Brevet FR2006924A1 — publié le 19700102

La présente invention se rapporte à des piles électrochimiques et plus particulièrement à des piles métal-oxygène (air). Suivant un premier aspect de l'invention, une pile métal-oxygène (air) comprend une anode poreuse sur au moins une surfa-5 ce de laquelle est appliquée une couche de matière absorbante résistant à 1'électrolyte, une matière cathodique catalytique é-tant appliquée directement sur cette couche et des conducteurs de ceuranVa l'anode, ainsi qu'à un collecteur de courant associé à la matière catalytique. 10 Une telle pile fonctionne lorsqu'un électrolyte est fourni à la couche absorbante et un oxydant (de l'air) à la cathode. En réalisant les divers éléments avec des matières relativement bon marché, il est économique de jeter la pile après que la matière anodique utile a été consommée; la pile est alors une pile 15 primaire qu'on peut réaliser à n'importe quelle dimension voulue. Il est envisagé que cette construction puisse s'appliquer plus particulièrement, bien que non exclusivement, à des piles de faible puissance, par exemple de l'ordre de quelques watts. La matière catalytique peut être pulvérisée sur la couche 20 absorbant 1"électrolyte, ou bien elle peut se trouver sur le collecteur de courant qui est pressé dans la surface de cette couche » On peut utiliser cette construction, par exemple pour former \ine batterie dans laquelle une série de piles sont montées 25 en série» Ces piles peuvent être formées une à une sous la forme de couches, l'une après l'autre, mais dans cette construction il est nécessaire d'interposer des séparateurs entre les piles voisines, lesquels séparateurs doivent être perméables au gaz oxydant pour permettre à ce dernier d'atteindre les dos des ca-3Q thodes, en quantité suffisante pour assurer leur dépolarisation» Un tel séparateur peut être constitué par de la laine métallique qui résiste à 1'électrolyte; de la laine d'acier inoxydable pourrait former un séparateur utile. D'autres séparateurs peuvent être constitués par de la 35 laine de fils de nickel, ou de fils d'argent ainsi que par de la laine de matières plastiques métallisées. Les séparateurs métalliques présentent l'avantage supplémentaire de servir de collecteur de courant en contact avec la matière cathodique et si l'anode n'est pas protégée par une matière isolante, telle 40 qu'un clinquant de matière plastique, une connexion électrique 13044 2 2006924 est réalisée avec l'anode de la pile voisine, ce qui sert à monter en série les piles» Il est possible de garnir le dos de l'anode en variant avec un clinquant métallique, auquel cas la connexion en série peut être réalisée automatiquement, comme dé-5 crit. Si la face extérieure de l'anode est protégée de cette manière, une connexion peut encore être réalisée avec la cathode en introduisant un conducteur de courant et en le mettant en contact avec le séparateur métallique» Le dos en clinquant, qu'il soit en métal ou en matière 10 plastique, sert également à éviter des pertes d'électrolyte à travers l'anode. Si les piles doivent être isolées des piles voisines, il peut être souhaitable de réaliser le séparateur en une matière non métallique et dans ce but, une gaze en matière plastique 15 telle que du "Nylon" peut être utiliséei il existe une gaze isolante protégée par des droits de propriété qui est connue sous le nom de "Netlon". On peut également réaliser une batterie de piles doubles dans laquelle une connexion eù série entre un élément de piles 20 doubles est réalisée en enroulant la bi-cathode dans un connecteur de courant qui constitue un prolongement d'un collecteur de courant de l'anode de l'élément voisin. Un séparateur non conducteur et perméable à l'air, tel que du "Netlon" doit alors être disposé entre les éléments voisins. 