CA1099780A - Pile electrique a depolarisation par l'air - Google Patents
Pile electrique a depolarisation par l'airInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
Pile électrique à dépolarisation de l'air compre-nant une électrode positive comportant une masse catalytique contenant un liant organique, une électrode négative, un électrolyte dispose entre les électrodes, un espace gazeux surmontant l'ensemble formé par l'électrode négative et l'électrolyte, une cheminée d'aération ménagée dans l'élec-trode positive pour amener l'oxygène au sein de la masse catalytique et reliée à une source d'oxygène séparée dudit espace gazeux par une paroi imperméable à l'oxygène, ledit espace gazeux étant limité vers le circuit d'aération par un tube en matière plastique imperméable à l'oxygène, plongeant dans l'électrolyte et relié de façon étanche à ladite paroi, ladite matière plastique et ledit liant organique étant choisis de manière à avoir un solvant commun, et ladite masse étant surmoulée sur le tube.
Pile électrique à dépolarisation de l'air compre-nant une électrode positive comportant une masse catalytique contenant un liant organique, une électrode négative, un électrolyte dispose entre les électrodes, un espace gazeux surmontant l'ensemble formé par l'électrode négative et l'électrolyte, une cheminée d'aération ménagée dans l'élec-trode positive pour amener l'oxygène au sein de la masse catalytique et reliée à une source d'oxygène séparée dudit espace gazeux par une paroi imperméable à l'oxygène, ledit espace gazeux étant limité vers le circuit d'aération par un tube en matière plastique imperméable à l'oxygène, plongeant dans l'électrolyte et relié de façon étanche à ladite paroi, ladite matière plastique et ledit liant organique étant choisis de manière à avoir un solvant commun, et ladite masse étant surmoulée sur le tube.
Description
L'invention concerne les piles à dépolarisation par l'air comprenant une électrode positive catalytique dans la-quelle est ménagée une cheminée d'aération, une électrode né- ;
gative et un électrolyte séparant les électrodes.
Elle concerne plus particulierement les piles dont l'électrode négative est sensible à l'oxygène de l'air, comme par exemple les piles à électrolyte alcalin et à électrode né-gative à base de zinc divisé. Dans les piles de ce genre,de l'oxygène doit être introduit dans la cheminée d'aération mais il ne doit pas en parvenir à la surface libre de l'élec-trolyte, où il pourrait se dissoudre et venir oxyder l'élec-trode négative, diminuant ainsi la capacité utile de la pile.
Dans un type connu de piles, illustré par exemple par la demande française de la Société des Accumulateurs Fixes et de Traction, publiée le 25 mai 1973 sous le n2 155 855, la cheminée d'aération de l'électrode positive débouche dans une chambre d'aération constituant une source d'oxygène située au-dessus de l'espace libre surmontant l'ensemble formé par l'é-lectrolyte et l'électrode négative, et séparée de cet espace par une paroi horizontale traversée par l'électrode positive.
L'espace libre est ainsi séparé de la cheminée d'aération par l'épaisseur de la masse catalytique de l'électrode. Cette masse étant nécessairemen* poreuse et perméable à l'oxygane, il est également connu de recouvrir et/ou d'imprégner la partie de sa surface en contact avec l'espace libre par un matériau d'étan-chéité tel que du brai.
Cependant on constate que cette mesure n'est pas suffisante pour assurer un barrage efficace contre l'oxygane et pour prévenir l'oxydation chimique du zinc dans l'électrode négative. Dans certaines variantes de piles illustrées dans la demande n 2 155 855 précitée est prévu contre la paroi de la lU99780 cheminée d'aération un tube métallique collecteur de courant.
