Elément galvanique - BFH

BFH-TI technique automobile
Karl Meier-Engel Batterie; Elément galvanique
14-1
14. Elément galvanique
figure 1: Essai:
Une tôle en cuivre et une tôle en aluminium plongées dans
l'eau du robinet produisent une tension d'environ 0,5 V.
Deux métaux différents dans un électrolyte produisent
une tension
 élément galvanique.
Les éléments galvaniques transforment l'énergie chimique en énergie électrique. Ils se composent de deux métaux
différents et d'un ou deux électrolytes. La tension de source dépend de la matière des électrodes et de l'électrolyte.
Ils s'agit des réactions de redox exothermes, cela signifie qu'ils se déroulent sans autre et qu'ils produisent de
l'énergie.
Ces réactions sont provoquées par les potentiels normaux différents des métaux. Le tableau de ces valeurs est
connu sous différentes formes.
Ce tableau [1] indique des valeurs sous des conditions
précises.
En vérité il y a plusieurs facteurs qui influencent le
comportement des combinaisons possibles. L'oxydation
produit, par exemple, une couche qui s'enlève de la plaque
ou qui colle à l'électrode. Dans le premier cas l'électrode
diminue (perte de l'électrolyte). Dans le deuxième cas, la
conductivité est souvent réduite et il y a un deuxième
élément galvanique. La tension produite par le deuxième
élément s'appelle tension de polarisation. Elle réduit la
tension de source de l'élément.
On constate que la production d'énergie chimique est plus
difficile qu'on pourrait admettre à première vue.
figure 2: Potentiels normaux des métaux

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La pile Leclanché [2]
La pile Leclanché est probablement la plus connue des cellules primaires
anode (Moins): zinc
cathode (Plus): bioxide de manganèse MnO2
et dépolarisant
électrolyte: chlorure d'ammonium NH4Cl
tension à vide: 1,5 V
Le gobelet en zinc s'oxyde (oxydation = débit des électrons), perd des ions positifs (Zn2+) à l'électrolyte et devient
négatif. Les ions positifs d'hydrogène (H+) de l'électrolyte se déplacent vers la cathode, déposent la charge
électrique et sont réduits (réduction = absorption des électrons). L'hydrogène réagit avec le bioxide de manganèse.
Le bâton central en charbon fonctionne comme conducteur électrique.
figure 3: Constitution de l’élément Leclanché
figure 4: Caractéristiques de décharge

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Batterie zinc/air [3]
Une batterie primaire se composant des éléments zinc et air est soumise à un essai dans les voitures électriques en
Allemagne. Cette batterie a une densité d'énergie de 180 Wh/kg.
Une caractéristique spéciale de cette batterie est le fait qu'un élément de réaction est l'air. La poste allemande
examine l'utilisation de cette batterie. Après la décharge, il faut remplacer la batterie. Ensuite le zinc usé doit être
régénéré dans une installation centrale.
La corrosion électrochimique
Lorsque deux métaux différents se touchant sont plongés dans un électrolyte (eau) il se forme un élément
galvanique. Comme le circuit de courant est fermé, le métal le moins noble se dissous alors que l'autre réduit l'eau
en hydrogène et en ions d'hydrate.
A cause de cette réaction chimique on est obligé d'utiliser des tôles zinguées pour les parties critiques de
l'automobile. Parce que le zinc est moins noble que le fer, il se dissous en cas de blessures de la couche de
protection.
Dans les cas difficiles on utilise aussi des bâtons en magnésium comme électrode à dissoudre.
Bibliographie
[1] BOSCH: Mémento de Technologie Automobile, Delta Press France, ISBN 2-86944-020-0
[2] Europa-Lehrmittel Nr. 30138: Fachkunde Elektrotechnik
[3] 29. Isata Conference: Electric Fuel Limited, Israel, Status of programs using the electric fuel zinc-air
battery system, Florence 1996