BR112018006949B1

BR112018006949B1 - Bateria de sódio-enxofre

Info

Publication number: BR112018006949B1
Application number: BR112018006949-3A
Authority: BR
Inventors: Hiroshi Ohkawa
Original assignee: Yugenkaisha Chuseigiken
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2023-02-14
Also published as: EP3361549B1; JP2017073250A; BR112018006949A2; RU2680516C1; CN108140905B; US10637103B2; JP6732218B2; EP3361549A1; CN108140905A; EP3361549C0; WO2017061378A1; KR20180048999A; US20180287216A1; EP3361549A4; KR102028847B1

Abstract

BATERIA DE SÓDIO-ENXOFRE. É uma atribuição prover uma bateria de sódio-enxofre segura a partir da qual o sódio não flua para fora de uma vez, e a qual seja menos propensa a ser danificada. A bateria de sódio-enxofre inclui uma parede de separação 12 formada de um eletrólito sólido, uma câmara catódica 15 formada em um dos lados opostos da parede de separação 12, uma câmara anódica 16 formada em outro dos lados opostos da parede de separação 12, enxofre acomodado na câmara catódica 15, sódio, parte do qual é acomodada na câmara anódica 16, um recipiente para sódio 2 que acomoda a maioria do sódio restante, e uma passagem de comunicação 5 que comunica a câmara anódica 16 ao recipiente para sódio 2, e incluindo uma porção finamente perfurada 53 que se estende para o recipiente para sódio 2 e se abre no interior do recipiente para sódio 2. Além disso, a passagem de comunicação 5 inclui adicionalmente uma porção de bloqueio 52 para fechar a passagem de comunicação em si.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a uma bateria de sódio- enxofre.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0002] Uma bateria de sódio-enxofre é conhecida como uma bateria secundária de alta capacidade. Na bateria de sódio-enxofre, enxofre fundido consiste em um material ativo catódico, sódio fundido consiste em um material ativo anódico, eletrólito sólido beta-alumina, através do qual íons sódio Na+ permeiam, consiste em uma parede de separação que as isola o enxofre fundido e o sódio fundido um do outro. Além disso, o sal fundido, ou seja, um material ativo catódico, é acomodado em uma câmara catódica; o sódio fundido, ou seja, um material ativo anódico, é acomodado em uma câmara anódica. A câmara catódica e a câmara anódica são conectadas eletricamente ao terminal catódico e ao terminal anódico da bateria de sódio-enxofre, respectivamente.

[0003] Ao descarregar a bateria de sódio-enxofre, o sódio Na na câmara anódica se separa em elétrons e íons sódio Na+. Os elétrons fluem do terminal anódico para o exterior; os íons sódio Na+ permeiam através da parede de separação para se mover para a câmara catódica. Na câmara catódica, o terminal catódico doa elétrons, os elétrons doados, os íons sódio Na+, e o enxofre fundido S reagem quimicamente uns com os outros para gerar polissulfeto de sódio Na2Sx. Ao carregar a bateria de sódio- enxofre, reações ocorrem que invertem as reações durante a operação de descarga. Durante a operação de carga, íons sódio Na+ e enxofre S são gerados a partir do polissulfeto de sódio Na2Sx, e então os íons sódio Na+ permeiam através da parede de separação para se mover da câmara catódica para a câmara anódica no processo. Isto é, os íons sódio Na+, que permeiam através da parede de separação, se movem da câmara anódica para a câmara catódica durante a operação de descarga, mas se movem da câmara catódica para a câmara anódica durante a operação de carga. A bateria de íons sódio opera em uma alta temperatura, caindo em uma faixa de 290 a 350 °C, pois é necessário que todo o enxofre fundido e o sódio fundido na bateria de íons sódio, ou seja, os materiais ativos, estejam em um estado fundido, ou seja, sejam um líquido, respectivamente.

[0004] Na bateria de sódio-enxofre quebrada devido a qualquer causa, uma grande quantidade do sódio fundido entra em contato com uma grande quantidade do enxofre fundido para um reagir com o outro, de forma que a reação gera calor em uma grande quantidade. A Literatura Patentária No. 1 divulga uma bateria de sódio-enxofre que é capaz de impedir que o sódio fundido flua para fora em uma grande quantidade. A bateria de sódio- enxofre compreende um recipiente para sódio disposto independentemente da câmara anódica, acomodando a maioria do sódio, e feito de um metal que é menos propenso a se fraturar. Além disso, o recipiente para sódio está conectado à câmara anódica por um longo e fino tubo de comunicação, funcionando como uma passagem de sódio.

