BE505298A

BE505298A -

Info

Publication number: BE505298A
Authority: BE

Description

ELEMENTS DE CONSTRUCTION D'ACCUMULATEURS'ET'LEUR PROCEDE-DE FABRICATION.

La présente invention est relative à des éléments nouveaux de construction pour accumulateurs et, de préférence pour accumulateurs au plomb, et leur nouveauté consiste en ce qu'on établit des électrodes rigi- desde forme quelconque, présentant une grande résistance et une grande porosité d'après un procédé qui fait partie également de l'invention, ces électrodes ne nécessitant plus de support pour la masse car, tout en étant de forme quelconque, elles constituent des corps se tenant d'eux-mêmes les- quels, naturellement., sont munis d'organes de prise de courant, situés à l'intérieur de ces corps.

Les corps d'électrodes,établis,, d'après le procédé de l'inven- tion, par compression, injection ou coulée., peuvent être réunis les uns aux autres en tant que formations autonomesrigides en soi, pour constituer des corps de plus grandes dimensions. En supprimant le support de masse, qui servait jusqu'ici à ancrer le remplissage actif, en forme de pâte., pour le rendre rigide., on obtient déjà une réduction très sensible du poids mort à l'intérieur de l'accumulateur.

Il a été reconnu, et cela a été prouvé par des essais correspon- dants,que parmi les matières dites artificielles (pour parler le langage courant) et tout particulièrement, parmi les matières artificielles les plus récentes,, se trouvent des agents typiques qui, du fait de leurs proprié- tés spéciales conviennent, avantageusement pour constituer des corps d'élec- trodes, positifs et négatifs par exemple pour des accumulateurs au plomb., réalisés par compression., injection et coulée. Comme matières premières, on peut utiliser, dans le cadre de l'invention, des matières et composés ci- dessous, qui contiennent des dérivés, convenant pour obtenir des corps d'é- lectrodes selon l'invention.

1. Charbons par exemple résines artificielles au phénol,
2.Gaz à l'eau : par exemple résine artificielle à l'urée,

3. Charbon/chaux : par exemple chlorure polyvinylique,
4. Bois, par exemple'Viscose,
5. Lait: par exemple caséine/formaldéhyde,
6. Silicone: par exemple silicones-résine à vernis-caoutchoucs,
7. Composés azotés du bore, par exemple Borazol.

Toutes ces matières premières donnent des agents et des dérivés qui ne sont pas attaqués par l'acide sulfurique dilué et même concentré et ne donnent pas lieu à oxydation, réduction et formation d'ozone. Ils peuvent, sans que leur aptitude à être travaillés en soit diminuée, absor- ber jusqu'à dix fois leur propre poids en matières actives, telles que, par exemple, de la poudre de plomb, de la litharge, du minium, etc. Con- trairement à ce qui a lieu avec les masses de remplissage connues, qui né- cessitent toujours un support de masse spécial, on peut donc faire des for- mations se soutenant d'elles-mêmes, que l'on peut utiliser sous les formes les plus différentes pour obtenir des corps d'électrodes, par exemple, sous forme de plaques, de profilés, de tubes, d'objets filiformes.

On peut rendre, à volonté, ces corps d'électrodes poreux, dans le cadre du procédé de l'invention et suivant l'utilisation envisagée, en y incorpo- rant des matières qui pourront être éliminées ultérieurement par lavage, cuisson, etc... telles, par exemple, que de la soude, de l'amidon, du té- trahydrofurane et matières analogues. On peut également obtenir cette porosité par incorporation de couches de crins de cheval qui se carbonisent à la température de compression et sont supprimés par l'acide. On peut augmenter la conductibilité électrique de ces masses, en y incorporant des fils de plomb et de plomb et d'antimoine, longues ou hachées court ou des fibres minéralisées au plomb ou par addition de très faibles quanti- tés de graphite colloïdal.

On va indiquer ci-dessous quelques substances colloïdales qui ont donné de bons résultats pour leur application, selon l'invention, comme agents de matières artificielles.

Ainsi, par exemple, à partir de certains colloïdes ou de sub- stances analogues à des colloïdes, telles que la gélatine, la caséine, la méthylcellulose, les acétates, etc., on peut réaliser des électrodes en y ajoutant les masses actives utilisables, telles que de la poudre de plomb, de l'oxyde de plomb, ou de la poudre de nickel ou de fer, ces élec- trodes étant rendues insolubles aux électrolytes au moyen d'un liquide dur- cissant, tel, par exemple, que l'alcool et une solution de formaldéhyde.

