FR2606220A1 - Materials having proton conduction (by protons or by both protons and alkaline ions), process for their preparation and their applications - Google Patents

Materials having proton conduction (by protons or by both protons and alkaline ions), process for their preparation and their applications Download PDF

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FR2606220A1 FR8615082A FR8615082A FR2606220A1 FR 2606220 A1 FR2606220 A1 FR 2606220A1 FR 8615082 A FR8615082 A FR 8615082A FR 8615082 A FR8615082 A FR 8615082A FR 2606220 A1 FR2606220 A1 FR 2606220A1
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proton conduction
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macromolecular material
anhydrous
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Inventor
Jean-Claude Lassegues
Bernard Desbat
Marie-France Daniel
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • H01M6/181Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte with polymeric electrolytes

Abstract

The invention relates to an anhydrous macromolecular material having proton conduction, characterised in that it consists essentially of a solid solution of at least one acid salt of a strong acid derived from an alkaline cation of formula: [M<->]x[HyXO4]<x-> in which: M<+> is an alkali metal ion or the ammonium ion X is a sulphur, selenium or phosphorus atom x and y are non-zero indices consisting of whole numbers which can take values such as (x=1, y=1), (x=2, y=1) or (x=1, y=2), dissolved in a polymer - homo- and/or copolymer - having linear or crosslinked chains containing hetero atoms capable of forming complexes with the released proton species or proton species which can be released by the acid salt of a strong acid. Use of these macromolecular materials according to the invention as electrolytes, electrodes or both, in electrochemical generators.

Description

MATERIAUX A CONDUCTION PROTONIQUE
(PAR PROTONS OU A LA FOIS PAR PROTONS ET IONS ALCALINS)
LEUR PROCEDE DE PREPARATION ET LEURS APPLICATIONS
L'invention a pour objet de nouveaux matériaux à conduction protonique, (par protons ou à la fois par protons et ions alcalins) ci-après dénommée conduction protonique, susceptibles d'être utilisés notamment comme électrolytes et/ou électrodes de générateurs. Il est entendu que pour les besoins de la description, l'expression "ion alcalin" englobe l'ion ammonium. On désignera l'ensemble d'espèces conductrices dans la suite de la description par l'expression "espèces protoniques".
PROTONIC CONDUCTION MATERIALS
(BY PROTONS OR BOTH BY PROTONS AND ALKALINE IONS)
THEIR PREPARATION PROCESS AND THEIR APPLICATIONS
The subject of the invention is new materials with proton conduction (by protons or both by protons and alkaline ions) hereinafter referred to as proton conduction, capable of being used in particular as electrolytes and / or generator electrodes. It is understood that for the purposes of description, the term "alkali ion" includes ammonium ion. The set of conductive species will be designated in the remainder of the description by the expression “proton species”.

L'invention vise également notamment les nouveaux générateurs électrochimiques du type de ceux dans lesquels la réaction chimique à l'origine de la production de courant met en jeu le transfert, par conduction protonique par l'intermédiaire d'un électrolyte, de protons ou d'ions provenant d'une électrode négative ou "source" de tels protons ou ions, se trouvant à un potentiel chimique supérieur, vers une électrode positive ou "puits" pour l'atome d'hydrogène, et se trouvant à un potentiel chimique inférieur. The invention also relates in particular to new electrochemical generators of the type of those in which the chemical reaction at the origin of the production of current involves the transfer, by proton conduction via an electrolyte, of protons or d. ions coming from a negative electrode or "source" of such protons or ions, being at a higher chemical potential, to a positive electrode or "sink" for the hydrogen atom, and being at a lower chemical potential .

L'invention est également relative à de tels générateurs dans lesquels l'électrode négative est apte à fournir un proton ou un ion alcalin à son interface avec l'électrolyte, et l'électrode positive est apte à incorporer dans sa structure moléculaire ou physique le composé d'insertion résultant de la formation de la molécule d'hydrogène ou du métal alcalin au contact de l'électrode positive. The invention also relates to such generators in which the negative electrode is capable of supplying a proton or an alkaline ion at its interface with the electrolyte, and the positive electrode is capable of incorporating into its molecular or physical structure the insertion compound resulting from the formation of the hydrogen molecule or the alkali metal in contact with the positive electrode.

Jusqu'à ce jour, les travaux effectués sur les divers sels afin de réaliser une conduction cationique visaient à augmenter la mobilité du cation associé à un anion volumineux qui intervenait alors pour une faible part dans la conduction. Les sels employés étaient par exemple des sels complexes du type de ceux mentionnés dans le brevet US n 4573768. Until now, the work carried out on the various salts in order to achieve cationic conduction aimed at increasing the mobility of the cation associated with a bulky anion which then played a small part in the conduction. The salts employed were, for example, complex salts of the type mentioned in US Pat. No. 4,573,768.

Par ailleurs des travaux ont eu pour objet l'étude de matériaux à conduction, réalisés à partir de complexes polymères du type M+X ou M+ est un ion alcalin du type Li , Na+, NH4 et X est un anion d'acide fort Ces travaux font l'objet du brevet FR.78.32.977. In addition, the work has been aimed at the study of conduction materials, made from polymer complexes of the type M + X or M + is an alkali ion of the type Li, Na +, NH4 and X is a strong acid anion. works are the subject of patent FR.78.32.977.

L'invention a pour but de proposer des matériaux de conduction mettant en présence simultanément des protons ou des espèces protoniques se comportant comme des protons et/ou des ions alcalins. La conduction est dans les matériaux selon l'invention le fait des protons, ou le fait des ions alcalins et des protons, en conjugaison, par l'intermédiaire de la chaîne anionique. The object of the invention is to provide conduction materials simultaneously bringing together protons or proton species behaving like protons and / or alkali ions. In the materials according to the invention, conduction is effected by protons, or by alkali metal ions and protons, in conjugation, via the anionic chain.

Les matériaux à conduction protonique susceptibles d'être utilisés à la température ambiante sont des hydrates, soit cristallins du type hydrogène uranium - phosphate (HU02P044H20), soit des résines échangeuses d'ions, constituées par des polymères contenant des groupes ionophores de type acide. Proton conduction materials capable of being used at ambient temperature are hydrates, either crystalline of the hydrogen uranium - phosphate (HUO 2 PO 44H 2 O) type, or ion exchange resins, formed by polymers containing ionophore groups of the acid type.

Ces différents matériaux fonctionnent en milieu hydraté et par conséquent leur domaine de stabilité est limité par celui de l'eau de solvatation. These different materials operate in a hydrated medium and consequently their stability range is limited by that of the water of solvation.

En l'absence d'humidité, il n'existe aucune conductivité appréciable. In the absence of moisture, there is no appreciable conductivity.

En outre, ces matériaux sont incompatibles avec le vide, ce qui peut présenter des inconvénients, notamment pour la mise en forme, ou pour certains types d'application. In addition, these materials are incompatible with vacuum, which can present drawbacks, in particular for shaping, or for certain types of application.

De plus, l'existence de protons solvatés par l'eau présente l'inconvénient d'entraîner des phénomènes de corrosion. In addition, the existence of protons solvated by water has the drawback of causing corrosion phenomena.

L'invention a pour but de proposer des matériaux à conduction protonique présentant une conductivité satisfaisante à température ambiante. The object of the invention is to provide materials with proton conduction exhibiting satisfactory conductivity at room temperature.

L'invention a pour but de proposer des matériaux à conduction protonique anhydre dans lesquels il n'y a pas de phénomène de corrosion et par conséquent dont les propriétés ne soient pas affectées dans le temps. The aim of the invention is to provide materials with anhydrous proton conduction in which there is no corrosion phenomenon and consequently whose properties are not affected over time.

L'invention a pour but de proposer des matériaux à conduction protonique stables vis-à-vis de l'air et également compatibles avec le vide. The object of the invention is to provide materials with proton conduction which are stable with respect to air and which are also compatible with vacuum.

L'invention a également pour but de proposer des matériaux à conduction protonique bon marché et faciles à mettre en oeuvre. Another object of the invention is to provide proton conduction materials that are inexpensive and easy to use.

L'invention a aussi pour but de proposer des matériaux à conduction protonique susceptibles d'être utilisés dans la constitution de générateurs "tout so- lide", dans lesquels le maintien adéquat des contacts électriques entre l'électrolyte et les électrodes est réalisé
Un autre aspect de l'invention est de proposer des matériaux à conduction protonique susceptibles d'être utilisés dans la constitution de générateurs tout solide, sans qu'il y ait, au cours de l'utilisation, une polarisation susceptible d'entraîner des variations importantes des caractéristiques de charge et de décharge du générateur
L'invention a pour but, notamment, de proposer des générateurs électrochimiques, de préférence rechargeables dont la conduction est protonique capables d'un fonctionnement satisfaisant à température ambiante, dont tous les composants soient et restent à l'état solide pendant le fonctionnement, stables vis-à-vis de l'air, et dont les éventuelles modifications de volume puissent être compensées relativement facilement et dans lesquels les risques de rupture de contact entre les électrodes et l'électrolyte sont considérablement réduits, sinon supprimés.
The object of the invention is also to propose materials with proton conduction capable of being used in the constitution of “all solid” generators, in which adequate maintenance of the electrical contacts between the electrolyte and the electrodes is achieved.
Another aspect of the invention is to provide proton conduction materials capable of being used in the constitution of all-solid-state generators, without there being, during use, a polarization liable to cause variations. important of the charging and discharging characteristics of the generator
The aim of the invention is, in particular, to provide electrochemical generators, preferably rechargeable, the conduction of which is proton capable of operating satisfactorily at room temperature, of which all the components are and remain in the solid state during operation, stable. vis-à-vis air, and in which any changes in volume can be compensated relatively easily and in which the risks of breaking contact between the electrodes and the electrolyte are considerably reduced, if not eliminated.

En particulier, l'utilisation des matériaux macromoléculaires à conduction protonique de l'invention, permet la conduction protonique selon l'invention tout en conservant une bonne stabilité thermique autour de 100.C. In particular, the use of the proton conduction macromolecular materials of the invention allows proton conduction according to the invention while maintaining good thermal stability around 100 ° C.

Le matériau macromoléculaire anhydre à conduction protonique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par une solution solide d'au moins un sel acide d'acide fort dérivé d'un cation alcalin, de formule : [ M ] x CH X041 dans laquelle est un ion alcalin notamment Na+, Li+, K+, Cs+, ou l'ion ammonium NH4
X est un atome de soufre, de phosphore ou de selenium x et y sont des indices non nuls constitués par des nombres entiers, qui peuvent prendre les valeurs (x=1, y=1) , (x=2, y=i)ou (x=l, y=2).
The anhydrous proton conduction macromolecular material according to the invention is characterized in that it is essentially constituted by a solid solution of at least one acidic salt of a strong acid derived from an alkaline cation, of formula: [M] x CH X041 in which is an alkaline ion, in particular Na +, Li +, K +, Cs +, or the ammonium ion NH4
X is a sulfur, phosphorus or selenium atom x and y are non-zero indices made up of whole numbers, which can take the values (x = 1, y = 1), (x = 2, y = i) or (x = 1, y = 2).

entièrement dissous au sein d'un polymère - homo et/ou copolymère - à chaînes linéaires ou réticulées, contenant des hétéroatomes, notamment oxygène et/ou azote, susceptibles de former des complexes avec les espèces protoniques libérées ou libérables par le sel acide fort d'acide fort. completely dissolved in a polymer - homo and / or copolymer - with linear or crosslinked chains, containing heteroatoms, in particular oxygen and / or nitrogen, capable of forming complexes with the proton species released or releasable by the strong acid salt of strong acid.