[0005] No processo das reações de carga e descarga, os íons sódio Na+ se movem da câmara catódica para a câmara anódica, ou da câmara anódica para a câmara catódica, por meio da parede de separação. Uma vez que a câmara anódica se comunica com o recipiente para sódio, o aumento e a diminuição da quantidade de sódio dentro da câmara anódica resultam na diminuição e aumento da quantidade de sódio dentro do recipiente para sódio. Isto é, o sódio se move da câmara anódica para o recipiente para sódio, de forma a sempre encher a câmara anódica com o sódio. A câmara anódica acomoda o sódio em uma pequena quantidade. Em suma, o recipiente para sódio, que é feito de um metal que é menos propenso a se fraturar, acomoda a maioria do sódio. Além disso, o longo e fino tubo de comunicação conecta o recipiente para sódio à câmara anódica.

[0006] Assim, até mesmo se a parede de separação que delimita a câmara anódica se quebrar, permitir-se-á que o sódio fundido flua para fora da câmara anódica em uma pequena quantidade. Além disso, uma vez que o recipiente para sódio, o qual é feito de um metal menos propenso a se fraturar, acomoda a maioria do sódio fundido e uma vez que o longo e fino tubo de comunicação impede que o sódio fundido flua para o exterior, o sódio fundido é menos propenso a fluir para o exterior. Consequentemente, a maioria do sódio fundido não entra em contato com o enxofre fundido e nem reage com ele. Consequentemente, até mesmo se a parede de separação se quebrar, a parede de separação quebrada será menos propensa a levar à geração de calor em uma grande quantidade, e é improvável que resulte em um incêndio. Note que a bateria de sódio- enxofre, a qual deveria ter sido quebrada para encerrar as funções, envolve uma diminuição da temperatura. A diminuição da temperatura, no entanto, transforma tanto o sódio fundido quanto o polissulfeto de sódio na forma líquida em seus sólidos estáveis, o que certamente faz com que as chances de reação entre sódio e enxofre desapareçam.

Literatura Técnica Relacionada Literatura Patentária

[0007] Literatura Patentária No. 1: Publicação de Patente japonesa não examinada (KOKAI) Revista No. 50-38030.

RESUMO DA INVENÇÃO Problema a ser resolvido pela invenção

[0008] Requisita-se que uma bateria de sódio-enxofre seja muito mais segura ao ser danificada. Além disso, a bateria de sódio-enxofre divulgada na Literatura Patentária No. 1 compreende o longo tubo de comunicação que conecta o recipiente do cátodo, o qual acomoda o enxofre fundido e a parede de separação, incluindo o eletrólito sólido, com o recipiente para sódio. O arranjo do longo tubo de comunicação causa problemas ao tornar o recipiente do cátodo e o recipiente para sódio mais próximos um do outro, ou ao dispor o recipiente para sódio dentro da câmara catódica a fim de tornar a bateria de sódio-enxofre mais compacta. Além disso, o longo tubo de comunicação, o qual está presente no exterior do recipiente do cátodo e do recipiente para sódio, pode eventualmente ser danificado ao montar a bateria de sódio-enxofre.

[0009] A presente invenção foi feita tendo em vista as circunstâncias mencionadas acima. Assim, é uma atribuição da presente invenção prover uma bateria de sódio-enxofre segura a partir da qual o sódio não flua para fora de uma vez, e a qual seja menos propensa a ser danificada.

Meios para resolver o problema

[0010] Com a finalidade de atingir o objetivo mencionado acima, uma bateria de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção compreende: uma parede de separação formada de eletrólito sólido beta-alumina; uma câmara catódica formada em um dos lados opostos da parede de separação; uma câmara anódica formada em outro dos lados opostos da parede de separação; enxofre acomodado na câmara catódica; sódio, parte do qual está acomodada na câmara anódica; um recipiente para sódio que acomoda a maioria do sódio restante; e uma passagem de comunicação que inclui uma porção finamente perfurada, a qual comunica a câmara anódica com o recipiente para sódio; em que a passagem de comunicação inclui adicionalmente um segmento de conexão câmara anódica-recipiente para sódio que comunica a câmara anódica com o recipiente para sódio, e um segmento interno do recipiente para sódio formado por um túbulo que se alonga para dentro do recipiente para sódio e aberto em um lado inferior interno do recipiente para sódio.

[0011] Outra bateria de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção compreende: uma parede de separação formada de eletrólito sólido beta-alumina; uma câmara catódica formada em um dos lados opostos da parede de separação; uma câmara anódica formada em outro dos lados opostos da parede de separação; enxofre acomodado na câmara catódica; sódio, parte do qual está acomodada na câmara anódica; um recipiente para sódio que acomoda a maioria do sódio restante; e uma passagem de comunicação que inclui uma porção finamente perfurada, a qual comunica a câmara anódica com o recipiente para sódio; em que a passagem de comunicação inclui adicionalmente um meio de bloqueio provido com: uma porção finamente restrita; e um flutuador, cuja densidade é maior do que a do sódio e é menor do que as do enxofre e do sulfeto de sódio, e o qual fecha a porção finamente restrita através de sua flutuação com o enxofre ou o sulfeto de sódio que se infiltram na passagem de comunicação através de um local danificado que ocorre se a parede de separação estiver danificada.

