FR2463980A1 - - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ELEMENT COMPOSITE SEPARATEUR-ABSORBANT POUR CELLULE ELECTROCHIMIQUE. L'ELEMENT COMPOSITE EST FORME D'UNE PELLICULE MINCE 12 EN POLYPROPYLENE GREFFE PAR EXEMPLE, SERVANT D'ELEMENT SEPARATEUR, A LAQUELLE EST COLLE PAR APPLICATION DE CHALEUR, EN DES EMPLACEMENTS D'EXTENSION LIMITEE, UN ELEMENT 14 ABSORBANT L'ELECTROLYTE EN MATERIAU SYNTHETIQUE FIBREUX NON TISSE DEVENANT ADHESIF PAR APPLICATION DE CHALEUR, PAR EXEMPLE EN POLYPROPYLENE. L'AIRE DES EMPLACEMENTS D'ADHESION NE DEPASSE DE PREFERENCE PAS 10 DE LA SURFACE TOTALE. L'ELEMENT COMPOSITE DE L'INVENTION POSSEDE UNE BONNE STABILITE DIMENSIONNELLE ET EST FACILE A MANIPULER. IL S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX PILES ELECTROCHIMIQUES ZINC-OXYDE D'ARGENT ET ZINC-OXYDE DE MERCURE.

Description

La présente invention concerne les pellicules minces utilisées comme séparateurs dans les cellules, ou piles, électrochimiques. Elle concerne plus particulièrement les pellicules minces en polymère greffé et, plus particulièrement encore, les pellicules de polypropylène greffé minces.

Les séparateurs utilisés dans les cellules éLectrochi- miques ont pour principale fonction de séparer physiquement l'anode de la cathode, tout en laissant passer le courant ionique. En plus de ces fonctions fondamentales, les séparateurs doivent posséder des caractéristiques telles que, notamment, une bonne stabilité dimension nelle, un pouvoir élevé d'absorption et de rétention de ltélectrolyteX une faible impédance ionique, une bonne résistance à l'oxydation et aux matériaux corrosifs se trouvant dans la cellule, une capacité réduite de transfert des matériaux solubles, et une manipulation aisée pendant le processus de fabrication.

De façon générale, les appareils existants ne sont pas entièrement satisfaisants en.ce qui concerne-les applications industrielles et ils sont ordinairement le fruit d'un compromis portant sur les facteurs indiqués ci-dessus.

Les pellicules minces (d'une épaisseur allant Jusqu'd 125/um, et typiquement de l'ordre de 251um) de polymères tels que le polypropylène et le polyéthylène sont exceptionnellement stables visà-vis des milieux corrosifs tels que l'électrolyte alcalin présent dans les cellules électrochimiques des types zinc-oxyde d'argent et zinc-oxyde de mercure. Toutefois, ces matériaux ne peuvent pas faire fonction de séparateurs sous leur forme primitive en pelliculebmince, car ils sont imperméables du point de vue ionique.Par conséquent, il faut ou bien les traiter micaniquement afin de former des pores con- férant une certaine permpabilité ionique ou bien les greffer à 1" aide d'un matériau tel que l'acide acrylique ou méthacrylique après reti- culation par greffage au moyen de plasma, par application de rayonnement ou à l'aide d'un initiateur chimique tel que le divinylbenzène.

Les polymères greffés deviennent des échangeurs de cations (avec le greffage à l'acide acrylique ou méthacrylique) et peuvent alors etre utilisés comme séparateurs, car ils laissent passer l'ion hydroxyle.

Les pellicules de polymère minces traitées sont toutefois difficiles à manipuler pendant le processus de fabrication, car ces pellicules, qui ont une épaisseur type d'environ 25/um, s'attachent à l'équipement de traitement. Par conséquent, des moyens de traitement de la technique antérieure ont généralement utilisé le découpage de plusieurs couches séparatrices, faites de mimes matériaux ou de matériaux différents, que l'on réunit ensemble pour assurer une certaine stabilité lors de la manipulation.

Les pellicules de polymère greffé minces en matériaux tels que le polypropylène et le polyéthylène greffés présentent des caractéristiques de séparateur plus souhaitables que d'autres matériaux en pellicules rinces, telles qu'une très faible impédance ionique et une capacité très réduite de transfert des matériaux solubles. Toute fois,, elles présentent également des caractéristiques qui entrainent des difficultés de manipulation et d'utilisation, plus que ce n'est le cas avec d'autres séparateurs en pellicules minces. En raison des greffages, les pellicules en polymère greffé deviennent très sensibles à trhwmiditéJ du fait de leur pouvoir absorbant élevé.Pendant la manipuPation d'une semblable pellicule en polymere greffé, l'humidité qu'elle contient tend 8 la déformer, ce qui rend la pellicule impropre à son emploi comme sparateur. Ainsi, la manipulation de ces pelli cules doit s'effectuer dans des conditions relativement marquées d'absence d'humidité De plus, lorsque des pellicules polymère greffé, en particulier du polypropylène greffé par application de rayonnement, sont placées dans des cellules, elles absorbent ltnumi- dité de l'électrolyte, se gonflent et font des plis, ce qui a pour effet d'altérer leur stabilité dimensionnelle et de réduire leur efficacité comme éléments de séparation.

