FR2796495A1 - Lead-acid battery electrode, comprises dispersion of conductive, chemically-inert ceramic powder - Google Patents
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Abstract
Description
Électrodes d'accumulateurs au plomb. L'accumulateur au plomb demeure le générateur électrochimique le plus largement utilisé. Des progrès considérables ont été accomplis depuis sa découverte faite par <I>Gaston Planté,</I> mais l'un des obstacles majeurs à une utilisation encore plus vaste reste sa faible énergie massique. Ceci est lié aux caractéristiques massiques propres des éléments actifs (plomb, bioxyde de plomb), mais également aux capacités massiques pratiques des matières actives qui se situent entre 35 et 50 % de la valeur théorique. Ce défaut de rendement est particulièrement marqué pour les électrodes positives. Le rendement est d'autant plus affecté que l'accumulateur fonctionne à fort régime de décharge. Lead acid batteries. The lead accumulator remains the most widely used electrochemical generator. Considerable progress has been made since its discovery by <i> Gaston Planté, </ I> but one of the major obstacles to even greater use remains its low specific energy. This is related to the specific mass characteristics of the active elements (lead, lead dioxide), but also to the practical mass capacities of the active ingredients which are between 35 and 50% of the theoretical value. This yield defect is particularly marked for positive electrodes. The efficiency is all the more affected as the accumulator operates at a high discharge rate.
Pour pallier ces problèmes, diverses solutions ont été proposées, notamment l'amélioration du réseau de collecte des charges grâce à des grilles à structures complexes, ou encore l'emploi de couches actives très fines déposées sur un collecteur. To alleviate these problems, various solutions have been proposed, in particular the improvement of the network for collecting charges thanks to grids with complex structures, or the use of very thin active layers deposited on a collector.
D'autres solutions, alternatives ou complémentaires, ont été proposées, telles que l'addition de charges conductrices. Ces charges doivent répondre à plusieurs critères stabilités chimique et électrochimique, compatibilité avec le procédé de production, surtensions de dégagement d'oxygène et d'hydrogène suffisamment élevées pour ne pas affecter la charge des électrodes positives et négatives, faible coût. Other solutions, alternative or complementary, have been proposed, such as the addition of conductive fillers. These charges must meet several criteria chemical and electrochemical stabilities, compatibility with the production process, oxygen and hydrogen evolution surge voltages high enough not to affect the charge of the positive and negative electrodes, low cost.
Parmi les additifs proposés figurent les carbones, les polymères conducteurs électroniques et, plus récemment, des sous-oxydes de titane conducteurs sous forme de fibres. Among the proposed additives are carbons, electronically conductive polymers and, more recently, conductive titanium suboxides in the form of fibers.
Des accroissements de capacité de 10 à 20 % de l'électrode positive ont pu être observés, mais la stabilité de certains de ces matériaux reste problématique dans les conditions de fonctionnement (potentiel très anodique lors de la charge, et forte acidité). Le coût et les contraintes de fabrication de certains constituent aussi une limitation sévère à leur emploi en accumulateur acide au plomb, qui se doit de demeurer un système économique. Increases in capacity of 10 to 20% of the positive electrode have been observed, but the stability of some of these materials remains problematic under operating conditions (very anodic potential during charging, and high acidity). The cost and manufacturing constraints of some also constitute a severe limitation to their use as lead acid batteries, which must remain an economic system.