Les sels acides d'acides forts utilisés dans un mode préféré selon l'invention sont des sels hydrogénosulfates MHS04, ou des sels dihydrogénophosphates MH2pO4. Les sels acides simples utilisés dans l'invention dérivent d'acides très corrosifs lorsqu'ils ne sont pas sous forme de sel au moins en partie. L'utilisation des sels acides selon l'invention est donc particulièrement avantageuse en ce que ces sels acides ne présentent pas de problèmes de dégradation vis-à-vis des polymères et de corrosion vis-à-vis des autres éléments du générateur. Un autre avantage résultant de la mise sous forme de sel des acides forts résulte dans l'obtention de sels acides simples conducteurs, a la différence des sels non acides correspondants qui sont de très mauvais conducteurs. The acidic salts of strong acids used in a preferred embodiment according to the invention are MHSO4 hydrogen sulphate salts, or MH2pO4 dihydrogen phosphate salts. The simple acid salts used in the invention derive from very corrosive acids when they are not in the form of salt at least in part. The use of the acid salts according to the invention is therefore particularly advantageous in that these acid salts do not present problems of degradation with respect to the polymers and of corrosion with respect to the other elements of the generator. Another advantage resulting from the salt form of strong acids results in obtaining acidic salts which are simple conductors, unlike the corresponding nonacidic salts which are very poor conductors.

L'élimination des problèmes de corrosion dans les matériaux macromoléculaires à conduction protonique selon l'invention, permet d'étendre le choix des polymères et permet une utilisation de ces matériaux non limitée dans le temps. The elimination of the corrosion problems in the proton conduction macromolecular materials according to the invention makes it possible to extend the choice of polymers and allows the use of these materials not limited in time.

La compatibilité du sel acide d'acide fort et du matériau macromoléculaire correspond notamment à la stabilité du complexe formé entre le matériau macromoléculaire et le sel acide d'acide fort ; en d'autres termes, cette compatibilité peut être définie par le fait que le sel acide de l'acide fort n'est pas susceptible d'entraîner des coupures de chaînes du matériau macromoléculaire et par conséquent n'est pas susceptible de diminuer la masse moléculaire du matériau macromoléculaire utilisé. Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, les sels acides utilisés n'entraînent pas la dégradation du matériau macromoléculaire. The compatibility of the acid salt of strong acid and of the macromolecular material corresponds in particular to the stability of the complex formed between the macromolecular material and the acid salt of strong acid; in other words, this compatibility can be defined by the fact that the acid salt of the strong acid is not capable of causing chain cleavages of the macromolecular material and therefore is not capable of reducing the mass molecular weight of the macromolecular material used. According to a particularly advantageous aspect of the invention, the acid salts used do not lead to the degradation of the macromolecular material.

On définit par chaînes linéaires des chaînes dans lesquelles il n'existe pas d'atome formant point de convergence de plus de deux chaînes macromoléculaires. Linear chains are defined as chains in which there is no atom forming a point of convergence of more than two macromolecular chains.

On définit par chaînes réticulées des chaînes dans lesquelles il existe des atomes formant point de convergence de plus de deux chaînes macromoléculaires. Crosslinked chains are defined as chains in which there are atoms forming a point of convergence of more than two macromolecular chains.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les matériaux macromoléculaires sont caractérisés par le fait qu'ils sont formés d'une solution so- lide d'au moins un sel acide d'acide fort de formule MHS04 dans laquelle
M est un atome alcalin notamment du type Li, Na, K, Cs ou l'ammonium NH4 dans un matériau macromoléculaire solide élastique et plastique, à caractère principalement amorphe, constitué en partie ou en totalité d'homo et/ou de copolymères, å chaînes linéaires ou réticulées.
According to a preferred embodiment of the invention, the macromolecular materials are characterized in that they are formed from a solid solution of at least one acid salt of strong acid of formula MHS04 in which
M is an alkaline atom in particular of the Li, Na, K, Cs or ammonium NH4 type in an elastic and plastic solid macromolecular material, mainly amorphous in nature, consisting in part or in full of homo and / or copolymers, å linear or crosslinked chains.

Dans des modes de réalisation préférés selon l'invention, on a retenu les composés LiHS04, NaHS04, NH4HSO4. In preferred embodiments according to the invention, the compounds LiHSO4, NaHSO4, NH4HSO4 have been used.

Le sel acide d'acide fort MHS04 est avantageusement utilisé dans l'invention, car la présence de chaînes anioniques HS04 dans le matériau macromoléculaire à conduction protonique selon l'invention permet de réduire considérablement le nombre d'anions transportés, les groupements ,ho04 étant fortement associés par liaisons hydrogène. Ainsi H est porté par l'anion HS04 et migre sous forme de H+ le long de la chaîne anionique. The acid salt of strong acid MHS04 is advantageously used in the invention, because the presence of anionic chains HS04 in the macromolecular material with proton conduction according to the invention makes it possible to considerably reduce the number of anions transported, the groups, ho04 being strongly associated by hydrogen bonds. Thus H is carried by the anion HS04 and migrates in the form of H + along the anionic chain.

Le susdit matériau macromoléculaire dérive d'un ou plusieurs motifs monomères du type représenté
- soit par la formule suivante

Figure img00060001

dans laquelle R1 représente un atome d'hydrogène ou l'un des groupes Ra, CH,-O-R , -CH-O-Re-Ra, -CH2-N=(CH3)2 avec
- Ra représentant un radical alcoyle ou cycloalcoyle comportant 1 à 12 atomes de carbone, et de préférence 1 à 4 atomes de carbone,
- Re représentant un radical polyether de formule générale
Figure img00060002

p ayant une valeur de O à 10
soit par la formule suivante
Figure img00060003

dans laquelle R2 représente H, Ra, -Re-Ra, avec Ra et Re ayant respectivement l'une des significations sus-indiquées ou encore la polyethyleneimine (PEI)
soit par la formule suivante
Figure img00070001

dans laquelle Ra et Re ont respectivement l'une des significations sus-indiquées
Le susdit matériau macromoléculaire est soit un copolymère de l'oxyde d'éthylène et d'un deuxième motif choisi parmi les étheroxydes de formule
Figure img00070002

dans laquelle R3 représente
soit un radical alcoyle Ra1, Ra1 comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et de préférence de 1 à 4 atomes de carbone,
soit un radical CH2 - 0 - Re - Ra1, dans lequel Ra1 a la signification indiquée ci-dessus et Re représente un radical polyether de formule
- (CH2 - CH2 - O)p, p variant de O à 10, et la proportion du deuxième motif par rapport à l'oxyde d'éthylène, est choisie de telle sorte que le matériau macromoléculaire ne présente pas de cristallinité ou une cristallinité inférieure à environ 40% aux températures d'utilisation, tout en présentant une bonne conductivité
Le susdit matériau macromoléculaire est soit un polyamide, homopolymère ou copolymère et dérive d'un ou plusieurs motifs monomères représenté par les formules suivantes
Figure img00070003
The aforesaid macromolecular material derives from one or more monomer units of the type shown
- or by the following formula
Figure img00060001

in which R1 represents a hydrogen atom or one of the groups Ra, CH, -OR, -CH-O-Re-Ra, -CH2-N = (CH3) 2 with
- Ra representing an alkyl or cycloalkyl radical comprising 1 to 12 carbon atoms, and preferably 1 to 4 carbon atoms,
- Re representing a polyether radical of general formula
Figure img00060002

p having a value of 0 to 10
either by the following formula
Figure img00060003

in which R2 represents H, Ra, -Re-Ra, with Ra and Re respectively having one of the meanings indicated above or else polyethyleneimine (PEI)
either by the following formula
Figure img00070001

in which Ra and Re respectively have one of the meanings indicated above
The aforesaid macromolecular material is either a copolymer of ethylene oxide and of a second unit chosen from the etheroxides of formula
Figure img00070002

in which R3 represents
either an alkyl radical Ra1, Ra1 comprising from 1 to 12 carbon atoms and preferably from 1 to 4 carbon atoms,
or a CH2 - 0 - Re - Ra1 radical, in which Ra1 has the meaning indicated above and Re represents a polyether radical of formula
- (CH2 - CH2 - O) p, p varying from 0 to 10, and the proportion of the second unit relative to the ethylene oxide, is chosen such that the macromolecular material does not exhibit crystallinity or crystallinity less than about 40% at operating temperatures, while exhibiting good conductivity
The aforesaid macromolecular material is either a polyamide, homopolymer or copolymer and is derived from one or more monomer units represented by the following formulas
Figure img00070003

Figure img00080001

dans lesquelles
- R, R', R" représentent l'hydrogène, ou un radical alcoyle monovalent ou oxaalcoyle monovalent, de 1 à 12 atomes de carbone et de préférence de 1 à 4 atomes de carbone, ou un radical aryle monovalent de 6 à 12 atomes de carbone,
- Q, QI représentent un radical alcoyle divalent ou oxaalcoyle divalent, de 1 à 12 atomes de carbone et de préférence de 1 à 4 atomes de carbone, ou un radical aryle divalent de 6 à 12 atomes de carbone
Le susdit matériau macromoléculaire est soit un polyester homopolymère ou dérive d'un ou plusieurs motifs monomères représenté par les formules suivantes
Figure img00080002

dans lesquelles R ET R' représentent l'hydrogène, ou un radical alcoyle monovalent ou oxaalcoyle monovalent, de 1 à 12 atomes de carbone et de préférence de 1 à 4 atomes de carbone, ou un radical aryle monovalent de 6 à 12 atomes de carbone
Le susdit matériau macromoléculaire est soit une polysulfone homopolymère ou copolymère et dérive d'un ou plusieurs motifs monomères représenté par la formule suivante
Figure img00080003

dans laquelle R représente l'hydrogène, ou un radical alcoyle monovalent ou oxaalcoyle monovalent, de 1 à 12 atomes de carbone et de préférence de 1 à 4 atomes de carbone, ou un radical aryle monovalent de 6 à 12 atomes de carbone
Le susdit matériau macromoléculaire est soit une polyamine homopolymère ou copolymère et dérive d'un ou plusieurs motifs monomères représenté par la formule suivante
Figure img00090001

dans lesquelles R représente l'hydrogène, un radical alcoyle monovalent ou oxaalcoyle monovalent, de 1 à l2 atomes de carbone, de préférence de 1 à 4 atomes de carbone, ou un radical aryle monovalent de 6 à 12 atomes de carbone,
- Q représente un radical alcoyle monovalent ou oxaalcoyle divalent, de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 4 atomes de carbone, ou un radical aryle divalent de 6 à 12 atomes de carbone.
Figure img00080001

in which
- R, R ', R "represent hydrogen, or a monovalent alkyl or monovalent oxaalcoyl radical, from 1 to 12 carbon atoms and preferably from 1 to 4 carbon atoms, or a monovalent aryl radical of 6 to 12 atoms of carbon,
- Q, QI represent a divalent alkyl or divalent oxaalcoyl radical, from 1 to 12 carbon atoms and preferably from 1 to 4 carbon atoms, or a divalent aryl radical of 6 to 12 carbon atoms
The aforesaid macromolecular material is either a polyester homopolymer or derived from one or more monomer units represented by the following formulas
Figure img00080002

in which R AND R 'represent hydrogen, or a monovalent alkyl or monovalent oxaalcoyl radical, of 1 to 12 carbon atoms and preferably of 1 to 4 carbon atoms, or a monovalent aryl radical of 6 to 12 carbon atoms
The aforesaid macromolecular material is either a polysulfone homopolymer or a copolymer and is derived from one or more monomer units represented by the following formula
Figure img00080003

in which R represents hydrogen, or a monovalent alkyl or monovalent oxaalcoyl radical, of 1 to 12 carbon atoms and preferably of 1 to 4 carbon atoms, or a monovalent aryl radical of 6 to 12 carbon atoms
The aforesaid macromolecular material is either a polyamine homopolymer or a copolymer and is derived from one or more monomer units represented by the following formula
Figure img00090001

in which R represents hydrogen, a monovalent alkyl or monovalent oxaalcoyl radical, of 1 to 12 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms, or a monovalent aryl radical of 6 to 12 carbon atoms,
- Q represents a monovalent alkyl or divalent oxaalcoyl radical, from 1 to 12 carbon atoms, preferably from 1 to 4 carbon atoms, or a divalent aryl radical from 6 to 12 carbon atoms.

