JPH0215579A - Ｎａ−Ｓ電池とその運転方法、使用方法及びその製造方法 - Google Patents
Ｎａ−Ｓ電池とその運転方法、使用方法及びその製造方法Info
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- JPH0215579A JPH0215579A JP63162552A JP16255288A JPH0215579A JP H0215579 A JPH0215579 A JP H0215579A JP 63162552 A JP63162552 A JP 63162552A JP 16255288 A JP16255288 A JP 16255288A JP H0215579 A JPH0215579 A JP H0215579A
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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〕
本発明は安全性の高いＮａ−８電池に係り、例えば夜間
電力の貯蔵や電気自動車用の電池等大電力Ｉｔａ用とし
ても好適なＮ ａ −Ｓ電池に関する。
電力の貯蔵や電気自動車用の電池等大電力Ｉｔａ用とし
ても好適なＮ ａ −Ｓ電池に関する。
従来のＮａ−３電池は固体電質、例えばβ−アルミナ、
β“−アルミナ等が破損した場合、ＮａとＳとの大部分
が瞬時に反応し、電池容器を破損する可能性がある。こ
のため特開昭５２−２５２２９では固体電解質表面近傍
に形成される電池反応領域へのＳの供給に、Ｓの蒸発・
凝縮過程を使い、Ｓ貯蔵槽を正極反応領域から隔にして
いる。上記従来型電池を第２図に示す。第２図中、１は
β′アルミナ管であり、その内部にＮａ２を充填し、そ
の中に負極リード３を挿入する６ β”−アルミナ管外
周に正極反応領域４を多孔質の黒鉛フェルトで形成、さ
らにその外周に管状壁５を設は電池容器ｒｉ６とで形成
される円筒空間をＳ貯蔵槽７とする。電池容器壁の外周
には加熱用のヒータ８及び／又は冷却器を設置しである
。放電時には電池容器壁６を加熱し正極反応領域４を冷
却して、Ｓ貯蔵＋！ｊ７のＳを蒸発させ、正極反応領域
４で凝縮して電池反応を進行させる。逆に充電時には電
池容器壁６を冷却し正極反応領域４を加熱して、正極反
応領域４のＳを蒸発させ、Ｓ貯蔵槽７でＳを凝縮させ回
収する。なお、１正極容器、１１は負極容器である。
β“−アルミナ等が破損した場合、ＮａとＳとの大部分
が瞬時に反応し、電池容器を破損する可能性がある。こ
のため特開昭５２−２５２２９では固体電解質表面近傍
に形成される電池反応領域へのＳの供給に、Ｓの蒸発・
凝縮過程を使い、Ｓ貯蔵槽を正極反応領域から隔にして
いる。上記従来型電池を第２図に示す。第２図中、１は
β′アルミナ管であり、その内部にＮａ２を充填し、そ
の中に負極リード３を挿入する６ β”−アルミナ管外
周に正極反応領域４を多孔質の黒鉛フェルトで形成、さ
らにその外周に管状壁５を設は電池容器ｒｉ６とで形成
される円筒空間をＳ貯蔵槽７とする。電池容器壁の外周
には加熱用のヒータ８及び／又は冷却器を設置しである
。放電時には電池容器壁６を加熱し正極反応領域４を冷
却して、Ｓ貯蔵＋！ｊ７のＳを蒸発させ、正極反応領域
４で凝縮して電池反応を進行させる。逆に充電時には電
池容器壁６を冷却し正極反応領域４を加熱して、正極反
応領域４のＳを蒸発させ、Ｓ貯蔵槽７でＳを凝縮させ回
収する。なお、１正極容器、１１は負極容器である。
上記従来技術ではＳの蒸発・凝縮過程を利用するため、
電池反応領域とＳ貯蔵槽を分離しかつ両者間に温度差を
付ける必要があり、放電時にはＳ貯蔵槽を加熱し、充電
時にはＳ貯蔵槽を冷却しなければならず、装置構成が複
雑で運転操作に労力を要す問題があった。
電池反応領域とＳ貯蔵槽を分離しかつ両者間に温度差を
付ける必要があり、放電時にはＳ貯蔵槽を加熱し、充電
時にはＳ貯蔵槽を冷却しなければならず、装置構成が複
雑で運転操作に労力を要す問題があった。
