Brevet FR2535903A1 — publié le 19840511

La présente invention concerne une batterie constituée de plusieurs éléments galvanisés, notamment des cellules métal-air, qui se composent chacune d'une électrode métalli- que consommable de profil plat, qui pénètre dans un récipient balayé par un électrolyte-, dont des parois latérales peuvent être balayées sans contact avec de l'air ou de l'oxygène et qui portent respectivement au moins une électrode de diffusion de gaz espacée d'une surface de travail de l'électrode métallique consommable. Une telle cellule plate, qui convient pour coopérer avec plusieurs cellules en vue de former une batterie, est connue d'après la demande de brevet allemand P 31 29 248 8. * La cellule aluminium-air décrite dans cette demande se com- pose d'une anode, qui représente une électrode consommable en aluminium de forme plate et rectangulaire, d'un récipient servant à recevoir un électrolyte alcalin, notamment KOH, et de deux électrodes de diffusion de gaz disposées l'une en regard de l'autre sur les côtés plats du récipient et agencé sous la forme d'électrodes à air De telles cellules à aluminium et oxygène de l'air correspondent à une nouvelle génération de batteries primaires activables dans lesquelles il se produit une "recharge" par renouvellement de l'anode et de l'électrolyte Pendant le processus de décharge, de l'aluminium-métal est converti par l'oxygène provenant de l'air ou d'une source incorporée est dissous dans l'élément alcalin. L'invention a pour but, en utilisant les cellules connues, de créer une batterie qui permette d'obtenir une longue durée de service sous une forte charge, qui puisse être stockée de façon non limitée par activation et désacti- vation, qui permette, par renouvellement des matières de service comme l'aluminium et l'électrolyte, une recharge rapide indépendamment du courant du secteur et'qui possède un pouvoir énergétique élevé pour une haute densité de puis- sance. Le problème est résolu selon l'invention en ce qu'il est prévu dans un carter, en-dessous d'au moins un ensemble de cellules, un récipient de stockage de l'électrolyte, qui est relié par l'intermédiaire d'un organe de fermeture à un réservoir d'activation d'électrolyte disposé dans les cellules au moins en partie au-dessus du niveau de travail de l'électrolyte et en ce que chaque récipient de cellule peut recevoir de l'électrolyte à partir du réservoir d'alimen- tation, d'une pompe et de conduits de dérivation, de l'élec- trolyte qui est mis en circulation par l'intermédiaire du réservoir d'activation d'électrolyte Ainsi il est possible d'assurer une activation et une désactivation de l'ensemble de cellules d'une manière purement hydrostatique par ouverture de l'organe d'obturation De préférence l'organe d'obturation -est une vanne électrique de commande par l'intermédiaire de laquelle la pompe est reliée électriquement à l'ensemble de cellules de manière que, lors d'une activation, le courant produit dans l'ensemble de cellules soit utilisé pour l'en- traînement de la pompe et ainsi pour assurer la circulation automatique de l'électrolyte. En outre, pour intensifier l'alimentation en air, il peut être avantageux de monter sur une paroi du carter qui est adjacente à l'ensemble de cellules, un ventilateur qui peut également être relié électriquement à l'ensemble de cellules. Conformément à un agencement avantageux de l'invention, il est prévu au centre du carter de la batterie un conduit d'arrivée d'électrolyte s'étendant sur toute la largeur et duquel partent les conduits de dérivation et qui constitue l'élément porteur pour un ensemble de cellules aluminium- air comportant 12 cellules plates disposées en série Chaque cellule plate se compose d'un récipient formé d'un métal résistant à l'électrolyte, notamment du nickel ou de l'acier allié pour électrolytes alcalins, ce récipient étant pourvu d'une prise de courant Sur ses côtés plats opposés aux sur- faces actives de l'électrode en aluminium, le récipient comporte des évidements en forme de fenêtré dans chacun desquels est disposée une électrode de diffusion de gaz pour- vue d'une couche d'arrêt hydrophobe En outre, il est prévu sur le récipient une sortie d'électrolyte qui débouche dans le réservoir d'activation La sortie est toujours située au-dessus du