JP2013114824A - Sodium-sulfur battery - Google Patents
Sodium-sulfur battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013114824A JP2013114824A JP2011258349A JP2011258349A JP2013114824A JP 2013114824 A JP2013114824 A JP 2013114824A JP 2011258349 A JP2011258349 A JP 2011258349A JP 2011258349 A JP2011258349 A JP 2011258349A JP 2013114824 A JP2013114824 A JP 2013114824A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sodium
- ppm
- sulfur battery
- solid electrolyte
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
本発明は、二次電池として電力貯蔵などに利用されるナトリウム−硫黄電池に関するものであり、特にナトリウム等に含まれる不純物に関する。 The present invention relates to a sodium-sulfur battery used as a secondary battery for power storage and the like, and particularly relates to impurities contained in sodium or the like.
ナトリウム−硫黄電池は、電力の平準化やピークカットなどの機能を実現するための電力貯蔵システムなどに使用されている。一般に、ナトリウム−硫黄電池の集合電池は、単電池を所定数直列に接続してストリングが構成され、そのストリングを所定数並列に接続してブロックが構成され、さらにそのブロックを基本単位として所定数直列に接続されることにより構成されている。そして、この集合電池を充電する際には、一定の電圧に達するまで充電が行われる。 Sodium-sulfur batteries are used in power storage systems for realizing functions such as power leveling and peak cut. In general, an assembled battery of sodium-sulfur batteries has a string formed by connecting a predetermined number of cells in series, a block is formed by connecting a predetermined number of strings in parallel, and a predetermined number of blocks using the block as a basic unit. It is configured by being connected in series. And when charging this assembled battery, it charges until it reaches a certain voltage.
放電容量を大きくしたり、平均放電電圧を高くしたりするためには、電池の充電量をできるだけ大きくした方がよい。ところが、従来のナトリウム−硫黄電池の充電方法においては、充電打切り電圧を高めて充電量を大きくした場合、特定の単電池に電圧が集中して単電池が過電圧により故障するおそれがあった。一方、充電打切り電圧を低く設定した場合、未充電量が増加し、経時的に電池の劣化が早くなるという問題があった。そこで、ナトリウム−硫黄電池の充電方法について、検討がなされてきている(特許文献1〜2参照)。
In order to increase the discharge capacity or increase the average discharge voltage, it is better to increase the charge amount of the battery as much as possible. However, in the conventional method for charging a sodium-sulfur battery, when the charge termination voltage is increased to increase the amount of charge, the voltage is concentrated on a specific unit cell and the unit cell may be damaged due to an overvoltage. On the other hand, when the charge cutoff voltage is set low, there is a problem that the uncharged amount increases and the battery deteriorates with time. Therefore, studies have been made on a method for charging a sodium-sulfur battery (see
一方、ナトリウム−硫黄電池に用いられるβアルミナ管は、長期間の使用に耐えうるように一定値以上の機械的強度とナトリウムイオン伝導性とが要求されている。そこで、βアルミナ管の不純物量について、検討がなされてきている(特許文献3〜4参照)。
On the other hand, β-alumina tubes used in sodium-sulfur batteries are required to have a mechanical strength and sodium ion conductivity of a certain value or more so that they can withstand long-term use. Thus, studies have been made on the amount of impurities in the β alumina tube (see
また、電池の充放電効率の低下がないように、負極活物質のNa中の過飽和分の酸化物等に着目し、これがNa供給孔を閉塞しない構造としたナトリウム/硫黄電池も開示されている(特許文献5参照)。 Further, a sodium / sulfur battery having a structure in which the Na supply hole is not blocked by paying attention to the supersaturated oxide in Na of the negative electrode active material so that the charging / discharging efficiency of the battery is not lowered is also disclosed. (See Patent Document 5).
しかしながら、より一層、長期使用に耐えうる耐久性を持たせ、効率よく充放電することが可能で、長期間安定に運転できるナトリウム−硫黄電池が望まれてきている。 However, there has been a demand for a sodium-sulfur battery that has durability that can withstand long-term use, can be efficiently charged and discharged, and can be stably operated for a long time.
本発明の課題は、従来よりも耐久性を有するナトリウム−硫黄電池を提供することにある。 The subject of this invention is providing the sodium-sulfur battery which has durability rather than before.