本発明の目的は、固体電解質が破損しても電池容器を破
損する恐れのない安全で、かつ操作が簡便なＮａ−８電
池を提供することにある。
損する恐れのない安全で、かつ操作が簡便なＮａ−８電
池を提供することにある。
又、他の目的は、振動に対しても安全性の儲れた電池を
提供することにある。
提供することにある。
更に、他の目的は、エネルギー効率の優れた電池を提供
することにある。
することにある。
上記目的は、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必
須成分とする正極活物質、前記負極活物質と正極活物質
間に介在させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び
前記電解質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材
とを主たる構成要素とするＮａ−８電池において、正極
活物質であるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下
二層に分はして貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域
に対しで液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを財蔵
し、正極反応領域に対してＳの蒸気を供給するように構
成し、放電時にはＳを正極反応領域へ飽和蒸気圧を使っ
て供給し、充電時にはＮａ。
須成分とする正極活物質、前記負極活物質と正極活物質
間に介在させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び
前記電解質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材
とを主たる構成要素とするＮａ−８電池において、正極
活物質であるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下
二層に分はして貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域
に対しで液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを財蔵
し、正極反応領域に対してＳの蒸気を供給するように構
成し、放電時にはＳを正極反応領域へ飽和蒸気圧を使っ
て供給し、充電時にはＮａ。
Ｓ、を正極反応領域へ毛細管力にて供給することにより
達成される。
達成される。
Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分とする
正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在させ
、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解質の
正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主たる構
成要素とするＮ ａ −８電池において、正極活物質で
あるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下二層に分
離して貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域に対して
液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを貯蔵するよう
構成し、かつ正極反応領域に対してＳの蒸気を供給する
ように構成すると共に、電池が許容範囲を越えて振動し
た時、負極及び正極活物質を隔はするシャッターを設け
ることにより安全性の向上が達成される。
正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在させ
、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解質の
