NO750445L - - Google Patents

Description

Natrium/s.vovel-celle.

Denne oppfinnelse angår natrium/svo[v\el-celler.

Slike celler har en fast elektrolyt av beta-aluminiumoksyd som adskiller en flytende-natrium-metalanode fra en flytende katodisk reaktant som omfatter svovel. Denne katodiske reaktant har en sammensetning som avhenger av cellens ladnings- eller ut-ladningstilstand. Når cellen utlades passerer natriumioner gjennom elektrglytten til den katodiske reaktant og kombineres med negativt ladede sulfidione.r for å danne natriumpolysulfider. Den katodiske reaktant blir imidlertid vanligvis betegnet som svovelelektrode.

Det er nødvendig å injisere og ekstrahere elektroner fra svovelelektroden og dette skjer ved hjelp av et porøst ledende legeme,

så som en grafitt- eller karbonfiltmasse. Den porøse leder virker som en elektrodeoverflate med stort areal ved hvilken elektroner kan tilføres til eller fjernes fra svovelet eller polysulfidene under cellereaksjonen. Da den elektriske ledningsevne av slikt porøst materiale er lav må en strømsamler forbindes elektrisk med denne grunnmasse for å tilkte at en ytre krets forbindes med cellens katode.

Foreliggende oppfinnelse er mer spesielt rettet mot denne katodestrømsamler. Under de elektrokjemiske betingelser som hersker i svovelelektroden er endog rustfritt stål utsatt for korro-sjon. Hittgjl har imidlertid rustfritt stål vært ansett som det beste, materiale å anvende. Korrosjonen av stålet har mange skadelige virkninger. For eksempel vil svovel som ellers ville være til-gjengelig for reaksjon i cellen, bli konsumert under dannelsen av korrosjonsprodukter. Hvis cellens kapasitet bestemmes av svovelet så reduserer slikt forbruk av svovel cellens kapasitet.

I henhold til et aspekt ved denne oppfinnelse er det

i en natrium/svovel-celle anordnet en strømsamler i kontakt med katodereaktanten dannet av et ugjennomtrengelig karbon- eller grafittrør inneholdendeen deformerbar elektrisk leder som strekker

seg over og i kontakt med den innvendige overflate av røret. Den deformerbare leder kan være av grafitt-filt eller stålull og i dette tilfelle er det anordnet en ledende fast metallkjerne innen-

for grafittrøret, hvor den deformerbare leder danner et ledende mellomlegg mellom den indre overflate av grafittrøret og kjernen.

Mest hensiktsmessig er imidlertid den deformerbare leder et metall

som er flytende ved cellens arbeidstemepratur.

Således omfatter oppfinnelsen innenfor sin ramme en natrium/svovel-celle i hvilken [ eE strømsamler i kontakt med den katodiske reaktant er dannet av et ugjennomtrenglig karbon- eller grafittrør inneholdende et metall som er flytende ved cellens arbeidstemperatur. En ledende kjerne, for eksempel en metallstav kan være anordnet i det flytende metall, hvilken kjerne består av et metall som er fast ved cellens arbeidstemperatur.

Det vil sees at med denne konstruksjon er det eneste materiale i kontakt med.den katodiske reaktant, grafitt. Karbon blir ikke nevneverdig angrepet av svovel eller natriumpdysulfider og dette arrangement reduserer derfor sterkt eller eliminerer korro-sjonsproblemene. Grafittrøret er ugjennomtrengelig og følgelig kan svovel ikke trenge gjennom dette. Røret kan hensiktsmessig være gjort ugjennomtrengelig ved hjelp av pyrolytisk impregnering.

Det vil sees at den ovenfor beskrevne katodestrøm-samler har en sammensatt konstruksjon. Den elektriske ledningsevne av karbon er lav og en enkel karbonstav kan ikke brukes som klatode-strømsamler da dens høye motstand ville forringe cellens ydelse.

Ved å anordne et ledende element i grafittrøret i form av et

flytende metall eller en metallstav meåfjet egnet mellomlegg mellom staven og røret, blir den innvendige overflate av grafittrøret forbundet direkte med en elektrisk strømvei med lav motstand for cellens katodestrøm. Strømveien gjennom grafittrøret blir derfor bare gjennom tykkelsen av røret og ikke langs dette/sj lengde. Det problem som motstanden i karbon representerer blir således overvunnet og dette resulterer i en form av katodesamler med høy ledningsevne og god korrosjonsmotstand mens fremstillingen er lett.

Det ville ikke generelt være mulig under de betingelser som foreligger i en natrium/svovel-celle å anvende en katodestrøm-samler omfattende en fast metallstav med et belegg av karbon.

Under de oppvarmnings- og avkjølingsoperasjoner som inngår i fremstillingen, fyllingen og driften av en celle, kan materialene i en slik sammensetning undergå forskjellige grader av varmeekspansjon og de resulterende påkjenninger er tilbøyelige til å bevirke at et mulig belegg adskilles fra substratmetallet. Anordning av det flytende metall eller et annet deformerbart mellomlegg overvinne disse problemer..

Flytende metall danner et spesielt hensiktsmessig mellomlegg mellom en fast kjerne og overflaten av grafittrøret og sikrer en strømvei til kjernen fra hele overflaten av røret som er i kontakt med det flytende metall. Dette flytende metall kan være hvilket som helst egnet metall som er flytende ved cellens arbeidstemperatur og som ikke reagerer med grafitten eller den faste kjerne. Arbeidstemperaturen er typisk omkring 350°C og vil ligge innenfor område fra 280°C til 400°C. Det finnes en rekke metaller som er flytende ved disse temperaturer, for eksempel kvikksølv, gallium, natrium, litium, indium, kalium, tinn og kadmium samt legeringer og amalganer mellom disse og eller andre metaller. Kjernen kan være laget av hvilken som helst passende metall med god elektrisk ledningsevne. Med en aluminiumkjerne foretrekkes det å bruke et mykt loddemetall (en tinn/bly-legering)

som det flytende metall. Hvis den faste metallkjerne utelates er det foretrukne flytende metall tinn.

Den ytre elektriske tilkobling til strømsamleren

kan skje ved hjelp av en forbindelsesklemme rundt grafittrøret eller ved hjelp av en forbindelse med kjernen eller det flytende metall i røret, for eksempel gjennom en endeplugg for forsegling av grafitt-røret.

Den.sammensatte elektrode må ha en mantel som er ugjennomtrenglig for svovel eller polysulfider slik at kjernen ikke blir angrepet kjemisk eller elektrokjemisk. Grafittmantelen kan også gjøres ugjennomtrenglig ved å fylle de åpne porer med en harpiks eller ét metall eller hvilket som helst materiale som er fast ved cellens arbeidstemperatur. Fyllmaterialet trenger ikke å være elektrisk ledende skjønt det kan være ledende. Integriteten av et slikt rør er imidlertid bestemt av de relative varmeekspansjons-koefficienter for de materialer som inngår.. Det foretrekkes derfor å gjøre grafittmantelen ugjennomtrenglig ved å fylle porene med en avsetning av pyrolytisk karbon eller grafitt. Den pyrolytiske avsetning kan frembringes ved å fylle porene med en harpiks og derefter oppvarme røret for å karbonisere harpiksen eller ved å oppvarme røret i en gassformig hydrokarbonatmosfære. Slike tek-

nikker for å gjøre grafitt ugjennomtrenglig er i seg selv velkjente

og skal ikke beskrives nærmere her.

Cellen er hensiktsmessig rørformet med et elektrolytt-rør rundt og konsentrisk med katodestrømsamleren, mens svovelelektroden befinner seg i det ringformede rom mellom elektrolytten og katodestrømsamleren, og natriumelektroden befinner seg i et ringformet område utenfor elektrolytten og innenfor et ytre hus, hvilket hus for eksempel er laget av rustfritt stål og kan danne anodestrøm-samleren. Den ovenfor besfejevne katodestrømsamler kan imidlertid brukes også i andre cellekonstruksjoner. For eksempel kan en celle inneholde ett eller flere elektrolyttrør med natriumelektroden innenfor dette eller disse rør, og med svovelelektroden utenfor elektro-lyttrørene. I dette tilfelTe] kan det være anordnet en eller flere katodestrømsamleae som ovenfor angitt, og hver kan omfatte et grafitt-rør inneholdende et flytende metall eller en fast metallkjerne med et mellomlegg av flytende metall eller et annet deformerbart materiale mellom kjernen og røret, idet katodestrømsamlerne er plassert rundt hvert elektrolyttrør.

