DE2652012C2 - Elektrochemischer Generator auf Schwefel-Natriumbasis - Google Patents
Elektrochemischer Generator auf Schwefel-NatriumbasisInfo
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Description
dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der der Seitenwandung des Elektrolytrohrs (12) gegenüberliegenden, als Lochscheiben ausgebildeten
Scheiben (16) in einem Abstand 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 Schei-
benlöchern und der Seitenwandung des Elektrolytrohrs (12) so gewählt wird, daß der Wert seines Verhältnisses zur Hälfte der Querabmessung (E^des kathodischen Behälters zwischen 0,05 und 0,5 liegt.
50
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 Natriumpolysulfiden, 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 Ausführungsform besteht er
aus mit Natrium versetztem Bcta-Aiuminiumoxyd, 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:
Beim Wiederaufladen kommt es zum umgekehrten Vorgang. E* ließ sich jedoch feststellen, daß es praktisch
in herkömmlichen Generatoren unmöglich ist, die Umbildung
Na2S5-S
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-Natriumgenerator 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 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 diraien,
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 Quermessung des kathodischen Vorratsbehälters zwischen
0,05 und 0,5 liegt
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert
F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen elektrochemischen Generator.
F i g. 2 zeigt ein Leistungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Generators.
Der erfindungsgemäße Generator gemäß F i g. 1 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
schwefelgetränkten Graphitfilzscheiben 16,16' und 16" gefüllt ist Diese Graphitfilzscheiben bilden den Stromkollektor.
Der obere Rand des 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 Elektrolytroiir ge- ss
genüberliegen, sind als Lochscheiben ausgebildet und ihre Lochränder sind in einem Abstand c 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' aMch in der dargestellten Weise am Boden des Rohrs 12;in.
Ein derartiger Generator arbeitet folgendermaßen:
Während des Wiederaufiadens lagert sich der Schwefel
nicht auf dem Elektrolytrohr 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 eine derartige Ablagerung thermodynamisch nicht stabil und kann daher die Innenwandung nicht
sperren.
Daraus ergibt sich, daß NazS5 in Schwefel umgewandelt
werden kann, so daß ein völliges Wiederaufladen 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 F i g. 2 werden die Leistungen eines erfindungsgemäßen Generators dargestellt
In diesem Diagramm wird die elektromotorische Kraft E in Volt in Abhängigkeit von der in Ah/cm2
Elektrotytrohroberfläche ausgedrückten Kapazität dargestellt
Die Kurve A ist die Ladekurve
für ein Verhältnis — = 0,
E
E
Die Kurve B ist die Ladekurve
für ein Verhältnis — = 0,05,
E
E
Die Kurve C ist die Ladekurve
fü i Vhälti
fü i Vhälti
ist die Ladekurve
für ein Verhältnis — = 0,1.
In allen diesen Fällen beträgt der Ladestrom 50 mA/ cm2. Die Kurve D ist die Entladekurve für eine Entladestromdichte
von 200 mA/cm2.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Elektrochemischer Generator auf Schwefel-Natriumbasis s
— 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 alkalischen Beta-Aluminiumoxyd, das an seinem
unteren Ende verschlossen ist und einen bei der Betriebstemperatur flüssigen anodischen Reaktionsstoff in Form eines Alkalimetall enthält
sowie in den kathodischen-Reaktionsstoff eingetaucht ist,
— mit einem Halter aus Isolierkeramik zum Befestigen des Elektrolytrohrs im kathodischen Behälter, wobei die Verbindung zwischen dem
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,
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |