JPH01194275A - Electrochemical cell - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電気化学電池に係る。より特定的には、セパレ
ータによって陰極から分離された溶融アルカリ金属陽極
を有する再充電可能な高温電気化学電力貯蔵電池に係る
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to electrochemical cells. More particularly, it relates to rechargeable high temperature electrochemical power storage cells having a molten alkali metal anode separated from a cathode by a separator.
本発明によるとセパレータによって陰極から分離された
溶融アルカリ金属陽極を有する再充電jす能な高温電気
化学電力貯蔵電池が提供され、セパレータが前記アルカ
リ金属を含む陽極隔室と陰極りを含む陰極隔室とに電池
を区分し、前記セパレータは、陽極隔室から陰極隔室へ
と電池の放電の属をイオンの形で解放するものであり、
電池はそれが直立する動作位置を有して、その動作位置
ではセパレータは水平に対して角度をなして延伸してお
、す、そのためセパレータに対して陽極隔室中の陽極金
属の表面のレベルが表われておって、電池の放電時には
下降して電池の充電時には上界するものであり、陽極隔
室は1讐側部分と該下側部分の水平断面よりも大きな水
平断面を持った上側部分とを有し、さらに下側部分は電
池の完全な放電状態において陽極金属で完全に充たされ
ている。In accordance with the present invention, there is provided a rechargeable high temperature electrochemical power storage battery having a molten alkali metal anode separated from a cathode by a separator, the separator separating an anode compartment containing said alkali metal and a cathode compartment containing a cathode compartment. the separator is for releasing the discharge of the battery in the form of ions from the anode compartment to the cathode compartment;
The cell has an operating position in which it is upright, in which the separator extends at an angle to the horizontal, so that the level of the surface of the anode metal in the anode compartment relative to the separator is The anode compartment has an upper part with a horizontal cross section larger than that of the lower part and the upper part of the anode compartment. and a lower portion that is completely filled with anode metal in a fully discharged state of the cell.
セパレータが陽極金属イオンの固体電解質伝導体であり
、セパレータが、その一端ぐは閉偵され、他端では解放
でDつ中空の内部を有する円筒管の形であり、セパレー
タ管は電池容器の内部に配置されており、従って電池の
前記動作位置においては、管の閉鎖端は最1ζ方でまた
管の開放端は最上方であり、管の内部は一方の電極隔室
を形成し、さらに管は容器から隅たっておって管と容:
褐とのにある時はそれは通常は円形または環状の断面で
あり、隔室が管の外部にある時は通常は環状の断面を有
する。陽極隔室の下側部分の水平環状断面が上側部分の
それより小さいためには、このタイブの電池では上側部
分は上側部分よりもより小さい水平の、即ち半径方向寸
法をもつことである。The separator is a solid electrolyte conductor of anode metal ions, the separator is in the form of a cylindrical tube with one end closed and the other end open and having a hollow interior, and the separator tube is inside the battery container. and thus in said operating position of the cell, the closed end of the tube is at the uppermost side and the open end of the tube is at the uppermost side, the interior of the tube forming one electrode compartment, and the tube Set the tube away from the container:
When the compartment is external to the tube it usually has a circular or annular cross section; when the compartment is external to the tube it usually has an annular cross section. Because the horizontal annular cross-section of the lower part of the anode compartment is smaller than that of the upper part, in this type of cell the upper part has a smaller horizontal or radial dimension than the upper part.
かくして陽極隔室が環状であれば、上側部分の環状帯は
下側部分のそれよりも厚くなる。Thus, if the anode compartment is annular, the annular band in the upper part will be thicker than that in the lower part.
