FR2858464A1 - Device for catalytic recombination of gas during charging of alkaline battery with zinc electrode using metal sponge to support catalyst and to dissipate heat during recombination - Google Patents

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Abstract

Device for the catalytic recombination of gas formed during the charging of an alkaline battery with a zinc anode is made up of a catalytic mass in contact with a reticulated, honeycomb metal sponge fulfilling the roles of the catalyst support and the heat dissipation structure. An independent claim is also included for an alkaline battery with a zinc electrode incorporating this catalytic recombination device.

Description

- 1- 1

Dispositif de recombinaison catalytique des gaz pour accumulateurs alcalins à anode de zinc.  Catalytic recombination device for alkaline accumulator gases with zinc anode

La présente invention concerne le domaine des générateurs électrochimiques, et plus particulièrement celui des accumulateurs alcalins à anode de zinc.  The present invention relates to the field of electrochemical generators, and more particularly that of alkaline storage batteries with zinc anode.

s Il est connu que les accumulateurs à électrolyte aqueux consomment de l'eau au cours de leur fonctionnement, et plus précisément lors de la surcharge nécessaire à une charge complète de l'accumulateur, qui provoque une décomposition de l'eau de l'électrolyte, en hydrogène et oxygène.  s It is known that accumulators with aqueous electrolyte consume water during their operation, and more specifically during the overcharging necessary for a complete charge of the accumulator, which causes a decomposition of the water of the electrolyte. , in hydrogen and oxygen.

Il y a différentes façons de gérer cette consommation d'eau, et notamment: * en limitant la surcharge au risque toutefois de charger insuffisamment l'accumulateur; * en utilisant un large excès d'électrolyte de façon à limiter la fréquence des ajouts d'eau, situation qui ne peut cependant trouver à s'appliquer qu'à des batteries d'accumulateurs stationnaires, en raison des excès de poids et de 15 volume qui en résultent.  There are different ways to manage this water consumption, including: * limiting the overload but at the risk of insufficient charging of the battery; * by using a large excess of electrolyte so as to limit the frequency of the additions of water, a situation which can however only apply to stationary accumulator batteries, because of excess weight and resulting volume.

Ces solutions ne permettent pas d'éviter la nécessité d'interventions périodiques de l'utilisateur, plus ou moins fréquentes.  These solutions do not prevent the need for periodic user interventions, more or less frequent.

Depuis longtemps, on fabrique des accumulateurs alcalins sans entretien, dits étanches, qui demeurent cependant équipés d'une soupape de sécurité s'ouvrant en 20 cas d'excès de la pression interne de l'élément.  For a long time, maintenance-free, so-called sealed alkaline accumulators have been manufactured, which nevertheless remain equipped with a safety valve opening in case of excess of the internal pressure of the element.

Ces accumulateurs mettent en oeuvre le principe de la recombinaison des gaz de décomposition de l'eau. Les exemples courants sont les accumulateurs alcalins nickel-cadmium (NiCd) et nickel-métal hydrure (NiMH) de formats cylindrique ou prismatique qui équipent les appareils électriques et électroniques portables 25 (téléphones, ordinateurs, ...).  These accumulators implement the principle of the recombination of the decomposition gases of water. Common examples are the nickel-cadmium (NiCd) and nickel-metal hydride (NiMH) alkaline accumulators of cylindrical or prismatic formats which are used in portable electric and electronic equipment (telephones, computers, etc.).

L'électrode négative y est surdimensionnée en capacité par rapport à l'électrode positive dans un rapport qui varie le plus souvent de 1,2 à 1, 5 environ.  The negative electrode is oversized in capacitance with respect to the positive electrode in a ratio which most often varies from about 1.2 to about 1.5.

Lorsque l'électrode positive de nickel est complètement chargée, la tension de la cellule croît, marquant le début de l'évolution d'oxygène, laquelle résulte de 30 l'oxydation électrochimique de l'eau.  When the nickel positive electrode is fully charged, the cell voltage increases, marking the onset of oxygen evolution, which results from the electrochemical oxidation of the water.

Lors de la surcharge de cette cathode, l'électrode négative continue à se charger.  When overloading this cathode, the negative electrode continues to charge.

L'oxygène formé au niveau de l'électrode positive va diffuser vers l'anode de cadmium ou d'hydrures métalliques et se recombiner, soit avec le cadmium métallique, soit avec l'hydrogène adsorbé dans l'hydrure métallique. Cette diffusion est facilitée par 35 lI'utilisation d'un séparateur perméable à l'oxygène et par l'emploi d'une quantité réduite d'électrolyte.  The oxygen formed at the positive electrode will diffuse towards the anode of cadmium or metal hydrides and recombine, either with the metal cadmium, or with the hydrogen adsorbed in the metal hydride. This diffusion is facilitated by the use of an oxygen permeable separator and the use of a reduced amount of electrolyte.

En accumulateur alcalin, les réactions observées au niveau de l'électrode négative sont les suivantes, où M est le métal entrant dans la réaction: à l'électrode positive: 2 OH - H20 + 2 02 + 2e [1] à l'électrode négative: M + % O02 - MO [2] MO+2e'+H20-M+ 2OH [3] Le brevet français 2. 788.887 décrit le principe des générateurs électrochimiques secondaires alcalins à anode de zinc, ainsi qu'une technologie simple et économique de réalisation, permettant d'atteindre de hauts niveaux de performances, en particulier en matière de durée de vie en cyclage.  In alkaline accumulator, the reactions observed at the negative electrode are as follows, where M is the metal entering the reaction: at the positive electrode: 2 OH - H20 + 2 02 + 2e [1] at the electrode negative: M +% O02 - MO [2] MO + 2e '+ H20-M + 2OH [3] French Patent No. 2,788,887 describes the principle of alkaline secondary electrochemical generators with zinc anode, as well as a simple and economical technology implementation, to achieve high levels of performance, especially in terms of life cycle.