niveau de l'électrolyte dans le récipient d'activation Les différentes sorties d'électrolyte des celllules peuvent également être réunies sous la forme d'un conduit de liaison. La batterie décrite convient notamment comme une source de courant pour l'alimentation en courant de secours, sur des chantiers et dans tous les endroits o Le secteur d'ali- mentation en courant n'existe pas Elle est caractérisée par un grand pouvoir énergétique et par une grande densité de puissance Du fait de la possibilité d'une part d'une activation et d'autre part d'une désactivation avec une possibilité de stockage non limitée, on obtient de très bonnes possibilités d'utilisation La conception permet une longue durée de service sous une charge élevée A cet égard, il est possible par un renouvellement des matières de service comme l'aluminium et l'électrolyte, d'obtenir une recharge rapide indépendamment du secteur de sorte que les parties remplacées, notamment l'électrolyte, peuvent être utilisées après la décharge dans un recyclage pour produire à nouveau de l'aluminium. D'autres particularités, caractéristiques et avantages de l'objet de l'invention seront mis en évidence dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexésquireprésentent une batterie conforme à l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale schématique d'une batterie conforme à l'inventions et la figure 2 est une vue de face de la batterie de la figure 1. En considérant la figure 1, on peut voir qu'il est prévu dans un carter 10, qui peut être formé par exemple d'une matière plastique non conductrice ou bien d'acier allié revêtu de matière plastique, le cas échéant pourvu de perfo- rations pour l'alimentation en air, une cellule plate 11- dans la moitié supérieure La cellule plate 11 est une cellule aluminium-air et elle se compose d'une anode 1, qui repré- sente une électrode en aluminium consommable de forme-rectan- gulaire plate, d'un récipient 4 en nickel servant à recevoir un électolyte alcalin, notamment KOH, et de deux électrodes de diffusion de gaz 5 placées l'une à l'opposé de l'autre sur les côtés plats du récipient 4 et agencé sous forme d'éle- trodes à air dans le mode de réalisation considéré Le réci- pient 4 est en principe un boîtier rectangulaire dont l'ouverture supérieure est obturée de façon étanche par un couvercle 3 électriquement isolé Le couvercle 3 porte en son milieu l'anode 1, sur laquelle est formée une barrette 13 servant de prise de courant En outre, on peut voir sur la figure 1, que le côté du récipient 4 représenté à gauche sur le dessin est relié à la paroi adjacente du carter 10. Cette liaison sert à maintenir la cellule plate dans le carter de la batterie Enfin, il est prévu un raccord-tubulaire 2 pour la décharge de l'électrolyte dans la zone du couvercle 3 sur le carter 4. D'autres particularités de la cellule plate décrite sont mises en évidence dans la demande de brevet allemand P 31 29 248 8 à laquelle on se référera en vue d'éviter une répétition de la description. Dans le carter 10, il est prévu l'une à côté de l'autre et à intervalles essentiellement égaux, au total douze cellu- les plates 11 réparties sur le côté frontal et du type décrit ci-dessus, comme le montre le dessin Pour leur support, il est prévu à peu près au milieu dans le carter 10, un con- duit d'arrivée d'électrolyte se présentant sous la forme d'un tube 6, duquel partent à chaque fois un tuyau de dérivation 7, c'est-à-dire au total douze tuyaux de dérivation 7, qui sont reliés en bas individuellement aux récipients-4-associés aux cellules-plates de façon à pouvoir alimenter ces dernières avec une lessive de potasse Pour cette lessive, il est prévu un réservoir de stockage d'électrolyte 8-dans la zone infé- rieure du carter 10 Ce réservoir est relié au conduit d'ali- mentation 6 par l'intermédiaire d'une pompe centrifuge ou 2535903 à rotor 12 qui est disposée en-dessous de l'ensemble de cellules plates 9 et qui est entraîné par un moteur électri- que 14 On a désigné par 24 sur les dessins aussi bien la tubulure d'aspiration que la tubulure de refoulement de la pompe centrifuge. En addition au réservoir de stockage d'électrolyte 8, il est prévu, au moins en partie au-dessus du niveau de travail de l'électrolyte dans l'ensemble de cellules 9, un réservoir d'activation