Brevet FR2605459A1 — publié le 19880422

Composition d'électrolyte pour batterie. La présente invention concerne une composition d'électrolyte pour batterie. D'une manière générale, on connait trois types de batteries,des batteries primaires, des batteries secondaires et des piles à combustible. Parmi celles-ci, les batteries secondaires sont c lassées en accumulateurs au plomb avec PbO2 comme anode, Pb-Sb ou Pb-Ca comme cathode et H2S04 comme électrolyte, et des accumulateurs alcalins avec Ni203 ou Ago ou MnO2 comme anode, et Cd ou Zn comme cathode et KOH ou KOH (ZnO) comme électrolyte. Incidemment, il existe certaines difficultés générales oui doivent être résolues. Les principaux problèmes sont les suivants : la batterie elle-même est lourde et sa force electromotrice et sa capacité sont très faibles par comparaison avec son volume. L' électrolyte introduit est nuisible et il donne Lieu à des polLutions de l'environnement en raison de la présence de métaux lourds, d'acides forts ou de bases fortes. Le temps nécessaire pour charger la batterie est très long (15 à 24 heures) et son cycle de vie est très court (300 à 400 fois). En outre, dans le cas de batteries pour automobiles électriques et pour instruments électroniques portables, une densité d'énergie plus élevée est nécessaire. Cependant, la densité d'énergie des piles, des accumulateurs au plomb et des accumulateurs Ni-Cd est d'environ 160 - 200 wh/kg, ce qui est effectué seulement pour 35-50 wh/kg à présent. Un des buts de la présente invention est de fournir une nouvelle composition d'électrolyte pour batterie produisant une force électromotrice plus élevée lorsqu'elle est utilisée dans tous les types de batteries. Un autre but de la présente invention est de fournir une composition d'électrolyte pour batterie qui ne donne lieu à aucune pollution de l'environnement après usage. Un autre but de la présente invention est de fournir une composition d'électrolyte pour batterie qui supprime divers inconvénients du système d'électrolyte habituel. D'autres buts et un autre domaine d'application de la présente invention ressortiront de la descri ption détaillée ci-après. Il est à noter cependant que la description détaillée et les exemples particuliers, bien qu'indiquant des modes de réalisation préférés de l'invention, sont donnés uniquement à titre d'illustration, car diverses modifications entrant dans l'esprit et le domaine de l'invention apparaitront aux spécialistes à la lecture de cette description détaillée. La présente invention concerne une composition d'électrolyte pour batterie, qui comprend 30 à 50 % en poids d'eau distillée, 0,01 à 0,50 % en poids d'oxyacides d'éléments du groupe VA, 1 à 10 % en poids de sels d'acides forts et de bases fortes, 0,05 à 1,00 % en poids de composés d'éléments du groupe IIIA ou IIIAd'éléments du groupe VIB, et 45 à 65 % en poids d'amidon. La présente invention concerne une composition d'électrolyte pour batterie et un procédé pour sa fabrication , qui comprend les stades consistant à mélanger 30 à 50 % en poids d'eau distillée, 0,01 à 0,50 % en poids d'oxyacides d'éléments du groupe VA et 1 à 10 % en poids de sels d'acides forts et de bases fortes ; à chauffer le mélange réactionnel à sa température d'ébullition ; à ajouter au mélange 0,05 à 1,00 % en poids de composés d'éléments du groupe IIIA ou d'éLéments du groupe VIB ; à réchauffer le mélange pendant 3 à 5 minutes ; à refroidir le mélange à la température ambiante ; et à ajouter au mélange 45 à 65 % en poids d'amidon pour obtenir une solution à l'état de gel. Les oxyacides d'éléments du groupe VA qui peuvent être utilisés dans la pratique de la présente invention sont choisis dans le groupe constitué de l'acide arsénieux de l'acide nitrique et de l'acide phosphorique. Comme sels d'acides forts et de bases fortes, on peut utiliser NaCl, KCl, NaCN et KCN. On peut également utiliser comme conposés d'élé- ments du groupe IlIA ou d'éléments du groupe VIB du borax et de l'alumine ou du bichromate de potassium, du para-molybdate d'ammonium et du métatungstate de potassium. L'amidon approprié pour la composition d'électrolyte de la présente invention comprend toutes les sortes d'amidon de pommes de terre et de patates douces, y compris l'amidon d'arrowroot. On peut utiliser en outre si nécessaire des