Under utladning av natriumévovel-cellen skjer det en overføring av natriumioner fra natriumelektroden gjennom den faste elektrolytt til svovelelektroden hvor det dannes natriumpolysulfider. Volumet av materiale i svovelelektroden øker derfor under utladningen av cellen. Når cellen er fullt oppladet er dét derfor nødvendig at svovelelektroden bare er delvis fyllt med svgvel, for eksempel kan den være omkring 2/3 full. Cellen må ha en konstruksjon som gjør det mulig å oppta det økede volum av den katodiske reaktant og i en rørformet celle kan dette gjøres ved å anordne et svovelreservoar ved den ene ende av cellen. Som tidligere forklart er det på grunn av den forholdsvis lave elektriske ledningsevne av svovelmateriale, kjent praksis i natrium/svovel-celler å anbringe et porøst ledende legeme, for eksempel av grafittfilt, i svovelet mellom elektrolytten og katodestrømsamleren. For å redusere motstanden av cellen må imidlertid strømveiens lengde gjennom svovelet fra elektrolytten til strømsamleren holdes liten. Det porøse materiale innvirker også

på cellens virkemåte ved å bestemme strømmen av flytende svovel og sulfider og,.som et kapilarmedium, kan det influere på lokali-seringen av disse reaktanter i elektroden. Dette er spesielt viktig under cellens gjenoppladning da natriumsulfid må holdes i kontakt med elektrolytten til tross for en økende dominans av svovelinnhold og tomrom (voidage) i elektrodemateriale. De motstridende krav fører til et kompromiss. Typisk vil i en rørformet celle volumet

av porøst materiale oppta bare den opprinnelige svovelmengde, idet ekspansjonsrommet forblir fritt. Mer effektiv utladning vil frem-komme med et stort fylt volum, men bedre massestrømning ved inn-oppladning er resultatet av et lite fylt volum.

Ved bruk av katodestrømsamleren ifølge foreliggende oppfinnelse, basert på et ugjennomtrengelig grafittrør, med ka-todestrømsamleren plassert innenfor et elektrolyttrør, kan den ytre overflate av grafittrøret være utformet med riller eller utsparinger. Disse riller eller utsparinger vil for eksempel dekke omkring en tredjedel til halvparten av rørets overflate. De bør ha en slik bredde at de tillater fri adgang for væsker inn i og ut av grafittfilten som er anordnet på kjent måte mellom strømsamleren og elektrolyttoverflaten. Bredden av sporene eller utsparingene

er imidlertid gjort liten nok til å sikre at ingen deler av elektrolytten befinner seg for fjernt fra strømsamleren til at effektiv bruk blir oppnådd. Spor med en bredde på 2 mm er typisk i praktisk anvendelse. Den maksimale bredde er sammenlignbar med filttykkelsen, det vil si mellomrommet mellom elektrolyttrøret og strømsamleren. Det vil sees at med dette arrangement danner disse spor et mellomrom for å oppta det økede volum av sulfidmateriale ved utladning av cellen. Selv når cellen er fullt oppladet er imidlertid den indre overflate av elektrolyttrøret alltid tilstrekkelig nær et parti uten spor på grafittrøret for strømsamleren til å gi effektiv ut-nyttelse av hele overflatearealet av elektrolytten. Når cellen utlades fyller svovelmateriale spoime eller utsparingen. Ved denne konstruksjon er det således mulig å redusere størrelsen av eller å eliminere et hvert behov for et svovelreservoar ved den ene ende av cellen.

Hvis grafittrøret fremstilles ved ekstrudering er sporene hensiktsmessig anordnet i lengderetningen. Med støpte rør er det godt mulig å bruke andre utformninger, for eksempel periferiske eller skrueformede eller spor i et kryssmønster.

Karbon- eller grafittfilten i svovelet kan festes mekanisk eller ved kjemisk [Binding til karbon- eller grafittrøret i katodestrømsamleren. Slik binding kan utføres med pyrolytisk karbon eller grafitt før sammenstillingen av cellen. Pyrolytisk binding kan utføres ved foreløbig vedheftning med organisk harpiks efterfulgt av en karbon[iiseringsbehandling eller ved dannelse av karbonbindingen ved pyrolyse av gassformige hydrokarboner. Videre kan den porøse filt selv være inkorporert som en ukarbonisert forløper som brennes med karbon eller grafittrøret for å danne den sammensatte enhet.

