Аккумуляторная батарея с твердым электродом

Авторы патента:


Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом
Аккумуляторная батарея с твердым электродом

 


Владельцы патента RU 2522173:

КАБУСИКИКАЙСЯ ДЗИНКОСИГЕН КЕНКЮСЕ (JP)

Изобретение относится к аккумуляторным батареям, использующим твердый электролит. Технический результат - повышение надежности конструкции батареи при ее возможном повреждении с одновременным упрощением. Для этого предложена аккумуляторная батарея с твердым электролитом, которая имеет конструкцию, обеспечивающую повышенную безопасность. Контейнер для хранения активного материала отрицательного электрода и контейнер для хранения активного материала положительного электрода аккумуляторной батареи с твердым электролитом выполнены как отдельные блоки. Поскольку активный материал отрицательного электрода и активный материал положительного электрода частично разделены в различных контейнерах, контакт между большими количествами активного материала отрицательного электрода и активного материала положительного электрода исключен даже в том случае, когда твердый электролит поврежден, тем самым достигается повышенная безопасность. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 20 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к аккумуляторной (вторичной) батарее, в которой используют твердый электролит, такой как β-глинозем.

ПРЕДПОСЫЛКИ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Аккумуляторные батареи используют в различных видах оборудования, таких как цифровые фото- и видеокамеры, портативные компьютеры (ноутбуки) и мобильные телефоны, а также в каждом из таких транспортных средств, как автомобили, летательные аппараты и сельскохозяйственные машины. Среди них в последние годы привлекают внимание натрий-серные батареи в качестве аккумуляторных батарей, которые могут хранить большое количество энергии. Традиционная натрий-серная батарея общего назначения состоит из твердого электролита цилиндрической формы с дном, выполненного из таких материалов, как β-глинозем, обладающих проницаемостью по ионам натрия, цилиндрического корпуса, удерживающего твердый электролит в своей осевой части, расплавленного натрия, который заключен в камере отрицательного электрода, предусмотренной на внутренней стороне твердого электролита, и расплавленной серы, которая заключена в камере положительного электрода, предусмотренной на внешней стороне твердого электролита и внутри корпуса. Эти натрий-серные батареи работают в состоянии, нагретом до температуры 290-350°C. Расплавленный натрий в камере отрицательного электрода проходит через твердый электролит в виде иона натрия и вступает в реакцию с серой с образованием полисульфида натрия в камере положительного электрода, при этом осуществляется разряд. При зарядке протекает обратная реакция, расплавленный натрий возвращается в камеру отрицательного электрода.

[0003] Этот твердый электролит натрий-серной батареи образован из β-глинозема или β"-глинозема, состоящего из оксида алюминия и оксида натрия, и имеет цилиндрическую форму с дном, такую как форма, похожая на пробирку.

[0004] В случае повреждения этого твердого электролита цилиндрической формы с дном расплавленный натрий, который высоко активен и удерживается в электролите, течет наружу, вступая в реакцию с расплавленной серой на стороне внешней периферийной поверхности цилиндрического твердого электролита с дном, причем эта реакция является быстрой и экзотермической.

[0005] По проблеме повреждения твердого электролита, в выложенном японском патенте № H2-112168(1990) используют контейнер отрицательного электрода, который имеет маленькое отверстие в своем дне, в камере отрицательного электрода твердого электролита цилиндрической формы с дном. Кроме того, используют защитную трубку между внутренней окружной поверхностью твердого электролита и внешней периферийной поверхностью контейнера отрицательного электрода. Это допускает такую конфигурацию, что даже если перегородка из твердого электролита повреждена, большая часть расплавленного натрия удерживается в защитной трубке для того, чтобы сдержать реакцию с серой.

[0006] Однако, даже в этой конфигурации отсутствует изменение в том, что большое количество расплавленного натрия все еще заключено внутри твердого электролита, и нельзя добиться чувства безопасности. Вдобавок, поскольку предусмотрена двойная конструкция внутри твердого электролита, конструкция батареи становится сложной.

[0007] В японской патентной публикации №S50-38030(1975) раскрыт твердый электролит пластинчатой формы. Этот твердый электролит пластинчатой формы имеет множество независимых пор вниз от центра направления толщины поверхности верхнего конца пластины. Расплавленный натрий заключен в контейнере для хранения натрия, расположенном удаленно от твердого электролита, натрий подается в поры в твердом электролите пластинчатой формы из этого контейнера для хранения. Даже если этот твердый электролит пластинчатой формы был поврежден и расплавленный натрий вытек, это не создает большой проблемы, поскольку количество расплавленного натрия в порах мало.

[0008] Однако, не легко отформовать твердый электролит пластинчатой формы. Массовое производство может быть неприемлемым и стоимость за батарею с одним аккумулятором может быть выше.

[0009] Вдобавок, традиционная натрий-серная батарея имеет конфигурацию для размещения твердого электролита в центре контейнера положительного электрода, выполненного из металла, для размещения расплавленной серы.

[0010] Кроме того, натрий-серная батарея должна иметь такую конструкцию, что ее камера положительного электрода и ее камера отрицательного электрода содержат каждый из расплавленного натрия и расплавленной серы без утечки. Поскольку как сера, которая представляет собой активный материал положительного электрода, так и натрий, который представляет собой активный материал отрицательного электрода, находятся в расплавленном состоянии при рабочей температуре, другими словами, они представляют собой жидкость. Вдобавок, натрий-серная батарея должна иметь конструкцию, которая воздухонепроницаемо герметизирована и полностью блокирована от атмосферы, поскольку натрий вступает в реакцию с кислородом и влагой в атмосфере со взрывом. Следовательно, для того чтобы улучшить уплотнение каждого соединения, применяют способ пайки или способ термодиффузионного соединения, в котором используют активный металл для соединения внешнего цилиндрического контейнера с α-глиноземом.

[0011] Однако натрий-серная батарея представляет собой батарею, работающую при высокой температуре от 290 до 350°С, как описано выше, температурные изменения, обусловленные повторением работы и остановки, велики. Тепловое напряжение, основанное на различиях в расширении и сжатии внешнего цилиндрического контейнера и α-глинозема в связи с температурными изменениями, может воздействовать на уплотнительную часть. Может присоединиться механическое напряжение, основанное на внешней силе. Следовательно, имеет место риск трещин и повреждений в уплотнительной части. Вдобавок, твердый электролит, который формируют тонким для того, чтобы увеличить проводимость ионов натрия, не всегда может дать достаточную прочность. Следовательно, также имеют место опасения того, что твердый электролит может быть поврежден под действием напряжения в связи с указанными выше температурными изменениями, а кроме того, активный материал может вытекать за пределы батареи. Различные улучшения выполнены в ответ на японскую патентную публикацию №H3-187160(1991) и японскую патентную публикацию № H6-196204(1994).

ССЫЛКИ НА УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0012] Патентная литература

Японская патентная публикация № H2-112168(1990): Патентный документ 1

Японская патентная публикация № S50-38030(1975): Патентный документ 2.

Японская патентная публикация № H3-187160(1991): Патентный документ 3.

Японская патентная публикация № H6-196204(1994): Патентный документ 4.

Японская патентная публикация № 2001-93570: Патентный документ 5.

Японская патентная публикация № 2001-102087: Патентный документ 6.

Японская патентная публикация № 2001-243975: Патентный документ 7.

Японская патентная публикация № H7-176328(1995): Патентный документ 8.

Японская патентная публикация № H11-121031 (1999): Патентный документ 9.

Японская патентная публикация № H10-302830(1998): Патентный документ 10.

Японская патентная публикация № S63-271865(1988): Патентный документ 11.

Японская патентная публикация № S63-66863(1988): Патентный документ 12.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблемы, решаемые изобретением

[0013] Первая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить аккумуляторную батарею с твердым электролитом, имеющую конструкцию, которую можно получать более безопасной. Вторая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить аккумуляторную батарею с твердым электролитом, имеющую более простую конструкцию. Вдобавок, третья задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить аккумуляторную батарею с твердым электролитом, в которой, даже в случае трещин в твердом электролите, интервал этой трещины не расширяется и трещина отклоняется в направлении закрытия. Кроме того, четвертая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить аккумуляторную батарею с твердым электролитом, в которой, даже если поврежден твердый электролит, доза активного материала не вытекает за пределы батареи.

Средства решения проблем

[0014] Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по настоящему изобретению характеризуется наличием активного материала отрицательного электрода, активного материала положительного электрода, отрицательного контейнера для хранения для размещения большого количества активного материала отрицательного электрода и положительного контейнера для хранения для размещения активного материала положительного электрода, выполненного в виде тела, отдельного от отрицательного контейнера для хранения. Положительный контейнер для хранения выполнен из твердого электролита, который позволяет проходить активному материалу отрицательного электрода. Твердый электролит отделяет по меньшей мере часть камеры положительного электрода, удерживающей активный материал положительного электрода, и по меньшей мере часть камеры отрицательного электрода, удерживающей другую часть активного материала отрицательного электрода. Таким образом, поскольку положительный контейнер для хранения для размещения активного материала положительного электрода и отрицательный контейнер для хранения для размещения активного материала отрицательного электрода образованы в виде отдельного тела, в аккумуляторной батарее с твердым электролитом по настоящему изобретению, даже если твердый электролит поврежден, большое количество активного материала отрицательного электрода и активного материала положительного электрода не соприкасаются по причине того, что часть активного материала отрицательного электрода и активного материала положительного электрода содержатся в различных и отдельных контейнерах для хранения. По этой причине настоящее изобретение позволяет избегать образования огромного количества тепла в связи с повреждением и получить чувство безопасности. Поскольку положительный контейнер для хранения и отрицательный контейнер для хранения образованы в виде отдельного тела, аккумуляторная батарея с твердым электролитом может получить более простую конструкцию.

[0015] Здесь типичным примером активного материала отрицательного электрода является металлический натрий. Литий и калий являются кандидатами. В качестве активного материала положительного электрода можно отметить серу или смесь серы и некоторой соли (хлорида натрия и хлорида алюминия). Активный материал положительного электрода представляет собой вещество для образования соединения, которое вступает в реакцию с активным материалом отрицательного электрода. Вдобавок, твердый электролит представляет собой керамику, которая проницаема для активного материала отрицательного электрода. Керамика представляет собой β-глинозем или β"-глинозем.

Отрицательный контейнер для хранения по настоящему изобретению предназначен вмещать большинство активного материала отрицательного электрода. Остальная его часть содержится в камере отрицательного электрода. Поскольку большое количество активного материала отрицательного электрода заключено в этом отрицательном контейнере для хранения, большое количество активного материала отрицательного электрода и активного материала положительного электрода могут быть удалены друг от друга. Таким образом, увеличивается безопасность. Вдобавок, во время разряда активный материал отрицательного электрода в отрицательной камере уменьшается при реакции разряда. Активный материал отрицательного электрода, уменьшившийся в камере отрицательного электрода, подается из отрицательного контейнера для хранения. Камерой отрицательного электрода удерживается маленькое количество. Но емкость батареи не мала.

