FR2472278A1 - ELECTROCHEMICAL CATHODE ACCUMULATOR COMPRISING A HALOALCAN AND A HALOACIDE - Google Patents

ELECTROCHEMICAL CATHODE ACCUMULATOR COMPRISING A HALOALCAN AND A HALOACIDE Download PDF

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Abstract

ACCUMULATEUR ELECTROCHIMIQUE IL COMPREND UNE ANODE 7 EN METAL ALCALIN, UN ELECTROLYTE 11 IONIQUE SOLIDE, UN CATHOLYTE 9 LIQUIDE CONSTITUE DE SOUFRE, D'HALOSULFANE, TEL QUE LE MONOCHLORURE DE SOUFRE ET D'HALOACIDE TEL QUE LE CHLORURE D'ALUMINIUM. DES ELECTRODES 3 ET 15 SONT RELIEES RESPECTIVEMENT A L'ANODE ET A LA CATHODE. L'ACCUMULATEUR EST CHAUFFE ET EST RENDU ETANCHE PAR DES REBORDS 5, 17, 19 ET 21. INDUSTRIE AUTOMOBILE.ELECTROCHEMICAL ACCUMULATOR IT INCLUDES AN ALKALINE METAL ANODE 7, AN 11 IONIC SOLID ELECTROLYTE, A LIQUID CATHOLYTE 9 CONSISTING OF SULFUR, HALOSULFAN, SUCH AS SULFUR AND HALOACID MONOCHLORIDE SUCH AS ALUMINUM CHLORIDE. ELECTRODES 3 AND 15 ARE CONNECTED RESPECTIVELY TO THE ANODE AND THE CATHODE. THE ACCUMULATOR IS HEATED AND IS SEALED BY FLANGES 5, 17, 19 AND 21. AUTOMOTIVE INDUSTRY.

Description

La présente invention concerne des accumulateurs électro-The present invention relates to electronic accumulators

chimiques. On a porté un intérêt considérable, ces dernières  chemical. There has been considerable interest

années, aux accumulateurs électrochimiques de technologie avan-  years, to electrochemical accumulators of advanced technology

cée en raison de leur densité d'énergie potentiellement élevée  because of their potentially high energy density

par unité de poids et par unité de volume. Parmi les applica-  per unit weight and per unit volume. Among the applications

tions potentielles de tels accumulateurs figurent des sources donnant de l'énergie de secours, régularisant la charge pour des équipements, stockant l'énergie solaire photovoltaique et  Potential sources of such accumulators include sources of backup energy, regulating the load on equipment, storing solar photovoltaic energy and

propulsant des véhicules. Ces applications peuvent être complé-  propelling vehicles. These applications can be completed

mentaires. C'est ainsi, par exemple, que des véhicules électri-  mentary. For example, electric vehicles

ques tirant leur énergie d'accumulateurs peuvent contribuer à  that draw their energy from accumulators can contribute to

égaliser la charge des équipements, parce que l'on peut rechar-  equalize the equipment load, because we can recharge

ger les accumulateurs pendant la nuit, quand les équipements  accumulators during the night, when the equipment

ont une capacité en excès. La batterie classique au plomb utili-  have an excess capacity. The classic lead-acid battery

sée traditionnellement ne semble pas convenir, pour l'instant, à ces applications. Elle n'est pas pratique pour égaliser les charges, parce qu'elle est incapable de résister au grand nombre de cycles de décharges profondes souhaités,si ce n'est pas  traditionally does not seem to be suitable for the moment for these applications. It is not practical for equalizing charges, because it is unable to withstand the large number of desired deep discharge cycles, if it is not

requis,pour une telle utilisation. Le rapport relativement fai-  required for such use. The relatively low ratio

ble de la densité d'énergie au poids d'environ 20 watts-heure/  the energy density at about 20 watts per hour

kg limite,mâfr s'il ne l'empêche pas, l'utilisation de tels accu-  kg limit, but it does not prevent it, the use of such

mulateurs pour la propulsion des véhicules.  emateurs for the propulsion of vehicles.

On a examiné plusieurs systèmes pouvant servir d'accu-  Several systems that can be used to test

mulateurs de technologie avancée. Les systèmes examinés utili-  Advanced technology emateurs. The systems examined

sent de nombreuses matières différentes pour constituer les électrodes et l'électrolyte. L'un des systèmes qui a été beaucoup  Many different materials are available to form the electrodes and the electrolyte. One of the systems that has been a lot

étudié utilise le couple métal alcalin-soufre pour les électro-  studied uses the alkali-sulfur metal pair for electro-

des. Le métal alcalin est typiquement du lithium ou du sodium.  of. The alkali metal is typically lithium or sodium.

