CA1062771A - Generateur electrochimique sodium-soufre - Google Patents
Generateur electrochimique sodium-soufreInfo
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Abstract
DESCRIPTIF Générsteur électrochimique du type sodium-soufre apte notamment à subir une recharge complète comportant un réservoir cathodique contenant du soufré, un réservoir anodique contenant du sodium, ces réactifs étant séparés par un tube d'électrolyte solide disposé dans ledit réservoir cathodique garni de rondelles de feutre de graphite assurant la collection cathodique du courant engendré, générateur caractérisé par le fait que certaines rondelles sont disposées de sorte que l'une de leurs extrémités soit distante de la paroi dudit tube d'électrilyte afin d'éviter tout dépôt de soufre sur ledit tube. L'invention est mise en oeuvre dans les générateurs pour véhicules électriques.
Description
1062771 La pr~ssnts invent on concerne les générateurs électrochimiques du type sodium-soufre.
On sait que dans ces générateurs le réactif anodlqua est constltué par un métal alcalin, généralement le sodium, qui dolt être liqulde à la température de fonctionnement. Le r~actif cathodique sst constitué géneralement par le soufre et les sels de sodium de ce corps, mais peut l'être aussi par le phosphors, le sélénium et les sels alcalins de ces corps. Dans le cas où les matériaux réactlfs sont le scufre et le sodium, la réaction ~lectrochimique condult à une formatlon réverslble de polysulfures de sodium dont la teneur en sodium croIt au cours de la d écharge. 4uant à l'électrolyte, qui sépars les réactlfs cathodique st anodique, il doit être solide à la température de fonctionnement, soit 300~ C environ, perméable pour les ions alcallns qui se forment dans le compartlrnent anodique, et imperméable pour les électrons. Il est généralement constitué d'alumlne béta sodique, c'est-à-dire d'un composé comportant envlron 5 à 9 molécules d'alumlne pour uno molécule d'oxyde de sodlum. Il pr~sente en général la forme d'un tube fermé à sa partle lnférieure, contenant le réactlf anodlque et balgnant dans le réactlf cathodlque, ce dernier réactlf étant contenu dans un réservolr cathodique métallique et
On sait que dans ces générateurs le réactif anodlqua est constltué par un métal alcalin, généralement le sodium, qui dolt être liqulde à la température de fonctionnement. Le r~actif cathodique sst constitué géneralement par le soufre et les sels de sodium de ce corps, mais peut l'être aussi par le phosphors, le sélénium et les sels alcalins de ces corps. Dans le cas où les matériaux réactlfs sont le scufre et le sodium, la réaction ~lectrochimique condult à une formatlon réverslble de polysulfures de sodium dont la teneur en sodium croIt au cours de la d écharge. 4uant à l'électrolyte, qui sépars les réactlfs cathodique st anodique, il doit être solide à la température de fonctionnement, soit 300~ C environ, perméable pour les ions alcallns qui se forment dans le compartlrnent anodique, et imperméable pour les électrons. Il est généralement constitué d'alumlne béta sodique, c'est-à-dire d'un composé comportant envlron 5 à 9 molécules d'alumlne pour uno molécule d'oxyde de sodlum. Il pr~sente en général la forme d'un tube fermé à sa partle lnférieure, contenant le réactlf anodlque et balgnant dans le réactlf cathodlque, ce dernier réactlf étant contenu dans un réservolr cathodique métallique et
2 o lmprégnant un feutre de graphite. Le tube d'électrolyte est maintenu par un support lié de façon étanche à ce réservoir cathodique et également à un réservoir de réactif anodique.
Généralement, ledit support se présente sous la forme d'une plaque ou disque confectionné en alumine alpha. Ce disque comports un alésage central dans lequel est assujetti le tube d'alumlne béta sodique.
Dans de tsls générateurs, le processus de déchargs conduit à la transformation du soufre en polysulfures de sodium selon la séquence ci-dessous :
S ~ Na2 S5 , Na2 S4 2 3' Au cours de la recharge, le processus inverse se produit.