Les matériaux macromoléculaires entrant dans la constitution des matériaux macromoléculaires anhydres à conduction ionique doivent être compatibles avec le sel acide d'acide fort ou le mélange de sels acides d'acides forts utilisés. The macromolecular materials entering into the constitution of anhydrous ionically conductive macromolecular materials must be compatible with the acid salt of strong acid or the mixture of acid salts of strong acids used.

Ainsi selon un mode préféré de réalisation de l'invention, les matériaux macromoléculaires sont choisis parmi ceux formés à partir de composés ou de dérivés des composés de groupe contenant l'oxyde d'éthylène, les étheroxydes, les polyamides, les polyesters, les polysulfones, les polyamines. Thus according to a preferred embodiment of the invention, the macromolecular materials are chosen from those formed from compounds or derivatives of group compounds containing ethylene oxide, etheroxides, polyamides, polyesters, polysulfones , polyamines.

Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, les matériaux macromoléculaires sont choi- sis parmi les homo ou copolymères à chaînes linéaires du type
- Polyoxyéthylène (POE), de formule (CH2CH20)n, n étant un nombre entier choisi tel que la masse moléculaire du polymère soit comprise entre 100.000 et 5.000.000
- #oly(éthylèneimine) (PEl), de formule LCH2-CH2-NH) , n étant un nombre entier choisi tel que la masse moléculaire du polymère soit comprise entre 50.000 et 60.000
- Poly-(acide acrylique)(PAA), de formule [ CH2CH(C0OH) ] n' n étant un nombre entier choisi tel que la masse moléculaire du polymère soit comprise entre 250.000 et 2.000.000.
According to another preferred embodiment of the invention, the macromolecular materials are chosen from homo or copolymers with linear chains of the type.
- Polyoxyethylene (POE), of formula (CH2CH20) n, n being an integer chosen such that the molecular mass of the polymer is between 100,000 and 5,000,000
- #oly (ethyleneimine) (PEl), of formula LCH2-CH2-NH), n being an integer chosen such that the molecular mass of the polymer is between 50,000 and 60,000
- Poly- (acrylic acid) (PAA), of formula [CH2CH (COOH)] n 'n being an integer chosen such that the molecular mass of the polymer is between 250,000 and 2,000,000.

- Polyvinylpyrrolidone (PVP)
Ceci n'est en aucun cas destiné à limiter le choix des polymères au groupe précédemment décrit. Il est entendu que d'autres polymères satisfaisant pour la réalisation de l'invention peuvent être mis en oeuvre.
- Polyvinylpyrrolidone (PVP)
This is in no way intended to limit the choice of polymers to the group described above. It is understood that other polymers which are satisfactory for carrying out the invention can be used.

Les matériaux macromoléculaires à conduction protonique selon l'invention sont plastiques, voire même élastiques et ont un caractère principalement amorphe. The proton conduction macromolecular materials according to the invention are plastic, or even elastic, and have a mainly amorphous character.

On définit généralement par caractère principalement amorphe, un taux de cristallinité inférieur à 40%, à la température d'utilisation. The predominantly amorphous character is generally defined as a degree of crystallinity of less than 40% at the temperature of use.

Il est préféré pour les composés selon l'invention, qu'ils soient amorphes ou susceptibles d'être rendus amorphes. Ils peuvent être selon les cas amorphes élastomères ou amorphes vitreux dans la mesure où l'apparition de zones cristallines est évitée à une température d'utilisation T > Tg (Tg étant la température de transition vitreuse), et c'est le cas lorsque le matériau est amorphe élastomère, ou à une température T < Tg et c'est le cas d'un matériau amorphe vitreux. It is preferred for the compounds according to the invention, that they are amorphous or capable of being made amorphous. Depending on the case, they can be elastomeric amorphous or glassy amorphous insofar as the appearance of crystalline zones is avoided at an operating temperature T> Tg (Tg being the glass transition temperature), and this is the case when the material is amorphous elastomer, or at a temperature T <Tg and this is the case of a vitreous amorphous material.

L'obtention de matériau macromoléculaires à conduction protonique amorphe dans les conditions précitées est un avantage particulier selon l'invention. Obtaining macromolecular material with amorphous proton conduction under the aforementioned conditions is a particular advantage according to the invention.

Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, le matériau macromoléculaire mis en oeuvre pour constituer le matériau macromoléculaire à conduction protonique est un mélange de polymères dans lequel un polymère possède un centre basique et un autre polymère possède un centre acide. In a preferred embodiment according to the invention, the macromolecular material used to constitute the proton conduction macromolecular material is a mixture of polymers in which one polymer has a basic center and another polymer has an acidic center.

On définit les centres basiques et les centres acides au sens de Bronsted. Ils peuvent aussi être définis comme accepteur de protons (cas d'un centre basique) ou donneur de protons (cas d'un centre acide). Basic centers and acid centers are defined in the Bronsted sense. They can also be defined as proton acceptor (case of a basic center) or proton donor (case of an acid center).

Ainsi le POE est accepteur de protons, il possède uniquement des centres basiques "0". te PAA est donneur de proton par son centre acide constitué par la fonction OH de

Figure img00110001
Thus the POE is proton acceptor, it only has basic "0" centers. the PAA is a proton donor through its acidic center consisting of the OH function of
Figure img00110001

Le melange reaiise est tel que aeux polymères choisis sont mélangés en proportions telles que leurs capacités de miscibilité réciproque soient assurées. The mixture produced is such that aeux selected polymers are mixed in proportions such that their reciprocal miscibility capacities are ensured.

Les capacités de miscibilité sont respectées lorsqu'on obtient une phase unique après réalisation du mélange. Cette phase unique correspond à un mélange de faibles proportions en poids de polymères de masses moléculaires voisines. De préférence l'un des polymères du mélange ne dépassera pas 5% en poids de l'autre, de préférence 3% en poids. The miscibility capacities are respected when a single phase is obtained after completion of the mixture. This single phase corresponds to a mixture of low proportions by weight of polymers of similar molecular masses. Preferably one of the polymers in the blend will not exceed 5% by weight of the other, preferably 3% by weight.

Ainsi la miscibilité des polymères est réalisee de façon avantageuse pour certains mélanges cités à titre d'exensples, notamment les mélanges suivant - POE et PAA - PEI et PAA - PVP et PAA. Thus the miscibility of the polymers is achieved in an advantageous manner for certain mixtures mentioned by way of examples, in particular the following mixtures - POE and PAA - PEI and PAA - PVP and PAA.

Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention le mélange P0E,PAA sera utilisé sous les formes POE, E PAA ou PAA, E POE avec E ne dépassant pas 3% en poids. In a preferred embodiment according to the invention, the P0E, PAA mixture will be used in the POE, E PAA or PAA, E POE forms with E not exceeding 3% by weight.

Un avantage de l'utilisation de ces mélanges de polymères résulte dans l'amélioration de la stabilité des matériaux macromoléculaires dans leur état amorphe tel que défini et permet de réduire de façon signifi cative la cristallisation néfaste à la bonne conduction. An advantage of the use of these polymer mixtures results in the improvement of the stability of the macromolecular materials in their amorphous state as defined and makes it possible to significantly reduce the crystallization which is detrimental to good conduction.

l'es matériaux macromoléculaires à conduction protonique selon l'invention peuvent être avantageusement thermoformables dans le cas où ils sont constitués essentiellement de chaînes linéaires. the proton conduction macromolecular materials according to the invention can advantageously be thermoformable in the case where they consist essentially of linear chains.

Les matériaux macromoléculaires selon l'invention sont à la fois plastiques et élastiques, même lorsqu'ils sont constitués en partie de chaînes réticulées. Ces matériaux macromoléculaires présentent alors d'excellentes propriétés mécaniques, notamment une inaptitude au fluage, c'est-à-dire une absence de déformation rémanente. The macromolecular materials according to the invention are both plastic and elastic, even when they consist in part of crosslinked chains. These macromolecular materials then exhibit excellent mechanical properties, in particular an inability to creep, that is to say an absence of residual deformation.

Les matériaux macromoléculaires à conduction protonique se prêtent aisément à la fabrication de pellicules minces, par exemple par laminage à chaud, ou encore par dépôt sur un support par évaporation du solvant des solutions qu'ils forment dans des solvants organiques ou des solutions de leurs constituants de base, à savoir du matériau macromoléculaire et du sel acide de l'acide anhydre dans un solvant commun, tel que le méthanol ou l'acétonitrile. Proton conduction macromolecular materials easily lend themselves to the manufacture of thin films, for example by hot rolling, or by depositing the solutions they form in organic solvents or solutions of their constituents on a support by evaporation of the solvent. base, namely macromolecular material and the acid salt of the anhydrous acid in a common solvent, such as methanol or acetonitrile.

De préférence, on a naturellement recours à des matériaux macromoléculaires ayant une masse moléculaire suffisante pour présenter le caractère de plasticité requis
Ces propriétés sont généralement acquises pour des poids moléculaires supérieurs à 50.000, étant bien entendu que cette valeur n'a qu'un caractère indicatif.
Preferably, use is naturally made of macromolecular materials having a sufficient molecular mass to exhibit the required plasticity character.
These properties are generally acquired for molecular weights greater than 50,000, it being understood that this value is only indicative.

De préférence, le poids moléculaire des matériaux selon l'invention est compris entre 100.000 et 5.000.000. Preferably, the molecular weight of the materials according to the invention is between 100,000 and 5,000,000.

Une catégorie préférée de matériaux macromoléculaires anhydres à conduction protonique selon l'invention est formée par des élastomères amorphes et par conséquent qui appartiennent à la classe générale définie ci-dessus et qui sont dérivés des monomères du type de ceux définis dans les formules (I) à (XIV) précitées. A preferred category of anhydrous macromolecular proton conduction materials according to the invention is formed by amorphous elastomers and therefore which belong to the general class defined above and which are derived from monomers of the type defined in formulas (I) to (XIV) above.

Ces matériaux macromoléculaires font notamment l'objet des demandes de brevets France n 78.32973 dépo s le 22 Novembre 1978, et n 83.09886 déposée le 15
Juin 1. Ces demandes de brevet sont citées dans la présente invention à titre de référence.
These macromolecular materials are in particular the subject of French patent applications no.78.32973 filed on November 22, 1978, and no.83.09886 filed on 15
June 1. These patent applications are cited in the present invention by reference.

