Brevet FR2796762A1 — publié le 20010126

i La présente invention concerne d'une manière générale une plaque formant électrode positive pour une pile nickel-hydrogène, dans laquelle un substrat en nickel à l'état de mousse est rempli avec une substance malaxée en forme de pâte contenant de l'hydroxyde de nickel en tant que constituant principal. Plus spécifiquement, l'invention a trait à un perfectionnement visant à réduire la résistance ohmique de la plaque formant électrode positive. La figure 7, annexée à la présente demande, représente la structure interne d'une pile nickel-hydrure métallique (Ni MH) de type renfermé ou blindé en tant que pile nickel-hydrogène typique, à laquelle la présente invention est appliquée. La pile nickel-hydrure métallique de type renfermé, représentée sur la figure 7, possède un récipient ou boîtier cylindrique 4. Ce boîtier 4 contient une plaque formant électrode positive 5, une plaque formant électrode négative 6 et un séparateur 7, ces éléments étant enroulés sous la forme d'un enroulement cylindrique. En outre le boîtier 4 est rempli avec un électrolyte prédéterminé. La plaque formant électrode positive 5 est formée d'un matériau en forme de plaque, qui est obtenu par remplissage d'un substrat en nickel à l'état de mousse 1 avec une substance malaxée en forme de pâte contenant de l'hydroxyde de nickel comme constituant principal, et par formage sous pression du substrat résultant après séchage. On découpe ce matériau en forme de plaque de manière qu'il possède une taille prédéterminée et on enroule sous forme cylindrique le matériau découpé (conjointement avec l'électrode négative 6 et le séparateur 7) pour former la plaque formant électrode positive 5. On prépare le substrat en nickel à l'état de mousse 1 constituant la plaque formant électrode positive 5 en retirant un matériau formant noyau 2 de la plaque formée d'une mousse d'uréthane ou analogue après placage, avec du nickel, du matériau formant noyau à l'état de mousse 2, tout en appliquant une traction à ce matériau formant noyau à l'état de mousse 2 dans une direction spécifique. Pour améliorer la densité d'énergie de la pile nickel-hydrogène, il est nécessaire de réduire le rapport pondéral (augmentation du taux de porosité) du substrat en nickel à l'état de mousse 1 à la plaque formant électrode positive. Pour cette raison la masse du nickel par surface unité dans le substrat en nickel à l'état de mousse 1 de la plaque formant électrode positive classique 5 est limitée à une valeur comprise entre environ 0,35 et 0,5 kg/m2. Cependant, dans la plaque formant électrode positive classique décrite précédemment pour une pile nickel-hydrogène, il se pose un problème consistant en ce que la résistance ohmique de la plaque formant électrode positive est trop élevée, si l'on veut améliorer la caractéristique de décharge, bien qu'elle soit appropriée pour améliorer la densité d'énergie de la pile nickel- hydrogène. En outre, des plaques formant électrodes positives récentes elles-mêmes sont plus dures en raison de la densification de plaques formant électrodes positives, de sorte que des fissurations de l'enroulement se produisent aisément dans la plaque formant électrode positive lorsqu'elle est enroulée sous forme cylindrique. Ensuite il se produit une progression des fissures de l'enroulement dans la plaque formant électrode positive en raison de la dilatation et de la contraction de la plaque formant électrode positive, qui sont provoquées par les cycles ultérieurs de charge et de décharge, de sorte que la résistance ohmique de la plaque formant électrode positive augmente, ce qui altère la caractéristique de décharge de la pile nickel-hydrogène. C'est pourquoi un but de la présente invention est de supprimer les problèmes mentionnés précédemment et de fournir une plaque formant électrode positive pouvant posséder une résistance ohmique inférieure à celle de la plaque formant électrode positive classique, de manière à réduire la résistance interne d'une pile nickel-hydrogène en utilisant l'électrode positive de cette pile pour améliorer la caractéristique de décharge de la pile. Ce but mentionné précédemment et d'autres buts sont atteints conformément à un aspect de la présente invention par le fait qu'il est prévu une plaque formant électrode positive pour une pile nickel-hydrogène, caractérisée en ce que ladite plaque formant électrode positive comporte un substrat en nickel à l'état de mousse formé par retrait d'un matériau formant noyau à l'état de mousse en forme de plaque après le dépôt d'un placage de nickel sur