一種大功率鈉硫動力電池的製作方法

2023-08-03 21:23:41

專利名稱：一種大功率鈉硫動力電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新的電能源裝置，是一種可循環充電使用的 電池，在真空條件下製作而成，尤其是大功率鈉硫動力電池，它區別 於原"鈉硫電池"。本電池可作為火車、船舶、軍艦、潛艇的動力能源， 來取代對石油資源的依賴，且不排放任何物質，也可與電力聯網作為 城市照明供電，尤其適合地下採礦業和取代汽車發動機。
背景技術：
目前，在行業內公知鈉硫電池能量大、體積小，使用壽命長，充 電時間短，其原因是它的活性物質不是鉛(Pb)和二氧化鉛(Pb02)，而是化學物質金屬鈉(Na)和硫(S)，電解質也不是硫酸水溶液，而是多鋁 酸鈉導電陶瓷，分子式為化20-八1203，貝特三氧化二鋁((3"-Al203) 陶瓷電解質將鈉與硫隔開，構成電池的正、負極，形成電化學迴路。 電池在使用過程中，也需要充電，但不完全依賴於蓄電，而是靠電子 轉移再生能量，因此一次性充電時間只須幾十分鐘，可連續充電近二 萬次，也就是在十年以上的使用壽命。電池經熱反應後的理論能量為 780瓦時公斤，在同等容量下這是鉛酸電池的十倍以上，但是原"鈉 硫電池"存在如下三個方面的缺陷，也是致命的。(l)電池放電時，負極倉中的鈉離子大量湧出，使鈉的液位下降， 液面以上完全處在無液狀態，使電解質的離子半徑有效率全部停止工 作，使電池總能量隨鈉液下降而減弱。 (2) 石墨碳粘電極棒的提前退化電池的活性物質——硫是絕緣 體，當硫原子浸入石墨微孔時，增大了電極棒的電阻，使其導電功能 退化，而電池提前報廢。(3) 電解質——導電陶瓷中的鈣(Ca)，以及微氣孔也是絕緣體，當 電池的熱反應溫度上升到一定值，鈣游離出來阻礙電解質的離子半 徑，鈉離子無法穿透陶瓷壁，電池能量迅速下降而報廢。發明內容本實用新型提供一種大功率鈉硫動力電池，它解決上述三方面的 技術問題所採用的技術方案是一種大功率鈉硫動力電池，其中，所述動力電池為單體組合式， 外觀呈長方形塊狀體，包括在外殼中為正極活性物質硫的反應瓶、導 電陶瓷電解質、負極活性物質鈉的反應瓶、和兩隻電極棒；兩隻電極 棒伸出殼外，構成電池正負極接線柱。根據本實用新型，其中，單體組合式外觀呈長方形塊狀體。根據本實用新型，其中，所述外殼由高分子聚合物碳化纖維合成。根據本實用新型，其中，所述電池正極活性物質硫反應瓶呈圓柱 體瓶形，上端設有多硫化鈉緩衝倉，材料為特種不鏽鋼Fe-Cr72M02Ti。根據本實用新型，其中，所述電池電解質呈圓柱體瓶形，材料是 多鋁酸鈉，分子式Na-(3"-A1203 。根據本實用新型，其中，所述負極活性物質反應瓶，在原鈉硫電 池電解質陶瓷內部新增設的構件為園柱體瓶形，下設噴孔，材料為特 種不鏽鋼Fe-Cr72Mo2Ti。根據本實用新型，其中，所述兩隻電極棒材料是採用核反應堆燃 燒棒的特種鋯金屬Zr。
如圖1和圖2所示，本實用新型經過對材料的更換和三步法的工 藝改進，可提供一種大功率鈉硫動力電池，其使用壽命比原來可提高 一倍以上，接近二萬次連續充電，且終生不用維修。由於它的功率不 再減弱，便可作為火車、船舶、軍艦、潛艇的源動力，及與電力聯網 作為城市照明用，以大功率塊狀，小功率單體組合式可用於城市交通 車輛，以取代其發動機，不再依賴石油資源為燃料。