bans la technique antérieure, pour surmonter ce problème relatif au polyéthylène greffé par application de rayonnement, on lui applique une couche de cellulose régénérée pure (Cellophane). L'numi- dité résiduelle du polyéthylène greffé par application de rayonnement maintient la Cellophane pendant leur passage entre des cylindres, et il devient ensuite facile de manipuler le polyéthylène greffé en pellicule mince. Toutefois, lorsqu'on insère le stratifié ainsi formé dans une cellule, la stabilité dimensionnelle du séparateur stratifié ne se maintient pas bien. De plus, la Cellophane fait effet d'élément de séparation supplémentaire à impédance ionique supérieure, ce qui abaisse l'.impédance ionique totale du séparateur. Avec le temps, la
Cellophane se dégrade, ce qui peut entrainer un court-circuit interne.

Le moyen qui consiste à faire appel, malgré les inconvénients indiqués ci-dessus, à un revêtement de Cellophane, ne peut toutefois pas hêtre employé avec le polypropylène greffé, car l'humidité résiduelle d'une pellicule de polypropylène greffé n'est pas suffisante pour maintenir la structure stratifiée de cette pellicule avec un revêtement de Cellophane. Par conséquent, les pellicules en polypropylène greffé, qui présentent pourtant des caractéristiques de séparation plus souhaitables que les pellicules en polyéthylène greffé, à savoir une faible impédance ionique et un plus grand pouvoir absorbant de l'électrolyte, n'ont généralement pas été utilisées comme séparateurs dans des cellules électrochimiques.

La réalisation d'une structure stratifiée pour le poLypropylène greffé, par exemple au moyen de différents adhésifs, présente l'inconvénient d'être difficile à contrôleur pendant la fabrication.

De plus, cette structure stratifiée introduit des éléments étrangers dans la cellule, ce qui peut hêtre préjudiciable aux caractéristiques de fonctionnement et à la durée d'utilisation souhaitées.

L'invention a pour objet d'améliorer les caractéristiques de manipulation et la stabilité dimensionnelle de séparateurs en pellicules minces, en particulier de séparateurs en pellicules de polymère greffé, sans faire appel à des couches de séparateur multiples, ni à l'introduction de matériaux étrangers à l'intérieur de la cellule telle qu'elle est finalement réalisée.

Un autre objet de l'invention consiste à éliminer l'étape de fabrication dans laquelle on applique un élément distinct d'absorption de l'électrolyte.

Selon l'invention, il est-proposé un moyen grace auquel une pellicule en polypropylène greffé mince peut être efficacement utilisée dans une cellule électrochimique.

En termes généraux, l'invention consis-te à faire adhérer par application de chaleur, en des emplacements d'extension limitée, un élément de séparation sous forme de pellicule de polymère mince à une feuille d'absorption de l'électrolyte en matériau synthétique fibreux qui devient adhésif par application de chaleur, si bien qu'une feuille composite absorbant-séparateur en pellicule mince se forme et se maintient pendant la manipulation, ainsi qu'à l'intérieur de la cellule terminée. L'adhésion est obtenue sans l'emploi d'adhésifs, qui sont difficiles à utiliser et qui introduisent des matériaux étrangers dans la cellule terminée; de plus, les adhésifs peuvent occasionnellement, à l'intérieur d'une cellule électrochimique, perdre leurs propriétés adhésives, ce qui entraine une séparation.Alors que les éléments composites séparateur-éléments absorbants existent ils consistent généralement en des revetements de matériau séparateur sur un élément absorbant, et non en un séparateur distinct sous forme de pellicule mince permettant de résoudre les problèmes de manipulation et d'emploi.

Les séparateurs en pellicules de polymère minces ont une épaisseur qui va jusqu'à 125,um et qui est typiquement de l'ordre de 25 à 50/um. Les matériaux dont ces séparateurs en pellicules minces sont formés comprennent le polyéthylène, le polypropylène, le polychlorure de vinyle, le Nylon, l'acrylonitrile, les résines carbonées polyhalogénées, par exemple polyfluorées, le polystyrène; les greffages des matériaux précédents, grâce auxquels ils deviennent des échangeurs d'ions par exemple avec l'acide acrylique ou méthacrylique, et leurs mélanges.Les séparateurs en pellicules minces de polyéthylène et de polypropylène greffés et particulièrement en polypropylène greffé par application de rayonnement donnent les plus grandes difficultés de manipulation et de stabilité dimensionnelle, mais l'invention permet de les résoudre.

