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Grilles de batterie constituées en. alliage plomb-lithium"
Le domaine d'application de l'invention est' limité à la production de grilles pour batteries.
On sait que le plomb utilisé pour la formation de grilles de batterie doit être pourvu, d'un agent de durcissement ou de renforcement. Jusqu'à présent, la plupart des grilles sont établies en un alliage plomb-calcium et un alliage plomb- antimoine. 3ien que ces alliages aient permis la production de grilles adéquates, la nature concurrentielle de l'industrie de la batterie est telle que la recherche des améliorations ne s'y arrête jamais.
La présente invention permet d'atteindre
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la robustesse requise pour les grilles de 'batterie, tout en assurant de meilleures caractéristiques de fonctionnement, un abaissement du coût des matières, ainsi qu'une réduction du prix de revient et une plus grande facilité dans la fabrication des batteries.
L'alliage pour établir les grilles de batterie consiste en un raélange de plomb et de 0,005 à 0,04 pour-cent en poids de lithium, dans le but d'assurer le durcissement du plomb, ou la résistance de celui-ci à la précipitation, propriétés requi- ses afin que le plomb puisse être utilisé pour une grille de support. 'On coule la ,grille en versant l'alliage liquide dans le moule à une température comprise entre 740 et 780 F(393 et 416 C), le moule étant maintenu à une température comprise entre 300 et 370cF (148,9 et 187,8 C) pendant que le métal se solidi- fie.
On a constaté que, établies de cette façon, les grilles de batterie sont plus uniformes, d'un moindre prix de revient, plus résistantes à la corrosion et d'une manipulation plus aisée, étant donné la rigidité mécanique qu'elles possèdent aussitôt après avoir été moulées. On, a constaté en outre que cet alliage permet une coulée facile et que, comparativement à {'autres alliages, peut être plus aisément soudé à l'autogène ou autrement pendant la production des batteries, le risque de voir se former de petites crevasses, ete.., étant faible ou nul.
On a constaté que les batteries pourvues d grilles de cette sorte possèdent des caractéristiques de telles que la capacité et l'espérance de vie, au =oins aussi favorables, voire plus favo- rables, que les batteries comprenant des grilles établies en d'autres alliages.
La nature des grilles et la nécessité de leur présence dans les batteries sont bien connues, de sorte qu'il est inutile de décrire longuement l'utilisation de ces grilles. Ces dernières
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peuvent affecter diverses formes, configurations et dimensions; elles peuvent cependant présenter normalement une structure cellulaire qui est creuse, tout en offrant-une rigidité méca- nique suffisante. Cette grille devient une partie intégrante des plaques de batterie et torse le support pour celles-ci.
Les grilles peuvent être munies de queues ou d'autres saillies faisant corps avec --les et à l'aide desquelles elles peuvent être connectées à auitres grilles ou plaques, par exemple par soudage, etc.., ou au moyen desquelles elles peuvent être attachées à des tiges polaires ou être montées solidement dans un bac de batterie. Dans une application aux batteries au plomb, le plomb donnerait le meilleur rendement électrochimique; toutefois, l'expérience a démontré que les grilles de cette nature n'offrent pas une rigidité mécanique suffisante pour être utilisées dans une batterie ordinaire au plomb.
Pour cette raison, le plomb doit être mélangé avec un agent de durcissement ou de renforcement d'une espèce quelconque, Fais cela de telle manière et à -un degré tel qu'il en résulte un effet minimal sur les propriétés électrochimiques, en comparai- son avec le plomb pur.
Bien que certaines gril3 es aient été - et puissent être - établies par extrusion ou laminage à froid, la plupart des grilles sont cependant exécutées par moulage. Suivant la présente invention, on mélange au plomb purune proportion de lithium comprise entre 0,005 et 0,04 pour-cent en poids. Le processus d'alliage peut être opéré de n'importe quelle manière connue. L'addition contrôlée de ce pourcentage, très faible, de lithium, peut être effectuée soit en introduisant un alliage- mère préparé d'avance et contenant les pourcentages appropriés, soit en introduisant la quantité désirée de lithium liquide, sous une atmosphère inerte, dans le fond du creuset à plomb,
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qui contient le plomb fondu.