セパレータ管は通常はく代表的には前述のような管が作
られるので)一定の直径を持つので、円形断面のケース
においてケースの直径を変化させることによって異なっ
た水平断面を上側と1・側部分とに持たせる。または陽
極隔室の下側部分の中にインサートを位置させ(例えば
陽極隔室が管の外部にあれば管状のインリートを、また
は陽極隔室が管の内部にある時は円筒状または管状のイ
ン1ノートである)、インサートは管に同心でnつ半径
方向でそれから距離を設ける。代替としてインサートは
粉末または粒状形態であり得る。Separator tubes usually have a constant diameter (as the tubes as mentioned above are typically made), so in a case with a circular cross section, by changing the diameter of the case, different horizontal cross sections can be created on the upper and 1/2 sides. Hold it in a portion. or by positioning the insert in the lower part of the anode compartment (e.g., a tubular inlet if the anode compartment is on the outside of the tube, or a cylindrical or tubular inlet when the anode compartment is inside the tube). 1 note), the insert is concentric to the tube and n radially spaced from it. Alternatively, the insert may be in powder or granular form.
特別な具体例においては、セパレータ管は一定の直径を
有し、管の内部は陰極隔室を形成し、容器は円形の断面
を持ってその中に管が同心で配置され、また管と容器と
の門の空間が環状Il!!極!Ili室を形成する。In a special embodiment, the separator tube has a constant diameter, the interior of the tube forms a cathode compartment, the container has a circular cross section in which the tube is arranged concentrically, and the tube and container The space of the gate is circular Il! ! very! Form the Ili chamber.
陽極隔室が水平断面で環状であれば、環状帯の厚さは好
ましくは実行できる範囲で小さ〆く、実際目的では例え
ば約0.1〜0.2#l+11である。同様に陽極隔室
の上側部分は実行できる範囲で高い位置の上方端部を持
つべきで、それは鉛直り向でセパレータの中央点と少く
とも同じ高さである。従って本発明の特別な具体例では
、陽極隔室の環状帯の下側部分の厚みは好ましくは多く
とも0.2mで、電池がその前記動作位置では陽極隔室
の下側部分は、セパレータ管の長さの中央点レベルより
も低方
くないレベルで上を端部を有する。If the anode compartment is annular in horizontal section, the thickness of the annular band is preferably as small as practicable, for example about 0.1 to 0.2 #l+11 for practical purposes. Similarly, the upper part of the anode compartment should have an upper end as high as practicable, which is at least as high vertically as the center point of the separator. Accordingly, in a particular embodiment of the invention, the thickness of the lower part of the annular band of the anode compartment is preferably at most 0.2 m, such that in said operating position of the cell the lower part of the anode compartment has a thickness of at most 0.2 m. having ends at a level no lower than the midpoint level of the length.
好ましくは陽極隔室の上側部分の体積は次のように選ば
れる。即ち電池が完全充電時では前記上側部分が実質的
に陽極°金属で充たされ、電池が完全/i5[電の時は
実質的に空であるが、下側部分は常に充たされ続けるよ
うにである。換言すれば陽極隔室の上側部分の体積は、
電池が完全充電の時には前記上側部分が陽極金属で実質
的に満されるように電池の容器に関連づけられており、
従って電池がその動作位置にあって電池が完全に放電し
ている時は陽極隔室の陽極金属のレベルが陽極隔室光た
される。Preferably the volume of the upper part of the anode compartment is selected as follows. That is, when the battery is fully charged, the upper part is substantially filled with the anode metal, and when the battery is fully charged, it is substantially empty, but the lower part remains filled at all times. It is. In other words, the volume of the upper part of the anode compartment is
associated with the battery container such that the upper portion is substantially filled with anode metal when the battery is fully charged;
Thus, when the battery is in its operating position and the battery is fully discharged, the level of anode metal in the anode compartment is illuminated by the anode compartment.
陽極隔室に表われているセパレータの全表面の湿潤を促
進ず兆ために、前記表面は館記上側部分で吸上げ材料で
内へりされ得る。それで陽極隔室に表われているセパレ
ータの表面は、陽極金属の吸上げのための吸上げ材料で
内張すされる。In order to promote wetting of the entire surface of the separator exposed in the anode compartment, said surface can be lined with wicking material in the upper part of the housing. The surface of the separator exposed in the anode compartment is then lined with a wicking material for wicking of the anode metal.
