FR3031625A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A NEGATIVE ELECTRODE BY COMPRESSION OF A METAL PASTE AND FOAM FOR AN ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE - Google Patents
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Abstract
Un procédé de fabrication d'une électrode négative (EN), pour un dispositif de stockage d'énergie électrique (DS), comprend une première étape consistant à presser une pâte contenant un premier métal alcalin contre une mousse poreuse contenant un second métal, pour obtenir un premier élément intermédiaire dans lequel le premier métal alcalin est imprégné dans des pores du second métal, une deuxième étape consistant à chauffer le premier élément intermédiaire pour pyroliser ses composés non métalliques et obtenir un second élément intermédiaire, une troisième étape consistant à traiter le second élément intermédiaire afin de définir une première partie (P1), pauvre en premier métal alcalin et adaptée à la diffusion d'un électrolyte, et une seconde partie (P2), riche en premier métal alcalin et définissant une zone active, et une quatrième étape consistant à imprégner la seconde partie (P2) d'un gel basique contenant un polymère conducteur anionique.A method of manufacturing a negative electrode (EN) for an electrical energy storage device (DS) comprises a first step of pressing a paste containing a first alkali metal against a porous foam containing a second metal, for obtaining a first intermediate element in which the first alkali metal is impregnated into pores of the second metal, a second step of heating the first intermediate element to pyrolize its non-metallic compounds and obtain a second intermediate element, a third step of treating the second intermediate element; second intermediate element to define a first portion (P1), poor in first alkali metal and adapted to the diffusion of an electrolyte, and a second portion (P2), rich in first alkali metal and defining an active zone, and a fourth step of impregnating the second portion (P2) of a basic gel containing a conductive polymer anionic.
Description
1 PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE ÉLECTRODE NÉGATIVE PAR COMPRESSION D'UNE PÂTE ET D'UNE MOUSSE MÉTALLIQUES, POUR UN DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE L'invention concerne les dispositifs de stockage d'énergie électrique de type dit métal alcalin-air, et la fabrication des électrodes négatives destinées à équiper de tels dispositifs. Comme le sait l'homme de l'art, un dispositif de stockage d'énergie électrique de type dit métal alcalin-air, comme par exemple une pile aluminium-air (notée Al-air), est un générateur électrochimique alcalin basé sur une réaction contrôlée, entre le métal alcalin (par exemple l'aluminium) et du dioxygène (ou 02), généralement présent dans l'air, qui produit de l'électricité. On notera qu'il constitue un stockeur électrochimique et non pas un convertisseur électrochimique du fait que l'aluminium (ou métal alcalin) est inclus dans le coeur de chaque cellule de la pile Al-air et est progressivement consommé (la pile Al-air cesse de débiter du courant lorsque l'aluminium utile est consommé en totalité). Son autonomie est donc conditionnée par la quantité d'aluminium utile que comprend chacune de ses cellules.TECHNICAL FIELD The invention relates to devices for storing electric energy of the so-called alkaline-air metal type. , and the manufacture of negative electrodes for equipping such devices. As known to those skilled in the art, an electrical energy storage device of the so-called alkaline-air type, such as for example an aluminum-air cell (denoted Al-air), is an alkaline electrochemical generator based on a controlled reaction, between the alkali metal (for example aluminum) and oxygen (or O 2), generally present in the air, which produces electricity. It will be noted that it constitutes an electrochemical storage and not an electrochemical converter because the aluminum (or alkali metal) is included in the core of each cell of the Al-air cell and is gradually consumed (the Al-air cell ceases to discharge current when useful aluminum is consumed in full). Its autonomy is therefore conditioned by the amount of useful aluminum that includes each of its cells.
Schématiquement, une cellule Al-air est composée d'une électrode négative constituée d'une plaque en aluminium massif, d'une électrode positive à air plane et constituée de plusieurs couches de carbone poreux permettant la réduction du dioxygène contenu dans l'air, et d'un électrolyte alcalin liquide (comme par exemple de la potasse liquide KOH) circulant entre les électrodes négative et positive. La réaction électrochimique ayant lieu à l'interface électrode positive électrolyte lors d'une décharge consiste en une réduction du dioxygène : 02 + 2H20 + 4e- = 40H- (potentiel standard E° = 0,4 V/ENH). C'est le dioxygène solubilisé qui est réduit et non pas l'02 sous forme de gaz. Le dioxygène est distribué depuis l'extérieur sous forme de gaz et diffuse dans la couche de diffusion (ou GDL (« Gaz Diffusion Layer »)) de l'électrode positive, jusqu'à la couche active de cette dernière (lieu de la réduction électrochimique), laquelle 3031625 2 comprend des catalyseurs (comme par exemple Pt et MnOx) distribués sur le carbone poreux. La réaction électrochimique ayant lieu à l'interface électrode négative - électrolyte lors d'une décharge consiste en une oxydation de l'aluminium : Al 5 + 30H- = Al(OH)3 + 3e- (potentiel standard E° = -2,31 V/ENH). Lors d'une décharge, l'aluminium de l'électrode négative est progressivement consommé selon une oxydation électrochimique qui conduit à la formation d'hydroxydes d'aluminium Al(OH)3. En milieu fortement basique, ces hydroxydes sont présents sous la forme d'ions aluminates Al(OH)4-, qui se polymérisent 10 lorsqu'ils sont concentrés. Cela conduit à la formation d'un produit de réaction ayant la consistance d'un gel. On aboutit à un bilan global : 4AI + 302 + 6H20 = 4A1(OH)3, qui, en théorie permet d'obtenir une tension à vide standard de 2,7 V pour chaque cellule.Schematically, an Al-air cell consists of a negative electrode consisting of a solid aluminum plate, a plane air positive electrode and consisting of several layers of porous carbon allowing the reduction of the oxygen contained in the air, and a liquid alkaline electrolyte (such as KOH liquid potash) flowing between the negative and positive electrodes. The electrochemical reaction taking place at the positive electrolyte electrode interface during a discharge consists of a reduction of oxygen: O 2 + 2H 2 O + 4e = 40H- (standard potential E 0 = 0.4 V / ENH). It is the solubilized oxygen which is reduced and not the 02 in the form of gas. The oxygen is distributed from the outside as a gas and diffuses in the diffusion layer (or GDL ("Gas Diffusion Layer")) of the positive electrode, up to the active layer of the latter (place of reduction electrochemical), which comprises catalysts (such as, for example, Pt and MnOx) distributed on the porous carbon. The electrochemical reaction taking place at the negative electrode-electrolyte interface during a discharge consists of an oxidation of aluminum: Al 5 + 30H- = Al (OH) 3 + 3e- (standard potential E ° = -2, 31 V / ENH). During a discharge, the aluminum of the negative electrode is gradually consumed according to an electrochemical oxidation which leads to the formation of aluminum hydroxides Al (OH) 3. In a strongly basic medium, these hydroxides are present in the form of Al (OH) 4- aluminate ions, which polymerize when concentrated. This leads to the formation of a reaction product having the consistency of a gel. This results in an overall balance sheet: 4AI + 302 + 6H20 = 4A1 (OH) 3, which in theory makes it possible to obtain a standard no-load voltage of 2.7 V for each cell.
