Brevet FR2427691A1 — publié le 19791228

La présente invention se rapporte à des piles électriques comprenant dans un boîtier une électrode positive présentant une masse dépolarisante et une tige collectrice de courant, une électrode négative disposée autour de la masse dépolarisante, et un électrolyte entre les électrodes. Elle concerne en particulier des piles à dépolarisation par l'air. Le but de l'invention est de réaliser une pile de ce genre dont la structure et le montage soient particulièrement simples. Un autre but de l'invention est d'obtenir une pile fermée de façon étanche aux liquides et aux gaz, sans faire appel aux matériaux d'étanchéité usuels, tels que le brai, dont l'emploi est malcommode. L'invention a pour objet une pile électrique comprenant une électrode positive comportant une masse dépolarisante présentant une première et une seconde extrémités et entourant une tige collectrice de courant qui fait saillie à ladite première extrémité, une électrode négative disposée autour de la masse dépolarisante et en liaison ionique avec celle-ci par un électrolyte, et un boîtier enmatiere plastique enfermant les constituants électrochimiquement actifs de la pile que sont la masse dépolarisante, l'électrode négative et l'électrolyte, caractérisée par le fait que ledit boîtier est formé d'un bac et d'un couvercle s'emboîtant l'un dans l'autre- et assurant à eux seuls le positionnement de l'électrode positive, le fond du bac recevant et centrant la seconde extrémité de la masse dépolarisante, le couvercle présentant une jupe coiffant la première extrémité de la masse dépolarisante et un col s'ajustant sur la partie en saillie de la tige collectrice. Pour faciliter le positionnement de l'électrode positive, le boîtier peut comporter en outre une ou plusieurs des particularités suivantes - Le fond du bac présente à sa périphérie des saillies de centrage dirigées vers l'intérieur du bac ; - la face intérieure de la jupe présente un biseau à son extrémité dirigée vers le fond du bac - la jupe est souple de façon à s'adapter au contour de la masse - le col est constitué par une portion de paroi tronconique dont le sommet est à l'opposé du fond du bac. Dans une pile selon l'invention, le couvercle peut n'être en contact avec le bac que par la surface intérieure de celui-ci, la portion de paroi du couvercle en contact avec le bac pouvant en outre être tubulaire et présenter une section extérieure qui va en décroissant vers le fond du bac. Si le bac est de révolution, cette portion de paroi tubulaire aura ainsi un diamètre extérieur allant en décroissant vers le fond du bac. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la sortie de courant de l'électrode négative se fait par un fil gainé traversant le couvercle Celui-ci peut comporter à cet effet un orifice dont la section diminue progressivement à partir de l'extrémité de l'orifice située vers l'intérieur de la pile, pour passer d'une valeur sensiblement supérieure à la section de la gaine jusqu'à une valeur telle que celle-ci soit serrée de façon étanche à l'électrolyte et aux gaz. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pile comporte un volume annulaire défini par la masse dépolarisante, le bac et le couvercle, et partiellement occupé par l'électrode négative et l'électrolyte, le reste de ce volume constituant un espace libre pour l'expansion des composants actifs au cours de la décharge de la pile. Dans le cas où la masse dépolarisante est une masse catalytique pour la réduction de l'oxygène, on peut prévoir une chambre d'alimentation en air adjacente à la première extrémité de la masse et définie par celle-ci, la tige collectrice et le couvercle. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pile conforme à la définition précédente, selon lequel on assemble l'électro- de positive et le couvercle de telle sorte que la jupe de celui-ci vienne coiffer la première extrémité de la masse dépolarisante et que son col s'ajuste sur la tige collectrice, et on introduit l'ensemble obtenu dans le bac defaçon que le fond de celui-;ci centre la seconde extrémité de la masse dépolarisante et que le couvercle s'emboîte dans le bac. Selon un aspect particulier du procédé selon l'invention, une portion de paroi tubulaire présentée par le couvercle vient s'ajuster à l'intérieur du bac Cette paroi tubulaire et la paroi du bac peuvent alors être soudées côte à côte au moyen d'un outil chauffant amené en regard de leurs tranches. L'invention sera décrite ci-après plus en détail#en se référant à# un exemple de réalisation donné à titre illustratif et non limitatif, et au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente en coupe axiale une pile à dépolarisation