On pourrait utiliser d'autres métaux alcalins, mais leur poids atomique plus élevé abaisserait les densités d'énergie que l'on peut obtenir théoriquement. Ces couples sont attrayants  Other alkali metals could be used, but their higher atomic weight would lower the energy densities theoretically achievable. These couples are attractive

comme électrodes en raison de leur énergie spécifique théorique-  as electrodes because of their theoretical specific energy-

ment élevée, qui est respectivement de 2600 et de 750 watts-  high of 2600 and 750 watts respectively.

heure/kilogramme pour des couples lithium-soufre et sodium-  hour / kilogram for lithium-sulfur and sodium-

soufre. La configuration de base d'un accumulateur sodium-soufre est une anode en sodium métallique fondu, une cathode en soufre fondu et un électrolyte conduisant l'ion sodium disposé entre l'anode et la cathode. Dans cet agencement, l'accumulateur  sulfur. The basic configuration of a sodium-sulfur accumulator is a molten metal sodium anode, a molten sulfur cathode and a sodium ion conducting electrolyte disposed between the anode and the cathode. In this arrangement, the accumulator

fonctionne à une température relativement élevée. Cette tempéra-  operates at a relatively high temperature. This temperature

ture de fonctionnement élevée est typiquement comprise entre 300 et 4000C et est nécessaire pour maintenir les matières  high operating temperature is typically between 300 and 4000C and is necessary to maintain the materials

constitutives de l'anode et de la cathode, ainsi que les pro-  components of the anode and the cathode, as well as the

duits de réaction à la cathode, tels que les polysulfures de  cathode reaction products, such as polysulfides of

sodium,à l'état fondu. Comme on peut s'y attendre, la tempéra-  sodium, in the molten state. As expected, the temperature

ture de fonctionnement élevée entraîne des complications et des problèmes. C'est ainsi, par exemple, qu'une source d'énergie extérieure et une isolation thermique sont nécessaires pour maintenir les réactifs à l'état fondu. En outre, tant le soufre  High operating temperature leads to complications and problems. Thus, for example, an external energy source and thermal insulation are required to maintain the reactants in the molten state. In addition, both sulfur

que les polysulfures de sodium sont très corrosifs aux tempéra-  sodium polysulfides are very corrosive to the temperatures

tures élevées et des accumulateurs bien conçus exigent des  high batteries and well-designed accumulators require

matériaux constitutifs de la structure et d'étanchéité particu-  materials constituting the structure and particulate

lièrement recherchés si l'on veut obtenir un fonctionnement sûr. Des accumulateurs lithium-soufre ont le même agencement de  sought after if one wants to achieve safe operation. Lithium-sulfur accumulators have the same arrangement of

base que les accumulateurs sodium-soufre.  base as sodium-sulfur accumulators.

Pour éviter ces problèmes et d'autres qui se sont posés,  To avoid these problems and others that have arisen,

on a cherché à diminuer la plage des températures de fonctionne-  the aim has been to reduce the operating temperature range.

ment des accumulateurs sodium-soufre ou lithium-soufre, tout en retenant autant que possible des dispositions souhaitables de l'agencement à haute température. Mais plusieurs considérations  Sodium-sulfur or lithium-sulfur accumulators, while retaining as much as possible desirable provisions of the high-temperature arrangement. But several considerations

limitent la possibilité d'abaisser la température de fonctionne-  limit the possibility of lowering the operating temperature

ment des accumulateurs sodium-soufre et la température de fonc-  sodium-sulfur accumulators and the operating temperature of

tionnément minimale qui est utile pour de tels accumulateurs  minimally, which is useful for such accumulators

est de 1000C environ. Ce minimum est imposé par deux considgra-  is about 1000C. This minimum is imposed by two

tions pratiques. Le sodium métallique n'est pas à l'état fondu en-dessous de 980C et la conductivité des électrolytes solides typiques conduisant l'ion sodium est généralement trop faible en-dessous de cette température pour avoir des accumulateurs  practices. Sodium metal is not in the molten state below 980C and the conductivity of typical solid electrolytes driving the sodium ion is generally too low below this temperature to have accumulators

qui conviennent pour les applications mentionnées plus haut.  suitable for the applications mentioned above.

On a cherché à diminuer les températures de fonctionne-  We tried to reduce the operating temperatures

ment des accumulateurs sodium-soufre de plusieurs manières.  Sodium-sulfur accumulators in several ways.