本発明者らは、ナトリウム容器に収容された負極活物質であるナトリウム等に含まれる不純物量を規定することにより、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち本発明によれば、以下のナトリウム−硫黄電池が提供される。 The present inventors have found that the above problem can be solved by defining the amount of impurities contained in sodium or the like, which is a negative electrode active material housed in a sodium container. That is, according to the present invention, the following sodium-sulfur battery is provided.
[1] 正極容器内に配設された有底円筒状の固体電解質管の内側に負極室、外側に正極室をそれぞれ形成し、正極室内には正極活物質である硫黄を含浸した円筒状の正極モールドを収容し、負極室となる前記固体電解質管の内側には、有底円筒状の隔壁を、前記固体電解質管との間に所定の間隙をもって配置し、更に前記隔壁の内側に、負極活物質であるナトリウムを収容したナトリウム容器を、前記隔壁との間に所定の間隙をもって配置してなるナトリウム−硫黄電池であって、前記ナトリウム−硫黄電池の単電池を所定数直列接続してストリングを構成し、このストリングを所定数並列に接続してブロックを構成し、そのブロックを基本単位として所定数直列に接続した集合電池として用いられるものであり、前記ナトリウム容器に収容されたナトリウム中の微量成分の含有量を、Si≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmとしたナトリウム−硫黄電池。 [1] A negative electrode chamber and a positive electrode chamber are formed inside and outside of a bottomed cylindrical solid electrolyte tube disposed in the positive electrode container, respectively, and the positive electrode chamber is cylindrically impregnated with sulfur, which is a positive electrode active material. A cylindrical partition with a bottom is disposed inside the solid electrolyte tube that houses the positive electrode mold and serves as a negative electrode chamber, with a predetermined gap between the solid electrolyte tube and a negative electrode inside the solid electrolyte tube. A sodium-sulfur battery in which a sodium container containing sodium as an active material is disposed with a predetermined gap between the partition walls, and a predetermined number of single cells of the sodium-sulfur battery are connected in series. And a predetermined number of strings connected in parallel to form a block, and a predetermined number of the blocks connected in series with the block as a basic unit. The content of the trace components in sodium, which is, Si ≦ 200ppm, Fe ≦ 1000ppm, Ca ≦ 100ppm, sodium was K ≦ 200 ppm - sulfur battery.
[2] 前記固体電解質管を形成するβアルミナ固体電解質のβアルミナ中の微量成分の含有量を、Si≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmとした前記[1]に記載のナトリウム−硫黄電池。 [2] The content of a trace component in β alumina of β alumina solid electrolyte forming the solid electrolyte tube is Si ≦ 200 ppm, Fe ≦ 1000 ppm, Ca ≦ 100 ppm, and K ≦ 200 ppm. Sodium-sulfur battery.
[3] 前記集合電池の充電時に一定電流I0で端子電圧が下記式(1)において、αを0.05V以下の範囲の定数とし、V0となるまで充電されるものである前記[1]または[2]に記載のナトリウム−硫黄電池。
V0=(2.075+α)×m+R×I0・・・(1)
(但し、V0は電圧打切り電圧(ボルト)、2.075はナトリウム−硫黄電池の動作温度における単電池の開放電圧、mはストリング中の単電池の総直列数、I0は充電電流(アンペア)である。また、Rは集合電池の内部抵抗(オーム)である。)
[3] When the battery is charged, the terminal voltage is constant current I 0 and the terminal voltage is set to a constant in the range of 0.05 V or less in the following formula (1), and the battery is charged until it reaches V 0 [1] ] Or the sodium-sulfur battery according to [2].
V 0 = (2.075 + α) × m + R × I 0 (1)
(Where V 0 is the voltage cutoff voltage (volt), 2.075 is the open-circuit voltage of the single cell at the operating temperature of the sodium-sulfur battery, m is the total series number of single cells in the string, and I 0 is the charging current (ampere). And R is the internal resistance (ohms) of the assembled battery.)
ナトリウム−硫黄電池のナトリウム容器に収容されたナトリウム中の微量成分の含有量を所定値以下にすることにより、耐久性を向上させることができる。さらに、固体電解質管を形成するβアルミナ固体電解質のβアルミナ中の微量成分の含有量を所定値以下とすることにより、より耐久性を向上させることができる。 The durability can be improved by setting the content of trace components in the sodium contained in the sodium container of the sodium-sulfur battery to a predetermined value or less. Furthermore, durability can be improved more by making content of the trace component in beta alumina of beta alumina of beta alumina solid electrolyte which forms a solid electrolyte pipe below into predetermined value.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the invention.
