專利名稱：一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及儲能領域的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構。
背景技術：
鈉硫電池的核心關鍵部件是P "-Al2O3制成的陶瓷電解質管，鈉硫電池循環(huán)壽命在很大程度上取決于陶瓷電解質管的質量。一旦陶瓷電解質管有微裂紋或者破裂，液態(tài)鈉和液態(tài)硫將直接接觸發(fā)生劇烈反應，溫度最高可達2000°C，瞬間熔化鈉硫電池內的儲鈉管等金屬部件，造成液態(tài)鈉和液態(tài)硫的泄漏?，F(xiàn)有鈉硫電池的陶瓷電解質管失效防護結構，主要是利用陶瓷電解質管和儲鈉管膨脹系數(shù)之間的差異，當鈉硫電池溫度升高時，儲鈉管的徑向膨脹程度大于陶瓷電解質管的徑向膨脹程度，陶瓷電解質管內壁和儲鈉管外壁之間的間隙小于0.0lmm,液態(tài)鈉無法流入至該間隙中?，F(xiàn)有的陶瓷電解質管和儲鈉管底面都是半球形的，它們的圓度都存在一定公差，同時，陶瓷電解質管的長度也存在一定的偏差，這樣，陶瓷電解質管內壁和儲鈉管外壁之間的間隙很難被有效地封閉，同時儲鈉管的底面還對陶瓷電解質管內壁的底面產生壓應力，一旦陶瓷電解質管底部發(fā)生破裂，儲鈉管底部損壞，大量的液態(tài)鈉從儲鈉管底部流出，與液態(tài)硫發(fā)生劇烈反應。因此現(xiàn)有技術陶瓷電解質管尺寸的尺寸精度要求很高，增加了納硫電池的制造成本。

實用新型內容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，其能在儲鈉管底面的通孔得到有效封閉的情況下，降低對陶瓷電解質管尺寸的尺寸精度要求，降低鈉硫電池的制造成本。實現(xiàn)上述目的的一種技術方案是:一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，包括陶瓷電解質管和套接在所述陶瓷電解質管內的儲鈉管，所述儲鈉管的底面設有至少一個通孔，所述儲鈉管和所述陶瓷電解質管之間形成鈉硫電池的陰極室，所述儲鈉管的底面是平的，所述儲鈉管的正下方，設有儲鈉管半球體，所述儲鈉管與所述儲鈉管半球體之間留有間隙，所述儲鈉管半球體與所述陶瓷電解質管內壁的底面之間設有纖維緩沖層，該纖維緩沖層對液態(tài)鈉不潤濕。進一步的，所述陰極室內，設有緊貼在所述陶瓷電解質管內側壁上的金屬纖維布和緊貼在所述金屬纖維布表面的金屬箔，所述金屬纖維布與所述陶瓷電解質管的內側壁之間形成若干與所述陶瓷電解質管軸向平行的毛細管間隙，所述金屬纖維布對液態(tài)鈉潤濕。進一步的，所述儲鈉管半球體和所述儲鈉管之間設有導向機構，所述導向機構包括一塊位于所述儲鈉管內的隔板，以及連接所述隔板和所述儲鈉管半球體頂面的導向部件。進一步的，所述纖維緩沖層是由碳纖維制成的。再進一步的，所述金屬纖維布是由304不銹鋼或者316不銹鋼制成的，所述金屬箔是由奧氏體不銹鋼制成的，所述金屬纖維布與所述金屬箔通過激光點焊固定在一起。進一步的，所述儲鈉管的側壁設有波紋管結構。采用了本實用新型的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構的技術方案，即儲鈉管的底面是平的，并且設有若干通孔，儲鈉管的正下方設有儲鈉管半球體，儲鈉管與陶瓷電解質管內壁的底面之間設有對液態(tài)鈉不潤濕的纖維緩沖層的技術方案。其技術效果是:第一，其能在儲鈉管底面的通孔得到有效封閉的情況下，降低對陶瓷電解質管尺寸的尺寸精度要求，降低鈉硫電池的制造成本。第二，減少了儲鈉管對陶瓷電解質管內壁底面的壓應力，減少了陶瓷電解質管破裂底部的概率，即使陶瓷電解管破裂，也可減小液態(tài)鈉的流速，控制液態(tài)鈉與液態(tài)硫的反應。第三，陶瓷電解質管的底部不參加反應，提高了液態(tài)鈉的利用效率。

