Brevet FR2379173A1 — publié le 19780825

La présente invention se rapporte a des piles électriques comprenant dans un boîtier une électrode centrale, comportant une partie électrochimiquement active surmontée d'une partie électrochimiquement inactive et électroniquement conductrice, et une électrode périphérique séparée de la première par de l'électrolyte. Il s'agit notamment de piles dont ltélectrode centrale est une électrode catalytique de réduction d'oxygène et dont l'électrode périphérique est à base d'un métal. Le but de la présente invention est de réaliser une pile de ce genre présentant une grande simplicité dans sa structure et dans son montage. L'objet de l'invention est une pile électrique comportant une première électrode d'une première polarité présentant une partie électrochimiquement active surmontée d'une partie électrochimiquement inactive et électroniquement conductrice de section transversale plus petite que ladite partie active et servant de sortie de courant pour ladite électrode, une seconde électrode de polarité opposée disposée autour de ladite partie active et séparée de celle-ci par de l'électrolyte, et un boîtier enfermant les constituants électrochimiquement actifs de la pile que constituent ladite partie active de la première électrode, ladite seconde électrode et ledit électrolyte, caractérisée par le fait que ledit boîtier est formé d'un corps tubulaire et d'un couvercle, le corps tubulaire comportant au moins une première région entourant latéralement la seconde électrode et stetendant au moins sur sensiblement toute la hauteur de celle-ci, une seconde région rétrécie coopérant avec l'extrémité supérieure de ladite partie active de la première électrode pour réaliser un centrage de cette électrode, et une troisième région encore rétrécie entourant étroitement ladite partie inactive de la première électrode, ledit couvercle obturant l'extrémité inférieure du corps. Un espace libre pour 11 expansion des composants électrochimiquement actifs est avantageusement prévu dans ladite première région du corps tubulaire. Selon un premier mode de réalisation, l'extrémité inférieure de la partie active de la première électrode est en contact avec ledit couvercle qui peut présenter sur sa face interne des moyens de centrage de cette partie active. La surface de la partie active, la première région du corps tubulaire et le couvercle délimitent un volume annulaire partiellement occupé par la seconde électrode et l1électro- lyte, la fraction non occupée de ce volume constituant l'espace d'expansion. Selon un autre mode-de réalisation, l'espace d'expansion est compris entre ledit couvercle et une cloison disposés parallèlement è ce couvercle et séparant l'espace d'expansion des constituants actifs avant le commencement de la décharge ; la cloison est fendue ou perforée de manière a permettre le passage vers l'espace d'expansion des composants actifs au cours de la décharge. Lorsque la première électrode est une électrode catalytique de réduction d'oxygène et que la seconde électrode est a base d'un métal, le corps tubulaire précité présente en outre avantageusement une quatrième région située entre lesdites seconde et troisième régions et définissant dans le boîtier un second espace libre adjacent à la face extrême supérieure de ladite partie active de la première électrode. Le corps tubulaire peut présenter un ou plusieurs orifices faisant communiquer lédit second espace libre avec l'extérieur du boîtier afin d'assurer le renouvellement de l'air dans le second espace. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante qui sera faite à l'aide du dessin annexé, donné à titre illustratif mais non limitatif, et dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une pile à dépolarisation par l'air selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique partiellement coupée d'une variante de réalisation de la pile de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un autre mode de réalisation. La pile à dépolarisation par l'air de la figure 1 comporte une électrode positive centrale composée d'un aggloméré 3 de masse catalytique et d'une tige de carbone 1 surmontée par une capsule 2 servant de borne positive. Une électrode négative 4 formée d'une feuille de zinc roulée est séparée de la masse 3 par un électrolyte gélifié 5. L'ensemble des éléments électrochimiquement actifs précités est enfermé dans un boîtier constitué par un