CA1150765A - Pile a depolarisation par l'air a electrolyte gelifie - Google Patents
Pile a depolarisation par l'air a electrolyte gelifieInfo
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- CA1150765A CA1150765A CA000368556A CA368556A CA1150765A CA 1150765 A CA1150765 A CA 1150765A CA 000368556 A CA000368556 A CA 000368556A CA 368556 A CA368556 A CA 368556A CA 1150765 A CA1150765 A CA 1150765A
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- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
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Abstract
Pi?? à dEpolarisation par l'air à électrolyte gélifié. Elle comporte une électrode positive, une électrode négative et un espace d'expansion, l'électrolyte gélifié étant disposé entre les deux électrodes, d'une part en contact avec leurs surfaces d'échange électrochimique et d'autre part entre l'électrode négative et l'expace d'expansion. La surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion est recouverte partiellement d'une plaque exerçant sur l'électrolyte une pression qui l'applique étroitement contre les surfaces des électrodes.
Description
~ ~ r-~'7~;S
Pile à dépolarisation par l'air à électrolyte géli~ié
La présente invention concerne une pile à dépolarisation par l'air à électrolyte géli~ié. ~lle est applicable plus particulièrement aux piles alc2lines de ce type, mais bien entendu peut aus3i trouver son emploi dans leq piles saline_ à dépolarisation par l'air.
Parmi le~ problèmes rencontré~ dan~ la conception de ce~ piles, on trouve celui de la con~ervation, avant u3age ou pendant les période~
de repos entre les déchar~eq, ainsi que celui de~ pertes de capacité
pendant les décharges à faible débit. qne pile à dépolari3ation par l'air doit bien entendu être accessible à l'air pendant sa décharge maiq l'air ne doit jamais arriver directement au contact de l'électrode négative, sou~ peine d'une perte de capacité utiliqable.
On a donc pris diverqes mesures pour empêcher que l'air ne vienne oxyder la matière active negative. Il a été propo~é par le brevet fran$ais n~ 71 24 029 du 30 ~uin 1971, publié sous le n~ 2.143.595 de recouvrir l'électrode négative par une couche de gel électrolytique qui la protège contre l'air contenu dans la chambre d'expansion prévue dans la partie supérieure de la pile pour tenir compte de 1'augmentation de volume de l'électrode négative à la décharge. Cependant l'oxygène de cet e9pace arrive à se dissoudre dans l'électrolyte et parvient à la matière active anodique. Il est donc important que cet espace ne soit pa~ en communication avec 1'extérieur, et des mesures ont été priseq dans ce sens dans le brevet français n~ 77 11 234 du 14 avril 1977, publié souq le numéro 2.387.523, consistant à limiter l'e9pace en question du côté de l'électrode po~itive (donc de l'arrivée d'air) par une paroi imperméable à l'air.
Il s'e~t toutefois révélé que cette disposition, bien qu'ef~icace dans une certaine mequre, présentait dans certains cas une inquffisance.
~'air arrivant par la partie immergée de l'électrode positive pouvait ~ormer de_ poches entre 1'électrolyte et la paroi de 1'électrode positive et arriver ainsi à ~issurer le gel électrolytique. Ce phéno-mène se produit probablement du ~ait de la dépression créée dans l'espace d'expansion au-dessus de l'électrolyte par la di~parition de l'oxy~ène dissous dans l'électrolyte et combiné à la matière ~ctive négative, ou par des variations de température ou de pression atmos-phérique.
'.~
s ~a présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient.
~ lle a pour objet une pile à dépolari3ation par l'air à électro-lyte gélifié comportant une électrode positive, une électrode négative et un espace d'expansion, l'électrolyte gélifié étant disposé entre les deux électrodes, d'une part en contact avec leurs surfaces d'échange électrochimique et d'autre part entre l'électrode négative et l'espace d'exyansion, caractéri3éè par le fait que la surface de 1~ électrolyte dans l'espace d'expan~ion est recouverte partiellement d'une plaque exerçant sur l'électrolyte une pression qui l'applique étroitement contre les surfaces des électrodes.
