JP2526285Y2 - ナトリウム―硫黄電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案はナトリウム−硫黄電池に関するものであ
る。

［従来の技術］ 最近、電気自動車用、夜間電力貯蔵用の二次電池とし
て性能面及び経済面の両面において優れ、300〜400℃で
作動する高温型のナトリウム−硫黄電池の研究開発が進
められている。

すなわち、性能面では、ナトリウム−硫黄電池は鉛蓄
電池に比べて理論エネルギー密度が高く、充放電時にお
ける水素や酸素の発生といった副反応もなく、陽極用活
物質の利用率も高く、経済面ではナトリウム及び硫黄が
安価であるという利点を有している。

従来の単体型のナトリウム−硫黄電池として、陽極容
器の上端部に絶縁リングを介して陰極容器を接合固定
し、前記絶縁リングの内周面にはβ−アルミナ製の袋管
状をなす固体電解質管の上端部を接合固定し、前記陽極
容器の内周面と固体電解質管の外周面との間に形成され
る空間部には、陽極用活物質としての硫黄を含浸させた
導電性を有するカーボン繊維をマット状に、かつ円筒状
に形成してなる陽極用導電材Ｍを収容し、前記陽極容器
内には金属ナトリウムをステンレス製のウイックととも
に収容していた。

ここで、前記陽極用導電材の電池組付時における充填
構造について説明すると、第６図に示すように、陽極容
器２と固体電解質管５との空隙に対し、陽極用導電材Ｍ
を３つのピースMaに分割するとともに、各ピースMaの内
周面と前記固体電解質管との外周面との間に所定の間隙
ｇを形成するように充填していた。

又、各ピースMaの両端面は互いに接触されていた。

［考案が解決しようとする課題］ 前述した陽極用導電材Ｍは横断面が円弧状をなす所定
の成形型内にカーボン繊維を半径方向に圧縮した状態で
収容した後、溶融硫黄を含浸させ溶融硫黄が固体化した
後、離型させて製造されるため、陽極用導電材Ｍを電池
内に収容して高温状態にした場合、陽極用導電材Ｍ内の
硫黄が高熱により溶融して陽極用導電材Ｍが半径及び周
方向に膨脹（以下単に復元という）するため、この復元
状態において陽極用導電材Ｍの内周面S1が固体電解質管
５の外周面に面接触するように前記間隙ｇが設定してあ
る。

ところが、前記従来の陽極用導電材Ｍの収容構造は、
最初から各ピースMaの両端面S2が互いに面接触している
ので、高温での使用状態で陽極用導電材Ｍが復元した場
合半径方向の復元の殆どは前記間隙ｇで吸収されるが、
周方向の復元を吸収する場所がないので、第７図に示す
ように、ブリッジ現象により各ピースMaの内周面S1と固
体電解質管５の外周面5aとの間に三ケ月状の間隙ｇ′が
生じ、この結果、第４図に点線で示すように電池の充放
電時における容量が初期状態で低下し、性能上問題があ
った。すなわち電池の放電時には次のような反応によっ
てナトリウムイオンが固体電解質管５を透過して陽極容
器２及び固体電解質管５に区画形成された陽極用導電材
Ｍの収容空間に入り、該導電材Ｍ内の溶融硫黄と反応し
多流化ナトリウム及び最終的には三硫化ナトリウムを生
成する。

2Na＋XS→Na₂Sx 又、充電時には放電時とは逆の反応が起こり、ナトリ
ウム及び硫黄が生成される。このような充放電の化学反
応時において、前記固体電解質管５と陽極用導電材Ｍと
の界面に部分的に間隙ｇ′が発生していると、接触部Ｃ
に電流が集中し電圧特性を低下させる問題があった。

この考案は前記従来の技術に存する問題点を解消して
電池の電気的性能を向上することができるナトリウム−
硫黄電池を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この考案は上記目的を達成するため、円筒状の陽極容
器内に円筒状の固体電解質管を収納固定し、前記陽極容
器の内周面と固体電解質管の外周面との空間に対し、陽
極活物質としての硫黄を含浸した陽極用導電材を収納し
たナトリウム−硫黄電池において、 前記陽極用導電材を横断面が円弧状をなす複数のピー
スに分割するとともに、各ピースに含浸した硫黄が固体
化した状態で、前記固体電解質管の外周面と各ピースの
内周面との間に所定の間隙を設け、かつ各ピースの対向
端面間に内側程大きくなる楔状をなす所定の間隙を設け
るという手段をとっている。

［作用］ 本考案は電池組立終了時の常温状態において、陽極用
導電材の各ピースの境界に対し内側程大きくなる楔状を
なす間隙を設けたので、電池が高温作動状態となって、
陽極用導電材が復元した時同導電材の周方向の復元が間
隙で吸収され、各ピースの端面が適正に面接触されるた
め、各ピースがブリッジ現象を生じることなく、その内
周面と固体電解質管の外周面が面接触状態となり、この
結果、陽極内部の電気抵抗が均一化されるとともに、固
体電解質管と陽極用導電材との接触面でのナトリウムイ
オンや溶融硫黄の移動が円滑となり、電池の電気的性能
が向上する。