L'une d'elles fait usage de catholytes dans lesquels des solvants organiques dissolvent du soufre dans des accumulateurs  One of them makes use of catholytes in which organic solvents dissolve sulfur in accumulators

ayant des électrolytes solides. Ceci semble donner des accumula-  having solid electrolytes. This seems to give accumula-

teurs pratiques dans la plage de températures comprise entre et 2000C. Mais les catholytes de ces systèmes présentent  in the temperature range between 2000C and 2000C. But the catholytes of these systems present

actuellement les inconvénients d'avoir des solubilités margina-  currently the disadvantages of having marginal solubilities

les pour les réactifs, d'une polarisation excessive et d'une réversibilité médiocre. Ces inconvénients limitent la capacité les débits et la durée du cycle, respectivement. Bien que ces accumulateurs fonctionnent en fait à des températures assez basses, leurs caractéristiques ne leur permettent pas d'entrer en compétition d'une manière favorable actuellement avec les accumulateurs sodium-soufre fonctionnant à température élevée. On a utilisé aussi des cathodes dans lesquelles les réactifs sont dissous dans des sels fondus. C'est ainsi, par exemple, qu'un système utilise des réactifs cathodiques dissous dans des sels fondus de chlorure de sodium et de chlorure d'aluminium, avec des électrolytes solides conduisant l'ion sodium, et des anodes en sodium liquide pour former des accumulateurs fonctionnant entre 1750C et 3000C. Mais le soufre n'est pas très soluble dans le tétrachloroaluminate de sodium fondu. En conséquence, l'utilité pratique de ce système comme cathode de batterie est limitée. Un autre système utilisant cette technologie est décrit au brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.063.005. Le soufre' tétravalent est la matière active  for the reagents, excessive polarization and poor reversibility. These disadvantages limit flow rate capacity and cycle time, respectively. Although these accumulators actually operate at fairly low temperatures, their characteristics do not allow them to compete in a manner currently favorable with sodium-sulfur accumulators operating at high temperature. Cathodes have also been used in which the reagents are dissolved in molten salts. For example, a system uses cathodic reagents dissolved in molten salts of sodium chloride and aluminum chloride, with solid electrolytes driving the sodium ion, and anodes made of liquid sodium to form accumulators operating between 1750C and 3000C. But sulfur is not very soluble in molten sodium tetrachloroaluminate. As a result, the practical utility of this system as a battery cathode is limited. Another system using this technology is described in U.S. Patent No. 4,063,005. Sulfur 'tetravalent is the active ingredient

cathodique et il est utilisé dans un solvant fondu au chloro-  cathode and is used in a chlorinated solvent

aluminate formé d'un mélange de AlCl3 et de NaCl, ayant des rapports molaires supérieurs à 1:1 et inférieurs à 4:1. Le soufre tétravalent est contenu dans le composé SC13:AlCl4, et  aluminate formed from a mixture of AlCl 3 and NaCl, having molar ratios greater than 1: 1 and less than 4: 1. The tetravalent sulfur is contained in the compound SC13: AlCl4, and

il est réduit réversiblement en soufre élémentaire et en chloru-  it is reversibly reduced to elemental sulfur and chlorine

re de sodium dans le solvant acide de sels fondus, alors que le sodium élémentaire est oxydé de l'autre côté d'un électrolyte solide conduisant l'ion sodium. Des températures typiques de  Sodium in the acid solvent of molten salts, while the elemental sodium is oxidized on the other side of a solid electrolyte driving the sodium ion. Typical temperatures of

fonctionnement de cet accumulateur sont de 2000C environ.  operation of this accumulator are approximately 2000C.

L'invention a pour objet un accumulateur comprenant une anode en métal alcalin, une cathode, un électrolyte ionique solide qui sépare l'anode et la cathode, caractérisé en ce que,  The subject of the invention is an accumulator comprising an alkali metal anode, a cathode, a solid ionic electrolyte separating the anode and the cathode, characterized in that,

quand l'accumulateur est chargé, la cathode comprend un halo-  when the battery is charged, the cathode includes a halo

sulfane et un haloacide, l'halosulfane et l'haloacide ayant des  sulfonamide and a haloacid, halosulfane and haloacid having

rapports molaires compris entre 2:1 et 1:2.  molar ratios between 2: 1 and 1: 2.

