La pile galvanique (aussi appelée cellule galvanique) est une cellule électrochimique qui convertit l’énergie chimique en énergie électrique. Ce dispositif est constitué de deux métaux différents reliés au moyen d'un pont salin ou d'un disque poreux situé entre chaque demi-cellule. Il reçoit son nom en l'honneur de Luigi Galvani.
La cellule galvanique ou pile voltaïque (du nom d'Alessandro Volta) est similaire à la cellule galvanique. Les découvertes de Luigi Galvani et Alessandro Volta ont ouvert la voie aux batteries électriques.
La cellule voltaïque, la première cellule électrique qui peut fournir une tension électrique dans un circuit, obtient de l'énergie électrique à partir d'une réaction chimique.
Comment fonctionne une cellule galvanique ?
Une cellule galvanique est constituée de deux électrodes métalliques immergées dans un réservoir contenant un électrolyte. En général, l'électrolyte se compose de deux solutions électrolytiques qui peuvent échanger des ions à travers un pont salin ou un septum poreux.
Le métal dans une cellule galvanique se dissout dans l'électrolyte à deux vitesses différentes. Les métaux deviennent des ions positifs en se dissolvant et les électrons restent dans la partie non dissoute.
En conséquence, le métal immergé dans la solution d'électrolyte acquiert une charge négative nette à mesure que l'électrolyte se charge positivement. S'il y a une connexion électrique, les électrons circulent en générant un courant électrique continu.
Qu'est-ce que l'anode et la cathode?
L'anode est le métal le plus actif, par exemple le zinc métallique. La cathode est le métal le plus inactif, par exemple le cuivre métallique.
En même temps, un courant électrique égal mais avec des ions positifs apparaît dans l'électrolyte. Les ions anodiques sont transférés à l'électrolyte. Les ions dissous sont également transférés à la cathode, qui est le métal le moins actif.
De cette façon, l'anode est consumée ou corrodée. Lorsque le matériau de l'anode a été totalement consommé, le courant électrique s'arrête.
Le métal peut être considéré comme le combustible qui fournit l'énergie à l'appareil.
Un processus similaire consiste à utiliser l'électrolyse. Le courant électrique dans l'électrolyte est égal au courant dans le circuit externe. C'est-à-dire que le circuit électrique complet est formé à la fois par le trajet externe des électrons et par la partie de l'électrolyte que parcourent les ions positifs.
Il y a un flux d'électrons de l'anode, les ions oxydés, vers la cathode, les atomes réduits (qui prennent des électrons). Ce flux produit par une réaction d'oxydoréduction (redox) est ce qui constitue le courant électrique produit par la cellule galvanique.
Types de cellules galvaniques
Parmi les types de cellules galvaniques, nous en distinguons trois :
Cellule de concentration
Une cellule de concentration est une cellule primaire (non rechargeable) qui utilise deux demi-cellules galvaniques avec la même espèce chimique mais avec des concentrations différentes.
Cellule électrolytique
Une cellule électrolytique est constituée de deux électrodes immergées dans un réservoir contenant un électrolyte. Généralement, l'électrolyte se compose de deux solutions d'électrolyte qui peuvent échanger des ions à travers un pont salin ou un septum poreux.
Une réaction d'oxydation se produit à l'anode. D'autre part, une réaction de réduction se produit à la cathode. Le résultat est qu'une réaction d'oxydoréduction se produit dans la cellule qui profite de l'énergie électrique externe pour la produire.
Les signes des pôles sont inversés par rapport à une cellule galvanique. Dans une cellule électrolytique, l'anode est le pôle positif, tandis que la cathode est le pôle négatif.
Cellule électrochimique
Les cellules électrochimiques sont constituées de deux demi-éléments, également appelés demi-cellules.
Ces semi-éléments sont maintenus séparés par une membrane semi-perméable ou sont contenus dans des conteneurs séparés reliés par un pont salin. En connectant les demi-éléments, un demi-élément libère des électrons via la réaction d'oxydation. À leur tour, ces électrons sont transférés à l'autre pour déclencher la réaction de réduction.