Cependant, on constate qu'il est pratiquement impossible dans les générateurs conventionnels d'effectuer la transformation ~F
~062771 Na2 S5 _~ S
et en conséquencs, de réaliser une recharge compIète.
Un tel inconvénient résulte du fait qu'au cours de la recharge il se dépose en permanence uns pellicule de soufre sur le tube d'électrolyte qui ~oue le rôle de barrlère de mlgratlon vls à vls des lons sodlum et s'oppose ainsi à la régénératlon totals du soufre élémentalre.
Une telle observatlon expérlmentale à donc permis à la Demanderesse d'élaborer une nouvelle structure de générateur sodium-soufre apte à
élimlner un tel lnconvénlent et à permettre par vols de conséquence une recharge pretlquement complète dudlt générateur, ~ 'inventlon a donc pour but un générateur électrochlmlque du type sodlum-soufre comportant :
- un réservoir cathodique contenant un réactif cathodlque llquide à la température de fonctionnement et choisi dans 1B groupe formé par le ~oufre, le phosphore, le sélénlum et 1BS sels alcalins de ces corps, - au molns un tube d'électrolyte sollde fermé à son extrémlté lnf~rleure contenant un réactlf anodlque llqulde à l~ température de fonctionnement constltué par un métal alcalln et dlsposé dans ledlt réservolr cathodlque de façon à bal~ner dans ledlt r~actlf cathodique, les parols de ce tube 2 0 étant constltuées d'alumlne béta alcallne, - un support en céramlque lsolante pour malntenlr ledlt tube d'électrolyte dans ledlt réservoir cathodique, la lialson entre ce support et ce tube étant assurée par l'intermédiaire d'un verre, - un réservoir anodique contenant une réserve dudit réactif anodique et dlsposé au-dessus dudit réservolr cathodique, de manière à ce que ledit tube d'électrolyte s'ouvre à sa partie supérieure dans ce réservoir anodique ladite plaque séparant les extrémltés ouvertes dudit réservoir anodique et dudit réservoIr cathodique, ledit réservoir cathodique étant ~arni de rondelles confectionnées en feutre ds graphite assurant la
Généralement, ledit support se présente sous la forme d'une plaque ou disque confectionné en alumine alpha. Ce disque comports un alésage central dans lequel est assujetti le tube d'alumlne béta sodique.
Dans de tsls générateurs, le processus de déchargs conduit à la transformation du soufre en polysulfures de sodium selon la séquence ci-dessous :
S ~ Na2 S5 , Na2 S4 2 3' Au cours de la recharge, le processus inverse se produit.
Cependant, on constate qu'il est pratiquement impossible dans les générateurs conventionnels d'effectuer la transformation ~F
~062771 Na2 S5 _~ S
et en conséquencs, de réaliser une recharge compIète.
Un tel inconvénient résulte du fait qu'au cours de la recharge il se dépose en permanence uns pellicule de soufre sur le tube d'électrolyte qui ~oue le rôle de barrlère de mlgratlon vls à vls des lons sodlum et s'oppose ainsi à la régénératlon totals du soufre élémentalre.
