Pile alcaline

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Une pile alcaline est un type de pile fonctionnant par oxydoréduction entre le zinc (Zn) et le dioxyde de manganèse (MnO2).

La pile alcaline tire son nom du fait que ses deux électrodes nommées pôle positif et pôle négatif sont plongées dans un électrolyte alcalin d'hydroxyde de potassium, par opposition à l'électrolyte acide de la pile zinc-carbone qui offre la même tension nominale et la même taille.

Piles alcalines
Pile alcaline AA

Chimie[modifier | modifier le code]

Dans une pile alcaline, l'anode (électrode négative) est constituée de poudre de zinc (offrant une surface de réaction plus grande et un flux d'électrons accru) et la cathode (électrode positive) de dioxyde de manganèse.

Les piles alcalines classiques sont comparables aux piles zinc-carbone, mais la différence tient à ce que les piles alcalines utilisant de l'hydroxyde de potassium (KOH) comme électrolyte au lieu du chlorure d'ammonium ou du chlorure de zinc, ont la possibilité de fournir un courant plus intense (mais pas nécessairement davantage d'ampères-heure), et ont une durée de vie plus longue que les piles zinc-carbone et chlorure de zinc.

Les demi-réactions sont (pile de type "Wonder") [1]:

Zn (s) + 2HO (aq) → ZnO (s) + H2O (l) + 2e
MnO2 (s) + H2O (l) + e → MnO(OH)(s) + HO (aq)

Construction[modifier | modifier le code]

Les piles alcalines sont fabriquées sous forme de cylindres et de boutons assurant la compatibilité avec les piles zinc-carbone. Plusieurs unités cylindriques peuvent être raccordées en série, comme celles qu'on vend pour les flashes et les appareils à transistors alimentés en 9 V.

Une pile cylindrique est contenue dans un tube d'acier, qui sert de collecteur du courant de la cathode. Celle-ci est constituée d'un mélange d'une pâte de dioxyde de manganèse compressée additionnée de poudre de carbone pour améliorer la conductivité. Cette pâte peut être coulée dans le tube ou insérée sous forme d'anneaux pré-formés. Le trou central de la cathode est revêtu d'un séparateur qui empêche le mélange des produits de l'anode et de la cathode et le court-circuit de l'élément de pile. Ce séparateur est constitué d'une couche de cellulose tissée ou de polymère synthétique. Il faut que le séparateur puisse laisser passer les ions et rester stable dans une solution électrolytique fortement alcaline.

L'anode est constituée d'une dispersion de poudre de zinc dans un gel contenant l'électrolyte d'hydroxyde de potassium. Pour éviter la polarisation de la pile en fin de vie, on utilise plus de dioxyde de manganèse qu'il n'est nécessaire pour réagir avec la totalité du zinc.

Dans les types de piles bâtons standard "AAA", "AA", "C", "sub-C" et "D", l'anode correspond à l'extrémité plate tandis que la cathode est celle avec un bouton en relief. Ce bouton correspond à la capsule de métal revêtant l'extrémité du charbon central dans les piles "salines", mais il ne reflète guère la structure interne de la pile alcaline, dont la cathode est sur la périphérie, tandis que celle d'une pile saline est le charbon central.

Durée de vie[modifier | modifier le code]

Par rapport à la pile Leclanché (aussi appelée pile saline zinc-carbone), dont la tension est également d'environ 1,5 volt par cellule, les piles alcalines ont une plus grande densité d'énergie et une durée de vie plus longue.

Recharge des piles alcalines au bioxyde de manganèse[modifier | modifier le code]

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Quelques modèles de piles alcalines sont destinés à être rechargés, mais la plupart ne le sont pas. Les tentatives de recharge peuvent provoquer l'explosion du boîtier ou l'écoulement de liquides dangereux et susceptibles d'endommager le matériel. Quelques dispositifs de charge pour les piles alcalines sont disponibles sur le marché et permettent la recharge à l'aide du contrôle de la température par le biais d'un microprocesseur inclus dans le chargeur. Le nombre de cycle de rechargement reste toutefois très limité par rapport à des accumulateurs classiques et nécessite un appareillage spécifique[2].

D’après un document du Centre de Recherche de la société Wonder (fabricant de piles alcalines)[3], une certaine réversibilité est possible si on réunit des conditions précises :

  • piles en bon état (pas de coulures/fuites/oxydation/date de péremption) et non déchargées en dessous de 1,25 V (au-delà des réactions chimiques internes empêchent la réversibilité) ;
  • recharge limité à 1,70 V / élément[3] ;
  • courant de recharge limité (environ 50-80 mA pour une AA)[3] ;
  • recharge cyclique (ordre de grandeur : 3 s courant passant, 5 s repos)[réf. nécessaire].

Fuites[modifier | modifier le code]

Avec le temps, les piles alcalines sont susceptibles de laisser fuir de l'hydroxyde de potassium, substance caustique causant irritations respiratoires, oculaires et cutanées. Ceci peut être évité :

  • en n'essayant pas de recharger les piles alcalines,
  • en ne mélangeant pas des types de piles différents dans le même appareil et en remplaçant toutes les piles à la fois,
  • en les entreposant dans un endroit sec,
  • en ôtant les piles des appareils inutilisés.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Cours TS
  2. Présentation d'un modèle de chargeur de piles jetables
  3. a, b et c [PDF] Caractéristiques générales des piles au bioxyde de manganèse, voir page 3, sur le site ftp2.ni-cd.net, consulté le 26 décembre 2012

Liens externes[modifier | modifier le code]