Brevet FR2547115A1 — publié le 19841207

Batterie bipolaire métal-air avec une anode en semi-coin à perpétuation automatique La présente invention concerne la construction d'une batterie bipolaire métal-air avec une anode en semi-coin à perpétuation automatique, qui devrait fournir la transmis5 sion aussi simple que possible du-courant électrique à travers un certain nombre de cellules connectées en série pour former une batterie, avec une résistance électrique aussi basse que possible. Depuis quelques années des sources chimiques de 10 courant de types nouveaux sont en cours de développement partout dans le monde: il s'agit de batteries ayant une recharge mécanique et dont la masse active est remplacée à mesure qu'elle est consommée Trois modèles de batteries de ce genre sont déjà ou bien en cours de développement, ou bien 15 au stade de la production en grande série Ce sont les batteries aluminium-air, lithium-air et zinc-air On pourrait utiliser également d'autres métaux comme composants anodiques actifs (magnésium, fer, etc) De telles batteries comprennent normalement un nombre plus important de cellules connectée E 20 en série afin d'augmenter la tension de la source; Dans un tel cas, il se pose un problème concernant l'établissement d'un bon contact électrique (connexion) entre l'anode d'une cellule et la cathode de la cellule adjacente Tout le courant puisé dans la batterie est transmis de la plaque d'anode d'une cellule à la cathode adjacente à travers une connexion électrique. Plus les dimensions de la plaque sont grandes et donc plus le prélèvement du courant est important, plus grandes seront également les pertes se produisant sur cette 30 connexion. Dans d'autres installations électrochimiques (électrolyseurs industriels importants) ce problème est résolu par l'introduction de ce que l'on appelle des électrodes bipolaires, c'est-à-dire des électrodes dont un côté sert 35 d'anode et dont l'autre côté sert de cathode de la cellule adjacente Par ce moyen, on arrive à une simplicité exceptionnelle de la construction (connexions extérieures inutiles) et la résistance électrique est établie à une valeur faible au point d'être négligeable. Ce concept n'a pas encore été utilisé dans des sources de courant chimiques comportant une recharge mécanique. Le problème de réalisation d'une construction d'électrode bipolaire dans une telle installation est plus complexe que dans d'autres installations attendu que les deux électrodes ont des caractéristiques complètement différentes: l'une est consommée pendant le fonctionnement de la batterie, tandis que l'autre doit être continuellement alimentée en une substance électrochimiquement active (par exemple l'oxygène de l'air). C'est la raison probable pour laquelle le concept des élec15 trodes bipolaires n'a pas encore été appliqué à des installations de ce genre. Selon l'invention, on a trouvé la solution du problème de l'électrode bipolaire de façon que la cathode à air ait été connectée avec l'anode consommable à travers la 20 paroi contre laquelle les deux électrodes s'inclinentet qui présente une bonne conductivité électrique Ainsi, un côté de l'anode inclinée contre la paroi établit des contacts qui sont connectés avec la cathode de la cellule adjacente. D'autre part, en considérant que la cathode à 25 air doit conserver un certain angle d'inclinaison avec l'axe vertical et doit bénéficier d'un courant d'air, on effectue la connexion entre la cathode et là paroi en plaçant des ponts électriquement conducteurs à l'intérieur de la paroi et de la cathode, pouvant être verticaux ou horizontaux ou encore pou30 vant constituer une partie intégrante de la cathode ou des parties séparées Dans les exemples suivants, on décrit certaines constructions de batteries métal-air qui sont basées sur l'application de l'invention précitée, bien que d'autres constructions soient possibles pour représenter des variantes 35 qui ne sont cependant pas fondamentalement différentes. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe transversale de la batterie selon l'invention, dont un détail est représenté séparément à plus grande échelle; la figure 2 est une projection axiométrique de la batterie représentée sur la figure 1; et. la figure 3 est une coupe transversale d'une 10 variante de la batterie selon l'invention, dont un détail est représenté en coupe transversale et à plus grande échelle. Sur la figure 1, on a représenté un mode de réalisation préféré de l'invention sous forme d'une batterie zinc-air Pour obtenir l'anode en coin 1, on presse une poudre de zinc dans un moule d'une forme appropriée La cathode 2 est une électrode à air formée de charbon activé lié par le polyéthylène et rendu hydrophobe à l'aide d'une émulsion de "Teflon" comportant un filet en fer 5 à titre de collecteur de courant Pour connecter la cathode 1 et l'anode 1 à travers les parois en polyethylène 6 entre chaque paire de cellules, ainsi que pour supporter mécaniquement les électrodes à air 3, on utilise des nervures 4 en polyéthylène dur ayant 2 mm d'épaisseur et comportant des fils de bronze 5 analogues à des filets emboutis sur elles, comme on le voit sur les 25 figures 1 et 2. La figure 1 montre la façon dont les diverses cellules ont été assemblées, ainsi que le détail d'une nervure isolée 4 La nervure 4 laisse un peu de place sur le dessous et sur le dessus pour le passage d'air dans et hors de la 30 cathode à air 3, respectivement Le filet métallique 5 de l'électrode à air 3 est pressé contre les nervures 4 Sur l'autre côté o les fils traversent la paroi, est pressée l'anode métallique 1 La distance entre l'anode 1 et la cathode 2 est maintenue à l'aide d'un séparateur sous forme d'un 35 filet en polyethylène 6 Comme on le voit sur la figure 2, -la sortie du courant de la batterie est assurée par des contacts de bornes indiqués par + et -. La figure 3 représente l'application de l'invention à une batterie aluminium-air utilisant un électrolyte salin neutre L'anode en coin 1 est formée en une plaque d'aluminium allié avec 0,2 % de gallium et ayant 5 mm d'épaisseur, L'électrode à air 3 est en charbon activé qui est rendu hydrophobe par une émulsion de Teflon et qui est comprimé en mélange avec une poudre de polyethylene contre 10 un filet de fer revêtu de plomb servant de collecteur de courant Les nervures 4 en tôle revêtue de plomb par galvanoplastie prennent la forme indiquée sur la figure 3 On les installe à une distance de 30 mm en faisant saillie à travers la paroi en polypropylene dur de sorte qu'une nervure en forme de coin dépasse sur l'autre côté pour établir un contact avec l'anode en coin 1 Les nervures 4 sont scellées à la paroi par une colle de polyester L'arrière de l'électrode à air 3 portant à sa surface le filet métallique est pressé contre les nervures 4 pour établir le contact électrique entre les cellules Quatre anodes en coin 1 et quatre cathodes à air 3 sont pressées en une batterie par des flasques terminaux portant des bornes électriques connectées avec la première anode 1 et la dernière cathode 3 d'une façon similaire à celle indiquée sur la figure 2. 25 REVENDICATIONS 1 Batterie bipolaire métal-air avec une anode en semi-coin à perpétuation automatique, caractérisée en ce qu'un contact électrique est établi entre une anode ( 1) d'une cellule et une cathode ( 3) de la cellule adjacente à travers la paroi ( 6) séparant les deux cellules. 2 Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la base de l'anode ( 1) est un angle dont la section transversale est un triangle-rectangle et on réalise 10 la perpétuation automatique de l'anode ( 1) en dissolvant l'anode ( 1) seulement d'un côté. 3 Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'entre l'électrode à air ( 3) d'une cellule et la partie verticale de l'anode ( 1) de la cellule adjacente, à 15 travers la paroi divisant ces deux cellules, sont disposés des ponts contenant un composant conducteur d'électricité sous forme de nervures verticales ou horizontales ( 4) avec un fil de contact ( 5) pressé dans les nervures ( 4),