Brevet FR2232094A1 — publié le 19741227

La présente invention concerne les sources de courant, et plus particulièrement les piles galvaniques alcalines. On connaît des modèles de piles galvaniques alcalines qui suppriment les risques de fuite de l'électrolyte de la cuve et qui assurent l'isolement des matériaux des électrodes contre tout contact avec l'air. On connaît par exemple une pile galvanique alcaline, comportant une électrode positive avec une borne de courant constituée par un boîtier et une électrode négative en zinc pâteux avec une borne de courant en forme de tige, lesdites électrodes étant disposées coaxialement séparées par une membrane conduisant les ions, une rondelle et un joint en matériau isolant électrique disposée à proximité des extrémités des électrodes, un organe d' étanchéité comprenant un couvercle métallique, doté d'un manchon réalisé au moyen d'une armature en matériau plastique isolant de l'électricité. Dans le cas d'une telle réalisation des piles galvaniques alcalines, à intérieur d'une telle pile est engendrée une pression, étant donné que l'hydrogène se formant inévitablement au cours du stockage de la pile par suite de l'effet de corrosion du zinc ne dispose pratiquement d'aucune possibilité de sortie et sa présence à l'intérieur de la pile est à l'origine de la dégradation des caractéristiques électriques de celle-ci. En outre, dans les modèles de piles cylindriques de ce type on n'a pas prévu la possibilité d'accès de l'oxygène de l'air à l'électrode positive suivant sa hauteur et sa section, ce qui serait indispensable pour améliorer les caractéristiques électriques de la pile. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon l'invention, on se propose de mettre au point une pile galvanique alcaline qui assurerait a) accès de l'air à l'électrode positive suivant sa hauteur et sa section; b) l'isolement fiable de l'électrode négative contre la pénétration de l'air à l'intérieur; c) le stockage de la pile sans accès de l'air à l'électrode positive; d) l'échappement libre des gaz de la pile au cours de son stockage et de son utilisation; e) la possibilité de recharger la pile plusieurs fois comme un accumulateur; f) l'-amélioration considérable de la capacité de fonctionnement en régime de décharge de longue durée sur une charge de faible résistance. L'invention a donc pour objet une pile galvanique alcaline comportant une électrode positive avec une borne constituée par le boîtier de la pile, ainsi qu'une électrode négative en zinc pâteux, avec une borne en forme de tige, qui sont disposées coaxialement et séparées par une membrane conductrice d'ions, une rondelle et un joint en matériau isolant électrique disposés suivant les extrémités des électrodes, et un organe d'étanchéité situé du côté de la rondelle et comportant un couvercle métallique et un joint avec un manchon réalisé au moyen d'une armature en matériau plastique isolant de l'électricité caractérisée en ce que la rondelle est dotée d'un manchon, le diamètre intérieur des manchons du joint et de la rondelle étant inférieur au diamètre de la borne en forme de tige, tandis que sur le couvercle métallique sont ménagés des orifices garnis du matériau plastique du joint et prévus pour la formation de canaux dans le corps du joint par des percements assurant l'accès de l'air à l'intérieur de la pile. Grâce à une telle réalisation de la pile galvanique alcaline, les canaux peuvent être percés immédiatement avant la mise en service et l'air peut alors pénétrer jusqu'à l'électrode positive; en même temps la pénétration de cet air, vers l'électrode négative est empêchée grâce à l'étanchéité conférée par les manchons. Les canaux pour l'accès de l'air à l'électrode positive peuvent être également ménagés préalablement dans le corps du joint de l'organe d'étanchéité, les canaux considérés pouvant alors être réalisés en exécutant le joint mentionné en deux parties engagées l'une dans l'autre et formant entre elles lesdits canaux La partie extérieure du joint composé peut être réalisée en commun avec une membrane à parois minces imperméable à l'hydrogène qui est supprimée avant la mise en