電池がその動作位置にある時は電池のすべての充電状態
において、吸上げ材料が下方向に延伸して陽極金属と接
触している。そのような吸上材料は、金属ガーゼ、多孔
性金属スリクーンによりセパレータへ保持された金属粉
末酋、焼結多孔性金属内張り、およびフェルト内張りか
ら成るグループから選択できる。当然のこと他のタイプ
の吸上げ材料と適切にU換できる。When the cell is in its operating position, the wicking material extends downwardly into contact with the anode metal in all states of charge of the cell. Such wicking materials can be selected from the group consisting of metal gauze, metal powder sieves held to the separator by porous metal screens, sintered porous metal linings, and felt linings. Naturally, it can be suitably converted to other types of wicking materials.
原則的には吸上げ部の高さをできるだけ低くすべきであ
り、この観点から陽極隔室の上側部分は質的に一定の外
径でその間に空間の無い電池を所有するのが望ましい。In principle, the height of the suction should be as low as possible, and from this point of view it is desirable for the upper part of the anode compartment to have a cell with a qualitatively constant outer diameter and no spaces between them.
それで陽極隔室がセパレータ管の外にある時は、深い上
側部分で、下側部分よりわずかに広いものが望ましい。So when the anode compartment is outside the separator tube, it is desirable to have a deep upper section and slightly wider than the lower section.
上記上側部分の深さと幅とをその部分に所要の体積を付
ちするには、これら反対の要望間で実際上は妥協しなけ
ればならぬであろう。In practice, the depth and width of the upper section would have to be compromised between these opposing desires in order to give the section the required volume.
代表的にはセパレータはアルカリ金属イオンのセラlミ
ンク伝等休であり、例えばナシコン〆(nasicon
)またはベータ・アルミナのようなナトリウムイオン
の導体、好ましくはベータ・アルミナであるが、本発明
は原理的に他のタイプのセパレータにも適用し得る。そ
のようなセパレータは例えばゼオライトのようなテクト
シリケートのモレキュラシーブであって、それはその微
小多孔性内部に取込んだ陽極のアルカリ金属を含み、代
表的には50オングストローム以F特に20オングスト
ロ一ム単位以下の大きさの通路、窓、および孔を有する
。夫々の場合で、吸上げ部を最小に減らすという上述の
利点が原則的に達成されている。Typically, the separator is an alkali metal ion separator, such as Nasicon.
) or beta-alumina, preferably beta-alumina, although the invention is also applicable in principle to other types of separators. Such separators are, for example, molecular sieves of tectosilicate, such as zeolites, which contain the alkali metal of the anode incorporated into its microporous interior, typically less than 50 angstroms F, especially less than 20 angstrom units. It has passageways, windows, and holes of size. In each case, the above-mentioned advantage of reducing the suction to a minimum is achieved in principle.
トリウム硫化物/ポリ硫化物を含んだナトリウム/硫黄
電池であり、または陰極は例えば液体電解質で含浸され
た電子的に伝導的な電解質−浸透性マトリクスであって
、液体電解質はアルhり金属アルミニウムハライドの溶
融地雷解質で、それはアルhり金属ハライドとアルミニ
ウムハライドの1:1の等モル混合物であ°るナトリウ
ムアルミニウム塩化物が好ましい。本発明の具体例にお
いてマトリックスはFe、N i、 co、Cr、 M
n。Sodium/sulfur cells containing thorium sulfide/polysulfide, or the cathode is an electronically conductive electrolyte-permeable matrix impregnated with a liquid electrolyte, the liquid electrolyte being an aluminium-based metal. A molten mine electrolyte of a halide, preferably sodium aluminum chloride, is a 1:1 equimolar mixture of alkali metal halide and aluminum halide. In embodiments of the invention, the matrix is Fe, Ni, co, Cr, M
n.
および前記遷移金属の化合物から成るグループの少なく
とも1つのメンバーと、それと共に脚本。and at least one member of the group consisting of compounds of said transition metals, together with a script.
シリコン、ボロン、窒素および燐から成るグループの少
なくとも1つの非金属とから形成される。and at least one non-metal from the group consisting of silicon, boron, nitrogen and phosphorus.