I den følgende beskrivelse skal det henvises til tegningene hvor:

Figurene 1, 2 og 3 hver er et lengdesnitt gjennom

en natrium/svovel-celle;

Figur 4 er et tverrsnitt av en? modifikasjon a/vj

cellen på figur 1; og

Figur 5 er et skjematisk tverrsnitt gjennom en annen konstruksjon av natrium/jsvovel-celle.

På figur 1 er det vist en natrium/svovel-celle med

et fast elektrolyttrør 10 laget av beta-aluminiumoksyd, hvilket elektrolyttrør adskiller en svovelelektrode 11 på innsiden av røret fra en natriumelektrode 12 på utsiden av røret. Røret 10 er lukket ved nedre ende og i en typisk konstruksjon er det 22 cm langt og har en indre diameter på 2,2 cm. Tykkelsen av rørveggen er fra 1 til 2 mm. Beta-aluminiumoksyd er et keramisk materiale inneholdende aluminiumoksyd og natriumoksyd og eventuelt små mengder av andre materialer så som magnesiumoksyd eller litiumoksyd. Det tillatter passasje av natriumioner og brukes følgelig som fast elektrolytt for å adskille svovel- og natriumelektrodene i en natrium/svovel-celle. I den på figur 1 viste konstruksjon er røret 10 omgitt av et hus 13 av rustfritt stål, hvilket hus har sylindrisk form. Den nedre del av huset som vist ved 14 har en indre diameter som er omkring 1 til 3 mm større enn den ytre diameter av røret 10.

Det trange ringformede område mellom denne del av huset og røret ifå} inneholder natrium som er smeltet under cellens drift, hvilket natrium 15 i dette område utgjør natriumelektroden. Over dette trange ringformede område haJr stålhuset forstørret diameter over en lengde på omkring 5 cm som vist ved 16. Dette parti med større diameter inneholder natrium og danner et natriumreservoar 17. Elektrisk tilkobling til natriumelektroden skjer ved hjelp av en klemme 18

på en endelukkeplate 19 som lukker den nedre ende av stålhuset 14.

Innenfor elektrolyttrøret 10 ligger svovelelektroden

og en katodestrømsamler som strekker seg inn i svovelet. Strøm-samleren omfatter et grafittrør 21 som er dannet av grafitt som. er gjort ugjennomtrenglig ved impregnering med pyrolytisk karbon slik at rørmaterialet er gjort ugjennomtrenglig for væske. Grafittrøret 21 er lukket ved sin nedre ende og har en innvendig diameter på omkring 8 til 10 mm i dette spesielle eksempel. Innenfor grafitt-røret ligger en fast metallstav 22 som danner en elektrisk ledende

kjerne. Denne kjerne kan være laget av et elektrisk ledende metall og dette er i foreliggende eksempel aluminium, skjønt også andre elektrisk ledende materialer så som kobber eller jern kan anvendes. Metallstaven 22 har en diameter som er omkring 1 mm mindre enn den innvendige diameter av røret slik at det fremkommer et trangt ringformet rom innenfor røret 21. Dette rom er fylt med et metall 23

som er flytende ved det temperaturområdesom foreligger ved dfjft av cellen (omkring 280° til 400°C). Metallet 24 i dette ringformede område må være flytende ved disse temperaturer og kan være hvilket som helst elektrisk ledende materiale som ikke reagerer med grafitt-røret 21 eller metallstaven 22. Med en aluminiumkjerne foretrekkes det å bruke et mykt loddemetall (en tynn blylegering) 23 i det ringformede område.

Det flytende metall 23 avstedkommer elektrisk kontakt mellom den indre overflate av grafittrøret 21 og metallstaven 22. Staven 22 og metallet 23 S/a nn er en elektrisk strømvei med lav motstand slik at den elektriske motstand blir redusert for strømgjennom-gang langs lengden av katodestrømsamleren.

