Brevet FR2142763A1 — publié le 19730202

L'excellent rendement obtenu avec la plupart des sources de courant modernes, par exemple les piles à dépolarisation par l'air, les piles à combustible et les versions améliorées des accumulateurs classiques, en particulier les accumulateurs au plomb et les accumulateurs alcalins tire son origine non seulement dans le matériau plus efficace des électrodes présentant une meilleure structure et une activité accrue, mais aussi dans les améliorations apportées aux systèmes électrolytiques. Une de ces améliorations consiste par exemple, à faire circuler ltélectrolyte, ce qui permet de mieux contrôler les conditions thermiques régnant dans les piles, de régénérer continuellement l'électrolyte, d'équilibrer les différences de concentration etc.Il arrive souvent que l'on fasse circuler l'électrolyte au moyen d'une pompe dans l'enceinte électrolytique de la pile. Le système nécessaire pour faire ainsi circuler l'électrolyte, c'est-à-dire le circuit de circulation auxiliaire de l'électrolyte qui, en plus de l'espace entre les électrodes, comprend donc d'autres éléments transportant l'élec- trolyte, est doté d'un réservoir à électrolyte, d'une pompe de circulation, d'un échangeur de chaleur, d'un dispositif de contrôle du processus, d' ndicateur de niveau etc.De tels circuits de circulation auriliaires ont été pour la première fois réalisés pour des piles à combustible et des piles à dépolarisation par l'air, mais, au cours de ces derniers temps, on les a mis au point pour les adapter à des versions améliorées des accumulateurs classiques, en particulier aux accumulateurs au plomb et aux accumulateurs alcalins-bipolaires. La circulation de l'électrolyte contribue dans ce dernier cas à augmenter le rendement, du fait surtout que cela permet d'obtenir des équilibrages de la concentration dans la couche de l'électrolyte se trouvant au voisinage des électrodes. Une partie de l'électrolyte étant contenue dans un bac électrolytique à part, on peut, par conséquent, rapprocher les électrodes les unes des autres, comme on l'a fait, par exemple, avantageusement dans les accumulateurs a#lomb. Le principal avantage pratique qui en découle dans les grandes piles composées de nombreux éléments est que le contrôle nécessaire concernant la quantité et la composition de l'électrolyte s'en trouve simplifié attendu que ce con trôle peut être effectué en un point du circuit de circulation auxiliaire et non plus dans chaque élément. Cela représente, par exemple, un avantage certain pour les batteries de véhicules électriques.Comme on le sait, chaque élément des batteries de traction actuelles est muni d'un trou d'inspection permettant de contrôler le niveau du liquide qu'il contient et de prélever des échantillons de l'électrolyte, si bien qu'avec une batterie relativement grande et dotée de nombreux éléments, ces contrôles prennent un temps considérable. Cet aspect pratique de la question revêt, comme on peut facilement le concevoir , une importance aussi grande avec les nouvelles sources de courant que sont, par exemple, les piles à combustible et les piles à dépolarisation par l'air. Une circulation de l'électrolyte suppose naturellement au préalable des liaisons électrolytiques entre les différents bacs des éléments.Si ces derniers se trouvent à différents potentiels, il se produit dans ieshiaisons électrolytiques des courants dits de fuite qui constituent une sollicitation interne continue qd contribue à décharger la pile et à diminuer son rendement C'est pourquoi on a essayé de réduire ces courants, par exemple en diminuant la surface et en augmentant la longueur de ces liaisons entre les enceintes électrolytiques se trouvant# à différents potentiels. On a proposé dans certains cas d'interrompre artificiellement les liaisons électrolytiques par insufflation d'un gaz etc. D'autres méthodes ont également été utilisés en électrochimie pour réduire la fuite du courant, par exemple des générateurs de goutte mécaniques interrompant le flux de l'électrolyte, des valves d'arrêt fonctionnant par intermittence etc. Du point de vue technique, ces circuits de circulation auxiliaires de l'électrolyte sont extrême ment compliqués non seulement de par leur fonctionnement, mais également par les problèmes que posent les courants de fuite.Les piles comportant un circuit de circulation auxiliaire de félectro- lyte occupent donc un volume bien plus considérable par élément, n'ont qu'une faible sécurité de fonctionnement et sont d'un prix ien de revient p lus élevé que les piles conventionnelles sans circuit de circulation particulier. Cela est le prix que l'on doit payer pour les avantages obtenus sous la forme d'une meilleure utilisation