Отрицательный контейнер для хранения образован из коррозионностойкого материала по отношению к активному материалу отрицательного электрода, предпочтительно образован из материала, который представляет собой коррозионностойкий металл. Форма отрицательного контейнера не ограничена конкретной при условии, что она выполняет функцию контейнера.

[0016] По меньшей мере часть положительного контейнера для хранения по настоящему изобретению образована из твердого электролита. Твердый электролит разделяет по меньшей мере часть камеры положительного электрода, удерживающей активный материал положительного электрода, и по меньшей мере часть камеры отрицательного электрода, удерживающей часть активного материала отрицательного электрода. Весь положительный контейнер для хранения может быть образован из твердого электролита, а также часть положительного контейнера для хранения, которая не вносит вклад в реакцию в аккумуляторе, может быть образована веществами, отличными от твердого электролита. Другими словами, в настоящем изобретении камера положительного электрода, сама образованная из твердого электролита, работает в качестве контейнера активного материала положительного электрода.

Контейнер для хранения положительного электрода по настоящему изобретению может иметь по меньшей мере одну камеру положительного электрода и множество камер отрицательных электродов, которые находятся на расстоянии от стенки этого отделения вдоль стенки для того, чтобы разделять эту камеру положительного электрода. Более конкретно, как камере положительного электрода, так и камере отрицательного электрода можно придать форму отверстия (цилиндрического), простирающегося вдоль осевого направления. Внешний вид этого положительного контейнера для хранения может иметь форму колонны.

[0017] Здесь форма колонны представляет собой форму, которая простирается в соосном направлении. Более конкретно, возможно, что внешняя периферийная форма представляет собой круглую форму, овал, треугольник, квадрат и т.д. в любой форме. Форму колонны, упомянутую в аккумуляторной батарее по настоящему изобретению, имеет по меньшей мере одна камера положительного электрода, простирающаяся в осевом направлении. И форма поперечного сечения камеры положительного электрода может представлять собой любую форму, такую как круглая, овальная, треугольная, квадратная и т.д.

[0018] Положительный контейнер для хранения с этой формой колонны является простым и легким в производстве, поскольку он простирается в осевом направлении.

[0019] Камеры отрицательного электрода могут быть образованы в виде камерного пространства, которое имеет площадь поперечного сечения меньше площади поперечного сечения камеры положительного электрода. И камеры отрицательного электрода выполнены с формой вдоль стенок камеры положительного электрода и простираются в осевом направлении. Более конкретно, множество камер отрицательного электрода образованы вокруг камеры положительного электрода. Часть промежутка между камерами положительного электрода и отрицательного электрода в первую очередь выполняет функцию электролита. И если мы соединим активный материал положительного электрода камеры положительного электрода и активный материал отрицательного электрода камеры отрицательного электрода через внешнюю цепь, они смогут действовать как единый аккумулятор.

[0020] Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по настоящему изобретению может иметь смещающий элемент, находящийся в контакте с внешней поверхностью по меньшей мере части положительного контейнера для хранения и побуждающий центральную сторону положительного контейнера для хранения. Этот смещающий элемент, например, представляет собой тонкий мат («коврик»), выполненный из теплостойкого материала, такого как углеродное волокно и стеклянное волокно. Поскольку этот смещающий элемент упирается в по меньшей мере часть внешней поверхности положительного контейнера для хранения, контейнер для хранения упруго прижимается в сторону его центра. Следовательно, даже если положительный контейнер для хранения поврежден и сломан, усилие прижатия смещающего элемента сжимает контейнер, закрывая трещины. Форма тела контейнера может быть сохранена. Таким образом, возможно подавление утечки активного материала положительного электрода из трещины. Следовательно, обеспечивая смещающий элемент, снижают возникновение трещин в положительном контейнере для хранения. Таким образом, предотвращают контакт активного материала положительного электрода с активным материалом отрицательного электрода.

[0021] В качестве другого смещающего элемента можно использовать ленту. Лента работает на уплотнение положительного контейнера для хранения.

[0022] Положительный контейнер для хранения по настоящему изобретению может состоять из тела контейнера и элемента отрицательного электрода. Тело контейнера может быть цилиндрическим и может быть выполнено из твердого электролита. Элемент отрицательного электрода удерживает тело контейнера и образует камеру положительного электрода между внешней периферийной поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода.

[0023] Твердый электролит аккумуляторной батареи с твердым электролитом по настоящему изобретению может составлять цилиндрическое тело контейнера. Камера положительного электрода образована на внутренней стороне этого тела контейнера. Вдобавок, элемент отрицательного электрода покрывает внешнюю поверхность тела контейнера. Промежуток, образованный внешней периферийной поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода, становится камерой отрицательного электрода. Другими словами, камера отрицательного электрода образована в виде промежутка между элементом отрицательного электрода и телом контейнера. Емкость камеры отрицательного электрода мала. И содержание активного материала отрицательного электрода мало. Следовательно, даже если тело контейнера выполнено с повреждениями твердого электролита, утечка активного материала отрицательного электрода снижается и можно получать большую безопасность. Кроме того, камера отрицательного электрода может быть образована почти поверх всей области внешней поверхности тела контейнера, то можно увеличивать площадь твердого электролита, который выполняет функцию разделительной стенки, и увеличить выходную мощность батареи.

[0024] Здесь тело контейнера является цилиндрическим, и пространство, которое разделено внутренней поверхностью тела, работает как камера положительного электрода и также представляет собой пространство, вмещающее активный материал положительного электрода. И форма поперечного сечения тела контейнера может быть круглой, овальной, треугольной, квадратной и т.д. В аккумуляторной батарее с твердым электролитом по настоящему изобретению, поскольку пространство, которое разделено внутренней поверхностью тела контейнера, используют в качестве камеры положительного электрода, камера положительного электрода простирается в осевом направлении, и форма ее поперечного сечения может представлять собой любую форму, такую как круглая, овальная, треугольная, квадратная и т.д.

[0025] Тело контейнера простирается в осевом направлении, форма тела становится простой и легкой в производстве.

[0026] Камера отрицательного электрода представляет собой пространство, образованное разделением между внешней поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода, расположенного на внешней поверхности тела контейнера. Следовательно, камера отрицательного электрода простирается в осевом направлении и образована так, чтобы окружать периферию камеры положительного электрода, отделенной телом контейнера, состоящим из твердого электролита. Вдобавок, форма поперечного сечения камеры отрицательного электрода может представлять собой любую форму, такую как круговое кольцо, овал, треугольник, квадратная форма, в зависимости от формы тела контейнера и формы элемента отрицательного электрода, расположенного в окружении тела контейнера. Кроме того, пространство, образованное разделением между внешней поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода, лучше формировать как можно более узким, так чтобы было возможно снизить количество заключенного в этом пространстве активного материала отрицательного электрода. Таким образом, безопасность увеличивается.

[0027] Предпочтительно, чтобы элемент отрицательного электрода имел гребни, простирающиеся в осевом направлении на его внутренней стороне через заданные интервалы. Гребни давят на внешнюю периферийную поверхность тела контейнера.

[0028] Элемент отрицательного электрода, например, может быть образован из металла, такого как нержавеющая сталь или алюминий. Гребни могут иметь по меньшей мере выступы из внутренней стороны элемента отрицательного электрода, простирающиеся вдоль внешней поверхности тела контейнера. Таким образом, например, элемент отрицательного электрода может быть снабжен гребнями через заданные интервалы на внутренней поверхности плоского пластинчатого предмета. Его также можно расположить с образованием непрерывного гребня на обеих сторонах внутренней поверхности и внешней поверхности элемента отрицательного электрода, согнутого волнообразным образом через заданные интервалы.

[0029] Способ расположения элемента отрицательного электрода, который представляет собой металлическую пластину, например, состоит в том, чтобы окружить внешнюю периферийную поверхность тела контейнера металлической пластиной. При этом длину продольного направления пластинчатого элемента отрицательного электрода формируют короче, чем длину окружности тела контейнера. Оба конца пластинчатого элемента отрицательного электрода, искривленные вдоль направления внешней периферийной поверхности, замкнуты, соединяясь в растянутом состоянии. По этой причине кончики множества гребней, образованных на внутренней поверхности элемента отрицательного электрода, находятся в контакте с внешней периферийной поверхностью тела контейнера, и гребни давят на сторону внешней периферийной поверхности тела контейнера в направлении его центра оси. Вдобавок, поскольку камера положительного электрода герметизирована при пониженном давлении, тело контейнера прижимается в осевом направлении от внешней стороны тела контейнера, далее в осевом направлении со стороны обоих концов тела контейнера посредством разности давлений с атмосферой. Как результат, тело контейнера сжато в этом направлении так, что форма тела контейнера меньше, другими словами, укорочена в окружном направлении осевой длины. По этой причине, даже если тело контейнера повреждено и сломано, сила разности давлений удерживает части трещин в направлении закрытия трещин. Таким образом, можно подавить утечку активного материала отрицательного электрода из трещины, поскольку можно сохранять форму тела контейнера до возникновения трещины.

Тело контейнера имеет форму, простирающуюся в соосном направлении, и пространство, вмещающее активный материал положительного электрода. Внешняя периферийная форма тела контейнера может представлять собой любую форму, такую как круглая, овальная, треугольная, квадратная и т.д. В аккумуляторной батарее с твердым электролитом по настоящему изобретению, поскольку пространство, образованное внутренней поверхностью тела контейнера, используют в качестве камеры положительного электрода, камера положительного электрода простирается в осевом направлении, и форма ее поперечного сечения может представлять собой любую форму, такую как круглая, овальная, треугольная, квадратная и т.д.

[0030] Лучше, чтобы элемент отрицательного электрода имел гребни. Те концы гребней давят на внешнюю периферийную поверхность тела контейнера, простирающегося в осевом направлении, на внутренней стороне через заданные интервалы. Вдобавок, элемент отрицательного электрода, который должен иметь волнистое сечение, простирающееся вдоль внешней периферийной поверхности тела контейнера, является предпочтительным. Кроме того, камера отрицательного электрода может быть снабжена пористыми прокладками, чтобы удерживать активный материал отрицательного электрода в дырках пористой прокладки.

[0031] Эта аккумуляторная батарея с твердым электролитом может быть имеющей смещающий элемент для смещения центральной стороны тела контейнера у контейнера для хранения активного материала положительного электрода. И этот смещающий элемент может быть предусмотрен в камере отрицательного электрода, которая расположена между внутренней стороной элемента отрицательного электрода и внешней стороной тела контейнера.

