JP3074254B2 - ナトリウム−硫黄電池の初期作動方法 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池の初期作動方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウム−硫黄
電池の初期作動方法に関する。
電池の初期作動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ナトリウム−硫黄電池の一形式として、
陽極容器と、同陽極容器の内部に配設された固体電解質
管と、同固体電解質管の内部に収容された金属ナトリウ
ムからなる陰極活物質と、前記固体電解質管と前記陽極
容器間に収容された硫黄からなる陽極活物質を含浸した
陽極導電材と、同陽極導電材と前記固体電解質管の間に
形成された高抵抗層を備えた形式のナトリウム−硫黄電
池があり、当該ナトリウム−硫黄電池は通常３００℃〜
３５０℃の高温状態に保持されて作動させる。
陽極容器と、同陽極容器の内部に配設された固体電解質
管と、同固体電解質管の内部に収容された金属ナトリウ
ムからなる陰極活物質と、前記固体電解質管と前記陽極
容器間に収容された硫黄からなる陽極活物質を含浸した
陽極導電材と、同陽極導電材と前記固体電解質管の間に
形成された高抵抗層を備えた形式のナトリウム−硫黄電
池があり、当該ナトリウム−硫黄電池は通常３００℃〜
３５０℃の高温状態に保持されて作動させる。
【０００３】ナトリウム−硫黄電池においては、陽極活
物質を構成する硫黄は電気絶縁性であって導電性がない
ため、硫黄に導電性を付与すべく、硫黄はグラファイト
等の陽極導電材に含浸させた状態で使用される。当該ナ
トリウム−硫黄電池において、放電時には、陰極室内の
陰極活物質である金属ナトリウムがナトリウムイオンの
状態で固体電解質管を透過して陽極室内に移行し、陽極
室内にて陽極活物質である硫黄と反応して多硫化トリウ
ムを生成する。また、充電時には、陽極室内にて生成さ
れている多硫化ナトリウムが電気的に解離して硫黄が陽
極室内に留まるとともに、ナトリウムイオンが固体電解
質管を透過して陰極室内に移行して金属ナトリウムに復
帰する。
物質を構成する硫黄は電気絶縁性であって導電性がない
ため、硫黄に導電性を付与すべく、硫黄はグラファイト
等の陽極導電材に含浸させた状態で使用される。当該ナ
トリウム−硫黄電池において、放電時には、陰極室内の
陰極活物質である金属ナトリウムがナトリウムイオンの
状態で固体電解質管を透過して陽極室内に移行し、陽極
室内にて陽極活物質である硫黄と反応して多硫化トリウ
ムを生成する。また、充電時には、陽極室内にて生成さ
れている多硫化ナトリウムが電気的に解離して硫黄が陽
極室内に留まるとともに、ナトリウムイオンが固体電解
質管を透過して陰極室内に移行して金属ナトリウムに復
帰する。
【０００４】ところで、充電時に多硫化ナトリウムから
生成される硫黄は固体電解質管の陽極室側の表面に析出
して、固体電解質管の表面にナトリウムイオンが透過不
能な硫黄の電気絶縁層を形成する。充電途中においてこ
の電気絶縁層が形成されると、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行することができなく
なり、ナトリウム−硫黄電池は充電が不十分となり、次
の放電において放電電気量が少なくなる。
生成される硫黄は固体電解質管の陽極室側の表面に析出
して、固体電解質管の表面にナトリウムイオンが透過不
能な硫黄の電気絶縁層を形成する。充電途中においてこ
の電気絶縁層が形成されると、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行することができなく
なり、ナトリウム−硫黄電池は充電が不十分となり、次
の放電において放電電気量が少なくなる。
【０００５】当該ナトリウム−硫黄電池においては、こ
れに対処すべく、陽極導電材と固体電解質管の間に高抵
抗層が形成されている。当該高抵抗層は、アルミナ粉