On va décrire le procédé de fabrication plus en détail, à titre d'exemple, dans le cas d'un agent du groupe vinyle; le chlorure polyvinyli- que: On homogénéise, dans un broyeur à boulets, un mélange de, environ 150 gr. d'oxyde de plomb, 35 gr. de chlorure polyvinylique, 85 gr. de soude et 30 gr. de laine de plomb hachée. Au moyen de cette masse, on établit, sous une pression d'environ 500 kg par dm2 et une température d'environ 170 , par exemple, des tablettes carrées de 13 x 13 x 0,6 cm. Comme organe de dé- part du courant, on utilise, de façon avantageuse, une plaque de plomb ou de plomb et d'antimoine, coulée ou estampée, comportant suffisamment de per- forations.

Cette prise de courant est alors placée entre les deux tablet- tes, les surfaces de contact ayant été au préalable revêtues d'une couche mince de chlorure polyvinylique. La compression des deux tablettes, avec la prise de courant intercalée se fait encore sous la pression et à la tem- pérature indiquées ci-dessus. On enlève ensuite la soude incorporée, par lavage à l'eau chaude, de manière à obtenir la porosité désirée. Pour aug- menter la pénétration des électrolytes, les plaques peuvent encore présenter un nombre-quelconque de perforations les traversant.

De .manière à obtenir une plaque d'électrode de porosité encore plus grande, électrode pour batterie de mise en marche, on pétrit intimement une pâte de chlorure polyvinylique (avec addition d'une quantité aussi fai - ble que possible d'un ramollissant) avec environ 8 fois son propre poids d'une masse active (oxyde de plomb, etc..). Ce mélange est alors soumis

dans un moule avec prise de courant. intercalé., à un traitement thermique à environ 1600 et il a alors une élasticité analogue à celle d'une éponge en caoutchouc. Cette pâte se solidifie au refroidissement qui doit se faire dans le moule.

On doit ensuite enlever le ramollissant au moyen d'a- cide chaud. de manière à éviter la formation d'acides étrangers, lors d'une opération électrochimique ultérieure.

Quoique, en général, le chlorure polyvinylique, par exemple, ne conduise pas le courant électrique, on a constaté, de façon surprenante que des électrodes établies à l'aide de cette matière ne s'opposent en aucune façon à l'échange d'ions lorsque les électrolytes en renferment.

On a supposé que l'électrolyte dissout les particules de matière artifi- cielle contenant les particules actives. Une partie de l'acide sulfurique (0,5%) pénètre certainement dans la matière artificielle et agit comme une sorte de ramollissant pour le rendre perméable. Comme d'autre part, la force d'attraction entre les ions chargés positivement et négativement est très élevée,l'échange d'ions produit par l'opération électrochimique peut s'effectuer sans empêchement.

Ce fait devrait être d'importance ca- pitale pour toute l'industrie des accumulateurs, car en utilisant les matiè- res artificielles, selon l'invention, de nouvelles voies sont ouvertes à toute l'industrie des accumulateurs du fait de la stabilité, et, par sui- te, de la durée des électrodes, en utilisant en même temps la grande surfa- ce, dûe à la porosité, que l'on peut contrôler, des plaques, ainsi qu'à la suppression des porte-masses qui augmentent actuellement en dehors de toute mesure le poids des accumulateurs. Un autre avantage très important est l'augmentation considérable de la capacité par rapport au poids et l'é- conomie en plomb du porte-masse.

Comme les plaques, selon l'invention, en particulier les plaques positives, sont encore naturellement soumises à des changements de volume dûs à la charge et à la décharge, il est prévu d'établir les plaques positi- ves, par exemple, au moyen de plusieurs corps distincts entre lesquels se trouvent des joints de dilatation. Ces joints sont remplis d'une masse coulée, analogue à du caoutchouc.

Comme on l'a déjà dit précédemment, les masses conformées ob- tenues, selon l'invention, par compression, injection ou coulée, peuvent être réunies les unes aux autres pour créer des corps d'électrodes, de grandes dimensions. On peut penser, à ce sujet, aux cellules d'accumula- tion de force, constituées par deux grands corps tubulaires- creux, enfilés l'un dans l'autre et au travers desquels l'électrolyte est pompé.

On a représenté différents types et formes de corps d'électro- des pouvant être obtenus par le procédé de l'invention, sur le dessin annexé dans lequel
La figure 1 représente partiellement, en perspective, un accumulateur avec douze électrodes en forme de plaque.

La figure 2 représente de même un accumulateur avec six corps d'électrodes tubulaires.

La figure 3 représente une plaque établie d'après le procédé de l'invention.

La figure 4 représente la prise de courant.

La figure 5 représente une tablette terminée.

La figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 3.

La figure 7 représente une plaque électrode positive divisée en quatre parties.

