Brevet FR2153134A1 — publié le 19730504

L'invention concerne les accumulateurs du type sodium-soufre, comportant un réservoir contenant la matière active négative, reliée à au moins une pièce, constituée au moins en partie par un électrolyte solide, et disposée dans un second réservoir comprenant autour de ladite pièce un garnissage en un matériau conducteur électronique, imprégné par la matière active positive. La matière active négative peut être du sodium, la matière active positive du soufre ou un mélange de soufre et de polysulfures de sodium, l'électrolyte solide de la béta-alumine, le matériau conducteur électronique un feutre de graphite. Dans les accumulateurs actuellement réalisés la pièce constituée au moins en partie par l'électrolyte solide se présente sous la forme d'un tube. Ces accumulateurs peuvent ainsi comprendre une pluralité de tubes, disposés sensiblement parallèlement les uns aux autres, tous les tubes communiquant avec le réservoir contenant la matière active négative, éventuellement par l'intermediaire d'une chambre distributrice. Un problème délicat à résoudre dans ces accumulateurs est celui de la jonction entre les extrémités ouvertes des différents tubes et une paroi du réservoir ou de la chambre distributrice contenant la matière active négative. Cette solidarisation est généralement obtenue au moyen d'un émail isolant. Du fait du grand nombre de tubes que peut comporter un accumulateur cette opération de solidarisation est longue et coûteuse. Il faut également noter que les tubes, qui peuvent avoir une longueur d'environ 160 un, présentent une certaine fragilité. La présente invention permet notamment de remédier aux inconvénients précités. Elle a pour objet un accumulateur du type sodium-soufre, comportant un réservoir contenant la matière active négative, relié à au moins une pièce, cons tituée au moins en partie par un électrolyte solide et disposée dans un second réservoir comprenant autour de ladite pièce un garnissage en un matériau conducteur électronique, imprégné par la matière active positive, caractérisé par le fait que ladite pièce se présente sous la forme d'une plaque comportant sur au moins une des faces des reliefs, délimitant des évidements internes à l'intérieur desquels pénètre la matière active négative, les parois desdits reliefs ayant une épaisseur sensiblement uniforme. Selon une caractéristique de l'invention, les dits reliefs s'étendent sensiblement perpendiculairement au plan moyen de ladite plaque. Selon un mode de réalisation conforme à l'invention, les reliefs sont formes par une pluralité de pointes régulièrement réparties et de canaux reliant lesdites pointes entre elles. Selon un autre mode de réalisation conforme à l'invention, les reliefs sont formés par un réseau de plissures sensiblement rectilignes. L'invention a également pour objet une batterie d'accumulateurs comportant plusieurs accumulateurs tels que décrits ci-dessus. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et du dessin annexé dans lequel - La figure 1 est une vue en élévation partiellement coupée d'un accumulateur conforme à l'invention. - La figure 2 est une coupe verticale de la figure 1 selon la ligne Ai. - La figure 3 est une demi-vue de dessus de l'accumulateur représenté sur les figures 1 et 2. - La figure 4 est une vue partielle en perspective de deux éléments éclatés de la pièce constituée par l'électrolyte solide dans l'accumulateur représenté sur les figures 1 et 2. - La figure 5 est une demie vue en élévation partiellement coupée d'un autre mode de réalisation d'un accumulateur conforme à l'invention. - La figure 6 est une coupe verticale de la figure 5 selon la ligne BB. - La figure 7 est une vue partielle en perspective de deux éléments éclatés de la pièce constituée par l'électrolyte solide dans l'accumulateur représenté sur les figures 6 et 7. Sur les figures 1, 2, et 3, la référence 1 désigne une premier réservoir métallique contenant la matière active négative, par exemple du sodium. Ce réservoir peut etre en acier doux, ou en acier inoxydable, et obtenu par assemblage, par exemple par soudure, de deux coquilles 2 et 3. il peut présenter sensiblement la forme d'un cylindre comportant au voisinage de sa partie centrale une partie rentrée 4 laissant dégagées les bornes 5 et 6 de l'accumulateur comme on peut le constater en se reportant a la figure 3. La référence 7 désigne un second réservoir métallique contenant la matière active positive, par exemple du soufre ou un mélange de soufre et de polysulfures de sodium. Ce réservoir peut etre en acier inoxydable ou en acier doux chromé et obtenu par assemblage, par exemple par soudure, de deux coquilles 8 et 9. Les réservoirs 1 et 7 comportent respectivement des tubulures 10 et Il permettant leur remplissage par les matières actives. La liaison mécanique entre les réservoirs 1 et 7 est réalisée de la manière suivante Les références 12 et 13 désignent