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Les piles, les distributeurs de courant intelligents avec une très longue tradition
Il HER est maintenant plus de 200 ans qu'Alessandro Volta a été prouvé avoir construit la première batterie opérationnelle avec des cellules galvaniques avec plusieurs plaques de zinc et de cuivre. Même si la colonne Volta`sche, telle qu'elle a été appelée à l'époque, était encore grande et immaniable, elle a ouvert la voie à l'électrotechnique et à de nombreuses autres découvertes intéressantes. Et jusqu'à ce jour, le principe de fonctionnement d'une pile n'a pas beaucoup changé.
Was a pile?
Batterie ou batterie, was ich hor?
Comment une pile est-elle construite ?
Comment fonctionne une pile ?
Comparaison des types de piles
Comparaison des tailles de piles
Tableau de comparaison des batteries spéciales
Was a pile?
Une pile est un accumulateur d'énergie qui convertit l'énergie chimique stockée en énergie électrique par oxydation de réduction. En principe, il s'agit de deux substances électrochimiques (électrodes) avec différents potentiels de tension électrochimique, placées dans un boîtier avec électrolyte (voir figure 1).
Dans le cas d'une pile alcaline au manganèse, les deux électrodes sont en zinc (pôle négatif/anode) et en dioxyde de manganèse (pôle plus/cathode). On utilise comme électrolyte la calilauge concentrée (hydroxyde de potassium), avec laquelle les deux électrodes et le séparateur sont trempés (voir figure 2).
Comme les piles sont prévues pour une utilisation plus ancienne, elles sont également appelées cellules primaires. En revanche, les batteries rechargeables sont également appelées piles secondaires.
Dans la langue de passage, les termes sont souvent utilisés de manière erronée. Ainsi, même les professionnels parlent d'une batterie de voiture ou d'une batterie de démarrage, bien que ces émetteurs d'énergie soient des batteries au plomb rechargeables.
Image 1 : structure simplifiée d'une pile alcaline
Batterie ou batterie, was ich hor?
Souvent, pour les appareils alimentés par batterie, la question se pose de savoir si l'utilisation de batteries ne serait pas plus utile. La question ne peut malheureusement pas être réglée de manière globale.
Étant donné que les accus sont soumis à une certaine décharge automatique (jusqu'à 60% par mois), il est possible de dire que pour les consommateurs avec une courte durée de fonctionnement, les piles sont utiles avec une longue durée de mise en veille. Parmi les exemples classiques de ces consommateurs, citons les lampes à bouton d'urgence, les montres, les télécommandes TV ou les capteurs radio pour stations météo ou les systèmes Smart Home.
Si les heures d'allumage des consommateurs sont plus longues, si elles se répètent plus souvent ou si la consommation d'énergie n'est pas négligeable, les accus sont le meilleur choix. Les appareils radio utilisés sur les chantiers, les lampes de poche pour les services de sécurité ou les souris sans fil sur les ordinateurs de bureau utilisés quotidiennement devraient donc être équipés de batteries rechargeables.
Mais souvent, chaque utilisateur doit décider lui-même s'il préfère utiliser des piles ou des accumulateurs. Dans une commande de modélisme qui n'est utilisée que d'un seul temps, les piles sont duchaus. Cependant, si le modèle est utilisé régulièrement, il est plus économique et plus durable d'utiliser des piles rechargeables dans la télécommande.
Image 2 : une lampe de poche d'urgence est équipée de piles alcalines de haute qualité
Comment une pile est-elle construite ?
La figure 3 montre la structure schématique d'une pile alcaline au manganèse.
- Bol métallique avec borne positive sur le dessus
- Film extérieur avec marquage fabricant
- Dioxyde de manganèse (cathode)
- Rondelle d'étanchéité en plastique
- Plaque de base (pôle négatif)
- Séparateur pour la séparation des électrodes et comme pont d'ions
- Clou de fuite
- Gel en poudre de zinc (anode)
Image 3 : vue en coupe d'une pile alcaline au manganèse
Remarque :
dans le cas d'une batterie zinc-charbon, la tasse extérieure était en zinc. Comme l'électrode de zinc se déremplace et se souciait lors du déchargement, ces piles ont souvent été déchargées lorsqu'elles ont été usagées.
