INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans l’exemple illustré en , la surface interne 31 de chaque support 30 et les surfaces périphériques 11 du corps 10 présentent des formes courbées en V. Les supports 30 présentent ainsi une section globalement triangulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A1 (correspondant au plan de la ). Il est alors prévu que les aimants unitaires 21, 22 s’étendent aussi en longueur selon l’axe de rotation A1 et de façon rectiligne (comme sur la ). Le positionnement des supports 30 comprend alors un mouvement de translation selon l’axe de rotation A1 par rapport au corps 10 du rotor 1. Dans cette configuration, les seconds aimant unitaires 22 bloquent radialement les premiers aimants unitaires 21 et constituent donc des moyens, pour les supports 30, de résister aux contraintes radiales (typiquement aux forces centrifuges) lorsque le rotor 1 est en rotation. Le rotor 1 selon l’exemple illustré en est donc particulièrement résistant aux contraintes mécaniques.
On introduit ici, en référence à la , un élément intermédiaire de la fabrication du rotor 1 selon le premier mode de réalisation : l’ensemble « seconds aimants unitaires – support » constitué d’un support et des seconds aimants unitaires qui sont déposés sur ce dernier à la quatrième étape.
La cinquième étape comprend ensuite la fixation des ensembles seconds aimants unitaires – support au corps 10. Dans ce mode premier mode de réalisation, les supports 30 sont ainsi fixés par rapport aux corps 10 par l’intermédiaires des aimants unitaires 21, 22.
Ici, les ensembles seconds aimants unitaires – support sont collés au corps 10. Pour cela la cinquième étape comprend le dépôt d’une colle sur les premiers aimants unitaires 21 et/ou les seconds aimants unitaires 22 avant leur emboitement. La colle est par exemple déposée sur les faces principales 23a, 23b des aimants unitaires 21, 22. La colle est par exemple une résine époxy, une colle bi-composant ou une colle thermodurcissable. La colle est de préférence électriquement isolante.
En variante, les ensembles seconds aimants unitaires – support peuvent être fixés au corps par une bande adhésive, des vis ou encore des moyens de fixation externes tels que des frettes entourant les supports de façon circonférentielle. Dans cette variante, un isolant électrique est placé entre les premières et secondes aimants unitaires.
Ainsi, avantageusement, dans ce premier mode de réalisation, les aimants unitaires 21, 22 de chaque aimant 20 sont donc séparés les uns des autres par une couche de matériau électriquement isolant, ici une couche de colle. Cette couche de matériau isolant permet de réduire encore plus les courants de Foucault par rapport à des aimants unitaires qui seraient en contact.
Avantageusement, l’emboitent des premiers aimants unitaires 21 avec les seconds aimants unitaires 22 offre des surfaces de collage importantes ce qui permet de solidement fixer les supports 30 au corps 10. Les aimants unitaires 21, 22 en forme de plot tels qu’illustrés sur la offrent une surface de collage plus importante que des aimants unitaires 21, 22 rectilignes. Grâce à cette surface de collage importante, le rotor 1 selon le premier mode de réalisation est très résistant aux contraintes mécaniques, notamment aux contraintes radiales.
Un second mode de réalisation du procédé de fabrication du rotor 1 selon l’invention est représenté sur les figures 7 à 10.
Ce second mode de réalisation se caractérise par le fait que, lors de la quatrième étape, les seconds aimants unitaires 22 sont aussi formés sur les supports 30. Cela signifie que les aimants 20 sont intégralement formés sur les supports 30 puis rapportés sur le corps 10. Comme le montrent les figures 8 et 10, le corps 10 comprend ici des logements 12 dans lesquelles il est prévu d’insérer les aimant 20.
Comme le montre bien la , chaque support 30 présente une forme de feuille de faible épaisseur. L’épaisseur des supports 30 est de préférence inférieure à 1 mm, elle est par exemple égale à 0,2 mm. Les supports 30 présentent ainsi deux surfaces opposées : l’une est la surface interne 31, l’autre est appelée surface externe 32.