一般的に通常はセパレータはナトリウムイオンの固体電
解質伝導体であり、陽極金属は溶融ナトリウムであるが
、活性陰極材料、陰掩隔室中の電解質、陰極隔室の陰極
材料(カッ−ライト)その他に上述のように広い選択が
適当にある。Typically, the separator is a solid electrolyte conductor of sodium ions, the anode metal is molten sodium, the active cathode material, the electrolyte in the negative compartment, the cathode material in the cathode compartment (kalite), etc. As mentioned above there is a reasonably wide selection.
本発明は添付概略図面に従って例丞的に説明する。The invention will be illustrated by way of example with reference to the accompanying schematic drawings, in which: FIG.
1焦1
図面において、参照番号10は本発明による電気化学電
池10を一般的に示す。電池10は溶融ナトリウム活性
陽極(アノード)材料12と、ナトリウムアルミニウム
塩化物の溶融地雷解質と、電解質で且つ荷電した活性陰
極物質として分散形態のFeCl2を中に含む電解質−
透過性の多孔性鉄マトリクスを含む。代替として例えば
マトリクスは、荷電した活性陰極物質として分散形態の
N i G l 2を合む多孔性ニッケルであり得る。In the drawings, reference numeral 10 generally indicates an electrochemical cell 10 according to the invention. Cell 10 comprises a molten sodium active anode material 12, a molten sodium aluminum chloride mine electrolyte, and an electrolyte containing FeCl2 in dispersed form as the electrolytic and charged active cathode material.
Contains a permeable porous iron matrix. Alternatively, for example, the matrix may be porous nickel containing N i G l 2 in dispersed form as the charged active cathode material.
陰極16のマトリクスは電解質14で飽和されており、
その中に分散された充分に微細に分割されたNa1lを
有し、活性陰極物質のすべての荷重状態において電解質
14がNaC1とAlCl3の等モル混合物、即ち化学
量論的に正確に
NaAlc’4であることを保証する。The matrix of cathode 16 is saturated with electrolyte 14;
With a sufficiently finely divided Na1l dispersed therein, the electrolyte 14 is an equimolar mixture of NaCl and AlCl3, i.e. exactly stoichiometrically NaAlc'4, in all loading conditions of the active cathode material. I guarantee that there is.
電池10は底20を持つ軟鋼の外側容器またはケース1
* Iy、底はケースを図示のように直立形に保持し
ている。ケース18はアルファ・アルミナの絶縁リング
22に密封されている。開放端部を持つベータ・アルミ
ナのセパレータ管24がケース18と同心で位置し、管
24の下部端部は開鎖されており、該管24の上部また
は開放端部はアルファーアルミナのリング22に密封型
式でガラス−溶接されている。管24の1?1放端部は
軟鋼の閉鎖ディスク26で閉し゛
ぢられ、該ディスクはアルファ・アルミナのリング22
に密封されている。陽極端子ポスト28がケース18に
溶接゛されており、一方陰極端子ポスト30がディスク
26の密封中央開口を通って下方で電解質14中に入っ
ている。ポスト30のF方部分は陰極16のマトリック
ス中に埋まって且つそれと電子的に接触している。マト
リクスは陰極電流捕集体として作用する。電解質14の
上には不活性ガス空間32があり、またナトリウム12
上には不活性ガス空間34がある。The battery 10 has an outer container or case 1 of mild steel with a bottom 20.
*Iy, the bottom holds the case in an upright configuration as shown. The case 18 is sealed in an alpha alumina insulating ring 22. A beta alumina separator tube 24 with an open end is located concentrically with the case 18, with the lower end of the tube 24 being open-ended and the upper or open end of the tube 24 being sealed to a ring 22 of alpha alumina. The model is glass-welded. The 1-1 end of the tube 24 is closed with a mild steel closure disc 26, which is surrounded by an alpha alumina ring 22.
is sealed. An anode terminal post 28 is welded to the case 18, while a cathode terminal post 30 extends downwardly into the electrolyte 14 through a sealed central opening in the disk 26. The F portion of the post 30 is embedded in the matrix of the cathode 16 and is in electronic contact therewith. The matrix acts as a cathodic current collector. Above the electrolyte 14 is an inert gas space 32 and also contains sodium 12
Above is an inert gas space 34.