[0032] Этот смещающий элемент может представлять собой, например, тонкий мат из более сжатого углеродного волокна, обладающего термостойкостью, такого как стеклянное волокно. Поскольку этот смещающий элемент размещен между внутренней стороной элемента отрицательного электрода и внешней стороной тела контейнера и упирается в по меньшей мере часть внешней поверхности тела контейнера, контейнер для хранения упруго прижат в сторону его центра. Вдобавок, поскольку камера положительного электрода герметизирована при пониженном давлении, тело контейнера прижимается в осевом направлении с внешней стороны тела контейнера. Кроме того, тело контейнера прижимается в осевом направлении со стороны обоих концов посредством разности давлений с атмосферой. Как результат, тело контейнера сжато в этом направлении так, что форма тела контейнера меньше, другими словами, укорочена в окружном направлении осевой длины, а именно в направлении окружности тела контейнера меньше. По этой причине, даже если тело контейнера повреждено и сломано, сила разности давлений поддерживается в направлении закрытия трещин. Следовательно, можно подавить утечку активного материала отрицательного электрода из трещины, поскольку можно сохранять форму тела контейнера до возникновения трещины. Следовательно, предусмотрев смещающий элемент, снижают возникновение растрескивания тела контейнера. Возможно предотвратить смешивание активного материала положительного электрода и активного материала отрицательного электрода.

[0033] Положительный контейнер для хранения, вмещающий активный материал положительного электрода по настоящему изобретению, может быть выполнен имеющим крышку и нижнюю крышку (дно) из керамики, которые прикреплены к каждому из верхнего и нижнего концов цилиндрического тела контейнера, образованного в твердом электролите. Вдобавок, можно использовать гибкий лист для того, чтобы герметично закрывать внешнюю периферийную поверхность положительного контейнера для хранения.

[0034] Эта аккумуляторная батарея с твердым электролитом предусмотрена таким образом, что отрицательный контейнер для хранения и положительный контейнер для хранения являются раздельными и независимыми. Традиционная аккумуляторная батарея с твердым электролитом предусмотрена интегрированным образом в одной ячейке, имеющей положительный контейнер для хранения и отрицательный контейнер для хранения. Конструкция для герметизации традиционной батареи стала сложной. В настоящей аккумуляторной батарее, поскольку она предусмотрена независимым образом, можно сохранить низкие трудозатраты и можно упростить закрытую конструкцию.

[0035] И тело контейнера из твердого электролита, имеющее камеру положительного электрода на его внутренней стороне, и камеру отрицательного электрода на его внешней стороне герметично закрывают посредством фиксации крышки и нижней крышки из керамики. В качестве способа фиксации в этом случае, например, в качестве способа можно считать такие, как стеклянное соединение, пайка и диффузионное соединение за счет тепла. Вдобавок, поскольку твердый электролит состоит из β-глинозема, а крышка и нижняя крышка состоят из керамики, они оба керамические. Связывание керамики и керамики является легким по сравнению со случаем связывания металла и керамики. Вдобавок, в качестве керамики для формирования крышки и нижней крышки можно использовать, например, α-глинозем, β-глинозем, β"-глинозем, нитрид кремния или карбид кремния.

[0036] Кроме того, положительный контейнер для хранения может представлять собой конструкцию для того, чтобы покрывать внешнюю периферийную поверхность контейнера мягким листом. Конструкция имеет высокую воздухонепроницаемость. Как результат, даже если возникнет утечка в связывающей части между положительным контейнером для хранения и крышкой или нижней крышкой в связи с температурными изменениями, вызванными повторяющимися работой и остановкой батареи, отсутствует возможность утечки активного материала наружу, из-за гибкого листа, который плотно закрывает положительный контейнер для хранения снаружи. Таким образом, можно получать аккумуляторную батарею с твердым электролитом с высокой безопасностью.

[0037] Камера отрицательного электрода может быть образована из множества отверстий, которые простираются в осевом направлении и размещены в окружной периферии в теле контейнера. Камера отрицательного электрода выполнена из твердого электролита и располагается на расстоянии от камеры положительного электрода. Эти дыровидные пространства образованы так, чтобы окружить камеру положительного электрода вдоль поверхности внутренней стенки цилиндрического тела контейнера, определяющего камеру положительного электрода.

[0038] Кроме того, внешняя поверхность цилиндрического тела контейнера покрыта элементом отрицательного электрода, и промежуток, образованный внешней поверхностью тела контейнера и внутренней поверхностью элемента отрицательного электрода, также можно использовать в качестве камеры отрицательного электрода. Элемент отрицательного электрода можно выполнять, например, из металлических пластин, таких как нержавеющая сталь, алюминий или тому подобное.

[0039] В качестве указанного выше гибкого листа предпочтительно использовать те, что состоят из металлической фольги. Металлическую фольгу легко использовать для того, чтобы покрывать и плотно закрывать положительный контейнер для хранения, без ограничений, таких как размер и форма положительного контейнера для хранения. И это менее дорогая стоимость материала. Вдобавок, материал металлической фольги должен обладать свойствами простоты сварки, высокой коррозионной стойкостью, высокой термостойкостью и высокой механической прочностью. В качестве такого материала можно использовать, например, алюминий, медь, никель, железо, титан, нержавеющую сталь или тому подобное. Конкретная толщина металлической фольги особо не ограничена. Соответствующим образом используют тонкую пленку со степенью эффективности, которая может требоваться в зависимости от материала металлической фольги, как описано выше.

[0040] Кроме того, в этой аккумуляторной батарее с твердым электролитом в положительном контейнере для хранения может быть предусмотрен анодный стержень, прикрепленный к крышке или нижней крышке одним концом и простирающийся в осевом направлении в камере положительного электрода. Наряду с анодным стержнем используют имеющие пластинчатую форму разделительные детали, простирающиеся радиально наружу в радиальном направлении с образованием множества отделений из камеры положительного электрода. Таким образом, возможно увеличение реакционной площади батареи в камере положительного электрода и увеличение эффективности реакции заряда-разряда.

[0041] Кроме того, эта аккумуляторная батарея с твердым электролитом может быть снабжена пористой прокладкой. Эта пористая прокладка оказывает давление, действующее на внешнюю поверхность элемента отрицательного электрода на внешней периферийной поверхности тела контейнера, выполненного из твердого электролита. По этой причине давление, действующее на внешнюю поверхность элемента отрицательного электрода, прикладывается пористой прокладкой, поддерживаемой в камере отрицательного электрода на внешней периферийной поверхности тела контейнера, и действует в качестве силы для сжатия тела контейнера. По этой причине, даже если тело контейнера повреждено и сломано, сила разности давлений удерживает части трещины в направлении закрытия трещины. Таким образом, можно подавить утечку активного материала из трещины, поскольку можно поддерживать форму тела контейнера до возникновения трещины.

[0042] Вдобавок, посредством корректировки давления в камере положительного электрода и камере отрицательного электрода можно соответствующим образом корректировать давление, действующее на внешнюю сторону элемента отрицательного электрода. Другими словами, это давление представляет собой силу сжатия, действующую на внешнюю периферийную поверхность тела контейнера.

[0043] В качестве пористого материала, который составляет пористую прокладку, можно использовать, например, металлическое волокно, пенометалл или пористую керамику и т.п. Вдобавок, пористая прокладка поддерживается в камере отрицательного электрода, и активные материалы отрицательного электрода, такие как расплавленный натрий, пропитаны в пористую прокладку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0044] На фиг. 1 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи из примера 1.

На фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 1.

На фиг. 3 представлен вид в перспективе тела контейнера с формой колонны из твердого электролита, которое используют для натрий-серной батареи из примера 1.

На фиг. 4 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 2.

На фиг. 5 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 3.

На фиг. 6 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 4.

На фиг. 7 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 5.

На фиг. 8 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 6.

На фиг. 9 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 7.

На фиг. 10 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи из примера 8.

На фиг. 11 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 8.

На фиг. 12 представлен увеличенный вид частичного вида в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 8.

На фиг. 13 представлен вид в поперечном разрезе существенной части модифицированного примера из примера 8.

На фиг. 14 представлен частично увеличенный вид на фиг. 13.

На фиг. 15 представлен вид в поперечном разрезе другого модифицированного примера из примера 8.

На фиг. 16 представлен частично увеличенный вид на фиг. 13.

На фиг. 17 представлен вид в продольном разрезе другого модифицированного примера из примера 8.

На фиг. 18 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи из примера 9.

На фиг. 19 представлен вид в поперечном разрезе натрий-серной батареи из примера 9.

На фиг. 20 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи из примера 10.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0045] Настоящее изобретение будет описано более конкретно на примерах аккумуляторной батареи с твердым электролитом по настоящему изобретению.

ПРИМЕР 1

[0046] На фиг. 1 показан вид в продольном разрезе натрий-серной батареи 1 по первому варианту реализации настоящего изобретения, на фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе ее существенной части и на фиг. 3 показан вид в перспективе тела контейнера, состоящего из β-глинозема для функционирования в качестве твердого электролита.

Эта натрий-серная батарея 1 образована, в первую очередь, цилиндрическим защитным стаканом 11, выполненным из металла, контейнером 13 натрия, удерживаемым через изолятор 12, который образован из стекловолокнистого мата в верхней части внутреннего пространства этого защитного стакана 11, расплавленным натрием 14, удерживаемым в контейнере 13 натрия, цилиндрическим телом 15 контейнера, образованным β-глиноземом и удерживаемым в нижней части внутреннего пространства этого защитного стакана 11, расплавленной серой 16, удерживаемой в этом внутреннем пространстве, и смещающим элементом 17, состоящим из углеволокнистого мата, который помещен в сжатом состоянии между внешней периферийной поверхностью тела 15 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 11.

Тело 15 контейнера, как показано на фиг. 3, имеет цилиндрическую форму с толстой стенкой. Внутреннее пространство, соответствующее осевому отверстию цилиндрической формы, образует камеру 18 положительного электрода. Отрицательные камеры 19 имеют форму узкого отверстия, которое простирается в осевом направлении через короткие интервалы вдоль внутренней окружной поверхности тела 15 контейнера, образовано в отдалении в окружном направлении.

Тело 15 контейнера изготавливают известным способом для того, чтобы получить отливку в форме стержня при керамическом прессовании, отрезают на заданную длину, нагревают, осуществляют стадию удаления смазки, за исключением связующего, которое представляет собой смолу или тому подобное, и затем спекают. Вдобавок, тело 15 контейнера также может быть изготовлено резанием из тела сжатия в форме блока, которое уплотнили из порошка твердого электролита в заданную форму и затем получали спеканием.

