BR112018009244B1 - Parede divisória para bateria de sódio fundido e bateria de sódio fundido - Google Patents

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Abstract

O objeto da presente invenção é prover o seguinte: uma bateria de sódio fundido provendo vedação prontamente feita entre uma parede divisória em formato de placa incluindo uma câmara anódica na parte interna e um recipiente do cátodo metálico acomodando a parede divisória em formato de placa na parte interna para formar uma câmara catódica hermeticamente fechada; e a parede divisória em formato de placa. Uma parede divisória 11 inclui: um corpo da parede divisória 111 organizado dentro de um recipiente do cátodo metálico 12, que inclui um tampão em formato cilíndrico 122 comunicando a parte interna com a parte externa, tendo um formato de placa, o qual inclui: uma câmara anódica 110 em toda a localização central na direção de espessura; e um orifício de passagem 1175, e feito de beta-alumina; e uma cabeça em formato pontiagudo 117 formada integralmente com o corpo da parede divisória 111, incluindo um orifício de passagem 1176 que é comunicado com a câmara anódica 110 por meio do orifício de passagem 1175, e fixado de maneira hermeticamente fechada ao tampão 122, e feita de um material cerâmico.

Description

CAMPO TÉCNICO
[0001] A presente invenção se refere a uma bateria de sódio fundido, a qual utiliza sódio fundido servindo como um material ativo anódico, e beta-alumina servindo como um eletrólito sólido; e a uma parede divisória para bateria de sódio fundido.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
[0002] Uma bateria de Sódio fundido envolve dois tipos de baterias que estiveram um uso prático, nomeadamente, uma bateria de sódio-enxofre utilizando enxofre fundido para o material ativo catódico; e uma bateria de sal fundido por sódio usando cloreto de níquel ou semelhantes para o material ativo catódico. Ambas dessas baterias de sódio fundido adotam uma parede divisória feita de beta-alumina servindo como o eletrólito sólido. Ademais, cada uma dessas baterias de sódio fundido, as quais são empregadas em uma alta temperatura de 250 °C a 350 °C, mostra um aumento na temperatura porque a resistência interna aquece as próprias baterias no momento do carregamento e do descarregamento, e mostra um declínio na temperatura, porque o calor escapa para a parte externa das baterias quando não estiverem carregadas e descarregadas. Assim, as baterias de sódio fundido mostram temperaturas que oscilam à medida que são carregadas e descarregadas. Além disso, as baterias de sódio fundido são necessárias para exibir tal durabilidade, uma vez que elas suportam um emprego a longo prazo ao longo de um período de dez anos ou mais.
[0003] Sódio constituindo o material ativo anódico de uma bateria de sódio fundido, compostos tais como polissulfetos de sódio (que geram na câmara catódica no momento do descarregamento), e, ademais, beta-alumina (que compõe a parede divisória) são todos fracos contra a água. Consequentemente, a câmara anódica e a câmara catódica precisam exibir tal hermeticidade de alto grau como ser livre de componentes aquosos intrusos na atmosfera.
[0004] Qualquer uma das baterias de sódio-enxofre e baterias de sal de sódio fundido, as quais foram colocadas em prática, emprega, como uma parede divisória feita de beta-alumina, um duto de fundo fechado e extremidade superior aberta com uma configuração de tubo de ensaio. Um anel de isolamento feito de alfa-alumina é ligado de maneira hermeticamente fechada à extremidade superior do duto de fundo fechado e extremidade superior aberta por um agente de ligação de vidro. Ademais, uma tampa metálica é ligada de maneira hermeticamente fechada ao lado da face periférica interna do anel de isolamento, formando uma das câmaras de eletrodo no lado da face periférica interna da parede divisória. Adicionalmente, um invólucro metálico é ligado de maneira hermeticamente fechada ao lado da face periférica externa do anel de isolamento, formando a outra das câmaras de eletrodo no lado da face periférica externa da parede divisória.
[0005] Nas baterias de sódio-enxofre, a câmara anódica é feita pela acomodação de sódio fundido em uma das câmaras de eletrodo no lado da face periférica interna da parede divisória, e a câmara de cátodo é feita pela acomodação de enxofre fundido na outra das câmaras de eletrodo no lado da face periférica externa da parede divisória. Em contraste, as baterias de sal de sódio fundido, a câmara catódica é feita pela acomodação de um cloreto metálico fundido em uma das câmaras de eletrodo no lado da face periférica interna da parede divisória, e a câmara anódica é feita pela acomodação de sódio fundido na outra das câmaras de eletrodo no lado da face periférica externa da parede divisória.
[0006] A parede divisória separando a câmara anódica e a câmara catódica uma da outra é exposta a pressões exercidas de lados opostos, nomeadamente, pressões exercidas de dentro da câmara catódica e pressões exercidas de dentro da câmara anódica. Assim, a parede divisória é deformada por pressões equivalentes às diferenças entre as duas pressões. Beta-alumina compondo a parede divisória tem tais propriedades em que é forte contra o ato de empurrar, mas é fraco contra o ato de puxar, propriedades que são compartilhadas pela cerâmica. Consequentemente, para a parede divisória, condições e configurações de serviço, as quais fazem as tensões de tração atuarem sobre a parede divisória o mínimo possível, têm sido procuradas. Reduzir as pressões no lado da face periférica interna do que as pressões sobre o lado da face periférica externa permite colocar o referido duto de fundo fechado e de extremidade superior aberta formado como uma configuração de tubo de ensaio em um estado onde forças de pressão atuam em qualquer parte da parede divisória, mas forças de tração não atuam sobre ela. Outra configuração disponível para a parede divisória envolve uma parede divisória em formato de placa divulgada na Publicação de Patente Japonesa Não Examinada (KOKAI) n.° 50-38030. A parede divisória em formato de placa tem um formato externo em formato de placa e inclui câmaras anódicas finamente perfuradas funcionando em paralelo entre si na parte interna. A parede divisória em formato de placa é mantida dentro da câmara catódica, e é empregada sob tal condição que as câmaras anódicas, as quais estão presentes dentro da parede divisória, são despressurizadas em relação àquela da câmara catódica na parte externa. Assim, a parede divisória é colocada em um estado onde as forças de pressão atuam sobre a parte em formato de placa na parede divisória, exceto para a parte tampada, mas as forças de tração não atuam sobre a parte em formato de placa.
[0007] A parede divisória feita de beta-alumina envolve outras paredes divisórias em formato de placa, as quais são um elemento constituinte de baterias de sódio-enxofre divulgadas em literatura patentária ou similares, e que proveem uma câmara anódica em um dos lados opostos e uma câmara catódica sobre o outro dos lados opostos. No entanto, essas baterias de sódio-enxofre não foram práticas. Isto é, tensões de flexão atuando na parede divisória em formato de placa resultam em tensões de tração atuando em uma das superfícies de lado oposto na parede divisória em formato de placa, fazendo com que designers de engenharia concebam tais exemplos, uma vez que as paredes divisórias foram partidas.
Literatura Técnica Relacionada Literatura Patentária
[0008] Literatura Patentária No. 1: Publicação de Patente japonesa não examinada (KOKAI) Revista No. 6-196204; e Literatura Patentária No. 2: Publicação de Patente japonesa não examinada (KOKAI) Revista No. 50-38030.
RESUMO DA INVENÇÃO Problema a ser resolvido pela invenção
[0009] A parede divisória incluindo um duto de fundo fechado e extremidade de topo aberta com um formato de tubo de ensaio é feita por ligação de um anel de alfa-alumina a um duto de beta-alumina na extremidade superior por um agente de ligação de vidro e depois ligação de membros metálicos ao anel de alfa-alumina no lado da face periférica interna e o lado da face periférica externa, respectivamente. Neste exemplo, o duto de beta-alumina com uma grande abertura na extremidade superior deve ser ligado ao anel de alfa-alumina ao longo de uma ampla área de junção e até mesmo em dois locais. Consequentemente, a ligação requer uma habilidade altamente técnica.
[0010] A parede divisória em formato de placa incluindo a câmara anódica na parte interna é composta por: um corpo da parede divisória em formato de placa feito de beta-alumina; e uma tampa ligada ao corpo da parede divisória na extremidade superior, formada como o formato de uma placa retangular e feita de alfa-alumina. Um túbulo metálico é ajustado em um orifício de passagem que é formado na tampa em torno do sítio central. Então, um agente de ligação é preenchido no interstício entre a face periférica externa do túbulo e a face periférica interna do orifício de passagem, ligando o túbulo à tampa. Enquanto isso, o recipiente da câmara de cátodo metálico tem uma configuração de caixa formada como o formato de um paralelepípedo retangular aberto na extremidade superior. O corpo da parede divisória em formato de placa feito de beta-alumina é inserido no recipiente da câmara catódica metálica. Então, um agente de ligação é preenchido no interstício entre a face periférica externa na tampa em formato de placa retangular da parede divisória e a face periférica interna no recipiente da câmara catódica metálica que cobre a face periférica externa na tampa, ligando a tampa ao recipiente da câmara catódica metálica. A parede divisória em formato de placa tem faces de junção formadas como uma configuração retangular cujas partes que formam os lados são lineares e longas. Adequadamente, acredita-se também que essa vedação pode ser danificada entre os metais que constituem o túbulo e o recipiente e os materiais cerâmicos que constituem o corpo da parede divisória e a tampa, devido a grandes tensões de escape, que são conhecidas como as tensões bimetálicas, atuam entre os metais e materiais cerâmicos ligados. Consequentemente, o modo de vedação é pobre em termos de praticidade.