正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主たる構
成要素とするＮ ａ −８電池において、正極活物質で
あるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下二層に分
離して貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域に対して
液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを貯蔵するよう
構成し、かつ正極反応領域に対してＳの蒸気を供給する
ように構成すると共に、電池が許容範囲を越えて振動し
た時、負極及び正極活物質を隔はするシャッターを設け
ることにより安全性の向上が達成される。
更に、電池単体容量を１日に使用する定格放電量に比べ
大きく、例えば３倍の電池容量とし、充電電流密度を放
電に比べ１／２となるように構成することによりエネル
ギー効率の優れた電池を得ることができる。
大きく、例えば３倍の電池容量とし、充電電流密度を放
電に比べ１／２となるように構成することによりエネル
ギー効率の優れた電池を得ることができる。
正極活物質であるＳと電池反応によって生成するＮａ２
Ｓ５は電池運転温度（２８０〜３７５℃）では密度差に
より二層に分離し、上層にＳが、下層にＮａｚＳ、が分
離する。また、３５０℃でのＳの蒸気圧は１４０Ｔｏｒ
ｒに対し、Ｎａ２Ｓ５の蒸気圧はＱ 、 ９ Ｔｏｒｒ
である。従って、正極活物質と接する空間はほぼＳの蒸
気圧で°満されている。上記Ｓの蒸気圧下に正極反応領
域が存在すれば、定格運転時の必要Ｓ量を正極反応領域
へ供給できるので電池内を均一温度に保持したまま放電
反応を持続できる。充電時には正極活物質の貯蔵槽と正
極反応領域との間を特殊な多孔質体、即ち、Ｓに比べＮ
ａ２Ｓ、に優先浸透する多孔質体で接続することによっ
て、下層に存在するＮａ２Ｓ、を選択的に吸い上げ、正
極反応領域に供給することが可能となる。
Ｓ５は電池運転温度（２８０〜３７５℃）では密度差に
より二層に分離し、上層にＳが、下層にＮａｚＳ、が分
離する。また、３５０℃でのＳの蒸気圧は１４０Ｔｏｒ
ｒに対し、Ｎａ２Ｓ５の蒸気圧はＱ 、 ９ Ｔｏｒｒ
である。従って、正極活物質と接する空間はほぼＳの蒸
気圧で°満されている。上記Ｓの蒸気圧下に正極反応領
域が存在すれば、定格運転時の必要Ｓ量を正極反応領域
へ供給できるので電池内を均一温度に保持したまま放電
反応を持続できる。充電時には正極活物質の貯蔵槽と正
極反応領域との間を特殊な多孔質体、即ち、Ｓに比べＮ
ａ２Ｓ、に優先浸透する多孔質体で接続することによっ
て、下層に存在するＮａ２Ｓ、を選択的に吸い上げ、正
極反応領域に供給することが可能となる。
（実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
板状のβ′−アルミナ１に電気Ｉｔ１！！縁材９として
α−アルミナを介して正極容器１０、負極容器１１とが
接続される。正極容器１０内の正極活物質としては、上
層のＳｉ２と下層の電池反応生成物であるＮａ２Ｓ５な
どの多硫化ナトリウム１３の二層に分離した状態で存在
している。正極容器内にはＮａ、Ｓｓをβ′−アルミナ
表面へ毛細管力で供給するため多孔質導電材として正極
メツシュ（網目状配列のもの）１４を装着した。また、
負極容器１１内にはＮａ２をβ１−アルミナ表面へ供給
するための負極メツシュ１７を装着した。各電極は負極
１８．正極１９を各容器に設けた。上記メツシュとして
は不銹鋼製の３５０番を用いた。
α−アルミナを介して正極容器１０、負極容器１１とが
接続される。正極容器１０内の正極活物質としては、上
層のＳｉ２と下層の電池反応生成物であるＮａ２Ｓ５な
どの多硫化ナトリウム１３の二層に分離した状態で存在
している。正極容器内にはＮａ、Ｓｓをβ′−アルミナ
表面へ毛細管力で供給するため多孔質導電材として正極