На верхней поверхности тела 15 контейнера закреплена крышка 151 из α-глинозема, цельно связанная со стеклянным адгезивным материалом или тому подобным. Крышка 151 имеет кольцевую канавку на ее нижней поверхности, и открытая поверхность канавки становится кольцевым проходом 152 при закрывании на поверхности тела 15 контейнера.

Этот кольцевой проход 152 сообщается с проемами верхнего торца камер 19 отрицательного электрода тела 15 контейнера. Тело 15 контейнера имеет вертикальный проход 153, простирающийся от верхней поверхности крышки 151 к кольцевому проходу 152.

Поверхность нижнего торца тела 15 контейнера и уплотнительное кольцо 155, сформированное в α-глиноземе, закреплены цельно связанными со стеклянным адгезивным материалом или тому подобным. Это уплотнительное кольцо 155 служит для плотного закрытия отверстий нижнего торца камер 19 отрицательного электрода, которые предусмотрены через равные интервалы в окружном направлении тела 15 контейнера. Контейнер 13 для хранения натрия помещен поверх крышки 151.

В дне контейнера 13 для хранения натрия образовано сквозное отверстие, и соединительная трубка 154, выполненная из металла с проходным отверстием, посажена вдавливанием в вертикальный проход 153, который представляет собой общее отверстие сквозного отверстия.

Расплавленный натрий 14, который удерживается в контейнере 13 для хранения натрия, проходит через осевое отверстие соединительной трубки 154, вертикальный проход 153 и кольцевой проход 152, течет во все камеры 19 отрицательного электрода, и тогда камеры 19 отрицательного электрода заполняются им.

Вдобавок, между внешней периферийной поверхностью тела 15 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 11, как показано на фиг. 1, в защитном стакане 11 удерживается смещающий элемент 17, состоящий из углеродного волокна, сжатый в направлении толщины.

С камерой 18 положительного электрода, которая образована в теле 15 контейнера, связан прижатием токоотвод 20, пропитанный серой 16, которая является активным материалом положительного электрода. Вдобавок, в центральной части этого токоотвода 20 предусмотрен анодный стержень 21, выполненный из металла. На дне камеры 18 положительного электрода нижняя крышка 111, выполненная из металла, связана со стеклянным адгезивом с поверхностью нижнего торца тела 15 контейнера, камера 18 положительного электрода образована в виде закрытого пространства. И нижняя крышка 111 становится дном защитного стакана 11 посредством приваривания к стороне периферийной части защитного стакана 11. Эта нижняя крышка 111 связана с анодным стержнем 21.

Кроме того, контейнер 13 для хранения натрия соединен с катодным выводом 22, верхняя часть которого выступает вверх через сквозное отверстие защитного стакана 11. Кроме того, на верхней стороне защитного стакана 11 подсоединен анодный вывод 23.

Натрий-серная батарея 1 из примера 1 имеет описанную выше конфигурацию.

Эту натрий-серную батарею используют посредством нагревания до температуры 300-350°C. Во время разряда расплавленный натрий 14 в камерах 18 отрицательного электрода действует в качестве иона натрия, проходит через часть перегородки из твердого электролита в теле 15 контейнера, перемещается в камеру 18 положительного электрода и вступает в реакцию с расплавленной серой 16 с образованием сульфида натрия. Такое же количество расплавленного натрия 14, которое переместилось в камеру 18 положительного электрода из камеры 19 отрицательного электрода при разряде, восполняется из расплавленного натрия 14, заключенного в контейнере 13 для хранения натрия.

Следовательно, во время разряда расплавленный натрий 14 уменьшается в контейнере 13 для хранения натрия, а в камере 18 положительного электрода увеличивается сульфид натрия. При зарядке сульфид натрия в камере 18 положительного электрода разлагается, становится ионами натрия и расплавленной серой 16. Ионы натрия проходят через переборку из твердого электролита тела 15 контейнера, перемещаются в камеры 19 отрицательного электрода с образованием расплавленного натрия 14 и возвращается в контейнер 13 для хранения натрия.

В этой натрий-серной батарее 1, поскольку камера 18 положительного электрода и камеры 19 отрицательного электрода предусмотрены внутри тела 15 контейнера, конструкция является очень простой по сравнению с традиционной натрий-серной батареей, можно уменьшить детали, которые составляют батарею.

Вдобавок, поскольку камеры 19 отрицательного электрода образованы в форме пор, а объем в расчете на одну пору мал, можно снизить количество расплавленного натрия 14, который заключен в ней. Поскольку большинство расплавленного натрия 14 хранится в контейнере 13 для хранения натрия, который предусмотрен отделенным от камеры 18 положительного электрода, большинство расплавленного натрия 14 может быть в отдалении от расплавленной серы 16, и безопасность увеличивается.

Кроме того, расплавленный натрий 14 вмещается при разделении его на множество камер 19 отрицательного электрода, даже если тело 15 контейнера повреждено, количество расплавленного натрия 14, которое вступает в реакцию непосредственно с расплавленной серой 16, подавлено. Также мало количество расплавленного натрия 14, заключенного в камерах 19 отрицательного электрода.

Но, как указано выше, поскольку расплавленный натрий 14 восполняют из контейнера 13 для хранения натрия, определенное количество натрия 14 всегда может быть заключено в камерах 19 отрицательного электрода.

Следовательно, проблема уменьшенной емкости батареи за счет недостатка расплавленного натрия 14 не возникает. Вдобавок, смещающий элемент 17 расположен в сжатом состоянии между внешней периферийной поверхностью тела 15 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 11. Таким образом, посредством отталкивающей силы сжатия смещающий элемент 17 упруго нажимает на тело 15 контейнера в направлении его центра.

Как результат, даже если тело 15 контейнера повреждено и сломано, поддерживается сила разности давлений в направлении закрытия трещин. Следовательно, можно подавить утечку расплавленного натрия 14 из трещины, поскольку можно сохранять форму тела 15 контейнера до возникновения трещины.

Форма тела 15 контейнера не ограничена тем, что показано в примере 1, учитывает различные формы. Виды в поперечном разрезе натрий-серной батареи с различной формой тела контейнера из примера 1 показаны на фиг. 4-9.

Далее будут описаны различные формы тела контейнера на основе фиг. 4-9. Вдобавок, на фиг. 4-9 расплавленная сера, токоотвод и анодный стержень не проиллюстрированы.

ПРИМЕР 2

[0047] На фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе основной части натрий-серной батареи по второму варианту реализации настоящего изобретения. Натрий-серная батарея по этому варианту реализации отличается от контейнера для хранения активного материала положительного электрода, который составляет натрий-серную батарею из примера 1. Форма тела контейнера особенно отличается. Описание других компонентов опущено, поскольку они почти идентичны компонентам из примера 1.

Тело 25 контейнера натрий-серной батареи из примера 2 схоже с телом 15 контейнера из примера 1, показанным на фиг. 2, и имеет форму колонны, простирающейся в осевом направлении круговой периферии. Это тело 25 контейнера заключено в цилиндрическом защитном стакане 11 из металла. Смещающий элемент 17 расположен между внешней периферийной поверхностью тела 25 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 11. Внутри тела 25 контейнера, как показано на фиг. 4, образованы три связанные камеры 28 положительного электрода.

Каждая из камер 28 положительного электрода имеет форму отверстия, простирающегося в осевом направлении кругового поперечного сечения. И множество камер 29 отрицательного электрода образованы через равные интервалы в окружном направлении вдоль каждой из трех камер 28 положительного электрода и на небольшом расстоянии от них. Каждая из камер 29 отрицательного электрода имеет форму поры, простирающейся в осевом направлении. Тело 25 контейнера имеет три камеры 28 положительного электрода. Поэтому количество расплавленной серы, заключенной в камерах 28 положительного электрода, будет уменьшено. И емкость емкости батареи на единичный аккумулятор снижена.

Вместе с тем, число камер 28 положительного электрода равно трем, а не одной. Площадь, где камеры 28 положительного электрода и камеры 29 отрицательного электрода находятся в контакте через интервалы, становится больше. Другими словами, площадь переборки из твердого электролита становится больше. И больше ионов натрия может пройти через электролит и вступить в реакцию.

Кроме того, некоторые из камер 29 отрицательного электрода работают в двойном объеме. А именно одна камера отрицательного электрода функционирует на примыкающие две камеры 28 положительного электрода. Намного больше ионов натрия может перейти через электролит и вступить в реакцию. Поэтому при такой форме тела 25 контейнера возможно увеличение выходной мощности батареи на единичный аккумулятор.

ПРИМЕР 3

[0048] На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе существенной части натрий-серной батареи по третьему варианту реализации настоящего изобретения.

Натрий-серная батарея по этому варианту реализации отличается от положительного контейнера для хранения, который составляет натрий-серную батарею из примера 1. В частности, она отличается формой тела контейнера. Другие описания опущены, поскольку они почти идентичны другим компонентам, как в примере 1.

Это тело 35 контейнера имеет форму колонны, простирающейся в осевом направлении круговой периферии.

Тело 35 контейнера заключено в цилиндрическом защитном стакане 11, выполненном из металла. Смещающий элемент 17 расположен между внешней периферийной поверхностью тела 35 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 11. Внутри тела 35 контейнера образованы семь камер 38 положительного электрода.

Каждая камера 38 положительного электрода имеет форму отверстия, простирающегося в осевом направлении кругового поперечного сечения. И множество камер 39 отрицательного электрода образованы через равные интервалы в окружном направлении вдоль стенок семи камер 38 положительного электрода и на небольшом расстоянии от этой стенки.

Каждая из камер 39 отрицательного электрода имеет форму поры, простирающейся в осевом направлении. За счет такой формы тела 35 контейнера количество расплавленной серы, заключенной в камере 38 положительного электрода, будет дополнительно уменьшено. Однако, поскольку число камер 38 положительного электрода дополнительно увеличено, большую площадь можно использовать в качестве переборки из твердого электролита.

Вдобавок, поскольку число камер 29 отрицательного электрода, которые также используют в качестве примыкающих камер 38 положительного электрода, также увеличено, намного больше ионов натрия может переходить через электролит и вступать в реакцию. Поэтому при такой форме тела 35 контейнера возможно увеличение выходной мощности батареи на единичный аккумулятор.

ПРИМЕР 4

[0049] На фиг. 6 показано поперечное сечение существенной части натрий-серной батареи по четвертому варианту реализации настоящего изобретения. Подобно телу 15 контейнера на фиг. 2, тело 45 контейнера натрий-серной батареи по этому варианту реализации имеет форму колонны, простирающейся в осевом направлении круговой периферии.

Тело 45 контейнера заключено в цилиндрическом защитном стакане 11, выполненном из металла, смещающий элемент 17 расположен между внешней периферийной поверхностью тела 45 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 11. Внутри тела 45 контейнера, как показано на фиг. 6, образовано девятнадцать камер 48 положительного электрода.

Каждая из камер 48 положительного электрода имеет форму поры, простирающейся в осевом направлении кругового поперечного сечения. И множество камер 49 отрицательного электрода образованы через равные интервалы в окружном направлении вдоль стенок девятнадцати камер 48 положительного электрода и на небольшом расстоянии от каждой из камер 48 положительного электрода.

Каждая из камер 49 отрицательного электрода имеет форму поры, простирающейся в осевом направлении. За счет такой формы тела 45 контейнера, несмотря на то, что емкость батареи на единичный аккумулятор уменьшена, в связи с той же причиной, которая описана в примере 2 и примере 3, возможно дополнительно увеличение выходной мощности батареи.

ПРИМЕР 5

[0050] На фиг. 7 показан вид в поперечном разрезе существенной части натрий-серной батареи по пятому варианту реализации настоящего изобретения. Подобно телу 15 контейнера на фиг. 2, тело 55 контейнера натрий-серной батареи по этому варианту реализации имеет форму колонны, простирающейся в осевом направлении круговой периферии.

Тело 55 контейнера заключено в цилиндрическом защитном стакане 11, выполненном из металла, смещающий элемент 17 расположен между внешней периферийной поверхностью тела 55 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 11. Внутри тела 55 контейнера, как показано на фиг. 7, образована камера 58 положительного электрода, которая имеет форму простирающегося в осевом направлении одного отверстия по существу кругового поперечного сечения. Камера 58 положительного электрода имеет полукруглые выпуклые части на всем протяжении окружной поверхности через регулярные интервалы. И множество камер 59 отрицательного электрода образованы внутри каждой из полукруглых выпуклых частей. Каждая из камер 59 отрицательного электрода имеет форму поры, простирающейся в осевом направлении, и расположена близко к камере 58 положительного электрода.

За счет такой формы тела 55 контейнера уменьшено число камер 59 отрицательного электрода, которые могут быть образованы внутри. Однако, можно увеличить площадь разделительной стенки, которая действует в качестве твердого электролита. Следовательно, возможно увеличение выходной мощности батареи на единичный аккумулятор.

Вдобавок, поскольку объем камеры 58 положительного электрода больше, в соответствии с уменьшением числа камер 59 отрицательного электрода, возможно вмещать больше расплавленной серы. Следовательно, возможно увеличение емкости батареи на единичный аккумулятор.

ПРИМЕР 6

[0051] На фиг. 8 показан вид в поперечном разрезе существенной части натрий-серной батареи по шестому варианту реализации настоящего изобретения.

В отличие от тела 15 контейнера на фиг. 2, тело 65 контейнера натрий-серной батареи по этому варианту реализации имеет столбчатую внешнюю окружную форму прямоугольника, который простирается в осевом направлении. Тело 65 контейнера заключено в цилиндрическом защитном стакане 61, выполненном из металла, смещающий элемент 67 расположен между внешней периферийной поверхностью тела 65 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 61. Внешняя периферийная форма защитного стакана 61 является прямоугольной.

Внутри тела 65 контейнера образованы четыре камеры 68 положительного электрода. Форма камеры 68 положительного электрода представляет собой форму простирающегося в осевом направлении отверстия прямоугольного поперечного сечения.

И камеры 69 отрицательного электрода образованы непрерывно через регулярные интервалы в стенках, которые разделяют четыре камеры 68 положительного электрода. Каждая из камер 69 отрицательного электрода имеет форму простирающихся в осевом направлении отверстий прямоугольного поперечного сечения.

За счет такой формы тела 65 контейнера можно эффективно образовывать камеры 68 положительного электрода и камеры 69 отрицательного электрода в определенном пространстве. Вдобавок, поскольку камеры 69 отрицательного электрода, образованные внутри внутренней стенки примыкающих двух камер 68 положительного электрода, также используют для того, чтобы посылать ионы натрия в примыкающие две камеры 68 положительного электрода, большое количество ионов натрия может переходить через электролит и вступать в реакцию.

Четыре верхушечные части смещающего элемента 67, выполненного из углеродного мата, размещены между телом 65 контейнера и защитным стаканом 61 в сжатом состоянии с высокой плотностью относительно других частей. А именно побуждающий элемент 67 расположен для того, чтобы сильно прижимать четыре верхние части тела 65 контейнера прямоугольного поперечного сечения и слабо прижимать четыре средние части между двумя смежными верхними частями.

Верхушечные части коробки многоугольной формы крепче против внешней силы по сравнению с промежуточными частями между двумя смежными верхушечными частями. Поскольку вершины многоугольной части имеют более прочный характер к внешнему давлению, чем другие части, на всю внешнюю поверхность можно прикладывать хорошо сбалансированное давление посредством варьирования давления в каждой части. Таким образом, возможно удерживать часть трещины в направлении закрытия трещины и поддерживать форму тела 65 контейнера.

ПРИМЕР 7

[0052] На фиг. 9 показан вид в поперечном разрезе существенной части натрий-серной батареи из примера 7 по настоящему изобретению.

В отличие от тела 15 контейнера на фиг. 2, тело 75 контейнера натрий-серной батареи по этому варианту реализации имеет такую форму колонны, что ее внешняя периферийная форма простирается в осевом направлении шестиугольника. Тело 75 контейнера заключено в цилиндрическом защитном стакане 71, выполненном из металла, смещающий элемент 77 расположен между внешней периферийной поверхностью тела 75 контейнера и внутренней периферийной поверхностью защитного стакана 71.

Внешняя периферийная форма защитного стакана 71 является шестиугольной. Внутри тела 75 контейнера образованы шесть простирающихся в осевом направлении камер 78 положительного электрода в форме отверстия треугольного поперечного сечения. Каждая из шести частей-вершин шести камер 78 расположена в центре тела 75, и каждая из шести частей-оснований шести камер 78 расположена на периферии тела 75.

И множество камер 79 отрицательного электрода образованы через регулярные интервалы внутри стенок тела 75, образующих шесть камер 78 положительного электрода, и на небольшом расстоянии от камер 78. Каждая из камер 79 отрицательного электрода имеет форму простирающегося в осевом направлении отверстия прямоугольного поперечного сечения.

За счет такой формы тела 75 контейнера возможно эффективно образовывать камеры 78 положительного электрода и камеры 79 отрицательного электрода в определенном пространстве. Вдобавок, поскольку образовано множество камер 79 отрицательного электрода, которые также используют в качестве примыкающих двух камер 78 положительного электрода, много ионов натрия может проходить через стенку, действующую в качестве электролита, и вступать в реакцию.

Кроме того, побуждающий элемент 77, состоящий из углеволокнистого мата, расположен в шести частях-вершинах тела 75 контейнера шестиугольного поперечного сечения в сжатом состоянии с высокой плотностью.

Кроме того, смещающий элемент 77 расположен вдоль одной стороны тела 75 контейнера от одной вершины в состоянии постепенного сжатия до низкой плотности, а близко к другой вершине смещающий элемент 77 расположен в состоянии постепенного сжатия до высокой плотности.

Размещая смещающий элемент 77 таким образом, давление в направлении центра тела 75 контейнера можно менять для каждой части, и на всю внешнюю поверхность можно оказывать хорошо сбалансированное давление. Таким образом, возможно удерживать часть трещины в направлении закрытия трещины и сохранять форму тела 75 контейнера.

ПРИМЕР 8

[0053] На фиг. 10 показан вид в продольном вертикальном разрезе натрий-серной батареи из примера 8 по настоящему изобретению, на фиг. 11 показан ее вид в поперечном разрезе, а на фиг. 12 показан ее частичный увеличенный вид.

Эта натрий-серная батарея 1 состоит, в первую очередь, из кругового цилиндрического тела 11 положительного контейнера, выполненного из β-глинозема, расплавленного натрия 13, удерживаемого во внутреннем пространстве этого тела 11 контейнера, цилиндрического элемента 12 отрицательного электрода, контейнера 14 для хранения натрия, расплавленного натрия 15, удерживаемого во внутреннем пространстве контейнера 14 для хранения натрия, соединительной трубки 16 и смещающего элемента 17. Тело 11 положительного контейнера имеет камеру 18 положительного электрода.

Элемент 12 отрицательного электрода выполнен из металлической пластины, размещен на внешней периферийной поверхности тела 11 положительного контейнера. Камера 19 отрицательного электрода образована между телом 11 положительного контейнера и элементом 12 отрицательного электрода. Контейнер 14 для хранения натрия предусмотрен отдельно и независимо от элемента 12 отрицательного электрода и тела 11 положительного контейнера. Большинство расплавленного натрия 15 удерживается в контейнере 14 для хранения натрия, а остальная часть расплавленного натрия содержится в камере 19 отрицательного электрода.

Соединительная трубка 16 выполнена из металла и соединяет контейнер 14 для хранения натрия и элемент 12 отрицательного электрода.

Смещающий элемент 17 выполнен из углеволокнистого мата. Смещающий элемент 17 размещен в сжатом состоянии между внешней периферийной поверхностью тела 11 положительного контейнера и внутренней периферийной поверхностью элемента 12 отрицательного электрода.

Тело 11 положительного контейнера является цилиндрическим, как показано на фиг. 11. Его стенка является толстой. Ее проходное отверстие образует камеру 18 положительного электрода. Элемент 12 отрицательного электрода предусмотрен за пределами тела 11 положительного контейнера через небольшой промежуток. Небольшой промежуток представляет собой тонкое цилиндрическое пространство, которое становится камерой 19 отрицательного электрода. А именно форма камеры 19 отрицательного электрода определяется внешней периферийной поверхностью тела 11 положительного контейнера и внутренней периферийной поверхностью элемента 12 отрицательного электрода. Смещающий элемент 17 содержится в камере 19 отрицательного электрода в сжатом состоянии. Тело 11 положительного контейнера изготавливают известным способом для того, чтобы получить отливку в форме стержня при керамическом прессовании, отрезают на заданную длину, нагревают, осуществляют стадию удаления смазки, за исключением связующего, которое представляет собой смолу или тому подобное, и затем спекают.

Вдобавок, тело 11 положительного контейнера также может быть изготовлено резанием из тела сжатия в форме блока, которое спрессовано из порошка твердого электролита в заданную форму и затем получено спеканием.

Первое уплотнительное кольцо 121, выполненное из α-глинозема, закреплено на верхней поверхности тела 11 положительного контейнера и на верхней поверхности элемента 12 отрицательного электрода посредством связывающего стеклянного адгезива или тому подобного. Первое уплотнительное кольцо 121 служит для уплотнения проема верхнего торца камеры 19 отрицательного электрода.