[0011] É um objeto da presente invenção prover as seguintes: uma parede divisória para bateria de sódio fundido, parede divisória que provê vedação prontamente feita entre uma parede divisória em formato de placa incluindo uma câmara anódica na parte interna e um recipiente do cátodo metálico que acomoda a parede divisória em formato de placa na parte interna para formar uma câmara catódica hermeticamente fechada; e uma bateria de sódio fundido compreendendo a parede divisória.
Meios para resolver o problema
[0012] Uma parede divisória para a bateria de sódio fundido de acordo com a presente invenção compreende: um corpo da parede divisória organizado dentro de um recipiente do cátodo metálico incluindo uma junta que tem uma abertura comunicando uma parte interna do recipiente do cátodo com uma parte externa desta, o corpo da parede divisória com um formato de placa, o qual inclui: uma câmara anódica em torno de um sítio central desta em uma direção de espessura desta; e um orifício de passagem conectando a câmara anódica com uma parte externa da câmara anódica, e feito de beta-alumina; e uma cabeça ajustada na abertura na junta, formada integralmente com o corpo da parede divisória, incluindo um orifício de passagem que é comunicado com a câmara anódica por meio do orifício de passagem, fixado de maneira hermeticamente fechada à junta do recipiente do cátodo, e feito de um material cerâmico. Além disso, uma bateria de sódio fundido de acordo com a presente invenção compreende: sódio fundido compondo um material ativo anódico: um material ativo catódico: um recipiente para sódio acomodando o sódio fundido neste; uma parede divisória incluindo uma câmara anódica em uma parte interna desta; e um recipiente do cátodo acomodando de maneira hermeticamente fechada o material ativo catódico e a parede divisória neste; e a bateria de sódio fundido compreende, adicionalmente: o recipiente do cátodo incluindo uma junta que tem uma abertura comunicando uma parte interna do recipiente do cátodo com uma parte externa desta, e feita de um metal; e a parede divisória incluindo: um corpo de parede divisória organizado dentro do recipiente do cátodo, tendo um formato de placa, o qual inclui: a câmara anódica em torno de um sítio central desta em uma direção de espessura desta; e um orifício de passagem conectando a câmara anódica com uma parte externa da câmara anódica, e feito de beta-alumina; e uma cabeça ajustada na abertura na junta, formada integralmente com o corpo da parede divisória, incluindo um orifício de passagem que é comunicado com a câmara anódica por meio do orifício de passagem, fixado de maneira hermeticamente fechada à junta, e feito de um material cerâmico.
Constituintes, Operações e Vantagens da Invenção
[0013] A presente bateria de sódio fundido compreende sódio fundido constituindo um material ativo anódico, um material ativo catódico, e um recipiente de sódio acomodando o sódio fundido neste. Ademais, um material ativo catódico adaptável envolve enxofre fundido ou haleto metálico.
[0014] A bateria de sódio fundido e a parede divisória para bateria de sódio fundido de acordo com a presente invenção compreende uma parede divisória, que é constituído de: um corpo da parede divisória com um formato de placa, e feito de beta-alumina; e uma cabeça formada integralmente com o corpo da parede divisória, fixada de maneira hermeticamente fechada a uma junta em um recipiente do cátodo, e feita de um material cerâmico. Isto é, uma construção de vedação entre a parede divisória e o recipiente do cátodo é feita em uma nova construção de vedação entre a cabeça na parede divisória e a junta no recipiente do cátodo. Consequentemente, a nova construção de vedação permite que as faces de vedação tenham um formato cilíndrico ou formato anular e, adicionalmente, permite a eles ter um diâmetro menor, tornando possível a vedação prontamente entre a parede divisória e o recipiente do cátodo com alta hermeticidade.
[0015] Ademais, a parede divisória para bateria de sódio fundido de acordo com a presente invenção compreende o corpo da parede divisória cuja espessura é duas vezes mais que a sua própria espessura de parede divisória funcional que serve como um eletrólito sólido, e através da qual os íons de sódio passam. Consequentemente, o corpo da parede divisória apresenta uma alta resistência à tensão de flexão, a qual é proporcional ao quadrado de sua espessura. Isto é, o corpo da parede divisória apresenta uma alta resistência à flexão, a qual é superior em quatro vezes ou mais do que aquela de paredes divisórias convencionais cuja espessura da parede divisória funcional é exatamente a mesma ou igual a sua própria espessura.
[0016] A parede divisória para bateria de sódio fundido de acordo com a presente invenção compreende o corpo da parede divisória e a cabeça. O corpo da parede divisória de um formato de placa que inclui uma câmara anódica em torno do sítio central na direção de espessura, e é feito de beta-alumina. Observe neste documento que a frase "feito de betaalumina," envolve o corpo da parede divisória cujas todas partes são formadas de beta-alumina, e o corpo da parede divisória, cuja maior parte é composta de beta-alumina e a outra parte é parcialmente formada de um material cerâmico além da beta-alumina, tal como alfa-alumina.
[0017] A frase, "um formato de placa que inclui uma câmara anódica em torno do sítio central na direção de espessura do corpo da parede divisória," implica que uma configuração em formato de placa compreende: um membro lateral frontal em formato de placa disposto no lado frontal de espessura; um membro lateral posterior em formato de placa disposto no lado posterior de espessura; e um membro central disposto no meio, e incluindo uma câmara anódica que está disposta em torno do sítio central para estender finamente dentro de uma armação constituindo o aro circunferencial. A câmara anódica é normalmente utilizada sob pressões reduzidas, e é submetida a pressões, tais como pressões atmosféricas, as quais atuam sobre o membro lateral frontal em formato de placa e membro lateral posterior em formato de placa no lado de face externa. Assim, as pressões que atuam sobre o membro lateral frontal em formato de placa e membro lateral posterior em formato de placa, de modo a inchar em direção ao lado da câmara anódica, nomeadamente, de modo a esmagar a câmara anódica. A fim de fazer a câmara anódica suportar as pressões, a câmara anódica se torna, de maneira satisfatória, em múltiplos pedaços de espaços em formato de túnel separados entre si em intervalos e paralelos entre si; ou é apropriadamente provida com pilares dispostos em intervalos predeterminados entre o membro lateral frontal em formato de placa e o membro lateral posterior em formato de placa.
[0018] O membro lateral frontal em formato de placa e o membro lateral posterior em formato de placa do corpo da parede divisória cumprem a função de uma parede divisória através da qual os íons sódio passam. Assim, tanto a face frontal quanto a face posterior no membro lateral frontal em formato de placa e membro lateral posterior em formato de placa da função de corpo da parede divisória como uma face de parede divisória, respectivamente. Consequentemente, o corpo da parede divisória de acordo com a presente invenção vem a ter uma grande face da parede divisória funcional, que é duas vezes mais do que aquela de paredes divisórias em formato de placa convencionais livres de qualquer câmara anódica na parte interna.
[0019] Ademais, o corpo da parede divisória tem uma espessura de parede, através da qual os íons sódio permeiam, é uma espessura que o membro lateral frontal em formato de placa ou membro lateral posterior em formato de placa tem. Enquanto isso, o corpo da parede divisória tem uma espessura que é uma soma da espessura do membro lateral frontal em formato de placa, a espessura do membro lateral posterior em formato de placa, e uma espessura da câmara anódica no meio, e vem a ser duas vezes ou mais da espessura de parede através da qual os íons sódio passam. Supondo que a espessura de parede através da qual os íons sódio permeiam é uma espessura da parede divisória, o corpo da parede divisória tem uma grande espessura, que é mais grossa duas vezes ou mais que a espessura da parede divisória comum. Isto é, o corpo da parede divisória tendo o dobro ou mais de espessura resiste contra tensões mecânicas, tais como tensões de flexão, por exemplo, com força, o que é mais forte contra as tensões de flexão por um fator de quatro ou mais do que aquela de paredes divisórias em formato de placa convencionais comuns.
[0020] O orifício de passagem conectando a câmara anódica com a parte externa é preferencialmente provido em um aro circunferencial do corpo da parede divisória, nomeadamente, em um membro em formato de armação no meio. No entanto, o orifício de passagem também é provido satisfatoriamente no membro lateral frontal em formato de placa ou membro lateral posterior em formato de placa.
[0021] Observe que um corpo da parede divisória utilizável envolve paredes divisórias convencionais em formato de placa, as quais incluem uma câmara anódica em torno do meio na direção de espessura, sem qualquer alteração.
