FR2634323A1 - BIPOLAR ELECTRODE FOR ELECTRIC BATTERY - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à l'électronique, et plus particulièrement à des dispositifs de transformation directe de l'énergie chimique en énergie électrique. La présente invention peut être très avantageusement utilisée dans des accumulateurs électriques, principalement des accumulateurs étanches au plomb et au nickel-cadmium. The present invention relates to electronics, and more particularly to devices for the direct transformation of chemical energy into electrical energy. The present invention can be very advantageously used in electric accumulators, mainly sealed lead-acid and nickel-cadmium accumulators.
A l'heure actuelle, le développement des accumulateurs électriques du type ci-dessus s'oriente vers le perfectionnement de la structure des électrodes bipolaires constituant ces accumulateurs afin de prolonger leur durée de vie. At present, the development of electric accumulators of the above type is oriented towards the improvement of the structure of the bipolar electrodes constituting these accumulators in order to prolong their service life.
On connaît une électrode bipolaire pour accumulateur électrique qui comprend une base ayant la forme d'une tôle perforée en un polymère, et des matériaux actifs positif et négatif placés respectivement des deux côtés de la base. Dans les trous de la base sont hermétiquement fixés des conducteurs en plomb ou en alliages de plomb dont les extrémités sont en contact avec un matériau actif correspondant (USA 4542082). A bipolar electrode for an electric accumulator is known which comprises a base in the form of a perforated sheet of polymer, and positive and negative active materials placed respectively on both sides of the base. In the holes of the base are hermetically fixed conductors of lead or lead alloys, the ends of which are in contact with a corresponding active material (USA 4542082).
L'inconvénient de l'électrode bipolaire ci-dessus décrite réside dans le fait que la surface de contact de chaque conducteur avec les matériaux actifs n'est pas grande, ce qui exige un nombre considérable de conducteurs. The disadvantage of the bipolar electrode described above resides in the fact that the contact surface of each conductor with the active materials is not large, which requires a considerable number of conductors.
L'augmentation du nombre de conducteurs augmente les pertes de courant dans le cas d'un défaut d'herméticité de l'installation dans les trous de la base, diminuant ainsi la durée de vie de l'électrode.The increase in the number of conductors increases the current losses in the event of an installation hermeticity fault in the holes of the base, thus reducing the service life of the electrode.
En outre, les électrodes ci-dessus n'excluent pas le risque d'une coulée des matériaux actifs hors de la surface de la base, la fixation sur cette base n'étant pas assurée ce qui occasionne également la diminution de la durée de vie de l'électrode. In addition, the above electrodes do not exclude the risk of a flow of the active materials out of the surface of the base, the fixing on this base not being ensured which also causes the reduction of the service life. of the electrode.
On connaît une électrode bipolaire pour accumulateur électrique qui comprend une base en un matériau non conducteur de l'électricité qui est pourvue de trous, des matériaux actifs positif et négatif placés respectivement des deux côtés opposés de la base et un conducteur. Le conducteur a la forme d'une plaque munie de broches qui sont hermétiquement fixées dans les trous de la base (JPB 59-64436). C'est ainsi que la surface de la plaque du conducteur est en contact avec le matériau actif disposé de l'un des côtés de la base tandis que les extrémités des broches fixées dans les trous de la base sont en contact avec le matériau actif de l'autre côté de la base. A bipolar electrode for an electric accumulator is known which comprises a base made of an electrically non-conductive material which is provided with holes, positive and negative active materials placed respectively on the two opposite sides of the base and a conductor. The conductor is in the form of a plate provided with pins which are hermetically fixed in the holes of the base (JPB 59-64436). This is how the surface of the conductor plate is in contact with the active material disposed on one side of the base while the ends of the pins fixed in the holes of the base are in contact with the active material of the other side of the base.
L'inconvénient de l'électrode bipolaire ci-dessus décrite réside dans la petite surface de contact des extrémités des broches du conducteur avec l'un des matériaux actifs, ce qui exige un plus grand nombre de broches. Cela rend plus probable le risque d'une perte de courant s'il y a un défaut d'herméticité dans la fixation des broches dans les trous de la base, provoquant une décharge spontanée de l'électrode bipolaire et diminuant donc sa durée de vie. The disadvantage of the bipolar electrode described above resides in the small contact surface of the ends of the conductor pins with one of the active materials, which requires a greater number of pins. This makes the risk of a current loss more likely if there is a hermeticity in the fixing of the pins in the holes of the base, causing a spontaneous discharge of the bipolar electrode and therefore reducing its service life. .