Mellom den ytre overflate av grafittrøret 21 og den indre overflate av elektrolyttrøret 10 er det et ringformet område inneholdende de svovel- og sulfidmaterialer som danner cellens katode. Den største del av dette område inneholder en løs pakking av grafittfilt 25 eller et lignende materiale for å øke ledningsevnen av det svovel/s.ulfid-materiale som danner elektroden. Den øvre del av det ringformede område mellom elektrolytten og katodestrømsamleren ved 26 er vist på tegningen uten noe sulfidmateriale. Dette område utgjør sulfidreservoaret. Når cellen utlades passerer natrium gjennom elektrolyttrøret 10 for å danne natriumpolysulfider i katode-område og følgelig øker volumet av materiale som utgjør katoden. Området 26 tjener til å oppta dette økede volum av katodemateriale når cellen utlades.

Strøm til og fra katoden passerer gjennom den katodesamler som utgjøres av grafittrøret 21 med sin kjerne 22^og flytende metall 23. En elekrisk klemme 29 er festet på utsiden av grafittrøret. Eventuelt kan en plugg 30 som danner en øvre lukning for dette rør være elektrisk forbundet med kjernestaven 22 og kan brukes som positiv klemme eller pol. I den viste utførelsesform er imidlertid katodeklemmen 29 festet på utsiden av grafittrøret 21 og rommet over toppen av kjernestaven utgjør et reservoar 31 som erdelvis fylt med flytende metall 23 og tillater varmeekspansjon av det flytende

metall og av kjernen når cellen er oppvarmet til arbeidstemperatur. Pluggen 30 er gjenget inn i tippen av grafittrøret 21 for å danne en lukning sammen med en pakning 32 for å sikre en tett forsegling.

En forsegling 35 isolerer svovelelektroden fra den ytre atmosføren der hvor strømsamleren trer ut fra svovelelektroden. Denne forsegling omfatter en 0-ring 36 av elastomer-materiale og

en metallpakning 37 holdt på plass av en gjenget del 38 som står i inngrep med gjengene på et ringformet element 39 som strekker seg over toppen av svovelområde. Elementet 39 har en nedavstikkende flens 40

som strekker seg rundt den øvre ende av elektrolyttrøret 10 og samvirke r%d en ringformet tetning (Jl som danner forsegling mellom Gjatrium- og svovelelektrodene og mellom de to elektroder og den ytre atmosfære. Den ringformede tetning 41 ligger innfnfor et ringformet metallelement 42 og presses sammen mellom bunnen av flensen 40

og den øvre flate på en isolerende skive 43, som ligger an på en flat forseglingspakning 44 på den øvre flate av en innadrettet kant 45 rundt toppen av huset 13. Den isolerende skive 43 er nødvendig

i denne utførelse fordi grafitt brukes i pakningen eller tetningen 41. Da grafitt er en elektrisk leder må tetningen omfatte en isolator bestående av elementet 43 samt det ytterligere forseglingselement 44. Tetningen holdes på plass av en kappe 46 som har en flens 47

i inngrep med en utvendig gjenge 48 på kanten 45. En glimmerskivé 49 isolerer kappen fra delen 38. Det skal bemerkes at tetningen ikke blir berørt av de flytende cellereaktanter elljelr reaksjonsprodukter i denne konstruksjon så lenge cellen befinner seg i den viste opp-retts tående [sltilling.

Cellen på figur 1 er anordnet for bruk i den viste vertikale stilling. Figur 2 viser en modifikasjon av cellen for bruk i omvendt stilling. På figur 2 er det brukt tilsvarende henvisningstall som på figur 1 for å angi tilsvarende komponenter og det skal i det følgende bare gis en omtale av de spesielle trekk på figur 2.

På figur 2 er det anordnet et hatriumreservoar 50

i huset 13 ved den øvre lukkede ende av elektrolyttrøret og rommet rundt elektrolyttrøret holdes fullt med natrium på grunn av tyngde-kraften så vel som på grunn av kapilarvirkningen. Katodestrøm-samleren på figur 2 omfatter et ugjennomtrengelig grafittrør 51 som er lukket ved sin øvre ende, og karbonrøret er fylt med et flytende metall 52, for eksempel tinn eller mykt loddemetall. På figur 2 er det ikke vist noen fast kjerne skjønt en slik kjerne kan brukes.

Med den omvendte stilling forblir det flytende metall i kontakt med

en metall-lukkeplugg 53 ved enden av grafittrøret 51 og denne plugg 53 brukes som katodeklemme for cellen. OTåtodestrømsamleren strekker seg ikke inn i sulfidreservoaret som utgjøres av et område 55 mellom de lukkede ender av grafittrøret 51 og elektrolyttrøret 10.