[0022] A cabeça é formada integralmente com o corpo da parede divisória, e é formada em um formato protuberante incluindo o orifício de passagem que é comunicado com a câmara anódica, e é feita de um material cerâmico. A cabeça é ligada de maneira hermeticamente fechada ao recipiente do cátodo na junta. A cabeça oferece a função de uma tampa fechando a junta, o que constitui uma passagem que leva à parte externa do recipiente do cátodo, juntamente com a função de fixação da parede divisória dentro do recipiente do cátodo. A cabeça também é satisfatoriamente formada da mesma beta-alumina que aquela da qual o corpo da parede divisória é formado, ou é até devidamente formado de outro material cerâmico além da beta-alumina, tal como alfa-alumina, por exemplo.
[0023] A cabeça tem uma configuração incluindo o orifício de passagem em torno do sítio central, e, preferencialmente, tem um formato cilíndrico incluindo um orifício axial em torno do sítio central. A cabeça tem preferencialmente uma extremidade principal projetando-se desde o corpo da parede divisória, e uma extremidade de base integrada com o corpo da parede divisória no aro circunferencial. A cabeça tem, de maneira satisfatória, uma face periférica externa cujo diâmetro externo é constante; o formato de um cone truncado circular cuja extremidade principal é menor; ou uma projeção ou depressão em formato anular tendo um diâmetro que fica parcialmente maior, ou menor, por outro lado, na direção axial.
[0024] A cabeça tem preferencialmente um diâmetro externo igual ou maior que a espessura do corpo da parede divisória. Um diâmetro externo ampliado aumenta a resistência mecânica da cabeça como um todo. A cabeça, que é fixada à junta em formato cilíndrico do recipiente do cátodo para ser integrada com o recipiente do cátodo, faz com que o recipiente do cátodo mantenha o corpo da parede divisória por meio da cabeça. Consequentemente, os movimentos do recipiente do cátodo são transportados para o corpo da parede divisória por meio da cabeça, de modo que grandes tensões atuem sobre a cabeça, e na parte limite entre a cabeça e o corpo da parede divisória. Consequentemente, é necessário construir a cabeça e o corpo da parede divisória tão grandes e robustos que eles resistam contra as grandes tensões na parte limite. No entanto, observe neste documento que o corpo da parede divisória é feito grande e robusto para ter a espessura que é maior duas vezes ou mais do que aquela de paredes divisórias em formato de placa convencionais comuns, como descrito acima. Portanto, o corpo da parede divisória permite a construção da cabeça também relativamente maior, e permite que a cabeça resista às grandes tensões que atuam na parte limite entre a cabeça e o corpo da parede divisória.
[0025] Para ser concreta, a cabeça é preferencialmente formada como um formato pontiagudo incluindo uma projeção com um orifício axial. Ademais, a junta é preferencialmente formada como um formato de tampão cobrindo a cabeça em formato pontiagudo, e incluindo uma abertura, que expõe o aro circunferencial a cabeça envolvendo o orifício axial. A junta em formato de tampão do recipiente do cátodo está fixada à cabeça em formato pontiagudo na face periférica externa. Assim, gases e líquidos, tais como componentes aquosos, estão parando se mover entre a parte interna e a parte externa da câmara catódica na interface entre a face periférica externa na cabeça em formato pontiagudo fixada e a face periférica interna na junta em formato de tampão de fixação.
[0026] A face periférica externa na cabeça em formato pontiagudo tem preferencialmente pelo menos um de sulco anelado que se estende ao redor da face periférica externa uma vez, e servindo também como um reservatório de gás para os gases que tentam escapar. Ademais, a fim de que a cabeça em formato pontiagudo seja prontamente ligada à junta em formato de tampão, um tratamento de metalização, tal como pulverização térmica de níquel, é realizado preferencialmente na face periférica externa na cabeça em formato pontiagudo.
[0027] Embora o orifício de passagem na cabeça em formato pontiagudo possa ser idêntico com o orifício de passagem nas paredes divisórias em formato de placa usuais convencionais, o orifício de passagem é provido em torno do sítio central axial na cabeça em formato pontiagudo em matérias de acordo com a presente invenção. O orifício de passagem constitui preferencialmente um orifício axial concêntrico com a face periférica externa na cabeça em formato pontiagudo. Um encaixe de tubulação fina compreendendo um túbulo metalizado através do qual sódio fundido flui é inserido no orifício de passagem, e está ligado a este. Assim, a cabeça cilíndrica em formato pontiagudo funciona como um isolante que isola eletricamente o encaixe de tubulação fina (o qual é inserido no orifício de passagem da cabeça) e a junta em formato de tampão (a qual é anexada à face periférica externa da cabeça) entre si.
[0028] O encaixe de tubulação fina precisa ser vedado ao orifício de passagem na cabeça em formato pontiagudo com alta hermeticidade. No entanto, uma das superfícies de vedação é preferencialmente composto da face periférica externa no encaixe de tubulação fina cujo diâmetro externo é substancialmente igual a um diâmetro interno da face periférica interna no orifício de passagem cujo diâmetro é de 2 a 5 mm, aproximadamente. Se for esse o caso, um diâmetro de vedação tornado menor entre o encaixe de tubulação fina e o orifício de passagem torna mais fácil a vedação entre eles.
[0029] Ademais, a cabeça compreende preferencialmente uma cabeça em formato de monte de dois estágios incluindo uma porção de estágio superior com uma face superior provida com um orifício axial, e uma porção de estágio inferior com uma face anular, formando a junta como uma junta comum incluindo uma porção anular. Para uma face de estágio anular em na cabeça em formato de monte de dois estágios, o recipiente do cátodo está anexado a uma face anular inferior na porção anular da junta anular. Mais especificamente, a junta anular é preferencialmente formada como uma configuração em formato de chapéu incluindo uma parede cilíndrica estendendo-se para baixo a partir da porção anular no aro circunferencial. A junta em formato de chapéu do recipiente do cátodo, a qual é anexada à cabeça em formato de monte de dois estágios da parede divisória em formato de placa, impede que gases e líquidos, tais como componentes aquosos, se movam entre a parte interna e a parte externa do recipiente do cátodo. Uma face de estágio anular na cabeça em formato de crista e uma porção superior anular na junta em formato de chapéu são ligadas da seguinte maneira: a cabeça em formato de monte é primeiro tampado com a junta em formato de chapéu; a porção superior anular na cabeça em formato de monte é então projetada através de uma abertura ou furo central na porção superior anular da junta em formato de chapéu, trazendo a face de estágio anular na cabeça em formato de monte em contato com a porção superior anular da cabeça em formato do chapéu na face lateral interna; e então a face de estágio anular na cabeça em formato de monte, e a porção superior anular da junta em formato de chapéu são, por fim, aquecidas para ligá-las por pressão entre si ao mantê-las a uma temperatura predeterminada ao aplicar uma predeterminada força de pressão a elas externamente a partir da porção superior anular da junta em formato de chapéu.
[0030] A face superior tendo o orifício axial na cabeça em formato de monte de dois estágios está ligada ao encaixe de tubulação fina, o qual compreende: uma porção flangeada em formato anular formada no mesmo formato que aquele da face superior na cabeça em formato de monte de dois estágios; e uma porção de tubulação fina erguendo-se da porção flangeada em formato anular. Como a junção entre a junta em formato de chapéu e a cabeça em formato de monte, a face superior na cabeça em formato de monte é primeiramente colocada em contato com a porção flangeada no encaixe em formato de tubulação e, então, tampada com a junta em formato de chapéu; e a face superior e a porção flangeada são aquecidas para ligá-las por pressão entre si ao mantê-las a uma temperatura predeterminada ao aplicar uma predeterminada força de pressão à porção flangeada no encaixe de tubulação fina para pressionar a porção flangeada sobre a face superior da cabeça.
[0031] A cabeça em formato de monte de dois estágios, a junta em formato de chapéu, e o encaixe de tubulação fina são preferencialmente ligados entre si, de uma só vez, simultaneamente. Ademais, a cabeça, a qual é separada do corpo da parede divisória, é mais preferencialmente ligada à junta em formato de chapéu e encaixe de tubulação fina.
[0032] A fabricação do corpo da parede divisória em formato de placa tendo a câmara anódica na parte interna ou a fabricação da parede divisória compreendendo o corpo da parede divisória e a cabeça é feita possível pela formação de um membro lateral frontal em formato de placa e membro lateral posterior em formato de placa, cada um dos quais é feito ao se reduzir pela metade o corpo da parede divisória com uma face passando através da câmara anódica a um meio substancialmente na espessura da placa e, então, a ligação do membro lateral frontal em formato de placa e membro de lateral posterior em formato de placa juntos para integrá-los. A integração é realizada de maneira satisfatória no tempo de montagem por sinterização, nomeadamente, compactos verdes, que estão no estágio de pré-sinterização antes de voltar-se ao membro lateral frontal em formato de placa e membro lateral posterior em formato de placa, são sinterizados e aderidos em conjunto simultaneamente; ou é realizada de forma adequada por meio de colagem do membro lateral frontal em formato de placa e membro lateral posterior em formato de placa, os quais foram sinterizados, com um agente de ligação. Observe que o uso de faces, as quais são moldadas pelas faces de cavidade de um molde quando os compactos verdes são formados, à medida que as faces nas quais os compactos verdes são colados juntos, permitem prontamente aprimorar a precisão dimensional no membro lateral frontal em formato de placa colado e membro lateral posterior nas faces coladas.