L'invention objet dudit document concerne plus particulièrement la mise en oeuvre d'une électrode négative de zinc de type empâté - plastifié, dont la masse active est constituée d'un mélange comprenant au moins de l'oxyde de zinc, une poudre fine de céramique conductrice, et d'un liant plastique.  The invention that is the subject of said document relates more particularly to the use of a zinc negative electrode of pasted plasticized type, the active mass of which consists of a mixture comprising at least zinc oxide, a fine powder of conductive ceramic, and a plastic binder.

Selon cette technologie, on fait pénétrer la masse active anodique mise sous forme 15 de pâte, laquelle est obtenue après mélange des divers constituants et d'un diluant, dans un collecteur tridimensionnel, constitué avantageusement d'une mousse réticulée de cuivre.  According to this technology, the pulverized anodic active mass, which is obtained after mixing the various constituents and a diluent, is introduced into a three-dimensional collector, advantageously constituted by a crosslinked copper foam.

Les accumulateurs alcalins à anode de zinc, tels que nickel-zinc (NiZn) ou argent-zinc (AgZn) réalisés par l'assemblage d'électrodes de zinc fabriquées comme décrit ci20 dessus, et de cathodes de nickel ou d'argent également de type empâté - plastifié dans un support en mousse de nickel, présentent une excellente aptitude au cyclage, et offrent des performances comparables ou supérieures à celles des autres générateurs secondaires alcalins à électrodes positives de nickel avec, en outre, l'avantage d'un moindre coût et l'absence de métaux lourds.  Alkaline zinc anode accumulators, such as nickel-zinc (NiZn) or silver-zinc (AgZn) produced by the assembly of zinc electrodes manufactured as described above, and cathodes of nickel or silver also of pasted type - plasticized in a nickel foam support, have excellent cycling ability, and offer comparable or better performance than other alkaline secondary generators with nickel positive electrodes with, in addition, the advantage of less cost and the absence of heavy metals.

Les accumulateurs NiZn ou AgZn de cette technologie peuvent fonctionner en mode "ouvert" ou en mode "semi-étanche", ou encore "étanche".  The NiZn or AgZn accumulators of this technology can operate in "open" mode or in "semi-sealed" or "sealed" mode.

Les principes généraux de fonctionnement qui s'appliquent pour les accumulateurs alcalins NiCd et NiMH, s'appliquent également aux accumulateurs à anode de zinc.  The general operating principles that apply to alkaline NiCd and NiMH batteries also apply to zinc anode accumulators.

Ainsi notamment, l'électrode négative de zinc est-elle surcapacitive par rapport à 30 l'électrode positive.  In particular, the negative zinc electrode is overcapacitive with respect to the positive electrode.

Toutefois, dans le cas des accumulateurs nickel-zinc réalisés selon la technologie décrite dans le brevet français 2.788.887, la surcapacité de l'électrode de zinc n'excède pas environ 20 % de la capacité de l'électrode de nickel, ceci marquant une différence importante par rapport à ce qui est habituellement décrit dans la littérature, 35 où l'anode de zinc présente couramment une surcapacité de 250 à 500 %, afin de réduire artificiellement la profondeur de décharge de l'anode et d'accroître sa durée de fonctionnement en cyclage.  However, in the case of nickel-zinc accumulators made according to the technology described in French Patent 2,788,887, the overcapacity of the zinc electrode does not exceed about 20% of the capacity of the nickel electrode, this being a striking a significant difference from what is usually described in the literature, where the zinc anode commonly has an overcapacity of 250 to 500%, in order to artificially reduce the depth of discharge of the anode and to increase its duration operating in cycling.

En mode "ouvert", la fin de la charge de l'accumulateur s'accompagne d'un dégagement d'oxygène à l'électrode positive, puis d'hydrogène à l'électrode négative lorsque la charge se prolonge. Un ajout périodique d'eau est nécessaire, correspondant à la quantité décomposée d'électrolyte.  In "open" mode, the end of the charge of the accumulator is accompanied by an evolution of oxygen at the positive electrode, and then of hydrogen at the negative electrode when the charge is prolonged. A periodic addition of water is necessary, corresponding to the decomposed amount of electrolyte.

En mode "semi-étanche", I'accumulateur est muni d'une soupape qui s'ouvre à une faible pression, entre 10 et 20 kPa. L'oxygène formé se recombine partiellement avec le zinc métallique de l'anode, selon la réaction: Zn+ % 02 - ZnO ZnO + 2 e+ H20 -Zn + 2 OH L'oxyde de zinc est lui-même en équilibre avec la forme soluble du zinc en milieu alcalin, le zincate, selon l'équation simplifiée suivante: ZnO + 2 OH-+ H20 _ Zn(OH)42 En mode "étanche", la totalité des gaz formés doit se recombiner pour éviter une augmentation excessive de la pression interne.  In "semi-sealed" mode, the accumulator is equipped with a valve that opens at a low pressure, between 10 and 20 kPa. The oxygen formed partially recombines with the metallic zinc of the anode, according to the reaction: Zn +% O2 - ZnO ZnO + 2 e + H2O - Zn + 2 OH The zinc oxide is itself in equilibrium with the soluble form zinc in an alkaline medium, zincate, according to the following simplified equation: ZnO + 2 OH- + H20 _ Zn (OH) 42 In "sealed" mode, all the gases formed must recombine to avoid an excessive increase in internal pressure.