25 Suivant un autre aspect de la présente invention, un pro cédé pour fabriquer une pile métal-oxygène (air) consiste à appliquer une couche d'une matière absorbante résistant à l1électrolyte sur au moins l'une des surfaces d'une anode poreuse, à appliquer une matière cathodique catalytique directement sur 30 cette couche et à connecter dea conducteurs de courant à cette anode ainsi qu'à un collecteur de courant associé à la matière catalytique. Suivant un autre aspect de la présente invention, un procédé pour fabriquer une batterie métal/oxygène (air) consiste 35 à appliquer deux couches cathodiques espacées l'une de "l'autre, l'une au voisinage d'un premier bord et l'une disposée d'une manière générale au centre d'une première face d'un élément en forme de feuille perméable à l'air en une matière conductrice de l'électricité, à appliquer une couche anodique sur chacune 4G surfaces, au voisinage de l'autre bord, de l'élément en 69 13044 5 2006924 forme de feuille, à appliquer une matière absorbasse résistant à 1'électrolyte sur les surfaces extérieures de l'anode, à replier l'élément en forme de feuille pour lui donner la configuration générale d'un S et à l'imbriquer avec un autre élément en forme 5 de feuille repliée de la même manière, de^sorte qu'entre les deux couches cathodiques qui sont tournées l'une vers l'autre, sont disposées les couches anodiques de l'autre élément, un séparateur perméable à 1'air et isolant du point de vue électrique étant disposé entre les surfaces non revêtues voisines des éléments en for-10 me de feuilles. Les éléments en forme de feuilles peuvent être réalisés en formant un revêtement sur une bande conductrice et en coupant ensuite la bande en tronçons séparés pour former des éléments en forme de feuilles. 15 Les avantages et caractéristiques précédents de la présen te invention, ainsi que d'autres ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne;., à titre e2q?lica£if, mais nullement limitatif, deux formes de réalisation conformes à l'invention. 20 Sur ce dessin, la figure 1 est une vue en coupe, en bout, d'une pile métal-oxygène (air),et la figure 2 est une vue en coupe, en bout, d'une partie d'une batterie métal-oxygène (air) pendant son assemblage. 25 En. se reportant d'abord à la figure 1, elle représente une pile métal-oxygène (air) comportant une anode en zinc poreuse 11 sur une première surface de laquelle est appliquée directement une couche de matière absorbante 12 résistant à 1'.électrolyte. Une cathode 13 constituée par une matière cathodique catalytique est 30 pulvérisée ou pressée sur-la couche 12. La deuxième surface de l'anode 11 porte un clinquant 14 servant à empêcher de perdre 1*électrolyte; un tel clinquant 14 peut être isolant ou conducteur de l'électricité. Un séparateur 15 perméable à l'air, qui peut être en laine métallique ou en laine de matières plastiques, est 35 disposé entre la cathode 13 et le clinquant 14 de la pile immédiatement voisine. En rendant conducteur le clinquant 14 9 et en réalisant le séparateur 15 avec de la laine d'acier inoxydable, les piles d'une batterie sont connectées en série de cette manière. L'électrolyte de la pile se trouve à l'intérieur de l'anode 11 et de la couche 12 et on peut également utiliser 40 un réservoir (non représenté) pour leur fournir 1'électrolyte. 13044 4 2,0:06924 En se reportant maintenant à la figure 2, elle représente deux: piles d'une batterie métal-oxygène (air)'pendant leur assemblage. Dans ce mode de réalisation, le séparateur 15 est une matière isolante de l'électricité, telle que du "Nylon". Les a-5 nodes 11 ne nécessitent pas de couche de clinquant 14 du fait qu'une couche 12 et une cathode 13 sont disposées chacune sur une surface de chaque anode 11. Chacune des. piles est connectée é-lectriquement à la pile immédiatement voisine par un conducteur 16 qui sort de l'intérieur de l'anode 11 d'une pile pour venir 10 en contact avec, les deux cathodes 13 dé la pile immédiatement voisine. Le conducteur? 