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DE2509982A1 - Natrium-schwefel-batteriezelle - Google Patents

Natrium-schwefel-batteriezelle

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Publication number
DE2509982A1
DE2509982A1 DE19752509982 DE2509982A DE2509982A1 DE 2509982 A1 DE2509982 A1 DE 2509982A1 DE 19752509982 DE19752509982 DE 19752509982 DE 2509982 A DE2509982 A DE 2509982A DE 2509982 A1 DE2509982 A1 DE 2509982A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sodium
sulfur
battery cell
electrolyte
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19752509982
Other languages
English (en)
Other versions
DE2509982C2 (de
Inventor
Thomas Rhys Jankins
Michael Mcguire
Bernard Austin Partridge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UK Secretary of State for Industry
Original Assignee
UK Secretary of State for Industry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UK Secretary of State for Industry filed Critical UK Secretary of State for Industry
Publication of DE2509982A1 publication Critical patent/DE2509982A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2509982C2 publication Critical patent/DE2509982C2/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/3909—Sodium-sulfur cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

PATENTANWÄLTE D 59 Siegen
DIPL-ING. ERICH SCHUBERT 2509982 Marburger Tor 2 - Postfach
DIPL.-ING. ROLF PÜRCKHAUER Telefon: (0271)5407°
Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen
. -6. MRZ. 1975
Secretary of State for Industry in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, London SWl, England
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 10835/7^ vom 11. März 197*1 beansprucht«
Natrium-Schwefel-Batteriezelle
Die Erfindung bezieht sich auf Natrium-Schwefel-Batteriezellen, bei denen Natrium- und Schwefel-Reaktionsmittel in einem Gehäuse enthalten und durch einen Peststoff-Elektrolyten (Trockenfüllung) voneinander getrennt sind, durch welchen hindurch Natriumionen übertragen werden können.
Eines der bei solchen Zellen auftretenden Probleme besteht in der Vermeidung eines korrosiven Angriffs auf die metallischen Bauteile, die bei der Konstruktion der Zelle verwendet werden. Dieser korrosive Angriff folgt hauptsächlich aus den elektrochemischen Reaktionen, die in der Nähe der Kathode stattfinden, sowie aus der chemischen Natur von Schwefel.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Natrium-Schwefel-Batteriezelle zu schaffen, bei welcher dieses Problem der Korrosion weitgehend überwunden wird.
Eine erfindungsgemäße Natrium-Schwefel-Batteriezelle setzt
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sich zusammen aus einem Metallgehäuse, einem.Peststoff-Elektrolyten von Rohrform, der am einen Ende geschlossen und innerhalb des Gehäuses so angeordnet ist, daß er einen inneren Raum für Schwefel und einen äußeren ringförmigen Raum für Natrium bildet, welches den inneren Raum begrenzt, ferner aus einer Kohlenstoff-Stromsammeleinrichtung., die im inneren Raum zum Sammeln des durch elektrochemische Reaktion zwischen dem Schwefel und dem Natrium erzeugten Stromes angeordnet ist, sowie aus einer Einrichtung, die im äußeren Raum angrenzend an den Peststoff-Elektrolyten angeordnet ist, um Natrium aufzunehmen und jene Teile des Peststoff-Elektrolyten oberhalb des Natriumpegels zu "benetzen".
Die Anordnung vermeidet eine Berührung zwischen dem Metall- ' gehäuse und dem Schwefel.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,'die eine fragmentarische Seitenansicht im Mittelschnitt wiedergibt.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, setzt sich eine Natrium-Schwefel-Batteriezelle 1 zusammen aus einem Metallgehäuse 2, einem Peststoff-Elektrolyten 3 aus Beta-Aluminiumoxidkeramik und von rohrförmiger Gestalt, der innerhalb des Gehäuses 2 in Längsrichtung so angeordnet ist, daß er einen inneren Raum für Schwefel und einen äußeren ringförmigen Raum 5 für Natrium bildet, welches den inneren Raum Ί begrenzt, sowie aus einem Kohlenstoffstab 6 von rundem Querschnitt, der im inneren Raum so angeordnet ist, daß er als eine Einrichtung zum Sammeln des durch elektrochemische Reaktion zwischen dem Schwefel und dem Natrium erzeugten Stromes dient.
Im einzelnen weist das Gehäuse 2 ein am einen Ende geschlossenes Rohr aus Edelstahl auf. Der Elektrolyt 3 ist von der gleichen Form, und ein Edelstahlgewebe 7. von rohrförmiger Gestalt ist' an der Außenoberfläche des Elektrolyten 3 angeordnet, um sozu-
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sagen als "Docht" zum Aufziehen von Natrium durch Kapillarwirkung zu dienen und jene Teile des Elektrolyten 3 oberhalb des Natriumpegels zu "benetzen", und zwar in dem Maße, wie der Pegel abfällt. Schwefelimprägnierter Kohlenstoffilz ist zwischen dem Kohlenstoffstab 6 und der Innenoberfläche des Elektrolyten 3 angeordnet, um den Kohlenstoffstab beim Stromsammeln zu unterstützen.
Das obere Ende des Kohlenstoffstabes 6 sitzt mit engem Paßsitz in einer Endkappe 8 aus Alpha-Aluminiumoxid. Ein Metallflansch I^ ist an die Innenseite des Gehäuses 2 angeschweißt und zwischen der Endkappe 8 und einem Gegenring 9 aus Alpha-Aluminiumoxid gebunden, wobei eine Keramik/Metall-Dichtung verwendet wird. Die Endkappe 8 trägt außerdem den Elektrolyten 3» wobei die beiden Teile durch eine Glasfrittendichtung aneinander befestigt sind. Eine Metalldichtung 15 ist außerdem mit der Endkappe 8 zwischen einem Gegenring 9 aus Alpha-Aluminiumoxid unter Verwendung einer Keramik/Metall-Dichtung verbunden.
Schwefel wird in den inneren Raum H über ein Einfülloch eingebracht, welches in der Mitte des Kohlenstoffstabes 6 gebildet ist und mit einem Querloch 17 in Verbindung steht. Nach Einbringen des Schwefels wird das Loch 10 durch einen Kohlenstoff stopf en 11 abgedichtet, und ein Chromstahlstopfen. 12 wird eingesetzt und mit einem Schraubverbinder 13 aus dem gleichen Material verschweißt, der auf einem verjüngten Abschnitt am oberen Ende des Kohlenstoffstabes 6 sitzt und an die Metalldichtung 15 angeschweißt ist. Der äußere Raum 5 wird mit Natrium über ein Rohr 16 gefüllt, welches anschließend durch eine Schweißnaht abgedichtet wird.
Wenn sich die Zelle 1 entlädt, werden Natriumionen durch den rohrförmigen Elektrolyten 3 hindurchgeleitet (der nur für Natrium-
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ionen leitend ist), damit sie sich mit Schwefelionen kombinieren, was zu einer elektrochemischen Reaktion führt, durch welche ein Strom erzeugt wir-d3 der durch den Kohlenstoffilz und den Kohlenstoff stab 6 in der inneren Kammer 1J aufgegriffen wird. Das Gehäuse 2 dient als negative Elektrode und der Stopfen als positive Elektrode. -
Die .Anordnung hat den Vorteil, daß der korrosive Schwefel außer Kontakt mit den metallischen Bauteilen der Batteriezelle 1 gehalten wird, so daß auf diese Weise eine metallische Korrosion vermieden wird. Stattdessen sind die mit Schwefel in Berührung stehenden Materialien der Zelle 1 Alpha-Aluminiumoxid, Beta-Aluminiurnoxid und Kohlenstoff, die alle eine gute Widerstandsfähigkeit, gegen Korrosion besitzen. Diejenigen Teile der Zelle 1, die mit dem Natrium in Berührung stehen, sind einer solchen korrosiven Umgebung wie derjenigen im inneren Schwefelraum k nicht ausgesetzt, und daher können Metalle ohne ernsthafte Korrosionsgefahr verwendet v/erden.
Obwohl Kohlenstoff einen höheren elektrischen Widerstandswert als vorher als Stromsammeieinrichtungen verwendete Metalle hat, ist dies für viele Anwendungsfälle von Natrium-Schwefel-Batteriezellen annehmbar.
Patentansprüche
■5Ö9.8 3S/Ü6 7 7