[0033] O corpo da parede divisória ou a parede divisória compreende ainda, preferencialmente, um membro de ligação em formato de pilar (ou espaçador) intervindo entre o membro lateral frontal em formato de placa e o membro lateral posterior em formato de placa. Ademais, o corpo da parede divisória ou a parede divisória também é formada preferencialmente por tal método como utilizar um molde de desaparecimento que é queimado para desaparecer a fim de formar a câmara anódica.
[0034] O recipiente do cátodo metálico é um constituinte que acomoda e corrige a parede divisória em formato de placa na parte interna, juntamente com a formação da câmara catódica que envolve a parede divisória em formato de placa em torno da circunferência. Um metal utilizável para fazer o recipiente do cátodo envolve metais, tais como aços inoxidáveis e ligas de alumínio, que apresentam resistência à corrosão para enxofre fundido e polissulfeto de sódio fundido.
[0035] O recipiente do cátodo compreende a junta comunicando a parte interna da câmara catódica com a parte externa. Conforme descrito anteriormente, a junta é anexada à cabeça da parede divisória em formato de placa, vedando a parte interna e a parte externa da câmara catódica de maneira hermeticamente fechada. Formar a cabeça em um formato pontiagudo permite formar a junta em um formato de tampão. Um método utilizável para ligar uma face periférica externa na cabeça em formato pontiagudo para uma face periférica interna na junta em formato de tampão envolve um ou dois ou mais dos seguintes métodos: utilizar um agente ceroso, tal como agentes de ligação de pó de vidro e ceras de prata; utilizar um método de ligação por pressão térmica; realizar o encaixe por encolhimento térmico ao aquecer a junta em formato de tampão sozinha e, então, anexar a junta em formato de tampão aquecida na cabeça em formato pontiagudo que é mantida fria; e apertar a junta em formato de tampão sobre e em torno da face periférica externa com um encaixe por aperto.
[0036] As seguintes etapas das operações possibilitam prontamente a junção entre a cabeça e a junta: a junta, que é feita para ser separada a partir de um corpo do recipiente de cátodo, é ligada ao corpo do recipiente de cátodo; e, posteriormente, a junta é integrada com o corpo do recipiente de cátodo por uma máquina de soldagem a laser, ou semelhantes. Ademais, a presente invenção permite a provisão de uma parte do corpo do recipiente de cátodo, que está presente em torno da junta, com um meio facilmente deslocável tendo um formato de fole, ou semelhantes, para tornar a junta e o corpo do recipiente de cátodo deslocáveis relativamente entre si. Um membro facilmente deslocável utilizável envolve um dispositivo compreendendo uma placa metálica em formato de roda que é moldado para incluir uma depressão anular e projeção anular espalhando-se concentricamente, em um fole ou uma tubulação flexível. Adicionalmente, a presente invenção permite a provisão de uma face periférica interna no recipiente de cátodo com um guia de regulagem ou controle de posições do corpo da parede divisória na parede divisória, ou a provisão da fase periférica interna com um meio de impulso pressionando o corpo da parede divisória em direção à cabeça em formato pontiagudo para regular ou controlar as posições do corpo da parede divisória.
[0037] A bateria de sódio fundido de acordo com a presente invenção requer um recipiente para sódio que retém a maioria do sódio fundido neste. Uma vez que a presente bateria de sódio fundido compreende a câmara anódica formada na parte interna da parede divisória em formato de placa, a câmara anódica tem um pequeno volume. Entretanto, uma vez que a presente bateria de sódio fundido é uma bateria adequada para descarregamento em grande capacidade, ela requer o sódio fundido em um grande volume. Um recipiente de sódio, o qual é comunicado com a câmara anódica através do encaixe de tubulação fina, mantém o sódio fundido de grande volume neste.
[0038] Na bateria de sódio fundido de acordo com a presente invenção, tanto da câmara catódica quanto da câmara anódica envolvendo um recipiente de sódio exigem alto grau de hermeticidade. Além disso, a presente bateria de sódio fundido é submetida a uma mudança de temperatura de 50::C , aproximadamente, para cada ciclo durante o qual é operada para carga e descarga. Consequentemente, a câmara anódica e a câmara catódica são empregadas sob uma pressão reduzida. A presente bateria de sódio fundido compreende a parede divisória incluída na câmara catódica, e a câmara anódica formada dentro da parede divisória. A fim de que nenhuma tensão de tração atue sobre a parede divisória, a câmara anódica é preferencialmente despressurizada mais do que a câmara catódica é despressurizada. Por exemplo, a câmara anódica é preferencialmente despressurizada a um grau de despressurização próximo a um vácuo.
[0039] Observe que a bateria de sódio fundido de acordo com a presente invenção compreende, além da câmara anódica e da câmara catódica, os outros elementos constituintes da bateria, os quais são basicamente idênticos àqueles de baterias de sódio-enxofre convencionais e baterias de sódio-sal fundido.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0040] A Fig. 1 é um diagrama de seção transversal vertical de uma bateria de sódio-enxofre de acordo com a Primeira Modalidade; A Fig. 2 é um diagrama de seção transversal no qual a Fig. 1 é ampliada parcialmente; A Fig. 3 é uma vista de plano parcial de uma parede divisória cujo diagrama de seção transversal é ilustrado na Fig. 2; A Fig. 4 é um diagrama de seção transversal vertical de uma parte significativa em uma bateria de sódio-enxofre de acordo com a Segunda Modalidade; A Fig. 5 é um diagrama de seção transversal vertical de uma seção transversal de uma parte significativa em uma parede divisória cujo diagrama de seção transversal é ilustrado na Fig. 4, e que é visto em tal direção como a rotação da parede divisória mostrada na Fig. 4 em 90 graus; e A Fig. 6 é um diagrama de seção transversal vertical de uma seção significativa em uma bateria de sódio-enxofre de acordo com a Terceira Modalidade.
MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO (Descrição de Modalidades)
[0041] A presente invenção será doravante descrita mais especificamente ao apresentar modalidades de uma bateria de sódio- enxofre de acordo com a presente invenção.
Primeira Modalidade
[0042] Uma bateria de sódio-enxofre 1 de acordo com a Primeira Modalidade da presente invenção será doravante descrita com base nas Figs. 1 até 3. Observe neste documento que a Fig. 1 ilustra uma seção transversal vertical na bateria de sódio-enxofre 1; a Fig. 2 ilustra uma seção transversal ampliada de sua parte significativa; e a Fig. 3 ilustra um plano de sua parede divisória 11 parcialmente.
[0043] A bateria 1 compreende os seguintes elementos constituintes significativos: uma parede divisória 11; um recipiente do cátodo 12; um recipiente para sódio 13; uma câmara anódica 110 formada como um espaço interno na parede divisória 11; uma câmara catódica 120 incluindo a parede divisória 11 dentro de um espaço interno no recipiente do cátodo 12; sódio fundido 14 acomodado dentro da câmara anódica 110 e dentro do recipiente para sódio 13, e constituindo um material ativo anódico; enxofre fundido 15 acomodado na câmara catódica 120, e constituindo um material ativo catódico; um encaixe de tubulação fina 16 comunicando a câmara anódica 110 com o espaço interno do recipiente para sódio 12; e um isolador 17 intervindo entre o recipiente do cátodo 12 e o recipiente para sódio 13, e isolando os dois eletricamente. A bateria 1, que utiliza o enxofre fundido 15 como um material ativo catódico, constitui uma bateria de sódio-enxofre.
[0044] A parede divisória 11 compreende um corpo da parede divisória em formato de placa 111, e uma cabeça em formato pontiagudo 117, ambos os quais são formados de beta-alumina integralmente. O corpo da parede divisória 111 inclui: um membro lateral frontal 112; um membro lateral posterior 113; um membro em formato de armação 114; um membro em formato de pilar 115 em uma quantidade de 81 peças. O corpo da parede divisória 111 tem um formato de placa quadrado tendo 100 mm, aproximadamente, em cada um dentre comprimento e largura, e aproximadamente 2 mm de espessura. O membro lateral frontal 112 e membro lateral posterior 113 têm uma configuração quadrada tendo 100 mm em cada um dentre comprimento e largura e 2 mm de espessura. O membro em formato de armação 114 tem uma configuração quadrada tendo aproximadamente 100 mm em cada um dentre comprimento e largura, 2 mm de amplitude e 2 mm de espessura, e é localizado entre o membro lateral frontal 112 e o membro lateral posterior 113. Os membros em formato de pilar 115 têm um formato de coluna com 2 mm de diâmetro externo e 2 mm de espessura, e são localizados entre o membro lateral frontal 112 e o membro lateral posterior 113 em intervalos iguais.
