Brevet FR2250209A1 — publié le 19750530

Cette invention concerne, d'une manière générale, des cellules électrochimiques perfectionnées ou des accumulateurs, plus particulièrement, une cellule électrochimique dans laquelle un nouveau type de matériau sert de support collecteur de courant et porte la matière active sous forme de plaques à oxyde rapporté (Faure) au pressées. Une plaque de cellule ou électrode dans une cellule électrochimique se compose d'un support sous forme de feuille mince, avec une couche de matière active de chaque côté. Pour une plaque dite "à oxyde rapporté ou Faure", la matière active peut être ita- lée sur le support ou appliquée par d'autres techniques bien connues. Habituellement, la matière active sous forme de ptte est étalée à l'aide d'une spatule ou râcle ou par calendrage, de telle façon que la pâte soit uniformément répartie sur la surface du support qui sera électrochimiquement actif lors des cycles charge/décharge de la cellule. Bu métal déployé ou un treillis en matériau électroconducteur sont des exemples de matériaux supports connus pour les plaques Pauvre. Le choix entre les différents types de construction de supports a été déterminé par le fait que la matière active tend å se détacher du support lors des vibrations se produisant lors de la fabrication ou de l'utilisation. aussi, après une utilisation prolongée, des changements de volume lors des cycles charge/décharge ont tendance à provoquer ce détachement. Pour cette raison,l'industrie a presque uniformément adopté des matériaux du type écran de fils maillés et métal en couche mince pour la réalisation des supports de plaques pressées. On trouve dans le commerce ces matériaux sous forme de larges feuilles. Cependant, comme la plupart des plaques de cellule ont au moins un côte étroit, ces larges feuilles doivent être découpées en bandes, ce qui résulte en une arête à l'état brut présentant une certaine rugosité due aux extrémités des filscou- pés de l'écran ou des morceaux de métal déployé. Ce mode de -fa- brication ne s'est pas avéré satisfaisant car l'arête à 11Rtat brut complique la fabrication ultérieure de la cellule, notamment en risquant de passer au travers du séparateur, ce qui provoquerait un court-circuit entre les plaques de la cellule. Dans l'état actuel des choses, il n'y a pas de solution connue aux problèmes posés par l'arête à l'état brut obtenue quand on utilise du métal déployé. Pour ce qui concerne la construction de l'écran en fils, on a résolu ces problèmes en fabriquant spécialement l'écran sous forme de bandes étroites dont l'arête présente un ourlet; c'est à-dire que les fils disposés parallèlement-au côté étroit de leé- cran sont tissés à partir d'une fibre continue de telle façon que le bord de la bande soit défini par des parties bouclées de la fibre unique. Cette méthode de fabrication aecrort fortement le prix de l'écran. En outre, si on utilise un fil de petit diamètre, l'écran maillé se casse facilement, ce qui peut provoquer un court-circuit entre les plaques ou laisser le circuit ouvert ou en augmenter l'impédance. De plus, les fils de petit diamètre donnent naturellement un support de relativement haute impédance. Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir une cellule électrochimique perfectionnée. L'invention a encore pour but de fournir un nouveau procédé de construction pour réaliser un support sur la surface duquel la matière active adhère facilement. L'invention a aussi pour but de fournir une méthode fiable de construction d'un support qui soit plus solide, plus économique et de résistance électrique plus faible. Selon l'invention, on réalise une cellule électrochimique comportant une plaque fabriquée à l'aide d'un support perforé en matériau électroconducteur ayant des surfaces bosselées, et d'une couche de matière active piteuse adhérant à chaque surface. La suite de la description se réfère aux figures annexées suivantes qui représentent, respectivement Figure I (A), une vue en perspective, partielle d'un support pour une électrode à oxyde rapporté. réalisé selon la présente invention Figure 1 cob), une coupe du support faite selon la ligne 1-1 de la figure 1 (A). Figure 2, une coupe axiale, partiellement éclatée d'un accumulateur comportant une électrode dont le support est identique à celui de la figure 1. Figure 3, une coupe axiale d'une autre réalisation d'un accumulateur dans lequel on peut incorporer une électrode à oxyde rapporté ayant un support du type de celui de la figure 1. Sur les figures 1 (A) et 1 (3), on a représenté sous la désignation générale 1, un support selon l'invention. On utilise de préférence pour ce support du nickel perforé ou de l'acier plaqué au nickel ayant une épaisseur d'environ 50 à 100 microns. les surfaces principales 3 et 5 du support, en leur totalité, sont bosselées par n'importe quel dispositif classique disponible (non représenté) Comme ceux utilisés traditionnellement pour moletage ou le bosselage des matériaux métalliques massifs; on réalise ainsi des