圖1為本實用新型的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構的示意圖。圖2為圖1中A部分放大示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1和圖2，本實用新型的發(fā)明人為了能更好地對本實用新型的技術方案進行理解，下面通過具體地實施例，并結合附圖進行詳細地說明:實施例1本實用新型的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，包括陶瓷電解質管I和套接于陶瓷電解質管I內儲鈉管2，儲鈉管2和陶瓷電解質管I之間形成環(huán)形的間隙，該間隙為鈉硫電池的陰極室R1。儲鈉管I的底面是平的，儲鈉管2的底面設有至少一個通孔21，儲鈉管2的正下方設有儲鈉管半球體3，儲鈉管半球體3與儲鈉管2的底面之間留有間隙，這樣儲鈉管2內的液態(tài)鈉可沿著位于儲鈉管2底面的通孔21流出，儲鈉管半球體3的底面與陶瓷電解質管I內壁的底面之間設有纖維緩沖層11，該纖維緩沖層11對液態(tài)鈉不潤濕。當陶瓷電解質管I失效時，鈉硫電池的溫度升高，因為陶瓷電解質管I多是P ”氧化鋁制成的，儲鈉管2多是不銹鋼制成的。因此儲鈉管2的線性膨脹系數(shù)遠大于陶瓷電解質管I的線性膨脹系數(shù)，因此儲鈉管2和儲鈉管半球體3之間的間隙逐漸減小，直至儲鈉管半球體3的頂面將位于儲鈉管2底面的通孔21封閉，液態(tài)鈉不再流出。同時，由于儲鈉管半球體3的底面與陶瓷電解質管I內壁的底面之間設有了對液態(tài)鈉不潤濕的纖維緩沖層11，保證儲鈉管半球體3的底面不與陶瓷電解質管I的底部剛性接觸，使得陶瓷電解質管I的底部不參與反應，更為重要的是，通過儲鈉管2和儲鈉管半球體3之間的間隙，以及纖維緩沖層11，在封堵通孔21時，防止了陶瓷電解質管I的底部因為受到來自儲鈉管半球體3的壓應力而徹底破裂.保證了鈉硫電池的安全，即使陶瓷電解管I破裂，纖維緩沖層11也可減小液態(tài)鈉的流速，控制液態(tài)鈉與液態(tài)硫的反應。本實施例中纖維緩沖層11是由碳纖維制成的。實施例2請參閱圖1，實施例2是在實施例1基礎上的進一步改進，改進之處在于在陰極室Rl內設有緊貼在陶瓷電解質管I內側壁上的金屬纖維布12，以及緊貼在金屬纖維布12表面的金屬箔13。金屬纖維布12對液態(tài)鈉潤濕。金屬箔13在300°C下仍具有較好的彈性。金屬纖維布12在300°C下和液態(tài)鈉具有較好的潤濕性，同時由于陶瓷電解質管I內側壁有一定的圓度公差，且表面不平，金屬纖維布12可以彌補陶瓷電解質管I內側壁的圓度公差和表面不平，再配合金屬箔13的彈性作用，金屬纖維布12與陶瓷電解質管I內側壁之間形成若干與陶瓷電解質管I軸向平行的毛細管間隙(圖中未顯示)，憑借毛細管間隙的毛細作用，液態(tài)鈉在陰極室Rl內的液面高度保持恒定，這樣即使在鈉硫電池的放電末期，也能保證陶瓷電解質管I的反應面積，從而降低鈉硫電池的極化電阻；另一方面，毛細管間隙也能控制液態(tài)鈉的流速，陶瓷電解質管I的側壁發(fā)生局部破損時，可阻止大量的液態(tài)鈉和液態(tài)硫瞬間發(fā)生反應；鈉硫電池的安全性得到進一步加強。本實施例中，金屬纖維布12與金屬箔13通過超聲波點焊工藝結合在一起的，采用該工藝的目的在于方便金屬纖維布12緊貼在陶瓷電解質管I內側壁上。金屬纖維布12優(yōu)選的材料為304不銹鋼或者316不銹鋼，用于編制金屬纖維布12的金屬纖維，其直徑為8-20微米，金屬纖維通過無紡紡織工藝編織成金屬纖維布12，并且金屬纖維布12的孔隙率控制在70%-90%，這樣的孔隙率有助于提高金屬纖維布12對液態(tài)鈉的潤濕性。350°C時，使用304不銹鋼或者316不銹鋼的金屬纖維布12，其與液態(tài)鈉的潤濕角約為20°。金屬箔13是由具有一定彈性的奧氏體不銹鋼冷拉而成的，金屬箔的厚度0.05-0.1_。鈉硫電池在工作溫度下，金屬箔13對金屬纖維布12的邊緣產生壓力，使金屬纖維布12緊貼陶瓷電解質管I內側壁上。實施例3實施例3是在實施例1或2上的進一步改進，實施例3中儲鈉管半球體3與儲鈉管2之間設有導向機構5,導向機構5包括一塊位于儲鈉管2內的隔板51,以及連接隔板51和儲鈉管半球體3頂面的導向部件52，本實施例中，導向部件52為一個連接隔板51和儲鈉管半球體3頂面的圓環(huán)，儲鈉管2膨脹時，該圓環(huán)精確定位儲鈉管2底面下降的軌跡，使儲鈉管2底面沿著該圓環(huán)豎直下降，最終儲鈉管半球體3的頂面將儲鈉管2底面的通孔21封閉，液態(tài)鈉不再從儲鈉管2底面的通孔21內流出。