du matériau des électrodes, d'une force électromotrice supérieure, d'une température admissible plus élevée ainsi que d'une surveillance simplifiée. La présente invention se rapporte à un nouveau type de circuit de circulation auxiliaire de l'électrolyte et propose une solution étonnamment simple des problèmes précités, sans que l'on soit obligé pour autant de renoncer aux avantages ci-dessus apportés par ces circuits. L'invention vise, en outre, un nouvel agencement de l'électrolyte dans des batteries d'accumulateurs superposées comportant au moins deux éléments montés en série avec enceintes électrolytiques internes placées dans la batterie entres électrodes et reliées à des enceintes électrolytiques externes, l'électrolyte circulant entre ces enceintes externes et internes par des canaux, conduites et autres organes de raccordement diminuant les fuites de courant, et caractérisées par le fait que la batterie d'accumulateurs avec ses enceintes électrolytiques internes est disposée dans un bac qui contient les enceints électrolytiques externes. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé. L'électrolyte est en général pompé dans les enceintes électrolytiques internes qu'il traverse , après quoi il est ramené dans l'enceinte électrolytique externe logée dans le bac de la batterie. La principale différence entre l'invention et la technique actuelle ressort des figures 1 et 2. La figure 1 montre la technique actuelle avec enceintes électrolytiques internes 1 placées dans une batterie d'accumulateurs 2 et raccordées à un bac 3 contenant l'électrolyte 4 au moyen d'une conduite d'amenée 5 limitant les courants de fuite et comportant la pompe de circulation 6 et d'une conduite d'évacuation 7 limitant également les courants de fuite. La figure 2 montre les mêmes éléments disposés selon l'invention. Les conduites 5 et 7 sont représentées schématiquement sur les figures 1 et 2. Comme le montre la figure 1, ces conduites peuvent être constituées par un canal principal 8 et par les canaux auxiliaires 9 raccordant le canal principal 8 aux enceintes électrolytiques internes. Ces canaux de raccordement peuvent être aussi bien installés à l'intérieur qu'à l'extérieur de la batterie d'accumulateurs ou en combinaison, par exemple avec le canal principal 8 placé au-dessus de la batterie d'accumulateurs et les raccordements aux canaux auxiliaires 9 placés dans la batterie. Les courants de fuite se produisent dans les raccordements reliant les électrodes dont la différence de potentiel dépasse la tension d'ouverture d'un élément, et n'interviennent, par conséquent, que dans deux ou plusieurs éléments montés en série. L'invention est donc limitée aux batteries constituées par au moins deux éléments montés en série et en contact avec une enceinte électrolytique externe commune, attendu que c'est le seul cas où l'on installe des racoordements limitant les courants de fuite. On pourrait si l'on veut, caractériser encore mieux l'invention en disant que si l'on provoquait intentionnellement des fuites de l'électrolyte dans la batterie d'accumulateur , l'électrolyte qui s'échappe rejoindrait l'électrolyte externe se trouvant dans le bac et ce, pratiquement dans toutes les conditions de fonctionnement susceptibles de se présenter. La forme des batteries d'accumulateurs et des bacs peut bien entendu varier dans de très larges limités ainsi que la disposition de la batterie 2 dans le bac 3. La figure 3 montre quelques unes de ces variations. Un très grand avantage de 1 invention réside manifestement dans le fait que la batterie n'a pas besoin d'être complètement étanche attendu que les faibles fuites d'électrolyte traversant la surface d'étanchéité de la batterie sont recueillies dans le bac et sont ramenées à l'électrolyte. Il n'est donc pas nécessaire de recourir à une construction compliquée soudée ou rendue étanche, par exemple par des anneaux toriques, d'où une grande économie-de mise en oeuvre. A la figure 2 on peut voir entre autres, que la sor tie 10 de l'enceinte électrolytique interne 1 est située au-dessus du niveau de l'électrolyte 4 dans l'enceinte électrolytique externe 3 ce qui généralement représente un avantage. Ce niveau plus bas de l'électrolyte dans le bas assure, en effet, entre l'électrolyte sortant et la phase gazeuse dans le bac un bon contact susceptible d'être utilisé pour refroidir et éliminer l'eau de réaction dans les batteries à hydrogène et à air. Un autre avantage de cet électrolyte se trnuvant à un niveau plus bas dans le bac est que la batterie peut être inclinée sans que le bord extérieur de l'électrolyte n'atteigne le couvercle du bac et vienne en contact avec, par exemple, les barres électriques etc. qui sont