[0045] A cabeça em formato pontiagudo 117 inclui um membro superior 118 e um membro inferior 119, constituindo uma configuração formada como uma protuberância colunar de dois estágios, uma vez que sua face lateral externa é mostrada na Fig. 3. O membro superior 118 tem um formato colunar com aproximadamente 10 mm de diâmetro externo e 8 mm de altura. O membro inferior 119 tem um formato colunar com aproximadamente 13 mm de diâmetro externo e aproximadamente 12 mm de altura. Observa-se que o membro inferior 119, o qual é formado integralmente com o corpo da parede divisória 111, é coberto em algumas da face periférica externa parcialmente com o corpo da parede divisória 111, como ilustrado na Fig. 3. Ademais, a cabeça em formato pontiagudo 117 inclui, adicionalmente, um orifício de passagem 1175 composto de uma porção superior de orifício axial 1176 e porção inferior de orifício axial 1177. A porção superior de orifício axial 1176 tem aproximadamente 4 mm no diâmetro interno e aproximadamente 5 mm de comprimento. A porção inferior de orifício axial 1177 tem aproximadamente 3 mm no diâmetro interno e aproximadamente 7 mm de comprimento. A porção inferior de orifício axial 1177 é aberta para a câmara anódica 110.
[0046] A cabeça em formato pontiagudo 117 inclui o membro inferior 119 que é integrado não apenas com uma face de extremidade lateral no corpo da parede divisória 111, mas também com superfícies no membro lateral frontal 112 e membro lateral posterior 113 conectando à face de extremidade lateral. Assim, o membro inferior 119 parece constituir parte do corpo da parede divisória 111. Como resultado, a cabeça em formato pontiagudo 117 e o corpo da parede divisória 111 são integrados a um grau mais alto.
[0047] A parede divisória 11 é produzida da seguinte maneira: o óxido de sódio e alfa-alumina são calcinados para sintetizar beta-alumina com antecedência; a beta-alumina resultante é granulada para obter um pó fino de beta-alumina; o pó fino de beta-alumina resultante é usado para moldar um compacto verde lateral frontal e compacto verde lateral posterior, os quais dividem o corpo da parede divisória 11 em metades em torno do meio na direção de espessura; o compacto verde lateral frontal e compacto verde lateral posterior resultantes são combinados entre si para constituir um compacto verde da parede divisória; e o compacto verde da parede divisória resultante é sinterizado. Observe que um processo de produção adaptável compreende preferencialmente as etapas de: moldagem de cada uma das faces divididas pela metade no compacto verde lateral frontal e compacto verde lateral posterior com um molde; e moldagem por compressão da face frontal e face posterior com um molde de borracha. Na parede divisória sinterizada 11, a cabeça em formato pontiagudo 117 é moldada preferencialmente para ter uma face periférica externa ligeiramente maior; o orifício de passagem 1175 é moldado preferencialmente para ter uma face periférica interna ligeiramente menor: e as faces escalonadas, que são localizadas entre as faces periféricas externas no membro superior 118 e membro inferior 119 da cabeça em formato pontiagudo 117, e o orifício de passagem 1175 são preferencialmente usinados a uma maior precisão dimensional por trituração, ou semelhante.
[0048] A câmara catódica 12 compreende um corpo do recipiente 121 formado no formato de um paralelepípedo retangular, e um tampão 122 formado integralmente na face superior do corpo do recipiente 121. O corpo do recipiente 121 tem aproximadamente 105 mm em cada um dentre comprimento e largura e aproximadamente 50 mm de espessura. O tampão 122 tem aproximadamente 12 mm de diâmetro externo, aproximadamente 10 mm de diâmetro interno e aproximadamente 10 mm de altura. O recipiente do cátodo 12 é formado de uma placa de aço inoxidável cuja espessura é de aproximadamente 1 mm. Para ser mais concreto, o recipiente do cátodo 12 é formado de três porções, nomeadamente, uma porção tampada superior 123 envolvendo o tampão 122, uma porção tampada de fundo (não mostrada) no corpo do recipiente 121, e uma porção truncada 124, além da porção tampada superior 123 e porção tampada de fundo, no corpo do recipiente 121.
[0049] A porção tampada superior 123 e a parede divisória 11 são integradas entre si como a seguir: a porção tampada superior 123 envolvendo o tampão 122 é primeiramente montado no membro superior 118 da cabeça em formato pontiagudo 117 até a extremidade inferior do tampão 122 entra em contato com a face da extremidade superior no membro inferior 119 da cabeça em formato pontiagudo 117; e então a face periférica externa no membro superior 118 e a face periférica interna no tampão 122 são ligadas entre si por encaixe por encolhimento térmico e a colagem por pressão térmica.
[0050] Observe que, antes ou após a operação de ligação, a extremidade livre de uma porção mais curta 162 no encaixe de tubulação fina 16 é inserida na porção superior de orifício axial 1176 do orifício de passagem 1175 no membro superior 118 da cabeça 117 na parede divisória 11 e então a porção mais curta 162 e a porção superior do orifício axial 1176 são ligadas entre si.
[0051] Ademais, a porção tampada superior 123 à qual a parede divisória 11 é ligada, e a porção truncada 124 são integradas entre si por soldagem a laser. Adicionalmente, um coletor de corrente semelhante a feltro (não mostrado), que tem aproximadamente 100 mm em cada um dentre comprimento e largura e aproximadamente 18 mm de espessura e que é composto de fibras de carbono com enxofre impregnado, é preparado. O coletor de corrente semelhante a feltro assim preparado é inserido nos lados opostos da parede divisória 11, que é mantida dentro do corpo do recipiente 121, através do fundo aberto da porção truncada 124. Por fim, a porção truncada 124 e a porção tampada de fundo são integradas entre si por soldagem a laser, formando o recipiente do cátodo 12.
[0052] O recipiente para sódio 13 é um recipiente que é provido com um recorte. O recipiente para sódio 13 é formado no formato de um paralelepípedo retangular e tem aproximadamente 50 mm em cada um dentre comprimento e espessura e 105 mm de largura. O recorte é disposto em uma das extremidades opostas no lado inferior do recipiente para sódio 13 e é formado no formato de um paralelepípedo retangular com aproximadamente 20 mm de altura, aproximadamente 25 mm de comprimento e aproximadamente 50 mm de largura. O recipiente para sódio 13 é formado de uma placa de aço inoxidável cuja espessura é de aproximadamente 1 mm.
[0053] Um encaixe de tubulação fina 16 é uma tubulação fina com 3 mm de diâmetro e aproximadamente 1 mm de espessura e é feito de aço inoxidável. O encaixe de tubulação fina 16 compreende: uma porção mais longa 161 com uma extremidade uma de cujas extremidades opostas tem um diâmetro alargado; e a porção mais curta 162 com uma extremidade cujo diâmetro é estreitado e é inserido na extremidade de diâmetro alargado da porção mais longa 161. Como ilustrado na Fig. 1, o encaixe de tubulação fina 16 é soldado de maneira hermeticamente fechada em uma das extremidades opostas ao recipiente para sódio 13 de modo que a porção mais longa 161 penetra pela face superior do recipiente para sódio 13 com o recorte provido; e é dobrada em um formato de letra "U" invertida para tornar a outra das extremidades opostas localizada adjacente a uma face inferior interna do recipiente para sódio 13. Como ilustrado na Fig. 2, o encaixe de tubulação fina 16 é adicionalmente ligada de maneira hermeticamente fechada de modo que a porção mais curta 162 seja inserida na porção de orifício axial 1176 do orifício de passagem 1175 na cabeça em formato pontiagudo 117. Quando o recipiente para sódio 13 é montado com o recipiente do cátodo 12, a porção mais longa 161 e porção mais curta 162 do encaixe de tubulação fina 16 e o recipiente para sódio 13 e cabeça em formato pontiagudo 117 são ligados entre si da seguinte maneira: cada uma dentre a porção mais longa 161 e porção mais curta 162 é ajustada na extremidade livre para dentro do membro correspondente coaxialmente; e, posteriormente, cada uma das extremidades livres coaxialmente ajustadas e o membro correspondente são aderidos por aquecimento.
[0054] O isolador 17, que compreende uma folha com aproximadamente 3 mm de espessura e é feito de fibras inorgânicas, intervém entre o recipiente do cátodo 12 e o recipiente para sódio 13 para isolar eletricamente entre os dois.
[0055] Após o recipiente do cátodo 12 ter sido montado com o recipiente para sódio 13, sódio fundido é injetado no recipiente para sódio 13 através de um duto injetor não mostrado. Então, as partes internas do recipiente para sódio 13 e a câmara anódica 110 são colocados em um estado de quase-vácuo por desaeragem do recipiente para sódio 13 e câmara anódica 110 e, por fim, fechar o duto injetor.
[0056] Por conseguinte, a parte interna do recipiente do cátodo 12 é desaerado através de um duto desaerador não mostrado. Então, o duto desaerador é fechado após a câmara anódica 110 ter sido despressurizada mais do que a câmara catódica 120 é despressurizada.
[0057] A bateria de sódio-enxofre de acordo com a Primeira Modalidade é construída como descrito acima. A presente bateria de íons sódio, a qual é aquecida a 300::C aproximadamente, e cujo recipiente do cátodo 12 e câmara de sódio 13 constituindo um terminal catódico e terminal anódico, respectivamente, são conectados a uma carga externa, funciona da mesma maneira que baterias de sódio-enxofre comuns funcionam.