メツシュ（網目状配列のもの）１４を装着した。また、
負極容器１１内にはＮａ２をβ１−アルミナ表面へ供給
するための負極メツシュ１７を装着した。各電極は負極
１８．正極１９を各容器に設けた。上記メツシュとして
は不銹鋼製の３５０番を用いた。
次に本発明電池の動作を説明する。本発明の電池は２８
０〜３７５℃で作動する。そこで、本電池をガス加熱で
３５０’Ｃに昇温した後充放電を実施した。放電時には
、正極容器内のガス空間１６４；ｉＮａ、Ｓｓの蒸気圧
がＳの蒸気圧に比べほぼ２桁小さいため、Ｓ蒸気で満た
される。この時の蒸気圧がほぼ１４０ Ｔｏｒｒである
。Ｎａ、ＬＳ５とＳの蒸気圧の温度依存性を第３図に示
した。２８０℃から３７５℃の電池作動温度領域におい
てＳの蒸気圧はＮａ２Ｓ５に比べ常に２桁高い値を示し
ている。
０〜３７５℃で作動する。そこで、本電池をガス加熱で
３５０’Ｃに昇温した後充放電を実施した。放電時には
、正極容器内のガス空間１６４；ｉＮａ、Ｓｓの蒸気圧
がＳの蒸気圧に比べほぼ２桁小さいため、Ｓ蒸気で満た
される。この時の蒸気圧がほぼ１４０ Ｔｏｒｒである
。Ｎａ、ＬＳ５とＳの蒸気圧の温度依存性を第３図に示
した。２８０℃から３７５℃の電池作動温度領域におい
てＳの蒸気圧はＮａ２Ｓ５に比べ常に２桁高い値を示し
ている。
Ｓ蒸気の分子は正極反応領域を形成する正極メツシュに
衝突し、この時、β′−アルミナを陽イオン状態で透過
したＮａイオンと反応し、Ｎａ２Ｓ。
衝突し、この時、β′−アルミナを陽イオン状態で透過
したＮａイオンと反応し、Ｎａ２Ｓ。
を生成する。生成したＮａ２Ｓ５はＳに比べ密度が大き
いため正極容器内ではＳより下層に溜まる。
いため正極容器内ではＳより下層に溜まる。
なお、Ｎａ２Ｓ５とＳが二層分離する状況を詳細に検討
した。試験管内にＳを充填し、これに上部からＮａ２Ｓ
５を注入してＮａ２Ｓ、とＳとが二層分離する状況を測
定した。測定法としては、液抵抗を測り、Ｎａ２Ｓ、は
導電材であるのに対し、Ｓは絶縁物であることを利用し
て、組成を判別した。実験で得られたＮａ２Ｓ５とＳと
の二層分離状況を第４図に示した。センサ■の位置で液
抵抗が大きく変化し、センサ■より上方は高抵抗となり
、センサ■より下方は低抵抗を示した。この結果よりセ
ンサ■より上部がＳであり、下部がＮａ２Ｓ、であるこ
とが判った。また、二層分離に要した時間は１分以内で
あった。従って、放電反応で発生したＮａ２Ｓ５は短時
間に正極容器の底部に沈降し、自由液面は常にＳで満た
され、その結果、正極ガス空間は常にＳの蒸気で満たさ
れた。なお、衝突したＳ蒸気がすべてＮａと反応すると
仮定すると、Ｓ供給量は７．５ Ｘ １０−”ｇ／ａｌ
−ｓ となりＮａ−８電池の定格電流と目される１０
０ｍＡ／ａａの放電に必要なＳ量の１万倍以上に達する
。実際、試作電池で確認したところ、円滑な放電が可能
であった。さらに電流密度を上げ５００ｍＡ／ａｉにお
いても放電電圧は安定していた。第５図に放電特性を示
した。なお、負極のＮａはＮａ容器に設けた負極メツシ
ュを毛細管力で上昇しβ′−アルミナ表面に供給される
。メツシュでのＮａ吸い上げ速度及び吸い上げ高さにつ
いて検討した。メツシュでのＮａ吸い上げ速度はメツシ
ュ内のＮａを吸い上げる暉動力である毛細管圧力と、こ
れに抗するメツシュ内をＮａが上昇するための圧力損失
にて決まる。従って、Ｎａの吸い上げ速度Ｖは、ｄはメ
ツシュの素線の直径、Ｗは素線間隔、σはＮａの表面張
力、ｈは吸い上げ高さ、１．はメツシュの空隙率、μは
粘度、ρはＮａの密度、ｇは重力加速度を表わす。メツ
シュのＮａ吸い上げ速度と吸い上げ高さの関係を第６図
に示した。この結果から負極メツシュのメツシュサイズ
及び使用するメツシュの枚数等を選択することにより、
電池放電に必要なＮｃｉを過不足なく供給できる。
した。試験管内にＳを充填し、これに上部からＮａ２Ｓ
５を注入してＮａ２Ｓ、とＳとが二層分離する状況を測
定した。測定法としては、液抵抗を測り、Ｎａ２Ｓ、は
導電材であるのに対し、Ｓは絶縁物であることを利用し
て、組成を判別した。実験で得られたＮａ２Ｓ５とＳと