Il su~rit d'une compression telle que le gel remonte trèq légèrement au-desqus du niveau de la plaque aux endroits découvert3, pour que la ~ormation de poches d'air soit efficacement entravée.
Il est nécess~;re de laisser découverte une partie de la sur~ace de l'électrolyte afin que le gel électrolytique Duisse pa3ser dans l'espace d'expansion lors de la décharge de la pile sous la poussée de la matière active anodique derchargée. ~e pré~érence, cette partie découverte a de 5 à 40% de la surface de l'électrolyte dan~ l'espace d'expansion.
Ceci peut être obtenu en donnant à la plaque la ~orme de la ~urface de l'électrolyte, maia des dimensions telles qu'il subsiste un liseré non recouvert entre les bords de la plaque et certaines des parois de 1'espace d'expansion.
Selon une autre variante on pratique une pluralité de per~ora-tions dans la plaque et dan~ ce cas la plaque peut recouvr1r toute la surface de l'électrolyte, sauf à l'endroit des perforationq, ou bien elle peut encore laisser sub~ister un 1iseré découvert entre ~es bord~ et les paroia de la pile situées du côté de l'électrode négative.
Bien entendu la plaque doit être ~ixée aux paroia de l'espace d'expansion situées du côté de l'électrode positive, par tout moyen approprié.
B'invention ~era mieux comprise à l'aide de la description détaillée de l'exemple suivant en relation avec les dessins annexés dan~ lesquels :
7~S
- la ~igure 1 est une coupe d'une pile à dépolarisation par l'air selon l'invention - la ~igure 2 e3t une vue de dessus d'une plaque 3elon l'invention La pile représentée sur la figure 1 po~sède un boîtier en matiere plastique ~ormé d'un bac 1 et d'un couvercle 2. A l'intérieur du boîtier 3e trouvent une électrode po~itive centrale à dépolarisation par l'air e~entiellement constituée par une mas~e cat~lytique 3 à base de carbone divisé, et une électrode négative 4 à base de poudre de zinc di~posée contre le~ parois latér~les du bac 1. ~'espace annu-laire compri3 entre le3 électrodes est occupé par un électrolytealcalln gélifié 5, lequel recouvre en outre la partie supérieure de l'électrode négative. Un circuit d'aération pour l'électrode positive comporte une cheminée verticale 6 ménagée dans la masse 3 et débouchant dans une chambre d'aération 7 située immédiatement au-dessous du couvercle 2. Celui-ci présente deux ouvertures 8 et 9 repré3entées obturées par des bouchon3 plastiqueq 20 et 21. ~es bouchons doivent être retirés pour faire ~ondtionner la pile. Les ouverture~ 8 et 9 assurent alor~ la communication entre llatmosphère extérieure et la chambre 7, qui constituent ain3i une source d'oxygène pour 1'élec-trode positive. ~ans la cheminée 6 eYt disposé un élément pro~ilé 10à 3ection en H, destiné à ~avori3er la circulation de l'air selon le brevet fransais n~ 72 30 383 du 25.8.72 publié 30us le n~ 2.197.~42.
Un fil métallique 11 enroule en hélice le long de la cheminée 6 et incrusté dans la mas~e 3 eon~titue une sortie de courant pour l'élec-trode positive et est relié à la borne po~itive 12. La sortie decourant négative est assurée par un ~il métallique 13 noyé dans l'élec-trode 4 et dont la partie traversant le couvercle 2 n'est pas représentée.
Ta surface libre 14 de 1'électrolyte 5 est surmontée d'un espace gazeux 15, qui assure la compensation des changements de volumes dûs aux variations de température et au processus de décharge de la pile. ~our eviter que 1'oxygène de 1'air pénètre dan~ l'espace 15, d'où il pourrait venir oxyder chimiquement la poudre de zinc de 1'élec-trode négative, l'espace 15 est séparé de la chambre d'aération 7 de ~açon étanche à l'oxygène par une paroi imperméable, constituée par une pièce plastique 16 recouverte d'une couche de brai 17.