Le principe de fonctionnement d'un accumulateur nickel-zinc étanche tel que décrit cidessus trouve ses limites pour diverses raisons: * une charge excessive et non contrôlée qui va conduire à un excès de production d'oxygène, la cinétique de la réaction [1] I'emportant sur celles des réactions [2] et [3]; * conséquence du phénomène décrit ci-dessus, aggravé par une diffusion ralentie de l'oxygène vers l'électrode négative, celle-ci est complètement chargée, et il se produit alors un dégagement d'hydrogène: H20 + e - OH+ 1/2H2 * le zinc métallique est thermodynamiquement instable, et tend à se corroder avec 25 formation d'hydrogène: Zn + 2 H20 - Zn(OH)2 + H2" Le mode de gestion des gaz formés, oxygène et hydrogène, est fonction de la conception de l'accumulateur et de sa réalisation, I'augmentation de pression interne favorisant la recombinaison de gaz au niveau de l'électrode de polarité opposée à 30 celle où il se forme, mais n'étant acceptable que dans des limites étroites dans certains types de boîtier.  The principle of operation of a sealed nickel-zinc battery as described above finds its limits for various reasons: * an excessive and uncontrolled load which will lead to an excess of oxygen production, the kinetics of the reaction [1] Overriding those of reactions [2] and [3]; * consequence of the phenomenon described above, aggravated by a slow diffusion of oxygen to the negative electrode, it is fully charged, and there is then a release of hydrogen: H20 + e - OH + 1 / 2H2 metallic zinc is thermodynamically unstable, and tends to corrode with the formation of hydrogen: Zn + 2 H 2 O - Zn (OH) 2 + H 2 "The mode of management of the formed gases, oxygen and hydrogen, is a function of the design of the accumulator and its embodiment, the internal pressure increase favoring the recombination of gas at the electrode of opposite polarity to that in which it is formed, but being only acceptable within narrow limits in certain types. of housing.

Ainsi, un élément de forme cylindrique à boîtier et couvercle métalliques supporte-t-il des pressions supérieures à 2000 kPa, alors que des éléments prismatiques accepteront des pressions maximum comprises entre 500 et 1000 kPa, en fonction 35 des dimensions de l'accumulateur, de la nature des matériaux et du mode de liaison boîtier / couvercle. Pour des raisons de sécurité, des valves équipent les couvercles des accumulateurs à recombinaison. Elles sont réglées à environ 1500 kPa pour les éléments cylindriques, et jusqu'à 200 kPa pour les formats prismatiques.  Thus, a cylindrical shaped element with metal housing and cover withstands pressures above 2000 kPa, while prismatic elements will accept maximum pressures of between 500 and 1000 kPa, depending on the dimensions of the accumulator, the nature of the materials and the mode of connection box / lid. For safety reasons, valves equip the covers of recombination accumulators. They are set at about 1500 kPa for cylindrical elements, and up to 200 kPa for prismatic formats.

La formation d'hydrogène et sa gestion constituent un aspect particulièrement important du fonctionnement d'un accumulateur nickelzinc étanche.  The formation of hydrogen and its management is a particularly important aspect of the operation of a sealed nickel zinc battery.

Diverses solutions ont été proposées pour limiter l'augmentation de pression due à la formation d'hydrogène, parmi lesquelles: * l'utilisation de catalyseurs à base d'argent par exemple, incorporés dans l'électrode positive, et permettant l'oxydation de l'hydrogène lors de la charge selon la réaction: H2+ 2 OH- - 2 H20 + 2e * I'emploi d'une troisième électrode, reliée à l'électrode positive, et assurant o10 l'oxydation de l'hydrogène; * l'emploi d'une structure catalytique constituée de carbone et de platine, déposée sur un collecteur métallique ou un tissu de carbone, chargé d'assurer la recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène.  Various solutions have been proposed for limiting the increase in pressure due to the formation of hydrogen, among which: the use of silver-based catalysts, for example, incorporated in the positive electrode, and allowing the oxidation of hydrogen upon charging according to the reaction: H2 + 2 OH- - 2 H20 + 2e * the use of a third electrode, connected to the positive electrode, and ensuring the oxidation of hydrogen; the use of a catalytic structure consisting of carbon and platinum, deposited on a metal collector or a carbon fabric, responsible for ensuring the recombination of hydrogen and oxygen.

Ces diverses solutions ne sont toutefois pas totalement satisfaisantes, soit en raison 15 d'une cinétique limitée d'oxydation de l'hydrogène, soit en raison d'une construction complexe.  These various solutions are however not entirely satisfactory, either because of limited hydrogen oxidation kinetics or because of a complex construction.

Une des limitations à l'emploi d'une structure catalytique de recombinaison d'hydrogène et d'oxygène est la contrainte de gestion thermique du système. En effet, la réaction entre l'hydrogène et l'oxygène est très exothermique et peut conduire à 20 une augmentation de température importante, et à la formation de "points chauds", dommageables au bon fonctionnement du catalyseur. Il est nécessaire par conséquent d'assurer une évacuation rapide des calories produites lors de la réaction de recombinaison.  One of the limitations to using a catalytic recombinant hydrogen and oxygen structure is the thermal management constraint of the system. Indeed, the reaction between hydrogen and oxygen is very exothermic and can lead to a significant increase in temperature, and the formation of "hot spots", damaging to the proper functioning of the catalyst. It is therefore necessary to ensure rapid evacuation of the calories produced during the recombination reaction.

Par ailleurs, et cela constitue une autre difficulté touchant à la mise en oeuvre pratique 25 de structures catalytiques, l'eau formée lors de la recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène ne doit pas limiter l'accès des gaz aux sites catalytiques.  Moreover, and this constitutes another difficulty relating to the practical implementation of catalytic structures, the water formed during the recombination of hydrogen and oxygen must not limit the access of the gases to the catalytic sites. .

