7.2. Pile primare

Pilele primare reprezintă - istoric vorbind - prima sursă de energie electrică prin lanţul electrochimic propus de Volta:

(-)  Zn / H2SO4 / Cu (+)

urmat apoi de pila Daniel - Jacobi:

(-) Zn / ZnSO4 / CuSO4 / Cu (+).

Aceste pile şi altele similare, au un timp de viaţă scurt datorat consumării rapide a anodului, sunt dificil de manevrat (electrolitul este lichid) dar au demonstrat posibilitatea practică de realizare a unui dispozitiv care să producă curent electric pe baza unei reacţii chimice.

În laborator se utilizează pile de concentraţie. Acestea sunt pile primare în care anodul şi catodul conţin aceleaşi specii dar concentraţiile ionice sunt diferite:

      (-) M / M^z+ , c₁ // M^z+, c₂ / M (+)  , c₁< c₂

                                        (7.7) 

Caracteristicile unei reacţii electrochimice optime unei pile primare sunt:

-           reacţia generatoare de energie electrică trebuie să fie rapidă;

-           conductivitatea reactanţilor trebuie să fie suficient de mare pentru a limita pierderile de energie electrică (prin căderi ohmice);

-           reacţiile de electrod să nu fie însoţite de reacţii secundare şi mai ales de procese spontane, care se pot desfăşura în timp ce bateria nu funcţionează;

-           supratensiunile pe anod şi pe catod să fie cât se poate de mici, tinzând spre nul;

-           funcţionarea bateriilor să fie la fel de bună în regim continuu sau cu impulsuri;

-           să nu genereze produşi de reacţie toxici deoarece după epuizare, bateriile nu mai pot fi utilizate deci trebuie să fie ecologice.

Caracterizarea pilelor se face prin câteva mărimi:

-           tensiunea la borne, U [V]

-           densitatea masică de energie, Wg, [Wh / kg]:

                                                                 (7.8)

în care: Q_d – cantitatea de curent debitat de pilă [c]

I – intensitatea curentului [A]

t - timpul de funcţionare [s]

m_pilă – masa pilei;

-           densitatea volumică de energie, Wv, [Wh / m3]:

                                                                                  (7.9)

unde v_pilă – volumul pilei;

-           timp de descărcare (timpul de funcţionare continuă a unui element la tensiunea de lucru, U).

Un număr mare de pile primare a fost inventat în decursul timpului de aceea clasificarea acestora se poate face după mai multe criterii. În cele ce urmează se va apela la criteriul "starea de agregare a electrolitului". Se cunosc astfel, pile cu electrolit "uscat", pile cu electrolit lichid şi pile cu electrolit solid.