Brevet FR2006923A1 — publié le 19700102

i 2006923 lia présente invention coacera® les cellules" eu éléments de piles électrochimiques et plus particulièrement les batteries métal/oxygène (air) du type dans lesquelles une série d'éléments métal/oxygène (air) sont a'éuais et iatersonnsetés 5 pour fournir une source de courant dont la tension est un multiple de celle d'un élément uniquea II ©st géséraleneiat souhaitable qu'une tell© "batterie soit &*ua. sneombrsssnt aussi réduit que possible de sorte qus l^espaceesat ©stre Iss élé-= ments adjacents est atissi réduit que X© perast la circulation 10 du gaz oxydant vers les cathcâes» Uae tell© disposition des éléments étroitement empilés en série* rend difficile l'élimination de la chaleur engendrée dans eos derniers „ Ubmalemeat 5 1*alimentation en gaz oxydant sert égalsnent au r©fraidissement et le débit du gaz oxydant sur la surface â©s cathodes 15 est considérablement plus élevé que celui nécessaire p&tsa? la dépolsLrisation. Cet excès de gas a donc tsaàasss à provoquer 1 'évaporation de l'électrolyte à travers 1 ©s qqùîiocLsg» d'où des pertes d'électrolyte dans dos éléments» Selon un aspect de l'isra&tioftj me stsm-glms® fi'élec-20 trode pour batterie B&feaX/e^gèa® (air) eosposSe usa dispositif de refroidissement séparé de 1'alimentatioa ©a gaz osyâaat. Selon un autre aspect d® X,iaventî©as~'a& êléasat âlecte©= chimique métal/oxygène (air) compostant ua© shMq ©t an aoisc une cathode est équipé à* tas dispositif de s^fsQiSiscsEsat de 25 l'anode au cours du fonctionnement5 ledit dispositif étant séparé de l'alimentation en gas oxydant d© l'élémsst® L'anode ou la structure d'électrode psiat cos^oster au moins uns ouvert-are ou un passage à travers leçpsl 1® milieu d# refroidissement et peut eeap©rt®r dss ailette® de 50 refroidissement. L'anode ou l'électrode peut de plus comportes un réservoir d'électrolyte, ne couche ou un revêtement» pré» sentant une bonne conductibilité thermique étant appliqué sur la surface de l'anode opposée à la cathode associée ©t entourant la surface externe du réservoir « ïïn réservoir p@ut être 35 placé à chaque extrémité de l'anod© et la couche ou revêtement peut entourer les surfaces ©sternes des derax réservoirs. Une batterie métal/oxygène (air) constituée par me série d'éléments décrits précédemment peut comporter us dispositif BAp ORIGINAL 69 13043 2 2006923 permettant d'aseïssj? ôireuL&tios fo-j-eêe de fflsaJJà ô §@192 im aatee espse©t â© l'i&v&aMon, " un® battes?!® ' métal/ 5 oxygène (ais} est aoastitué© par une série d'élêassats disposés û® ffiaaièr© -gue les ?^atàsd®s- 03 cliaçp& paire d'élémsats " soient. faee à fae© à mie distants Sêtersainë© principalement, sinon «niqaes^Btç p©«r ws:ïïa©tt]e@ le pass&g© de suffisaaûssent de gaz oxydant vers "les eatfiodes pour le-s besoins de la-polarisation 10 û® ces derrières, l'espacement entre les anodes &d;faeent@8 étant également suffisant p©"ar permette?© la circulation &a fluide de rofroidissomsat aéeoissairs à l'ertraatioa d® la ®ha-leur ©ageadrétô daas Lss sléBkîa^iào Des osga&âs- âa s^froidisseaent peuvent Steû disposés sns? 15 les faces eafearass û#s aaatss st dépasser d°naa ou de plizs-leiarn faces vers l'âstérioos? ds l'ilésasit ^ coas^iS» vï- Sac; tss d© r@£s?o£dios€E«â&t« Salon m eatre aspect - Is'sstés?!©!^ du M"S psirS ctispùî/Èiii- 5gal©2i^i:-l: des aileiïtes de refroidissement„ B*autres cas&stéï'S.s'SigesB et «Tsatsges dg> l'jta^së&sn 30 sersnt sdsîrt eojspris à l'aid© 'd© la d^scripti©». iémilléa qui" va saiTO "et €©s â®*35îias ssasxésâ Soamat? à titra' s^plieatif mais msll®msat lizaitatiî iaro> îosms é® ^falisatiexi d® la présen» te iasrmtion» Sur eas "â©ssiss s * - 55- •* la figiars 1 ©st mm -mm' parti©!!© *>fi -plan, d'âne- batterie métal/sxygès© - Isa figare' 2 esrt; usa ima en plaa partiel 1© d'une batterie y métal/eaygèn© Cair) représentant les passages de refroidisse- BAO origine 69 13043 3 2006923 ment des anodes. La figure 3 est une vue en plan partielle d'une batterie , métal/oxygène (air) dont les anodes sont recouvertes d'éléments de refroidissement et comportent des réservoirs d'électrolyte. 