JP2620238B2

JP2620238B2 - ナトリウム−硫黄電池

Info

Publication number: JP2620238B2
Application number: JP62130954A
Authority: JP
Inventors: 貞夫森; 正夫荻野; 裕介新居; 正念伊藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1997-06-11
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JPS63294671A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的（産業上の利用分野）本発明は蓄電池として利用されるナトリウム−硫黄電
池に関するものである。

（従来の技術）従来、ナトリウム−硫黄電池としては、上部に円筒状
の陰極室（以下リザーバーという）、下部に同じく円筒
状の陽極容器を配置し、同陽極容器の内側に固体電解質
管を設けた構造のものが使用されていた。そして、固体
電解質管内及びリザーバー内にステンレス製のウイック
を97％前後の空孔率で挿入し、陰極作用物質であるナト
リウムを充填していた。

一方、陽極容器内には陽極作用物質である硫黄が陽極
用導電材としてのカーボンマットに含浸されている。そ
して、電池の放電時にはナトリウムがナトリムイオンと
なって固体電解質管を通過して陽極室内に入り、そこで
硫黄と反応して多硫化ナトリウムを生成し、逆に充電時
には多硫化ナトリウム中のナトリウムイオンが固体電解
質管を通過して固体電解質管内へ戻る。

（発明が解決しようとする問題点）上記従来技術においては、ステンレス製ウイックの存
在自体及びその不均一充填が原因となって、リザーバー
から固体電解質管内へのナトリウムの移動がスムーズで
ない上に、スレンレス製ウイックを固体電解質管内とリ
ザーバー内の全体に均一に充填しにくいことから、電池
の充放電特性が不安定になったり、個々の電池の容量の
バラツキが大きいという問題点があった。また、ステン
レス製ウイックを充填するのに手間取るために電池の生
産性が劣るという問題点もあった。

発明の構成（問題点を解決するための手段）本発明は上記問題点を解決するために、金属製ウイッ
クを集合してなるマット又はその焼結体の少なくとも外
周を、導電性を有し多数の孔を有し、かつ可撓性を有す
る金網等の外皮で包んでなる筒状のナトリウム保持体を
固体電解質管の内周に沿うように配置するという構成を
採用している。

（作用）上記構成を採用したことにより、ナトリウム保持体が
外皮で包まれているので、固体電解質管の内周に沿うよ
うに容易に挿入することができ、陰極作用物質であるナ
トリウムはリザーバーと固体電解質管内との間に中空が
形成されているため、リザーバーから固体電解質管内に
スムーズに移動する。また、ナトリウム保持体は従来の
ように固体電解質管内でウイック又はその焼結体の形状
がはじめて形成されるのではなく、あらかじめ導電性を
有し、多数の孔を有する外皮でウイック又はその焼結体
を包みこむことにより製造するため、常に一定の多孔度
で均一な形状のものが得られる。

（実施例）以下に本発明を具体化した一実施例を第１図〜第５図
を用いて説明する。

第１図に示すように、円筒状のナトリウム−硫黄電池
の下部には円筒状の陽極容器２が配設され、その底面2a
の中央部には陽極端子１が固着されている。陽極容器大
の上端部にはαアルミナ製の絶縁リング３が固着されて
いる。同絶縁リング３の上部にはリザーバー４が固着さ
れている。また、絶縁リング３の内周部には有底円筒状
のβアルミナ製の固体電解質管５が固着され、陽極容器
２内の底部まで延びている。

同固体電解質管５の内側にはナトリウム保持体６が固
体電解質管５の内周に沿うように挿入されている。

同ナトリウム保持体６について説明すると、第２図に
示すようにナトリウム保持体６は導電性を有し多数の孔
を有する外皮として、固体電解質管５の内周に沿って密
着挿入できる寸法で円筒状に形成された導電性の金網７
（ステンレス製100メッシュ金網）を用い、その内周部
に圧縮成形された一定の厚さのステンレス製ウイックで
成形されたナトリウム保持体６が密着された構造を有し
ている。なお、ナトリウム保持体６は一定形状に成形さ
れた焼結体であってもよい。