図1に本発明のナトリウム−硫黄電池の一実施形態を示す。本発明のナトリウム−硫黄電池は、正極容器1内に配設された有底円筒状の固体電解質管4の内側に負極室R1、外側に正極室R2がそれぞれ形成されている。そして正極室R2内には正極活物質である硫黄Sを含浸した円筒状の正極モールド7を収容し、負極室R1となる固体電解質管4の内側には、有底円筒状の隔壁8を、固体電解質管4との間に所定の間隙をもって配置している。更に隔壁8の内側に、負極活物質であるナトリウムを収容したナトリウム容器5を、隔壁8との間に所定の間隙をもって配置している。
FIG. 1 shows an embodiment of the sodium-sulfur battery of the present invention. In the sodium-sulfur battery of the present invention, a negative electrode chamber R1 is formed inside a bottomed cylindrical
図2に集合電池を示す回路図を示す。本発明のナトリウム−硫黄電池は、ナトリウム−硫黄電池の単電池10を所定数直列接続してストリング12を構成し、このストリング12を所定数並列に接続してブロック13を構成し、そのブロック13を基本単位として所定数直列に接続した集合電池14として用いられるものである。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the assembled battery. In the sodium-sulfur battery of the present invention, a predetermined number of sodium-
そして、ナトリウム容器5に収容されたナトリウム中の微量成分の含有量が、Si≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmとされている。このように、ナトリウム中の不純物量を所定値以下とすることにより、ナトリウム−硫黄電池の耐久性を向上させることができる。 And the content of the trace component in the sodium accommodated in the sodium container 5 is set to Si <= 200 ppm, Fe <= 1000 ppm, Ca <= 100 ppm, K <= 200 ppm. Thus, durability of a sodium-sulfur battery can be improved by making the amount of impurities in sodium below a predetermined value.
さらに、本発明のナトリウム−硫黄電池は、固体電解質管4を形成するβアルミナ固体電解質のβアルミナ中の微量成分の含有量を、Si≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmとすることが好ましい。このように、βアルミナ中の不純物量を所定値以下とすることにより、より一層、ナトリウム−硫黄電池の耐久性を向上させることができる。
Furthermore, in the sodium-sulfur battery of the present invention, the content of trace components in the β alumina of the β alumina solid electrolyte forming the
また、本発明のナトリウム−硫黄電池は、集合電池14の充電時に一定電流I0で端子電圧が下記式(1)で示されるV0となるまで充電されるものである。
V0=(2.075+α)×m+R×I0・・・(1)
(但し、V0は電圧打切り電圧(ボルト)であり、2.075はナトリウム−硫黄電池の動作温度における単電池の開放電圧、αは充電末分極電圧であり好ましくは0.05以下の範囲の定数、mはストリング中の単電池の総直列数、I0は充電電流(単位はアンペア)である。また、Rは集合電池の内部抵抗(単位はオーム)であり、充電末の開放電圧V1と定電流放電時の最高電圧V2とから次式により求められる。すなわち、R=(V1−V2)/放電電流である。)
In addition, the sodium-sulfur battery of the present invention is charged at a constant current I 0 when charging the assembled
V 0 = (2.075 + α) × m + R × I 0 (1)
(Where V 0 is the voltage cutoff voltage (volt), 2.075 is the open-circuit voltage of the cell at the operating temperature of the sodium-sulfur battery, α is the end-of-charge polarization voltage, preferably in the range of 0.05 or less. Constant, m is the total number of single cells in the string, I 0 is the charging current (unit is ampere), R is the internal resistance of the assembled battery (unit is ohm), and the open circuit voltage V at the end of charging (1) and the maximum voltage V 2 during constant current discharge are obtained by the following equation: R = (V 1 −V 2 ) / discharge current.