Ce collecteur apporte également une certaine séparation entre la cheminée et l'espace gazeux, mais l'efficacité de cette sé-paration est réduite par les perforations assurant l'accès de l'oxygène à la masse catalytique. En effet si on veut que les électrodes fonctionnent de façon homogène il faut prévoir ces perforations jusqu'en haut de l'électrode négative, donc jus-qu'au voisinage de la surface libre de l'électrolyte, ce qui permet un passage relativement facile de l'oxygène jusqu'à
, ., ~: 10 l'espace gazeux situé au-dessus de celle-ci. En outre l'extré-mité supérieure de la masse catalytique est en contact direct avec la chambre d'aération et offre un trajet très court pour l'oxygène entre celle-ci et l'espace gazeux.
Le but de l'invention est d'éviter ces inconv~nients.
L'invention propose une pile electrique à dépolari- ;
sation par l'air comprenant une électrode positive comportant une masse catalytique, une électrode négative, un électrolyte disposé entre les électrodes, un espace gazeux surmontant l'ensemble formé par l'électrode négative et l'électrolyte, une cheminée d'aération ménagée dans l'électrode positive pour ; amener l'oxygène au sein de la masse catalytique et reliee à une source d'oxygène separee dudit espace gazeux par une pa-roi imperméable à l'oxygène, ledit espace gazeux étant limité
vers le circuit d'aération par un tube imperméable à l'oxygène, plongeant dans l'électrolyte et relié de façon étanche à la-dite paroi.
En particulier, l'invention propose une pile élec-trique à dépolarisation par l'air comprenant une électrode positive comportant une masse catalytique contenant un liant organique , une électrode négative, un électrolyte disposé
.~
l~9~q~0 entre les électrodes, un espace gazeux surmontant l'ensemble . forme par l'électrode négative et l'electrolyte, une cheminee d'aeration menagée dans l'electrode positive pour amener l'o-: xygène au sein de la masse catalytique et reliee-a une source : d'oxygène separée dudit espace gazeux par une paroi impermé-able à l'oxygène, ledit espace gazeux etant limit~ vers le circuit d'aeration par un tube en matière plastique imperme-able à l'oxygène, plongeant dans l'electrolyte et relié de façon etanche à ladite paroi, ladite matière plastique et - . 10 ledit liant organique etant choisis de maniere à avoir un solvant commun, et ladite masse etant surmoulee sur le ~ube.
Le tube ainsi dispose isole parfaitement l'espace ;
" ,, ;~'.1 , .
1, .
!
: ` ' 1 :'1 , : ' .
`I , .
.,., .
:. . . . ~,,, ` ,. "
`. ~, ` 1~39~780 . .
~, gazeux et évite toute entrée d'oxyg~ne dans celui-ci.
De plus la suppression de la partie de la masse catalytique située au-dessus de la surface libre de l'électro-lyte améliore les performances volumiques et massiques de la ` pile.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube est électriquement conducteur et constitue un conducteur ~; de sortie de courant pour l'électrode positive.
L'invention sera mieux comprise grâce à la descrip-tion de quelques exemples de réalisation, donnée ci-après à
titre illustratif et non limitatif, en regard du dessin annexé
dans lequel les figures 1 et 2 sont des vues en coupe respec-tivement de deux variantes de piles selon l'invention.
La pile représentée à la figure 1 possede un boîtier en matière plastique formé d'un bac 1 et d'un couvercle 2. A
; l'intérieur du boîtier se trouvent une électrode positive centrale à d~polarisation par l'air essentiellement constituée par une masse catalytique 24 à base de carbone divisé, et une électrode négative 4 à base de poudre de zinc disposée contre les parois latérales du bac 1. L'espace annulaire compris en-tre les électrodes est occupé par un électrolyte alcalin géli-fié 5, lequel recouvre en outre la partie supérieure de l'élec-trode négative. Une cheminée d'aération verticale 26 ménagée dans la masse 24 et destinée à l'alimentation en air de celle-ci est reliée par un tube 28 à une chambre d'aération 7 située immédiatement au-dessus du couvercle 2. Celui-ci présente en son centre une ouverture 8 représentée obturée par un bouchon plastique 9. Le bouchon doit être retiré pour faire fonction-ner la pile. L'ouverture 8 assure alors la communication entre l'atmosphère extérieure et la chambre 7, qui constituent ainsi , . "
1~)99780 une source d'oxygène pour l'électrode positive. Dans la che-minée 26 est disposé un élément profilé 10 à section en H, destiné a favoriser la circulation de l'air selon le brevet canadien n 989 470 accordé le 5~mai 1976 (Gérard Gerbier et Pierre Arlot * ). Un fil métallique 11 enroulé en hélice le long de la cheminée 26 et incrusté dans la masse 24 constitue une sortie de courant pour l'électrode positive et est relié
à la borne positive 12. La sortie de courant négative est as-surée par un fil métallique 13 noyé dans l'électrode 4 et tra-versant le couvercle 2.