La présente invention a pour but de créer une électrode bipolaire pour un accumulateur électrique, dans laquelle les dimensions des trous de la-base seraient choisies telles que l'on puisse ralentir la corrosion dans le système "conducteur-base", diminuer les pertes de courant en cas d'un défaut d'herméticité dans la fixation du conducteur dans le trou de la base et prolonger la durée de vie de l'électrode. The object of the present invention is to create a bipolar electrode for an electric accumulator in which the dimensions of the holes in the base are chosen such that corrosion in the "conductor-base" system can be slowed down, losses of current in the event of a hermeticity fault in the fixing of the conductor in the hole of the base and extend the service life of the electrode.
Le but posé est atteint par le fait que, dans une électrode bipolaire pour accumulateur électrique qui comprend une base en un matériau non conducteur de l'électricité pourvue d'un trou, des matériaux actifs positif et négatif disposés respectivement des deux côtés opposés de la base, un conducteur hermétiquement fixé dans le trou de la base et dont les faces opposées sont en contact avec le matériau actif correspondant, selon l'invention, le rapport du diamètre du trou de la base à la longueur du périmètre de la base est compris entre 0,01 et 0,1, tandis que le rapport du diamètre du trou de la base à l'épaisseur de cette base dans la zone du trou est compris entre 1 et 10. The object is achieved by the fact that, in a bipolar electrode for an electric accumulator which comprises a base made of an electrically non-conductive material provided with a hole, positive and negative active materials disposed respectively on the two opposite sides of the base, a conductor hermetically fixed in the hole in the base and the opposite faces of which are in contact with the corresponding active material, according to the invention, the ratio of the diameter of the hole in the base to the length of the perimeter of the base is understood between 0.01 and 0.1, while the ratio of the diameter of the hole in the base to the thickness of this base in the area of the hole is between 1 and 10.
Au cours d'expériences, les inventeurs ont établi que si l'on respecte la condition suivant laquelle le rapport du diamètre du trou de la base à la longueur du périmètre de celle-ci est compris entre 0,01 et 0,1 tandis que le rapport du diamètre du trou de la base à l'épaisseur de celle-ci dans la zone du trou, c'est-à-dire dans la partie de la base qui est adjacente au trou est compris entre 1 et 10, on peut ralentir la corrosion dans le système "conducteur-base" et, dans le cas d'un défaut d'herméticité de la fixation du conducteur dans le trou de la base, on peut assurer un minimum de pertes de courant dans le système "conducteur-base" ce qui permet de rendre l'électrode bipolaire plus durable en utilisation. During experiments, the inventors established that if the condition according to which the ratio of the diameter of the hole of the base to the length of its perimeter is between 0.01 and 0.1 is respected while the ratio of the diameter of the hole in the base to the thickness of the hole in the area of the hole, i.e. in the part of the base which is adjacent to the hole is between 1 and 10, it is possible to slow corrosion in the “conductor-base” system and, in the event of a hermeticity in the fixing of the conductor in the hole in the base, a minimum of current losses can be ensured in the “conductor- base "which makes the bipolar electrode more durable in use.
Si le rapport du diamètre du trou de la base à la longueur du périmètre de la base est plus petit que 0,01, on voit apparaître, dans le conducteur parcouru par un courant, de grandes pertes de tension provoquant une grande charge de courant sur le conducteur et intensifiant donc la corrosion de ce dernier. Cela fait apparaître des défauts d'herméticité de la fixation du conducteur dans le trou de la base et provoque ainsi des pertes de courant dans le système "conducteur-base", réduisant la durée de vie de l'électrode. If the ratio of the diameter of the hole of the base to the length of the perimeter of the base is less than 0.01, we see appearing, in the conductor traversed by a current, large losses of voltage causing a large current load on the conductor and thus intensifying the corrosion of the latter. This reveals defects in the tightness of the fixing of the conductor in the hole of the base and thus causes current losses in the "conductor-base" system, reducing the service life of the electrode.
Si le rapport du diamètre du trou de la base à la longueur du périmètre de celle-ci dépasse 0,1, les caractéristiques spécifiques de l'accumulateur électrique utilisant cette électrode, et notamment son énergie par unité de poids, diminuent, ce qui amène une réduction de la capacité nominale de l'accumulateur. If the ratio of the diameter of the hole in the base to the length of its perimeter exceeds 0.1, the specific characteristics of the electric accumulator using this electrode, and in particular its energy per unit of weight, decrease, which leads to a reduction in the nominal capacity of the accumulator.