Les éléments absorbants qui sont généralement employés dans les cellules électrochimiques sont des matelas fibreux présentant les caractéristiques suivantes : 1) absorption et rétention du fluide de l'électrolyte, 2) résistance à l'oxydation, 3) résistance & l'attaque par des matériaux corrosifs tels que les hydroxydes, 4) élasticité sous compression et 5) faible impédance ionique.

En plus des caractéristiques indiquées- ci-dessus > l'invention demande que l'élément absorbant présente des propriétés adhésives à chaud afin de pouvoir être collé au séparateur en pelli cule mince. Par conséquent, les éléments absorbants en fibres naturelles telles que le coton, qui n'ont pas de propriétés adhésives à chaud, ne conviennent pas à l'application sur les séparateurs en pellicules minces. Les éléments absorbants synthétiques thermoplastiques qui sont collables par application de chaleur comme les fibres non tissées de polyéthylène, de polypropylène, de Dynel, de rayonne, de Nylon, etc., présentent les propriétés thermiques voulues permettant la réalisation de l'élément composite séparateur-absorbant.

L'épaisseur des éléments absorbants, pour permettre une manipulation aisée des séparateurs en pellicules minces et assurer une bonne stabilité dimensionnelle lorsqu'ils sont employés avec ceux-ci, ne doit pas être inférieure à 501ut. De préférence, pour permettre une absorption voulue, l'épaisseur doit être d'environ 25/um et peut atteindre 750/um. De prdférence, l'élément absorbant a une épaisseur de 250 à 300/um.

Pour former l'élément composite-séparateur-absorbant selon l'invention, on place une feuille de séparateur en pellicule mince, comme par exemple une pellicule en polypropylène greffé d'épaisseur 25/um disponible dans le commerce, sur un élément d'absorption de llélec- trolyte en matériau synthétique fibreux adhésif à chaud, comme par exemple une feuille en polypropylène fibreux d'épaisseur 2501ut. On fait thermiquement adhérer les deux feuilles l'une à l'autre sur une aire limitée, par exemple par assemblage par points réalisé par passage entre des cylindres et mise sous pression des feuilles contre des éléments en relief chauffés. I1 est préférable que l'assemblage par application de chaleur soit réalisé depuis le côté absorbant de l'élé- ment composite afin de minimiser la densification du matériau servant de séparateur, laquelle pourrait altérer- ses propriétés. De plus, si la pellicule formant le séparateur n' a pas de propriété adhésive à chaud, il est nécessaire de réaliser l'adhésion depuis le c8té absorbant.Puisque les matériaux absorbants qui sont utilisés dans le cadre de l'invention, comme par exemple le polypropylène, sont adhésifs à chaud, des paramètres de température et des temps de chauffage analogues sont utilisés pour réaliser l'assemblage par points, comme cela est connu dans la technique du collage par application de chaleur. Ainsi, le polypropylène, par exemple, présente une gamme de températures de collage chaud qui est de 149 à 1600C.

L'adhésion par application de chaleur qui est employée selon l'invention consiste à utiliser de la chaleur pour faire adhérer la couche du séparateur et la couche de l'absorbant en des emplacements d'extension limitée. La chaleur peut être obtenue au moyen de barres, de cylindres, de plaques, etc., chauffés, comme cela est décrit dans "Thermal heat sealing" de Louis Gross, Modern Plastic Encyclopedia, McGraw-Hill N.Y. (1974-75) page 491. I1 est également possible d'utiliser, de la mmme manière, d'autres procédés d'application de chaleur, co-re par exemple le soudage par ultrasons ("Ultrasonic Welding" de
Jeffrey R.Sherry,ibid, page 492), l'adhésion à la chaleur par application d'ondes de haute fréquence CMigh-frequency heat sealing, embos sine" de Robert D. Farkas, ibid, pages 488-490) > etc.