Tetningen mellom natrium- og svovelelektrodene og mellom elektrodene og den ytre atmosfære er annerledes på figur 2

enn på figur 1. I arrangementet på figur 2 danner to pakningselementer 56, 57 begge tegninger motelektrolyttrøret 10 slik at hverken det ene eller det' annet pakningselement står i berøring med begge cellereaktanter. Dette forhindrer ethvert elektrokjemisk angrep på tetnings-materiale når cellen arbeider i den viste stilling. Pakningselementet 56 er av elastomermateriale eller grafitt rundt elektrolyttrøret og presset mellom en elektrisk isolerende ring 58 av keramisk materiale og en kantdel 59 på den nedre ende av huset 13. Nedenfor ringen 58

er det anordnet et annet pakningselement 57 dannet av en forseglingspakning holdt i stilling av en flens 61 på den øvre ende av et element 62. Elementet 62 holdes på plass av en kappe 63 som er gjenget slik at den kan skrus inn på kantdelen 59. En ytterligere forseglingspakning 64 er anordnet mellom kappen 63 og elementet 62. Dette element 62 tjener som understøttelse for en elastomertetning med 0-ring rundt grafittrøret 21, hvilken tetning sammenpresses av en metall-skive 65 fastholdt av en gjenget kappe 66.

Figur 3 illustrerer en modifikasjon av arrangementet

på figur 2 for å tillate at cellen brukes i horisontal stilling.

På figur 3 brukes de samme henvisningstall som på figur 2 og i det følgende skal bare modifikasjoneneomtales. På figur 3 må det ringformede rom 70 mellom elektrolyttrøret 10 og det ytre hus 13 være et kapilarområde slik at natrium blir tiltrukket til dette område fra natriumreservoaret 50 ved enden av huset 13, hvorved hele utsiden av elektrolyttrøret 10 holdes fuktet med natrium til tross for den gradvise reduksjon av natriummengden i reservoaret 50 efter-

hvert som cellen utlades. Katodestrømsamleren i dette arrangement omfatter en fast metallstav, for eksempel en aluminiums tav 71 innenfor grafittrøret 54 og adskilt fra dette med et trangt ringformet område 72 som danner et kapilarområde inn i hvilket det flytende metall blir tiltrukket slik at staven 71 er effektivt elektrisk forbindet med grafittrøret 51 over i det vesentlige hele lengden av dette, hvorved dettes ledningsevne blir forbedret. Metallet i området 72

er valgt som et metall som er flytende ved cellens arbeidstemperatur og er ikke kjemisk reaktivt ved denne temperatur hverken i forhold til

grafitten i røret [ §, 1 eller [metallet i staven 71. For en aluminiums-stav anvendes det hensiktsmessig mykt loddemetall som det flytende metall.

En annen modifikasjon av cellen på figur 1 er illu-strert på figur 4 som er et tverrsnitt gjennom en ^elle, og viser et ytre stålhus 80 som omgir etelektrolyttrør 81 idet et kapilarområde 82 dannes mellom huset og elektrolyttrøret, for natriumelektroden. 1 elektrolyttrøret er det anordnet en kjaitodestrømsamler omfattende et hult ugjennomtrengelig grafittelement 84 inneholdende en indre fast metallstav 85, hensiktsmessig laget av aluminium. Som i ut-førelsene på figurene 1 og 3 er mellomrommet mellom staven 85 og den indre overflate av grafittrøret 84 fylt med et flytendemetall 86,

for eksempel et mykt loddemetall.

Mellomrommet mellom elektrolytten og grafittdelen

er fylt med en grafittfilt 87 for å øke ledningsevnen av det svovel/- sulfidmateriale som danner katodeelektroden. Typisk er dette en grafitt-filt med tetthet på omking 0,1 gram pr. cm .

I den på figur 4 viste konstruksjon er det tildannet langsgående spor eller riller (89 i den ytre overflate av grafitt-

røret 84. Disse riller kan typisk ha en bredde og dybde av størrelses-orden 2 til 5 mm, og tjener som ekspansjonsvolum for å oppta det ekstra volum av sulfidmateriale som dannes når cellen utlades.