bosses 4, espacées d'environ lmm. Ceci peut augmenter l'épaisseur apparente du support jusqu'à 7 ou 8 fois son épaisseur initiale. On imprime sur le support 1 un modèle uniforme de bosses, de telle façon que sur l'une des surfaces principales le creux 9 de l'une des bosses soit adjacent à la saillie 2 d'une autre bosse pratiqué. sur la surface principale opposée. La saillie 2 et le creux 9 sont complémentaires l'une de l'autre de telle façon que le matériau ne possède pas de partie privilégiée. C'est-à-dire que la disposition des bosses est telle que les surfaces principales 3 et 5 soient interchangeables quant à leur efficacité, conformément à l'invention. Selon une autre caractéristique de la présente invention, on prévoit des perforations 6 surales surfaces principales 3 et 5 du support. Les surfaces principales n'ont pas de trous sur leurs rebords 7 et 8. Bien que non essentielles, ces perforations peuvent avoir une surface d'environ 3,2 mm2 et être distantes d'approximativement 2,8 mm. On peut les réaliser sur le support par n'importe quel moyen classique. Comme on peut le voir, étant donné que les écartements respectifs des perforations 6 et des bosses 4 sont différents, les perforations 6 empiètent sur les bosses 4 en divers points de l'ensemble des surfaces principales. Le support 1 sert de support conducteur au composé contenant la matière électrochimiquement active, laquelle, combinée avec le support, constitue les plaques de la cellule ou de-l'accumu- lateur. Du fait de la nature de la composition ou-de la petit la pâte adhère mal à certains supports, comme on l'a observé précédemment. Selon la présente invention, on a pourvu le support 1 des perforations 6 et des bosses reserrées 4 sur les surfaces principales 3 et 5 pour améliorer fortement l'adhérence de la patte au support. En outre, selon la présente invention, puisque le support n'a pas de partie privilégiée, la p#te adhère aussi bien à chacune des deux surfaces principales 3 et 5 du support 1.Ce ci rend possible la fabrication de cellules possédant une qualité plus uniforme, et plus particulièrement une plus longue durée de vie. On comprendra que, bien que les dimensions données pour le support, les perforations et les bosses soient recommandées et que l'on ait montré qu'elles renforçaient l'adhérence d'une quan tité suffisamment grande de pâte, elles peuvent varier dans le cadre de cette invention. La pâte est composée d'un produit actif et de-liantssadequats comme cel-a est . bien connu des spécialistes. Un liant adé quat est, par éxemple, le Téflon. Après fabrication, on peut éta ler la pate sur le support 1 avec une spatule ou par calendrage de telle sorte que la pâte soit uniformément répartie sur toute les surfaces principales du support, lequel sera électrochimique ment actif lors des cycles charge/décharge de la cellule; la pate peut aussi être étalée par n'importe quelle technique bien con nue des spécialistes. Une plaque comportant un support construit selon la présen te invention évitera de nombreux inconvénients liés au type de construction-antérieur, particulièrement ceux du support à fils tramés ou support en treillis. En particulier, ces plaques sont plus solides et présentent une résistance électrique plus faible que celles fabriquées selon la technique antérieure. Un des avan tages les plus nets de la plaque utilisant le support de la pré sente invention est qu'il est beaucoup plus économique qu'un sup port en treillis comme ceux du passé. On peut utiliser cette invention pour la fabrication de cel lules spécifiques ou d'accumulateurs, construits selon n'importe quelle configuration classique bien connue. Qn peut construire selon la présente invention, par exemple, des plaques plates et des plaques hélicoïdales représentées respectivement figures 2 et 3. Sur la figure# h on a représenté un accumulateur rechargea- ble et scellé 10iiS1ustre la-construction à plaques parallèles. La cellule .tO possède un bottier il comportant une extrémité su- ou vert e périeure 12 de forme généralement rectangulaire et qui peut être en matériau électriquement isolant ou en métal, comme représenté. L'extrémité supérieure ouverte du boîtier 12 est fermée par un couvercle 13 qui peut etre en matériau isolant ou en métal. Le couvercle 13 porte une borne positive 14 et une borne négative 15 Les parties conductrices 16 et 17 des bornes 14 et 15, respectivement, traversent et se prolongent en dessous du couvercle 13; elles portent des pattes de connexion respectivement 18 et 19. Comme le couvercle 13 est représenté ici en métal, la structure de la borne comporte une rondelle électriquement isolante 20 entre le couvercle 13 et chaque borne 14 et 15. Une plaque négative 21 comprend le support 2 et une patte de connexion 22 qui lui est couplée de manière adéquate. Une plaque positive 23 comprend le support 2 et une patte de connexion 24 qui lui est couplée de manière adéquate. Les supports 2 des plaques négatives et positives sont recouverts de la pate 30, sur chaque côté comme décrit