5 lia figure 4- est une vue en plan partielle d'une batterie métal/oxygène (air) dont le bac sert à dissiper la chaleur des anodes par contact. La figure 5 est une vue en plan partielle d'une batterie métal/oxygène (air) entre les anodes de laquelle est assurée 10 une circulation forcée d'un milieu de refroidissement. La figure 6 est une vue en plan partielle d'une batterie métal/oxygène (air) dont les anodes comportent des conduits de refroidissement. La figure 1 représente une batterie métal/oxygène (air) 15 cômportant des anodes 11 et des cathodes associées 12. Les cathodes 12 des éléments adjacents sont face à face et espacées de manière à ménager un passage 13 dont la largeur est déterminée principalement, sinon uniquement, par les besoins de la circulation du gaz nécessaire à la dépolarisation des cathodes. 20 Chaque anode 11 est adjacente à l'anode de la paire sui vante d'éléments dont elle est séparée par un espace 14 servant à la circulation du fluide de refroidissement. Sur la disposition de la figure 1, les surfaces des anodes 11 opposées à leurs cathodes respectives 12 portent chacune un organe de 25 refroidissement 15 dépassant de part et d'autre au delà de l'élément pour coalrSituer des ailettes de refroidissement 15a. Cette disposition permet de séparer complètement le passage de fluide de refroidissement entre les anodes de l'alimentation en gaz dépolarisant de manière à éviter toute évaporation 30 de l'électrolyte par le fluide de refroidissement. Les anodes 11 étant poreuses et contenant l'électrolyte, les organes de refroidissement doivent donc être imperméables à l'électrolyte pour éviter toute fuite ou évaporation. En variante 1'électro-lyte peut servir de milieu de refroidissement par une circula-35 tion entre un réservoir commun et un échangeur de chaleur (non représenté). Cette solution s'applique également aux batteries illustrées aux figures 2, 3» 5 et 6, Les éléments peuvent être contenus dans un bac et mainte- 69 13043 4 nus par un dispositif de serrage démontable pour permettre le remplacement des anodes 11. Ce bac ou ce dispositif de serrage est représenté schématiquement par les traits discontinus 16. Les anodes adjacentes 11 et les cathodes peuvent être 5 maintenues à distance par des séparateurs 17 (figure 2) qui conservent l'espacement voulu. La disposition de la figure 2 est semblable à celle de la figure 1 sauf que les éléments ne comportent pas de pièces de refroidissement 15 ni d'ailettes 15a. 10 La figure 3 représente une partie d'une batterie métal/ . . oxygène (air) dans laquelle les faces des anodes 11 opposées à leurs cathodes associées 12 sont pourvues d'organes de refroidissement ou surfaces 18. Des réservoirs 19 montés aux extrémités des anodes 11 contiennent l'électrolyte liquide. Les 15 organes de refroidissement ou surfaces 18 entourent les surfaces extérieures des réservoirs 19 pour accroître la surface de dissipation thermique. La figure 4 représente une partie d'une batterie métal/ oxygène (air) dans laquelle lés surfaces des anodes 11 opposées 20 à leurs cathodes associées 12 sont en contact thermique intime, tout en étant électriquement isolées de parois transversales internes d'un bac 20 réalisé en matière à bonne conductibilité thermique telle que le métal. En variante, des parties isolantes 20* peuvent être disposées dans un bac 20 pour séparer élec-25 triquement les éléments. Les surfaces externes du bac 20 portent des ailettes de refroidissement 20a. La figure 5 est une vue partielle d'une batterie métal/ oxygène (air) comportant un collecteur d'entrée 21 et un collecteur de sortie 22 destinés à assurer la circulation dans les 30 passages 14 séparant les anodes adjacentes 11. Un dispositif 23 relié au collecteur d'entrée 22 assure une circulation forcée de fluide de refroidissement dans les passages 14. Le dispositif 23 peut être un ventilateur propulsant de l'air dans les passages 14, auquel cas le collecteur de sortie 22 peut être suppri-35 mé. En variante, le dispositif 23 peut être une pompe assurant la circulation d'un liquide dans les passages 14. Une telle disposition convient par exemple aux applications sous-marines dans lesquelles l'eau peut servir de milieu de refroidissement; 69 13043 5 2006923 dans une telle disposition, les anodes doivent être isolées de l'eau* De plus, dans cette forme de réalisation, l'eau peut être envoyée à tin échangeur thermique dans lequel on récupère la chaleur dissipée. 