Brevet FR2224879A1 — publié le 19741031

La présente invention concerne un nouveau séparateur amélioré servant dans un élément de pile alcalin renfermant comme électrolyte alcalin de l'hydroxyde de potassium ou de l'hydroxyde de sodium. Dans un élément alcalin renfermant un électrolyte alcalin tel qu un élément nickel-cadmium, un élément alcalin au manganèse, un élément au mercure, un élément à l'argent et similaires, il est essentiel de disposer un séparateur se comportant comme un diaphragme pour les matériaux actifs de l'électrode et comme un élément absorbant et maintenant un électrolyte alcalin. On a à ce jour utilisé pour réaliser un tel séparateur, un tissu tissé ou non tissé constitué de fibres synthétiques, par exemple en polyamide, polypropylène, polyfluoroéthylène, chlorure de polyvinylidène, chlorure de polyvinyle et d'alcool polyvinylique ou une combinaison de telles fibres synthétiques et de fibres de cellulose naturelles mercerisées.Plus particulièrement, dans un élément nickel-cadmium dont la réaction de décharge ne nécessite pas une grande quantité d'électrolyte, on utilise généralement un séparateur constitué uniquement de fibres synthétiques et dans un élément alcalin où la réaction de décharge nécessite une quantité importante d'électrolyte, on utilise généralement un séparateur constitué d'une combinaison de fibres synthétiques et de fibres de cellulose mercerisées. Les fibres de cellulose mercerisées peuvent absorber et maintenir une quantité importante d'un électrolyte et présentent une bonne affinité pour un électrolyte alcalin. Par conséquent, on peut réaliser rapidement l'introduction de ltélectrolyte pour réaliser l'absorption et le maintien de l'électrolyte alcalin dans les fibres de cellulose mercerisées. Cependant, par suite de la faible résistance mécanique des fibres de cellulose mercerisées, un séparateur constitué uniquement de fibres de cellulose mercerisées s'endommage ou se rompt facilement pendant la fabrication de 1 'é- lément.De plus, comme la largeur des mailles des fibres de cellulose d'un tel séparateur est importante, les particules de matière active des électrodes migrent vers les contre-électrodes pendant le stockage de l'élément ou la réaction de décharge, ce qui provoque un court-circuit interne. Ces défauts apparaissent avec un se parateur constitué uniquement de fibres de cellulose mercerisées. tes fibres synthétiques ont une résistance mécanique supérieure à celle des fibres de cellulose et on peut régler de façon appropriée la largeur des mailles selon les besoins. Donc, un sépa rateur constitué de fibres synthétiques présente l'avantage d'empêcher la migration des particules actives des électrodes vers les contre-électrodes. Cependant, les fibres synthétiques présentent une absorption de l'électrolyte moindre et une affinité réduite pour un électrolyte alcalin. Par conséquent, un séparateur constitué de fibres synthétiques présente l'inconvénient de nécessiter une durée prolongée d'introduction de l'électrolyte alcalin dans le séparateur qui l'absorbe et le maintient. Ce défaut nuit, non seulement à la fabrication de l'élément, mais également à ses propriétés. En particulier, ce défaut tend à augmenter la résistance interne d'un élément.De plus, également, dans le cas d'un séparateur constitué d'une combinaison de fibres synthétiques et de fibres de cellulose mercerisées, on observe de façon semblable ce défaut inhérent aux fibres synthétiques et on recherche des séparateurs ne présentant pas ce défaut. L'invention concerne un séparateur pour élément alcalin qui est constitué de fibres synthétiques et présente une amélioration de l'absorption des électrolytes alcalins et de l'affinité vis-àvis des électrolytes alcalins. Selon l'invention, on peut réduire considérablement la durée nécessaire à l'introduction d'un électrolyte alcalin pendant la fabrication de l'élément et les propriétés de l'élément alcalin obtenu sont considérablement améliorées. t'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit faite en regard de la figure annexée qui représente une coupe schématique d'un élément au mercure comportant un séparateur selon l'invention. Sur la figure unique du dessin Le séparateur pour élément alcalin de l'invention