[0012] A passagem de comunicação, a qual se estende para dentro do recipiente para sódio e se abre no recipiente para sódio, não somente resolve o problema resultante do arranjo do longo tubo de comunicação convencional, mas também faz com que a primeira e a segunda baterias de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção não sejam propensas a sofrer nenhum dano devido ao longo tubo de comunicação convencional que está presente no exterior do recipiente do cátodo e do recipiente para sódio.

[0013] Além disso, um meio de bloqueio, o qual é disposto na passagem de comunicação e o qual inclui a câmara de flutuação, a porção finamente restrita e o flutuador, é capaz de impedir de forma confiável um fluxo do enxofre fundido para o recipiente para sódio através da passagem de comunicação, fluxo o qual pode eventualmente ser causado pela parede de separação se ela estiver danificada. Assim, o meio de bloqueio é capaz de impedir de forma confiável que uma grande quantidade do enxofre fundido e uma grande quantidade do sódio fundido entrem em contato um com o outro, aprimorando a primeira e a segunda baterias de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção em relação à segurança. Adicionalmente, a passagem de comunicação, a qual inclui: a porção finamente perfurada que se estende para dentro do recipiente para sódio e se abre no interior do recipiente para sódio; e um meio de bloqueio disposto na passagem de comunicação para fechá-la, não somente resolve o problema associado ao arranjo do longo tubo de comunicação convencional, mas também é capaz de fazer com que a primeira e a segunda baterias de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção não sejam propensas a sofrer nenhum dano devido ao longo tubo de comunicação convencional que está presente no exterior do recipiente do cátodo e do recipiente para sódio, aprimorando a primeira e a segunda baterias de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção em relação à segurança.

[0014] A presente invenção permite que a porção finamente perfurada que faz a passagem de comunicação inclua um túbulo. Além disso, a presente invenção permite que a parede de separação inclua um corpo em formato de placa; a câmara anódica é formada dentro do corpo em formato de placa; a câmara catódica é formada em um lado circunferencial externo do corpo em formato de placa; a bateria de sódio- enxofre compreende adicionalmente um recipiente para enxofre que acomoda a parede de separação no mesmo, e também demarca a câmara catódica; e o enxofre está acomodado dentro da câmara catódica no recipiente para enxofre. Adicionalmente, a presente invenção permite que a parede de separação inclua um corpo em formato de tubo aberto em uma extremidade superior do mesmo e fechado em uma extremidade inferior do mesmo; o recipiente para sódio tem um segmento inferior, pelo menos o segmento inferior localizado em um lado interno do corpo em formato de tubo; a câmara anódica é formada entre uma face periférica interna do corpo em formato de tubo e uma face periférica externa inferior do recipiente para sódio; a bateria de sódio-enxofre compreende adicionalmente um recipiente para enxofre que acomoda a parede de separação no mesmo e que demarca a câmara catódica; o enxofre é acomodado dentro da câmara catódica no recipiente para enxofre; e a passagem de comunicação tem uma extremidade aberta em um lado superior da câmara anódica, e outra extremidade aberta em um lado inferior do recipiente para sódio. Além disso, a presente invenção permite que a passagem de comunicação seja formada por um túbulo que penetra através do recipiente para sódio para ter uma abertura aberta em um lado superior da câmara anódica, e também provindo da abertura para baixo dentro da câmara para sódio para ter outra abertura aberta em um lado inferior do recipiente para sódio. As baterias de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção se referem a melhorias no longo tubo de comunicação convencional que comunica a câmara anódica com o recipiente para sódio. Partes constituintes convencionais, tais como a parede de separação, o recipiente e assim por diante, são úteis para fazer as partes constituintes das presentes baterias de sódio-enxofre, exceto pela passagem de comunicação.

Efeito da invenção

[0015] A primeira bateria de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção é mais aprimorada em relação à segurança, pois ela não somente é livre do problema devido ao arranjo do longo tubo de comunicação convencional, mas também não é propensa a sofrer nenhum dano resultante do longo tubo de comunicação convencional que está presente no exterior do recipiente do cátodo e do recipiente para sódio.