On a trouvé que l'on peut construire un accumulateur métal alcalin-soufre ayant une anode en métal alcalin liquide, un électrolyte solide conduisant l'ion métal alcalin et des réactifs cathodiques actifs comprenant des sels dissous/complexés  It has been found that an alkali metal-sulfur accumulator having a liquid alkali metal anode, a solid electrolyte driving the alkali metal ion and active cathodic reagents including dissolved / complexed salts can be constructed.

par des solvants minéraux liquides. Si nécessaire, la conducti-  by liquid mineral solvents. If necessary, the

vité ionique du liquide minéral est augmentée en y dissolvant des sels minéraux. Les réactifs cathodiques actifs, ou le  Ionicity of the mineral liquid is increased by dissolving inorganic salts. Active cathodic reagents, or the

catholyte,CanPrEnnentX au moins un halosulfane, au moins un halo-  catholyte, CanPrEnnentX at least one halosulfane, at least one

acide, tel qu'un haloacide de Lewis et, le cas échéant, du soufre fondu (S8). Dans une variante préférée, le métal alcalin est le sodium, l'halosulfane. le monochlorure de soufre (S2ci2), et l'haloacide le chlorure d'aluminium (AlCM3). Le rapport molaire du monochlorure de soufre au chlorure d'alumi- nium dans le catholyte est,initialement ou quand l'accumulateur est chargé, compris entre 2:1 et 1:2. La fraction molaire de soufre dans le catholyte est supérieure à 0 % et inférieure à % environ. Dans une autre variante, le catholyte consiste uniquement en chlorure d'aluminium et en monochlorure de soufre,  acid, such as a Lewis halo acid and, where appropriate, molten sulfur (S8). In a preferred variant, the alkali metal is sodium, halosulfane. sulfur monochloride (S2ci2), and haloacid aluminum chloride (AlCM3). The molar ratio of sulfur monochloride to aluminum chloride in the catholyte is, initially or when the accumulator is charged, between 2: 1 and 1: 2. The mole fraction of sulfur in the catholyte is greater than 0% and less than about%. In another variant, the catholyte consists solely of aluminum chloride and sulfur monochloride,

le rapport molaire initial étant compris entre 2:1 et 1:2.  the initial molar ratio being between 2: 1 and 1: 2.

Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre  In the attached drawings, given solely for the purpose of

d'exempleexample

la figure 1 est une vue en coupe d'un accumulateur repré-  FIG. 1 is a sectional view of an accumulator

sentant une variante de l'invention; la figure 2 est un graphique donnant la tension de  sensing a variant of the invention; FIG. 2 is a graph showing the voltage of

l'accumulateur en ordonnées en fonction de la capacité de celui-  the accumulator in ordinates according to the capacity of this

ci en abscisses pour un courant de décharge constant dans un premier accumulateur suivant l'invention; et la figure 3 est un graphique donnant la tension de l'accumulateur en ordonnées en fonction de la capacité de l'accumulateur en abscisses pour un courant de décharge constant  ci in abscissas for a constant discharge current in a first accumulator according to the invention; and FIG. 3 is a graph showing the voltage of the accumulator on the ordinate as a function of the capacity of the accumulator on the abscissa for a constant discharge current.

dans un second accumulateur suivant l'invention.  in a second accumulator according to the invention.

La figure 1 est une vue en coupe d'un accumulateur métal alcalin-soufre représenté d'une manière générale par la référence 1. Un récipient 3, ayant un rebord 5, ménage une chambre 7 pour l'anode en métal alcalin. Le mélange 9 cathodique ou catholyte est contenu à l'intérieur d'un tube 11 qui est placé-dans le récipient 3. Le tube 11 est ioniquement conducteur et il est commode de le constituer en une matière conduisant l'ion métal alcalin telle que de l'alumine e au sodium. Le tube Il sépare  Fig. 1 is a sectional view of an alkali metal-sulfur accumulator shown generally at 1. A container 3 having a rim 5 provides a chamber 7 for the alkali metal anode. The cathodic mixture or catholyte is contained inside a tube 11 which is placed in the container 3. The tube 11 is ionically conductive and it is convenient to constitute it in a material conducting the alkali metal ion such that alumina and sodium. The tube It separates

aussi l'anode et la cathode. Dans le tube 11, il y a un collec-  also the anode and the cathode. In tube 11, there is a collection

teur 13 de courant et une électrode 15. L'anode en métal alca-  13 of the current and an electrode 15. The anode of alkali metal

lin est comprise entre le tube Il et le récipient 3. L'accumula-  lin is between the tube II and the container 3. The accumula-

teur est fermé par une tête 17 et par des rebords 19 et 21.  is closed by a head 17 and by flanges 19 and 21.

Entre les rebords 5 et 19 sont prévus des joints 23 toriques.  Between the flanges 5 and 19 there are provided O-rings.

