Brevet FR2699005A1 — publié le 19940610

(i RÉPUBLIQUE FRAN AISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE O NO de publication: (à n'utiliser que pour les commandes de reproduction) () N d'enregistrement national: PARIS ) Int Cls: H 01 M 10/34, 2/14 DEMANDE DE BREVET D'INVENTION @ O Date de dépôt: 03 12 93. ) Priorité: 05 12 92 DE 4241037. @ Date de la mise à disposition du public de la demande: 10 06 94 Bulletin 94/23. Liste des documents cités dans le rapport de recherche préliminaire: Ce dernier n'a pas été établi à la date de publication de la demande. e Références à d'autres documents nationaux apparentés: Demandeur(s): DEUTSCHE AUTOMOBILGESELLSCHAFT MBH DE. ) Inventeur(s): Klink Rainer et German Johann. È Titulaire(s): ( Mandataire: Cabinet Regimbeau Martin Schrimpf Warcoin Ahner. G Accumulateur électrochimique comprenant un électrodes. bac métallique qui contient un empilement de plaques- @) Un accumulateur électrochimique possède un bac mé- tique, notamment étanche au gaz, qui contient une pile d'électrodes constituée de plusieurs plaques-électrodes empilées. Entre le bac ( 8) et la pile d'électrodes ( 5), est disposée une isolation de pile ( 1), semblable à un godet, qui entoure la pile ( 5) sur les côtés venant s'appliquer directement contre le côté intérieur du bac ( 8) Pour garantir l'écoule- ment convenable de la quantité de gaz dégagée pendant le fonctionnement, des renflements sont formés sur les côtés de l'isolation ( 1) vers lesquels sont dirigées les tranches ( 6) des plaques-électrodes ( 7) Ces renflements croisent les tranches ( 6) et sont mutuellement espacés pour définir des canaux de gaz. Applicable à l'accumulation d'énergie électrique. 2 699 005 93 14532 A 1 I tn CD on o CM CN ûo ( 44 i L'invention concerne un accumulateur électro- chimique comprenant un bac d'accumulateur métallique, en particulier étanche au gaz, dans lequel est reçue une pile d'électrodes constituée de plusieurs plaques- électrodes empilées, comprenant en outre une isolation de pile en matériau électriquement isolant, disposée entre le bac et la pile d'électrodes et qui entoure cette dernière sur les côtés venant s'appliquer direc- tement contre le côté intérieur du bac, ainsi que des canaux de gaz situés entre l'isolation de pile et la pile d'électrodes, sur les côtés périphériques de cette pile vers lesquels sont dirigées les tranches des plaques-électrodes, ci-après appelés brièvement côtés de sortie de gaz Un tel accumulateur a été fourni par la demanderesse et est supposé connu ici. L'accumulateur électrochimique du type géné- rique indiqué et sur lequel est basée l'invention, comprend un bac métallique étanche au gaz, dans lequel est reçue une pile d'électrodes constituée de plusieurs G O plaques-électrodes empilées, avec interposition d'élé- ments de recombinaison entre des plaques- électrodes individuelles de même polarité, par exemple entre les plaques-électrodes négatives, et avec interposition de séparateurs entre les plaques-électrodes de différentes25 polarités Les plaques- électrodes sont reliées par leurs talons de sortie de courant à un pont polaire, lui-même connecté à une borne menant à l'extérieur Entre le bac de l'accumulateur et la pile d'électrodes, est placée une isolation de pile faite d'un matériau électriquement isolant et qui entoure la pile d'électrodes complètement sur les côtés et le fond afin d'éviter un court-circuit de plaques-électrodes de différentes polarités à travers le bac métallique de l'accumulateur Un filet de guidage des gaz est placé en plus entre l'isolation de pile et35 la pile d'électrodes afin que, lors d'un important dégagement de gaz, ces gaz puissent pratiquement s écouler sans entraves à l'1 intérieur de l'accumulateur électrochimique Ce f ilet de