末、ガラス繊維等の電気絶縁性の材料からなる多孔質の
層であって、ナトリウムイオンはもとより多硫化ナトリ
ウムも通過可能な無数の微細な細孔、通路等の隙間を有
するものである。
れに対処すべく、陽極導電材と固体電解質管の間に高抵
抗層が形成されている。当該高抵抗層は、アルミナ粉
末、ガラス繊維等の電気絶縁性の材料からなる多孔質の
層であって、ナトリウムイオンはもとより多硫化ナトリ
ウムも通過可能な無数の微細な細孔、通路等の隙間を有
するものである。
【０００６】従って、当該ナトリウム−硫黄電池におい
ては、充電時、高抵抗層の各間隙に侵入している多硫化
ナトリウムは、高抵抗層が電気絶縁性であることから電
気的に解離せず、硫黄に復帰せずに多硫化ナトリウムと
して残存する。このため、高抵抗層は固体電解質管の陽
極室側表面に硫黄の電気絶縁層の形成を規制するととも
に、多硫化ナトリウム等の存在のために導電性を付与さ
れ、ナトリウム−硫黄電池の作動を良好に維持する。
ては、充電時、高抵抗層の各間隙に侵入している多硫化
ナトリウムは、高抵抗層が電気絶縁性であることから電
気的に解離せず、硫黄に復帰せずに多硫化ナトリウムと
して残存する。このため、高抵抗層は固体電解質管の陽
極室側表面に硫黄の電気絶縁層の形成を規制するととも
に、多硫化ナトリウム等の存在のために導電性を付与さ
れ、ナトリウム−硫黄電池の作動を良好に維持する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、当該形式の
ナトリウム−硫黄電池は上記したように高抵抗層を備え
ていることから、組立直後の状態では高抵抗層は本来有
する高い抵抗として機能する。このため、初期の作動時
に定格電流で放電すると、電流は高抵抗層の全体に均一
には流れず、高抵抗層における抵抗の小さい部位に局部
的に集中して流れる。このため、陽極室内ではナトリウ
ムと硫黄の反応が局部的に生じて、硫黄の結合量が低い
低硫化ナトリウムが生成される。この低硫化ナトリウム
は融点が高いため固化し易く、充電時に、低硫化ナトリ
ウムは解離せず、低硫化ナトリウム中のナトリウムは、
ナトリウムイオンとして陰極室内へ移行して復帰するこ
とがなく、陽極室内に残留して電池の残留電気量を増大
させるという問題が発生する。また、最悪の場合には、
電流の集中に起因して、固体電解質管が局部的に損傷す
るという問題も発生する。
ナトリウム−硫黄電池は上記したように高抵抗層を備え
ていることから、組立直後の状態では高抵抗層は本来有
する高い抵抗として機能する。このため、初期の作動時
に定格電流で放電すると、電流は高抵抗層の全体に均一
には流れず、高抵抗層における抵抗の小さい部位に局部
的に集中して流れる。このため、陽極室内ではナトリウ
ムと硫黄の反応が局部的に生じて、硫黄の結合量が低い
低硫化ナトリウムが生成される。この低硫化ナトリウム
は融点が高いため固化し易く、充電時に、低硫化ナトリ
ウムは解離せず、低硫化ナトリウム中のナトリウムは、
ナトリウムイオンとして陰極室内へ移行して復帰するこ
とがなく、陽極室内に残留して電池の残留電気量を増大
させるという問題が発生する。また、最悪の場合には、
電流の集中に起因して、固体電解質管が局部的に損傷す
るという問題も発生する。
【０００８】従って、本発明の目的は、当該ナトリウム
−硫黄電池の組立直後の初期作動時には、設定された定
格電流に比較して小さい電流でできる限り均一に放電し
て、多硫化ナトリウムを高抵抗層内に生成させることに
より、電池の内部抵抗を漸次低減して電池本来の機能を
付与し、その後の電池の作動を良好にすることにある。
−硫黄電池の組立直後の初期作動時には、設定された定
格電流に比較して小さい電流でできる限り均一に放電し
て、多硫化ナトリウムを高抵抗層内に生成させることに
より、電池の内部抵抗を漸次低減して電池本来の機能を
付与し、その後の電池の作動を良好にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、陽極容器と、