polymères solubles dans l'eau tels que le PVA, les polyacrylamides, les acides polyacryliques etiou les acides polyméthacryliques. La composition d'électrolyte conforme à La présente invention améliore la tension initiale, La force électromotrice et la capacité d'une batterie. Bien qu'elle dépende du rapport de mélange et de L'ordre du procédé de production, dans la batterie remplie de la composition de la présente invention, la tension initiale est dans l'intervalle de 0,48 à 0,#4 V, et la force électromotrice et la capacité après charge avec 2 V pendant 2 heures sont de 2,1 à 3,45 V et 800 a 3 000 mAh respectivement. La batterie utilisée dans la présente invention a une tige de carbone comme anode et une enveloppe de zinc comme cathode. La présente invention sera décrite à présent de manière plus détaillée en liaison avec les exemples suivants qui doivent être considérés comme donnés à titre d'illustration et comme ne limitant pas la présen te invention. Exemple 1 Dans un ballon équipé d'un condenseur à reflux, on ajoute 50 ml d'eau distillée et 8 g de NaCl, et on chauffe le mélange réactionnel pendant 5 minutes. Puis on mélange avec ce mélange 70 g d'amidon, en agitant, pour obtenir une solution d'électrolyte à l'état de gel. La solution d'électrolyte ainsi obtenue est introduite dans une batterie avec une tige de carbone comme anode et une enveloppe de zinc comme cathode. Les essais effectués sur la batterie montrent que sa tension initiale est d'environ 0,6 V, et sa force électromotrice et sa capacité après charge pendant 2 heures avec 3 V sont respectivement de 2,5 V et de 20 mAh. Exemple 2 Dans un ballon équipé d'un condenseur à reflux, on ajoute 50 ml d'eau distillée, 1 g de borax et 6 g de NaCl, on chauffe le mélange réactionnel pendant 5 minutes et on le refroidit à la température ambiante. Puis on mélange à ce mélange 60 g d'amidon en agitant, pour obtenir une solution d'électrolyte à l'état de gel. On introduit la solution d'électrolyte ainsi obtenue dans une batterie avec une tige de carbone comme anode et une enveloppe de zinc comme cathode. Les essais effectués sur la batterie montrent que sa tension initiale est d'environ 0,64 V et sa force étectromotrice et sa capacité après charge pendant 2 heures avec 3 V sont respectivement de 2,5 V et de 20 mAh. Exemole 3 Dans un ballon, on introduit 50 ml d'eau distillée, 0,3 g d'acide arsénieux, 500 mg de borax et 6 g de NaCl, et on chauffe le mélange réactionnel pendant 5 minutes. Après avoir refroidi le mélange à la température ambiante, on ajoute en agitant 70 9 d'amidon pour obtenir une solution d'électrolyte à l'état de gel. On introduit la solution d'électrolyte ainsi obtenue dans une batterie ayant une tige de carbone comme anode et une enveloppe de zinc comme cathode. Les essais effectués sur la batterie montrent que sa tension initiale est de 0,5 V, sa force électromotrice et sa capacité après charge pendant 2 heures avec 3 V sont respectivement de 2,36 V et de 800 mAh. Exemole 4 Dans un ballon, on introduit 50 ml d'eau distillée, 300 mg d'acide arsenieux et 4 g de NaCl, et on chauffe le mélange réactionnel à sa température d'ébullition. Lorsqu'il bout, on ajoute 500 mg de borax, on Le réchauffe pendant 4 minutes, on le refroidit à la température ambiante et on ajoute 70 g d'amidon, en agitant, pour obtenir une solution d'électrolyte à L'état de gel. On introduit la solution d'électrolyte ainsi obtenue dans une batterie avec une tige de carbone comme anode et une enveloppe de zinc comme cathode. Les essais effectués sur la batterie montrent que la tension initiale est de 0,48 V, et que sa force électromotrice et sa capacité après charge pendant 2 heures sous 3 V sont respectivement de 2,34 V et de 1 800 mAh. Exemple 5 Dans un ballon, on introduit 40 ml d'eau distillée, 200 mg de borax et 2 g de NaCl, on chauffe le mélange réactionnel à sa température d'ébullition. Lorsqu'il bout, on ajoute 100 mg d'acide arsénieux et on le réchauffe pendant 4 minutes. Puis on refroidit le mélange à la température ambiante et on ajoute 60 g d'amidon en agitant pour obtenir une solution d'électrolyte à l'état de gel. La solution d'électrolyte ainsi obtenue est introduite dans une batterie ayant une tige de carbone comme anode et une enveloppe de zinc comme cathode. Les essais effectués sur la batterie