Brevet FR2251109A1 — publié le 19750606

La présente invention concerne une pile à dépolarisation par l'air, comportant un boîtier, une électrode positive à dépolarisation par l'air, un électrolyte alcalin immobilise, et une électrode négative à base de zinc. On connaît de telles piles dans lesquelles une chambre d'expansion est prévue pour la matière active négative dont le volume augmente notablement au cours de la décharge. Selon la demande de brevet n0 71 39 027, afin que soit maintenu un étroit contact entre la masse positive, l'électrolyte gélifié et la masse négative, la chambre d'expansion peut être remplie d'une mousse plastique qui est comprimée par l'expansion de la masse négative lors de la décharge, et qui applique constamment aux couches actives une pression suffisante pour permettre les échanges électrochimiques. On observe que lorsque une telle pile est utilisée à basse température (entre O et -200C par exemple), les gaz contenus dans les pores de la mousse plastique diminuent de volume, et que la mousse se contracte ; il en résulte une perte de contact entre ltelectrolyte et la masse négative. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. La présente invention a pour objet une pile électrique comportant un boîtier, une électrode positive à dépolarisation par l'air, un électrolyte alcalin immobilise, une électrode négative à base de zinc et une chambre pour l'expansion de cette dernière ; une telle pile est caractérisée notamment par le fait que ladite chambre d'expansion est limitée du côté de ladite électrode négative par une cloison perforée rigide maintenue fixe dans ledit boîtier. Selon une première variante de pile à dépolarisation par l'air dans laquelle ladite électrode positive, ledit électrolyte et ladite électrode négative sont disposés en couches superposées dans ledit boîtier, ladite cloison est une plaque sensiblement plane disposée entre ladite électrode négative et la chambre d'expansion ; le couvercle dudit boîtier étant dans ce cas parallèle aux couches superposées, la chambre d'expansion est déftnie#par ladite plaque perforée, ledit couvercle et les parois latérales dudit boîtier ; des entretoises de préférence rigides peuvent maintenir éloigné ladite plaque dudit couvercle. Selon une deuxième variante de pile à dépolarisation par l'air dans laquelle ladite électrode positive, ledit électrolyte et ladite électrode négative sont disposés de façon coaxiale dans le boîtier, ladite cloison leur est alors également coaxiale L'ensemble peut etre cylindrique ou prismatique. Si l'électrode positive est intérieure à l'électrode négative, ladite chambre d'expansion est limitée par ladite cloison perforée et ledit boîtier ; si l'électrode positive est extérieure à l'électrode négative, #ladite chambre d'expansion occupe une position centrale dans la pile. Les autres particularités et les avantages de llinvention apparaîtront au cours de la description suivante, qui sera faite à l'aide du dessin annexé donné à titre illustratif mais nullement limitatif et dans lequel - la figure 1 est une coupe schématique d'une pile à dépolarisation par l'air selon l'invention dans laquelle les masses actives sont disposées en couches superposées dans un boîtier. - La figure 2 est une vue de dessus partielle d'une plaque perforée entrant dans la construction d'une pile selon la figure 1. - La figure 3 est une vue schématique en coupe d'une pile à dépolarisation par l'air dont les masses actives sont disposées de manière coaxiale dans un boîtier cylindrique, lteleetrode positive occupant une position centrale. - La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 3. - La figure 5 est une vue en coupe d'une variante de pile à dépolarisation par l'air dans laquelle les masses actives sont disposées coaxialement dans un boîtier cylindrique, l'électrode positive occupant une position périphérique. La pile illustrée par la figure I comporte un boîtier cylindrique 1 en matière plastique, dont le fond présente une ouverture centrale, et dont la partie supérieure est fermée par un couvercle en matière plastique 3. Le boîtier contient une électrode positive consistant en une plaque poreuse 6 de charbon actif rendu hydrophobe, par exemple par adjonction de polystyrène, et en une grille collectrice 2 recouvrant la face inférieure de la plaque 6. La grille collectrice 2 est munie d'une sortie de courant 4 soudée. L'électrode positive est recouverte d'une couche