Brevet FR2044622A1 — publié le 19710226

La présente invention se rapporte à des perfectionnements dans les batteries thermiques. Une batterie thermique est une batterie qui reste inactive à la température normale, sans fournir un débit pratique à l'ex- térieur, mais qui est rendue active lorsqu'elle est chauffée à haute température, en fournissant de l'énergie électrique à l'extérieur. Des batteries thermiques utilisant un électrolyte, qui est un solide isolant électriquement à la température normale mais qui devient un liquide conducteur d'ions aux tempérabures élevées, ont déjà été utilisées pratiquement. La plupart de ces batteries thermiques sont pourvues d'une source de chauffage pour chauffer les éléments de-pile, à une température opé ratoire,et-d1une unité d'allumage pour commander cette source de chauffage, lors de l'utilisation des batteries, la source# de chauffage se composant d'un mélange d'un métal et d'un oxydant. Les batteries thermiques du type décrit ci-dessus ont les avantages suivants et, en conséquence, sont utilisées comme source d'énergie dans des circonstances critiques, comme source d1êner- gie pour des missiles, etc 1 - La durée d'emmagasinage est longue et le débit ntest pas sensiblement diminué, meme après un emmagasinage pendant cinq ans ou plus longtemps. 2 - La batterie peut entre utilisée dans un intervalle de température compris entre -54 C et + 710C, ou meme dans un intervalle plus grand. 3 - la batterie a une forte résistance aux vibrations, aux Shocs et aux accélérations. 4 - La batterie n'exige pas d'inspection ou d'entretien durant l'emmagasinage, c'est-à-dire que la batterie est esempte d'entretien. 5 - l'énergie peut être obtenue rapidement en faisant fonctionner la batterie, c'est-à-dire que le retard de temps est de une seconde ou moins. Dans le passé, on a mis au point pour des batteries thermiques un grand nombre de structures de batteries. La plus typique de ces structures est un système dans lequel le magnésium est utilisé comme électrode négative, un mélange eutectique de chlorure de lithium et de chlorure de potassium comme électrolyte et du chromate de calcium comme dépolarisant. En outre, on a à sa disposition des systèmes dans lesquels on utilise le calcium métallique, le lithium métalîlique etc... comme électrode négative et du trioxyde de tungstène et du chromate de plomb comme dépolarisant. Cependant, aucun de ces systèmes n'est entièrement satisfaisant, en ce qui concerne la technique de production, les caractéristiques de débit, la commoditié d'utilisation, la sécurité et le prix de revient. Lorsqu'on utilise les dépolarisants classiques tels qu'indiqués ci-dessus, il se produit une chute de potentiel et la caractéristique de débit est dégradée par suite de la polarisation durant une décharge rapide, ctest-à-dire la ddcharge d'un courant élevé par élément de pile, parce qu'alors qu'on ne peut pas dire d'une manière définitive que la résistance électrique du dépolarisant devient immédiatement une résistance interne de la batterie, par suite de -considération d'aptitude à la diffusion du dépolarisant dans la couche du dépolarisant, l'aptitude à la diffusion du dépolarisant est apparlemnnt inférieure à la#pro- priée de conduction des électrons de celui-ci par rapport à la vitesse. L'objet principal de la présente invention est de prévoir une batterie thermique comprenant une électrode négative, un électrolyte, un dépolarisant et un collecteur d'électrode positive, cet électrolyte étant normalement solide et non conducteur électriquement mais fondu pour etre conducteur d'ions par chauffage, la batterie étant caractérisée en ce que le dépolarisant se compose principalement de sesquioxyde de thallium, La caractéristique principale de la présente invention réside dans l'utilisation du sesqutoxyde de thallium comme dépolarisant dans des batteries thermiques, du type spécifié ci-dessus.La différence entre le sesquioxyde de thallium utilisé dans la présente invention et le chromate de potassium, le chromate de plomb et le trioxyde de tungstène, qui ont été em- ployés précédemment, réside dans le fait que le premier a-lune propriété particulièrement bonne de conduction des électrons. Par exemple, alors que la résistance électrique d'une couche de dépolarisant de 1 mm d'épaisseur moulée à partir de sesqu#ioxyde de thallium à 100 % est de 100 mA/cm2 ou moins, celle d'une couche de dépolarisant se comp#osant-de chromate de~ potassium est de 100 afin-/cm2 ou plus, ce qui est un milliard de fois plue grand que la première. La résistance électrique d'une couche de dépolarisant Qe composant de chromate de plomb ou de trioxyde de tungstène est plus ou moins la même que celle de la couche de chromate de potassium. La présente invention sera maintenant décrite en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un élément de pile mettant en oeuvre des caractéristiques de la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe verticale d'une batterie thermique utilisant l'élément de pile représenté sur la figure 1, et La figure 3 est un diagramme représentant graphiquement la performance de décharge de la batterie thermique par rapport à celle d'une batterie classique ; on a porté en abscisses le temps en minute et en ordonnées le voltage en volts. La présente invention sera