le matériau formant noyau à l'état de mousse; et une substance malaxée contenant de l'hydroxyde de nickel en tant que constituant principal, ladite substance malaxée étant introduite dans ledit substrat en nickel à l'état de mousse, ledit substrat en nickel à l'état de mousse possédant une masse de nickel par surface unité comprise entre 0,5 et 1,1 kg/m2. Dans cette plaque formant électrode positive, la résistance ohmique du substrat en nickel à l'état de mousse peut être inférieure à celle de substrats en nickel à l'état de mousse classiques par réglage de la masse de nickel par surface unité dans le substrat en nickel à l'état de mousse de manière qu'elle soit égale à 0,5 kg/m2 ou plus. D'autre part, si la masse par surface unité du nickel dans le substrat en nickel à l'état de mousse est trop élevée, la densité d'énergie de la pile nickel- hydrogène est notablement réduite en raison de l'accroissement du rapport pondéral du substrat en nickel à l'état de mousse à la plaque formant électrode positive. En outre, si la masse de nickel par surface unité dépasse une certaine valeur, la réduction de la résistance ohmique du substrat en nickel à l'état de mousse n'est pas aussi élevée. C'est pourquoi, dans les plaques formant électrodes positives selon cet aspect de la présente invention, la limite supérieure de la masse de nickel par surface unité dans le substrat en nickel à l'état de mousse est réglée de manière à être égale à 1,1 kg/m2 afin d'empêcher que la réduction de la densité d'énergie ne dépasse l'effet de la réduction de la résistance ohmique du substrat au nickel à l'état de mousse. Conformément à un autre aspect de la présente invention, il est prévu une plaque formant électrode positive pour une pile nickel-hydrogène, caractérisée en ce que ladite plaque formant électrode positive est formée d'un matériau comprenant un substrat en nickel à l'état de mousse formé par retrait d'un matériau formant noyau à l'état de mousse en forme de plaque après le dépôt d'un placage de nickel sur le matériau formant noyau à l'état de mousse tout en appliquant une traction audit matériau formant noyau à l'état de mousse dans une direction spécifique; et une substance malaxée contenant de l'hydroxyde de nickel en tant que constituant principal, ladite substance malaxée étant introduite dans ledit substrat en nickel à l'état de mousse, ledit matériau en forme de plaque étant découpé de manière à posséder une taille prédéterminée et étant enroulé sous forme cylindrique dans une direction d'enroulement qui est essentiellement perpendiculaire à la direction de la traction appliquée audit matériau formant noyau à l'état de mousse. Dans cette plaque formant électrode positive, le pourcentage d'allongement du substrat en nickel à l'état de mousse est plus grand dans une direction essentiellement perpendiculaire à la direction de traction appliquée au matériau formant noyau à l'état de mousse, que dans la direction de traction. C'est pourquoi, en faisant coïncider la première direction avec la direction d'enroulement de la plaque formant électrode positive, la flexibilité de la plaque formant électrode positive par rapport à l'enroulement peut être maximale et empêcher des fissurations de l'enroulement dans la plaque formant électrode positive. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, qui ne sont nullement censés limiter l'invention à une forme de réalisation spécifique, mais sont fournis uniquement pour l'explication et la compréhension de l'invention, et sur lesquels: - la figure 1 est un graphique représentant les résultats de test concernant l'étude de la relation entre une masse de nickel par surface unité et une valeur résistive d'un substrat en nickel à l'état de mousse, pour expliquer la première forme de réalisation préférée d'une plaque formant électrode positive pour une pile nickel- hydrogène selon la présente invention; - la figure 2 est un schéma représentant des conditions de test en rapport avec les résultats de test représentés sur la figure 1; - la figure 3 est un diagramme schématique représentant un processus pour produire un substrat en nickel à l'état de mousse d'une plaque formant électrode positive pour une pile nickelhydrogène; - la figure 4 est une illustration permettant d'expliquer la seconde forme de réalisation préférée d'une plaque formant électrode positive pour une pile nickel- hydrogène, la figure 4(a) étant une vue schématique représentant une structure poreuse d'un substrat en nickel à l'état de mousse, et la figure 4(b) étant un schéma représentant des directions de pores pour