15 En théorie ce type de dispositif de stockage d'énergie électrique présente une très grande densité d'énergie (typiquement 6 à 8 kWh/kg pour chaque cellule), ce qui est bien supérieur à ce qui est offert par les batteries existantes (en particulier celles de type Li-ion). Cependant, plusieurs limitations font qu'elles présentent actuellement des densités d'énergie réelles 20 qui sont bien plus basses que celles prévues par la théorie (typiquement 1 à 2 kWh/kg pour chaque cellule). En effet, l'électrolyte circule à la surface des électrodes à la manière d'une cascade d'eau, ce qui induit une distribution plus ou moins homogène de l'électrolyte sur la surface active des électrodes et la nécessité de 25 respecter un positionnement particulier du dispositif lors de son intégration dans un système, comme par exemple un véhicule. De plus, l'électrolyte circulant en boucle fermée, il se charge progressivement en aluminates, et peut prendre rapidement la consistance d'une mélasse qui complexifie les interventions au sein du dispositif.In theory this type of electrical energy storage device has a very high energy density (typically 6 to 8 kWh / kg for each cell), which is much higher than that offered by existing batteries (in particularly those of the Li-ion type). However, there are a number of limitations in that they currently have actual energy densities that are much lower than those predicted by the theory (typically 1 to 2 kWh / kg for each cell). Indeed, the electrolyte flows on the surface of the electrodes in the manner of a cascade of water, which induces a more or less homogeneous distribution of the electrolyte on the active surface of the electrodes and the need to respect a positioning particular device during its integration into a system, such as a vehicle. In addition, the circulating electrolyte closed loop, it is gradually loaded aluminates, and can quickly become the consistency of a molasses that complicates the interventions within the device.
30 Par ailleurs, dans la pratique la tension à vide est de l'ordre de 1,2 V en raison de surtensions qui, en outre, induisent des pertes de puissance et d'énergie. Ces surtensions surviennent principalement au niveau de 3031625 3 l'électrode négative du fait qu'elle est massive (plaque d'aluminium), et donc que sa surface en contact avec l'électrolyte n'est pas totalement homogène (présence d'impuretés et de poussières), ce qui induit une consommation progressive inhomogène, une impossibilité de l'utiliser intégralement, et une 5 fragilisation progressive. En outre, des gels d'aluminate se forment progressivement sur l'électrode négative lors des décharges, et ces gels d'aluminates sont partiellement emportés par l'électrolyte aqueux en circulation, ce qui le rend de plus en plus visqueux et donc induit un encrassement progressif des 10 pompes qui le font circuler et par conséquent une moins bonne conductivité anionique et une moins bonne propriété thermique. Il en résulte une accélération des pertes de performances et donc une réduction de la durée de vie. Enfin, les piles Al-air ne sont pas rechargeables en raison des 15 constitutions respectives de l'électrode positive à air et de l'électrode négative. En effet, l'électrode positive à air étant composée de carbone poreux sa recharge reviendrait à oxyder les ions OH- en 02 selon une réaction inverse à la réduction du dioxygène présentée ci-avant, ce qui induirait un vieillissement prématuré du fait d'une fragilisation rapide. De plus, les recharges devraient 20 induire une réduction du gel d'aluminate en Aluminium, ce qui est thermodynamiquement très difficile à obtenir et donc pratiquement irréalisable. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose notamment à cet effet un procédé, destiné à permettre 25 la fabrication d'une électrode négative devant équiper un dispositif de stockage d'énergie électrique, et comprenant : - une première étape dans laquelle on presse une pâte contenant un premier métal alcalin contre une mousse poreuse contenant un second métal, pour obtenir un premier élément intermédiaire dans lequel le premier 30 métal alcalin est imprégné dans des pores du second métal, - une deuxième étape dans laquelle on chauffe le premier élément intermédiaire afin de pyroliser des composés chimiques et organiques qu'il 303 1 6 2 5 4 comprend et d'obtenir un second élément intermédiaire comportant les métaux, - une troisième étape dans laquelle on traite le second élément intermédiaire afin de définir une première partie, pauvre en premier métal alcalin et 5 définissant une zone de diffusion pour un électrolyte, et une seconde partie, riche en premier métal alcalin et définissant une zone active, et - une quatrième étape dans laquelle on imprègne la seconde partie d'un gel basique contenant un polymère conducteur anionique pour obtenir l'électrode négative.Furthermore, in practice the no-load voltage is of the order of 1.2 V due to overvoltages which, moreover, induce losses of power and energy. These overvoltages occur mainly at the level of the negative electrode because it is massive (aluminum plate), and therefore its surface in contact with the electrolyte is not totally homogeneous (presence of impurities and of dust), which induces an inhomogeneous progressive consumption, an impossibility of using it integrally, and a progressive weakening. In addition, aluminate gels are gradually formed on the negative electrode during discharges, and these aluminate gels are partially washed away by the circulating aqueous electrolyte, which makes it more and more viscous and therefore induces a progressive fouling of the pumps that circulate it and therefore poorer anionic conductivity and poorer thermal property. This results in an acceleration of performance losses and therefore a reduction in the service life. Finally, the Al-air cells are not rechargeable because of the respective constitutions of the positive air electrode and the negative electrode. Indeed, the air positive electrode being composed of porous carbon its recharge would be to oxidize the OH- ions to O2 in a reverse reaction to the reduction of oxygen present above, which would induce premature aging due to a rapid embrittlement. In addition, the refills should induce a reduction of aluminum aluminate gel, which is thermodynamically very difficult to obtain and therefore practically unrealizable. The invention is therefore particularly intended to improve the situation. In particular, it proposes a method for producing a negative electrode for equipping an electrical energy storage device, and comprising: a first step in which a paste containing a first alkali metal is pressed against a porous foam containing a second metal, to obtain a first intermediate element in which the first alkali metal is impregnated in pores of the second metal, - a second step in which the first intermediate element is heated in order to pyrolize chemical and organic compounds it comprises a third step in which the second intermediate element is treated in order to define a first portion, which is poor in the first alkali metal and which defines a diffusion zone for an electrolyte, and a second portion, rich in first alkali metal and defining an active zone, and - a fourth step in which the second part of a basic gel containing an anionic conductive polymer is impregnated to obtain the negative electrode.
