Le monde de la batterie - partie 3

L'histoire des batteries modernes commence au XIXe siècle, et la plupart des conceptions utilisées aujourd'hui proviennent de ce siècle. Cette situation témoigne, d'une part, des excellentes idées des scientifiques de l'époque, et, d'autre part, des difficultés qui se posent dans le développement de nouveaux modèles.

Peu de choses sont si bonnes qu'elles ne peuvent pas être améliorées. Cette règle s'applique également aux batteries - les modèles du XNUMXe siècle ont été affinés à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'ils prennent leur forme actuelle. Ceci s'applique également à Cellules Leclanché.

Lien à améliorer

Le design du chimiste français a été modifié Carl Gasner en un modèle vraiment utile : bon marché à fabriquer et sûr à utiliser. Cependant, il y avait encore des problèmes - le revêtement de zinc de l'élément se corrodait au contact de l'électrolyte acide qui remplissait le bol, et les éclaboussures de contenu agressif pouvaient désactiver l'appareil alimenté. La décision est devenue fusion la surface intérieure du corps de zinc (revêtement au mercure).

L'amalgame de zinc ne réagit pratiquement pas avec les acides, mais conserve toutes les propriétés électrochimiques du métal pur. Cependant, en raison des réglementations environnementales, cette méthode de prolongation de la durée de vie des cellules est de moins en moins utilisée (sur les cellules sans mercure, vous pouvez trouver l'inscription ou) (1).

2. Disposition de la cellule alcaline : 1) boîtier (plomb de cathode), 2) cathode contenant du dioxyde de manganèse, 3) séparateur d'électrode, 4) anode contenant du KOH et de la poussière de zinc, 5) borne d'anode, 6) étanchéité de la cellule (isolant d'électrode) . .

Une autre façon d'augmenter la longévité et la durée de vie des cellules consiste à ajouter chlorure de zinc ZnCl₂ pour la pâte de remplissage de gobelets. Les cellules de cette conception sont souvent appelées Heavy Duty et (comme leur nom l'indique) sont conçues pour alimenter des appareils plus énergivores.

Une percée dans le domaine des piles jetables a été la construction en 1955 de pile alcaline. L'invention d'un ingénieur canadien Lewis Urry, utilisé par l'actuelle société Energizer, a une structure légèrement différente de celle de la cellule Leclanchet.

Tout d'abord, vous n'y trouverez pas de cathode en graphite ou de coupelle en zinc. Les deux électrodes sont fabriquées sous forme de pâtes séparées humides (épaississants plus réactifs : la cathode est constituée d'un mélange de dioxyde de manganèse et de graphite, l'anode de poussière de zinc avec un mélange d'hydroxyde de potassium), et leurs bornes sont en métal ( 2). Cependant, les réactions qui se produisent pendant le fonctionnement sont très similaires à celles qui se produisent dans la cellule Leclanchet.

Tâche. Effectuez une "autopsie chimique" sur une pile alcaline pour découvrir que le contenu est bien alcalin (3). Rappelons que les mêmes précautions s'appliquent au démantèlement de la cellule Leclanchet. Voir le champ Battery Code pour savoir comment identifier une pile alcaline.

3. "Section" de la pile alcaline confirme la teneur en alcali.

Piles maison

4. Batteries domestiques Ni-MH et Ni-Cd.

Les piles rechargeables après utilisation ont été l'objectif des concepteurs dès le début du développement de la science de l'électricité, d'où leur multiplicité.

Actuellement, l'un des modèles utilisés pour alimenter les petits appareils électroménagers sont piles au nickel-cadmium. Leur prototype est apparu en 1899 lorsqu'un inventeur suédois l'a fait. Ernst Jünger a déposé un brevet pour une batterie au nickel-cadmium qui pourrait concurrencer les batteries déjà largement utilisées dans l'industrie automobile. batterie au plomb.