16 est un élément en forme de feuille, telle qu'une gaze métallique.. Cette forme de batterie peut être réalisée en formant l'anode 11 sur les deux surfaces, le long d'un bord d'une bande 15 du conducteur 16. Lea surfaces extérieures de l'anode 11. reçoivent alors la couche absorbante 12 qui leur est appliquée. Les cathodes 13 sont appliquées, sur un côté de la bande, l'une au voisinage de l'autre tiord et l'autre espacée de celjii-ci, d'une façon générale au centre de la bande.. La bande est alors décou-20 pée en tronçons séparée et recourbée - suivant la forme générale d-'un S., et les. piles sont assemblées pour former une batterie, comme on le voit sur la figure 2. Dans les types de piles réprésentée, il est probable qu'un joint de forme quelconque est nécessaire pour empêcher une fuite 25 excessive ou une éyaporation excessive d'électrolyte.depuis la pile pour certaines applications où il n'est pas possible de prévoir un réservoir d1électrolyte. On pourrait faire en sorte, pan exemple, qu'une partie, sinon la totalité dea bords de chaque pile,soient scellés autour de l'anode, de la cathode et du 30 séparateur, et la pile pourrait être enfermée d'une manière trèa simple dans un montage en matière plastifie, la surface de la cathode étant à découvert pour permettr^ un gaz oxydant d'y accéder. Des tubes d'alimentation peuvent être utilisés pour introduire 1'électrolyte dans la pile et peut être pour la regar-35 nir.. Il est intéressant d'indiquer qu'une autre façon possible de préparer line pile suivant la présente invention consiste à envelopper une anode métallique poreuse (telle que du zinc) munie d'un collecteur de courant en gaze d'argent dans une envel-40 oppe d'amiante résistant aux alcalis, ou en toute autre matière 69 î3044 5 20Q6924 de séparation résistant à la chaleur. On revêt alors l'ensemble enroulé par trempage, peinture, pulvérisation, ou autrement avec dispersion acétone/eau d'un agent hydrophobe tel que du polyté-trafluoroéthylène et un catalyseur approprié, tel que de la pou-5 dre de graphite relativement bon marché et à grande surface par unité de masse. Cette poudre de graphite peut être activée par de l'argent ou par une autre matière catalytique de réduction de l'oxygène. Le catalyseur est ensuite séché, légèrement roulé et ensuite mûri à une température d'environ 300°C dans-un four 1Q à vide pour éliminer l'agent mouillant. Pour améliorer le contact électrique sur le catalyseur de la oafchode, on peut y déposer une poudre métallique, en utilisant des procédés classiques. Finalement, un collecteur de courant en gaze métallique par exemple en nickel, est enroulé autour de l'ensemble de la structure, et 15 applique une pression suffisante pour assurer la e.ontinuité é-lectrique. La possibilité de réaliser ce dispositif a été démontrée par un seul ensemble à deiïà piles qui a fonctionné pendant dix heures à 1G m£/ dln'? et 1,2 volt comme tension complète' de la pi-20 le, c1 est à dire avec une'utilisation de 66# du zinc » Il était également capable de supporter des courants's1élevant jusqu'à 50 ml/cn£ sous une tension de 1 volt» Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représèntée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et 25 qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 13044 6 2006924 EETENBICAIIONS 1. Pile métal/oxygène (air) caractérisée en ce qu'elle comprend une anode poreuse sur au moins une surface de laquelle 5 est appliquée une couche de matière absorbante résistant à l'é-lectralyte, une matière cathodique catalytique étant appliquée directement à cette couche et des conducteurs de. courant à l'anode ainsi qu'à un collecteur de courant associé à la matière catalytique. 10 2. Pile métal/oxygène (air) suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la matière catalytique est pulvérisée sur la couche absorbant 1*électrolyte. 3. Pile métal/oxygène (air) suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la matière catalytique est disposée sur 15 le collecteur de courant qui est pressé dans la surface de la couche. 4:. Batterie métal/oxygène (air) caractérisée en ce qu'elle comprend une série de piles suivant l'une quelconque des revendications précédentes., les: piles étant juxtaposées avec des sé-20 parateurs disposés entre elles, lesquels sont perméables pour un gaz oxydant.. 