est constitué de fibres synthétiques qui sont traitées en surface par une solution aqueuse d'un agent tensio-actif de type polyoxyéthylènealkylamine. L'invention repose sur la découverte que l'on peut considérablement améliorer l'absorption de ltélectrolyte et l'affinité pour un électrolyte alcalin tel que l'hydroxyde de potassium ou l'hydroxyde de sodium de fibres synthétiques, en choisissant un agent tensio-actif non ionique de type polyoxyéthylènealkylamine parmi divers agents tensio-actifs et en l'utilisant pour traiter en surface les fibres synthétiques. Les agents tensio-actifs de type polyoxyéthylènealkylamine utilisés dans l'invention correspondent à la formule générale sui vante où R représente un radical alkyle comportant environ 12 i 18 atomes de carbone et n et n' représentent un nombre de O à 20 environ. tes agents tensio-actifs de ce type sont commercialisés et on peut citer par exemple le "Naimin L-201" fabriqué et vendu par Nippon Yushi Co., Ltd. Lorsque la concentration d'une solution aqueuse d'un tel agent tensio-actif est inférieure à environ 0,01 ffi en poids, on ne peut obtenir une amélioration suffisante de l'absorption des électrolytes et de l'affinité pour les électrolytes alcalins des fibres synthétiques. Lorsqu'on utilise une solution aqueuse renfermant l'agent tensio-actif à une concentration supérieure à 1 % en poids environ, on observe une tendance à une diminution de l'absorption de l'électrolyte et de l'affinité pour un électrolyte alcalin des fibres synthétiques. Selon l'invention, on préfère donc utiliser une solution aqueuse renfermant l'agent tensio-ac--- tif à une concentration d'environ 0,01 à 1 % en poids# pour le traitement des fibres synthétiques. On utilise dans l'invention, les fibres synthétiques utilisées classiquement pour former les séparateurs des éléments alcalins. Par exemple, on peut utiliser dans l'invention, des fibres de polyamide, de polypropylène, de polyfluoroéthylène, de chlorure de polyvinylidène, de chlorure de polyvinyle et d'alcool polyvinylique. On peut utiliser ces fibres synthétiques sous forme d'un tissu tissé ou non tissé.. On peut réaliser le traitement en surface des fibres synthétiques, par exemple en trempant un tissu tissé ou non tissé de fibres synthétiques telles que celles précédemment indiquées, dans une solution aqueuse d'un agent tensio-actif de type polyo xyéthylènealkylamine pendant plusieurs secondes à plusieurs minutes, en retirant le tissu de la solution aqueuse et en séchant le tissu pour en éliminer l'eau. Les fibres synthétiques ainsi traitées présentent une excellente absorption de l'électrolyte et une excellente affinité pour les électrolytes alcalins tels que l'hydroxyde de potassium ou l'hydroxyde de sodium. Lorsqu'on utilise ces fibres synthétiques colle séparateur d'un élément alcalin, on peut faciliter l'introduction de l'électrolyte et par conséquent, l'électrolyte pénètre de façon uniforme dans le séparateur et y est absorbé et maintenu dans de bonnes conditions, la conductivité ionique du séparateur est considérablement améliorée et la résistance interne de 1'élément peut entre abaissée et stabilisée. l'invention est illustrée plus en détail par l'exemple suivant donné i titre nullement limitatif. EXEMPLE On prépare une solution aqueuse renfermant 0,1 ffi en poids d'un agent tensio-actif de type polyoxyéthylènealkylamine (Naimin L-201) et on trempe dans cette solution aqueuse pendant 5 secondes, un tissu non tissé de polypropylène, on le retire de la solution aqueuse et on le sèche à 9000 pendant 5 minutes. On détermine de la façon suivante l'absorption des électrolytes alcalins du tissu non tissé ainsi traité. On découpe dans le tissu non tissé traité, un échantillon de 10 mi x 150 mi, on le dispose sur une plaque métallique et on le place verticalement. On trempe la partie inférieure du c8té mesurant 10 mm de l'échantillon dans une solution aqueuse à 40 % d'hydroxyde de potassium, puis après avoir laissé ainsi pendant 5 minutes, on mesure la hauteur de pénétration et, l'élévation du liquide. A titre comparatif, on conduit le meme essai sur un échantillon d'un tissu non tissé de polypropylène non traité, qui nta pas été soumis au traitement ci-dessus par l'agent tensio-actif. Les