On introduit ici, en référence à la , un élément intermédiaire de la fabrication du rotor 1 selon le second mode de réalisation : l’ensemble « aimant – support » constitué d’un support et seconds aimants unitaires qui sont déposés sur ce dernier à la troisième étape et à la quatrième étape.
Selon le premier mode de réalisation, le bouchon 36 comprend seulement ce premier tronçon 44 ( ).
Selon les autres modes de réalisation (figures 4 à 7), le bouchon 36 comprend également un second tronçon 46, prolongeant axialement le premier tronçon 44 et s’étendant au droit de la cavité 32, c’est-à-dire en face de la cavité 32.
Une surface externe 52 du second tronçon 46 est en contact avec la surface interne 14 de l’alésage 8, un passage 56 mettant en communication fluidique la cavité 32 avec le volume interne du tube 24.
Le passage 56 comprend au moins une rainure 58, ménagée dans la surface interne 14 de l’alésage ou dans la surface externe 52 du bouchon.
Typiquement, la ou chaque rainure 58 est telle que décrite relativement au second mode de réalisation de l’invention et illustrée sur la .
La ou chaque rainure 58, seule, met en communication fluidique la cavité 32 avec le volume interne du tube 24 ( ).
Alternativement, le passage 56 comprend au moins un conduit 70, 88 (figures 5 et 6) ménagé à l’intérieur du bouchon 36.
Ce conduit 70, 88 vient en plus de la ou chaque rainure 58. Alternativement, le passage 56 ne comprend pas de rainure 58 et comprend seulement le conduit.
Le conduit est comme décrit dans le troisième mode de réalisation ou dans le quatrième mode de réalisation.
Le second tronçon 46 du bouchon est rigidement fixé à la surface interne 14 de l’alésage 8 par dudgeonnage, par vissage ou par une fixation à baïonnette.
La fixation par dudgeonnage est du type décrit relativement au deuxième mode de réalisation. La fixation par vissage est du type décrit relativement au quatrième mode de réalisation de l’invention. La fixation à baïonnette est du type décrit relativement au cinquième mode de réalisation de l’invention.
En variante, le second tronçon 46 du bouchon est rigidement fixé à un autre bouchon 60, engagé dans le tube 24.
La fixation est du type décrit relativement au troisième mode de réalisation.
La méthode selon l’invention présente de multiples avantages.
Du fait que le bouchon comprend un premier tronçon, engagé dans la première extrémité de l’alésage entre la première grande face et la cavité, la méthode comprenant une étape de fixation du premier tronçon de manière étanche à la plaque tubulaire, la réalisation d’une étanchéité entre la cavité et le premier compartiment peut être organisée de manière simple. La fixation du premier tronçon à la plaque tubulaire peut être réalisée commodément, depuis le compartiment de circulation du fluide primaire, typiquement par soudage. Ce type d’opération est bien maitrisé.
Quand le bouchon comprend un second tronçon, prolongeant axialement le premier tronçon et s’étendant au droit de la cavité, une surface externe du second tronçon étant en contact avec la surface interne de l’alésage, il est possible de fixer mécaniquement le bouchon à la plaque tubulaire de manière particulièrement solide. Cette fixation est réalisée par différents moyens : dudgeonnage, vissage, fixation à baïonnette. De telles méthodes de fixation sont commodes et fiables.
Des agents anti-corrosion : indium, bismuth…
Des composés qui réagissent avec les zincates : hydroxydes de calcium, de baryum …
La phase liquide est de l’eau permutée ou de l’alcool, dans laquelle a été ajoutée de la carboxy-méthyl cellulose comme liant et épaississant. D’autres liants peuvent être ajoutés comme ceux mentionnés dans la demande brevet EP 1 715 536.
Il est possible, en fonction de la technique choisie, de fabriquer une pâte à forte viscosité qui peut être appliquée par pression sur les deux faces du support métallique pour constituer une structure "sandwich", de fabriquer une pâte de moyenne viscosité dans laquelle le collecteur est plongé, puis en est ressorti en éliminant l’excès de pâte pour ajuster l’épaisseur de l’électrode à l’aide d’une racle, opération qui est suivie d’un séchage. Enfin, il est possible d’utiliser une poudre sèche mélangée à un liant et de la comprimer sur le support métallique pour constituer l’électrode.