montrent que sa tension initiale est de 0,54 V et que sa force électromotrice et sa capacité après charge pendant 2 heures sous 3 V sont respectivement de 2,24 V et 3 000 mAh. Exemple 6 Dans un ballon, on introduit 40 ml d'eau distillée et 2 g de NaCl et on chauffe le mélange réactionnel. Lorsqu'il bout, on ajoute 200 mg de borax et on réchauffe le mélange pendant 4 minutes. Puis on refroidit le mélange à la température ambiante et on ajoute 60 g d'amidon en agitant pour obtenir une solution d'électrolyte à l'état de gel. On introduit la solution d'électrolyte ainsi obtenue dans une batterie ayant une tige carbone comme anode et une enveloppe de zinc comme cathode. Les essais cffectués sur la batterie montrent que sa tension initiale est de 0,51 V, et que sa force électromotrice et sa capacité après charge pendant 2 heures sous 3 V sont respectivement de 2,39 V et de 3 400 mAh. La composition d'électrolyte conforme à la présente invention présente plusieurs avantages, qui sont les suivants : la capacité de décharge par unité de poids ou unité de volume est d'environ 3 000 mAh. Elle produit 2,1 à 3,45 V de force électromotrice, plus que l'accumulateur au plomb ordinaire ayant une force électromotrice de 2 V au maximum. Après charge et stockage pendant 12 mois à la température ambiante, 98 X de son volume peuvent être réutilisés. Et la décharge spontanée est très faible, de sorte que ses caractéristiques de conservation sont très bonnes. En outre, les batteries remplies de l'électrolyte de la présente invention ont une faible surtension de la réaction d'électrode et une faible résistance interne. En conséquence, la décharge des batteries est très stable. En outre, le cycle de vie est très long (3 500 à 4 000 fois) par comparaison avec des batteries ordinaires (300 à 400 fois). Plus particulièrement, le procédé de production de l'électrolyte de l'invention est très simple. Par conséquent, les batteries utilisant l'électrolyte de l'invention, dont le coût est faible, peuvent être réalisées économiquement. REVENDICATIONS 1. Composition d'électrolyte pour batterie qui comprend 30 à 50 % en poids d'eau distillée, 0,01 à 0,50 % en poids d'oxyacides d'éléments du groupe VA, 1 à 10 % en poids de sels d'acides forts et de bases fortes, 0,05 à 1,00 % en poids de composés d'éléments du groupe IIIA ou d'éléments du groupe VIB,et 45 à 65 % en poids d'amidon. 2. Composition selon la revendication 1, dans laquelle les oxyacides d'éléments du groupe VA sont choisis dans le groupe constitué de l'acide arsé- nieux, de Acide nitrique et de l'acide phosphorique. 3. Comp#osition selon La revendication 1, dans laquelle les sels d'acides forts et de bases fortes sont choisis dans le groupe constitué de NaCl, KCI, NaCN et KCN. 4. Composition selon La revendication 1, dans laquelle les composés des éléments du groupe IIIA ou des éléments du groupe VIB sont choisis dans le groupe constitué du borax et de l'alumine, ou du bichromate de potassium, du para-molybdate d'ammonium et du métatungstate de potassium. 5. Procédé de préparation d'une composition d'électrolyte pour batterie qui comprend les stades consistant à oclanger 30 à 50 % en poids d'eau distillée, 0,01 à 0,50 % en poids d'oxyacides d'éléments du groupe VA, et 1 à 10 % en poids de sels d'acides forts et de bases fortes ; à chauffer le mélange réactionnel à sa température d'ébullition ; à ajouter au mélange 0,05 à 1,00 % en poids de composés d'éléments du groupe IIIA ou d'éléments du groupe VIB ; à réchauffer le mélange pendant 3 à 5 minutes ; à refroidir le mélange à la température ambiante ; et à ajouter au mélange 45 à 65 % en poids d'amidon pour obtenir une solution à l'état de gel. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les oxyacides d'éléments du groupe VA sont choisis dans le groupe constitué de l'acide arsinieux, de l'acide nitrique et de l'acide phosphorique. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les sels d'acides forts et de bases fortes sont choisis dans le groupe constitué de NaCl, KCl, NaCN et KCN. 8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel des composés d'éléments du groupe IIIA ou d'éléments du groupe VIB sont choisis dans le groupe constitué du borax et de l'alumine, ou du bichromate de potassium, du para-molybdate d'ammonium et du méta-tungstate de potassium.