service. En présence de canaux préalablement ménagés dans le corps du joint de l'organe d'étanchéité il est avantageux de doter la pile d'un capuchon en matière plastique monté sur le boîtier de la pile du côté desdits canaux en empêchant de cette façon l'accès de l'air à l'intérieur de la pile pendant son stockage. Il est également préférable que la masse de l'électrode positive soit comprimée dans une virole métallique perforée, et que sa surface extérieure soit dotée de saillies parallèles à l'axe de la virole et prévues pour la formation d'un espacement uniforme entre la virole et le boîtier de la pile. Cet espacement assure l'accès libre de l'air à l'électrode positive suivant toute sa hauteur ainsi que ltéchappement des gaz de l'électrode positive lors de la recharge de la pile en tant qu'accumulateur. La virole peut être recouverte de nickel par galvanisation, de préférence du côté de l'électrode positive. Pour l'accès de l'air à l'électrode positive suivant sa hauteur et sa section, il est également avantageux de ménager dans le corps de l'électrode positive le long de son axe des canaux qui seront de préférence en forme de voûte. Il est également avantageux de ménager le long de l'axe du corps de l'électrode négative des canaux pour l'échappement des gaz. Dans le couvercle métallique de l'organe d'étanchéité, dans la zone adhérant à la traversée de courant en forme de tige de l'électrode négative on peut en outre percer un orifice pour 1' échappement des gaz. Pour empêcher la pénétration de l'air jusqu a l'électrode négative d'une manière plus efficace il est avantageux que le joint de l'organe d'étanchéité constituant l'armature du couvercle métallique soit exécuté avec une nervure s'engageant dans la membrane conduisant les ions suivant tout le périmètre de sa face d'extrémité. La nervure peut être exécutée avec un orifice percé à la base du joint d'armature du couvercle. Pour une pile fonctionnant en accumulateur, il est avantageux que la traversée de courant de l'électrode négative soit dotée d'une carcasse tubulaire en matière plastique à l'une des extrémités de laquelle est emboîté un capuchon métallique en contact par son fond avec la tige de traversée du courant. Il est également avantageux que la carcasse en matière plastique soit dotée, à l'emplacement du capuchon, d'un manchon épousant la tige de traversée du courant. Pour que la pile garde pendant une plus longue durée sa capacité de fonctionner en régime de décharge continue avec une charge forte, il convient d'introduire dans l'épaississant de la membrane conductrice d'ions, par exemple dans la fécule une matière pulvérulente capable de retenir de l'eau, par exemple la farine de bois de la poussière de papier, de la sciure de bois, etc. En se basant sur la pile galvanique alcaline réalisée conformément à l'invention, on peut réaliser une pile d'usage universel employée par les utilisateurs en tant que pile étanche, pile accumulateur avec au moins 20 cycles de recharge et pile à dépolarisation par air-manganèse. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels la Fig.1 représente en coupe une pile galvanique alcaline dans laquelle, conformément à l'invention, le couvercle de l'or- gane d'étanchéité est exécuté avec des orifices, la rondelle montée du côté du couvercle étant dotée d'un manchon, et les électrodes positive et négative étant dotées de canaux; la Fig.2 est une coupe suivant la ligne II-II de la Fig.1, la Fig.3 représente en coupe la pile galvanique alcaline dans laquelle, conformément à l'invention, le joint de l'organe d'étanchéité est doté de canaux ménagés dans son corps, la masse de l'électrode positive étant comprimée dans une virole, la pile étant dotée d'un capuchon;; la Fig.4, est une coupe suivant la ligne IV-IV de la Fig.3; la Fig.5 est une vue d'ensemble de la virole avec l'électrode positive de la pile suivant les Fig.3, 4; la Fig.6 montre une partie de la pile galvanique alcaline dans laquelle, conformément à l'invention, le joint de l'organe d'étanchéité est réalisé par deux éléments constitutifs engagés l'un dans l'autre et formant entre eux des canaux pour l'accès de