図1を用いてさらに具体的に本発明のナトリウム−硫黄電池の単電池10の構成を説明する。正極容器1内に、ナトリウムイオンを選択的に透過させる機能を有する有底円筒状の固体電解質管4が配置され、固体電解質管4の外側に正極室R2が形成されている。正極容器1はアルミニウムやステンレス鋼等からなり、正極容器1の上端近傍部位には、当該容器の熱変化に伴う膨張・収縮を吸収緩和するためのくびれ9が形成されている。また、固体電解質管4はβアルミナやβ”アルミナ等からなる。正極室R2には、正極活物質である硫黄Sを含浸した円筒状の正極モールド7が収容されている。
The configuration of the
一方、固体電解質管4の内側には、負極室R1が形成され、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等のナトリウムに対する耐食性に優れた金属材料よりなる有底円筒状の隔壁(安全管)8が、固体電解質管4との間に所定の間隙をもって配置されている。更に、隔壁8の内側に、負極活物質である溶融金属ナトリウムNaを収容した有蓋・有底円筒状のナトリウム容器5が、隔壁8との間に所定の間隙をもって配置されている。
On the other hand, a negative electrode chamber R1 is formed inside the
正極容器1と固体電解質管4とは、絶縁リング2を介して結合されており、絶縁リング2の上端面には負極蓋3が接合されている。絶縁リング2は、正極室R2と負極室R1との電気的絶縁性を保持する必要から、絶縁性を有するセラミックスからなるものが好ましく、強度、コスト等に鑑みるとαアルミナなどが好適に使用される。ナトリウム容器5の底部には、小孔6が形成されており、また、ナトリウム容器5の上部空間には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスGが所定の圧力で封入されており、不活性ガスGにより、ナトリウム容器5内のナトリウムNaが小孔6から流出する方向へ加圧される。
The
ナトリウム−硫黄電池の放電時には、ナトリウム容器5底部の小孔6から流出したナトリウムNaが、ナトリウム容器5と隔壁8との間隙を上方に移動し、更に隔壁8の上端縁を乗り越えて、固体電解質管4と隔壁8との間隙を下方に移動して、この間隙に滞留する。
During the discharge of the sodium-sulfur battery, the sodium Na flowing out from the
ここで、ナトリウムNaは、電子を放出してナトリウムイオンとなり、固体電解質管4を透過して正極室R2に移動し、正極室R2の硫黄S及び外部回路を通ってきた電子と反応して多硫化ナトリウムを生成するとともに電圧を発生する。また、充電時には、放電時とは逆にナトリウムNa及び硫黄Sの生成反応が起こる。
Here, sodium Na emits electrons to become sodium ions, passes through the
また、隔壁8は、固体電解質管4が単電池使用中に破損して正極室R2の硫黄Sが負極のナトリウムNaに直接接触して反応が開始されたとき、その直接反応による発熱により熱膨張し、隔壁8と固体電解質管4との間隙を小さくすることによって、直接反応の量を減少させる役割を行う。これにより、直接反応による発熱が加速度的に単電池を昇温し、正極容器1を溶融させるなどの危険から故障単電池を保護している。
Further, the
本発明のナトリウム−硫黄電池は、ナトリウム容器5に収容されたナトリウム中の微量成分の含有量が、Si≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmとされている。各微量成分の数値限定の理由は次の通りである。まずSiが200ppmを越えると、長期通電後の圧環強度およびNaイオン導電率が低下し、特に通電量を大きくした場合にこの傾向が著しくなる。次にFeが1000ppmを越えると、長期通電後の圧環強度およびNaイオン導電率が低下するのみならず、通電前の状態においても圧環強度が低下する傾向を示す。またCaが100ppmを越えた場合およびKが200ppmを越えた場合には、いずれもNaイオン導電率が低下し、固体電解質としての基本的な特性が低下することとなる。 In the sodium-sulfur battery of the present invention, the contents of trace components in the sodium contained in the sodium container 5 are set to Si ≦ 200 ppm, Fe ≦ 1000 ppm, Ca ≦ 100 ppm, and K ≦ 200 ppm. The reason for limiting the numerical value of each trace component is as follows. First, when Si exceeds 200 ppm, the crushing strength and Na ion conductivity after long-term energization decrease, and this tendency becomes remarkable particularly when the energization amount is increased. Next, when Fe exceeds 1000 ppm, not only does the pressure ring strength and Na ion conductivity after long-term energization decrease, but also the pressure ring strength tends to decrease even before the current supply. Further, when Ca exceeds 100 ppm and when K exceeds 200 ppm, the Na ion conductivity is lowered, and the basic characteristics as a solid electrolyte are lowered.