[0058] A bateria de sódio-enxofre de acordo com a Primeira Modalidade veda a câmara catódica 120 de maneira hermeticamente fechada da parte externa em um local, nomeadamente, a vedação entre a face periférica externa na cabeça em formato pontiagudo 117 da parede divisória 11 e a face periférica interna no tampão 122 do recipiente do cátodo 12. Isto é, a câmara catódica 120 é vedada de maneira hermeticamente fechada a partir da parte externa em um só local, nomeadamente, a vedação simples coaxialmente cilíndrica entre uma ponta em formato de pilar e um tampão cilíndrico. É fácil não só concluir uma face de vedação cilíndrica, mas também para lhe dar precisão dimensional aprimorada. Consequentemente, é fácil vedar a câmara catódica 120 de maneira hermeticamente fechada a partir da parte externa. Em particular, a cabeça em formato pontiagudo 117 e o tampão 122, que é submetido ao encaixe por encolhimento térmico para apertar mecanicamente a cabeça em formato pontiagudo 117, prover uma vantagem de tornar as faces de vedação menos prováveis de descolarem a partir dos substratos.
[0059] Ademais, a porção tampada superior 123 envolvendo o tampão 122 de acordo com a Primeira Modalidade é anexada ao membro superior 118 na cabeça em formato pontiagudo 117 da parede divisória 11 até que a extremidade inferior do tampão 122 entre em contato com a face da extremidade superior no membro inferior 119 da cabeça em formato pontiagudo 117. Assim, tensões, que ocorrem entre a parede divisória 11 e o recipiente do cátodo 12, concentram-se na extremidade inferior do tampão 122, e na face da extremidade superior no membro inferior 119 da cabeça em formato pontiagudo 117, mas são menos prováveis de surgir na face periférica externa no membro superior 118 da cabeça em formato pontiagudo 117 ligada ao tampão 122, e na face periférica interna no tampão 122 ligada à cabeça em formato pontiagudo 117. Consequentemente, as faces de junção entre o tampão 122 e a cabeça em formato pontiagudo 117 são menos prováveis de descolarem uma da outra.
[0060] Adicionalmente, a cabeça em formato pontiagudo 117, a qual é composta do membro superior 118 ligado ao tampão 122 e o membro inferior 119 tornado mais grosso do que é o membro superior 118, é integrado no membro inferior mais espesso 119 com o corpo da parede divisória 111. Assim, a cabeça em formato pontiagudo 117 dá uma configuração robusta contra tensões atuando entre a cabeça em formato pontiagudo 117 e o corpo da parede divisória 111.
[0061] Ademais, o corpo da parede divisória em formato de placa 111, o qual pode ser fraco para tensões mecânicas, é mantido em um estado tal como flutuante dentro da câmara anódica 110. Assim, o corpo da parede divisória em formato de placa 111 é sustentado sob uma condição onde as tensões de tração, tais como tensões de flexão ou flexural, são menos prováveis de atuar parcialmente sobre este. Consequentemente, o corpo da parede divisória em formato de placa 111 constitui uma nova parede divisória, a qual é tão durável que as chances de ser quebrada são baixas.
Segunda modalidade
[0062] Uma bateria de sódio-enxofre 2 de acordo com a Segunda Modalidade da presente invenção será doravante descrita com base nas Figs. 4 e 5. A bateria de sódio-enxofre 2 compreende, em vez da parede divisória 11 da bateria de sódio-enxofre 1 de acordo com a Primeira Modalidade, uma parede divisória modificada 21. A parede divisória 21 será doravante descrita principalmente porque a bateria de sódio-enxofre 2 compreende os mesmos elementos constituintes que aqueles da bateria de sódio-enxofre 1, além da parede divisória 21.
[0063] A Fig. 4 ilustra uma seção transversal vertical de uma parte significativa da bateria de sódio-enxofre 2. A Fig. 5 ilustra um elemento constituinte principal da parte significativa ilustrada no diagrama de seção transversal mostrado na Fig. 4, nomeadamente, a parede divisória 21, em outra seção transversal na qual a bateria de sódio-enxofre 2 ilustrada na Fig. 4 é visualizada em tal direção como uma rotação de 90 graus a partir do diagrama de seção transversal mostrado na Fig. 4.
[0064] A parede divisória 21 compreende um corpo da parede divisória em formato de placa 211 formado de beta-alumina e uma cabeça em formato pontiagudo 217 formada de alfa-alumina. O corpo da parede divisória 211 e a cabeça 217 são integrados pela ligação destas integralmente entre si com um soldador de vidro.
[0065] O corpo da parede divisória 211 compreende: um membro lateral frontal 212, um membro lateral posterior 213, um membro em formato de armação 214 e um membro em formato de pilar 215 em uma quantidade de 81 peças. O membro lateral frontal 212 e o membro lateral posterior 213 são formados no formato de uma placa quadrada com aproximadamente 100 mm em cada uma dentre comprimento e largura e aproximadamente 6 mm de espessura. O membro em formato de armação 214 é formado no formato de uma placa quadrada com 100 mm em cada um dentre comprimento e largura, 2 mm de amplitude e 2 mm de espessura, e é localizado entre o membro lateral frontal 212 e o membro lateral posterior 213. Os membros em formato de pilar 215 são formados no formato de um pilar com 2 mm de diâmetro externo e 2 mm de espessura, e são localizados em intervalos iguais entre o membro lateral frontal 212 e o membro lateral posterior 213. Um interstício entre o membro lateral frontal 212 e o membro lateral posterior 213 constitui uma câmara anódica 210. Um orifício de passagem 2140, o qual constitui uma passagem comunicando a câmara anódica 210 com a parte externa, é formado no membro em formato de armação 214.
[0066] O mesmo método de fabricação que aquele descrito na Primeira Modalidade para a fabricação da parede divisória 11 permite a fabricação do corpo da parede divisória 211.
[0067] A cabeça em formato pontiagudo 217 compreende um membro superior em formato de pilar 218 e um membro inferior em formato de pilar 219, formando a configuração de uma protuberância em formato de pilar de dois estágios, uma vez que sua seção transversal vertical é ilustrada na Fig. 5. O membro superior 218 tem aproximadamente 10 mm de diâmetro externo e aproximadamente 8 mm de altura. O membro inferior 219 tem aproximadamente 13 mm de diâmetro externo e aproximadamente 12 mm de altura.
[0068] Um sulco 2190 é formado em torno do meio na face inferior do membro inferior 219. O sulco 2190 perfura ambas as faces laterais retangulares de seção transversal do membro inferior 219. O sulco 2190 tem aproximadamente 6 mm de largura e aproximadamente 10 mm de profundidade. Para o sulco 2190, o corpo da parede divisória 211 é anexado em uma das extremidades opostas na qual o orifício de passagem 2140 é formado.
[0069] Um orifício de passagem 2175 é formado no membro superior 218 da cabeça em formato pontiagudo 217. O orifício de passagem 2175 é aberto em uma das extremidades opostas para o membro superior 218 da cabeça em formato pontiagudo 217 e é aberto na outra das extremidades opostas para o sulco 2190. O orifício de passagem 2175 é composto de uma porção superior de orifício axial 2176 e uma porção inferior de orifício axial 2177. A porção superior de orifício axial 2176 tem aproximadamente 4 mm no diâmetro interno e aproximadamente 5 mm de profundidade. A porção inferior de orifício axial 2177 tem aproximadamente 3 mm no diâmetro interno e aproximadamente 7 mm de profundidade.
[0070] Os seguintes processos de fabricação tornam possível a produção da cabeça em formato pontiagudo 217: a formação de um compacto verde em formato de pilar feito de alfa-alumina e tendo um tamanho um pouco maior do que as dimensões predeterminadas; moldagem do compacto verde por usinagem; sinterização do compacto verde modelado; e, então, conclusão do compacto verde sinterizado para as dimensões predeterminadas por usinagem.
[0071] A parede divisória 21 é disponível pela ligação da cabeça em formato pontiagudo 217 em uma das extremidades opostas, na qual o orifício de passagem 2140 é formado, para o corpo da parede divisória 211 com um soldador de vidro.
[0072] Da mesma maneira que a parede divisória 11 de acordo com a Primeira Modalidade, a parede divisória 21 compreende, igualmente, a cabeça em formato pontiagudo 217 integrada no membro inferior espesso 219 com o corpo da parede divisória 211. Assim, o membro inferior espesso 219 aumenta a integralidade entre a cabeça em formato pontiagudo 217 e o corpo da parede divisória 211.
[0073] Descrições sobre como a bateria de sódio-enxofre 2 de acordo com a Segunda Modalidade é construída são abreviadas neste documento porque ela é construída de maneira idêntica àquela da bateria de sódio-enxofre 1 de acordo com a Primeira Modalidade.
[0074] O método para a fabricação da parede divisória 21 da bateria de sódio-enxofre 2, o método que compreende as etapas de: divisão da parede divisória 21 em duas partes componentes, o corpo da parede divisória 21 e o corpo em formato pontiagudo 217; e, posteriormente, a integração das duas partes componentes, é eficaz na adoção de um método de formação no qual um processo de deposição eletroforética produz apenas um compacto verde com uma espessura da parede substancialmente igual.
