FR1465642A - électrodes pour accumulateurs électriques, leur procédé de fabrication et accumulateurs munis de ces électrodes - Google Patents

Description

Électrodes pour accumulateurs électriques, leur procédé de fabrication et accumu lateurs munis de ces électrodes. Certaines électrodes destinées aux accumulateurs électriques comportent, comme on le sait, une car casse conductrice qui a la double fonction de sup porter la matière électrochimiquement active, dont la nature varie avec le type d'accumulateur, et de répartir le courant électrique au sein de cette ma tière active dont la conductibilité est plus ou moins bonne.

On a déjà proposé d'utiliser une plaque de gra phite poreux pour constituer fa carcasse conductrice d'une électrode d'accumulateur. Toutefois, .de telles plaques, dures et rigides, ont une certaine fragilité et de plus, ii est difficile .de les réaliser avec une porosité suffisante pour qu'elles enferment une quantité convenable de matière active. C'est pour quoi cette technique ne s'est pas développée dans la pratique.

L'usage du graphite présente cependant un intérêt, parce que ce corps n'est pas magnétique et se prête par conséquent à la réalisation d'accumu lateurs ne comportant aucune partie magnétique.

Conformément à l'une des particularités de la présente invention, on utilise comme supports con ducteurs dans des électrodes pour accumulateur, des fibres de graphite entrelacées pour former un tissu ou un feutre, dont la porosité peut être rendue aussi grande qu'on le veut en faisant varier les intervalles laissés entre les fibres lors de la confec tion du tissu ou du feutre.

Ces supports ne présentent plus l'inconvénient des supports rigides antérieurs, puisqu'ils sont déformables.

Ce tissu ou ce feutre peut être soumis aux opéra tions habituelles pour y déposer la matière active, par exemple par précipitation chimique ou électro chimique à partir d'un sel dont le support est préa lablement imprégné.

De préférence, le support en fibres de graphite est réalisé avec une porosité initiale supérieure à 90 %(,. en entendant par porosité<B> </B> le rapport entre 1e volume des vides du support et son volume total. Une porosité aussi élevée permet de déposer une quantité suffisante de matière active par imprégna tion et précipitation.

De préférence encore, le support en fibres de graphite, qui conserve une certaine déformabilité après dépôt de fa matière active, est soumis à une compression à la suite de ce dépôt, de façon à réduire son épaisseur de un tiers à deux tiers envi ron.

Alors que dans le cas d'un support rigide l'opéra. tion de dépôt de la matière active, par imprégna tion et précipitation suivies en général d'un lavage soigné et d'un séchage, doit être répétée plusieurs fois pour emmagasiner dans le support une quan tité suffisante de matière active afin de donner à l'électrode fa capacité voulue, l'usage d'un support en fibres de graphite, .déformable et à grande poro sité, avantageusement d'un feutre de telles fibres, se prêtant à une réduction d'épaisseur par compres sion, permet de réduire le nombre des opérations et même de n'effectuer qu'une seule opération. En effet, la compression étant effectuée après dépôt de la matière active, tout se passe comme si la masse de matière active emmagasinée par unité de volume dans l'électrode finale était augmentée dans une très forte proportion, et ceci en conservant une porosité encore suffisante allant jusqu'à 50-70 %o, dont l'in térêt est très grand au point de vue électrochimi que. On peut remarquer, par exemple, que dans le cas .d'une réduction d'épaisseur de 50 /-o, le volume libre dans les pores est réduit de plus de 50 o, de sorte que la quantité maximale de matière éiectro- chimiquement active que l'on pouvait introduire dans le feutre de graphite avant la compression mécanique dépasse de plus de deux fois celle que l'on peut introduire dans ce feutre après la com pression.

L'utilisation d'un enchevêtrement relative ment lâche de fibres de graphite très régulières, permet aussi, dans certains cas, d'utiliser des solu tions d'imprégnation moins concentrées, ce qui garantit une meilleure homogénéité, c'est-à-dire une répartition uniforme du dépôt de matière élec- trochimiquement active sur toute la longueur de chaque fibre, donc dans toute l'épaisseur du feutre ou du tissu. Cette qualité d'homogénéité se con serve ensuite au cours du traitement mécanique @de compression et assure à ce dépôt une solidité méca nique et une efficacité électrochimique supérieures à celles obtenues avec un dépôt de répartition moins uniforme.

