Construction de la pile au zinc-carbone | Cellule Leclanché

Construction de la pile Leclanché

La pile cylindrique Leclanché couramment disponible sur le marché présente les caractéristiques de construction suivantes.

1. Un boîtier cylindrique en tôle fine de zinc, qui sert d'anode et contient également tous les autres matériaux actifs et l'électrolyte de la pile.
   Idéalement, le zinc utilisé dans la pile devrait être pur à 99,99 %. Cependant, le zinc utilisé pour fabriquer un conteneur de pile au zinc-carbone contient 0,03 à 0,06 % de cadmium et 0,02 à 0,04 % de plomb. Le plomb donne au zinc une meilleure qualité de formage et est également un inhibiteur de corrosion. De plus, le cadmium fournit une forte résistance à la corrosion au zinc.
   Le zinc utilisé dans la pile au zinc-carbone doit être exempt d'impuretés telles que le cobalt, le cuivre, le nickel, le fer car ces matériaux participent à des réactions corrosives avec le zinc en présence de l'électrolyte. De plus, le fer rend le zinc plus dur. Les impuretés comme l'antimoine, l'arsenic, le magnésium rendent le zinc fragile.

2. Le matériau cathodique est le dioxyde de manganèse. Le dioxyde de manganèse est mélangé avec du noir d'acétylène et humidifié avec de l'électrolyte de chlorure d'ammonium, comprimé dans une machine hydraulique pour donner une forme de bobine solide.
   La bobine sert d'électrode positive de la pile. L'oxyde de manganèse (MnO2) en poudre et le noir de carbone en poudre sont mélangés avec de l'eau, du chlorure d'ammonium (NH2Cl) ou/et du chlorure de zinc (ZnCl2). Ici, le MnO2 est le matériau cathodique actif, mais il est très résistif électriquement, et la poudre de noir de carbone augmente la conductivité de la cathode. Comme la poussière de carbone absorbe bien l'humidité, elle retient également l'électrolyte humide à l'intérieur de la bobine. Le rapport entre le MnO2 et le carbone peut varier de 3:1 à 11:1 en poids selon la conception de la pile. Ce rapport peut également être de 1:1 lorsque la pile est fabriquée pour un flash de caméra, car ici, les impulsions de courant élevées sont plus importantes que la capacité.

   
   

   Il existe plusieurs types de dioxyde de manganèse utilisés dans la pile au zinc-carbone sèche.

   Auparavant, le graphite était utilisé comme matériau conducteur de la bobine cathodique, mais maintenant, le noir de carbone est utilisé car il a des propriétés spéciales de rétention de l'électrolyte humide et confère une meilleure compressibilité et viscosité au mélange cathodique. Les cellules contenant du noir d'acétylène de carbone dans leur mélange cathodique, se comportent mieux dans les services intermittents, tandis que les cellules contenant du graphite dans leur mélange cathodique se comportent bien dans les opérations de courant élevé et continu.

1. Le Dioxyde de Manganèse Naturel (DMN) est disponible dans la roche naturelle du matériau. Ces minerais contiennent 70 à 85 % de dioxyde de manganèse. Il a une structure cristalline alpha et bêta.

2. Le Dioxyde de Manganèse Synthétisé Chimiquement (DMS) contient 90 à 95 % de dioxyde de manganèse pur. Il a une structure cristalline delta.

3. Le Dioxyde de Manganèse Électrolytique (DME). Le DME est le plus cher parmi les autres, mais offre les meilleures performances. Il fournit une capacité supérieure de la pile et est utilisé dans les applications industrielles lourdes. Il a une structure cristalline gamma.

3. Une tige de carbone est insérée dans cette bobine cathodique en forme de bobine, en tant que collecteur de courant depuis la cathode. Le sommet de cette tige de carbone sert également de borne positive de la cellule.
   

   
   

   Nous fabriquons généralement la tige de carbone avec du carbone comprimé. Elle est très conductrice. Le carbone est naturellement très poreux. Par un traitement à la cire et à l'huile, le carbone est rendu moins poreux jusqu'à un certain point, de manière à empêcher l'électrolyte humide de passer, mais permettre aux gaz de passer. Nous faisons cela afin que les gaz hydrogène et dioxyde de carbone formés lors d'une décharge intense de la pile puissent s'échapper à travers cette tige de carbone. Ces gaz ne peuvent emprunter que ce chemin poreux car nous scellons la partie supérieure de la bobine avec de l'asphalte. Cela signifie qu'une tige de carbone dans une pile au zinc-carbone sert également de passage de ventilation pour les gaz formés lors d'une décharge intense.

4. L'anode et la cathode sont séparées par une fine couche de pâte de céréales humidifiée avec de l'électrolyte de chlorure d'ammonium et de chlorure de zinc, ou de papier absorbant Kraft revêtu d'amidon ou de polymère. Une fine séparation diminue la résistance interne de la cellule.
   Une cellule Leclanché couramment utilisée a un électrolyte qui est un mélange humide de chlorure d'ammonium et d'une quantité moindre de chlorure de zinc. Cependant, une pile au chlorure de zinc n'utilise que du chlorure de zinc humide comme électrolyte. Bien qu'une petite quantité de chlorure d'ammonium puisse également être ajoutée au chlorure de zinc pour assurer une bonne performance de la pile au chlorure de zinc.

5. Au-dessus de la bobine cathodique, un rondelle de support (non conductrice) est placée.

6. Un scellement d'asphalte est fourni au-dessus de cette rondelle, puis au-dessus du scellement d'asphalte, il y a un scellement de cire.
   Les dispositifs de scellement sont présents dans la pile pour prévenir l'évaporation de l'électrolyte et de l'eau pendant sa durée de service et de stockage.

7. Après ce dispositif de scellement, une autre rondelle est placée pour maintenir le matériau de scellement en place.

8. Cette rondelle supérieure maintient également le couvercle en métal d'une pièce, fixé au sommet de la tige de carbone.

9. L'ensemble est ensuite recouvert d'un manchon métallique, en papier ou en plastique pour lui donner un aspect esthétique. Les étiquettes et les cotes sont inscrites sur la couverture extérieure de la cellule.

10. Parfois, le fond de la cellule est recouvert d'un couvercle en acier qui offre une protection supplémentaire.

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