Lorsque l'on utilise,comme matériaux de séparation, des matériaux non adhésifs par application de chaleur, tels que des feuilles en pellicules de polyéthylène greffé minces (le greffage transforme le polyéthylène en un matériau non adhésif à chaud), on traite thermi- quement l'élément absorbant collable à chaud suivant des points afin qu'il devienne collant et puisse assurer adhésion
L'assemblage thermique par points réduit dans une certaine mesure les caractéristiques absorbantes de l'élément absorbant de l'électrolyte du fait de la réduction de l'épaisseur de l'absorbant aux empLacements des points.Par conséquent, l'aire d'assemblage ne doit pas dépasser 40i0 et, de préférence, ne doit pas dépasser 107 de la surface de lrélisent absorbant. Un assemblage réalisé sur une plus grande surface peut amener une diminution notable du pouvoir absorbant, ce qui peut etre préjudiciable à un fonctionnement correct de la cellule contenant cet élément absorbant. On note que l'expression "assem blage par points", telle qu'elle est employée dans le cadre de cette description, vise à indiquer que des liaisons sont réalisées sur des surfaces variables, la configuration particulière des liaisons n'étant pas spécialement définie. Ainsi, on peut faire appel à un schéma en forme de grille ou en forme de bandes, par exemple, au lieu de "points" distincts pour réaliser l'adhésion thermique. Des "points" distincts sont toutefois prdférés, car l'aire d'assemblage est ainsi réduite au minimum.

Il faut également minimiser la dimension de chacune des liaisons, tout en maintenant une adhésion suffisante entre le spara- teur et l'élément absorbant pour faciliter la manipulation, ainsi que pour réduire au minimum la déformation du séparateur à l'intérieur de la cellule une fois terminée.

La détermination de la distance séparant les aires de liaison ainsi que, par conséquent, l'aire totale et le nombre des liaisons, résulte d'un compromis entre le fait qu'il est souhaitable d'avoir un aussi petit nombre que possible de liaisons (puisque l'élé- ment absorbant subit une perte de son pouvoir absorbant au niveau des emplacements de liaison) et le fait qu'il est nécessaire que les liaisons soient suffisanxent nombreuses pour garantir l'adhésion, mtme lorsqu'on découpe une partie du matériau composite.

Pendant l'assemblage thermique, on soumet les séparateurs en pellicules minces à une température élevée, si bien qu'il est possible que la perte d'humidité entraine une augmentation de la résistance électrique. Pour remédier à cette perte, si celle-ci est trop élevée, on peut faire passer l'élément composite séparateur-absorbant dans un bain émulsifiant afin de rendre au séparateur son degré d'humidité voulu.

La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle stappuie sur les dessins annexés, parmi lesquels
- la figure 1 est une vue isométrique d'une feuille d'un élément composite séparateur-absorbant;
- la figure 2 est une vue en coupe prise suivant la ligne 2-2 d'un élément découpé en forme de cercle dans la feuille de la figure 1;
- la figure 3 est une vue en plan de l'envers de la partie découpée an forme de cercle de la figure 1;
- la figure 4 est une vue partiellement en coupe d'une cellule électrochimique du type pastille contenant la partie découpée des figures 2 et 3 comme élément composite séparateur-absorbant;
- la figure 5 est une vue en plan d'une feuille calibrée de l'élément composite sUparateur-absorbant;;
- la figura 6 est une vue en coupe de la feuille de la figure 5, après quelle a été enroulée et collée à chaud dans un cylindre à extrémitée fermée;
- la figure 7 est une vue partiellement en coupe du cylindre à extrémité fermée de la figure 6, placé à l'intérieur d'une cellule électrochimique cylindrique.

Sur la figure 1, on peut voir une feuille composite 10 (dont les dimensions ont été exagérées afin de rendre la présentation plus claire3 d'une feuille 12 en pellicule mince de polypropylène greffé, servant de séparateur de cellule électrochimique, la feuille 12 étant assemblée par points, par l'intermédiaire de liaisons ponctuelles 20, à une feuille 14 en forme de tapis fibreux absorbant l'électrolyte en polypropylène. Une partie circulaire 16 est découpée dans la feuille 10, puis en est retirée pour etre utilisée comme élément composite séparateur-absorbant dans une cellule électrochimique.

Le découpage est facilite par l'existence de la double couche de la feuille de séparateur 12 et de la feuille absorbante 14 qui lui est collée. La feuille composite 10 reste relativement plane et stable pendant le découpage, au contraire de la seule feuille 12 de la pellicule, qui se serait déformée et aurait attaché aux appareils de découpage et de traitement si elle avait été traitée seule.

La liaison thermique par points est réalisée depuis la c8té de la feuille 14 du papier absorbant, comme cela peut etre vu sur les figures 2 et 3, et cela a pour effet de réduira l'épaisseur de la feuille 14 au niveau des emplacements de liaison d'environ les deux tiers de son épaisseur initiale; comme on peut le voir, il se forme des dépressions concaves 22 (la configuration des dépressions, qui est circulaire sur les figuras, peut naturellement présenter toute forme voulue). De petites aires de la pellicule de polypropylène 12 forment, au voisinage des dépressions 22, des liaisons 20, les régions considérées de la pellicule 12 s'écartant légèrement de leur plan initial en direction de la feuille 14 pendant le processus d'adhésion.

