DE3526661A1

DE3526661A1 - Elektrochemischer natrium-schwefel-generator

Info

Publication number: DE3526661A1
Application number: DE19853526661
Authority: DE
Inventors: Raymond Saint Gratien Vic
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1985-07-25
Publication date: 1986-02-06
Also published as: FR2568413B1; GB8519042D0; GB2162680A; FR2568413A1

Description

ELEKTROCHEMISCHER NATRIUM-SCHWEFEL-GENERATOR

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Natrium-Schwefel-Generator nach dem Oberbegriff des Anspruchs

Bekannte Generatoren weisen schematisch auf :

- einen positiven metallischen Behälter, der eine positive Elektrode enthält, deren bei Betriebstemperatur flüssiges aktives Material aus Schwefel und seinen Alkalisalzen besteht,

- ein an seinem unteren Ende geschlossenes Feststoffelektrolyt-Rohr aus ß-Aluminiumoxid oder ß^-Aluminiumoxid, das die positive Elektrode von der bei Betriebstemperatur flüssigen und aus Natrium bestehenden negativen Elektrode trennt; das Rohr ist in dem positiven Behälter so angeordnet, daß seine Außenseite in das positive aktive Material getaucht ist,

- einen Träger aus Isolierkeramik, um das Elektrolytrohr in dem positiven Behälter zu halten, wobei die Verbindung zwischen diesem Träger und dem Rohr durch eine Glasversiegelung bewirkt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfachere Generatorstruktur als die bekannte Struktur anzugeben, die gleichzeitig widerstandsfähiger gegen Stöße und Vibrationen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Generator gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele mithilfe der Figuren näher erläutert.

Die Figuren 1 und 2 zeigen je schematisch im Schnitt einen erfindungsgemäßen Generator.

Der Generator gemäß Fig. 1 enthält einen Zylinder"/aus B₂ miniumoxid, der an seinen beiden Enden durch je eine Scheibe 5

bzw. 6 aus 0C~Aluminiumoxid verschlossen ist. Die Dichtheit der Verbindungen wird durch Glaslötungen 7 und 8 erreicht. Der so gebildete Behälter umschließt im Betrieb flüssiges Natrium 2.

Die Scheibe 6 besitzt ein zentrales Loch, in dem ein Stutzen 10 zum Einfüllen von Natrium eingesetzt ist, wobei dieser Stutzen auch als negative Klemme des Generators dient. Der Stutzen ist mit der Innenseite der Scheibe 6 über einen Metallring 11 verbunden, der dicht mit dem Umfang 14 des Stutzens verschweißt ist und entlang einer Ringnaht 12 durch Thermokompression dicht auf der Scheibe befestigt ist.

Die Innenwand und der Boden des Natriumbehälters sind mit einem Docht 3 bzw. 4 bedeckt, der aus einer Schicht Sintermetall, beispielsweise einem Nickel- oder Eisenschwamm mit einer Porosität zwischen 50 und 95% gebildet wird.

Dieser Docht sichert die Verteilung des Natriums und bildet den Stromsammler; der Docht ist elektrisch an den Stutzen 10 angeschlossen. Das Rohr aus ß_?-Aluminiumoxid 1 wird also von homogenen Stromdichten durchströmt; wenn bei einem Unfall dieses Rohr während des Betriebs bricht, dann ist die Geschwindigkeit gering, mit der das Natrium in das positive Abteil eindringt.

Der positive Metallbehälter, der als Umhüllung des Generators und als positive Klemme dient, besteht aus einem Zylinder von verchromtem Weicheisen 15, der mit den beiden Scheiben 5 und über zwei metallische Verbindungsringe aus verchromtem Weicheisen 16 und 17 dicht verbunden ist. Diese Ringe sind bei 18 und 19 über den ganzen Umfang mit den Enden des Zylinders 15 verschweißt. Im übrigen sind sie durch Thermokompression bei 21 und 22 auf die Außenseiten der Scheiben 5 und 6 dicht auf-" gebracht.

Die metallischen Verbindungsringe 16 und 17 sind so gefaltet, daß sie eine gewisse elastische Verformung zulassen, wenn sie

Kräften aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen dem Metallzylinder 15 und dem Zylinder 1 aus ß„-Aluminiumoxid aufgrund aufeinanderfolgender Erwärmungen und Abkühlungen ausgesetzt sind.

Der Zylinder 15 enthält Schwefel 30, der, wie weiter unten ausgeführt werden wird, in Form von länglichen Zylinderabschnitten als Festkörper eingebracht wird.

Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Generators kann man folgende Verfahrensschritte schematisch unterscheiden :

- zuerst wird ein Zylinder 1 aus ß~-Aluminiumoxid der gewünschten Länge hergestellt;

- dann wird die Scheibe 6 mit dem Stutzen 10 durch ein Glaslot 8 auf dem Zylinder befestigt;

- nun injiziert man den Nickeldocht 3 und 4 in den Zylinder 1;

- als nächster Schritt folgt eine Vorsinterung des Nickeldochts 3 und 4 bei etwa 750⁰C;

- nun schließt man den Zylinder 1 oben mit der Scheibe 5 über ein Glaslot 7 ab. Die für die Verlötung notwendige Temperatur von etwa 1000⁰C vervollständigt den Sinterprozeß des Nickeldochts 3 und 4;

- nun werden die Verbindungsringe 16 und 17 durch Thermokompression in Höhe der Zonen 21 und 22 auf den Scheiben 5 und 6 aus (/ -Aluminiumoxid befestigt;

- nun werden längliche Elektrodenabschnitte 30 auf der Basis von festem Schwefel um den Zylinder 1 herum angeordnet;

- nun wird der positive Zylinder eingebaut und bei 18 und 19 an die Verbindungsringe 16 und 17 angeschweißt;

- Natrium wird durch den Stutzen 10 eingefüllt;

- der Stutzen 10 wird schließlich verschlossen.