10 Cela permet de simplifier et de faciliter la mise en oeuvre des étapes de fabrication de l'électrode négative, et donc d'induire une réduction des coûts, mais également d'augmenter notablement les performances intrinsèques (densité de puissance et densité d'énergie maximales) et la durée de vie des électrodes négatives.This makes it possible to simplify and facilitate the implementation of the manufacturing steps of the negative electrode, and thus to induce a reduction in costs, but also to significantly increase the intrinsic performances (power density and energy density). maximum) and the service life of the negative electrodes.
15 Le procédé de fabrication selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : le premier métal alcalin peut être de l'aluminium ; - la pâte peut résulter d'un mélange d'une poudre contenant l'aluminium 20 et du nickel, d'un sel d'ammonium, et d'un liant polymère chimiquement amorphe et contenant de l'eau ; - dans la troisième étape on peut traiter le second élément intermédiaire selon une méthode dite de Raney ; - le second métal peut être du nickel ; 25 - dans la première étape on peut réaliser le pressage à froid ; - dans la deuxième étape on peut chauffer le premier élément intermédiaire à une température comprise entre environ 360°C et environ 440°C, pendant une durée comprise entre environ 50 minutes et environ 140 minutes.The manufacturing method according to the invention may comprise other characteristics that can be taken separately or in combination, and in particular: the first alkali metal may be aluminum; the paste may result from a mixture of a powder containing aluminum and nickel, an ammonium salt, and a chemically amorphous polymeric binder containing water; in the third step, the second intermediate element can be treated according to a method known as Raney; the second metal may be nickel; In the first step cold pressing can be carried out; in the second step, the first intermediate element can be heated at a temperature of between about 360 ° C. and about 440 ° C., for a duration of between about 50 minutes and about 140 minutes.
30 L'invention propose également un dispositif de stockage d'énergie électrique comprenant au moins une cellule comportant une électrode négative réalisée au moyen d'un procédé de fabrication du type de celui 3031625 5 présenté ci-avant et alimentée en électrolyte, une électrode positive à air alimentée en air et en eau, et une membrane anionique intercalée étroitement entre les électrode négative et électrode positive à air. Par exemple, l'électrode positive à air de chaque cellule peut 5 comprendre du carbone poreux. Par ailleurs, ce dispositif peut comprendre au moins deux cellules montées en séries avec interposition d'au moins une plaque bipolaire qui assure une conduction électrique et thermique et qui est agencée pour alimenter en électrolyte les électrodes négatives des cellules voisines et en air 10 et en eau les électrodes positives à air de ces cellules voisines. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, le 15 pressage d'une pate contre une mousse poreuse, destiné à produire un premier élément intermédiaire lors de la première étape du procédé de fabrication selon l'invention, la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, le chauffage du premier élément intermédiaire de la figure 1 en vue de 20 produire un deuxième élément intermédiaire lors de la deuxième étape du procédé de fabrication selon l'invention, la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, le traitement du deuxième élément intermédiaire de la figure 2 en vue de produire un troisième élément intermédiaire lors de la troisième étape du 25 procédé de fabrication selon l'invention, la figure 4 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, l'imprégnation de la seconde partie du troisième élément intermédiaire de la figure 2 en vue de produire une électrode négative lors de la quatrième étape du procédé de fabrication selon l'invention, et 30 la figure 4 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe, un exemple de réalisation d'un dispositif de stockage d'énergie électrique selon l'invention.The invention also proposes an electrical energy storage device comprising at least one cell comprising a negative electrode produced by means of a manufacturing method of the type of the one presented above and supplied with electrolyte, a positive electrode. air-fed air and water, and an anionic membrane interposed closely between the negative electrode and positive air electrode. For example, the air positive electrode of each cell may comprise porous carbon. Furthermore, this device may comprise at least two cells mounted in series with the interposition of at least one bipolar plate which provides electrical and thermal conduction and which is arranged to supply electrolyte to the negative electrodes of the neighboring cells and to air 10 and water the air positive electrodes of these neighboring cells. Other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, in which: Figure 1 schematically illustrates in a perspective view the pressing of a paste; against a porous foam, intended to produce a first intermediate element during the first step of the manufacturing method according to the invention, FIG. 2 schematically illustrates, in a perspective view, the heating of the first intermediate element of FIG. to produce a second intermediate element in the second step of the manufacturing method according to the invention, Figure 3 schematically illustrates, in a perspective view, the treatment of the second intermediate element of Figure 2 to produce a third element. intermediate in the third step of the manufacturing method according to the invention, FIG. 4 schematically illustrates, in a e perspective view, the impregnation of the second portion of the third intermediate element of Figure 2 to produce a negative electrode in the fourth step of the manufacturing method according to the invention, and Figure 4 schematically and functionally illustrates , in a sectional view, an exemplary embodiment of an electrical energy storage device according to the invention.
3031625 6 L'invention a notamment pour but de proposer un procédé destiné à permettre la fabrication d'une électrode négative EN, elle-même destinée à équiper un dispositif de stockage d'énergie électrique DS. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le 5 dispositif de stockage d'énergie électrique DS est destiné à équiper un véhicule, éventuellement de type automobile. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout système, appareil, installation ou bâtiment pouvant être équipé d'au moins un dispositif de stockage d'énergie électrique. Ainsi, elle concerne les véhicules (terrestres, maritimes 10 (ou fluviaux), et aériens), les installations (y compris celles de type industriel), et les bâtiments (immeubles, maisons et salles de spectacle). Le procédé de fabrication d'électrodes négatives EN selon l'invention comprend quatre étapes. Dans une première étape, illustrée sur la figure 1, on presse une pâte 15 PA contenant un premier métal alcalin contre une mousse poreuse MP contenant un second métal, afin d'obtenir un premier élément intermédiaire El dans lequel le premier métal alcalin est imprégné dans des pores du second métal. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le 20 premier métal alcalin est de l'aluminium (AI). Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de métal alcalin. Elle concerne en effet tout métal alcalin pouvant faire partie d'une électrode négative EN pour participer à une réaction électrochimique d'oxydation destinée à participer à la production d'électricité. Dans ce cas, la pâte PA peut résulter d'un mélange d'une poudre 25 contenant l'aluminium et du nickel (Ni), d'un sel d'ammonium, et d'un liant polymère chimiquement amorphe et contenant de l'eau. Le taux d'aluminium doit être élevé car c'est ce dernier (AI) qui sera consommé lors des futures réactions électrochimiques d'oxydation. Par exemple, le sel d'ammonium, qui est ici destiné à favoriser la porosité, peut être du bicarbonate d'ammonium.The invention aims in particular to provide a method for enabling the manufacture of a negative electrode EN, itself intended to equip a DS electrical energy storage device. In what follows, it is considered, by way of non-limiting example, that the DS electrical energy storage device is intended to equip a vehicle, possibly of automotive type. But the invention is not limited to this application. It concerns any system, device, installation or building that can be equipped with at least one electrical energy storage device. Thus, it concerns vehicles (land, sea 10 (or fluvial), and air), facilities (including those of industrial type), and buildings (buildings, houses and theaters). The method of manufacturing negative electrodes EN according to the invention comprises four steps. In a first step, illustrated in FIG. 1, a PA paste containing a first alkali metal is pressed against an MP porous foam containing a second metal, in order to obtain a first intermediate element E1 in which the first alkali metal is impregnated in pores of the second metal. In what follows, it is considered, by way of non-limiting example, that the first alkali metal is aluminum (AI). But the invention is not limited to this type of alkali metal. It concerns indeed any alkali metal that can be part of a negative electrode EN to participate in an electrochemical oxidation reaction to participate in the production of electricity. In this case, the PA paste may result from a mixture of a powder containing aluminum and nickel (Ni), an ammonium salt, and a chemically amorphous polymeric binder containing the water. The aluminum content must be high because it is the latter (AI) that will be consumed in future electrochemical oxidation reactions. For example, the ammonium salt, which is here intended to promote porosity, may be ammonium bicarbonate.