corps tubulaire 10 dont la partie inférieure est fermée par un couvercle 20. L'ensemble du boîtier est de préférence en matière plastique et le corps tubulaire 10 peut être réalisé très simplement par extrusion-soufflage. Le corps 10 présente plusieurs régions de diamètres différents. La premiere région de plus grand diamètre entourant l'électrode négative 4 est surmontée d'une seconde région de diamètre inférieur et présentant un épaulement 11 permettant de centrer la masse 3 dans le boîtier. Cette deuxième région est surmontée elle-même d'une troisième région encore plus rétrécie 12 qui enserre l'extrémité supérieure de#la tige de carbone I. Dans la première région du corps tubulaire 10 est prévu un espace d'expansion 30 situé au-dessus de l'électrolyte 5 et adjacent à la masse 3. Le corps tubulaire 10 présente en outre une quatrième région située entre la seconde région et la troisième région et définissant un second espace libre 31 au-dessus de la face extrême supérieure de la masse dépolarisante 3. Des ouvertures 16 et 17 initialement obturées sont destinées à mettre en communication l'espace libre 31 avec l'extérieur du boîtier au moment de la décharge de la pile. Des ouvertures 14 et 15 sont prévues dans le corps 10 à proximité de la première région afin de permettre respectivement le passage d'un conducteur électrique 6 servant de borne négative et l'introduction de l'électrolyte 5 lors du montage de la pile. Les orifices 14 et 15 sont fermés hermétiquement pendant le fonctionnement de la pile. La face extrême inférieure de la masse 3 repose sur le fond R2 du couvercle 20. Ce fond 22 est entouré d'une partie tronconique 21 assurant le centrage de la masse 3 dans le boîtier. Par ailleurs, le bord inférieur de la feuille de zinc 4 s'appuie sur la partie tronconique 21 et le bord inférieur du corps tubulaire 10 s'engage dans une rigole périphérique 23 du couvercle 20. Une moulure annulaire 13 du corps 10 coopère par encliquetage avec une nervure 19 du couvercle 20. Si la viscosité de l'électrolyte 5 est suffisante, l'encliquetage peut suffire mais dans le cas contraire le couvercle 20 peut en outre être collé ou soudé sur l'extrémité du corps tubulaire 10. La pile illustrée en coupe partielle par la figure 2 est identique à la pile de la figure 1 à ceci près que le corps tubulaire 10 présente dans sa première région un rétrécissement 40 définissant un épaulement interne sur lequel vient buter le bord supérieur 42 de la feuille de zinc 4. Il apparaît clairement sur les figures 1 et 2 qu'une pile selon l'invention peut être montée de la manière suivante On introduit tout d'abord dans le corps tubulaire 10 l'aggloméré 3 muni de sa tige de carbone 1 ; la masse 3 vient en butée contre l'épaulement 11, tandis que la tige de carbone 1 s'engage dans le rétrécissement 12. On place ensuite la feuille de zinc 4 dans le corps tubulaire en enfilant le conducteur 6 dans l'orifice 14 et on met en place le couvercle 22. Il suffit alors de verser par l'ouverture 15 l'électrolyte 5 à lrétat liquide et de le laisser se gélifier. Dans la variante de la figure 3, on retrouve une pile du même genre avec son corps tubulaire 100 contenant une masse positive 103 munie d'une tige de carbone 101, un électrolyte gélifié 105 et une feuille de zinc 104 associée à son conducteur 106. La tige de carbone 101 est serrée dans un rétrécissement 112, tandis que la masse positive 103 s'appuie contre un épaulement 111 ; un espace libre 131 est ménagé dans la partie supérieure du corps tubulaire 100 au-dessus de la face extrême supérieure de la masse positive 103. On a référencé en 116 et 117 les orifices permettant de mettre en communication l'espace libre 131 avec l'extérieur. Dans cette variante un espace d'expansion 130 des constituants actifs de la pile est prévu entre le couvercle 120 fermant le corps tubulaire 100 et la face extrême inférieure de la masse active 103. Cet espace 130 est délimité par une cloison 109 présentant des perforations ou des fentes permettant le fluage de l'électrolyte 105 au cours de la décharge de la pile. Cette cloison peut être du type de celle décrite dans le-brevet français n0 2 251 109. Le couvercle 120 comporte un socle 121 servant de support à la tige de carbone 101 ; le socle 121 peut avoir une forme quelconque par exemple de type cylindrique ou de type croisillon, et l'évidement 122 qu'il comporte a pour fonction de centrer dans le corps 100 la