L'influence de l'ajout de ces additifs à la masse active ne se limite pas seulement à des effets liés à la conduction électronique. On observe parfois également dans la masse positive, en liaison avec leur présence, l'apparition préférentielle de la forme P du dioxyde de plomb, plus active que la forme a, mais cependant moins apte au cyclage. Afin de résoudre les difficultés liées à l'utilisation d'additifs peu stables (carbones, polymères conducteurs) ou encore délicats à obtenir et coûteux (sous oxydes de titane), la présente invention s'attache à mettre en évidence l'intérêt que peut présenter, dans des conditions déterminées, l'utilisation d'additifs céramiques, résistant à l'oxydation en milieu sulfurique concentré, et capables d'apporter divers avantages significatifs. L'objectif de la présente invention revêt plusieurs aspects # favoriser le déroulement de l'étape dite de mûrissement des électrodes<B>;</B> # améliorer la répartition du champ électrique au sein des électrodes, en charge et décharge, en particulier pour ce qui est de l'électrode positive. The influence of the addition of these additives to the active mass is not limited only to effects related to electronic conduction. The preferential appearance of the P-form of the lead dioxide, which is more active than the α-form but is less able to cycle, is also sometimes observed in the positive mass, in conjunction with their presence. In order to solve the difficulties related to the use of unstable additives (carbons, conductive polymers) or else difficult to obtain and expensive (under titanium oxides), the present invention seeks to highlight the interest that can to present, under specified conditions, the use of ceramic additives, resistant to oxidation in a concentrated sulfuric medium, and capable of providing various significant advantages. The objective of the present invention has several aspects to promote the progress of the so-called step of maturing electrodes, to improve the distribution of the electric field within the electrodes, in charge and discharge, in particular for the positive electrode.
Pour remplir ces fonctions, les matériaux préférentiellement mis en oeuvre selon la présente invention, de manière non limitative de ladite invention, sont des céramiques conductrices. To fulfill these functions, the materials preferably used according to the present invention, in a nonlimiting manner of said invention, are conducting ceramics.
Celles-ci peuvent notamment être choisies parmi les borures, carbures, nitrures et siliciures de divers métaux tels que hafnium, magnésium, niobium, titane et vanadium. II peut ainsi avantageusement s'agir des nitrure et / ou carbure de hafnium, et / ou carbure et / ou nitrure et / ou siliciure de magnésium, et / ou carbure et I ou nitrure de niobium, et / ou carbure et / ou nitrure et / ou siliciure de titane, et l ou nitrure de vanadium. II peut également s'agir de nitrures, carbures, borures ou siliciures doubles de deux quelconques des métaux précédemment cités ; et de carbonitrures de deux quelconques des mêmes métaux. These may in particular be chosen from borides, carbides, nitrides and silicides of various metals such as hafnium, magnesium, niobium, titanium and vanadium. It may thus advantageously be nitride and / or hafnium carbide, and / or carbide and / or nitride and / or magnesium silicide, and / or carbide and I or niobium nitride, and / or carbide and / or nitride. and / or titanium silicide, and 1 or vanadium nitride. It may also be nitrides, carbides, borides or double silicides of any two of the metals mentioned above; and carbonitrides of any two of the same metals.
Ces céramiques peuvent être retenues pour utilisation dans le cadre de la présente invention, dans la mesure où elles répondent aux caractéristiques essentielles déjà indiquées # être conductrices, # être inertes chimiquement dans l'accumulateur, # et présenter une forte surtension d'oxygène et / ou d'hydrogène, selon la polarité de l'électrode. These ceramics may be retained for use in the context of the present invention, insofar as they meet the essential characteristics already indicated # to be conductive, # to be chemically inert in the accumulator, # and to have a strong oxygen surge and / or hydrogen, depending on the polarity of the electrode.
Pour une efficacité avérée dans les divers rôles qui leur sont assignés, il convient de surcroît que les poudres conductrices utilisées soient fines et dispersées de manière la plus homogène possible dans la masse active. For proven effectiveness in the various roles assigned to them, it should be added that the conductive powders used are fine and dispersed as homogeneously as possible in the active mass.
Le choix de la taille des particules, et en particulier de la taille relative des particules de céramiques conductrices par rapport à celle des grains constituant la matière active de l'électrode constitue un paramètre influant significativement sur l'efficacité de l'additif céramique. The choice of the size of the particles, and in particular the relative size of the conductive ceramic particles relative to that of the grains constituting the active material of the electrode is a parameter significantly affecting the effectiveness of the ceramic additive.