d'électrolyte 15 qui est placé dans le coin supérieur droit du carter 10 sur la figure 1. Le réservoir d'activation 15 et le réservoir de stocka- ge d'électrolyte 8 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'une vanne 16, agencée sous forme d'un commutateur électri- que à palette métallique ainsi que de tuyaux 17, 18 En outre, il existe une autre liaison se présentant sous la forme d'un élément de ventilation de réservoir 20, qui est disposé comme un tube s'étendant depuis le couvercle d'obtu- ration du réservoir de stockage d'électrolyte 8 jusqu'à une zone supérieure du réservoir d'activation 15 Lors de l'ouverture et de la fermeture de la vanne 16, il se produit à chaque fois simultanément une fonction électrique de com- mande Par l'intermédiaire de la vanne 16, l'ensemble de cellules plates 9 est relié électriquement au moteur élec- trique 14 de la pompe centrifuge de manière que du courant passe dans le moteur électrique dans la position d'ouverture de la vanne Il est évident que tous les éléments de la batterie doivent ère constitués d'un matériau résistant à l'électrolyte et qui doit en outre également résister à des températures jusqu'à au moins 80 'C. Enfin, il est prévu à l'intérieur du carter 10 encore un ventilateur 19 qui comme le montre la figure 2 sert à intensifier la sollicitation par air des électrodes de diffusion de gaz 5 de l'ensemble de cellules 9 En outre, il est à noter que les raccords tubulaires 2 servant à la décharge de l'électrolyte de toutes les cellules débouchent dans le réservoir d'activation 15, notamment au-dessus du niveau de l'électrolyte comme cela est indiqué en traits ,'5903 interrompus sur la figure 1. Exemple: Une batterie -à aluminium ou oxygène de l'air du type décrit présente les caractéristiques techniques suivantes: Type 12 DFA 50 A Capacité (Ah) 80 Temps de décharge (h) 4 Tension de décharge (v) 12 Masse (kg) 13,2 Dimensions (mm) ( 1 x b x h) 192 182 352 Volume ( 1) 12,3 Pour la mise en service, la batterie et l'électrolyte sont livrés séparément Pour préparer la batterie en vue de son utilisation, il faut initialement remplir le récipient de stockage d'électrolyte 8 A cet effet, la vanne de com- mande 16 étant ouverte, l'électolyte est introduit par l'intermédiaire d'un raccord de remplissage 21 dans le carter Ensuite, la vanne de commande 16 est fermée Aussitôt le réservoir d'activation 15 est rempli Dans l'ensemble de cellules 9, il n'existe pas d'électrolyte dans cette con- dition de préparation. Pour la mise en service de la batterie, il suffit d'amener la vanne de commande 16 dans la position d'ouverture de sorte que,d'après le principe des vases communicants, l'ensemble de cellules 9 ou bien toutes les cellules plates individuelles se remplissent d'une manière purement hydro- statique avec de l'électrolyte par l'intermédiaire du conduit d'arrivée d'électrolyte 6 Le remplissage doit quantitative- ment être suffisant pour mettre en marche la pompe au moyen du courant produit Lors de l'ouverture de la vanne de com- mande, la liaison électrique est établie avec le moteur 14 de la pompe de sorte que du courant produit dans l'ensemble de cellules plates 9 assure immédiatement la circulation de l'électrolyte au moyen de la pompe centrifuge 12 Egale- ment le ventilateur 19 est relié électriquement par l'inter- médiaire du commutateur 16 avec l'ensemble de cellules 9 de sorte qu'également l'alimentation en air-des électrodes de diffusion de gaz 5 est intensifiée avec la génération du courant. L'arrêt s'effectue également d'une manière simple par fermeture de la vanne de commande 16 Ainsi, le moteur de pompe 14 est arrêté et l'alimentation en électrolyte par la pompe centrifuge est terminée L'électrolyte se trouvant dans l'ensemble de cellules plates s'écoule vers le bas en revenant dans le récipient de stockage d'électrolyte 8 Dans le réser- voir d'activation 15, il existe dans cette condition de marche au moins la quantité d'électrolyte qui est nécessaire pour emplir à nouveau l'ensemble de cellules lors d'une nouvelle activation par l'intermédiaire de la vanne de commande 16. Après une décharge, l'électrolyte consommé est d'a-bord évacué du récipient A cet égard, le flexible d'un récipient extérieur d*e vidage est relié à un raccord de vidage 22 abou- tissant au