[0016] A segunda bateria de sódio-enxofre de acordo com a presente invenção que compreende adicionalmente o meio de bloqueio, o qual é disposto na passagem de comunicação para fechá-la, é capaz de impedir de forma confiável um fluxo do enxofre fundido para dentro do recipiente para sódio através da passagem de comunicação, fluxo que pode eventualmente ser causado pela parede de separação se ela estiver danificada.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0017] A Fig. 1 é um diagrama de seção transversal vertical de uma bateria de sódio-enxofre 1 direcionado à Primeira Modalidade; A Fig. 2 é um diagrama de seção transversal em vista lateral da bateria de sódio-enxofre 1 direcionado à Primeira Modalidade; e A Fig. 3 é um diagrama de seção transversal vertical de uma bateria de sódio-enxofre 1 direcionado à Segunda Modalidade.

MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO (Primeira Modalidade)

[0018] A Fig. 1 ilustra uma bateria de sódio-enxofre de acordo com a presente modalidade em um diagrama de seção transversal vertical, e a Fig. 2 a ilustra em um diagrama de seção transversal em vista lateral. A Fig. 2 é um diagrama de seção transversal tomado nas direções das setas "A"-"A" mostradas na Fig. 1, e a Fig. 1 é um diagrama de seção transversal tomado nas direções das setas "B"-"B" mostradas na Fig. 2. Como ilustrado nas Figs. 1 e 2, a bateria de sódio-enxofre de acordo com a presente modalidade compreende uma unidade de corpo da bateria 1 e o recipiente para sódio 2, que servem como as partes componentes principais.

[0019] A unidade de corpo da bateria 1 compreende um invólucro metálico 11, o qual corresponde a um recipiente para enxofre de acordo com a presente invenção, e uma parede de separação 12. O invólucro 11 é formado como um paralelepípedo retangular cuja extremidade superior é aberta. O invólucro 11 tem uma face dianteira e uma face traseira com uma ampla configuração quadrangular, faces laterais emparelhadas com configuração retangular verticalmente longa, e uma face inferior com uma configuração retangular. Uma das faces laterais é provida com um terminal catódico 111 no lado superior.

[0020] A parede de separação 12 compreende um corpo da parede de separação 121, feito de beta-alumina, e uma tampa 122 feita de alfa-alumina. O corpo da parede de separação 121 inclui uma porção inferior com um formato de placa delgada, e uma porção superior com um formato de flange. A porção inferior é provida com poros finos 1211. Os poros finos 1211 são formados completamente na direção horizontal da porção inferior, estão localizados em intervalos iguais, e são abertos na extremidade superior, e são fechados na extremidade inferior. Todos os poros finos 1211 são abertos em uma grande seção de abertura que está localizada na direção horizontal. A tampa 122 é unida integralmente com a seção de abertura na parte superior. Um espaço restante na seção de abertura forma um interstício de corredor 1212, que conecta os poros finos 1211 uns aos outros. Note que os poros finos 1211 e interstício de corredor 1212 formam uma câmara anódica 16 de acordo com a presente invenção.

[0021] A parede de separação 12 é acomodada no invólucro 11. Junto com a parede de separação 12, um coletor de corrente 13, que é formado de feltro em formato de placa espesso feito de fibras de carbono, também é acomodado no invólucro 11, de forma a estar localizado entre o lado da face dianteira da parede de separação 12 e o lado da face traseira. O coletor de corrente 13 é impregnado com enxofre 3, o qual forma um material ativo catódico, para retê-lo. Sob as circunstâncias, a parede de separação 12 e o invólucro 11 são montados por encaixe daquela neste último. Na parede de separação 12 e invólucro 11 montados, as faces periféricas laterais na parede de separação 12 são unidas de forma impermeável na porção superior em formato de flange ao invólucro 11 na face periférica interna. Um espaço, que é demarcado pelas faces internas do invólucro 11 e pelas faces externas da parede de separação 12 para conter o coletor de corrente 13 e o enxofre, 3, forma uma câmara catódica 15 de acordo com a presente invenção.

[0022] O recipiente para sódio 2 é feito de aço inoxidável ou liga de alumínio, é formado como um paralelepípedo retangular, e é provido com um terminal anódico 21 sobre a face superior. O recipiente para sódio 2 está contido em um lado superior da unidade de corpo da bateria 1 por meio de um isolante elétrico interferente 23. O recipiente para sódio 2 contém um material ativo anódico feito de sódio 4.

[0023] Uma passagem de comunicação em formato de túbulo 5 está disposta no recipiente para sódio 2 e é provido com extremidades opostas, uma das quais é aberta no espaço no interior do recipiente para sódio 2, e a outra que é aberta no interstício de corredor 1212 no interior da parede de separação 12 da unidade de corpo da bateria 1. A passagem de comunicação 5 compreende: um túbulo inferior 51, o qual penetra através da parede inferior do recipiente para sódio 2, o isolante elétrico 23 e a tampa 122 da parede de separação 12; um meio de bloqueio 52; e um túbulo superior 53. Tanto o túbulo inferior 51 quanto o túbulo superior 53 são feitos de um tubo aço inoxidável fino cujo furo axial forma uma passagem na qual sódio flui.