5. Batterie, suivant la revendication 4, caractérisée en ce que chaque séparateur est constitué par une couche de laine de métal qui résiste à 1'électrolyte. 25 6. Batterie suivant la revendication 5j caractérisée en ce que la laine métallique est une laine de fil d'acier inoxydable, de nickel ou d'argent. 7- Batterie suivant la revendication 5, caractérisée en ce que'chaque séparateur est constitué par une couche de laine 30 de matières plastiques métallisées» 8. Batterie suivant les revendications 4, 5j 6 ou 7» caractérisée en ce que les piles de la série sont connectées é-lectriquement en série au moyen des séparateurs. 9- Batterie suivant la revendication 8, caractérisée en ce 35 Que la surface de chaque anode qui est éloignée de sa cathode associée est revêtue d'un clinquant métallique. 10. Batterie suivant la revendication 4, la revendication 5, la revendication 6 ou la revendication 7j caractérisée en ce que la surface de chaque anode éloignée de"sa cathode associée 69 13044 7 2006924 est revêtue d'une matière protectrice isolante électriquement. 11. Batterie suivant la revendication 10, caractérisée en ce que 'le revêtement en matière isolante est constitué par un clinquant de matière plastique.-5 12, Batterie suivant la revendication 4-., caractérisée en ce que chaque séparateur est fabriqué en une matière isolante de l'électricité. 13- Batterie suivant la revendication 12, caractérisée en ce que chaque pile est constituée par line pile à deux cathodes, 10. une cathode étant disposée de chaque côté de l'anode, une connexion électrique étant formée entre chaque anode et les deux cathodes de la pile immédiatement suivante. 14-. Batterie suivant la revendication 13, caractérisée en ce que"les deux cathodea d'une pile et l'anode de la pile immé- 15 diatement voisine sont formées sur un élément en forme de feuille, conducteur de l'électricité, qui forme la connexion électrique entra ces piles. 15» Procédé pour fabriquer une pile métal/oxygène (air) caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une couche de ma-20 trière absorbante résistant à l'électrolyte sur au moins une surface d'une anode poreuse, à appliquer une matière cathodii3fB.e catalytique directement sur cette couche et à connecter des condulecteurs de courant à l'anode ainsi qu'à un collecteur de courant associé à la matière catalytique. 25 16* Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que là matière catalytique est pulvérisée sur la couche absorbante 1'électrolyte. 17- Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que là matière catalytique est pressée dans la surface de la 3Q couche. 18» Procédé pour fabriquer une batterie métal/oxygène (air) caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer deux couches cathodiques espacées l'une de l'autre, l'une au voisinage d'un bord et l'autre d'un& manière générale au centre sur une première 35 face d'un élément en forme de feuille perméable à l'air en matière conductrice de 1*électricité, à appliquer une couche ano-dique sut- chaque surface, au voisinage de l'autre bord de l'élément en forme, de feuille, à appliquer line matière absorbante, résistant à 1'électrolyte, sur les surfaces extérieures de 69 13044 8 2006924 l'anode, à replier l'élément en forme de feuille suivant la configuration générale d'un S et à l'imbriquer avec un autre élément en forme de feuille plié de la même manière de telle sorte qu'entre deux couches cathodiques qui se font face sont disposées 5 les couches anodiques de l'autre élément, un séparateur perméable à l'air et isolant au point de vue électrique étant disposé entre les surfaces non revetues voisines des éléments en forme • de feuilles. 19- Procédé suivant la revendication 18, caractérisé en ce 10 que les éléments en forme de feuilles sont fabriqués en formant un revêtement sur une bande et en la coupant ensuite en tronçons séparés pour former les éléments en forme de feuille. 20- Batterie métal/oxygène (air) caractérisée en ce qu'elle est fabriquée par le procédé suivant la revendication 18 ou la. 15 revendication 19.