Comme indiqué plus haut, l'apport des poudres céramiques conductrices inertes chimiquement selon l'invention, est double. As indicated above, the contribution of the chemically inert conductive ceramic powders according to the invention is twofold.
II apparaît dès l'étape initiale dite de "mûrissement" des électrodes. Après la mise en place de la masse active (positive ou négative) sur ou au sein de son support- collecteur, et avant montage de l'électrode dans l'accumulateur, il convient de laisser s'effectuer un mûrissement de l'électrode. Celui-ci, qui est caractéristique des électrodes de plomb, consiste en l'accomplissement progressif de réactions au travers de la masse active, par action de l'acide sulfurique présent, de l'oxygène de l'air, de l'eau contenue, le déroulement de ces réactions étant influencé par la température. Le mûrissement va d'une part permettre la transformation partielle du plomb et de l'oxyde de plomb en sulfate, et d'autre part contribuer à assurer la cohésion de la matière active et la liaison de celle-ci avec son support. It appears from the initial stage called "ripening" of the electrodes. After placing the active mass (positive or negative) on or within its support-collector, and before mounting the electrode in the accumulator, it should be allowed to ripen the electrode. The latter, which is characteristic of lead electrodes, consists in the gradual completion of reactions through the active mass, by the action of the sulfuric acid present, the oxygen of the air, the water contained in it. the course of these reactions being influenced by the temperature. On the one hand, ripening will allow the partial conversion of lead and lead oxide to sulphate and, on the other hand, help to ensure the cohesion of the active ingredient and the bonding of the latter with its support.
On a montré que l'adjonction de poudres céramiques conductrices inertes chimiquement selon l'invention permettait d'améliorer l'opération de mûrissement, en en raccourcissant la durée, qui est habituellement de plusieurs jours, voire de plusieurs semaines. L'avantage obtenu se traduit très directement en termes de coût de fabrication. Ce raccourcissement de l'étape de mûrissement est obtenue grâce à l'effet catalytique provoqué par les particules de céramique conductrice selon l'invention. It has been shown that the addition of chemically inert conductive ceramic powders according to the invention makes it possible to improve the curing operation, by shortening the duration thereof, which is usually several days or even several weeks. The advantage obtained translates very directly in terms of manufacturing cost. This shortening of the ripening stage is obtained thanks to the catalytic effect caused by the conductive ceramic particles according to the invention.
On comprend dès lors qu'il convienne avantageusement de retenir d'une part une dispersion de poudre céramique qui soit la plus homogène possible dans la masse active, d'autre part une granulométrie fine des particules de céramique. Celle-ci sera préférentiellement choisie de l'ordre de quelques microns au maximum et pouvant être submicronique. Enfin, et de manière également non limitative de l'invention, il apparaît avantageux que la taille des particules de céramique soit proche de celle des particules de matière active, et préférablement inférieure ou égale. It is therefore understood that it is advantageous to retain firstly a ceramic powder dispersion that is as homogeneous as possible in the active mass, on the other hand a fine particle size of the ceramic particles. This will preferably be chosen of the order of a few microns maximum and may be submicron. Finally, and also without limitation of the invention, it appears advantageous that the size of the ceramic particles is close to that of the particles of active material, and preferably less than or equal to.