[0024] O meio de bloqueio 52 compreende uma porção de casca metálica 521 que inclui um espaço esférico (ou uma câmara de flutuação) internamente, e uma válvula esférica oca 522 depositada no espaço interno da porção de casca 521. Abaixo da porção de casca 521, o túbulo inferior 51 é unido de forma que uma das aberturas seja aberta no espaço interno da porção de casca 521; acima da porção de casca 521, o túbulo superior 53 é unido de forma que uma das aberturas (isto é, uma porção finamente restrita) seja aberta no espaço interno na porção de casca 521. Além disso, a válvula 522 está localizada na posição onde ela se assenta sobre um assento 533 feito em uma face interna da porção de casca 521, ou seja, ela está localizada em torno do meio do espaço interno na porção de casca 521. Assim, a válvula 522 é depositada em um estado onde ela é mantida em uma posição distante de cada uma das aberturas do túbulo inferior 51 e do túbulo superior 53. A válvula 522 é formada de forma que o espaço interno resulte em uma densidade de 1,5 g/cm3, aproximadamente à válvula 522. Consequentemente, a densidade é maior do que a densidade do sódio fundido (cerca de 1,0 g/cm3), e é menor do que as densidades do enxofre fundido e do sulfeto de sódio fundido (cerca de 2,0 g/cm3).

[0025] O túbulo superior 53 é feito de um túbulo relativamente longo, e é dobrado em um formato de letra "U" invertida, de forma a ser aberto em uma das extremidades opostas em direção a uma seção inferior no espaço interno da câmara de sódio 2. O túbulo superior 53 forma a porção finamente restrita de acordo com a presente invenção em um local em que ele está conectado à porção de casca 521.

[0026] O meio de bloqueio 52 construído como descrito acima mantém a válvula 522 assentada no assento 523 quando sódio fundido flui dentro da passagem de comunicação 5. Portanto, cada uma das aberturas do túbulo inferior 51 e do túbulo superior 53, as quais são abertas no espaço interno no meio de bloqueio 52, é depositada no estado aberto. Consequentemente, o sódio fundido flui dentro do meio de bloqueio 52.

[0027] A passagem de comunicação 5 conecta o recipiente para sódio 2 e a câmara anódica 16 dentro da parede de separação 12 através de um espaço, e forma uma passagem para sódio fundido que se move entre eles. Além de funcionar como a passagem para sódio fundido, a passagem de comunicação 5 tem adicionalmente outra função de redução da taxa de um fluxo do enxofre fundido 3 contido na câmara catódica 15 para o recipiente para sódio 2 através de si mesma caso o fluxo tenha sido causado pela quebra da parede de separação 12.

[0028] Quando enxofre fundido flui para o recipiente para sódio 2, pouco a pouco o enxofre fundido também reage com o sódio fundido ligeiramente, de forma que eles não resultem em grande reação um com o outro. Assim, o calor de reação gerado é pequeno, de forma a aumentar a temperatura do sódio fundido só um pouco. Além disso, o enxofre fundido que flui para o recipiente para sódio 2 diminui o espaço dentro do recipiente para sódio 2 para aumentar a pressão dentro do recipiente para sódio 2. O aumento da pressão dentro do recipiente para sódio 2 também é causado pelo o aumento da temperatura dentro do recipiente para sódio 2. Dessa forma, a pressão dentro do recipiente para sódio 2 aumenta pouco a pouco até que as pressões se tornem iguais uma à outra em torno das aberturas da extremidade oposta da passagem de comunicação 5. Consequentemente, o enxofre fundido não flui para o recipiente para sódio 2 através da passagem de comunicação 5. Consequentemente, a geração de calor dentro do recipiente para sódio 2 aumenta, de forma que o interior do recipiente para sódio 2 se estabiliza. Portanto, o recipiente para sódio 2 mantém o sódio fundido no interior sem nunca fazer com que o sódio fundido, que fica contido no recipiente para sódio 2, entre em contato com o enxofre fundido.