Une autre catégorie de matériaux macromoléculaires anhydres à conduction protonique est constituée par ceux dans lesquels le matériau moléculaire est un polymère réticulé, constitué par exemple d'un copolymère de méthylacrylamide et de méthylène (bisacyclamide). Another category of anhydrous proton conduction macromolecular materials consists of those in which the molecular material is a crosslinked polymer, consisting for example of a copolymer of methylacrylamide and of methylene (bisacyclamide).

De façon avantageuse, le polymère réticulé sus-indiqué présente un taux de réticulation d'environ 1% à eniro 10%, étant rappelé qu'on définit le taux de réticulatit#n par le rapport du nombre d'unité de mono Qrs polyfonctionnels au nombre d'unité de monomères monofonctionnels. Advantageously, the aforementioned crosslinked polymer exhibits a crosslinking rate of approximately 1% to eniro 10%, it being recalled that the degree of crosslinking is defined by the ratio of the number of units of polyfunctional mono Qrs to number of monofunctional monomer units.

Le matériau macromoléculaire selon l'invention contient de préférence une proportion de motifs monomères du polymère du même ordre de grandeur que la proportion du sel acide. C'est un des avantages de l'invention de pouvoir utiliser une proportion importante de sel sans perdre les qualités d'élasticité du matériau macromoléculaire. The macromolecular material according to the invention preferably contains a proportion of monomer units of the polymer of the same order of magnitude as the proportion of the acid salt. It is one of the advantages of the invention to be able to use a large proportion of salt without losing the qualities of elasticity of the macromolecular material.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le rapport entre le nombre de motifs monomères du matériau macromoléculaire et le nombre de protons et/ou d'ions alcalins libérés par le sel acide est égal ou supérieur à environ 0,5 et est avantageusement compris d'environ 0,5 à environ 20 de préférence entre 1 et 16. According to a preferred embodiment of the invention, the ratio between the number of monomer units of the macromolecular material and the number of protons and / or alkali metal ions released by the acid salt is equal to or greater than approximately 0.5 and is advantageously from about 0.5 to about 20, preferably between 1 and 16.

Dans le cas où le matériau macromoléculaire est un polyéther, le rapport entre le nombre d'oxygène du polymère et le nombre d'ions ammonium ou d'ions alcalins fibres par le sel acide (O/M) est compris d'en virion 1 a ~6. In the case where the macromolecular material is a polyether, the ratio between the oxygen number of the polymer and the number of ammonium ions or alkaline ions fibers by the acid salt (O / M) is included in virion 1 a ~ 6.

Avantageusement, le rapport. du nombre d'atomes de carbone au nombre d'hétéroatomes dans le matériau macromoléculaire lui-même est aussi faible que possible en raison de leur action de solvatation à l'égard des ions du sel. Advantageously, the report. from the number of carbon atoms to the number of heteroatoms in the macromolecular material itself is as low as possible due to their solvating action against the ions of the salt.

n'une façon générale, les matériaux macromolécula ires anhydres à conduction protonique avantageux seion l Jvent.ion sont ceux qui présentent une conductivi te supérieure ou égale à environ 10 5n 1cm 1, à la temps rature ambiante, et qui de plus sont stables jusqu'à des températures voisines de 100 C. In general, the anhydrous macromolecular materials with proton conduction advantageous according to the Jvent.ion are those which have a conductivity greater than or equal to about 10 5n 1cm 1, at ambient time, and which moreover are stable up to 'at temperatures around 100 C.

Pour préparer les matériaux macromoléculaires anhydres a conduction protonique selon l'invention; on peut effectuer un mélange mécanique des constituants, c'est- & dire du matériau macromoléculaire et du sel La dissolution s'effectue à la température de fusion du matériau macromoléculaire dans un tube scellé. To prepare the anhydrous proton conduction macromolecular materials according to the invention; one can carry out a mechanical mixing of the constituents, that is to say of the macromolecular material and the salt. The dissolution takes place at the melting temperature of the macromolecular material in a sealed tube.

Une autre méthode consiste à procéder par dissolution du matériau macromoléculaire et du sel acide dans un solvant commun. Dans un aspect préféré de l'in- invention, ce solvant commun est limité, pour des raisons de solubilité de MHS04, à l'eau et éventuellement au méthanol ou encore au mélange eau/méthanol. Another method consists of dissolving the macromolecular material and the acid salt in a common solvent. In a preferred aspect of the invention, this common solvent is limited, for reasons of solubility of MHSO4, to water and optionally to methanol or else to the water / methanol mixture.

Cette deuxième méthode est la mieux adaptée à la aise en forme des complexes à l'état de films ; on fait évaporer le solvant par action combinée de la chaleur et du vide. This second method is best suited to the ease of forming complexes in the form of films; the solvent is evaporated by the combined action of heat and vacuum.

Une troisième méthode consiste à dissoudre le polymère et le sel non acide dans un solvant organique anhydre commun puis à ajouter la quantité d'acide néces saire a l#obtention du sel acide. Le solvant est ensuite rapidement évaporé. Ainsi, le mélange POE,(NH4)2S04 peut être dissous dans CH2Cl2 ou dans CH3CN et on ajoute H2504 à la solution pour former NH4HSO4. A third method consists of dissolving the polymer and the non-acidic salt in a common anhydrous organic solvent and then adding the quantity of acid necessary to obtain the acid salt. The solvent is then rapidly evaporated. Thus, the POE mixture, (NH4) 2SO4 can be dissolved in CH2Cl2 or in CH3CN and H2504 is added to the solution to form NH4HSO4.

Lors des opérations, un soin tout particulier est pris pour contrôler la déshydratation complète du matériau. Ces contrôles sont faits par les moyens de la spectroscopie infrarouge et par des mesures de conductivité par un appareillage permettant de soumettre l'é chantillon sous vide à des cycles de températures et d'atteindre les propriétés de conduction intrinsèques du matériau
Les proportions relatives des constituants de base susceptibles d'être mis en oeuvre dans ce procédé correspondent sensiblement à celles qui sont désirées dans le produit final. De préférence, on mettra en oeuvre au soins une mole de sel acide par kg de matériau macromoléculaire1 les proportions utilisées ne dépassant cependant pas celles correspondant aux limites de solubilité du composé ionique dans le matériau macromoléculaire.
During operations, special care is taken to control the complete dehydration of the material. These checks are made by means of infrared spectroscopy and by conductivity measurements by an apparatus allowing the sample to be subjected under vacuum to temperature cycles and to achieve the intrinsic conduction properties of the material.
The relative proportions of the basic constituents capable of being used in this process correspond substantially to those which are desired in the final product. Preferably, one mole of acid salt will be used per kg of macromolecular material1, the proportions used, however, not exceeding those corresponding to the limits of solubility of the ionic compound in the macromolecular material.

Certains des monomères ou polymères correspondants sont disponibles dans le commerce ou peuvent être fabriqués selon des techniques connues. Some of the corresponding monomers or polymers are commercially available or can be made according to known techniques.

Les matériaux macromoléculaires peuvent être obtenus par homopolymérisation ou copolymérisation des monomères correspondants selon des techniques connues, par exemple à l'aide de catalyseurs, tels que ceux décrits dans les brevets américains n 3.728.320 et 3.728.321. The macromolecular materials can be obtained by homopolymerization or copolymerization of the corresponding monomers according to known techniques, for example using catalysts, such as those described in US Patents Nos. 3,728,320 and 3,728,321.

Les autres matériaux de la susdite catégorie sont accessibles par des voies de synthèse décrites par exemple dans la "Encyclopedia of Polymer Science and
Technology", vol. 14, p. 504, éditée par Interscience
Publischers, New York, ou dans le brevet américain n 2.311.567.
The other materials of the aforesaid category are accessible by synthetic routes described for example in the "Encyclopedia of Polymer Science and
Technology ", vol. 14, p. 504, edited by Interscience
Publischers, New York, or in U.S. Patent No. 2,311,567.

Pour préparer les matériaux macromoléculaires anhydres à conduction protonique selon l'invention, dans lesquels le matériau macromoléculaire est réticulé, on peut avoir recours à une polymérisation du monomère en présence de la quantité stoèchiométrique de sel d'acide, en chauffant à une température correspondant à la teitpérature de décomposition de l'initiateur radicalaire. To prepare the anhydrous macromolecular proton conduction materials according to the invention, in which the macromolecular material is crosslinked, it is possible to have recourse to a polymerization of the monomer in the presence of the stoichiometric amount of acid salt, by heating to a temperature corresponding to the decomposition temperature of the radical initiator.

Pour préparer l'électrolyte lui-même, en vue de son incorporation dans un générateur électrochimique, on peut notamment mettre en oeuvre l'un ou l'autre des procédés déjà mentionnés plus haut pour la fabrication de la natiere elle-meme. In order to prepare the electrolyte itself, with a view to its incorporation into an electrochemical generator, one or the other of the processes already mentioned above can in particular be implemented for the manufacture of the natiere itself.

Partant par exemple, d'une solution des matériaux macromoléculaires et du sel de l'acide choisis, celle-ci peut être coulée sur une plaque, le solvant étant ensuite éliminé par évaporation, à l'étuve, par exemple  Une température de l'ordre de 100 C
On obtient après séchage une pellicule qui peut etre décollée du support, celui-ci étant avantageusement a cet effet constitué d'un matériau non adhérent, tel que le polytétrafluoréthylène.
Starting, for example, with a solution of the macromolecular materials and the salt of the chosen acid, the latter can be poured onto a plate, the solvent then being removed by evaporation, in an oven, for example at a temperature of 1 'order of 100 C
After drying, a film is obtained which can be detached from the support, the latter being advantageously for this purpose made of a non-adherent material, such as polytetrafluoroethylene.

Il va de soi, que l'épaisseur de la pellicule mince obtenue sera fonction de la quantité de matière première íse en oeuvre au sein de la solution. It goes without saying that the thickness of the thin film obtained will depend on the amount of raw material used in the solution.

Le support en question peut également être constitué par l'une des électrodes, par exemple la positive Q la négative), à laquelle l'électrolyte ainsi formé doit être associé dans le générateur final. The support in question can also be formed by one of the electrodes, for example the positive (Q the negative), with which the electrolyte thus formed must be associated in the final generator.

La négative peut à son tour être réalisée par coulage sur la surface libre de l'électrolyte. The negative can in turn be achieved by casting on the free surface of the electrolyte.

Il va de soi que toute autre méthode de production d'un élément de générateur peut être envisagée. It goes without saying that any other method of producing a generator element can be envisaged.

On peut également procéder par simple empilement de pellicules minces des matériaux d'électrode sur les deux faces opposées d'une pellicule d'électrolyte préalablement formée. It is also possible to proceed by simply stacking thin films of the electrode materials on the two opposite sides of a previously formed electrolyte film.

D'une façon générale, et plus particulièrement dans les générateurs "tout solide" du type secondaire rechargeable, on peut avoir recours pour la constitution de la négative, à tout composé capable de libérer un proton ou un ion à son interface avec l'électrolyte so- lide. In general, and more particularly in "all solid" generators of the rechargeable secondary type, one can have recourse to the constitution of the negative, to any compound capable of releasing a proton or an ion at its interface with the electrolyte. solid.