Верхняя крышка 123, выполненная из металла, закреплена на верхней поверхности первого уплотнительного кольца 121 посредством связывающего стеклянного адгезива или тому подобного. Верхняя крышка 123 соединена с изоляцией с роликом 12 отрицательного электрода через первое уплотнительное кольцо 121.

Второе уплотнительное кольцо 122, выполненное из α-глинозема, закреплено на нижней поверхности тела 11 положительного контейнера и на нижней части элемента 12 отрицательного электрода посредством связывающего стеклянного адгезива или тому подобного. Второе уплотнительное кольцо 122 уплотняет проем нижнего торца камеры 19 отрицательного электрода. Камера 19 отрицательного электрода образована в виде закрытого пространства.

Нижняя крышка 124, выполненная из металла, закреплена на нижней поверхности второго уплотнительного кольца 122 посредством связывающего стеклянного адгезива или тому подобного. Камера 18 положительного электрода образована в виде закрытого пространства.

Вдобавок, нижняя крышка 124 соединена с изоляцией с элементом 12 отрицательного электрода через второе уплотнительное кольцо 122. Описанные выше части образуют контейнер для хранения активного материала положительного электрода по настоящему изобретению. Сверху от крышки 123 этого контейнера для хранения активного материала положительного электрода размещен контейнер 14 для хранения натрия, изолированный в виде отдельного тела от контейнера для хранения активного материала положительного электрода.

Соединительная трубка 16, выполненная из металла, проходит через поверхность нижнего торца контейнера 14 для хранения натрия и боковую поверхность конца элемента 12 отрицательного электрода соответственно и приварена в сквозной части.

Расплавленный натрий 15 удерживается в контейнере 14 для хранения натрия, проходит через соединительную трубку 16, течет внутрь простирающейся в форме кольца камеры 19 отрицательного электрода, затем вся камера 19 отрицательного электрода заполняется расплавленным натрием 15.

Смещающий элемент 17, состоящий из углеволокнистого мата, размещен в камере 19 отрицательного электрода в сжатом состоянии в направлении его толщины. Побуждающий элемент 17 расположен между внешней периферийной поверхностью тела 11 положительного контейнера и внутренней окружной поверхностью элемента 12 отрицательного электрода, как показано на фиг. 10.

Сера 13, которая является активным материалом положительного электрода, пропитана внутри токоотвода 20, который выполнен из углеволокнистого войлока. Токоотвод 20 заключен в камере 18 положительного электрода, которая образована в теле 11 положительного контейнера.

Кроме того, анодный стержень 23, выполненный из металла, предусмотрен в центральной части токоотвода 20 и связан с нижней крышкой 124. Вдобавок, контейнер 14 для хранения натрия связан с катодным выводом 24. Кроме того, верхняя крышка 123 соединена с анодным выводом 25.

Натрий-серная батарея из примера 8 имеет описанную выше конфигурацию.

Эту натрий-серную батарею нагревают до температуры 290-350°C. Во время разряда расплавленный натрий 15 в камере 19 отрицательного электрода образует ионы натрия, проходит через часть переборки из твердого электролита тела 11 положительного контейнера, перемещается в камеру 18 положительного электрода и вступает в реакцию с расплавленной серой 13, образуя сульфид натрия. То же количество расплавленного натрия 15, которое перемещается из камеры 19 отрицательного электрода в камеру 18 положительного электрода при разряде, восполняется из контейнера 14 для хранения натрия.

Поэтому во время разряда расплавленный натрий 15 в контейнере 14 для хранения натрия уменьшается, а в камере 18 положительного электрода увеличивается сульфид натрия.

Во время заряда сульфид натрия в камере 18 положительного электрода разлагается, становится ионами натрия и расплавленной серой 16. Ионы натрия проходят через часть переборки из твердого электролита тела 11 контейнера, перемещаются в камеру 19 отрицательного электрода, образуя расплавленный натрий 15, и возвращаются в контейнер 14 для хранения натрия.

В этой натрий-серной батарее 1 внутреннее пространство тела 11 положительного контейнера представляет собой камеру 18 положительного электрода, а небольшое пространство между внешней периферийной поверхностью тела 11 положительного контейнера и внутренней окружной поверхностью элемента 12 отрицательного электрода используется в качестве камеры 19 отрицательного электрода. По этой причине расплавленный натрий 15, который обладает высокой активностью, не может быть вмещен только в небольшом количестве в этом небольшом пространстве.

Даже если тело 11 контейнера повреждено, расплавленный натрий 15 не вытекает в больших количествах. Поэтому натрий-серная батарея из примера 8 имеет высокий уровень безопасности. Поскольку большинство расплавленного натрия 15 хранится в контейнере 14 для хранения натрия, который предусмотрен на расстоянии от камеры 18 положительного электрода, большинство расплавленного натрия 15 может быть удалено от расплавленной серы 13, и безопасность повышается.

Вдобавок, поскольку почти все области внешней периферийной поверхности тела 11 положительного контейнера образует камера 19 отрицательного электрода, можно обеспечить большую площадь тела 11 контейнера, которая функционирует как разделительная стенка из твердого электролита, и выходная мощность батареи также велика. Количество расплавленного натрия 15, заключенного в камере 19 отрицательного электрода, мало.

Однако, как указано выше, поскольку расплавленный натрий 15 восполняется из контейнера 14 для хранения натрия, определенное количество натрия 15 всегда может помещаться в камере 19 отрицательного электрода. Следовательно, не возникает проблемы сниженной емкости батареи за счет недостатка расплавленного натрия 15.

Вдобавок, побуждающий элемент 17 располагается в сжатом состоянии между внешней периферийной поверхностью тела 11 положительного контейнера и внутренней периферийной поверхностью элемента 12 отрицательного электрода. Таким образом, за счет отталкивающей силы сжатия побуждающий элемент 17 упруго давит на тело 11 положительного контейнера в направлении его центра.

Вдобавок, поскольку камера 18 положительного электрода герметизирована под вакуумом, тело 11 положительного контейнера прижимается аксиально под действием атмосферы. Давление атмосферы давит на тело 11 положительного контейнера через элемент 12 отрицательного электрода и побуждающий элемент 17.

По этой причине, даже если тело 11 положительного контейнера повреждено и сломано, сила атмосферы и побуждающего элемента 17 давит на тело 11 положительного контейнера, закрывая трещины, которые возникли бы. Следовательно, можно подавить утечку расплавленного натрия 15 из трещины, поскольку можно сохранять форму тела 11 положительного контейнера до возникновения трещин.

Формы элемента 12 отрицательного электрода не ограничены теми, что описаны выше. Например, также можно использовать второй элемент 22 отрицательного электрода, как показано на фиг. 13. На фиг. 13 представлен вид в поперечном разрезе тела 11 положительного контейнера, которое образовано из твердого электролита, и второго элемента 22 отрицательного электрода, предусмотренного снаружи тела 11 контейнера. Вдобавок, на фиг. 14 представлен их частичный увеличенный вид.

Как показано на фиг. 13 и 14, второй элемент 22 отрицательного электрода расположен на внешней периферийной поверхности тела 11 положительного контейнера. Признак этого второго элемента 22 отрицательного электрода заключается в том, что он имеет прямоугольные выступы, простирающиеся в осевом направлении от его внутренней поверхности на равном расстоянии.

Чтобы предоставить второй элемент 22 отрицательного электрода, предпочтителен следующий способ.

Сначала берут пластину с прямоугольными выступами на одной ее стороне. Пластина представляет собой открытый второй элемент 22 отрицательного электрода круглой формы, как показано на фиг. 13. Длину в продольном направлении пластины формируют немного короче, чем длина окружности тела 11 положительного контейнера. Затем оборачивают пластину вокруг тела 11 контейнера вдоль направления внешней периферийной поверхности.

Оба конца пластины, обернутой вдоль направления внешней периферийной поверхности, замыкают для соединения в растянутом состоянии. По этой причине кончики множества выступов прямоугольной формы, образованные на внутренней поверхности второго элемента 22 отрицательного электрода, находятся в контакте с внешней периферийной поверхностью тела 11 положительного контейнера, и эти кончики выступов давят на сторону внешней периферийной поверхности тела 11 контейнера в направлении его центра оси.

Вдобавок, поскольку камера 18 положительного электрода герметизирована при пониженном давлении, тело 11 положительного контейнера прижимается в осевом направлении с внешней стороны тела 11 положительного контейнера, дополнительно в осевом направлении со стороны обоих концов тела 11 положительного контейнера за счет разности давлений с атмосферой. Как результат, тело 11 положительного контейнера прижимается в этом направлении так, что форма тела 11 положительного контейнера становится меньше. Другими словами, окружная длина и осевая длина тела 11 положительного контейнера сжимаются, становясь короче.

По этой причине, даже если тело 11 положительного контейнера повреждено и сломано, сила действует в направлении закрытия трещин. Таким образом, можно подавить вытекание расплавленного натрия 15 через трещины и можно сохранять форму тела 11 контейнера до возникновения трещин.

В этом случае пространства, образованные между внутренними поверхностями второго элемента 22 отрицательного электрода и внешними поверхностями тела 11 положительного контейнера, становятся камерой 29 отрицательного электрода. В этих пространствах заключен расплавленный натрий. Кроме того, также возможно использование третьего элемента 32 отрицательного электрода, как показано на фиг. 15. На фиг. 15 представлен вид в поперечном разрезе тела 11 положительного контейнера, выполненного из твердого электролита. Третий элемент 32 отрицательного электрода предусмотрен на стороне внешней поверхности тела 11 положительного контейнера. Вдобавок, на фиг. 16 представлен его частичный увеличенный вид.

Гофрированный лист, который имеет волнистую форму, является признаком третьего элемента 32 отрицательного электрода. Элемент 32 отрицательного электрода имеет выступы, которые непрерывно расположены попеременно на обеих сторонах его внешней и внутренней поверхностей. Элемент 32 отрицательного электрода изготовлен посредством того же способа, как описано выше, и имеет тот же эффект, как у второго элемента 22 отрицательного электрода.

В этом случае отверстие, образованное между двумя из выступов друг за другом, образует часть камеры 39 отрицательного электрода, и в этом отверстии заключен расплавленный натрий 15. Форма тела 11 положительного контейнера не ограничена тем, что описаны выше. Например, тело 21 положительного контейнера, показанное на фиг. 17, также можно использовать в качестве тела 11 положительного контейнера.

На фиг. 17 представлен вид в продольном разрезе натрий-серной батареи 2, в которой используется тело 21 положительного контейнера, образованное из твердого электролита. Тело 21 положительного контейнера образовано более длинным, чем осевая длина тела 11 контейнера, и каждая ступенчатая часть предусмотрена на окружных поверхностях верхнего торца и нижнего торца тела 21 контейнера.

