Brevet FR2134710A1 — publié le 19721208

T.a présente invention a trait aux batteries de piles électriques métal-air. Suivant une caractéristique de l'invention, un procédé pour la réalisation d'une telle "batterie consiste : 5 -à partir d'une multiplicité d'éléments métal-air re liés électriquement les uns aux autres, chacun de ces éléments comprenant deux électrodes à air convenablement connectées et placées respectivement sur l'un et l'autre côté d'une anoCe métallique en étant isolées par rapport à celle-ei, chacune de ces 10 électrodes à air comportant une matière catalytique portée par une feuille de matière poreuse, et les deux feuilles ainsi établies étant réunies à leur périphérie pour définir un compartiment d'éléments, tandis qu'une tige amovible s'étend dans chaque compartiment et dépasse à partir de la périphérie des deux feuilles 1$ qui le définissent j _ -à placer les éléments dans un moule, les tiges amovi-1 les étant situées dans des trous respectifs de celui-ci j -à introduire ensuite dans le moule un composé durcis- sablé ; 20 -à permettre à Ge eompôsê de durcir en vue de former un corps qui s'étend entre les éléments adjacents en les assemblant les uns aux autres j -et enfin à extraire lesdites tiges de leurs éléments respectifs de manière à laisser dans le corps des ouvertures à 25 travers lesquelles on peut introduire l'électrolyte dans les compartiments des éléments respectifs de la batterie. Les deux feuilles de matière poreuse qui définissent le compartiment considéré de la batterie sont avantageusement constituées au moyen des deux moitiés d'une bande unique de ladite 30 matière, cette bande étant repliée pour.permettre aux feuilles d'être réunies à leur périphérie. la matière poreuse précitée est préf-éràblement du polytétra-f luor éthylène . La jonction entre chaque paire de feuilles de polytétra-55 fluoréthylène est préférablement réalisée par soudure par ultrasons. l'anode métallique de chaque élément est avantageusement isolée des électrodes à air de celui-ci au moyen d'une matière poreuse isolante interposée entre elles, ïa matière poreuse précitée 40 étant choisie de manière à fondre pendant la soudure par ultra-soœ 72 15761 2 de telle façon qu'elle coule alors dans les pores des feuilles de polytétrafluoréthylène et qu'en, refroidissant elle constitue la jonction voulue entre chaque paire de ces feuilles. Le moule est préférablement organisé de manière que lé corps 5 produit j*ar durcissement du composé comporte un canal communiquant avec ses ouvertures de sorte qu'on puisse placer dans ce canal un collecteur facilitant l'introduction de l'électrolyte dans les compartiments des éléments de la batterie à travers les-dites ouvertures respectives. 10 Le moule est avantageusement réalisé en un caoutchouc silico- né, tandis que le composé durcissable précité est une résine épo-xy. Suivant une autre caractéristique, l'invention concerne une batterie de piles électriques métal-air réalisée par mise en 15 oeuvre du procédé décrit dans les paragraphes précédents. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle pré s en-? te et les avantages qu'elle est susceptible de procurer : 3?ig. 1 à 4 illustrent schématiquement quatre phases 20 respectives d'un exemple de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Fig. 5 est une vue en perspective'd'un-moule utilisé dans une phase ultérieure du procédé illustré en fig. 1 à 4. Fig. 6 est une coupe d'un corps réalisé au moyen du 25 moule montré en fig. 5 et d'un collecteur utilisé pour faciliter le remplissage des compartiments des éléments de la batterie par l'électrolyte. Suivant les figures, dans la construction d'une batterie de piles électriques métal-air selon l'invention, chaque élément 30 de celle-ci est établi en partant d'une bande 11 de polytétrafluoréthylène microporeux dont l'une des faces est métallisée, par exemple par du nickel. Puis, on applique une couche 12 de matière catalysante active sur une face de la bande 11, cette couche 12 définissant dans l'élément déterminé deux électrodes à 35 air électriquement réunies l'une à l'atitre. La couche 12 est ensuite recouverte par une bande 13 réalisée en-une matière poreuse isolante et soudable ayant substantiellement les mêmes dimensions que celles de la bande 11. La bande 13 est préférablement réalisée en un matériau à fibres non tissées de polyamides vendu 40 sous la marque dé fabrique BOïTDHïA.. On place ensuite une anode mé 72 15761 3 tallique 14 sur la "bande 13 et l'on dispose une tige amovible 15 sur cette bande de manière qu'elle soit adjacente à l'anode 14 et qu'elle s'étende à partir des bords périphériques des bandes 11, 13. Deux conducteurs électriques 16, 17 constituent res-5 pectivement le branchement électrique delL'anode 14 et grâce à la métallisation, celui de la matière active 12, ces conducteurs 16, 17 s'étendant parallèiwwnt à la tige 15» tandis que leur extrémité libre est situé au-delà du bord dès bandes 11, 13. Chaque conducteur 16, 17 est pourvu d'un manchon 18 de chlorure de po-1 0 lyvinyle disposé