L'objet de la présente invention est de répondre à ces diverses exigences, ses auteurs ayant à cet effet développé des structures catalytiques utilisant comme supports des mousses métalliques, et une mise en oeuvre adaptée à l'utilisation visée.  The object of the present invention is to meet these various requirements, its authors having for this purpose developed catalytic structures using as supports metal foams, and an implementation adapted to the intended use.

Les mousses métalliques sont aujourd'hui largement utilisées dans l'industrie des accumulateurs alcalins, en tant que supports-collecteurs d'électrodes. Ces mousses sont réalisées à partir d'un substrat poreux organique alvéolaire réticulé, à pores ouverts. Les substrats préférés sont des mousses de polyuréthane dites techniques, présentant une bonne régularité de structure.  Metal foams are nowadays widely used in the industry of alkaline accumulators, as support-collectors of electrodes. These foams are made from a porous organic crosslinked porous substrate with open pores. The preferred substrates are so-called technical polyurethane foams with good structural regularity.

Les méthodes de fabrication les plus utilisées consistent à rendre la mousse organique conductrice par un dépôt conducteur électronique, à la métalliser ensuite par dépôt(s) électrochimique(s), puis à éliminer par traitement thermique toute matière organique, et enfin à désoxyder et recuire le métal, I'alliage ou les métaux déposés, constitutifs de la structure réticulée finale, laquelle doit conserver sa porosité 40 essentiellement ou totalement ouverte d'origine. Elles permettent notamment de réaliser des mousses de nickel, de cuivre ou d'alliages à base de ces métaux, utilisables dans le cadre de l'invention.  The most widely used manufacturing methods consist of making the organic conductive foam by an electron conductive deposit, subsequently metallizing it by electrochemical deposition (s), then eliminating all organic matter by thermal treatment, and finally deoxidizing and annealing. the metal, alloy or deposited metals, constituting the final crosslinked structure, which must retain its porosity 40 substantially or completely open original. They make it possible in particular to produce foams of nickel, copper or alloys based on these metals, which can be used in the context of the invention.

Dans le cadre de la présente invention, pour la recombinaison des gaz formés lors de la charge de l'accumulateur, la mousse métallique mise en oeuvre joue un double 5 rôle: elle sert d'une part de support au catalyseur de la réaction, et elle contribue d'autre part à assurer l'évacuation des calories produites lors de la recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène.  In the context of the present invention, for the recombination of the gases formed during the charging of the accumulator, the metal foam used has a dual role: it serves on the one hand to support the catalyst of the reaction, and it also contributes to the evacuation of the calories produced during the recombination of hydrogen and oxygen.

En ce qui concerne la dissipation thermique, celle-ci est assurée par radiation, convection et/ou conduction. Cette dissipation est d'autant meilleure que le métal 10 constituant la mousse métallique est lui-même un bon conducteur thermique. Afin d'optimiser cette caractéristique, il est intéressant, dans un des modes de réalisation de l'invention, d'utiliser une mousse de cuivre, ce métal constituant un excellent conducteur thermique.  As regards the heat dissipation, this is ensured by radiation, convection and / or conduction. This dissipation is all the better as the metal constituting the metal foam is itself a good thermal conductor. In order to optimize this characteristic, it is advantageous, in one of the embodiments of the invention, to use a copper foam, this metal constituting an excellent thermal conductor.

Pour une telle réalisation, il sera avantageux d'utiliser des mousses de cuivre ou 15 d'alliages de cuivre, telles que celles qui peuvent être industriellement produites dans des conditions économiques selon le procédé décrit dans le brevet français n 2.737.507.  For such an embodiment, it will be advantageous to use foams of copper or copper alloys, such as those which can be industrially produced economically according to the process described in French Patent No. 2,737,507.

Il est par ailleurs nécessaire que la mousse métallique soit chimiquement inerte dans ses conditions d'utilisation, et en particulier tant vis-àvis de la réaction catalytique et 20 des gaz réactifs, que dans l'électrolyte alcalin de l'accumulateur. Une couche protectrice peut à cet effet être appliquée en surface des mailles de la mousse, sur tout métal ou alliage qui ne satisferait pas à ces conditions.  It is furthermore necessary for the metal foam to be chemically inert under its conditions of use, and particularly with respect to the catalytic reaction and the reactive gases, as well as in the alkaline electrolyte of the accumulator. A protective layer may for this purpose be applied to the surface of the mesh of the foam, on any metal or alloy that does not meet these conditions.

Ainsi, il convient notamment, pour une mise en oeuvre d'une mousse de cuivre, que la surface de ses mailles soit revêtue d'une couche superficielle protégeant le cuivre de 25 la corrosion intervenant en présence d'oxygène. Cette couche protectrice peut, par exemple, être une couche de nickel, laquelle peut être avantageusement réalisée par électrolyse, et présenter une bonne qualité de recouvrement continu, offrir une efficace protection chimique, et un bon comportement en température.  Thus, it is particularly appropriate, for an implementation of a copper foam, that the surface of its mesh is coated with a surface layer protecting copper from corrosion occurring in the presence of oxygen. This protective layer may, for example, be a nickel layer, which may advantageously be made by electrolysis, and have a good continuous coating quality, provide effective chemical protection, and good temperature behavior.

Bien que la circulation des gaz dans l'espace situé entre le sommet des électrodes et 30 le couvercle de l'accumulateur soit limitée, il est important de faire en sorte que les gaz puissent pénétrer au sein de la structure catalytique, qui sera par ailleurs de préférence conçue de telle manière que la distance entre le dispositif et un collecteur d'évacuation thermique vers l'extérieur de l'accumulateur soit la plus réduite possible.  Although the flow of gases in the space between the top of the electrodes and the battery cover is limited, it is important to ensure that the gases can enter the catalytic structure, which will otherwise be preferably designed in such a way that the distance between the device and a thermal discharge collector towards the outside of the accumulator is as small as possible.