同陽極容器の内部に配設された固体電解質管と、同固体
電解質管の内部に収容された金属ナトリウムからなる陰
極活物質と、前記固体電解質管と前記陽極容器間に収容
された硫黄からなる陽極活物質を含浸した陽極導電材
と、同陽極導電材と前記固体電解質管の間に形成された
高抵抗層を備えた形式のナトリウム−硫黄電池の初期作
動方法に関するものである。
同陽極容器の内部に配設された固体電解質管と、同固体
電解質管の内部に収容された金属ナトリウムからなる陰
極活物質と、前記固体電解質管と前記陽極容器間に収容
された硫黄からなる陽極活物質を含浸した陽極導電材
と、同陽極導電材と前記固体電解質管の間に形成された
高抵抗層を備えた形式のナトリウム−硫黄電池の初期作
動方法に関するものである。
【００１０】本発明に係る初期作動方法は上記した形式
のナトリウム−硫黄電池において、固体電解質管の表面
積当り０．０１Ａ／ｃｍ2以下の電流密度で初期放電を
行うことを特徴とするものである。当該初期作動方法に
おいては、当該電池の全放電電気量の０．５％が放電さ
れるまで初期放電を行うようにすることもできる。
のナトリウム−硫黄電池において、固体電解質管の表面
積当り０．０１Ａ／ｃｍ2以下の電流密度で初期放電を
行うことを特徴とするものである。当該初期作動方法に
おいては、当該電池の全放電電気量の０．５％が放電さ
れるまで初期放電を行うようにすることもできる。
【００１１】また、本発明の初期作動方法は上記した形
式のナトリウム−硫黄電池において、当該電池の全放電
電気量の０．５％が放電されるまで固体電解質管の表面
積当り０．０１Ａ／ｃｍ2以下の電流密度で第１の初期
放電を行い、次いで当該電池の全放電電気量を放電する
まで固体電解質管の表面積当り０．５Ａ／ｃｍ2以下の
電流密度で第２の初期放電を行うことを特徴とするもの
である。当該初期作動方法においては、第２の初期放電
を複数段階で行うこともできる。
式のナトリウム−硫黄電池において、当該電池の全放電
電気量の０．５％が放電されるまで固体電解質管の表面
積当り０．０１Ａ／ｃｍ2以下の電流密度で第１の初期
放電を行い、次いで当該電池の全放電電気量を放電する
まで固体電解質管の表面積当り０．５Ａ／ｃｍ2以下の
電流密度で第２の初期放電を行うことを特徴とするもの
である。当該初期作動方法においては、第２の初期放電
を複数段階で行うこともできる。
【００１２】
【発明の作用・効果】本発明の初期作動方法によれば、
特定された小さい電流を所定時間流すことにより、陰極
室内の金属ナトリウムをナトリウムイオンの状態で徐々
に固体電解質管を透過させ、かつ高抵抗層を通過させて
陽極室内へ移行させて陽極室内の硫黄と徐々に反応さ
せ、陽極室内に多硫化ナトリウムを漸次生成し増大させ
るとともに、高抵抗層の間隙に多硫化ナトリウムを浸透
させることができる。このため、高抵抗層を含む電池の
内部抵抗が漸次低下して所定値以下になり、この時点で
は放電電流を大きくして定格電流、またはそれ以上（但
し０．５Ａ／ｃｍ2）にしても、電池に支障を生じさせ
ることなく、放電することができる。
特定された小さい電流を所定時間流すことにより、陰極
室内の金属ナトリウムをナトリウムイオンの状態で徐々
に固体電解質管を透過させ、かつ高抵抗層を通過させて
陽極室内へ移行させて陽極室内の硫黄と徐々に反応さ
せ、陽極室内に多硫化ナトリウムを漸次生成し増大させ
るとともに、高抵抗層の間隙に多硫化ナトリウムを浸透
させることができる。このため、高抵抗層を含む電池の
内部抵抗が漸次低下して所定値以下になり、この時点で
は放電電流を大きくして定格電流、またはそれ以上（但
し０．５Ａ／ｃｍ2）にしても、電池に支障を生じさせ
ることなく、放電することができる。
【００１３】本発明に係る初期作動方法においては、初
期放電を所定の一定電流密度で行う方法でもよいが、電
流密度を段階的に漸次増大させて行うようにすることが
一層好ましい。
期放電を所定の一定電流密度で行う方法でもよいが、電