Conformément à une caractéristique supplémentaire prétêrée de l'invention, l'une au moins des électrodes est modifiée par incorporation dans sa masse, d'un niatêriau formé d'une solution solide de même nature que celle de l'électrolyte, de préférence la même. In accordance with an additional predefined characteristic of the invention, at least one of the electrodes is modified by incorporation into its mass of a material formed from a solid solution of the same nature as that of the electrolyte, preferably the same. .

Selon une première variante, l'électrode réalisée est lzelectrode positive, c'est-à-dire l'électrode pour laquelle une réaction de réduction a lieu quand le générateur se décharge. Cette électrode est de préférence (constituée par un mélange d'un matériau électrochimiquement actif choisi parmi Mon02, CrO2, une quinone notamment la tétrafluoroquinone et d'un matériau macromoléculaire à conduction protonique tel que défini cidessus et éventuellement d'un faible pourcentage de noir de carbc#ne3 de préférence du noir d'acétylène. According to a first variant, the electrode produced is the positive electrode, that is to say the electrode for which a reduction reaction takes place when the generator is discharged. This electrode is preferably (constituted by a mixture of an electrochemically active material chosen from MonO 2, CrO 2, a quinone in particular tetrafluoroquinone and of a proton conduction macromolecular material as defined above and optionally of a small percentage of black from carbc # ne3 preferably acetylene black.

Selon une autre variante de l'invention, l'é lectrode réalisée est l'électrode négative, c'est-a-dire l'électrode à laquelle a lieu la réaction d'oxydation quand le générateur se décharge. Dans ce cas, l'électrode est de préférence constituée par un agglomérat de
TiH2, VH#, FeTi, LaNi5, PdHx, x est un coefficient stoe chiométr#qb#e allant de O à 1, TiHX, x allant de O à 2, PtHx, F. allant de O à 0,1, hydroquinone notamment tétraméthylhydroquinone et d'électrolyte constitué par un matériau macromoléculaire à conduction protonique tel que défini ci-dessus, et éventuellement d'un faible pourcentage de noir de carbone.
According to another variant of the invention, the electrode produced is the negative electrode, that is to say the electrode at which the oxidation reaction takes place when the generator is discharged. In this case, the electrode is preferably constituted by an agglomerate of
TiH2, VH #, FeTi, LaNi5, PdHx, x is a stoe chiometr # qb # e coefficient ranging from O to 1, TiHX, x ranging from O to 2, PtHx, F. ranging from O to 0.1, hydroquinone in particular tetramethylhydroquinone and electrolyte consisting of a proton conduction macromolecular material as defined above, and optionally of a small percentage of carbon black.

Ces électrodes sont particulièrement propices la formation d'une électrode de générateur du type tout solide", l'électrode ainsi formée étant elle-même susceptible, grâce à la plasticité, qui lui est alors conférée par son constituant macromoléculaire, de mieux s adapter aux variations volumiques auxquelles elle-même et éventuellement d'autres constituants des générateurs sont susceptibles de donner lieu pendant le fonctionnement du générateur, que ce soit pendant la charge ou la décharge, dans le cas d'un générateur, que ce soit pendant la charge ou la décharge, dans le cas d'un gé nérateur secondaire.On obtient de même des électrodes dont les surfaces présentent des qualités d'adhésion et d'adaptation également améliorées, par exemple â la surface de l'électrolyte solide qui peut lui être associé. These electrodes are particularly suitable for the formation of a generator electrode of the all-solid type ", the electrode thus formed being itself capable, thanks to the plasticity, which is then conferred on it by its macromolecular component, of better adapting to the conditions. volume variations to which it itself and possibly other constituents of the generators are liable to give rise during operation of the generator, whether during charging or discharging, in the case of a generator, whether during charging or discharge, in the case of a secondary generator. Similarly, electrodes are obtained, the surfaces of which have qualities of adhesion and adaptation which are also improved, for example to the surface of the solid electrolyte which may be associated with it .

il en est encore plus particulièrement ainsi lorsque le matériau macromoléculaire est choisi parmi ceux qui présentent encore, outre la plasticité susmen- tisonnée, des propriétés élastiques permettant à l'ensemble de lrelectrode de corriger elle-mème, au moins en partie les variations de volume que peut subir sa propre teneur en matière active pendant le fonctionnement du genérateur. this is even more particularly so when the macromolecular material is chosen from those which still exhibit, in addition to the aforementioned plasticity, elastic properties allowing the entire electrode to correct itself, at least in part, the variations in volume. that its own active material content may undergo during operation of the generator.

En outre, l'incorporation de la solution solide à conduction protonique dans la masse de l'électrode a pour effet d'étendre les réactions électrochinìcgues dans toute la masse de l'électrode au niveau des grains ou particules de la matière active, par opposition aux générateurs classiques dans lesquels les racins électrochimiques sont essentiellement limitées aux interfaces entre électrolyte et électrodes. In addition, the incorporation of the solid solution with proton conduction in the mass of the electrode has the effect of extending the electrochemical reactions in the whole mass of the electrode at the level of the grains or particles of the active material, as opposed to conventional generators in which the electrochemical roots are essentially limited to the interfaces between electrolyte and electrodes.

L'amélioration des transferts de charge ionique de l'électrolyte aux électrodes peut conduire a un abaissement relatif de la température de fonctionnement du générateur -
De préférence, la granulométrie des particules de matière active, et le cas échéant, du ou des con ducteurs Glectroniques inertes auxiliaires et éventuel- lement d'autres charges se situe entre environ 0,1 et environ 300 , par exemple de 10 à 100 .
Improved ionic charge transfers from the electrolyte to the electrodes can lead to a relative lowering of the generator operating temperature -
Preferably, the particle size of the particles of active material, and where appropriate, of the auxiliary inert electron conductor (s) and optionally other fillers is between about 0.1 and about 300, for example from 10 to 100.

Dans le cas d'une matière active dont la propre conduction ionique est relativement faible, il peut y avoir intérêt à réduire les granulométries sus-indiquées vers des valeurs plus faibles. In the case of an active material whose own ionic conduction is relatively low, it may be advantageous to reduce the above-indicated particle sizes to lower values.

On peut noter que la solution solide incorporée joue étalement un rôle de liant à l'égard des autres constituants de l'électrolyte. It may be noted that the incorporated solid solution also plays a role of binder with regard to the other constituents of the electrolyte.

L'agglomération dans une masse composite de la solution solide susdite et des autres constituants de l'électrode est aussi particulièrement avantageuse dans le cas ( > ú a recours à des matériaux d'électrode ayant des propriétés mécaniques les rendant peu aptes å des mis en forme sous des volumes déterminés. Il en est par exemple ainsi du matériau d'électrode constitué par
TiH2, qui intrinsèquement est un matériau fragile et cassant, difficile à mettre sous forme de films minces.
The agglomeration in a composite mass of the aforesaid solid solution and of the other constituents of the electrode is also particularly advantageous in the case (> ú uses electrode materials having mechanical properties making them poorly suitable for use. form in determined volumes. This is, for example, the case with the electrode material consisting of
TiH2, which inherently is a brittle and brittle material, difficult to form into thin films.

Les proportions de solution solide et de matériau d'électrode peuvent varier dans des proportions importantes. De préférence, la proportion de solution solide ne dépasse cependant pas 25% en poids, bien que cette valeur n'ait pas en soi une signification critique. The proportions of solid solution and of electrode material can vary widely. Preferably, however, the proportion of solid solution does not exceed 25% by weight, although this value is not in itself of critical significance.

Le spécialiste appréciera cependant qu'il ne peut y avoir dans la pratique intérêt à trop augmenter la proportion de la solution solide dans l'électrode pour la simple raison qu'il en résulte une réduction concomitante de leur capacité électrique. The specialist will appreciate, however, that there can be no practical advantage in increasing the proportion of the solid solution in the electrode too much for the simple reason that this results in a concomitant reduction in their electrical capacity.

Les électrodes ainsi modifiées peuvent être obtenues par mélange ou malaxage intime des constituants à l'état pulvérulent, pour le matériau d'électrode, d'une part, et de la solution solide, d'autre part. The electrodes thus modified can be obtained by mixing or intimately kneading the constituents in the pulverulent state, for the electrode material, on the one hand, and of the solid solution, on the other hand.

Cette opération peut, le cas échéant, être suivie d'un chauffage pour produire une meilleure adhésion des particules du matériau d'électrode pulvérulent au sein de la solution. Les électrodes peuvent être obtenues par mise en suspension dans un solvant organique du matériau constitué par la susdite solution solide ou des constituants a partir desquels elles peuvent être formées, l'occurrence le matériau macromoléculaire, d'une part, et le sel acide, d'autre part, et par évaporation du solvant dans des conditions semblables à-celles qui ont déjà été décrites en rapport avec des modes de préparation préférés de l'électrolyte du générateur selon l'invention.This operation can, if necessary, be followed by heating to produce better adhesion of the particles of the powdered electrode material within the solution. The electrodes can be obtained by suspending in an organic solvent the material constituted by the aforesaid solid solution or constituents from which they can be formed, the occurrence of the macromolecular material, on the one hand, and the acid salt, d 'on the other hand, and by evaporation of the solvent under conditions similar to those which have already been described in connection with preferred methods of preparation of the electrolyte of the generator according to the invention.

L'invention permet donc une mise en forme ai sce des électrodes, notamment par coulage d'une suspension telle que définie ci-dessus sur un support, par exemple de polytétrafluoréthylène. The invention therefore enables the electrodes to be shaped, in particular by casting a suspension as defined above on a support, for example of polytetrafluoroethylene.

Les compositions à conduction à la fois élec troni;#e et ionique ainsi obtenues, qui sont appropriées a la fabrication directe d'électrodes de générateurs lectramiques, présentent donc encore l'avantage sup plémentaire d'une réalisation industrielle aisée et économique d'électrodes de grande surface. The compositions with both electronic and ionic conduction thus obtained, which are suitable for the direct manufacture of electrodes of electric generators, therefore also have the additional advantage of an easy and economical industrial production of electrodes. large area.

En effet, la plasticité de ces compositions permet la mise en forme, notamment par laminage, des électrodes en question. Une grande variété de configurations peut être envisagée. Indeed, the plasticity of these compositions allows the shaping, in particular by rolling, of the electrodes in question. A wide variety of configurations can be envisioned.

Il est possible de réaliser ainsi des éléments de générateurs électrochimiques par simple empilement de feuilles ou pellicules, respectivement d'électrolytes et des électrodes correspondantes, éléments empilés qui peuvent éventuellement être enroulés en spirale selon des BIFt.hcdes classiques appliquées par exemple a la fa brication de condensateurs diélectriques. It is thus possible to produce elements of electrochemical generators by simple stacking of sheets or films, respectively of electrolytes and corresponding electrodes, stacked elements which can optionally be wound in a spiral according to conventional BIFt.hcdes applied for example to manufacturing. dielectric capacitors.

Dans une réalisation particulièrement avanta geuse de l'invention, on a recours à la même solution solide pour la constitution de l'électrolyte et du maté riau d'incorporation aux électrodes, de façon à constituer les ëlëents de générateurs dans lesquels cette so lution solide s'étend de façon sensiblement continue à partir de l'électrolyte vers et dans les susdites élec tr, de sorte que se trouvent établies des qualités de contact qui restent intimes pendant toutes les opé rations equteffectue cet élément de générateur (charge ou décharge) entre l'électrolyte et les électrodes. In a particularly advantageous embodiment of the invention, recourse is had to the same solid solution for the constitution of the electrolyte and of the material for incorporation into the electrodes, so as to constitute the elements of generators in which this solid solution extends substantially continuously from the electrolyte towards and in the aforesaid electrolytes, so that contact qualities are established which remain intimate during all the operations carried out by this generator element (charge or discharge) between electrolyte and electrodes.