L'avantage d'une structure de type mousse par rapport à un support plan ou de 35 tortuosité ou surface développée moindres, tel qu'un métal déployé, est d'offrir une densité importante de mailles par unité de surface, donc une importante surface développée, et un très grand accès jusqu'au coeur de la structure.  The advantage of a foam-type structure over a smaller planar or tortuous surface or developed surface, such as expanded metal, is to provide a large mesh density per unit area, thus a large surface area. developed, and a very large access to the heart of the structure.

Ainsi, on pourra réaliser le dispositif catalytique de telle manière que le catalyseur soit fixé sur les mailles de la mousse support par tout moyen approprié, et enrobe les mailles de ladite mousse, tout en conservant à celle-ci une porosité élevée qui permettra d'assurer une circulation aisée de l'oxygène et de l'hydrogène en son sein.  Thus, it will be possible to realize the catalytic device in such a way that the catalyst is fixed on the meshes of the support foam by any appropriate means, and covers the meshes of said foam, while maintaining a high porosity which will allow ensure easy circulation of oxygen and hydrogen within it.

La dissipation par conduction est bien sûr le mode majeur d'évacuation des calories produites lors de la recombinaison des gaz. Dans le cadre de l'invention, et pour favoriser l'efficacité de ce mode de dissipation, on peut avantageusement relier, notamment par l'une de ses extrémités, la structure recouverte de catalyseur à l'une des bornes de l'accumulateur, laquelle fera office de collecteur d'évacuation 10 thermique, afin de bénéficier de l'effet "radiateur" qu'offrent les électrodes fixées à des bornes sortant de l'accumulateur, et donc en contact avec l'air extérieur. La partie de la structure catalytique placée ainsi au contact de l'une des bornes de l'accumulateur, peut avantageusement être dépourvue de dépôt de catalyseur, pour un meilleur transfert thermique entre deux surfaces métalliques. Elle peut aussi être 15 laminée, pour disposer d'une meilleure surface de contact.  Dissipation by conduction is of course the major mode of evacuation of the calories produced during the recombination of gases. In the context of the invention, and to promote the efficiency of this dissipation mode, it is advantageous to connect, especially at one of its ends, the catalyst-coated structure to one of the terminals of the accumulator, which will act as a thermal evacuation manifold, in order to benefit from the "radiator" effect provided by the electrodes fixed to terminals coming out of the accumulator, and thus in contact with the outside air. The part of the catalytic structure placed in contact with one of the terminals of the accumulator may advantageously be devoid of catalyst deposition for better heat transfer between two metal surfaces. It can also be laminated to provide a better contact surface.

On peut également fixer par tout moyen approprié, et notamment souder, tout ou partie de la mousse métallique, en particulier une extrémité ou un bord dépourvu de catalyseur, à une pièce ou plaque métallique pouvant constituer tout ou partie du couvercle de l'accumulateur, pour favoriser une évacuation des calories vers 20 lI'extérieur de l'accumulateur.  It may also be fixed by any appropriate means, and in particular solder, all or part of the metal foam, in particular an end or a rim without catalyst, to a metal part or plate that may form all or part of the battery cover, to promote a removal of calories to the outside of the accumulator.

Dans le cas où sont utilisés un boîtier et un couvercle en matériau plastique (nylon, ABS, NORYL, ...), la pièce ou plaque métallique peut être sertie dans le couvercle, et communiquer avec l'extérieur du boîtier.  In the case where a housing and a cover made of plastic material (nylon, ABS, NORYL, ...) are used, the metal part or plate may be crimped into the cover, and communicate with the outside of the housing.

La mousse métallique réticulée utilisée comme support du catalyseur dans le 25 dispositif selon l'invention, peut être choisie dans une large gamme de dimensions de pores, et en particulier du grade 30 PPI (Pore Par Inch linéaire) inclus (diamètre moyen de pore d'environ 0.8 mm) au grade 90 PPI inclus (diamètre moyen de pore d'environ 0.2 mm).  The crosslinked metal foam used as the catalyst support in the device according to the invention can be chosen from a wide range of pore sizes, and in particular of the linear PPI grade (Pore By linear Inch) included (mean pore diameter about 0.8 mm) at grade 90 PPI included (average pore diameter of about 0.2 mm).

On peut utiliser des mousses métalliques selon l'invention dans une très large gamme 30 de densités, les principales contraintes qui s'imposent en la matière étant d'une part de conserver une porosité ouverte suffisante dans cette structure support, et d'autre part de disposer d'un réseau de drainage thermique suffisamment efficace, la nature du métal ou alliage choisi ayant également une influence dans ce domaine.  Metal foams according to the invention can be used in a very broad range of densities, the main constraints which are essential in this respect being, on the one hand, maintaining a sufficient open porosity in this support structure, and on the other hand to have a sufficiently efficient thermal drainage network, the nature of the chosen metal or alloy also having an influence in this field.

Pour des épaisseurs initiales de la mousse avant éventuelle compression, 35 généralement comprises entre un et trois millimètres, on pourra avantageusement utiliser des densités comprises entre 200 et 1500 mg/cm2 de surface apparente.  For initial thicknesses of the foam before possible compression, generally between one and three millimeters, densities of between 200 and 1500 mg / cm.sup.2 of apparent surface area can advantageously be used.

Il est naturellement possible de réaliser un dispositif de recombinaison catalytique en superposant plusieurs bandes de mousses, dont l'une au moins est revêtue de catalyseur, sans sortir du cadre de la présente invention.  It is of course possible to make a catalytic recombination device by superimposing several strips of foams, at least one of which is coated with catalyst, without departing from the scope of the present invention.