流密度を段階的に漸次増大させて行うようにすることが
一層好ましい。
【００１４】
（ナトリウム−硫黄電池）図１に示すナトリウム−硫黄
電池は、本発明が適用対象とするナトリウム−硫黄電池
の一例である。当該ナトリウム−硫黄電池は、陽極容器
１１、固体電解質管１２、陰極活物質１３、陽極活物質
を含浸した陽極導電材１４、および高抵抗層１５を備え
ている。陽極容器１１は、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなる筒体の内周面に耐腐食性の金属溶射層
を備えたものであり、また固体電解質管１２はナトリウ
ムイオンの透過能を有する有底筒体であって、ベータア
ルミナにて形成されている。固体電解質管１２は、アル
ファアルミナにて形成されている絶縁リング１６に嵌着
され、かつガラス接合された状態で陽極容器１１内に同
心的に配設されていて、陰極端子１７ａを有する上蓋１
７にて覆蓋されている。
電池は、本発明が適用対象とするナトリウム−硫黄電池
の一例である。当該ナトリウム−硫黄電池は、陽極容器
１１、固体電解質管１２、陰極活物質１３、陽極活物質
を含浸した陽極導電材１４、および高抵抗層１５を備え
ている。陽極容器１１は、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなる筒体の内周面に耐腐食性の金属溶射層
を備えたものであり、また固体電解質管１２はナトリウ
ムイオンの透過能を有する有底筒体であって、ベータア
ルミナにて形成されている。固体電解質管１２は、アル
ファアルミナにて形成されている絶縁リング１６に嵌着
され、かつガラス接合された状態で陽極容器１１内に同
心的に配設されていて、陰極端子１７ａを有する上蓋１
７にて覆蓋されている。
【００１５】これにより、絶縁リング１６および上蓋１
７は陽極容器１１および固体電解質管１２を密閉してい
て、固体電解質管１２内を陰極室に構成し、かつ陽極容
器１１と固体電解質管１２間を陽極室に構成している。
陽極容器１１の外周には陽極端子１１ａが形成されてい
る。
７は陽極容器１１および固体電解質管１２を密閉してい
て、固体電解質管１２内を陰極室に構成し、かつ陽極容
器１１と固体電解質管１２間を陽極室に構成している。
陽極容器１１の外周には陽極端子１１ａが形成されてい
る。
【００１６】当該ナトリウム−硫黄電池においては、陰
極室内に陰極活物質１３が収容され、かつ陽極室内に陽
極活物質を含浸した陽極導電材１４が収容されている。
陰極活物質１３は金属ナトリウムからなり、また陽極活
物質は硫黄からなり、かつ陽極導電材１４であるグラフ
ァイトフェルトに含浸された状態で陽極室内に収容され
ている。また、高抵抗層１５はアルファアルミナの粉
末、ガラス繊維等電気絶縁材料にて層状に形成された多
孔質層であって、ナトリウムイオンが透過可能な無数の
微細な細孔、通路等の隙間を有するものである。
極室内に陰極活物質１３が収容され、かつ陽極室内に陽
極活物質を含浸した陽極導電材１４が収容されている。
陰極活物質１３は金属ナトリウムからなり、また陽極活
物質は硫黄からなり、かつ陽極導電材１４であるグラフ
ァイトフェルトに含浸された状態で陽極室内に収容され
ている。また、高抵抗層１５はアルファアルミナの粉
末、ガラス繊維等電気絶縁材料にて層状に形成された多
孔質層であって、ナトリウムイオンが透過可能な無数の
微細な細孔、通路等の隙間を有するものである。
【００１７】当該ナトリウム−硫黄電池においては、通
常３００〜３５０℃の高温状態にて約２．０８Ｖの開路
電圧を示し、電池に外部負荷を接続し放電させると、電
池内では陰極活物質１３であるナトリウムがイオン化さ
れ、ナトリウムイオンは固体電解質管１２を透過し、か
つ高抵抗層１５を通過して陽極室内へ移行して陽極導電
材１４内の陽極活物質に達し、陽極活物質である硫黄と
反応して多硫化ナトリウムを生成し放電する。また、充
電時には、陽極室内の多硫化ナトリウムが解離して同室