Une telle observatlon expérlmentale à donc permis à la Demanderesse d'élaborer une nouvelle structure de générateur sodium-soufre apte à
élimlner un tel lnconvénlent et à permettre par vols de conséquence une recharge pretlquement complète dudlt générateur, ~ 'inventlon a donc pour but un générateur électrochlmlque du type sodlum-soufre comportant :
- un réservoir cathodique contenant un réactif cathodlque llquide à la température de fonctionnement et choisi dans 1B groupe formé par le ~oufre, le phosphore, le sélénlum et 1BS sels alcalins de ces corps, - au molns un tube d'électrolyte sollde fermé à son extrémlté lnf~rleure contenant un réactlf anodlque llqulde à l~ température de fonctionnement constltué par un métal alcalln et dlsposé dans ledlt réservolr cathodlque de façon à bal~ner dans ledlt r~actlf cathodique, les parols de ce tube 2 0 étant constltuées d'alumlne béta alcallne, - un support en céramlque lsolante pour malntenlr ledlt tube d'électrolyte dans ledlt réservoir cathodique, la lialson entre ce support et ce tube étant assurée par l'intermédiaire d'un verre, - un réservoir anodique contenant une réserve dudit réactif anodique et dlsposé au-dessus dudit réservolr cathodique, de manière à ce que ledit tube d'électrolyte s'ouvre à sa partie supérieure dans ce réservoir anodique ladite plaque séparant les extrémltés ouvertes dudit réservoir anodique et dudit réservoIr cathodique, ledit réservoir cathodique étant ~arni de rondelles confectionnées en feutre ds graphite assurant la
3 0 collection cathudique du courant engendré, générateur caractérisé par le falt que 1B9 ~xtr~mités dss rondelles en vis-à-vis de la paroi latérale dudit tube d'électrolyte sont dispos~s à une distance prédéterminée de ce dernier, au moins une des autres rondelles venant porter cantre la paroi du fond dudit tube d'électrolyte.
Ladite distance prédétermlnée entre les extrémités des rondelles et la paroi latérale dudit tube d'électrolyte est telle qu~ la valeur de ; 8 on rapport à la moitié de la dlmension transversale dudit réservoir oathodique est comprise entre 0,OS et 0,5.
O'autres car~ct~rlstlques et avantages de l'lnventlon ressortent de la description qui suit, donnée à tltre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aus figures annexées :
Figure 1 représente un générateur électrochimique selon l'invention.
Figure 2, un diagramme des performances d'un générateur selon l'invention, Le générateur présente la forme d'un cyllndre de révolutlon et la flgure 1 en est une vue en coupe par un plan axlal, mals ll est blen entendu qu'il peut présenter une toute autre forme.
Le générflteur représenté comporte un réservoir cathodlque cyllndrique 2, conducteur, garnl par de3 rondelles de feutre de graphite 16 16' et 16~ lmprégn~es de soufre et ~ouant le rôle de collecteur de courant. La paroi du réservoir 2 est scellée à sa partie supérleure à la face inférleure d'une plaque d'alumlne alpha 6, horlzontale et circulaire.
Un réservoir anodique cylindrique 8 également conducteur, sensiblement de meme diamètre que le réservoir cathodique 2, est scellé
de la même manière par sa partie inférieure à la face supérieure de la plaque 6.
Il contient une réserve de réactif anodique constitué de sodium liquid~.
La plaque 6 est percée en son centre d'un alésage cylindrique 10 à axe vertical. Dans cet alésage 10 s'engage l'extrémité supérieure ~062771 ouverte d'un tube d'~lectrolyte 12 fermé à son extrémité inférleure, constitué d'alumlns béta sodique et contenant le rsactif anodlque.
LB bord supérleur du tube 12 est dans le plan de la face supérleure de la plaque 6.
Un verre de llaison 14 est lnterposé entre la parol extérIeure du haut du tube 12 et la paroi de l'alésage 10 percé dans la plaque 6 de manlère ~ rendre le raccordement étanche.
Conformément à l'lnventlon, les extrémltés des rondelles de feutre de graphite référencées 16 sont disposéss en vls-à-vls de la parol latérale du tube 12 et à une dlstance e dudlt tube telle que son rapport MU rayon E du réservoir 42 solt :
0'05 Ee < 0,5 la valeur de ce rapport est de O,Z, En outre, les rondelles 16' st 16~ présentent une surface au moins égale à la sectlon du réservoir 2 et viennent en cons~quence porter contre sa paroi interne, mals, de plus on volt que la rondelle 16' vlent porter contre le fond du tube 12 à le manlère représentée, Le fonctlonnement d'un tel générateur peut ~tre expllclté comme ~ult :
Au cours de la recharge, le soufre ne se dépose pas sur le tube d'électrolyte 12, mals au contralre ll se dépose en falble quantité sur les extrémltés des rondelles 16 sn vls-à-vls dudit tube 12.