On a constaté que si la propor- tion de lithium dépasse notablement la limite de pourcentage supérieure citée plus haut, la grille devient cassante et hygros- ^.apique et présente encore d'autres caractéristiques défavo- rables. Si la proportion de lithium ajouté est notablement inférieure à la licite de pourcentage inférieure citée plus
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haut, les grilles rarai$ent être exécutées en plomb pur et ne possèdent pas la rigidité mécanique recuise. L'expérience a également démontré que, lorsque la quantité de lithium dépasse la limite supérieure, l'alliage liquide coule diffi- cilement pendant la soulage.
La liquéfaction et le mélange de l'alliage sont opérés
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à une température comprise entre 740 et 78c F j93 et 41600) jusqu'à ce que l'on ait l'assurance que le mélange est homogè-
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ne. Des essais ont démontré que la lignite supérieure de la température de mijotage d'un alliais est d'une grande importan- ce. Si la tfOt1péral;l.lre de zàjotace <1p."19$e 780"F 176 ), le lithium est chassé de l'alliage, ce qui a pour effet de réduire le pourcentage de la teneur en lithium d'une quantité importante.
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Par exemple, rouir t:11r une ±rille dp 5, pouce sur 6,09 pouce sur 0J138 3>.>..uù r'tc'.1 5':x. 17,52F 2-ir C,35C52 en),d'un poids de 1?zrire 1.. 2û 3 .;.,,n.a=s, en i .c7L>vf::I'ai l'alliage Z>..Ci1:11- lithium dans E.; <;-:.: -;set,à une :::g :.::ra coaprise en 750 et z)"? (399 et 416*v-j pendant -are ic=-4e de 7 heures. Ci,- 1-';'1-te grilles au total ont été coulées de façon intermittente rendant
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cet essai pilote. Le tableau ci-: :r 1 s récapitule les perlas de lithium en relation avec la ta:3pér".t:r<? dp aijotage du creuset de coulée, la progression des n:<5r('J grilles corres.. .;zcâant à l'ordre chronologique de la coulée de calle-ci.
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Pertes de-lithium pendant la coulée Durée totale : 7 heures. Température de mijotage: 750 à 760 F (399 à 404 C). Dimensions des grilles : 5,68 pouces sur 6,09 pouces sur 0,138 pouce. (14,4272 x 17,526 x 0,35052 cm).
Poids par grille : 225 g.
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Grille <SEP> N <SEP> % <SEP> Xi
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<tb> 1 <SEP> 0,024
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Après élévation de la température de mijotage à 780 F (416 C):
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<tb> 45 <SEP> 0,022
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<tb> 48 <SEP> 0,017
<tb>
<tb> 50 <SEP> 0,017
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Après que l'allaiage a été convenablement homogénéisé, on le coule dans un '.ouïe qui possède une covité dedimentsiomn appro- priées et unÇ empreinte permettant de donner à l'alliage la forme voulue.
On a constaté que, lorsqu'on coule en versant d'un creuset dans un cule ouvert, de cette manière, il est préférable de maintenir la température de l'alliage dans le creuset à 740 F (393 C) ou plus. Tor efois, des expériences ultérieures ont montré que, lorsque les grilles sont coulées d'une façon différente, on peut permettntre une abaisse de la température de l'alliage liquide jusqu'à la température de fusion ou de liquéfaction, qui est de l'ordre de 680 F (360 C).
:Par exemple, on a constaté que si les grilles sont formées par @
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moulage par injection, de sorte que l'alliage est injecté dans le moule à une allure rapide, la température de l'alliage peut ne pas dépasser 680 F (360 C), tout en permettant de produire des grilles adéquates. Les raisons pour lesquelles ces varia- tions de la température minimale sont tolérables ne sont pas entièrement connues, mais en suppose qu'elles sont en relation avec la vitesse de solidification -rendant la coulée du -,étal liquide, les caractéristioues de tension superficielle, les conditions du milieu, etc..