Si le rapport du diamètre du trou de la base à l'épaisseur de celle-ci dans la zone du trou est inférieur à 1, on observe la réduction précitée des caractéristiques spécifiques de l'accumulateur électrique, entraînant la réduction de la capacité nominale de cet accumulateur. If the ratio of the diameter of the hole of the base to the thickness of the latter in the area of the hole is less than 1, the abovementioned reduction in the specific characteristics of the electric accumulator is observed, resulting in the reduction of the nominal capacity of this accumulator.
Dans le cas où le rapport du diamètre du trou de la base à l'épaisseur de celle-ci est supérieur à 10, dans le conducteur parcouru par un courant apparaissent, comme on l'a déjà expliqué, de grandes pertes de tension intensifiant la corrosion du conducteur, ce qui conduit à des défauts d'herméticité de la fixation dans le trou de la base en réduisant donc la durée de vie de l'électrode et de ~'accumulateur dans son ensemble. In the case where the ratio of the diameter of the hole of the base to the thickness of the latter is greater than 10, in the conductor traversed by a current appear, as has already been explained, large voltage losses intensifying the corrosion of the conductor, which leads to hermeticity defects in the fixing in the hole in the base, thus reducing the service life of the electrode and of the accumulator as a whole.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la descrwption explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 montre une vue en coupe d'une électrode bipolaire pour accumulateur électrique selon l'invention, convenant à une petite batterie cylindrique
- la figure 2 montre une vue en plan de la figure 1, sans le matériau actif
- la figure 3 montre la base de l'électrode bipolaire d'accumulateur électrique, en vue en coupe
- la figure 4 montre l'électrode bipolaire d'accumulateur électrique pour une batterie d'accumulateurs prismatique à section rectangulaire, en vue en coupe
- la figure 5 représente une vue en plan de la figure 3, sans le matériau actif
- la figure 6 montre une électrode bipolaire d'accumulateur électrique pour une batterie d'accumulateur prismatique à section triangulaire, en vue en coupe ; et
- la figure 7 représente une vue en plan de la figure 5 sans le matériau actif.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear more clearly in the light of the explanatory description which will follow from different embodiments given solely by way of nonlimiting examples, with references to the drawings. nonlimiting annexed in which
- Figure 1 shows a sectional view of a bipolar electrode for electric accumulator according to the invention, suitable for a small cylindrical battery
- Figure 2 shows a plan view of Figure 1, without the active material
- Figure 3 shows the base of the bipolar electrode of electric accumulator, in section view
- Figure 4 shows the bipolar electric accumulator electrode for a prismatic storage battery with rectangular section, in section view
- Figure 5 shows a plan view of Figure 3, without the active material
- Figure 6 shows a bipolar electric accumulator electrode for a prismatic accumulator battery with triangular section, in section view; and
- Figure 7 shows a plan view of Figure 5 without the active material.
L'électrode bipolaire pour accumulateur électrique selon l'invention comprend une base 1, comme on peut le voir aux figures 1, 4 et 6, en un matériau non conducteur de l'électricité, par exemple en polystyrène, dans laquelle est exécuté un trou 2. Des deux côtés de la base 1 sont disposés des matériaux actifs positif 3 et négatif 4. Dans le trou 2 de la base 1 est hermétiquement fixé un conducteur 5 en contact, par ses extrémités opposées 6 et 7, respectivement, avec les matériaux actifs positif 3 et négatif 4. The bipolar electrode for an electric accumulator according to the invention comprises a base 1, as can be seen in FIGS. 1, 4 and 6, in a material which is not electrically conductive, for example in polystyrene, in which a hole is made 2. On the two sides of the base 1 are arranged active materials positive 3 and negative 4. In the hole 2 of the base 1 is hermetically fixed a conductor 5 in contact, by its opposite ends 6 and 7, respectively, with the materials active positive 3 and negative 4.
Le trou 2 de la base 1 de l'électrode bipolaire est réalisé de manière que le rapport de son diamètre a la longueur du périmètre de la base 1 soit compris entre 0,01 et 0,1 tandis que le rapport de son diamètre à l'épaisseur de la base 1 dans la zone de ce trou 2 est compris entre 1 et 10. The hole 2 in the base 1 of the bipolar electrode is made so that the ratio of its diameter to the length of the perimeter of the base 1 is between 0.01 and 0.1 while the ratio of its diameter to l thickness of the base 1 in the area of this hole 2 is between 1 and 10.
