La première batterie, conçu et construit par Alessandro Volta en 1799, incorporé en métal de zinc comme anode et le métal de cuivre en tant que cathode. L'utilisation du zinc dans les batteries persiste aujourd'hui. des piles alcalines modernes utilisent du zinc comme anode et du dioxyde de manganèse comme matériau de cathode. D'autres batteries incorporant zinc comprennent les piles à l'oxyde de zinc-mercure, couramment utilisés dans les prothèses auditives et les piles d'argent-zinc, habituellement réservés aux applications aéronautiques.
Notions de base de la batterie
Toutes les batteries partagent trois éléments communs: une anode, une cathode et un électrolyte. L'anode fournit des électrons, à travers quel appareil la batterie est mise sous tension, à la cathode. Ce processus, cependant, se traduit par un déséquilibre de charge dans les électrodes, qui corrige l'électrolyte en permettant des particules négatives appelées anions à l'écoulement des cations d'anode et de particules positives appelé à circuler à la cathode.
Oxydation et réduction
Tous les processus qui se déroulent dans une batterie représentent des réactions chimiques. Zinc, comme anode, donne des électrons dans un processus appelé oxydation. Le matériau de cathode accepte les électrons dans un processus appelé réduction. Ces procédés ont toujours lieu en même temps, et les chimistes désignent collectivement par des réactions «redox». La capacité d'un matériau à donner ou à accepter des électrons varie d'un matériau à l'autre. Les chimistes quantifient cette tendance à donner ou accepter des électrons avec des potentiels redox.
potentiels Redox
Chemists mesure du potentiel de réduction par rapport à la tendance de l'hydrogène à accepter des électrons. Autrement dit, la réaction dans laquelle deux atomes d'hydrogène chargés positivement acquièrent des électrons pour former de l'hydrogène gazeux est attribué un potentiel de zéro volt. Tous les autres matériaux, soit présentent une plus grande tendance à accepter des électrons et donc de générer des potentiels d'oxydoréduction plus positif que l'hydrogène, ou ils présentent une tendance plus faible à accepter des électrons que l'hydrogène et générer ainsi le potentiel d'oxydo-réduction négatif. La tension produite par une cellule électrochimique reflète la différence entre les potentiels de l'anode et la cathode. Dans le cas d'une pile alcaline, le potentiel d'oxydo-réduction entre le zinc et le manganèse, la somme de dioxyde à environ 1,5 V, ce qui représente la tension produite par la batterie.
Zinc et Batteries
La plupart des avantages de l'incorporation de zinc dans une batterie se rapportent à son électrochimie favorable, à savoir sa capacité à donner des électrons, et sa stabilité relative. De nombreux métaux seraient techniquement produire une tension plus élevée dans une batterie que le zinc, car ils donnent plus facilement des électrons. Mais au-dessus d'un certain point, la capacité de donner des électrons devient problématique. métal de sodium, par exemple, va donner des électrons à l'eau, ce qui signifie qu'il réagit avec l'électrolyte de la batterie. L'aluminium a tendance à former facilement des revêtements d'oxyde sur sa surface, ce qui nuirait à ses performances. prestations de zinc à partir d'un autre avantage significatif en ce que, comme matière première, il est peu coûteux.