Brevet FR2634323A1 — publié le 19900119

La présente invention se rapporte à l'électronique, et plus particulièrement à des dispositifs de transformation directe de l'énergie chimique en énergie électrique. La présente invention peut être très avantageusement utilisée dans des accumulateurs électriques, principalement des accumulateurs étanches au plomb et au nickel-cadmium. A l'heure actuelle, le développement des accumulateurs électriques du type ci-dessus s'oriente vers le perfectionnement de la structure des électrodes bipolaires constituant ces accumulateurs afin de prolonger leur durée de vie. On connaît une électrode bipolaire pour accumulateur électrique qui comprend une base ayant la forme d'une tôle perforée en un polymère, et des matériaux actifs positif et négatif placés respectivement des deux côtés de la base. Dans les trous de la base sont hermétiquement fixés des conducteurs en plomb ou en alliages de plomb dont les extrémités sont en contact avec un matériau actif correspondant (USA 4542082). L'inconvénient de l'électrode bipolaire ci-dessus décrite réside dans le fait que la surface de contact de chaque conducteur avec les matériaux actifs n'est pas grande, ce qui exige un nombre considérable de conducteurs. L'augmentation du nombre de conducteurs augmente les pertes de courant dans le cas d'un défaut d'herméticité de l'installation dans les trous de la base, diminuant ainsi la durée de vie de l'électrode. En outre, les électrodes ci-dessus n'excluent pas le risque d'une coulée des matériaux actifs hors de la surface de la base, la fixation sur cette base n'étant pas assurée ce qui occasionne également la diminution de la durée de vie de l'électrode. On connaît une électrode bipolaire pour accumulateur électrique qui comprend une base en un matériau non conducteur de l'électricité qui est pourvue de trous, des matériaux actifs positif et négatif placés respectivement des deux côtés opposés de la base et un conducteur. Le conducteur a la forme d'une plaque munie de broches qui sont hermétiquement fixées dans les trous de la base (JPB 59-64436). C'est ainsi que la surface de la plaque du conducteur est en contact avec le matériau actif disposé de l'un des côtés de la base tandis que les extrémités des broches fixées dans les trous de la base sont en contact avec le matériau actif de l'autre côté de la base. L'inconvénient de l'électrode bipolaire ci-dessus décrite réside dans la petite surface de contact des extrémités des broches du conducteur avec l'un des matériaux actifs, ce qui exige un plus grand nombre de broches. Cela rend plus probable le risque d'une perte de courant s'il y a un défaut d'herméticité dans la fixation des broches dans les trous de la base, provoquant une décharge spontanée de l'électrode bipolaire et diminuant donc sa durée de vie. La présente invention a pour but de créer une électrode bipolaire pour un accumulateur électrique, dans laquelle les dimensions des trous de la-base seraient choisies telles que l'on puisse ralentir la corrosion dans le système "conducteur-base", diminuer les pertes de courant en cas d'un défaut d'herméticité dans la fixation du conducteur dans le trou de la base et prolonger la durée de vie de l'électrode. Le but posé est atteint par le fait que, dans une électrode bipolaire pour accumulateur électrique qui comprend une base en un matériau non conducteur de l'électricité pourvue d'un trou, des matériaux actifs positif et négatif disposés respectivement des deux côtés opposés de la base, un conducteur hermétiquement fixé dans le trou de la base et dont les faces opposées sont en contact avec le matériau actif correspondant, selon l'invention, le rapport du diamètre du trou de la base à la longueur du périmètre de la base est compris entre 0,01 et 0,1, tandis que le rapport du diamètre du trou de la base à l'épaisseur de cette base dans la zone du trou est compris entre 1 et 10. Au cours d'expériences, les inventeurs ont établi que si l'on respecte la condition suivant laquelle le rapport du diamètre du trou de la base à la longueur du périmètre de celle-ci est compris entre 0,01 et 0,1 tandis que le rapport du diamètre du trou de la base à l'épaisseur de celle-ci dans la zone du trou, c'est-à-dire dans la partie de la base qui est adjacente au trou est compris entre 1 et 10, on peut ralentir la corrosion dans le système "conducteur-base" et, dans le cas d'un défaut d'herméticité de la fixation