La figure 8 représente une plaque positive constituée de quatre électrodes en forme de poutres.

La figure 9 représente ces quatre plaques séparées.

La figure 10 représente une prise de courant comportant des électrodes filiformes supplémentaires.

La figure 11 représente une prise de courant avec des électro- des filiformes et des fibres de plomb, ces dernières amenant le courant au cadre de contact.

Les figures 12, 13 et 14 représentent différents types d'élec- trodes.

La figure 15 représente une installation d'emmagasinage de for- ce, constituée par des corps d'électrode tubulaires de grande dimension.

La figure 16 est une vue correspondante en coupe longitudinale.

La figure 17 en est une coupe transversale.

Sur la figure 1, on voit la cuve 10 des accus, avec les corps d'électrodes en forme de plaques 11, 11' et 12 et les organes de prise de courant 13 et 14. Les deux plaques 11 et 11', en matière artificielle, contenant suffisamment de masse active, enserrent la prise de courant 12.

Sur la figure 2, on voit encore la cuve 10 avec six électrodes tubulaires.

Le corps tubulaire intérieur 15' sert d'électrode positive, avec prisa de courant 16' et le corps tubulaire extérieur 15 sert d'électrode négati- ve, avec prise de courant 16. Des barres 17 et 18 assurent les contacts Suivant les figures 3 à 6, le corps d'électrode est constitué par une prise de courant 12, 21 qui est serrée entre les deux électrodes en forme de plaques 11 et 11'. La barre de contact supérieure 19 porte le nez de contact 19' . Suivant la figure 7, le corps d'électrode est constitue de 'quatre parties séparées 22 entre lesquelles sont interposés des joints de dilatation 23 remplis d'une manière élastique. Suivant la figure 8, le corps d'électrode positif est constitué de quatre parties en forme de pou- tres 24, qui sont manies de prises de courant 29.

Il y a encore des couches intercalaires 25 ayant une élasticité analogue à celle du caoutchouc mou.

Les corps 24 et les couches intercalaires 25 sont maintenus à l'aide de barres de contact 26 et 27 de forme correspondante, la barre 27 portant un nez de contact 28. Selon la figure 10, la prise de courant 12 est enrichie de formations d'électrode filiformes 30, tandis que, sur la figure 11, une grille 12, en forme de cadre, est enrichie à l'aide de formations filiformes 30 dans lesquelles passent des fibres de plomb et d'antimoine 31. Ces fibres servent d'organes intérieurs pour la circulation du courant. Suivant la figure 12, des corps d'électrodes 32 et 32', en forme de coquilles, com- portent des prises de courant internes 39. Sur la figure 13, des électrodes 33 et 33', à angle droit, comportent des grilles internes 38.

La figure 14 représente une paire d'électrodes 34 et 35 à grande surface, qui sont munies de prises de courant 36 et 37. La figure 15 représente, en perspec- tive, une installation d'accumulation de force, constituée par de grands corps d'électrodes tubulaires 40, réunis les uns aux autres en 51, par sou- dure ou autrement. L'organe de prise de courant 47 sert pour l'arrivée et le départ du positif et 48 pour l'arrivée et le départ du négatif. Des prises d'arrivée et de départ du courant 41, 42, 43,44, 45 et 46 sont réu- nies de façon correspondante aux électrodes, et aux câbles négatif 49 et po- sitif 50.

La paire d'électrodes, selon l'invention, est constituée par un tube extérieur, formant l'électrode négative, 58, 59 et 59', avec prise de courant intérieure annulaire 60, et du tube intérieur servant d'électro- de positive 62, 62' avec également une prise annulaire 63. Des passages 64 sont prévus dans ce corps pour les électrolytes.

L'électrolyte, qui se trouve dans une grande cuve, 53, de grandeur correspondante, est refoulé par la pompe 55, actionnée par le moteur 56, en passant par la tuyauterie 54, dans la chambre cylindrique intérieure 67 de l'électrode positive 62, munie de passages 64, et il arrive, par celles-ci dans les chambres annulai- res extérieures 66 et, en conséquence, sur les électrodes négatives 59, 59' qui sont poreuses jusqu'à leur enveloppe extérieure, non perméable. De ces chambres 66, l'électrolyte est à nouveau aspiré par la pompe 55, en direc- tion de la flèche, par la tuyauterie 52 et il revient dans la cuve 53, pour de là, recommencer son cycle.

Des coiffes isolantes 57 recouvrent chaque

paire d'électrodes et, au travers de ces coiffes passent les organes d'ar- rivée et de départ du courant allant aux pôles 47 et 48.

