JP2589743B2 - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池Info
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- JP2589743B2 JP2589743B2 JP63049141A JP4914188A JP2589743B2 JP 2589743 B2 JP2589743 B2 JP 2589743B2 JP 63049141 A JP63049141 A JP 63049141A JP 4914188 A JP4914188 A JP 4914188A JP 2589743 B2 JP2589743 B2 JP 2589743B2
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- sulfur
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- conductive material
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
- H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
- H01M10/3909—Sodium-sulfur cells
-
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はナトリウム−硫黄電池に関し、さらに詳しく
は電池を長期休止、補修、点検等の理由で昇降温する
際、陽極容器内に収容された陽極用導電材の熱膨張・収
縮を吸収して固体電解質管の破損を防止することができ
るナトリウム−硫黄電池に関するものである。
は電池を長期休止、補修、点検等の理由で昇降温する
際、陽極容器内に収容された陽極用導電材の熱膨張・収
縮を吸収して固体電解質管の破損を防止することができ
るナトリウム−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。
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。
即ち、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、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。
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、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。
従来のナトリウム−硫黄電池は、第３図に示すように
下部に陽極端子１を備え、陽極活物質である溶融硫黄を
含浸したカーボンマット等の陽極用導電材Ｍを収納する
円筒状の陽極容器２と、該陽極容器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、かつ
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、陰極容器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。
下部に陽極端子１を備え、陽極活物質である溶融硫黄を
含浸したカーボンマット等の陽極用導電材Ｍを収納する
円筒状の陽極容器２と、該陽極容器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、かつ
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、陰極容器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。
そして、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内の硫
黄と反応し、多硫化ナトリウムを生成する。
ムイオンが固体電解質管５を透過して陽極容器２内の硫
黄と反応し、多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。
ウム及び硫黄が生成される。
上記のようなナトリウム−硫黄電池の陽極容器２内の
陽極用導電材Ｍに含浸された陽極活物質としての硫黄に
は電子伝導性がないため、該陽極用導電材Ｍを多孔性材
料により形成して電子伝導性を付与している。この導電
材Ｍは均一な物性の素材で形成され、該導電材Ｍの外周
面は陽極容器２の内周面に接触されていた。
陽極用導電材Ｍに含浸された陽極活物質としての硫黄に
