^{Electrochimie - Types de piles}

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Pile Leclanché

C'est une pile sèche constituée par une enveloppe en Zn et un bâton de graphite qui constituent les deux électrodes. L'espace entre les deux électrodes est occupé par un mélange de MnO₂, NH₄Cl, ZnCl₂ d'eau et de gélifiant. Ces constituants forment une solution électrolytique "gélifiée" et rendent la pile moins sensible aux chocs.

Les réactions aux électrodes sont les suivantes: Pôle (-) : Zn    Zn2+ + 2e-          Eo = 0,76 V Pôle (+) : 2NH4+ + 2MnO2 + 2e-    Mn2O3 +2NH3 +H2O Eo = 0,74V  Potentiel standard de cette pile : ΔEo = 1,5V

Un autre type de pile sèche important est la pile au nickel-cadmium. Dans cette pile les produits de la réaction adhèrent aux électrodes, on peut ainsi la recharger un grand nombre de fois.

Pile au mercure

Elles se prêtent à la miniaturisation tout en assurant une tension stable.

La réaction globale est la suivante: Zn + HgO    ZnO + Hg 0     +II -II             +II -II       0 Zn/Zn2+ Eo = - 0,76 V Hg/Hg2+ Eo = 1.71 V  (0,91 + 0,8) d.d.p.   ΔEo = 2.47 V

Pile à combustible

Les piles étudiées jusqu'à présent ont l'inconvénient d'avoir une durée de vie limitée. On peut cependant réaliser une pile dans laquelle le réducteur et l'oxydant sont fournis de façon continue. C'est ce que l'on appelle les piles à combustible.

La pile à combustible la plus simple qui existe est la pile "hydrogène-oxygène", pour 1g de H₂ consommé, on obtient la même quantité d'électricité que si on utilisait 32,5 g de zinc. Ces piles sont hélas encore coûteuses. 

Les réactions aux électrodes sont: Pôle (-) : H2(g) + 2OH-    2H2O + 2e- Eo = 1.18 V Pôle (+) : O2 + 2H2O + 4e-    4OH- Eo = 0,40 V

Globalement la réaction est : 2H₂ + O₂    2H₂O        ΔE^o = 1.58 V

L'eau est éliminée au fur et à mesure de sa formation. De telles piles sont utilisées dans les véhicules spatiaux, l'eau produite peut même être utilisée !

Exercices

Exercice 1:  Quelle est la différence de potentiel standard d'une pile formée des couples
a) Zn⁺⁺/Zn et Cu⁺⁺/Cu               b) Ni⁺⁺/Ni et Zn⁺⁺/Zn
Ecrire les équations des réactions qui ont lieu à la cathode et à l'anode.   

Exercice 2:  Déterminons la f.é.m. d'une pile pour laquelle la réaction globale est:
Fe_(s) + Cd²⁺_(aq)    Cd_(s) + Fe²⁺_(aq)   

Exercice 3:  Les batteries de voiture sont constituée de PbO2(s) ׀ Pb²⁺(aq) ׀ ׀ Pb²⁺/aq) ׀ Pb(s)
Déterminer sont potentiel.