さらに、本発明のナトリウム−硫黄電池は、βアルミナ中の微量成分の含有量をSi≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmとすることがより好ましい。各微量成分の数値限定の理由は次の通りである。まずSiが200ppmを越えると、長期通電後の圧環強度およびNaイオン導電率が低下し、特に通電量を大きくした場合にこの傾向が著しくなる。次にFeが1000ppmを越えると、長期通電後の圧環強度およびNaイオン導電率が低下するのみならず、通電前の状態においても圧環強度が低下する傾向を示す。またCaが100ppmを越えた場合およびKが200ppmを越えた場合には、いずれもNaイオン導電率が低下し、固体電解質としての基本的な特性が低下することとなる。 Furthermore, in the sodium-sulfur battery of the present invention, it is more preferable that the content of trace components in β-alumina is Si ≦ 200 ppm, Fe ≦ 1000 ppm, Ca ≦ 100 ppm, and K ≦ 200 ppm. The reason for limiting the numerical value of each trace component is as follows. First, when Si exceeds 200 ppm, the crushing strength and Na ion conductivity after long-term energization decrease, and this tendency becomes remarkable particularly when the energization amount is increased. Next, when Fe exceeds 1000 ppm, not only does the pressure ring strength and Na ion conductivity after long-term energization decrease, but also the pressure ring strength tends to decrease even before the current supply. Further, when Ca exceeds 100 ppm and when K exceeds 200 ppm, the Na ion conductivity is lowered, and the basic characteristics as a solid electrolyte are lowered.
次に図2を用いて、ナトリウム−硫黄電池の集合電池とその充電について説明する。図2に示すように、ナトリウム−硫黄電池よりなる単電池10を所定の直列数mだけ直列に接続してストリング12が構成され、このストリング12を所定の並列数nだけ並列に接続してブロック13が構成されている。このブロック13を基本単位として、所定数直列に接続することにより、集合電池14が構成されている。なお、上記直列数m、並列数nやブロック13の直列接続数は、目的とする集合電池14の出力電圧、電池容量などにより適宜設定される。
Next, an assembled battery of sodium-sulfur battery and its charging will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, a
次に、この集合電池14の充放電について説明する。単電池10の動作温度は300〜360℃であり、この動作温度で充放電が行われる。電流I0で例えば8時間放電を行うと、電圧は所定時間の間一定値に保持され、その後一定の傾斜で次第に低下する。続いて、放電終了後所定時間経過したとき、充電操作を行う。すなわち、一定電流I0で端子電圧が次式で示されるV0となるまで例えば7.5時間充電を行う。
Next, charging / discharging of the assembled
V0=(2.075+α)×m+R×I0・・・(1)
(但し、V0は充電打切り電圧(ボルト)であり、2.075はナトリウム−硫黄電池の動作温度における単電池の開放電圧、αは充電末分極電圧であり好ましくは0.05以下の範囲の定数、mはストリング中の単電池の総直列数、I0は充電電流(単位はアンペア)である。また、Rは集合電池の内部抵抗(単位はオーム)であり、充電末の開放電圧V1と定電流放電時の最高電圧V2とから次式により求められる。すなわち、R=(V1−V2)/放電電流である。)
V 0 = (2.075 + α) × m + R × I 0 (1)
(However, V 0 is the charge cutoff voltage (volt), 2.075 is the open-circuit voltage of the unit cell at the operating temperature of the sodium-sulfur battery, α is the end-of-charge polarization voltage, preferably in the range of 0.05 or less. Constant, m is the total number of single cells in the string, I 0 is the charging current (unit is ampere), R is the internal resistance of the assembled battery (unit is ohm), and the open circuit voltage V at the end of charging (1) and the maximum voltage V 2 during constant current discharge are obtained by the following equation: R = (V 1 −V 2 ) / discharge current.
充放電の効率の面からは、βアルミナに対するナトリウムイオン伝導率の温度特性、等の理由により、ナトリウム−硫黄電池を280℃以上の高温で作動させることが好ましい。反面、電池を構成する種々の部材の耐熱性、等の制約から、ナトリウム−硫黄電池の作動温度の高さには限界がある。従って、ナトリウム−硫黄電池においては、動作温度を所定の範囲(300℃〜360℃)に制御しながら、充放電を行うことが好ましい。 From the aspect of charge / discharge efficiency, it is preferable to operate the sodium-sulfur battery at a high temperature of 280 ° C. or higher for reasons such as temperature characteristics of sodium ion conductivity with respect to β alumina. On the other hand, the operating temperature of the sodium-sulfur battery is limited due to restrictions such as heat resistance of various members constituting the battery. Therefore, in a sodium-sulfur battery, it is preferable to perform charging and discharging while controlling the operating temperature within a predetermined range (300 ° C. to 360 ° C.).