l'air; la Fig.? montre une partie de la pile galvanique alcaline dans laquelle la partie extérieure du joint composé est exécutée, conformément à l'invention, en commun avec une membrane à paroi mince; ; la Fig.8 représente une partie de la pile galvanique alcaline dans laquelle, suivant l'invention, à l'intérieur du couvercle de l'organe d'étanchéité, dans la zone adhérant à la traversée de courant en forme de tige est percé un orifice débouchant; la Fig.9, représente une pile-accumulateur galvanique alcalin dans laquelle la borne de l'électrode négative, exécutée sous forme d'un capuchon métallique, est dotée d'une carcasse tubulaire en matière plastique; la Fig.10 est une coupe suivant la ligne X-X de la Fig.9. La -pile galvanique alcaline représentée à la Fig.1, comporte une électrode positive 1 avec une borne 2 constituant simultanément le boîtier de la pile, et une électrode négative 3 en zinc pâteux avec une borne en forme de tige 4. L'électrode positive 1 et l'électrode négative 3 sont disposées, comme représenté sur la Fig.1, d'une façon coaxiale et sont séparées par une membrane 5 conduisant les ions. Aux extrémités des électrodes 1 et 3, sont disposés d'un côté une rondelle 6, et de l'autre un joint 7 en matériau isolant électrique; chacun de ces éléments comporte une nervure annulaire 8 s'engageant dans la membrane 5 condcutrice d'ions suivant tout le périmètre de ses extrémités. La rondelle 6 est pourvue d'un manchon 9 monté par emmanchenent serré sur la borne en forme de tige 4 de l'électrode n- gative 3. Du côté de la rondelle 6, l'élément est doté d'un organe d'étanchéité constitué par un couvercle métallique 10 et un joint 11 avec un manchon 12, également serti sur la borne 4, réalisé au moyen d'une armature en matériau plastique isolant de l'électricité. Le diamètre intérieur du manchon 9 de la rondelle 6 ainsi que celui du manchon 12 du joint il sont inférieurs au diamètre de la borne, en forme de tige 4, ce qui assure leur emmanchement serré sur cette dernière. La surface extérieure du couvercle métallique 10 constitue le contact négatif de la pile. Le joint il avec le manchon 12 sont exécutés en matière plastique imperméable aux alcalis, par exemple en polyéthylène. Le couvercle 10 s'applique par sa partie centrale sur la borne en forme de tige 4 qui passe à travers le manchon 12. En comprimant la tige 4 le manchon 12 s'oppose au passage des alcalis vers le couvercle 10. Le couvercle 10 est appliqué sur la tige 4 par l'intermédiaire du joint 11 dudgeonné suivant le périmètre du bord du boîtier de la pile qui, dans ce cas, constitue la borne 2.Sur le couvercle 10, suivant sa périphérie sont ménagés des orifices 13, garnis du matériau plastique appartenant au joint Il et qui sont prévus pour la formation de canaux dans le matériau considéré pour l'accès de l'air à l'intérieur de la pile, au moyen de percements réalisés avant la mise en service de la pile. Pour assurer le libre accès de l'oxygène de l'air à l'électrode positive 1 suivant sa hauteur et sa section, ainsi que l'échappement de l'hydrogène de l'électrode négative 3 sans sa déformation le long de l'axe du corps de l'électrode positive sont ménagées des canaux 14 (Fig.1 et 2) conçus de préférence en forme de voûte, tandis que dans le corps de l'électrode négative, également dans le sens de l'axe, sont ménagés des canaux 15. Sur la Fig.3 est représenté un mode de réalisation de la pile galvanique alcaline dans lequel la masse de l'électrode positive 1 est comprimée dans une virole 16 (Fig.3 et 4) montée dans le boîtier 2 de la pile. La virole 16 est une virole métallique perforée. Elle est recouverte de nickel par galvanisation. Sa surface extérieure est dotée de saillies 17 (Fig.4 et 5) disposées parallèlement par rapport à l'axe de la virole et prévues pour la formation d'un espacement uniforme 18 entre le corps 2 de la pile et la virole 16. L'espacement 18 facilite l'accès de l'oxygène de l'air à l'électrode positive 1 suivant sa hauteur et sa section. La virole 16 est exécutée en bande ou en tôle d' acier recouverte de nickel par galvanisation du côté de la masse de l'électrode positive 1. La surface