内で硫黄が生成残留し、ナトリウムイオンは高抵抗層１
５を通過し、かつ固体電解質管１２を透過して陰極室内
に移行し、陰極室内で金属ナトリウムに復帰する。
常３００〜３５０℃の高温状態にて約２．０８Ｖの開路
電圧を示し、電池に外部負荷を接続し放電させると、電
池内では陰極活物質１３であるナトリウムがイオン化さ
れ、ナトリウムイオンは固体電解質管１２を透過し、か
つ高抵抗層１５を通過して陽極室内へ移行して陽極導電
材１４内の陽極活物質に達し、陽極活物質である硫黄と
反応して多硫化ナトリウムを生成し放電する。また、充
電時には、陽極室内の多硫化ナトリウムが解離して同室
内で硫黄が生成残留し、ナトリウムイオンは高抵抗層１
５を通過し、かつ固体電解質管１２を透過して陰極室内
に移行し、陰極室内で金属ナトリウムに復帰する。
【００１８】（初期作動手段）図２は、本発明の初期作
動方法を実施するための初期作動手段であり、回路図と
してその複数の手段が示されている。
動方法を実施するための初期作動手段であり、回路図と
してその複数の手段が示されている。
【００１９】図２の（ａ）に示す初期作動手段は、ナト
リウム−硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒと、直流電源Ｖを
備え、直流電源Ｖにより一定電流を流す定電流放電方式
である。また、同図の（ｂ）に示す初期作動手段は、ナ
トリウム−硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒを備え、電池Ｅ
自身の起電力により放電させる抵抗放電方式である。ま
た、同図の（ｃ）に示す初期作動手段は、ナトリウム−
硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒと、直流電源Ｖを備え、電
池電圧および放電電流を監視しつつ一定の電力量で放電
させる定電力放電方式である。本発明においては、これ
らのいずれの方式の初期作動手段も採用することができ
る。
リウム−硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒと、直流電源Ｖを
備え、直流電源Ｖにより一定電流を流す定電流放電方式
である。また、同図の（ｂ）に示す初期作動手段は、ナ
トリウム−硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒを備え、電池Ｅ
自身の起電力により放電させる抵抗放電方式である。ま
た、同図の（ｃ）に示す初期作動手段は、ナトリウム−
硫黄電池Ｅと、放電抵抗器Ｒと、直流電源Ｖを備え、電
池電圧および放電電流を監視しつつ一定の電力量で放電
させる定電力放電方式である。本発明においては、これ
らのいずれの方式の初期作動手段も採用することができ
る。
【００２０】（実験）本実験では、図２の（ａ）に示す
定電流放電方式を採用して、組立直後のナトリウム−硫
黄電池について電流密度を変化させて、各電流密度にて
第１，第２の初期放電を行い、その後充電した場合の残
留電気量を測定した。得られた結果を表１に示す。ま
た、本実験では、第２の初期放電を３段階で行い、その
後充電した場合の残留電気量を測定した。得られた結果
を表２に示す。
定電流放電方式を採用して、組立直後のナトリウム−硫
黄電池について電流密度を変化させて、各電流密度にて
第１，第２の初期放電を行い、その後充電した場合の残
留電気量を測定した。得られた結果を表１に示す。ま
た、本実験では、第２の初期放電を３段階で行い、その
後充電した場合の残留電気量を測定した。得られた結果
を表２に示す。
【００２１】なお、本実験において、電流密度（Ａ／ｃ
ｍ2）は固体電解質管の単位表面積当りの放電電流、充
電電流を意味し、各初期放電での電流密度は各表に示す
通りであり、充電時の電流密度は４．６×１０-2Ａ／ｃ
ｍ2の一定値としている。また、本実験において使用し
ている全放電電気量、残留電気量、定格容量、フル放電
電気量なる文言の意味は、図３に示してある。