Avec une pile alcaline, le bol extérieur est en métal et l'électrode zinc est logé au Kern de la pile. Ainsi, une fuite de la batterie est évitée de manière fiable.
Différentes substances chimiques donnent des tensions différentes
Les différentes substances pouvant être utilisées pour la fabrication d'électrodes de batterie ayant des potentiels de tension chimique différents, les différentes tensions nominales sont également disponibles pour les types de piles.
- 1,35 V pour la cellule oxyde de mercure zinc
- 1,5 V pour la pile alcaline
- 1,5 V pour la cellule zinc-charbon
- 1,4 V pour la cellule zinc-air
- 1,5 V pour la cellule lithium-sulfure de fer
- 1,55 V pour la cellule oxyde d'argent-zinc
- 2,9 à 3,7 V pour les cellules lithium, en fonction du matériau de la cathode
Dans le cas d'une pile plate de 4,5 V ou d'une pile bloc de 9 V, plusieurs cellules individuelles sont commutées en série dans la batterie pour maintenir la tension la plus élevée.
Pour une pile plate de 4,5 V, les quatre cellules (3 x 1,5 V = 4,5 V) et pour une pile bloc de 9 V sont les six cellules (6 x 1,5 V = 9 V).
Comment fonctionne une pile ?
En termes simples, pour une pile alcaline, l'énergie électrique est fournie par l'oxydation du zinc ou par la réduction du dioxyde de manganèse. Comme l'oxydation et la réduction se produisent en même temps, on parle d'une réaction de redox. Les électrons libérés sont disponibles sur la borne négative de la batterie.
Si un consommateur est utilisé avec la batterie, les électrons passent de la borne négative (anode) au pôle positif (cathode) via le consommateur, par exemple une ampoule de lampe de poche. Pour équilibrer la charge, les ions hydroxydes de la batterie se déplacent de la cathode à l'anode. Les processus chimiques qui se produisent dans la batterie expliquent très clairement la vidéo ci-dessous.
Comment fonctionne une pile ?
Test de la batterie sans aide
Notre conseil pratique :
Comme l'eau est consommée lors du déchargement d'une pile alcaline, la pile est « sèche » à l'intérieur. Pour les piles de la taille Mignon (AA), un simple test permet de vérifier si la pile est pleine ou vide. La vidéo ci-dessus montre comment ça va.
Avec une batterie pleine, l'électrolyte est encore en gel et amortit ainsi l'impact sur le plan d'établi. Lorsque la batterie est déchargée, l'électrolyte est solide et la batterie s'amortit plusieurs fois sur le plan d'établi. Malheureusement, cette astuce fonctionne uniquement avec des piles de taille Mignon (AA).
Comparaison des types de piles
Comme indiqué ci-dessus, les électrodes de batterie peuvent être fabriquées à partir des substances chimiques les plus diverses. Outre les différentes tensions qui en résultent, il existe également des avantages et des inconvénients spécifiques au type et des domaines d'utilisation préférés.
zinc-carbone
Les piles zinc-charbon (ZnC) sont particulièrement adaptées pour les applications les moins exigeantes, par exemple dans les télécommandes ou les horloges murales. Ces piles sont à peine proposées ou supposent par des alcalois plus avantageux.
Avantages/arguments:
Inconvénients :
- non étanche
- pas de charge de courant élevée
Lithium
Les piles lithium (LiMnO2) offrent une longue durée de vie et une tension constante des cellules. Votre domaine d'utilisation est partout où vous devez compter sur l'alimentation par batterie.