autour de sa partie située au-delà des bords périphériques des. bandes précitées. La bande 11N est ensuite pliée autour de sa ligne médiane en vue d'emprisonner entre les parties repliées de la bande 13» l'anode 14» la tige 15 et les conducteurs 16, 17 avec leurs man-15 chons 18 respectifs. On ferme enfin l'assemblage en vue de constituer à l'intérieur des parties repliées de la bande 11 un compartiment de pile renfermant l'anode métallique 14 et les deux électrodes air reliées électriquement l'une à l'autre. L'opération de fermeture réalise un joint étanche aux liquides entre 20 les parties repliées de la bande 11, à sa périphérie et entre elle-même et les manchons 18. Etant donné que l'un des bords de l'élément est constitué par un pli de la bande 11, le joint n'est nécessaire qu'autour de trois des côtés de l'anode 14, comme montré en fig. 4. La fermeture de l'élément est effectuée par un 25 outillage de soudure par ultra-sons 19, comprenant un outil vibrant 20 et une table 21 disposée du côté opposé à la bande repliée 11. L'outil vibrant 20 et la table 21 présentent chacun une forme telle qu'ils ne s'appliquent que sur les parties de la bande où l'on doit effectuer la fermeture. En outre, ils sont 30 chacun pourvus de dépressions 22 situées aux endroits où, pendant l'opération de fermeture, l'outillage est en prise avec respectivement la tige 15 et les conducteurs 16, 17. La présence des dépressions 22 évite qu'une pression excessive ne soit appliquée par l'outil 19 sur les conducteurs 16, 17 et sur la tige 15 ; 35 elle permet à la bande 11 d'être moulée suivant une forme correcte autour de ceux-ci. Pendant l'opération de fermeture par ultra-sons, les zones de la bande soudable 13 et les manchons 18 subissent une fusion au voisinage de la périphérie de l'élément ; les parties fondues 40 pénètrent dans les pores de la bande 11 en polytétrafluoréthylène 72 15761 4 2134710 poreux qui naturellement n'ést pas fondue par l'énergie ultraso-nique. Ainsi après refroidissement un joint étanche aux liquides se trouve réalisé entre les parties repliées de la bande 11 et entre cette dernière et les manchons 18. L'opération de jonction 5 permet aussi de mouler ces derniers autour des conducteurs 16, 17 respectifs de sorte que ceux-ci sont maintenus en position par rapport à l'élément. Il est à noter que si désiré, l'on peut réaliser -une double fermeture, telle que celle montrée en fig.4, entre les parties repliées de la bande 11. En outre, on remarque-10 ra que des procédés de jonction autres que celui par chauffage ul-trasonique pourraient être employés ; il serait par exemple possible d'utiliser une lame chauffante pour réaliser le joint entre les parties repliées de la bande 11. D'autres matières poreuses que le polytétrafluoréthylène pourraient être mises en oeuvre 15 pour constituer la bande 11. De plus, et bien que dans l'exemple ci-dessus la bande de chaque électrode à air de l'élément considéré soit constituée par une bande unique de matière poreuse, on pourrait utiliser, si désiré, deux feuilles d'une telle matière pour constituer la base précitée. 20 Le procédé décrit ci-dessus peut ensuite être répété en Vue de réaliser le nombre désiré d'éléments constituant la batterie, chacun de ceux-ci ayant la configuration montrée en fig. 4. En variante, si l'on utilise une plus longue bande de polytétrafluoréthylène pour la mise en oeuvre du procédé sus-mentionné, il est 25 alors possible de réaliser une multiplicité d'éléments dont cha- . cun est réuni à un autre adjacent par l'intermédiaire de la bande. Le compartiement de chaque élément est alors situé à l'intérieur des parties de la bande de grande longueur obtenues par repliage le long de sa ligne centrale longitudinale, puis par formation 30 d'un joint étanche aux liquides autour de l'anode de l'élément considéré. On découpe ensuite la bande en vue de constituer la multiplicité d'éléments individuels nécessaires pour former la batterie. Les éléments terminés sont enfin montés dans un support, non 35 représenté, le bord de chacun d'eux au-delà duquel les conducteurs 16, 17 et la tige 15 s'étendent, dépassant hors de ce support. Les jonctions électriques entre les éléments voisins sont complétées au moyen des conducteurs 16, 17 ; le support et les éléments sont placés en position renversée dans un moule 23 réalisé en un 40 caoutchouc siliconé vendu par la Société I. C. I. sous le nom 72 15761 5 £134710 de SIIKOSET 105. Le moule 23 comporte une saillie plate 24 située au-dessus de son fond et pourvue d'une multiplicité de trous 25. Ceux-ci sont disposés de manière que lorsque les éléments sont disposés à l'envers dans le moule, les tiges 15 qu'ils portent 5 s'engagent respectivement dans les trous 25. En vue de réaliser les connexions externes dans la batterie ^terminée, des goujons conducteurs, non représentés, sont respectivement réunis au conducteur 16 de l'un des éléments d'extrémité de l'assemblage et au conducteur 17 de l'autre élément d'extrémité. Lorsque les 10 éléments sont en place dans le moule 23» les goujons sont serrés dans des dépressions complémentaires, non représentées, ménagées dans le fond de ce moule. Une résine époxy durcissable est introduite dans le moule 23 en vue de recouvrir la saillie 24 et les bords des éléments situés au fond du moule.