La surface libre 14 de l'électrolyte 5 est surmontée d'un espace gazeux 15, qui assure la compensation des change-ments de volumes dûs aux variations de température et au pro-cessus de décharge de la pile. Pour éviter que l'oxygène de l'air pénetre dans l'espace 15, d'o~ il pourrait venir oxyder chimiquement la poudre de zinc de l'électrode négative,l'es-pace 15 est séparé de la chambre d'aération 7 de façon étanche à l'oxygene par une paroi horizontale imperméable, constituée ; par une piece plastique 16 recouverte d'une couche de brai 17, et en contact étanche avec le tube 28. Le tube peut etre collé
à la paroi 16, et la couche de brai 17 assure ou parfait l'é-tanchéité à ce niveau. La masse 24, quant a elle, entoure de fac,on étanche la partie inférieure du tube 28. Cette étanchéi-té peut etre obtenue en particulier par le surmoulage de la masse autour du tube. Si par exemple le tube 28 est en polys-tyrène ou en copolymere de styrene tel que le copolymere acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), et que la masse 24 est réalisée a partir d'un mélange de matière catalytique (carbone), de polystyrene servant de liant et d'un solvant du polystyrene (hydrocarbure chloré, hydrocarbure aromatique, cétone), le * Ayant p~ur titulaire la Société des Accumulateurs Fixes et de Traction.
,~
solvant dissout superficiellement la matière du tube, ce qui crée une excellente adhérence de la masse. ~ -Dans la pile de la figure 2 on retrouve des éléments communs avec celle de la figure 1 affectés des mêmes références.
` Cette pile differe de celle de la figure 1 essentiellement par le fait que le tube 28 et le fil collecteur hélicoidal 11 sont remplacés tous les deux par un tube métallique 38 s'étendant du couvercle 2 au fond de la cheminée 26, et muni d'une paroi transversale supérieure 39 en contact direct avec la borne de sortie 32 traversant le couvercle 2 en son centre.
La chambre d'aération 7 est en relation avec l'at-mosphère extérieure par des orifices 43 ménagés dans le cou-vercle.
L'intérieur du tube 38 constituant le circuit d'aé-ration de l'électrode positive communique:
- avec la chambre 7 par des perforations 40 permet-tant a l'air frais de pénétrer dans le tube, - avec l'atmosphere extérieure par des perforations 41 prévues dans la paroi 39, permettant l'échappement de l'air appauvri en oxygene, - et avec la masse catalytique 24 par des perfora-tions 42 permettant l'acces de l'oxygene aux sites catalytiques de l'électrode.
Le rôle des perforations 40,41 et 42, en liaison avec l'élément profilé 10 est celui exposé dans le brevet canadien n 989 470 précité. Mais aucune perforation n'existe entre le niveau de la paroi 16 séparant l'espace gazeux 15 de la chambre 7 et le niveau o~ le tube 38 émerge de la masse 24.
Cette portion non perforée du tube constitue donc entre l'es-pace 15 et le circuit d'aération la séparation étanche selonla présente invention.
_5_ Pour évacuer l'hydrogène éventuellement dégagé
dans l'espace 15 par la corrosion du zinc par l'électrolyte, les piles selon l'invention peuvent avantageusement être munies d'une soupape.