Un deuxième type d'intervention favorable des céramiques selon l'invention est obtenu lors du fonctionnement des électrodes en accumulateur. C'est ici spécialement le caractère de conducteur électronique des céramiques utilisées qui est mis en valeur. L'objectif recherché est de constituer au sein des masses actives d'électrodes un réseau collecteur secondaire de charges électriques qui permette d'y optimiser la répartition du champ électrique. Ce réseau secondaire doit compléter celui que constitue le support-collecteur d'électrode. II est particulièrement utile lorsque les matières actives ne présentent pas de bonnes caractéristiques de conduction électrique, soit de manière permanente soit dans un seul des deux états chargé ou déchargé. Dans le cas de l'accumulateur au plomb à électrolyte acide, le problème est relativement peu marqué pour l'électrode négative, dont la matière active évolue entre plomb et sulfate de plomb. Il est plus critique pour l'électrode positive pour laquelle la matière active (PbS04 - Pb0z) ne présente pas le même niveau de conductivité. A second type of favorable intervention ceramics according to the invention is obtained during the operation of the accumulator electrodes. It is here especially the character of electronic conductor of the ceramics used which is highlighted. The objective is to constitute within the active masses of electrodes a secondary collector network of electrical charges which makes it possible to optimize the distribution of the electric field. This secondary network must complete that which constitutes the support-electrode collector. It is particularly useful when the active materials do not exhibit good electrical conduction characteristics, either permanently or in only one of the two charged or discharged states. In the case of the lead accumulator with acid electrolyte, the problem is relatively weak for the negative electrode, whose active ingredient evolves between lead and lead sulfate. It is more critical for the positive electrode for which the active ingredient (PbS04 - Pb0z) does not have the same level of conductivity.
Dans tous les cas, il est important, pour l'obtention d'un rendement optimal des matières actives, de mettre en oeuvre pour chaque électrode, des modes de collecte des charges qui permettent d'atteindre une répartition du champ électrique qui soit la plus homogène possible. La présente invention s'y attache particulièrement, comme le montreront les descriptions qui suivent. In all cases, it is important, in order to obtain an optimal yield of the active ingredients, to use for each electrode, charge collection modes that make it possible to achieve a distribution of the electric field which is the most homogeneous possible. The present invention is particularly attached to it, as will be shown in the following descriptions.
Les électrodes positives et négatives selon l'invention, renfermant au sein de leurs masses actives respectives la dispersion de poudre conductrice inerte, peuvent utiliser les types de supports les plus divers, tels que notamment grilles coulées, déployés de plomb,... The positive and negative electrodes according to the invention, containing within their respective active masses the dispersion of inert conductive powder, can use the most diverse types of supports, such as in particular cast grids, expanded lead, ...
II apparaît cependant particulièrement avantageux, à travers une approche complémentaire proposée dans le cadre de la présente invention, et procédant de la même logique, de mettre en oeuvre un support de nature à compléter efficacement l'effet procuré lors du fonctionnement de l'accumulateur, par l'utilisation de poudres conductrices dispersées dans la masse active. However, it appears particularly advantageous, through a complementary approach proposed in the context of the present invention, and proceeding from the same logic, to implement a support of a nature to effectively supplement the effect provided during operation of the accumulator, by the use of conductive powders dispersed in the active mass.
Selon l'invention, il est proposé de réaliser les électrodes positives et négatives par empâtage, enduction, ou remplissage par tout moyen, en phase liquide ou sous forme de pâte, d'un support métallique ou métallisé tridimensionnel à haute porosité, avec une pâte contenant notamment de l'oxyde de plomb et du plomb métal, la dispersion de particules conductrices inertes chimiquement dans le milieu, de l'acide sulfurique et les additifs connus de l'homme de l'art. According to the invention, it is proposed to produce the positive and negative electrodes by pasting, coating, or filling by any means, in the liquid phase or in the form of a paste, with a high porosity metal or metallized three-dimensional support, with a paste containing in particular lead oxide and metal lead, the dispersion of conductive particles chemically inert in the medium, sulfuric acid and additives known to those skilled in the art.
