JP2016532239A - 中温ナトリウム−金属ハライド電池 - Google Patents
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Abstract
Description
この実施例で使用した溶融ナトリウム−金属臭化物二次電池の構成の一つは、NaSICON(Na Super Ionic Conductor、ナトリウム超イオン伝導)ナトリウム電解質膜で、ガラスチューブ(又はアルミナチューブ)にガラスで封入されており、溶融状態のナトリウム金属(負極)が充填されている。ステンレススチール又はNi或いはMo金属集電体棒がナトリウム金属に浸され、負極に電気的に接触している。ガラスチューブは他のガラスチューブの内側に配置され、チューブの周りを密封するための蓋を備え付けた別のガラス瓶の中に配置し、それをつり下げ、ガラス瓶の中に空間を作った。
数種の異なるNaAlBr4+NaAlI4(又はNaAlCl4)溶融塩電解質混合物が、正極が電解質の内側に浸されるように実施例1で使用された瓶中に配置された。この電解質は、正極内でナトリウムイオンを固体電解質から金属臭化物反応サイトに伝導させるのを助ける。混合NaAlBr4+NaAlI4(又はNaAlCl4)溶融塩電解質は共晶型であり、混合組成により150℃〜180℃の温度で融解する。これらの融点は、以下の表1に示すように、個々の塩の融点よりも低い。表1は、化合物単体と共に、NaAlBr4とNaAlI4の種々の混合比を有する三種の異なる混合物の融点を示す。NaAlBr4がリッチな組成(組成物2又は3)は、本発明の電池の作動において好適である。特に、過剰なナトリウムハライド(NaBr:NaIの比が3:1)を有し、NaBr:AlBr3:NaI:AlI3を35:35:15:15の比で混合したNaAlBr2.8I1.2混合物に対応する、表3行目の組成物3が開示される電池の作動で使用された。具体的には、この実施例では、NaAlBr2.8I1.2の1モルに対しNaBrを0.91モルとNaIを0.39モル過剰に添加した。
ニッケル金属正極の充電/放電中の実施例1に記載される溶融ナトリウム−金属臭化物二次電池における電極反応を以下に示す。
NiBr2+2Na→Ni+2NaBr 約180℃においてE0=2.48V
Claims (20)
- 溶融の金属ナトリウムから成る負極と、NaX及びMX(XはCl、Br及びIから選択されるハロゲンであり、MはNi、Fe及びZnから選択される金属である)の混合物から成る正極と、負極および正極の間に配置されるナトリウムイオン伝導性固体電解質とから成る再充電可能ナトリウムイオン電池であって、NaAlX’4−δX”δ(0<δ<4で、X’及びX”は、Cl、Br及びIから選択される異なるハロゲンである)の式で示される少なくとも二種の塩から成る混合溶融塩正極電解質中に正極が配置されることを特徴とする再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 溶融塩正極電解質が、一般式NaAlX’4とNaAlX”4との少なくとも二種の種々のモル比から成る請求項1に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- δの値が0.4〜3.6の場合NaAlX”4に対するNaAlX’4のモル比が9:1〜1:9である請求項2に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 正極がさらに追加のNaX又はNaX化合物の混合物から成り、溶融塩正極電解質に対するモル比がNaX:NaAlX’4−δX”δ=1:1〜3:1である請求項1に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 正極および混合溶融塩正極電解質が溶融液体または2相混合物であり、混合溶融塩正極電解質が主として液体相であり、追加のNaX又はNaX化合物の混合物が固体状態である請求項4に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 溶融塩正極電解質がNaAlBr2.8I1.2から成る請求項1に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- NaXがNaBrから成る請求項1に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- MXがNiBrから成る請求項1に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 溶融塩正極電解質がNaAlBr2.8I1.2から成り、NaXがNaBrから成り、MXがNiBrから成る請求項1に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 正極が更に追加のNaBrから成り、混合溶融塩正極電解質に対するモル比が、NaBr:NaAlBr2.8I1.2=1:1〜3:1の範囲である請求項9に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- ナトリウムイオン伝導性固体電解質がNaSICON電解質材料から成る請求項10に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- ナトリウムイオン伝導性固体電解質がNaSICON電解質材料から成る請求項1に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 電池の作動温度が160〜220℃である請求項1に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 溶融状態の金属ナトリウムから成る負極と、NaX及びMX(XはCl、Br及びIから選択されるハロゲンであり、MはNi、Fe及びZnから選択される金属である)の混合物から成る正極と、負極および正極の間に配置されるナトリウムイオン伝導性固体電解質とから成る再充電可能ナトリウムイオン電池であって、正極は混合溶融塩正極電解質中に配置され、当該混合溶融塩正極電解質はNaAlX’4−δ−ωX”δX’”ω(X’、X”及びX’”はCl、Br及びIから選択される3種の異なるハロゲンであり、0<δ<4、0<ω<4及び0<δ+ω<4である)の式で示される少なくとも3種の塩から成ることを特徴とする再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 混合溶融塩正極電解質が種々のモル比のNaAlCl4、NaAlBr4及びNaAlI4から成る請求項14に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 正極がさらに追加のNaX又はNaX化合物の混合物から成り、溶融塩正極電解質に対するモル比がNaX:NaAlX’4−δ−ωXδ”X’”ω=1:1〜3:1である請求項14に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 正極および混合溶融塩正極電解質が溶融液体または2相混合物であり、混合溶融塩正極電解質が主として液体相であり、追加のNaX又はNaX化合物の混合物が固体状態である請求項16に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- ナトリウムイオン伝導性固体電解質がNaSICON電解質材料から成る請求項16に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- 電池の作動温度が160〜220℃である請求項16に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
- NaXがNaBrから成り、MXがNiBrから成る請求項16に記載の再充電可能ナトリウムイオン電池。
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