30 Egalement par exemple, le liant polymère chimiquement amorphe peut être un PTFE (polytétrafluoroéthylène). On notera que les concentrations respectives des différents éléments 3031625 7 constituant la pâte PA peuvent être modulées en fonction de la compacité désirée pour l'utilisation souhaitée. Par ailleurs, la pâte PA peut être facilement préparée avec des mélangeurs mécaniques. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non 5 limitatif, que le second métal est du nickel. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de métal. Elle concerne en effet tout métal pouvant faire partie d'une mousse poreuse destinée à servir de support, notamment interne (dans ses pores), pour des particules de premier métal alcalin. Le nickel de la mousse poreuse MP peut être du nickel pur ou un 10 alliage provenant, par exemple, d'un acier inoxydable ou d'inconel O. Les matériaux à base de nickel sont avantageux à utiliser car ils résistent très bien à la corrosion aqueuse et acido-basique, et, lorsqu'ils sont sous la forme d'une mousse poreuse, ils peuvent être facilement compressés en gardant leur caractère poreux (y compris lorsque l'on utilise une presse mécanique (ou 15 un « roller »), et permettent un contrôle aisé de leur épaisseur après compression. De plus, les métaux à base de nickel sont de très bons conducteurs thermiques et électriques. Les dimensions de la mousse poreuse MP dépendent de la surface active et de l'épaisseur souhaitées à la fin du procédé de fabrication. Par 20 exemple, et non limitativement, cette épaisseur peut être comprise entre environ 0,1 mm et environ 10 mm. On notera que dans la première étape le pressage se fait préférentiellement à froid, par exemple au moyen d'une presse mécanique (dont l'action est matérialisée par les flèches Fl et F1' sur la figure 1).Also for example, the chemically amorphous polymeric binder may be PTFE (polytetrafluoroethylene). It will be noted that the respective concentrations of the different elements constituting the paste PA can be modulated according to the compactness desired for the desired use. Moreover, PA paste can be easily prepared with mechanical mixers. Furthermore, it is considered in the following, by way of non-limiting example, that the second metal is nickel. But the invention is not limited to this type of metal. It relates in fact to any metal that may be part of a porous foam intended to serve as a support, particularly internally (in its pores), for particles of first alkali metal. The porous foam MP nickel may be pure nickel or an alloy derived from, for example, stainless steel or inconel O. Nickel-based materials are advantageous to use because they are very resistant to corrosion. aqueous and acid-base, and when in the form of a porous foam, they can be easily compressed keeping their porous character (including when using a mechanical press (or a "roller") , and allow easy control of their thickness after compression.Nickel-based metals are very good thermal and electrical conductors.The dimensions of the porous foam MP depend on the desired surface area and the desired thickness. For example, and not limitation, this thickness may be between about 0.1 mm and about 10 mm.It will be noted that in the first step the pressing is preferably cold, by example by means of a mechanical press (whose action is shown by the arrows Fl and F1 'in Figure 1).
25 On comprendra que l'opération de pressage est destinée à faire pénétrer la mixture contenant (ici) l'alliage Al-Ni à l'intérieur des pores de la mousse poreuse MP. Cet alliage Al-Ni se contracte et adhère fortement à la mousse de nickel, et donc la pâte PA se répartit de manière homogène dans l'ensemble du volume de la mousse de nickel pressée. La quantité de pâte 30 PA nécessaire par volume donné de la mousse poreuse MP dépend des surfaces et épaisseurs souhaitées pour l'électrode négative EN à la fin du procédé de fabrication. Au final, le premier élément intermédiaire El peut éventuellement présenter une épaisseur dix fois plus petite (voire plus encore) 3031625 8 que celle présentée par la mousse poreuse MP avant le pressage. Dans une deuxième étape, illustrée sur la figure 2, on chauffe le premier élément intermédiaire El afin de pyroliser des composés chimiques et organiques qu'il comprend et d'obtenir un second élément intermédiaire E2 5 comportant les métaux (contenus dans le premier élément intermédiaire El ). Pour ce faire, on peut, par exemple, utiliser un four à récupération des échappements. Par exemple, et non limitativement, le premier élément intermédiaire El peut être chauffé à une température comprise entre environ 360°C et 10 environ 440°C, et pendant une durée comprise entre environ 50 minutes et environ 140 minutes. Dans la pratique, on choisit une température et une durée optimales en fonction des conditions opératoires (comme par exemple la quantité de pâte PA, la composition de la pâte PA, l'épaisseur de la mousse poreuse MP et la constitution de cette dernière (MP)). A titre 15 d'exemple, on peut chauffer à environ 400°C pendant environ 90 minutes. Ces valeurs sont bien adaptées à l'exemple qui est ici considéré. En effet, le PTFE a une température de fusion de 327°C, le bicarbonate d'ammonium a une température de fusion de l'ordre de 35°C à 60°C alors que le nickel et l'aluminium ont des températures de fusion supérieures à 1000°C (et donc ne 20 sont pas dénaturés par les températures de pyrolyse précitées). On notera que le second élément intermédiaire E2, qui résulte du chauffage du premier élément intermédiaire E1, ne contient quasiment plus que les métaux (ici Al et Ni), et l'alliage Al-Ni se retrouve finement distribué dans les pores de la matrice à base de nickel résultant du pressage. Ce 25 second élément intermédiaire E2 est un très bon conducteur électrique et thermique et a une très bonne résistance à la corrosion acido-basique du fait que sa matrice est à base de nickel. Dans une troisième étape, illustrée sur la figure 3, on traite le second élément intermédiaire E2 afin de définir une première partie P1, pauvre en 30 premier métal alcalin et qui définit une zone de diffusion pour un électrolyte, et une seconde partie P2, riche en premier métal alcalin et qui définit une zone active pour une réaction électrochimique d'oxydation du premier métal alcalin (ici de l'aluminium). A la fin de ce traitement on obtient un troisième élément 3031625 9 intermédiaire E3. Lorsque le second élément intermédiaire E2 est à base d'aluminium, on peut le traiter dans la troisième étape en mettant en oeuvre une méthode dite de Raney, bien connue de l'homme de l'art. Cette méthode d'attaque par 5 corrosion sélective est bien adaptée à l'obtention d'une première partie P1, pauvre en premier métal alcalin (ici de l'aluminium) et définissant une zone de diffusion pour le futur électrolyte, et une seconde partie P2, riche en premier métal alcalin et définissant une zone active pour les réactions électrochimiques d'oxydation du premier métal alcalin.It will be understood that the pressing operation is intended to penetrate the mixture containing (here) the Al-Ni alloy within the pores of the porous foam MP. This Al-Ni alloy shrinks and adheres strongly to the nickel foam, and thus the PA paste is evenly distributed throughout the volume of the pressed nickel foam. The amount of PA paste required per given volume of porous foam MP depends on the desired