le substrat en nickel en l'état de mousse; - la figure 5 est un graphique représentant les résultats de test de l'étude concernant la relation entre les directions des pores et le pourcentage d'allongement d'un substrat en nickel à l'état de mousse pour expliquer la seconde forme de réalisation préférée d'une plaque formant électrode positive pour une pile nickel-hydrogène selon la présente invention; - la figure 6 est un schéma représentant des conditions de test en rapport avec les résultats de test représentés sur la figure 5; et - la figure 7, dont il a déjà été fait mention, est une vue en perspective et en coupe, partiellement agrandie, d'une pile nickel-hydrure métallique du type blindé ou renfermé, utilisé comme pile nickel-hydrogène typique, à laquelle la présente invention est appliquée. Comme cela a été décrit précédemment, conformément à la présente invention, il est possible de réduire la résistance interne d'une pile nickel-hydrogène en utilisant la plaque formant électrode positive pour améliorer la caractéristique de décharge de la pile nickel-hydrogène. En se référant maintenant aux dessins annexés, on va décrire les formes de réalisation préférées de la présente invention. Les figures 1 à 6 représentent les formes de réalisation préférées d'une plaque formant électrode positive pour une pile nickel-hydrogène selon la présente invention. En outre la forme de réalisation préférée représentée sur les figures 1 à 6, on a utilisé les mêmes chiffres de référence que ceux indiqués dans une pile nickel-hydrogène typique représentée sur la figure 7, pour les mêmes éléments que ceux de la pile nickel-hydrogène typique, et les descriptions de ces formes de réalisation seront données en se référant de façon appropriée à la figure 7. Première forme de réalisation préférée Tout d'abord en référence aux figures 1, 2 et 7, on va décrire la première forme de réalisation préférée de la présente invention. Tout d'abord, en référence à la figure 7, on va décrire la structure interne d'une pile nickel- hydrure métallique (Ni MH) du type renfermé ou blindé, en tant que pile nickel-hydrogène typique, à laquelle la présente invention est appliquée. La pile nickel-hydrure métallique du type encapsulé ou blindé représentée sur la figure 7 possède un boîtier cylindrique en acier 4. Ce boîtier 4 contient une plaque formant électrode positive 5 (une électrode en nickel du type à l'état de pâte), une plaque formant électrode négative 5 (une électrode formée d'un alliage absorbant l'hydrogène), et un séparateur 7, ces éléments étant enroulés selon un enroulement cylindrique. En outre le boîtier 4 est rempli par un électrolyte prédéterminé. La plaque formant électrode positive 5 est formée d'un matériau en forme de plaque, qui est constitué par remplissage d'un substrat en nickel à l'état de mousse 1 avec une substance malaxée en forme de pâte contenant de l'hydrogène de nickel comme constituant principal, et mise en forme sous pression du substrat résultant, après séchage. Ce matériau en forme de plaque contient un liant, comme un agent conducteur et un additif formé de cobalt, en plus de l'hydrogène de nickel. Ensuite on découpe le matériau en forme de plaque de manière qu'il possède une taille prédéterminée, et on enroule sous forme cylindrique le matériau découpé (conjointement avec l'électrode négative 6 et le séparateur 7), pour former la plaque formant électrode positive 5. On prépare le substrat en nickel à l'état de mousse 1 constituant la plaquette formant électrode positive 5 en retirant le matériau formant noyau en forme de mousse 2 de la plaque, qui est formé par une mousse d'uréthane ou analogue, par oxydation ou brûlage après avoir déposé un placage de nickel sur le matériau formant noyau en forme de mousse 2 (comme désigné par le chiffre de référence 3 sur la figure 3), tout en appliquant une traction au matériau formant noyau à l'état de mousse 2 dans une direction spécifique comme représenté sur la figure 3. Les résultats de test concernant l'étude de la relation entre une masse par surface unité de nickel et la valeur résistive du substrat formé de nickel à l'état de mousse 1 sont représentés sur le graphique de la figure 1. Dans ce test, on a préparé une pluralité de substrats en nickel à l'état de mousse 1 (longueur: 250 mm, largeur: 30 mm, épaisseur: 1,2 mm) ayant une masse différente par surface unité, en tant que pièces de test ou éprouvettes comme représenté sur la figure 2. On a collé des électrodes de test 10 sur les deux surfaces d'extrémité, dans la direction transversale, de chacun des