ケース18と管24との間の空間は、ナトリウム12に
よって占有されており陽極隔室を形成する。また管24
の内部は陰極隔室を形成する。これらの隔室は相互にセ
パレータ管24によって、また管24を密封することに
より、ケース1Bとディスク26とをアルファ・アルミ
ナのリング22に密封することにより分離されている。The space between case 18 and tube 24 is occupied by sodium 12 and forms the anode compartment. Also, the tube 24
The interior of the cathode compartment forms the cathode compartment. These compartments are separated from each other by a separator tube 24 and by sealing the tube 24 and by sealing the case 1B and the disk 26 to a ring 22 of alpha alumina.
電池の全体的な充電/放電反応は次の反応で示される。The overall charge/discharge reaction of the battery is illustrated by the following reaction.
従ってナトリウムは、充電の間は分離管24を通って陰
極隔室から陽極隔室へ移動し、またそれは放電中は反対
に移動する。放電の間においては、F e / F e
C; I 2活性陰極物質の体積は陰極隔室の電解質
14のレベルまで増加して上昇し、一方陽極隔室の溶融
ナトリウムの活性陽極物質のレベルは対応の下降がある
。充電の間においては、陽極隔室中の活性溶融ナトリウ
ム陽極物質12は上昇し、−・方で溶融電解質14のレ
ベルでは、Fe/FeCl2活性隘極物質の体積の減少
に起因して対応の下降が生ずる。Sodium thus moves from the cathode compartment to the anode compartment through the separation tube 24 during charging, and vice versa during discharge. During the discharge, F e / F e
C; I 2 The volume of active cathode material rises increasing to the level of electrolyte 14 in the cathode compartment, while there is a corresponding fall in the level of active anode material in molten sodium in the anode compartment. During charging, the active molten sodium anode material 12 in the anode compartment rises, while the level of molten electrolyte 14 undergoes a corresponding fall due to a decrease in the volume of the Fe/FeCl2 active pole material. occurs.
第1図を注目すると、容器18は36の位置でくびれて
いるのが分かり、従って管24とケース18との間で規
定される陽極隔室は下側部分38と上側部分40を有し
、上側部分は下側部分よりも大きな水平断面を持つ。換
言すれば、第1図の上側部分40での管24とケース1
8との間の環状空間は、下側部分38で8で示された幅
よりも大きい分の実質的な幅へを有する。1, it can be seen that the container 18 is constricted at 36, so that the anode compartment defined between the tube 24 and the case 18 has a lower portion 38 and an upper portion 40. The upper part has a larger horizontal cross section than the lower part. In other words, the tube 24 and case 1 in the upper part 40 of FIG.
The annular space between 8 and 8 has a substantial width greater than the width indicated at 8 in the lower portion 38.
第2図を参照すると、ケース18は実質的に一定の直径
を有する。しかし同様な効果が、不活性な円筒状インサ
ート42をケース18の下方部分にケース18と接触し
且つ管24から離れて設けることによって得られる。Referring to FIG. 2, case 18 has a substantially constant diameter. However, a similar effect can be obtained by providing an inert cylindrical insert 42 in the lower part of the case 18, in contact with the case 18 and remote from the tube 24.
インサート42は実密、中空または粒子(粉体)状構成
であり得る。同様に陽極隔室は上側部分40と下側部分
38を有し、上側部分40の幅Aは、管24とインサー
ト42との間で規定される下側部分38の1】Bよりも
大きい。Insert 42 may be of solid, hollow or particulate construction. Similarly, the anode compartment has an upper portion 40 and a lower portion 38, with the width A of the upper portion 40 being greater than the width A of the lower portion 38 defined between the tube 24 and the insert 42.
第1図でケースの上側部分40の実線部は、電池しであ
る。従って上側部分40は比較的大きい深さと比較的小
さなへの値を有する。前記密度と稠密充填を考慮しない
立場では、上側部分は第1図で点線で40.1に示すよ
うにより小さい深さと大きなAの値を有する。In FIG. 1, the solid line portion of the upper part 40 of the case is the battery compartment. The upper portion 40 therefore has a relatively large depth and a relatively small value. Without considering the density and close packing, the upper part has a smaller depth and a larger value of A, as indicated by the dotted line 40.1 in FIG.
