JP2635989B2 - 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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- JP2635989B2 JP2635989B2 JP63046137A JP4613788A JP2635989B2 JP 2635989 B2 JP2635989 B2 JP 2635989B2 JP 63046137 A JP63046137 A JP 63046137A JP 4613788 A JP4613788 A JP 4613788A JP 2635989 B2 JP2635989 B2 JP 2635989B2
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- solid electrolyte
- electrolyte tube
- sulfur battery
- anode
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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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
-
- 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
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
は陰極容器及び固体電解質管内に収納された安全対策用
の耐ナトリウム性を有する細線の線径及び該細線の撚合
線体の空孔率に関するものである。
は陰極容器及び固体電解質管内に収納された安全対策用
の耐ナトリウム性を有する細線の線径及び該細線の撚合
線体の空孔率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選れ、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選れ、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、活性質の利用
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、活性質の利用
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４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。
前記陰極容器４及び個体電解質管５内には、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（繊維）を集合してなるウイック集合体
９が充填されている。前記ウイック８の線径Ｄは、従来
８μｍで、ウイック集合体９の空孔率Ｒは97％と一定に
保持されている。
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（繊維）を集合してなるウイック集合体
９が充填されている。前記ウイック８の線径Ｄは、従来
８μｍで、ウイック集合体９の空孔率Ｒは97％と一定に
保持されている。
（発明が解決しようとする課題） ところが、前述したナトリウム−硫黄電池は、充電あ
るいは放電時、特に放電時に陰極容器４から固体電解質
管５内へのナトリウムの移動がスムーズに行われず、こ
の結果ナトリウムの利用率を向上することができないと
いう問題があった。又、ナトリウムの利用率が低いと、
電池容量を向上することができないばかりでなく、電池
容量のバラツキが生じるという問題もあった。さらに、
ステンレス製のウイック８の線径Ｄが細いと、製造や陰
極容量４及び固体電解質管５内への収納作業等も面倒
で、材料費も高くなり、製品のコストダウンを図る上で
障害となっていた。
るいは放電時、特に放電時に陰極容器４から固体電解質
管５内へのナトリウムの移動がスムーズに行われず、こ
の結果ナトリウムの利用率を向上することができないと
いう問題があった。又、ナトリウムの利用率が低いと、
電池容量を向上することができないばかりでなく、電池
容量のバラツキが生じるという問題もあった。さらに、
ステンレス製のウイック８の線径Ｄが細いと、製造や陰
極容量４及び固体電解質管５内への収納作業等も面倒
で、材料費も高くなり、製品のコストダウンを図る上で
障害となっていた。
本発明の目的は上記問題点を解消して陰極容器内のナ
トリウムの利用率を向上し、電池容量をアップし、さら
に、作業性を高め製品のコストダウンを図ることができ
るナトリウム−硫黄電池を提供することにある。