guidage des gaz est une bande d'un filet de matière plastique, qui est disposée à partir d'une paroi latérale de la pile d'électrodes orientée transversalement aux faces des plaques- électrodes pous passer par le fond de la pile jusque sur la paroi latérale opposée de celle-ci, de sorte que le filet de guidage des gaz est placé sur les bords laté- raux des plaques-électrodes sur lesquels sort le gaz. Dans la zone du fond de la pile d'électrodes, le filet de guidage des gaz est suivi, en direction du f ond du bac, d'un séparateur puis d'un corps de catalyseur agencé dans un cadre, lui-même suivi du fond de l'iso- lation de pile. Lors de la fabrication de l'accumulateur électrochimique, le filet de guidage des gaz est fixé sur les côtés concernés de l'isolation de pile, par exemple par un soudage ponctuel, le fond de l'isolation de pile étant préalablement garni du cadre de cata- lyseur, de la plaque de catalyseur et du séparateur. Ensuite, l'isolation de pile, ainsi garnie, est disposée autour de la pile d'électrodes, munie du couvercle et des bornes, introduite ensemble avec la pile dans le bac d'accumulateur, ouvert du côté du couvercle, puis le bac25 est f ermé de f açon étanche au gaz Ce type de f abrica- tion requiert de nombreuses pièces et implique beaucoup d' opérations dans le processus de production, ce qui explique notamment que les coûts de fabrication d'un accumulateur électrochimique sont élevés Afin qu'il n'y30 ait qu'un faible jeu entre les différents composants de l'accumulateur et pour que la pile d'électrodes ait un bon contact thermique avec le bac de l'accumulateur, les différents composants de l'isolation doivent en plus être fabriqués avec des tolérances très serrées, ce qui représente une nouvelle augmentation des couts de fabrication de l'accumulateur Comme de tels accumulateurs électrochimiques sont généralement uti- lisés sous dépression, les côtés du bac coordonnés aux filets de guidage des gaz pressent le filet contre les bords latéraux des plaquesélectrodes De ce fait, certains canaux de guidage des gaz peuvent être étran- glés par exemple ou obturés par un déplacement du filet de guidage des gaz, et/ou le filet peut être enfoncé dans les bords des plaques-électrodes et/ou des sépara- teurs, ce qui risque de mettre en court-circuit des plaques-électrodes de différentes polarités Dans les deux cas, la qualité de l'accumulateur est dégradée. Le but de l'invention est de perfectionner l'accumulateur électrochimique du type générique défini au début, de manière qu'il puisse être fabr seé avec une haute qualité, par une dépense moindre et à des coûts plus avantageux. Selon l'invention, on obtient ce résultat avec un accumulateur électrochimique qui est caractérisé en ce que les canaux de gaz sont formés par des renflements créés dans le matériau de l'isolation de pile et espacés les uns des autres, renflements qui croisent les tranches des plaques-électrodes. Grâce aux renflements formés dans l'isolation de pile, dirigés vers la pile d'électrodes et mutuelle- ment espacés, on peut se dispenser d'un filet de guidage des gaz, ce qui réduit les coûts et procure une plus grande exactitude dans la fabrication Comme les opéra- tions liées au filet de guidage des gaz sont également supprimées, le procédé de production devient plus simple et plus économique De plus, les canaux de gaz, s'éten- dant entre les renflements, ne peuvent plus être dé- placés et obturés de ce fait, comme cela est arrivé dans le passé avec les fils du filet de guidage des gaz Les avantages procurés par l'invention deviennent particu- _ 35 Fièrement manifestes lorsqu'on considère que le coût de réalisation des canaux de guidage des gaz représente, avec la solution selon l'invention, moins d'un dixième du coût de l'exécution antérieure. Selon un mode de réalisation avantageux, au cas o les piles d'électrodes ou les bacs d'accumulateur sont de forme parallélépipédique avec des talons de sortie de courant ou de pôles disposés d'un côté, le côté inférieur de sortie de gaz de l'isolation de pile, situé à l'opposé de ce côté à talons ou pôles, côté inférieur qui sera ci-après appelé fond, présente un creux dont les dimensions périphériques correspondent aux dimensions extérieures homologues d'une plaque de catalyseur à mettre en place dans le fond. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation non limi- tatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: Fig 1 représente un accumulateur électrochimique avec arrachement d'une partie du bac; Fig 2 montre à l'état déplié une découpe en forme de plaque pour la réalisation d'une isolation de pile parallélépipédique, semblable à un godet; Fig 3 est une vue de dessus d'une isolation de pile selon la figure 2, mais à l'état plié; Fig 4 est une coupe suivant le plan IV-IV de la fi- gure 3; Fig 5 est une coupe suivant le plan V-V de la fi- gure 2; Fig 6 est une coupe suivant le plan VI-VI de la fi- gure 3; Fig 7 montré à plus grande échelle le détail VII de la figure 6 d'un angle du fond; et Fig 8 représente à plus grande échelle le détail VIII selon la figure 4 dans la zone de l'arête entre un côté de sortie de gaz et le fond. La figure 1 montre un accumulateur électro- chimique avec un arrachement partiel de son bac 8 Dans r ce bac métallique et étanche au gaz, est reçue une pile d'électrodes 5 constituée de plusieurs plaques- électrodes 7 empilées et entre lesquelles sont placés des séparateurs 18 Les plaques 7 sont connectées par leurs talons de sortie de courant 9 au bornes 10 menant à l'extérieur Entre le bac 8 de l'accumulateur et la pile d'électrodes 5, est placée une isolation de pile 1 semblable à un godet et faite d'un matériau électrique- ment isolant, qui entoure la pile d'électrodes 5 sur les côtés venant s'appliquer directement contre le côté intérieur du bac A l'aide de l'isolation de pile 1, on évite un court-circuit de plaques 7 de différentes polarités à travers le bac métallique 8 de l'accumula- teur Pour que, lors d'un important dégagement de gaz, ceux-ci puissent s'écouler à peu près sans entraves à l'intérieur de l'accumulateur électrochimique, des canaux de gaz sont agencés entre l'isolation de pile I et la pile d'électrodes 5 Ces canaux se trouvent sur les côtés périphériques de la pile 5 vers lesquels sont dirigées les tranches 6 des plaques 7 Ces côtés de l'isolation de pile 1 seront simplement appelés côtés de sortie de gaz dans ce qui suit S'il s'agit de bacs 8 ou de piles d'électrodes 5 de forme parallélépipédique, les côtés de sortie de gaz se partagent en côtés latéraux 4, 4 ', coordonnés à la surface latérale de l'isolation de pile 1, et en un fond il de cette isolation (voir la figure 2) Le fond de la pile d'électrodes 5 est suivi, vers le bas, d'un séparateur, d'une plaque de catalyseur 13 entourée d'une sorte de cadre et, ensuite, du fond Il de l'isolation de pile 1 (voir la figure 8). La figure 2 représente à l'état déplié la découpe en forme de plaque à partir de laquelle est réalisée l'isolation de pile 1 de forme parallélépi- pédique et semblable à un godet, qui est fabriquée35 avantageusement en polypropylène ou polyéthylène Cette découpe, de forme en T, comporte deux grands côtés plans, à coordonner aux faces 16 des plaques-électrodes 7, deux côtés de sortie de gaz 4, 4 ' attachés au premier grand côté plan et coordonnés aux tranches latérales 6 des plaques 7, ainsi qu'un côté de fond situé entre les deux grands côtés plans et constituant le fond 11. L'isolation de pile 1 se présente au départ comme une découpe en forme de