Bredden av sporene 89 er slik at hele elektrolyttoverflatearealet

kan utnyttes effektivt, det vil si at sporene er tilstrekkelig tall-rike til at intet område av den indre overflate av elektrolytlrøret 81

er for fjernt fra et parti uten spor på grafittrøret 84 for katode-strømsamleren. Når cellen er fullt oppladet er den ytre periferi av grafittrøret 84 mellom sporene 89 i berøringjjned grafittfilten 87

og med svovelelektrodemateriale slik at strømmen kan flyte gjennom grafittfilten mellom elektrolyttrøret 81 og røret 84. Når cellen utlades vil svovelmateriale gradvis fylle opp sporene 89. Disse spor tjener således til å oppta det ekstra sulfidmateriale som dannes under den elektrokjemiske prosess mens de fortsatt tillater bruk av hele elektrolyttoverflatearealet. Ved å anvende denne konstruksjon av katodestrømsamleren er det mulig å utelate svovel^ulfidreservo-aret 26 på figur 1 eller svogel/sulfidreservoaret 55 på figurene 2 og 3 og følgelig blir cellen mer kompakt for en gitt utgangseffekt.

Grafittfilten mellom elektrolyttrøret og grafittrøret

er i berøring med de ytre overflater av tennene eller fremspringene på grafittrøret og med den indre overflate av elektrolyttrøret, for-

trinnsvis med hele periferien av elektrolyttrøret. Det trenger ikke å fylle hele det ringformede område utenfor den ytterste del av fremspringene på grafittrøret og fortrinnsvis anvendes det tilformet grafittfilt som fyller mellom Sl og 60% av dette område.

Skjønt det på figur 4 er vist langsgående spor 89

kan disse anta andre former. Hvis grafittrøret er ekstrudert er langsgående spor hensiktsmessig. For et støpt^rør kan det imidlertid finnes mer hensiktsmessig å ha periferiske spor. Skruelinjeformede spor eller spor i et kryssmønster er andre former som kan anvendes. Sporene trenger ikke å være jevnt fordelt ove.r overflaten av grafitt-røret, men kan ligge tettere henimot den ene ende eller den ene side av røret for å ta hensyn til tyngdekraftvirkninger forbundet med cellens orientering eller til elektrisk ikke-regularitet som har sammenheng med den endelige spesifikke motstand av strømsamleren. Sporene kan være tamme eller kan være pakket med fibre av en elektrisk leder eller isolator, for eksempel aluminiumoksydfibre, som tjener som kapiUarelementer for å bidra til transporten av den katodiske reaktant.

Selv om katodestrømsamleren i de ovenfor beskrevne utførelser har vært arrangert innenfor elektrolyttrøret er andre arrangementer mulige. Figur 5 illustrerer skjematisk et tverrsnitt gjennom et cellesystem som innenfor et ytre hus eller kapslingsele-ment 90 har et antall elektrolyttrør 91 dannet av et keramisk materiale så som beta-aluminiumoksyd. Natrium 92 er anordnet innenfor elektro-lyttrøret med en passende strømsamler (ikke vist) hensiktsmessig anordnet ved den ene ende av røret. Elektrolyttrørene er omgitt av svovel/polysulfid-elektrodemateriale med en grafittfiltpakning 94 mellom elektrolyttrørene og huset. Innenfor denne svovelelektrode er det et antall katodestrømsamlere 95 som hver er laget av et grafittrør 96 som er ugjennomtrenglig for væsker, hvert av hvilke

rør inneholder en fast metallkjerne 97, for eksempel en aluminiums - stav med et flytende metall 98, for eksempel et mykt loddemetall,

som danner et mellomleggsmateriale mellom den faste kjerne og grafitt-røret. Disse katodestrømsamlere er plassert rundt de forskjellige elektrolyttrør og er elektrisk forbundet i parallell slik som skjematisk angitt ved 99. Som i de tidligere beskrevne arrangementer tillater den faste kjerne med det flytende metall som mellomlegg i grafittrørene, at katodestrømsamlere med lav elektrisk motstand som imidlertid frifr en graf ittoverf late som er frilagt overfor sulf id-materiale for å oppnå fordelene med høyere motstand overfor elektrokjemisk angrep som følge av grafitten, sammenlignet med rustfritt stål i katodestrømsamlerne.