Pendant que l'on coule l'alliage dans le moule et au cours de sa solidification dans ce dernier, on maintient la température du soûle entre 300 et 370 F (148,9 et 187,8 C), cela pour deux raisons importantes : Tout comme dans le cas de l'alliage plomb-calcium, il se produit pendant le moulage et la coulée une perte de lithium et il n'existe qu'une possibilité minime,voire nulle, d'empêcher ce phénomène. Cependant, on a constaté qu'en maintenant la température du moule dans les limites précitées, on réduit les pertes de lithium au minimum.
On a également constaté que, lorsque la température du moule dépasse notaélement 370 ? (187,8 C), les grilles ont une tendan- ce à se désagriger lors de leur démoulage. La coulée à une température notablementinférieure à 300 F (148.9 C) estvir- tuellement impossible, étant donné que l'alliage liquide ? solidifie beaucoup trop rapidement et ne remplit pas complére- ment la cavité. On obtient une rigidité mécani que optimale lorsque les grilles sont formées à des températures comprises dans les limites indiquées.
Des grilles établies en alliage plomb-lithium ont été comparées avec des grilles établies en d'autres alliages, Boit, en plomb-antimoine et en plomb-calcium, avec les résultats suivants :
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a) des photographies fortement agrandies révèlent que les grilles en plomb-lithium présentent moins d'inclusions et de pores et moins de gaz dissous que les grilles établies en alliages plomb-calcium et plomb-antimoine.
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b) au cours d*une ccaparaison de la résistivité, déter- minée en mesurant la chute de potentiel entre deux points pris sur une tige d'un diamètre de 0,313 pouce (7,9502 mm), on a obtenu les résultats suivants :
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0,027;
de Li-1'b 2, 8 x 10 -6 ohm-cm plomb pur 21,7 x 1076 ohm-cm 4,5% Sb-Pb $, 5 x 10-6 ohm-cam c) Les essais comparatifs relatifs à la résistance à la traction ont donné les résultats suivants :
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0,04; Io-L-1b 5600 psi. (393,719 Kg/cn2
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<tb> 0,07 <SEP> Ca-Pb <SEP> 5850 <SEP> psi. <SEP> (411,296 <SEP> Kg/cm2
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<tb> 4% <SEP> Sb-Fb- <SEP> 7200 <SEP> psi. <SEP> (506,210 <SEP> Kg/cm2).
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d) On a constaté que les grilles établies en alliage plomb-lithium pouvaient être plus aisément soudées à l'autogène ou autrement et Remettaient de produire des soudures beaucoup plus satisfaisantes que les grilles établies en alliage plomb- calcine. Ceci a été démontre en soldant l'une à l'autre deux
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barres du I::l4le alliage.
Le soudage du plC';::1è-li thium a été effectué plus rapidement et a foui--ni une soudure continue lisse, tandis que le soudage du plomb-calcium a demandé plus de temps et a donné lieu à une soudure rugueuse, autour de laquelle apparaissaient de minuscules crevasses. e) Il apparaît que les grilles en plomb-lithium empâtées de matière active, soit le PbO par exemple subissent des chutes de matière active à un degré notabl ment moindre que d'autres grilles. On suppose que ceci est dù au fait que le lithium forme une liaison essentiellement ovalente avec l'oxyde
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de plomb.
En d'autres termes, il semble qu'il existe une troisième couche composée de Li2O.PbO2, qui adhère mieux à la grille plomb-lithium, ce qui a pour effet de réduire les chutes de matière active, étant donné la présence de cette interface. f) Au cours de divers essais.relatifs à la corrosion de grilles exécutées en alliage plomb-lithium, comparativement à celles constituées en plomb-antimoine et en plomb-calcium, les premires ont supporté la comparaison d'une manière favorable, et le comportement de l'alliage plomb-lithium en- ce qui concerne la corrosion anodique.s'est révélé plus favorable que celui des autres alliages. g) il apparaît que l'alliage plomb-lithium ne donne pas lieu à une décharge spontanée, comme cela se produit dans les grilles en plomb-antimoine.
r (h) Après avoir été soumises à des essais de surcharge, les grilles en alliage plomb-lithium ont été trouvées en excel- @ lent état et propres à l'emploi.