JP2612894B2 - 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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- JP2612894B2 JP2612894B2 JP63080524A JP8052488A JP2612894B2 JP 2612894 B2 JP2612894 B2 JP 2612894B2 JP 63080524 A JP63080524 A JP 63080524A JP 8052488 A JP8052488 A JP 8052488A JP 2612894 B2 JP2612894 B2 JP 2612894B2
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- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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- H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
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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
は特に充電中期から末期において陽極容器及び／又は固
体電解質管の電気抵抗が低下して電池エネルギー効率が
低下するの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。
は特に充電中期から末期において陽極容器及び／又は固
体電解質管の電気抵抗が低下して電池エネルギー効率が
低下するの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、陽極活物質の
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、陽極活物質の
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−硫黄電池を第６図に基づいて説明
すると、図中２は陽極端子１を備えた陽極容器、４は陽
極容器２に対し絶縁リング３を介して連結され、かつ溶
融金属ナトリウムを貯留する陰極容器である。又、５は
前記絶縁リング３に固定した有底筒状の固体電解質管、
６は陰極容器４を貫通して固体電解質管５内へ進入した
陰極管である。前記陽極容器２と固体電解質管５との間
に収容され、かつ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は、そ
のカーボン繊維の充填率がどの部位も均一となってい
た。
すると、図中２は陽極端子１を備えた陽極容器、４は陽
極容器２に対し絶縁リング３を介して連結され、かつ溶
融金属ナトリウムを貯留する陰極容器である。又、５は
前記絶縁リング３に固定した有底筒状の固体電解質管、
６は陰極容器４を貫通して固体電解質管５内へ進入した
陰極管である。前記陽極容器２と固体電解質管５との間
に収容され、かつ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は、そ
のカーボン繊維の充填率がどの部位も均一となってい
た。
そして、電池の充電時には固体電解質管５内のナトリ
ウムがナトリウムイオンと電子に別れて陽極用導電材Ｍ
内に進入し、陽極用導電材Ｍに含浸した陽極活物質とし
ての溶融硫黄と反応して多硫化ナトリウムを生成する。
ウムがナトリウムイオンと電子に別れて陽極用導電材Ｍ
内に進入し、陽極用導電材Ｍに含浸した陽極活物質とし
ての溶融硫黄と反応して多硫化ナトリウムを生成する。
（発明が解決しようとする課題） ところが、従来のナトリウム−硫黄電池は、前述した
ように陽極用導電材Ｍの充填率が均一であったため、充
電時間が経過するにともない、第７図に示すように前記
陽極活物質（硫黄）の液面Ｓが同一レベルで徐々に低下
し、陽極容器２の内周面及び固体電解質管５の外周面が
それぞれ上部において陽極活物質が不足する状態とな
り、この結果、陽極容器２及び固体電解質管５の通電面
積の低下により電気抵抗が増大し、電池エネルギー効率
が低下するという問題があった。
ように陽極用導電材Ｍの充填率が均一であったため、充
電時間が経過するにともない、第７図に示すように前記
陽極活物質（硫黄）の液面Ｓが同一レベルで徐々に低下
し、陽極容器２の内周面及び固体電解質管５の外周面が
それぞれ上部において陽極活物質が不足する状態とな
り、この結果、陽極容器２及び固体電解質管５の通電面
積の低下により電気抵抗が増大し、電池エネルギー効率
が低下するという問題があった。
本発明の第１の目的は充電時において、固体電解質管
の電気抵抗が大きく増大するのを抑制して、電池エネル
ギー効率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。
の電気抵抗が大きく増大するのを抑制して、電池エネル