ｍ2）は固体電解質管の単位表面積当りの放電電流、充
電電流を意味し、各初期放電での電流密度は各表に示す
通りであり、充電時の電流密度は４．６×１０-2Ａ／ｃ
ｍ2の一定値としている。また、本実験において使用し
ている全放電電気量、残留電気量、定格容量、フル放電
電気量なる文言の意味は、図３に示してある。
【００２２】図３は、ナトリウム−硫黄電池において、
所定の電流で充放電した場合の電池電圧（Ｖ）と放電深
度（Ａｈ）の関係を示しており、全放電電気量とは所定
放電深度まで放電される電気量（同図の放電電圧曲線１
を参照）、充電電気量とは電池電圧が所定の電圧に到達
するまでに充電される電気量（同図の充電電圧曲線２を
参照）、残留電気量とは充電終了時点で陽極室内に残存
するナトリウム量に対応する。また、定格放電容量と
は、定格時間放電できる電気量である。なお、同図のグ
ラフ３は理論開路電圧を示す。
所定の電流で充放電した場合の電池電圧（Ｖ）と放電深
度（Ａｈ）の関係を示しており、全放電電気量とは所定
放電深度まで放電される電気量（同図の放電電圧曲線１
を参照）、充電電気量とは電池電圧が所定の電圧に到達
するまでに充電される電気量（同図の充電電圧曲線２を
参照）、残留電気量とは充電終了時点で陽極室内に残存
するナトリウム量に対応する。また、定格放電容量と
は、定格時間放電できる電気量である。なお、同図のグ
ラフ３は理論開路電圧を示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】各表における初期放電電流密度の欄中、表
１のステップ１およびステップ２は、本発明の第１の初
期放電および第２の初期放電を意味し、また表２におけ
る初期放電電流密度の欄中、ステップ１は本発明の第１
の初期放電、ステップ２〜ステップ４は本発明の第２の
初期放電を意味し、本実験においては、第２の初期放電
を３段階で行っている。
１のステップ１およびステップ２は、本発明の第１の初
期放電および第２の初期放電を意味し、また表２におけ
る初期放電電流密度の欄中、ステップ１は本発明の第１
の初期放電、ステップ２〜ステップ４は本発明の第２の
初期放電を意味し、本実験においては、第２の初期放電
を３段階で行っている。
【００２６】本実験では、ステップ１では、ナトリウム
−硫黄電池の全放電電気量に対して０．５％放電し（放
電電気量比０．５％）、かつ表１のステップ２では放電
電気量比０．５％からフル放電電気量まで放電してい
る。また、表２のステップ２〜ステップ４では、放電電
気量比０．５％からフル放電電気量まで３段階の電流で
放電している。これらの各ステップにおける放電電気量
は、ステップ２においてはフル放電電気量に対して０．
５〜０．８％、ステップ３においてはフル放電電気量に
対して０．８〜１．６％、ステップ４においてはフル放
電電気量に対して１．６〜フル放電電気量までとしてい
る。
−硫黄電池の全放電電気量に対して０．５％放電し（放
電電気量比０．５％）、かつ表１のステップ２では放電
電気量比０．５％からフル放電電気量まで放電してい
る。また、表２のステップ２〜ステップ４では、放電電
気量比０．５％からフル放電電気量まで３段階の電流で
放電している。これらの各ステップにおける放電電気量
は、ステップ２においてはフル放電電気量に対して０．
５〜０．８％、ステップ３においてはフル放電電気量に
対して０．８〜１．６％、ステップ４においてはフル放
電電気量に対して１．６〜フル放電電気量までとしてい
る。
【００２７】なお、表１および表２中の残存電気量の欄
は、全放電電気量に対する実測された残存電気量の割合
を示している。
は、全放電電気量に対する実測された残存電気量の割合
を示している。
【００２８】各表を参照すると、第１の初期放電である
ステップ１の放電においては、電流密度１．０×１０-2
Ａ／ｃｍ2では残留電気量はほぼ１０％以下であって、
ナトリウム−硫黄電池は次の放電以降高い放電電気量を
維持する。これに対して、ステップ１での放電密度が