Claims (19)

1. Natrium/svovel-celle karakterisert ved at en strømsamler i kontakt med den katodiske reaktant er dannet av et ugjennomtrenglig karbon- eller grafittrør inneholdende en deformerbar metall-leder som strekker seg oger og i kontakt med den indre overflate av røret.

2. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at den deformerbare leder er av metall som er flytende ved cellens arbeidstemperatur.

3. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at den deformerbare leder består av grafittfilt eller stålull og at det er anordne t en ledende fast metallkjerne innenfor karbon-eller grafittrøret, hvilken deformerbare leder danner et ledende mellomlegg mellom den indre overflate av karbon- eller grafittrøret og kjernen.

4. Natrium/svovel-celle karakterisert ved at en strømsamler i kontakt med den katodiske reaktant er dannet av et ugjennomtrenglig karbon- eller grafittrør inneholdende et metall som er flytende ved cellens arbeidstemperatur.

Celle ifølge krav 4, karakterisert ved at en ledende kjerne i det flytende metall, hvilken kjerne er av et metall som er fast ved cellens arbeidstemperatur.-

6. Celle ifølge et av kravene 2,4 eller 5, karakterisert ved at det flytende metall er tinn.

7. Celle ifølge et av kravene 2, 4 eller 5, karakterisert ved at det flytende metall er en tinn/b.ly-legering.

8. Celle ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at cellen har rørform og katode-strømsamleren er plassert aksielt innenfor en rørformet elektrolytt og at svovelelektroden befinner seg i et ringformet område mellom katodestrømsamleren og elektrolytten, mens natriumelektroden befinner seg i et ringformet område rundt elektrolytten.

9. Celle ifølge krav 8, karakterisert ved et hus som danner et kapillarområde rundt elektrolytten for natrium, og at et natriumreservoar er anordnet ved den ene ende av elektrolyttrøret.

10. Celle ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at det er anordnet grafittfilt i svovelelektroden mellom elektrolyttrøret og katodestrømsamleren.

11. Celle ifølge krav 10, karakterisert ved et svovelreservoar ved den ene ende av svovelelektroden..

12. Celle ifølge krav 10, karakterisert ved at karbon- eller grafittrøret h$ r spor eller utsparinger på sin ytre overflate..

13. Celle ifølge krav 12, karakterisert ved at sporeæeller utsparingene har en bredde som er mindre enn avstanden mellom elektrolyttrøret og den ytre overflate av grafitt-røret.

14. Celle ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at det tilsynelatende volum av grafittfilt ikke er større enn 601 og ikke mindre enn 5% av det ringformede rom mellom den ytre overflate av karbon- eller grafittrøret og den indre overflate av elektrolyttrøret.

15. Celle ifølge krav 13, karakterisert ved at sporene er orientert i lengderetningen.

16. Celle ifølge ett av kravene 12 til 15, karakterisert ved at sporene eller utsparingene er pakket med et kapilarmateriale.

17. Celle ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at karbon- eller grafittrøret er gjort ugjennomtrenglig ved pyrolytisk impregnering.

18. Celle ifølge ett av kravene 1, 2 eller 4 til 7, karakterisert ved et ytre hus av stort sett rørform og lukket ved den ene ende, et elektrolyttrør av beta-aluminiumoksyd-keramikk lukket ved den ene ende og plassert aksielt i huset, natrium i det ringformede område mellom elektrolyttrøret og huset, en katode-strømsamlér som strekker seg aksielt i elektrolyttrøret, hvilken strømsamler omfatter et karbon- eller grafittrør lukket ved den ene ende og inneholdende et ledende metall som er flytende ved cellens arbeidstemperatur, en porøs karbon- eller grafittfilt mellom elektro- lytttøret og katodestrømsamleren, et katodisk reaktantmateriale om-' fattende svovel som impregne rer den nevnte filt, en tetningsanordning som forsegler huset til elektrolyttrøret for å forsegle det natrium-innehidendé område og som forsegler elektrolyttrøret til karbon- eller grafittrøret for å forsegle det svovelinneholden.de område og videre en tetningsanordning som forseglet den åpne ende av karbon- eller grafittrøret.

19. Natrium/svovel-celle i det vesentlige som beskrevet under hensivning til figur 1, 2, 3 , 4 eller 5 på tegningene.