[0029] Enquanto isso, dentro da unidade de corpo da bateria 1, se a parede de separação 12 estiver quebrada, o sódio fundido, o qual está contido na câmara anódica 16 constituída de poros finos 1211 e interstício de corredor 1212 na parede de separação 12, entra em contato diretamente com o enxofre fundido, o qual está contido na câmara catódica 15 no exterior da parede de separação 12. No entanto, os espaços na câmara anódica 16 são espaços extremamente pequenos ou limitados, porque eles são formados somente de poros finos 1211 e interstício de corredor 1212. Consequentemente, uma quantidade do sódio fundido, a qual é mantida dentro da câmara anódica 16, também é menor. Consequentemente, até mesmo se todo o sódio fundido, o qual está contido na câmara anódica 16, tiver reagido com o enxofre fundido, não há uma quantidade demasiada de geração de calor. Até mesmo quando a quantidade não demasiada de geração de calor aumenta a temperatura de todo o enxofre fundido, existente em grande quantidade, e a parede de separação 12, as temperaturas não sobem tanto. Portanto, nenhuma ignição ou explosão resulta da unidade de corpo da bateria 1 que é aquecida da mesma forma apenas ligeiramente. Quando a parede de separação quebrada 12 fizer com que a bateria de sódio-enxofre de acordo com a presente modalidade perca as funções como uma bateria, o exterior retira o calor da presente bateria de sódio-enxofre, a qual exibe a temperatura superior a 300 °C. A temperatura da bateria, assim, diminui. Além disso, quando a presente bateria exibe uma temperatura inferior a 100 °C, o enxofre fundido e o sódio fundido se solidificam, tornando-se substâncias extremamente estáveis que não apresentam nenhuma função de bateria.

[0030] O meio de bloqueio 52 contido na passagem de comunicação 5 aprimora ainda mais a função de segurança descrita acima da passagem de comunicação 5. Isto é, se a parede de separação 12 se quebrar de forma que o enxofre fundido contido na câmara catódica 15 tente fluir para o recipiente para sódio 2 através da passagem de comunicação 5, o meio de bloqueio 52 para o enxofre fundido para evitar que ele flua para dentro do recipiente para sódio 2. Se o enxofre fundido fluir para a porção de casca 521 do meio de bloqueio 52 através do túbulo inferior 51 da passagem de comunicação 51, o enxofre fundido (que tem a maior densidade de aproximadamente 2,0 g/cm3) flutuará a válvula esférica oca 522 (a qual está contida na porção de casca 521 e tem a menor densidade de aproximadamente 1,5 g/cm3), levantando a válvula 522 para cima. Além disso, a válvula 522 é pressionada contra a abertura do túbulo superior 53, o qual se abre na porção de casca 521, pelo enxofre fundido, bloqueando a abertura. Assim, o meio de bloqueio 52 impede que o enxofre fundido flua para o recipiente pra sódio 2 através do túbulo superior 53 através do fechamento da abertura do túbulo superior 53. Assim, o sódio fundido, que está contido dentro do recipiente para sódio 2 em uma grande quantidade, é bloqueado do enxofre fundido, o qual está contido na câmara catódica 15. Consequentemente, o sódio fundido e o enxofre fundido não entram em contato um com o outro nem reagem um com o outro de forma alguma.

[0031] Uma vez que a válvula de bloqueio 522, assim, interrompe o fluxo do enxofre fundido antes que o enxofre fundido flua para o recipiente para sódio 2, ela é capaz de impedir de forma confiável que o sódio fundido, o qual está contido no recipiente para sódio 2 em uma grande quantidade, e o enxofre fundido, o qual está contido na câmara catódica 15 em uma grande quantidade, entrem em contato ou reajam um com o outro.

[0032] A bateria de sódio-enxofre de acordo com a presente modalidade é empregada com o recipiente para sódio 2 depositado na parte superior. Além disso, o recipiente para sódio 2 e a câmara anódica 16 são empregados com os interiores despressurizados ou aspirados. De forma contrária, a câmara catódica 15 é empregada sob uma pressão atmosférica, ou sob uma pressão reduzida, onde ela é submetida a uma pressão maior do que aquela na câmara anódica 16. Como resultado, uma força de pressão é aplicada sobre a parede de separação 12 em uma direção da face periférica externa à câmara anódica 16 de forma a não fazer com que nenhum estresse de tensão atue sobre a parede de separação 12.

[0033] Uma vez que a presente bateria de sódio-enxofre descarrega e carrega da mesma maneira que baterias de sódio-enxofre convencionais descarregam e carregam, as operações da bateria de sódio- enxofre de acordo com a presente invenção, tais como as operações de descarga e de carga, não são descritas completamente neste documento com a finalidade de descrever a presente invenção de forma concisa.

(Segunda modalidade)

[0034] A Fig. 3 ilustra um diagrama de seção transversal vertical de uma bateria de sódio-enxofre 1 de acordo com a Segunda Modalidade. Basicamente, a bateria de sódio-enxofre 1 de acordo com a presente modalidade opera e efetua vantagens na mesma assim como o faz a Primeira Modalidade. Portanto, a presente bateria de sódio-enxofre 1 será descrita doravante mantendo o foco nos constituintes que são distintos daqueles da Primeira Modalidade.

