Brevet FR2099566A1 — publié le 19720317

L'invention concerne une pile à oxygène de l'air telle qu'une pile à électrolyte alcalin, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Il est connu que des piles galvaniques,fonctionnant avec l'oxygène de l'air, peuvent être fabriquées avec des électrodes en charbon en forme de tubes, de godets ou de disques. les électrodes en forme de tubes ou de godets, sont alors, dans la plupart des cas, disposées de sorte que l'anode ferme l'élément de pile vers ltextérieur. Ceci présente l'inconvénient que la circulation d'air à l'intérieur de la pile est gênée. De plus, ces électrodes sont, généralement, réalisées à parois très épaisses pour assurer, avec certitude,une fermeture étanche à l'électrolyte. Ceci rend la diffusion encore plus mauvaise et implique une augmentation de la résistance, ce qui contribue-, en définitive, à réduire la puissance. Sur les électrodes en disques circulaires, la surface efficace est,de plus, trop petite. La construction d'une pile à partir d'électrodes en forme de tube ou de godet est très compliquée à cause de l'aménagement du séparateur et des problèmes d'étanchéité qui se posent. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de créer une pi#le galvanique à oxygène de l'air et à électrolyte alcalin, en utilisant des électrodes de pile à combustible, et une construction technologiquement simple et d'un excellent rendement quant à la puissance, cette pile offrant une grande densité d'énergie et de puissance, une fiabilité élevée et une grande flexibilité de fonctionnement, et étant, par ailleurs, étanche,avec une excellente possibilité de stockage et un faible coût de fabrication. L'invention a pour but de créer une pile galvanique à oxygène de grande puissance à partir de matériaux peu coûteux et résistant à la corrosion, de faible poids et de bonne étanchéité, pile qui puisse être fabriquée, suivant des méthodes technologiques simples en modèles très divers. L'invention concerne, à cet effet, une pile galvanique à oxygène- à électrolyte alcalin où une électrode à air non enveloppée, avec un séparateur rapporté sous pression ou imprégné,est combinée avec une électrode telle qu'une électrode en zinc, qui peut être une ttle ou barre de zinc amalgamée ou aussi de la pâte de zinc dans laquelle plonge une dérivation en métal ou en graphite. Comme électrode à air, l'invention prévoit une électrode de pile à combustible, pouvant aussi être établie comme électrode double ou polygonale. Par exemple, l'électrode double peut être moulée par injection, en'une seule opération, avec le séparateur et la dérivation en zinc. Il est également possible de mouler par injection l'électrode double avec le séparateur, d'insérer ensuite la dérivation en zinc, et d'assembler les deux parties par collage ou soudage. On peut aussi, d'autre part, mouler un support plastique avec rainure de guidage- pour la dérivation en zinc et, à la suite de cette opération, rapporter, par collage, le séparateur avec l'électrode ou bien les enrober par moulage. Il est également possible de fabriquer deux électrodes séparées avec des pattes de dérivation en matériau de support. Dans ce cas, la connexion en zinc est glissée dans les rainures prévues. Pour la mise en place de la cellule, on utilise,-de préférence, un godet moulé en matière plastique. Pour la connexion, un capuchon métallique - est moulé dans le fond. De plus, des orifices pour l'admission d- air sont prévus dans le fond. Pour assurer un meilleur montage, deux rainures ,venues de moulage, se trouvent dans le godet pour recevoir la cellule, Pour l'admission d'air, peuvent être, égale ment, prévus, des trous dans le pourtour du godet. Après l'introduction de l'électrolyte, l'élément et le godet sont fermés. Pour fermer facilement l'élément, on peut l'obtu- rer par coulage, avec du bitume par exemple, ou bien le munir d'un couvercle en matière plastique. On a la possibilité de fermer le godet et l'élément individuellement ou bien ensemble. Un couvercle plastique, serti dans le godet ou rendu solidaire du godet par soudage, peut, en m#me temps, assurer aussi la fermeture de l'élément. Il est cependant préférable que l'élément soit obturé par coulée, et qu'un couvercle#plastique,po#rvu d'orifices comme le godet, ferme le godet et maintienne l'élément dans le fond du godet. Une variante avec une simple électrode en forme de plaque constitue une construction plusfisimple de l'élément. Ici, l'élément ne forme plus un ensemble intégré, mais la capa cité est augmentée. L'électrode est, ensemble avec le séparateur, insérée par moulage dans un cadre synthétique (voir électrode double), qui est guidé dans des rainures du godet. les chambres séparées par ltélectrode constituent les réservoirs à air et à électrolyte. Il est à noter ici, qu'il faut une séparation étanche entre les chambres à électrolyte et à air. Cette étanchéité peut être obtenue en assemblant le cadre à électrode et le godet par collage ou par coulée, ou bien par une chambre à électrolyte séparée, rendue solidaire du cadre à électrode par coulage. le choix d'une réalisation plate pour l'unité de cellule permet au fabricant de piles d'opter pour un vaste éventail de formes de piles, par exemple les