Cependant, compte tenu du fait que le soufre est en présence de polysulfures, un tel dép8t est thermodynamiquement instable et ne peut pas ~ouer un r81e de barrière de migratlon.
Il s'ensuit que Na2S5 peut de la sorte être transformé en soufre, assurant ainsl uns recharge complète du générateur. On conçolt aisément que la continuité électrique nécessaire à la décharge entre le réservoir et 1P tube 12 est assurée par la rondelle 16' d'une part ainsi que par les rondelles 16" d'autre part.
1062'771 LB diagramme de la figure 2 lllustre les performances d'un générateur sslon l'invention.
On a représenté en conséquence la force électromotrlce E en volts en fonction de la capaclté ~ exprimée en ampère heure~cm2 de surface du tube d'électrolyte, La courbe A est la courbe de charge pour un rapport ~ ~ O
La courbe B est la courbe de charge pour un rapport E ~ 0'05 Le courbe C est la courbe ds charge pour un repport Ee ~ 0,1 D~ns tous le3 cas, la denslté du coUrant de cherge est de SOmA/cm2, Le courbs D est la courbe de décharge pour une denslté ds courant de décharge de 200mA/cm2.
Olen sntendu, l'lnventlon n'est nullement llmitée au mode de réalisation décrit et représenté qul n'a ~té donné qu'à titre d'exemple.
En parlculler, on peut sans sortlr du cadre de l'lnventlon, apporter dea modlfications de détail, changer certainea dlsposltions ou remplacer oertains moyens par des moyens équlvalents, Il sst également bien entendu qu'll est à le portée de l'homme de l'art de réeliser des générateurs tels que décrlts mais pr~sentant une 2 o toute autre forme, sans pour autant se départir de l'esprlt de l'inventlon,
Ladite distance prédétermlnée entre les extrémités des rondelles et la paroi latérale dudit tube d'électrolyte est telle qu~ la valeur de ; 8 on rapport à la moitié de la dlmension transversale dudit réservoir oathodique est comprise entre 0,OS et 0,5.
O'autres car~ct~rlstlques et avantages de l'lnventlon ressortent de la description qui suit, donnée à tltre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aus figures annexées :
Figure 1 représente un générateur électrochimique selon l'invention.
Figure 2, un diagramme des performances d'un générateur selon l'invention, Le générateur présente la forme d'un cyllndre de révolutlon et la flgure 1 en est une vue en coupe par un plan axlal, mals ll est blen entendu qu'il peut présenter une toute autre forme.
Le générflteur représenté comporte un réservoir cathodlque cyllndrique 2, conducteur, garnl par de3 rondelles de feutre de graphite 16 16' et 16~ lmprégn~es de soufre et ~ouant le rôle de collecteur de courant. La paroi du réservoir 2 est scellée à sa partie supérleure à la face inférleure d'une plaque d'alumlne alpha 6, horlzontale et circulaire.
Un réservoir anodique cylindrique 8 également conducteur, sensiblement de meme diamètre que le réservoir cathodique 2, est scellé
de la même manière par sa partie inférieure à la face supérieure de la plaque 6.
Il contient une réserve de réactif anodique constitué de sodium liquid~.
La plaque 6 est percée en son centre d'un alésage cylindrique 10 à axe vertical. Dans cet alésage 10 s'engage l'extrémité supérieure ~062771 ouverte d'un tube d'~lectrolyte 12 fermé à son extrémité inférleure, constitué d'alumlns béta sodique et contenant le rsactif anodlque.
LB bord supérleur du tube 12 est dans le plan de la face supérleure de la plaque 6.
Un verre de llaison 14 est lnterposé entre la parol extérIeure du haut du tube 12 et la paroi de l'alésage 10 percé dans la plaque 6 de manlère ~ rendre le raccordement étanche.