La figure 4 montre une cellule, ou pile, 30 qui contient la partie circulaire découpée 16 de l'élément composite séparateurabsorbant, placé entre l'anode 32 et la cathode 33, la feuille absorbante 14 étant directement adjacente à l'anode 32. La feuille absor bante 14 est comprimée par l'anode 32 et est donc sollicitée élastiquement de façon à maintenir un bon contact électrique entre l'anode 32 et la partie supérieure métallique 34 de la pile.Bien qu'il soit d'une pratique courante que l'élément absorbant soit díreEtement en contact avec l'anode, il est également possible de concevoir une cellule selon l'invention dans laquelle l'élément absorbant est, à l'inverse en contact avec la cathode, ou dans laquelle la couche supplémentaire d'élément absorbant est placée du cté de la cathode
La partie découpée 16 de l'élément composite séparateur- absorbant est maintenue au niveau de son pourtour externe par un joint d'étanchéité 38 qui isole électriquement le collecteur de l'anode, c'est-à-dre la paroi supérieure 34 de la pile, vis-à-vis du collecteur de la cathode, à savoir la pile 36 elle-m & e, tandis qu un sertis;;- sage réalisé à l'extrémité supérieure du boîtier 36 exerce une pression dirigée vers le bas pour maintenir en position le joint 38 et la partie supérieure 34 de la pile. Du fait de l'assemblage par points de la pellicule 12 et du tapis 14, la pellicule et le tapis ne se séparent pas à l'intérieur de la pile par suite de l'absorption d'humidité par la pellicule, et celle-ci ne se déforme pas pendant sensiblement toute la durée d'utilisation de la pile 30. De plus, l'emploi du matériau composite permet d'éliminer l'opération consistant à insérer l'élément absorbant pendant la fabrication de la pile.

Sur les figures 5 et 6, on peut voir une feuille composite séparateur-absorbant 100, qui est faite du même matériau que le séparateur de la figure 1, des liaisons ponctuelles 200 réalisant l'adhésion voulue entre la feuille 120 en pellicule mince du séparateur et la feuille absorbante 140. La feuille composite lOO est calibrée à des dimensions exactes, puis est enroulée, comme cela e-st indiqué par la flèche de manière à former un cylindre 100e à extré- mité fermée, la feuille 120 du séparateur regardant vers l'extérieur et la feuille 140 de l'absorbant regardant vers l'intérieur. Le bord 13 de la feuille composite 100 vient par-dessus le bord 11 et lui est collé par application de chaleur de manière à former un bord thermiquement collé 17. Le bord 15 de la feuille composite 100 est ensuite replié puis thermiquement collé sur lui-même de manière à former une partie inférieure hermétiquement collée. Si on le souhaite, on peut complètement fermer la feuille composite 100 par collage à la chaleur, par exemple à l'aide de matériaux pour anode sous forme de gels ou bien en vue d'une séparation hermétique supérieure de l'anode et de la cathode. Un collecteur d'anode 340 sous forme de clou perce le cylindre fermé qui présente alors un joint hermétique serré entre le collecteur anodique 340 en forme de clou et le cylindre fermé.Le cylindre 100' à extrémité fermée est placé à l'intérieur d'une pile cylindrique 100 et est rempli au moyen du matériau anodique 320. La feuille absorbante 340 est disposée au voisinage de l'anode 320, tandis que la feuille 120 du séparateur est adjacente à la cathode 330. Toutefois, comme pour la pile en forme-de bouton qui vient d'être décrite en relation avec la figure 4, il est possible d'inverser les positions de l'élément absorbant l40 et de l'élément de séparation 120. I1 est également possible dtutilssers entre la cathode et le séparateur, un élément absorbant supplémentaire.La partie inférieure fermée 150 de l'élément tubulaire composite séparateur-absorbant 100' repose directement sur le fond 361 du boîtier de pile 360 sans qu'il soit besoin de disposer entre eux un disque isolant. Les piles de la technique antérieure présentent généralement des fonds repliés ou entièrement ouverts au lieu de fonds hermétiquement fermés; par conséquent, il est normalement nécessaire d'employer un disque isolant} ou un élément identiqpet pour empêcher l'apparition d'un court-circuit entre l'anode et la cathode par I' inteédiaire des ouvertures formées dans le séparateur. La structure du cylindre hermétiquement fermé par appli cation de chaleur selon l'invention élimine la nécessité dtutiliser us tel disque isolant.De plus, les cylindres des piles de la technique a t4{ieure qui sont fermés au moyen adhésif ont tendance à s' ouvrir au fur et à masure que l'adhésif perd ses propriétés adhésives dans I1 environnement de la csllule. Les cylindres hermétiquement fermés par application de chaleur des piles selon l'invention maintiennent leur intégrité pendant toute la durée d'utilisation des piles.