Entre les rebords 19 et 21 sont prévus-des joints 27, 29 et 25 toriques. Des contacts électriques extérieurs (non représentés) vont à l'électrode 15 et à lranode en métal alcalin suivant des techniques classiques et bien connues. L'accumulateur est entouré par un élément de chauffage (non représenté) et par de la matière isolante (non représentée) qui sont classiques et qui maintiennent l'accumulateur à la température désirée. Les accumulateurs sont destinés à fonctionner à des températures d'au moins 140'C. Cette température doit seulement être suffi- samment élevée pour maintenir le métal alcalin et-le catholyte  Between the flanges 19 and 21 are provided-seals 27, 29 and 25 toric. External electrical contacts (not shown) go to the alkali metal electrode and electrode according to conventional and well-known techniques. The accumulator is surrounded by a heating element (not shown) and by insulating material (not shown) which are conventional and which keep the accumulator at the desired temperature. The accumulators are intended to operate at temperatures of at least 140 ° C. This temperature should only be high enough to hold the alkali metal and the catholyte

à l'état liquide.in the liquid state.

Le récipient 3 est commodément en acier inoxydable. Le  The container 3 is conveniently made of stainless steel. The

collecteur 13 de courant est en feutre de graphite et l'élec-  current collector 13 is made of graphite felt and the elec-

trode 15 est typiquement en acier inoxydable. Bien que les dimen-  trode 15 is typically made of stainless steel. Although the dimensions

sions ne soient pas déterminantes, le tube 11 a typiquement une  are not critical, the tube 11 typically has a

épaisseur de parois comprise entre 1 mm et 2 mm et une résisti-  wall thickness of between 1 mm and 2 mm and a resis-

vité de 5 ohms-cm environ à 3000C. La tête 17 peut être en  from about 5 ohms-cm to 3000C. The head 17 can be in

alumine a. Les rebords 19 et 21 peuvent être en acier inoxydable.  alumina a. The flanges 19 and 21 may be stainless steel.

L'anode en métal alcalin comprendra typiquement un métal alcalin liquide. Mais l'anode peut aussi avoir du métal alcalin se trouvant dans une solution, par exemple de césium,  The alkali metal anode will typically include a liquid alkali metal. But the anode may also have alkali metal in a solution, for example cesium,

de gallium, d'indium ou de mercure. Suivant une variante préfé-  gallium, indium or mercury. According to a preferred variant

rée, le métal alcalin est le sodium, bien qu'on puisse aussi utiliser le potassium et le lithium. On préfère le sodium en raison des électrolytes solides stables ioniquement conducteurs  The alkali metal is sodium, although potassium and lithium can also be used. Sodium is preferred because of stable ionically conductive solid electrolytes

qui sont connus pour le sodium.which are known for sodium.

Le catholyte comprend des sels dissous complexés par des solvants minéraux. Les réactifs actifs sont un halosulfane, un haloacide (de Lewis) et du soufre élémentaire fondu. Un acide de Lewis est un accepteur d'une paire d'électrons. Un haloacide est un composé capable de servir comme accepteur  The catholyte comprises dissolved salts complexed with inorganic solvents. Active reagents are halosulfane, halo acid (Lewis) and elemental sulfur melt. A Lewis acid is an acceptor of a pair of electrons. A halo acid is a compound capable of serving as an acceptor

d'ion halogénure en solution.halide ion in solution.

L'halosulfane ou les halosulfanes répondent à la formule X2Sn, dans laquelle X est un halogène choisi parmi le groupe VII de la Classification périodique des éléments et n est  The halosulfane or halosulfanes have the formula X2Sn, wherein X is a halogen selected from group VII of the Periodic Table of Elements and n is

supérieur ou égal à 1, et inférieur ou égal à 8. Dans une va-  greater than or equal to 1 and less than or equal to 8. In a

riante préférée, X est Cl, et n est 2. Ce composé Cl2S2 est  Preferably, X is Cl, and n is 2. This Cl2S2 compound is

dénommé communément monochlorure de soufre. Des procédés de pré-  commonly referred to as sulfur monochloride. Methods of pre-

paration d'halosulfanes sont bien connus du spécialiste. C'est  Halosulfane pares are well known to those skilled in the art. It is

ainsi, par exemple, que des procédés de préparation de dichloro-  for example, that processes for the preparation of dichloro-

sulfane sont décrits dans Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, volume 1, pages 270 à 376, Academic Press, New York, 1963. La quantité de soufre élémentaire dans le catholyte est comprise entre O % en moles et 75 % en moles environ. Le  Sulfane is described in Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, Vol. 1, pp. 270-376, Academic Press, New York, 1963. The amount of elemental sulfur in the catholyte is from about 0 mol% to about 75 mol%. The

rapport molaire initial de l'halosulfane à l'haloacide est com-  The initial molar ratio of halosulfane to haloacid is

pris entre 2:1 et 1:2.taken between 2: 1 and 1: 2.