surfaces and thicknesses for the negative electrode EN at the end of the manufacturing process. In the end, the first intermediate element El may optionally have a thickness ten times smaller (or even more) 3031625 8 than that presented by the porous foam MP before pressing. In a second step, illustrated in FIG. 2, the first intermediate element E1 is heated in order to pyrolize the chemical and organic compounds that it comprises and to obtain a second intermediate element E2 comprising the metals (contained in the first intermediate element El). To do this, one can, for example, use an exhaust recovery furnace. For example, and not limited to, the first intermediate element E1 can be heated to a temperature of between about 360 ° C and about 440 ° C, and for a time of between about 50 minutes and about 140 minutes. In practice, an optimal temperature and duration are chosen according to the operating conditions (such as, for example, the quantity of pulp PA, the composition of the pulp PA, the thickness of the porous foam MP and the constitution of the latter (MP )). By way of example, it can be heated to about 400 ° C for about 90 minutes. These values are well adapted to the example that is considered here. Indeed, PTFE has a melting temperature of 327 ° C, ammonium bicarbonate has a melting temperature of the order of 35 ° C to 60 ° C while nickel and aluminum have melting temperatures above 1000 ° C (and therefore are not denatured by the above pyrolysis temperatures). It will be noted that the second intermediate element E2, which results from the heating of the first intermediate element E1, contains almost only the metals (here Al and Ni), and the Al-Ni alloy is found finely distributed in the pores of the matrix. based on nickel resulting from pressing. This second intermediate element E2 is a very good electrical and thermal conductor and has a very good resistance to acid-base corrosion because its matrix is nickel-based. In a third step, illustrated in FIG. 3, the second intermediate element E2 is treated in order to define a first part P1, poor in first alkali metal and which defines a diffusion zone for an electrolyte, and a second part P2, rich first alkali metal and which defines an active zone for an electrochemical oxidation reaction of the first alkali metal (here aluminum). At the end of this treatment, a third intermediate element E3 is obtained. When the second intermediate element E2 is aluminum-based, it can be treated in the third step by implementing a method called Raney, well known to those skilled in the art. This method of selective corrosion attack is well adapted to obtaining a first portion P1, poor in first alkali metal (here aluminum) and defining a diffusion zone for the future electrolyte, and a second part P2, rich in first alkali metal and defining an active zone for the electrochemical oxidation reactions of the first alkali metal.
10 La méthode de Raney appliquée à l'exemple ici considéré est décrite ci-après. L'alliage Al-Ni est dissout de manière sélective selon une réaction de lixiviation correspondant de manière simplifiée à la formule suivante : NiAI(s) + OH-(aq) + H20(1) = Ni Raney + A102-(aq) + 3/2H 2(g), où (s) désigne la phase solide, (aq) désigne la phase aqueuse, (I) désigne la 15 phase liquide, et (g) désigne la phase gazeuse. De préférence, l'attaque basique est réalisée avec une solution concentrée et en excès d'hydroxyde alcalin (typiquement 20 à 30% en masse pour la soude). En effet, pour de faibles pH les aluminates formés précipitent sous la forme de bayérite qui bloque l'accès à la porosité et recouvre la 20 surface de l'électrode négative EN. La température à laquelle a lieu la lixiviation de l'alliage Al-Ni doit être de l'ordre de 70°C à 100°C pour éviter d'impacter négativement sur la surface spécifique du nickel de Raney (Ni Raney) Raney) constitué. On notera qu'une partie de l'hydrogène gazeux (H2) formé dans la formule précédente est absorbée dans la microporosité du nickel de Raney.The Raney method applied to the example considered here is described below. The Al-Ni alloy is selectively dissolved according to a leaching reaction corresponding in a simplified manner to the following formula: NiAl (s) + OH- (aq) + H20 (1) = Ni Raney + A102- (aq) + 3 / 2H 2 (g) where (s) denotes the solid phase, (aq) denotes the aqueous phase, (I) denotes the liquid phase, and (g) denotes the gas phase. Preferably, the basic attack is carried out with a concentrated solution and in excess of alkali hydroxide (typically 20 to 30% by weight for sodium hydroxide). Indeed, for low pH the formed aluminates precipitate in the form of bayerite which blocks access to the porosity and covers the surface of the negative electrode EN. The temperature at which the leaching of the Al-Ni alloy takes place should be in the order of 70 ° C to 100 ° C to avoid negatively impacting the specific surface area of Raney nickel (Ni Raney) Raney). . It will be noted that part of the hydrogen gas (H2) formed in the above formula is absorbed in the microporosity of Raney nickel.
25 La dissolution de l'aluminium peut être contrôlée dans l'épaisseur du second élément intermédiaire E2 en fonction de la hauteur de la partie qui est immergée dans la soude. La concentration en hydroxyde (OH-) et le temps de trempage influant sur l'avancement de la lixiviation, il est possible d'obtenir des nickels de Raney avec des surfaces spécifiques et quantités d'aluminium 30 plus ou moins élevées. Par exemple, la première partie P1 du second élément intermédiaire E2 peut être trempée dans une solution aqueuse 3031625 10 fortement concentrée de soude (typiquement 5 à 10 M de NaOH), afin de minimiser la quantité d'aluminium restant dans les pores tout en gardant une porosité acceptable pour assurer une bonne diffusion des hydroxydes au coeur de la future cellule CS en fonctionnement. La seconde partie P2 du 5 second élément intermédiaire E2 peut être trempée dans une solution alcaline concentrée (typiquement de la soude ou de la potasse concentrée). Cette seconde partie P2 étant destinée à être la couche active de l'électrode négative EN (riche en aluminium), les paramètres de lixiviation utilisés pour la traiter sont modifiés par rapport à ceux utilisés pour la première partie P1.The dissolution of the aluminum can be controlled in the thickness of the second intermediate element E2 as a function of the height of the part which is immersed in the sodium hydroxide. The concentration of hydroxide (OH-) and the soaking time influencing the progress of leaching, it is possible to obtain Raney nickels with specific surfaces and amounts of aluminum higher or lower. For example, the first part P1 of the second intermediate element E2 can be dipped in a highly concentrated aqueous solution of sodium hydroxide (typically 5 to 10 M NaOH), in order to minimize the amount of aluminum remaining in the pores while keeping an acceptable porosity to ensure good diffusion of hydroxides in the heart of the future CS cell in operation. The second part P2 of the second intermediate element E2 can be soaked in a concentrated alkaline solution (typically sodium hydroxide or concentrated potassium hydroxide). This second part P2 being intended to be the active layer of the negative electrode EN (rich in aluminum), the leaching parameters used to treat it are modified compared to those used for the first part P1.