résultats figurent dans le tableau suivant. TABLEAU Echantillon Hauteur de pénétration du liquide au-dessus du niveau du liquide. Echantillon traité en surface 25,3 mm Echantillon non traité 2,0 mm Comme le montrent les résultats du tableau ci-dessus, les fibres synthétiques traitées par un agent tensio-actif de type po lyoxyéthylènealkylamine selon l'invention absorbent un électrolyte alcalin à une vitesse bien supérieure à celle des fibres non traitées et l'invention améliore considérablement l'absorption de l'électrolyte et l'affinité pour un électrolyte alcalin. On réalise un élément au mercure de type MRO 7 (spécification IEC) tel que celui illustré par la figure, en utilisant le tissu non tissé de polypropylène traité en surface obtenu ci-dessus et on détermine ses propriétés. Comme le montre la figure, la face inférieure de la cathode 1, constituée par un élément moulé par pression d 'un mélange homogène d'oxyde de mercure et de poudre de graphite, est directement au contact d'une enveloppe cathodique métallique 2 et ces deux éléments maintiennent entre eux un contact électrique. Un papier de séparation 4, constitué d'un tissu non tissé de polypropylène dont le pourtour est pressé par un anneau métallique cathodique 3, est disposé sur la face supérieure de la cathode 1 et est recouvert d'un papier absorbant 5 de fibres de cellulose mercerisées renfermant une grande quantité d'un électrolyte alcalin. Ce papier de séparation 4 est combiné au papier absorbant 5 en formant un séparateur de l'élément.Une anode 6 est constituée par un élément moulé sous pression de poudre de zinc amalgamée et est disposée sur le séparateur. La face supérieure de cette anode 6 est en contact direct avec une borne anodique 7 constituée d'une structure composite dont la face extérieure est constituée d'une couche de nickel et la face intérieure d'une couche de laiton. Un joint d'étanchéité 8 en polyéthylène est comprimé sur le pourtour de la borne anodique 7, le bord de l'enveloppe cathodique 2 et la face supérieure de l'anneau cathodique 3, pour réaliser l'étanchéité de l'élément. A A titre comparatif, on prépare un élément au mercure de même structure que ci-dessus, å celà près qu'on utilise pour réaliser le papier de séparation 4, un tissu non tissé de polypropylène non traité au lieu d'utiliser le tissu non tissé de polypropylène traité par un agent tensio-actif de type polyoxyéthylènealkylamine. On compare les deux types d'éléments en ce qui concerne le courant de court-circuit, en obtenant les résultats figurant dans le tableau suivant. TABLEAU Elément avec un Elément avec un papier de sépa- papier de sépa ration traité ration non traité Nombre d'éléments étudiés 100 100 Valeur minimale 160 mA 70 mA Valeur maximale 220 mA 210 mA Moyenne 202 mA 171 mA Déviation 60 mA 140 mA Comme le montrent les résultats ci-dessus, dans l'élément construit en utilisant un séparateur traité avec un agent tensioactif selon l'invention, le courant de court-circuit augmente et la déviation diminue par rapport à Itélément comparatif. En d'autres termes, selon l'invention, on peut réduire la résistance interne de l'élément et obtenir une stabilisation de la résistance interne. REVENDICATIONS 1. Séparateur pour élément de pile alcalin, caractérisé en ce qu'il est constitué de fibres synthétiques ayant une surface traités par une solution aqueuse d'un agent tensio-actif de type po lyoxyéthylènealkylamine. 2. Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres synthétiques sont sous forme d'un tissu tissé ou non tissé. 3. Séparateur pour élément de pile alcalin, caractérisé en ce qu'il est constitué de fibres synthétiques ayant une surface traités par une solution aqueuse d'un agent tensio-actif de type po lyoxyéthylènealkylsmine et de fibres de cellulose mercerisées. 4. Procédé de préparation d'un séparateur pour élément alcalin, caractérisé en ce qu'il consiste à plonger des fibres synthétiques dans une solution aqueuse d'un agent tensio-actif de type polyoxyéthylènealkylamine, puis à sécher les fibres synthétiques. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la solution aqueuse renferme un agent tensio-actif de type polyo xyéthylénealkylamine à une concentration d'environ 0,01 à 1% en poids.