JPH01253171A - 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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- JPH01253171A JPH01253171A JP63080523A JP8052388A JPH01253171A JP H01253171 A JPH01253171 A JP H01253171A JP 63080523 A JP63080523 A JP 63080523A JP 8052388 A JP8052388 A JP 8052388A JP H01253171 A JPH01253171 A JP H01253171A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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
充放電反応時に陽極活物質としての溶融硫黄を含浸する
陽極用導電材から陽極容器の内周面に移行する電子の流
れを円滑にして、抵抗低減化を図り、電池エネルギー効
率を向上することができるナトリウム−硫黄電池に関す
るものである。
充放電反応時に陽極活物質としての溶融硫黄を含浸する
陽極用導電材から陽極容器の内周面に移行する電子の流
れを円滑にして、抵抗低減化を図り、電池エネルギー効
率を向上することができるナトリウム−硫黄電池に関す
るものである。
（従来の技ｊネｉ）
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優れ、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。
性能面及び経済面の両面において優れ、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、活物質の利用率
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。
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、活物質の利用率
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−硫黄電池を第７図に基づいて説明す
ると、図中２は陽極端子ｌを備えた陽極容器、４は陽極
容器２に対し絶縁リング３を介して連結され、かつ溶融
金属すトリウムを貯留する陰極容器である。又、５は前
記絶縁リング３に固定した有底筒状の固体電解質管、６
は陰極容器４を貫通して固体電解質管５内へ進入した陰
極管であって、外端に陰極端子７を備えている。
ると、図中２は陽極端子ｌを備えた陽極容器、４は陽極
容器２に対し絶縁リング３を介して連結され、かつ溶融
金属すトリウムを貯留する陰極容器である。又、５は前
記絶縁リング３に固定した有底筒状の固体電解質管、６
は陰極容器４を貫通して固体電解質管５内へ進入した陰
極管であって、外端に陰極端子７を備えている。
前記陽極容３２と固体電解質管５との間に収容され、か
つ導電性を有するカーボン繊維をマット状に、かつ円筒
状に形成してなる陽極用導電材Ｍは、そのカーボン繊維
の方向が任意の方向に不規則となっていた。そして、電
池の放電時には固体電解質管５内のナトリウムがナトリ
ウムイオンと電子に分かれて固体電解質管５を浸透し、
陽極用導電材Ｍ内の硫黄と反応して多硫化ナトリウムを
成形する。
つ導電性を有するカーボン繊維をマット状に、かつ円筒
状に形成してなる陽極用導電材Ｍは、そのカーボン繊維
の方向が任意の方向に不規則となっていた。そして、電
池の放電時には固体電解質管５内のナトリウムがナトリ
ウムイオンと電子に分かれて固体電解質管５を浸透し、
陽極用導電材Ｍ内の硫黄と反応して多硫化ナトリウムを
成形する。
又、従来のす） ＩＪウムー硫黄電池として特開昭５６
−３５３７４号公報や特開昭５５−１３３７７５号公報
に示すように導電性繊維の方向を陽極容器の半径方向に
配向したものもあった。
−３５３７４号公報や特開昭５５−１３３７７５号公報
に示すように導電性繊維の方向を陽極容器の半径方向に
配向したものもあった。
（発明が解決しようとする課題）
ところが、前者のナトリウム−硫黄電池は、第８図に示
すように陽極用導電材Ｍのカーボン繊維のうち陽極容器
２の内周面へ向かう半径方向の繊維の割合が少ないため
、前述した放電時において、陽極用導電材Ｍのカーボン
