本发明公开了储能领域的一种钠硫电池,包括陶瓷电解质管和套接在所述陶瓷电解质管内的储钠管,所述储钠管的底面设有至少一个通孔,所述储钠管和所述陶瓷电解质管之间形成钠硫电池的阴极室,所述储钠管的底面是平的,所述储钠管的正下方,设有储钠管半球体,所述储钠管与所述储钠管半球体之间留有间隙,所述储钠管半球体与所述陶瓷电解质管内壁的底面之间设有纤维缓冲层,该纤维缓冲层对液态钠不润湿。其技术效果是:在储钠管底面通孔能得到有效封闭的情况下,降低对陶瓷电解质管尺寸的尺寸精度要求,降低钠硫电池的制造成本。
1.一种钠硫电池,包括陶瓷电解质管(1)和套接在所述陶瓷电解质管(1)内的储钠管(2),所述储钠管(2)的底面设有至少一个通孔(21),所述储钠管(2)和所述陶瓷电解质管(1)之间形成钠硫电池的阴极室(R1),其特征在于:所述储钠管(2)的底面是平的,所述储钠管(2)的正下方,设有储钠管半球体(3),所述储钠管(2)与所述储钠管半球体(3)之间留有间隙,所述储钠管半球体(3)与所述陶瓷电解质管(1)内壁的底面之间设有纤维缓冲层(11),该纤维缓冲层(11)对液态钠不润湿。
2.根据权利要求1所述的一种钠硫电池,其特征在于:所述阴极室(R1)内,设有紧贴在所述陶瓷电解质管(1)内侧壁上的金属纤维布(12)和紧贴在所述金属纤维布(12)表面的金属箔(13),所述金属纤维布(12)与所述陶瓷电解质管(1)的内侧壁之间形成若干与所述陶瓷电解质管(1)轴向平行的毛细管间隙,所述金属纤维布(12)对液态钠润湿。
3.根据权利要求1或2所述的一种钠硫电池,其特征在于:所述储钠管半球体(3)和所述储钠管(2)之间设有导向机构(5),所述导向机构(5)包括一块位于所述储钠管(2)内的隔板(51),以及连接所述隔板(51)和所述储钠管半球体(3)顶面的导向部件(52)。
4.根据权利要求1或2所述的一种钠硫电池,其特征在于:所述纤维缓冲层(11)是由碳纤维制成的。
5.根据权利要求2所述的一种钠硫电池,其特征在于:所述金属纤维布(12)是由304不锈钢或者316不锈钢制成的,所述金属箔(13)是由奥氏体不锈钢制成的,所述金属纤维布(12)与所述金属箔(13)通过激光点焊固定在一起。
6.根据权利要求1或2所述的一种钠硫电池,其特征在于:所述储钠管(2)的侧壁设有波纹管结构。技术领域
本发明涉及储能领域的一种钠硫电池。
背景技术
钠硫电池的核心关键部件是β”-Al₂O₃制成的陶瓷电解质管,钠硫电池循环寿命在很大程度上取决于陶瓷电解质管的质量。一旦陶瓷电解质管有微裂纹或者破裂,液态钠和液态硫将直接接触并发生剧烈反应,温度最高可达2000°C,瞬间熔化钠硫电池内的储钠管等金属部件,造成液态钠和液态硫的泄漏。现有钠硫电池主要由金属外壳,陶瓷电解质管以及储钠管组成,另外液态钠和液态硫充当活性物质,金属外壳作为电流收集体并储存液态硫,储钠管是液态钠的储存容器,并且限制液态钠的流速。现有钠硫电池的安全结构主要是利用陶瓷电解质管和储钠管膨胀系数之间的差异,当钠硫电池温度升高时,储钠管的膨胀程度大于陶瓷电解质管的膨胀程度,储钠管的外侧壁与陶瓷电解质管内壁之间的间隙被封闭,储钠管内的液态钠不再流入至该间隙中,限制了液态钠和液态硫的反应,但是一旦温度降低,液态钠和液态硫将继续反应,储钠管的疲劳强度降低。现有的陶瓷电解质管的底面和储钠管底面,都是半球形的,它们的圆度都存在一定公差,同时,陶瓷电解质管的长度也存在一定的偏差,这样,储钠管的外侧壁与陶瓷电解质管内壁之间的间隙很难被有效地封闭,同时储钠管的底面还对陶瓷电解质管内壁的底面产生压应力,一旦陶瓷电解质管发生破裂,储钠管损坏,大量的液态钠从储钠管底部的通孔直接流出,与液态硫发生剧烈反应。因此现有技术陶瓷电解质管尺寸的尺寸精度要求很高,增加了钠硫电池的制造成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种钠硫电池,其能在储钠管底面的通孔得到有效封闭的情况下,降低对陶瓷电解质管尺寸的尺寸精度要求,降低钠硫电池的制造成本。