Cellule sèche: structure et fonctionnement
Une pile sèche est une pile dont le milieu électrolytique consiste en une pâte et non en une solution. Cette pâte présente toutefois un certain degré d'humidité et n'est donc pas strictement sèche pour ces raisons.
La petite quantité d'eau est suffisante pour que les ions se déplacent et, par conséquent, le flux d'électrons à l'intérieur du pieu.
Son énorme avantage par rapport aux premières piles humides est qu’il s’agit d’une pâte électrolytique, son contenu ne peut pas être renversé; quelque chose qui s'est passé avec des batteries humides, qui étaient plus dangereuses et délicates que leurs homologues sèches. Compte tenu de l'impossibilité des débordements, la cellule sèche trouve son utilité dans les numéros d'appareils portables et mobiles.
Dans l'image ci-dessus, vous avez une pile sèche au zinc-carbone. Plus précisément, il s’agit d’une version moderne de la pile de Georges Leclanché. De tous, c'est le plus commun et peut-être le plus simple.
Ces appareils représentent un confort énergétique grâce à la possibilité de transformer en énergie chimique l’énergie chimique qui peut être transformée en électricité; et ainsi, ne pas dépendre des connexions actuelles ou de l’énergie fournie par les grandes centrales et leur vaste réseau de tours et de câbles.
Structure cellulaire sèche
Quelle est la structure d'une cellule sèche? Sur l'image, vous pouvez voir sa couverture, qui n'est rien de plus qu'un film polymère, de l'acier, et les deux bornes dont les rondelles isolantes font saillie à l'avant.
Cependant, ce n’est que son apparence extérieure; à l'intérieur se trouvent les parties les plus importantes qui en assurent le bon fonctionnement.
Chaque pile sèche aura ses propres caractéristiques, mais seule la pile zinc-carbone sera considérée, à partir de laquelle une structure générale pour toutes les autres piles peut être schématisée.
La batterie de deux batteries ou plus est considérée comme une batterie, et ces dernières sont des cellules voltaïques, comme cela sera expliqué dans une section suivante.
Électrodes
La structure interne d'une batterie zinc-carbone est montrée dans l'image du haut. Quelle que soit la cellule voltaïque, il doit toujours y avoir (généralement) deux électrodes: une à partir de laquelle les électrons sont libérés et une autre qui les reçoit.
Les électrodes sont des matériaux conducteurs de l'électricité et, pour qu'il y ait du courant, les deux doivent avoir des électronégativités différentes.
Par exemple, le zinc, l’étain blanc qui entoure la batterie, est le lieu de départ des électrons vers le circuit électrique (appareil) où elle est connectée.
D'autre part, dans tout le milieu se trouve l'électrode en carbone graphite; Également immergé dans une pâte composée de NH 4 Cl, ZnCl 2 et MnO 2 .
Cette électrode est celle qui reçoit les électrons et remarque qu’elle porte le symbole «+», ce qui signifie qu’elle est la borne positive de la batterie.
Terminaux
Comme on le voit au-dessus de la tige de graphite dans l'image, il y a la borne électrique positive; et en dessous, à partir de la boîte de zinc interne où les électrons s’écoulent, la borne négative.
C’est pourquoi les piles portent les symboles «+» ou «-» pour indiquer la manière correcte de les connecter à l’appareil et de lui permettre de s’allumer.
Sable et cire
Bien que cela ne soit pas montré, la pâte est protégée par un sable tampon et un joint en cire qui empêchent, lors de légers impacts mécaniques ou d'agitation, de se renverser ou d'entrer en contact avec l'acier.
Opération
Comment fonctionne une cellule sèche? Pour commencer, il s’agit d’une cellule voltaïque, c’est-à-dire qu’elle génère de l’électricité à partir de réactions chimiques. Par conséquent, les réactions d'oxydo-réduction se produisent au sein de piles, où les espèces gagnent ou perdent des électrons.
Les électrodes servent de surface qui facilite et permet le développement de ces réactions. Selon leurs charges, une oxydation ou une réduction des espèces peut survenir.
Pour mieux comprendre cela, seuls les aspects chimiques de la batterie zinc-carbone seront expliqués.
Oxydation de l'électrode de zinc
Dès que le dispositif électronique est allumé, la batterie libère des électrons en oxydant l'électrode de zinc. Ceci peut être représenté par l'équation chimique suivante:
Zn => Zn2 + + 2e-
S'il y a beaucoup de Zn2 + entourant le métal, une polarisation de charge positive se produira, de sorte qu'il n'y aura plus d'oxydation. Par conséquent, Zn2 + doit diffuser à travers la pâte vers la cathode, où les électrons vont revenir.
Les électrons, une fois qu'ils ont activé le dispositif, retournent à l'autre électrode: celle du graphite, pour trouver les espèces chimiques "l'attendant".
Réduction de chlorure d'ammonium
Comme indiqué ci-dessus, la pâte contient du NH 4 Cl et du MnO 2, des substances qui modifient leur pH acide. Dès que les électrons entreront, les réactions suivantes se produiront:
2NH 4 + + 2e- => 2NH 3 + H 2
Les deux produits, l'ammoniac et l'hydrogène moléculaire, NH 3 et H 2, sont des gaz et peuvent donc "gonfler" le pieu s'ils ne subissent pas d'autres transformations. comme par exemple, les deux suivants:
Zn2 + + 4NH 3 => [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2MnO (OH)
Notez que l'ammonium était réduit (électrons gagnés) pour devenir NH 3 . Ensuite, ces gaz ont été neutralisés par les autres composants de la pâte.
Le complexe [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+ facilite la diffusion des ions Zn 2+ vers la cathode et empêche ainsi la cellule de "s’arrêter".
Le circuit externe de l'appareil fonctionne comme un pont pour les électrons; sinon, il n'y aurait jamais de connexion directe entre la boîte de zinc et l'électrode en graphite. A l'image de la structure, ce circuit en viendrait à représenter le câble noir.
Télécharger
Les piles sèches ont de nombreuses variantes, tailles et tensions de travail. Certaines d’entre elles ne sont pas rechargeables (cellules voltaïques primaires), d’autres le sont (cellules voltaïques secondaires).
La batterie zinc-carbone a une tension de travail de 1, 5 V. Leurs formes changent en fonction de leurs électrodes et de la composition de leurs électrolytes.
Il y aura un moment où tout l'électrolyte aura réagi et quelle que soit la quantité de zinc oxydée, aucune espèce ne recevra les électrons et ne favorisera leur libération.
De plus, cela peut être le cas lorsque les gaz formés ne sont plus neutralisés et continuent à exercer une pression à l'intérieur des pieux.
Les piles au zinc-carbone et les autres piles non rechargeables doivent être recyclées. depuis lors, ses composants, en particulier s’ils sont nickel-cadmium, sont nocifs pour l’environnement en contaminant les sols et les eaux.