L’électrolyte
L’électrolyte utilisé est de préférence une solution concentrée alcaline dont la molarité est comprise entre 4 et 15 M (4 et 15 moles/l), de préférence 4 et 12 M d’anions hydroxyles. L’alcalinité est apportée par des hydroxydes de potassium, sodium et lithium, pris individuellement ou en mélange.
L’électrolyte peut également contenir des zincates et des silicates dans des proportions variables, comme mentionné dans le brevet FR 3 099 851. L’électrolyte peut également contenir des borates, des phosphates, et des fluorures, pris séparément ou en mélange, comme décrit par exemple dans le brevet US 5 215 836.
Selon la présente invention, la quantité d’agents mouillants ajoutés à l’électrolyte est comprise entre 0,1 g/l et 50 g/l et de préférence entre 1 g/l et 25 g/l d’électrolyte ; la quantité d’agents antimousse ajoutés à l’électrolyte, exprimée en mg par kg d’électrolyte, est comprise entre 10 mg à 1000 mg.
Les agents mouillants sont notamment sélectionnés parmi l’agent mouillant ionique, le phosphate de bis(2-éthylhexyle) et les agents mouillants non ioniques à partir des alkyles polyglucosides, notamment ceux de marque Triton®. Les agents antimousse sont sélectionnés à partir de produits qui se réfèrent à la famille chimique des polyorganosiloxanes. Ces agents mouillants et antimousse peuvent être utilisés séparément ou en mélanges.
Afin d’illustrer la mise en évidence du fonctionnement et la définition de la présente invention, des éléments NiZn de 1 à 11, de capacité nominale 8Ah sont réalisés de manière identique suivant la description générale fournie ci-dessus. Les éléments 1 à 4 ont une électrode de zinc de composition différente des éléments 5 à 11. Tous les éléments ont des électrodes de nickel identiques. L’électrolyte utilisé est une solution concentrée alcaline dont la molarité est 10 M d’anions hydroxyles avec une addition de silicate comme décrit dans le brevet FR 3 099 851. L’électrolyte est modifié pour les éléments 3, 4 et 8 à 11 par des additions d’agents mouillants et d’agents antimousse. Les éléments sont montés avec une soupape basse pression de 0,2 bar. Les accumulateurs ont été cyclés à courant constant 8A, équivalent au régime de C avec une charge d’une heure correspondant à 100% de charge et une décharge complète qui se termine quand la tension atteint 1V. Les paramètres qui différentient les éléments 1 à 11, ainsi que le nombre de cycles atteint pour une capacité supérieure à 70% de la capacité nominale (Cn) sont résumés dans le tableau 1 ci-dessous. Elément Electrolyte Membrane Electrode de zinc Agents mouillants (g/l) Agents antimousse (mg/kg d’électrolyte) Perte de masse (%) à 2000 cycles Nombre de cycles C>70%Cn 1 10M silicates A 1 non non 8% 2240 2 10M silicates B 1 non non -- 0 3 10M silicates B 1 21,3 non 44% 2180 4 10M silicates A 1 21,3 100 21% >3500 5 10M silicates A 2 non non 18% à 1600 cycles 1740 6 10M silicates A 2 21,3 100 57% 2500 7 10M silicates A 2 21,3 100 45% 3400 8 10M silicates A 2 10,65 200 11.8% 2120 9 10M silicates A 2 7,1 200 9.3% 2220 10 10M silicates A 2 5,3 200 13% 2520 11 10M silicates A 2+ 10,65 200 4% >3350
Tableau 1 : caractéristiques des accumulateurs NiZn, capacité nominale 8Ah, cyclés charge 8A 1h, décharge à 100% 8A 1V, le symbole > indique que l’expérience est toujours en cours.