各々の上側部分40では、管24の外側表面はウィック
(灯心状体)44で内張すされている。このウィック4
4は第3図と第4図に詳しく示されて概括的に44と表
示されて、それが管24の部分と接触しているのが分か
る。In each upper section 40, the outer surface of the tube 24 is lined with a wick 44. This wick 4
4 is shown in detail in FIGS. 3 and 4, generally designated 44, and it can be seen that it is in contact with a portion of tube 24.
ウィック44は微細な孔の多孔材料の内側層46と、粗
い孔の多孔材料の外側層48と、最も外側のガーゼ層5
Gとから成る。ガーピ層は8146.1i48を相互に
位置づけ且つ管24に対しても位置付けるようにする。The wick 44 has an inner layer 46 of fine pore porous material, an outer layer 48 of coarse pore porous material, and an outermost gauze layer 5.
It consists of G. The Gurpi layer positions the 8146.1i48 relative to each other and also relative to the tube 24.
ケース18(第1図)およびケース18とインサート4
2(第2図)の寸法は、電池の充電のすべての状態で陽
極隔室の下側部分38が常にナトリウム12によって充
され続けるように決められ、且つ電池が完全に放電され
ると各上側部分40では実質的にナトリウム12が空に
なるように選択される。Case 18 (Figure 1) and case 18 and insert 4
2 (FIG. 2) are such that the lower part 38 of the anode compartment always remains charged with sodium 12 in all states of charge of the battery, and that each upper part 38 remains charged with sodium 12 when the battery is completely discharged. Portion 40 is selected to be substantially empty of sodium 12.
電池の充電中ではナトリウムは陽極隔室に入り、その中
のナトリウム12のレベルは上昇しガス空間34の堆積
は減少する。また放電中はナトリウムレベルは低下する
。During charging of the battery, sodium enters the anode compartment, the level of sodium 12 therein increases and the deposits in the gas space 34 decrease. The sodium level also decreases during discharge.
しかし管24の外側表面全体が、放電の全状態でナトリ
ウムによって湿潤されているのが望ましく、そのためウ
ィック44は管24の全外表面にわたって溶融ナトリウ
ムを上方向へ吸Eげるように働く。Preferably, however, the entire outer surface of tube 24 is wetted with sodium during all conditions of discharge, so that wick 44 serves to wick molten sodium upwardly over the entire outer surface of tube 24.
しかし重力に抗ってナトリウムを上へ吸い上げることは
困難で、実質的な高さにわたって作用することは容易で
はない。電池10が上側部分40と下側部分38を設け
るのはそのためで、下側部分38が常時ナトリウムを充
填するように設計されている。However, it is difficult to siphon sodium upward against gravity, and it is not easy to act over a substantial height. That is why the battery 10 includes an upper section 40 and a lower section 38, with the lower section 38 designed to be constantly filled with sodium.
このことがナトリウムを上側部分40の中にだけ」−方
へ吸上げるのを可能にし、管24の全体の高さよりは低
い比較的低い高さにわたって作用する。これに関して間
隔臼はできるだけ小さり0.1〜0.2盾のオーダにし
、且つ一ト側部分38が少くとも管24の半分以りに伸
びることが注目されよう。This allows the sodium to be wicked only into the upper section 40, acting over a relatively low height which is less than the overall height of the tube 24. It will be noted in this regard that the spacing is as small as possible, on the order of 0.1 to 0.2 shields, and that one side portion 38 extends at least over half of the tube 24.
