DK144077B - Elektrokemisk natrium-svovlgenerator - Google Patents

Description

144077

Opfindelsen angår elektrokemiske generatorer af natrium-svovltypen.

Det er i disse generatorer kendt, at anodereagensen består af et alkalimetal, almindeligvis natrium, 5 som skal være flydende ved arbejdstemperaturen. Katode-’· reagensen består sædvanligvis af svovl og natriumsaltene af dette stof, men kan også være phosphor, selen og de alkaliske salte af disse stoffer. I det tilfælde, hvor reagensmaterialerne er svovl og natrium, fører 10 den elektrokemiske reaktion til en reversibel dannelse af polysulfider af natrium, hvis natriumholdighed vokser i løbet af afladningen. Elektrolytten, som adskiller katodereagensen fra anodereagensen, skal være fast ved arbejdstemperaturen, f.eks. omkring 300°C, gennemtræn-15 gelig for de alkaliioner, der dannes i anodqbehoIderen, og uigennemtrængelig for elektroner. Elektrolytten er sædvanligvis af natriumholdig B-aluminiumoxid, dvs. en forbindelse omfattende omkring fem til ni molekyler aluminiumoxid for hvert molekyle natriumoxid. Den er i 20 almindelighed udformet som et i den nedre ende lukket rør, der indeholder anodereagensen og er neddyppet i katodereagensen, hvilken katodereagens er indeholdt i en katodebeholder af metal og gennemtrænger en grafit-filtmasse. Elektrolytrøret fastholdes af et holdestyk-25 ke, der på tætsluttende måde er forbundet til katodebeholderen og ligeledes til en beholder med anodereagens .

Generelt er holdestykket udformet som en plade eller skive af α-aluminiumoxid. Denne skive 30 omfatter en central åbning, hvori røret af natriumhol-digt β-aluminiumoxid er fastgjort.

I sådanne generatorer fører afladningsprocessen til en omdannelse af svovl til polysulfider af natrium efter følgende omsætning : 35 S -> Na2S5 -* Na2S4 -* Na2S3

Under genopladningen foregår den omvendte proces.

144077 2

Det har imidlertid vist sig at være praktisk taget umuligt i sædvanlige generatorer at udføre omsætningen

Na2S5 -^ S

5 og som følge deraf at udføre en fuldstændig genopladning.

Denne ulempe skyldes den omstændighed, at der under genopladningen permanent afsættes en hinde af svovl på elektrolytrøret, hvilken hinde virker som 10 en transportspærring over for natriumzonerne og således modvirker den fuldstændige regenerering af elementært svovl.

Denne eksperimentelle observation har foranlediget ansøgeren til at udarbejde en ny opbygning af 15 en natrium-svovlgenerator, som er egnet til at udelukke denne ulempe og som følge heraf at muliggøre en praktisk taget fuldstændig genopladning af generatoren.

Ifølge opfindelsen tilvejebringes der en elektrokemisk generator af natrium-svovltypen om-20 fattende en katodebeholder indeholdende en katodereagens, som er flydende ved driftstemperaturen og er udvalgt fra gruppen bestående af svovl, phosphor, selen og de alkaliske salte af disse stoffer, i det mindste ét fast elektrolytrør, der er 25 lukket i den nedre ende og indeholder en ved driftstemperaturen flydende anodereagens bestående af et alkalimetal, hvilket elektrolytrør er således placeret i katodebeholderen, at det er neddyppet i katodereagensen, hvorhos rørets vægge består af alkaliholdigt 30 B-aluminiumoxid, et holdestykke af isolerende keramik, der fastholder elektrolytrøret i katodebeholderen, idet forbindelsen mellem holdestykket og røret er tilvejebragt ved hjælp af glas, og 35 en anodebeholder indeholdende et forråd af anodereagensen og anbragt over katodebeholderen på 3 144077 en sådan måde, at den øvre del af elektrolytrøret udmunder i anodebeholderen, idet holdestykket adskiller de åbne ender af anodebeholderen og katodebeholderen, af hvilke katodebeholderen har skiver af grafitfilt, 5 der tjener som katodepol for den frembragte strøm, og af hvilke nogle er ringformede, hvilken generator er ejendommelig ved, at de ud for elektrolytrørets sidevæg beliggende kanter af de ringformede skiver befinder sig i en forud bestemt afstand fra elektrolytrøret, 10 medens mindst en af de øvrige skiver ligger an mod elektrolytrørets bundvæg.

Denne forudbestemte afstand mellem de ringformede skivers kanter og elektrolytrørets sidevæg kan hensigtsmæssigt ifølge opfindelsen have en sådan stør-15 relse, at værdien af forholdet mellem denne og katodebeholderens halve tværsnitsdimension ligger mellem 0,05 og 0,5.