10 Pour ce faire, on peut réduire le temps de trempage, voire la concentration en ions hydroxydes. Après chaque lixiviation il est préférable de rincer à l'eau le second élément intermédiaire E2, afin d'enlever toute trace de soude et d'aluminate de sodium, puis de le sécher à environ 200°C pour diminer toute trace d'eau.To do this, it is possible to reduce the soaking time or even the concentration of hydroxide ions. After each leaching it is preferable to rinse with water the second intermediate element E2, in order to remove all traces of sodium hydroxide and aluminate, and then to dry it at about 200 ° C. to reduce all traces of water.
15 On notera que si la porosité de la seconde partie P2 du second élément intermédiaire E2 est initialement suffisante, on peut ne pas procéder à sa lixiviation. On notera également qu'il est préférable de manipuler sous atmosphère inerte le troisième élément intermédiaire E3 résultant du 20 traitement du second élément intermédiaire E2, de manière à éviter tout risque d'inflammation au contact de l'air et à ne pas oxyder la partie constituant un nickel de Raney (car cela réduirait la surface active de la couche catalytique du fait de la formation d'une couche de passivation d'oxydes non conducteurs électriques bloquant les pores).It will be appreciated that if the porosity of the second portion P2 of the second intermediate element E2 is initially sufficient, it may not be leached. It will also be noted that it is preferable to handle, under an inert atmosphere, the third intermediate element E3 resulting from the treatment of the second intermediate element E2, so as to avoid any risk of ignition in contact with the air and not to oxidize the part. Raney nickel (because it would reduce the active surface of the catalytic layer due to the formation of a passivation layer of electrically non-conductive oxides blocking the pores).
25 On notera également que la première partie P1 du troisième élément intermédiaire E3 peut se corroder partiellement au cours du temps du fait de la présence d'ions hydroxydes dans une zone contenant une faible quantité d'aluminium. Mais cela n'a d'incidence ni sur la conductivité électrique, ni sur les propriétés physico-chimiques de la première partie P1 car le nickel est 30 largement majoritaire. On notera également que la première partie P1 du troisième élément intermédiaire E3 peut être éventuellement abrasée de manière à optimiser les 3031625 11 contacts électriques avec une plaque bipolaire de sa future cellule CS (jouant le rôle de collecteur de courant et de distribution d'ions hydroxydes). Cependant, une telle abrasion doit être maitrisée de manière à permettre une diffusion efficace des ions hydroxydes de l'extérieur jusqu'à la seconde partie 5 P2 du troisième élément intermédiaire E3. Dans une quatrième étape, illustrée sur la figure 4, on imprègne la seconde partie P2 du troisième élément intermédiaire E3 d'un gel basique qui contient un polymère conducteur anionique, afin d'obtenir une électrode négative EN prête à être intégrée dans une cellule CS d'un dispositif de 1 o stockage d'énergie électrique DS. Cette quatrième étape se déroule également de préférence sous une atmosphère inerte. Le gel basique peut être un gel d'une solution ionomère fortement basique d'un polymère conducteur anionique, comme par exemple un 15 styrène, un alkyle ou un alcool polyvinylique. On notera que l'imprégnation de la seule seconde partie P2 peut se faire par différentes techniques, comme par exemple par pulvérisation ou enduction. Par ailleurs, l'imprégnation se fait de préférence sous forme liquide pour être effective dans un maximum de pores.It will also be noted that the first portion P1 of the third intermediate element E3 can partially corrode over time due to the presence of hydroxide ions in a zone containing a small amount of aluminum. However, this has no effect on the electrical conductivity nor on the physicochemical properties of the first part P1 since nickel is largely in the majority. It will also be noted that the first portion P1 of the third intermediate element E3 may be optionally abraded so as to optimize the electrical contacts with a bipolar plate of its future cell CS (acting as current collector and distribution of hydroxide ions ). However, such an abrasion must be mastered so as to allow efficient diffusion of the hydroxide ions from the outside to the second portion P2 of the third intermediate element E3. In a fourth step, illustrated in FIG. 4, the second portion P2 of the third intermediate element E3 is impregnated with a basic gel that contains an anionic conducting polymer, in order to obtain a negative electrode EN ready to be integrated in a CS cell. a device 1 o DS electrical energy storage. This fourth step also preferably takes place under an inert atmosphere. The basic gel may be a gel of a strongly basic ionomer solution of an anionic conductive polymer, such as, for example, styrene, alkyl or polyvinyl alcohol. Note that the impregnation of the only second part P2 can be done by different techniques, such as for example by spraying or coating. Furthermore, the impregnation is preferably in liquid form to be effective in a maximum of pores.
