一种基于提升多管钠硫电池性能的装置

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一种基于提升多管钠硫电池性能的装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种基于提升多管钠硫电池性能的装置。\n背景技术\n[0002] 公开号CN201829577U的基于提升多管钠硫电池性能的装置，在启动时要求加热至一定的温度区间方能工作，加热的过程要通过四种不同材料进行传导 (金属外壳、钠、固体电解质(β(β″)‑Al2O3)管、硫)，实现正常工作需要很长的预热时间和时间间隔。\n[0003] 具体的说，公开号CN201829577U的基于提升多管钠硫电池性能的装置存在以下问题：\n[0004] (1)碳毡技术设计功能只是阳极棒进行包裹，不能到达设计要求，陶瓷管内没有达到热传导和电荷收集面积狭小，功能不能得到应有的释放。需要扩大有效面积和提高导热性能。\n[0005] (2)原“碳毡”结构设计存在缺陷，陶瓷管内壁在产生化学反应时释放电荷的密集度比阳电极棒周围要高的多，硫的传导性能较弱，原“碳毡”包裹阳极棒设计功能被大打折扣。\n实用新型内容\n[0006] 本实用新型提出的一种基于提升多管钠硫电池性能的装置，针对上述技术问题进行了选材和结构优化，从而提高热传导速率、解决均恒快捷加热、节省“热”资源成本的目的。\n[0007] 为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：\n[0008] 一种基于提升多管钠硫电池性能的装置，包括多管阳极仓以及可容纳多管阳极仓的阴极仓，多管阳极仓和阴极仓密封连接，所述的阴极仓包括一端开口的管状金属外壳，金属外壳内充填液体钠，所述的多管阳极仓包括设置在金属外壳内的至少两个陶瓷管，陶瓷管内充填液体硫，阳电极棒插入陶瓷管内，金属外壳内安装用于承托陶瓷管的底托；所述阳电极棒上包裹碳毡网，同时陶瓷管内壁上也设置碳毡网，形成双层碳毡结构。\n[0009] 进一步的，所述双层碳毡结构的顶部封闭或开放。\n[0010] 进一步的，所述双层碳毡结构的两层之间的空间里置入石墨烯混合物。\n[0011] 进一步的，所述石墨烯混合物为石墨烯晶体粉末与硫的混合物。\n[0012] 进一步的，所述各个陶瓷管的管口外边沿均与绝缘固定环片密封连接，各个陶瓷管管口处均设置密封垫片，阳电极棒穿过密封垫片插入陶瓷管内，绝缘固定环片与多个密封垫片连为一体。\n[0013] 进一步的，所述陶瓷管为电解质Al2O3管，陶瓷管内充填的液体硫与密封垫片之间有空隙，所述的绝缘固定环片的两端密封固定在金属外壳的管口处，陶瓷管管口处设置上、下两个密封垫片，阳电极棒从两个密封垫片内穿过。\n[0014] 进一步的，所述的底托内设置气囊，底托与多个陶瓷管的配合面为圆球面，所述的金属外壳的下端开设用于注入液体钠的开口，该开口处上安装注入阀。\n[0015] 由上述技术方案可知，本实用新型的基于提升多管钠硫电池性能的装置，除了具备单体钠硫电池的性能外，具有超大的存储容量，不仅降低了对制造设备的要求、简化了制作工艺及流程、提高了电池的安全性能，加强了抗腐蚀能力，延长电池寿命，更大程度上减少了对超大尺寸固体电解质的依赖，而且大大的降低了电池的成本，更便于产业化生产，同时本实用新型通过新材料的应用和结构优化提升装置运行过程中的热传导和导电性能，使得电池装置性能全方位的得到了改善。\n[0016] 具体的说，本实用新型是在公开号CN201829577U的基础上实现了技术迭代。钠硫电池作为“钠”电池的代表，具有高比能量、高功率密度、寿命长、无自放电现象、100％的库仑效率等特点，适合电力存储。\n[0017] 本实用新型在化学电源领域归类为“热”电池装置，对热传导、导电率的系统技术要求非常严谨，实现技术升级关系到装置的运行、安全、寿命，本实用新型通过不断的筛选、测试、设计，将原“碳毡”技术设计进行了提升，不但实现了原有的技术功能大大提升了装置的性能。高新材料(高电热率、高导电率)的应用和结构优化，实现了加热瓶颈和“碳毡”功能的技术双突破，使得比能量、能量密度大幅提升。\n[0018] 由于本装置属于“热”储存技术范畴需要在300/320摄氏度处于熔融状态的工作环境，对预热时间、速度、导电效率及性能提升更加重要。