FR2487130A1 - Electrochemical generator of the sodium-sulphur type - with corrugations in lower, container esp. near solid electrolyte to accommodation shrinkage and expansion - Google Patents

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Abstract

Electrochemical generator operating at high temp. comprises a metal container contg. an anodic active material, liquid at the operating temp. and a second metal container contg. a cathodic active material also liq. at the operating temp. The containers are connected at their open ends by a seal which carries a solid electrolyte tube inside one of the containers opening into the other. Specifically, the container contg. the cathode material includes on at least part of its surface, deformations designed to absorb mechanical constraints occurring during operation of the cell. The cell is pref. a Na/S cell. Stresses, such as those occurring on cooling from the working temp. to ambient and reheating, can be accommodated.

Description

Générateur électrochimique sodium-soufre
La présente invention concerne un générateur électrochimique sodium-soufre.
Sodium-sulfur electrochemical generator
The present invention relates to an electrochemical sodium-sulfur generator.

On sait que de tels générateurs sont constitués par un réservoir négatif renfermant du sodium liquide et par un réservoir positif contenant du soufre imprégnant une matière conductrice telle que des fibres de graphite. It is known that such generators are constituted by a negative reservoir containing liquid sodium and by a positive reservoir containing sulfur impregnating a conductive material such as graphite fibers.

Ces réservoirs généralement cylindriques sont scellés par leurs extrémités ouvertes de part et d'autre d'une plaque d'alumine alpha. These generally cylindrical tanks are sealed by their open ends on either side of an alpha alumina plate.

En outre, un tube d'électrolyte solide constitué d'alumine béta sodique est scellé au moyen d'un verre au niveau de son extrémité ouverte dans une ouverture pratiquée dans la plaque d'alumine alpha. In addition, a solid electrolyte tube made of sodium alumina beta is sealed by means of a glass at its open end in an opening in the alpha alumina plate.

On sait également que de tels générateurs fonctionnent dans une gamme de température comprise entre 300 et 3500C environ. It is also known that such generators operate in a temperature range of between 300 and 3500C approximately.

Cependant, on s'aperçoit qu'après l'arrêt du générateur et au cours de son refroidissement il se produit au niveau des composants, des contraintes mécaniques entrainant soit la cassure du scellement entre le réservoir positif et la plaque d'alumine alpha, soit la fracture du scellement entre le tube d'électrolyte et ladite plaque d'alumine alpha, soit la cassure de ladite plaque d'alumine alpha. However, we realize that after the generator stops and during its cooling it occurs at the level of the components, mechanical stresses leading either to the breaking of the seal between the positive reservoir and the alpha alumina plate, or the fracture of the seal between the electrolyte tube and said alpha alumina plate, or the breakage of said alpha alumina plate.

En effet, les phénomènes qui occasionnent ces cassures sont les suivants :
Lorsque le générateur est refroidi depuis sa température de fonctionnement soit 300 à 3500C Jusqu'à la température ambiante, il se produit une contraction du réservoir métallique notablement plus forte que celle du tube d'électrolyte.
In fact, the phenomena that cause these breaks are as follows:
When the generator is cooled from its operating temperature, ie 300 to 3500C. Up to room temperature, there is a contraction of the metal reservoir significantly greater than that of the electrolyte tube.

Ceci n'aurait pas d'effet fâcheux si le tube d'électrolyte restait libre par rapport au réservoir (excepté, bien entendu, l'extrémité supérieure du tube scellée à la plaque d'alumine alpha). This would not have an unfortunate effect if the electrolyte tube remained free relative to the reservoir (except, of course, the upper end of the tube sealed to the alpha alumina plate).

Cependant, à une température de l'ordre de 250 à 2800C il se produit une cristallisation des polysulfures qui bloquent le tube d'électrolyte par rapport au réservoir et notamment entre l'extrémité inférieure du tube d'électrolyte et le fond du réservoir. However, at a temperature of the order of 250 to 2800C, crystallization occurs of the polysulphides which block the electrolyte tube with respect to the reservoir and in particular between the lower end of the electrolyte tube and the bottom of the reservoir.

De la combinaison de ces deux phénomènes de natures différentes, c'est-à-dire d'une part le blocage vers 2500C et d'autre part la
contraction entre 2500C et la température ambiante, résultent des efforts, de traction sur le réservoir, de compression sur le tube d'électrolyte, de cisaillement sur la plaque d'alumine alpha, de traction sur le scellement réservoir/plaque d'alumine alpha et de cisaillement sur le scellement plaque d'alumine alpha/tubed'électrolyte.
From the combination of these two phenomena of different natures, that is to say on the one hand the blocking towards 2500C and on the other hand the
contraction between 2500C and room temperature, result from efforts, traction on the reservoir, compression on the electrolyte tube, shearing on the alpha alumina plate, traction on the tank / alpha alumina plate sealing and shear on the sealing of alpha alumina plate / electrolyte tube.

Il résulte de ces efforts antagonistes la cassure de la plaque d'alumine alpha ou des scellements tels que précédemment mentionnés. The result of these opposing efforts is the breaking of the alpha alumina plate or the seals as previously mentioned.