Exemple 1 (témoins) :
Des éléments NiZn de 1 à 4 de capacité nominale 8Ah sont réalisés de manière identique suivant la description générale fournie ci-dessus. Les éléments 1 à 4 ont une électrode de zinc de composition différente des éléments 5 à 11. Tous les éléments ont des électrodes de nickel identiques. L’électrolyte utilisé est une solution concentrée alcaline dont la molarité est 10M d’anions hydroxyles avec une addition de silicate comme décrit dans le brevet FR 3 099 851.
Deux membranes A et B ont été utilisées pour ces éléments. La membrane A est un microporeux de polypropylène d’épaisseur 25µm avec un agent mouillant additionné. La respirabilité de cette membrane A, exprimé en Guerley est relativement haute, supérieure à 1000, lui permettant d’être une barrière de gaz pour la stabilité thermique, en limitant la recombinaison de l’oxygène à la surface de l’électrode de zinc. Cette membrane couvre l’électrode de zinc par deux couches de membrane l’une sur l’autre créant une barrière d’une épaisseur de 50µm. La membrane B est un microporeux de polypropylène d’épaisseur 40µm additionné d’un agent mouillant. La respirabilité de cette membrane B, exprimé en Guerley est plus faible que celle de la membrane A, comprise entre 450-750. Cette large gamme suggère des défauts d’homogénéité dans la couche d’agent mouillant additionné. Cette membrane B couvre la surface de l’électrode de zinc par une seule couche.
L’élément 1, monté avec la membrane A, démontre un nombre de cycle de 2240 cycles avant que sa capacité ne devienne inférieure à 70% de 8Ah. L’élément 2, monté avec la membrane B, conduit à une capacité nulle après l’étape de formation caractérisée par 3 cycles de charge au régime de C/10 pendant 12h et de décharge au régime de C/5 jusqu’à ce que la tension de l’accumulateur atteigne 1,2V.
L’élément 3 est l’élément 2 précédent après avec une addition dans l’électrolyte de 4 agents mouillants parmi lesquels trois sont de la marque TRITON®, le BG-10, CG-110, X-100 plus l’agent mouillant phosphate de bis(2-éthylhexyle). La concentration totale des 4 agents mouillants introduits dans l’élément 2, qui devient donc ainsi l’élément 3, est 21,3 g/l. Aucun agent antimousse n’est ajouté. Les capacités déchargées en fonction du nombre de cycles pour les accumulateurs 1 et 3 sont comparées sur la .
La est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un exemple d'un dispositif d'acquisition d'images 5 selon un quatrième mode de réalisation.
Le dispositif 5 de la comprend des éléments communs avec le dispositif 2 de la . Par souci de simplification, ces éléments ne seront pas détaillés à nouveau ci-après.
Le dispositif 5 de la diffère du dispositif 2 de la essentiellement en ce qu'il comprend en outre un filtre coloré 31 revêtant la couche barrière 27.
Le filtre coloré 31 du dispositif 5 est, par exemple, similaire au filtre coloré 29 du dispositif 1 de la , et permet de compléter ou d’améliorer les propriétés de filtrage couleur de la couche HIL 23.
Un avantage des modes de réalisation des figures 3 à 5 est qu'ils permettent d’améliorer les propriétés de filtrage couleur par l'utilisation d’un ou plusieurs types de pigments colorés et ce sans surcharger la couche HIL 23 en pigments colorés. En effet, on prévoit dans ces modes de réalisation de répartir les différents pigments colorés entre les couches 23, 231, 233, 25 et/ou 31.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, le mode de réalisation de la peut être combiné avec les modes de réalisation des figures 2 à 4 et les modes de réalisation des figures 3 et 4 peuvent également être combinés.