トリウムの利用率を向上し、電池容量をアップし、さら
に、作業性を高め製品のコストダウンを図ることができ
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） 本発明は前記目的を達成するため、有底筒状の固体電
解質管の上端部を電気絶縁リングに接合し、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
質管の内側には陰極活性質のナトリウムを貯蔵した陰極
容器と耐ナトリウムの細線を多数撚り合わせた撚合線体
を設け、固体電解質管外側と陽極容器の間に陽極活性質
の硫黄を含浸した陽極導電材を設けたナトリウム−硫黄
電池において、 前記細線の線径を0.02〜0.5mmとし、前記撚合線体の
空孔率を96〜98％にするという手段を採用している。
解質管の上端部を電気絶縁リングに接合し、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
質管の内側には陰極活性質のナトリウムを貯蔵した陰極
容器と耐ナトリウムの細線を多数撚り合わせた撚合線体
を設け、固体電解質管外側と陽極容器の間に陽極活性質
の硫黄を含浸した陽極導電材を設けたナトリウム−硫黄
電池において、 前記細線の線径を0.02〜0.5mmとし、前記撚合線体の
空孔率を96〜98％にするという手段を採用している。
（作用） 上記手段を採用したことにより、放電時において陰極
容器から固体電解質管内へのナトリウムの移動がスムー
ズに行われ、かつ固体電解質管内では耐ナトリウム性を
有する多数の細線による毛細管現象によりナトリウムの
浸み上り効果でナトリウムの利用率が向上する。すなわ
ち、多数の細線を撚合わせた部分には必ず空孔が形成さ
れるが、この空孔は撚合わせが密な程小さく、毛細管現
象が強く働き液体を吸い上げる力が大きくなる。ナトリ
ウムの比重は水とほぼ同等で接触角は水より大きいが、
ナトリウム硫黄電池の作動温度330℃程度ではナトリウ
ムの接触角は小さく、細線との濡れ性もよい。従って、
放電が進み、ナトリウムの液面が固体電解質管の底部近
くになっても毛細管現象によりナトリウムを吸い上げ、
固体電解質管内壁にナトリウムを均一に供給できるた
め、局部的に固体電解質管を使用することなく、放電末
までナトリウムを使い切ることができる。すなわち、充
填されたナトリウム充分有効利用し、放電容量を増す効
果がある。
容器から固体電解質管内へのナトリウムの移動がスムー
ズに行われ、かつ固体電解質管内では耐ナトリウム性を
有する多数の細線による毛細管現象によりナトリウムの
浸み上り効果でナトリウムの利用率が向上する。すなわ
ち、多数の細線を撚合わせた部分には必ず空孔が形成さ
れるが、この空孔は撚合わせが密な程小さく、毛細管現
象が強く働き液体を吸い上げる力が大きくなる。ナトリ
ウムの比重は水とほぼ同等で接触角は水より大きいが、
ナトリウム硫黄電池の作動温度330℃程度ではナトリウ
ムの接触角は小さく、細線との濡れ性もよい。従って、
放電が進み、ナトリウムの液面が固体電解質管の底部近
くになっても毛細管現象によりナトリウムを吸い上げ、
固体電解質管内壁にナトリウムを均一に供給できるた
め、局部的に固体電解質管を使用することなく、放電末
までナトリウムを使い切ることができる。すなわち、充
填されたナトリウム充分有効利用し、放電容量を増す効
果がある。
（実施例） 次に、本発明のナトリウム−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。
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、後述する特徴
部分、つまりステンレスのウイック集合体９の代わりに
挿入充填する耐ナトリウム性を有する細線10を多数撚り
合わせて形成した撚合線体11の前記細線10の線径Ｄ及び
該撚合線体11の空孔率（繊維体の全体積に対する空孔の
体積の割合を百分率とした体積％）Ｒを除いて、前述し
た第４図に示す従来のナトリウム−硫黄電池と構造が同
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３図に示すように下部に陽極端子１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７を備えた
陰極管６とにより構成されている。
部分、つまりステンレスのウイック集合体９の代わりに
挿入充填する耐ナトリウム性を有する細線10を多数撚り
合わせて形成した撚合線体11の前記細線10の線径Ｄ及び
該撚合線体11の空孔率（繊維体の全体積に対する空孔の
体積の割合を百分率とした体積％）Ｒを除いて、前述し
た第４図に示す従来のナトリウム−硫黄電池と構造が同
