7.2.1. Pile primare uscate

În 1865 inginerul francez Léclanché a construit o pilă primară, utilizată şi astăzi pornind de la care s-au dezvoltat şi alte pile uscate, succint prezentate în continuare. Caracteristicile unor pile uscate sunt  prezentate în Tabelul 7.1.

Pila Léclanché (bateria de buzunar)

În forma ei originală, pila Léclanché are carcasa alcătuită din anodul de zinc iar catodul este din pulbere de piroluzită, MnO2, depusă pe un electrod de cărbune.

Electrolitul pastă este preparat dintr-o soluţie 20...30% de clorură de amoniu şi 5...10% clorură de zinc îngroşată cu făină de grâu şi amidon, care înconjoară catodul. Celula este închisă etanş, Fig.7.2 şi protejată pe laterală prin acoperire cu hârtie sau peliculogene

Lanţul electrochimic şi reacţiile după care funcţionează bateria sunt:

(-) Zn / ZnCl2, NH4Cl / MnO2 - C (+)

electrolit: NH₄Cl NH₄⁺ + Cl^-

A(-)         Zn⁰  Zn²⁺ + 2e^-

                            Zn²⁺ + 2Cl^-   ZnCl₂      şi    ZnCl₂ + 2NH₄⁺   [Zn(NH₃)₂]Cl₂ + 2H⁺

K(+)     2MnO₂ + 2H⁺ + 2e^-   2MnOOH   şi    2MnOOH   Mn₂O₃ + H₂O

REMA:  Zn + 2NH₄Cl + 2MnO₂   Mn₂O₃ + [Zn(NH₃)₂]Cl₂ + H₂O

Pila se caracterizează prin densităţi masice de energie, W_g şi densităţi volumice de energie, W_v, mici, printr-un preţ de cost redus şi are ca dezavantaj principal faptul că în timpul funcţionării produce apă, care diluează în timp electrolitul iar bateria va "curge" pentru că nu este perfect etanşă.

Acest dezavantaj a fost remediat prin modificarea electrolitului în bateriile Léclanché alcaline care au ca electrolit gel de KOH în care este dispersată pulbere de zinc. Lanţul electrochimic după care funcţionează bateria este :

(-) Zn / KOH / MnO2 - C (+)

iar reacţiile care au loc sunt:

A(-)          Zn⁰   Zn²⁺ + 2e^-

K(+)        2MnO₂ + 2H₂O + 2e^-   2MnOOH + 2HO^-

In electrolit: Zn²⁺ + 2HO^- + 2KOH   K₂[Zn(OH)₄]    până la saturaţie apoi

                       Zn²⁺ + 2HO^-   Zn(OH)₂   ZnO + H₂O

REMA:    2MnO₂ + Zn + H₂O   2MnOOH + ZnO

Bateriile alcaline cu oxid de mercur (bateriile Malory).

Aceste baterii au catodul din 92% oxid roşu de mercur şi 8% grafit, anodul de zinc slab amalgamat iar ca electrolit, hidroxid de potasiu 40% cu 5% Zn(OH)₄^2-, impregnat în celuloză sau în carboximetilceluloză.

(-) Zn / KOH / HgO - C (+)

Reacţiile de electrod sunt:

A(-)           Zn⁰   Zn²⁺ + 2e^-

K(+)        2HgO + H₂O + 2e^-   2Hg + 2HO^-

In electrolit:  Zn²⁺ + 2HO^-   Zn(OH)₂   ZnO + H₂O

REMA:   2HgO + Zn  Hg + ZnO

Pila se pretează la miniaturizări, fiind cunoscută sub forma de "pastilă" dar trebuie etanşată cu deosebită grijă datorită componenţilor toxici, ceea ce-i ridică preţul de cost.

Baterii alcaline cu oxid de argint (pile Reuben)

Sunt pile cu proprietăţi electrice remarcabile dar au preţ de cost ridicat. Constructiv se aseamănă cu pilele cu oxid de mercur cu lanţul electrochimic descris de:

(-) Zn / KOH / Ag2O - Ag (+)

şi   REMA:    2HgO + Zn  Hg + ZnO

Electrolitul este o soluţie de KOH 45% impregnată în suport textil iar pasta sau pulberea de oxid de argint este depusă pe un conductor, de obicei de argint care se poate recupera, Fig. 7.3:

Datorită densităţii masice mari de energie, aceste pile au fost miniaturizate cu precădere şi se utilizează pentru alimentarea diverselor dispozitive electronice: calculatoare, ceasuri de buzunar etc.

Pila Zn - aer are catodul din cărbune activat, poros, pe suprafaţa căruia se reduce oxigenul din aer. Caracteristicile pilei sunt: E = 1,35 V;  U = 1,1 V;  Wg = 180 -250 Wh/kg.

(-) Zn / KOH / O2 - C (+)  

şi:   REMA: Zn + 1/2 O₂  ZnO            

Varianta cu electrolit neutru (NH4Cl) este preferabilă, există însă riscul ca electrolitul să se usuce  deoarece nu este higroscopic. Aceste baterii sunt utilizate pentru alimentarea aparaturii electronice portabile (camere video) şi au un timp de descărcare de cca. 20 de zile.

Tabel 7.1 Caracteristicile câtorva pile uscate