Par structures métalliques, ou métallisées, tridimensionnelles à haute porosité, on entend ici désigner des structures à grande surface développée, de types mousse, feutre ou tissé à haut niveau de porosité ouverte, offrant l'aspect d'un réseau dense de fibres ou mailles à ossature tridimensionnelle, définissant une pluralité d'espaces ouverts en communication les uns avec les autres et avec l'extérieur des structures. Les mousses sont des structures alvéolaires réticulées de grande porosité (supérieure à 80%, et pouvant atteindre environ 98%) et à porosité ouverte par désoperculation, dans lesquelles les mailles du réseau communiquent entre elles en totalité, ou pour le moins dans des proportions importantes. Three-dimensional high porosity metal or metallized structures are here understood to mean large-area developed structures of foam, felt or woven type with a high level of open porosity, offering the appearance of a dense network of fibers or meshes. three-dimensional framework, defining a plurality of open spaces in communication with each other and with the outside of the structures. Foams are crosslinked alveolar structures of high porosity (greater than 80%, and up to about 98%) and open porosity by uncapping, in which the meshes of the network communicate with each other in all, or at least in significant proportions. .
Les feutres sont des enchevêtrements aléatoires de fibres non tissées (cependant pour l'essentiel d'entre elles positionnées sensiblement dans le plan de la nappe constituée), définissant entre elles des espaces inter fibres de formes et dimensions variables, communicant entre eux. Leurs fibres peuvent être ou non collées par un agent liant. The felts are random entanglements of non-woven fibers (most of them, however, positioned substantially in the plane of the formed web), defining between them inter-fiber spaces of varying shapes and sizes, communicating with one another. Their fibers may or may not be bonded with a binding agent.
Les tissés sont des structures constituées par assemblage de fils ou fibres textiles entrelacés, soit tissés soit maillés. Ils peuvent se présenter sous la forme de structures épaisses et complexes, notamment lorsqu'ils sont constitués de deux faces tissées externes reliées par tricotage de fils qui les maintiennent espacées et interconnectées à la fois, comme permettent par exemple de le réaliser les métiers à tisser de type Raschel. Woven fabrics are structures formed by assembling interlaced textile yarns or fibers, either woven or meshed. They can be in the form of thick and complex structures, especially when they consist of two outer woven faces connected by knitting son which keep them spaced and interconnected at a time, as allow for example to achieve the looms Raschel type.
Ces diverses structures tridimensionnelles peuvent - sous réserve d'adéquation des caractéristiques dimensionnelles relatives d'épaisseur d'électrode et de tailles des ouvertures internes du support -, constituer des réseaux denses de collecte électrique au sein de la masse active. Celle-ci remplissant l'espace intérieur ouvert de leur organisation architecturale, et donc l'ensemble de la porosité interne du support, au lieu d'être, plus classiquement, déposée en surface d'un support essentiellement plan, il est possible d'accroître la surface de contact direct entre collecteur principal et matière active, du fait de l'accroissement de la surface développée du support. Cette configuration permet de surcroît, au sein de l'ensemble de l'électrode, de réduire la distance maximale séparant toute particule de matière active du point le plus proche de la maille ou fibre voisine du collecteur métallique. On réalise ainsi un contact "intime" entre tout point de la masse active et le support ou collecteur principal. Ce mode de réalisation permet d'accroître le rendement d'utilisation de la matière active, et de multiplier, à la recharge, les sites de formation des matériaux actifs dans tout le volume de l'électrode. These various three-dimensional structures can - subject to adequacy of the relative dimensional characteristics of electrode thickness and size of the internal openings of the support -, constitute dense networks of electrical collection within the active mass. This filling the open interior space of their architectural organization, and therefore the entire internal porosity of the support, instead of being, more conventionally, deposited on the surface of a substantially plane support, it is possible to to increase the direct contact surface between the main collector and the active material, due to the increase of the developed surface of the support. This configuration also makes it possible, within the entire electrode, to reduce the maximum distance separating any particle of active material from the point closest to the mesh or fiber adjacent to the metal collector. In this way, an "intimate" contact is made between any point of the active mass and the main support or collector. This embodiment makes it possible to increase the efficiency of use of the active ingredient, and to multiply the recharging sites for the formation of active materials throughout the volume of the electrode.
