JPH02112167A

JPH02112167A - ナトリウム一硫黄電池

Info

Publication number: JPH02112167A
Application number: JP63264992A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Arai; 裕介新居; Masamune Itou; 伊藤　正念
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1990-04-24
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JP2636022B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は固体電解質管の長寿命化及び安定化を図り一
電池容呈を増大することかできるすトリウム一硫黄電池
に関するものである。

Ｌ従来の技術」従来のナトリウム一硫黄電池として第３図に示すように
、陽極活物質である溶融硫黄Ｓを含浸したカーボンマッ
トなどの陽極用導電＋４Ｍを収納イる円筒状の陽極容器
１と、該陽極容器１の１一端部に対し、α〜アルミナ製
の絶縁リンク２を介して連結された陰極金具３と、前記
絶縁リンク２の内周部に固着され、かつ、陰極活物質で
ある溶融金属ナトリウムＮａを貯留し、ナトリウムイオ
ンＮａ＋を選択的に透過させる機能を有した下方ノ＼延
びる多結晶β″−アルミナよりなる有底円筒状の固体電
解質管４とから構成したものがある。

そして、放電時には陰極室Ｒ２がらナトリウムイオンＮ
ａ’か固体電解質管４を透過して陽極室Ｒ１内の硫黄Ｓ
と次のように反応し、多硫化す１ヘリウムを生成する。

２　Ｎ　ａ　＋ＸＳ−”Ｎ　ａ２Ｓ　ｘまた、充電時に
は放電時とは逆の反応が起こり、ナトリウムＮａ及び硫
黄Ｓが生成さｔ［る。

前記陽極容器１の底部あるいは固体電解質管４の底部に
は該固体電解質管４と同一組成のβ″アルミナ製の粒体
、または多孔質体２１を収納していた。この粒体、また
は多孔質体によりすＩ〜すラム中に含まれる不純物（カ
リウム、カルシウム、シリ：！ン、酸素）を固体電解質
管４に吸収される以前に除去することにより、固体電解
質管４の劣化及びそれによる破損を防止するようになっ
ていた。（特開昭６０−７２０７３−号公報参照）一方
、前記粒体、または多孔質体に代えて、前記陽極室Ｒｌ
内に酸化ナトリウム生成を抑制するための酸素捕捉剤を
収容したナトリウム一硫黄電池も提案されている。（特
開昭５８−１２２７０号公報参照）［発明が解決しようとする課題］前記電池Ｖ造の過程で令属すＩ−リウムを充填する以前
に、固体電解質管４などに付着した炭化水素、有機溶剤
あるいは空気中の油分として陰極室Ｒ２内に水素１１□
か残留していても、上記層つの従来例はいずれも、それ
を捕捉することかでないという問題かあった。この結果
、金属酸化物である固体電解質管（β″　アルミナ：Ｎ
ａ２Ｏ・５　Ａ、Ｑ　２０３　＞の酸素と結合するため
、１（２０が生成される。陰極室ｒｊ　２内に）ｌ　２
０が存在すると、固体電解質管４の表面にヒドロニウム
イオンＨ３０＋が生じて、固体電解質管４を劣化してそ
の寿命を短縮するとともに、固体電解質管４を透過する
ナトリウムイオンＮａ４の伝導ａｔ抗率か増加して電池
界１を低減するという問題かあった。

この発明の目的は陰極室内に水素を捕捉する水素捕捉剤
を収容することにより、１１□０の生成を防止して、固
体電解質管の寿命を延長するとともに、ナトリウムイオ
ンＮａ＋の伝導抵抗率を低減して電池の充放電効率を向
トすることができるナトリウム一硫黄電池を提供するこ
とにある。

１課題を解決するための手段」この発明は上記目的を達成するなめ、陽極室と陰極室を
固体電解質管により区画して陽極室内に溶融硫黄を収容
し、陰＃１室内に金属ナトリウムを収容したナトリウム
一硫黄電池において、前記陰極室内にジルコニウム−バ
ナジウム−鉄合金あるいはバナジウム−鉄−亜鉛合金な
どの水素捕捉剤を収容するという手段をとっている。

［作　用］この発明は陰極室内に水素捕捉剤が収納されているので
、陰極室内に残留している水素が捕捉され、このため固
体電解質管イζｊ近での１−１□Ｏの発生が抑制され、
固体電解質管の表面にヒドロニウムイオンＨ３０”か生
１Ｚ・るのか防止されて、固体電解質管の劣化か抑制さ
れるとともに、その寿命が延長され、ナトリウムイオン
Ｎａ”の伝導抵抗率か低減され電池の充放電効率か増大
する。

「実施例１以下、この発明を具体化した一実施例を第１図及び第２
図に基づいて説明する。

この実施例のナトリウム一硫黄電池は、有底円筒状をな
す陽極容器１の上端面に対し、α−アルミナ製の絶縁リ
ンク２の−［血を熱圧接合し、該絶縁リンク２の１−面
には陰極金具３を熱圧接合している。また、前記絶縁リ
ンク２の内周面には、β″−アルミナ製の固体電解質管
４の上端外周面が接合固定されている。

