JP2815312B2 - ナトリウム−硫黄電池におけるガス封入方法 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池におけるガス封入方法Info
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Description
力貯蔵などに利用されるナトリウム−硫黄電池に関する
ものである。
ては、有底円筒状をなす陽極容器の上端にアルファアル
ミナよりなるリング状の絶縁体が取付固定され、この絶
縁体の内周面にベータアルミナよりなる有底円筒状の固
体電解質管がガラス接合される。この固体電解質管は、
ナトリウムイオンを選択的に透過するものであり、この
固体電解質管内の陰極室に陰極活物質としてのナトリウ
ムを収容する収容容器が配置される。また、前記陽極容
器と固体電解質管との間の陽極室には陽極活物質として
の硫黄が収容される。
形成され、容器内上部には窒素ガスが封入され、容器内
下部にはナトリウムが収容されている。そして、ナトリ
ウムが窒素ガスの圧力により、容器底部のナトリウム流
通孔から流出される。
素ガスの圧力でナトリウム流通孔より陰極室内へ供給さ
れ、ナトリウムイオンとなって固体電解質管を透過す
る。このナトリウムイオンは陽極室内で硫黄と反応し、
多硫化ナトリウムを生成する。逆に、充電時には陽極室
内で多硫化ナトリウムが分解し、生成したナトリウムイ
オンが固体電解質管を透過して陰極室内へ移動する。さ
らに、ナトリウムはナトリウム流通孔を通過して収容容
器内へ戻る。
容容器内へアジ化ナトリウム(NaN3 )を収容し、電
池を組立てた後に加熱し、アジ化ナトリウムを分解させ
て窒素ガスを発生させる方法により行われていた。
内に封入される窒素ガスは、電池の動作温度である高温
において収容容器のステンレス鋼と反応するため、充放
電を繰り返している間にその量は次第に減少する。この
ため、収容容器内における窒素ガスの圧力が低下し、放
電時に容器内のナトリウムを流出孔より外へ流出させる
ことができず、陰極の機能を果たすことができなくな
る。その結果、電池の寿命が短くなるという問題があっ
た。
問題に着目してなされたものである。その目的とすると
ころは、不活性ガスを収容容器内に容易に封入でき、陰
極としての機能を維持できて、電池の信頼性を高めるこ
とができるとともに、電池の寿命を延ばすことができる
ナトリウム−硫黄電池におけるガス封入方法を提供する
ことにある。
めに、請求項1に記載の発明では、収容容器を取り出し
て流通孔を上にし、その流通孔よりナトリウムを収容容
器内に注入して冷却固化した後、上下逆にして固体電解
質管内に配置し、不活性ガス雰囲気下で固体電解質管の
開口部を密閉し、加熱によりナトリウムを溶融させて収
容容器内の下部に移動させ、上部のナトリウムを不活性
ガスと置換するものである。
1に記載の発明において、不活性ガス雰囲気の圧力を、
電池の充電時及び放電時においてナトリウムが収容容器
の流通孔から可逆的に流通可能な圧力に設定したもので
ある。
項1に記載の発明において、不活性ガスがアルゴン、ヘ
リウム又はネオンである。
を取り出して流通孔を上にし、その流通孔より加熱溶融
したナトリウムが収容容器内に注入される。そして、ナ
トリウムは冷却されて固化される。次いで、この収容容
器は上下逆にされて固体電解質管内に配置される。続い
て、不活性ガス雰囲気下で固体電解質管の開口部が密閉
された後、加熱されてナトリウムが溶融される。このと
き、溶融したナトリウムは収容容器内の下部に移動し、
上部のナトリウムが不活性ガスと置換される。このよう
にして、収容容器内の上部に不活性ガスが封入される。
囲気の圧力が調整されることにより、収容容器内に封入
される不活性ガスの圧力は、ナトリウムが電池の充電時
及び放電時において収容容器の流通孔から可逆的に流通
可能な圧力に設定される。
アルゴン、ヘリウム又はネオンであるため、この不活性
ガスが収容容器の材質と反応するのが回避され、不活性
ガスの圧力低下が防止される。
いて図面に従って説明する。図1に示すように、陽極容
器1はアルミニウムにより形成され、有底円筒状をなし
ている。絶縁体としての絶縁リング2は、アルファアル
ミナにより形成され、陽極容器1の上端縁に接合固定さ
れている。ベータアルミナよりなる固体電解質管3は、
有底円筒状をなし、その上端が絶縁リング2の内周面に
ガラス半田により接合され、陰極活物質としてのナトリ
ウムイオンが透過可能になっている。陽極室4は陽極容
器1と固体電解質管3との間に形成され、陽極活物質と
しての硫黄Sが含浸された陽極マット5が収容されてい
る。陰極室6は、固体電解質管3の内側に形成されてい
る。有底円筒状をなすアルミニウム製の隔壁7は固体電
解質管3の内側に設けられ、固体電解質管3破損時の陽
極活物質と陰極活物質との急激な反応を防止する。
ジ8は、密閉状態に形成され、カートリッジ8内の下部
にはナトリウムNaが収容されている。ナトリウム流通
孔9は、カートリッジ8の底部に透設されるとともに、
カートリッジ8内上部空間には希ガスとしてのアルゴン
(Ar)ガスGが封入されている。このアルゴンガスG
は、カートリッジ8の材料と反応することなく、しかも
希ガスのうちで安価であるため好ましい。そして、放電
時には、アルゴンガスGの圧力により、ナトリウムNa
がナトリウム流通孔9より陰極室6内へ流出される。陰
極蓋10は絶縁リング2の上端面に接合されている陰極
蓋結合金具11に溶接接合されている。
トリウムNaが、アルゴンガスGの圧力でナトリウム流
通孔9より陰極室6内へ供給され、ナトリウムイオンと
して固体電解質管3を透過する。このナトリウムイオン
は陽極室4内で硫黄Sと反応し、多硫化ナトリウム(N
a2 SX )を生成する。逆に、充電時には陽極室4内で
多硫化ナトリウムが分解し、生成したナトリウムイオン
が固体電解質管3を透過して陰極室6内へ戻る。さら
に、ナトリウムNaはナトリウム流通孔9を通過してカ
ートリッジ8内へ至る。二次電池であるナトリウム−硫
黄電池においては、このような充放電反応が繰り返し行
われる。
ゴンガスGを加圧状態で封入する方法について説明す
る。図2に示すように、カートリッジ8を電池内より取
り出し、ナトリウム流通孔9を上にした状態で、加熱溶
融したナトリウムNaを流通孔9からカートリッジ8内
へ所定量注入する。そして、冷却してナトリウムNaを
固化させる。
ウムNaが収容されたカートリッジ8を上下逆にして、
電池の隔壁7内に挿入する。次いで、図4に示すよう
に、陰極室6内に所定圧力のアルゴンガスGを送るとと
もに、絶縁リング2の上端面に接合された陰極蓋結合金
具11の上面にシリコーンゴムやアルミニウム、銅等に
より形成されたシールリング13を介してシール蓋12
を締付ける。そして、陰極室6内を所定圧力の不活性ガ
ス雰囲気とする。
上の温度に加熱し、カートリッジ8内のナトリウムNa
を溶融させる。このとき、溶融したナトリウムNaは下
方へ移動するとともに、下部のアルゴンガスGが上部へ
移動する。全てのナトリウムNaが下方へ移動したと
き、上部がアルゴンガスGに置換される。この状態で冷
却すると、ナトリウムNaはカートリッジ8内下部で固
化するとともに、上部にはアルゴンガスGが密封され
る。その後、シール蓋12とシールリング13を外し、
陰極蓋10をして内部を真空吸引する。そして、陰極蓋
10の外周縁を電子ビームによって陰極蓋結合金具11
に溶接することにより、陰極蓋10が絶縁リング2に固
着される。このようにして、図1に示すナトリウム−硫
黄電池が組立てられる。
ムNaの溶融と固化とを繰り返すことにより、不活性ガ
スであるアルゴンガスGをカートリッジ8内に所定の圧
力で容易に封入することができる。また、アルゴンガス
Gは不活性で、ステンレス鋼などと反応することがな
い。このため、陰極が組付けられたナトリウム−硫黄電
池は、充放電の繰り返しに際してアルゴンガスGがカー
トリッジ8の材質と反応して減少することがないので、
常に所定圧が保持され、陰極としての機能を維持するこ
とができる。従って、電池の信頼性を高めることができ
るとともに、電池の寿命を延ばすことができる。
の圧力は、アルゴンガスGを密封する際の圧力で決定さ
れるため、その調整は容易である。このアルゴンガスG
の圧力は、電池の充電時及び放電時におけるカートリッ
ジ8の流通孔9からのナトリウムNaの可逆的な流通を
可能とする圧力に設定される。従って、長期にわたり充
放電の繰り返しを行っても、放電時にはナトリウムがア
ルゴンガスGの圧力により流通孔9から陰極室6内に安
定して供給される。
内に収容した後再度溶融するとともに、陰極蓋10を電
子ビーム溶接する前に陰極室6内を真空排気することか
ら、ナトリウムNa中に含まれるガスが排出される。そ
のため、陰極における充放電動作が他のガスによって影
響を受けることがなく、初期動作をはじめ、陰極におけ
る動作の信頼性が確保される。
ものではなく、例えば次のように構成を任意に変更して
具体化してもよい。 (イ)不活性ガスとして、ヘリウム(He)やネオン
(Ne)を用い、カートリッジ8の材質と反応するのを
回避すること。 (ロ)シールリング13とシール蓋12に代えて、耐熱
性のバルブを締付け、バルブを閉じて陰極室6を密封す
ること。 (ハ)カートリッジ8内に収容するナトリウムNaの量
を調整することにより、カートリッジ8内に封入する不
活性ガス量を調整すること。
項以外の技術的思想について、その効果とともに以下に
記載する。 (1)不活性ガスは、希ガスである請求項1に記載のナ