Conformément à l'lnventlon, les extrémltés des rondelles de feutre de graphite référencées 16 sont disposéss en vls-à-vls de la parol latérale du tube 12 et à une dlstance e dudlt tube telle que son rapport MU rayon E du réservoir 42 solt :
0'05 Ee < 0,5 la valeur de ce rapport est de O,Z, En outre, les rondelles 16' st 16~ présentent une surface au moins égale à la sectlon du réservoir 2 et viennent en cons~quence porter contre sa paroi interne, mals, de plus on volt que la rondelle 16' vlent porter contre le fond du tube 12 à le manlère représentée, Le fonctlonnement d'un tel générateur peut ~tre expllclté comme ~ult :
Au cours de la recharge, le soufre ne se dépose pas sur le tube d'électrolyte 12, mals au contralre ll se dépose en falble quantité sur les extrémltés des rondelles 16 sn vls-à-vls dudit tube 12.
Cependant, compte tenu du fait que le soufre est en présence de polysulfures, un tel dép8t est thermodynamiquement instable et ne peut pas ~ouer un r81e de barrière de migratlon.
Il s'ensuit que Na2S5 peut de la sorte être transformé en soufre, assurant ainsl uns recharge complète du générateur. On conçolt aisément que la continuité électrique nécessaire à la décharge entre le réservoir et 1P tube 12 est assurée par la rondelle 16' d'une part ainsi que par les rondelles 16" d'autre part.
1062'771 LB diagramme de la figure 2 lllustre les performances d'un générateur sslon l'invention.
On a représenté en conséquence la force électromotrlce E en volts en fonction de la capaclté ~ exprimée en ampère heure~cm2 de surface du tube d'électrolyte, La courbe A est la courbe de charge pour un rapport ~ ~ O
La courbe B est la courbe de charge pour un rapport E ~ 0'05 Le courbe C est la courbe ds charge pour un repport Ee ~ 0,1 D~ns tous le3 cas, la denslté du coUrant de cherge est de SOmA/cm2, Le courbs D est la courbe de décharge pour une denslté ds courant de décharge de 200mA/cm2.
Olen sntendu, l'lnventlon n'est nullement llmitée au mode de réalisation décrit et représenté qul n'a ~té donné qu'à titre d'exemple.
En parlculler, on peut sans sortlr du cadre de l'lnventlon, apporter dea modlfications de détail, changer certainea dlsposltions ou remplacer oertains moyens par des moyens équlvalents, Il sst également bien entendu qu'll est à le portée de l'homme de l'art de réeliser des générateurs tels que décrlts mais pr~sentant une 2 o toute autre forme, sans pour autant se départir de l'esprlt de l'inventlon,
Claims (3)
1/ Générateur électrochimique du type sodium-soufre comportant :
- un réservoir cathodique contenant un réactif cathodique liquide à la température de fonctionnement et choisi dans le groupe formé par le soufre, le phosphore le sélénium et les sels alcalins de ces corps, -au moins un tubs d'électrolyte solide fermé à son extrémité inférieure contenant un réactif anodique liquide à la température de fonctionnement constitué par un métal alcalin et disposé dans ledit réservoir cathodique de façon à baigner dans ledit réactif cathodique, les parois de ce tube étant constituées d'alumine béta alcaline, - un support en céramique isolante pour maintenir ledit tube d'électrolyte dans ledit réservoir cathodique, le liaison entre ce support et ce tube étant assurée par l'intermédiaire d'un verre, - un réservoir anodique contenant une réserve dudit réactif anodique et disposé au-dessus dudit réservoir cathodique, de manière à ce que ledit tube d'électrolyte s'ouvre à sa partie supérieure dans ce réservoir anodique, ladite plaque séparant les extrémités ouvertes dudit réservoir anodique et dudit réservoir cathodlque, ledit reservior cathodique étant garni de rondelles confectionnées en feutre de graphite assurant la collection cathodique du courant engendré, générateur caractérisé par le fait que les extrémités des rondelles (16) en vis-à-vis de la paroi latérale dudit tube d'électrolyte (12) sont disposées à une distance prédéterminée de ce dernier, au moins une des autres rondelles (16') venant porter contre la paroi du fond dudit tube d'électrolyte.