Les piles au lithium doivent être utilisées principalement dans les appareils à consommation de courant élevée, tels que les appareils photo, les Digicams, les caméscopes, les ordinateurs portables, mais également dans les détecteurs de fumée et les capteurs extérieurs. Les piles au lithium doivent également être utilisées dans n'importe quelle lampe de poche d'urgence.
Avantages :
- capacité extrêmement élevée
- Ideal pour les consommateurs à courant élevé
- faible décharge automatique (longues périodes de stockage)
- plage de température large (-40 à 60° C)
Inconvénients :
- plus cher que les piles alcalines
alcaline-manganèse
Le manganèse alcalin (AlMn) ou la plupart du temps, les piles alcalines ont une puissance élevée et sont durables. Le domaine d'utilisation le plus courant est celui des radios, des télécommandes, des jouets et des montres.
Avantages :
- capacité supérieure à celle du charbon zinc
- capacité de charge plus élevée
- étanche
Inconvénients :
- plus cher que les piles zinc-charbon
- sensible à la température
Comparaison des tailles de piles
Lors du choix de la pile correcte, outre la chimie des cellules et la tension des cellules, la taille de la pile ou la forme de la pile est probablement le critère de décision le plus important. Enfin, la pile de rechange doit également être intégrée dans le compartiment à piles de l'appareil. Différentes désignations de taille ou normes ont été établies.
Piles standard
| Désignation générale | Norme ANSI | tension nominale | Dimensions en mm | Des conseils |
|---|---|---|---|---|
| LR1 | N | 1,5 V | Ø x H 12 x 30 | LR1, R1, A1, UM5 |
| Micro | AAA | 1,5 V | Ø x H 10,5 x 44,5 | LR03, R03. AM4, UM4 |
| LR6 | R6 | 1,5 V | Ø x H 14,5 x 50,5 | LR6, R6, AM3, UM3, L91 |
| LR14 | C | 1,5 V | Ø x H 26,2 x 50 | LR14, R14, AM2 |
| Mono | D | 1,5 V | Ø x H 34,2 x 61,5 | LR20, R20, AM1 |
| Pile carrée 9 V | 1604D(PP3) | 9 V | L x L x H 26,5 x 17,5 x 48,5 | 6LR61, 6F22, 6AM6 |
| Batterie plate 4,5 V. | - | 4,5 V | L x L x H 67 x 62 x 22 | 3LR12, 3R12, 1203 |
Piles spéciales;
| Désignation générale | Norme ANSI | tension nominale | Dimensions en mm | Des conseils |
| Mini | AAAA | 1,5 V | Ø x H 8,3 x 42,5 | LR8, LR8D425, LR61, E96 |
| Pile spéciale; | - | 3 V | Ø x H 21,8 x 74,6 | 2R10, 2R10R, 3010, 2010 |
| Pack FLAT | A | 6 V | L x L x H 47 x 34 x 8 | 4LR61, 4018, 7K67, 866, KJ |
| pile lanterne | 908D | 6 V | L x L x H 115 x 67 x 67 | 4R25, 4R25C, 430, GP908X |
| Accu A23 | V23GA | 12 V | Ø x H 10 x 28 | E23A, V23A, L1028, MN21,... |
Tableau de comparaison des batteries spéciales
Les différentes désignations sont disponibles, en particulier pour les batteries spéciales, qui entraînent des turbulences. Pour cette raison, nous avons regroupé les différentes désignations de piles dans un tableau.