On ajoutera que l'utilisation d'une structure tridimensionnelle à haute porosité pour constituer le support et collecteur de charges principal de l'électrode, permet d'optimiser le pouvoir de rétention des matières actives, et donc de participer également par cette caractéristique à l'accroissement de durée de vie des électrodes. Les deux approches décrites dans le cadre de l'invention, à savoir utilisation d'une dispersion de poudres conductrices jouant le rôle de collecteur secondaire au sein de la masse active d'une part, utilisation complémentaire éventuelle d'un support- collecteur tridimensionnel à haute porosité et grande surface développée d'autre part, procurent leur plein effet à travers leur mise en oeuvre combinée. Comme il a été dit plus haut, il est cependant possible d'associer la dispersion de poudres conductrices à tout type de support d'électrode. It will be added that the use of a three-dimensional structure with a high porosity to constitute the main support and charge collector of the electrode makes it possible to optimize the retention capacity of the active ingredients, and thus also to participate by this characteristic in the increased life of the electrodes. The two approaches described in the context of the invention, namely use of a dispersion of conductive powders acting as a secondary collector within the active mass on the one hand, possible additional use of a three-dimensional support-collector to high porosity and large developed surface on the other hand, provide their full effect through their combined implementation. As has been said above, it is however possible to combine the dispersion of conductive powders with any type of electrode support.
On comprendra mieux la mise en oeuvre de l'invention à travers les descriptions suivantes, non limitatives de l'invention. The implementation of the invention will be better understood by means of the following nonlimiting descriptions of the invention.
Pour la réalisation d'un accumulateur au plomb de configuration prismatique ou cylindrique, on utilise de manière préférentielle, mais non limitative de l'invention, comme support et collecteur principal d'électrode négative, une mousse alvéolaire réticulée ou un feutre (non tissé). For the production of a lead-acid accumulator of prismatic or cylindrical configuration, the preferred and non-limiting embodiment of the invention is used as support and main collector of negative electrode, cross-linked cellular foam or felt (non-woven). .
Ces structures peuvent être réalisées en tout métal ou alliage, notamment électrochimiquement déposable, et préférentiellement mais de manière non limitative de l'invention, en plomb, en nickel ou en cuivre. II est nécessaire de revêtir nickel ou cuivre d'une couche protectrice de plomb ou d'alliage de plomb, permettant d'éviter le contact direct entre par exemple nickel ou cuivre d'une part et électrolyte d'autre part, ceci afin d'écarter les risques de corrosion du nickel ou du cuivre notamment au contact de l'électrolyte. Le revêtement de plomb ou d'alliage de plomb peut être effectué avantageusement par dépôt électrolytique. These structures may be made of any metal or alloy, especially electrochemically depositable, and preferably but not limited to the invention, lead, nickel or copper. It is necessary to coat nickel or copper with a protective layer of lead or lead alloy, making it possible to avoid direct contact between, for example, nickel or copper on the one hand and electrolyte on the other hand, in order to avoid the risk of corrosion of nickel or copper especially in contact with the electrolyte. The coating lead or lead alloy can be advantageously performed by electrolytic deposition.
Dans le cas de l'utilisation d'un collecteur de type mousse, celle-ci est avantageusement située parmi les standards 40 à 110 ppl (pores par inch), c'est à dire présentant entre environ 15 et 45 pores en surface par centimètre linéaire. Les produits les plus ouverts sont d'une utilisation plus aisée lors du remplissage de la structure en masse active ; à l'opposé, les produits aux pores les plus petits offrent un réseau collecteur plus dense et par conséquent une plus grande surface de contact direct avec la matière active d'une part, une distance maximale moindre avec les particules d'oxyde de plomb ne bénéficiant pas de ce contact direct, d'autre part, enfin, un pouvoir de rétention mécanique renforcé de la masse active. In the case of the use of a foam-type collector, it is advantageously located among the standards 40 to 110 ppl (pores per inch), that is to say having between approximately 15 and 45 surface pores per centimeter. linear. The most open products are easier to use when filling the active mass structure; in contrast, the smaller pore products offer a denser collection network and therefore a greater surface area for direct contact with the active ingredient on the one hand, and a smaller maximum distance with the lead oxide particles. not benefiting from this direct contact, on the other hand, finally, a power of reinforced mechanical retention of the active mass.