ギー効率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。
又、本発明の第２の目的は、陽極容器及び固体電解質
管の電気抵抗が増大するのを抑制して、電池エネルギー
効率をさらに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。
管の電気抵抗が増大するのを抑制して、電池エネルギー
効率をさらに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） 請求項１記載のナトリウム−硫黄電池は前記第１の目
的を達成するため、カーボン繊維あるいはセラミック繊
維等の導電性繊維を集合してなり、かつ陽極活物質の硫
黄を含浸する筒状の陽極用導電材を収納する筒状の陽極
容器に対し、絶縁リングを介して、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筒状の固体電解質
管を固定し、該固体電解質管を前記陽極用導電材の中空
部に挿入したナトリウム−硫黄電池において、 外側陽極用導電層と中間陽極用導電層の繊維充填率を
低くし、内側陽極用導電層の繊維充填率を高く設定する
という手段をとっている。
的を達成するため、カーボン繊維あるいはセラミック繊
維等の導電性繊維を集合してなり、かつ陽極活物質の硫
黄を含浸する筒状の陽極用導電材を収納する筒状の陽極
容器に対し、絶縁リングを介して、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筒状の固体電解質
管を固定し、該固体電解質管を前記陽極用導電材の中空
部に挿入したナトリウム−硫黄電池において、 外側陽極用導電層と中間陽極用導電層の繊維充填率を
低くし、内側陽極用導電層の繊維充填率を高く設定する
という手段をとっている。
請求項２記載のナトリウム−硫黄電池は前記第２の目
的を達成するため、前記外側陽極用導電層の繊維充填率
及び内側陽極用導電層の繊維充填率を高くし、中間陽極
用導電層の繊維充填率を低く設定するという手段をとっ
ている。
的を達成するため、前記外側陽極用導電層の繊維充填率
及び内側陽極用導電層の繊維充填率を高くし、中間陽極
用導電層の繊維充填率を低く設定するという手段をとっ
ている。
（作用） 請求項１記載のナトリウム−硫黄電池は、充電時に外
側陽極用導電層及び中間陽極用導電層内において陽極活
物質の硫黄液面が低下しても、内側陽極用導電層の繊維
充填率が高いため、誘導電層内で陽極活物質が毛細管現
象により保持され、充電時間が経過しても固体電解質管
の外周面が充電時に陽極活物質により浸されるため電気
抵抗が増大するのが抑制され、電池エネルギー効率が向
上する。
側陽極用導電層及び中間陽極用導電層内において陽極活
物質の硫黄液面が低下しても、内側陽極用導電層の繊維
充填率が高いため、誘導電層内で陽極活物質が毛細管現
象により保持され、充電時間が経過しても固体電解質管
の外周面が充電時に陽極活物質により浸されるため電気
抵抗が増大するのが抑制され、電池エネルギー効率が向
上する。
又、請求項２記載のナトリウム−硫黄電池は請求項１
記載のナトリウム−硫黄電池の作用に加えて外側陽極用
導電層の繊維充填率も高いため、該導電層内で陽極活物
質が毛細管現象により保持されるので、陽極容器側の抵
抗増加も抑制され、電池エネルギー効率がさらに向上す
る。
記載のナトリウム−硫黄電池の作用に加えて外側陽極用
導電層の繊維充填率も高いため、該導電層内で陽極活物
質が毛細管現象により保持されるので、陽極容器側の抵
抗増加も抑制され、電池エネルギー効率がさらに向上す
る。
（実施例） 次に、請求項１記載のナトリウム−硫黄電池を具体化
した一実施例を第１図〜第３図に従って説明する。
した一実施例を第１図〜第３図に従って説明する。
この実施例のナトリウム−硫黄電池は、第２図に示す
ように下部に陽極端子１を備えた陽極容器２と、該陽極
容器２の内部に収容され、かつカーボン繊維あるいはセ
ラミック繊維をマット状、かつ円筒状に形成してなり陽
極活物質（硫黄）を含浸した後に詳述する陽極用導電材
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、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。
ように下部に陽極端子１を備えた陽極容器２と、該陽極
容器２の内部に収容され、かつカーボン繊維あるいはセ
ラミック繊維をマット状、かつ円筒状に形成してなり陽
極活物質（硫黄）を含浸した後に詳述する陽極用導電材
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、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で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、多硫化ナト
リウム、特に最終的には三硫化ナトリウムを生成する。
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で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、多硫化ナト