當然導向部件52還可以由若干連接隔板51和儲鈉管半球體3頂面導向桿組成。由于導向機構5的存在，在儲鈉管2底面的通孔21能得到有效封堵的情況下，對陶瓷電解質管尺寸的尺寸精度要求進一步降低。實施例4實施例4是在實施例1、實施例2或實施例3上的進一步改進，實施例4中，儲鈉管2的側壁設有波紋管結構，這樣儲鈉管2既有一定的機械強度，同時具有一定的形變能力，保證儲鈉管半球體3的底面能對儲鈉管2的底面的通孔21進行有效地封堵，降低對電解質陶瓷電解質管I垂直度的要求。本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權利要求書范圍內。
權利要求1.一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，包括陶瓷電解質管(I)和套接在所述陶瓷電解質管(I)內的儲鈉管(2)，所述儲鈉管(2)的底面設有至少一個通孔(21)，所述儲鈉管(2)和所述陶瓷電解質管(I)之間形成鈉硫電池的陰極室(R1)，其特征在于: 所述儲鈉管(2)的底面是平的，所述儲鈉管(2)的正下方，設有儲鈉管半球體(3)，所述儲鈉管(2)與所述儲鈉管半球體(3)之間留有間隙，所述儲鈉管半球體(3)與所述陶瓷電解質管(I)內壁的底面之間設有纖維緩沖層(11)，該纖維緩沖層(11)對液態(tài)鈉不潤濕。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，其特征在于:所述陰極室(Rl)內，設有緊貼在所述陶瓷電解質管(I)內側壁上的金屬纖維布(12)和緊貼在所述金屬纖維布(12)表面的金屬箔(13)，所述金屬纖維布(12)與所述陶瓷電解質管(I)的內側壁之間形成若干與所述陶瓷電解質管(I)軸向平行的毛細管間隙，所述金屬纖維布(12)對液態(tài)鈉潤濕。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，其特征在于:所述儲鈉管半球體(3)和所述儲鈉管(2)之間設有導向機構(5)，所述導向機構(5)包括一塊位于所述儲鈉管(2)內的隔板(51)，以及連接所述隔板(51)和所述儲鈉管半球體(3)頂面的導向部件(52)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，其特征在于:所述纖維緩沖層(11)是由碳纖維制成的。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，其特征在于:所述金屬纖維布(12)是由304不銹鋼或者316不銹鋼制成的，所述金屬箔(13)是由奧氏體不銹鋼制成的，所述金屬纖維布(12)與所述金屬箔(13)通過激光點焊固定在一起。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，其特征在于:所述儲鈉管(2)的側壁設有波紋管結構。
專利摘要本實用新型公開了儲能領域的一種鈉硫電池陶瓷電解質管失效防護結構，包括陶瓷電解質管和套接在所述陶瓷電解質管內的儲鈉管，所述儲鈉管的底面設有至少一個通孔，所述儲鈉管和所述陶瓷電解質管之間形成鈉硫電池的陰極室，所述儲鈉管的底面是平的，所儲鈉管的正下方，設有儲鈉管半球體，所述儲鈉管與所述儲鈉管半球體之間留有間隙，所述儲鈉管半球體與所述陶瓷電解質管內壁的底面之間設有纖維緩沖層，該纖維緩沖層對液態(tài)鈉不潤濕。其技術效果是在陶瓷電解質管能夠對儲鈉管底面的通孔進行有效封閉的情況下，降低對陶瓷電解質管尺寸的尺寸精度要求，降低鈉硫電池的制造成本。
文檔編號H01M10/39GK202996995SQ20122068649
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權日2012年12月12日
發(fā)明者龔明光, 劉宇, 茅雁, 祝銘, 周日生, 陸志清 申請人:上海電氣鈉硫儲能技術有限公司