Верхняя крышка 123 и нижняя крышка 124 связаны непосредственно на верхней и нижней поверхностях тела 21 положительного контейнера посредством связывающего стеклянного адгезива или тому подобного. Вдобавок, элемент 12 отрицательного электрода связан с каждой из верхней и нижней ступенчатых частей тела 21 положительного контейнера посредством связывающего стеклянного адгезива или тому подобного.

В теле 21 положительного контейнера не используются первое уплотнительное кольцо 121 и второе уплотнительное кольцо 122, показанные на фиг. 10. Тело 21 положительного контейнера может упростить конструкцию натрий-серной батареи и снизить ее стоимость.

ПРИМЕР 9

[0054] На фиг. 18 показан вид в продольном разрезе натрий-серной батареи 1 из примера 9 по настоящему изобретению. Ее вид в поперечном разрезе показан на фиг. 19. Эта натрий-серная батарея 1 состоит из положительного контейнера 10 для хранения и отрицательного контейнера 30 для хранения. Положительный контейнер 10 для хранения является круглым цилиндрическим. Отрицательный контейнер 30 для хранения является отдельным и независим от положительного контейнера 10 для хранения.

Положительный контейнер 10 для хранения состоит, в первую очередь, из круглого цилиндрического тела 11 положительного контейнера, выполненного из β-глинозема, камеры 18 электрода, образованной внутри тела 11 контейнера, расплавленной серы 16, удерживаемой в этом внутреннем пространстве тела 11 контейнера, цилиндрической внешней оболочки 12, выполненной из металлической пластины и расположенной отдельно от внешней окружности тела 11 контейнера, камеры 19 отрицательного электрода, образованной в виде кольцевого промежутка между этой внешней оболочкой 12 и телом 11 контейнера, крышки 22, нижней крышки 23 и гибкого листа 24, выполненного из алюминиевой фольги, воздухонепроницаемо покрывающей внешнюю периферийную поверхность положительного контейнера 10 для хранения.

Часть расплавленного натрия 14 удерживается в камере 19 отрицательного электрода. Крышка 22 и нижняя крышка 23 выполнены из α-глинозема для того, чтобы плотно закрыть части верхнего и нижнего торца тела 11 контейнера.

Тело 11 контейнера, как показано на фиг. 19, является цилиндрическим, толстым. Камера 18 положительного электрода образована в теле 11 контейнера. Анодный стержень 15, простирающийся в осевом направлении, расположен в камере 18 положительного электрода. Анодный стержень 15 вставлен через нижнюю крышку 23, и его нижний конец прикреплен к нижней крышке 15. Этот анодный стержень 15 имеет шесть разделительных деталей 151 пластинчатой формы, простирающихся радиально в радиальном направлении тела 11 контейнера. За счет этого камера 18 положительного электрода имеет шесть секций.

Проводящий материал 17, пропитанный серой 16, размещают соответственно в этих шести секциях во время сборки. Затем формируют камеру 18 положительного электрода. Вдобавок, как показано на фиг. 19, анодный стержень 15 имеет полую форму в осевом направлении и используется для корректировки давления в камере 18 положительного электрода во время сборки батареи.

Внешняя оболочка 12 расположена через короткие интервалы вдоль внутренней окружной поверхности тела 11 контейнера. Небольшое кольцевое пространство, которое простирается в окружном направлении и разделено внешней периферийной поверхностью тела 11 контейнера и внутренней периферийной поверхностью внешней оболочки 12, используется в качестве камеры 19 отрицательного электрода. В камере 19 отрицательного электрода содержится пористая прокладка 13, выполненная из сжатого металлического волокна.

Контейнер 30 для хранения активного материала отрицательного электрода расположен отдельно и независимо от контейнера 10 для хранения активного материала положительного электрода. Соединительная трубка 31, выполненная из металла, проходит через нижний конец отрицательного контейнера 30 для хранения и внешнюю оболочку 12 соответственно и приварена в сквозных частях.

Большинство расплавленного натрия 14, который представляет собой активный материал отрицательного электрода, удерживается в отрицательном контейнере 30 для хранения, проходит через соединительную трубку 31 и течет внутрь простирающейся в форме кольца камеры 19 отрицательного электрода, затем вся камера 19 отрицательного электрода заполняется расплавленным натрием 14.

Катодный вывод 25 соединен с поверхностью верхнего торца отрицательного контейнера 30 для хранения. Крышка 22, образованная из α-глинозема, закреплена на поверхности верхнего торца тела 11 контейнера посредством стеклянного соединения, пайки и диффузионного соединения за счет тепла или тому подобного.

Эта крышка 22 служит для того, чтобы плотно закрывать проем верхнего торца камеры 18 положительного электрода. Нижняя крышка 23, образованная из α-глинозема, закреплена на поверхности нижнего торца тела 11 контейнера посредством стеклянного соединения, пайки и диффузионного соединения за счет тепла или тому подобного. Нижняя крышка 23 плотно закрывает проем нижнего торца камеры 18 положительного электрода, и камера 18 положительного электрода образована в виде закрытого пространства.

Вдобавок, предусмотрены крепежные средства для крепления нижней крышки 23 в осевом направлении с нижним концом анодного стержня 15, нижняя крышка 23 герметизирована более плотно.

Крепежные средства состоят из спиральной резьбовой канавки, образованной на нижнем конце анодного стержня 15, прокладки 152, расположенной на внутренней стороне нижней крышки 23, металлической гайки 153, завинченной в резьбовую канавку анодного стержня 15, и нижней крышки 23, притянутой в осевом направлении металлической гайкой 153. Анодный вывод 26 соединен с кончиком металлической гайки 153.

Кроме того, цилиндрическая внешняя оболочка 12 имеет верхнюю узкую концевую часть и нижнюю узкую концевую часть, которые образуют узкие отверстия, как показано на фиг. 18. Сформированные узкие части приведены в контакт с внешней периферийной поверхностью тела 11 контейнера и закреплены посредством пайки или диффузионного соединения за счет тепла и т.д. Тогда камера 19 отрицательного электрода образована в виде закрытого пространства.

Контейнер 10 для хранения активного материала положительного электрода дополнительно покрыт гибким листом 24 с внешней стороны и закрыт воздухонепроницаемо. Гибкий лист 24 состоит из алюминиевой фольги, имеющей заданную толщину.

В качестве средств для герметичного закрывания положительного контейнера 10 для хранения следует рассмотреть следующее.

Сначала алюминиевой фольге предварительно придают форму алюминиевой фольги в виде пакета. Затем контейнер 10 для хранения активного материала положительного электрода заключают в этой алюминиевой фольге в форме пакета. После этого вставляют трубочку со стороны открытой части алюминиевой фольги в форме пакета. Откачивают газ(воздух) из внутренней части.

При этом удаляют газ, который присутствовал между внешней периферийной поверхностью положительного контейнера 10 для хранения и внутренней периферийной поверхностью алюминиевой фольги в форме пакета. И внутренняя окружная поверхность алюминиевой фольги 24 в форме пакета находится в состоянии, прижатом и связанном посредством атмосферного давления на внешней периферийной поверхности положительного контейнера 10 для хранения. В этом состоянии трубочку удаляют из открытой части алюминиевой фольги в форме пакета и отверстия приваривают друг к другу.

Таким путем положительный контейнер 10 для хранения можно герметично закрыть гибким листом 24. При этом, как показано на фиг. 18, между внешней оболочкой 12 и гибким листом 24 размещен цилиндрический электроизолирующий элемент 121, и он электрически изолирует внешнюю оболочку 12 и гибкий лист 24.

Вдобавок, металлическая гайка 153, вывод 26 положительного электрода и соединительная трубка 31 проходят через гибкий лист 24. Кончик вывода 26 выступает снаружи из гибкого листа 24. Кроме того, соединительная трубка 31 электрически соединена с внешней оболочкой 12, как показано на фиг. 18.

Электрический изолирующий элемент 121 размещен между соединительной трубкой 31 и гибким листом 24.

Кроме того, как показано на фиг. 18, изоляционное кольцо 154 размещено между металлической гайкой 153 и гибким листом 24. Металлическая гайка 153 электрически изолирована от гибкого листа 24. Положительный контейнер 10 для хранения натрий-серной батареи 1 прост по конструкции и закрыт воздухонепроницаемо, как описано выше.

Вдобавок, отсутствует возможность утечки расплавленного натрия 14 и расплавленной серы 16 за пределы батареи из-за плотного закрытия и окружения гибким листом 24 снаружи. Таким образом, можно гарантировать высокий уровень безопасности.

Также давление, действующее на внешнюю поверхность внешней оболочки 12, выполняет функцию силы для сжатия окружного направления тела 11 контейнера через пористую прокладку 13, удерживаемую в камере 19 отрицательного электрода.

За счет этого, даже если тело 11 контейнера повреждено и сломано, сила сжатия удерживает части трещин в направлении закрытия трещин. Таким образом, можно подавить утечку активного материала из трещины, поскольку можно сохранять форму тела контейнера.

ПРИМЕР 10

[0055] На фиг. 20 показан вид в продольном разрезе натрий-серной батареи 2 из примера 10 по настоящему изобретению.

Эта натрий-серная батарея 2 состоит из круглого цилиндрического контейнера 20 для хранения активного материала положительного электрода и контейнера 40 для хранения активного материала отрицательного электрода, который является отдельным и независимым от контейнера 10 для хранения активного материала положительного электрода.

Положительный контейнер 20 для хранения состоит, в первую очередь, из круглого цилиндрического тела 21 контейнера, выполненного из β-глинозема, камеры 28 положительного электрода, образованной во внутреннем пространстве, которое представляет собой проходное отверстие тела 21 контейнера, расплавленной серы 16, содержащейся в этом внутреннем пространстве, некоторого числа выполненных в форме поры камер 29 отрицательного электрода, образованных вдоль внутренней окружной поверхности тела 21 контейнера, простирающихся в осевом направлении через небольшие интервалы и расположенных с интервалами в окружном направлении, расплавленного натрия 14, содержащегося в камерах 29 отрицательного электрода в форме поры, крышки 32, нижней крышки 33, которые обе выполнены из α-глинозема для того, чтобы плотно закрывать верхнюю и нижнюю торцевые части тела 21 контейнера, и гибкого листа 34, выполненного из алюминиевой фольги, покрывающей воздухонепроницаемо внешнюю периферийную поверхность положительного контейнера 20 для хранения.

Тело 21 контейнера является цилиндрическим, толстым и его внутреннее пространство, соответствующее проходному отверстию, представляет собой камеру 28 положительного электрода. Также, подобно описанному в примере 9, в камере 28 положительного электрода расположен анодный стержень 15, простирающийся в осевом направлении и имеющий разделительные детали. Нижний конец анодного стержня вставлен через нижнюю крышку 23.

Вдобавок, в образованном разделительными деталями отделении размещен проводящий материал 17, пропитанный серой 16. Тогда отделение образует камеру 28 положительного электрода.

Много камер 29 отрицательного электрода образованы окружающими камеры 28 положительного электрода вдоль поверхности внутренней стенки тела 21 контейнера. На поверхности верхнего торца тела 21 контейнера закреплена крышка 32, выполненная из α-глинозема, посредством стеклянного соединения, пайки или диффузионного соединения за счет тепла или тому подобного. Эта крышка 32 служит для плотного закрытия проема верхнего торца камеры 28 положительного электрода.

Кроме того, эта крышка 32 имеет кольцевую канавку на ее нижней поверхности, и образован кольцевой проход 321, что открытая поверхность этой канавки закрыта на поверхности верхнего торца тела 21 контейнера. Этот кольцевой проход 321 сообщается с проемом верхнего торца всех камер 29 отрицательного электрода тела 21 контейнера.

Верхняя поверхность крышки 32 имеет выпускной проход 323, который простирается к кольцевому проходу 321, и его внутренняя часть представляет собой вертикальный проход 322. Выпускной проход 323 прикреплен к соединительной трубке 41, ведущей в отрицательный контейнер 40 для хранения.

На поверхности нижнего торца тела 21 контейнера закреплена нижняя крышка 32, выполненная из α-глинозема, посредством стеклянного соединения, пайки или диффузионного соединения за счет тепла или тому подобного.

Эта нижняя крышка 33 плотно закрывает проем нижнего торца камер 29 отрицательного электрода, предусмотренных через равные интервалы в окружном направлении тела 21 контейнера, и проем нижнего торца камеры 28 положительного электрода.

Проемы камер 29 отрицательного электрода и проем камеры 28 положительного электрода закрыты. Вдобавок, предусмотрены крепежные средства для скрепления нижней крышки 33 в осевом направлении с нижним концом анодного стержня 15, нижняя крышка 33 закрыта более плотно.

Крепежные средства состоят из спиральной резьбовой канавки анодного стержня 15, прокладки 152, расположенной на внутренней стороне нижней крышки 33, и металлической гайки 153, вкрученной в резьбовую канавку анодного стержня 15. Нижняя крышка 23 притянута в осевом направлении металлической гайкой 153. Вдобавок, кончик металлической гайки 153 соединен с анодным выводом 26.

Отрицательный контейнер 40 для хранения отделяют независимо от положительного контейнера 20 для хранения. Соединительная трубка 41, выполненная из металла, проходит через поверхность нижнего торца отрицательного контейнера 40 для хранения, дополнительно, другой конец скреплен сваркой с выпускным проходом 323.

Большинство расплавленного натрия 14, который представляет собой активный материал отрицательного электрода, содержится в отрицательном контейнере 40 для хранения. Расплавленный натрий 14 проходит через соединительную трубку 41, вертикальный проход 322 и кольцевой проход 321 и течет внутрь всех камер 29 отрицательного электрода, тогда все камеры 29 отрицательного электрода заполняются расплавленным натрием 14.

Вдобавок, поверхность верхнего торца отрицательного контейнера 40 для хранения соединена с катодным выводом 25. Кроме того, положительный контейнер 20 для хранения покрыт гибким листом 34 с внешней стороны и закрыт воздухонепроницаемо.

Гибкий лист 34 состоит из алюминиевой фольги, имеющей заданную толщину.

Средства для воздухонепроницаемого запечатывания этим гибким листом 34 схожи с описанными в примере 1. При этом металлическая гайка 153, анодный вывод 26 и выпускной проход 323 проходят через алюминиевую фольгу и выступают с внешней стороны гибкого листа 34.

1. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом, которая характеризуется наличием
активного материала отрицательного электрода,
активного материала положительного электрода,
контейнера для хранения активного материала отрицательного электрода и
контейнера для хранения активного материала положительного электрода для разделения по меньшей мере части камеры положительного электрода, вмещающей вышеупомянутый активный материал положительного электрода, и по меньшей мере части камеры отрицательного электрода, вмещающей остальной вышеупомянутый активный материал отрицательного электрода, и образованного твердым электролитом, который пересекается вышеупомянутым активным материалом отрицательного электрода, в качестве отдельного тела от упомянутого контейнера для хранения активного материала отрицательного электрода,
причем упомянутый контейнер для хранения активного материала положительного электрода имеет по меньшей мере одну упомянутую камеру положительного электрода и множество упомянутых камер отрицательного электрода, разделенных вдоль стенки, которая разделила упомянутую камеру положительного электрода на расстоянии от упомянутой стенки.

2. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.1, причем как упомянутая камера положительного электрода, так и упомянутые камеры отрицательного электрода сформированы в виде отверстий, простирающихся вдоль осевого направления.

3. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.2, причем упомянутый контейнер для хранения активного материала положительного электрода имеет форму колонны.

4. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом, которая характеризуется наличием
активного материала отрицательного электрода,
активного материала положительного электрода,
контейнера для хранения активного материала отрицательного электрода и
контейнера для хранения активного материала положительного электрода для разделения по меньшей мере части камеры положительного электрода, вмещающей вышеупомянутый активный материал положительного электрода, и по меньшей мере части камеры отрицательного электрода, вмещающей остальной вышеупомянутый активный материал отрицательного электрода, и образованного твердым электролитом, который пересекается вышеупомянутым активным материалом отрицательного электрода, в качестве отдельного тела от упомянутого контейнера для хранения активного материала отрицательного электрода,
и наличием
смещающего элемента в контакте с по меньшей мере частью внешней поверхности упомянутого контейнера для хранения активного материала положительного электрода для побуждения упомянутого контейнера для хранения активного материала положительного электрода к одной стороне его центра.

5. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом, которая характеризуется наличием
активного материала отрицательного электрода,
активного материала положительного электрода,
контейнера для хранения активного материала отрицательного электрода и
контейнера для хранения активного материала положительного электрода для разделения по меньшей мере части камеры положительного электрода, вмещающей вышеупомянутый активный материал положительного электрода, и по меньшей мере части камеры отрицательного электрода, вмещающей остальной вышеупомянутый активный материал отрицательного электрода, и образованного твердым электролитом, который пересекается вышеупомянутым активным материалом отрицательного электрода, в качестве отдельного тела от упомянутого контейнера для хранения активного материала отрицательного электрода,
причем упомянутый контейнер для хранения активного материала положительного электрода состоит из цилиндрического тела контейнера, образованного упомянутым твердым электролитом, для разделения упомянутой камеры положительного электрода внутри него, и элемента отрицательного электрода, покрывающего внешнюю периферийную поверхность упомянутого тела контейнера и образующего упомянутую камеру отрицательного электрода между внешней периферийной поверхностью.

6. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.5, причем упомянутый элемент отрицательного электрода имеет гребни, простирающиеся в осевом направлении на его внутренней стороне через заданный интервал, и кончики гребней давят на внешнюю периферийную поверхность упомянутого цилиндрического тела контейнера.

7. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.5, причем упомянутый элемент отрицательного электрода имеет волнистое сечение, простирающееся вдоль внешней периферийной поверхности упомянутого цилиндрического тела контейнера.

8. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.5, причем упомянутая камера отрицательного электрода имеет пористую прокладку.

9. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом, которая характеризуется наличием
активного материала отрицательного электрода,
активного материала положительного электрода,
контейнера для хранения активного материала отрицательного электрода и
контейнера для хранения активного материала положительного электрода для разделения по меньшей мере части камеры положительного электрода, вмещающей вышеупомянутый активный материал положительного электрода, и по меньшей мере части камеры отрицательного электрода, вмещающей остальной вышеупомянутый активный материал отрицательного электрода, и образованного твердым электролитом, который пересекается вышеупомянутым активным материалом отрицательного электрода, в качестве отдельного тела от упомянутого контейнера для хранения активного материала отрицательного электрода,
причем упомянутый контейнер для хранения активного материала положительного электрода состоит из цилиндрической стенки, образованной из упомянутого твердого электролита, крышки и нижней крышки, выполненной из керамики, которые прикреплены к каждой из верхней и нижней цилиндрической стенки, и
дополнительно предусмотрен гибкий лист для покрывания воздухонепроницаемым образом внешней периферийной поверхности упомянутого контейнера для хранения активного материала положительного электрода.

10. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.9, причем упомянутая керамика для образования упомянутой крышки и нижней крышки представляет собой α-глинозем, упомянутый контейнер для хранения активного материала положительного электрода имеет анодный стержень, простирающийся в осевом направлении в упомянутой камере положительного электрода, и один его конец прикреплен к упомянутой крышке или упомянутой нижней крышке.

11. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.10, причем упомянутый анодный стержень имеет разделительную деталь пластинчатой формы, простирающуюся радиально в радиальном направлении с образованием множества секций в упомянутой камере положительного электрода.

12. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.9, причем упомянутый гибкий лист представляет собой металлическую фольгу.

13. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.9, причем упомянутый элемент отрицательного электрода образован гибким листом, дополнительно в упомянутой камере отрицательного электрода предусмотрена пористая прокладка для передачи давления, действующего на внешнюю поверхность упомянутого элемента отрицательного электрода, на внешнюю периферийную поверхность упомянутой цилиндрической стенки.

14. Аккумуляторная батарея с твердым электролитом по п.13, причем пористый материал, составляющий упомянутую пористую прокладку, представляет собой металлическое волокно, металлическую пену или пористую керамику.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), и может быть использовано в источниках электропитания как средств управления, так и активного питания силовых электрических агрегатов.
Изобретение относится к области преобразования тепловой и ядерной энергий в электрическую энергию. .

Изобретение относится к области энергетики, в частности к компенсации мощности высоковольтной линии электропередач. .

Изобретение относится к системе электрических аккумуляторных батарей внедорожных транспортных средств с гибридной энергетической установкой. .

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую в термоэлектрохимическом генераторе (ТЭХГ). .

Изобретение относится к области аккумулирования электроэнергии. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к первичным и вторичным твердотельных химических источников тока. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении химических источников тока. .

Изобретение относится к области производства металлокерамических узлов (МКУ) и может быть использовано при изготовлении герметичных, вакуум-плотных и термостойких МКУ для химических источников тока (прежде всего серно-натриевых аккумуляторов), узлов и приборов в электронной, радиотехнической, электротехнической и др.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для теплоизоляции, например, высокотемпературных аккумуляторных батарей (систем натрий-сера/раб.темп.
Наверх