récipient de stockage 8 et le liquide est déchargé -après ouverture de vannes correspondantes Ensuite les élec- trodes en aluminium usées 1 sont sorties par les pâles 13 des cellules plates et de nouvelles anodes sont engagées en position Les barrettes élastiques de contact 23 prévues pour l'établissement du contact électrique viennent automatiquement se placer, sous l'effet de l'élasticité, dans la position d'établissement de contact Les électrodes d'aluminium usées sont remises en place dans un récipient pour nouvelles élec- trodes en même temps que l'électrolyte usé dans une cuve de stockage séparée et elles peuvent être utilisées, dans le cadre d'un recyclage, à nouveau pour une récupération d'alu- minium. REVENDICATIONS 1 Batterie constituée de plusieurs éléments (alvazinîluos notamment des cellules métal-air, qui se composent chacune. d'une électrode métallique consommable de profil plat, qui pénètre dans un récipient balayé par un électrolyte, dont des parois latérales peuvent être balayées sans contact avec de l'air ou de l'oxygène et qui portent respectivement au moins une électrode de diffusion de gaz espacée d'une surface de travail de l'électrode métallique consommable, caractérisée en ce qu'il est prévu dans un carter ( 10), en-dessous d'au moins un ensemble de cellules ( 9), un récipient ( 8) de stockage de l'électrolyte, qui est relié par l'intermédiaire d'un organe d'obturation ( 16) à un récipient d'activation d'électrolyte ( 15) disposé au moins en partie au- dessus du niveau de travail de l'électrolyte dans les-cellules et en ce que chaque récipient de cellule ( 4) peut être alimenté -en électrolyte à partir du récipient de stockage ( 8) par l'intermédiaire d'une pompe ( 12) et de conduits de dérivation ( 7), cet électrolyte pouvant être mis en circulation par l'intermédiaire du réservoir d'activation d'électrolyte ( 15). 2 Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation ( 16) est une vanne électrique de commande par l'intermédiaire de laquelle la pompe, notam- ment une pompe centrifuge ( 12), est reliée électriquement à l'ensemble de cellules de telle sorte que, lors d'une acti- vation, le courant produit dans l'ensemble de cellules ( 9) soit utilisable pour la mise en marche de la pompe et par conséquent pour une circulation automatique de l'électrolyte. 3 Batterie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que sur une paroi-du carter qui est adja- cente à l'ensemble de cellules ( 9) est monté un ventilateur ( 19) qui est relié-électriquement également à l'ensemble de cellules ( 9) par 'lintermédiaire de la vanne de commande ( 16). 4 Batterie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'il est prévu au milieu du carter ( 10) un conduit d'arrivée d'électrolyte ( 6) s'étendant sur toute I = 2535903 la largeur et duquel partent des conduits de dérivation ( 7) qui forment un élément porteur pour un ensemble de cellules à aluminium-air ( 9) comportant douze cellules plates bran- chées en série. 5 Batterie selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque cellule plate se compose d'un récipient en métal résistant à l'électrolyte, notamment du nickel ou un acier allié pour électrolytes alcalins, qui est pourvu d'une prise de courant, en ce que chaque récipient ( 4) com- porte, sur ses côtés plats placés en regard des surfaces actives de l'électrode en aluminium ( 1) des évidements en forme de fenêtre qui sont chacun pourvus d'une électrode de diffusion de gaz ( 5) comportant une couche d'arrêt hydro- * phobe et en ce qu'une sortie d'électrolyte ( 2) est formée sur le récipient ( 4) et débouche dans le réservoir d'activa- tion ( 15): 6 Batterie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le réservoir de stockage d'électro- lyte ( 8) et le récipient d'activation ( 15) sont constitués de polypropylène résistant à KOH et possédant une résistance à une température jusqu'à 800 C. 7 Batterie selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le réservoir de stockage d'électrolyte ( 8) est relié par l'intermédiaire d'un conduit de ventilation ( 20) avec le récipient d'activation ( 15) et en ce que les raccords tubulaires ( 2) avec la décharge d'électrolyte qui partent de toutes les cellules plates débouchent au-dessus du niveau d'électrolyte dans le récipient d'activation ( 15).