Opfindelsen beskrives nærmere i det følgende ved hjælp af udførelseseksempler under henvisning til 20 den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser en elektrokemisk generator ifølge opfindelsen, og fig. 2 et diagram af ydelsen af en generator ifølge opfindelsen.

25 Generatoren er udformet som en omdrejnings cylinder, og fig. 1 viser et plant aksialsnit herigennem, men det bemærkes, at generatoren kan have en helt anden form.

Den viste generator omfatter en cylindrisk, 30 ledende katodebeholder 2, med skiver 16, 16' og 16" af grafitfilt, som er gennemtrængt af svovl og tjener som strømopsamlere. Beholderen 2's sidevæg er i den øvre ende tætsluttende fastgjort til undersiden af en vandret og cirkulær plade 6 af α-aluminiumoxid.

35 En ligeledes ledende cylindrisk anodebeholder 8 af i hovedsagen saimne diameter som katodebeholderen 4 UZ.077 2 er på samme måde tætsluttende fastgjort med sin nedre del til pladen 6's overside.

Anodebeholderen 8 indeholder et forråd af anodereagens bestående af flydende natrium.

5 Pladen 6 er i midten gennembrudt af en cylin drisk åbning 10 med lodret akse. Denne åbning 10 fatter om den øvre åbne ende af et elektrolytrør 12, der er lukket i den nedre ende og består af natri-umholdigt B-aluminiumoxid, idet indholdet er anoderea-10 gensen.

Røret 12's øvre kant ligger i plan med pladen 61 s overside.

En forbindende glasmasse 14 er indskudt mellem ydersiden af røret 12*s øvre del og væggen i åbningen 15 10 gennem pladen 6 på en sådan måde, at samlingen er tætsluttende.

I overensstemmelse med opfindelsen er de indadvendende kanter af de ringformede skiver 16 af grafitfilt beliggende ud for røret 12's sidevæg og 20 i en sådan afstand e fra røret, at forholdet mellem denne størrelse og radius E i beholderen 2 er 0,05 < g < 0,5, idet værdien af dette forhold i det viste eksempel er 0,2.

25 De øvrige skiver 16' og 16" har et areal i det mindste lig med tværsnitsarealet af beholderen 2, og de ligger som følge deraf an mod dennes indre sidevæg, medens det endvidere bemærkes, at skiven 16' ligger an mod bunden af røret 12 på den viste 30 måde.

En generators virkemåde kan forklares på følgende måde:

Under genopladningen afsættes svovlet ikke på elektrolytrøret 12, men afsættes derimod i en lille 35 mængde på kanterne af skiverne 16 ud for røret 12.

En sådan aflejring er imidlertid, da svovlet er til stede sammen med polysulfider, termodynamisk

Claims (5)

144077 instabil og kan ikke fungere som transportspærring. Heraf følger, at N^Sj- på denne måde kan omformes til svovl, således at der sikres en fuldstændig genopladning af generatoren. Det ses let, at den 5 nødvendige elektriske kontinuitet mellem beholderen og røret 12 under afladningen sikres dels af skiven 16' dels af skiverne 16". Diagrammet i fig. 2 viser ydelsen af en generator ifølge opfindelsen.

10 Figuren viser følgelig den elektromotoriske kraft E i volt som en funktion af kapaciteten Q 2 udtrykt i amp.timer/cm overflade på elektrolytrøret. Kurve A er opladningskurven for forholdet — = 0. Kurve B er opladningskurven for forholdet ^ = 0,05. ø

15 Kurve C er opladningskurven for forholdet = = 0,1. £i I alle tilfældene er opladningsstrømmens tæthed 2 50 mA/cm . Kurve D er afladningskurven for en afladningsstrøm-tæthed på 200 mA/cm2.

20 PATENTKRAV

1. Elektrokemisk generator af natrium-svovltypen omfattende en katodebeholder (2) indeholdende en katodereagens, som er flydende ved driftstemperaturen og er udvalgt fra gruppen bestående af svovl, phosphor, 25 selen og de alkaliske salte af disse stoffer, i det mindste et fast elektrolytrør (12), der er lukket i den nedre ende og indeholder en ved driftstemperaturen flydende anodereagens bestående af et alkalimetal, hvilket elektrolytrør er således placeret i 30 katodebeholderen (2), at det er neddyppet i katodereagensen, hvorhos rørets vægge består af alkaliholdigt β-aluminiumoxid, et holdestykke (6) af isolerende keramik, der fastholder elektrolytrøret i katodebeholderen, idet forbin-35 delsen mellem holdestykket og røret er tilvejebragt ved hjælp af glas (14), og