Piles alcalines/zinc spéciales
| Type de batterie | Désignations |
| 10 A | A10, E10A, V10A, V10PX, V10GA, L1021, L1022, MN10, G10A, GP10A, WE10A, UM10A, LR10A, K10A, 10AE, P10GA, PX10, EPX10, KX10, RPX10, R10A |
| 11a | A11, E11A, V11A, V11PX, V11GA, L1016, MN11, G11A, GP11A, WE11A, CA21, CX21A, UM11A, LR11A, K11A, K11A, 11AE, P11GA, PX11, EPX11, KX11, RPX11, R11A |
| 23A | A23, E23A, V23A, V23PX, V23GA, L1028, MN21, G23A, GP23A, WE23A, CA20, UM23A, LR23A, LRV08, RVO8, MS21, K23A, 8LR932, 8LR23, 3LR50, 23S, P23GA, VR23, VR23, X23, X23, X23 |
| 27 A | A27, E27A, V27A, V27PX, V27GA, L728, L828, MN27, G27A, GP27A, WE27A, CA22, UM27A, LR27A, K27A, 27AE, A27S, P27GA, EPX27, KX27, RPX27, HS3, NR43, EL812, REL8212, REL27 |
| 476A | A476, E476A, V4034PX, V476A, V476GA, L1325, V34PX, GP476A, W476A, UM476A, LR476A, K476A, 476AE, A476S, P476GA, EPX476, KX476, RPX476, 4LR44, 7H34, 5476GA, P476GA, E47476, KX476, KX476, KX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476 |
| 544A | A544, E544A, V28PX, V28PXL, V28GA, V544A, L544, KS28, PX28A, WE544A, PX544A, GP544A, LR544A, K544A, K544AE, A544S, P544GA, KX544, RP544A, 4SR44A, 544AE, NZ44A, NZ44A, NZ44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P5444544A, P |
| Mini | AAAA, LR8, LR8D425, R8D425, LR61, E96, MX2500, V4004, V4761, MN2500, 25A |
| V74PX | MN154, 504, KA74, 220, 220A, 40474, 10LR54 |
| Pack plat 6 V | 4LR61, Flat Pack, 4018, 7K67, 866, 539, 1412AP, KJ, J |
| 4R25 | 4R25C, 430, GP908X |
| 4R25-2 | 4R25C, 430, GP908X |
| 4LR25 | MN908, PC915, 4R25-2P, 529, 908A, DC908, 4LR25Y |
| 4LR25-2 | MN918, PC918, 4LR25-24, 4R25-2C, EV31, R25-2, 731, 991, 1231, LR825 |
| 2R10 | 2R10R, 3010, 2010 |
| 6F100 | V439, 439, PP9 |
| U23PX | V23PX, EPX23, PX23, 4SR42, PX23S, RPX23A, 4N42, 4LR42, RPX23S, PX23A, KX23, RPX23, RX23 |
| U21PX | V21PX, EPX21, PX21, 3LR50, PX21S, RPX21A, RPX21S, PX21A, KX21, RPX21, UG-523, 3MR50, RX21, E523, BK-1, PC133A, 523 |
| TR164 | PX164A, S4164, EPX164A, E164, V164P, PX164, A32PX, HM-4N |
| U72PX | UG015, S4072, MN122, 15LR43, NM412, UG 015, 15F20, PX72, 412, 215, V72, V72PX, A72PX |
| PX27A | PX27, 4AG12, EPX27, 4AG13, S27PX, 4LR43, PX27S, 4SR43, 4NR43. U27PX, HS3C, RPX27S, RPX27A, RPX27, V27PX, KX27, HS-3 |
| LL4 | PS-LL4 |
| CR435 | BR435, type 435 broches, 435 PT |
Piles au lithium spéciales
| Type de batterie | Désignations |
| 2CR5 | EL2CR5, KL2CR5, EL2CR5BP, RL2CR5, DL245, DL345, 2CR5M, 5032LC, 245 |
| CR2 | EL1CR2, KCR2, RLCR2, DLCR2, DLCR2B, DR2R, RLCR2-L, 5046LC, CR17355 |
| CRV3 | LB01, CRV3P, RB104358 |
| CR-123A | EL123AP, K123LA, RL123A, EL123A, DL123A, 5018LC, LR123, VL123, CR17345 |
| CR-P2 | EL223AP, K223LA, RLP2, EL223APBP, DL223A, 5024LC, VL223, CR223A, CRP2, CRP2P, CR17-33, CRP2S, PC223A, DL223, K223, PC223, 223 |