上記のように、あらかじめ成形されたナトリウム保持
体６は固体電解質管５の内周に沿って密着挿入され、ナ
トリウム保持体６は固体電解質管５の内周部全体に接し
た状態となる。そのような状態においては、第３図に示
すようにナトリム保持体６の外周に位置する導電性の金
網７が固体電解質管５に接している。

そして、第１図に示すように同ナトリウム保持体６に
は、その内側に満たされたナトリウムが含浸されてい
る。なお、固体電解質管５の下部にはステンレス製ウイ
ックがあらかじめ詰め込まれている。

一方、陽極容器２と固体電解質管５で形成される空間
にはカーボン製の陽極成型体８が充填されている。同陽
極成型体８には、陽極作用物質としての硫黄が含浸され
ている。

上記リザーバー４の上端部には上蓋4aが形成され、同
上蓋4aの中央部には細長い円環状の陰極管９が固着され
ており、その上端部は陰極端子9aとなっている。

次に上記実施例の作用・効果について説明する。

電池の放電時にはナトリウム保持体６に含浸されたナ
トリウムがナトリウムイオンとなって固体電解質管５内
を通過して陽極成型体８内に入り、そこで硫黄と反応し
て多硫化ナトリウムが生成する。そして、電流は陽極端
子１から外部負荷を通って陰極端子9aから陰極管９へ向
って流れる。放電によってナトリウム保持体６中のナト
リウムは減少するが、ナトリウム保持体６と陰極管９と
の間で形成された空間に充填されているナトリウムＮか
ら順次補充される。

本発明においては、、放電が継続してナトリウム保持
体６と陰極管９との間の空間に充填されたナトリウムの
液面が低下しても、ナトリウム保持体６中をナトリウム
が浸み上がり、常に固体電解質管５内壁の上部までナト
リウムが供給されるので、放電の末期まで陽極の分極は
一定に保たれる。

一方、電池の充電時には多硫化ナトリウム中のナトリ
ウムイオンは固体電解質管５を通ってナトリウム保持体
６へ戻る。

前記導電性の金網７で包まれたナトリウム保持体６は
あらかじめ定められた寸法で成形され、しかも固体電解
質管５と接する側に導電性の金網７を配置しているの
で、固体電解質管５内にその内周に沿って容易に密着挿
入することができるのに加えて、高価なステンレス製ウ
イックの使用量を減少させることもでき、コストダウン
が可能である。

また、前記のようにナトリウムが固体電解質管５の内
周に沿って浸み上がり、固体電解質管５の表面に常にス
ムーズに供給されるので、ナトリウム保持体６と陰極体
９で形成された空間中のナトリウムが減少したときもナ
トリウムの浸み上がり効果があるので、固体電解質管５
が広い面積で使用可能である。

従って、ナトリウムの利用率が向上し、その結果電池
の容量、効率も向上するとともに、電池の容量変動が小
さく、安定した特性が得られ、たた個々の電池のバラツ
キも減少する。

ここで上記ナトリウムの利用率に関して述べる。

本実施例におけるナトリウムの利用率を測定するため
に、次のような実験を行った。

まず、上記実施例で用いたナトリウム保持体６を挿入
した固体電解質管５の内側にナトリウムを充填し、一方
陽極容器２と固体電解管５で形む成される空間にもナトリウムを充填した。そして、330
℃に昇温して放電方向に80mA/cm²の電流を流した。する
と固体電解質管５内側のナトリウムはナトリウムイオン
となって、固体電解質管を通過して陽極容器２内へ入
る。通電は固体電解質管５内側のナトリウムがほとんど
なくなるまで継続した。そして、分極電圧を測定し、ナ
トリウム利用率との関係を求めた。その結果は第５図の
Ａに示すとおりである。