Par ailleurs, on a écrit ci-dessus des exemples de réalisation dans lesquels les pigments colorés sont adaptés à filtrer la lumière transmise vers la couche active 21. A titre de variante, les pigments colorés peuvent être des pigments ayant des propriétés de fluorescences ou photoluminescences adaptés à absorber une partie du spectre visible et réémettre de la lumière dans une autre gamme de longueur d'ondes, par exemple des pigments ayant des propriétés fluorescence comme le pigment connu sous la dénomination commerciale ATTO 425 du fabricant ATTO-TECHNIQUE GmbH Germany.
générateurs ELECTROCHIMIQUES ALCALINS À anode de zinc La présente invention concerne le domaine des générateurs électrochimiques alcalins et plus particulièrement celui des accumulateurs. Elle est spécialement relative aux générateurs secondaires à anode de zinc tels que nickel-zinc, zinc-dioxyde de manganèse, argent-zinc, zinc-air, ainsi que ceux comportant une cathode totalement soluble ou partiellement soluble tels que zinc-iode, zinc-brome, zinc-ferricyanure, zinc-oxyde de manganèse et est destinée à obtenir avec l’électrode de zinc un nombre élevé de cycles.
Etat de la technique Les caractéristiques énergétiques du zinc (820 Ah/kg, 5845 Ah/l), son électronégativité (1,65V), son faible coût et sa facilité à être recyclé, en font un matériau d’anode de générateur électrochimique particulièrement intéressant : ainsi, les énergies massiques théoriques des couples nickel-zinc et zinc-air sont respectivement de 334 Wh/kg et 1.320 Wh/kg. En pratique, l’énergie massique des accumulateurs nickel-zinc peut atteindre 80 Wh/kg en format prismatique, soit deux à trois fois celle des accumulateurs au plomb.
Toutefois, si le zinc trouve une utilisation massive dans les piles alcalines et les piles Leclanché®, il est absent des accumulateurs alcalins de format industriel, à l’exception des batteries argent-zinc dont l’usage se limite à quelques cycles, et qui sont utilisées principalement pour des applications militaires, et plus récemment des premiers accumulateurs industriels nickel-zinc.
Le zinc est soluble en milieu alcalin sous forme de zincates et forme aisément, lors de la charge des accumulateurs à anode de zinc, des croissances dendritiques qui sont à l’origine de courts-circuits entre les électrodes de polarités opposées.
En outre, les zones de l’électrode négative où se dépose le zinc évoluent au cours des cycles de charge et de décharge : ainsi, on observe des phénomènes de densification qui réduisent la porosité de l’électrode et par conséquent sa capacité à fonctionner à des densités de courant correspondant à un usage pratique des batteries. D’autres facteurs pénalisent l’anode de zinc, tels que la précipitation d’oxyde de zinc formant une couche qui passive et réduit la surface active de l’électrode.
De nombreux travaux ont été menés pour comprendre les mécanismes de dépôt et de dissolution du zinc en milieu alcalin et un grand nombre de brevets proposant des solutions diverses ont été déposés :
l’usage d’additifs ajoutés à l’électrolyte ou incorporés dans la matière active anodique, avec l’objectif de réduire la solubilité des zincates, constitue l’essentiel des brevets ; sont également décrits des procédés mécaniques qui permettent de faire circuler l’électrolyte seul ou une électrode de zinc dispersée dans l’électrolyte, pour éviter les croissances dendritiques en assurant un dépôt de zinc homogène ; l’utilisation de courants pulsés, sans ou avec inversion de polarité, permettant de dissoudre au moins partiellement les dendrites ; enfin, l’emploi de séparateurs qui limitent la formation ou suppriment la diffusion des ions zincates de l’anode vers la cathode : ce sont par exemple des séparateurs microporeux en couches multiples ou des membranes échangeuses.
Ces diverses techniques peuvent être mises en œuvre isolément ou en combinaisons, mais elles n’apportent qu’une partie de la solution, et selon les cas augmentent la résistance interne, renchérissent le coût de la batterie, ou sont complexes à mettre en œuvre. Par ailleurs, certaines recommandent l’addition de plomb ou de cadmium à la masse active de l’anode, ce qui n’est guère acceptable pour des raisons évidentes de pollution.
Le rotor 3 illustré en vue éclatée à la comprend également :
La rondelle d’équilibrage 16 permet de maintenir les aimants 23 dans les cavités 24. La rondelle d’équilibrage 16 comprend un premier côté 160a et un deuxième côté 160b opposé axialement au premier côté 160a, le deuxième côté 160b étant en regard direct de l’extrémité axiale du corps du rotor.