par l'air selon l'invention. - les figures 2a et 2b sont des vues partielles en coupe montrant deux étapes d'un processus de fermeture étanche de la pile de la figure 1. La pile illustrée comprend une électrode positive formée d'uné masse dépolarisante catalytique 1 présentant une première extrémité la et une seconde extrémité lb, et entourant une tige collectrice de courant 2 qui fait saillie à l'extrémité la. Une électrode négative 3 sous forme d'une feuille de zinc est disposée autour de la masse 1 et en contact ioniqueavec celle-ci par un électrolyte 4. Les constituants électrochimiquement actifs que sont la masse positive 1, l'électrode négative 3 et l'électrolyte LI sont enfermés dans un boitier en matière plastique formé selon l'invention d'un bac 5 et d'un couverc#le 6 s'embottant l'un dans l'autre et assurant à eux seuls le positionnement de l'électrode positive.A cet' effet le fond 7 du bac reçoit et centre l'extrémité lb de la masse dépolarisante, tandis qu'une jupe 8 appartenant au couvercle 6 coiffe son autre extrémité la et qu'un col 9 appartenant également au couvercle 6 s'ajuste sur la partie saillante de la tige 2. Le centrage de l'électrode positive sur le fond du bac est assuré par des saillies 10 localisées sur la périphérie du fond, au nombre de 4 par exemple, et constituées par des déformations locales de la paroi du bac vers l'intérieur. Le fond 7 peut en outre être raccordé à la paroi latérale du bac 5, en dehors des saillies 10, par des portions de paroi inclinées. La face intérieure de la jupe 8 du couvercle 6 est représentée avec un biseau il à son extrémité inférieure (vers le fond du bac), de façon à faciliter la mise en place de cette jupe sur la masse 1.En outre cette jupe présente avantageusement une certaine souplesse de façon à s'adapter au contour éventuellement irrégulier de cette masse. Quant au col 9, il se présente sous la forme d'une portion de paroi tronconique dont le sommet est situé vers le haut. Le couvercle 6 s'emporte dans le bac 5 et est en contact avec la seule surface intérieure de celui-ci, et ceci par une portion de paroi tubulaire 12 dont le diamètre extérieur va en décroissant vers le fond du bac. La sortie de courant négative se fait par un fil gainé 13 soudé à la feuille de zinc 3 et traversant le couvercle 6 par un orifice 14 dont la section diminue progressivement à partir de son extrémité inférieure (vers l'intérieur de la pile) pour passer d'une valeur sensiblement supérieure à la section de la gaine Jusqu'à une valeur telle que celle-ci soit serrée de façon étanche à l'électrolyte et aux gaz. Quant à la sortie positive, elle se fait par une capsule métallique 15 coiffant l'extrémité supérieure de la tige 2. La masse 1, le bac 5 et le couvercle 6 définissent un volume annulaire partiellement occupé par l'électrode négative 3 et ltélectrolyte 4, le reste de ce volume constituant un espace libre 16 pour l'expansion des composants actifs au cours de la décharge de la pile. Par ailleurs, la masse 1, la tige 2 et le couvercle 5 définissent une chambre 17 d'alimentation en air adjacente à l'extrémité la de la masse. Lorsque la pile fonctionne, la chambre 17 reçoit de l'air en provenance de l'atmosphère environnante à travers deux cheminées 18 appartenant au couvercle 6, et représentées obturées par des opercules 19 qui doivent être rompus avant la mise en service de la pile. Des orifices peuvent être prévus dans les cheminées 18 ou dans les opercules 19 s'il est nécessaire d'établir une communication limitée entre la chambre d'aération et l'extérieur pour éviter la passivation de la pile lors de sa conservation. Un séparateur 20 recouvre la surface libre de la masse 1 et s'étend sur la partie inférieure de la jupe 8. Le montage de cette pile se fait de façon très simple. On assemble d'abord l'électrode positive et le couvercle 6, la jupe 8 venant coiffer le haut de la masse 1 et le col 9 s'ajustant sur la tige 2, on habille lten- semble obtenu au moyen du séparateur 20, et on L'introduit dans le bac 5, qui contient déjà l'électrode négative 3, en faisant passer le fil 53 de bas en haut à travers l'orifice 14. Le boltier peut être fermé de façon étanche à l'électrolyte et aux gaz en soudant côte à côte la paroi tubulaire 12 et la paroi du bac au moyen d'un outil chauffant amené en regard de leurs tranches. Cette opération est illustrée schématiquement par les figures 2a et 2b. A la figure 2a on voit les extrémités supérieures du bac 5 et de la paroi tubulaire 12, ainsi qu'un gabarit 21 appliqué autour de l'extrémité du bac et s'étendant en hauteur au-dessus de celui-ci. A la figure 2b un outil chauffant 22 est introduit coulissant dans le gabarit 21, et approché des tranches du bac et de la paroi 12, qu'il fond ensemble pour réaliser une soudure étanche à l'électrolyte. Grâce au gabarit 2f il ne se forme pas de bourrelet de soudure augmentant le diamètre hors tout de la pile. Si on le désire l'outil 22 peut être amené en butée~ fixe de façon à obtenir après soudage une hauteur du bac constante pour un lot de piles malgré une dispersion de la hauteur initiale des bacs. L'électrolyte 4 peut être introduit avant la fermeture du bottier, ou après grâce à des orifices prévus dans le couvercle et obturés par la suite. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. On pourra, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer tout moyen par un moyen équivalent. En particulier le séparateur 20 peut être supprimé, ou être disposé de façon à passer à l'intérieur de la jupe 8. REVENDICATIONS 1/ Pile électrique comprenant une électrode positive comportant une masse dépolarisante présentant une première et une seconde extrémités et entourant une tige collectrice de courant qui fait saillie à ladite première extrémité, une électrode négative disposée autour de la masse dépolarisante et en liaison ionique avec celle-ci par un électrolyte, et un bottier en matière plastique enfermant les constituants électrochimiquement actifs de la pile que sont la masse dépolarisante, l'électrode négative et l'électrolyte, caractérisée par le fait que ledit bottier est formé d'un bac et d'un couvercle s'embottant l'un dans l'autre et assurant à eux seuls le positionnement de l'électrode positive, le fond du bac recevant et centrant la seconde extrémité de la masse dépolarisante, le couvercle présentant une jupe coiffant la première extrémité de la masse dépolarisante et un col stajustant sur la partie en saillie de la tige collectrice. 2/ Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le fond du bac présente à sa périphérie des saillies de centrage dirigées vers l'intérieur du bac. 3/ Pile selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la face intérieure de ladite jupe présente un biseau à son extrémité dirigée vers le fond du bac. 4/ Pile selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que ladite jupe est souple de façon à s'adapter au contour de la masse dépolarisante. 5/ Pile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que ledit col est constitué par une portion de paroi tronconique dont le sommet est à l'opposé du fond du bac. 6/ Pile selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le couvercle est en contact avec le bac seulement par la surface intérieure de celui-ci. 7/ Pile selon la revendication 6, caractérisée par le- fait que la portion de paroi du couvercle en contact avec le bac est tubulaire et présente une section extérieure qui va en décroissant vers le fond du bac. 8/ Pile selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que la sortie de courant de l'électrode négative se fait par un fil traversant le couvercle. 9/ Pile selon la revendication 8, caractérisée par le fait que ledit fil est gainé et traverse le couvercle par un orifice dont la section diminue progressivement à partir de l'extrémité de l'orifice située vers l'intérieur de la pile, pour passer d'une valeur sensiblement supérieure à la section de la gaine jusqu'à une valeur telle que celle-ci soit serrée de façon étanche à l'électrolyte et aux gaz 10/ Pile selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait que la masse dépolarisante, le bac et le couvercle définissent un volume annulaire partiellement occupé par l'électrode négative et l'électrolyte, le reste de ce volume constituant un espace libre pour l'expansion desdits composants actifs au cours de la décharge de la pile. 11/ Pile selon l'une des revendications la 10, caractérisée par le fait que la masse dépolarisante est une masse catalytique pour la réduction de l'oxygène et que cette masse, la tige collectrice et le couvercle définissent une chambre d'alimentation en air adjacente à la première extrémité. 12/ Procédé de fabrication d'une pile selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'on assemble l'électrode positive et le couvercle, ladite jupe venant coiffer ladite première extrémité et ledit col s'ajustant sur ladite tige, et qu'on introduit l'ensemble dans le bac, le fond de celui-ci centrant ladite seconde extrémité et le couvercle stemboltant dans le bac. 13/ Procédé selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le couvercle présente une portion de paroi tubulaire qui vient s'ajuster à l'intérieur du bac. 14/ Procédé selon la-revendication 13, caractérisé par le fait qu'on soude ladite paroi tubulaire et la paroi du bac cote à côte au moyen d'un outil chauffant amené en regard de leurs tranches.