DE2652012A1 - Elektrochemischer generator auf schwefel-natriumbasis - Google Patents

Elektrochemischer generator auf schwefel-natriumbasis

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DE2652012A1 DE19762652012 DE2652012A DE2652012A1 DE 2652012 A1 DE2652012 A1 DE 2652012A1 DE 19762652012 DE19762652012 DE 19762652012 DE 2652012 A DE2652012 A DE 2652012A DE 2652012 A1 DE2652012 A1 DE 2652012A1
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Description

Fo 10 208 D 2 6 b 2 Ü 1
15. Nov. 1976
Dipl.-Ing. Jürgen WEINMILLEFi
PATENTASSESSOR
SOSRl GmbH
8OOO München 8O
Zeppelinstn 63
COMPAGKIE GENERALE D'ELECTRICITE S.A. 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX 08 Frankreich
ELEKTROCHEMISCHER GENERATOR AUF SCHWEFELNATRIUMBASIS
Die Erfindung betrifft elektrochemische Generatoren, insbesondere Schwefel—Natriumgeneratoren.
Es ist bekannt, daß in diesen Generatoren der anodisch wirksame Stoff aus einem Alkalimetall, insbesondere Natrium, besteht, das bei Betriebstemperatur flüssig sein muß. Der kathodisch wirksame Stoff besteht im allgemeinen aus Schwefel und seinen Natriumsalzen, kann aber auch aus Phosphor, Selen und den entsprechenden alkalischen Salzen gebildet werden. Wenn die wirksamen Stoffe Schwefel und Natrium sind, ergibt sich als elektrochemische Reaktion eine reversible Bildung von Natrium-
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polysulfiden, deren Natriumgehalt im Verlauf der Entladung ansteigt. Der die kathodischen und anodischen Reaktionsstoffe trennende Elektrolyt muß bei Arbeitstemperatur, d.h. bei etwa 300 C, fest, für die alkalischen Ionen, die sich im anodischen Abteil bilden, durchlässig und für die Elektronen undurchlässig sein. In einer bekannten Ausfuhrungsform besteht er aus mit Natrium versetztem Beta-Aluminiumoxyd, d.h. einer Verbindung mit etwa 5 bis 9 Molekülen Aluminiumoxyd pro Natriumoxyd-Molekül. Er weist die Form eines an seinem unteren Ende geschlossenen Rohres auf, das den anodischen Reaktionsstoff enthält und in den kathodischen Reaktionsstoff eingetaucht ist, der seinerseits in einem kathodischen Metallbehälter untergebracht ist und einen Graphitfilz tränkt. Das Elektrolytrohr wird von einem Träger gehalten, der hermetisch dicht schließend an den kathodischen Behälter sowie an einen Behälter für den anodischen Reaktionsstoff angebaut ist.
Im allgemeinen weist dieser Halter die Form einer Platte oder Scheibe aus Alpha-Aluminiumoxyd auf. Diese Scheibe ist mit einer zentralen Bohrung versehen, in die das Rohr aus Natrium-Beta-Aluminiumoxyd mit Hilfe eines Glases eingesetzt ist.
In derartigen Generatoren führt der Entladevorgang zur Umbildung des Schwefels in Natrium-Polysulfide gemäß der folgenden allgemeinen Formel :
S > Na2S5 *" Na2S4 ^ Na2S3*
Beim Wiederaufladen kommt es;zum umgekehrten Vorgang Es ließ sich jedoch feststellen, daß es praktisch in herkömmlichen Generatoren unmöglich ist, die Umbildung
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durchzuführen und somit eine völlige Wiederaufladung zu erreichen.
Dieser Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, daß sich beim Wiederaufladen auf dem Elektrolytrohr ein dauerhafter Schwefelfilm niederschlägt, der gegenüber den Natriumionen als Barriere wirkt und so die völlige Regenerierung des elementaren Schwefels verhindert.
Ziel der Erfindung ist es also, einen Schwefel-Natrium generator zu entwickeln, bei dem dieser Nachteil entfällt und mit dem folglich ein praktisch vollständiges Wiederaufladen des Generators möglich wird.
Dieses Ziel wird bei einem elektrochemischen Generator auf Schwefel-Natriumbasis
- mit einem kathodischen Behälter mit einem bei Betriebstemperatur flüssigen kathodischen Reaktionsstoff, der aus der Gruppe von Stoffen gewählt wird, die aus Schwefel, Phosphor, Selen und den alkalischen Salzen dieser Elemente gebildet wird,
- mit mindestens einem festen Elektrolytrohr aus alkalischem Beta-Aluminiumoxyd, das an seinem unteren Ende verschlossen ist und einen bei der Betriebstemperatur flüssigen anodischen Reaktionsstoff in Form eines Alkalimetalls enthält sowie in den kathodischen Reaktionsstoff eingetaucht ist,
- mit einem Halter aus Isolierkeramik zum Befestigen des Elektrolytrohrs im kathodischen Behälter, wobei die Verbindung zwischen diesem Halter und dem Elektrolytrohr mit Hilfe einer Glasschicht hergestellt wird,
- mit einem anodischen Behälter, der einen Vorrat des anodischen Reaktionsstoffes enthält und über dem kathodischen Behälter