Certains des mélanges de soufre et d'halosulfane ne sont pas conducteurs de l'électricité et ne solubiliseront pas le chlorure de sodium qui se forme quand le chlore est réduit. La conductivité électrique et la solubilité du chlorure de sodium sont améliorées à des niveaux acceptables par l'haloacide de la masse fondue. Dans une variante préférée, l'haloacide est  Some of the mixtures of sulfur and halosulfane are not electrically conductive and will not solubilize the sodium chloride that forms when the chlorine is reduced. The electrical conductivity and solubility of sodium chloride are improved to acceptable levels by the halo acid of the melt. In a preferred embodiment, the halo acid is

un chloroacide, par exemple du chlorure d'aluminium. Le chloro-  a chloro acid, for example aluminum chloride. Chlorine

acide forme un composé ionique avec le chlorure de sodium,  acid forms an ionic compound with sodium chloride,

qui est le produit qui se forme lors de la décharge.  which is the product that is formed during the discharge.

Le soufre élémentaire fond à 120C et est un liquide mobile jusqu'à 1580C environ. A cette température, il devient extrêmement visqueux et tant la conductivité électrique que le transfert de masse diminuent. On empêche la polymérisation, quand du soufre est présent,par la présence de l'halosulfane, tel que le monochlorure de soufre. Le soufre est solubilisé en formant des chaînes semblables à des polysulfures qui sont protégées par des atomes de chlore. Le soufre n'a pas besoin d'être présent sous forme élémentaire dans le catholyte. Il  The elemental sulfur melts at 120C and is a mobile liquid up to about 1580C. At this temperature, it becomes extremely viscous and both electrical conductivity and mass transfer decrease. The polymerization, when sulfur is present, is prevented by the presence of halosulfane, such as sulfur monochloride. Sulfur is solubilized by forming polysulfide-like chains that are protected by chlorine atoms. Sulfur need not be present in elemental form in the catholyte. he

peut, en variante, être présent seulement dans l'halosulfane.  may alternatively be present only in halosulfane.

Les matières de départ, y compris les tubes en e alumine au sodium, sont disponibles dans le commerce. On décrit  Starting materials, including sodium alumina tubes, are commercially available. We describe

maintenant des exemples d'accumulateurs suivant l'invention.  now examples of accumulators according to the invention.

On passera aussi en revue les réactions dont on fait l'hypothèse  We will also review the reactions that we make the hypothesis

qu'elles se produisent.that they occur.

EXEMPLE 1EXAMPLE 1

On fabrique l'accumulateur à l'aide d'un catholyte con-  The accumulator is manufactured using a catholyte con-

sistant en monochlorure de soufre, en chlorure d'aluminium et  in monochloride of sulfur, in aluminum chloride and

en soufre, en des rapports molaires relatifs de 1:0,65:4,56.  in sulfur, in relative molar ratios of 1: 0.65: 4.56.

La masse totale est de 2,35 grammes. L'anode est du sodium et a un grand excès de Na sur l'extérieur du tube en alumine S. On fait fonctionner l'accumulateur à des températures de 1550C environ et à un courant constant de 1 mA/cm 2. Les courbes typiques de charge et de décharge sont données à la figure 2, la tension de l'accumulateur en volts étant portée en ordonnées, tandis que la capacité de l'accumulateur en mAH est portée en abscisses. La limite de charge est de 4,1 volts. Les nombres sont les nombres de cycles. L'échelle, en particulier pour les capacités basses, est comprimée et certains détails sont difficiles à voir. Il y a néanmoins trois paliers de tension à 3,65, 3,55 et 2,65 volts. Il y a aussi un plateau de tension  The total mass is 2.35 grams. The anode is sodium and has a large excess of Na on the outside of the S-alumina tube. The accumulator is operated at temperatures of about 1550C and at a constant current of 1 mA / cm 2. Typical curves Charging and discharging are given in Figure 2, the voltage of the accumulator in volts being plotted on the ordinate, while the capacity of the accumulator in mAH is plotted on the abscissa. The charge limit is 4.1 volts. The numbers are the numbers of cycles. The scale, especially for low capacities, is compressed and some details are difficult to see. There are nevertheless three voltage stages at 3.65, 3.55 and 2.65 volts. There is also a plateau of tension

minime à 1,5 volt.minimal at 1.5 volts.