La rondelle 16 illustrée à la comprend des cavités 160 creusées dans la rondelle et débouchant du premier côté de la rondelle 160a. Une cavité 160 peut être obtenue par un procédé de forgeage, notamment par frappe à chaud, ou par usinage.
Le rotor peut éventuellement comprendre une deuxième rondelle d’équilibrage empêchant les aimants de sortir par la deuxième extrémité 34. Cette deuxième rondelle d’équilibrage ne sera pas décrite ici.
La rondelle d’équilibrage 16 a avantageusement une forme annulaire qui comprend concentriquement de l’intérieur vers l’extérieur une portion annulaire centrale 16c avantageusement ajourée reliée à une portion annulaire comprenant les cavités 16b reliée à une portion annulaire extérieure 16a. La portion ajourée participe à une meilleure ventilation et à un allègement de la machine.
Les portions annulaires comprenant les cavités 16b et extérieure 16a ont avantageusement des épaisseurs selon X différentes E1, E2 respectivement de sorte que la jonction entre ces deux portions 16b et 16a créé un décroché 16d. E1 est typiquement compris entre 4mm et 10mm pour permettre une bonne reprise d’équilibrage et avantageusement supérieur à 6mm.
Les cavités 160 sont avantageusement situées dans la portion annulaire 16b, sur une même circonférence de la rondelle, c'est-à-dire qu’un cercle tracé sur le premier côté de la rondelle 160a et ayant comme centre l’axe X traverse au moins une portion de chaque cavité 160. De préférence, les distances radiales entre l’axe X et les centres des cavités 160 sont égales pour une même rondelle. De plus, les cavités 160 sont espacées angulairement les unes des autres d’un même angle autour de l’axe X. On obtient alors une rondelle 16 symétrique. De plus, les cavités 160 sont plus proches de la périphérie extérieure de la rondelle 163a, définie par la circonférence de plus grand diamètre de la rondelle, que de la périphérie intérieure, définie par l’ouverture traversée par l’arbre.
Chaque cavité 160 s’étend suivant un axe Y qui est parallèle à l’axe X de rotation de la machine et présente une forme cylindrique ou conique. Chaque cavité présente une profondeur P1 dans une direction axiale comprise entre 5% à 100% de l’épaisseur E1 de la rondelle prise au niveau de ladite cavité et de préférence comprise entre 30% et 60%. Par exemple, la cavité a une profondeur comprise entre 3 et 20 mm. Pour une épaisseur de rondelle E1 de l’ordre de 6mm, la profondeur P1 de la cavité est typiquement de l’ordre de 3mm. Chaque cavité 160 présente un diamètre maximal compris entre 0,02 et 0,2, et en particulier entre 0,03 et 0,08, fois le diamètre externe de la rondelle.
Une cavité 160, comme illustrée sur la , est formée d’un fond 161 et d’une paroi latérale 162 présentant une première extrémité axiale définissant une ouverture d’entrée 163 de la cavité et une deuxième extrémité axiale opposée à ladite première extrémité qui relie la paroi latérale avec le fond. Des rayons de congé peuvent être prévus entre pour la paroi latérale et le fond et entre la paroi latérale et le premier côté 160a de la rondelle.
La cavité 160 présente avantageusement un épaulement 164 s’étendant à partir de la paroi latérale 162 pour former une butée. L’épaulement 164 s’étend sensiblement transversalement, par rapport à l’axe Y de la cavité 160, sur toute la circonférence de la paroi latérale 162. L’épaulement définit une ouverture 163e dont le diamètre est inférieur au plus grand diamètre de la paroi latérale 162.
Par exemple, l’épaulement 164 s’étend sur une hauteur H1, dans une direction axiale par rapport à l’axe Y, d’au moins 30% de la profondeur P1 de la cavité 160. Toujours par exemple, l’épaulement 164 s’étend sur une longueur L1, dans une direction radiale par rapport à l’axe Y, comprise entre 10% et 30% du diamètre maximum de la cavité pris axialement entre le fond 161 et l’épaulement 164.