Brevet FR2473794A1 — publié le 19810717

- 1 - Pile à dépolarisation par l'air à électrolyte gélifié La présente invention concerne une pile à dépolarisation par l'air à électrolyte gélifié. Elle est applicable plus particulièrement aux piles alcalines de ce type, mais bien entendu peut aussi trouver son emploi dans les piles salines à dépolarisation par l'air. Parmi les problèmes rencontrés dans la conception de ces piles, on trouve celui de la conservation, avant usage ou pendant les périodes de repos entre les décharges, ainsi que celui des pertes de capacité pendant les décharges à faible débit. Une pile à dépolarisation par l'air doit bien entendu être accessible à l'air pendant sa décharge mais l'air ne doit jamais arriver directement au contact de l'électrode négative, sous peine d'une perte de capacité utilisable. On a donc pris diverses mesures pour empêcher que l'air ne vienne oxyder la matière active négative. Il a été proposé par le brevet français no 71 24 029 du 30 juin 1971, publié sous le n0 2.143.595 de recouvrir l'électrode négative par une couche de gel électrolytique qui la protège contre l'air contenu dans la chambre d'expansion prévue dans la partie supérieure de la pile pour tenir compte de l'augmentation de volume de l'électrode négative à la décharge. Cependant l'oxygène de cet espace arrive à se dissoudre dans l'électrolyte et parvient à la matière active anodique. Il est donc important que cet espace ne soit pas en communication avec l'extérieur, et des mesures ont été prises dans ce sens dans le brevet français n0 77 11 234 du 14 avril 1977, publié sous le numéro 2.387.523, consistant à limiter l'espace en question du côté de l'électrode positive (donc de l'arrivée d'air) par une paroi imperméable à l'air. Il s'est toutefois révélé que cette disposition, bien qu'efficace dans une certaine mesure, présentait dans certains cas une insuffisance. L'air arrivant par la partie immergée de l'électrode positive pouvait former des poches entre l'électrolyte et la paroi de l'électrode positive et arriver ainsi à fissurer le gel électrolytique. Ce phéno- mène se produit probablement du fait de la dépression créée dans l'espace d'expansion au-dessus de l'électrolyte par la disparition de l'oxygène dissous dans l'électrolyte et combiné à la matière active négative, ou par des variations de température ou de pression atmos- phérique. - 2- La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Elle a pour objet une pile à dépolarisation par l'air à électro- lyte gélifié comportant une électrode positive, une électrode négative et un espace d'expansion, l'électrolyte gélifié étant disposé entre les deux électrodes, d'une part en contact avec leurs surfaces d'échange électrochimique et d'autre part entre l'électrode négative et l'espace d'expansion, caractérisée par le fait que la surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion est recouverte partiellement d'une plaque exerçant sur l'électrolyte une pression qui l'applique étroitement contre les surfaces des électrodes. Il suffit d'une compression telle que le gel remonte très légèrement audessus du niveau de la plaque aux endroits découverts, pour que la formation de poches d'air soit efficacement entravée. Il est nécessaire de laisser découverte une partie de la surface de l'électrolyte afin que le gel électrolytique puisse passer dans l'espace d'expansion lors de la décharge de la pile sous la poussée de la matière active anodique déchargée. De préférence, cette partie découverte a de 5 à 40% de la surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion. Ceci peut être obtenu en donnant à la plaque la forme de la surface de l'électrolyte, mais des dimensions telles qu'il subsiste un liseré non recouvert entre les bords de la plaque et certaines des parois de l'espace d'expansion. Selon une autre variante on pratique une pluralité de perfora- tions dans la plaque et dans ce cas la plaque peut recouvrir toute la surface de l'électrolyte, sauf à l'endroit des perforations, ou bien elle peut encore laisser subsister un liseré découvert entre ses bords et les parois de la pile situées du côté de l'électrode négative. Bien entendu la plaque doit être fixée aux parois de l'espace d'expansion situées du côté de l'électrode positive, par tout moyen approprié. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de l'exemple suivant en relation avec les dessins annexés dans lesquels: - 3- - la figure 1 est une coupe d'une pile à dépolarisation par l'air selon l'invention - la figure 2 est une vue de dessus d'une plaque selon l'invention La pile représentée sur la figure 1 possède un boîtier en matière plastique formé d'un bac 1 et d'un couvercle 2. A l'intérieur du boîtier se trouvent une électrode positive centrale à dépolarisation par l'air essentiellement constituée par une masse catalytique 3 à base de carbone divisé, et une électrode négative 4 à base de poudre de zinc disposée contre les parois latérales du bac 1. L'espace annu- laire compris entre les électrodes est occupé par un électrolyte alcalin gélifié 5, lequel recouvre en outre la partie supérieure de l'électrode négative. Un circuit d'aération pour l'électrode positive comporte une cheminée verticale 6 ménagée dans la masse 3 et débouchant dans une chambre d'aération 7 située immédiatement au-dessous du couvercle 2. Celui-ci présente deux ouvertures 8 et 9 représentées obturées par des bouchons plastiques 