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angeordnet ist, derart daß das Elektrolytrohr sich in seinem oberen Bereich in diesen anodischen Behälter öffnet, wobei die Platte die offenen Enden des anodischen Behälters und des kathodischen Behälters trennt und der kathodische Behälter mit aus Graphitfilz bestehenden Scheiben versehen ist, die als kathodische Kollektoren für den erzeugten Strom dienen, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Enden der der Seitenwandung des Elektrolytrohrs gegenüberliegenden, als Lochscheiben ausgebildeten Scheiben in einem Abstand von dieser Wandung liegen, während mindestens eine der anderen Scheiben als Vollscheibe ausgebildet ist und auf die Bodenwandung des Elektrolytrohrs aufstößt.
Der Abstand zwischen den Scheibenenden und der Seitenwandung des Elektrolytrohrs wird so gewählt, daß der Wert seines Verhältnisses zur Hälfte der Querabmessung des kathodischen Vorratsbehälters zwischen 0,05 und O,5 liegt.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme au_" die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen elektrochemischen Generator.
Fig. 2 zeigt ein Leistungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Generators.
Der erfindungsgemäße Generator gemäß Fig.l weist rotationssymmetrische zylindrische Form auf und ist in einem Achsenschnitt gezeigt.
Der Generator besitzt einen zylindrischen kathodischen Behälter 2 aus einem leitenden Material, der mit schwefelgetränk ten Graphitfilzscheiben 16, 16' und 16" gefüllt ist. Diese Graphitfilzscheiben bilden den Stromkollektor. Der obere Rand des
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Behälters 2 ist mit der unteren Seite einer horizontalen kreisförmigen Alpha-Aluminiumoxydplatte 6 verschmolzen.
Ein zylindrischer anodischer Behälter 8, der ebenfalls aus einem leitenden Material besteht und praktisch denselben Durchmesser wie der kathodische Behälter 2 aufweist, wird mit seinem offenen Rand mit der oberen Seite der Platte 6 verbunden.
Er enthält einen Vorrat von anodischem Reaktionsstoff, der aus flüssigem Natrium besteht.
Die Platte 6 ist mit einer zentrischen zylindrischen Bohrung 10 versehen. In diese Bohrung 10 ist der Rand der Öffnung eines Elektrolytrohrs 12 eingesetzt, das an seinem unteren Ende geschlossen ist und aus Natrium-Beta—Aluminiumoxyd besteht sowie den anodischen Reaktionsstoff enthält.
Der obere Rand des Rohrs 12 liegt in derselben Ebene wie die obere Seite der Platte 6.
Zwischen dem oberen Rand des Rohrs 12 und der Wandung der Bohrung 10 in der Platte 6 liegt eine Schicht 14 aus Glas, so daß die Verbindung an dieser Stelle abgedichtet ist.
Graphitfilzscheiben 16, die dem Elektrolytrohr gegenüberliegen, sind als Lochscheiben ausgebildet und ihre Lochränder sind in einem Abstand e vom Rohr angeordnet, wobei das Verhältnis von e zum Radius E des Rohrs 12 zwischen 0,05 und 0,5 gewählt wird.
Vorzugsweise beträgt der Wert dieses Verhältnisses 0,2.
Weiter sind Vollscheiben 16' und 16" aus in Schwefel getränktem Graphitfilz im unteren Bereich des Behälters 2 vorgesehen. Diese Scheiben liegen an der Innenwand des Behälters 2 an. Außerdem liegt eine der Scheiben 16' auch in der darge-
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stellten Weise am Boden des Rohrs 12 an.
Ein derartiger Generator arbeitet folgendermaßen ί
Während des Wiederaufladens lagert sich der Schwefel nicht auf dem ElektrοIytrohr 12 ab, sondern in geringen Mengen auf den Enden der Scheiben 16, der Innenwandung des Rohrs 12 gegenüber.
Da jedoch der Schwefel mit Polysulfiden gleichzeitig auftritt, ist einei-iderartige Ablagerung thermodynamisch nicht stabil und kann daher die Innenwandung nicht sperren.
Daraus ergibt sich, daß Na S, in Schwefel umgewandelt werden kann, so daß ein völliges Wideraufladen des Generators möglich wird. Es ist leicht zu verstehen, daß die für die Entladung zwischen dem Behälter und dem Rohr 12 notwendige elektrische Kontinuität durch die Scheibe 16' und die Scheiben 16" hergestellt wird.
Im Diagramm der Fig. 2 werden die Leistungen eines erfindungsgemäßen Generators dargestellt.
In diesem Diagramm wird die elektromotorische Kraft E
2 in Volt in Abhängigkeit von der in Ah/cm Elektrolytrohroberfläche ausgedrückten Kapazität dargestellt.
Die Kurve A ist die Ladekurve für ein Verhältnis — =
JCi
Die Kurve B ist die Ladekurve für ein Verhältnis ·= = 0,05
JCi
Die Kurve C ist die Ladekurve für ein Verhältnis — = 0,1
In allen diesen Fällen beträgt der Ladestrom 50 mA/cm
Die Kurve D ist die Entladekurve für eine Entladestromdichte
2
von 200 mA/cm .
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Leerseite

Claims (1)

  1. 26b2Q12
    PATENTANS PRÜCHE
    Ij- Elektrochemischer Generator auf Schwefel-Natriumbasis
    - mit einem kathodischen Behälter mit einem bei Betriebstemperatur flüssigen kathodischen Reaktionsstoff, der aus der Gruppe von Stoffen gewählt wird, die aus Schwefel, Phosphor, Selen und den alkalischen Salzen dieser Elemente gebildet wird,
    - mit mindestens einem festen Elektrolytrohr aus alkalischem Beta-Aluminiumoxyd, das an seinem unteren Ende verschlossen ist und einen bei der Betriebstemperatur flüssigen anodischen Reaktionsstoff in Form eines Alkalimetalls enthält sowie in den kathodischen Reaktionsstoff eingetaucht ist,
    - mit einem Halter aus Isolierkeramik zum Befestigen des Elektrolytrohrs im kathodischen Behälter, wobei die Verbindung zwischen diesem Halter und dem Elektrolytrohr mit Hilfe einer Glasschicht Hergestellt wird,
    - mit einem anodischen Behälter, der einen Vorrat des anodischen Reaktionsstoffs enthält und über dem kathodischen Behälter angeordnet ist, derart, daß das Elektrolytrohr sich in seinem oberen Bereich in diesen anodischen Behälter öffnet, wobei die Platte die offenen Enden des anodischen Behälters und des kathodischen Behälters trennt und der kathodische Behälter mit aus Graphitfilz bestehenden Scheiben versehen ist, die als kathodische Kollektoren für den erzeugten Strom dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der der Seitenwandung des Elektrolytrohrs (12) gegenüberliegenden, als Lochscheiben ausgebildeten Scheiben (16) in einem Abstand
    709821/0920
    .ir.
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    von dieser Wandung liegen, während mindestens eine der anderen Scheiben (16*) als Vollscheibe ausgebildet ist und auf die Bodenwandung des Elektrolytrohrs aufstößt«
    2 - Generator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (e) zwischen den Scheibenlöchern und der Seitenwandung des Elektrolytrohrs (12) so gewählt wird, daß der Wert seines Verhältnisses zur Hälfte der Querabraessung (E) des kathodischen Behälters zwischen O,O5 und Of5 liegt.
    χ x
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DE2652012A 1975-11-20 1976-11-15 Elektrochemischer Generator auf Schwefel-Natriumbasis Expired DE2652012C2 (de)

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DK (1) DK144077C (de)
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BE847611A (fr) 1977-04-25
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