cellules rondes R 14 et R 20, mais aussi les piles plates les plus diverses, et notamment des blocs de piles de grande capacité avec un minimum d'- encombrement. Comme, suivant l'invention, une électrode de pile à combustible a été choisie comme électrode à air, qui peut aussi entre réalisée comme électrode double ou polygonale, il devient possible d'utiliser effectivement une surface de réaction active plus grande, et, par conséquence, l'élément peut supporter une charge électro-chimique plus grande. La construction prévue procure une circulation forcée de l1air,et la construction d'électrode autorise une diffusion améliorée, ce qui signifie une réduction de la résistance interne de l'élément. l'invention sera mieux comprise grtce à la description ci-après et aux dessins annexés représentant un exem ple, non limitatif, de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : - la figure 1 est une coupe transversale d'une unité de cellule complète, - la figure 2 est une vue en plan correspondant à la figure 1, - la figure 3 est une vue perspective d'une électrode double, - la figure 4 est une vue en plan correspohdant à la figure 3, - la figure 5 est une vue perspective de la cono- truction d'une électrode double, - la figure 6 est une coupe axiale d'une cellule ronde, - la figure 7 est une vue en plan correspondant à la figure 6, - la figure 8 est une coupe axiale d'une cellule ronde avec disposition d'électrodes simples en forme de platines, - la figure 9 est une vue en plan côrrespondant à la figure 8, - la figure 10 est-un graphique de la caractéristique courant/potentiel. L'élément de la figure 1 est au total constitué par les électrodes à oxygène 1, les séparateurs 2 et le corps de protection 4. Cet élément est rempli de pâte de zinc 6 dans laquelle se trouve la connexion 3,qui s'étend des deux côtés jusqu'au corps de protection 4, comme le montre la figure 2. Dans la fabrication d'une électrode double suivant la figure 4, celle-ci peut être enrobée par injection en une seule opération, ensemble avec les séparateurs 2 et la connexion en zinc 3. Autrement on a la possibilité d'enrober directement l'électrode double 1 avec les séparateurs 2, d'insérer ensuite la dérivation, et d'assembler enfin les deux moitiés par collage ou soudage. Il est aussi possible de fabriquer un support plastique avec rainure de guidage, sur lequel les séparateurs 2 et 1' électrode 1 sont collés ou moulés. La figure 6 montre l'élément complet avec son enveloppe, dans le fond de godet de laquelle des orifices 9 sont prévus suivant la figure 7. La variante avec une simple électrode à platine est une construction plus simple de l'élément. Sur la figure 8, on voit la disposition de cette électrode à platine dans le système de l'élément rond. Ici, l'élément n'est plus un groupe intégré, mais la capacité est augmentée. Ensemble avec un séparateur 2, l'électrode 1 est enrobée avec un cadre plastique. Les chambres séparées entre elles par l'électrode forment dans l'élément le réservoir d'air 8 et la chambre à zinc 7. Dans le fond de l'élément, est noyée une connexion métallique. Vers l'extérieur, l'élément est rendu étanche par coulage avec le produit coulable 11. Dans le couvercle de l'élément ,sont ménagés des orifices d'aération 9,dont les dimensions assurent une circulation d'air suffisante. Avec une cellule ronde du type R14, avec#utilisa- tion de pâte de zinc comme anode et avec la construction suivant la figure 1, on a obtenu 10 Ah avec 1,20 V et 200 mÂ#? charge continue. le potentiel à vide était de 1#,45 V. La caractéristique intensité du courant/potentiel ressort du graphique de la figure 10. Avec une cellule ronde du type R20, construite suivant la figure 1, on a obtenu 20 Ah avec 1,25 V et 200 mA de charge continue. Le potentiel de repos était de 1,45 V. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Pile galvanique à oxygène, pile caractérisée en ce qu'elle est constituée par des électrodes à oxygène non enveloppées, telles que des électrodes de pile à combustible. 2.-Pile suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les électrodes sont disposées parallèlement. 3.- Pile suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les électrodes sont disposées suivant un polygone. 4.- Procédé pour la fabrication de pile suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on pourvoit les électrodes d'un cadre en matériau plastique pour constituer un élément en forme de poche. 5.- Procédé suivant la revendication 4 , caractérisé en ce que les électrodes sont des électrodes simples. 6.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les électrodes sont des électrodes doubles. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'on pourvoit les électrodes du cadre en une seule opération de moulage par injection. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on pourvoit les électrodes dun bord en pâte, que l'on relie à l'élément par collage ou soudage. 9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les électrodes sont pourvues d'un séparateur injecté en mtme temps qu'elles. 10.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les électrodes sont pourvues d'un séparateur adjoint à l'électrode par collage, par soudage, par imprégnation.