Terceira Modalidade
[0075] Uma bateria de sódio-enxofre 3 de acordo com a Terceira Modalidade da presente invenção será doravante descrita com base na Fig. 6. A bateria de sódio-enxofre 3 compreende uma parede divisória modificada 31, um recipiente do cátodo modificado 32 e um encaixe de tubulação fina modificado 36, em vez da parede divisória 11, recipiente do cátodo 12 e encaixe de tubulação fina 16 da bateria de sódio- enxofre 1 de acordo com a Primeira Modalidade. Os outros elementos constituintes da bateria de sódio-enxofre 3 são idênticos àqueles da bateria de sódio-enxofre 1.
[0076] A Fig. 6 ilustra uma seção transversal vertical de uma parte significativa da bateria de sódio-enxofre 3. Observe que a seção transversal mostrada na Fig. 6 corresponde a uma seção transversal vista em tal direção como a rotação da seção transversal mostrada na Fig. 4 em 90 graus. Isto é, a direção de visualização é idêntica com a direção na qual Fig. 5 é vista.
[0077] A parede divisória 31 compreende um corpo da parede divisória em formato de placa 311 formado de beta-alumina e uma cabeça em formato pontiagudo 317 formada de alfa-alumina. O corpo da parede divisória 311 e a cabeça 317 são ligadas integralmente entre si com um soldador de vidro.
[0078] O corpo da parede divisória 311 tem o formato de uma placa quadrada e compreende um membro lateral frontal 312, um membro lateral posterior 313, um membro em formato de armação 314 e membros em formato de pilar 315. Um interstício entre o membro lateral frontal 312 e o membro lateral posterior 313 constitui uma câmara anódica 310. Um orifício de passagem 3140, o qual faz com que parte de uma passagem comunicando a câmara anódica 310 com um tanque ou recipiente de sódio externo, é formado no membro de armação 314. Observe que o corpo da parede divisória 311 é idêntico ao corpo da parede divisória 211, de acordo com a Segunda Modalidade.
[0079] A cabeça 317 tem o formato de uma cabeça em formato de monte de dois estágios e compreende uma porção de estágio superior 318 e uma porção de estágio inferior 319. A porção de estágio superior 318 inclui um orifício axial 3170 juntamente com uma face superior 3181. A porção de estágio inferior 319 inclui uma face com ressalto anular 3191.
[0080] O orifício axial 3170 na cabeça 317 inclui um orifício axial superior 3171 e um orifício axial inferior 3172. O orifício axial superior 3171 tem aproximadamente 6 mm de diâmetro interno e aproximadamente 7 mm de profundidade. O orifício axial inferior 3172 estende-se para baixo concentricamente com o orifício axial superior 3171 e tem 3 mm de diâmetro interno e 8 mm de profundidade. A porção de estágio superior 318 da cabeça 317 dispõe de 16 mm de diâmetro externo e 5 mm de altura. A porção de estágio inferior 319 da cabeça 317 tem 27 mm de diâmetro externo e 26 mm de altura. A face de ressalto anular 3191 na porção de estágio inferior 319 tem 16 mm de diâmetro interno, 27 mm de diâmetro externo e 5,5 mm de largura.
[0081] A porção de estágio inferior 319 é provida com um sulco de engate 3190 na extremidade inferior. O sulco de engate 3190 tem o centro coincidindo com o centro axial da porção de estágio inferior 319, tem 6 mm de largura, e 16 mm de profundidade e é aberto nas extremidades opostas. O orifício axial 3170 é aberto na face superior no sulco de engate 3190. A cabeça 317 tem uma configuração simétrica de linha no que diz respeito ao centro axial do orifício axial 3170, e constitui uma cabeça de dois estágios em formato de monte com 31 mm de altura.
[0082] A cabeça 317 também é produzida pelo mesmo método de fabricação que o método descrito acima para a cabeça 217 de acordo com a Segunda Modalidade. A parede divisória 31 é obtida pela ligação da cabeça 317 com um soldador de vidro a uma das extremidades opostas do corpo da parede divisória 311 na qual o orifício de passagem 3140 é formado. A parede divisória 31 compreende, igualmente, a cabeça 317 integrada no estágio inferior espesso 319 com o corpo da parede divisória 311 da mesma maneira que a parede divisória 21 de acordo com a Segunda Modalidade. Assim, a porção de estágio inferior espessa 319 aumenta a integralidade entre a cabeça 317 e o corpo da parede divisória 311.
[0083] O recipiente do cátodo 32 compreende um corpo do recipiente 321 e uma junta em formato de chapéu 322 formada integralmente com um sítio de face de topo no corpo do recipiente 321. O corpo do recipiente 321 é formado no formato de um paralelepípedo retangular com aproximadamente 105 mm em cada um dentre comprimento e espessura e aproximadamente 50 mm de altura. A junta em formato de chapéu 322 inclui uma porção de face de topo 3221 e uma porção cilindricamente cercada 3222. A porção de face de topo 3221 com 28 mm de diâmetro externo é provida com uma abertura tendo 16 mm de diâmetro. A porção cilindricamente cercada 3222 com 28 mm de diâmetro externo e 5 mm de altura se estende para baixo a partir do aro circunferencial da porção de face de topo 3221. Ademais, o recipiente do cátodo 32 é formado de uma placa de aço inoxidável com aproximadamente 1 mm de espessura.
[0084] Para ser mais concreto, o recipiente do cátodo 32 compreende duas partes, nomeadamente, uma parte tampada superior envolvendo a junta em formato de chapéu 322 e uma parte do corpo de recipiente excluindo a parte tampada de topo e/ou a junta em formato de chapéu 322. Observe neste documento que a junta em formato de chapéu 322 inclui a porção de face de topo 3221 e a porção cilindricamente cercada 3222.
[0085] O seguinte método atinge a ligação entre a parte tampada de topo envolvendo a junta em formato de chapéu 322 e a cabeça 317 da parede divisória 31. Primeiro, a parte tampada de topo é colocada na junta em formato de chapéu 322 na cabeça 317 da parede divisória 322. Então, a cabeça 317 é projetada na porção de estágio superior 318 através da abertura na porção de face de topo 3221 da junta em formato de chapéu 322. Ademais, a porção de face de topo 3221 é colocada em contato na face inferior com a face de ressalto anular 3191 na porção de estágio inferior 319 da cabeça 317, anexando a junta em formato de chapéu 322 à cabeça 317 da parede divisória 31. De acordo com as circunstâncias, a face periférica interna na porção cilindricamente cercada 3222 da junta em formato de chapéu 322 e a face periférica externa na porção de estágio inferior 319 da cabeça 317 são ajustadas coaxialmente entre si. Ademais, a parte tampada de topo envolvendo a junta em formato de chapéu 322 é fixada a e mantida na cabeça 317 da parede divisória 31. Dessa forma, a porção de face de topo 3221 na junta em formato de chapéu assim fixada e mantida 322 é sustentada firmemente sobre a face de ressalto anular 3191 na porção de estágio inferior 319 da cabeça 317.
[0086] Uma força de pressão predeterminada é aplicada à junta em formato de chapéu 322, a qual é colocada sob as condições descritas acima, a partir de uma face para cima na porção de face de topo 3221 da junta em formato de chapéu 322, pressionando a porção de face de topo 3221 na face de ressalto anular 3191 na porção de estágio inferior 319 da cabeça 317. A junta em formato de chapéu 322 e cabeça 317, os quais são colocados sob a condição comprimida, são aquecidos a uma temperatura predeterminada e, então, são mantidos sob a condição aquecida por um tempo predeterminado, ligando a junta em formato de chapéu 322 na face inferior na porção de face de topo 3221 e a cabeça 317 na face anular na porção de estágio inferior 319 entre si por difusão térmica. Assim, a parede divisória 31 é ligada à tampa de topo do recipiente do cátodo 32.
[0087] Simultaneamente com a ligação descrita acima, uma porção mais curta 362 no encaixe de tubulação fina 36 é ligada à face de topo anular 3181 na porção de estágio superior 318 da cabeça 317 por difusão térmica. O encaixe de tubulação fina 36 é composto de duas porções, nomeadamente, uma porção mais longa 361 e a porção mais curta 362. A porção mais longa 361 é idêntica a uma porção mais longa no encaixe de tubulação fina 16 de acordo com a Primeira Modalidade. Como ilustrado na Fig. 6, a porção mais curta 362 no encaixe de tubulação fina 36 compreende um segmento de extremidade 363 formado no formato de um funil flangeado e um segmento de tubulação fina 364 formado no formato de um túbulo. O segmento de extremidade em formato de funil 363 inclui uma flange anular 3631, e um suporte 3632 cuja configuração periférica externa é formada como um cone truncado circular. O suporte 3632 é integrado na extremidade inferior com a extremidade inferior do segmento de tubulação fina 364 por soldagem sob tal condição como a localização de seu sítio axialmente nuclear concentricamente com o segmento de tubulação fina 364.