plaque puisque cela permet de gagner de la place lors de la livraison et du stockage La découpe en forme de T est également avantageuse parce que, pour former la pile d'électrodes 5, il suffit de replier vers le haut les côtés de sortie de gaz 4, 4 ' puis de glisser à l'intérieur les différentes parties de la pile 5, lesquelles sont ainsi fixées déjà en direc- tion des côtés de sortie de gaz 4, 4 '. Selon une autre possibilité de conformation de la découpe pour l'isolation de piles, des parties des côtés de sortie de gaz 4, 4 ' sont attachées aux deux grands côtés plats coordonnés aux faces 16 des plaques 7 -, parties qui se recouvriraient latéralement dans l'isolation de pile pliée ensemble. Afin de garantir un pliage simple pour trans- former la découpe en une isolation de pile 1 semblable à un godet comme celle montrée sur la figure 3, la découpe est rayée dans la zone des arêtes entre deux côtés ou présente un amincissement du matériau constitutif, formant une pellicule-charnière Les deux côtés de sortie de gaz 4, 4 ' sont dimensionnés de manière qu'ils occupent toute la largeur intérieure du bac 8 quand l'isolation de pile 1 est pliée Les parties de la découpe formant le fond Il et le grand côté libre, sont plus étroites d'une quantité correspondant à l'épaisseur du matériau des côtés de sortie de gaz 4, 4 ' De ce fait, quand l'isolation l est pliée, le grand côté libre vient se placer entre les deux côtés de sortie de gaz 4,35 4 ' (voir la figure 7) Cette conformation de la découpe empêche que les parties supérieures de la pile f d'électrodes 5 se déplacent latéralement et risquent de provoquer un court-circuit avec le bac 8 de l'accumula- teur. Les deux côtés de sortie de gaz latéraux 4, 4 ' de l'isolation de pile possèdent des renflements 2, 2 ' mutuellement espacés, formés dans le matériau constitu- tif de ces côtés, qui croisent les tranches 6 des plaques 7 et délimitent entre eux des espaces libres qui forment des canaux pour l'écoulement du gaz dégagé pendant le fonctionnement de l'accumulateur Il convient que les renflements 2, 2 ' soient réalisés sous forme de rangées de boutons 17, 17 ' Afin que le séparateur et les plaques- électrodes 7 ne sortent pas de l'alignement de la pile 5 en pénétrant dans les intervalles entre des renflements 2, 2 t semblables à des boutons situés les uns à côtés des autres, mais soient maintenus de façon sûre dans la pile 5, de sorte que les canaux de gaz créés restent ouverts, les renflements 2, 2 ' semblables à des boutons sur les côtés de sortie de gaz latéraux 4, 4 ' et appartenant à des rangées de boutons 17, 17 ' voisines, sont mutuellement décalés, comme représenté notamment sur la figure 4, et s'étendent sur au moins deux plaques- électrodes 7 De plus, au droit de leur contact avec la pile d'électrodes 5, les renflements 2, 2 ' ont une forme plate, ce qui garantit l'intégrité des tranches 6 des plaques-électrodes 7, des éléments de recombinaison 19 et des séparateurs 18 Un avantage supplémentaire de la conformation des renflements 2, 2 ' à la façon de boutons oblongs est que, ainsi, l'outil de gaufrage ou analogue pour former les renflements 2, 2 ' est adaptable de façon simple à différents formats. Sur les côtés longitudinaux de son fond 11, l'isolation de pile 1, de forme parallélépipédique, présente un creux 12 dont les dimensions périphériques côté intérieur correspondent aux dimensions extérieures homologues de la plaque de catalyseur 13 à mettre en place Il est avantageux que le creux 12 soit biseauté ou étagé, du côté extérieur, de manière à faciliter l'introduction de l'isolation 1 semblable à un godet dans le bac 8 de l'accumulateur La profondeur 14 du 5 creux 12, mesurée depuis le point le plus élevé des renflements 3 du fond jusqu'au bord