substrats en nickel à l'état de mousse 1 pour mesurer une valeur résistive entre les électrodes 10 à l'aide d'un appareil de mesure de faibles résistances. Conformément aux résultats de test représentés sur la figure 1, bien que la valeur résistive du substrat formé de nickel à l'état de mousse diminue lorsque la masse par surface unité du nickel augmente, le taux de réduction de la valeur résistive diminue également lorsque la masse par surface unité augmente. Sur la base de tels résultats de test, la masse par surface unité de nickel dans le substrat en nickel à l'état de mousse 1 se situe dans la gamme comprise entre 0,5 et 1,1 kg/m2, de préférence dans la gamme comprise entre 0,65 et 0,75 kg/m2, dans cette forme de réalisation préférée. On va décrire, dans le cas d'un tel agencement, les effets obtenus avec cette forme de réalisation préférée. Conformément à cette forme de réalisation préférée, la masse de nickel par surface unité dans le substrat 1 en nickel à l'état de mousse est égale à 0,5 kg/m2 ou plus et de préférence est égale à 0,65 kg/m2 ou plus, la résistance ohmique du substrat en nickel à l'état de mousse 1 peut être inférieure à celle de substrats en nickel à l'état de mousse classiques. En outre, si la résistance ohmique du substrat au nickel à l'état de mousse constituant la plaque formant électrode positive est faible, il est possible de réduire la résistance interne d'une pile nickel-hydrogène en utilisant la plaque formant électrode positive pour améliorer la caractéristique de décharge de la pile nickel- hydrogène. D'autre part, si la masse de nickel par surface unité dans le substrat 1 en nickel à l'état de mousse est trop élevée, la densité d'énergie de la pile nickel- hydrogène est réduite de façon notable en raison de l'accroissement du rapport pondéral (la réduction du taux de porosité) du substrat 1 en nickel à l'état de mousse à la plaque formant électrode positive. En outre, comme représenté sur la figure 1, si la masse de nickel par surface unité dépasse une certaine valeur, la réduction de la résistance ohmique du substrat 1 formé de nickel à l'état de mousse n'est pas aussi élevée. C'est pourquoi, dans cette forme de réalisation préférée, la limite supérieure de la masse de nickel par surface unité dans le substrat 1 en nickel à l'état de mousse est réglée de manière à être égale à 1,1 kg/m2 et de préférence à 0,75 kg/m2 pour empêcher que la réduction de la densité d'énergie ne dépasse l'effet de la réduction de la résistance ohmique du substrat 1 en nickel à l'état de mousse. Deuxième forme de réalisation préférée En référence aux figures 4 à 6, on va décrire ci- après la seconde forme de réalisation préférée de la présente invention. Tout d'abord, en référence à la figure 4, on va décrire la structure poreuse du substrat 1 en nickel à l'état de mousse. Comme cela a été décrit précédemment, on prépare le substrat en nickel à l'état de mousse en retirant le matériau de la plaque formée d'une mousse d'uréthane ou analogue par oxydation ou brûlage après dépôt d'un placage de nickel sur le matériau formant noyau à l'état de mousse 2, alors qu'une traction est appliquée au matériau formant noyau à l'état de mousse 2 dans une direction spécifique (voir figure 3). De ce fait le substrat 1 formé de nickel à l'état de mousse possède une structure poreuse ayant une caractéristique directionnelle uniforme comme cela est représenté sur la figure 4(a). C'est-à-dire que, comme cela est représenté sur la figure 4(b), le substrat 1 en nickel à l'état de mousse possède une structure poreuse qui est plus fortement étirée dans une direction longitudinale X de pores correspondant à la direction de traction du matériau formant noyau à l'état de mousse 2 que dans une direction latérale Y de pores correspondant à une direction perpendiculaire à la direction de traction. Les résultats de test de l'étude concernant la différence entre les pourcentages d'allongement dans la direction latérale Y et dans la direction longitudinale X de pores sont représentés sur le graphique de la figure 5. Dans ce test, on a préparé des substrats en nickel à l'état de mousse 1 (longueur dans la direction de traction: 50 mm, largeur: 15 mm, épaisseur: 2 mm) avec une direction latérale Y et une direction longitudinale X de pores qui sont différentes, en tant que pièces de test ou éprouvettes comme cela est représenté sur la figure 6 pour effectuer des tests de mise en traction (charge: 5 à 7 kg) pour étudier les pourcentages d'allongement des éprouvettes respectives. Dans cas, en supposant que la longueur de l'éprouvette initiale est L (= 50 mm) et que la longueur de l'éprouvette après le test de mise en traction est L', le pourcentage d'allongement est défini par ((L' - L)/(L) x %). Conformément aux résultats de test représentés sur la figure 5 on peut voir que le pourcentage d'allongement (12 à 14 %) du substrat en nickel à l'état de mousse 1 dans la direction latérale Y est deux fois plus élevée ou plus que (d'environ 5 à 6 %) dans la direction longitudinale X. Sur la base de tels résultats de test, la direction d'enroulement cylindrique de la plaque formant électrode positive 5 correspond à la direction latérale Y de pores du substrat en nickel à l'état de mousse 1 dans cette forme de réalisation préférée. De façon spécifique, lorsqu'on découpe le matériau en forme de plaque de manière qu'il ait des dimensions prédéterminées après avoir rempli le substrat 1 en nickel à l'état de mousse avec la substance malaxée en forme de pâte qu'on doit faire sécher et qui est mise en forme sous pression pour préparer le matériau en forme de plaque, on découpe ce matériau en forme de plaque de telle sorte que la direction d'enroulement de la plaque formant électrode positive 5 coïncide avec la direction latérale Y des pores. Par exemple, on découpe le matériau en forme de plaque de telle sorte que la direction longitudinale des pores de la plaque formant électrode positive 5 coïncide avec la direction latérale Y des pores. On va décrire, dans le cas d'un tel agencement, les effets fournis par cette forme de réalisation préférée. Conformément à cette forme de réalisation préférée, le pourcentage d'allongement du substrat en nickel à l'état de mousse 1 est plus élevé dans la direction latérale Y des pores que dans la direction longitudinale X des pores. C'est pourquoi si la direction d'enroulement de la plaque formant électrode positive 5 coïncide avec la direction latérale Y des pores, la flexibilité de la plaque formant électrode positive 5 par rapport à l'enroulement peut être maximale, ce qui empêche l'apparition de fissures d'enroulement dans la plaque formant électrode positive 5. C'est pourquoi il est possible d'empêcher un accroissement de la résistance ohmique de la plaque formant électrode positive 5 en raison de la présence de fissures de l'enroulement, de sorte qu'il est possible de réduire la résistance interne d'une pile hydrogène-nickel en utilisant la plaque formant électrode positive pour améliorer la caractéristique de décharge de la pile nickel-hydrogène. Bien que l'on ait décrit la présente invention dans le cas de la forme de réalisation préférée pour faciliter l'obtention d'une meilleure compréhension, on notera qu'on mettre en oeuvre l'invention de différentes manières. C'est pourquoi on comprendra que l'invention inclut toutes les formes de réalisation et variantes possibles des formes de réalisation représentées, qui peuvent être réalisées. REVENDICATIONS 1. Plaque formant électrode positive (5) pour une pile nickel-hydrogène, caractérisée en ce que ladite plaque formant électrode positive comporte: un substrat en nickel à l'état de mousse (1) formé par retrait d'un matériau formant noyau à l'état de mousse en forme de plaque (3) après le dépôt d'un placage de nickel sur le matériau formant noyau à l'état de mousse (2), et une substance malaxée contenant de l'hydroxyde de nickel en tant que constituant principal, ladite substance malaxée étant introduite dans ledit substrat en nickel à l'état de mousse (1), ledit substrat en nickel à l'état de mousse possédant une masse de nickel par surface unité comprise entre 0,5 et 1,1 kg/m2. 2. Plaque formant électrode positive (5) pour une pile nickel-hydrogène, caractérisée en ce que ladite plaque formant électrode positive est formée d'un matériau comprenant: un substrat en nickel à l'état de mousse (1) formé par retrait d'un matériau formant noyau à l'état de mousse en forme de plaque (3) après le dépôt d'un placage de nickel sur le matériau formant noyau à l'état de mousse (2) tout en appliquant une traction audit matériau formant noyau à l'état de mousse (2) dans une direction spécifique; et une substance malaxée contenant de l'hydroxyde de nickel en tant que constituant principal, ladite substance malaxée étant introduite dans ledit substrat en nickel à l'état de mousse (1), ledit matériau en forme de plaque étant découpé de manière à posséder une taille prédéterminée et étant enroulé sous forme cylindrique dans une direction d'enroulement qui est essentiellement perpendiculaire à la direction de la traction appliquée audit matériau formant noyau à l'état de mousse (2).