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Auteur(s)
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Christian SARRAZIN : Spécialiste des sources d’énergie électrochimique - Ancien Chef de la division chimie électrochimie à la Délégation générale pour l’armement / Direction des recherches études et techniques (DGA / DRET)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La famille des piles à anode en zinc couvre un assez large domaine d’utilisations. Si les piles salines (Zn/MnO 2 ) sont les mieux adaptées aux applications intermittentes nécessitant peu de puissance, les piles alcalines (Zn/MnO 2 ) alimentent des petits moteurs. Les piles zinc-oxyde d’argent, qui permettent des régimes de décharge élevés, seront réservées, en raison du coût de l’argent, à la réalisation de piles hautes performances. Les piles zinc-oxyde de mercure, souvent remplacées par les piles à l’argent moins polluantes pour l’environnement, conservent un intérêt particulier dans les applications et les stockages à température élevée (températures tropicales). Les piles zinc-air, qui ont les coûts d’usage les plus bas, sont réservées aux applications demandant de longues durées de décharge à régime plutôt faible.
L’objet de cet article est de présenter les caractéristiques de ces différentes piles.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
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– Piles électriques. Présentation générale ;
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D 3 321 – Piles électriques. Piles au zinc (le présent article) ;
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– Piles électriques. Piles au lithium ;
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– Piles électriques. Piles activables ;
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– Piles électriques.
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Piles salines (Zn/MnO2)Article inclus dans l'offre
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5. Piles zinc-air
5.1 Généralités
Les piles zinc-air sont connues depuis plus de cent ans, mais les réalisations pratiques n’ont vraiment eu lieu qu’à partir du début des années 1930 quand Heise & Schumacher en 1932 ont utilisé une structure poreuse de carbone comme électrode à air ; l’utilisation d’un goudron hydrophobe leur avait en effet permis d’éviter le noyage progressif observé avec les électrodes à air comportant des structures poreuses carbonées [7]. Un des grands avantages des piles zinc-air est que le composé réactif cathodique, l’oxygène, n’est pas contenu dans la pile mais dans l’air environnant, libérant de la place et de la masse pour mettre une plus grande quantité de composé anodique et aboutir à des énergies massiques élevées. Cependant, la place libérée ne peut être significative que si les régimes de décharge recherchés sont faibles (par exemple lors de décharges en un temps supérieur à 10 heures) . La réduction de l’oxygène à la cathode doit en effet avoir lieu sur une structure d’électrode non consommable, mais adaptée à cette réduction, et de surface d’autant plus grande que l’on cherchera à débiter des courants importants.
Il est ainsi possible, avec les systèmes zinc-air fonctionnant à faible régime, d’obtenir des densités d’énergie très élevées, de 150 à 350 Wh/kg (avant décharge). Il faut en effet remarquer que la décharge de ces piles conduit à fixer l’oxygène de l’air, et à stocker les produits de réaction qui alourdissent la pile de façon significative lors de cette décharge ; cet alourdissement peut atteindre plus de 20 % entre le début et la fin de la décharge. Il est également nécessaire de prévoir l’augmentation de volume des matières actives du fait de la fixation de l’oxygène.
Ces fortes densités d’énergie, associées aux faibles coûts des matériaux font que le coût du wattheure des piles zinc-air est parmi les plus bas des piles existantes. À cet avantage de forte densité d’énergie s’ajoute l’aptitude des systèmes fonctionnant en milieu alcalin fort, dont la tension de décharge présente un plateau de pente assez faible ; cependant, la polarisation de son électrode à air reste élevée. Ce type de pile présente par ailleurs...
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