- un réservoir cathodique contenant un réactif cathodique liquide à la température de fonctionnement et choisi dans le groupe formé par le soufre, le phosphore le sélénium et les sels alcalins de ces corps, -au moins un tubs d'électrolyte solide fermé à son extrémité inférieure contenant un réactif anodique liquide à la température de fonctionnement constitué par un métal alcalin et disposé dans ledit réservoir cathodique de façon à baigner dans ledit réactif cathodique, les parois de ce tube étant constituées d'alumine béta alcaline, - un support en céramique isolante pour maintenir ledit tube d'électrolyte dans ledit réservoir cathodique, le liaison entre ce support et ce tube étant assurée par l'intermédiaire d'un verre, - un réservoir anodique contenant une réserve dudit réactif anodique et disposé au-dessus dudit réservoir cathodique, de manière à ce que ledit tube d'électrolyte s'ouvre à sa partie supérieure dans ce réservoir anodique, ladite plaque séparant les extrémités ouvertes dudit réservoir anodique et dudit réservoir cathodlque, ledit reservior cathodique étant garni de rondelles confectionnées en feutre de graphite assurant la collection cathodique du courant engendré, générateur caractérisé par le fait que les extrémités des rondelles (16) en vis-à-vis de la paroi latérale dudit tube d'électrolyte (12) sont disposées à une distance prédéterminée de ce dernier, au moins une des autres rondelles (16') venant porter contre la paroi du fond dudit tube d'électrolyte.
2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite distance prédéterminée te) entre les extrémités des rondelles (16) et la paroi latérale dudit tube d'électrolyte (12) est telle que la valeur de son rapport à la moitié de la dimension transversale (E) dudit réservoir cathodique est comprise entre 0,05 et 0,5.
3/ Batterie comportant au moins un générateur selon l'une des reven-dications 1 ou 2.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=9162664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA265,993A Expired CA1062771A (fr) | 1975-11-20 | 1976-11-18 | Generateur electrochimique sodium-soufre |
Country Status (13)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS5928030B2 (fr) |
| AU (1) | AU499104B2 (fr) |
| BE (1) | BE847611A (fr) |
| CA (1) | CA1062771A (fr) |
| DE (1) | DE2652012C2 (fr) |
| DK (1) | DK144077C (fr) |
| FR (1) | FR2332623A1 (fr) |
| GB (1) | GB1508519A (fr) |
| IE (1) | IE43562B1 (fr) |
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| LU (1) | LU76230A1 (fr) |
| NL (1) | NL177959C (fr) |
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|---|---|---|---|---|
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| US4140841A (en) * | 1978-05-11 | 1979-02-20 | General Electric Company | Sulfur electrode, sulfur electrode container and methods of manufacture |
| JPS5532319A (en) * | 1978-08-28 | 1980-03-07 | Yuasa Battery Co Ltd | Sodium-sulfur battery |
| US4414299A (en) * | 1981-06-15 | 1983-11-08 | Chloride Silent Power Limited | Electrochemical cells with beta alumina ceramic electrolyte material |
| JPS59150176U (ja) * | 1983-03-28 | 1984-10-06 | 株式会社ユアサコーポレーション | ナトリウム−硫黄電池 |
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1976
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- 1976-11-04 US US05/738,995 patent/US4037028A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-11-08 AU AU19379/76A patent/AU499104B2/en not_active Expired
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- 1976-11-18 CA CA265,993A patent/CA1062771A/fr not_active Expired
- 1976-11-19 JP JP51138549A patent/JPS5928030B2/ja not_active Expired
- 1976-11-19 DK DK522076A patent/DK144077C/da active
- 1976-11-19 IT IT29525/76A patent/IT1067336B/it active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DK144077C (da) | 1982-05-03 |
| NL177959B (nl) | 1985-07-16 |
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