リウム、特に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。
ウム及び硫黄が生成される。
なお、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。
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−硫黄電池を特徴的構成を
説明する。
説明する。
前述したようにカーボン繊維をマット状に、かつ円筒
状に形成した前記陽極用導電材Ｍは、陽極容器２の内周
面に接触する外側陽極用導電層Maと、固体電解質管５の
外周面に接触する内側陽極用導電層Mbと、前記外側と内
側の陽極用導電材の間に位置する中間陽極用導電層Mcと
の三層に形成されている。そして、この実施例では内側
陽極用導電層Mbを構成するカーボン繊維の充填率を80％
以上とし、陽極活物質（硫黄）が毛細管現象により該陽
極用導電層Mb内に含浸保持されるようにしている。
状に形成した前記陽極用導電材Ｍは、陽極容器２の内周
面に接触する外側陽極用導電層Maと、固体電解質管５の
外周面に接触する内側陽極用導電層Mbと、前記外側と内
側の陽極用導電材の間に位置する中間陽極用導電層Mcと
の三層に形成されている。そして、この実施例では内側
陽極用導電層Mbを構成するカーボン繊維の充填率を80％
以上とし、陽極活物質（硫黄）が毛細管現象により該陽
極用導電層Mb内に含浸保持されるようにしている。
一方、前記外側陽極用導電層Ma及び中間陽極用導電層
Mcの繊維充填率は、前記陽極活物質の液面Ｓが充電時間
の経過とともに低下し得るようにそれぞれ30％としてい
る。
Mcの繊維充填率は、前記陽極活物質の液面Ｓが充電時間
の経過とともに低下し得るようにそれぞれ30％としてい
る。
前記Mbの厚さは、例えば1.0mmに設定すれば充分であ
るが、あまり厚くすると、陽極活物質の利用率に影響す
るので、望ましくない。
るが、あまり厚くすると、陽極活物質の利用率に影響す
るので、望ましくない。
さて、この実施例では、内側陽極用導電層Mbの繊維の
充填率を80％と高くしたので、電池の充電時において第
１図に示すように外側陽極用導電層Ma及び中間陽極用導
電層Mc内を下方へ陽極活物質の液面Ｓが低下しても内側
陽極用導電層Mb内においては毛細管現象による滲み上が
り保持作用により、第１図に鎖線で示すように固体電解
質管５の外周面全体が陽極活物質に浸され、従って、電
池の充電時において固体電解質管５の外周面全体が陽極
活物質に満たされているので、固体電解質管５の電気抵
抗が増大するのを抑制することができ、この結果、電池
エネルギー効率が向上する。
充填率を80％と高くしたので、電池の充電時において第
１図に示すように外側陽極用導電層Ma及び中間陽極用導
電層Mc内を下方へ陽極活物質の液面Ｓが低下しても内側
陽極用導電層Mb内においては毛細管現象による滲み上が
り保持作用により、第１図に鎖線で示すように固体電解
質管５の外周面全体が陽極活物質に浸され、従って、電
池の充電時において固体電解質管５の外周面全体が陽極
活物質に満たされているので、固体電解質管５の電気抵
抗が増大するのを抑制することができ、この結果、電池
エネルギー効率が向上する。
次に、請求項２記載のナトリウム−硫黄電池の実施例
を第４図に基づいて説明する。
を第４図に基づいて説明する。
この実施例では外側陽極用導電層Ma及び内側陽極用導
電層Mbの繊維充填率を80％とし、中間陽極用導電層Mcの
繊維充填率を30％としている。又、中間陽極用導電層Mc
の繊維の方向を半径方向に指向して電子が繊維に沿って
陽極容器２の内周面側に移行し易くして、電流の流れが
円滑になるようにしているが、その他の構成は前記実施
例と同様である。
電層Mbの繊維充填率を80％とし、中間陽極用導電層Mcの
繊維充填率を30％としている。又、中間陽極用導電層Mc
の繊維の方向を半径方向に指向して電子が繊維に沿って
陽極容器２の内周面側に移行し易くして、電流の流れが
円滑になるようにしているが、その他の構成は前記実施
例と同様である。
従って、この実施例では充電時において、陽極容器２
及び固体電解質管５の電気抵抗がともに増大するのを抑
制して電池エネルギー効率を一層向上することができ
る。
及び固体電解質管５の電気抵抗がともに増大するのを抑
制して電池エネルギー効率を一層向上することができ
る。
なお、本発明は次のように具体化することも可能であ
る。
る。
第５図に示すように請求項１記載の実施例において、
外側陽極用導電層Ma及び中間陽極用導電層Mcの繊維の方
向を横方向に指向すること。
外側陽極用導電層Ma及び中間陽極用導電層Mcの繊維の方
向を横方向に指向すること。
（発明の効果） 以上詳述したように、請求項１記載のナトリウム−硫
黄電池は、充電時において固体電解質管の外周面に陽極
活物質を接触させてその電気抵抗が増大するをの抑制
し、電池エネルギー効率を向上することができる効果が
ある。
黄電池は、充電時において固体電解質管の外周面に陽極
活物質を接触させてその電気抵抗が増大するをの抑制
し、電池エネルギー効率を向上することができる効果が