Les catalyseurs appliqués au contact du support en mousse métallique, pour constituer un dispositif de recombinaison catalytique selon l'invention, sont tous ceux qui permettent de catalyser la réaction de combinaison entre l'oxygène et l'hydrogène.  The catalysts applied in contact with the metal foam support, to constitute a catalytic recombination device according to the invention, are all those which make it possible to catalyze the combination reaction between oxygen and hydrogen.

Il peut avantageusement s'agir de catalyseurs à base de métaux de la mine du 5 platine, tels que notamment platine et palladium, et pouvant associer ces métaux à des carbones ou graphite, et en particulier du noir de carbone.  It may advantageously be catalysts based on platinum-bearing metals, such as in particular platinum and palladium, and may associate these metals with carbon or graphite, and in particular carbon black.

On décrit ci-après à titre d'illustrations non limitatives de l'invention, quatre exemples de mise en oeuvre de structures métalliques catalytiques de recombinaison, qui permettent de mesurer l'intérêt de ladite invention.  Four examples of implementation of recombinant catalytic metallic structures, which make it possible to measure the interest of said invention, are described below by way of non-limiting illustrations of the invention.

Exemple I:Example I:

On mélange du noir de carbone sur lequel a été déposé du platine à raison de 10 % en poids, avec du pétrole dont le point d'ébullition est situé à 200 C. On ajoute du PTFE sous forme de suspension aqueuse à 60 %, à raison de 40 % en poids exprimés en matière solide. L'ensemble est malaxé jusqu'à obtention d'une pâte 15 constituant la masse catalytique.  10% by weight platinum-containing carbon black is mixed with petroleum having a boiling point of 200 ° C.. PTFE is added in the form of a 60% aqueous suspension. 40% by weight expressed as solids. The mixture is kneaded until a paste constituting the catalytic mass is obtained.

On découpe par ailleurs une bande de mousse de nickel de grade 45 PPI (taille moyenne des pores de 0,6 mm environ), d'épaisseur 2,5 mm, de longueur 100 mm et de largeur 15 mm et présentant une densité de 50 mg/cm2 de surface apparente.  In addition, a strip of 45 PPI-grade nickel foam (average pore size of about 0.6 mm), thickness 2.5 mm, length 100 mm and width 15 mm and having a density of 50 is cut out. mg / cm 2 apparent area.

On lamine la pâte obtenue précédemment sous forme de feuille d'épaisseur 1 mm, et 20 on découpe une lanière de longueur 100 mm et de largeur 5 mm. Cette lanière est placée sur la bande de mousse, centrée sur celle-ci, et l'ensemble est laminé jusqu'à pénétration de la pâte dans la mousse. L'ensemble est traité sous azote à 300 C pendant 10 minutes pour assurer le frittage du liant hydrophobe.  The paste obtained previously is laminated in the form of a sheet of thickness 1 mm, and a strip of length 100 mm and width 5 mm is cut. This strap is placed on the foam strip, centered on it, and the whole is rolled until the paste penetrates into the foam. The whole is treated under nitrogen at 300 ° C. for 10 minutes to sinter the hydrophobic binder.

La structure obtenue est enroulée sous forme de spirale et placée dans un élément 25 d'accumulateur NiZn prismatique de capacité 30 Ah, comportant un volume réduit d'électrolyte. Le couvercle de l'accumulateur est muni d'une jauge de pression permettant de suivre l'évolution de la pression interne de l'élément au cours des cycles de charge et de décharge.  The obtained structure is spirally wound and placed in a prismatic NiZn accumulator element with a capacity of 30 Ah, having a reduced electrolyte volume. The battery cover is equipped with a pressure gauge to follow the evolution of the internal pressure of the element during the charging and discharging cycles.

L'une des extrémités de la mousse est reliée à l'une des polarités de l'accumulateur, 30 sans qu'il y ait possibilité de contact entre la spirale et le sommet des séparateurs, afin d'éviter tout risque de polarisation de la structure catalytique par une continuité ionique. Il est possible d'éviter un tel risque de contact au moyen d'un espaceur en matériau organique.  One of the ends of the foam is connected to one of the polarities of the accumulator, without any possibility of contact between the spiral and the top of the separators, in order to avoid any risk of polarization of the catalytic structure by ionic continuity. It is possible to avoid such a risk of contact by means of a spacer made of organic material.

Le boîtier d'accumulateur est ensuite fermé. On soumet l'accumulateur à un cyclage 35 au régime de C/4 ampères soit 7,5 A pour un accumulateur de 30 Ah, sans contrôle de la tension de l'élément en fin de charge. La figure unique montre l'évolution de la pression interne de l'accumulateur sans (courbe 1A) et avec (courbe lB) structure catalytique de recombinaison selon l'invention. On constate que la structure catalytique améliore notablement la recombinaison de l'hydrogène avec l'oxygène, et 40 permet de conserver une pression interne faible. Les courbes 2A et 2B de la figure unique correspondent respectivement aux valeurs de tension de l'accumulateur durant les cycles, sans structure catalytique et avec ladite structure.  The battery box is then closed. The battery is subjected to cycling at a C / 4 ampere rate of 7.5 A for a 30 Ah battery, without control of the voltage of the element at the end of charging. The single figure shows the evolution of the internal pressure of the accumulator without (curve 1A) and with (curve IB) catalytic recombination structure according to the invention. It is found that the catalytic structure significantly improves the recombination of hydrogen with oxygen, and allows to keep a low internal pressure. The curves 2A and 2B of the single figure respectively correspond to the voltage values of the accumulator during the cycles, without catalytic structure and with said structure.