の二層分離状況を第４図に示した。センサ■の位置で液
抵抗が大きく変化し、センサ■より上方は高抵抗となり
、センサ■より下方は低抵抗を示した。この結果よりセ
ンサ■より上部がＳであり、下部がＮａ２Ｓ、であるこ
とが判った。また、二層分離に要した時間は１分以内で
あった。従って、放電反応で発生したＮａ２Ｓ５は短時
間に正極容器の底部に沈降し、自由液面は常にＳで満た
され、その結果、正極ガス空間は常にＳの蒸気で満たさ
れた。なお、衝突したＳ蒸気がすべてＮａと反応すると
仮定すると、Ｓ供給量は７．５ Ｘ １０−”ｇ／ａｌ
−ｓ となりＮａ−８電池の定格電流と目される１０
０ｍＡ／ａａの放電に必要なＳ量の１万倍以上に達する
。実際、試作電池で確認したところ、円滑な放電が可能
であった。さらに電流密度を上げ５００ｍＡ／ａｉにお
いても放電電圧は安定していた。第５図に放電特性を示
した。なお、負極のＮａはＮａ容器に設けた負極メツシ
ュを毛細管力で上昇しβ′−アルミナ表面に供給される
。メツシュでのＮａ吸い上げ速度及び吸い上げ高さにつ
いて検討した。メツシュでのＮａ吸い上げ速度はメツシ
ュ内のＮａを吸い上げる暉動力である毛細管圧力と、こ
れに抗するメツシュ内をＮａが上昇するための圧力損失
にて決まる。従って、Ｎａの吸い上げ速度Ｖは、ｄはメ
ツシュの素線の直径、Ｗは素線間隔、σはＮａの表面張
力、ｈは吸い上げ高さ、１．はメツシュの空隙率、μは
粘度、ρはＮａの密度、ｇは重力加速度を表わす。メツ
シュのＮａ吸い上げ速度と吸い上げ高さの関係を第６図
に示した。この結果から負極メツシュのメツシュサイズ
及び使用するメツシュの枚数等を選択することにより、
電池放電に必要なＮｃｉを過不足なく供給できる。
第５図には３５０°Ｃの電池特性を示したが、電池作動
温度を変えた場合の電池特性を第７図に示した。電池作
動温度を下げると、β″−アルミナの抵抗が増加するた
め放電電圧は低下するものの安定した放電特性が得られ
た。次に充電反応の動作について説明する。正極メツシ
ュとして、ＳよりもＮａ２Ｓ、で優先的に濡れる材料を
用いることにより、ＳとＮａ２Ｓ５が二層に貯蔵されて
いても、上層のＳを吸い上げることなく、下層のＮａ２
Ｓ。
温度を変えた場合の電池特性を第７図に示した。電池作
動温度を下げると、β″−アルミナの抵抗が増加するた
め放電電圧は低下するものの安定した放電特性が得られ
た。次に充電反応の動作について説明する。正極メツシ
ュとして、ＳよりもＮａ２Ｓ、で優先的に濡れる材料を
用いることにより、ＳとＮａ２Ｓ５が二層に貯蔵されて
いても、上層のＳを吸い上げることなく、下層のＮａ２
Ｓ。
のみを吸い上げβ１−アルミナ表面へ供給できる。
メツシュによるＮａ２Ｓ、の吸い上げ速度と吸い上げ高
さの関係は、Ｎａと同様（１）式で表わせる。
さの関係は、Ｎａと同様（１）式で表わせる。
各メツシュサイズでの解析結果を第８図に示した。
充電反応で解離したＮａは負極容器へ、また、Ｓはメツ
シュに沿って流下し、正極容器内の上層に溜まる。Ｓに
比べＮａ２Ｓ、が優先浸透性を示す多孔質導電材として
、不銹鋼を選定した。濡れの良否は付着仕事（湿潤張力
）の大小で決定される。
シュに沿って流下し、正極容器内の上層に溜まる。Ｓに
比べＮａ２Ｓ、が優先浸透性を示す多孔質導電材として
、不銹鋼を選定した。濡れの良否は付着仕事（湿潤張力
）の大小で決定される。
付着仕事は（表面張力）×（接触角の余弦）で決定され
、不銹ｍ （ＳＵＳ３０４）に対してはＮａ２Ｓ５が１
１２ｄｙｎ／ｃｎ、Ｓは４０ｄｙｎ／ａＩである。従っ
て、Ｎａ２Ｓ、が不銹鋼に対し優先浸透する。なお、本
実施例においては、多孔質導電材のＮａ２Ｓ、での漏れ
性を良くするため、最初にＮａ２Ｓ、で多孔質導電材全
体を濡らした。充電時の電圧特性を第５図に並記した。
、不銹ｍ （ＳＵＳ３０４）に対してはＮａ２Ｓ５が１
１２ｄｙｎ／ｃｎ、Ｓは４０ｄｙｎ／ａＩである。従っ
て、Ｎａ２Ｓ、が不銹鋼に対し優先浸透する。なお、本
実施例においては、多孔質導電材のＮａ２Ｓ、での漏れ