du conducteur dans le trou de la base, on peut assurer un minimum de pertes de courant dans le système "conducteur-base" ce qui permet de rendre l'électrode bipolaire plus durable en utilisation. Si le rapport du diamètre du trou de la base à la longueur du périmètre de la base est plus petit que 0,01, on voit apparaître, dans le conducteur parcouru par un courant, de grandes pertes de tension provoquant une grande charge de courant sur le conducteur et intensifiant donc la corrosion de ce dernier. Cela fait apparaître des défauts d'herméticité de la fixation du conducteur dans le trou de la base et provoque ainsi des pertes de courant dans le système "conducteur-base", réduisant la durée de vie de l'électrode. Si le rapport du diamètre du trou de la base à la longueur du périmètre de celle-ci dépasse 0,1, les caractéristiques spécifiques de l'accumulateur électrique utilisant cette électrode, et notamment son énergie par unité de poids, diminuent, ce qui amène une réduction de la capacité nominale de l'accumulateur. Si le rapport du diamètre du trou de la base à l'épaisseur de celle-ci dans la zone du trou est inférieur à 1, on observe la réduction précitée des caractéristiques spécifiques de l'accumulateur électrique, entraînant la réduction de la capacité nominale de cet accumulateur. Dans le cas où le rapport du diamètre du trou de la base à l'épaisseur de celle-ci est supérieur à 10, dans le conducteur parcouru par un courant apparaissent, comme on l'a déjà expliqué, de grandes pertes de tension intensifiant la corrosion du conducteur, ce qui conduit à des défauts d'herméticité de la fixation dans le trou de la base en réduisant donc la durée de vie de l'électrode et de ~'accumulateur dans son ensemble. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la descrwption explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 montre une vue en coupe d'une électrode bipolaire pour accumulateur électrique selon l'invention, convenant à une petite batterie cylindrique - la figure 2 montre une vue en plan de la figure 1, sans le matériau actif - la figure 3 montre la base de l'électrode bipolaire d'accumulateur électrique, en vue en coupe - la figure 4 montre l'électrode bipolaire d'accumulateur électrique pour une batterie d'accumulateurs prismatique à section rectangulaire, en vue en coupe - la figure 5 représente une vue en plan de la figure 3, sans le matériau actif - la figure 6 montre une électrode bipolaire d'accumulateur électrique pour une batterie d'accumulateur prismatique à section triangulaire, en vue en coupe ; et - la figure 7 représente une vue en plan de la figure 5 sans le matériau actif. L'électrode bipolaire pour accumulateur électrique selon l'invention comprend une base 1, comme on peut le voir aux figures 1, 4 et 6, en un matériau non conducteur de l'électricité, par exemple en polystyrène, dans laquelle est exécuté un trou 2. Des deux côtés de la base 1 sont disposés des matériaux actifs positif 3 et négatif 4. Dans le trou 2 de la base 1 est hermétiquement fixé un conducteur 5 en contact, par ses extrémités opposées 6 et 7, respectivement, avec les matériaux actifs positif 3 et négatif 4. Le trou 2 de la base 1 de l'électrode bipolaire est réalisé de manière que le rapport de son diamètre a la longueur du périmètre de la base 1 soit compris entre 0,01 et 0,1 tandis que le rapport de son diamètre à l'épaisseur de la base 1 dans la zone de ce trou 2 est compris entre 1 et 10. Une telle forme d'exécution du trou de la base permet de ralentir la corrosion dans le système "conducteur-base" et, dans le cas d'un défaut d'herméticité de la fixation du conducteur. dans le trou de la base, de minimiser les pertes de courant dans le système "conducteur-base", assurant ainsi une plus longue durée de vie de l'électrode bipolaire. Trois exemples d'exécution de l'électrode bipolaire d'accumulateur électrique selon l'invention serait donnés ci-après. Exemple 1. L'électrode bipolaire a un diamètre du trou de sa base égal à 4 mm, une longueur du périmètre de sa base de 400 mm et une épaisseur de sa base dans la zone du trou de 1,5 mm. Il faut noter que le rapport du diamètre du trou à la longueur du périmètre de la base est de 0,1 tandis que le rapport du diamètre du trou à l'épaisseur de la base dans la zone du trou est égal à 3. L'électrode bipolaire peut convenir à une batterie étanche au plomb de petites dimensions. Une telle batterie est