实现上述目的的一种技术方案是:一种钠硫电池陶瓷电解质管,包括陶瓷电解质管和套接在所述陶瓷电解质管内的储钠管,所述储钠管的底面设有至少一个通孔,所述储钠管和所述陶瓷电解质管之间形成钠硫电池的阴极室,所述储钠管的底面是平的,所述储钠管的正下方,设有储钠管半球体,所述储钠管与所述储钠管半球体之间留有间隙,所述储钠管半球体与所述陶瓷电解质管内壁的底面之间设有纤维缓冲层,该纤维缓冲层对液态钠不润湿。进一步的,所述阴极室内,设有紧贴在所述陶瓷电解质管内侧壁上的金属纤维布和紧贴在所述金属纤维布表面的金属箔,所述金属纤维布与所述陶瓷电解质管的内侧壁之间形成若干与所述陶瓷电解质管轴向平行的毛细管间隙,所述金属纤维布对液态钠润湿。进一步的,所述储钠管半球体和所述储钠管之间设有导向机构,所述导向机构包括一块位于所述储钠管内的隔板,以及连接所述隔板和所述储钠管半球体顶面的导向部件。进一步的,所述纤维缓冲层是由碳纤维制成的。再进一步的,所述金属纤维布是由304不锈钢或者316不锈钢制成的,所述金属箔是由奥氏体不锈钢制成的,所述金属纤维布与所述金属箔通过激光点焊固定在一起。进一步的,所述储钠管的侧壁设有波纹管结构。采用了本发明的一种钠硫电池的技术方案,即钠硫电池的储钠管的底面是平的,并且设有若干通孔,储钠管的正下方设有储钠管半球体,储钠管的底面与储钠管半球体之间留有间隙,储钠管半球体与陶瓷电解质管内壁的底面之间设有对液态钠不润湿的纤维缓冲层的技术方案。其技术效果是:第一,在储钠管底面的通孔能得到有效封堵的情况下,降低对陶瓷电解质管尺寸的尺寸精度要求,降低钠硫电池的制造成本。第二,减少了储钠管对陶瓷电解质管内壁底面的压应力,减少了陶瓷电解质管破裂的概率,即使陶瓷电解管破裂,也可减小液态钠的流速,控制液态钠与液态硫的反应。
附图说明
图1为本发明的一种钠硫电池的结构示意图。图2为图1中A部分的放大示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2,本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解,下面通过具体地实施例,并结合附图进行详细地说明:目前的钠硫电池主要包括:负极极耳41、负极密封盖42、上金属环43、绝缘环44、下金属环45,金属圆筒46、正极密封盖47、陶瓷电解质管1和储钠管2。金属圆筒46、陶瓷电解质管1和储钠管2从外向内依次套接,金属圆筒46、陶瓷电解质管1和正极密封盖47之间形成钠硫电池的阳极室R2,储钠管2和陶瓷电解质管1之间形成钠硫电池的阴极室R1,负极密封盖42将储钠管2与阴极室R1内的负极活性物质,即液态钠密封,上金属环43与负极密封盖42底面的圆周固定。下金属环45将钠硫电池的阳极室R2密封,下金属环45通过激光焊与金属圆筒46固定。绝缘环44的顶面和底面通过热压焊与上金属环43和下金属环45分别固定,绝缘环44通过玻璃封接与陶瓷电解质管1的外侧壁和顶面固定,由此陶瓷电解质管1与金属圆筒46成为一体。设在负极密封盖42顶面中心的负极极耳41用于收集电流以及进行钠硫电池与钠硫电池之间的连接。阳极室R2内填充有多孔纤维毡,其作用储存液态硫磺。本发明在目前的钠硫电池的基础上对储钠管2与陶瓷电解质管1之间的安全结构作了改进。实施例1本发明的一种钠硫电池,包括陶瓷电解质管1和套接在陶瓷电解质管1内的储钠管2,储钠管2和陶瓷电解质管1之间形成环形的间隙,该间隙为钠硫电池的阴极室R1。储钠管2的底面是平的,储钠管2的底面上设有至少一个通孔21,储钠管2的正下方设有储钠管半球体3,储钠管半球体3与储钠管2的底面之间留有间隙,这样储钠管2内的液态钠可沿着位于储钠管2底面的通孔21流出。储钠管半球体3的底面与陶瓷电解质管1内壁的底面之间设有纤维缓冲层11,该纤维缓冲层11对液态钠不润湿。