JP2561764B2 - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池

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JP2561764B2 JP3220512A JP22051291A JP2561764B2 JP 2561764 B2 JP2561764 B2 JP 2561764B2 JP 3220512 A JP3220512 A JP 3220512A JP 22051291 A JP22051291 A JP 22051291A JP 2561764 B2 JP2561764 B2 JP 2561764B2
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淳 渥美
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はナトリウム−硫黄電池
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電気自動車や夜間電力貯蔵用の二
次電池として、300〜350℃で動作するナトリウム
−硫黄電池の研究開発が進められている。このナトリウ
ム−硫黄電池は性能及び経済の両面で優れた特徴を有す
るもので、性能面では鉛蓄電池に比較して理論エネルギ
密度が高く、充放電時における水素や酸素の発生といっ
た副作用もなく、両極活物質の利用率も高い。さらに、
経済面では金属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。
【0003】又、このナトリウム−硫黄電池は単体とし
て使用されることが少なく、複数の単電池を複数並列に
立設集合させた状態で断熱ケースに収容されている。そ
して、この集合電池をケース内で300〜350℃に加
熱することにより、活物質となる金属ナトリウム及び硫
黄を溶融して、その溶融状態で活物質のイオンを移動さ
せ、互いに電気化学反応を行わせて所定の電気エネルギ
を得るようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この種のナ
トリウム−硫黄電池においては、事故短絡電流等の過電
流が流れると、単電池内部の固体電解質管が破壊される
ことがある。この破壊時には、固体電解質管により内外
に区分されていた溶融金属ナトリウムと溶融硫黄とが直
接接触し、それらが互いに混合して化学反応を起こす。
そして、この反応熱により電池自体のカバーが破壊さ
れ、高温の火炎や高温腐食性の活物質が集合電池を収容
した断熱ケースを溶融破壊して外部に放出され、火災事
故がケース外に波及する危険性があるという問題があっ
た。
【0005】特に、集合電池においては単電池を縦方向
に並列配置している関係で高温の活物質がカバーから流
出した後、単電池相互の間隙を上方へ移動して、上側の
断熱ケースを早期に破壊する傾向がある。
【0006】この発明は、このような従来のナトリウム
−硫黄電池に存在する問題点に着目してなされたもので
あって、その目的とするところは、単電池に火災事故が
発生しても、高温の火炎や高温腐食性の活物質によりケ
ースが突き破られるおそれを防止することができ、高温
の火炎や高温腐食性の活物質をケースの内部に留めると
ともに、不活性化して消火することができて、火災事故
がケース外に波及する危険を確実に防止することができ
るナトリウム−硫黄電池を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明では、ケース内に複数のナトリウ
ム−硫黄単電池よりなる集合電池を収容したナトリウム
−硫黄電池において、前記集合電池の上面と対応するよ
うに電気絶縁性を有する保持板を配設し、さらにその保
持板の上面側の前記ケース内にカーボン又はグラファイ
トからなる耐高火炎性及び耐高温腐蝕性を有す
板を配置したものである。
【0008】又、請求項2の発明においては、請求項1
において、前記保護板を、集合電池の下面側にも配置
たものである。求項3の発明においては、請求項1に
おいて、前記保護板を、ケースの内壁上面に配設したも
のである。請求項4の発明においては、請求項3におい
て、前記保護板を、ケースの内壁下面にも配設したもの
である。
【0009】
【作用】上記のように構成されたナトリウム−硫黄電池
においては、ナトリウム−硫黄単電池の上面と対応する
ように、電気絶縁性を有する保持板を配設し、さらにそ
の保持板の上面側の前記ケース内にカーボンあるいはグ
ラファイトの耐高温火炎及び耐高温腐蝕性を有する保