Alors que le polypropylène devient adhésif par application de chaleur, le polypropylène qui a été mécaniquement traité pour présenter une certaine perméabilité ionique n'était pas jusqu ici un matériau approprié à une utilisation dans des piles contenant de l'oxyde de mercure ou d'argent, ou des substances analogues, comme dépolarisants, sans l'emploi de matériaux de séparation supplémentaires.

Le polypropylène traité mécaniquement présente des pores dont la dimension se mesure en microns, ce qui est insuffisant pour empecher le passage des produits de réaction du mercure ou de l'argent, un court-circuit de la pile étant alors susceptible de se produire finalement. Par conséquent, alors que le polypropylène présente des caractéristiques d'adhésion à chaud voulues, de sorte qu'il peut Outre utilisé dans des sacs de séparation, il n'a généralement pas été employé seul dans des piles contenant des matériaux cathodiques tels que l'oxyde de mercure ou d'argent.

Cependant, l'invention assure la facilité de manipulation et la stabilité dimensionnelle nécessaires, de sorte que des pellicules minces en polypropylène greffé peuvent être employées pour former des sacs séparateurs hermétiquement fermés par application de chaleur à utiliser dans des piles électriques. Puisque le polypropylène greffé fonctionne comme échangeur d'ions, la dimension des "pores" de ce matériau est de l'ordre de l'angström, ce qui représente une dimension considérablement plus petite que le micron qui mesure les pores du polypropylène traité mécaniquement.Le polypropylène greffé est donc adapté à entre utilisé en meme temps que des matériaux cathodiques tels que les oxydes de mercure et d'argent mentionnés ci-dessus sans qu'il soit besoin de faire appel à des couches de séparation supplémentaires pour contenir les produits de réaction du mercure ou de L'argent.

Alors que l'invention se révèle particulièrement utile dans des piles utilisant des dépolarisants en oxyde de mercure ou d'argent et en des matériaux analogues, l'élément composite séparateurabsorbant selon l'invention peut etre employé dans toute pile qui contient un électrolyte fluide et qui nécessite un séparateur et un absorbant. Comme exemples de piles courantes contenant des électrolytes alcalins pour lesquelles l'invention peut être employée, on peut citer les piles à Zn/H20, Zn/Ag20, Zn/AgO, Zn/MnO2, Zn/air, Cd/HgO.

De plus, l'élément composite séparateur-absorbant, en raison de la stabilité d'un matériau tel que le polypropylène, peut entre employé dans des ensembles non aqueux tels que Li/MnO2, Li/Ag2CrQ4 et d'autres ensembles à haute densité énergétique impliquant des dépolarisants cathodiques solides.

Pour permettre une compréhension plus complète de l'invention, on présente les exemples suivants, dans lesquels toutes les parties sont présumées pondérales, à moins qu'il en soit explicitement précisé autrement. Ces exemples ont un but principalement illustratif, et il va de soi que toute énumération particulière détaillée qui pourrait s'y trouver ne constitue pas une limitation de l'invention.

EXEMPLE 1
Une feuille d'épaisseur 25 m en polypropylène greffé par application de rayonnement (P6001, RAI Research Corp.) a été soudée par points par application de chaleur à un tapis en polypropylène non tissé de 45,1 g/m2 d'une épaisseur d'environ 250/um (SP102, Kendall
Fiber Products Division). Les liaisons forment un dessin ayant la configuration d'un diamant, et il existe environ neuf cent trois liaisons par cm2. L'adhésion thermique a été réalisée au moyen de cylindres à partis en relief chauffés à une température d'environ 160 C, à savoir la température d'adhésion à chaud du polypropylène, depuis le côté du tapis de polypropylène non tissé.Le diamètre de chacune des liaisons circulaires est d'environ 380 à 500/um, la surface de liaison occupant de 2 à 4,5% environ de la surface du tapis de polypropylène.

Le matériau composite thermiquement collé par points 2 présente une résistance électrolytique (KOH à 40/0) de 129 à 193 5 Q/cm et un pouvoir absorbant de l'électrolyte (KOH à 40%) de 3 à 4 g/g. I1 est dimensionnellement stable, ses variations de dimension étant inférieures à 4X.