5 La figure 6 représente une autre batterie métal/oxygène (air) dans laquelle les anodes 11 sont communes à deux cathodes 12 faisant face à chacune de ces surfaces principales. Dans cette forme de réalisation, les anodes sont refroidies par la circulation d'un fluide de refroidissement dans.des ouvertures 10 ou conduits internes 24. Les spécialistes pourront imaginer diverses modifications des batteries illustrées, par exemple en disposant des séparateurs absorbants s'étendant dans les réservoirs 19 entre les anodes et les cathodes de la batterie de la figure 3» ou encore 15 en arrangeant les organes de refroidissement pour maintenir les éléments et leur espacement à l'intérieur d'un bac. De plus, certaines solutions adoptées dans une forme de réalisation peuvent être appliquées à line ou plusieurs autres des formes décrites* 69 13043 6 2006923 REVENDICATIONS 1. Structure drélectrode pour batteries métal/oxygène (air) comportant un dispositif de refroidissement pour dissiper la chaleur engendrée, ladite électrode étant caractérisée par la présence d'un dispositif de refroidissement séparé de 5 l'alimentation en gaz oxydant. 2. Cellule électrochimique pour batteries métal/oxygène (air), comportant une anode et au moins une cathode, caractérisée par un dispositif pour refroidir l'anode, en fonctionnement, séparé de l'alimentation de l'élément en gaz 10 oxydant. 3. Cellule électrochlmique selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'anode ou la structure d'électrode comporte au moins une ouverture ou passage à travers laquelle circule un milieu de refroidissement. 15 4. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'anode ou la structure d'électrode comporte des ailettes de refroidissement. 5« Cellule électrochimique selon les revendications 1 20 ou 2, caractérisée en ce que l'anode ou la structure d'électrode comporte tin réservoir d'électrolyte, une couche ou un organe à bonne conductibilité thermique étant disposé sur la surface de l'anode opposée à la cathode associée et entourant la surface externe dudit réservoir. 25 6. Cellule électrochimiqûe selon la revendication 5» caractérisée en ce qu'un réservoir est disposé aux deux bouts de l'anode et en ce que la couche ou organe entoure la surface externe des deux réservoirs» 7« Batterie métal/oxygène (air), caractérisée en ce 30 qu'elle comporte une série d'éléments électrochimiques équipés des structures d'électrodes décrites dans l'une quelconque des revendications précédentes» 8. Batterie métal/oxygène (air) selon la revendication 7 caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de circula- 35 tion forcée d'un fluide de refroidissement dans la ou lesdites ouvertures ou passages et/ou sur les ailettes de refroidisse 69 13043 7 2006923 ment, ou contre ladite couche ou organe. 9» Batterie métal/oxygène (air), caractérisée en ce qu'elle comporte une série d'éléments ou cellules disposés de manière que les cathodes des paires d'éléments disposés face à 5 face sont espacés d'une distance déterminée principalement, sinon uniquement, par la circulation d'une quantité suffisante de gaz oxydant vers les cathodes pour les besoins de xeur dépolarisation, les anodes adjacentes des éléments étant également espacées de manière à ménager un espace suffisant pour 10 la circulation du fluide de refroidissement nécessaire à l'évacuation de la chaleur engendrée dans les éléments. 10. Batterie métal/oxygène (air) selon la revendication 9, caractérisée en ce que les organes de refroidissement sont disposés en contact avec les faces externes des anodes. 15 11• Batterie métal/oxygène (air) selon la' revendication 10, caractérisée en ce que les organes de refroidissement sont disposés de manière à déborder d'une ou de plusieurs des faces de chaque élément pour constituer des ailettes de refroidissement. 20 12» Batterie métal/oxygène (air) caractérisée en ce qu' elle comporte une série d'éléments ou cellules électrolytiques comportant chacun une paire séparée d'anodes et de cathodes associées, les cathodes des deux paires successives étant adjacentes et espacées de manière à ménager l'espace suffisant 25 pour la circulation du gaz oxydant assurant la dépolarisation des cathodes, les anodes étant en contact thermique intime, avec le bac de la batterie, tout en étant électriquement isolées, ledit bac étant réalisé en une matière à bonne conductibilité thermique. 50 13. Batterie métal/oxygène (air) selon la revendication 12-, caractérisée en ce que l'extérieur du bac comporte des ailettes de refroidissement.