JPH02123672A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

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］ 本発明はナトリウム−硫黄電池に係り、さらに詳しくは
、ベータアルミナ管又はベータアルミナ管の絶縁支持部
材と、ベータアルミナ管の外側の陽極又は／及び陰極金
属容器との間を固体電解質管の径方向にベロー形状又は
蛇腹形状等の伸縮自在な形状を有する部材で接続した５
固体電解質にかかる応力を吸収・緩和したナトリウム−
硫黄電池に関する。

［従来の技術］ ナトリウム−硫黄電池は、一方に陰極活物質である溶融
金属ナトリウム、他方には陽極活物質である溶融硫黄を
配し５両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性
を有するベータアルミナ固体電解質て隔離し、３００〜
３５０°Ｃで作動させる高温二次電池である。

このようなナトリウム−硫黄電池の構成は、例えば第８
図に示すように、陽極活物質である溶融硫黄Ｓを含浸し
たカーボンフェルト等の陽極用導電材ｌを収容する円筒
状の陽極容器２と、該陽極容器２の上端部と例えばアル
ファアルミナ酸のリング状絶縁支持部材３を介して連結
され、且つ溶融金属ナトリウムＮａを貯留する陰極容器
４と、前記絶縁支持部材３の内周部に接合され、且つナ
トリウムイオンＮａゝを選択的に透過させる＠滝を有す
る有底円筒状のベータアルミナ固体電解質管５とからな
っている。また、前記陰極容器４の上蓋６の中央部には
、陰極容器４を通して下方向にベータアルミナ固体電解
質管５の底部付近まで延びた陰極管７か貫通支持されて
いる。

以上の構成を有するナトリウム−硫黄電池において、放
電時には溶融金属ナトリウムは電子を放出してナトリウ
ムイオンとなり、これがベータアルミナ固体電解質中を
透過して陽極側に移動し、陽極の硫黄と外部回路を通っ
てきた電子と反応して多硫化ナトリウムを生成し、２■
程度の電圧を発生する。一方、充電時には放電とは逆に
ナトリウム及び硫黄の生成反応が起こる。

従来、このようなナトリウム−硫黄電池において、陽極
容器の固体電解質管の軸方向のみに蛇腹構造、ベロー構
造等の伸縮自在形状を有するナトリウム−硫黄電池が実
開昭６０−１７５４６８号に記載されており、電池の作
動時（３００〜３５０°Ｃ）と停止時（室温）の間の温
度変化に伴なって、固体電解質管と絶縁支持部材とを電
機ガラスにより接合したガラス接合体の接合部に発生す
る軸方向の応力を緩和していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、固体電解質管は焼成などの工程を経るこ
とにより、多少の曲がりが避けられず、またガラス接合
体の直角度を出すのも非常に困難である。そのため、昇
温時に硫黄の溶融に伴ないカーボンフェルト等の陽極用
導電材が復元し、ガラス接合部に固体電解質管の径方向
及び円周方向の応力か発生し、接合部の破壊か起こり易
く、これを防止することが急務となっている。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者は種々検討の結果、上記従来の問題は
固体電解質に接合する絶縁支持部材と、固体電解質の外
側に位置する陽極又は／及び陰極金属容器との間を固体
電解質の径方向に伸縮自在な部材で接続すると解決でき
ることを見出し、本発明を完成したものである。

即ち、本発明によれば、ベータアルミナを固体電解質管
とするナトリウム−硫黄電池において、該ベータアルミ
ナ固体電解質管の開口端外周部に接続する絶縁支持部材
と、該ベータアルミナ固体電解質管の外側に位置する陽
極または陰極活物質を収納する容器との間を固体電解質
管の径方向にベロー形状又は蛇腹形状を有する伸縮自在
な部材で接続したことを特徴とするナトリウム−硫黄電
池、か提供される。

なお、本発明のナトリウム−硫！￥［？ｌ！池において
は、固体電解質管の径方向と軸方向との両方向を、ベロ
ー形状又は蛇腹形状を有する伸縮自在な部材で接続する
ことがより好ましい。

また、ベロー形状又は蛇腹形状を有する伸縮自在な部材
は、陽極又は／及び陰極の容器の一部であってもよいし
、別体の接合部材で形成されていてもよい。

［作用コ 本発明では、ベータアルミナ固体電解質管に接合する絶
縁支持部材と、固体電解質管の外側に位置する陽極又は
／及び陰極金属容器との間を固体電解質管の径方向にベ
ロー形状又は蛇腹形状等の伸縮自在な部材で接続してい
るので、電池の作動時と停止時の間で大きな温度変化か
生じ、ベータアルミナ固体電解質管と絶縁支持部材との
接合部または絶縁支持部材と金属６塁との間に熱膨張差
に起因して径方向又は円周方向に応力か発生することか
あっても、ベロー形状又は蛇腹形状等の伸縮自在な部材
により応力を吸収・緩和し、前記異種材間の接合部か破
壊、損傷することかない。