ある。
又、請求項２記載のナトリウム−硫黄電池は、請求項
１記載のナトリウム−硫黄電池よりもさらに、電池エネ
ルギー効率を向上することができる効果がある。
１記載のナトリウム−硫黄電池よりもさらに、電池エネ
ルギー効率を向上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−硫黄電池の要部の作用状
態を示す部分拡大断面図、第２図はナトリウム−硫黄電
池の中央部縦断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線断面
図、第４図は請求項２記載のナトリウム−硫黄電池の実
施例を示す中央部縦断面図、第５図は本発明の別の実施
例を示す中央部縦断面図、第６図は従来のナトリウム−
硫黄電池の中央部縦断面図、第７図は同じく第６図の陽
極用導電材の部分拡大断面図である。 ２……陽極容器、３……絶縁リング、４……陰極容器、
５……固体電解質管、６……陰極管、Ｍ……陽極用導電
材、Ma……外側陽極用導電層、Mb……内側陽極用導電
層、Mc……中間陽極用導電層、Ｓ……硫黄、Na……ナト
リウム。
態を示す部分拡大断面図、第２図はナトリウム−硫黄電
池の中央部縦断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線断面
図、第４図は請求項２記載のナトリウム−硫黄電池の実
施例を示す中央部縦断面図、第５図は本発明の別の実施
例を示す中央部縦断面図、第６図は従来のナトリウム−
硫黄電池の中央部縦断面図、第７図は同じく第６図の陽
極用導電材の部分拡大断面図である。 ２……陽極容器、３……絶縁リング、４……陰極容器、
５……固体電解質管、６……陰極管、Ｍ……陽極用導電
材、Ma……外側陽極用導電層、Mb……内側陽極用導電
層、Mc……中間陽極用導電層、Ｓ……硫黄、Na……ナト
リウム。
Claims (2)
- 【請求項１】カーボン繊維あるいはセラミック繊維等の
導電性繊維を集合してなり、かつ陽極活物質の硫黄を含
浸する筒状の陽極用導電材（Ｍ）を収納した筒状の陽極
容器（２）に対し、絶縁リング（３）を介して、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筒状
の固体電解質管（５）を固定し、該固体電解質管（５）
を前記陽極用導電材（Ｍ）の中空部に挿入したナトリウ
ム−硫黄電池において、前記外側陽極用導電層（Ma）と
中間陽極用導電層（Mc）の繊維充填率を低くし、内側陽
極用導電層（Mb）の繊維充填率を高く設定したことを特
徴とするナトリウム−硫黄電池。 - 【請求項２】カーボン繊維あるいはセラミック繊維等の
導電性繊維を集合してなり、かつ陽極活物質の硫黄を含
浸する筒状の陽極用導電材（Ｍ）を収納した筒状の陽極
容器（２）に対し、絶縁リング（３）を介して、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筒状
の固体電解質管（５）を固定し、該固体電解質管（５）
を前記陽極用導電材（Ｍ）の中空部に挿入したナトリウ
ム−硫黄電池において、前記外側陽極用導電層（Ma）の
繊維充填率及び内側陽極用導電層（Mb）の繊維充填率を
高くし、中間陽極用導電層（Mc）の繊維充填率を低く設
定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 |
|---|---|---|---|
| JP63080524A JP2612894B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63080524A JP2612894B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01253172A JPH01253172A (ja) | 1989-10-09 |
| JP2612894B2 true JP2612894B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=13720706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63080524A Expired - Lifetime JP2612894B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2612894B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6110880A (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-18 | Hitachi Ltd | ナトリウム−硫黄電池 |
-
1988
- 1988-03-31 JP JP63080524A patent/JP2612894B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01253172A (ja) | 1989-10-09 |
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