Dans le cas de l'utilisation d'un non tissé métallique comme collecteur principal, on peut avantageusement employer un produit présentant une porosité supérieure ou égale à 95%, et présentant des ouvertures inter fibres essentiellement comprises entre 50 et 300 microns. In the case of the use of a metallic nonwoven as the main collector, it is advantageous to employ a product having a porosity greater than or equal to 95%, and having inter-fiber openings essentially between 50 and 300 microns.
Les collecteurs utilisés comme supports de l'électrode négative peuvent être constitués en cuivre, nickel, ou alliage de ces métaux, en présentant des densités de 150 à 650 grammes par mètre carré de surface apparente, et préférentiellement de 200 à 450 g/m2; ils peuvent également être réalisés en plomb ou en alliage de plomb, en présentant des densités de 150 à 2000 g/m2, et préférentiellement de 400 à 900 g/m2. Leur épaisseur est utilement comprise entre 0,9 et 5,0 millimètres, et préférentiellement entre 1,3 et 3,0 millimètres. The collectors used as supports for the negative electrode may consist of copper, nickel, or alloy of these metals, having densities of 150 to 650 grams per square meter of apparent surface, and preferably 200 to 450 g / m2; they can also be made of lead or lead alloy, having densities of 150 to 2000 g / m2, and preferably 400 to 900 g / m2. Their thickness is usefully between 0.9 and 5.0 millimeters, and preferably between 1.3 and 3.0 millimeters.
Lorsque les collecteurs sont réalisés en nickel, cuivre, ou alliage de ces métaux, ils sont préférentiellement revêtus d'une couche protectrice de plomb ou d'alliage de plomb. L'épaisseur retenue pour celle-ci correspond avantageusement au seuil minimum nécessaire pour l'obtention d'un recouvrement total efficacement protecteur. Au-delà de ce seuil, toute surépaisseur constitue une pénalisation en termes de capacité massique et accessoirement volumique. When the collectors are made of nickel, copper, or alloy of these metals, they are preferably coated with a protective layer of lead or lead alloy. The thickness selected for this advantageously corresponds to the minimum threshold necessary to obtain a total effective protective covering. Beyond this threshold, any extra thickness is a penalty in terms of mass capacity and incidentally volume.
Les collecteurs utilisés comme support de l'électrode positive sont préférablement constitués de plomb pur ou d'alliage de plomb, pour éviter tout risque de corrosion du substrat. La densité, dans ce cas, sera portée de 1.000 à 3.000 g/m2, leur épaisseur étant utilement comprise entre 0,9 et 5,0 millimètres, et préférentiellement entre 1,3 et 3,0 millimètres. The collectors used as support for the positive electrode are preferably made of pure lead or lead alloy, to avoid any risk of corrosion of the substrate. The density, in this case, will be increased from 1,000 to 3,000 g / m2, their thickness being usefully between 0.9 and 5.0 millimeters, and preferably between 1.3 and 3.0 millimeters.
La masse active est avantageusement préparée sous la forme d'une pâte comprenant les éléments suivants # poudre de plomb et d'oxyde de plomb<B>;</B> # particules conductrices formant le collecteur secondaire<B>;</B> # acide sulfurique; # additifs spécifiques de l'électrode positive ou négative. The active mass is advantageously prepared in the form of a paste comprising the following elements: # lead powder and lead oxide <B>; # conductive particles forming the secondary collector <B>; </ B> # sulfuric acid; # specific additives for the positive or negative electrode.