は電子伝導性がないため、該陽極用導電材Ｍを多孔性材
料により形成して電子伝導性を付与している。この導電
材Ｍは均一な物性の素材で形成され、該導電材Ｍの外周
面は陽極容器２の内周面に接触されていた。
（発明が解決しようとする課題） ナトリウム−硫黄電池は長期休止、補修、点検等の理
由で昇降温する。前記陽極用導電材Ｍに含浸させた陽極
活物質である硫黄又は多硫化ナトリウムは、電池作動温
度域において溶融状態にあるが、融点120〜330℃以下の
温度域では凝固して固相となる。従って、前記硫黄又は
多硫化ナトリウムが固相状態にある温度域での電池昇降
温では電池構成部品の固体電解質管５、陽極用導電材
Ｍ、陽極容器２の熱膨脹率の差、特に陽極用導電材Ｍの
熱膨脹率が他の二つの部品に比較して大きいため、熱応
力が発生して固体電解質管５や陽極容器２が破損し易い
という問題があった。
由で昇降温する。前記陽極用導電材Ｍに含浸させた陽極
活物質である硫黄又は多硫化ナトリウムは、電池作動温
度域において溶融状態にあるが、融点120〜330℃以下の
温度域では凝固して固相となる。従って、前記硫黄又は
多硫化ナトリウムが固相状態にある温度域での電池昇降
温では電池構成部品の固体電解質管５、陽極用導電材
Ｍ、陽極容器２の熱膨脹率の差、特に陽極用導電材Ｍの
熱膨脹率が他の二つの部品に比較して大きいため、熱応
力が発生して固体電解質管５や陽極容器２が破損し易い
という問題があった。
本発明の目的は上記問題点を解消して電池の昇降温時
に、陽極用導電材に含浸させた硫黄又は多硫化ナトリウ
ムの固相状態における熱膨脹・収縮を吸収して固体電解
質管や陽極容器の破損を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。
に、陽極用導電材に含浸させた硫黄又は多硫化ナトリウ
ムの固相状態における熱膨脹・収縮を吸収して固体電解
質管や陽極容器の破損を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。
（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、有底筒状の固体電
解質管の内側と外側に陰極室及び陽極室を形成し、固体
電解質管の内側に陰極活物質のナトリウムを貯蔵し、固
体電解質管の外側と陽極容器の間に陽極活物質の硫黄を
含浸した陽極用導電材を設けたナトリウム−硫黄電池に
おいて、前記陽極用導電材の外周面と、陽極容器の内周
面との間に、多硫化ナトリウムや硫黄に対して非浸透性
及び耐腐食性であって、かつ導電性の弾性保護シートを
介在するという構成を採用している。
解質管の内側と外側に陰極室及び陽極室を形成し、固体
電解質管の内側に陰極活物質のナトリウムを貯蔵し、固
体電解質管の外側と陽極容器の間に陽極活物質の硫黄を
含浸した陽極用導電材を設けたナトリウム−硫黄電池に
おいて、前記陽極用導電材の外周面と、陽極容器の内周
面との間に、多硫化ナトリウムや硫黄に対して非浸透性
及び耐腐食性であって、かつ導電性の弾性保護シートを
介在するという構成を採用している。
（作用） 上記構成を採用したことにより、陽極用導電材に含ま
れる硫黄又は多硫化ナトリウムが、その融点以下の固相
状態において、電池の昇降温により固体電解質管や陽極
容器の熱膨脹・収縮と比較して前記陽極用導電材が熱膨
脹・収縮により大きく変形しても、多硫化ナトリウムや
硫黄に対して非浸透性の弾性保護シートが電池の昇降温
時に常に弾性を維持するので、該シートにより確実に吸
収され、固体電解質管あるいは陽極容器の破損が防止さ
れる。
れる硫黄又は多硫化ナトリウムが、その融点以下の固相
状態において、電池の昇降温により固体電解質管や陽極
容器の熱膨脹・収縮と比較して前記陽極用導電材が熱膨
脹・収縮により大きく変形しても、多硫化ナトリウムや
硫黄に対して非浸透性の弾性保護シートが電池の昇降温
時に常に弾性を維持するので、該シートにより確実に吸
収され、固体電解質管あるいは陽極容器の破損が防止さ
れる。
又、この発明では多硫化ナトリウムや硫黄に対して非
浸透性及び耐腐食性であって、かつ導電性の弾性保護シ
ートを陽極容器と陽極用導電材との間に介在させている
ので、陽極容器の腐食を防止することができる。
浸透性及び耐腐食性であって、かつ導電性の弾性保護シ
ートを陽極容器と陽極用導電材との間に介在させている
ので、陽極容器の腐食を防止することができる。
（実施例） 次に、本発明を具体化した一実施例を第１図及び第２
図を用いて説明する。
図を用いて説明する。
この実施例のナトリウム−硫黄電池は、後述する特徴
的部分、つまり陽極用導電材Ｍと陽極陽極２との間に弾
性保護シート８を介在した構成を除いて、前述した従来
のナトリウム−硫黄電池と構成が同じである。すなわ