extérieure de la virole 16 peut rester sans revêtement. Les bords de la virole 16 sont dudgeonnés. Le contact électrique entre la virole 16 et le boîtier 2 est obtenu par l'intermédiaire des saillies 17 et du bord dudgeonné s'appliquant sur le fond du boîtier 2. Dans ce mode de réalisation de la pile galvanique alcaline pour l'accès de l'air à l'intérieur de la pile, le corps du joint Il en matériau plastique isolant de l'électricité comporte des canaux 19. Pour assurer la conservation prolongée de la pile (pour empêcher l'accès de l'air à l'intérieur de la pile pendant son stockage), celle-ci est dotée d'un capuchon 20 en matière plastique, par exemple en polyéthylène, emmanché à force sur le boîtier de la pile du côté du couvercle métallique 10. La partie centrale du capuchon 20 est exécutée avec un amincissement pour assurer l'échappement de l'hydrogène de la pile. Le capuchon 20 peut être utilisé à plusieurs reprises, c'est-à-dire qu'au cours de l'utilisation de la pile il est déposé, et, pour son stockage prolongé, il est de nouveau remis en place. Sur la Fig.6 est représenté l'organe d'étanchéité de la pile galvanique alcaline dans lequel le joint en matière plastique isolante de l'électricité est exécuté en deux parties 21 et 22, montées l'une dans l'autre et entre lesquelles est ménagé un canal 23 pour l'accès de l'air à l'intérieur de la pile. La partie extérieure 22 du joint composé peut être exécutée en commun avec une membrane 24 (Fig.7 ) à paroi mince perméable à l'hydrogène. Avant la mise en service de la pile la membrane est retirée. La Fig.8 représente une version d'exécution de l'organe d'étanchéité dans lequel le joint Il constituant l'armature du couvercle métallique 10 est exécuté avec une nervure annulaire 25 s' engageant dans la membrane 5 conductrice d'ions suivant tout le périmètre de sa surface d'extrémité, tandis que dans le couvercle 10, suivant la zone adhérant à la borne en forme de tige 4 est percé un orifice débouchant 26. La nervure 25 s'engageant dans la membrane 5 conductrice d'ions s 'oppose à l'accès de l'oxygène de l'air vers l'électro- de négative 3, tandis que l'orifice 26 assure l'échappement de l'hydrogène de la pile pendant son stockage. Sur les Fig.9 et 10 est représenté un modèle de pile plus particulièrement prévu pour le fonctionnement en régime d'accumulateur (décharge-recharge). La borne 4 est dotée d'une carcasse en matière plastique 27 sur l'une des extrémités de laquelle est emmanchée la borne métallique 28 de l'électrode négative qui est réalisée de préférence sous forme de capuchon. La carcasse en matière plastique 27 est pourvue d'un manchon 2a entourant la borne 4 dont l'une des extrémités est en contact avec la borne 28, et dont l'autre extrémité est en contact avec le couvercle 10 dans la zone de l'orifice 26. Dans le mode de réalisation considéré les canaux 14 ménagés dans l'électrode positive 1 favorisent l'échappement de l'oxygène du fond de l'électrode au cours de la recharge de la pile, l'oxygène s' échappant vers l'atmosphère par l'orifice 30 ménagé dans la nervure 25 et par l'orifice 26 ménagé dans le couvercle 10. La membrane représentée sur les Fig.1 à 4 et 6 à 10 est réalisée en introduisant comme additif dans l'épaississant de la fécule, unetmatière pulvérulente capable de retenir de veau, par exemple, de la farine de bois. La composition approximative de la membrane conductrice d'ions est la suivante on introduit 65 g de fécule et 130 g de farine de bois par litre de l'électrolyte. Comme additif on peut utiliser une autre matière, par exemple, la sciure de bois, la poussière de papier ou de coton, etc. REVENDICATIONS I.