護板が配置されているため、単電池燃焼事故に伴い高
温の火炎や高温腐食性の活物質が単電池のカバーを破壊
して外部へ流出し、それが電池相互の間隙内を上方に移
動しても、この保護板によりケースの上壁が保護され
る。従って、高温の火炎や高温腐食性の活物質によりケ
ースが溶融破壊されるおそれはなく、この火炎発生時に
消化装置からケース内に不活性消火剤等を圧送供給する
ことにより、高温の火炎や高温腐食性の活物質をケース
の内部に留めるとともに、不活性化して消火することが
できて、火災事故がケース外に波及する危険を確実に防
止することができる。
【0010】
【実施例】以下、この発明を具体化したナトリウム−硫
黄電池の一実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【0011】図1及び図2に示すように、電池のケース
1は内外二重の壁構造を有する四角箱型に形成され、そ
の内外の壁間には断熱材2が介装されると共に、開口部
には断熱プラグ3が嵌着されている。内部フレーム4は
有底箱型に形成され、ケース1内に支持部材5を介して
内底部から所定間隔をおいた状態で配置されている。
【0012】集合電池6を構成する複数個のナトリウム
−硫黄単電池6aは、前記内部フレーム4内に所定間隔
おきで立設配置されている。この単電池6aは複数個互
いに並列に連結された収納筒(図示略)内にそれぞれ収
納される。又、各ナトリウム−硫黄単電池内には、固体
電解質管を介して金属ナトリウムと硫黄とが区分して収
容されている。そして、図示しないがケース1内には電
気ヒータが設けられ、この電気ヒータによりケース1内
の温度が300〜350℃に加熱されて、単電池6a内
の金属ナトリウム及び硫黄が溶融される。
【0013】複数の支持ピン7は前記内部フレーム4の
上端面に立設され、この支持ピン7により内部フレーム
4上にステンレスやマイカ等よりなる保持板8が所定間
隔をおいて支持されている。前記支持ピン7は絶縁材に
より形成され、内部フレーム4と保持板8とを電気的に
絶縁するとともに、両者間に所定の空隙を形成して、火
災発生時に消火剤が不活性ガスとともに集合電池6に供
給されるようにしている。上部保護板9は集合電池6の
上面と対応するように保持板8上に配設され、カーボン
あるいはグラファイト等の耐食性材料により形成されて
いる。下部保護板10は集合電池6の下面と対応するよ
うに内部フレーム4の下面に配設され、上部保護板9と
同様に、カーボンあるいはグラファイト等の耐食性材料
により形成されている。この上部保護板9は空気中の酸
素と緩やかに反応して昇華するので、保持板8上に接触
させて空気に触れる面積を少なくしている。
【0014】なお、前記上部及び下部保護板9,10の
材料としては、タングステンあるいはアルミナ等のセラ
ミックを使用することも考えられる。タングステンは3
387℃の融点を有して耐熱性及び耐食性に優れている
が、高価で加工性が悪いため適当でない。又、セラミッ
クは耐熱性及び耐食性に優れているが、火炎の偏熱で割
れるおそれがあるため適当でない。これに対して、カー
ボンやグラファイトは、優れた耐熱性及び耐食性を有す
ると共に、安価で加工性も良好であるため、保護板9,
10の材料としては最適である。
【0015】次に、前記のように構成されたナトリウム
−硫黄電池について作用を説明する。さて、このナトリ
ウム−硫黄電池において、任意のナトリウム−硫黄単電
池6aに異常反応等が生じて内部の固定電解質管が破損
すると、固定電解質管内の溶融した金属ナトリウムが陽
極容器内の溶融した硫黄と直接接触して混合される。こ
れにより、主たる反応として次のような化学反応が行わ
れ、多硫化ナトリウム、特に最終的には二硫化ナトリウ
ムが生成される。
【0016】このとき、化学反応熱が多量に発生して単
電池6a自体のカバーが熱破壊され、金属ナトリウム及
び硫黄がケース1内に流出する。それにより、金属ナト
リウムが空気中の酸素等とさらに反応して高温状態にな
り、他の単電池6aをも順に破壊していく危険性があ
る。
【0017】このようにケース1内で火災が発生した場
合、特に単電池6a相互の間隙を通って上方及び下方に
高温の火炎や活質が移動する。この実施例のナトリウ
ム−硫黄電池においては、集合電池6の上面及び下面と
対応する位置に、カーボンあるいはグラファイトの耐高
温腐食性材料よりなる上部及び下部保護板9,10が配
設されているため、この保護板9,10によってケース
1の上壁や底壁が、高温の火炎や高温腐食性の活物質か
ら保護される。従って、この火炎や活物質によりケース
1が突き破られるおそれはない。