EXEMPLE 2
Une pile en forme de bouton ayant la configuration présentée sur la figure 4 et un diamètre de 1,13 cm sur 0,42 cm de hauteur a été fabriquée au moyen dlune anode d'environ 0,24 g de zinc amalgamé, d'un dépolarisant cathodique principalement formé d'oxyde de mercure mélangé à du graphite et à du dioxyde de manganèse jusqu'à un poids d'environ 0,85 g, d'une solution électrolytique de KOH à 40%, et d'un disque du matériau composite de l'exemple 1, suivant un diamètre d'environ 1,0 cm, comme élément séparateur-absorbant entre l'anode et la cathode. La pile a été stockée pendant trois mois à 540C et a ensuite été déchargée à température ordinaire dans une charge de 10 kfl. La capacité de la pile s'est révélée d'environ 162 mA.h.

EXEMPLE 3 (TECHNIQUE ANTERIEURE)
On a construit une pile comme dans l'exemple 2, mais en utilisant une couche de 125 m de "Acropor" (marque déposée de la
Société Gelman Instrument Co., pour un tissu de Nylon portant un reve- tement mousseux de Dynel, de polychlorure de vinyle et d'acrylonitrile, ainsi qu'une résine échangeuse d'ions acide finement pulvérisée et des agents mouillants) et une couche de 250 m de "Webril" (marque déposée de la Société Kendall pour un tapis de coton), au lieu du séparateur et de l'absorbant respectivement utilisés dans l'exemple 2.On a stocké la pile pendant trois mois à 540C, puis on l'a fait décharger à température ordinaire dans une charge de 10 k#. La capacité de la pile s'est révélée être d'environ 61 mA.h.

EXEMPLE 4 (TECHNIQUE ATKHIUHE)
On a construit une pile comme dans l'exemple 2, mais en utilisant une pellicule de polyéthylène greffé par application de rayonnement d'épaisseur 25 m (Permion 8190 de RAI Corp.) placée sur une couche de Cellophane de 50/um d'épaisseur comme élément séparateur, et une couche de "Webril" d'épaisseur 250 m comme élément absorbant.

On a stocké la pile pendant trois mois à 54 C, puis on l'a fait décharger à température ordinaire dans une charge de 10 k Q. La capacité de la pile s'est révélée d'environ 145 mA.h.

Les piles des exemples 2 et 4 sont sensiblement comparables, mais, dans des conditions de stockage ou d'utilisation sévères, telles que celles décrites dans les exemples ci-après, la couche de
Cellophane de la pile de l'exemple 4 se détériore et entraîne consé quemment une réduction de la capacité de la pile.

EXEMPLE 5
On a construit des piles cylindriques telles que celle de la figure 7, qui présentaient chacune un diamètre de 0,76 cm et une hauteur de 3,93 cm, contenaient 1,18 g de zinc amalgamé comme anode et environ 3,9 g de dépolarisant cathodique principalement sous forme d'oxyde de mercure mélangé avec du graphite et du dioxyde de manganèse.

Entre l'anode et le dépolarisant cathodique, on a placé un tube collé thermiquement fait du matériau composite de l'exemple 1, de 0,48 cm de diamètre environ et de 3,63 cm de hauteur environ. On a fait se décharger les piles dans diverses conditions de décharge. Les résultats sont donnés dans le tableau I ci-dessous.

TABLEAU I

<tb> 103,75 <SEP> 15,0 <SEP> 5X0 <SEP> 1,25 <SEP>
<tb> <SEP> de
<tb> décharge
<tb> (débit <SEP> en
<tb> Température <SEP> 21 <SEP> 54 <SEP> O <SEP> <SEP> 21 <SEP> 54 <SEP> O <SEP> 21 <SEP> t <SEP> 21 <SEP> 54 <SEP> 1 <SEP>
<tb> <SEP> ( C) <SEP>
<tb> Capacité <SEP> 864 <SEP> 813 <SEP> 296 <SEP> 853 <SEP> 852 <SEP> 735 <SEP> 869 <SEP> 778 <SEP> 868 <SEP> 830 <SEP> 839
<tb>
EXEMPLE 6 (ECENIQUE ANTERIE3E)
On a construit des piles cylindriques comme dans l'exemple 5, ces piles utilisant toutefois un tube enroulé en spirale et collé 8 l'aide d'un adhésif, à partir d'une feuille de 250 m d'épaisseur de "Synporl' (marque déposée de Stokes Molded Products pourdupolychlorure de vinyle microporeux) et d'une feuille de 200 m d'épaisseur de "Viskon" PVA (marque déposée de Chicopee Piles Inc.

pour une combinaison de fibres de rayonne et de chlorure de vinyle liées ensemble au moyen de cellulose régénérée) employées respectivement comme élément séparateur et comme élément absorbant. On a fermé le tube à son extrémité inférieure en le pliant et on l'a fait reposer sur un disque isolant couvrant le fond de chaque pile.On a fait se décharger les piles dans les mêmes conditions que les piles de exemple 5, et les résultats sont donnés dans le tableau Il ci-dessous.
TABLEAU II