L'anode de la cellule est en cadmium, la cathode est un composé de nickel trivalent, l'électrolyte est une solution d'hydroxyde de potassium (dans les conceptions « sèches » modernes, une pâte humide d'épaississants saturés d'une solution de KOH). Les batteries Ni-Cd (c'est leur désignation) ont une tension de fonctionnement d'environ 1,2 V - c'est moins que celle des piles jetables, ce qui n'est cependant pas un problème pour la plupart des applications. Le gros avantage est la possibilité de consommer un courant important (même quelques ampères) et une large plage de températures de fonctionnement.

5. Vérifiez les exigences des différents types de batteries avant de les charger.

L'inconvénient des batteries au nickel-cadmium est un "effet mémoire" fastidieux. Cela se produit lors de la recharge fréquente de batteries Ni-Cd partiellement déchargées : le système se comporte comme si sa capacité n'était égale qu'à la charge reconstituée par la recharge. Dans certains types de chargeurs, "l'effet mémoire" peut être réduit en chargeant les cellules dans un mode spécial.

Par conséquent, les batteries au nickel-cadmium déchargées doivent être chargées selon un cycle complet : d'abord complètement déchargées (en utilisant la fonction de chargeur appropriée), puis rechargées. Une recharge fréquente réduit également la durée de vie estimée de 1000 à 1500 cycles (que de nombreuses cellules jetables seront remplacées par une seule batterie au cours de sa vie, de sorte que le coût d'achat plus élevé sera amorti plusieurs fois, sans parler de beaucoup moins de pression sur la batterie ). l'environnement avec la production et l'élimination des cellules).

Les éléments Ni-Cd contenant du cadmium toxique ont été remplacés batteries nickel-métal hydrure (désignation Ni-MH). Leur structure est similaire à celle des batteries Ni-Cd, mais à la place du cadmium, on utilise un alliage métallique poreux (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, terres rares) capable d'absorber l'hydrogène (4). La tension de fonctionnement de la cellule Ni-MH est également d'environ 1,2 V, ce qui permet de les utiliser de manière interchangeable avec les batteries NiCd. La capacité des cellules Nickel Métal Hydrure est supérieure à celle des cellules Nickel Cadmium de même taille. Cependant, les systèmes NiMH se déchargent plus rapidement. Il existe déjà des conceptions modernes qui ne présentent pas cet inconvénient, mais elles coûtent beaucoup plus cher que les modèles standard.

Les batteries nickel-hydrure métallique ne présentent pas d'"effet mémoire" (les cellules partiellement déchargées peuvent être rechargées). Cependant, il est toujours nécessaire de vérifier les exigences de charge de chaque type dans les instructions du chargeur (5).

Dans le cas des batteries Ni-Cd et Ni-MH, nous vous déconseillons de les démonter. Premièrement, nous n'y trouverons rien d'utile. Deuxièmement, le nickel et le cadmium ne sont pas des éléments sûrs. Ne prenez pas de risques inutilement et confiez l'élimination à des professionnels formés.

Le roi des accumulateurs, c'est-à-dire...

6. "Le roi des batteries" au travail.

… Batterie au plomb, construit en 1859 par un physicien français Gaston Plantego (oui, oui, l'appareil aura 161 ans cette année !). L'électrolyte de la batterie est une solution d'acide sulfurique (VI) à environ 37 % et les électrodes sont en plomb (anode) et en plomb recouvert d'une couche de dioxyde de plomb PbO.₂ (cathode). Pendant le fonctionnement, un précipité de sulfate de plomb(II)(II)PbSO se forme sur les électrodes₄. Lors de la charge, une cellule a une tension supérieure à 2 volts.

batterie au plomb il présente en effet tous les inconvénients : poids important, sensibilité aux décharges et aux basses températures, nécessité de stocker à l'état chargé, risque de fuite d'électrolyte agressif et utilisation de métal toxique. De plus, il nécessite une manipulation soigneuse : vérification de la densité de l'électrolyte, ajout d'eau dans les chambres (n'utiliser que distillée ou déminéralisée), contrôle de tension (descendre en dessous de 1,8 V dans une chambre peut endommager les électrodes) et un mode de charge spécial.