Après plus de 10.000 heures de fonctionnement, on n'observe pas d'augmentation de la pression interne de l'accumulateur liée à une perte d'activité du catalyseur. Les s valeurs limites de pression auxquelles permet de se cantonner l'utilisation de la structure catalytique selon l'invention, sont compatibles avec le fonctionnement en mode étanche (sans entretien) d'un accumulateur nickel-zinc prismatique utilisant un boîtier plastique, lequel pourra être muni d'une soupape de sécurité tarée pour une ouverture à 2 bars (environ 200kPa).  After more than 10,000 hours of operation, no increase in the internal pressure of the accumulator due to a loss of catalyst activity is observed. The pressure limit values to which the use of the catalytic structure according to the invention is limited are compatible with the sealed (maintenance-free) operation of a prismatic nickel-zinc battery using a plastic housing, which may be equipped with a calibrated safety valve for opening at 2 bar (approx. 200kPa).

Exemple 2:Example 2

On réalise une suspension dans l'eau de noir de carbone sur lequel a été déposé du palladium à raison de 10 % en poids. On ajoute du PTFE sous forme de suspension aqueuse dans le mélange eau - noir de carbone fortement agité, à raison de 30 % en poids.  A suspension is carried out in carbon black water on which palladium has been deposited at a rate of 10% by weight. PTFE in the form of an aqueous suspension is added to the strongly stirred carbon-water mixture at a rate of 30% by weight.

La suspension est filtrée, et le mélange noir de carbone - PTFE lavé. Après séchage, la poudre obtenue est mise en suspension dans l'eau et dispersée à l'aide d'un sonificateur.  The suspension is filtered, and the black carbon - PTFE mixture washed. After drying, the powder obtained is suspended in water and dispersed using a sonifier.

On utilise une mousse de nickel de grade 60 PPI (taille moyenne des pores de 0,4 mm environ), d'épaisseur 2 mm, de longueur 50 mm et de largeur 15 mm, d'une 20 densité de 55 mg/cm2 de surface apparente. La dispersion de la poudre catalytique précédemment obtenue est pulvérisée à l'aide d'un pistolet pulvérisateur utilisé pour la chromatographie en couche mince. Plusieurs pulvérisations sont effectuées avec, entre chacune d'entre elles, un séchage qui peut être réalisé avec un pistolet à air chaud. L'opération est pratiquée sur les deux faces de la mousse, afin d'assurer un 25 recouvrement complet des mailles de la mousse, sans toutefois fermer sa porosité.  A 60 PPI grade nickel foam (average pore size about 0.4 mm), 2 mm thick, 50 mm long and 15 mm wide, with a density of 55 mg / cm 2 was used. apparent surface. The dispersion of the catalytic powder previously obtained is pulverized using a spray gun used for thin layer chromatography. Several sprays are carried out with, between each of them, drying which can be achieved with a hot air gun. The operation is performed on both sides of the foam, in order to ensure complete coverage of the mesh of the foam, without however closing its porosity.

On a pris soin d'épargner l'une des extrémités de la bande de tout dépôt de catalyseur, sur une longueur de 10 mm.  Care was taken to save one end of the strip from any catalyst deposition over a length of 10 mm.

La structure ainsi obtenue est ensuite séchée à l'étuve à 100 C sous air, puis soumise à un traitement thermique à 300 C sous azote pendant 15 minutes.  The structure thus obtained is then dried in an oven at 100 C under air, and then subjected to heat treatment at 300 C under nitrogen for 15 minutes.

La structure catalytique est placée dans un accumulateur NiZn semblable à celui décrit dans l'exemple 1, I'extrémité de la bande non revêtue de catalyseur étant reliée à l'une des polarités, par soudage sur la partie de la borne située à l'intérieur de l'accumulateur. Dans des conditions de cyclage identiques à celles décrites précédemment, les évolutions de la pression interne correspondent sensiblement à 35 celles de la courbe 1 B de la figure unique, en demeurant inférieures à 2 bars (environ kPa).  The catalytic structure is placed in a NiZn accumulator similar to that described in Example 1, the end of the uncoated catalyst strip being connected to one of the polarities, by welding on the part of the terminal located at the inside the accumulator. Under cycling conditions identical to those described above, the changes in the internal pressure substantially correspond to those of the curve 1 B of the single figure, remaining less than 2 bar (approximately kPa).

Exemple 3:Example 3

On réalise une structure catalytique selon l'exemple 2, I'extrémité de la mousse dépourvue de catalyseur étant soudée par point sur une plaque métallique en acier 40 qui a été préalablement sertie dans le couvercle en nylon du boîtier.  A catalytic structure according to Example 2 is made, the end of the catalyst-free foam being spot-welded onto a steel metal plate 40 which has been previously crimped into the nylon cover of the housing.

Dans des conditions de cyclage identiques à celles décrites dans l'exemple 1, les évolutions de la pression interne sont similaires à celles de la courbe 1B de la figure unique.  Under cycling conditions identical to those described in Example 1, the evolutions of the internal pressure are similar to those of the curve 1B of the single figure.

Exemple 4:Example 4

On prépare une structure catalytique selon l'invention, par application du mode opératoire décrit dans l'exemple 1, la mousse de nickel de grade 45 PPI étant ici remplacée par une mousse de cuivre de même grade, mais de densité 35 mg/cm2, sur laquelle on a effectué un dépôt protecteur de nickel de 20 mglcm2, par électrolyse.  A catalytic structure according to the invention is prepared by applying the procedure described in Example 1, the grade 45 PPI nickel foam being here replaced by a copper foam of the same grade, but with a density of 35 mg / cm 2. on which a protective deposit of 20 mglcm2 nickel was made by electrolysis.