本实用新型通过增加陶瓷管内壁处“碳毡”设计实现双“碳毡”层结构，利用“石墨烯晶体”材料优良的导电、传热性能，在陶瓷管内加入一定比例的“石墨烯晶体”粉末与硫混合，不仅可以实现导热的目的也搭建了双层结构“碳毡”之间传递电荷的“桥梁”，充当双导“载体”的作用。\n[0019] 总得来说本实用新型在原有技术的基础上实现双层“碳毡”结构(封闭、开放)，采用硫与“石墨烯”材料(网、颗粒)置入陶瓷管内(硫存储仓)混合应用，以及石墨烯材料在钠硫电池中的应用，具体优点如下：\n[0020] 1)导热传递快捷，缩短了预“热”时间，降低能耗，“热”管理系统得到了改善。\n[0021] 2)电荷的收集能力增强，电池装置比能量、能量密度得到提高，性能大大提升；\n[0022] 3)“石墨烯”材料优良的物理性能，置入的材料对原有的工作空间占比微乎甚微。\n附图说明\n[0023] 图1是本实用新型的结构示意图。\n具体实施方式\n[0024] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。\n[0025] 如图1所示，本实施例所述的基于提升多管钠硫电池性能的装置，包括多管阳极仓以及可容纳多管阳极仓的阴极仓，多管阳极仓和阴极仓密封连接，所述的阴极仓包括一端开口的管状金属外壳1，金属外壳1内充填液体钠5，所述的多管阳极仓包括设置在金属外壳\n1内的至少两个陶瓷管2，陶瓷管2内充填液体硫3，阳电极棒4插入陶瓷管2内，金属外壳1内安装用于承托至少两个陶瓷管 2的底托9。\n[0026] 其中，所述阳电极棒4上包裹碳毡网10，同时陶瓷管2内壁上也设置碳毡网 10，形成双层碳毡结构；所述双层碳毡结构的顶部封闭或开放。所述双层碳毡结构的两层之间的空间里置入石墨烯混合物，所述石墨烯混合物为石墨烯晶体粉末与硫的物理性混合构成。\n[0027] 本实用新型中的阴极仓被底座3分割成阴极反应仓和钠储存仓，底托9上方的为阴极反应仓，底托9下方的为钠存储仓，这种结构提高了安全性能，即使陶瓷管2一旦破损，由于没有大量钠的集结，更便于液体钠5和液体硫3的分离。\n[0028] 所述的底托9内设置气囊，底托9与多个陶瓷管2的配合面为圆球面。底托9 能够减少上、下、左、右震动对陶瓷管2造成的损伤，控制液体钠5的液面随着温度的变化而变化，以控制液体钠5的上升流量。所述的金属外壳1的下端开设用于注入液体钠5的开口，该开口处上安装注入阀8。所述的伸入陶瓷管2中的阳电极棒4上包裹碳毡网，更便于电荷的收集和传导。所述的各个陶瓷管2的管口外边沿均与绝缘固定环片6密封连接，各个陶瓷管2管口处均设置密封垫片 7，阳电极棒4穿过密封垫片7插入陶瓷管2内，绝缘固定环片6与多个密封垫片7 连为一体。\n[0029] 所述的陶瓷管2为电解质Al2O3管，陶瓷管2内充填的液体硫3与密封垫片7 之间有空隙，该空隙用于盛放放电时生成的多硫化钠Na2Sx。所述的绝缘固定环片6的两端密封固定在金属外壳1的管口处，陶瓷管2管口处设置上、下两个密封垫片7，阳电极棒4从两个密封垫片7内穿过。正常工作时，到达一定温度的时候，底托9向下沉进行放电，液体钠5在陶瓷管\n2界面处形成Na+，并迁移通过该陶瓷管2与液体硫3发生反应形成多硫化钠Na2Sx，陶瓷管2的液体液面升高；充电时发生相反的过程，即多硫化钠Na2Sx分解，Na+迁移回阴极仓形成金属Na，硫氧化成单质硫保留在阳极仓，底托9上升，陶瓷管2的液体液面下降。\n[0030] 综上所述，本实用新型在化学电源领域归类为“热”电池装置，对热传导、导电率的系统技术要求非常严谨，实现技术升级关系到装置的运行、安全、寿命，本实用新型通过不断的筛选、测试、设计，将原“碳毡”技术设计进行了提升，不但实现了原有的技术功能大大提升了装置的性能。高新材料(高电热率、高导电率)的应用和结构优化，实现了加热瓶颈和“碳毡”功能的技术双突破，使得比能量、能量密度大幅提升。\n[0031] 本实施例在原有技术的基础上实现双层“碳毡”结构(封闭、开放)，采用硫与“石墨烯”材料混合应用，以及石墨烯材料在钠硫电池中的应用，具体优点如下：1)导热传递快捷，缩短了预“热”时间，降低能耗，“热”管理系统得到了改善。2)电荷的收集能力增强，电池装置比能量、能量密度得到提高，性能大大提升。\n[0032] 以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

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