なお、固体電解質管５内側のナトリウムがなくなる
と、利用率は100％である。

一方、従来の構造の電池、即ち線径８μｍのステンレ
ス製ウイックを固体電解質管５の内側に空孔率97％で充
填したものについて、上記と同様にしてナトリウム利用
率と分極電圧の関係を求め、その結果を第５図にＢとし
て併記した。

第５図からわかるように、従来の電池では固体電解質
管５内側のナトリウムが減少するにつれて、固体電解質
管５の表面にナトリウムが供給される面積が小さくなる
ので、電気抵抗が上昇して分極電圧が大きくなり、また
ばらつきも大きくなる。

それに対して、本実施例ではナトリウムの利用率が90
％以上まで分極電圧が一定であり、ナトリウムが十分に
利用されていることがわかる。

さらに、本実施例では固体電解質管５が破損してもナ
トリウム保持体６は導電性の金網７で固体電解質管５側
が覆われているので、一気にナトリウムが漏洩すること
がない。従って、ナトリウムと硫黄が接触して一気に反
応することがないので安全である。

本発明は上記実施例に限定されず、次のように構成す
ることもできる。

（１）上記実施例ではナトリウム保持体６は、外周部の
みに導電性の金網７を形成したものであったが、第４図
に示すようにナトリウム保持体６の外周部に加えて内周
部にも導電性の金網７を設けることができる。

この場合には、ナトリウム保持体６としてのステンレ
ス製ウイックの保持強度が一層向上するとともに、安全
性が向上する。

（２）上記実施例では、ナトリウム保持体６は底面のな
い筒状のものであったが、底面まで一体に成形されたも
のを使用することもできる。

その場合には、固体電解質管５内の底部へあらかじめ
ステンレス製ウイックを詰め込む必要がなく、ナトリウ
ム保持体６を固体電解質管５内へ挿入するだけで済む。

（３）導電性を有し多数の孔を有する外皮として、上記
実施例では導電性の金網を用いたが、その材質、形状、
大きさ等は特に限定されず、またナトリウム保持体６と
して、上記実施例ではステンレス製ウイックを用いた
が、それについても同様に特に限定されない。これらの
条件は電池の大きさ、形状、電池容量、固体電解質管の
大きさ、形状により決定される。

発明の効果本発明のナトリウム−硫黄電池は、全体が均一に成形
されたナトリウム保持体を固体電解質管内へ容易に挿入
できるのに加えて、リザーバーと固体電解質管内との間
に中空が形成されているので、リザーバーから固体電解
質管内へナトリウムがスムーズに供給され、電池容量の
変動が小さく、安定した特性が得られるとともに、個々
の電池のバラツキが減少するという優れた効果を奏す
る。

また固体電解質管が破損しても安全性が確保されるの
に加えて、ナトリウム保持体をあらかじめ成形できるの
で、電池の組立が容易で生産性が向上し、高価なステン
レス製ウイックの使用量を減少させることができるの
で、コストダウンをはかることができるとともに、作業
性も大幅に改善されるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のナトリウム−硫黄電池を示す断面図、
第２図はナトリウム保持体の斜視図、第３図はナトリウ
ム保持体と固体電解質管との関係を示す一部断面図、第
４図は本発明の別例を示すナトリウム保持体と固体電解
質管との関係を示す一部断面図、第５図はナトリウムの
利用率と分極電圧との関係を示すグラフである。５……固体電解質管、６……ナトリウム保持体、７……
導電性の金網、８……陽極成型体

フロントページの続き (72)発明者新居裕介小牧市大字二重堀1058 日本碍子株式会社小牧寮内 (72)発明者伊藤正念一宮市千秋町浅野羽根914番地 (56)参考文献特開昭59−35373（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−85332（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製ウイックを集合してなるマット又は
その焼結体の少なくとも外周を、導電性を有し多数の孔
を有し、かつ可撓性を有する金網等の外皮（７）で包ん
でなる筒状のナトリウム保持体（６）を固体電解質管
（５）の内周に沿うように配置したことを特徴とするナ
トリウム−硫黄電池。