des bagues métalliques soudées respectivement, en vis à vis, sur des parois des réservoirs 1 et 7. A cet effet, les parties de ces parois sur lesquelles portent ces bagues peuvent être planes et comporter des bordures circulaires 14, 15, à l'intérieur desquelles viennent se loger les bagues 12, 13 et sur lesquelles elles sont soudées. Les bagues 12 et 14 présentent en outre des portées appropriées sur lesquelles sont soudées des brides 16, 17 par exemple en acier inoxydable qui sont munies d'oreilles de connexion, telles que 5 et 6, constituant les bornes de l'accumulateur. Les soudures entre d'une part les réservoirs 1 et 7 et les bagues 12 et 13 et d'autre part ces bagues et les brides 16 et 7 peuvent être réalisées par arc sous argon par exemple. La liaison entre les réservoirs s'effectue au niveau des brides 16 et 17. Celles-ci sont solidarisées au moyen d'un émail isolant 18. On peut utiliser par exemple l'émail pour acier inoxydable vendu par la so ciété FERRO sous la référence "Email FERRO N3" La référence 19 désigne la pièce formée par l'électrolyte solide, dans laquelle pénétre la matière active négative et dont la structure sera explicitée par la suite. Le réservoir 1 est relié à la pièce 19 par l'intermédiaire d'un manchontube métallique 20. Le matériau constitutif de ce manchon doit présenter un coefficient de dilatation compatible avec la pièce 19. Lorsque celle-ci est formée par de l'alumine béta-sodique, on pourra utiliser un alliage fer-nickel-cobalt, par exemple dans les proportions respectives suivantes 54, 28, 18 Z. Une extrémité de manchon 20 est fixée à la paroi interne de la bague 12, par exemple par soudure à l'arc sous argon. L'autre extrémité est engagée dans un embout 21 appartenant à la pièce 19. La liaison entre cette extrémité et l'embout 21 ainsi que l'étanchéité peuvent être obtenues au moyen d'un verre ou d'un émail isolant. Des moyens non représentés, pouvant comporter des mèches ou des valves, peuvent être prévus à l'intérieur du manchon 20 par régulariser l'alimentation de la pièce 19 en matière active négative. La structure de la pièce 19 est mise en évidence sur la figure 4 qui est une vue partielle, en perspective, de deux éléments 22, 23 éclatés. Cette pièce se présente sous la forme d'une plaque, qui, dans l'exemple décrit, comporte sur ses deux faces des reliefs délimitant des évidements internes à l'intérieur desquels pénétre la matière active négative. Ces reliefs sont formés par une pluralité de pointes 24 régulièrement réparties et de canaux reliant lesdites pointes entre elles. Ces pointes peuvent être sensiblement coniques et de sommets arrondis. Certains des canaux présentent un diamètre interne plus important que les autres. Ces canaux présentant un diamètre plus important sont désignés par la ré férence 25 ; les canaux de plus faible diamètre interne sont désignés par la référence 26. Certains au moins des canaux 25 débouchent au voisinage de l'embout 21. Comme on peut s'en rendre compte en se reportant sur la figure 1, dans l'exemple représenté la pièce 19 comporte deux canaux 25, disposés en V. L'irrigation par la matière active négative des pointes 24 et des canaux 26 est réalisée à partir des canaux 25. La pièce 19 est formée par assemblage des éléments 22 et 23. Mais elle pourrait également être obtenue sous forme d'une pièce unique. Les parois des reliefs présentent une épaisseur sensiblement uniforme. A titre illustratif et nullement limitatif l'épaisseur des parois délimitant les reliefs peut être comprise entre 5/10 et 1 mm. La hauteur des pointes peut être d'environ 15 mm et leur diamètre à la base d'environ 8 mm. Le diamètre interne des canaux tels que 25 peut être d'environ 8 mm et celui des canaux, tels que 26, environ 2 mm. Les dimensions de la pièce 19 sont de 140 x 140 mm environ. Comme représenté la pièce 19 peut comporter de part et d'autre des reliefs analogues disposés en vis à vis. Chaque face peut être munie de 175 pointes telles que 24. La surface d'échange d'une telle pièce, calculée au niveau de ces reliefs, est équivalente à environ 32 tubes d'environ 160 mm de long et de 8 mm de diamètre. Elle nécessite donc pour la raccorder au réservoir de matière active négative un seul joint au lieu de 32, ce qui facilite la réalisation de l'accumulateur et en diminue le prix de revient. Par ailleurs, les reliefs présentant une faible importance par rapport à l'étendue de la pièce, cette dernière présente une fragilité bien inférieure a un système comportant un grand nombre de tubes. il s'ensuit pour l'accumulateur une fiabilité augmentée. Ce type de réalisation permet également de diminuer, pour une même surface d'échange, le volume de la matière active négative, ce qui conduit à une augmentation de la capacité massique de l'accumulateur. Le garnissage en un matériau conducteur électrique dans le réservoir 7 autour de la pièce 19, qui nta pas été représenté pour des raisons de