以上に説明したように、本発明のナトリウム−硫黄電池は、ナトリウム容器5に収容されたナトリウム中の微量成分の含有量が、Si≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmとされている。さらに、固体電解質管4を形成するβアルミナ固体電解質のβアルミナ中の微量成分の含有量が、Si≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmであることが好ましい。また、本発明のナトリウム−硫黄電池は、充電時に一定電流I0で端子電圧がV0(αは好ましくは0.05以下)となるまで充電される。このように、ナトリウム中の不純物量、さらにβアルミナ中の不純物量やα値を規定することにより長期間通電後の焼結体特性をも向上させることができるものである。
As described above, in the sodium-sulfur battery of the present invention, the content of trace components in the sodium contained in the sodium container 5 is set to Si ≦ 200 ppm, Fe ≦ 1000 ppm, Ca ≦ 100 ppm, K ≦ 200 ppm. ing. Furthermore, it is preferable that the content of trace components in β alumina of the β alumina solid electrolyte forming the
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
[ナトリウムの製造]
不純物量の異なるナトリウムを製造した。製造した試料を表1に示す。
[Production of sodium]
Sodium with different amounts of impurities was produced. The manufactured samples are shown in Table 1.
[βアルミナ管の製造]
各種アルミナ原料を用いて微量成分の異なるβアルミナ管(固体電解質管4)を以下の方法で製造した。基本アルミナ原料として3種類の原料を用意し、所定の微量成分量を得るためにSiO2、Fe2O3、CaCO3、K2Oをそれぞれ添加した。本実施例ではNa2O源として、Na2CO3、MgO源としてMgOの所定量を計量し、ボールミル中において水分50%で30分間の湿式混合を実施した。混合後の泥漿を乾燥した後、アルミナ煉瓦質の坩堝に詰め、電気炉を使用して最高温度1400℃の空気雰囲気中で仮焼した。仮焼後の粉体をボールミル中で湿式粉砕混合し、バインダーとしてエチレングリコールを2%添加しスプレードライヤーで造粒した。得られた造粒粉体を所定形状のゴム型に充填してラバープレス圧2ton/cm2で加圧して成形体を得た。この成形体を焼成し、焼結体を得た。このようにして得られたβアルミナ管(固体電解質管4)中の微量成分量は表1の通りである。
[Manufacture of β alumina tube]
Using various alumina raw materials, β-alumina tubes (solid electrolyte tubes 4) having different trace components were produced by the following method. Three types of raw materials were prepared as basic alumina raw materials, and SiO 2 , Fe 2 O 3 , CaCO 3 , and K 2 O were added to obtain a predetermined amount of trace components. In this example, Na 2 CO 3 was used as the Na 2 O source, and a predetermined amount of MgO was measured as the MgO source, and wet mixing was performed in a ball mill at a moisture of 50% for 30 minutes. The mixed slurry was dried and then packed in an alumina brick crucible and calcined in an air atmosphere at a maximum temperature of 1400 ° C. using an electric furnace. The powder after calcination was wet pulverized and mixed in a ball mill, and 2% ethylene glycol was added as a binder and granulated with a spray dryer. The obtained granulated powder was filled into a rubber mold having a predetermined shape and pressed with a rubber press pressure of 2 ton / cm 2 to obtain a molded body. This molded body was fired to obtain a sintered body. The amounts of trace components in the β-alumina tube (solid electrolyte tube 4) thus obtained are as shown in Table 1.