１．０×１０-2Ａ／ｃｍ2を越える放電では残留電気量
がほぼ１２％を越え、次の放電以降実用放電電気量が減
少する。但し、ステップ１での放電密度が１．０×１０
-2Ａ／ｃｍ2以下の場合であっても、第２の初期放電で
あるステップ２での放電密度が５．０×１０-1Ａ／ｃｍ
2を越える場合には、残留電気量が１０％を大きく越え
るため好ましくない。
ステップ１の放電においては、電流密度１．０×１０-2
Ａ／ｃｍ2では残留電気量はほぼ１０％以下であって、
ナトリウム−硫黄電池は次の放電以降高い放電電気量を
維持する。これに対して、ステップ１での放電密度が
１．０×１０-2Ａ／ｃｍ2を越える放電では残留電気量
がほぼ１２％を越え、次の放電以降実用放電電気量が減
少する。但し、ステップ１での放電密度が１．０×１０
-2Ａ／ｃｍ2以下の場合であっても、第２の初期放電で
あるステップ２での放電密度が５．０×１０-1Ａ／ｃｍ
2を越える場合には、残留電気量が１０％を大きく越え
るため好ましくない。
【００２９】図４に示すグラフは、放電電流密度を１．
０×１０-2Ａ／ｃｍ2以下で放電した場合の、ナトリウ
ム−硫黄電池の全放電電気量に対する初期放電電気量
（初期放電電気量比％）と、電池の初期放電時における
内部抵抗値との関係を示している。かかるグラフを参照
すると、電池の内部抵抗は、初期放電電気量比が０．５
％までの間（領域Ｉ）では漸次低下するが、初期放電電
気量比が０．５％を越えると（領域ＩＩ）ほぼ一定とな
っている。初期放電電気量比が０．５％までの間の領域
Ｉでは電池の内部抵抗が大きく、この間に高い電流密度
で放電を行うと前記したように、低硫化ナトリウムが生
成されて残留電気量が増加すること、また抵抗の低い部
分に電流が集中するため固体電解質管の損傷につながる
こと等の支障が生じる。
０×１０-2Ａ／ｃｍ2以下で放電した場合の、ナトリウ
ム−硫黄電池の全放電電気量に対する初期放電電気量
（初期放電電気量比％）と、電池の初期放電時における
内部抵抗値との関係を示している。かかるグラフを参照
すると、電池の内部抵抗は、初期放電電気量比が０．５
％までの間（領域Ｉ）では漸次低下するが、初期放電電
気量比が０．５％を越えると（領域ＩＩ）ほぼ一定とな
っている。初期放電電気量比が０．５％までの間の領域
Ｉでは電池の内部抵抗が大きく、この間に高い電流密度
で放電を行うと前記したように、低硫化ナトリウムが生
成されて残留電気量が増加すること、また抵抗の低い部
分に電流が集中するため固体電解質管の損傷につながる
こと等の支障が生じる。
【００３０】また、初期放電電気量比が０．５％以降
（領域ＩＩ）では電池の内部抵抗が低い値になって、高
い電流密度での放電が可能であり、残留電気量の増加、
固体電解質管の破損等の支障を生じない。従って、第１
の初期放電は初期放電電気量比が０．５％以上になるま
で行うことが好ましい。
（領域ＩＩ）では電池の内部抵抗が低い値になって、高
い電流密度での放電が可能であり、残留電気量の増加、
固体電解質管の破損等の支障を生じない。従って、第１
の初期放電は初期放電電気量比が０．５％以上になるま
で行うことが好ましい。
【図１】本発明が適用対象とするナトリウム−硫黄電池
の一例を示す縦断面図である。
の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明が採用できる初期作動手段の複数例を示
す回路図である。
す回路図である。
【図３】本発明における各電気量を説明するグラフであ
る。
る。
【図４】ナトリウム−硫黄電池における初期放電電気量
比と内部抵抗値との関係を示すグラフである。
比と内部抵抗値との関係を示すグラフである。
１１…陽極容器、１１ａ…陽極端子、１２…固体電解質
管、１３…陰極活物質、１４…陽極活物質を含浸した陽
極導電材、１５…高抵抗層、１６…絶縁リング、１７…
上蓋、１７ａ…陰極端子。
管、１３…陰極活物質、１４…陽極活物質を含浸した陽
極導電材、１５…高抵抗層、１６…絶縁リング、１７…