ち、この実施例のナトリウム−硫黄電池も、第１図に示
すように下部に陽極端子を備えた陽極用導電材Ｍを貯留
する円筒状の陽極容器２と、該陽極容器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、
かつ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β−アルミナ製の固
体電解質管５と、陰極端子を備えた陰極管６とにより構
成されている。
的部分、つまり陽極用導電材Ｍと陽極陽極２との間に弾
性保護シート８を介在した構成を除いて、前述した従来
のナトリウム−硫黄電池と構成が同じである。すなわ
ち、この実施例のナトリウム−硫黄電池も、第１図に示
すように下部に陽極端子を備えた陽極用導電材Ｍを貯留
する円筒状の陽極容器２と、該陽極容器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、
かつ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β−アルミナ製の固
体電解質管５と、陰極端子を備えた陰極管６とにより構
成されている。
従って、電池の充電時には溶融金属ナトリウムはナト
リウムイオンとなって固体電解質管５を透過し、陽極容
器２及び固体電解質管５で区画形成された陽極用導電材
Ｍの収容空間に入り、そこで前述した反応式に基づいて
硫黄と反応し多硫化ナトリウムを生成する。
リウムイオンとなって固体電解質管５を透過し、陽極容
器２及び固体電解質管５で区画形成された陽極用導電材
Ｍの収容空間に入り、そこで前述した反応式に基づいて
硫黄と反応し多硫化ナトリウムを生成する。
さて、本発明のナトリウム−硫黄電池の特徴的部分
は、第１図及び第２図に示すように陽極容器２の内部に
収納した例えば黒鉛質繊維（グラフアイト系繊維）ある
いはカーボン繊維やフエルト等の炭素質繊維等の炭素質
多孔性材料よりなる陽極用導電材Ｍの外周面と、陽極容
器２の内周面との間に弾性保護シート８を介在している
点である。この実施例では前記弾性保護シート８を例え
ばニカフィルム（日本カーボン株式会社製）等の炭素質
材料等の陽極活物質非浸透性材料により形成し、高弾
性、低抵抗及び耐腐蝕性の三つの性質を兼ね備えてい
る。この弾性保護シート８の厚さは融点以下の硫黄又は
多硫化ナトリウムを含んだ陽極用導電材Ｍの熱膨脹・収
縮を吸収できる必要最低限の寸法とするのが望ましい。
又、この弾性保護シート８には空孔率の非常に小さいグ
ラファイトフェルトの表面に導電性セラミックグラファ
イト膜を形成したものでもよい。
は、第１図及び第２図に示すように陽極容器２の内部に
収納した例えば黒鉛質繊維（グラフアイト系繊維）ある
いはカーボン繊維やフエルト等の炭素質繊維等の炭素質
多孔性材料よりなる陽極用導電材Ｍの外周面と、陽極容
器２の内周面との間に弾性保護シート８を介在している
点である。この実施例では前記弾性保護シート８を例え
ばニカフィルム（日本カーボン株式会社製）等の炭素質
材料等の陽極活物質非浸透性材料により形成し、高弾
性、低抵抗及び耐腐蝕性の三つの性質を兼ね備えてい
る。この弾性保護シート８の厚さは融点以下の硫黄又は
多硫化ナトリウムを含んだ陽極用導電材Ｍの熱膨脹・収
縮を吸収できる必要最低限の寸法とするのが望ましい。
又、この弾性保護シート８には空孔率の非常に小さいグ
ラファイトフェルトの表面に導電性セラミックグラファ
イト膜を形成したものでもよい。
従って、本発明実施例では、陽極用導電材Ｍに含まれ
る硫黄又は多硫化ナトリウムの融点以下の温度域におい
て、電池の昇降温時に固体電解質管５や陽極陽極２の膨
脹量よりも大きく陽極用導電材Ｍが熱膨脹・収縮して
も、弾性保護シート８が弾性変形して前記膨脹・収縮が
吸収されるため、固体電解質管５や陽極容器２の破損が
防止される。実験の結果、従来品と本発明品とを一回の
昇降温について、その破損率を測定した結果、従来品は
50％、本発明品は０％と、良好な結果を得た。
る硫黄又は多硫化ナトリウムの融点以下の温度域におい
て、電池の昇降温時に固体電解質管５や陽極陽極２の膨
脹量よりも大きく陽極用導電材Ｍが熱膨脹・収縮して
も、弾性保護シート８が弾性変形して前記膨脹・収縮が
吸収されるため、固体電解質管５や陽極容器２の破損が
防止される。実験の結果、従来品と本発明品とを一回の
昇降温について、その破損率を測定した結果、従来品は
50％、本発明品は０％と、良好な結果を得た。
又、前記実施例では多硫化ナトリウムや硫黄に対して
非浸透性及び耐腐食性であって、かつ導電性の弾性保護
シート８を陽極容器２と陽極用導電材Ｍとの間に介在さ
せているので、陽極容器２の腐食を防止することができ
る。
非浸透性及び耐腐食性であって、かつ導電性の弾性保護
