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

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Présentation au sujet: "Piles et ions … à la pile à combustible De Volta… Daprès La chimie au lycée"— Transcription de la présentation:

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

2 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible Cliquer pour visionner une vidéo. Cliquer pour aller à la diapositive suivante. Cliquer pour retourner à la diapositive précédente. Cliquer pour lancer une animation ou un diaporama. Vous pourrez lire ce diaporama à votre vitesse en agissant sur les boutons suivants : La présence de ce signe renvoie au questionnaire. Cliquer pour terminer une séquence.

3 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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.

4 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 1) La pile de Volta

5 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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 ( ) Dessin dune pile proposée par Volta dans une lettre du 20 mars 1800

6 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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. Observer attentivement la photographie ci-contre puis lancer le diaporama.

7 La pile de Volta Etape 1 : Les constituants séparés de la pile de Volta Vinaigre

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

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

10 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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.

11 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 2) La pile Daniell

12 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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. Lancer le diaporama de la réalisation dune pile Daniell

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

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

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

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

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

18 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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.

19 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 3) La pile saline

20 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible La pile Leclanché 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. Lancer lanimation du schéma simplifié dune pile saline

21 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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

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

23 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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. Lancer lanimation du schéma simplifié dune pile alcaline

24 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 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)

25 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible 3) La pile à combustible

26 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible Le principe de la pile à combustion est découvert dès le début du XIX e siècle. La pile est alimentée en réactifs (combustible et comburant) et débarrassée des produits pendant le fonctionnement de lappareil. Cette pile est aussi appelée « pile à combustible ». En 1839, W.R. Grove, réalisa une pile hydrogène- oxygène qui nétait rien dautre quune cellule délectrolyse de leau inversée. La tension théorique fournie par cette pile vaut 1,23 V, toutefois linvention ne connut pas de succès face aux autres piles plus faciles à fabriquer. Dans les années soixante, la conquête spatiale permet enfin de développer la pile à combustible. La pile utilisée dans le module lunaire de la NASA est capable de fournir une tension de 30 volts pendant 400 heures.

27 Piles et ions : De Volta à la pile à combustible FIN


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