Chapitre 8 : Les piles

I. Qu’est-ce qu’une pile ?

I.1. Généralités :

Une pile est un générateur électrochimique de courant continu : elle convertit l'énergie chimique en énergie électrique à l’aide d’une transformation chimique.

• Une partie de l’énergie est cédée au milieu extérieur sous forme de chaleur

Le courant électrique correspond à un déplacement d'électrons qui circulent entre le pôle - et le pôle + de la pile.

• On peut caractériser une pile par :

• Le type de technologie (alcaline, lithium…)
• La tension à vide ou force électromotrice (E)
• L’intensité du courant maximale (I_max)
• Sa capacité (ou quantité d’électricité disponible Q)

I.2. Constitution d’une pile :

Une pile est constituée par :

• 2 demi-piles dans 2 compartiments

• 2 couples oxydant/réducteur (1 dans chaque compartiment)

• 2 bornes réalisées par 2 lames métalliques : les électrodes

• Un pont salin qui assure la conduction du courant entre chaque demi-pile et leur électroneutralité.

I.3. Quantité d’électricité disponible :

La quantité d’électricité disponible dans une pile, ou capacité, notée Q, correspond à la quantité maximale d’électrons pouvant circuler :

Q = n_e * F

Où n_e : nombre d'électrons

F  : valeur absolue de la charge d'un électron : 1,6*10^-19 C

I.4. Durée de fonctionnement d’une pile :

Une pile cesse de fonctionner lorsque le réactif limitant a été entièrement consommé : on dit que la pile est usée.

La durée de fonctionnement d’une pile ∆t est donnée par :

∆t = q / I                                                                                       ∆t durée en s

	q la capacité en C
	I l'intensité en A

II. Etude d’une pile :

Soit une pile faisant intervenir les couples Ox₁/Réd₁ et Ox₂/Réd₂

A l’anode (pôle négatif), il se produit une oxydation du réducteur 1 :

Oxy1 = Red1 + ne-

A la cathode (pôle positif), il se produit réduction de l’oxydant 2 :

Red2 + ne- = Oxy2

Bilan électrochimique :

Oxy1 + Red2 = Red1 + Oxy2

III. Accumulateurs ou piles rechargeables :

1. Qu’est-ce qu’un accumulateur ?

Un accumulateur est le siège d’un processus réversible : lorsque le réactif limitant est épuisé, on reconstitue le stock de réactifs en apportant de l’énergie à l’accumulateur.

On distingue plusieurs types d’accumulateurs :

- Les accumulateurs au plomb : les plus courants, ils sont utilisés dans les voitures, les vélos électriques et les chariots de golf ;

- Les accumulateurs Ni-Cd (nickel-cadmium) ;

- Les accumulateurs Ni-MH (nickel-métal hydrure) ;

- Les accumulateurs lithium ion.

Une batterie d’accumulateurs est un ensemble d’accumulateurs associés en série.

III.3. Energie disponible :

Les fabricants indiquent généralement la capacité d’une batterie en A.h (1 A.h = 3600 C). Il s’agit de la quantité d’électricité disponible avant de devoir recharger la batterie.

L’énergie disponible W est déterminée par :

W = Q x E

	W énergie en J
	Q capacité en C
	E tension à vide en V