~ : , '765 La pièce 16 e~t 30udée aux paroi3 du bac 1 à leur partie ~upé-rieure, et reçoit par emboîtement à ~orce le couvercle 2 qui peut lui être collé. Sa partie ir~érieure plonge dans l'électrolyte et vient reposer sur un épaulement 25 de l'électrode 3. Une plaque 18 comportant d'une part dec~ perforations 19 et d'autre part une perfora-tion centrale bordée par un rebord 22, est emmanchée à force sur la pièce plastique 16 de manière que son rebord 22 épou3e étroitement la partie 23 de la pièce 16 qui plonge dans l'électrolyte. r.a plaque 18 est représentée vue de desqus 3ur la figure 2 qui permet de voir la ~orme et le nombre des perforations 19.
~ a position de cette plaque 18 sur la pièce 16 est telle qu'elle exerce une pression sur la surface 14 de l'électrolyte qui doit remonter à travers les perforations 19 comme repré3enté sur la ~igure 1. Dans l'exemple décrit cette position est ~ixée par la ~orme oblique de 15 la partie 23 de la pièce 16 qui plon~e dans l'électrolyte. Les rebords 22 ont également une ~orme éva~ée correspondant exactement à la ~orme de la partie 23.
Dans l'exemple représenté le3 perforations 19 ~ont au nombre de lO et leur surface totale est de 3,3 cm2, alors que la surface de l'électrolyte est de 22,8 cm . Te rapport surface libre~-sur~aoe totale de l'électrolyte est donc de 14,5% environ. Le gel électro-lytique est composé d'une solution 7 N de potas3e gélifiée par une quantité de ~écule de pomme de terre à rai30n de 240 à 255 g/litre.
Ce gel e~t fermement maintenu contre les surfaces des électrodes du ~ait de la pre~sion qu'exerce la plaque 18, et, ne pouvant plus se décoller de la surface de l'électrode positive, empêche la ~or~ation de bullec~ gazeuses même lor~que l'espace 15 est en dépression par rapport à l'espace extérieur.
Afin de maintenir la plaque 18 dans la position voulue, on peut aus3i la coller 3ur la pièce 16, ou encore la lui souder aux ultrason3. Ta plaque 18 peut être par exemple en polystyrène, ou toute autre matière pla~tique présentant une rigidité su~isante.
Si la pièce 16 se raccorde à l'électrode 3 par une partie pris-matique ou cylindrique, on peut maintenir la plaque 18 à la hauteur voulue en prévoyant sur cette partie des nervures qui empêchent la ~S~b765 plaque de remonter au-de3sus de la position voulue.
Comme il a été dit, au lieu de prévoir dans la plaque 18 des perforations 19, on peut se servir d'une plaque san~ per~oration autre que la perforation centrale autour de la pièce 16. Dans ce cas on lui donne des dimensions un peu inférieures à celles de la ~urface de l'électrolyte, de sorte qu'il subsiste un liseré d'électro-lyte découvert entre le bord extérieur de la plaque et la paroi du bac 1.
On pourra ~ien entendu, ~an3 sortir du eadre de l'invention, remplacer toute disposition décrite ci-de.~sus par une di~position équivalente.
Pile à dépolarisation par l'air à électrolyte géli~ié
La présente invention concerne une pile à dépolarisation par l'air à électrolyte géli~ié. ~lle est applicable plus particulièrement aux piles alc2lines de ce type, mais bien entendu peut aus3i trouver son emploi dans leq piles saline_ à dépolarisation par l'air.
Parmi le~ problèmes rencontré~ dan~ la conception de ce~ piles, on trouve celui de la con~ervation, avant u3age ou pendant les période~
de repos entre les déchar~eq, ainsi que celui de~ pertes de capacité
pendant les décharges à faible débit. qne pile à dépolari3ation par l'air doit bien entendu être accessible à l'air pendant sa décharge maiq l'air ne doit jamais arriver directement au contact de l'électrode négative, sou~ peine d'une perte de capacité utiliqable.
On a donc pris diverqes mesures pour empêcher que l'air ne vienne oxyder la matière active negative. Il a été propo~é par le brevet fran$ais n~ 71 24 029 du 30 ~uin 1971, publié sous le n~ 2.143.595 de recouvrir l'électrode négative par une couche de gel électrolytique qui la protège contre l'air contenu dans la chambre d'expansion prévue dans la partie supérieure de la pile pour tenir compte de 1'augmentation de volume de l'électrode négative à la décharge. Cependant l'oxygène de cet e9pace arrive à se dissoudre dans l'électrolyte et parvient à la matière active anodique. Il est donc important que cet espace ne soit pa~ en communication avec 1'extérieur, et des mesures ont été priseq dans ce sens dans le brevet français n~ 77 11 234 du 14 avril 1977, publié souq le numéro 2.387.523, consistant à limiter l'e9pace en question du côté de l'électrode po~itive (donc de l'arrivée d'air) par une paroi imperméable à l'air.
Il s'e~t toutefois révélé que cette disposition, bien qu'ef~icace dans une certaine mequre, présentait dans certains cas une inquffisance.
~'air arrivant par la partie immergée de l'électrode positive pouvait ~ormer de_ poches entre 1'électrolyte et la paroi de 1'électrode positive et arriver ainsi à ~issurer le gel électrolytique. Ce phéno-mène se produit probablement du ~ait de la dépression créée dans l'espace d'expansion au-dessus de l'électrolyte par la di~parition de l'oxy~ène dissous dans l'électrolyte et combiné à la matière ~ctive négative, ou par des variations de température ou de pression atmos-phérique.
'.~
s ~a présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient.
~ lle a pour objet une pile à dépolari3ation par l'air à électro-lyte gélifié comportant une électrode positive, une électrode négative et un espace d'expansion, l'électrolyte gélifié étant disposé entre les deux électrodes, d'une part en contact avec leurs surfaces d'échange électrochimique et d'autre part entre l'électrode négative et l'espace d'exyansion, caractéri3éè par le fait que la surface de 1~ électrolyte dans l'espace d'expan~ion est recouverte partiellement d'une plaque exerçant sur l'électrolyte une pression qui l'applique étroitement contre les surfaces des électrodes.
Il su~rit d'une compression telle que le gel remonte trèq légèrement au-desqus du niveau de la plaque aux endroits découvert3, pour que la ~ormation de poches d'air soit efficacement entravée.
Il est nécess~;re de laisser découverte une partie de la sur~ace de l'électrolyte afin que le gel électrolytique Duisse pa3ser dans l'espace d'expansion lors de la décharge de la pile sous la poussée de la matière active anodique derchargée. ~e pré~érence, cette partie découverte a de 5 à 40% de la surface de l'électrolyte dan~ l'espace d'expansion.
Ceci peut être obtenu en donnant à la plaque la ~orme de la ~urface de l'électrolyte, maia des dimensions telles qu'il subsiste un liseré non recouvert entre les bords de la plaque et certaines des parois de 1'espace d'expansion.
Selon une autre variante on pratique une pluralité de per~ora-tions dans la plaque et dan~ ce cas la plaque peut recouvr1r toute la surface de l'électrolyte, sauf à l'endroit des perforationq, ou bien elle peut encore laisser sub~ister un 1iseré découvert entre ~es bord~ et les paroia de la pile situées du côté de l'électrode négative.
Bien entendu la plaque doit être ~ixée aux paroia de l'espace d'expansion situées du côté de l'électrode positive, par tout moyen approprié.