第3図と第4図を参照すると、946と層48が常時ナ
トリウムで飽和に維持され、且つガーゼ層50がガス空
間34に表わIれている時は52で示すように層上にナ
トウリムのプールまたは滴粒を保持しているのが見られ
る。この観点から、ウィックの材料は好適にはナトリウ
ムで容易に潤れるもの、鉄やニッケルその他の遷移金属
が好ましいことが分かる。詳細な構成では、ガーゼ層5
0はナトリウムをそこにプールまたは滴粒52として保
持する複数の構造物54を有する。これらWi造動物5
4、前記外側層48の外側部分にわたり相互に間隔をと
って分配されたバスケット形のものであるとか、または
前記層48の周りに延伸する鉛直方向に間隔をとった周
辺延伸のとい状通路であり得る。第3図のそれらは部分
−円形の断面であり、第4図のそれは鉛直方向に細長い
断面を示す。当然のこと必要払゛
あれば、よりMAIllなガーゼまたは網y物50も用
いられ、ふはエキスバンド形の金属ダイヤモンド網状物
であって、外側層48と接触しているナトリウムの滴粒
52を保持する機能を充たすものである。Referring to FIGS. 3 and 4, when layer 946 and layer 48 are maintained saturated with sodium at all times and gauze layer 50 is exposed in gas space 34, sodium oxide is added over the layer as shown at 52. It is seen holding pools or droplets of water. From this point of view, it can be seen that the material of the wick is preferably one that can be easily wetted with sodium, and is preferably a transition metal such as iron, nickel, or the like. In the detailed configuration, the gauze layer 5
0 has a plurality of structures 54 that hold the sodium therein as pools or droplets 52. These Wi artificial animals 5
4. basket-shaped, distributed at intervals over the outer portion of said outer layer 48, or with vertically spaced peripherally extending trough-like channels extending around said layer 48; could be. Those in FIG. 3 are partial-circular cross-sections, and those in FIG. 4 show vertically elongated cross-sections. Of course, if necessary, a more rigid gauze or mesh 50 could also be used, including an expanded metal diamond mesh with sodium droplets 52 in contact with the outer layer 48. It fulfills the function of maintaining.
発明の別の電池の同様図、第3図は電池のウィックの拡
大スケールでの詳細図、第4図は第3図の変形例の詳細
図である。A similar view of another battery of the invention, FIG. 3 a detailed view on an enlarged scale of the wick of the battery, and FIG. 4 a detailed view of a modification of FIG. 3.
10・・・・・・電池、12・・・・・・陽極材料、1
4・・・・・・電解質、16・・・・・・陰極材料、1
8・・・・・・容器(ケース)、24・・・・・・セパ
レータ管、38・・・・・・下側部分、40・・・・・
・上側部分、44・・・・・・ウィック(吸上げ材料)
、52・・・・・・ナトリウムプールまたは滴粒、54
・・・・・・構造物。10...Battery, 12...Anode material, 1
4... Electrolyte, 16... Cathode material, 1
8... Container (case), 24... Separator tube, 38... Lower part, 40...
・Upper part, 44...Wick (wicking material)
, 52... Sodium pool or droplet, 54
······Structure.
Claims (8)
カリ金属陽極を有する再充電可能な高温電気化学電力貯
蔵電池であつて、セパレータが前記アルカリ金属を含む
陽極隔室と陰極を含む陰極隔室とに電池を区分し、また
前記セパレータは、陽極隔室から陰極隔室へと電池の放
電の間陽極アルカリ金属がそれを通過するようにし、且
つ陰極隔室で陰極との反応のためにアルカリ金属をイオ
ンの形で解放するものであり、電池はそれが直立する動
作位置を有して、その動作位置ではセパレータは水平に
対して角度をなして延伸しており、そのためセパレータ
に対して陽極隔室中の陽極金属の表面のレベルが表われ
ておって、電池の放電時には下降して電池の充電時には
上昇するものであり、陽極隔室は下側部分と該下側部分
の水平断面よりも大きな水平断面を持つ上側部分とを有
し、さらに下側部分は電池の完全な放電状態においては
陽極金属で完全に充たされている電池。(1) A rechargeable high temperature electrochemical power storage battery having a molten alkali metal anode separated from a cathode by a separator, the separator comprising an anode compartment containing the alkali metal and a cathode compartment containing the cathode. and the separator allows the anode alkali metal to pass therethrough during discharge of the cell from the anode compartment to the cathode compartment, and the alkali metal for reaction with the cathode in the cathode compartment. in the form of ions, and the cell has an operating position in which it is upright, in which the separator extends at an angle to the horizontal, so that the anode separation relative to the separator is It shows the surface level of the anode metal in the chamber, which falls when the battery is discharging and rises when the battery is charged, and the anode compartment is lower than the lower part and the horizontal section of the lower part. a cell having an upper part with a large horizontal cross-section, and a lower part which is completely filled with anode metal in the fully discharged state of the cell.
