Pile réversible Daniell, membrane ou pont salin. Utilisation de fréquences de résonance?

[Gamito]

Bonjour à tous!


Ceci est mon premier post et il concerne le domaine de l'électro-chimie, sur un sujet débattu déjà de nombreuses fois dans ce forum.

Le but est de réaliser une pile type Daniell réversible, c-à-d deux demi-piles isolées, qui ne doivent donc en aucun cas échanger leur ions métalliques. Pour ce faire, on utilise généralement un pont salin ou plus récemment une membrane.

Les pont salins peuvent être du type KNO3 dissous dans de l'eau à saturation et gélifié par de l'agar-agar, par exemple.
Il doit même être plus intéressant d'utiliser une émulsion avec de l'eau à saturation, mélangée avec des cristaux salins en suspension, pour la fixer ensuite dans l'agar-agar : le résultat devrait être meilleur dans ce cas.

De même, on devrait pouvoir utiliser un pont salin du même type que les ions utilisés en solution, c-à-d : en cas d'utilisation d'acide sulfurique (l'acide nitrique étant aussi intéressant mais posant potentiellement problème, notamment avec le cuivre) : Na2SO4 ou sulfate de sodium. Si on veut la présence d'ions Na+ en solution dans chaque demi-pile, on peut ajouter un peu de Na2SO4, de façon à ce que les ions Na+, plus réactifs que les ions métalliques (moins que Li+, mais assez réactif quand même), participent majoritairement aux réactions d'échange ionique.

Si je me souviens bien, les ions Na+ sont si réactifs que pratiquement aucun ion métallique n'interagit directement avec le pont salin, ce qui fait qu'une éventuelle "pollution" métallique du pont avec migration ionique est faible. Je ne suis pas trop sûr de ce phénomène possible de "pollution" (vague souvenir), mais il n'est pas inutile de l'envisager, car on cherche à réaliser une pile réversible (donc, en fait, un accumulateur), avec plusieurs centaines ou milliers (ou plus) de cycles de charge/décharge.

De même en ajoutant un élément conducteur électronique neutre du point de vue ionique et couples redox (poudre de graphite) dans le pont salin, il doit être possible d'obtenir une intensité débitée par la pile plus importante... Vrai ou faux? Je n'ai pas encore réalisé le montage, mais il me semble que çà devrait augmenter les échanges ioniques...

J'ai aussi pensé utiliser des électrodes en alliages, pour limiter certaines réactions non souhaitées, et avoir le moins de "boues électrolytiques" possibles : par exemple un alliage Cu90Bi10 d'un côté, et un alliage Al90Zn10 de l'autre. Le bismuth devant limiter certaines réactions intermédiaires de réduction du cuivre, et le zinc, principalement, permettant d'éviter que l'aluminium se recouvre d'une couche d'alumine qui nuirait à la disponibilité de Al(métal), et donc aux principales réactions. Encore une fois, les cours d'électro-chimie sont un peu loin, et je ne suis pas complètement sûr de la validité de ce choix pour les électrodes. Par exemple, si l'aluminium se recouvre bien d'une fine couche d'alumine (Al2O3) dans une solution aqueuse acide (dans une solution basique genre NaOH+H2O, l'aluminium est directement attaqué).

Enfin, pour en venir au sujet de ce post : pour les batteries au plomb, il existe des procédés de désulfatation utilisants des courants moyenne-haute fréquence (2-6MHz), pour provoquer une électro-cristalyse et ainsi une disponibilité accrue du sulfate de plomb ionique (très peu soluble dans l'eau), ce qui permet de "régénérer" certaines batteries en décharge profonde depuis un certain temps.