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３図に示すように下部に陽極端子１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７を備えた
陰極管６とにより構成されている。
従って、電池の放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を浸透し、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、特に最終的には三硫化
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を浸透し、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、特に最終的には三硫化
ナトリウムを生成する。
さて、本発明のナトリウム−硫黄電池の特徴的構造
は、第３図に示すように陰極容器４及び固体電解質管５
内に線径Ｄが従来のナトリウム−硫黄電池のステンレス
ウイック８の線径Ｄよりも太い線、例えばニッケルメッ
キした銅細線10を多数撚り合わせた撚合線体11を収容し
ている。このニッケルメッキした銅細線11の線径Ｄは、
0.02〜0.5mm,撚合線体11の空孔率Ｒは96％以上の範囲に
設定されている。
は、第３図に示すように陰極容器４及び固体電解質管５
内に線径Ｄが従来のナトリウム−硫黄電池のステンレス
ウイック８の線径Ｄよりも太い線、例えばニッケルメッ
キした銅細線10を多数撚り合わせた撚合線体11を収容し
ている。このニッケルメッキした銅細線11の線径Ｄは、
0.02〜0.5mm,撚合線体11の空孔率Ｒは96％以上の範囲に
設定されている。
従って、放電時において陰極容器４から固体電解質管
５へのナトリウムの移動をスムーズにし、かつ固体電解
質管５内においてはニッケルメッキした多数の銅細線の
毛細管現象でナトリウムの浸み上がり保持効果により、
固体電解質管５内側のナトリウム液面のレベル低下をよ
り効果的に防止でき、ナトリウムの利用率を向上するこ
とがてきる。
５へのナトリウムの移動をスムーズにし、かつ固体電解
質管５内においてはニッケルメッキした多数の銅細線の
毛細管現象でナトリウムの浸み上がり保持効果により、
固体電解質管５内側のナトリウム液面のレベル低下をよ
り効果的に防止でき、ナトリウムの利用率を向上するこ
とがてきる。
さらに、詳述すると、多数のステンレスウイック８の
撚合わせた部分には必ず空孔が形成されるが、この空孔
は撚合わせが密な程小さく、毛細管現象が強く働き液体
を吸い上げる力が大きくなる。ナトリウムの比重は水と
ほぼ同等で接触角は水より大きいが、ナトリウム硫黄電
池の作動温度330℃程度ではナトリウムの接触角は小さ
く、ウイック８との濡れ性もよい。従って、放電が進
み、ナトリウムの液面が固体電解質管５の底部近くにな
っても毛細管現象によりナトリウムを吸い上げ、固体電
解質管５内壁にナトリウムを均一に供給できるため、局
部的に固体電解質管５を使用することなく、放電末まで
ナトリウムを使いきる。すなわち、充填されたナトリウ
ムを充分有効利用し、放電容量を増す効果がある。
撚合わせた部分には必ず空孔が形成されるが、この空孔
は撚合わせが密な程小さく、毛細管現象が強く働き液体
を吸い上げる力が大きくなる。ナトリウムの比重は水と
ほぼ同等で接触角は水より大きいが、ナトリウム硫黄電
池の作動温度330℃程度ではナトリウムの接触角は小さ
く、ウイック８との濡れ性もよい。従って、放電が進
み、ナトリウムの液面が固体電解質管５の底部近くにな
っても毛細管現象によりナトリウムを吸い上げ、固体電
解質管５内壁にナトリウムを均一に供給できるため、局
部的に固体電解質管５を使用することなく、放電末まで
ナトリウムを使いきる。すなわち、充填されたナトリウ
ムを充分有効利用し、放電容量を増す効果がある。
前記ニッケルメッキした銅細線10の線径Ｄと、前記空
孔率Ｒとを変化させてナトリウム利用率を実験で測定し
たところ、第１図に示す結果を得た。このグラフから明
らかなように、ニッケルメッキした銅細線10の線径Ｄ
が、0.02〜0.5mm、撚合線体11の空孔率Ｒは96％である
と、ナトリウムの利用率が65％以上であり、線径Ｄを0.
05mm、空孔率Ｒを96％に設定するのが最も望ましい。
又、空孔率Ｒは第１図に示すように、98％を越えるとナ
トリウム利用率が低くなるので、98％以下に設定するの
が望ましい。
孔率Ｒとを変化させてナトリウム利用率を実験で測定し
たところ、第１図に示す結果を得た。このグラフから明
らかなように、ニッケルメッキした銅細線10の線径Ｄ
が、0.02〜0.5mm、撚合線体11の空孔率Ｒは96％である
と、ナトリウムの利用率が65％以上であり、線径Ｄを0.
