Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Composition and Chemistry

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Composition and Chemistry

The following description of the composition and chemistry of the Alkaline cells is typical for all alkaline products.

Active Components

The chemically active components are : Anode (pole -): High purity zinc powder Zn.

Cathode (pole +) : Electrolytically produced manganese dioxide MnO2

.

Electrolyte : Concentrated potassium hydroxide solution

During cell discharge, the oxygen-rich manganese dioxide reacts with zinc powder, while ions are being transported through conductive alkaline electrolyte. […]

Anode

The anode material of the alkaline cell is a powdered zinc metal.

Manufacturing of the zinc powder is carefully controlled to ensure chemical purity and correct particle size, resulting in good surface area available during the cell reaction. This increased surface area provides greater particle to particle contact within the anode, so that it lowers the cell’s internal resistance and generates higher power density.

Keeping pace with regulatory requirements worldwide, environmentally responsive anode designs have been implemented by Duracell.

Cathode

The cathode material of the cell is a powdered manganese dioxide (MnO₂), produced synthetically through an electrolytic process. Its purity and reactivity are far superior to the natural material. This contributes to the cell’s increased energy density and performance.

Additives are used in the major cathode components to enhance performance capability. For example, graphite is mixed with the manganese dioxide to improve conductivity. When mixed with the other ingredients, the electrolytic manganese dioxide provides a cathode of excellent conductivity to assure good cell performance over a wide range of temperatures and discharge rates.

Electrolyte

The electrolyte consists of a concentrated aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) to which zinc oxide is added to retard corrosion of the zinc. In some cell designs,a gel-type electrolyte is formed by the addition of a gelling agent.

This electrolyte is basic in contrast to the electrolyte of regular zinc- carbon cells, which is acidic. The concentrated potassium hydroxide solution offers high ionic mobility with a low freezing point.

Voltage

Open circuit voltage ranges from 1.5 to 1.6 volts. Nominal voltage is 1.5 volts. Operating voltage is dictated by the state-of-discharge and the actual load imposed by the equipment. The voltage profile under discharge is a sloping curve as seen in the following figure. In most instances, 0.8 volts is considered to be the end-voltage.

Ce graphique (doc 2) indique la valeur de la tension de la pile alcaline en fonction du temps de décharge lorsque celle-ci

alimente une résistance de 3.9 Ω , 24 Ω ou 62 Ω. Dans ce cas, elle débite

respectivement 275 mA, 50 mA et 20 mA.

Ce schéma (doc 1) donne la composition

de la pile

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Questions à propos de la fiche technique :

 Les questions sont posées dans l’ordre du texte.

 Vous n’avez pas besoin de connaissances pour répondre aux questions suivantes.

1/ Remplir le tableau ci-dessous dans lequel vous indiquerez le nom, la formule chimique, et l’état physique des molécules ou atomes intervenant dans le fonctionnement d’une pile alcaline.

Nom Formule chimique Etat physique Pole +

Pole - Electrolyte

2/ Comment appelle-t-on le pole + d’une pile ? Le pole - ?

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3/ Pourquoi le zinc est-il sous forme de poudre dans la pile ? Donne au moins deux arguments.

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4/ Le dioxyde de manganèse se trouve aussi sous forme de poudre très pure et fine. On y additionne autre chose. Quel est cette chose et pourquoi la rajoute-t-on ?

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5/ L’électrolyte est-il sous forme de liquide ?

………..

………..

6/ Que vaut (environ) la tension de la pile alcaline neuve?

………..

7/ Parmi les grandeurs suivantes, indiquer celles qui varient lorsque la pile, placée dans un circuit, s’use :

 Tension

 intensité du courant

 masse de zinc

 masse de dioxyde de manganèse

 masse de la pile.

8/ On considère que la pile est complètement usée lorsque la tension à ses bornes est de 0.8 V. Remplir le tableau ci-dessous à l’aide du document 2 :

Résistance alimentée par la pile alcaline.

3,9 Ω 24 Ω 62 Ω

Tension 0,8 V 0,8 V 0,8 V

Durée de fonctionnement

9/ La résistance de 3.9 Ω peut être assimilée à celle d’une petite résistance électrique chauffante alors que la résistance de 62 Ω peut être assimilée à celle d’une télécommande. Explique alors pourquoi la durée de fonctionnement varie.

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10/ Sur les emballages de piles alcalines, on peut voir l’indication suivante : 800 mAh ( m ^illi a ^mpère h eure). C’est la capacité électrique de la pile calculée en multipliant le temps de fonctionnement total de la pile en heures par le courant débité en milliampères pendant cette décharge.

Pour la résistance de 24 Ω, fais le calcul et trouve la capacité de la pile en mAh.

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