20 et 21. Les bouchons doivent être retirés pour faire fonctionner la pile. Les ouvertures 8 et 9 assurent alors la communication entre l'atmosphère extérieure et la chambre 7, qui constituent ainsi une source d'oxygène pour l'élec- trode positive. Dans la cheminée 6 est disposé un élément profilé 10 à section en H, destiné à favoriser la circulation de l'air selon le brevet français no 72 30 383 du 25.8.72 publié sous le n0 2.197.242. Un fil métallique 11 enroulé en hélice le long de la cheminée 6 et incrusté dans la masse 3 constitue une sortie de courant pour l'élec- trode positive et est relié à la borne positive 12. La sortie de courant négative est assurée par un fil métallique 13 noyé dans l'élec- trode 4 et dont la partie traversant le couvercle 2 n'est pas représentée. La surface libre 14 de l'électrolyte 5 est surmontée d'un espace gazeux 15, qui assure la compensation des changements de volumes dûs aux variations de température et au processus de décharge de la pile. Pour éviter que l'oxygène de l'air pénètre dans l'espace 15, d'o il pourrait venir oxyder chimiquement la poudre de zinc de l'élec- trode négative, l'espace 15 est séparé de la chambre d'aération 7 de façon étanche à l'oxygène par une paroi imperméable, constituée par une pièce plastique 16 recouverte d'une couche de brai 17. -4 - La pièce 16 est soudée aux parois du bac I à leur partie supé- rieure, et reçoit par emboîtement à force le couvercle 2 qui peut lui être collé. Sa partie inférieure plonge dans l'électrolyte et vient reposer sur un épaulement 25 de l'électrode 3. Une plaque 18 comportant d'une part des perforations 19 et d'autre part une perfora- tion centrale bordée par un rebord 22, est emmanchée à force sur la pièce plastique 16 de manière que son rebord 22 épouse étroitement la partie 23 de la pièce 16 qui plonge dans l'électrolyte. La plaque 18 est représentée vue de dessus sur la figure 2 qui permet de voir la forme et le nombre des perforations 19. La position de-cette plaque 18 sur la pièce 16 est telle qu'elle exerce une pression sur la surface 14 de l'électrolyte qui doit remonter à travers les perforations 19 comme représenté sur la figure 1. Dans l'exemple décrit cette position est fixée par la forme oblique de la partie 23 de la pièce 16 qui plonge dans l'électrolyte. Les rebords 22 ont également une forme évasée correspondant exactement à la forme de la partie 23. Dans l'exemple représenté les perforations 19 sont au nombre de 10 et leur surface totale est de 3,3 cm, alors que la surface de l'électrolyte est de 22,8 cm. Le rapport surface libre/suriace totale de l'électrolyte est donc de 14,5% environ. Le gel électro- lytique est composé d'une solution 7 N de potasse gélifiée par une quantité de fécule de pomme de terre à rai-son de 240 à 255 g/litre. Ce gel est fermement maintenu contre les surfaces des électrodes du fait de la pression qu'exerce la plaque 18, et, ne pouvant plus se décoller de la surface de l'électrode positive, empêche la formation de bulles gazeuses même lorsque l'espace 15 est en dépression par rapport à l'espace extérieur. Afin de maintenir la plaque 18 dans la position voulue, on peut aussi la coller sur la pièce 16, ou encore la lui souder aux ultrasons. La plaque 18 peut être par exemple en polystyrène, ou toute autre matière plastique présentant une rigidité suffisante. Si la pièce 16 se raccorde à l'électrode 3 par une partie pris- matique ou cylindrique, on peut maintenir la plaque 18 à la hauteur voulue en prévoyant sur cette partie des nervures qui empêchent la - 5- plaque de remonter au-dessus de la position voulue. Comme il a été dit, au lieu de prévoir dans la plaque 18 des perforations 19, on peut se servir d'une plaque sans perforation autre que la perforation centrale autour de la pièce 16. Dans ce cas on lui donne des dimensions un peu inférieures à celles de la surface de l'électrolyte, de sorte qu'il subsiste un liseré d'électro- lyte découvert entre le bord extérieur de la plaque et la paroi du bac 1. On pourra bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer toute disposition décrite ci-dessus par une disposition équivalente. -6- REVENDICATIONS 1/ Pile à dépolarisation par l'air à électrolyte gélifié comportant une électrode positive, une électrode négative et un espace d'expansion, l'électrolyte gélifié étant disposé entre les deux électrodes, d'une part en contact avec leurs surfaces d'échange électrochimique et d'autre part entre l'électrode négative et l'espace d'expansion, caractérisé par le fait que la surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion est recouverte partiellement d'une plaque exerçant sur l'électrolyte une pression qui l'applique étroitement contre les surfaces des électrodes. 2/ Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la surface découverte par la plaque est de 5 à 40% de la surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion. 3/ Pile selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que ladite plaque a la forme de la surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion et présente-des perforations au-dessus de cette surface. 4/ Pile selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que ladite plaque a la forme de la surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion mais des dimensions telles qu'elle laisse découvert un liseré entre la plaque et les parois de la pile situées du côté de l'électrode négative.