La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. The present invention overcomes these drawbacks.

L'invention a donc pour objet un générateur électrochimique fonctionnant à haute température comportant un réservoir métallique contenant une matière active anodique liquide à la température de fonctionnement et un réservoir métallique contenant une matière active cathodique liquide à la température de fonctionnement, lesdits réservoirs étant réunis par leurs extrémités ouvertes par des moyens de scellement, lesdits moyens de scellement portant également un tube d'électrolyte solide situé à l'intérieur de l'un des réservoirs et débouchant dans l'autre réservoir, caractérisé par le fait que le réservoir contenant la matière active cathodique comporte sur au moins une partie de sa superficie des déformations aptes à absorber les contraintes mécaniques au cours du refroidissement dudit générateur. The subject of the invention is therefore an electrochemical generator operating at high temperature comprising a metal tank containing an anodic active material which is liquid at operating temperature and a metal tank containing a cathodic active material which is liquid at operating temperature, said tanks being joined by their ends open by sealing means, said sealing means also carrying a solid electrolyte tube situated inside one of the reservoirs and opening into the other reservoir, characterized in that the reservoir containing the material cathodic active comprises on at least part of its surface deformations capable of absorbing mechanical stresses during the cooling of said generator.

D'autres caractéristiques et avantages de 11 invention ressortent de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 représente un générateur électrochimique sodiumsoufre conventionnel.
Other characteristics and advantages of the invention emerge from the description which follows, given by way of purely illustrative but in no way limiting, with reference to the appended drawings in which
FIG. 1 represents a conventional sodium-sulfur electrochemical generator.

La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un générateur électrochimique selon l'invention. FIG. 2 represents a first embodiment of an electrochemical generator according to the invention.

La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un générateur électrochimique selon l'invention. FIG. 3 represents a second embodiment of an electrochemical generator according to the invention.

La figure 4 représente un troisième mode de réalisation d'un générateur électrochimique selon l'invention. FIG. 4 represents a third embodiment of an electrochemical generator according to the invention.

On a donc représenté figure 1 un générateur conventionnel comprenant un réservoir négatif 1 renfermant une matière active anodique liquide à la température de fonctionnement en l'occurrence du sodium liquide 2 et un réservoir positif 3 contenant une matière active cathodique également liquide à la température de fonctionnement, en l'occurrence du soufre 4 imprégnant des fibres de graphite (non représentées). Ces réservoirs sont scellés par leurs extrémités ouverte à une plaque d'alumine alpha 5, tandis qu'un tube d'électrolyte 6 en alumine béta sodique est scellé au moyen d'un verre 7 au niveau de son extrémité ouverte à la plaque 5 et débouche dans le reservoir 1 tout en baignant dans le soufre renfermé dans le réservoir positif 3. FIG. 1 therefore shows a conventional generator comprising a negative reservoir 1 containing an anodic active material which is liquid at the operating temperature, in this case liquid sodium 2 and a positive reservoir 3 containing a cathodic active material which is also liquid at the operating temperature. , in this case sulfur 4 impregnating graphite fibers (not shown). These reservoirs are sealed with their ends open to an alpha 5 alumina plate, while an electrolyte tube 6 of sodium alumina beta is sealed by means of a glass 7 at its open end to the plate 5 and opens into the tank 1 while bathing in the sulfur contained in the positive tank 3.

Bien entendu, une disposition inverse pourrait être envisagée, c'est-à-dire que le sodium pourrait être disposé dans le réservoir 3 qui serait alors le réservoir négatif, tandis que le soufre 4 serait renfermé dans le réservoir 1 et le tube d'électrolyte 6, ledit réservoir étant alors le réservoir positif. Of course, a reverse arrangement could be envisaged, that is to say that the sodium could be placed in the tank 3 which would then be the negative tank, while the sulfur 4 would be contained in the tank 1 and the tube. electrolyte 6, said reservoir then being the positive reservoir.

Les flèches F matérialisent la contrainte de traction s'exerçant au cours du refroidissement sur le réservoir positif 3, tandis que les flèches F' illustrent l'effort de compression auquel est soumis le tube d'électrolyte 6, d'où cassure ou fracture des scellements comme précédemment indiqué. The arrows F materialize the tensile stress exerted during cooling on the positive reservoir 3, while the arrows F ′ illustrate the compression force to which the electrolyte tube 6 is subjected, hence the fracture or fracture of the seals as previously indicated.

Dans le mode de réalisation selon l'invention représenté sur la figure 2, on voit que l'on a ména#gé à la partie supérieure du réservoir positif 3 sensiblement au niveau de la plaque 5 une ondulation de large amplitude 10 de la paroi. De la sorte, on absorbe l'effort de traction s'exerçant au cours du refroidissement sur le réservoir 3, l'ondulation 10 prenant la position illustrée en 10'. In the embodiment according to the invention shown in FIG. 2, it can be seen that a large amplitude corrugation 10 of the wall has been created at the upper part of the positive reservoir 3 substantially at the level of the plate 5. In this way, the tensile force exerted during cooling on the reservoir 3 is absorbed, the corrugation 10 taking the position illustrated in 10 '.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, on voit que l'on a ménagé sur la quasi totalité de la paroi du réservoir positif 3, des ondulations 11 de faible amplitude, absorbant également l'effort de traction au cours du refroidissement en prenant la position matérialisée en 11'.  In the embodiment shown in FIG. 3, it can be seen that there have been formed on almost the entire wall of the positive reservoir 3, corrugations 11 of small amplitude, also absorbing the tensile force during cooling in taking the position materialized in 11 '.