[0035] Como ilustrado na Fig. 3, a bateria de sódio-enxofre 1 de acordo com a Segunda Modalidade compreende os seguintes elementos constituintes principais: uma lata protetora 81 disposta de forma a circundar a bateria, e formada como um formato tubular aberto na extremidade superior e fechado na extremidade inferior; um anel isolante 82 instalado sobre a face periférica interna da lata protetora 81 no lado superior, e formado como um formato anular; uma parede de separação 83 contida sobre a face periférica interna do anel isolante 82, formada como um formato tubular aberto na extremidade superior e fechado na extremidade inferior, e formado de beta-alumina; um recipiente para sódio metálico 84 contido sobre a parede de separação 83 no lado da face periférica interna, e formado como um formato tubular fechado nas extremidades superior e inferior; uma passagem de comunicação 85 aberta na parte inferior do recipiente para sódio 84, e aberta na parede periférica externa do recipiente para sódio 84 no lado superior; sódio fundido 86 que serve como um material ativo anódico; e enxofre fundido 87 que serve como um material ativo catódico.

[0036] A lata protetora 81 é feita de metal e tem uma configuração tubular fechada, e é provida com um terminal catódico 811 instalado na face lateral no lado superior.

[0037] A parede de separação 83 é mantida no lado da face periférica interna da lata protetora 81. A parede de separação 83 é formada de beta-alumina, um eletrólito sólido através do qual íons sódio Na+ permeiam, e tem um formato tubular aberto na extremidade superior e fechado na extremidade inferior. Um espaço, o qual é cercado pela face periférica interna da parede de separação 83 e a face periférica externa do recipiente para sódio 84, forma uma câmara anódica 840; outro espaço, que é cercado pelo lado da face periférica externa da parede de separação 83 e a face periférica interna da lata protetora 81, forma uma câmara catódica 810.

[0038] O recipiente para sódio 84 é mantido no lado da face periférica interna da parede de separação 83, é feito de metal e tem um formato tubular fechado nas extremidades superior e inferior.

[0039] A passagem de comunicação 85 compreende: uma primeira porção tubular fina 851 feita de metal, formada como um formato tubular fino, e com uma abertura na extremidade que penetra através da face de parede superior do recipiente para sódio 84 e então se abre na câmara anódica 840; uma porção de bloqueio 852 na qual outra extremidade da primeira porção tubular fina 851 se abre; e uma segunda porção tubular fina 853 com uma abertura na extremidade na porção de bloqueio 852, e outra abertura na extremidade no local inferior do recipiente para sódio 84. A passagem de comunicação 85 é construída de forma idêntica à passagem de comunicação 5 de acordo com a Primeira Modalidade. Cada uma dentre a primeira porção tubular fina 851, porção de bloqueio 852 e a segunda porção tubular fina 853 é construída de forma idêntica ao túbulo inferior 51, meio de bloqueio 52 e túbulo superior 53 de acordo com a Primeira Modalidade.

[0040] Um gás inerte é vedado no espaço superior dentro da câmara de sódio 84. Uma pressão gasosa resultante do gás inerte atua sobre o sódio fundido 86 para forçar para baixo o nível do líquido, forçando o sódio fundido 86 a ser empurrado para fora em direção à câmara anódica 840 por meio da passagem de comunicação 85.

[0041] O anel isolante 82 é instalado sobre a lata protetora 81 no lado superior por um encaixe de contenção 821. Além disso, a parede de separação 83 é instalada no lado superior sobre a face lateral periférica interna do anel isolante 82 no lado diametralmente interno, e um encaixe de contenção anódico 822 é instalado no anel isolante 82 na face superior. O encaixe de contenção anódico 822 mantém uma tampa anódica 823 cobrindo a parede de separação 83 e o recipiente para sódio 84 no lado superior. No meio na tampa anódica 823, um terminal anódico em formato de haste 824, o qual projeta para fora a tampa anódica 823 a partir da face da extremidade superior do recipiente para sódio 84, está disposto de forma a ser eletricamente contínuo a e a partir do recipiente para sódio 84.

[0042] Em um espaço acima da extremidade superior da parede de separação 83 dentro da câmara anódica 840, um espaçador 825 está disposto para enterrar o espaço.

[0043] Na câmara catódica 810 está disposto um coletor de corrente 811, o qual é formado de feltro feito de fibras de carbono.

[0044] O sódio 86 compreende uma maior parte, a qual está acomodada no recipiente para sódio 84, e uma menor parte restante, a qual está acomodada na câmara anódica 840 em uma pequena quantidade.