d'électrolyte gélifié 7 constituée par exemple par une solution 7N de potasse gélifiée par des amidons réticulés à une concentration de 230 grammes/litre. La couche d'électrolyte gélifié 7 est recouverte par une masse active négative 8 de zinc pulvérulent en suspension dans un gel analogue à celui de la couche 7.Un fil métallique 5 noyé en sa partie inférieure dans la masse active négative 8 traverse le couvercle 3 et constitue la sortie de courant négative. La masse active négative 8 est recouverte d'une couche supplémentaire 9 constituée par de l'élèctrolyte gélifié identique à celui de la couche 7, et servant à la fois de réserve d'électrolyte et de protection contre l'oxydation pour l'électrode négative. L'ensemble des masses actives est recouvert par une plaque en matière plastique 10 présentant des perforations 13 ; cette plaque rigide, sensiblement plane, est maintenue par des entretoises il rigides à une distance fixe du couvercle en matière plastique 3.La plaque 10, illustrée plus en détail par la figure 2, fait pression sur les différentes couches actives précitées et délimite avec le couvercle 3 et les parois latérales du boîtier 1 une chambre d'expansion 12 pour la masse active négative 8. 2 A titre d'exemple, les perforations 13 ont une surface de 7mm environ, et 2 dans une plaque 10 présentant une surface de l'ordre de 6.800 mm , on a pratiqué 160 perforations. Le rapport de la surface des vides à la surface totale est donc environ un sixième. Lorsque l'électrode négative gonfle au cours de la décharge, la couche 9 est comprimée contre la plaque 10 et de l'électrolyte gelifié traverse les perforations 13. Les dimensions et le nombre des perforations donnés ci-dessus conviennent à la viscosité de l'électrolyte précité. En effet la surface totale des perforations doit etre suffisante, compte tenu de cette viscosité, pour permettre un débit d'électrolyte égal à la vitesse maximale d'augmentation du volume de l'électrode négative, qui est proportionnelle au courant limite de décharge de la pile, donc à la surface active de l'électrode positive, qui dans l'exemple décrit est sensiblement égale à la surface totale de la plaque 10.Le rapport de la surface des perforations à la surface totale# de la plaque doit donc etre supérieur à une valeur critique, dépendant de la viscosité de l'électrolyte et de la dimension des perforations. On a constaté qu'avec une 2 plaque ne comportant que 64 trous de 7nrm2 la pression interne montait exagéré- ment, car l'électrolyte ne passait pas avec une vitesse suffisante dans la chambre d'expansion 12. Pour cet électrolyte il est nécessaire que le rapport de la surface des vides à la surface totale de la plaque soit nettement supérieur à un quinzième. De façon générale, le diamètre des perforations 13 doit permettre une extrusion du matériau de la couche qui lui est adjacente pour une pression qui soit légèrement supérieure-à la pression nécessaire au maintien des couches actives en bon contact l'une avec l'autre. Bien entendu la couche d'électrolyte 9 ntest pas nécessaire et la plaque perforée 10 peut être en contact direct avec la masse active négative 8. La pile illustrée schématiquement par les figures 3 et 4 présente une symétrie de révolution. Dans un boîtier en matière plastique 20 fermé par un couvercle en matière plastique 21 sont disposés de façon coaxiale une électrode positive 22 occupant une position centrale et comportant une sortie de courant positive 23, un séparateur 26 enduit de gel électrolytique, et une électrode négative 24 comportant des collecteurs de courant 31 reliés à une sortie de courant négative 25. l'électrode positive 22 peut présenter une cheminée centrale favorisant une circulation d'air. L'électrode négative 24 est entourée d'une couche de gel protecteur 27, qui se prolonge au niveau de sa surface supérieure par une couche 37, la couche 27 est entourée par un tube 28 en ratière plastique rigide, présentant des perforations 29, et coaxial à l'ensemble des éléments actifs de la pile. Le tube 28 est maintenu-fixe dans le boîtier 20 notamment grâce un cadre transversal de blocage 38 au-dessus duquel on dépose une-couche de brai destinée à réaliser l'étanchéité. La chambre d'expansion de la masse active négative occupe donc une position périphérique et est limitée par le tube 27, le boîtier 20 et le cadre 38. la figure 5 illustre en coupe partielle une pile présentant également une symétrie de révolution. Une