De tels éléments générateurs peuvent être obtenus par exemple par formation dans l'ordre approprié des pellicules successives des électrodes, d'une part, et de l'électrolyte, d'autre part, en ayant recours par exemple à la technique mentionnée plus haut consistant, selon le cas, a former ces pellicules
- soit par dépôt sur un support, de préférence non adhérent ou sur la pellicule précédemment formée de l'électrolyte, d'une suspension du matériau d'électrode dans une solution solide ou des constituants nécessaires à l'obtention de celle-ci, pour ce qui est de la fabrication des électrodes
- soit par dépôt notamment sur une pellicule d'électrode précédemment formée de la seule solution susdite,, suivie de l'évaporation du solvant, pour ce qui est de la formation de la pellicule d'électrolyte.
Such generator elements can be obtained, for example, by forming, in the appropriate order, the successive films of the electrodes, on the one hand, and of the electrolyte, on the other hand, by resorting, for example, to the technique mentioned above consisting of , depending on the case, to form these dandruff
- Either by depositing on a support, preferably non-adherent or on the film previously formed of the electrolyte, of a suspension of the electrode material in a solid solution or of the constituents necessary to obtain it, to what is the manufacture of electrodes
- Or by depositing in particular on a previously formed electrode film of the aforementioned solution alone, followed by evaporation of the solvent, as regards the formation of the electrolyte film.

Il va naturellement de soi que des éléments de génërateurs présentant des caractéristiques semblables peuvent être également obtenus en ayant recours å d'autres procédures, notamment par formation séparée des pellicules d'électrodes et d'électrolytes, ces pellicules étant ensuite réunies entre elles par contact, par exemple par pressage à chaud à une température permettant le ramollissement de ladite solution solide. It goes without saying that generator elements having similar characteristics can also be obtained by resorting to other procedures, in particular by separate formation of the electrode and electrolyte films, these films then being joined together by contact. , for example by hot pressing at a temperature allowing the softening of said solid solution.

L'invention permet par conséquent la fabrica tion de générateurs de production de courant, rechargeables, dont les différents éléments constitutifs peuvent être extrêmement minces. A titre d'exemple, il est possible notamment de produire tout élément de générateur extrelenent nonce mettant en oeuvre par exemple des pellicules ou feuilles d'électrolyte ayant une épaisseur comprise entre environ 0,01 et environ 0,2 mm et des feuillets ou pellicules d'électrodes ayant des epais- seurs de 0,1 à 0,5 mm. The invention therefore allows the manufacture of current generation generators, rechargeable, the various components of which can be extremely thin. By way of example, it is possible in particular to produce any extrelenent nonce generator element using, for example, films or electrolyte sheets having a thickness of between approximately 0.01 and approximately 0.2 mm and sheets or films. of electrodes having thicknesses of 0.1 to 0.5 mm.

Il va de soi que de telles opérations n'ont qu'une valeur indicative qui ne saurait être interprétée comme limitant la portée de l'invention Les ensembles ainsi forts doivent naturellement, en particulier dans le cas où l'on a recours à des composés sensibles å l'humiìtër être isolés dans des boîtiers ou comparti mentis parfaitement étanches Le cas échéant, les différentes parties de chaque élément de générateur (électrolyte et électrodes de signes opposés) sont maintenues serrées les unes contre les autres par l'intermédiaire de aryens résilients ou élastiques, éventuellement une feuille supplémentaire d'un élastomère apte à absorber les éventuelles variations de volume auxquelles les électrodes peuvent donner lieu au cours du fonctionnement du générateur. Dans le cas où on recourt à des ma tériaux macromolaiculaires du type élastomère pour la constitution de l'électrolyte et éventuellement pour l'inccrporation dans les électrodes, l'utilisation de ces moyens résilients peut se révéler inutile, dans la mesure ou certains au moins des composants essentiels de chaque élément de générateur peuvent être capables de compenser les variations de volume par eux-mêmes, grâce à leur aptitude à la dilatation ou à la compression selon le cas. It goes without saying that such operations have only an indicative value which should not be interpreted as limiting the scope of the invention. The sets thus strong must naturally, in particular in the case where recourse is had to compounds sensitive to humidity be isolated in perfectly sealed boxes or compartments Where appropriate, the different parts of each generator element (electrolyte and electrodes of opposite signs) are kept tight against each other by means of resilient aryans or elastic, optionally an additional sheet of an elastomer capable of absorbing any variations in volume to which the electrodes may give rise during operation of the generator. In the event that macromolaicular materials of the elastomer type are used for the constitution of the electrolyte and possibly for the incrportation into the electrodes, the use of these resilient means may prove to be unnecessary, to the extent or at least some. essential components of each generator element may be able to compensate for volume changes on their own, due to their ability to expand or compress as appropriate.

Il peut être. avantageux de prévoir pour les boîtiers des dimensions, notamment dans le sens de l'épaisseur, correspondant à celles des sommes des épais seurs de ces constituants à la valeur normalement minimum qu'elles prendraient en l'absence de compression exercée sur les faces opposées extérieures de l'ensemble forme par lesdits constituants
Bien entendu, les différents éléments peuvent être connectes en série, en vue de l'obtention de géné rateurs de puissance ayant des performances élevées.
He can be. advantageous to provide for the housings dimensions, in particular in the direction of the thickness, corresponding to those of the sums of the thicknesses of these constituents at the normally minimum value that they would take in the absence of compression exerted on the opposite outer faces of the assembly formed by said constituents
Of course, the various elements can be connected in series, with a view to obtaining power generators having high performance.

L'invention est applicable dans tous les do mains ou est recherchée la production d'énergie élec trique# que ce soit au niveau de la microélectronique, des générateurs de très faible puissance mais susceptibles de fonctionnement pendant des durées importantes, tels que par exemple des piles de stimulateurs cardiaques ou pacemakers", ou au niveau de la traction élec- trique ou des applications mettant en jeu d'importants transferts de courant électrique (débit ou stockage d'énercjie), par exemple dans le domaine du lissage des courbe# de puissance des centrales électriques (stockage d'énergie pendant les heures creuses et grandes unités d'énergie débitée dans le réseau électrique pendant les heures de pointe). The invention is applicable in all do hands where the production of electrical energy is sought # whether at the level of microelectronics, very low power generators but capable of operating for long periods of time, such as for example batteries of cardiac pacemakers or pacemakers ", or at the level of electric traction or applications involving large transfers of electric current (flow or storage of energy), for example in the field of curve smoothing. power of power plants (energy storage during off-peak hours and large units of energy fed into the power grid during peak hours).

Un autre avantage que confère l'utilisation d'lux matériau nacromoléculaire à conduction protonique selon l'invention pour la réalisation d'électrodes réside dans le fait que de telles électrodes peuvent être associées à tout type d'electrolyte solide. En outre, elles pré sentent d'excellentes propriétés d'adhérence vis-å-vis des collecteurs de courant utilisés habituellement, par exemple en acier inoxydable. Another advantage conferred by the use of nacromolecular material with proton conduction according to the invention for the production of electrodes lies in the fact that such electrodes can be associated with any type of solid electrolyte. In addition, they exhibit excellent adhesion properties with respect to current collectors commonly used, for example made of stainless steel.

Dans le cas où cet électrolyte solide est un matér1..aiu wacromoléculaire à conduction protonique il n'est pas necessaire que son matériau macromoléculaire soit ide.nt.ique à celui de l'électrode. In the case where this solid electrolyte is a proton conduction wacromolecular material, it is not necessary for its macromolecular material to be ide.nt.ique to that of the electrode.

On pourra en particulier envisager pour l'électrolyte un homopolymère ou un copolymère différent. In particular, a homopolymer or a different copolymer can be envisaged for the electrolyte.

Mais on pourra aussi utiliser des électrolytes solides du type de l'alumine bêta d'hydronium ou même encore des verres à conduction protonique.But it is also possible to use solid electrolytes of the beta hydronium alumina type or even proton conduction glasses.

D'autres applications des matériaux macromoléculaires a conduction protonique selon l'invention sont constituées par les supercondensateurs. Un supercondensateur, ou supercapacité, comprend deux électrodes composites fabriquées par mélange de noir de carbone ou de fibres de carbone avec le matériau macromoléculaire selon l'invention, l'électrolyte étant constitué du même matériau macromoléculaire. Other applications of proton conduction macromolecular materials according to the invention consist of supercapacitors. A supercapacitor, or supercapacitor, comprises two composite electrodes made by mixing carbon black or carbon fibers with the macromolecular material according to the invention, the electrolyte consisting of the same macromolecular material.

La conduction est réalisée par l'intermédiaire des électrons au niveau des électrodes et principalement par l'intermédiaire des ions dans la couche intermédiaire électrolytique. Il en résulte une accumulation de charges aux interfaces et la production de courant par décharge du condensateur. Conduction is carried out via the electrons at the level of the electrodes and mainly via the ions in the electrolytic intermediate layer. This results in an accumulation of charges at the interfaces and the production of current by discharging the capacitor.

Les supercondensateurs réalisés selon l'invention peuvent être utilisés notamment pour la protection des gloires vives d'ordinateurs ou pour l'alimentation de différentes zones stratégiques en cas de panne du réseau électrique habituel. The supercapacitors produced according to the invention can be used in particular for protecting the living glories of computers or for supplying various strategic areas in the event of a failure of the usual electrical network.

Comme autre application des matériaux macromoléculaires à conduction protonique on peut citer les dispositifs d'affichage electrochromes qui contiennent un matériau dans lequel l'insertion ou la désinsertion des espèces protoniques selon l'invention (sous l'effet de l'application d'un champ électrique) correspond a un changement de couleur et dont l'électrolyte, en partie ou en totalité, est le matériau macromoléculaire à conduction selon l'invention. As another application of proton conduction macromolecular materials, mention may be made of electrochromic display devices which contain a material in which the insertion or deinsertion of the proton species according to the invention (under the effect of the application of a field electrical) corresponds to a color change and the electrolyte, in part or in whole, is the macromolecular conduction material according to the invention.

De façon générale, les matériaux macromoléculaires anhydres a conduction protonique selon l'invention, permettent le transport des espèces protoniques de l'inventitn non solvatées par de l'eau, dont la cinétique de transfert aux électrodes dans un système électro- chimique est rapide. In general, the anhydrous macromolecular proton conduction materials according to the invention allow the transport of the proton species of the invention which are not solvated by water, the transfer kinetics of which to the electrodes in an electrochemical system is rapid.

Le caractère élastique, plastique ou élastomère de ces composés permet d'assurer un bon contact avec le matériau d'électrode, en particulier quand le transfert d'espèces protoniques entraîne des variations de volume. The elastic, plastic or elastomeric nature of these compounds makes it possible to ensure good contact with the electrode material, in particular when the transfer of proton species causes variations in volume.

La compatibilité des électrolytes polymères avec le vide, du fait de la non-volatilité des constituants, est un avantage certain car il est possible de déposer ous vide les collecteurs de courant ou les matériaux actifs en couches minces selon les techniques couramment utilisées en électronique. The compatibility of polymer electrolytes with vacuum, due to the non-volatility of the constituents, is a definite advantage since it is possible to deposit or empty the current collectors or the active materials in thin layers according to the techniques commonly used in electronics.