[0045] Quando a bateria de sódio-enxofre 1 de acordo com a Segunda Modalidade é descarregada, o sódio dentro da câmara anódica 840 passa através da parede de separação 83 para entrar na câmara catódica 810 e então reage com o enxofre para se transformar em polissulfeto de sódio. O sódio, que diminuiu devido à operação de descarga no interior da câmara anódica 840, é realimentado a partir do sódio contido no recipiente para sódio 84 por meio da passagem de comunicação 85. Por outro lado, quando a presente bateria de sódio-enxofre 1 é carregada, o polissulfeto de sódio dentro da câmara catódica 810 se transforma em íons sódio, e os íons sódio resultantes então passam através da parede de separação 83 para se moverem para a câmara anódica 840. O sódio, que aumentou no interior da câmara anódica 840, entra no interior do recipiente para sódio 84 em uma quantidade aumentada por meio da passagem de comunicação 85 e contra uma pressão interna mantida no interior do recipiente para sódio 84.

[0046] Note, no entanto, que, uma vez que as funções e/ou papéis da passagem de comunicação 85 são as mesmas que aquelas da passagem de comunicação 5 de acordo com a Primeira Modalidade caso a parede de separação 83 tivesse sido quebrada, elas não serão descritas nesta seção.

[0047] A bateria de sódio-enxofre 1 de acordo com a presente modalidade não compreende nenhuma parte em especial que saia entre a face periférica interna da parede de separação 83, a qual demarca a câmara anódica 840, e a superfície periférica externa do recipiente para sódio 84. Portanto, é possível tornar a lacuna entre a face periférica externa do recipiente para sódio 84 e a face periférica interna da parede de separação 83 mais estreita. Assim, a lacuna estreitada torna a câmara anódica 840 menor em capacidade. Consequentemente, a câmara anódica 840 com uma capacidade diminuída contém menos sódio. Assim, menos calor de reação também é gerado pela reação que pode ocorrer entre o sódio contido dentro da câmara anódica 840 e o enxofre contido dentro da câmara catódica 810 caso a parede de separação 83 seja quebrada. Assim, também é menos provável que a presente bateria de sódio-enxofre 1 sofra de um incêndio ou semelhante que seja devido à quebra da parede de separação 83.

Claims

1. Bateria de sódio-enxofre, compreendendo: uma parede de separação (12, 83) formada por eletrólito sólido beta-alumina; uma câmara catódica (15, 810) formada em um dos lados opostos da parede de separação (12, 83); uma câmara anódica (16, 840) formada em outro dos lados opostos da parede de separação (12, 83); enxofre acomodado na câmara catódica (15, 810); sódio, em que parte do sódio está acomodado na câmara anódica (16, 840); um recipiente para sódio (2, 84) que acomoda a maioria do sódio restante; e uma passagem de comunicação (5, 85) compreendendo uma porção finamente perfurada, a qual comunica a câmara anódica (16, 840) com o recipiente para sódio (2, 84); caracterizada pelo fato de que a passagem de comunicação (5, 85) inclui adicionalmente uma estrutura de bloqueio (52, 852) provida com: uma porção finamente restrita; e um flutuador (522) cuja densidade é maior do que a densidade do sódio e é menor do que as densidades do enxofre e do sulfeto de sódio, e o qual fecha a porção finamente restrita através de sua flutuação com o enxofre ou o sulfeto de sódio que se infiltram na passagem de comunicação (5, 85) através de um local danificado quando a parede de separação (12, 83) está danificada.

2. Bateria de sódio-enxofre, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a porção finamente perfurada compreende um túbulo (51, 53, 851, 853).

3. Bateria de sódio-enxofre, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a parede de separação (12) compreende um corpo em formato de placa; a câmara anódica (16) é formada dentro do corpo em formato de placa; a câmara catódica (15) é formada em um lado circunferencial externo do corpo em formato de placa; e a bateria de sódio-enxofre compreende adicionalmente um recipiente para enxofre (81) que demarca a câmara catódica (810).

4. Bateria de sódio-enxofre, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a parede de separação (83) inclui um corpo em formato de tubo aberto em uma extremidade superior do mesmo e fechado em uma extremidade inferior do mesmo; o recipiente para sódio (84) compreende um segmento inferior, pelo menos o segmento inferior localizado em um lado interno do corpo em formato de tubo; a câmara anódica (840) é formada entre uma face periférica interna do corpo em formato de tubo e uma face periférica externa inferior do recipiente para sódio (84); a bateria de sódio-enxofre (1) compreende adicionalmente um recipiente para enxofre que acomoda a parede de separação (83) no mesmo e que demarca a câmara catódica (810); e a passagem de comunicação (85) tem uma extremidade aberta em um lado superior da câmara anódica (840), e outra extremidade aberta em um lado inferior do recipiente para sódio (84).