Brevet FR2540292A1 — publié le 19840803

L' invention concerne un accumulateur, notamment accumulateur au plomb, constitué par un récipient, par un ensemble de plaques positives disposé dans le récipient et constitue Par plusieurs plaques polaires branchées en parallèle, par un ensemble de plaques négatives disposé dans le récipient et constitue par plusieurs plaques polaires branchees en parallèle et par deux bornes de rac- cordement faisant saillie hors du récipient pour l'ensemble de plaques positives et pour l'ensemble de plaques négatives, les plaques polaires des deux ensembles de plaques éetant imbriquées les unes dans les autres, tandis que le réci- pient est rempli par ailleurs d'un électrolyte liquide, notamment de l'acide sulfurique aqueux. On connait depuis longtemps des accumulateurs sous les formes de réalisation les plus diverses (pour avoir une vue d'ensemble, se reporter à "l Lexikon der Phy- sik", volume 1, DTV, Munich 1970, page 68 et suivantes). Un accumulateur est une unité de stockage électrochimique permettant de stocker une énergie électrique et qui fonc- tionne en étant basé sur des processus électrochimiques au moins approximativement réversibles, notamment sur des réactions hétérogeenes d'oxydo-réduction Comme dans toutes les piles électrochimiques, le fonctionnement parfait d'un accumulateur dépend également du fait qu'au niveau des sur- faces limites des électrodes, que l'on désigne sous le ter- me de plaques polaires ou plaques de p 8 le dans le cas de l'accumulateur,il se produit une conversion du courant for- me d'électrons oi) de trous mobiles en ions En outre, le conducteur des ions,à savoir i'6 lectrolyte, doit être exempt de toute conduction d'électronso En effet, seul un petit nombre de systèmes se sont affirmés dans la pra- tique, en particulier l'accumulateur au plomb, qui a été inventé au milieu du siec'e passé En outre dss accumu- lateurs à l'oxyde de nickel, désignés sous l'appellation connue d'accumalteurs alcalifs ou en aie es accumula- t,1 r I"s à l'-argent et au zinc, des accuuls eub zznc-alr et des accumulateurs air-cadmium se sont affirmés dans la pratique Bien que la présente invention concerne d'une mra- nière générale tous les types d'accumulateurs, à titre de simplification on ne traitera ci-après que de l'accumula- teur au plomb. La structure techrniqe fondamentale d'un accumu- lateur est connue de fagon détaillée d'après l'article de littérature indiqué précédemment, si bien que l'on peut s'y reporter Uniquement en ce qui concerne les plaques -ilaires, il faut remarquer que l'on connait d'après la pratique, des constructions tout à lait différentes, à savoir notamment des plaques à grtilc,dans lesquelles une masse active en forme de pâte est insérée dans une grille de support en plomb dur, des plaques de grande surface, dans lesquelles la masse active est réalisée Dar voie électrolytique à partir d'une électrode coulée en plomb mou, et des plaques à tubes qui sont constituées par de petits tubes perforés en matière plastique ou en caoutchouc dur et dans lesquels la masse active est tassée autour d'une tige en plomb ou en plomb dur servant de noyau et d'une électrode de prélèvement de courant. Les accumulateurs, notamment les accumulateurs au plomb, sont relativement lourds en raison des maté- riaux utilisés,c'est-à-dire que la capacité de stockage électrique par unité de poids, à savoir le rendement spé- cifique rapporté au poids, est un proobieme non négligea- ble En ce qui concerne ce problème, les pertes électriques, impliquées par la construction de tels accumulateurs et provoquéespar la transformation d'une énergie électrique en chaleur par des résistances élevées de passage du cou- rant, jouent un rôle important Un problème particulier est le problème dit de la séparation ou de la désagréga- tion du mélange de l'électrolyte intervenant lors de la décharge de l'accumulateur et qui est basé sur le fait que la densité de l'électrolyte non dilué dans le casiuat accumulateur complètement chargé est supérieure à la densité de l'électrolyte dilué obtenu lorsque se déroule la décharge de l'accumulateur (d = 1,2 1,3 par rapport àd = 1,03 1,1) Lors de la décharge d'un accumulateur, la couche d'eau augmente de plus en plus en s'étendant vers le bas dans la partie supérieure de l'accumulateur de sorte que des zones de plus en plus étendues des plaques polaires ne sont plus le siège d'un fonctionnement, à partir du haut. Cette désagrégation du mélange est Enoutre stabilisée par le fait que les plaques polaires sont de plus en plus échauf- fées de bas en haut par suite de l'accroissement de la den- sité de courant sous l'effet de l'intégration du courant. C'est pourquoi d'un point de vue global, dans les accumula- teurs connus, la résistance de décharge est toujours supé- rieure à ce qu'elle devrait être théoriquement. On cherche parfois à empêcher la désagrégation, expliquée précédemment, de l'électrolyte dans de très gros accumulateurs en réalisant une circulation permanente de l'électrolyte de bas en haut au moyen d'un pompage et- fectué par une pompe de circulation extérieure Il s'agit là naturellement d'une solution qui n'est pas très avanta- geuse quant au résultat obtenu. A partir de l'état expliqué précédemment de la technique, l'invention a pour but d'améliorer le rendement spécifique, rapporté au poids, des accumulateurs connus. L'accumulateur conforme àâl' invention, dans le- quel le problème indiqué précédemment est résolu, est ca- ractérisé par le fait que les bornes de raccordement sont disposées sur la face inférieure du récipient Les ensem- bles de plaques ou les plaques polaires des ensembles de plaques sont également placées en étant dans une certaine mesure "renversées" dans le récipient, dans l'accumulateur conforme à l'invention, par le fait que le courant passant par les bornes de raccordement est évacué par le bas et non, comme cela était partout usuel jusqu'alors, vers le haut Naturellement, ceci est valable, de la même manière pour le sens inverse du courant, lors de la charge de l'accumulateur conforme à l'invention L'invention est basée sur le fait que l'échauffement expliqué précédem- ment des plaques polaires sous l'effet du courant, qui est envoyé par leur intermédiaire aux bornes de raccor- dement, peut être utilisé pour agir à l'encontre de la dé- sagrégation du mélange de l'électrolyte Dans le cas de la construction conforme à l'invention, les plaques polai- res sont en effet chauffées le plus fortement dans leur partie inférieure étant donné que c'est là que se situe la densité maximale de courant Cette chaleur est transférée à l'électrolyte liquide et aboutit en cet endroit à un dé- placement ascendant de l'électrolyte liquide Il en résul- te que l'on obtient par conséquent, un mélange intime auto- matique et permanent de l'électrolyte qui aboutit à ce que les plaques polaires restent actives par toute leur surface dans tous les cas Des mesures ont révélé que dans le cas d'une construction par ailleurs identique d'un accumula- teur au plomb, ces dispositions permettent à elles seules un accroissement de la capacité de stockage sous l'effet d'une réduction des pertes électriques et de la résistance de charge et de décharge d'environ 6 %. Pour donner une indication complète, il faut à cet endroit indiquer que la disposition conforme à l'inven- tion des bornes de raccordement peut êtrmréalisée de façon judicieuse dans tous les types d'accumulateurs, mais que les bornes de raccordement ne doivent pas être naturelle- ment impérativement placées sur la face inférieure du ré-. cipient, mais qu'elles peuvent être également disposées éventuellement par exemple sur le bord latéral inférieur du récipient. Selon un autre enseignement de l'invention, qui revêt notamment également une importance en soi, il est recommandé d'utiliser une forme de réalisation de l'accu- mulateur du type explicité précédemment,qui est caracté- risoe par le fait que les plaques polaires possèdent une section transversale de passage du courant qui augmente depuis le côté, situé à l'opposé des bornes de raccorde- ment, en direction de ces dernières Cette construction est basée sur le fait que, coaue cela a déjà été explicité précédemment, les -plaques polaires d'accumula- teurs, dont il est question, non seulement possèdent une fonction électrochimique, mais