Un autre avantage de l'invention découlant -du fait qu'il est possible de réduire le nombre .des opé rations élémentaires pour le dépôt de la matière active, est que ce dépôt peut être uniformément réparti sur la surface des fibres et qu'il est possible de calculer (épaisseur du dépôt pour lui donner- la valeur optimale dans un cas déterminé.

Par exemple, on peut obtenir une épaisseur :de dépôt ne dépassant pas quelques microns, et de pré férence inférieure à 10 li, ce qui permet d'obtenir un bon coefficient d'utilisation de la matière active, étant donné que les matières actives et surtout les hydroxydes de nickel travaillent avec un mauvais rendement électrochimique lorsque leur épaisseur dépasse 20 à 30 ,u.

Pour avoir un dépôt d'une aussi faible épaisseur tout en conservant une capacité suffisante à (élec trode, ii est avantageux d'utiliser, dans le cadre de (invention, des fibres de graphite, dont le diamètre ne dépasse pas 25 ,u environ.

A titre d'exemple nullement limitatif, on va dé crire la fabrication -d'une électrode pour accumula teur alcalin au cadmium-nickel.

Pour constituer le- support de (électrode, on prend un feutre de fibres de graphite aussi régu lières que possible, de diamètre inférieur à 25 p,. Ce feutre a 4 mm d'épaisseur et a un entrelacement de fibres assez lâche pour avoir une porosité de 97 %o.Ce feutre est trempé dans une solution d'im prégnation, de préférence sous vide, étant donné qu'il flotte sur les solutions aqueuses. La solution d'imprégnation est une solution de nitrate de nic kel (pouvant éventuellement contenir du nitrate de cobalt) pour l'électrode positive et une solution de nitrate .de cadmium pour féiectrode négative.

Le feutre imprégné est retiré de la solution d'im- préb ation,séché, puis soumis à l'action d'une solu tion de soude à 250 g/1 pendant 30 minutes et à 80 C, ce qui a pour effet de précipiter l'hydroxyde correspondant sur les fibres de graphite. En une seule opération d'imprégnation et précipitation, le poids de la matière active déposée atteint 4 à 7 fois le poids du support de graphite, selon qu'il s'agit de (électrode positive ou de l'électrode négative.

On peut égaiement utiliser un procédé de préci pitation de la matière active par voie électro chimique, selon lequel le support de (électrode est polarisé cathodiquement dans un bain de sel de nickel ou de cadmium, conformément à une tech nique ancienne, décrite en particulier dans le bre vet français n 828.24.7.

Après avoir été lavée et séchée, chaque électrode pourra être soumise à l'opération de compression réduisant son épaisseur de un tiers à deux tiers environ.

Mais on peut aussi réaliser cette opération sur un assemblage de plusieurs électrodes destinées à constituer un accumulateur, ces électrodes étant naturellement isolées les unes des autres par des séparateurs poreux en matière isolante, par exem ple en feutre ou en tissu de nylon.

On peut, par exemple, prendre une électrode positive et une électrode négative ayant chacune l'épaisseur de 4 mm indiquée ci-dessus et impré gnées chacune de matière active, comme ii a été indiqué. Entre ces deux électrodes, on place un séparateur en feutre de nylon, ayant une épaisseur de 0,5 mm. L'ensemble est ensuite comprimé de manière à ramener à 4,5 mm son épaisseur totale, qui était primitivement de 8,5 mm, ce qui corres pond à une réduction d'épaisseur -de l'ordre de 50 %.

Ce serrage sera de préférence maintenu dans l'accumulateur par le choix de la dimension corres pondante du bac ou par des moyens de compres sion appropriés par exemple des faces extérieures du bac parallèles aux électrodes.