^ Bj&ns l'exemple par-13 ticulier, la résine époxy est de l'Araldite mélangée à des billes de matière phénolique ; le mélange est introduit dans le moule » partir d'un distributeur sous pression. On laisse alors durcir le composé durcissable ; dans le cas de l'Araldite, le-durcissement est effectué en la maintenant à 60° C pendant d'eux heures. 20 Après durcissement, l'on obtient un corps moulé 26 qui s'étend entre les éléments et réunit ceux qui sont adjacents. On retire ensuite du moule le corps 26 avec les éléments. Les tiges 15 portées par les éléments respectifs sont agencées de manière à ce qu'elles soient retenues dans les trous 25 du moule lorsque le 25 corps est extrait de celui-ci de sorte que le corps obtenu comporte une multiplicité d'ouvertures 27 qui communiquent chacune avec le compartiment d'un élément. Etant donné que les trous 25 sont situés dans une partie surélevée du moule 23» les ouvertures 27 s'étendent à partir de la base d'un canal 28 réalisé dans l'une 30 des faces du corps 26. Ce dernier constitue une partie de l'enveloppe de la batterie. Les ouvertures 27 communiquant respectivement avec les compartiments des éléments de cette batterie, lorsque celle-ci est terminée, l'on effectue sa mise en action eij. introduisant l'électrolyte dans les compartiments précités à 35 travers les ouvertures 27. Lorsqu'on a ainsi à réaliser la mise en action de la batterie, l'on engage préférablement un collecteur 29 dans le cana.1 28 du corps 26, ce collecteur comportant une bague d'étanchéité en caoutchouc 31 qui ferme le canal lorsque le collecteur est engagé dans ce dernier. On choisit de préfé-40 rence pour l'électrolyte utilisé en vue de la mise en action des 72 15761 s 34710 éléments de la batterie, une solution à 45 % de potasse caustique (hydrate de potassium) "bien qu'on puisse utiliser des concentrations comprises entre 15 et 50 %, ou plus préférablement entre 40 et 50 %• L'électrolyte est introduit dans le collecteur 29 à 5 partir d'une ampoule où flacon, ce collecteur étant agencé de manière à ce que le liquide coule à partir de celui-ei à travers les ouvertures 27 du corps 26 en direction des compartiments des éléments. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui pré-10 cède n'a été donnée qu'à titre d'exenjLe et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents . 72 15761 7 1134710 -REVENDICATIONS - 1. Procédé pour la réalisation d'une "batterie primaire métal-air consistant à partir d'une multiplicité d'éléments métal- 5 air reliés électriquement, chacun de ces éléments comprenant deux électrodes à air reliées électriquement et placés respectivement sur deux côtés opposés d'une anode métallique et isolées par rapport à celle-ci, chaque électrode à air comportant une matière catalytique portée par une feuille de matière poreuse, les deux 10 feuilles de matière poreuse étant réunies à leur périphérie pour définir un compartiment d'élément, tandis qu'une tige amovible s'étend dans chaque compartiment et dépasse à partir de la périphérie des deux feuilles qui le définissent, puis à placer les éléments dans un moule, les tiges amovibles étant situées dans 15 2, Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux feuilles adjacentes de matière poreuse qui définis- 25 sent un compartiment d'élément de la "batterie sont constituées par les moitiés respectives d'une "bande unique de ladite matière, cette "bande étant repliée en vue de permettre de réunir les feuilles précitées le long de leur périphérie. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 30 et 2, caractérisé en ce que la matière poreuse est du polytétrafluoréthylène . 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'anode métallique de chaque élément est isolée par rapport aux électrodes à air de celui-ci au moyen d'une matière isolante po-35 reuse interposée entre elles, cette matière étant choisie de manière à fondre pendant la soudure par ultra-sons de telle façon qu'elle coule alors dans les pores des feuilles de polytétrafluoréthylène et qu'en refroidissant elle constitue la jonction voulue entre chaque paire de ces feuilles. 40 5* Procédé suivant l'une quelconques des revendications de 72 15761 s 1 à 4, caractérisé en ce que le moule est organisé de manière que le corps produit par durcissement du composé durcissable, comporte un canal communiquant avec ses ouvertures de sorte qu'on peut placer dans ce canal un collecteur facilitant l'in-5 troduction de l'électrolyte dans les compartiments des éléments de la batterie à travers lesdites ouvertures. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moule est réalisé en un caoutchouc siliconé, tandis que le composé durcissable est une résine 10 époxy. 7. Batterie métal-air réalisée par mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6.