B'invention ~era mieux comprise à l'aide de la description détaillée de l'exemple suivant en relation avec les dessins annexés dan~ lesquels :
7~S
- la ~igure 1 est une coupe d'une pile à dépolarisation par l'air selon l'invention - la ~igure 2 e3t une vue de dessus d'une plaque 3elon l'invention La pile représentée sur la figure 1 po~sède un boîtier en matiere plastique ~ormé d'un bac 1 et d'un couvercle 2. A l'intérieur du boîtier 3e trouvent une électrode po~itive centrale à dépolarisation par l'air e~entiellement constituée par une mas~e cat~lytique 3 à base de carbone divisé, et une électrode négative 4 à base de poudre de zinc di~posée contre le~ parois latér~les du bac 1. ~'espace annu-laire compri3 entre le3 électrodes est occupé par un électrolytealcalln gélifié 5, lequel recouvre en outre la partie supérieure de l'électrode négative. Un circuit d'aération pour l'électrode positive comporte une cheminée verticale 6 ménagée dans la masse 3 et débouchant dans une chambre d'aération 7 située immédiatement au-dessous du couvercle 2. Celui-ci présente deux ouvertures 8 et 9 repré3entées obturées par des bouchon3 plastiqueq 20 et 21. ~es bouchons doivent être retirés pour faire ~ondtionner la pile. Les ouverture~ 8 et 9 assurent alor~ la communication entre llatmosphère extérieure et la chambre 7, qui constituent ain3i une source d'oxygène pour 1'élec-trode positive. ~ans la cheminée 6 eYt disposé un élément pro~ilé 10à 3ection en H, destiné à ~avori3er la circulation de l'air selon le brevet fransais n~ 72 30 383 du 25.8.72 publié 30us le n~ 2.197.~42.
Un fil métallique 11 enroule en hélice le long de la cheminée 6 et incrusté dans la mas~e 3 eon~titue une sortie de courant pour l'élec-trode positive et est relié à la borne po~itive 12. La sortie decourant négative est assurée par un ~il métallique 13 noyé dans l'élec-trode 4 et dont la partie traversant le couvercle 2 n'est pas représentée.
Ta surface libre 14 de 1'électrolyte 5 est surmontée d'un espace gazeux 15, qui assure la compensation des changements de volumes dûs aux variations de température et au processus de décharge de la pile. ~our eviter que 1'oxygène de 1'air pénètre dan~ l'espace 15, d'où il pourrait venir oxyder chimiquement la poudre de zinc de 1'élec-trode négative, l'espace 15 est séparé de la chambre d'aération 7 de ~açon étanche à l'oxygène par une paroi imperméable, constituée par une pièce plastique 16 recouverte d'une couche de brai 17.
~ : , '765 La pièce 16 e~t 30udée aux paroi3 du bac 1 à leur partie ~upé-rieure, et reçoit par emboîtement à ~orce le couvercle 2 qui peut lui être collé. Sa partie ir~érieure plonge dans l'électrolyte et vient reposer sur un épaulement 25 de l'électrode 3. Une plaque 18 comportant d'une part dec~ perforations 19 et d'autre part une perfora-tion centrale bordée par un rebord 22, est emmanchée à force sur la pièce plastique 16 de manière que son rebord 22 épou3e étroitement la partie 23 de la pièce 16 qui plonge dans l'électrolyte. r.a plaque 18 est représentée vue de desqus 3ur la figure 2 qui permet de voir la ~orme et le nombre des perforations 19.
~ a position de cette plaque 18 sur la pièce 16 est telle qu'elle exerce une pression sur la surface 14 de l'électrolyte qui doit remonter à travers les perforations 19 comme repré3enté sur la ~igure 1. Dans l'exemple décrit cette position est ~ixée par la ~orme oblique de 15 la partie 23 de la pièce 16 qui plon~e dans l'électrolyte. Les rebords 22 ont également une ~orme éva~ée correspondant exactement à la ~orme de la partie 23.