In einem erprobten Ausführungsbeispiel liegt der Innendurchmesser des Zylinders 1 aus ß^-Aluminiumoxid bei 34 mm und der Außendurchmesser bei 40 mm, während die Länge des Zylinders etwa 400 mm beträgt. Der verchromte Weicheisenzylinder 15 hat

einen Innendurchmesser von 55 mm und eine Dicke von 0,5 mm. Die Dicke der Scheiben aus Od -Aluminiumoxid beträgt zwischen 7 und 8 mm. Die Dicke der Dochtschicht aus gesintertem Nickel beträgt etwa 2 mm.

Was nun die elektrischen Kennwerte angeht, so liegt die Stromdichte für einen auf 175 Ah (300 Wh) ausgelegten Generator während der Ladung bei 57 mA/cm² und während der Entladung bei 80 mA/cm².

Fig. 2 zeigt eine Variante zu Fig. 1, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. In dieser Variante ist der Docht zur Natriumverteilung durch eine Metallflasche 20 ersetzt, die in ihrem unteren Teil Perforationen 21' aufweist und deren Außendurchmesser geringfügig unter dem Innendurchmesser des Rohrs aus ß₂-Aluminiumoxid 1 liegt. Diese Flasche weist in ihrem oberen Bereich einen Stutzen auf, der die Scheibe 5 durchdringt. Der Stutzen ist über einen Ring 23 entsprechend dem Ring 11 aus Fig. 1 dicht mit der Scheibe verbunden. Die Flasche ist zum Teil mit Natrium gefüllt; das Natrium wird durch ein Inertgas unter Druck gesetzt (höchstens 1 Bar), so daß der Ringraum 25 zwischen dem Rohr 1 aus ß„-Aluminiumoxid und der Flasche 20 stets mit Natrium gefüllt ist, und zwar unabhängig vom Natriumpegel in der Flasche 20.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können der positive Behälter und die Verbindungsringe zu den Scheiben anders geformt sein. Der Querschnitt des Behälters muß nicht notwendig kreisförmige sein.

- Leerseite

Claims

Fo 13843 D COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, rue La Boetie F - 75382 PARIS CEDEX 08 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrochemischer Natrium-Schwefel-Generator,

- mit einem metallischen positiven Behälter, der eine positive Elektrode enthält, deren bei Betriebstemperatur flüssige aktive Masse von Schwefel und seinen alkalischen Salzen gebildet wird,

- mit einem Feststoffelektrolyten aus ß-Aluminiumoxid oder ß„-Aluminiumoxid, das sich im Inneren des positiven Behälters befindet und die positive aktive Masse von der negativen Elektrode trennt, deren bei Betriebstemperatur flüssige aktive Masse Natrium? ist, '*

dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffelektrolytrohr von einem Hohlzylinder (1) aus ß-Aluminiumoxid oder

wird
ß₂-Aluminiumoxid gebildet und an seinen beiden Enden mittels zweier Scheiben (5, 6) aus (fi -Aluminiumoxid dicht (7, 8) verschlossen ist, und daß der positive Behälter ein Metallzylinder (15) ist, dessen oberer und unterer Rand mit je einem Verbindungsring (16, 17) verschweißt ist, der im übrigen dicht (21, 22) auf der entsprechenden Scheibe (5, 6) aus öS -Aluminiumoxid aufliegt, und daß die Verbindungsringe eine solche Form besitzen, daß die Verbindung elastische Verformungen zuläßt.

2. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände des Zylinders (1) aus ß-Aluminiumoxid oder ß„-Aluminiumoxid mit einem metallischen Docht (3, 4) ausgekleidet sind.

3. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus ß-Aluminiumoxid oder ß₂-Aluminiumoxid eine metallische Flasche (20) enthält, die in ihrem unteren Bereich (21) perforiert ist, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders (1) ist und der unvollständig mit unter Druck stehendem Natrium (2) gefüllt ist.

4. Elektrochemischer Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Scheiben aus c^.-Aluminiumoxid (6) ein Loch aufweist, in dem ein Metallstutzen (10) zum Füllen mit Natrium (2) dicht befestigt ist, wobei die Dichtheit durch einen Metallring (11) sichergestellt wird, der auf den Umfang (14) des Stutzens (10) aufgeschweißt ist und durch Thermokompression (12) auf die Außenseite der Scheibe aus «<,-Aluminiumoxid (6) dicht aufgebracht ist.

5. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Behälter (15) und die metallischen Verbindungsringe (16, 17) aus verchromtem Weicheisen bestehen.

6. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Dochte (3, 4) aus einem gesinterten Schwamm von Eisen oder Nickel bestehen.