avantageusement placées sur la partie supérieure de la batterie. La batterie d'accumulateurs 2 peut être plus ou moins immergée dans l'électrolyte 4 du bac 11 comme le montrent les différents exemples illustrés sur les figures 3,4 et 6. La circulation entre les enceintes électrolytiques interne et externe peut, en pareil cas, être facilement assurée en insufflant du gaz dans l'enceinte électrolytique interne 1 (effet de pompe mammouth). Une pompe 6 peut, toutefois, être également placée dans la con duite d'amenée 5. Il est possible dans un même bac d'installer plusieurs batteries juxtaposées les unes au-dessus des autres à différents niveaux ou étages. Il peut également s'avérer pratique d'installer également la pompe et le dispositif de refroidissement, de surveillance, etc, de l'électrolyte dans le bac 3, ces éléments étant souvent placés dans un compartiment spécial, par exemple à la partie supérieure du bac. Le dimensionnement du canal principal et des canaux auxiliaires dans l'agencement suivant la figure 2 est déterminé de façnn connue de manière que les courants de fuite puissent être maintenus à un niveau acceptable/que la chute de tension affecte le fonctionnement de la pompe. L'invention offre une solution extrêmement simple à ces problèmes de raccordements par le fait que la conduite d'évacuation 7 avec son canal principal-et ses canaux auxiliaires peut être avantageusement supprimée et qu'alors l'électrolyte se trouvant dans les enceintes électrolytiques internes peut s'échapper par les ouvertures pratiquées à la partie supérieure des-enceintes et s'écouler sous forme de film, de ruisselets ou de gouttelettes sur la face externe de la batterie pour rejoindre ensuite l'électrolyte dans le bac 3.Les faces externes de la batterie sont avantageusement munies de rainures,etc, pour séparer les écoulements de l'électrolyte des différentes enceintes électrolytiques internes. Ce mode de réalisation particulier selon l'invention présente de nombreux avantages. Les courants de fuite peuvent être ramenés à un niveau assez bas sans qu'il soit nécessaire de limiter la surface des canaux de sortie et de provoquer ainsi une chute de pression. On dispose par conséquent d'une plus grandyotberté pour dimensionner la conduite d'amenée de manière à réduire les courants de fuite et à obtenir une répartition plus régulière de l'électrolyte entre les différentes enceintes de la batterie d'accumulateurs sans avoir à augmenter le travail de la pompe par rapport à l'agencement suivant la figure 2. La sortie libre à la partie supérieure de l'enceinte électrolytique qui peut presque être assimilée à un trop plein, est manifestement d'un grand avantage pour la charge des batteries à dépolarisation par l'air, attendu qu'elle permet d'évacuer rapidement l'oxygène formé de l'électrolyte. Le gaz contenu dans l'électrolyte par suite du dégagement gazeux sur les électrodes ou émanations de gaz par les électrodes à diffusion, comme les électrodes à air, à oxygène et à hydrogène, peut quelquefois bloquer les conduites d'évacuation de l'électrolyte, en particulier dans les grosses batteries. Ce gaz présent dans les enceintes électrolytiques est souvent à l'origine de sérieuses perturbations. Le mode de réalisation selon l'invention avec sortie libre de l'électrolyte élimine efficacement et de façon simple ce genre de perturbations. REVENDICATIONS 1. Circuit de circulation auxiliaire de l'électrolyte utilisant un nouveau procédé pour placer l'électrolyte dans, de préférence, des batteries d'accumulateurs superposées comportant au moins deux éléments montés en série avec des enceintes électrolytiques internes disposées entre les électrodes et reliées à des enceintes électrolytiques externes, et dans lequel on fait circuler l'électrolyte entre ces enceintes externes et internespar des canaux , conduites et autres organes de raccordement limitant de façon connue les fuites de courant, caractérisé par le fait qu'une ou plusieurs batteries d'accumulateurs avec leurs enceintes électrolytiques internes sont disposées dans des bacs qui constituent et/ou contiennent des enceintes électrolytiques externes. 2. Circuit de circulation auxiliaire de ltélectro- lyte suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que dans au moins une conduite de l'électrolyte on aménage une coupure entre les enceintes électrolytiques internes et externes. 3. Circuit de circulation auxiliaire de l1électro- lyte selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que plusieurs batteries d'accumulateurs, chacune contenant plusieurs éléments, sont placées dans un bac commun constituant une enceinte électrolytique externe commune dans laquelle le niveau de l'élec- trolyte peut varier.