[耐久性試験の方法]
ナトリウム−硫黄電池を組み立て、放電・充電を繰り返し、耐久性を調べた。具体的には、ナトリウム−硫黄電池は、充電末組み立てのため、放電からスタートし、続いて下記式(1)で求められる充電末カット電圧V0まで充電した。放電・充電を1サイクルとして故障までのサイクル数を調べた。表1のα値は、下記式(1)中のαである。
V0=(2.075+α)×m+R×I0・・・(1)
(但し、V0は充電末打切り電圧(ボルト)であり、2.075はナトリウム−硫黄電池の動作温度における単電池の開放電圧、αは充電末分極電圧であり定数、mはストリング中の単電池の総直列数、I0は充電電流(単位はアンペア)である。また、Rは集合電池の内部抵抗(単位はオーム)であり、充電末の開放電圧V1と定電流放電時の最高電圧V2とから次式により求められる。すなわち、R=(V1−V2)/放電電流である。)
[Durability test method]
A sodium-sulfur battery was assembled, and discharging and charging were repeated, and durability was examined. Specifically, the sodium-sulfur battery was started from discharging for assembly at the end of charging, and subsequently charged to the end-of-charge cut voltage V 0 obtained by the following formula (1). The number of cycles until failure was investigated with one cycle of discharge / charge. The α value in Table 1 is α in the following formula (1).
V 0 = (2.075 + α) × m + R × I 0 (1)
(Where V 0 is the end-of-charge cutoff voltage (volt), 2.075 is the open-circuit voltage of the single cell at the operating temperature of the sodium-sulfur battery, α is the end-of-charge polarization voltage and a constant, and m is the unit voltage in the string. The total number of batteries in series, I 0 is the charging current (unit is ampere), and R is the internal resistance (unit is ohms) of the assembled battery, which is the open-circuit voltage V 1 at the end of charging and the maximum during constant current discharge. it is determined by the following equation from the voltage V 2 Prefecture. That is, R = (V 1 -V 2) / discharge current.)
表1に示すように、α値を0.1Vとすると、比較例1では、故障までのサイクル数が500回であった。これに対し、ナトリウム中の不純物量を抑えた実施例1,2は、比較例1に比べ、故障までのサイクル数が増加した。特に、βアルミナ管の不純物量も抑えた実施例2では、故障までのサイクル数が1200回であった。 As shown in Table 1, when the α value was 0.1 V, in Comparative Example 1, the number of cycles until failure was 500. In contrast, in Examples 1 and 2 in which the amount of impurities in sodium was suppressed, the number of cycles until failure increased compared to Comparative Example 1. In particular, in Example 2 in which the amount of impurities in the β alumina tube was also suppressed, the number of cycles until failure was 1200.
またα値を0.04Vとすると、比較例2では、故障までのサイクル数が700回であったのに対し、ナトリウム中の不純物量を抑えた実施例3では、故障までのサイクル数が2000回であった。さらに、α値を0.05Vとすると、ナトリウム中の不純物量とβアルミナ管の不純物量とを抑えた実施例4は、故障までのサイクル数が3000回超であった。 When the α value is 0.04 V, in Comparative Example 2, the number of cycles until failure was 700, whereas in Example 3 in which the amount of impurities in sodium was suppressed, the number of cycles until failure was 2000. It was times. Furthermore, when the α value was 0.05 V, Example 4 in which the amount of impurities in sodium and the amount of impurities in the β alumina tube was suppressed had more than 3000 cycles to failure.
本発明のナトリウム−硫黄電池は、従来よりも一層耐久性の向上したナトリウム−硫黄電池として利用することができる。 The sodium-sulfur battery of the present invention can be used as a sodium-sulfur battery having further improved durability.
1:正極容器、2:絶縁リング、3:負極蓋、4:固体電解質管、5:ナトリウム容器、6:小孔、7:正極モールド、8:隔壁(安全管)、9:くびれ、10:単電池、12:ストリング、13:ブロック、14:集合電池。 1: positive electrode container, 2: insulating ring, 3: negative electrode cover, 4: solid electrolyte tube, 5: sodium container, 6: small hole, 7: positive electrode mold, 8: partition wall (safety tube), 9: constriction, 10: Single cell, 12: string, 13: block, 14: assembled battery.