当陶瓷电解质管1失效时,钠硫电池的温度升高,因为陶瓷电解质管1多是β”-氧化铝制成的,储钠管2多是不锈钢制成的。因此储钠管2的线性膨胀系数远大于陶瓷电解质管1的线性膨胀系数,因此储钠管2和储钠管半球体3之间的间隙逐渐减小,直至储钠管半球体3的顶面将位于储钠管2底面的通孔21封闭,液态钠不再流出。同时,由于储钠管半球体3的底面与陶瓷电解质管1内壁的底面之间设有对液态钠不润湿的纤维缓冲层11,保证储钠管半球体3的底面不与陶瓷电解质管1的底部刚性接触,使得陶瓷电解质管1的底部不参与反应,更为重要的是,通过储钠管2和储钠管半球体3之间的间隙,以及纤维缓冲层11,在封堵通孔21时,防止了陶瓷电解质管1的底部因为受到来自储钠管半球体3的压力而彻底破裂。保证了钠硫电池的安全,即使陶瓷电解管1破裂,纤维缓冲层11也可减小液态钠的流速,控制液态钠与液态硫的反应。本实施例中纤维缓冲层11是由碳纤维制成的。实施例2请参阅图1,实施例2是在实施例1基础上的进一步改进,改进之处在于在阴极室R1内设有紧贴在陶瓷电解质管1内侧壁上的金属纤维布12,以及紧贴在金属纤维布12表面的金属箔13。金属纤维布12对液态钠是润湿的。金属箔13在300°C下仍具有较好的弹性。金属纤维布12在300°C下和液态钠具有较好的润湿性,同时由于陶瓷电解质管1内侧壁有一定的圆度公差,且表面不平,金属纤维布12可以弥补陶瓷电解质管1内侧壁的圆度公差和表面不平。再配合金属箔13的弹性作用,金属纤维布12与陶瓷电解质管1内侧壁之间形成若干与陶瓷电解质管1轴向平行的毛细管间隙(图中未显示),凭借毛细管间隙的毛细作用,液态钠在阴极室R1内的液面高度保持恒定,这样即使在钠硫电池的放电末期,也能保证陶瓷电解质管1的反应面积,从而降低钠硫电池的极化电阻;另一方面,毛细管间隙也能控制液态钠的流速,陶瓷电解质管1的侧壁发生局部破损时,可阻止大量的液态钠和液态硫瞬间发生反应;钠硫电池的安全性得到进一步加强。本实施例中,金属纤维布12与金属箔13是通过超声波点焊工艺固定在一起的,采用该工艺的目的在于方便金属纤维布12紧贴在陶瓷电解质管1内侧壁上。金属纤维布12优选的材料为304不锈钢或者316不锈钢,用于编制金属纤维布12的金属纤维,其直径为8-20微米,金属纤维通过无纺纺织工艺编织成金属纤维布12,并且金属纤维布12的孔隙率控制在70%-90%,这样的孔隙率有助于提高金属纤维布12对液态钠的润湿性。350°C时,使用304不锈钢或者316不锈钢的金属纤维布12,其与液态钠的润湿角约为20°。金属箔13是由具有一定弹性的奥氏体不锈钢冷拉而成的,金属箔13的厚度0.05-0.1mm。钠硫电池在工作温度下,金属箔13对金属纤维布12的边缘产生压力,使金属纤维布12紧贴陶瓷电解质管1内侧壁上。实施例3实施例3是在实施例1或2上的进一步改进,实施例3中储钠管半球体3与储钠管2之间设有导向机构5,导向机构5包括一块位于储钠管2内的隔板51,以及连接隔板51和储钠管半球体3顶面的导向部件52,本实施例中,导向部件52为一个连接隔板51和储钠管半球体3顶面的圆环,储钠管2膨胀时,该圆环精确定位储钠管2底面下降的轨迹,使储钠管2底面沿着该圆环竖直下降,最终储钠管半球体3的顶面将储钠管2底面的通孔21封闭,液态钠不再从储钠管2底面的通孔21内流出。当然导向部件52还可以由若干连接隔板51和储钠管半球体3顶面的导向杆组成。由于导向机构5的存在,在储钠管2底面的通孔21能得到有效封堵的情况下,对陶瓷电解质管1尺寸的尺寸精度要求进一步降低。实施例4实施例4是在实施例1、实施例2或实施例3上的进一步改进,实施例4中,储钠管2的侧壁设有波纹管结构,这样储钠管2既有一定的机械强度,同时具有一定的形变能力,保证储钠管半球体3的底面能对储钠管2的底面的通孔21进行有效地封堵,降低对电解质陶瓷电解质管1垂直度的要求。本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。