Dans la présente description, toutes les indications de direction ou impliquant une relation de position (horizontal, ;~
vertical, au-dessus, etc.)s'entendent pour la position normale de fonctionnement de la pile.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. On pourra, sans : sortir du cadre de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent.
.. .. .. . . . .... . . . . . .
gative et un électrolyte séparant les électrodes.
Elle concerne plus particulierement les piles dont l'électrode négative est sensible à l'oxygène de l'air, comme par exemple les piles à électrolyte alcalin et à électrode né-gative à base de zinc divisé. Dans les piles de ce genre,de l'oxygène doit être introduit dans la cheminée d'aération mais il ne doit pas en parvenir à la surface libre de l'élec-trolyte, où il pourrait se dissoudre et venir oxyder l'élec-trode négative, diminuant ainsi la capacité utile de la pile.
Dans un type connu de piles, illustré par exemple par la demande française de la Société des Accumulateurs Fixes et de Traction, publiée le 25 mai 1973 sous le n2 155 855, la cheminée d'aération de l'électrode positive débouche dans une chambre d'aération constituant une source d'oxygène située au-dessus de l'espace libre surmontant l'ensemble formé par l'é-lectrolyte et l'électrode négative, et séparée de cet espace par une paroi horizontale traversée par l'électrode positive.
L'espace libre est ainsi séparé de la cheminée d'aération par l'épaisseur de la masse catalytique de l'électrode. Cette masse étant nécessairemen* poreuse et perméable à l'oxygane, il est également connu de recouvrir et/ou d'imprégner la partie de sa surface en contact avec l'espace libre par un matériau d'étan-chéité tel que du brai.
Cependant on constate que cette mesure n'est pas suffisante pour assurer un barrage efficace contre l'oxygane et pour prévenir l'oxydation chimique du zinc dans l'électrode négative. Dans certaines variantes de piles illustrées dans la demande n 2 155 855 précitée est prévu contre la paroi de la lU99780 cheminée d'aération un tube métallique collecteur de courant.
Ce collecteur apporte également une certaine séparation entre la cheminée et l'espace gazeux, mais l'efficacité de cette sé-paration est réduite par les perforations assurant l'accès de l'oxygène à la masse catalytique. En effet si on veut que les électrodes fonctionnent de façon homogène il faut prévoir ces perforations jusqu'en haut de l'électrode négative, donc jus-qu'au voisinage de la surface libre de l'électrolyte, ce qui permet un passage relativement facile de l'oxygène jusqu'à
, ., ~: 10 l'espace gazeux situé au-dessus de celle-ci. En outre l'extré-mité supérieure de la masse catalytique est en contact direct avec la chambre d'aération et offre un trajet très court pour l'oxygène entre celle-ci et l'espace gazeux.
Le but de l'invention est d'éviter ces inconv~nients.
L'invention propose une pile electrique à dépolari- ;
sation par l'air comprenant une électrode positive comportant une masse catalytique, une électrode négative, un électrolyte disposé entre les électrodes, un espace gazeux surmontant l'ensemble formé par l'électrode négative et l'électrolyte, une cheminée d'aération ménagée dans l'électrode positive pour ; amener l'oxygène au sein de la masse catalytique et reliee à une source d'oxygène separee dudit espace gazeux par une pa-roi imperméable à l'oxygène, ledit espace gazeux étant limité
vers le circuit d'aération par un tube imperméable à l'oxygène, plongeant dans l'électrolyte et relié de façon étanche à la-dite paroi.
En particulier, l'invention propose une pile élec-trique à dépolarisation par l'air comprenant une électrode positive comportant une masse catalytique contenant un liant organique , une électrode négative, un électrolyte disposé
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l~9~q~0 entre les électrodes, un espace gazeux surmontant l'ensemble . forme par l'électrode négative et l'electrolyte, une cheminee d'aeration menagée dans l'electrode positive pour amener l'o-: xygène au sein de la masse catalytique et reliee-a une source : d'oxygène separée dudit espace gazeux par une paroi impermé-able à l'oxygène, ledit espace gazeux etant limit~ vers le circuit d'aeration par un tube en matière plastique imperme-able à l'oxygène, plongeant dans l'electrolyte et relié de façon etanche à ladite paroi, ladite matière plastique et - . 10 ledit liant organique etant choisis de maniere à avoir un solvant commun, et ladite masse etant surmoulee sur le ~ube.