性を良くするため、最初にＮａ２Ｓ、で多孔質導電材全
体を濡らした。充電時の電圧特性を第５図に並記した。
放電時と同様安定した充電特性が得られた。
また１作動温度を３００℃に下げた場合も、内部抵抗の
幾分の増加が生じたものの、安定な充放電が持続できた
。ｆ！！池の安全性に関しては、第１にβ“−アルミナ
板１を垂直に立てた状態で使用するようにし、負極容器
内のＮａ、正極容器内のＳ及びＮａ２Ｓ５の液面が常に
β′−アルミナの高さ以下になるようにした点、第２に
Ｓの蒸気供給及び正極メツシュによるＮａ２Ｓ５供給、
負極メツシュによるＮａ供給を採用したことにより、固
体電解質破損時に発生するＮａとＳの直接反応量が減少
し、安全性の向上が計れた。
幾分の増加が生じたものの、安定な充放電が持続できた
。ｆ！！池の安全性に関しては、第１にβ“−アルミナ
板１を垂直に立てた状態で使用するようにし、負極容器
内のＮａ、正極容器内のＳ及びＮａ２Ｓ５の液面が常に
β′−アルミナの高さ以下になるようにした点、第２に
Ｓの蒸気供給及び正極メツシュによるＮａ２Ｓ５供給、
負極メツシュによるＮａ供給を採用したことにより、固
体電解質破損時に発生するＮａとＳの直接反応量が減少
し、安全性の向上が計れた。
本実施例によれば例えβ′−アルミナ板１が破損しても
、直接反応するＮａとＳ及びＮａ、Ｓ５の量は、メツシ
ュに付着した量に過ぎず電池容器を破損させる心配はな
い。
、直接反応するＮａとＳ及びＮａ、Ｓ５の量は、メツシ
ュに付着した量に過ぎず電池容器を破損させる心配はな
い。
第９図は本発明の他の実施例になる電池の構成図である
。第１図に示した実施例においては固体電解質を垂直に
立てた状態で使用したが、本例では横置き方式としたも
のである。この場合は固体電解質破損時に発生するＮａ
とＳの直接反応量を少なくするため負極容器１１内のＮ
ａ２をＮａ容器１５内に貯蔵し、電池反応に必要なＮａ
は負極メツシュ１７をＮａ容器内外面へはりめぐらし、
毛細管力によってβ′−アルミナ表面へ供給するように
構成したものである。
。第１図に示した実施例においては固体電解質を垂直に
立てた状態で使用したが、本例では横置き方式としたも
のである。この場合は固体電解質破損時に発生するＮａ
とＳの直接反応量を少なくするため負極容器１１内のＮ
ａ２をＮａ容器１５内に貯蔵し、電池反応に必要なＮａ
は負極メツシュ１７をＮａ容器内外面へはりめぐらし、
毛細管力によってβ′−アルミナ表面へ供給するように
構成したものである。
第１０図は本発明の更に他の実施例になる電池の構成図
である。電気自動車に搭載することを考えると、車の振
動や事故時に活物質の液面を安定に維持することが必要
である。そこで、本実施例では、Ｓ１２、Ｎａ２Ｓ５１
３及びＮａ２中に、繊維状金属又はセラミックス等のウ
ィックを充填して流動を抑制するように構成したもので
ある。そして、許容範囲の振動を越えた場合には、負極
容器及び正極容器それぞれに設けたシャッター２０．２
１を閉じて、Ｎａ、Ｓ及びＮａ２Ｓ５のβ′−アルミナ
表面への流出を防止することができる。なお、上記対策
は地震時の対策としても有効である。
である。電気自動車に搭載することを考えると、車の振
動や事故時に活物質の液面を安定に維持することが必要
である。そこで、本実施例では、Ｓ１２、Ｎａ２Ｓ５１
３及びＮａ２中に、繊維状金属又はセラミックス等のウ
ィックを充填して流動を抑制するように構成したもので
ある。そして、許容範囲の振動を越えた場合には、負極
容器及び正極容器それぞれに設けたシャッター２０．２
１を閉じて、Ｎａ、Ｓ及びＮａ２Ｓ５のβ′−アルミナ
表面への流出を防止することができる。なお、上記対策
は地震時の対策としても有効である。
第１１図は本発明の他の実施例になる電池の構成図であ
る。現在世界各国で開発が進められているβ１−アルミ
ナの袋管１を用いて電池を構成したものである。第１図
や第１０図に比べると第１１図の電池構成ではデッドス
ペースを削減できる利点を有する。負極構成はＮａ容器
１５内にＮａ２を充填し、ここから負極メツシュ１７を