EXEMPLE 2EXAMPLE 2

On fabrique un accumulateur comme décrit à propos de la figure 1. Il a un catholyte consistant en monochlorure de soufre et en chlorure d'aluminium. Le rapport molaire de ces deux constituants est de 1:1,03 et le catholyte a une masse totale de 7,73 grammes. L'anode est du sodium. On fait subir des cycles à l'accumulateur à des courants constants différents  An accumulator is manufactured as described in connection with FIG. 1. It has a catholyte consisting of sulfur monochloride and aluminum chloride. The molar ratio of these two components is 1: 1.03 and the catholyte has a total mass of 7.73 grams. The anode is sodium. The accumulator is cycled at different constant currents

et à des limites de tension différentes, ainsi qu'à des tempéra-  and at different voltage limits, as well as

tures différentes. La tension initiale en circuit ouvert à 1550C est de 4, 21 volts. Avec des densités de courant constantes de 2,5 mA/cm26t des limites de tension de 1,7 volt et de 4,1 volt, la capacité totale est d'environ 2,16- ampères-heure et on observe des paliers de tension à 3,65, 3,55 et 2,65 volts. On fait fonctionner aussi l'accumulateur suivant des cycles entre les limites de tension les plus petites, de 2,25 volts et 3, 1 volts, c'est-à-dire sur le palier inférieur. La figure 3  different types. The initial open circuit voltage at 1550C is 4.21 volts. With constant current densities of 2.5 mA / cm2 and voltage limits of 1.7 volts and 4.1 volts, the total capacitance is about 2.16 ampere hours and voltage levels are observed. at 3.65, 3.55 and 2.65 volts. The accumulator is also operated in cycles between the smaller voltage limits of 2.25 volts and 3.1 volts, i.e. on the lower level. Figure 3

est un graphique donnant là tension de l'accumulateur en ordon-  is a graph giving there battery voltage in ordon-

nées en fonction de la capacité de celui-ci en milliampères heures, mAH, pour des cycles sur le palier inférieur. Pour les cycles indiqués (67 et 70), la température est de 1750C et la densité de courant est de 2,5 mA/cm. Lors de la 67-ième  depending on the capacity of this one in milliamperes hours, mAH, for cycles on the lower bearing. For the cycles indicated (67 and 70), the temperature is 1750C and the current density is 2.5 mA / cm. At the 67-th

décharge, l'accumulateur a une capacité de 970 mAH environ.  discharge, the accumulator has a capacity of 970 mAH approximately.

Pour cet accumulateur, ainsi que pour celui de l'exemple 1, le  For this accumulator, as well as for that of example 1, the

palier de 2,7 volts est extrêmement réversible.  2.7 volt bearing is extremely reversible.

On fait l'hypothèse que les réactions sont les suivan-  It is assumed that the reactions are the following

tes pour le premier accumulateur. Pour le premier palier, c'est-à-dire le palier à 3,65 volts, on pense que la réaction est Na + AlCl3 + S2C12 < SI + [ (S2c2) + NaAlCl4 On pense que la réaction au palier de 3,55 volts est Na + [S] + 2 (S2C12) + NaAlCl4 < 2 [S] + NaCl + NaAlCl On pense que la-réaction au palier de 2,7 volts est: 2Na + 2 [S] + NaCl + NaAlCl4 $ 2 [S] + 3NaCl + NaAlSC12 Les réactions dans l'accumulateur sont semblables pour  for the first accumulator. For the first step, that is, the 3.65-volt plateau, the reaction is thought to be Na + AlCl3 + S2C12 <SI + [(S2c2) + NaAlCl4. The reaction at the plateau of 3, 55 volts is Na + [S] + 2 (S2Cl2) + NaAlCl4 <2 [S] + NaCl + NaAlCl It is believed that the 2.7 volt step reaction is: 2Na + 2 [S] + NaCl + NaAlCl 4 2 [S] + 3NaCl + NaAlSC12 The reactions in the accumulator are similar for

l'accumulateur de l'exemple 2.the accumulator of Example 2.