Les matériaux à conduction ionique selon l'invention sont encore particulièrement avantageux dans la mesure o l'utilisation des sels EM+ ] #LHyXO4 ] x- réduit considérablement la dégradation éventuelle vis-à-vis des polymères et la corrosion vis-à-vis des autres éléments. The ionically conductive materials according to the invention are also particularly advantageous insofar as the use of the salts EM +] # LHyXO4] x- considerably reduces the possible degradation vis-à-vis the polymers and the corrosion vis-à-vis the polymers. other elements.

Ceci est important notamment dans le cas de l'application à l'affichage électrochrome. Dans le cas de l'uti lisation d'oxyde de tungstène pour l'affichage électochrome, des résultats avantageux sont obtenus grâce à l'utiliset.ion des sels d'acide qui réduisent les phé noumènes ale corrosion gênant pour une utilisation prolongée A titre d'exemple, cette faible dégradation est constatee pour des matériaux macromoléculaires à conduction protonique du type de ceux faisant intervenir un polymère et NH4HS04 ou un polymère et LiES04, le polymère pouvant être avantageusement choisi parmi les polyéthers et l"acide polyacrylique (PAA).This is particularly important in the case of the application to the electrochromic display. In the case of the use of tungsten oxide for the electochromic display, advantageous results are obtained thanks to the use of the acid salts which reduce the pheonomena ale corrosion troublesome for a prolonged use. For example, this weak degradation is observed for macromolecular materials with proton conduction of the type of those involving a polymer and NH4HSO4 or a polymer and LiESO4, the polymer being able to be advantageously chosen from polyethers and polyacrylic acid (PAA).

Une cellule électrochromique intéressante peut être réalisée en utilisant comme matériau macromoléculaire a conduction protonique un matériau composé d'un polymère. du type de PAA et d'un sel acide d'acide fort du type de NH#HS04. Un mode de réalisation préféré consiste elb l'association de 4 motifs monomères pour un ion provenant du sel acide fort. La cellule électrochromique est constituée par la superposition d'une électrode d'ITO (oxyde d'iridium et d'étain) d'une couche de W03
(oxyde de tungstène) d'une couche de polymère conducteur d une épaisseur de quelques microns, d'une fine couche d'oxyde d'iridium et enfin d'une seconde couche d'ITO.
An electrochromic cell of interest can be produced by using as proton conduction macromolecular material a material composed of a polymer. of the type of PAA and of a strong acid acid salt of the type of NH # HS04. A preferred embodiment consists of the association of 4 monomer units for one ion originating from the strong acid salt. The electrochromic cell consists of the superposition of an ITO (iridium and tin oxide) electrode with a layer of W03
(tungsten oxide) with a layer of conductive polymer with a thickness of a few microns, a thin layer of iridium oxide and finally a second layer of ITO.

La cellule électrochromique ainsi réalisée présente un caractère avantageux dans la mesure où le polymère conducteur est non agressif vis-à-vis des autres constituants et qu'il permet une mise en forme facile dans la mesure où il se présente sous forme d'une couche dure et homogène. La mise en forme résulte d'une simple pulvérisation des couches d'oxyde d'iridium et d'ITO sur le polymère conducteur. En particulier, c'est dans le cadre de cette application que l'utilisation des sels acides de l'invention est particulièrement avantageuse. The electrochromic cell thus produced has an advantageous character insofar as the conductive polymer is non-aggressive with respect to the other constituents and that it allows easy shaping insofar as it is in the form of a layer. hard and homogeneous. The shaping results from a simple spraying of the layers of iridium oxide and ITO on the conductive polymer. In particular, it is in the context of this application that the use of the acid salts of the invention is particularly advantageous.

L'absence de corrosion, imputable à l'utilisation de sels acides et au caractère anhydre de ces matraa et la possibilité de les étaler aisément sous forme de fibres minces par des techniques classiques des polymères permet la construction de systèmes miniaturi sês de bas coût. The absence of corrosion, attributable to the use of acid salts and to the anhydrous character of these matraa and the possibility of spreading them easily in the form of thin fibers by conventional polymer techniques allows the construction of low cost miniaturized systems.

L'invention sera mieux comprise grâce aux exemples ci-après, mettant en oeuvre les possibilités d'application de l'invention. The invention will be better understood by virtue of the examples below, implementing the possibilities of application of the invention.

Ces exemples n'ont bien entendu, qu'une valeur indicative et non limitative. These examples are of course only indicative and non-limiting.

Exemple 1 - 2,2 g de polyoxyde d'éthylène (POE) de masse molécu- laire 5.000.000 et 0,7 g de NH4HSO4 sont dissous respectivement dans du dichlorométhane et de l'eau, puis mé- langés de façon à avoir une proportion telle que l'on obtient P(OE)8NH4HSO4, c'est-à-dire un rapport O/NH4=8.Example 1 - 2.2 g of polyethylene oxide (POE) of molecular mass 5,000,000 and 0.7 g of NH4HSO4 are dissolved respectively in dichloromethane and water, then mixed so as to have a proportion such that P (EO) 8NH4HSO4 is obtained, that is to say an O / NH4 ratio = 8.

La solution est ensuite évaporée sous vide à 60 C de fa çon à éliminer toute trace ae solvant. te film obtenu est un élastomère dont la conduction sous vide est de -3.10-7@-1cm-1 à 24 C -9.10-5#-1cm-1 cm-1 à 60 C énergie d'activation : 1,35 ev (fig I) Exemple 2 - 4,67 g de POE (5.000.000) et 1,52 g de NH4HSO4 sont mélangés mécaniquement, puis transférés et scellés dans un tube en verre sous vide, de façon à avoir une proportion telle que l'on obtient P(OE)8NH4HSO4 c'est-à-dire O/NH4=8. The solution is then evaporated under vacuum at 60 ° C. so as to remove all traces of solvent. the film obtained is an elastomer whose conduction under vacuum is -3.10-7@-1cm-1 at 24 C -9.10-5 # -1cm-1 cm-1 at 60 C activation energy: 1.35 ev ( fig I) Example 2 - 4.67 g of POE (5,000,000) and 1.52 g of NH4HSO4 are mechanically mixed, then transferred and sealed in a glass tube under vacuum, so as to have a proportion such that we obtain P (EO) 8NH4HSO4 that is to say O / NH4 = 8.

L'ensemble est porté pendant trois jours à une tempéra ture de 140 C. Le tube est ensuite plongé dans l'azote. The whole is brought for three days at a temperature of 140 C. The tube is then immersed in nitrogen.

Le plastique obtenu présente une conduction ionique de -2.10-7#-1cm-1 à 20 C
-5,7.10-5#-1#\-1 à 60 C.
The plastic obtained exhibits an ionic conduction of -2.10-7 # -1cm-1 at 20 C
-5,7.10-5 # -1 # \ - 1 to 60 C.

Exemple 3 : - 2,67 g d'acide polyacrylique (PAA) de masse moléculaire 2.000.000, et 1 g de NH4-HSO4 (COOH/NH4=4) sont dissous dans de l'eau.Example 3: 2.67 g of polyacrylic acid (PAA) with a molecular mass of 2,000,000, and 1 g of NH4-HSO4 (COOH / NH4 = 4) are dissolved in water.

La solution est évaporée sous vide à la température de 80 C.The solution is evaporated in vacuo at a temperature of 80 C.

Le plastique obtenu présente alors une conduction sous vide de -6 10-6#-1cm-1 à 25 C -8.10-4#-1cm-1 à 85 C énergie d'activation : 1,11 ev (fig 2)
Exemple 4 :
Par une équivalente à celle de l'exemple 3, il est possible d'obtenir le complexe de formule globale
P(AA)2-NH4HSO4 correspondant à [COOH/NH4] = 2.
The plastic obtained then presents a conduction under vacuum of -6 10-6 # -1cm-1 at 25 C -8.10-4 # -1cm-1 at 85 C activation energy: 1.11 ev (fig 2)
Example 4:
By an equivalent to that of Example 3, it is possible to obtain the complex of global formula
P (AA) 2-NH4HSO4 corresponding to [COOH / NH4] = 2.

Ce composé est stable jusqu'à 160 C sous vide ; sa conduction est de : -9.10-4#-1cm-1 à 160 C -4.10-4#-1cm-1 à 135 C. This compound is stable up to 160 ° C. under vacuum; its conduction is: -9.10-4 # -1cm-1 to 160 C -4.10-4 # -1cm-1 to 135 C.

Exemple 5 : - 0,49 g flue POE (900.000) et 0,68 g de (NH4)2SO4 auxquels on ajoute 0,55 g d'H2504, sont dissous dans l'eau, puis mélangés (O/NH4 = 1). La solution est ensuite evaponee sous vide après addition de méthanol. Des mesures de conductivité effectuées à l'air donnent des valeurs de l'ordre de -1,5.10- 5 #-1 cm- 1 à 25 C, -1,5.10-4 #-14 cm-1 à 50 C
Exemple 6 : - 1,94 g de POE (5.000.000) et 0,73 g de (NH4)2SO4 auxquels on ajoute 0,55 g d'H2SO4 sont dissous respectivement dans CHSC12 et dans eau + CH2C12 (O/NH4 = 4), puis iclangês La solution est ensuite évaporée sous vide.La conductivité est de : -2.10-4 #-1 cm- à température ambiante de 6.10-3 #-1 cm-1 à 70 C sous argon.
Example 5: - 0.49 g of POE (900,000) and 0.68 g of (NH4) 2SO4 to which 0.55 g of H2504 is added, are dissolved in water, then mixed (O / NH4 = 1) . The solution is then evaponated under vacuum after addition of methanol. Conductivity measurements taken in air give values of the order of -1.5.10- 5 # -1 cm- 1 at 25 C, -1.5.10-4 # -14 cm-1 at 50 C
Example 6: - 1.94 g of POE (5,000,000) and 0.73 g of (NH4) 2SO4 to which 0.55 g of H2SO4 is added are dissolved respectively in CHSC12 and in water + CH2C12 (O / NH4 = 4), then iclangês The solution is then evaporated under vacuum. The conductivity is: -2.10-4 # -1 cm- at room temperature of 6.10-3 # -1 cm-1 at 70 C under argon.

Exemple 7
Par une. méthode équivalente à celle de l'exemple 6, on prépare le complexe de stochiométrie O/NH4=8. A l'air, la conductivité est de -8.10-5 #-1 -1 à cm-1 2.10-4 #-1 cm-1 à 40 C.
Example 7
By one. method equivalent to that of Example 6, the complex of stochiometry O / NH4 = 8 is prepared. In air, the conductivity is -8.10-5 # -1 -1 at cm-1 2.10-4 # -1 cm-1 at 40 C.

ExemPle 8 2,6 g de POE (900.000) et 0,96 de Li2SOe H20 auxquels on ajoute 0,74 g d'H2S04, sont dissous respectivement dans un mélange CH3CN/THF et dans l'eau. Après mélange de ces deux solutions, on agite quelques heures, puis on évapore les solvants sous vide. La conductivité à tempé rature ambiante est de l'ordre de 10- 4 #-1 1
Exemple 9 : Préparation du matériau macromoléculaire à conduction protonique (par protons ou à la fois par protons et ions alcalins) xPOE, NH4HS04.
Example 8 2.6 g of POE (900,000) and 0.96 of Li2SOe H20 to which 0.74 g of H2SO4 is added are dissolved respectively in a CH3CN / THF mixture and in water. After mixing these two solutions, the mixture is stirred for a few hours, then the solvents are evaporated off in vacuo. The conductivity at ambient temperature is of the order of 10- 4 # -1 1
Example 9: Preparation of proton conduction macromolecular material (by protons or both by protons and alkali ions) xPOE, NH4HS04.