20 On notera également qu'après l'imprégnation il est également possible de réaliser une réticulation (ou formation de réseaux interpénétrés) destinée à optimiser les échanges ioniques, au coeur de la future cellule CS en fonctionnement, entre la seconde partie P2 de l'électrode négative EN et la membrane anionique MA (décrite plus loin). Pour ce faire on peut, par 25 exemple, utiliser un agent de réticulation chimique et/ou un agent de réticulation thermique. La réticulation a principalement pour but de former des réseaux interpénétrés (similaires à une pelote de laine), afin d'améliorer la tenue mécanique tout en assurant une bonne conduction ionique. On notera également qu'afin de faciliter l'imprégnation préférentielle 30 du polymère conducteur anionique dans la seconde partie P2 du troisième élément intermédiaire E3, la microporosité de cette dernière (P2) est moins 3031625 12 fine que celle de la première partie P1 du troisième élément intermédiaire E3. On notera également que dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur les figures 3 à 5 l'épaisseur de la première partie P1 est inférieure à celle de la seconde partie P2. Mais la situation inverse est 5 également possible si cela permet de minimiser les surtensions induites par la diffusion de l'électrolyte dans une porosité plus fine. Comme évoqué précédemment, l'invention propose également d'utiliser les électrodes négatives EN, réalisées au moyen du procédé de fabrication décrit ci-avant, au sein de cellules CS équipant des dispositifs de 10 stockage d'énergie électrique DS. Un exemple non limitatif de dispositif de stockage d'énergie électrique DS, selon l'invention, est illustré sur la figure 5. Comme illustré, un dispositif (de stockage d'énergie électrique) DS, selon l'invention, comprend au moins une cellule CS destinée à produire de l'électricité. Chaque cellule CS 15 comprend une électrode négative EN, réalisée au moyen du procédé de fabrication précédemment décrit et alimentée en électrolyte, une électrode positive à air EP, alimentée en air (02) et en eau (H2O), et une membrane anionique MA, intercalée étroitement entre l'électrode négative EN et l'électrode positive à air EP. Il est important de noter que la membrane 20 anionique MA est au contact de la seconde partie P2 de l'électrode négative EN, et que la première partie P1 de cette électrode négative EN est alimentée en électrolyte (par exemple une solution de potasse (ou KOH)). On obtient ainsi un « coeur » de cellule CS tout solide notablement plus facile à assembler et à entreposer, notablement plus facile à installer 25 dans un dispositif DS, et notablement plus facile à remplacer. De plus, cela autorise des épaisseurs assez fines (typiquement 0,5 mm à 1 mm, voire moins) et par conséquent des compacités élevées. On notera également que dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 5 le dispositif DS ne comprend qu'une seule cellule CS. Mais il pourrait 30 comprendre au moins deux cellules CS montées en séries avec interposition d'au moins une plaque bipolaire assurant une conduction électrique et thermique et agencée pour alimenter en électrolyte les électrodes négatives EN des cellules voisines et en air et en eau les électrodes positives à air EP 3031625 13 de ces mêmes cellules voisines. Dans le cas d'une cellule unitaire, les électrodes EN et EP sont alimentées par des plaques monopolaires (ayant une seule face de distribution active). A titre d'exemple, l'électrode positive à air EP peut comprendre du 5 carbone poreux. Plus précisément, elle peut comprendre une première sous- partie P3 constituée de feuilles en fibres de carbone et définissant une couche de diffusion (ou GDL (Gaz Diffusion Layer)), et une seconde sous-partie P2 constituée d'au moins une couche de carbone poreux permettant la réduction du dioxygène contenu dans l'air (et donc le siège des réactions 10 électrochimiques). Comme illustré, le dispositif DS comprend de préférence des premier R1 et second R2 réceptacles. Le premier réceptacle R1 comprend une entrée et une sortie connectées à un circuit d'alimentation en air et en eau (flèches F2 et F3), et une face interne ouverte et au contact de la première sous-partie 15 P3 de l'électrode positive à air EP pour alimenter cette dernière (EP) en air et en eau (flèche F4) et pour collecter dans cette dernière (EP) l'excès d'air et d'eau (flèche F5). Le second réceptacle R2 comprend une entrée et une sortie connectées à un circuit d'alimentation en électrolyte (flèches F6 et F7), et une face interne ouverte et au contact de la première partie P1 de 20 l'électrode négative EN pour alimenter cette dernière (EN) en électrolyte (flèche F8) et pour collecter dans cette dernière (EN) les ions hydroxydes OH-(flèche F9). Dans une cellule CS d'un dispositif DS multicellulaire, les ions hydroxydes sont distribués sur la surface de l'électrode négative EN, et plus 25 précisément sur la première partie P1 qui est en contact électrique avec la partie anodique de la plaque bipolaire inter-cellules. Leur circulation est forcée à la surface de cette électrode négative EN. La première partie Pl a un caractère hydrophobe (du fait qu'elle est en métal (Ni)), ce qui limite les risques de noyage. Une partie des ions hydroxydes diffuse à travers la 30 seconde partie P2 (couche active) qui est le siège de l'oxydation anodique de l'aluminium et dont le caractère est plus hydrophile. Structurellement, la seconde partie P2 (couche active) présente une surface développée active bien plus grande qu'une plaque d'aluminium massif pour laquelle la surface 3031625 14 active est à peu près égale à la surface géométrique. De ce fait la densité de puissance offerte est potentiellement plus élevée à quantité égale d'aluminium embarqué, et la densité d'énergie est également plus importante du fait de la plus grande proportion d'aluminium accessible pouvant être 5 oxydée par rapport à l'aluminium embarqué. On notera également que la puissance électrique délivrée par une cellule CS peut être contrôlée en jouant sur les flux d'air et d'hydroxyde. Lors d'une décharge, l'électrode positive à air EP assure la réduction de 02 selon la réaction : 02 + 2H20 + 4e- = 40H- (potentiel standard E° = 0,4 la V/ENH). On notera qu'il est préférable que l'air (ou le dioxygène pur (02)) soit humidifié pour avoir une bonne cinétique réactionnelle. Les ions hydroxydes (OH-) produits par cette réaction passent dans la membrane anionique MA, puis dans la seconde partie P2 de l'électrode négative EN (flèches F10). Par ailleurs, lors d'une décharge, l'aluminium finement dispersé dans 15 la seconde partie P2 est oxydé selon la réaction : Al + 30H- = Al(OH)3 + 3e- (potentiel standard E° = -2,31 V/ENH). Les aluminates formés sont présents sous la forme d'ions aluminates Al(OH)4- car l'environnement est fortement basique. Ces ions aluminates sont « piégés » dans la structure polymère et restent en grande partie dans la 20 seconde partie P2, où ils tendent à polymériser. Une faible quantité d'ions aluminates formés peut être entrainée par l'électrolyte en circulation via la première partie P1 (couche de diffusion), où elle peut être majoritairement « piégée ». Ainsi, peu d'ions aluminates repartent en circulation dans le circuit d'alimentation en électrolyte, ce qui limite considérablement la pollution 25 progressive de ce dernier. Pour éviter que l'électrode négative EN se charge progressivement en ions aluminates, ce qui pourrait induire une réduction des porosités de ses couche de diffusion P1 et couche active P2, et par conséquent faire chuter les performances, il est éventuellement possible d'effectuer de temps en temps 30 des phases de charge. Cela peut en effet permettre d'éviter cette charge progressive, voire permettre une régénération partielle de l'aluminium actif, du fait que les ions aluminates formés restent en partie à proximité des sites 3031625 15 actifs. L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - une gestion simplifiée de l'électrolyte dans le dispositif de stockage d'énergie électrique du fait de sa circulation via l'extérieur du coeur de 5 cellule, - une maintenance simplifiée du dispositif de stockage d'énergie électrique, - une simplification et une facilité de mise en oeuvre des étapes de fabrication de l'électrode négative, ce qui induit une réduction des coûts, - une augmentation des performances intrinsèques (densité de puissance et 10 densité d'énergie maximales) et de la durée de vie de l'électrode négative, - une manutention plus facile du fait du caractère solide du coeur de chaque cellule, - une amélioration de la compacité du dispositif de stockage d'énergie électrique du fait du caractère solide du