Claims (3)

  1. -6 MRZ. 1975 75 018 Kü/A
    Patentansprüche
    fly Batteriezelle mit flüssigem Natrium als flüssige Anode, flüssigem Schwefel als flüssige Kathode so\fie Beta-Aluminumoxid als Peststoff-Elektrolyt bzw. Trockenfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß der Peststoff-Elektrolyt (3) die Form eines am einen Ende geschlossenen Rohres aufweist, welches innerhalb eines Metallgehäuses (2) angeordnet ist und einen inneren Raum (4) für flüssigen Schwefel und einen äußeren Raum (5) für flüssiges Natrium bildet, daß eine Kohlenstoff-Stromsammeleinrichtung (6) im inneren Raum (Ί) zum Aufsammeln des aus der elektrochemischen Reaktion zwischen dem Natrium und dem Schwefel erzeugten Stromes angeordnet ist und daß im äußeren Raum (5) in der Nähe der Oberfläche des Peststoff-Elektrolyten (3) eine Einrichtung (7) zum Aufnehmen von Natrium angeordnet ist, um jene Teile des Peststoff-Elektrolyten (3) oberhalb des Natriumpegels zu "benetzen".
  2. 2. Batteriezelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) ein Edelstahlgewebe von Rohrform aufweist, welches an der Außenoberfläche des Peststoff-Elektrolyten (3) angeordnet ist.
  3. 3. Batteriezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkollektor (6) stabförmig ist und sich durch eine Keramik-Endkappe (8) des Metallgehäuses (2) hindurcherstreckt, wobei die Endkappe (8) den Peststoff-Elektrolyten (3) trägt und durch eine Keramik/Metall-Abdichtungseinrichtung für das Gehäuse
    (2) gebildet ist.
    H* Batteriezelle nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkollektor (6) aar Bildung eines Einfülloches (10,17) für Schwefel durchbohrt ist, wobei das Loch (10,17) durch einen herausnehmbaren Kohlenstoffstopfen (11) verschließbar ist.
    $09838/0677
    Leerseite
DE2509982A 1974-03-11 1975-03-07 Natrium-Schwefel-Batteriezelle Expired DE2509982C2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
GB10835/74A GB1499824A (en) 1974-03-11 1974-03-11 Sodium-sulphur battery cells

Publications (2)

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JP (1) JPS5718670B2 (de)
DE (1) DE2509982C2 (de)
FR (1) FR2264404B1 (de)
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