On réalise la synthèse de xPOE, NH4HS04 à partir du polyjiière commercial de masse moléculaire 5 106. The synthesis of xPOE, NH4HSO4 is carried out from the commercial polychloride of molecular weight 5 106.

On dissout (NH4)2S04 dans un mélange de POE et d'acétonitrile. Puis on acidifie cette solution par H2SO en proportion stoèchiométrique juste avant évaporation du solvant de façon à ce que ce dernier ne soit pas dégradé par l'acide. (NH4) 2SO4 is dissolved in a mixture of POE and acetonitrile. This solution is then acidified with H2SO in a stoichiometric proportion just before evaporation of the solvent so that the latter is not degraded by the acid.

Les résultats obtenus en mesurant la conduc tion révèlent pour le solide xPOE, NH4HSO4 une conduction protonique a particulièrement intéressante. The results obtained by measuring the conduction reveal, for the solid xPOE, NH4HSO4, a particularly interesting proton conduction.

# = 2.10-4 #-1 cm-1 à 295 K (22 C)
# = 6,5.10-3 #-1 à 345 K (72 C) L'énergie d'activation est de l'ordre de 0,6 ev.
# = 2.10-4 # -1 cm-1 to 295 K (22 C)
# = 6,5.10-3 # -1 at 345 K (72 C) The activation energy is of the order of 0.6 ev.

Les mesures de conductivité sont faites en l'absence d'eau et la décomposition du complexe sous l'action conjuguée du vide et de la température est évitée. Conductivity measurements are made in the absence of water and the decomposition of the complex under the combined action of vacuum and temperature is avoided.

La stabilité du composé est mesurée jusqu'à environ 100 C.The stability of the compound is measured up to about 100 C.

La spectroscopie infrarouge confirme la présence d'ions HSO4 à l'exclusion des ions SO42- et permet de constater le caractère amorphe du complexe par l'étude de la largeur des bandes de spectroscopie. Infrared spectroscopy confirms the presence of HSO4 ions to the exclusion of SO42- ions and makes it possible to observe the amorphous character of the complex by studying the width of the spectroscopy bands.

L'analyse quantitative permet de sélectionner de façon préférée les composés dont les valeurs de x sont élevees (x > 8 notamment). Ces composés sont plljs stables et leur conductivité est voisine des valeurs précitées. The quantitative analysis makes it possible to select preferably the compounds whose values of x are high (x> 8 in particular). These compounds are more stable and their conductivity is close to the aforementioned values.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Matériau macromoléculaire anhydre a conduction protonique (par protons ou à la fois par protons et ions alcalins) caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par une solution solide d'au moins un sel acide d'acide fort anhydre, dérivé d'un cation alcalin de formule : [M+]x[HyXO4]x- dans laquelle : M+ est un ion alcalin ou l'ion ammonium1. Anhydrous macromolecular material with proton conduction (by protons or both by protons and alkali ions) characterized in that it consists essentially of a solid solution of at least one acid salt of anhydrous strong acid, derived from an alkaline cation of the formula: [M +] x [HyXO4] x- in which: M + is an alkali ion or the ammonium ion X est un atome de soufre, de selenium ou de phosphore x et y sont des indices non nuls constitués par des nombres entiers pouvant prendre des valeurs telles que (x=1, Y=1) , (x=2, y=1)ou (x=l, y=2).X is a sulfur, selenium or phosphorus atom x and y are non-zero indices made up of integers that can take values such as (x = 1, Y = 1), (x = 2, y = 1) or (x = 1, y = 2). entiéeent dissous au sein d'un polymère-homo et/ou copolymère - à chaînes linéaires ou réticulées, contenant des hetéroatomes, notamment oxygène et/ou azote, et susceptibles de former avec les espèces protoniques libérées ou libérables par le sel acide d'acide fort, des complexes. completely dissolved in a polymer-homo and / or copolymer - with linear or crosslinked chains, containing heteroatoms, in particular oxygen and / or nitrogen, and capable of forming with the proton species released or releasable by the acid salt of the acid strong, complexes. 2. matériau macromoléculaire anhydre à conduction protonique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé d'une solution solide d'au moins un sel acide d'acide fort anhydre, le sulfate acide de formule2. proton conduction anhydrous macromolecular material according to claim 1, characterized in that it is formed of a solid solution of at least one acidic salt of anhydrous strong acid, the acid sulfate of formula MHSO4, M étant choisi dans le groupe des composés alcalins ou l'ammonium, entièrement dissous au sein d'un polymère -homo et/ou co-polymère- à chaînes linéaires ou réticulées, contenant des hétéroatomes, notamment oxygène et/vu azote susceptibles de former entre ses hétéroatomes et les espèces protoniques libérées ou libérables par le sel acide d'acide fort des complexes.MHSO4, M being chosen from the group of alkaline compounds or ammonium, completely dissolved in a polymer -homo and / or co-polymer- with linear or crosslinked chains, containing heteroatoms, in particular oxygen and / seen nitrogen likely to form complexes between its heteroatoms and the proton species liberated or releasable by the acid salt of the strong acid. 3. Matériau macromoléculaire anhydre à conduction protonique selon l'une des revendications 1 ou 2, ca ractérisé en ce que le sel acide d'acide fort anhydre est MHSO4, M étant choisi parmi Li, Na, NH4.3. Anhydrous proton conduction macromolecular material according to one of claims 1 or 2, characterized in that the acid salt of anhydrous strong acid is MHSO4, M being chosen from Li, Na, NH4. 4. Matériau macromoléculaire à conduction protonique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau nacromoléculaire est un matériau solide élastique et plastique, élastomère, à caractère prin cipalenent amorphe, constitué en partie ou en totalité d'homo et/ou de copolymères à chaînes linéaires.4. Proton conduction macromolecular material according to claim 2, characterized in that the nacromolecular material is a solid elastic and plastic material, elastomer, of a prin cipalenent amorphous nature, consisting in part or in whole of homo and / or copolymers to linear chains. 5 Matériau macromoléculaire anhydre à conduction protonique selon l'une des revendications 1 a 3, carac taris en ce que le matériau macromoléculaire est un ma tria solide élastique et plastique, élastomère, å cacaractère principalement amorphe, constitué en partie ou en totalité d'homo et/ou de copolymères formés à partir de composés ou de dérivés des composés du groupe contenant oxyde d'éthylène, les étheroxydes, les polyamides, les polyesters, les polysulfones, les polyimines.5 Macromolecular anhydrous proton conduction material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the macromolecular material is an elastic and plastic solid ma tria, elastomer, å mainly amorphous character, consisting in part or in whole of homo and / or copolymers formed from compounds or derivatives of compounds from the group containing ethylene oxide, etheroxides, polyamides, polyesters, polysulfones, polyimines. 6. Matériau macromoléculaire anhydre à conduction protonique selon l'une des revendications 1 à 5, carac ternis en ce que le matériau macromoléculaire est un ma tri solide élastique et plastique, élastomère, ä ca caractère principalement amorphe, constitué en partie ou en totalité d'homo et/ou de copolymères choisis parmi - le polyoxyéthylène (POE) - le polyétiiylêneimine (PEI) - le poly-(acide acrylique) (PAA) - le polyvinylpyrrolidone (PVP) n étant un nombre entier tel que la masse moléculaire du 5.000.000.6. Proton conduction anhydrous macromolecular material according to one of claims 1 to 5, characterized in that the macromolecular material is an elastic and plastic, elastomeric solid material, of mainly amorphous character, consisting in part or in whole of 'homo and / or copolymers chosen from - polyoxyethylene (POE) - polyethyleneimine (PEI) - poly- (acrylic acid) (PAA) - polyvinylpyrrolidone (PVP) n being an integer such as the molecular mass of 5,000 .000. 7. Matériau macromoléculaire anhydre à conduction protons selon l'une des revendications 1 à 6, carac tris en ce que le matériau macromoléculaire est un matériau solide élastique et plastique, élastomère, à caractère principalement amorphe, sous forme d'un mélange de polymères dans lequel un polymère possède un centre basique accepteur de protons et un autre polymère possède un centre acide donneur de protons en proportions telles que leurs capacités de miscibilité soient respectee::r 8 Matériau macromoléculaire anhydre à conduction protonique selon l'une des revendications 1 à 7 carac crise en ce que le susdit mélange de polymères contient simultanénient PAA et PEI, 9 Matériau macromoléculaire anhydre à condution protonique selon l'une des revendications 1 à 7 carac térisé en ce que le susdit mélange de polymères contient simultanément POE et PAA.7. Proton conduction anhydrous macromolecular material according to one of claims 1 to 6, characterized in that the macromolecular material is a solid elastic and plastic material, elastomer, mainly amorphous in nature, in the form of a mixture of polymers in which a polymer has a basic proton acceptor center and another polymer has an acidic center proton donor in proportions such that their miscibility capacities are respected :: r 8 Macromolecular anhydrous proton conduction material according to one of claims 1 to 7 because the aforementioned mixture of polymers contains simultaneously PAA and PEI, 9 Macromolecular anhydrous material with proton conduction according to one of claims 1 to 7, characterized in that the aforesaid mixture of polymers simultaneously contains POE and PAA. t Structure d'électrode dans laquelle le maté riu d'électrode de ladite structure comprend un matériau macromoléculaire à conduction protonique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. An electrode structure wherein the electrode material of said structure comprises a proton conduction macromolecular material according to any one of claims 1 to 9. 11. Générateur électrochimique, caractérisé en ce que son électrolyte est constitué par le matériau macro molécula e à conduction protonique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et en ce que l'électrode négative qui lui est associée est constituée d'un maté riati apte a fournir des espèces protoniques, et en ce que l'électrode positive qui lui est associée est apte à incorporer les espèces protoniques.11. Electrochemical generator, characterized in that its electrolyte consists of the proton conduction macromolecular material according to any one of claims 1 to 9 and in that the negative electrode associated with it consists of a mate. riati capable of providing proton species, and in that the positive electrode which is associated with it is capable of incorporating the proton species. 12. Super condensateur caractérisé en ce qu'il comprend deux électrodes composites obtenues par mélange d noir de carbone ou de fibres de carbone avec le maté riau macromoléculaire à conduction protonique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et comme électrolyte, ce même matériau macromoléculaire. 12. Super capacitor characterized in that it comprises two composite electrodes obtained by mixing carbon black or carbon fibers with the proton conduction macromolecular material according to any one of claims 1 to 9 and as electrolyte, the same macromolecular material. 13 Système électrochrome, caractérisé en ce que l'une au moins des électrodes contient un matériau dans lequel l'insertion ou la désinsertion de protons ou d"ic#ns correspond à un changement de couleur et dont l'électrolyte en partie ou en totalité est le matériau macromoléculaire à conduction protonique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 13 Electrochromic system, characterized in that at least one of the electrodes contains a material in which the insertion or the deinsertion of protons or of icons corresponds to a change of color and of which the electrolyte in part or in whole is the proton conduction macromolecular material according to any one of claims 1 to 9.
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