Dans des conditions opératoires identiques à celles détaillées dans l'exemple 1, on 10 constate que la pression interne de l'accumulateur suit encore une fois une évolution semblable à celle décrite par la courbe 1 B de la figure unique.  Under operating conditions identical to those detailed in Example 1, it is found that the internal pressure of the accumulator again follows a similar evolution to that described by the curve 1 B of the single figure.

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. L'invention ne se limite pas aux illustrations qui en ont été fournies, mais 15 en embrasse toutes les variantes.  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. The invention is not limited to the illustrations that have been provided, but embraces all variants thereof.

Claims (16)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de recombinaison catalytique des gaz formés lors de la charge d'un accumulateur alcalin à anode de zinc, caractérisé en ce qu'il est composé d'une masse catalytique disposée au contact d'une mousse métallique 5 alvéolaire réticulée assurant le rôle de support de catalyseur et de structure de dissipation thermique.  1. A device for catalytic recombination of the gases formed during the charging of an alkaline zinc-anode accumulator, characterized in that it is composed of a catalytic mass arranged in contact with a cross-linked alveolar metal foam ensuring the role of catalyst support and heat dissipation structure. 2. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mousse métallique est constituée en nickel, ou en alliage à base de nickel, et présente une porosité essentiellement ou totalement ouverte.  2. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that the metal foam is made of nickel, or nickel-based alloy, and has a substantially or completely open porosity. 3. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mousse métallique est constituée en cuivre, ou en alliage à base de cuivre, et présente une porosité essentiellement ou totalement ouverte.  3. catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that the metal foam is made of copper, or copper-based alloy, and has a substantially or completely open porosity. 4. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mailles de la mousse métallique sont revêtues d'un dépôt 15 protecteur destiné à assurer une inertie chimique de la mousse dans les conditions de son utilisation.  4. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that the meshes of the metal foam are coated with a protective deposit intended to ensure a chemical inertia of the foam under the conditions of its use. 5. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse catalytique, ou le catalyseur, utilisé est fixé au contact des mailles de la mousse métallique par tout moyen approprié.  5. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that the catalytic mass, or the catalyst, used is fixed in contact with the meshes of the metal foam by any appropriate means. 6. Dispositif de recombinaison catalytique selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que l'on fait pénétrer la masse catalytique dans la mousse par laminage ou compression.  6. Catalytic recombination device according to claims 1 and 5, characterized in that the catalytic mass is introduced into the foam by rolling or compression. 7. Dispositif de recombinaison catalytique selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que l'on fait pénétrer la masse catalytique dans la mousse 25 par pulvérisation.  7. Catalytic recombination device according to claims 1 and 5, characterized in that the catalytic mass is introduced into the foam 25 by spraying. 8. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse catalytique comprend un métal de la mine du platine.  8. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that the catalytic mass comprises a metal of the platinum group. 9. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse catalytique est constituée d'un mélange de noir de carbone 30 sur lequel a été déposé du platine, et d'un liant hydrophobe.  9. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that the catalytic mass consists of a mixture of carbon black on which platinum has been deposited, and a hydrophobic binder. 10. Dispositif de recombinaison catalytique selon les revendications 1, 8 et 9, caractérisé en ce que la mousse remplie par la masse catalytique est traitée thermiquement pour assurer le frittage du liant hydrophobe de ladite masse catalytique.  10. The catalytic recombination device according to claims 1, 8 and 9, characterized in that the foam filled by the catalytic mass is heat-treated to sinter the hydrophobic binder of said catalytic mass. 11. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mousse métallique utilisée présente un diamètre moyen de pores compris entre environ 0,2 et 0,8 mm  11. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that the metal foam used has an average pore diameter of between about 0.2 and 0.8 mm. 12. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mousse métallique utilisée présente une densité comprise entre 200 et 1500 mg/cm2 de surface apparente.12. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that the metal foam used has a density of between 200 and 1500 mg / cm 2 of apparent surface. 13. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est relié par tout moyen à l'une des bornes de l'accumulateur, pour favoriser la dissipation thermique des calories fournies par la réaction exothermique de recombinaison des gaz.  13. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that it is connected by any means to one of the terminals of the accumulator, to promote the heat dissipation of calories provided by the exothermic reaction of recombination of gases. 14. Dispositif de recombinaison catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est relié par tout moyen au couvercle métallique ou à une pièce 10 métallique constitutive d'une partie du couvercle du boîtier d'accumulateur, pour favoriser la dissipation thermique des calories fournies par la réaction exothermique de recombinaison des gaz.  14. Catalytic recombination device according to claim 1, characterized in that it is connected by any means to the metal lid or to a metal part constituting a part of the battery box cover, to promote the heat dissipation of the cells. calories provided by the exothermic reaction of recombination of gases. 15.Accumulateur alcalin à anode de zinc caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur de son boîtier, un dispositif de recombinaison catalytique des gaz 15 formés lors de la charge du système, composé d'une masse catalytique disposée au contact d'une mousse métallique alvéolaire réticulée, laquelle assure le rôle de support de catalyseur et de structure de dissipation thermique.  15. Alkaline accumulator with zinc anode characterized in that it comprises, inside its housing, a device for the catalytic recombination of the gases formed during the charging of the system, composed of a catalytic mass arranged in contact with a crosslinked cellular foam, which acts as a catalyst support and a heat dissipation structure. 16. Accumulateur alcalin à anode de zinc selon la revendication 15, caractérisé en 20 ce que dispositif de recombinaison catalytique des gaz est relié par tout moyen à l'une des bornes ou à une partie métallique du couvercle de l'accumulateur.  Alkaline zinc anode accumulator according to claim 15, characterized in that the catalytic gas recombination device is connected by any means to one of the terminals or a metal part of the battery cover.
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