使ってβ′−アルミナ表面にＮａを供給するものである
。
る。現在世界各国で開発が進められているβ１−アルミ
ナの袋管１を用いて電池を構成したものである。第１図
や第１０図に比べると第１１図の電池構成ではデッドス
ペースを削減できる利点を有する。負極構成はＮａ容器
１５内にＮａ２を充填し、ここから負極メツシュ１７を
使ってβ′−アルミナ表面にＮａを供給するものである
。
第１２図は本発明のＮａ−８電池の使用法を説明する図
である０本発明電池は、負極容器及び正極容器に貯えた
Ｎａ、Ｓ及びＮａ、Ｓｓの量を増加することにより容易
に電池単体当りの容量を増大可能にしたものである。そ
こで、−例として、１！池単体当りの容量を１日に放電
する定格容量の３倍にし、かつ充電電流を放電電流の１
７２に下げることにより、夜間電力を貯蔵し、昼間のピ
ーク負荷時に放電する新たな電池の使用法を提供するも
のである。充電電流が放電電流に比べて小さいため電池
の残存容量が逐次減少するが、３倍の容量を持った電池
を使用することにより、不足分の充電を電力需要の少な
い週末に行なうことができ、週間充放電サイクルが可能
となる。第１２図の週間充放電サイクルでは日間充放電
サイクルレこ比べてエネルギー効率が５％程度向上する
。
である０本発明電池は、負極容器及び正極容器に貯えた
Ｎａ、Ｓ及びＮａ、Ｓｓの量を増加することにより容易
に電池単体当りの容量を増大可能にしたものである。そ
こで、−例として、１！池単体当りの容量を１日に放電
する定格容量の３倍にし、かつ充電電流を放電電流の１
７２に下げることにより、夜間電力を貯蔵し、昼間のピ
ーク負荷時に放電する新たな電池の使用法を提供するも
のである。充電電流が放電電流に比べて小さいため電池
の残存容量が逐次減少するが、３倍の容量を持った電池
を使用することにより、不足分の充電を電力需要の少な
い週末に行なうことができ、週間充放電サイクルが可能
となる。第１２図の週間充放電サイクルでは日間充放電
サイクルレこ比べてエネルギー効率が５％程度向上する
。
本発明によれば、固体電解質が破損しても、瞬時に反応
するＮａとＳの量が最小限に抑えられ、電池温度を所望
の一定値で運転できるので、安全で信頼性の高い電池を
得られる。
するＮａとＳの量が最小限に抑えられ、電池温度を所望
の一定値で運転できるので、安全で信頼性の高い電池を
得られる。
又、振動に対しても安全であり、自動車用電池としても
好適である。
好適である。
更に、エネルギー効率の点でも優れた電池を提供できる
。
。
第１図は本発明の一実施例になるＮ ａ −Ｓ電池の縦
断面図、第２図は従来型Ｎａ−３電池の縦断面図、第３
図はＮａ２Ｓ、とＳの蒸気圧の温度依存性を示す図、第
４図はＮａ２Ｓ５とＳとの二層分離状態を示す図、第５
図は本発明の一実施例になる電池の充放電特性を示す図
、第６図はＮａの吸い上げ速度と吸い上げ高さとの関係
を示す図、第７図本発明の実施例になる電池の放電電圧
の温度依存性を示す図、第８図はＮａ２Ｓ５の吸い−ヒ
げ速度と吸い上げ高さとの関係を示す図、第９図、第１
０図及び第１１図は本発明の他の実施例になる電池の断
面図、第１２図は本発明の電池の一使用法を示す図であ
る。 １・・・固体電解質、２・・・Ｎａ、３・・・負極リー
ド、４・・・正極反応領域、５・・・管状壁、６・・・
電池容器壁、７・・・Ｓ貯蔵槽、８・・・ヒータ及び／
又は冷却機、９・・・電気絶縁材、１０・・・正極容器
、１１・・・負極容器、１２・・・Ｓ、１３・・・Ｎａ
２Ｓ５．１４・・・正極メツシュ、１５・・・Ｎａ容器
、１７・・・負極メツシュ、１８・・・負極、１９・・
・正極、２０・・・負極シャッター、２１・・・第１図 １２・−・Ｓ （ｘ １０Ｂ ） 高３図 温度（°Ｃ） ０００７Ｔ （１／に） 地Ｓ図 杖（量 （Ａｈ） 栗４図 抵抗（ｎ−） ０ＰＬい１けＰＩ之（ＴｒＬ ） 第９図 電流完Ｋ （ＴｒＬＡ／Ｃｍり 第８図 ０ＰＬいヱは同さ（ｍ） 拓 図 １ど ｚｏ−・史夕１９・アタ− ２１′−・、ｊ：砂１４ツアー
断面図、第２図は従来型Ｎａ−３電池の縦断面図、第３
図はＮａ２Ｓ、とