Brevet FR2173637A1 — publié le 19731012

L'invention concerne les générateurs électrochimiques dans lesquels un métal pulvérulent en suspension dans une solution alcaline est amené, par circulation forcée de cette suspension, en contact avec un collecteur métallique négatif sur lequel il s'oxyde électrochimiquement, et dans lesquels un gaz oxydant est amené au contact d'une électrode positive poreuse au sein de laquelle il se réduit par contact avec la solution alcaline. Le collecteur négatif baigne dans la solution alcaline. L'électrode positive présente la forme d'une couche, appelée couche active, enserrée entre un séparateur constitué par une couche poreuse hydrophile isolante et une couche hydrofuge. Le séparateur baigne p une de ses faces dans la solution alcaline.Son rôle est d'éviter une conduction électronique entre le métal pulvérulent et la couche active tout en permettant à la solution alcaline d'atteindre cette couche active. La couche hydrofuge baigne par une de ses faces dans l'espace empli par le gaz oxydant. Son rôle est d'empecher que la solution alcaline qui imbibe la couche active ne passe partiellement dans cet espace, qui peut être appelé "espace extérieur", l'espace empli par la solution alcaline étant alors appelé "espace intérieur". Des générateurs tels que ceux qui viennent d'etre décrits, du type zinc-air par exemple, ont été notamment étudiés pou fcurnir la puissance propulsive à des véhicules routiers. Dans le but d'augmenter la puissance disponible, qui est sensiblement proportionnelle à l'aire de la couche active, il est connu de donner à cette couche la forme d'une plaque rectangulaire, et au collecteur négatif la forme d'un grillage rectangulaire plan parallèle à cette plaque et de même surface. On constitue ainsi un élément de réaction dont l'épaisseur peut être faible si la distance entre couche active et collecteur négatif est faible. Un générateur électrochimique est constitué par un empilage de tels éléments de réaction. Cette structure n'est cependant pas satisfaisante en ce qui concerne tant la simplicité de réalisation - nérateur que le rapport entre la capacité et sa puissance. De plus, la vitesse de la solution contenant le zinc en suspension n'étant pas partout la même, le zinc tend à former des dépôts dans les zones où cette vitesse est la plus faible. La présente invention a pour but de fournir une solution plus satisfaisante. La présente invention a pour objet un générateur Clectrochimiqua G circulation forcée comportant plusieurs éléments de réaction comportant chacun une paroi séparant un espace "intérieur" d'un espace "extérieur", des moyens raccordés è chacun de ces éléments de réaction pour faire circuler dans ledit espace intérieur une solution alcaline contenant un métal pulvérulent en suspension, et des moyens pour faire circuler un gaz oxydant dans ledit espace extérieur, cette paroi comportant, de l'intérieur vers l'extérieur, premièrement un séparateur poreux, hydrophile, isolant, inaltérable et imperméable audit métal pulvérulent, deuxièmement, une couche active poreuse et électronique-ment conductrice, permettant en son sein une réaction de réduction dudit gaz oxydant en présente de ladite solution alcaline, troisièmement une couche hydrofuge, poreuse et incltcrable, un collecteur positif métallique, inaltérable et largement perméable, étant en contact électrique avec ladite couche active, un collecteur négatif métallique inaltérable étant situé dans ledit espace intérieur, générateur caractérisé en ce que ladite paroi a la forme d'un tube dont la section présente la forme d'une couche fermée, ledit espace intérieur étant situé à l'intérieur de ce tube et ledit espace extérieur à l'extérieur de ce tube, ledit collecteur négatif DreeOnt3nt la forme d'une couche l#nne##nt perméable appliquée contre la face intérieure dudit séparateur. A l'aide des figures 1 à 3 ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente une section d'un élément de réaction selon l'invention par un plan passant par l'axe de cet élément. La figure 2 représente une section de ce même élément de réaction par un plan perpendiculaire à son axe. La figure 3 représente un schéma de l'ensemble d'un générateur selon l'invention. On voit sur la figure 1 la paroi d'un élément de réaction de forme tubulaire, à section circulaire. Une solution de potasse contenant du zinc pulvérulent en suspension peut le traverser. Cet élément comporte, de l'intérieur vers l'extérieur, un collecteur négatif métallique inaltérable constitué d'une grille 2, de nickel ou d'acier inoxydable par exemple, résistant à la potasse. Cette grille qui est connecté à la borne négative du générateur permet de recueillir les charges négatives qui résultent de la transformation du zinc métallique en ions. Elle permet à la solution d'atteindre facilement un séparateur 4 qui peut être constitué de céramique, d'amiante ou de matière plastique, et qui est poreux, isolant, hydrophile, c'est-à-dire qu'il facilite la pénétration de la solution de potasse, inaltérable par cette solution, et imperméable au zinc pulvérulent.Contre la face extérieure de ce séparateur, qui joue un rôle de support mécanique, est disposée une couche active 6 constituée de charbon actif avec de l'argent à faible concentration. Le rôle de cette couche active est de permettre en son sein les réactions de réduction de l'élément oxydant contenu dans le gaz oxydant précédemment mentionné. Ce gaz est, dans l'exemple décrit, de l'air. La couche active doit être poreuse pour permettre à la fois la pénétration de cet air, et celle de la solution. Elle peut avoir une épaisseur de l'ordre du dixième de millimètre. Elle doit présenter une certaine conductibilité électronique de façon à permettre, sans chute de tension excessive, la circulation du courant au moins jusqu'à un collecteur positif métallique inaltérable, constitué d'une grille 8. en nickel ou acier inoxydable par exemple, appliqué sur la face extérieurs de cette couche active et connecté à la borne positive du générateur. Ce collecteur positif et la couche active 6 sont enrobés dans une couche hydrofuge 10 poreuse et inaltérable. Le rôle de cette couche 10 est d'empêcher la solution de diffuser vers l'extérieur de l'élément de réaction, tout en permettant à l'air d'atteindre la couche active 6.Cette couche extérieure est constituée, dans l'exemple décrit, par du polytétrafluoréthylène poreux. Les éléments qui viennent d'être décrits et qui constituent un élément de réaction, forment une structure coaxiale raccordée mécaniquement à l'ensemble du générateur Teotrochimique par les extrémités du séparateur 4. Le diamètre de cet élément de réaction est avantageusement compris entre 1 et 4 cm, et de préférence encore entre 2 et 3 cm, lorsque le générateur est destiné à fournir la puissance propulsive nécessaire à un véhicule routier, une automobile notamment. La figure 3 représente très schématiquement l'ensemble du générateur électrochimique selon l'invention. I1 comporte un réservoir d'entrée 12 contenant une solution de potasse avec du zinc pulvérulent en suspension. Cette suspension est dirigée par une pompe 14 vers des éléments de réaction 15, 16, 17, 18 et 19 reliés entre eux en série par des tubulures telles que 20. Le nombre de ces éléments est en pratique très supérieur à cinq, mais il a été limité à cinq sur la figure pour faciliter la compréhension. Les diamètres intérieurs des éléments de réaction et des tubulures telles que 20 sont les mêmes, de manière que la vitesse de la solution contenant le zinc en suspension soit partout la même. Cette disposition supprime les zones à faible vitesse ou le zinc tendait à se déposer dans les générateurs connus. -Les éléments de réaction sont entourés par une chambre à air 22 pourvue d'une entrée d'air 24 et d'une sortie d'air 26. La sortie du générateur communique avec un réservoir de sortie 30. Bien entendu, il est possible de prévoir des moyens pour régénérer la solution recueillie dans le réservoir de sortie 30 et pour la réintroduire dans le réservoir d'entrée 12. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représente qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIDNS 1/ Générateur électrochimique à circulation forcée comportant plusieurs éléments de réaction comportant chacun une paroi séparant un espace "intérieur" d'un espace "extérieur". des moyens raccordés à chacun de ces éléments de réaction pour faire circuler dans ledit espace intérieur une solution alcaline contenant un métal pulvérulent en suspension, et des moyens pour faire circuler un gaz oxydant dans ledit espace extérieur, cette paroi comportant, de l'intérieur vers l'extérieur, premièrement un séparateur poreux, hydrophile, isolant, inaltérable et imperméable audit métal pulvérulent, deuxièmement une couche active poreuse et électroniquement conductrice permettant en son sein une réaction de réduction dudit gaz oxydant en présence de ladite solution alcaline, troisièmement une couche hydrofuge, poreuse et inaltérable, un collecteur positif métallique, inaltérable et largement perméable, étant en contact électrique avec ladite couche active, un collecteur négatif métallique inaltérable étant situé dans ledit espace intérieur, générateur caractérisé en ce que ladite paroi a la forme d'un tube dont la section présente la forme d'une couche fermée, ledit espace intérieur étant situé à l'intérieur de ce tube et ledit espace extérieur à l'extérieur de ce tube, ledit collecteur négatif présentant la forme d'une couche largement perméable appliquée contre la face intérieure dudit séparateur. 2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section dudit tube est circulaire. 3/ Générateur selon la revendication 2, applicable notamment à la fourniture de puissance propulsive à un véhicule, caractérisé en ce que ledit tube a un diamètre compris entre 1 et 4 cm, ledit métal pulvérulent étant le zinc, ladite solution alcaline étant une solution de potasse et ledit gaz oxydant contenant de l'oxygène. 4/ Générateur selon la revend cation 1, caractérisé en ce que lesdits éléments de réaction sont connectés en série en ce qui concerne la circulation de ladite solution alcaline, ces éléments de réaction et les tubulures qui les raccordent ayant partout sensiblement la même section de passage intérieur.