On pense que la décharge initiale, c'est-à-dire à 3,65 volts, enlève la plus grande partie de l'acide et donne une masse fondue basique moins corrosive que la masse fondue acide initiale. Des accumulateurs ayant subi des cycles sur le palier de 2,7 volts ont des énergies spécifiques dépassant 200 WH/kg sur ce palier. La protection contre une surcharge est fournie  It is believed that the initial discharge, that is, 3.65 volts, removes most of the acid and gives a basic melt which is less corrosive than the initial acidic melt. Accumulators that have undergone cycles on the 2.7 volts stage have specific energies exceeding 200 WH / kg on this level. Overload protection is provided

par le palier à 3,65 volts et la protection contre une sur-  3.65 volts and the protection against

décharge est fournie par le palier à 1,5 volt.  discharge is provided by the bearing at 1.5 volts.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Accumulateur électrochimique comprenant une anode en  1. Electrochemical accumulator comprising an anode métal alcalin, une cathodeet un électrolyte solide ionique sépa-  alkali metal, a cathode and a separate solid ionic electrolyte rant l'anode et la cathode, caractérisé en ce que, quand l'accu-  the anode and the cathode, characterized in that, when the accu- mulateur est chargé, la cathode comprend un halosulfane et un haloacide, l'halosulfane et l'haloacide ayant des rapports  the cathode comprises a halosulfane and a haloacid, the halosulfane and the haloacid having molaires compris entre 2:1 et 1:2.molars between 2: 1 and 1: 2. 2. Accumulateur suivant la revendication 1, caractérisé  Accumulator according to Claim 1, characterized en ce que le métal alcalin est le sodium.  in that the alkali metal is sodium. 3. Accumulateur suivant la revendication 1 ou 2, caracté-  3. Accumulator according to claim 1 or 2, characterized risé en ce que l'électrolyte est de l'alumine e au sodium.  in that the electrolyte is alumina and sodium. 4. Accumulateur suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'halosulfane a la formule C12Sn, n  4. Accumulator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the halosulfane has the formula C12Sn, n étant supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à 8.  being greater than or equal to 1 and less than or equal to 8. 5. Accumulateur suivant la revendication 4, caractérisé  Accumulator according to Claim 4, characterized en ce que n est égal à 2.in that n is 2. 6. Accumulateur suivant l'une des revendications 1 à 5,  Accumulator according to one of Claims 1 to 5, caractérisé en ce que l'haloacide est un chloroacide.  characterized in that the halo acid is a chloro acid. 7. Accumulateur suivant la revendication 6, caractérisé  Accumulator according to Claim 6, characterized en ce que le chloroacide est le chlorure d'aluminium.  in that the chloro acid is aluminum chloride. 8. Accumulateur suivant l'une des revendications précé-  8. Accumulator according to one of the preceding claims dentes, caractérisé en ce que la cathode comprend en outre  characterized in that the cathode further comprises jusqu'à 75 % en moles de soufre élémentaire.  up to 75 mol% of elemental sulfur. 9.-Accumulateur suivant l'une des revendications précé-  9. Accumulator according to one of the preceding claims dentes, caractérisé en ce qu'il est -à l'état déchargé.  dentes, characterized in that it is in the unloaded state.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA837601B (en) * 1982-10-20 1984-06-27 South African Inventions Electrochemical cell

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3969138A (en) * 1975-06-09 1976-07-13 Esb Incorporated Sodium-aluminum halide, sulfur battery
FR2301108A1 (en) * 1975-02-14 1976-09-10 Chloride Group Ltd ELECTRIC ACCUMULATOR BATTERIES
US4002806A (en) * 1975-08-20 1977-01-11 Ford Motor Company Secondary battery or cell
FR2343337A1 (en) * 1976-03-04 1977-09-30 Gen Electric Sealed lithium iodine cell - having lithium sodium aluminate solid electrolyte sepg. anode and cathode
GB1510152A (en) * 1974-05-29 1978-05-10 Union Carbide Corp Non-aqueous electrochemical cell
FR2372516A1 (en) * 1976-11-27 1978-06-23 Bbc Brown Boveri & Cie ELECTROCHEMICAL ACCUMULATOR ELEMENT OR BATTERY BASED ON ALKALINE METAL AND SULFUR

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1510152A (en) * 1974-05-29 1978-05-10 Union Carbide Corp Non-aqueous electrochemical cell
FR2301108A1 (en) * 1975-02-14 1976-09-10 Chloride Group Ltd ELECTRIC ACCUMULATOR BATTERIES
US3969138A (en) * 1975-06-09 1976-07-13 Esb Incorporated Sodium-aluminum halide, sulfur battery
US4002806A (en) * 1975-08-20 1977-01-11 Ford Motor Company Secondary battery or cell
FR2343337A1 (en) * 1976-03-04 1977-09-30 Gen Electric Sealed lithium iodine cell - having lithium sodium aluminate solid electrolyte sepg. anode and cathode
FR2372516A1 (en) * 1976-11-27 1978-06-23 Bbc Brown Boveri & Cie ELECTROCHEMICAL ACCUMULATOR ELEMENT OR BATTERY BASED ON ALKALINE METAL AND SULFUR

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