Question : Si on utilise dans le cas qui nous intéresse des d.d.p. isolées les unes des autres (en fait, trois d.d.p. ou tensions séparées), une correspondant au courant direct de charge/décharge, l'autre visant à établir un champ électrique (type des paires d'électrodes en grillage métallique isolé par un bon diélectrique), enfin le dernier permettant d'injecter un courant intermédiaire séparé (paire d'électrodes en graphite ou recouvertes d'argent) de part et d'autre du pont salin, et en utilisant des tensions alternatives (AVEC polarisation), qui correspondent à la fréquence de résonance des liens Na<->SO4 (visant à augmenter la disponibilité des ions), celà peut-il avoir un intérêt dans le but recherché (qui est, je le rappelle, de réaliser une pile Daniell réversible)...?!?

Voilà... Je sais que c'est un peu confus et qu'il me faudra réaliser/tester des montages, plus réviser des éléments théoriques comme la thermodynamique et l'électro-chimie, ainsi que d'apporter plus de précisions sur certains points...
Dans l'attente de vos réactions...


Gamito
-----

[Chalco]

Il faudrait être plus précis : tu commences par dire vouloir faire une pile de type Daniell puis tu dis que, pour revenir au sujet du post du parles de batterie au plomb après une longue digression sur les ponts salins. Tu veux faire une pile Daniell "pour le plaisir" ou tu cherches à développer un nouveau système ? Si c'est pour développer une idée géniale, préviens les lecteurs !

[Gamito]

Bonjour,


Je parle d'une pile Daniell REVERSIBLE, donc, en fait, d'un accumulateur ; évoquer les batteries au plomb n'est donc pas totalement hors-sujet...!

Quant à la digression sur les ponts salins, et bien... : si on veut recharger une pile Daniell classique pas trop "à plat", et si le pont salin est suffisamment long, alors çà doit être possible au moins une ou deux fois, voire plus (idem pour les piles alcalines, soit dit au passage).

Je cherche en effet à développer un système (pas si nouveau que çà), la seule originalité étant l'utilisation de courant ou de champs électriques alternatifs ou pulsés, séparés (au sens : séparation galvanique), dans les différents milieux du système, pour voir si çà peut aider à limiter la diffusion des ions ioniques métalliques dans le pont ou à travers une membrane faisant même office que le pont.

Je ne pense pas sincèrement qu'il s'agisse d'une idée "géniale", simplement : le cuivre n'est pas trop cher, l'aluminium et le zinc non plus ; le bismuth même est tout à fait abordable (~10€/100g). Et le sodium est beaucoup plus abondant que le lithium sur Terre. L'argent lui, coûte franchement un peu plus (~0.90€/g), et c'est pourtant le moins cher des métaux précieux ou rares que l'on peut être amené à utiliser dans ce genre de dispositifs (tu n'auras bien sûr pas omis de remarquer qu'il n'intervient que dans le plaçage d'électrodes, donc par électro-déposition, ce qui n'en fait consommer que fort peu...).

Maintenant, si tu veux contribuer positivement à ce thread, et bien, tu es le bienvenu!


Amicalement,
Gamito

[FC05]

Avec Al tu ne pourra jamais revenir en arrière.
Il existe des piles aluminium/argent pour des "applications spécifiques", mais c'est cher et ça pose pas mal de problèmes.

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Bonsoir,
Il faut bien avouer qu'on ne comprend rien à ce que tu fais, et à ce que tu veux faire. On se trouve en face d'une montagne de phrases et de considérations décousues, parlant de ponts au graphite, de piles alcalines ou Daniell, réversibles ou non, d'alliages de bismuth, de réactions secondaires, de membranes, de diffusion d'ions, de recharges, de prix, de désulfatation, de placages d'électrodes, de champs alternatifs et pulsés, d'électrocatalyse, de haute fréquence, j'en passe et des meilleures. C'est le délire ! Pourquoi ne parles-tu pas aussi de l'âge du capitaine ?
Et on trouve de affirmations absurdes, comme celle où tu parles des ions sodium qui sont tellement réactifs. S'il y a un ion qui n'est pas réactif, c'est bien le sodium.