シート８を陽極容器２と陽極用導電材Ｍとの間に介在さ
せているので、陽極容器２の腐食を防止することができ
る。
なお、本発明のナトリウム−硫黄電池は上記実施例に
限らず、弾性保護シート８を複数層構造としたり、シー
ト８の材料を変更したり、その他図示しないが、特許請
求の範囲の範囲内において、構成を任意に変更して具体
化することもできる。
限らず、弾性保護シート８を複数層構造としたり、シー
ト８の材料を変更したり、その他図示しないが、特許請
求の範囲の範囲内において、構成を任意に変更して具体
化することもできる。
（発明の効果） 本発明のナトリウム−硫黄電池は、陽極用導電材に含
まれる硫黄又は多硫化ナトリウムの融点以下の固相状態
において、電池の昇降温時における陽極用導電材の熱膨
脹・収縮を弾性保護シートを変形することにより吸収し
て、固体電解質管の破損を防止することができ、電池の
耐久性及び安全性を向上し、陽極容器の腐食を防止する
ことができる効果がある。
まれる硫黄又は多硫化ナトリウムの融点以下の固相状態
において、電池の昇降温時における陽極用導電材の熱膨
脹・収縮を弾性保護シートを変形することにより吸収し
て、固体電解質管の破損を防止することができ、電池の
耐久性及び安全性を向上し、陽極容器の腐食を防止する
ことができる効果がある。
第１図は本発明のナトリウム−硫黄電池の一実施例を示
めす中央部縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面
図、第３図は従来のナトリウム−硫黄電池の中央部縦断
面図である。 １……陽極端子、２……陽極容器、３……絶縁リング、
４……陰極容器、５……固体電解質管、６……陰極管、
７……陰極端子、８……弾性保護シート、Ｍ……陽極用
導電材。
めす中央部縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面
図、第３図は従来のナトリウム−硫黄電池の中央部縦断
面図である。 １……陽極端子、２……陽極容器、３……絶縁リング、
４……陰極容器、５……固体電解質管、６……陰極管、
７……陰極端子、８……弾性保護シート、Ｍ……陽極用
導電材。
Claims (1)
- 【請求項１】有底筒状の固体電解質管の内側と外側に陰
極室及び陽極室を形成し、固体電解質管の内側に陰極活
物質のナトリウムを貯蔵し、固体電解質管の外側と陽極
容器の間に陽極活物質の硫黄を含浸した陽極用導電材を
設けたナトリウム−硫黄電池において、前記陽極用導電
材の外周面と、陽極容器の内周面との間に、多硫化ナト
リウムや硫黄に対して非浸透性及び耐腐食性であって、
かつ導電性の弾性保護シートを介在したことを特徴とす
るナトリウム−硫黄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63049141A JP2589743B2 (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63049141A JP2589743B2 (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01225069A JPH01225069A (ja) | 1989-09-07 |
| JP2589743B2 true JP2589743B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=12822806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63049141A Expired - Lifetime JP2589743B2 (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2589743B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49103132A (ja) * | 1973-02-07 | 1974-09-30 | ||
| JPS6110880A (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-18 | Hitachi Ltd | ナトリウム−硫黄電池 |
-
1988
- 1988-03-01 JP JP63049141A patent/JP2589743B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01225069A (ja) | 1989-09-07 |
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