Après remplissage du support-collecteur avec la masse active, il est possible de procéder par laminage, compression ou tout autre moyen, à une réduction de l'épaisseur de l'électrode, en choisissant au préalable, de manière adaptée, l'épaisseur du support-collecteur, sa densité, et la quantité de masse active introduite dans la structure. Cette opération est particulièrement utile dans le cadre de la réalisation d'accumulateurs cylindriques, dont les électrodes doivent être enroulées autour d'un mandrin. After filling of the support-collector with the active mass, it is possible to proceed by rolling, compression or any other means, to a reduction of the thickness of the electrode, by first selecting, in a suitable way, the thickness of the support-collector, its density, and the amount of active mass introduced into the structure. This operation is particularly useful in the context of the production of cylindrical accumulators, the electrodes of which must be wound around a mandrel.
Les particules conductrices selon l'invention, peuvent avantageusement être choisies, en tout ou partie, parmi les céramiques conductrices, et notamment être constituées de nitrures de titane et / ou de hafnium, ou d'un nitrure double de titane - hafnium, qui répondent pleinement aux caractéristiques recherchées, en termes de conductivité, de niveau de surtension d'oxygène ou d'hydrogène, de densité, de neutralité vis à vis du système électrochimique, et de coût. Carbures de titane et / ou hafnium peuvent également être employés. On retient avantageusement pour ces particules unitaires, une granulométrie essentiellement inférieure à environ 10 microns, et notamment submicronique, et une concentration en poids par rapport à l'oxyde de plomb, utilement comprise entre 1 et 25 %, et préférentiellement entre 5 et 18 %. Des concentrations inférieures s'avèrent dans la plupart des cas insuffisantes pour l'obtention de l'effet désiré ; des niveaux de concentration supérieurs n'apportent pas le plus souvent de surcroît significatif d'avantage, alors qu'ils pénalisent l'électrode en termes de capacités massique et volumique, et par voie de conséquence l'accumulateur en matière d'énergies massique et volumique. The conductive particles according to the invention may advantageously be chosen, in whole or in part, from conducting ceramics, and in particular consist of nitrides of titanium and / or hafnium, or of a double nitride of titanium-hafnium, which meet fully to the desired characteristics, in terms of conductivity, level of oxygen or hydrogen overvoltage, density, neutrality with respect to the electrochemical system, and cost. Titanium carbides and / or hafnium can also be used. For these unitary particles, it is advantageous to use a particle size substantially less than about 10 microns, and in particular submicron, and a weight concentration relative to lead oxide, advantageously between 1 and 25%, and preferably between 5 and 18%. . In most cases, lower concentrations are insufficient to obtain the desired effect; higher concentration levels do not usually bring much more significant benefit, while they penalize the electrode in terms of mass and volume capacities, and consequently the accumulator in terms of mass energies and volume.
II convient de noter que, de manière logique, pour une même aptitude au cyclage de l'électrode, la concentration en particules conductrices doit être d'autant plus grande que la surface développée du collecteur principal est moindre. Elle est ainsi supérieure, pour une même épaisseur d'électrode, avec un collecteur de type déployé par exemple, par rapport à ce qu'elle est avec une mousse métallique, et de la même manière supérieure avec une mousse présentant 15 pores par centimètre linéaire qu'avec une mousse à 45 pores par centimètre linéaire. It should be noted that, in a logical manner, for the same ability to cycle the electrode, the concentration of conductive particles must be even greater than the developed surface of the main collector is less. It is thus superior, for the same electrode thickness, with a collector of the type deployed for example, compared to that with a metal foam, and in the same way superior with a foam having 15 pores per linear centimeter. than with a 45 pore foam per linear centimeter.
Naturellement, et comme il résulte d'ailleurs largement de ce qui précède, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits à titre d'exemples. Naturally, and as is moreover largely the result of the foregoing, the invention is not limited to the particular embodiments which have been described by way of examples.
L'invention ne se limite pas aux exemples qui ont été donnés, mais en embrasse toutes les variantes. The invention is not limited to the examples that have been given, but embraces all variants.
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