supérieur 15 du creux 12, est plus grande, égale ou à peu près égale à l'épaisseur du matériau de la plaque de catalyseur 13 afin que ce bord supérieur 15 forme l'appui pour le bord O du séparateur placé entre la pile d'électrodes 5 et la plaque de catalyseur 13 Entre les renflements 3 du fond et le bas de la pile d'électrodes 5, sont donc disposés un séparateur et la plaque de catalyseur 13, de sorte que les plaques-électrodes 7 ne peuvent pas s'enfoncer,15 du côté du fond, dans ces renflements 3 Comme l'écou- lement des gaz du côté du fond s'effectue surtout parallèlement aux tranches 6 des plaques 7, les renfle- ments 3 du fond sont avantageusement orientés parallè- lement aux faces 16 des plaques 7 et s'étendent sans interruption sur environ 75 % à 95 % de toute la dimension correspondante du fond 11 de l'isolation de pile 1. Cette conformation des renflements du côté du fond est en outre plus économique dans la fabrication On peut cependant choisir aussi, comme pour les côtés de sortie de gaz latéraux 4, 4 ', des formes de boutons rondes ou oblongues, ainsi que des formes en losange ou parallé- lépipédiques Bien que l'agencement décrit de la plaque de catalyseur 13 par rapport aux chemins suivis par les gaz soit particulièrement favorable, cette plaque peut o Q également être placée à un autre endroit, par exemple lorsque cela est nécessaire pour des motifs liés à la construction On peut notamment envisager à cet égard les côtés de sortie de gaz, auquel cas leurs renflements latéraux 2, 2 ' seraient à adapter, en forme et en hauteur, à cette nouvelle situation. Comme matériau pour l'isolation de pile 1, il est avantageux de choisir du propypolylène puisque celui-ci est léger, très résistant à l'électrolyte (contenant environ 50 % de KOH), qui est chaud de temps en temps, se laisse bien travailler, est relativement bon marché et présente en outre une très faible absorption d'eau. REVENDICATIONS L Accumulateur électrochimique comprenant un bac d'accumulateur métallique, en particulier étanche au gaz, dans lequel est reçue une pile d'électrodes con- stituée de plusieurs plaques-électrodes empilées, comprenant en outre une isolation de pile en matériau électriquement isolant, disposée entre le bac et la pile d'électrodes et qui entoure cette dernière sur les côtés venant s'appliquer directement contre le côté intérieur du bac, ainsi que des canaux de gaz situés entre l'iso- lation de pile et la pile d'électrodes, sur les côtés périphériques de cette pile vers lesquels sont dirigées les tranches des plaquesélectrodes ci-après appelés brièvement côtés de sortie de gaz -, caractérisé en ce que les canaux de gaz sont formés par des renflements ( 2, 2 ', 3) créés dans le matériau de l'isolation de pile ( 1) et espacés les uns des autres, renflements qui croisent les tranches ( 6) des plaques-électrodes ( 7). 2 Accumulateur électrochimique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'isolation de pile ( 1) est biseautée ou étagée, du côté du fond, de manière à faciliter son introduction dans le bac ( 8) de l'accu- mulateur. 3 Accumulateur électrochimique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les renflements ( 2, 2 ', 3) sont réalisés pour avoir une forme plate au droit de leur contact avec la pile d'électrodes ( 5). 4 Accumulateur électrochimique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de piles d'électrodes ( 5) ou de bacs d'accumulateur de forme parallélépipédique avec des talons de sortie de courant ( 9) ou de pôles ( 101 disposés d'un côté, le côté infé- rieur de sortie de gaz de l'isolation de pile ( 1), situé à l'opposé de ce côté à talons ou pôles, côté inférieur qui sera ci-après appelé fond ( 11), présente un creux ( 12) dont les dimensions périphériques correspondent aux