电极单元的制作方法_4

文档序号:8207926阅读:来源:国知局
度和电极单元的长度且也可大于 此处所示的数目。也可能仅提供一个套管并且在套管中形成多行入口开口 15及出口开口 17。
[0067] 为了能够输出恒定电功率,而不管放电的状态,通过流动障碍19将多孔电极7分 段。流动障碍19防止在出口开口 17的区中的已在多孔电极7中形成的反应产物继续向前 流动经过多孔电极7。流动障碍19确保在出口开口 17的区中的所有材料从多孔电极7排 出至流动通道13中。此确保在下游段,新阴极材料被供应至多孔电极7,因此改善电极单元 1的性能。以使得已从出口开口 17排出的材料不立即进入多孔电极的下一段,在出口开口 17下游的入口开口 15相对于出口开口 17以交错方式布置。
[0068] 在放电期间释放的电流被通过电流端子21取走。为此,多孔电极7的各自段与电 流端子21接触。例如,通过段壁9及盖罩11进行接触。此处段壁9及盖罩11两者为导电 构造。备选地,也可能在每种情况下将由段壁9包封的多孔电极7连接至中心导体,该中心 导体与电流端子21接触。本领域技术人员已知的电接触多孔电极7的任何其它可能方式 也是可能的。
[0069] 在图5中所示的简化的实施例中,结构不包括段壁。多孔电极7与波状盖罩11直 接接触,使得在此情况下形成过于垂直导向的流动通道13。电流供应线与多孔电极7直接 电接触。
[0070] 在放电期间,多孔电极7为阴极。通过位于固体电解质3与多孔电极7的相对侧 上的阳极材料形成阳极。在此处所示的具有圆柱形固体电解质3的实施例中,阳极材料位 于固体电解质3的内部中。为了能够将阳极材料量保持为小,置换物23位于固体电解质3 中。此处置换物23被构造,以使得在固体电解质3与置换物23之间提供间隙25。阳极材 料位于间隙25中。若碱金属被用作阳极材料,则阳极材料本身为导电的且可被直接用作电 极(在放电期间用作阳极)。为此,例如,可能使置换物23为导电的并且使置换物23形成 电流端子。
[0071] 在置换物23中构造通道27,以用于馈送阳极材料。阳极材料流经通道27至间隙 25中,并且在电化学还原时形成阳离子,该阳离子经过阳离子传导固体电解质3进入多孔 电极7中,阳离子在多孔电极7中与形成于其中的阴离子起中和反应。
[0072] 此外,可能加热置换物23,以便建立操作所需的温度以使得阳极材料及阴极材料 保持熔融。例如,通过加热棒提供电加热。
[0073] 在一个特定实施例中,通过在电极单元的长度上分布的可变加热功率提供加热, 以使得在顶部处提供较多加热且在底部处提供最少加热。这意味着已经冷却至低于熔点的 碱金属及周围阴极材料以熔锥形式而自上向下熔融,因此确保不能由于滞留(entrapped) 熔体而产生破坏性压力。
[0074] 对于充电,盐(例如,多硫化钠)被通过通道13供应,通过出口开口17进入至多 孔电极中并且通过所施加的电压分裂成钠离子及硫,其中钠离子可以流经固体电解质3至 间隙25中并且通过通道27排出。硫通过段壁9中的入口开口15从多孔电极7穿出至流 动通道13中。通过多硫化钠与硫之间的密度的差别开始流动。由于多硫化钠具有比硫高 的密度,因此多硫化钠向下沉并且形成流动,使得连续地操作电极单元1 (假设碱金属和硫 的供应可用)。
[0075] 硫和碱金属被储存在彼此分离地布置的储存容器中,其中,例如,用于硫的储存容 器也可包封盖罩11并且通过由盖罩11形成的通道13流动至多孔电极7。然后将所得盐同 样地收集在用于硫的储存容器中。由于密度的差别,形成两相系统,多硫化钠位于下面并且 硫位于上面。
[0076] 图2示出根据本发明构造的电极单元1的平面图。特别地,图2中所示的平面图 揭示呈包覆管形式的盖罩11的波状设计。此处,波状盖罩11通过凹槽29抵靠段壁9并且 单独通道13由槽峰31形成,槽峰31与凹槽29交替。在放电期间,阴极材料流动至由槽峰 31形成的通道13中,并且然后通过入口开口 15进入至多孔电极中。不流至多孔电极7中 的材料向前流动经过流动通道13。在出口开口 17处,流经通道的材料与排出材料混合,使 得混合物进入至在相同流动通道13中的下游入口开口 15中,与从出口开口排出的材料相 比,该混合物包括较高比例的未反应的阴极材料。