telle pile comprend un boîtier cylindrique perforé 4Q dont la partie inférieure est fermée par un bouchon en matière plastique 41 maintenu grâce à une bague rétreinte métallique 42. La partie supérieure de la pile est formée par le fond d'un godet métallique 43 constitutant un collecteur de courant positif associé à une masse active positive sous forme d'une feuille roulée et collée 44. On voit dans cette variante de réalisation que l'électrode positive occupe une position périphérique- dans la pile. A l'intérieur de cette électrode sont disposés de façon coaxiale un électrolyte alcalin gélifié 45, un séparateur 46, et une masse active négative 47.Cette dernière est associée à un collecteur de courant négatif constitué par un tube 48, coaxial à l'ensemble, présentant les ouvertures 49, et soude à une coupelle de fond métallique 50, insérée dans le bouchon en matière plastique 41. Le tube perforé 48 et la coupelle de fond 50 définissent au centre de la pile une chambre d'expansion pour la masse active négative 47. il ressort d'une telle disposition que, lors de la décharge, la matière active négative qui a tendance à gonfler flue à travers les perforations 49 du tube 48 disposé de façon fixe à l'intérieur de la pile. Bien entendu, le tube 48 pourrait être en matière plastique et un collecteur de courant approprié serait alors associé à la matière active négative 47. Dans toutes les variantes de mise en oeuvre, la compression des éléments actifs de la pile subsiste à basse température grâce à la cloison fixe limitant la chambre d'expansion de l'électrode négative. Par ailleurs l'invention présente l'avantage de ne pas nécessiter d'éléments mobiles ou déformables, et par conséquent s'applique de façon simple à toutes les configurations de pile, par exemple cylindriques ou prismatiques. REVENDICATIONS il Pile électrique comportant un boîtier, une électrode positive à dépolarisation par l'air, un électrolyte alcalin immobilisé, une électrode négative à base de zinc et une chambre pour l'expansion de cette dernière, caractérisée par le fut que ladite chambre d'expansion est limitée du coté de ladite électrode négative par une cloison perforée rigide maintenue fixe dans ledit boîtier. 2/ Pile électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite électrode positive, ledit électrolyte et ladite électrode négative étant disposés en couches superposées dans ledit boîtier, ladite cloison est une plaque sensiblement plane disposée entre ladite électrode négative et la chambre d'expansion. 3/ Pile électrique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite chambre d'expansion est limitée du côté opposé à ladite électrode négative par le couvercle dudit boîtier et que ladite plaque est maintenue éloignée de ce couvercle par des entretoises. 4/ Pile selon la revendication 3, caractérisée par le fait que lesdits entretoises sont rigides. 5/ Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que, ladite électrode positive, ledit électrolyte et ladite électrode négative étant coaxiaux dans ledit boîtier, ladite cloison leur est également coaxiale. 6/ Pile selon la revendication 5, caractérisée par le fait que l'ensemble des éléments actifs et de ladite cloison présente une symétrie de révolution. 7/ Pile selon la revendication 5, caractérisée par le fait que l'ensemble des éléments actifs et de ladite cloison a une forme générale prismatique. 8/ Pile selon L'une des revendications 5 à 7, caractérisée par-le fait que, l'électrode positive étant intérieure à l'électrode négative, ladite chambre d'expansion est limitée par ladite cloison perforée et ledit boîtier. 9/ Pile selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que l'électrode positive étant extérieure à l'électrode négative, ladite chambre d'expansion occupe une position centrale. 10/ Pile électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ladite électrode négative est constituée par de la poudre de zinc en suspension dans un gel alcalin. 11/ Pile électrique selon la revendication 10, caractérisée par le fait que ladite électrode négative est séparée de ladite cloison par une couche d'un gel analogue à celui qui entre dans sa composition. 12/ Pile électrique selon la revendication 10, caractérisée par le fait que la surface de chacune des perforations-de la cloison étant 7rnc'i2 environ, le rapport entre la surface des perfbrations et la surface totale de la cloison est supérieur à un quinzième.