- Pile galvanique alcaline, comportant une électrode positive, avec une borne, formée par le boîtier, une électrode négative en zinc pâteux avec une borne en forme de tige, qui sont coaxialement disposées et séparées par une membrane conduisant les ions, une rondelle et un point en matériau isolant électrique disposés suivant les extrémités des électrodes, ainsi qu'un organe d'étanchéité comportant un couvercle métallique et un joint avec un manchon exécuté à l'aide d'une armature en matière plastique isolante de l'électricité, caractérisée par le fait que la rondelle disposée du côté du couvercle métallique est doté d'un manchon, le diamètre intérieur des manchons du joint et de la rondelle étant inférieur au diamètre de la borne en forme de tige, tandis que sur le couvercle métallique sont percés des orifices garnis du matériau plastique du joint et prévus pour la formation de canaux dans le corps du joint au moyen de percements, pour l'accès de l'air à l'électrode positive. 2.- Pile galvanique alcaline suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que dans le corps du joint en matière plastique isolante de l'électricité sont préalablement ménagés des canaux pour l'accès de l'air à l'électrode positive. 3.- Pile galvanique alcaline suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que le joint en matière plastique isolante de l'électricité est réalisé en deux parties engagées l' une dans l'autre et formant entre elles un canal pour l'accès de l'air à l'électrode positive. 4.- Pile galvanique alcaline suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée par le fait qu'elle est dotée d'un capuchon en matière plastique serti emmanché de façon étanche sur la cuve de la pile du côté des canaux percés dans le corps du joint pour empêcher accès de l'air à l'intérieur de la pile par lesdits canaux pendant son stockage. 5.- Pile galvanique alcaline suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la masse de l'électrode positive est comprimée dans une virole métallique perforée, dont la surface extérieure est dotée de saillies, plus particulièrement disposées parallèlement à l'axe de la virole et prévues pour engendrer un espacement uniforme et pour assurer le contact entre la virole et le boîtier de la pile. 6.- Pile galvanique alcaline suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que ladite virole est recouverte de nickel par galvanisation, du côté de l'électrode positive. 7.- Pile galvanique alcaline suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par-le fait que dans le corps de l'électrode positive, le long de son axe, sont ménagées des canalisations pour l'accès de l'air et l'échappement des gaz de l'électrode. 8.- Pile galvanique alcaline suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée par le fait que dans le corps de l'électrode négative, le long de son axe, sont ménagés des canaux pour ltéchappement des gaz. 9.- Pile galvanique alcaline suivant la revendication. 1, caractérisée par le fait que dans ledit couvercle métallique, dans la zone adhérant à la borne en forme de tige est ménagé un orifice débouchant pour l'échappement des gaz. 10.- Pile galvanique alcaline suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le joint constituant l'armature du couvercle métallique est réalisé avec une nervure s'engageant dans la membrane conductrice d'ions suivant tout le périmètre de son extrémité. 11.- Pile galvanique alcaline suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que la partie extérieure du joint composé est réalisée en commun avec une membrane à paroi mince, perméable à l'hydrogène, qui est retirée avant la mise en service. 12.- Pile galvanique alcaline suivant la revendication 10, caractérisée par le fait que la borne de courant en forme de tige est pourvue d'une carcasse tubulaire en matière plastique à l'une des extrémités de laquelle est emmanchée à la presse la borne métallique de l'électrode négative. 13.- Pile galvanique alcaline suivant la revendication 12, caractérisée par le fait que la carcasse en matière plastique est exécutée avec un manchon entourant intimement la borne en forme de tige. 14.- Pile galvanique alcaline suivant l'une quelconque des revendications 10, 12 et 13, caractérisée par le fait que la nervure est exécutée avec un orifice à la base du joint constituant l'armature du couvercle. 15.- Elément galvanique alcalin suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'en tant qu'additif dans l'épaississt de la membrane conductrice d'ions, par exemple, dans la fécule, on introduit une matière pulvérulente capable de retenir de 1' eau, par exemple de la farine de bois.