L'avantage d'une telle disposition réside dansfle fait que les polysulfures cristallisés au cours du refroidissement se trouvent maintenus au niveau des ondulations ce qui évite ainsi toute abrasion par frottement sur le tube d'électrolyte 6 et sur la paroi interne du réservoir 3. The advantage of such an arrangement lies in the fact that the polysulphides crystallized during cooling are kept at the level of the corrugations, which thus prevents any abrasion by friction on the electrolyte tube 6 and on the internal wall of the reservoir 3.

En référence à la figure 4, on voit que l'on a ménagé à la partie supérieure de la paroi du réservoir 3 une ondulation 10 de large amplitude comme illustré figure 2, et sur le restant de la paroi des ondulations de plus faible amplitude comme illustré figure 3, le mode de fonctionnement étant celui explicité en référence aux figures 2 et 3. With reference to FIG. 4, it can be seen that a ripple 10 of large amplitude has been formed at the upper part of the wall of the reservoir 3 as illustrated in FIG. 2, and on the remainder of the wall ripples of lower amplitude as illustrated in FIG. 3, the operating mode being that explained with reference to FIGS. 2 and 3.

Il est de toute évidence que dans le cas où le sodium 2 serait disposé dans le réservoir 3 et le soufre 4 dans-le réservoir 1, les ondulations 10, 11 telles que représentées aux figures 2, 3 et 4 seraient ménagées sur la paroi du réservoir 1 qui serait alors le réservoir positif. It is obvious that in the case where the sodium 2 is placed in the tank 3 and the sulfur 4 in the tank 1, the corrugations 10, 11 as shown in FIGS. 2, 3 and 4 would be formed on the wall of the tank 1 which would then be the positive tank.

Les générateurs sodium-soufre selon l'invention permettent donc des cycles de chauffage et de refroidissement répétés sans la moindre défaillance. The sodium-sulfur generators according to the invention therefore allow repeated heating and cooling cycles without the slightest failure.

Ils trouvent des applications avantageuses dans les batteries de traction pour véhicules automobiles. They find advantageous applications in traction batteries for motor vehicles.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described and shown which have been given only by way of example.

En particulier, on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des-moyens équivalents.  In particular, it is possible, without departing from the scope of the invention, to make detailed modifications, to change certain provisions or to replace certain means by equivalent means.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1/ Générateur électrochimique fonctionnant à haute température comportant un réservoir métallique contenant une matière active anodique liquide à la température de fonctionnement et un réservoir métallique contenant une matière active cathodique liquide à la température de fonctionnement, lesdits réservoirs étant réunis par leurs extrémités ouvertes par des moyens de scellement, lesdits moyens de scellement portant également un tube d'électrolyte solide situé à l'intérieur de l'un des réservoirs et débouchant dans l'autre réservoir, caractérisé par le fait que le réservoir contenant la matière active cathodique comporte sur au moins une partie de sa superficie des déformations aptes à absorber les contraintes mécaniques au cours du refroidissement dudit générateur.1 / Electrochemical generator operating at high temperature comprising a metal reservoir containing an anodic active material liquid at operating temperature and a metal reservoir containing a cathodic active material liquid at operating temperature, said reservoirs being joined by their open ends by means for sealing, said sealing means also carrying a solid electrolyte tube situated inside one of the reservoirs and opening into the other reservoir, characterized in that the reservoir containing the cathodic active material comprises on at least part of its surface area of deformations capable of absorbing mechanical stresses during the cooling of said generator. 2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites déformations comportent une ondulation de large amplitude ménagée sur la paroi dudit réservoir à sa partie supérieure et sensiblement au niveau dudit moyen de scellement. 2 / Generator according to claim 1, characterized in that said deformations comprise a wide amplitude ripple formed on the wall of said tank at its upper part and substantially at said sealing means. 3/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites déformations comportent des ondulations de faible amplitude ménagées sur sa paroi.3 / Generator according to claim 1, characterized in that said deformations include undulations of small amplitude formed on its wall. 4/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites ondulations comportent d'une part une ondulation de large amplitude ménagée sur la paroi dudit réservoir à sa partie supérieure, sensiblement au niveau dudit moyen de scellement, et d'autre part des ondulations de faible amplitude ménagées sur la partie restante de la paroi dudit réservoir.4 / generator according to claim 1, characterized in that said corrugations comprise on the one hand a ripple of large amplitude formed on the wall of said tank at its upper part, substantially at the level of said sealing means, and on the other hand small amplitude undulations made on the remaining part of the wall of said tank. 5/ Batterie comportant au moins un générateur selon l'une des revendications précédentes. 5 / Battery comprising at least one generator according to one of the preceding claims.
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