ci-dessus. Les pattes de connexion 22 et 24 sont reliées respectivement aux pattes 18 et 19 selon une méthode classique. Le séparateur 25, en matériau chimiquement inerte approprié, tel que du tissu de nylon non tissé est disposé entre les plaques adjacentes. La séparation 25 a, de préférence, la forme d'une patte, et est enroulée autour de l'empilement des plaques, de telle sorte que le matériau de séparation soit placé entre les plaques.Le séparateur est imprégné d'un électrolyte adéquat, tel que de la potasse : on établit ainsi une connexion électrolytique entre les plaques négatives et positives 21 et 23. il est recommandé d'utiliser une bande de fixation 26 en matériau électriquement isolant pour avoir un assemblage de volume minimal pour les plaques et le séparateur. Une gaine de cellule constituée de deux morceaux en matière plas- tique électriquement isolante 27 entoure la plaque, le matériau séparateur et la bande de fixation; ces éléments forment alors une unité compacte et sont isolés électriquement du boîtier métallique 12. On notera que si la partie boîtier est en un matériau électriquement isolant, on peut se passer d'une telle gaine de plastique. Un bouchon 29 ferme l'ouverture 28, fournissant ainsi une cellule scellée ou étanche. La figure 3 représente une plaque hélicoîdale. L'accumulateur comporte un boîtier électro-conducteur 40 formant une des bornes de la cellule. A l'intérieur de la cellule, on a monté une broche d'enroulement 41 en matériau électriquement isolant, et sur lequel on a enroulé en spirale un ensemble de couches comprenant une première couche 42 qui est la plaque négative, une seconde couche 43 qui est un séparateur électriquement isolant poreux, une troisième couche constituant la plaque positive 44 et une quatrième couche 45 d'un séparateur électriquement isolant poreux. Les plaques positives et négatives, comme dans la réalisation à plaques plates de la figure 2, comprennent un support 2 recouvert de chaque coté de la pâte 55 contenant une matière active.Pour éviter tout court-circuit entre les bords des plaques et le boîtier de la cellule, on prévoit des disques annulaires isolants 46 et 47. Le conducteur 48 relie la plaque négative 42 au boîtier de la -cellule 40. On obtient la borne n# gative de la cellule en montant un élément électriquement isolant 49 par sertissage sur l'extrémité supérieure du boîtier conducteur. Le conducteur 51 relie la borne positive 50 montée sur cet élément à la plaque positive 44. On prévoit dans l'élément isolant, un orifice 52 pour permettre l'introduction dans la cellule de n'importe quel électrolyte classique. Cet orifice est muni d'un bouchon 53, comme le montre la figure. L'électrolyte grimpe entre les plaques grave à la capillarité due aux pie ces d'écartement isolantes poreuses. L'électrolyte en excès remplit le fond du boîtier et peut monter dans la broche d'enroulement jusqu'au niveau 54. Les accumulateurs représentés sur les figures 2 et 3 sont, de préférence; des accumulateurs nickel-cadmium. Dans une telle cellule, à l'état déchargé, la plaque négative comprend de l'hy- droxyde de cadmium, comme produit actif, mélangé à la pâte enduisant le support 1, et la plaque positive comprend de l'hydroxyde de nickel bivalent comme produit actif et mélangé à la pâte enduisant le support 1 de cette plaque. il est évident mulon peut utiliser d'autres matières actives que celles indiquées dans le cadre de la présente invention; et qu'en conséquence, l'utilisation de n'importe quel type de produit entre dans le cadre de la prés ente invention. REV#NI)I CATI ONS 1 - Support pour la construction d'une plaque de cellule électrolytique, caractérisé en ce qu'il se compose d'une feuille conductrice relativement mince ayant des surfaces principales opposées, ladite feuille ayant un réseau de perforations, lesdites surfaces ayant un réseau serré de bosses. 2 - Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pâte recouvre lesdites surfaces de ladite feuille, ladite pâte renfermant une matière active et un liant. 3 - Support selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il possède deux bords opposés ne comportant pas de perforations. 4 - Cellule électrolytique comportant un boîtier, une plaque positive placée dans ledit boîtier, une plaque négative placée dans ledit boîtier, un séparateur placé dans ledit boîtier entre lesdites plaques positive et négative, et un électrolyte remplissant partiellement ledit boîtier, cellule caractérisée en ce qu'au moins une desdites plaques comporte un Aupport suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3. 5 - Cellule selon la revendication 4, cara#ctérisée en ce 2 que chacune desdites perforations a une surface d'environ 3,2mm? 6 - Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit support est en acier plaqué au nickel. 7 - Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit support est en nickel. 8 - Cellule selon la revendication 4#, caractérisée en ce que ledit support a une épaisseur comprise entre 50 et 100 microns.