Le tube ainsi dispose isole parfaitement l'espace ;
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~, gazeux et évite toute entrée d'oxyg~ne dans celui-ci.
De plus la suppression de la partie de la masse catalytique située au-dessus de la surface libre de l'électro-lyte améliore les performances volumiques et massiques de la ` pile.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube est électriquement conducteur et constitue un conducteur ~; de sortie de courant pour l'électrode positive.
L'invention sera mieux comprise grâce à la descrip-tion de quelques exemples de réalisation, donnée ci-après à
titre illustratif et non limitatif, en regard du dessin annexé
dans lequel les figures 1 et 2 sont des vues en coupe respec-tivement de deux variantes de piles selon l'invention.
La pile représentée à la figure 1 possede un boîtier en matière plastique formé d'un bac 1 et d'un couvercle 2. A
; l'intérieur du boîtier se trouvent une électrode positive centrale à d~polarisation par l'air essentiellement constituée par une masse catalytique 24 à base de carbone divisé, et une électrode négative 4 à base de poudre de zinc disposée contre les parois latérales du bac 1. L'espace annulaire compris en-tre les électrodes est occupé par un électrolyte alcalin géli-fié 5, lequel recouvre en outre la partie supérieure de l'élec-trode négative. Une cheminée d'aération verticale 26 ménagée dans la masse 24 et destinée à l'alimentation en air de celle-ci est reliée par un tube 28 à une chambre d'aération 7 située immédiatement au-dessus du couvercle 2. Celui-ci présente en son centre une ouverture 8 représentée obturée par un bouchon plastique 9. Le bouchon doit être retiré pour faire fonction-ner la pile. L'ouverture 8 assure alors la communication entre l'atmosphère extérieure et la chambre 7, qui constituent ainsi , . "
1~)99780 une source d'oxygène pour l'électrode positive. Dans la che-minée 26 est disposé un élément profilé 10 à section en H, destiné a favoriser la circulation de l'air selon le brevet canadien n 989 470 accordé le 5~mai 1976 (Gérard Gerbier et Pierre Arlot * ). Un fil métallique 11 enroulé en hélice le long de la cheminée 26 et incrusté dans la masse 24 constitue une sortie de courant pour l'électrode positive et est relié
à la borne positive 12. La sortie de courant négative est as-surée par un fil métallique 13 noyé dans l'électrode 4 et tra-versant le couvercle 2.
La surface libre 14 de l'électrolyte 5 est surmontée d'un espace gazeux 15, qui assure la compensation des change-ments de volumes dûs aux variations de température et au pro-cessus de décharge de la pile. Pour éviter que l'oxygène de l'air pénetre dans l'espace 15, d'o~ il pourrait venir oxyder chimiquement la poudre de zinc de l'électrode négative,l'es-pace 15 est séparé de la chambre d'aération 7 de façon étanche à l'oxygene par une paroi horizontale imperméable, constituée ; par une piece plastique 16 recouverte d'une couche de brai 17, et en contact étanche avec le tube 28. Le tube peut etre collé
à la paroi 16, et la couche de brai 17 assure ou parfait l'é-tanchéité à ce niveau. La masse 24, quant a elle, entoure de fac,on étanche la partie inférieure du tube 28. Cette étanchéi-té peut etre obtenue en particulier par le surmoulage de la masse autour du tube. Si par exemple le tube 28 est en polys-tyrène ou en copolymere de styrene tel que le copolymere acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), et que la masse 24 est réalisée a partir d'un mélange de matière catalytique (carbone), de polystyrene servant de liant et d'un solvant du polystyrene (hydrocarbure chloré, hydrocarbure aromatique, cétone), le * Ayant p~ur titulaire la Société des Accumulateurs Fixes et de Traction.