［実施例］ 以下、本考案を具体化した一実施例を第１図〜第４図
に基づいて説明する。

この実施例のナトリウム−硫黄電池は下部に陽極端子
１を備えた陽極容器２と、該陽極容器２の内部に収納さ
れ、かつカーボン繊維あるいはグラファイト繊維をマッ
ト状かつ円筒状に形成してなり陽極用活物質である溶融
硫黄を含浸した陽極用導電材Ｍと、前記陽極容器２の上
端部に対し、α−アルミナ製の絶縁リング３を介して連
結され、溶融金属ナトリウムNaを貯留する陰極容器４
と、前記絶縁リング３の内周部に固着され、かつ陰極活
物質であるナトリウムイオンを選択的に透過させる機能
を有した下方へ延びる円筒状の袋管を形成するβ−アル
ミナ製の固体電解質管５とからなっている。又、陽極容
器４の上部蓋の中央部には、該陰極容器４を通して固体
電解質管５底部まで延びた細長い陰極管６が貫通支持さ
れ、該陰極管６の上端部には、陰極端子７が固着されて
いる。

前記陰極容器４及び固体電解質管５内には、ほぼ全体
にわたって該固体電解質管５が破損した場合の安全対策
として、ステンレス製のウイック８が充填されている。

次に、本発明のナトリウム−硫黄電池の特徴的作用を
説明する。

前述した陽極用導電材Ｍは、第１図に示すように、円
周方向に等角度に円弧状をなす３つのピースMaに等分さ
れ、電池の組立時において、各ピースMaの内周面s1と固
体電解質管５の外周面5aとの間には、所定の間隙g1が形
成されている。そして、電池が高温状態に加熱された場
合、各ピースMaの内周面s1が固体電解質管５の外周面5a
に面接触可能に寸法設定され、この間隙g1によりピース
Maの半径方向の復元が吸収される。又、各ピースMaの境
界には内側ほど拡がるように楔状の間隙g2が形成され、
各ピースMaの復元状態においてピースMaの周方向の復元
を吸収し端面s2が適正に接触し得るように、間隙g2の角
度θを設定している。さらに、この実施例ではピースMa
の内周面S1の周方向の長さL1を、ピースMaが第２図の如
く復元した際に、固体電解質管５の外周面5aを三等分し
た長さL2と同一寸法となるように設定している。

従って、電池を高温状態で作動させた場合、各ピース
Maの半径方向の復元は間隙g1に周方向の復元はg2によっ
て吸収され、第２図に示すように各ピースMaの内周面s1
と固体電解質管５の外周面5aとが面接触されるととも
に、各ピースの端面s2も互いに面接触され、この結果、
電池の充放電時におけるナトリウムイオンあるいは溶融
硫黄の移動が円滑となり、第４図の実線で示すように電
池起動直後から適性容量で作動させることができる。

なお、本考案は次のように具体化することもできる。

（１）第５図に示すように、楔状の間隙g2を円周方向に
傾斜させること。

（２）図示しないが電池の停止時において、陽極用導電
材Ｍの外周面と、陽極容器２の内周面との間にも間隙を
設け、各ピースMaの外周側の端部を互いに接触させるこ
と。

［考案の効果］ 以上詳述したように、この考案は電池起動時に固体電
解質管の外周面と陽極用導電材の内周面とを面接触さ
せ、陽極の電気抵抗を均一化することにより、陽極室内
の反応を均一化でき、電池の電気的性能の低下を抑制す
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を具体化したナトリウム−硫黄電池の要
部の横断面図、第２図は使用状態における要部の横断面
図、第３図はナトリウム−硫黄電池全体を示す縦断面
図、第４図は性能を比較して示すグラフ、第５図は本考
案の別例を示す横断面図、第６図は従来のナトリウム−
硫黄電池の陽極用導電材の充填構造を示す横断面図、第
７図は同じく使用状態の横断面図である。 ２…陽極容器、３…絶縁リング、４…陰極容器、５…固
体電解質管、5a…外周面、６…陰極管、Ｍ…陽極用導電
材、Ma…ピース、S1…内周面、S2…端面、g1,g2…間
隙、θ…間隙g2の角度。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の陽極容器（２）内に円筒状の固体
   電解質管（５）を収納固定し、前記陽極容器（２）の内
   周面と固体電解質管（５）と外周面との空間に対し、陽
   極活物質としての硫黄を含浸した陽極用導電材（Ｍ）を
   収納したナトリウム−硫黄電池において、 前記陽極用導電材（Ｍ）を横断面が円弧状をなす複数の
   ピース（Ma）に分割するとともに、各ピース（Ｍ）に含
   浸した硫黄が固体化した状態で、前記固体電解質管
   （５）の外周面と各ピース（Ma）の内周面（S1）との間
   に所定の間隙（g1）を設け、かつ各ピース（Ma）の対向
   端面（S2）間に内側程大きくなる楔状をなす所定の間隙
   （g2）を設けたことを特徴とするナトリウム−硫黄電
   池。