Une telle forme d'exécution du trou de la base permet de ralentir la corrosion dans le système "conducteur-base" et, dans le cas d'un défaut d'herméticité de la fixation du conducteur. dans le trou de la base, de minimiser les pertes de courant dans le système "conducteur-base", assurant ainsi une plus longue durée de vie de l'électrode bipolaire. Such an embodiment of the hole in the base makes it possible to slow down corrosion in the “conductor-base” system and, in the case of a lack of hermeticity in the fixing of the conductor. in the hole in the base, to minimize current losses in the "conductor-base" system, thus ensuring a longer service life of the bipolar electrode.
Trois exemples d'exécution de l'électrode bipolaire d'accumulateur électrique selon l'invention serait donnés ci-après. Three examples of execution of the bipolar electric accumulator electrode according to the invention would be given below.
Exemple 1. Example 1.
L'électrode bipolaire a un diamètre du trou de sa base égal à 4 mm, une longueur du périmètre de sa base de 400 mm et une épaisseur de sa base dans la zone du trou de 1,5 mm. Il faut noter que le rapport du diamètre du trou à la longueur du périmètre de la base est de 0,1 tandis que le rapport du diamètre du trou à l'épaisseur de la base dans la zone du trou est égal à 3. The bipolar electrode has a hole diameter of its base equal to 4 mm, a length of the perimeter of its base of 400 mm and a thickness of its base in the area of the hole of 1.5 mm. It should be noted that the ratio of the diameter of the hole to the length of the perimeter of the base is 0.1 while the ratio of the diameter of the hole to the thickness of the base in the area of the hole is equal to 3.
L'électrode bipolaire peut convenir à une batterie étanche au plomb de petites dimensions. Une telle batterie est constituée de trois électrodes bipolaires et de deux électrodes monopolaires (qui sont terminales), sa tension est de 8 V et sa capacité nominale est de 0,15 Ah. The bipolar electrode may be suitable for a small lead-tight battery. Such a battery consists of three bipolar electrodes and two monopolar electrodes (which are terminal), its voltage is 8 V and its nominal capacity is 0.15 Ah.
Cette batterie convient comme source d'alimentation pour des appareils radio de petites dimensions, comme une batterie de piles sèches du type "air-zinc".This battery is suitable as a power source for small radio devices, such as an "air-zinc" type dry cell battery.
Exemple 2. Example 2.
L'électrode bipolaire a un diamètre du trou de sa base de 6,0 mm, une longueur du périmètre de sa base de 120 mm et une épaisseur de sa base dans la zone du trou de 0,6 mm. Le rapport du diamètre du trou à la longueur du périmètre de la base est de 0,02 tandis que le rapport du diamètre de trou a l'épaisseur de la base dans la zone du trou est de 10. The bipolar electrode has a diameter of the hole in its base of 6.0 mm, a length of the perimeter of its base of 120 mm and a thickness of its base in the area of the hole of 0.6 mm. The ratio of the diameter of the hole to the length of the perimeter of the base is 0.02 while the ratio of the diameter of the hole to the thickness of the base in the area of the hole is 10.
Cette électrode peut être utilisée pour des batteries étanches au plomb de petites dimensions sous une tension de 8, 10 et 12 V. La capacité nominale des batteries est d'environ 0,8 Ah. De telles batteries trouvent leur application comme sources d'alimentation dans un appareillage électronique, pour des jouets électriques, des appareils d'éclairage et servent également à assurer la protection des mémoires des ordinateurs. This electrode can be used for sealed lead-acid batteries of small dimensions with a voltage of 8, 10 and 12 V. The nominal capacity of the batteries is approximately 0.8 Ah. Such batteries find their application as power sources in electronic equipment, for electric toys, lighting devices and also serve to ensure the protection of computer memories.
Exemple 3. Example 3.
Le diamètre du trou de la base de l'électrode bipolaire est de 4,0 mm, la longueur du périmètre de cette base est de 400 mm, tandis que l'épaisseur de la base dans la zone du trou est égale à 4,0 mm. Le rapport du diamètre du trou à la longueur du périmètre de la base est égal à 0,01 et le rapport du diamètre du trou à l'épaisseur de la base dans la zone du trou est égal à 1. The diameter of the hole in the base of the bipolar electrode is 4.0 mm, the length of the perimeter of this base is 400 mm, while the thickness of the base in the area of the hole is 4.0 mm. The ratio of the diameter of the hole to the length of the perimeter of the base is 0.01 and the ratio of the diameter of the hole to the thickness of the base in the area of the hole is 1.