[Gamito]

Bonjour à tous et plus particulièrement à Moco pour sa contribution éclairante,


J'ai bien précisé que ce premier post était un peu confus et que les cours de chimie étaient un peu loin ; je voudrais tout d'abord rappeler quelques points :

1. Consulter dans les "sujets à lire" sur http://forums.futura-sciences.com/chimie/, vous trouverez :

"Convivialité sur le forum ; respect de l'article 2 de la charte.
Bonjour à tous.
L'article 2 de la charte, en principe lue et signée par tous les participants, précise au début : « la courtoisie est de rigueur ».
Malheureusement, cet article est un peu trop souvent ignoré, les messages écrits sur un ton dépourvu de cordialité voire carrément agressif sont beaucoup trop nombreux, ce qui entraîne des réponses sur le même ton, et sur les fils (voire les sections) concernés une ambiance déplorable."

2. Je ne parle pas d'électrocatalyse (mais d'électrocristalyse), ce qui correspond à disponibilité accrue d'ions en solution par utilisation de MOYENNES-HAUTES fréquences (quelques MHz) -et non de hautes fréquences (plusieurs centaines de MHz)-.

3. Le procédé de désulfatation d'une batterie au plomb est donné en EXEMPLE.

4. Il peut y avoir certaines confusions, gentillement relevées :
""des ions sodium qui sont tellement réactifs". S'il y a un ion qui n'est pas réactif, c'est bien le sodium."

Bien : le METAL sodium est très réactif, mais l'ion sodium ne l'est en fait pas en solution aqueuse...
Merci pour cette correction. (il y avait un "si je me souviens bien" de ma part, je crois).

5. Voici le(s) SUJET(S) de ce post :


a. Pont-on construire un accumulateur à partir du modèle de pile Daniell, c-a-d, construire une pile Daniell REVERSIBLE (en apportant bien-sûr des modifications, mais que le principe reste le même)?

b. Y-a-t'il dans ce cas un risque/problème de migration d'ions métalliques dans le pont (ou tout ce qui peut servir de pont, comme une membrane de séparation d'épaisseur donnée)?

c. L'utilisation de tensions ou courants séparés aux fréquences de résonance des différents complexes métalliques ioniques en solution aqueuse (courant électrique séparé i, champ électrostatique séparé E), peut-il être d'un certain intérêt dans la réalisation évoquée au point a., avec le problème constaté en b. ?


Tout le post développe cet argumentation, en plus, il est vrai, de certains autres détails (disons "digressions" pour rester courtois).


J'espère ainsi être un peu plus clair (moins confus), et ne pas inciter certains à se situer à la limite de l'article référencé en premier dans ce message (cf supra).


Merci à tous!
Gamito

[Chalco]

Les réponses à tes questions sont dans la littérature scientifique. Commence par revoir tes cours de chimie, fais la bibliographie des sujets, ne pense pas que les participants au forum le feront pour toi.

[Gamito]

Merci Chalco,


C'est tout à fait vrai, c'est par là aussi que je considère les choses.

Cependant, je m'attendais un peu à des réponses du genre :

"Oui, il y a un phénomène de migration ionique à envisager, j'y ai déjà été confronté."
"Un champ électrostatique continu ne va modifier la répartition ionique que sur une distance très faible ; j'ignore ce qu'il en est d'un champ alternatif, revois les équations de Maxwell dans les milieux polaires et solvants protiques."
"Tu risques de dissiper pas mal d'énergie avec ton courant séparé, et de faire chauffer ton milieu réactif.", ou, encore :
"Mmmhhh, tu as comme barrière l'électrolyse de l'eau, as-tu pensé au fait que tu peux dégazer du H2 et du O2 ? Ce sont sûrement des réactions que tu souhaites éviter, au moins en fonctionnement normal."

Bon, merci, hein! Je vais consulter la littérature...


Gamito


PS :

Le terme "électrocristalyse" est un néologisme, il vaut mieux parler de fréquences de résonance et de modulation de la disponibilité des ions.
Si je n'ai pas évoqué "l'âge du capitaine", c'est parce que Moco et Gamito ne sont pas dans le même bateau...