coeur de chaque cellule, 15 - un bon contrôle de l'épaisseur de l'électrode négative, ce qui permet d'adapter les performances à l'application ciblée, - une grande résistance de l'électrode négative à la corrosion aqueuse et acido-basique, - une possibilité d'optimisation des conductivités électroniques et thermiques 20 de l'électrode négative.It will also be noted that after the impregnation it is also possible to carry out a crosslinking (or formation of interpenetrating networks) intended to optimize the ion exchange, at the heart of the future CS cell in operation, between the second part P2 of the negative electrode EN and the anionic membrane MA (described later). For this purpose, for example, a chemical crosslinking agent and / or a thermal crosslinking agent may be used. Crosslinking is mainly intended to form interpenetrating networks (similar to a wool ball), to improve the mechanical strength while ensuring good ionic conduction. It will also be noted that in order to facilitate the preferential impregnation of the anionic conductive polymer in the second portion P2 of the third intermediate element E3, the microporosity of the latter (P2) is less than that of the first portion P1 of the third intermediate element E3. It will also be noted that in the embodiment illustrated in non-limiting manner in FIGS. 3 to 5, the thickness of the first portion P1 is smaller than that of the second portion P2. But the opposite situation is also possible if it allows to minimize the overvoltages induced by the diffusion of the electrolyte in a finer porosity. As mentioned above, the invention also proposes using the negative electrodes EN, produced by means of the manufacturing method described above, within CS cells equipping DS electrical energy storage devices. A non-limiting example of an electrical energy storage device DS, according to the invention, is illustrated in FIG. 5. As illustrated, a device (for storing electrical energy) DS, according to the invention, comprises at least one CS cell intended to produce electricity. Each cell CS 15 comprises a negative electrode EN, produced by means of the manufacturing method previously described and supplied with electrolyte, an air positive electrode EP, supplied with air (O 2) and with water (H 2 O), and an anionic membrane MA, interposed closely between the negative electrode EN and the positive air electrode EP. It is important to note that the anionic membrane MA is in contact with the second part P2 of the negative electrode EN, and that the first part P1 of this negative electrode EN is supplied with electrolyte (for example a solution of potassium hydroxide (or KOH)). This results in a solid CS cell "core" that is significantly easier to assemble and store, significantly easier to install in a DS device, and significantly easier to replace. In addition, it allows fairly thin thicknesses (typically 0.5 mm to 1 mm or less) and therefore high compactness. It will also be noted that in the nonlimiting example illustrated in FIG. 5 the device DS comprises only one cell CS. But it could comprise at least two CS cells mounted in series with the interposition of at least one bipolar plate providing electrical and thermal conduction and arranged to supply electrolyte to the negative electrodes EN of neighboring cells and to air and water the positive electrodes. to air EP 3031625 13 of these same neighboring cells. In the case of a unit cell, the electrodes EN and EP are powered by monopolar plates (having a single active distribution face). For example, the positive air electrode EP may comprise porous carbon. More specifically, it may comprise a first subpart P3 made of carbon fiber sheets and defining a diffusion layer (or GDL (Gas Diffusion Layer)), and a second subpart P2 consisting of at least one layer of porous carbon allowing the reduction of the oxygen contained in the air (and thus the seat of the electrochemical reactions). As illustrated, the device DS preferably comprises first and second receptacle R2s. The first receptacle R1 comprises an inlet and an outlet connected to an air and water supply circuit (arrows F2 and F3), and an inner face open and in contact with the first sub-portion P3 of the positive electrode. to air EP to supply the latter (EP) in air and water (arrow F4) and to collect in the latter (EP) the excess air and water (arrow F5). The second receptacle R2 comprises an input and an output connected to an electrolyte supply circuit (arrows F6 and F7), and an inner face open and in contact with the first part P1 of the negative electrode EN to supply the latter. (EN) electrolyte (arrow F8) and to collect in the latter (EN) hydroxide ions OH- (arrow F9). In a CS cell of a multicellular DS device, the hydroxide ions are distributed on the surface of the negative electrode EN, and more precisely on the first portion P1 which is in electrical contact with the anode portion of the bipolar plate. cells. Their circulation is forced on the surface of this negative electrode EN. The first part P1 is hydrophobic (because it is made of metal (Ni)), which limits the risks of flooding. Part of the hydroxide ions diffuse through the second part P2 (active layer) which is the seat of the anodic oxidation of aluminum and whose character is more hydrophilic. Structurally, the second portion P2 (active layer) has an active developed surface much larger than a solid aluminum plate for which the active surface is approximately equal to the geometrical surface. As a result, the power density offered is potentially higher with equal amounts of embedded aluminum, and the energy density is also greater because of the greater proportion of accessible aluminum that can be oxidized compared to embedded aluminum. It will also be noted that the electric power delivered by a cell CS can be controlled by acting on the air and hydroxide flows. During a discharge, the positive air electrode EP provides the reduction of O 2 according to the reaction: O 2 + 2H 2 O + 4e = 40H- (standard potential E 0 = 0.4 V / ENH). Note that it is preferable that the air (or the pure oxygen (02)) is moistened to have good reaction kinetics. The hydroxide ions (OH-) produced by this reaction pass through the anionic membrane MA and then into the second part P2 of the negative electrode EN (arrows F10). On the other hand, during a discharge, the finely dispersed aluminum in the second part P2 is oxidized according to the reaction: Al + 30H- = Al (OH) 3 + 3e- (standard potential E ° = -2.31 V / ENH). The aluminates formed are present in the form of aluminate ions Al (OH) 4- because the environment is strongly basic. These aluminate ions are "trapped" in the polymer structure and remain largely in the second part P2, where they tend to polymerize. A small amount of formed aluminate ions can be entrained by the circulating electrolyte via the first part P1 (diffusion layer), where it can be mainly "trapped". Thus, few aluminate ions circulate in the electrolyte supply circuit, which considerably limits the progressive pollution of the latter. In order to prevent the negative electrode EN from gradually charging with aluminate ions, which could lead to a reduction in the porosities of its diffusion layer P1 and active layer P2, and consequently to reduce the performance, it is possible to carry out occasionally load phases. This can in fact make it possible to avoid this progressive loading, or even to allow partial regeneration of the active aluminum, because the aluminate ions formed remain partly in the vicinity of the active sites. The invention offers several advantages, among which: - a simplified management of the electrolyte in the electrical energy storage device due to its circulation via the outside of the cell core, - a simplified maintenance of the storage device of electrical energy, - simplification and ease of implementation of the steps of manufacturing the negative electrode, which leads to a reduction of costs, - an increase in intrinsic performance (maximum power density and maximum energy density ) and the life of the negative electrode, - easier handling because of the solid nature of the heart of each cell, - an improvement in the compactness of the electrical energy storage device due to the solid nature of the heart of each cell, 15 - a good control of the thickness of the negative electrode, which makes it possible to adapt the performances to the targeted application, - a great resistance of the negative electrode to aqueous and acid-base corrosion, a possibility of optimizing the electronic and thermal conductivities of the negative electrode.
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