Schéma simplifié dune pile saline

21 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline 3) La pile alcaline

22 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline Pendant la seconde guerre mondiale, deux américains, S. Ruben et P.R. Mallory, construisent la pile dite « au mercure ». Le mercure savère trop cher pour permettre une production en quantité industrielle. Cest pourquoi, dans les années cinquante, Ruben reprend les constituants de la pile saline de Leclanché en changeant lélectrolyte et la façon dassembler les différents éléments. Sa forme est aussi celle dun cylindre, elle fournit alors 1,5 V mais on peut aussi lui donner la forme dun parallélépipède et fournit 9 V.

23 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline Schéma simplifié dune pile alcaline Electrolyte ( hydroxyde de potassium) Électrode formée dun clou en acier en contact avec de la poudre de zinc baignant dans lélectrolyte Électrode formée dune boîte en acier en contact avec la poudre de graphite et le dioxyde de manganèse baignant dans lélectrolyte Enveloppe Capsule métallique (borne positive) Fond métallique (borne négative)

24 Piles et ions : De Volta à la pile alcaline FIN