繊維に沿って陽極容器２側へ移行する電子ｅの方向が任
意の方向に指向し、陽極用導電材Ｍと陽極容器２の接触
界面での抵抗が増大し、電池エネルギー効率が低下する
という問題があった。
すように陽極用導電材Ｍのカーボン繊維のうち陽極容器
２の内周面へ向かう半径方向の繊維の割合が少ないため
、前述した放電時において、陽極用導電材Ｍのカーボン
繊維に沿って陽極容器２側へ移行する電子ｅの方向が任
意の方向に指向し、陽極用導電材Ｍと陽極容器２の接触
界面での抵抗が増大し、電池エネルギー効率が低下する
という問題があった。
又、半径方向に繊維配向を揃えた後者のナトリウム−硫
黄電池においては、陽極容器側までの電子の移行は円滑
になるが、陽極用導電材のカーボン繊維が陽極容器の内
周面と直交しているので、放電時において陽極用導電材
のカーボン繊維に沿って陽極容器の内周面に移行した電
子が陽極容器の下方へ９０度偏向するため、この接触界
面においてやはり抵抗が増大し、電池エネルギー効率が
低下するという問題があった。
黄電池においては、陽極容器側までの電子の移行は円滑
になるが、陽極用導電材のカーボン繊維が陽極容器の内
周面と直交しているので、放電時において陽極用導電材
のカーボン繊維に沿って陽極容器の内周面に移行した電
子が陽極容器の下方へ９０度偏向するため、この接触界
面においてやはり抵抗が増大し、電池エネルギー効率が
低下するという問題があった。
本発明の第１の目的は−Ｆ記問題点を解消して、陽極用
導電材内から陽極容器の内周面への電子の流れを円滑に
して電池エネルギー効率を向上す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。
導電材内から陽極容器の内周面への電子の流れを円滑に
して電池エネルギー効率を向上す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。
又、本発明の第２の目的は、第１の目的に加えて、陽極
用導電材の中間部における電子の移行を円滑にして一層
電池エネルギー効率を向上す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。
用導電材の中間部における電子の移行を円滑にして一層
電池エネルギー効率を向上す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）
請求項１記載のナトリウム−硫黄電池は前記第１の目的
を達成するため、カーボン繊維あるいはグラファイト繊
維等の導電性繊維を集合してなり、かつ陽極活物質の硫
黄を含浸する筒状の陽極用導電材を収納する筒状の陽極
容器に対し、絶縁リングを介して、熔融金属ナトリウム
を貯留する陰極容器を接合固定し、前記陽極容器の内部
には、基端を前記絶縁リングの内周部に嵌合して前記陰
極容器内部と連通し、かつナトリウムイオンを選択的に
透過させる機能を有した有底筒状の固体電解質管を前記
陽極用導電材の中空部に挿入したナトリウム−硫黄電池
において、 前記陽極用導電材を陽極容器の内周面に接触する外側陽
極用導電層と、固体電解質管の外周面に接触する内側陽
極用導電層とに形成し、外側陽極用導電層を構成する導
電性繊維の方向を陽極容器の縦方向に８０％以上配向す
るという手段をとっている。
を達成するため、カーボン繊維あるいはグラファイト繊
維等の導電性繊維を集合してなり、かつ陽極活物質の硫
黄を含浸する筒状の陽極用導電材を収納する筒状の陽極
容器に対し、絶縁リングを介して、熔融金属ナトリウム
を貯留する陰極容器を接合固定し、前記陽極容器の内部
には、基端を前記絶縁リングの内周部に嵌合して前記陰
極容器内部と連通し、かつナトリウムイオンを選択的に
透過させる機能を有した有底筒状の固体電解質管を前記
陽極用導電材の中空部に挿入したナトリウム−硫黄電池
において、 前記陽極用導電材を陽極容器の内周面に接触する外側陽
極用導電層と、固体電解質管の外周面に接触する内側陽
極用導電層とに形成し、外側陽極用導電層を構成する導
電性繊維の方向を陽極容器の縦方向に８０％以上配向す
るという手段をとっている。
又、請求項２記載のナトリウム−硫黄電池は、第２の目
的を達成するため、請求項１記載のナトリウム−硫黄電
池の構成に加えて、前記内側陽極用導電層を構成する導
電性繊維の方向を陽掻容器の半径方向に３０％以上配向
するという手段をとっている。
的を達成するため、請求項１記載のナトリウム−硫黄電
池の構成に加えて、前記内側陽極用導電層を構成する導
