JP2919269B2 - ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法Info
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Description
力貯蔵などに利用されるナトリウム−硫黄電池用のカー
ボンフェルトの製造方法に関するものである。
電力の利用を図るために、活物質の利用率が高く、充放
電反応の効率が良いナトリウム−硫黄電池が研究されて
いる。このナトリウム−硫黄電池においては、陽極室内
に陽極活物質としての硫黄が含浸されたフェルトが収容
されている。このフェルトはカーボン繊維よりなり、湾
曲形成されて陽極室内に複数個収容される。そして、カ
ーボン繊維表面での電子授受により、充放電における電
池反応が進行する。
れる(例えば、特開平1−239767号公報)。すな
わち、ポリアクリロニトリル繊維が200℃程度まで加
熱されて耐炎化処理される。この耐炎化繊維はフェルト
化され、ニードルパンチングが施される。その後、この
フェルトは約2000℃で焼成される。
な従来のカーボンフェルトの製造方法では、耐炎化され
た抗折強度の低い繊維に対してニードルパンチングを施
すため、このニードルパンチングにより繊維が切れた
り、粉化して厚さ方向の繊維の配向割合が大きくならな
いという問題があった。
る問題に鑑みてなされたものである。その目的とすると
ころは、ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化が
抑制されるナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの
製造方法を提供することにある。また、他の目的とする
ところは、フェルトの密度が高く、厚さ方向の繊維の配
向割合が大きくなり、電池内に収容したとき、充放電反
応が円滑に進行し、低抵抗で耐久性に優れたナトリウム
−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法を提供するこ
とにある。
ために、この発明のナトリウム−硫黄電池用カーボンフ
ェルトでは、有機繊維としてポリアクリロニトリル繊維
を所定の板状体に形成し、この板状体にその厚さ方向へ
ニードルパンチングを施してフェルトとした後、このフ
ェルトを加熱酸化し、耐炎化処理を経て、高温焼成する
ものである。
フェルトの製造方法では、有機繊維としてポリアクリロ
ニトリル繊維が所定の板状体に形成され、この板状体に
その厚さ方向へニードルパンチングが施されてフェルト
となる。その後、このフェルトが加熱酸化されて耐炎化
処理が施され、さらに高温焼成される。耐炎化処理前の
ポリアクリロニトリル繊維は、しなやかで所定の抗折強
度を有している。そして、ニードルパンチングは、この
耐炎化処理前のポリアクリロニトリル繊維による板状体
に対して行われるため、ニードルパンチングにおいて繊
維の糸切れが抑制される。
ードルパンチングされることにより、厚さ方向への繊維
の配向割合が高くなり、電池の内部抵抗が低下する。従
って、電池の出力が向上する。
用カーボンフェルトの製造方法を具体化した実施例につ
いて、図1〜5に基づいて説明する。まず、ナトリウム
−硫黄電池について説明する。図1,2に示すように、
アルミニウム合金よりなる陽極容器1は円筒状に形成さ
れてその底部に底蓋2が接合されるとともに、上部外周
面に陽極端子3が取付けられている。アルファアルミナ
製の絶縁リング4は陽極容器1の上端部に接合固定され
ている。有底円筒状をなすナトリウムイオン透過性の固
体電解質管5はベータアルミナにより形成され、その上
端外周面が絶縁リング4の内周面に接合されている。陽
極室6は陽極容器1と固体電解質管5との間において環
状に形成されている。陽極用のフェルト7は、カーボン
繊維により形成され、陽極室6内に収容されて陽極活物
質である硫黄Sが含浸されている。
形成される陰極室14内に配置され、密閉状に形成され
て内部に陰極活物質である溶融した金属ナトリウムNa
が収容されている。ナトリウムの供給孔8aはカートリ
ッジ8の底部に透設され、カートリッジ8内のナトリウ
ムNaを固体電解質管5側へ導出する。安全管9は固体
電解質管5とカートリッジ8との間隙に配置され、固体
電解質管5の破損によるカートリッジ8の損傷を防止し
ている。陰極蓋10は絶縁リング4の上端面に固着さ
れ、その上面には陰極端子11が取付けられている。な
お、コイルスプリング12はカートリッジ8の上端面と
陰極蓋10の内面間に介装され、カートリッジ8の浮き
上がりを防止している。
温で動作し、充電及び放電反応が行われる。すなわち、
放電時には陽極室6内のフェルト7中でナトリウムNa
と硫黄Sが反応して多硫化ナトリウム(Na2 SX )が
生成し、充電時には多硫化ナトリウムがナトリウムと硫
黄に戻り、ナトリウムはナトリウムイオンとなって陰極
室14内へ戻る。
方法及び陽極室6内へのフェルト7の収容方法について
説明する。図5に示すように、まず有機繊維としてのポ
リアクリロニトリル繊維が、所定の厚さを有する板状体
に成形される。次いで、この板状体に対してニードルパ
ンチングが600〜700回施される。このニードルパ
ンチングによりフェルト7が形成され、その繊維が厚さ
方向Xに配向される。次に、このフェルト7は耐炎化工
程において200℃程度に加熱されて酸化され、黒色の
耐炎化繊維のフェルト7に形成される。
7は約1000℃での焼成を経て、約2000℃での高
温焼成により黒鉛化処理が施される。このフェルト7
は、図3に示すように、所定の大きさの直方体状に切断
される。なお、この実施例では、フェルト7表面に、電
子伝導性のないアルファアルミナ粉体よりなる高抵抗体
13が散布されている。
ニードルパンチング面を内側にして幅方向に湾曲状に成
形される。そして、湾曲状に成形された3つのフェルト
7が円筒状に形成され、図2に示すように、これらのフ
ェルト7が圧縮状態で陽極室6内に収容される。
のナトリウムNaがカートリッジ8底部の供給孔8aを
経て安全管9内に移動し、さらに固体電解質管5と安全
管9との間隙へと移動する。そして、ナトリウムイオン
が固体電解質管5内を透過して陽極室6へ移動し、前記
のように成形されたフェルト7内の繊維表面において硫
黄Sと反応して多硫化ナトリウムを生成する。