clarté, peut être constitué par au moins l'un des composants du groupe formé par du feutre de graphite, des fibres de graphite, de la poudre de graphite. Des plaques métalliques extractrices de courant peuvent être disposées au sein de ce garnissage. Les figures 5, 6 et 7 sont relatives à un autre mode de réalisation de l'accumulateur, qui diffère de celui représenté aux figures 1 à 4 principalement par la structure de la pièce formée par l'électrolyte solide. Les références 1 à 18 et 20 ont les memes significations sur les figures 5 et 6 que sur les figures 1 à 3. La pièce formée par l'électrolyte solide est désignée par la référence 30. Elle possède un embout 31 dans lequel est fixée une extrémitée du manchon 20. La figure 7 est une vue partielle en perspective de deux éléments éclatés de la pièce 30. Toutefois cette pièce pourrait etre obtenue sous forme d'une pièce unique. Les reliefs présentés par la pièce sont formés par un réseau de plissures sensiblement rectilignes. Dans l'exemple représenté, ce réseau comporte des plissures 34 sensiblement parallèles reliées par une plissure périphérique 35 dans laquelle débouche l'embout 31 permettant l'introduction de la matière active négative dans le réseau de plissures. La pièce formée par l'électrolyte solide peut etre obtenue par exemple par moulage de deux éléments que lton solidarise ensuite. Le moulage, qui peut s'effectuer par injection à chaud, est réalisé à partir d'une pâte homogène contenant le matériau destiné à former l'électrolyte solide et une matière plastique. Les deux éléments obtenus après moulage peuvent être solidarisés par compression à chaud. On effectue ensuite un prefrittage, au cours duquel d'ailleurs on élimine la matière plastique, puis un frittage. Dans certains cas l'opération de préfrittage peut ne pas etre nécessaire. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnes qu a titre d'exemples. En particulier on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certains dipositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Accumulateur du type sodium-soufre, comportant un réservoir contenant la matière active négative, relié à au moins une pièce, constituée au moins en partie par un électrolyte solide et disposée dans un second réservoir comprenant autour de ladite pièce un garnissage en un matériau conducteur électronique, imprégné par la matière active positive, caractérisé par le fait que ladite pièce se présente sous la forme d'une plaque comportant sur au moins une de ses faces des reliefs, délimitant des évidements internes à l'intérieur desquels pénétre la matière active négative, les parois desdits reliefs ayant une épaisseur sensiblement uniforme. 2/ Accumulateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits reliefs s'étendent sensiblement perpendiculairement au plan moyen de ladite plaque. 3/ Accumulateur selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que les reliefs sont formés par une pluralité de pointes régulièrement réparties et de canaux reliant lesdites pointes entre elles. 4/ Accumulateur selon la revendication-3 caractérisé par le fait que lesdites pointes sont sensiblement coniques et de sommets arondis. 5/ Accumulateur selon l'une des revendications 3 et 4 caractérisé par le fait que certains desdits canaux présentent un diamètre interne plus important que les autres. 6/ Accumulateur selon la revendication 5 caractérisé par le fait qu'au moins certains desdits canaux, présentant un diamètre interne plus important, débouchent au voisinage du point d'introduction de la matière active négative dans la plaque formée par l'électrolyte solide. 7/ Accumulateur selon la revendication 6 caractérisé par le fait que l'irrigation par la matière active négative des pointes et des canaux de plus faible diamètre interne est réalisé à partir des canaux de diamètre interne plus important. 8/ Accumulateur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que lesdits reliefs sont formés par un réseau de plissures sensiblement rectilignes. 9/ Accumulateur selon la revendication 8 caractérisé par le fait que ledit réseau de plissures comporte des plissures sensiblement parallèles reliées par une plissure périphérique dans laquelle est introduite la matière active négative. 10/ Accumulateur selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que ladite plaque comporte de part et d'autre des reliefs analogues disposés en vis à vis. 11/ Accumulateur selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'électrolyte est de l'alumine béta. 12/ Accumulateur selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que le garnissage en un matériau conducteur électronique est constitué par au moins l'un des composants du groupe formé par du feutre de graphite, des fibres de graphite, de la poudre de graphite. 13/ Batterie d'accumulateurs caractérisée par le fait qu'elle comprend plusieurs accumulateurs selon l'une des revendications précédentes.