illustrée ci-dessous en se référant aux dessins ci-joints. En se référant à la figure 1, 1 désigne une électrode négative se composant de magnésium, 2 un électrolyte se composaint d'un mélange eutectique de chlorure de lithium et de chlorure de potassium, 3 une couche de dépolarisant se composant de sesquioxyde de thallium, 4 un collecteur d'électrode positive se composant de nickel et 5 un dispositif d'espacement isolant. En utilisant l'élément de pile décrit ci-dessus, on aproduit une batterie A ayant une structure telle que représentee sur la figure 2. Séparément, on a produit une batterie B, en utilisant un élément de pile qui avait été produit de la même manière que l'élément représenté sur la figure 1, mais en utilisant du chromate de calcium comme dépolarisant. les caractéristiques de décharge de ces batteries A et B à 5000C ont été comparées, le résultat étant présenté sur la figure 3. En se référant à la figure 3, les courbes a et b représentent les caractéristiques des batteries A et B respectivement quand ces batteries ont été déchargées pour une densité de courant de 100 mA/cm2, et a' et bt représentent les caractéristiques quand ces batteries ont été déchargées pour une densité-de courant de 350 mA/cm2, respectivement. Comme cela apparaitra d'après le diagramme, la batterie selon des caractéristiques de la présente invention e-st-supé rieure à la batterie classique, au point de vue performånce de décharge, et cette supériorité est particulièrement remarquable dans la décharge de la batterie pour des densités élevées de courant. Ceci supporte le fait que le sesquioxyde de thallium a une excellente propriété de conduction d'électrons, telle que décrite préalablement, et également que cette propriété est préférable pour le dépolarisant de la batterie thermique. En outre, le sesquioxyde de thallium a une excellente aptitude au moulage et d'autres propriétés qui facilitent la formation d'une couche de dépolarisant, et il permet aux caractéristiques avantageuses des batteries thermiques, telles qu'indiquées précédemment, d'être suffisamment présentées.Le fait que le sesquioxyde de thallium présente une excellente performance dans une gamme importante de taux de décharge est particulièrement avantageux pour la mi#turisation des batteries et rend possible l'obten- tion d'une batterie thermique à grand débit, de faible dimension. On doit comprendre qu'alors que dans l'exemple illustré ci-dessus on a utilisé seulement le sesquioxyde de thallium, le sesquioxyde de thallium peut être employé mélangé avec d'autres dépolarisants. On doit également comprendre que lorsque le sesquioxyde de thallium est utilisé comme dépolarisant dans un mélange avec un sel métallique d'un oxyacide, par exemple le perchlorate de potassium, une meilleure performance peut être obtenue que lorsque le sesquioxyde de thallium est utilisé seul. Dans ce cas, le perchlorate de potassium est ajouté de préférence en quantité égale à 30 * Qu moins par rapport au sesquioxyde de thallium. Sur la figure 3, on représente en coupe transversale une batterie du type ayant une source de chauffage disposée dedans. En se référant à la figure 3, 5 désigne un élément d'allumage, comprenant un dispositif de chauffage adapté pour etre rendu incandescent par de l'énergie électrique extérieure, une composition d'amorçage et une e-nveloppe, et 6 désigne une borne extérieure de l'élément d'allumage. 7 désigne une borne de sortie de la batterie, 8 et 9 une enveloppe extérieure et 10 des éléments de pile. les éléments de pile 10 ont chacun la structure représentée sur la figure 1 et sont connectés les uns aux autres en série ou en parallèle et avec la borne de sortie 7.Une source de chauffage 11 se compose d'une poudre métallique et d'un oxydant, et peut chauffer les éléments de pile 10 jusqu'à la température opératoire lorsqu'il y a allumage par l'élément d'allumage 6. 12 désigne une matière isolant de la chaleur, par laquelle la température opératoire des éléments de pile est maintenue pendant une période de temps nécessaire et qui sert aussi à empêcher la surface extérieure de la batterie de devenir excessivement chaude, en provoquant un endommagement thermique aux objets extérieurs. Une telle batterie thermique ayant une source de chauffage disposée dedans a un avantage tel qu'elle peut être utilisée sans exiger une source de chaleur séparée et est, en conséquence, du type que l'on préfère au point de vue pratique. La #présente invéntion n'est pas limitée aux exemplés de réalisation qui viennent d'entre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICAlIONS 1 - Batterie thermique comprenant une électrode négative, un électrolyte, un dépolarisant et un collecteur d'électrode positive, cet électrolyte étant un solide normalement non conducteur électriquement mais fondu pour être conducteur d'ions à une température élevée, caractérisée en ce que le dépolarisant se compose principalement de sesquioxyde de thallium. 2 - Batterie thermique- selon la revendication 1, caractérisée en ce que dépolarisant se compose d'un mélange dont la partie principale est du sesquioxyde de thallium et qui contient un sel métallique d'un oxyacide. 3 - Batterie thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'on #dispose une source de chaleur pour faire fonctionner la batterie.