[0077] 图3以三维方式展示根据本发明的电极单元,盖罩11具有用以示出下伏部件的缺 口。在所安装的电极单元1中不存在所述缺口。图3中的表示揭示出口开口 17相对于下 游入口开口 15以交错方式布置。这防止来自出口开口 17的材料能够直接流动至下游入口 开口 15中。在此处所示的实施例中,在每种情况下,入口开口 15及出口开口 17被构造有 矩形截面,在每种情况下被构造为套管的延伸电极9的延伸部33位于两个入口开口 15或 两个出口开口 17之间,该延伸部分别与下游入口开口 15或前述出口开口 17有着相同的宽 度。
[0078] 在此处所示的实施例中,延伸电极9制作为独立套管,该套管在每种情况下在一 端处包括入口开口 15且在另一端处包括出口开口 17。单独套管的设计促进安装及生产。 然而,备选地,也可能仅提供其中形成入口开口 15及出口开口 17的一个套管。然而,优选其 端分别包括入口开口 15及出口开口 17的独立套管的设计。在一个特别优选的实施例中, 在每种情况下,在一个套管上的入口开口 15与出口开口 17彼此轴向对准。此外,除此处所 示的矩形入口开口 15及出口开口 17之外,也可能以任何其它所期望的形状构造入口开口 及出口开口。若在每种情况下开口在套管的端处,例如,则开口可相应地被构造为半圆形或 半椭圆形或甚至为三角形。若仅提供其中构造有多行入口开口 15及出口开口 17的一个延 伸电极,也可以任何其它所期望的形状(例如,椭圆形、圆形、三角形或具有如所期望的一 样多的顶点的多边形)构造所述开口。
[0079] 除此处所示的具有圆柱形固体电解质3并且从而同样地圆柱形多孔电极7的实施 例之外,也可能构造具有任何其它所期望的截面且也作为延伸电极单元的电极单元1。然 而,优选地,如此处所示,电极单元1为圆柱形。
[0080] 为了产生较长的电极单元1,提供构造为此处所示的套管的两个以上段壁9。
[0081] 图4示出穿过根据本发明构造的置换物的截面表示。
[0082] 置换物23优选地由特殊钢制成。为了避免由置换物23的热膨胀损伤固体电解质 3,优选地将置换物23配置为使得其弹性地抵靠固体电解质3。例如,通过具有凸出部35及 凹入部37的设计达成以弹性方式抵靠固体电解质。例如,这导致置换物23的波状设计。置 换物23以弹性方式抵靠的事实使得固体电解质3的内轮廓的制造偏差和热膨胀差异能够 得到补偿。此外,特别地,若提供额外电流导体39,也可能使得凹入部37呈D形状,其中具 有圆形截面的电流导体39夹在凹入部37中。
[0083] 在此处所示的实施例中,电流导体39包括呈在两端处闭合的管41形式的夹套 (jacket)及高导电材料的芯43。此处,芯43的整个圆周抵靠管41。如上文已描述的,管优 选由特殊钢制成并且芯为铝、铜、银、金或钠。使用电流导体39改善由具有相对差的导电性 的特殊钢制成的置换物23的导电性。
[0084] 置换物常规地为内侧中空的。例如,置换物的内部区45被用以容纳包括钠的容 器。此处同样地,容器优选由特殊钢制成。
[0085] 图5不出本发明的一个实施例中的延伸电极的截面表不。
[0086] 通过电绝缘层5及多孔电极7包封固体电解质3。通过盖罩11邻近多孔电极7, 在此处所示的实施例中,盖罩11为波状构造。硫及多硫化物流经的流动通道13由盖罩11 的波状设计而形成。
[0087] 若盖罩11由钢制成,则应提供额外电流导体47以改善电特性。此处电流导体47 优选被布置在盖罩11的面向固体电解质3的侧上。在此处所示的实施例中,电流导体47 容纳于延伸电极的流动通道23中。此处流动通道23及电流导体47的几何结构彼此适应, 以使得电流导体47在每种情况下连续地抵靠流动通道13的壁。为了避免电流导体与硫或 多硫化物的不想要的反应,与布置于置换物侧上的电流导体39 -样,电流导体47被用在两 端处闭合的特殊钢管49的夹套及高导电材料的芯51而制得。高导电材料优选为铜、铝、银 或金,特别优选为铜或铝。
[0088] 如此处所示,除被布置在每个其它流动通道13中之外,电流导体39的任何其它所 期望的均匀或不均匀分布是可能的。例如,在均匀分布的情况下,相应地也可能仅在每三个
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