電性繊維の方向を陽掻容器の半径方向に３０％以上配向
するという手段をとっている。
（作用）
請求項１記載のナトリウム−硫黄電池は、放電時に内側
陽極用導電層から外側陽極用導電層に移行した電子が、
外側陽極用導電層の縦方向に配列した導電性繊維に案内
されて偏向しながら陽極容器の縦方向に移行され、この
結果電子が陽極容器の基端へと円滑に収束され、抵抗が
低減化されて電池エネルギー効率が向上する。
陽極用導電層から外側陽極用導電層に移行した電子が、
外側陽極用導電層の縦方向に配列した導電性繊維に案内
されて偏向しながら陽極容器の縦方向に移行され、この
結果電子が陽極容器の基端へと円滑に収束され、抵抗が
低減化されて電池エネルギー効率が向上する。
又、請求項２記載のナトリウム−硫黄電池は、請求項１
記載のナトリウム−硫黄電池の作用に加えて、内側陽極
用導電層が陽極容器の半径方向に指向しているので、外
側陽極用導電層へ向かう電子の流れが円滑となるため、
電池エネルギー効率がさらに向上する。
記載のナトリウム−硫黄電池の作用に加えて、内側陽極
用導電層が陽極容器の半径方向に指向しているので、外
側陽極用導電層へ向かう電子の流れが円滑となるため、
電池エネルギー効率がさらに向上する。
（実施例）
次に、請求項１記載のナトリウム−硫黄電池をを具体化
した一実施例を第１図〜第２図に従って説明する。
した一実施例を第１図〜第２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、下部に陽極端子
１を備えた陽極容器２と、該陽極容器２の内部に収容さ
れ、かつカーボン繊維あるいはグラファイト繊維をマン
ト状、かつ円筒状に形成してなり陽極活物質である溶融
硫黄を含浸した陽極用導電材Ｍと、前記陽極容器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５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。
１を備えた陽極容器２と、該陽極容器２の内部に収容さ
れ、かつカーボン繊維あるいはグラファイト繊維をマン
ト状、かつ円筒状に形成してなり陽極活物質である溶融
硫黄を含浸した陽極用導電材Ｍと、前記陽極容器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５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、該導電材Ｍ内の溶融硫黄と反応し、多硫化すｌ
−ＩＪウム、特に最終的には三硫化ナトリウムを生成す
る。
イオンが固体電解質管５を透過して陽極容器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、該導電材Ｍ内の溶融硫黄と反応し、多硫化すｌ
−ＩＪウム、特に最終的には三硫化ナトリウムを生成す
る。
２Ｎａ ＋ＸＳ−＋Ｎａ２ Ｓ ｘ
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。
ム及び硫黄が生成される。
前記陰極容器４及び固体電解質管５内には、はぼ全体に
わたって該固体電解質管５が破…した場合の安全対策と
して、ステンレス製のウィック８が充填されている。
わたって該固体電解質管５が破…した場合の安全対策と
して、ステンレス製のウィック８が充填されている。
次に、本発明のナトリウム−硫黄電池の特徴的構成を説
明する。
明する。
前述したようにカーボン繊維をマント状に、かつ円筒状
に形成した前記陽極用導電材Ｍは、外側陽極用導電層Ｍ
ａと内側陽極用導電層Ｍｂの二層に形成されている。そ
して、外側陽極用導電層Ｍａを構成するカーボン繊維の
うち、陽極容器２の４１（長手）方向に指向するカーボ
ン繊維の割合を８０％以上とし、横方向に指向する繊維
の割合を２０％以下としている。
に形成した前記陽極用導電材Ｍは、外側陽極用導電層Ｍ
ａと内側陽極用導電層Ｍｂの二層に形成されている。そ
して、外側陽極用導電層Ｍａを構成するカーボン繊維の
うち、陽極容器２の４１（長手）方向に指向するカーボ
ン繊維の割合を８０％以上とし、横方向に指向する繊維
の割合を２０％以下としている。
前記外側陽極用導電材Ｍａの厚さは、例えば１〜２龍に
設定すればよい。
設定すればよい。
又、内側陽極用導電層Ｍｂを形成するカーボン繊維の方
向は任意に設定されている。
向は任意に設定されている。
さらに、外側陽極用導電層Ｍａと内側陽極用導電層Ｍｂ
の充填率はいづれも１０％に設定されている。
の充填率はいづれも１０％に設定されている。