圖1為本實用新型電池單體縱剖面整體結構圖； 圖2為本實用新型總體結構示意圖。 附圖標記說明電池硫的反應瓶2，導電陶瓷電解質3，鈉反應瓶4，電極棒5。
具體實施方式
如圖1所示，圖標4是原"鈉硫電池"中新增的一個鈉反應瓶，其 特徵是圓柱體瓶形，下設放射噴孔，瓶中鈉液受鈉氣壓的因素，鈉液 由底部孔中噴出浸漫陶瓷壁。瓶中的鈉液即是下降85%以上，陶瓷壁 始終保持厚達數毫米的鈉液，它解決了因鈉液下降而能量減弱的現 象。如圖1所示，圖標5是電池的電極棒，現已改用鋯金屬(Zr)， 可隨電池終生壽命而不退化。如圖1所示，圖標3為導電陶瓷電解質，為瓶型圓柱狀，材料是 貝特三氧化二鋁(P"-AL203)，其製作工藝是取經加工後平均粒度 為0.4pm的P"-AL203粉，以無水乙醇為介質經球磨，製成酒泥漿， 經噴霧乾燥制粒，在125(TC條件下預燒，此為第一步。再製成粉料
於模中，以195—200mPa壓力下靜壓成形放入匣缽中，外經封固入 爐，經1450—1590。C煅燒，為第二步。待爐溫自冷，取出成品件， 以350。C回火24小時後取出制光，此為第三歩。此預燒三步合成法， 暫稱"三步法"可消除電池導電陶瓷中微氣孔和鈣的無效成份。本實用新型提供了一種大功率鈉硫動力電池，其使用壽命比原來 可提高一倍以上，接近二萬次連續充電，且終生不用維修。由於它的 功率不再減弱，便可作為火車、船舶、軍艦、潛艇的源動力，及與電 力聯網作為城巿照明用，以大功率塊狀，小功率單體組合式可用於城 市交通車輛，以取代其發動機，不再依賴石油資源為燃料。
權利要求1、 一種大功率鈉硫動力電池，其特徵在於，所述動力電池為單 體組合式，外觀呈長方形塊狀體，包括在外殼中為正極活性物質硫的反應瓶、導電陶瓷電解質、負極活性物質鈉的反應瓶、和兩隻電極棒; 兩隻電極棒伸出殼外，構成電池正負極接線柱。
2、 根據權利要求1所述的大功率鈉硫動力電池，其特徵是單 體組合式外觀呈長方形塊狀體。
3、 根據權利要求1所述的大功率鈉硫動力電池，其特徵是所述外殼由高分子聚合物碳化纖維合成。
4、 根據權利要求1所述的大功率鈉硫動力電池，其特徵是所 述電池正極活性物質硫反應瓶呈圓柱體瓶形，上端設有多硫化鈉緩衝倉，材料為特種不鏽鋼Fe-Cr72Mo2Ti。
5、 根據權利要求1所述的大功率鈉硫動力電池，其特徵是所述導電陶瓷電解質呈圓柱體瓶形，材料是多鋁酸鈉，其分子式為Na-(3"-Al203。
6、 根據權利要求1所述的大功率鈉硫動力電池，其特徵是所 述負極活性物質反應瓶，在原鈉硫電池電解質陶瓷內部新增設的構件為圓柱體瓶形，下設噴孔，材料為特種不鏽鋼Fe-Ci"72M02Ti。
7、 根據權利要求1所述的大功率鈉硫動力電池，其特徵是所述兩隻電極棒的材料是採用核反應堆燃燒棒的特種鋯金屬Zr。
專利摘要本實用新型提供了一種從材料到工藝、經過改進的大功率鈉硫動力電池。所述動力電池為單體組合式，外觀呈長方形塊狀體，包括在外殼中為正極活性物質硫的反應瓶、導電陶瓷電解質、負極活性物質鈉的反應瓶、和兩隻電極棒；兩隻電極棒伸出殼外，構成電池正負極接線柱。本實用新型的大功率鈉硫動力電池與原「鈉硫電池」的最大區別經改進後，其使用壽命增長一倍以上，由於能量的增大，它的適用領域較前者更為廣泛。
文檔編號H01M10/38GK201038266SQ200720142928
公開日2008年3月19日 申請日期2007年4月19日 優先權日2007年4月19日
發明者陳會林 申請人:陳會林;周 瓊;陳 虎