<tb> <SEP> 103,75 <SEP> 15,0 <SEP> 5,0 <SEP> 1,25
<tb> Conditions
<tb> <SEP> de
<tb> décharge
<tb> (débit <SEP> en
<tb> <SEP> m) <SEP>
<tb> Température <SEP> 21 <SEP> 54 <SEP> 0 <SEP> 21 <SEP> 54 <SEP> 0 <SEP> 21 <SEP> O <SEP> 21 <SEP> 54 <SEP> O
<tb> <SEP> (0C) <SEP>
<tb> Capacité <SEP> 623 <SEP> 545 <SEP> 114 <SEP> 757 <SEP> 542 <SEP> 383- <SEP> 736 <SEP> 792 <SEP> 472 <SEP> 509 <SEP> 693
<tb> <SEP> (mA.h) <SEP>
<tb>
Les exemples précédents sont présentés à titre d'illustration de l'invention, pour montrer les avantages particuliers que l'invention présente par rapport à la technique antérieure. On comprendra aisément que des modifications peuvent être apportées à la construction de l'élément composite séparateur-absorbant, par exemple en ce qui concerne le dessin des liaisons, le procédé d'adhésion thermique et l'emploi de couches supplémentaires du type absorbant-séparateur-absorbant, etc. Des modifications peuvent également être apportées aux éléments constitutifs et à la configuration de la pile.

L'homme de llart sera naturellement en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'entre donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Cellule électrochimique comprenant une anode une cathode, un électrolyte fluide, ainsi qu'un moyen de séparation et un moyen d'absorption de l'électrolyte placés entre l'anode et la cathode, la cellule étant caractérisée en ce que le moyen de séparation comprend au moins une couche d'une pellicule mince perméable aux ions en polyéthylène, polypropylène, polychlorure de vinyle, Nylon, acrylonitrila, résine carbonée polyhalogénée, polystyrène, un greffage échangeur d'ions de ces composés ou un de leurs mélanges, en ce que le moyen absorbant l'électrolyte comprend au moins une couche d'un tapis en matériau synthétique fibreux non tissé devenant adhésif par application de chaleur, et en ce que le moyen de séparation et le moyen absorbant l'électrolyte sont collés thermiquement l'un à l'autre sur des aires limitées.

2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites aires limitées ne dépassent pas 40% de la surface du moyen absorbant.

3. Cellule selon la revendication 2, caractérisée en ce que les aires limitées ne dépassent pas 10% de la surface du moyen absorbant.

4. Cellule selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la pellicule mince a une épaisseur qui peut aller jusqu'à 50 ut

5. Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce que le tapis a une épaisseur minimale de 50/um

6. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la pellicule mince est en polyéthylène greffé et, ou bien, polypropylène greffé.

7. Cellule selon la revendication 6, caractérisée en ce que la pellicule mince est constituée de polypropylène greffé par application de rayonnement.

8. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le moyen de séparation et le moyen absorbant présentent la configuration d'un conteneur adhésivement et hermétique ment fermé par application de chaleur.

9. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la cathode est en oxyde de mercure ou en oxyde d'argent.

10. Cellule électrochimique comprenant une anode une cathode, un électrolyte fluide un séparateur et un élément absorbant l'élec- trolyte placés entre l'anode et la cathode, la cellule étant caractérisée en ce qu'une pellicule mince de polypropylène greffé par application de rayonnement est utilisée comme séparateur, cette pellicule mince étant thermiquement collée à au moins un tapis en fibres de polypropylène non tissées, qui est utilisé comme élément; absorbant de l'électrolyte, sur une aire limitée ne dépassant pas- 407 de la surface dudit élément absorbant.

11. Cellule selon la revendication 10, caractérisee en ce que la cathode est formée d'oxyde de mercure.

12. Cellule selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'anode est formée de zinc.

13. Procédé de manipulation d'un élément séparateur en pellicule mince d'épaisseur 50/um pour cellule électrochimique, le procédé étant caractérisé en ce qu'on fait adhérer par application de chaleur l'élément séparateur en pellicule mince à un tapis absorbant l'électrolyte en matériau synthétique non tissé fibreux devenant adhésif par application de chaleur,suivant une aire qui ne dépasse pas 40% de la surface du tapis, et en ce qu'on découpe l'élément séparateur et l'élément absorbant collés ensemble suivant une taille voulue..

14. Procédé selon la revendication 13, caractérise: an. ce.

que le tapis consiste en fibres de polypropylène non tis-sées

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé an ce que l'élément séparateur consiste en polypropylène greffé

16. Procédé selon la revendication 14 ou 15 > caractérisé en ce que le polypropylène greffé est un polypropylène greffé par application de rayonnement.