上蓋、１７ａ…陰極端子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/39 H01M 10/42 - 10/48
Claims (4)
- 【請求項１】陽極容器と、同陽極容器の内部に配設され
た固体電解質管と、同固体電解質管の内部に収容された
金属ナトリウムからなる陰極活物質と、前記固体電解質
管と前記陽極容器間に収容された硫黄からなる陽極活物
質を含浸した陽極導電材と、同陽極導電材と前記固体電
解質管の間に形成された高抵抗層を備えたナトリウム−
硫黄電池の初期作動方法であり、前記固体電解質管の表
面積当り０．０１Ａ／ｃｍ2以下の電流密度で初期放電
を行うことを特徴とするナトリウム−硫黄電池の初期作
動方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の初期作動方法において、
当該電池の全放電電気量の０．５％が放電されるまで前
記初期放電を行うことを特徴とするナトリウム−硫黄電
池の初期作動方法。 - 【請求項３】陽極容器と、同陽極容器の内部に配設され
た固体電解質管と、同固体電解質管の内部に収容された
金属ナトリウムからなる陰極活物質と、前記固体電解質
管と前記陽極容器間に収容された硫黄からなる陽極活物
質を含浸した陽極導電材と、同陽極導電材と前記固体電
解質管の間に形成された高抵抗層を備えたナトリウム−
硫黄電池の初期作動方法であり、当該電池の全放電電気
量の０．５％が放電されるまで前記固体電解質管の表面
積当り０．０１Ａ／ｃｍ2以下の電流密度で第１の初期
放電を行い、次いで当該電池の全放電電気量を放電する
まで前記固体電解質管の表面積当り０．５Ａ／ｃｍ2以
下の電流密度で第２の初期放電を行うことを特徴とする
ナトリウム−硫黄電池の初期作動方法。 - 【請求項４】請求項３に記載の初期作動方法において、
前記第２の初期放電を複数段階で行うことを特徴とする
ナトリウム−硫黄電池の初期作動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07288920A JP3074254B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | ナトリウム−硫黄電池の初期作動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07288920A JP3074254B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | ナトリウム−硫黄電池の初期作動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09134737A JPH09134737A (ja) | 1997-05-20 |
| JP3074254B2 true JP3074254B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=17736516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07288920A Expired - Fee Related JP3074254B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | ナトリウム−硫黄電池の初期作動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3074254B2 (ja) |
-
1995
- 1995-11-07 JP JP07288920A patent/JP3074254B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09134737A (ja) | 1997-05-20 |
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