Alors pourquoi l'ancienne structure est-elle toujours utilisée ? Le "Roi des Accumulateurs" a ce qui est un attribut d'un vrai dirigeant - le pouvoir. Une consommation de courant élevée et une efficacité énergétique élevée jusqu'à 75% (cette quantité d'énergie utilisée pour la charge peut être récupérée pendant le fonctionnement), ainsi qu'une conception simple et un faible coût de production, signifient que batterie au plomb Il est utilisé non seulement pour démarrer les moteurs à combustion interne, mais également comme élément d'alimentation électrique de secours. Malgré 160 ans d'histoire, la batterie au plomb se porte toujours bien et n'a pas été supplantée par d'autres types de ces appareils (et avec elle, le plomb lui-même qui, grâce à la batterie, est l'un des métaux produits en plus grande quantité) . Tant que la motorisation basée sur les moteurs à combustion interne continuera à se développer, sa position ne risque pas d'être menacée (6).

Les inventeurs n'ont pas cessé d'essayer de créer un remplacement pour la batterie au plomb. Certains des modèles sont devenus populaires et sont encore utilisés dans l'industrie automobile aujourd'hui. Au tournant des XIXe et XXe siècles, des conceptions ont été créées dans lesquelles la solution H n'était pas utilisée.₂SO₄mais des électrolytes alcalins. Un exemple est la batterie au nickel-cadmium d'Ernst Jungner illustrée ci-dessus. En 1901 Thomas Alva Edison a changé la conception pour utiliser du fer au lieu du cadmium. Par rapport aux piles acides, les piles alcalines sont beaucoup plus légères, peuvent fonctionner à basse température et ne sont pas aussi difficiles à manipuler. Cependant, leur production est plus coûteuse et leur efficacité énergétique est moindre.

Et quelle est la prochaine?

Bien sûr, les articles sur les batteries n'épuisent pas les questions. Ils ne traitent pas, par exemple, des piles au lithium, également couramment utilisées pour alimenter des appareils électroménagers tels que des calculatrices ou des cartes mères d'ordinateurs. Vous pouvez en savoir plus à leur sujet dans l'article de janvier sur le prix Nobel de chimie de l'année dernière et sur la partie pratique - dans un mois (y compris la démolition et l'expérience).

Il y a de bonnes perspectives pour les cellules, en particulier les batteries. Le monde devient de plus en plus mobile, ce qui signifie la nécessité de devenir indépendant des câbles électriques. Assurer un approvisionnement efficace en énergie pour les véhicules électriques est également un défi de taille. - afin qu'ils puissent rivaliser avec les voitures à moteur à combustion interne également en termes d'efficacité.

batterie d'accumulateur

Pour faciliter l'identification du type de cellule, un code alphanumérique spécial a été introduit. Pour les types les plus courants dans nos maisons pour les petits appareils, il a la forme numéro-lettre-lettre-numéro.

Et oui:

- le premier chiffre est le nombre de cellules ; ignoré pour les cellules individuelles ;

– la première lettre indique le type de cellule. Lorsqu'il est absent, vous avez affaire au lien Leclanche. Les autres types de cellules sont étiquetés comme suit :

C – pile au lithium (le type le plus courant),

H – Batterie NiMH,

K – batterie nickel-cadmium,

L – pile alcaline ;

- la lettre suivante indique la forme du lien :

F - plaque,

R - cylindrique,

P - la désignation générale des maillons ayant une forme autre que cylindrique ;

– le ou les chiffres finaux indiquent la taille du lien (valeurs catalogue ou indiquant directement les dimensions) (7).

7. Dimensions des piles et batteries populaires.

Exemples de marquage :

R03
- une cellule zinc-graphite de la taille d'un petit doigt. Une autre désignation est AAA ou.

LR6 - une pile alcaline de la taille d'un doigt. Une autre désignation est AA ou.

HR14 – Batterie NiMH ; la lettre C est également utilisée pour indiquer la taille.

KR20 – Batterie Ni-Cd dont la taille est également marquée de la lettre D.

3LR12 – une pile plate d'une tension de 4,5 V, composée de trois piles alcalines cylindriques.

6F22 - Batterie 9 volts, composée de six cellules plates Leclanchet.

CR2032 – pile au lithium d'un diamètre de 20 mm et d'une épaisseur de 3,2 mm.

Voir aussi: