Brevet FR2583223A1 — publié le 19861212

Source chimique d'énergie électrique du type aluminium- air à électrolyte stagnant. L'invention concerne une source chimique d'éner- 5 gie électrique du type aluminium-air à électrolyte stagnant. Depuis peu l'aluminium est utilisé pour le déve- loppement de nouvelles sources chimiques d'énergie élec- trique, dans lesquelles il sert de matériau électrochi- 10 miquement actif, tandis que sur l'autre électrode à air se produit une réaction de réduction d'oxygène, de sorte que le fonctionnement de cette source est fondé sur l'énergie de combustion de l'aluminium et de formation d'oxyde d'aluminium en milieu aqueux. Les deux électro- 15 lytes utilisés dans cette source d'énergie électrique sont une solution concentrée d'hydroxyde alcalin et une solution concentrée neutre de chlorure de sodium. Ce dernier a des avantages importants à cause de son accep- tabilité écologique et de sa manipulation sûre par un 20 utilisateur non instruit. Toutefois, dans les solutions salines apparaît un problème qui constitue une menace pour un fonctionnement durable d'une telle source de courant : il s'agit de la formation de produit réactionnel (hydroxyde d'aluminium ou oxyde d'aluminium hydraté) 25 sous forme de gel adhésif qui bloque le volume entier de la cellule et la rend inapte à l'utilisation, car rédui- sant la tension ou empêchant l'extraction du courant. On a proposé, pour résoudre ce problème, d'ef- fectuer un lent mouvement périodique de l'électrolyte 30 d'en haut et en bas, ce qui provoque une telle coagula- tion qu'un produit sableux se forme qui gêne le fonc- tionnement de la cellule jusqu'à des teneurs très hautes. Toutefois, une telle solution exige la mise en place d'une pompe à côté de la batterie, pompe qui est 35 un élément complexe et mobile et qui consomme, pendant son fonctionnement, une partie de l'énergie fournie par la batterie. L'application de ce principe n'est pas pratique pour les batteries de faible puissance et de faible capacité, dans les domaines d'application o on utilise des batteries sèches classiques. 5 Dans de tels systèmes il faut assurer le travail par électrolyte stagnant. Le but de l'invention est donc de proposer une solution d'assemblage structurel de batterie qui exclut le blocage de son fonctionnement à cause de l'accumula- 10 tion du produit réactionnel dans l'espace situé entre les électrodes, ainsi que sur les surfaces mêmes des électrodes. L'invention propose donc une structure perfec- tionnée de cellule électrochimique aluminium-air, comme 15 partie constituante de batterie, par laquelle on peut obtenir un fonctionnement durable dans les conditions d'électrolyte stagnant, ce qui est obtenu au moyen d'une interruption du fonctionnement de la batterie par ex- traction des électrodes de l'électrolyte et leur net- 20 toyage simultané de manière telle que mise à part l'interruption du circuit électrique, on réalise égale- ment le mélange de l'électrolyte. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un de ses modes de 25 réalisation préférés donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe verticale, d'une batterie aluminium-air agencée confor- 30 mément à l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des vues éclatées en coupe verticale de certains organes essentiels de la batterie de la figure 1 ; et - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe 35 horizontale selon les lignes XX et YY, respectivement, de la figure 1. 3 La structure de la cellule électrochimique a été conçue au moyen de deux assemblages de base, à savoir l'assemblage extérieur B et l'assemblage intérieur A, l'assemblage intérieur A étant introduit et retiré de 5 l'assemblage extérieur B de manière télescopique. L'assemblage intérieur A, comme on le voit dans les figures 1, 2, 4 et 5, comprend une cuve 12 monolithe à électrolyte, qui près de son sommet est munie d'une gorge creusée dans sa surface extérieure pour abriter 10 une garniture élastique annulaire 6. A l'intérieur de la cuve 12, au niveau de la garniture élastique annulaire 6, dans des ouvertures opposées 12a et au moyen d'une saillie 10a, est horizontalement disposé un châssis-por- teur coulissant 10 à travers lequel passe un dispositif 15 d'essuyage élastique 7 en forme de ruban muni de sail- lies chanfreinées qui se déplace depuis l'électrode à air I vers la surface active 3a de l'anode 3, accompa- gnant la décomposition de l'anode 3. L'assemblage extérieur B, comme on le voit dans 20 les figures 1, 3, 4 et 5, comprend : en premier lieu une enveloppe monolithe 11 en forme de boite, sur la partie supérieure à recouvrement de laquelle est réalisée une ouverture 11a d'amenée d'air à l'électrode à air ; en- suite une ouverture 11b d'échappement du gaz libéré par 25 la réaction chimique ; et une ouverture 11c pour le passage d'une vis 4. L'enveloppe extérieure B comprend ensuite une électrode d'air collée au châssis porteur 2 en matière plastique isolante qui à sa partie supérieure possède une ouverture 2a pour l'amenée d'air à l'élec- 30 trode à air 1 et à travers laquelle on fait sortir un contact 9 en tôle et en forme de ruban de la partie su- périeure de l'électrode à air 1, et qui est compatible avec l'ouverture 11a prévue dans l'enveloppe extérieure 11 en forme de boite. A la partie supérieure du châssis 35 porteur 2 en forme de boîte est réalisée une saillie 2k en forme de console dans laquelle est pratiquée une 4 ouverture 2b pour l'échappement du gaz libéré par la réaction chimique et qui est compatible avec l'ouverture 11b de l'enveloppe extérieure 11 en forme de boite. A l'extrémité libre de la saillie 2k en forme de 5 console est réalisée une gorge circulaire 2c dans la- quelle est disposée une garniture élastique annulaire 5. Au centre de la gorge 2 est réalisée une ouverture 2d pour le passage de la vis 4 qui est vissée dans l'ouverture filetée 3d de l'anode 3, l'ouverture 8a dans 10 le contact en tôle et en forme de ruban 8, l'ouverture 11c dans l'enveloppe extérieure 11 en forme de boite, et l'ouverture filetée 3d de l'anode 3 étant compatibles. La cellule électrochimique est activée en ver- sant dans la cuve monolithe 12 de l'assemblage A une 15 quantité déterminée d'électrolyte, suffisante pour rem- plir la cuve 12 jusqu'au niveau du sommet de l'électrode à air quand l'assemblage A est inséré dans l'assemblage B. Dans une telle position, la cellule électrochimique produit une tension et on peut en extraire du courant 20 électrique si aux contacts 8 et 9 on raccorde une char- ge. Si on veut que le fonctionnement de la cellule cesse et qu'elle ne travaille pas un temps assez long, l'enve- loppe extérieure 11 en forme de boite de l'assemblage B est retirée dans une position telle que l'anode 3 et 25 l'électrode à air 1 se trouvent au-dessus du niveau de l'électrolyte. Quand l'assemblage intérieur A est retiré de l'assemblage extérieur B, le dispositif d'essuyage 7 en forme de ruban et à saillies chanfreinées est pressé contre les faces correspondantes des deux électrodes et 30 les nettoie en enlevant des électrodes le produit réac- tionnel ; simultanément il mélange l'électrolyte. Si ceci est fait de temps en temps, ce sera suffisant pour assurer le fonctionnement de la cellule pendant une période beaucoup plus longue qu'elle ne pourrait fonction- 35 ner si les électrodes étaient constamment plongées dans l'électrolyte et si celui-ci n'était pas mélangé. 5 La source chimique de courant peut être consti- tuée d'une ou de plusieurs cellules de cette sorte cou- plées en batterie en fonction du voltage désiré. A titre d'exemple, la source chimique d'énergie 5 électrique de type aluminium-air peut être construite de la manière décrite ci-dessus. Les deux parties de la cellule sont faites en une matière plastique telle que celle commercialisée sous la dénomination Plexiglas. L'électrode à air de dimensions 10-cm x 5 cm est collée 10 dans le châssis en forme de boître ouverte du côté supé- rieur, de sorte que dans la boite il subsiste un espace d'air de 0,5 cm d'épaisseur. L'anode est faite d'alliage d'aluminium avec 0,2 % d'étain et 0,2 % de gallium, en forme de plaque de dimensions 10 cm x 5 cm. L'anode est 15 fixée par une vis qui est vissée dans le châssis de l'électrode d'air à une distance de 1 cm de l'anode à air. La partie active de la cellule est ainsi obtenue. La cuve pour électrolyte est en forme de boîte de dimensions 9 cm x 5 cm x 15 cm, ouverte du côté supérieur, de 20 sorte que la partie active y entre étroitement. Dans la boite est fixé le dispositif d'essuyage en forme de barre en une matière plastique telle que du Plexiglas et muni d'un cylindre en caoutchouc collé des deux côtés, et qui pénètre entre l'anode et la cathode quand la par- 25 tie active est introduite dans la cuve. La cellule est remplie de 240 cm3 de solution aqueuse de chlorure de sodium en concentration de 4 mo- les par dm3 et de sulfate de sodium en concentration de 3 0,8 mole par dm3. 30 Quand la partie active est plongée dans l'élec- trolyte la cellule a présenté aux bornes une tension de 1,64 V. A la cellule a été raccordée une résistance de 10 ohms et ainsi il a été obtenu de la cellule un cou- rant de 0,12 A sous une tension de 1,2 V. Après 8 heures 35 de fonctionnement la partie active a été retirée jus- qu'au sommet de la cuve de manière qu'elle sorte ainsi 6 de l'électrolyte, et le dispositif d'essuyage a enlevé la sédimentation présente sur les deux électrodes. Après 16 heures de pause, la partie active a de nouveau été descendue dans la cuve, et un courant a de nouveau été 5 obtenu. Cette procédure a été répétée pendant 5 jours et aucun changement n'a été noté dans le fonctionnement de la batterie. La batterie a ensuite été mise en fonction- nement à un autre régime, de sorte qu'on en prélevait du courant constamment et toutes les 8 heures la partie 10 active était retirée et immédiatement redescendue de nouveau dans la cuve. Ceci a également été répété au cours des 5 jours suivants et aucun changement dans le fonctionnement de la batterie n'a été noté. REVENDICATIONS .CLMF: 1. Source chimique d'énergie électrique du type aluminium-air à électrolyte stagnant, caractérisée en ce que dans une enveloppe extérieure (11) en forme de boi- 5 te, qui est fermée de manière étanche par une garniture (6), est disposée une cuve monolithe (12) dans laquelle est disposé un châssis (2) en forme de boite auquel est par collage fixée une électrode à air (1), en ce qu'une vis (4) traverse une ouverture (8a) prévue dans un 10 contact (8) en tôle et en forme de ruban, une ouverture (11c) prévue dans une enveloppe extérieure (11) en forme de boite et une ouverture (2d) prévue dans une saillie (2k) en forme de console située dans un châssis (2) en forme de boite, et est fixé à l'anode (3) par vissage 15 dans une ouverture filetée (3d) de cette dernière. 2. Source chimique selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'un dispositif d'essuyage élastique (7) coulissant est pressé entre l'anode (3) et l'élec- trode à air (1), en ce que le dispositif d'essuyage (7) 20 possède des saillies chanfreinées et en ce qu'il traver- se un châssis porteur (10) dont les saillies (10a) peuvent se déplacer de manière coulissante dans des ouvertures (12a) dans la cuve (12).