さて、この実施例上は、外側陽極用導電層Ｍａの繊維の
うち縦方向に指向する繊維の割合を８０％と多くしたの
で、電池の放電時において第１図に示すように内側陽極
用導電材層Ｍｂの繊維に沿って陰極容器２の内周面側へ
移行する電子ｅが外側陽極用導電材Ｍａ内に入ると、繊
維の方向が縦方向となっているため、電子ｅが陽極容器
２の内周面に接触するまでの間に、縦方向に偏向され、
従って、電子は陰極容器２の内周面に円滑に移行し、陽
極端子ｌへと円滑に収束される。この結果、抵抗低減化
され、電池エネルギー効率が向上するのである。
うち縦方向に指向する繊維の割合を８０％と多くしたの
で、電池の放電時において第１図に示すように内側陽極
用導電材層Ｍｂの繊維に沿って陰極容器２の内周面側へ
移行する電子ｅが外側陽極用導電材Ｍａ内に入ると、繊
維の方向が縦方向となっているため、電子ｅが陽極容器
２の内周面に接触するまでの間に、縦方向に偏向され、
従って、電子は陰極容器２の内周面に円滑に移行し、陽
極端子ｌへと円滑に収束される。この結果、抵抗低減化
され、電池エネルギー効率が向上するのである。
次に、請求項２記載のナトリウム−硫黄電池の一実施例
を第４図に基づいて説明する。
を第４図に基づいて説明する。
この実施例では内側陽極用導電層Ｍｂの繊維のうち、陽
極容器２の半径方向に指向する繊維の割合を３０％以上
としている。そして、固体電解質管５から陽極用導電材
Ｍｂに移行した電子が前記外側陽極用導電層Ｍａに向か
って迅速に移行し、全体として電子の流れが促進され、
電池エネルギー効率がさらに向上する。
極容器２の半径方向に指向する繊維の割合を３０％以上
としている。そして、固体電解質管５から陽極用導電材
Ｍｂに移行した電子が前記外側陽極用導電層Ｍａに向か
って迅速に移行し、全体として電子の流れが促進され、
電池エネルギー効率がさらに向上する。
なお、本発明は次のように具体化することも可能である
。
。
（１）第４図に示す実施例において第５図に示すように
固体電解質管５の外周面にも繊維方向が縦方向に指向す
る別の内側陽極用導電材Ｍｃを設けること、この場合に
は、縦方向配向した導電材Ｍｃの毛細管現象により硫黄
活物質を固体電解質管５の外周面に保持させることがで
きるため、硫黄活物質の利用率を向上させることができ
る。
固体電解質管５の外周面にも繊維方向が縦方向に指向す
る別の内側陽極用導電材Ｍｃを設けること、この場合に
は、縦方向配向した導電材Ｍｃの毛細管現象により硫黄
活物質を固体電解質管５の外周面に保持させることがで
きるため、硫黄活物質の利用率を向上させることができ
る。
（２）第４図又は第５図に示す実施例において、図示し
ないが、内側陽極用導電層Ｍｂと外側陽極用導電層Ｍａ
の境界部を滑らかな円弧状に接続すること。この実施例
では内側陽極用導電層Ｍｂから外側陽極用導電材Ｍａへ
の電子の流れをさらに円滑にすることができる。
ないが、内側陽極用導電層Ｍｂと外側陽極用導電層Ｍａ
の境界部を滑らかな円弧状に接続すること。この実施例
では内側陽極用導電層Ｍｂから外側陽極用導電材Ｍａへ
の電子の流れをさらに円滑にすることができる。
なお、本発明と近似する技術として、第６図に示すよう
に外側陽極用導電材Ｍａを省略したものが考えられる。
に外側陽極用導電材Ｍａを省略したものが考えられる。
（発明の効果）
以上詳述したように、請求項１記載のナトリウム−硫黄
電池は、電池エネルギー効率を向上することができる効
果がある。
電池は、電池エネルギー効率を向上することができる効
果がある。
又、請求項２記載のナトリウム−硫黄電池は、請求項１
記載のナトリウム−硫黄電池よりもさらに、電池エネル
ギー効率を向上することができる効果がある。
記載のナトリウム−硫黄電池よりもさらに、電池エネル
ギー効率を向上することができる効果がある。
第１図は本発明のナトリウム−硫黄電池の要部の作用状
態を示す部分拡大断面図、第２図はナトリウム−硫黄電
池の中央部縦断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線断面図
、第４図は請求項２記載のナトリウム−硫黄電池の実施
例を示す中央部縦断面図、第５図は本発明の別の実施例
を示す中央部縦断面図、第６図は本発明と近似した技術
を示ず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、Ｍ
・・・陽極用導電材、Ｍａ・・・外側陽極用導電層、Ｍ
ｂ、Ｍｃ・・・内側陽極用導電層、Ｓ・・・硫黄、Ｎａ
・・・ナトリウム。