Claims (3)
前記ナトリウム−硫黄電池の単電池を所定数直列接続してストリングを構成し、このストリングを所定数並列に接続してブロックを構成し、そのブロックを基本単位として所定数直列に接続した集合電池として用いられるものであり、
前記ナトリウム容器に収容されたナトリウム中の微量成分の含有量を、Si≦200ppm、Fe≦1000ppm、Ca≦100ppm、K≦200ppmとしたナトリウム−硫黄電池。 A negative electrode chamber is formed inside and a positive electrode chamber is formed outside the bottomed cylindrical solid electrolyte tube disposed in the positive electrode container, and a cylindrical positive electrode mold impregnated with sulfur as a positive electrode active material is formed in the positive electrode chamber. A cylindrical wall with a bottom is disposed inside the solid electrolyte tube to be housed and serving as a negative electrode chamber, with a predetermined gap between the solid electrolyte tube and a negative electrode active material inside the partition. A sodium-sulfur battery in which a sodium container containing a certain sodium is disposed with a predetermined gap between the sodium container,
As a collective battery in which a predetermined number of cells of the sodium-sulfur battery are connected in series to form a string, a predetermined number of the strings are connected in parallel to form a block, and a predetermined number of the blocks are connected in series as a basic unit. Is used,
The sodium-sulfur battery which made content of the trace component in the sodium accommodated in the said sodium container into Si <= 200ppm, Fe <= 1000ppm, Ca <= 100ppm, K <= 200ppm.
V0=(2.075+α)×m+R×I0・・・(1)
(但し、V0は、電圧打切り電圧(ボルト)、2.075はナトリウム−硫黄電池の動作温度における単電池の開放電圧、mはストリング中の単電池の総直列数、I0は充電電流(アンペア)である。また、Rは集合電池の内部抵抗(オーム)である。) 3. The battery according to claim 1, wherein when the battery pack is charged, the terminal voltage is a constant current I 0 and the terminal voltage is a constant in the range of 0.05 V or less in the following formula (1), and charging is performed until V 0 is reached. Sodium-sulfur battery as described.
V 0 = (2.075 + α) × m + R × I 0 (1)
(Where V 0 is the voltage cutoff voltage (volts), 2.075 is the open circuit voltage of the cells at the operating temperature of the sodium-sulfur battery, m is the total number of cells in series in the string, and I 0 is the charging current ( And R is the internal resistance (ohms) of the assembled battery.)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011258349A JP2013114824A (en) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | Sodium-sulfur battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011258349A JP2013114824A (en) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | Sodium-sulfur battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013114824A true JP2013114824A (en) | 2013-06-10 |
Family
ID=48710196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011258349A Pending JP2013114824A (en) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | Sodium-sulfur battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013114824A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019506717A (en) * | 2016-02-26 | 2019-03-07 | トヨタ・モーター・ヨーロッパToyota Motor Europe | Lithium-ion battery formation process |
-
2011
- 2011-11-25 JP JP2011258349A patent/JP2013114824A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019506717A (en) * | 2016-02-26 | 2019-03-07 | トヨタ・モーター・ヨーロッパToyota Motor Europe | Lithium-ion battery formation process |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8178231B2 (en) | Composition and energy storage device | |
JP6997216B2 (en) | Solid electrolyte | |
JP5775330B2 (en) | Molten salt battery | |
CN108140816B (en) | Positive electrode composition for over-discharge protection | |
JP2014510368A (en) | Compositions, energy storage devices and related processes | |
EP2731190A2 (en) | Composition, energy storage device, and related processes | |
JP6671291B2 (en) | Electrode unit for electrochemical equipment | |
JP2009016256A (en) | Lead-acid battery | |
JP2013114824A (en) | Sodium-sulfur battery | |
JP5720947B2 (en) | Lead acid battery | |
KR102326627B1 (en) | Na based Secondary Battery | |
JP2006236990A (en) | Thermal cell | |
JP6143066B2 (en) | A positive electrode plate for a lead storage battery and a control valve type lead storage battery using the positive electrode plate. | |
JP2010015947A (en) | Thermal battery, and electrolyte layer used for the same | |
JPH11121031A (en) | Beta alumina electrolyte structure body and secondary battery | |
JP6966308B2 (en) | Positive active material for lithium-ion batteries and their manufacturing methods, lithium-ion batteries, and lithium-ion battery systems | |
CN106356572B (en) | Electrochemical cell comprising a conductive matrix | |
JP2007273403A (en) | Control valve type lead-acid battery and its charging method | |
Weidl et al. | Low cost, ceramic battery components and cell design | |
JP5277885B2 (en) | Method for producing lead-acid battery | |
JP2009252606A (en) | Manufacturing method of lead acid storage battery | |
CN109643804B (en) | Lead storage battery, cast grid and manufacturing method thereof | |
JP2009123433A (en) | Method of manufacturing control valve type lead-acid battery | |
JP2021128825A (en) | Liquid lead-acid storage battery | |
JPH09147875A (en) | Electrolyte battery |