servent également de con- ducteur de courant pour le courant de charge au bien pour le courant de décnarge Indépendamment de la maniîre dont les plaques polaires sont ccnformées dans le détail, l'enseignement fourni par l'invention inclut l'idée constructive visant à accroître la section transversale de passage ou de conduction du courant des plaques polaires en direction des bornes de raccordement. De ce fait, l'invention tient compte du fait que l'inten- sité du courant augmente en direction des bornes de rac- cordement, par suite de l'intégration du courant Confor- mément à l'invention, les sections transversales de pas- sage du courant sont adaptées à l'intensité croissante du courant Ceci peut être obtenu au moyen d 7 une modifi- cation de la section transversale totale des plaques po- laires, mais il est préférable de ne modifier que la section transversale intérieure de passage du courant des plaques polaires Une considération importante, qui est en rapport avec l'enseignement apporté par l'inven- tion et expliqué précédemmentct qu'il est possible de prévoir, au lieu d'un accroissement des sections trans- versales de passage du courant des plaques polaires, en direction des bornes de raccordement, une réduction de la résistance électrique spécifique des plaques polaires. Ceci pourrait être réalisé par exemple à l'aide de compo- sitionl de mattrià-r variant continûment en direction des bornes de raccordement. Selon un autre enseignement de l'invention qui présente une importance particulière en soi, les plaques polaires d'un accumulateur du type dont il est question possèdent un noyau constitue en un matériau très bon con- ducteur, notamment en cuivre, et éventuellement également 33 en argent ou analogue Le noyau formé d'un matériau très bon conducteur peut être recouvert ou scellé avec le matériau des plaques polaires et de préférence est realisé sous la forme d'un grillage Cet enseignement de l'inven- tion est basé sur le fait que le rendement spécifique, rap- 3,5 porté au poids, non encore satisfaisant des accumulateurs connus est également d;) à la mauvaise conduot;ibilité des pou-c matériaux utilises/les plaques polaires Ainsi, par exem- ple la conductivité spécifique du cuivre est egale au dé- cuple de la conductivité spécifique du plomb Grâce à l'en- seignement apporté par l'invention, on réalise alors une combinaison des matériaux servant aux plaques polaires et utilisés nécessairement pour des raisons de nature élec- trochimique, avec des matériaux très bon conducteurs et qui sont avantageux du point de vue électrique Dans le cas d'un accumulateur au plomb de type usuel, on peut ob- t-nir de cette manière une économie de poids d'environ 1 L %, pour des caractéristiques et données électriques par ailleurs identiques. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront dela description donnée ci-après, prise en référence au dessin annexé, qui repré- sente un exemple de réalisation d'un accumulateur confor- me à l'invention. L'accumulateur représenté sur la figure est un accumulateur au plomb et est constitué par un récipient ou bac 1,par unensemble 2 de plaques positives disposé dans le récipient 1 et formé de plusieurs plaques polai- res 3 montées en parallèle, par un ensemble 4 de plaques négatives disposé dans le récipient et constitué par plu- sieurs plaques polaires 5 montées en parallèle et par deux bornes de raccordement 6,7 faisant saillie à l'exté- rieur du récipient, de l'ensemble 2 de plaques positives et de l'ensemble 4 de plaques négatives Les plaques po- laires 3,5 des deux ensembles de plaques 2,4 sont imbri- quées les unes dans les autres Le récipent 1 est par ailleurs rempli d'un électrolyte liquide 8, à savoir de l'acide sulfurique aqueux Ceci est indiqué par un ensem- ble de points. Sur la figure, on peut en outre reconnaitre des prismes support de fond 9 disposés sur le coté infé- rieur du récipient 1 et un couvercle 10 servant au remplis- sage, prévu sur le côté supérieur du récipient 1 Pour la fixation des plaques polaires 3,5 dans le récipient 1 il est en outre également prévu, dans la partie supérieure du récipient 1, des prissies de support 11. Sur la figure, on peut voir que les bornes de t 540293 raccordement 6, 7 sont disposées sur la face inférieure du récipient 1 On ne peut pas voir sur ladite figure que les plaques polaires 3,5 possèdent une section transversale de passage du courant qui augmente à partir du côté, situé à l'opposé des bornes de raccordement 6,7, en direction de ces bornes A cet effet, les plaques polaires 3,5 possèdent un noyau constitué en un matériau très bon conducteur, à savoir du cuivre Le noyau constitué par le matériau très bon conducteur est scellé avec le matériau des plaques po- laires 3,5, a savoir du plomb, dans l'exemple de réalisation représenté. Grâce aux caractéristiques de construction expli- quées précédemment, l'accumulateur représenté sur la figure possède un rendement spécifique rapporté au poids, qui est amélioré d'environ 20 % par rapport aux accumulateurs d'un type par ailleurs identique,connus jusqu'alors. REVENDICATIONS 1 Accumulateur, notamment accumulateur au plomb, constitué par un récipient ( 1), par un ensemble ( 2) de pla- ques positives disposé dans le récipient et constitué par plusieurs plaques polaires ( 3) branchées en parallèle, par un ensemble ( 4) de plaques négatives disposé dans le réci- pient et constitué par plusieurs plaques polaires ( 5) branchées en parallèle et par deux bornes de raccordement ( 6,7) faisant saillie hors du récipient, pour l'ensemble ( 2) de plaques positives et pour l'ensemble ( 4) de plaques négatives, les plaques polaires ( 3,5) des deux ensembles de plaques étant imbriquées les unes dans les autres, tandis que le récipient ( 1) est rempli par ailleurs d'un électro- lyte liquide ( 8), notamment de l'acide sulfurique aqteux, caractérisé en ce que les bornes de raccordement ( 6,7) sont disposées sur la face inférieure du récipient ( 1). 2 Accumulateur, notamment accumulateur au plomb, constitué par un récipient ( 1), par un ensemble ( 2) de-pla- ques positives disposé dans le récipient et constitué par plusieurs plaques polaires ( 3) branchées en parallèle, par un ensemble ( 4) de plaques négatives disposé dans le réci- pient et constitué par plusieurs plaques polaires ( 5) branchées en parallèle et par deux bornes de raccordement ( 6,7) faisant saillie hors du récipient, pour l'ensemble ( 2) de plaques positives et pour l'ensemble ( 4) de plaques négatives, les plaques polaires ( 3,5) des deux ensembles de plaques étant imbriquées les unes dans les autres, tandis que le récipient ( 1) est rempli par ailleurs par un élec- trolyte liquide ( 8), notamment de l'acide sulfurique aqueux, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques polaires ( 3,5) possèdent une section transversale de passage du courant qui augmente depuis le côté, qui est éloigné des oornes de raccordement ( 6,7), en direction de ces bornes de raccordement. 3 Accumulateur, notamment accumulateur au plomb, constitué par un récipient ( 1), par un ensemble ( 2) de pla- ques positives disposé dans le récipient et constitué par plusieurs plaques polaires ( 3) branchées en parallèle, par un ensemble ( 4) de plaques N 6 gatives disposé dans le r 6- cipient et constitué par plusieurs plaques polaires ( 5) branchées en parallèle et par deux bornes de raccordement ( 6,7) faisant saillie hors du récipient, pour l'ensemble ( 2) de plaques positives et pour l'ensemble ( 4) de plaques négatives, les plaques polaires ( 3,5) des deux ensembles de plaques étant imbriqu 6 es les unes dans les autres, tandis que le récipient ( 1) est rempli par ailleurs d'un électro- lyte liquide ( 8), notamment de l'acide sulfurique aqueux, notamment selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les plaques polaires ( 3,5) possè- dent un noyau constitué en un matériau très bon conducteur du point de vue électrique, notamment du cuivre. 4 Accumulateur selon la revendication 3, caracté- ris 6 en ce que le noyau constitué en un mat 6 riau très bon conducteur est recouvert ou scellé avec le mat 6 riau des pla- ques polaires ( 3,5). 5.Accumulateur selon l'une quelconque des revendi- cations 3 et 4, caractéris 6 en ce que le noyau constitu 6 en un matériau très bon conducteur est réalisé en forme de grillage.