態を示す部分拡大断面図、第２図はナトリウム−硫黄電
池の中央部縦断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線断面図
、第４図は請求項２記載のナトリウム−硫黄電池の実施
例を示す中央部縦断面図、第５図は本発明の別の実施例
を示す中央部縦断面図、第６図は本発明と近似した技術
を示ず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、Ｍ
・・・陽極用導電材、Ｍａ・・・外側陽極用導電層、Ｍ
ｂ、Ｍｃ・・・内側陽極用導電層、Ｓ・・・硫黄、Ｎａ
・・・ナトリウム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、カーボン繊維あるいはセラミック繊維等の導電性繊
維を集合してなり、かつ陽極活物質の硫黄を含浸する筒
状の陽極用導電材（Ｍ）を収納する筒状の陽極容器（２
）に対し、絶縁リング（３）を介して、溶融金属ナトリ
ウム（Ｎａ）を貯留する陰極容器（４）を設け、前記陽
極容器（２）の内部には、基端を前記絶縁リング（３）
の内周部に嵌合して前記陰極容器（４）内部と連通し、
かつナトリウムイオンを選択的に透過させる機能を有し
た有底筒状の固体電解質管（５）を前記陽極用導電材（
Ｍ）の中空部に挿入したナトリウム−硫黄電池において
、 前記陽極用導電材（Ｍ）を陽極容器（２）の内周面に接
触する外側陽極用導電層（Ｍａ）と、固体電解質管（５
）の外周面に接触する内側陽極用導電層（Ｍｂ）とに形
成し、外側陽極用導電層（Ｍａ）を構成する導電性繊維
の方向を陽極容器（２）の縦方向に８０％以上配向した
ことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。 ２、請求項１記載のナトリウム−硫黄電池において、前
記内側陽極用導電層（Ｍｂ）を構成する導電性繊維の方
向を陽極容器（２）の半径方向に３０％以上配向したこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP63080523A JP2568622B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63080523A JP2568622B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01253171A true JPH01253171A (ja) | 1989-10-09 |
| JP2568622B2 JP2568622B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=13720675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63080523A Expired - Lifetime JP2568622B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2568622B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03145069A (ja) * | 1989-10-27 | 1991-06-20 | Ngk Insulators Ltd | ナトリウム―硫黄電池 |
| JPH0428169A (ja) * | 1990-05-22 | 1992-01-30 | Ngk Insulators Ltd | ナトリウム―硫黄電池に用いられる高抵抗層の形成方法 |
-
1988
- 1988-03-31 JP JP63080523A patent/JP2568622B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03145069A (ja) * | 1989-10-27 | 1991-06-20 | Ngk Insulators Ltd | ナトリウム―硫黄電池 |
| JPH0428169A (ja) * | 1990-05-22 | 1992-01-30 | Ngk Insulators Ltd | ナトリウム―硫黄電池に用いられる高抵抗層の形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2568622B2 (ja) | 1997-01-08 |
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