前記陽極容器］と固体電解質管４との間に形成された陽
極室１ｔ　１内には陽極活物質としての溶融硫黄Ｓを含
浸させたカーボンマットなどの陽極用導電材Ｍが収納さ
れている。また、固体電解質管４内側に形成された陰極
室Ｒ２内には陰極活物質としての金属すトリウムＮａを
充填したステンレススチール製のナトリウム容器５が収
納されている。このナトリウム容器らの底面にはナトリ
ウムが出入りする小孔５ａか透設されている。

さらに、前記固体電解質管４の内周面とすｈリウム容器
５の外周面との間には例えはアルミニウム、アルミニウ
ム合金あるいはスデンレススチールよりなる有底袋管状
をなす安全管６が配置され前記容器５の小孔５ａから流
出したす１−リウムかナトリウム容器５と安全１１：６
との間隙Ｇ１を一１万へ移動した後、安全管５と固体電
解質管４との間隙Ｇ２を下方へ移動するようにしている
。そして、万一、固体電解質管４か破損した場合に、溶
融硫黄ＳとナトリウムＮａか多量かつ急激に反応して異
常高熱を発生しないようにしている。

前記ナトリウム容器５の底面と、安全管６の底部４−面
との間には、前記小孔５ａから流出したすトリウムの移
動を制御する制御板７か介装されている。さらに、前記
す１〜リウム容器５と陰極金具３との間にはスプリング
ワッシャー８か介装され、該容器を制御板７側ペイ・１
勢している。

次に、この発明の要部について説明すると、前記安全管
６の半球状をなす底部６ａ−１部端部には凹部６ｂが形
成され、該凹部６ｂには陰極室Ｒ２内に残留している水
素を捕捉するだめの水素捕捉剤９か嵌合されている。こ
の水素捕捉剤つとしてジルコ：−ラム−バナジウム−鉄
合金を使用している。

この合金の組成はジルコニウム＝７０％、バナジウム：
２，１．６％、鉄：５．４％である。その他の水素捕捉
剤９としては、バナジウム−鉄−亜鉛合金、ジルコニウ
ム−アルミニウム合金、ジルコニウム−カーボン混合体
、シル：１ニウム−ニッケル合金かある。

前記金属すｌ〜リウノ＼と水素捕捉剤９の重量比は、１
０：１〜１．０００　：　］の範囲が望ましい。

この理由は重量比が１０：１以トであると、陰極中で捕
捉剤の占める体積か大きくて陰極の有効利用を妨げるか
らである。（必然的に陰極に入るナトリウム量が減り電
池の体積効率が悪くなる）また、重量比か１０００：１
以下であると、ナトリウム中に溶解している水素を１−
分に除去できないからである。（ナトリウム中の溶存水
紫電は高級精製品で５　ｐ　ｐ　Ｈ１１部ある）さて、
前記実施例では陰極室）（２内に水素捕捉剤９を収納し
たので、電池の組立て終了後、陰極室Ｒ２内に残留して
いる水素か捕捉され、このなめ固体電解質管４付近での
Ｒ２０の発イ１か抑制され、面体電解質管４の表面にヒ
ト冒二つムイオシＨ３Ｏ４が生じるのを肋１にてき、こ
の結果、固体電解質管４の劣化が抑制されて寿命が長く
なり、ナトリウムイオンＮ　ａ　’の伝導抵抗）（ζか
低減され電池の充放電効率か増大する。

前記水素捕捉剤９を使用した電池と、便用しない従来の
電池における固体電解質管４の劣化に、する破壊頻度を
実験により充放電を５００回繰り返し行ったところ、従
来の電池ては破壊頻度か１０％てあったが、この発明で
は１．５％と大幅に減少しだ６前記のように安全管６の底部６ａに水素捕捉剤９を嵌合
してその外表面を固体電解質管４の表面に接触すると、
水素捕捉剤９か安定して保持されるとともに、固体電解
質管４の表面（＝１近の水素を捕捉し易いので効果的で
ある。

なお、この発明は次のように具体化することもできる。

水素捕捉剤９を陰極室１屯２の１−１部に収容すること
。

［発明の効果］以−Ｌ詳述したように、この発明は陰極室内に水素捕捉
剤を収容することにより、Ｒ２０の生成を防止して、固
体電解質管の劣化を抑制するとともにその寿命を延長し
、ナトリウムイオンＮａ”の伝導抵抗率を低減して電池
容ｉを向上することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化したナトリウム一硫黄電池の
一実施例を示づ中央部縦断面図、第２図は第１図のＡ−
Ａ線断面図、第３図は従来例を示す中央部縦断面図であ
る。１・・・陽極容器、２・・・絶縁リンク、３・・・陰椿
金長、４・・・固体電解質管、６・・・安全管、９・・
・水素捕捉剤、Ｍ・・・陽極用導電材、Ｒ１・・・陽極
室、Ｒ２・・・陰極室。特許出願人　　　　　［ｌ＊伺ｆ−株式会社代理人　弁
理士　　　恩口」　博宣

Claims

【特許請求の範囲】

１、陽極室（Ｒ１）と陰極室（Ｒ２）を固体電解質管（
４）により区画して陽極室（Ｒ２）内に溶融硫黄を収容
し、陰極室（Ｒ２）内に金属ナトリウムを収容したナト
リウム一硫黄電池において、前記陰極室（Ｒ２）内にジ
ルコニウム−バナジウム−鉄合金あるいはバナジウム−
鉄−亜鉛合金などの水素捕捉剤（９）を収容したことを
特徴とするナトリウム−硫黄電池。