Brevet FR2479547A1 — publié le 19811002

1.- L'invention concerne une électrode de charbon pour condensateur électrochimique, en particulier pour condensa- teur à couche double, Elle s'étend à un procédé pour sa fabrica- tion. Les condensateurs à couche double avec électrode en charbon, sous la forme par exemple de charbon vitrifié, de pyrocarbone et autres, présentent une capacité particulièrement élevée. On accorde la préférence pour cette application, au char- bon vitrifié, à cause de son imperméabilité élevée aux fluides et sa résistance à la corrosion, par rapport aux autres types de charbon. la qualité de surface élevée du charbon vitrifié per- met d'avoir de faibles écarts de dimensions entre les plaques, sans qu'un traitement mécanique particulier de la surface soit nécessaire, Pour augmenter l'activité, on soumet les électrodes en charbon vitrifié à un traitement d'activation particulier, par exemple par chauffage dans des gaz ou vapeurs oxydants d'aci- des très concentrés, une structure superficielle microporeuse étant ainsi obtenue. Les plaques en charbon vitrifié sont prépaarées par carbonisation de résines synthétiques ayant subi un durcis- sement ou une stabilisation thermique, et que l'on a amené à l'état liquide visqueux par fusion par exemple, pour former une surface apte à l'accrochage. La préparation d'autres formes, par exemple de demicylindre ou section de cylindre et autres, est également possible en principe selon le même procédé. Toutes les formes subissent un retrait durant la carbonisation, dans une mesure considérable, et de grandes déformations sont inévitables dans le cas de corps en forme da plaque ou de disque de faible épaisseur. A cause de ces irrégu- larités, le charbon vitrifié n'est pas approprié comme électrode pour des condensateurs ayant une densité de puissance élevée, ou autres électrodes de très faible épaisseur. L'invention s'est fixé comme objectif de réali- ser une électrode de très faible épaisseur, qui présente une meilleure stabilité de formes que le charbon vitrifié avec les m8mes propriétés électriques et électrochimiques, et qui permet l'obtention de catalyseurs d'une densité de puissance élevée. Dans ce but, l'électrode de l'invention est ob- tenue par carbonisation d'une feuille de polyimide. Les feuilles de polyimide forment par carbonisa- 2.- tion sous atmosphère inerte, des feuilles de carbone élastiques, qui présentent une surface très lisse. Le retrait s'élève, du- rant le traitement par carbonisation, à environ 20 % - la valeur exacte du retrait peut être déterminée par des essais préalables simples - de sorte que l'on obtient, à partir de feuilles cou- rantes du commerce, de 10 à 1000 microns d'épaisseur, des feuil- les carbonées ou plaques carbonées ayant une épaisseur de 8 à 800 microns. L'ondulation des feuilles, lors du traitement ther- mique, s'évite aisément au moyen d'une pression de 10 à 100 N/cm2. La pression n'emp9che pas toutefois la contraction, de la feuille durant le traitement de carbonisation, et il est, de ce fait, avantageux de disposer les feuilles entre des corps à surface plane à faible coefficient de frottement. Les mieux adaptées pour cette application, sont des feuilles de graphite spéciales, qui sont obtenues par compactage et laminage de particules de graphite expansées. La vitesse d'échauffement des feuilles du- rant la carbonisation devra être de 3 à 10 k/h, et comme tempé- rature finale, il suffit d'atteindre une zone comprise entre 800 et 120000. Un avantage important des électrodes de charbon pour condensateur, préparées à partir de feuilles de polyimidet, comparées aux électrodes en charbon vitrifié, réside dans la faible épaisseur des feuilles, qui est inférieure à 100 microns, alors que l'épaisseur des plaques en charbon vitrifié est limi- tée pour des raisons de fabrication à environ 500 microns. Il s'en suit, pour une même épaisseur de la couche d'électrolyte, un degré de tassement et une densité d'énergie du condensateur au moins cinq fois plus élevés. Un autre avantage est constitué par la souplesse de la feuille de polyimide. Il est par exemple facile d'obtenir des condensateurs bobinés en enroulant deux rubans en feuille de polyimide avec une couche intermédiaire de papier, puis en soumettant la bobine à un traitement de carboni- sation, Le papier se cokéfie au cours du traitement thermique, et après élimination par soufflage des restes cokéfiés, on ob- tient deux spirales équidistantes en charbon. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples décrits ci-après, et en regard du dessin unique annexé, qui représente schématiquement une double hélice constituée par des rubans en feuille de polyimide, avec couche intermédiaire en papier. 3.- EXEMIPLE 1 - A partir de feuilles de polyimide du commerce, d'une épaisseur de o100 microns, on découpe des disques d'un dia- mètre de 70 mm, on empile plusieurs disques séparés chaque fois par une feuille de graphite et l'on insère la pile entre des plaques de graphite. On fait chauffer la pile avec une vitesse d'échauffement de 4 k/h, sous atmosphère d'azote, à 9500Cw en la soumettant à une pression d'environ 50 N/cm2. EXEMPIE 2 - A partir des feuilles de polyimide décribesci- dessus, on découpe des rubans de 20 mm de large et de 140 mm de long et l'on enroule deux rubans en commun avec des rubans en papier de cellulose, sur un mandrin en céramique. Dans l'en- roulement selon la figure 1 les références 1 et 3 désignent des feuilles de polyimide, et 2 et 4 des rubans de séparation en papier. La bobine est chauffée comme dans l'exemple 1 et le pa- pier cokéfié est éliminé, après refroidissement, par soufflage. les plaques et rubans utilisés comme électrode pour condensateur électrochimique présentent les propriétés suivantes: Densité brute........ . . o 1,5 g/cm2 Résistance électrique spécifique o...50 m Résistance à la traction.. *. e *.50 N/rm2 Coefficient de perméabilité.... v 10-11 cm2/s 4.- REVENDICATIONS 1.- Electrode de charbon en forme de plaque pour condensateur électrochimique, caractérisé en ce que la pla- que est obtenue par carbonisation d'une feuille en polyimide (1-3) notamment entre des feuilles de papier (2, 4). 2.- Procédé de préparation d'une électrode selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait chauffer une feuille de polyimide entre deux feuilles de graphite, sous une pression de 10 à 100 N/cm2, avec un gradient de température de 3 à 10 K/h, sous atmosphère inerte, à une température de 800 à 1200 0C. 3.- Procédé de préparation d'électrode spiralée selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une pile contenant au moins deux feuilles de polyimide, et entre deux feuilles, chaque fois un ruban de séparation en papier, est enroulée de façon concentrique et carbonisée. -