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solvant dissout superficiellement la matière du tube, ce qui crée une excellente adhérence de la masse. ~ -Dans la pile de la figure 2 on retrouve des éléments communs avec celle de la figure 1 affectés des mêmes références.
` Cette pile differe de celle de la figure 1 essentiellement par le fait que le tube 28 et le fil collecteur hélicoidal 11 sont remplacés tous les deux par un tube métallique 38 s'étendant du couvercle 2 au fond de la cheminée 26, et muni d'une paroi transversale supérieure 39 en contact direct avec la borne de sortie 32 traversant le couvercle 2 en son centre.
La chambre d'aération 7 est en relation avec l'at-mosphère extérieure par des orifices 43 ménagés dans le cou-vercle.
L'intérieur du tube 38 constituant le circuit d'aé-ration de l'électrode positive communique:
- avec la chambre 7 par des perforations 40 permet-tant a l'air frais de pénétrer dans le tube, - avec l'atmosphere extérieure par des perforations 41 prévues dans la paroi 39, permettant l'échappement de l'air appauvri en oxygene, - et avec la masse catalytique 24 par des perfora-tions 42 permettant l'acces de l'oxygene aux sites catalytiques de l'électrode.
Le rôle des perforations 40,41 et 42, en liaison avec l'élément profilé 10 est celui exposé dans le brevet canadien n 989 470 précité. Mais aucune perforation n'existe entre le niveau de la paroi 16 séparant l'espace gazeux 15 de la chambre 7 et le niveau o~ le tube 38 émerge de la masse 24.
Cette portion non perforée du tube constitue donc entre l'es-pace 15 et le circuit d'aération la séparation étanche selonla présente invention.
_5_ Pour évacuer l'hydrogène éventuellement dégagé
dans l'espace 15 par la corrosion du zinc par l'électrolyte, les piles selon l'invention peuvent avantageusement être munies d'une soupape.
Dans la présente description, toutes les indications de direction ou impliquant une relation de position (horizontal, ;~
vertical, au-dessus, etc.)s'entendent pour la position normale de fonctionnement de la pile.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. On pourra, sans : sortir du cadre de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent.
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Claims (5)
sont définis comme suit:
1. Pile électrique à dépolarisation par l'air com-prenant une électrode positive comportant une masse catalyti-que contenant un liant organique, une électrode négative, un électrolyte disposé entre les électrodes, un espace gazeux surmontant l'ensemble formé par l'électrode négative et l'é-lectrolyte, une cheminée d'aération ménagée dans l'électrode positive pour amener l'oxygène au sein de la masse catalytique et reliée à une source d'oxygène séparée dudit espace gazeux par une paroi imperméable à l'oxygène, ledit espace gazeux étant limité vers le circuit d'aération par un tube en matière plastique imperméable à l'oxygène , plongeant dans l'électro-lyte et relié de façon étanche à ladite paroi, ladite matière plastique et ledit liant organique étant choisis de manière a avoir un solvant commun, et ladite masse étant surmoulée sur le tube.
2. Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit liant est du polystyrène.
3. Pile selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le matériau du tube est pris dans le groupe formé
par le polystyrène et les copolymères du styrène.
par le polystyrène et les copolymères du styrène.
4. Procédé de fabrication d'une pile selon la reven-dication 3, caractérisé par le fait que ladite masse est sur-moulée a partir d'un mélange de matière catalytique, de liant et d'un solvant du polystyrène, le solvant dissolvant super-ficiellement le matériau du tube.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé
par le fait que ledit solvant est pris dans le groupe formé
par les hydrocarbures chlorés, les hydrocarbures aromatiques et les cétones.
par le fait que ledit solvant est pris dans le groupe formé
par les hydrocarbures chlorés, les hydrocarbures aromatiques et les cétones.
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| FREN7711234 | 1977-04-14 | ||
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| CA1099780A true CA1099780A (fr) | 1981-04-21 |
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