L'électrode bipolaire est destinée à des batteries étanches au plomb. La capacité nominale de ces batteries est d'environ 7 Ah. En plus des applications proposées à l'exemple 2, ces dernières batteries conviennent également en tant que source de courant pour un démarreur. The bipolar electrode is intended for sealed lead-acid batteries. The nominal capacity of these batteries is approximately 7 Ah. In addition to the applications proposed in Example 2, these latter batteries are also suitable as a current source for a starter.
Dans le tableau ci-après sont donnés les paramètres de l'électrode bipolaire connue et ceux d'une électrode bipolaire selon l'invention correspondant aux trois paramètres précités ainsi qu'un exemple d'électrode bipolaire dont les paramètres du trou de la base cités dans la description de l'invention dépassent les limites indiquées. In the table below are given the parameters of the known bipolar electrode and those of a bipolar electrode according to the invention corresponding to the three aforementioned parameters as well as an example of bipolar electrode including the parameters of the base hole cited in the description of the invention exceed the limits indicated.
Désignation des Unités Electro- Electrode bipolaire indices de de bipo- selon l'invention
mesure laire ~
connue 1 2 3 4
Nombre de trous de la base 25 1 1 1 1
Diamètre du trou mm 2,00 4,0 6,0 4,0 4,0 de la base
Longueur du périmètre de la base mm 200 40 12G 400 36
Epaisseur de la base mm 2,0 1,5 0,6 4,0 0,36
Rapport diamètre du trou de la base/longueur du périmètre de la base - - 0,1 0,02 O,G1 0,11
Rapport diamètre du trou de la base/épaisseur de la base dans la zone du trou - - 3 10 1 il
Durée de vie de l'électrode cycle 52 170 120 210 30
Les données de ce tableau prouvent que le trou prévu selon l'invention, dans la base de l'électrode bipolaire, augmente considérablement la durée de vie de cette dernière par rapport à une électrode connue.Si les paramètres du trou indiqués dans la description de l'invention dépassent les limites établies, comme à l'exemple 4, la durée de vie de l'électrode se réduit de nouveau.Designation of Electro- Bipolar Electrode Units of bipo- indices according to the invention
measurement area ~
known 1 2 3 4
Number of base holes 25 1 1 1 1
Hole diameter mm 2.00 4.0 6.0 4.0 4.0 of base
Base perimeter length mm 200 40 12G 400 36
Base thickness mm 2.0 1.5 0.6 4.0 0.36
Ratio of the hole in the base to the length of the perimeter of the base - - 0.1 0.02 O, G1 0.11
Ratio of the base hole diameter / base thickness in the hole area - - 3 10 1 il
Life cycle electrode 52 170 120 210 30
The data in this table prove that the hole provided according to the invention, in the base of the bipolar electrode, considerably increases the lifetime of the latter compared to a known electrode. If the parameters of the hole indicated in the description of the invention exceeds the established limits, as in Example 4, the lifetime of the electrode is further reduced.
L'assemblage de l'accumulateur à électrode bipolaire selon l'invention se fait à la manière suivante. The assembly of the bipolar electrode accumulator according to the invention is carried out in the following manner.
Tout d'abord, on colle ou bien on soude les électrodes bipolaires avec des séparateurs placés entre elles et les deux électrodes monopolaires terminales suivant le périmètre de la base en un polymère. Ensuite, on imprégne les électrodes et le séparateur d'un électrolyte. First, glue or weld the bipolar electrodes with separators placed between them and the two terminal monopolar electrodes along the perimeter of the base in a polymer. Then, the electrodes and the separator are impregnated with an electrolyte.
Le fonctionnement de l'accumulateur est comme suit. The operation of the accumulator is as follows.
Lors de la charge de l'accumulateur, le matériau actif positif passe au bioxyde de plomb tandis que le matériau actif négatif passe au plomb métallique spongieux. When the battery is charged, the positive active material changes to lead dioxide while the negative active material changes to spongy metallic lead.
Lorsque l'accumulateur se décharge, le bioxyde de plomb du matériau actif positif et le plomb spongieux du matériau actif négatif passent au sulfate plombique. When the accumulator discharges, the lead dioxide from the positive active material and the spongy lead from the negative active material pass to lead sulphate.
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