さらに、ベータアルミナ固体１［解質管の寸法精度およ
び該固体電解質管と絶縁支持部材とのガラス接合体の寸
法精度を緩和することも可使である。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基いて更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない
。

第１図は本発明のナトリウム−！黄電池の一実施例を示
す概略断面図で、有底円筒状のベータアルミナ固体電解
質管１０の開口端外周部に無機ガラス１１により絶縁支
持部材１２が接合され、該絶縁支持部材１２の下端部に
陽極金属容器１３との間を接合するための金属板で電池
の径方向にベロー形状１４ａを有する金属板よりなる接
合部材１４か設けられている。一方、絶縁支持部材１２
の上端部には陰極金属容器１５か接合されて、ナトリウ
ム−硫黄電池か構成されている。なお、ベータアルミナ
固体電解質管ｌＯと陽極金属容器１３で形成される空間
内には溶融硫黄等の陽極活物質１６が収容されており、
また、ベータアルミナ固体電解質管１０と陰極金属容器
１５で形成される空間内には金属ナトリウムなどの陰極
活物質１７が収容されている。

このナトリウム−硫黄電池は、上記のように構成されて
おり、従って作動時（３００〜３５０℃）と停止時（室
温）の温度変化があった場合、接合部での径方向の変位
なベロー形状１４ａを有する接合部材１４か吸収するた
め、接合部での破壊、損傷を生じない。

第２〜４図は本発明のナトリウム−硫黄電池の他の実施
例を示す概略断面図で、この例の場合は固体電解質の径
方向に、ベロー形状を有する金属板よりなる接合部材１
４を絶縁支持部材１２の上端部あるいは下端部に接合し
たものである。

なお、第２図および第４図の場合、陰極あるいは陽極金
属容器の一部でベロー形状１４ａを有する接合部材を構
成してもよい。

第５図〜第７図は、軸方向の変位を吸収するためのベロ
ー形状１４ｂを有する金属板と径方向の変位を吸収する
ためのベロー形状１４ａを有する金属板の二つから形成
されており、この場合には接合部に多方向の応力がかか
っても破壊の恐れが小さくなり、最も好ましい。また、
それに伴なって、ベータアルミナ管ｌＯと絶縁支持部材
１２とを無機ガラス１１により接合したガラス接合体の
真直度、ベータアルミナ管１０の真直度及び絶縁支持部
材１２の面平行度等の寸法精度を緩和できる。

第８図に示す従来構造、本発明の第１図及び第５図に示
す構造のナトリウム−硫黄電池に関して３５０℃と２０
’Ｃとの昇・降温サイクル試験を２０サイクル実施した
際の結果を下表に示す。なお、結果は昇・降温サイクル
試験におけるガラス接合体の破損率および本数を示しで
ある。

［発明の効果］ 以上説明した通り、本発明のナトリウム−硫黄゛電池に
よれば、径方向、より好ましくは径方向と軸方向との両
方向なベロー形状等の伸縮自在な部材によりベータアル
ミナ固体電解質管と外側の陽極又は／及び陰極容器とを
接合しているので、異種材料間の接合部での径方向の応
力が吸収され、接合部での破壊の恐れが小さくなるとい
う効果な有する。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第７図はそれぞれ本発明のナトリウム−硫黄電
池の絶縁体支持部材と金属容器との接合の異なる実施例
を示す概略断面図、第８図は従来のナトリウム−硫黄電
池の構成を示す概略断面図である。 １０・・・ベータアルミナ固体′尾解賀管、ｌｌ・・・
無機ガラス、１２・・・絶縁体支持部材、１３・・・陽
極金属容器、１４・・・接合部材、１４ａ・・・径方向
のベロー形状、１４ｂ・・・軸方向のベロー形状、１５
・・・陰極金属容器、１６・・・陽極活物質、１７・・
・陰極活物質。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベータアルミナを固体電解質管とするナトリウム
   −硫黄電池において、該ベータアルミナ固体電解質管の
   開口端外周部に接続する絶縁支持部材と、該ベータアル
   ミナ固体電解質管の外側に位置する陽極または陰極活物
   質を収納する容器との間を固体電解質管の径方向に伸縮
   自在な部材で接続したことを特徴とするナトリウム−硫
   黄電池。