DE2652027C2 - Elektrochemischer Generator auf Schwefel-Natriumbasis - Google Patents

Elektrochemischer Generator auf Schwefel-Natriumbasis

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DE2652027C2
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Philippe Sartrouville Bordet
Alain le Gif-sur-Yvette Mehaute
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Alcatel Lucent SAS
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Compagnie Generale dElectricite SA
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    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
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Description

2. Generator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R) einen derartigen Wert besitzt, daß die Stromdichte des durch ihn durchfließenden Stroms (FT) in etwa zwischen einem Drittel und einem Zwanzigstel des Aufladestroms (F 1) des Generators beträgt.
3. Generator gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (17) aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe von Stoffen gewählt wird, die aus Nickel, Chrom, Molybdän, rostfreiem Stahl und Graphit gebildet wird.
55
Die Erfindung betrifft elektrochemische Generatoren, insbesondere SchwefeNNatriumgeneratoren. &o
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 Natriumgehait im Verlauf der Entladung ansteigt. Der die kathodischen und anodischen Reaktionsstoffe trennende Elektrolyt muß bei der 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 Ausführunj,3form besteht er aus mit Natrium versetztem Beta-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:
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
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 aus Schwefel-Natriumbasis
— mit einem kathodischen Behälter mit einem bei Be triebstemperatur 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 Glasplatte hergestellt wird,
— mit einem anodischen Behalter, 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 dienen, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Elektrolytrohr von einer elektronenleitenden Hülle umgeben ist, die beim Wiederaufladen des Generators über einen Widerstand an den negativen Poi der Ladestromquelle anschließbar ist.
Dieser Widerstand hat einen derartigen Wert, daß die Stromstärke des ihn durchquerenden Stroms in etwa zwischen einem Drittel und einem Zwanzigstel des Ladestroms des Generators beträgt. 2ü
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Lieschreibung 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 Fig. 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 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 zentriscnen 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.
Das Elektrolytrohr 12 wird von einer Hülle oder einem Gitter 17 umgeben, das aus einem leitenden Material besteht und von Schwefel und Polysulfiden nicht angegriffen wird; es kann beispielsweise aus Nickel. t>o Chrom, Molybdän, rostfreiem Stahl oder Graphitgewebe bestehen. Ferner wurde die für das Aufladen des Generators verwendete Gleichstromquelle 18 dargestellt. Der negative Pol dieser Stromquelle steht somit mit dem Behälter 8 in Verbindung, während ihr positiver t>: Pol mit dem Behälter 2 verbunden ist.
Ferner ist das Gitter 17 über einen Widerstand R mit dem negativen Pol der GleichstromaucUe verbunden.
und zwar über einen Draht 19, der vollkommen abgedichtet und isoliert an der Stelle 20 durch die Behälterwandung läuft Die Pfeile Fl und F2 geben die Richtung des Ladestroms bzw. des im Widerstand R fließenden Stroms an, wobei der Wert dieses Widerstands so gewählt wird, daß die Stromstärke des durch ihn fließenden Stroms zwischen einem Drittel und einem Zwanzigstel des Ladestrcms beträgt, vorzugsweise gleich einem Fünftel ist.
Mit dem Gitter 17 kann das örtliche Potential der Filzscheiben 16 am Elektrolytrohr 12 verändert werden; daraus ergibt sich, daß der Schwefelfilm, der während des Aufladens stets die Tendenz hat, sich hier zu bilden, in Polysulfid umgewandelt wird und damit nicht mehr als Sperre gegen die Umformung von NajSä in Schwefel, wie oben angegeben, wirkt. Dadurch kann der Generator vollkommen aufgeladen werden.
Das in Fig.2 dargestellte Diagramm zeigt die elektromotorische Kraft Ein Volt eines Generators in Abhängigkeit von der Kapazität ζ? i» Ah/nn* Elektrolytrohroberfläche. Die Kurve A zeigt dabei die Entladung für einen Güterstrom Null.
Die Kurve Bzeigt die Entladungskurve für einen Gitterstrom l5 mA/crn2.
In beiden Fällen beträgt die Ladestromstärke 50 mA/ cm- Elektrolytrohroberfläche.
Die Kurve C betrifft die Entladung eines derartigen Generators für eine Stromdichte von 200 mA/cm2.
Der elektrische Wirkungsgrad beträgt etwa 75%.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. 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 eine?" Halter aus Isolierkeramik zum Befestigen des Elektrolytrohrs im kathodischen Behälter, wobei die Verbindung zwischen diesem Halter und dem Elektrolytrohr mit Hilfe einer Glasplatte 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 anodischei! Behälters und des kathodischen Behälters trennt und der katholische Behälter mit aus Graphitfilz bestehenden Scheiben versehen ist, die als kathodische KoIId -.oren für den erzeugten Strom dienen, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolytrohr (12) von einer elektronenleitenden Hülle (17) umgeben ist, die beim Wiederaufladen des Generators über einen Widerstand an den negativen Pol der Ladestromquelle anschließbar ist.
DE2652027A 1975-11-20 1976-11-15 Elektrochemischer Generator auf Schwefel-Natriumbasis Expired DE2652027C2 (de)

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