トリウム−硫黄電池におけるガス封入方法。このように
構成すれば、この希ガスは収容容器の材質と反応するお
それがなく、収容容器内のガス圧の低下を防止すること
ができる。 (2)収容容器内に収容するナトリウムの量を調整する
ことにより、収容容器内に封入される不活性ガス量を調
整可能にした請求項1に記載のナトリウム−硫黄電池に
おけるガス封入方法。このように構成すれば、電池の動
作時においてナトリウムの供給を安定して行うことがで
きる。 (3)固体電解質管の開口部にシールリングを介してシ
ール蓋でシールして、内部を不活性ガス雰囲気にした請
求項1に記載のナトリウム−硫黄電池におけるガス封入
方法。このように構成すれば、収容容器を収容した固体
電解質管内を所定圧の不活性ガス雰囲気に容易に設定す
ることができる。
の発明によれば、簡単な工程の組合せで、不活性ガスを
収容容器内に容易に封入することができる。従って、ナ
トリウム−硫黄電池の陰極としての機能を維持すること
ができ、電池の信頼性を高めることができるとともに、
電池の寿命を延ばすことができる。さらに、取扱い上有
害なアジ化ナトリウムを使用することなく、収容容器内
にガスを封入することができる。
熱する際の不活性ガス雰囲気の圧力を調整することによ
り、収容容器内に封入される不活性ガスの圧力が容易に
調整でき、電池の充電時及び放電時におけるナトリウム
の可逆的な流通を可能とすることができる。
スがアルゴン、ヘリウム又はネオンであるため、この不
活性ガスが収容容器の材質と反応するのが回避され、不
活性ガスの圧力低下が防止され、電池の信頼性を高める
ことができる。
図。
態を示す断面図。
た状態の断面図。
態の断面図。
た状態の断面図。
体電解質管、4…陽極室、6…陰極室、8…収容容器と
してのカートリッジ、9…ナトリウム流通孔、S…硫
黄、Na…ナトリウム、G…アルゴンガス。
Claims (3)
- 【請求項1】 陽極容器内に絶縁体を介してナトリウム
イオンを選択的に透過する固体電解質管を配置し、この
固体電解質管内の陰極室に陰極活物質としてのナトリウ
ムを収容する収容容器を配置し、この収容容器の底部に
ナトリウムの流通孔を備えるとともに、前記陽極容器と
固体電解質管との間の陽極室に陽極活物質としての硫黄
を収容するナトリウム−硫黄電池において、 前記収容容器を取り出して流通孔を上にし、その流通孔
よりナトリウムを収容容器内に注入して冷却固化した
後、上下逆にして固体電解質管内に配置し、不活性ガス
雰囲気下で固体電解質管の開口部を密閉し、加熱により
ナトリウムを溶融させて収容容器内の下部に移動させ、
上部のナトリウムを不活性ガスと置換するナトリウム−
硫黄電池におけるガス封入方法。 - 【請求項2】 前記不活性ガス雰囲気の圧力を、電池の
充電時及び放電時においてナトリウムが収容容器の流通
孔から可逆的に流通可能な圧力に設定した請求項1に記
載のナトリウム−硫黄電池におけるガス封入方法。 - 【請求項3】 前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム
又はネオンである請求項1に記載のナトリウム−硫黄電
池におけるガス封入方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6240152A JP2815312B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | ナトリウム−硫黄電池におけるガス封入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6240152A JP2815312B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | ナトリウム−硫黄電池におけるガス封入方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08106918A JPH08106918A (ja) | 1996-04-23 |
JP2815312B2 true JP2815312B2 (ja) | 1998-10-27 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP6240152A Expired - Fee Related JP2815312B2 (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | ナトリウム−硫黄電池におけるガス封入方法 |
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1994
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