Qu'est-ce qu'une cellule sèche: structure et son fonctionnement

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Une cellule sèche est la forme la plus simple de source de production d'électricité. Un certain nombre de cellules combinées forment ensemble une batterie. Le plomb-acide ou nickel-cadmium batterie est la version avancée de la cellule sèche. Cette cellule a été inventée pour la première fois par l'ingénieur français Georges Leclanche en 1866. Son invention a été nommée d'après son nom de batterie Leclanche. Mais à ce moment-là, il était très lourd et pouvait être facilement cassé. Une cellule sèche a le même principe et c'est la version avancée de la batterie Leclanche et est disponible en différentes tensions et tailles. La forme commerciale de la cellule zinc-carbone qui est la forme modifiée de la batterie Leclanche a été inventée en 1881 par Carl Gassner de Mayence. Il est produit en grande quantité et utilisé dans de nombreuses applications comme les jouets, les radios, les calculatrices, etc.

Qu'est-ce qu'une cellule sèche?

Une cellule sèche est un appareil qui génère de l'électricité à partir de réactions chimiques. Lorsque les deux électrodes de la cellule sont connectées via un chemin fermé, la cellule force les électrons à circuler d'une extrémité à l'autre. Le flux d'électrons fait circuler le courant dans le circuit fermé.




Couches de cellules sèches

Couches de cellules sèches

À l'aide de réactions chimiques, les électrons circulent d'un bout à l'autre. Lorsque deux cellules ou plus, connectées avec une polarité correcte, plus d'électrons circulent en raison d'un potentiel élevé. Cette combinaison s'appelle une batterie. D'une tension minimale de 1,5 V à 100 V, une batterie peut être utilisée pour obtenir une gamme de tensions. Même la tension CC de sortie de la batterie peut être régulée à différents niveaux à l'aide de convertisseurs électroniques de puissance tels que hachoir circuits.



Structure de la cellule

La structure de la cellule sèche zinc-carbone est représentée sur la figure. Il se compose de la borne d'anode en zinc ou en tige de graphite en général. Le carbone forme la borne de la cathode. On peut observer que dans les anciennes versions de pile sèche, le zinc était utilisé comme cathode et le graphite comme terminal d'anode. La sélection des éléments est fondamentalement basée sur sa configuration chimique de l'orbite la plus externe des éléments.

Structure cellulaire sèche

Structure cellulaire sèche

S'il a plus d'électrons en nombre dans l'orbite la plus externe, il peut alors agir en tant que donneur et former ainsi la cathode. De même, si l'orbite la plus externe a moins d'électrons, elle peut facilement accepter et donc forme l'anode. L'électrolyte placé entre les deux agit comme un catalyseur pour les réactions chimiques. En général, nous utilisons de la gelée de chlorure d'ammonium comme électrolyte. Sur la figure représentée, l'électrolyte utilisé est un mélange de zinc et de chlorure. En outre, le chlorure de sodium est également utilisé comme électrolyte. Un mélange de dioxyde de manganèse et de carbone est entouré autour de la tige d'anode.

L'ensemble de la configuration est placé dans un tube métallique. La gelée est empêchée de sécher en utilisant une poix au sommet de la cellule. Une rondelle en carbone est placée en bas. Le but de cette rondelle est d'empêcher la tige d'anode en zinc d'entrer en contact avec le récipient.


Ceci est également appelé un espaceur comme indiqué dans le diagramme. La boîte de zinc est également entourée d'isolant en papier à des fins d'isolation. Pour les grosses batteries, d'autres matériaux isolants tels que le mica, etc. sont également utilisés. La borne positive de l'ell est formée au sommet. La borne négative de la cellule est formée à la base.

Fonctionnement de la cellule sèche

Une cellule sèche fonctionne fondamentalement sur les réactions chimiques. En raison des réactions qui ont lieu entre l'électrolyte et les électrodes, les électrons circulent d'une électrode à l'autre. Des substances telles que les acides se dissolvent dans l'eau pour former des particules ionisées. La particule ionisée est de deux types. Les ions positifs sont appelés cations et les ions négatifs sont appelés anions. Les acides dissous dans l'eau sont appelés électrolytes.