6内の多硫化ナトリウムから硫黄とナトリウムイオンが
生成する。生成したこのナトリウムイオンはフェルト7
の厚さ方向Xに延びる繊維に沿って移動し、固体電解質
管5の外表面に至る。ナトリウムイオンはさらに固体電
解質管5内を透過し、安全管9内から供給孔8aを経て
カートリッジ8内へ戻る。
黄電池用のカーボンフェルト7の製造方法においては、
ポリアクリロニトリル繊維によるフェルト7が耐炎化処
理前に、その厚さ方向Xへニードルパンチングが施され
る。この耐炎化処理前のフェルト7は、しなやかで所要
の抗折強度を有している。このため、ニードルパンチン
グにおいて繊維の糸切れや粉化が防止される。
チングにより、厚さ方向への繊維の配向割合が高くな
り、電池の内部抵抗が低下し、電池の出力が向上する。
また、電池反応が円滑に行われるため、電池の劣化が防
止され、耐久性が向上する。さらに、耐炎化処理前の安
価な有機繊維を使用し、かつ前記のように繊維の糸切れ
や粉化がないため、製造コストの低減を図ることができ
る。
アクリロニトリル繊維を用いてフェルト7を製作し、こ
のフェルト7にニードルパンチングを500パンチ/cm
2 の密度で施した。そして、このフェルト7を耐炎化処
理後、2000℃で焼成して所定形状のフェルト7を得
た。一方、比較のために、繊維の太さが2デニールの耐
炎化繊維を用い、ニードルパンチングを上記と同じ密度
で施し、同様に焼成して所定形状のフェルトを得た。こ
れらのフェルトを電池の陽極室6内に収容し、電池の内
部抵抗を測定した。その結果、前者は後者に比較して、
内部抵抗が8%減少した。
ものではなく、例えば次のように構成を変更して具体化
することも可能である。 (イ)有機繊維として、ポリアクリロニトリルの重合度
を変えたり、共重合成分を変えたり、置換基を変えたり
すること。 (ロ)高抵抗体として、ガラス繊維などの繊維を設け
て、多硫化ナトリウムの移動を容易にすること。また、
フェルト7上の固体電解質管5側の面にV字状の溝を設
けること。 (ハ)フェルト7の分割数を変えたり、環状に一体形成
したりすること。 (ニ)耐炎化処理後のフェルト7に対し、さらにニード
ルパンチングを施し、厚さ方向Xの繊維密度を高めるこ
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)焼成後に、充放電反応に対する高抵抗体をカーボ
ンフェルト表面に配置して成形する請求項1に記載のナ
トリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法。こ
の高抵抗体により、充放電反応を円滑に進行させること
ができる。 (2)カーボンフェルト表面にV字状の溝を設けた請求
項1に記載のナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルト
の製造方法。この構成により、固体電解質管側における
充放電反応を抑制できて、電池反応を効率的に行うこと
ができる。
リウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法によれ
ば、ニードルパンチングによる繊維の切断や粉化を抑制
することができる。また、繊維の密度が高く、厚さ方向
の繊維の配向割合が大きく、電池内に収容したとき、抵
抗が低く、しかも高出力で耐久性に優れた電池を得るこ
とができる。
硫黄電池を示す断面図である。
斜視図である。
を示す斜視図である。
工程を示す工程図である。
極用のフェルト、14…陰極室、Na…ナトリウム、S
…硫黄、X…厚さ方向。
Claims (1)
- 【請求項1】 ナトリウムを陰極活物質とし、硫黄を陽
極活物質としたナトリウム−硫黄電池の陽極導電材とし
て用いるカーボンフェルトの製造方法であって、有機繊
維が耐炎化工程を経て焼成されるナトリウム−硫黄電池
用カーボンフェルトの製造方法において、 前記有機繊維としてポリアクリロニトリル繊維を所定の
板状体に形成し、この板状体にその厚さ方向へニードル
パンチングを施してフェルトとした後、このフェルトを
加熱酸化し、耐炎化処理を経て、高温焼成するナトリウ
ム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6120416A JP2919269B2 (ja) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6120416A JP2919269B2 (ja) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07326384A JPH07326384A (ja) | 1995-12-12 |
JP2919269B2 true JP2919269B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=14785685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6120416A Expired - Lifetime JP2919269B2 (ja) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | ナトリウム−硫黄電池用カーボンフェルトの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2919269B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10050512A1 (de) | 2000-10-11 | 2002-05-23 | Freudenberg Carl Kg | Leitfähiger Vliesstoff |
US9012092B2 (en) * | 2011-04-04 | 2015-04-21 | Laor Consulting Llc | Fiber felt capacitors and batteries |
-
1994
- 1994-06-01 JP JP6120416A patent/JP2919269B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07326384A (ja) | 1995-12-12 |
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