【0018】又、この火災発生時には、図示しない熱セ
ンサやガスセンサにより火災事故が検出され、消火装置
からケース内に不活性ガスとともに消火剤が圧送供給さ
れる。従って、前記保護板9,10の保護作用と、この
消火装置の消火作用との相乗効果により、高温の火炎や
高温腐食性の活物質をケース1の内部に留めるととも
に、不活性化して消火することができ、火災事故がケー
ス1外に波及する危険を確実に防止することができる。
【0019】
【別の実施例】次に、この発明の別の実施例を図3に基
づいて説明する。さて、この実施例においては、上部保
護板9が集合電池6の上面に対応して、内外二重の壁構
造を有するケース1の内壁上面に配設されると共に、下
部保護板10が集合電池6の下面と対応して、ケース1
の内壁下面に配設されている。従って、この実施例にお
いても前述した実施例と同様に、ケース1内で火災が発
生した場合、高温の火炎や高温腐食性の活物質によりケ
ース1が突き破られるおそれを防止することができ、消
火装置との併用によって、その火炎や活物質をケース1
の内部に確実に留めるとともに、不活性化して消火する
ことができる。
【0020】なお、この発明は前記実施例の構成に限定
されるものではなく、この発明の趣旨から逸脱しない範
囲で、次のように変更して具体化することも可能であ
る。 (1)図1及び図2に示す実施例において、支持ピン7
に代えて内部フレーム4の上端面にスプリングを設け、
このスプリングの付勢力により、保持板8を介して上部
保護板9をケース1の内頂面に押圧するように構成する
こと。
【0021】(2)図1及び図2に示す実施例におい
て、カーボンあるいはグラファイトよりなる上部及び下
部保護板9,10の酸化を防止するために、各保護板
9,10を劣化しにくいシート材で挟着保持したり、さ
らに、ケース1内の雰囲気をN2等の不活性ガスに置換
したりしておくこと。
【0022】(3)前記両実施例において、集合電池6
の周側面と対応するように、ケース1の側壁内部又は内
側面にも保護板を配設すること。
【0023】
【発明の効果】請求項1又は3記載の発明は、集合電池
の上面側又はケースの内壁上面に前記保護板が配置され
ているため、単電池に火災事故が発生しても、高温の火
炎や高温腐食性の活物質によりケースが突き破られるお
それを防止することができ、ケース内に不活性消火剤等
を圧送供給する消火装置と併用することにより、高温の
火炎や高温腐食性の活物質をケースの内部に留めるとと
もに、消火することができて、火災事故がケース外に波
及する危険を確実に防止することができるという優れた
効果を奏する。又、請求項2又は4記載の発明では、集
合電池の上面側又はケースの内壁上面の他、集合電池の
下面側又はケースの内壁下面にも前記保護板が配置され
ているので、請求項1又は3記載の発明の効果に加え
て、火災事故がケース外に波及する危険をさらに確実に
防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を具体化したナトリウム−硫黄電池の
一実施例を示す要部縦断面図である。
【図2】図1のA−A線における断面図である。
【図3】この発明のナトリウム−硫黄電池の別の実施例
を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】 1 ケース、6 集合電池、6a ナトリウム−硫黄単
電池、8 保持板、9 上部保護板、10 下部保護
板。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケース内に複数のナトリウム−硫黄単電
    池よりなる集合電池を収したナトリウム−硫黄電池に
    おいて、 前記集合電池の上面と対応するように電気絶縁性を有す
    る保持板を配設し、さらにその保持板の上面側の前記ケ
    ース内にカーボン又はグラファイトからなる耐温火炎
    性及び耐高温腐蝕性を有する保護板を配置したことを特
    徴とするナトリウム−硫黄電池。
  2. 【請求項2】 前記保護板を、集合電池の下面側にも配
    したことを特徴とする請求項1に記載のナトリウム−
    硫黄電池。
  3. 【請求項3】 前記保護板を、ケースの内壁上面に配設
    したことを特徴とする請求項1に記載のナトリウム−硫
    黄電池。
  4. 【請求項4】 前記保護板を、ケースの内壁下面にも配
    設したことを特徴とする請求項3に記載のナトリウム−
    硫黄電池。
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