Dans le diagramme mentionné ci-dessus, le chlorure de zinc se forme en tant qu'électrolyte. De même, la gelée de chlorure d'ammonium se forme également comme électrolyte. Les tiges métalliques immergées dans les électrolytes forment des électrodes. Sur la base des caractéristiques chimiques des tiges métalliques, nous avons une électrode positive comme anode et une électrode négative comme cathode.

Les électrodes attirent les ions de charge opposée de leur côté. Par exemple, la cathode attire les anions et l'anode attire les cations. Dans ce processus, les électrons circulent d'une direction à l'autre, d'où un flux de charges. C'est appelé actuel .

Réactions chimiques

Les réactions se déroulant dans la cellule sont indiquées ci-dessous. La première est la réaction d'oxydation.

En cela, la cathode de zinc est oxydée en ions zinc chargés positivement libérant deux ions. Ces électrons sont collectés par l'anode. Vient ensuite la réaction de réduction.

La réaction de réduction à l'anode est représentée ci-dessus. Cette réaction produit un courant électrique. Il libère des ions oxydes avec de l'oxyde de magnésium. Cette réaction se forme lorsque le magnésium est combiné avec l'électrolyte.

Les deux autres réactions représentent une réaction acide-base et une réaction de précipitation se déroulant dans la cellule sèche. Dans la réaction acide-base, NH est combiné avec OH pour produire NH3 avec de l'eau. Les résultats sont NH3 et base d'eau.

Différence entre une cellule sèche et une cellule humide

La principale différence entre la cellule sèche et la cellule humide est la forme de l'électrolyte. Comme discuté précédemment, dans une cellule sèche, l'électrolyte tel que le chlorure d'ammonium est de nature sèche. Ces cellules sèches sont plus courantes et utilisées dans les jouets, les radios, etc. Mais dans une cellule humide, l'électrolyte est à l'état liquide.

Des électrolytes liquides tels que l'acide sulfurique, qui est un liquide corrosif dangereux, sont utilisés. En raison de la nature de ces liquides, la cellule humide est de nature plus explosive et doit être manipulée avec précaution. Le meilleur avantage de ces cellules humides est qu'elles peuvent être facilement rechargées et utilisées pour de nombreuses applications. Ces batteries sont couramment utilisées dans l'aviation, les services publics, le stockage d'énergie et les tours de téléphonie cellulaire.

Fonctions de la cellule sèche

La fonction de la cellule sèche est basée sur les réactions chimiques entre l'électrode et les électrolytes. Lorsque les électrodes sont placées dans les électrolytes, cela attire les ions de charge opposée vers eux-mêmes. Cela provoque le flux de charges, et donc le courant est produit.

Avantages

Le avantages de la cellule sèche inclure les éléments suivants.

  • La cellule sèche présente de nombreux avantages tels que
  • Il est de petite taille.
  • Il peut venir dans une variété de niveaux de tension.
  • Il est pratique et a de nombreuses applications.
  • C'est la seule source de tension continue.
  • Il peut être utilisé avec des circuits électroniques de puissance pour réguler la tension de sortie
  • Il est rechargeable.

Désavantages

Le inconvénients de la cellule sèche inclure les éléments suivants.

  • Il doit être manipulé avec soin
  • C'est explosif
  • Les batteries de grande capacité sont très lourdes

Applications

Le applications de la cellule sèche inclure les éléments suivants.

  • Jouets
  • Aviation
  • Téléphones portables
  • Radio
  • Calculatrice
  • Montres
  • Prothèses auditives

Par conséquent, nous avons vu le fonctionnement, la classification et les applications de la cellules sèches . Un point intéressant à noter est que la batterie ne fonctionne que lorsque les électrodes sont physiquement en contact les unes avec les autres. Il doit exister un milieu conducteur entre les deux électrodes. La question est de savoir si l'eau peut être utilisée comme milieu conducteur entre les électrodes de la cellule sèche? Dans ce cas, que se passera-t-il si cette cellule est plongée dans l'eau?