Ces corps d'électrodes peuvent être constitués selon l'inven- tion, de la façon représentée, car les ébauches comprimées ou injectées ont une grande résistance propre. De cette façon;, il est possible d'ac- cumuler des quantités extra-ordinairement grandes. Au cas où l'enveloppe extérieure 58 du corps d'électrode est insensible aux actions extérieures, ces installations peuvent même être montées à l'air libre.

Claims

RESUME.

1. Eléments de construction pour accumulateurs, en particulier ceux au plomb, caractérisés par les points suivants pris séparément ou en combinaison : 1 ) En utilisant des liants appropriés, résistant aux acides à l'oxygène à l'hydrogène et à l'ozone, consistant en une matière artifi- cielle qui est en mesure d'absorber plusieurs fois son poids de matière ac- tive, telle que de l'oxyde de plomb, du minium, de la poudre de nickel ou de fer, on réalise, par compression ou injection;, sous pression et à tempé- rature élevée, des formations d'électrodes se soutenant'elles-mêmes de for- me quelconque, ayant une grande résistance et une porosité satisfaisante, qui sont munies de prises intérieures de courant et qui n'ont plus besoin de supports de masse spéciaux.

2 ) Ces corps d'électrodes sont établis sous forme de plaques, de profilés ou de tubes, sur des prises de courant, de forme correspondante.

3 ) Les corps d'électrodes sont coulés.

4 ) Les ébauches comprimées, injectées=ou coulées à température élevée, sont soudées ou réunies autrement pour'constituer des électrodes de forme particulière.

5 ) Les masses contenant suffisamment de matière active sont ré- alisées sous forme de fils.

6 ) Des ébauches, par exemple tubulaires, de diamètres diffé- rents, sont assemblées pour constituer des paires d'électrodes au travers desquelles l'électrolyte peut être pompé de manière continue.

7 ) L'électrolyte pénètre par des conduites appropriées, dans les électrodes positives intérieures, présentant des ouvertures et, delà, dans la chambre annulaire se trouvant entre les deux électrodes tubulaires pour revenir ensuite à la pompe.

8 ) Un certain nombre de ces paires d'électrodes sont accouplées en batteries pour constituer des accumulateurs de force.

9 ) Les électrodes positives sont formées de plusieurs ébauches réunies les unes aux autres par des joints de dilatation.

II- Procédé de fabrication des éléments suivant I, caractérisé par les points suivants, pris séparément ou en combinaison : 1 ) Les liants sont des agents ou des dérivés des matières pre- mières suivantes charbon, charbon/chaux, gaz à l'eau, bois, lait, silicones et composés azotés du bore,., que l'on utilise individuellement ou en mélanges, en proportions quelconques.

2 ) On homogénéise dans un broyeur à boulets, par exemple, un mélange contenant environ 150 gr. d'oxyde de plomb, 35 à 40 gr. de chlorure de polyvinylique, 85 gr. de soude et 30 gr. de laine de plomb et antimoine hachée et pour établir des plaqueson comprime le mélange sous une pression d'environ 500 kg/dm2 et sous une température d'environ 170 C.

3 ) Pour obtenir un corps d'électrode, ces plaques sont serrées de part et d'autre d'une grille en plomb-antimoine;, de préférence plate.

4 ) Pour obtenir une porosité suffisante, on ajoute, en quanti- té correspondante, des corps tel que la gélatine, la soude, l'amidon, le <Desc/Clms Page number 6> tétra-hydrofurane, etc.. qu' on enlève ensuite par lavage ou cuisson.

5 ) Dans la masse comprimée, on noie des textiles, par exemple des crins de cheval qui se carbonisent à la température de compression et sont éliminés ultérieurement au moyen d'acides.

6 ) On pétrit intimement une pâte de chlorure polyvinylique avec addition d'une fraction aussi faible que possible d'un ramollissant, avec environ huit fois son poids d'une masse active et ce mélange est introduit dans un moule avec un organe intercalaire de prise de courant, le tout étant soumis à un traitement thermique, avec ou sans pression, après quoi il se durcit en refroidissant et le ramollissant est ensuite enlevé au moyen d'un solvant approprié, par exemple du cyclohexanon.

7 ) A partir de certains colloïdes et substances analogues à des colloïdes telles que la gélatine, la caséine, la méthylcellulose, les acétates,etc., que l'on ajoute aux masses actives utilisées, telles que la poudre de plomb ou matières analogues, on établit des électrodes qui sont rendues insolubles aux électrolytes et dont la rigidité est obtenue au moyen d'un liquide durcissant, par exemple un alcool ou une solution de formaldéhyde.

8 ) Pour augmenter la division superficielle électrique, on in- corpore dans la masse des fils de plomb-antimoine, à fibres longues ou cour- tes ou une faible addition de graphite colloïdal.