[0088] Como ilustrado na Fig. 6, o encaixe de tubulação fina 36 é ligado na porção mais curta 362 à porção de estágio superior 318 da cabeça 317 por difusão térmica. Especificamente, o suporte 3632 do segmento de extremidade em formato de funil 363 é inserido no orifício axial superior 3171 na porção de estágio superior 318 da cabeça 317. Então, uma face descendente na flange 3631 da porção mais curta 362 é colocada em contato com a face de topo anular 3181 na porção de estágio superior 318. Por fim, o encaixe de tubulação fina assim submontado 36 e cabeça 317 são aquecidos a uma temperatura predeterminada enquanto se aplica uma força de pressão predeterminada na face ascendente na flange 3631, ligando a flange 3631 na face descendente para a face de topo anular 3181 na porção de estágio superior 318 por difusão térmica.
[0089] A tampa superior e o corpo do recipiente 321 do recipiente do cátodo 32 são integrados entre si da seguinte maneira. Primeiro, feltro feito de fibras de carbono impregnadas com enxofre é colocado no corpo do recipiente 321. Posteriormente, a parede divisória 31 é inserida no corpo do recipiente 321 e, em seguida, a tampa de topo é colocada sobre o corpo do recipiente 321. Subsequentemente, o corpo do recipiente 321 e a tampa de topo são integradas por soldagem a laser ou são ligadas por crimpagem.
[0090] A bateria de sódio-enxofre 3 de acordo com a Terceira Modalidade é construída como descrito acima. A parede divisória 31 e o recipiente do cátodo 32 da bateria de sódio-enxofre 3 são integrados pela junta em formato de chapéu 322 do recipiente do cátodo 32. A junta em formato de chapéu 322 compreende a porção de face de topo 3221 e a porção cilindricamente cercada 3222. A porção de face de topo 3221 é integrada com a face de ressalto anular 3191 na porção de estágio inferior 319 na cabeça 317 da parede divisória 31, e a porção cilindricamente cercada 3222 é integrada com o sítio superior da face periférica externa na porção de estágio inferior 319. Consequentemente, o sítio superior da face periférica externa na porção de estágio inferior 319 e a porção cilindricamente cercada 3222 da junta em formato de chapéu 322 primeiro vem a ser submetidos a tensões, tais como deformações relativas, as quais atuam entre a parede divisória 31 e o recipiente do cátodo 32. Consequentemente, tensões, como deformações relativas, as quais atuam entre a parede divisória 31 e o recipiente do cátodo 32, não atuam diretamente sobre a face de ressalto anular 3191 e porção de face de topo 3221 constituindo as faces de junção. Assim, a junta em formato de chapéu 322 reduz as possibilidades de a parede divisória integrada 31 e o recipiente do cátodo 32 serem quebrados nas faces de junção.
[0091] Da mesma forma, o orifício axial superior 3171 na porção de estágio superior 318 e o suporte em formato de cone truncado circular 3632 no encaixe de tubulação fina 36 primeiramente vem a ser submetidos a tensões, tais como deformações relativas, as quais atuam entre a parede divisória 31 e o recipiente para sódio 13.
[0092] Consequentemente, tensões, como deformações relativas, as quais atuam entre a parede divisória 31 e o recipiente para sódio 13, não atuam diretamente sobre as faces de junção feitas entre a face de topo anular 3181 na porção de estágio superior 318 e a flange 3631 no segmento de extremidade em formato de funil 363. Assim, o orifício axial superior 3171 e o suporte 3632 reduzem as possibilidades de a parede divisória integrada 31 e o recipiente para sódio 13 serem quebrados nas faces de junção. Explicação sobre Numerais de Referência
[0093] (1, 2 ou 3): Bateria de sódio-enxofre; (11, 21 ou 31): Parede divisória; (12 ou 32): Recipiente do cátodo; 13: Recipiente para sódio; (16 ou 36): Encaixe de tubulação fina; (111, 211 ou 311): Corpo da parede divisória; (117 ou 217): Pontiagudo; 121: Corpo do recipiente; e 122: Tampão

Claims (10)

1. Parede divisória (11, 21, 31) para bateria de sódio fundido, a parede divisória, compreendendo: um corpo da parede divisória (111, 211, 311) organizado dentro de um recipiente de cátodo (12, 32) metálico incluindo uma junta (122, 322) que tem uma abertura comunicando uma parte interna do recipiente de cátodo (12, 32) com uma parte externa do mesmo, o corpo da parede divisória (111, 211, 311) tendo um formato de placa, que inclui: uma câmara anódica (110, 210, 310) em torno de um local central da mesma em uma direção de espessura da mesma; e um orifício de passagem (1175, 2175, 2140, 3140, 3170) conectando a câmara anódica (110, 210, 310) a uma parte externa da câmara anódica (110, 210, 310), e feito de beta-alumina; e caracterizada pelo fato de que adicionalmente compreende: uma cabeça (117, 217, 317) ajustada na abertura da junta (122, 322), formada integralmente com o corpo da parede divisória (111, 211, 311), incluindo um orifício de passagem (1175, 2175, 2140, 3140, 3170) que é comunicado com a câmara anódica (110, 210, 310) por meio do orifício de passagem (1175, 2175, 2140, 3140, 3170), anexada de maneira hermeticamente fechada à junta do recipiente de catodo, e feita de um material cerâmico.
2. Parede divisória (11, 21, 31) para bateria de sódio fundido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a junta (122, 322) tem um formato cilíndrico; e a cabeça (117, 217, 317) tem um formato pontiagudo anexado a uma face periférica interna na junta em formato cilíndrico.
3. Parede divisória (11, 21, 31) para bateria de sódio fundido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a junta (122, 322) compreende uma parte incluindo a abertura, e outra parte tendo uma face de fixação anular demarcando a abertura; e a cabeça (117, 217, 317) compreende uma parte central incluindo o orifício de passagem (1175, 2175, 2140, 3140, 3170), e outra parte incluindo uma superfície aderida em formato de anel presente em torno da parte central a ser ligada à superfície aderida da junta.
4. Parede divisória (11, 21, 31) para bateria de sódio fundido, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que: a junta (122, 322) tem um formato de chapéu compreendendo uma porção de face de topo (3221) incluindo uma parte que tem a face de fixação anular, e uma porção cilindricamente cercada (3222) estendendo-se para baixo a partir de uma borda circunferencial da porção de face de topo (3221); e a cabeça compreende uma porção de estágio superior (318) incluindo o orifício de passagem (1175, 2175, 2140, 3140), e uma porção de estágio inferior (319) presente em torno da porção de estágio superior (318), e incluindo uma face de fixação anular ligada à face de fixação da junta.
5. Parede divisória (11, 21, 31) para bateria de sódio fundido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o material cerâmico compreende pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em beta-alumina e alfa-alumina.
6. Parede divisória (11, 21, 31) para bateria de sódio fundido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos o corpo da parede divisória (111, 211, 311) compreende uma porção lateral frontal e uma porção lateral posterior, a porção lateral frontal e a porção lateral posterior divididas por uma face imaginária passando através da câmara anódica (110, 210, 310); e é integrado ao se ligar a porção lateral frontal e porção lateral posterior diretamente ou por meio de um membro de ligação.
7. Parede divisória (11, 21, 31) para bateria de sódio fundido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos a câmara anódica (110, 210, 310) é formada com um molde de desaparecimento.
8. Bateria de sódio fundido (1, 2, 3), caracterizada pelo fato de compreender: sódio fundido (14) constituindo um material ativo anódico; um material ativo catódico; um recipiente para sódio (13) acomodando o sódio fundido (14) neste; uma parede divisória (11, 21, 31), conforme definida na reivindicação 1, incluindo uma câmara anódica (110, 210, 310) em uma parte interna da mesma; um recipiente do cátodo (12, 32) acomodando, de maneira hermeticamente fechada, o material ativo do cátodo e a parede divisória (11, 21, 31) no mesmo; e meio de comunicação (16, 36) para comunicar a câmara catódica (120) e o recipiente de sódio (13), a bateria de sódio fundido adicionalmente compreendendo: o recipiente de cátodo (12, 32) incluindo uma junta que tem uma abertura comunicando uma parte interna do recipiente do cátodo (12, 32) com uma parte externa da mesma, e feita de um metal; a parede divisória (11, 21, 31) incluindo: um corpo da parede divisória (111, 211, 311) organizado dentro do recipiente de cátodo (12, 32), tendo um formato de placa, o qual inclui: a câmara anódica (110, 210, 310) em torno de uma localização central da mesma em uma direção de espessura da mesma; e um orifício de passagem (1175, 2175, 2140, 3140, 3170) conectando a câmara anódica (110, 210, 310) a uma parte externa da câmara anódica (110, 210, 310), e feito de beta-alumina; e uma cabeça (117, 217, 317) ajustada na abertura da junta, formada integralmente com o corpo da parede divisória (111, 211, 311), incluindo um orifício de passagem (1175, 2175, 2140, 3140, 3170) que é comunicado com a câmara anódica (110, 210, 310) por meio do orifício de passagem (1175, 2175, 2140, 3140, 3170), anexada de maneira hermeticamente fechada à junta, e feita de um material cerâmico.
9. Bateria de sódio fundido (1, 2, 3), de reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o meio (16, 36) é formado de um tubo metálico fino.
10. Bateria de sódio fundido (1, 2, 3), de reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que anódico é enxofre fundido (15) ou um haleto metálico.
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