Dans l'exemple représenté le3 perforations 19 ~ont au nombre de lO et leur surface totale est de 3,3 cm2, alors que la surface de l'électrolyte est de 22,8 cm . Te rapport surface libre~-sur~aoe totale de l'électrolyte est donc de 14,5% environ. Le gel électro-lytique est composé d'une solution 7 N de potas3e gélifiée par une quantité de ~écule de pomme de terre à rai30n de 240 à 255 g/litre.
Ce gel e~t fermement maintenu contre les surfaces des électrodes du ~ait de la pre~sion qu'exerce la plaque 18, et, ne pouvant plus se décoller de la surface de l'électrode positive, empêche la ~or~ation de bullec~ gazeuses même lor~que l'espace 15 est en dépression par rapport à l'espace extérieur.
Afin de maintenir la plaque 18 dans la position voulue, on peut aus3i la coller 3ur la pièce 16, ou encore la lui souder aux ultrason3. Ta plaque 18 peut être par exemple en polystyrène, ou toute autre matière pla~tique présentant une rigidité su~isante.
Si la pièce 16 se raccorde à l'électrode 3 par une partie pris-matique ou cylindrique, on peut maintenir la plaque 18 à la hauteur voulue en prévoyant sur cette partie des nervures qui empêchent la ~S~b765 plaque de remonter au-de3sus de la position voulue.
Comme il a été dit, au lieu de prévoir dans la plaque 18 des perforations 19, on peut se servir d'une plaque san~ per~oration autre que la perforation centrale autour de la pièce 16. Dans ce cas on lui donne des dimensions un peu inférieures à celles de la ~urface de l'électrolyte, de sorte qu'il subsiste un liseré d'électro-lyte découvert entre le bord extérieur de la plaque et la paroi du bac 1.
On pourra ~ien entendu, ~an3 sortir du eadre de l'invention, remplacer toute disposition décrite ci-de.~sus par une di~position équivalente.
Claims (4)
1. - Pile à dépolarisation par l'air à électro-lyte gélifié comportant une électrode positive, une élec-trode négative et un espace d'expansion, l'électrolyte gélifié étant disposé entre les deux électrodes, d'une part en contact avec leurs surfaces d'échange électrochi-mique et d'autre part entre l'électrode négative et l'es-pace d'expansion, caractérisé par le fait que la surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion est recouverte partiellement d'une plaque exerçant sur l'électrolyte une pression qui l'applique étroitement contre les surfaces des électrodes.
2.- Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la surface découverte par la plaque est de 5 à 40% de la surface de l'électrolyte dans l'espace d'expansion.
3.- Pile selon la revendication 1 ou 2, caracté-risée par le fait que ladite plaque a la forme de la sur-face de l'électrolyte dans l'espace d'expansion et présente des perforations au-dessus de cette surface.
4.- Pile selon la revendication 1 ou 2, caracté-risée par le fait que ladite plaque a la forme de la sur-face de l'électrolyte dans l'espace d'expansion mais des dimensions telles qu'elle laisse découvert un liseré entre la plaque et les parois de la pile situées du côte de l'électrode négative.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8000901 | 1980-01-16 | ||
| FR8000901A FR2473794A1 (fr) | 1980-01-16 | 1980-01-16 | Pile a depolarisation par l'air a electrolyte gelifie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1150765A true CA1150765A (fr) | 1983-07-26 |
Family
ID=9237588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000368556A Expired CA1150765A (fr) | 1980-01-16 | 1981-01-15 | Pile a depolarisation par l'air a electrolyte gelifie |
Country Status (6)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS56106378A (fr) |
| CA (1) | CA1150765A (fr) |
| DE (1) | DE3100412A1 (fr) |
| FR (1) | FR2473794A1 (fr) |
| GB (1) | GB2067825B (fr) |
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| US6274261B1 (en) | 1998-12-18 | 2001-08-14 | Aer Energy Resources, Inc. | Cylindrical metal-air battery with a cylindrical peripheral air cathode |
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| US20040038120A1 (en) * | 2002-05-31 | 2004-02-26 | Tsepin Tsai | Metal air cell incorporating easily refuelable electrodes |
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|---|---|---|---|---|
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