constituée de trois électrodes bipolaires et de deux électrodes monopolaires (qui sont terminales), sa tension est de 8 V et sa capacité nominale est de 0,15 Ah. Cette batterie convient comme source d'alimentation pour des appareils radio de petites dimensions, comme une batterie de piles sèches du type "air-zinc". Exemple 2. L'électrode bipolaire a un diamètre du trou de sa base de 6,0 mm, une longueur du périmètre de sa base de 120 mm et une épaisseur de sa base dans la zone du trou de 0,6 mm. Le rapport du diamètre du trou à la longueur du périmètre de la base est de 0,02 tandis que le rapport du diamètre de trou a l'épaisseur de la base dans la zone du trou est de 10. Cette électrode peut être utilisée pour des batteries étanches au plomb de petites dimensions sous une tension de 8, 10 et 12 V. La capacité nominale des batteries est d'environ 0,8 Ah. De telles batteries trouvent leur application comme sources d'alimentation dans un appareillage électronique, pour des jouets électriques, des appareils d'éclairage et servent également à assurer la protection des mémoires des ordinateurs. Exemple 3. Le diamètre du trou de la base de l'électrode bipolaire est de 4,0 mm, la longueur du périmètre de cette base est de 400 mm, tandis que l'épaisseur de la base dans la zone du trou est égale à 4,0 mm. Le rapport du diamètre du trou à la longueur du périmètre de la base est égal à 0,01 et le rapport du diamètre du trou à l'épaisseur de la base dans la zone du trou est égal à 1. L'électrode bipolaire est destinée à des batteries étanches au plomb. La capacité nominale de ces batteries est d'environ 7 Ah. En plus des applications proposées à l'exemple 2, ces dernières batteries conviennent également en tant que source de courant pour un démarreur. Dans le tableau ci-après sont donnés les paramètres de l'électrode bipolaire connue et ceux d'une électrode bipolaire selon l'invention correspondant aux trois paramètres précités ainsi qu'un exemple d'électrode bipolaire dont les paramètres du trou de la base cités dans la description de l'invention dépassent les limites indiquées. Désignation des Unités Electro- Electrode bipolaire indices de de bipo- selon l'invention mesure laire ~ connue 1 2 3 4 Nombre de trous de la base 25 1 1 1 1 Diamètre du trou mm 2,00 4,0 6,0 4,0 4,0 de la base Longueur du périmètre de la base mm 200 40 12G 400 36 Epaisseur de la base mm 2,0 1,5 0,6 4,0 0,36 Rapport diamètre du trou de la base/longueur du périmètre de la base - - 0,1 0,02 O,G1 0,11 Rapport diamètre du trou de la base/épaisseur de la base dans la zone du trou - - 3 10 1 il Durée de vie de l'électrode cycle 52 170 120 210 30 Les données de ce tableau prouvent que le trou prévu selon l'invention, dans la base de l'électrode bipolaire, augmente considérablement la durée de vie de cette dernière par rapport à une électrode connue.Si les paramètres du trou indiqués dans la description de l'invention dépassent les limites établies, comme à l'exemple 4, la durée de vie de l'électrode se réduit de nouveau. L'assemblage de l'accumulateur à électrode bipolaire selon l'invention se fait à la manière suivante. Tout d'abord, on colle ou bien on soude les électrodes bipolaires avec des séparateurs placés entre elles et les deux électrodes monopolaires terminales suivant le périmètre de la base en un polymère. Ensuite, on imprégne les électrodes et le séparateur d'un électrolyte. Le fonctionnement de l'accumulateur est comme suit. Lors de la charge de l'accumulateur, le matériau actif positif passe au bioxyde de plomb tandis que le matériau actif négatif passe au plomb métallique spongieux. Lorsque l'accumulateur se décharge, le bioxyde de plomb du matériau actif positif et le plomb spongieux du matériau actif négatif passent au sulfate plombique. REVENDICATION Electrode bipolaire d'accumulateur électrique, du type comprenant une base en un matériau non conducteur, pourvue d'un trou, des matériaux actifs positif et négatif disposés respectivement des deux côtés opposés de la base, un conducteur fixé hermétiquement dans le trou de la base et dont les extrémités opposées sont en contact avec le matériau actif correspondant, caractérisée en ce que le rapport du diamètre du trou (2) de la base (l) à la longueur du périmètre de la base (i) est compris entre 0,01 et 0,1 tandis que le rapport du diamètre du trou (2) de la base (l) à l'épaisseur de cette base dans la zone du trou est compris entre l et 10.