tige 101 et par conséquent la masse positive 103. Le couvercle 120 peut être emboîté à force ou collé ou soudé sur le corps 100+ Selon un autre mode de réalisation non illustre, le socle 121 peut être constitué par une pièce indépendante du couvercle 120, collée ou centrée sur lui grâce à des bossages ou analogues présentés par la face interne du couvercle 120. La tige de carbone 101 peut alternativement se prolonger jusqu'à la face interne du couvercle et y être collée ou centrée par des bossages ou tout moyen approprié. Dans tous les cas la variante de la figure 3 présente des avantages particuliers ; en effet, au cours de la décharge la zone d'aération de la masse positive située à la partie supérieure de la pile est plus proche de la zone des échanges électrochimiques que dans le cas de la variante des figures 1 et 2. Cette disposition permet de réduire le poids de la masse positive de 25 X environ. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. Le corps tubulaire formant le boîtier de la pile peut présenter une section circulaire ou carrée ou autre. Dans tout ce qui précède les termes "surmonter", "supérieur", "inférieur", "transversale", se réfèrent à la position normale de fonctionnement de la pile pour laquelle la tige de carbone est dirigée vers le haut. L'invention s'applique avantageusement aux piles à dépolarisation par l'air à électrolyte salin tel que le chlorure d'ammonium. REVENDICATIONS 1/ Pile électrique comprenant une première électrode d'une première polarité présentant une partie électrochimiquement active surmontée d'une partie électrochimiquement inactive et électroniquement conductrice de section transversale plus petite que ladite partie active et servant de sortie de courant pour ladite électrode, une seconde électrode de polarité opposée disposée autour de ladite partie active et séparée de celle-ci par de l'électrolyte, et un boîtier enfermant les constituants électrochimiquement actifs de la pile que constituent ladite partie active de la première électrode, ladite seconde électrode et ledit électrolyte, caractérisée par le fait que ledit boîtier est formé d'un corps tubulaire et d'un couvercle, le corps tubulaire comportant au moins une première région entourant latéralement la seconde électrode et s'étendant au moins sur sensiblement toute la hauteur de celle-ci, une seconde région rétrécie coopérant avec l'extrémité supérieure de ladite partie active de la première électrode pour réaliser un centrage de cette électrode, et une troisième région encore rétrécie entourant étroitement ladite partie inactive de la première électrode, ledit couvercle obturant l'extrémité inférieure du corps. 2/ Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte un espace libre pour l'expansion desdits composants électrochimiquement actifs au cours de la décharge, logé dans ladite première région du corps tubulaire. 3/ Pile selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ltextremite inférieure de ladite partie active de la première électrode est en contact avec ledit couvercle, la surface latérale de ladite partie active, ladite première région et ledit couvercle délimitant un volume annulaire partiellement occupé par ladite seconde électrode et ledit électrolyte, la fraction non occupée dudit volume constituant ledit espace. 4/ Pile selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit espace est compris entre ledit couvercle et une cloison disposée transversalement dans ledit boîtier et séparant ledit espace, avant la décharge de la pile, desdits composants actifs. 5/ Pile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la face interne dudit couvercle présente des moyens de centrage de'l'extrémité inférieure de ladite première électrode. 6/ Pile selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que ladite première électrode est une électrode catalytique de réduction d'oxygène et que ladite seconde électrode est à base d'un métal. 7/ Pile selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit corps tubulaire présente en outre une quatrième région située entre lesdites seconde et troisième régions, définissant dans ledit boîtier un second espace libre adjacent à la face extrême de ladite partie active de la première électrode. 8/ Pile selon la revendication 7, caractérisée par le fait que ledit corps tubulaire présente au moins un orifice faisant communiquer ledit second espace libre avec l'extérieur du boîtier.