05mm、空孔率Ｒを96％に設定するのが最も望ましい。
又、空孔率Ｒは第１図に示すように、98％を越えるとナ
トリウム利用率が低くなるので、98％以下に設定するの
が望ましい。
又、第２図は本発明のナトリウム−硫黄電池と従来の
ナトリウム−硫黄電池との電池容量を比較した実験結果
を示す。本発明では前述したようにニッケルメッキした
銅細線10を使用し、その線径Ｄを0.05mm、空孔率Ｒを96
％に設定し、従来例ではステンレス製のウイック８を使
用し、その線径Ｄを20μｍ、空孔率Ｒを97％に設定して
いる。第２図から、本発明のナトリウム−硫黄電池の容
量が従来のそれと比較してほぼ同程度であることがわか
る。
ナトリウム−硫黄電池との電池容量を比較した実験結果
を示す。本発明では前述したようにニッケルメッキした
銅細線10を使用し、その線径Ｄを0.05mm、空孔率Ｒを96
％に設定し、従来例ではステンレス製のウイック８を使
用し、その線径Ｄを20μｍ、空孔率Ｒを97％に設定して
いる。第２図から、本発明のナトリウム−硫黄電池の容
量が従来のそれと比較してほぼ同程度であることがわか
る。
さらに、固体電解質管５が破損した場合の安全性も、
実験の結果、従来例とほぼ同等であった。
実験の結果、従来例とほぼ同等であった。
（発明の効果） 以上詳述したように、本発明は陰極容器内及び固体電
解質管内に収容したナトリウムの利用率が向上するとと
もに、電池容量が増大し、電池容量のバラツキを抑制す
ることができる効果がある。
解質管内に収容したナトリウムの利用率が向上するとと
もに、電池容量が増大し、電池容量のバラツキを抑制す
ることができる効果がある。
第１図はニッケルメッキした銅細線の線径及び空孔率と
ナトリウム利用率との関係を示すグラフ、第２図は本発
明と従来例との電池容量を比較して示すグラフ、第３図
は本発明のナトリウム−硫黄電池の中央部縦断面図、第
４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。 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、10……ニッケルメ
ッキした銅細線、11……前記銅細線10よりなる撚合線
体、Ｄ……前記銅細線10の線径、Ｒ……撚合線体11の空
孔率、Ｍ……陽極用導電材。
ナトリウム利用率との関係を示すグラフ、第２図は本発
明と従来例との電池容量を比較して示すグラフ、第３図
は本発明のナトリウム−硫黄電池の中央部縦断面図、第
４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。 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、10……ニッケルメ
ッキした銅細線、11……前記銅細線10よりなる撚合線
体、Ｄ……前記銅細線10の線径、Ｒ……撚合線体11の空
孔率、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上端部を電気絶
縁リングに接合し、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、個体電解質管の内側には陰極活物
質のナトリウムを貯蔵した陰極容器と耐ナトリウムの細
線を多数撚り合わせた撚合線体を設け、固体電解質管外
側と陽極容器の間に陽極活物質の硫黄を含浸した陽極導
電材を設けたナトリウム−硫黄電池において、前記細線
の線径が0.02〜0.5mmであって、撚合線体の空孔率を96
〜98体積％と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 |
|---|---|---|---|
| JP63046137A JP2635989B2 (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63046137A JP2635989B2 (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01221868A JPH01221868A (ja) | 1989-09-05 |
| JP2635989B2 true JP2635989B2 (ja) | 1997-07-30 |
Family
ID=12738590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63046137A Expired - Lifetime JP2635989B2 (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2635989B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60235369A (ja) * | 1984-05-08 | 1985-11-22 | Yuasa Battery Co Ltd | ナトリウム−硫黄電池 |
-
1988
- 1988-02-29 JP JP63046137A patent/JP2635989B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01221868A (ja) | 1989-09-05 |
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