Compte tenu des diminutions du volume dispo nible dues à l'introduction des matières actives et à la compression, la porosité précédemment définie des électrodes reste encore de l'ordre de 80 % dans l'exemple décrit, ce qui permet de loger dans les électrodes une importante quantité d'électrolyte assurant une très grande stabilité du fonctionne ment électrochimique. En effet, dans un accumula teur du type considéré l'électrolyte est soumis à des variations de concentration résultant de deux cau ses. La première réside dans le fait que l'électro lyte tend à se concentrer dans le compartiment cathodique et à se diluer dans le compartiment ano dique au cours de la charge; la seconde a pour origine le fait que les matières actives absorbent globalement -de l'eau pendant la décharge et la res tituent pendant la charge. Les variations de concen tration qui en résultent ont pour effet d'augmenter la résistivité -de l'électrolyte et ii s'ensuit- une varia tion corrélative de la résistance interne de l'accu mulateur.

L'invention permet de remédier à ce fait nuisi ble, puisque grâce à leur porosité élevée, les nou- veltes électrodes peuvent contenir une quantité d'électrolyte nettement plus importante qu'à l'accou tumée, ce qui est évident si l'on se souvient que fa porosité des électrodes à support de nickel fritté qui sont devenues d'un usage général dans les accumulateurs cadmium-nickel, est de l'ordre de 30%.

Les sorties de courant des électrodes peuvent être constituées par des cavaliers en feuillard d'acier nickelé venant pincer des languettes du feutre de graphite, ou encore par des cavaliers en un métal amagnétique, pratiquement stable .dans l'électro lyte, tel que l'argent, si l'on veut réaliser un accu mulateur ne présentant pas d'effet magnétique et pouvant convenir non seulement pour des utilisa tions habituelles, mais également pour des utilisa tions nouvelles exigeant l'absence de perturbations d'origine magnétique.

Les électrodes selon l'invention permettent de réaliser des accumulateurs capables de décharges à des intensités de l'ordre du huitième de la capacité nominale, tout en conservant une tension aux bor nes supérieure à 1,2 volt.

Il va d'ailleurs de soi que les modes de réalisa tion décrits ne sont que des exemples et l'on pour rait les modifier notamment par substitution d'équivalents techniques sans sortir pour cela du cadre de l'invention.

Claims (1)

RÉSUMÉ 1 Une électrode pour accumulateur électrique comportant un support conducteur constitué par un tissu ou un feutre de fibres souples de graphite et une matière électrochimiquement active déposée sur et (ou) entre ces fibres. 2 Des modes de réalisation présentant les parti cularités suivantes prises séparément ou selon les diverses combinaisons possibles a. La porosité de l'électrode est supérieure à 50 % environ, de sorte que l'électrode peut conte nir une importante quantité d'électrolyte; b. La porosité de l'électrode est de l'ordre de 80 % ; c. Les fibres de graphite ont un diamètre infé rieur ou égal à 25 1,t environ; d. L'épaisseur du dépôt de matière active sur les fibres de graphite est inférieure ou égale à 10 p.. 3 Un procédé de fabrication d'une électrode selon 1 , dans lequel, après dépôt de la matière active sur les fibres du tissu ou du feutre de gra phite, ce tissu est comprimé .de façon à réduire son épaisseur de un à deux tiers environ.

1 Des modes de réalisation de ce procédé pré sentant les particularités suivantes prises séparé ment ou selon les diverses combinaisons possibles a. Le support de fibres de graphite a une porosité d'environ 90 `1o avant dépôt de la matière active; b. Le dépôt de matière active se fait par une seule opération, pouvant comporter une précipita tion chimique après imprégnation d'un sel conve nable ou une précipitation électrochimique, un lavage et un séchage, cette opération étant suivie d'une compression pour réduire de un tiers à deux tiers environ l'épaisseur du feutre ou du tissu; c. La compression est opérée soit sur les électro des isolément, soit sur un ensemble d'électrodes et de séparateurs. 5 Un accumulateur électrique comprenant des électrodes selon 1 , ces électrodes étant isolées les unes des autres par des séparateurs poreux en ma tière isolante et l'ensemble étant maintenu compri mé dans le bac de l'accumulateur. 6 Un mode de réalisation de cet accumulateur, dans lequel les électrodes et tous les accessoires, tels que bac et liaisons conductrices sont en matériaux amagnétiques.