であり、セパレータが、その一端では閉鎖され他端では
開放で且つ中空の内部を有する円筒管の形であり、セパ
レータ管は電池容器の内部に配置されており、従つて電
池の前記動作位置においては、管の閉鎖端は最下方でま
た管の開放端は最上方であり、管の内部は一方の電極隔
室を形成し、さらに管は容器から隔たっておってそのた
め管と容器との間に空間を規定しそれが別の電極隔室を
形成する請求項1に記載の電池。(2) The separator is a solid electrolyte conductor of anode metal ions, and the separator is in the form of a cylindrical tube that is closed at one end and open at the other end and has a hollow interior, and the separator tube is inside the battery container. arranged and thus in said operating position of the cell, the closed end of the tube is at the bottom and the open end of the tube is at the top, the interior of the tube forms one electrode compartment, and the tube 2. The cell of claim 1, wherein the cell is spaced apart from the container, thereby defining a space between the tube and the container, which forms another electrode compartment.
極隔室を形成し、容器は円形の断面であって且つ管がそ
の中に同心に配置されており、管と容器との間の空間が
環状の陽極隔室を形成する請求項2に記載の電池。(3) the separator tube has a constant diameter, the interior of the tube forms a cathode compartment, the container has a circular cross section and the tube is arranged concentrically therein, and the tube and container are connected; 3. The cell of claim 2, wherein the intervening space forms an annular anode compartment.
大でも0.2mmであり、電池が前記動作位置にある場
合には、陽極隔室の下側部分がセパレータの長さの中央
点のレベルよりも低くないレベルで上方端部を有してい
る請求項3に記載の電池。(4) the radial thickness of the lower part of the annular band of the anode compartment is at most 0.2 mm, and when the cell is in said operating position, the lower part of the anode compartment has a length of the separator; 4. A cell according to claim 3, having an upper end at a level not lower than the level of the midpoint of the cell.
時には前記上側部分が陽極金属で実質的に充たされるよ
うに電池の容量に、関連づけられており、従つて電池が
その動作位置にあって電池が完全に放電している時は陽
極隔室の陽極金属のレベルが陽極隔室の下側部分の頂上
にあり、従つて電池が前記完全放電状態の時は前記下側
部分が陽極金属で実質的に充たされている請求項1から
4のいずれか一項に記載の電池。(5) The volume of the upper part of the anode compartment is related to the capacity of the battery such that when the battery is fully charged said upper part is substantially filled with anode metal, so that the battery is in its operating position. When the cell is fully discharged, the level of anode metal in the anode compartment is at the top of the lower part of the anode compartment; 5. A battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the battery is substantially filled with anode metal.
極金属を吸上げるために吸上げ材料で内張りされており
、電池がその動作位置にある時は電池のすべての充電状
態において、吸上げ材料が下方向に延伸して陽極金属と
接触している請求項1から5のいずれか一項に記載の電
池。(6) The surface of the separator exposed in the anode compartment is lined with a wicking material to wick the cathode metal, and when the battery is in its operating position, the wicking material is 6. A battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the raised material extends downwardly into contact with the anode metal.
ンによりセパレータへ保持された金属粉末、焼結多孔性
金属内張り、およびフェルト内張りから成るグループか
ら選択される請求項6に記載の電池。7. The battery of claim 6, wherein the wicking material is selected from the group consisting of metal gauze, metal powder held to the separator by a porous metal screen, a sintered porous metal lining, and a felt lining.
体であり、陽極金属が溶融ナトリウムである請求項1か
ら7のいずれか一項に記載の電池。(8) The battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the separator is a solid electrolyte conductor of sodium ions, and the anode metal is molten sodium.
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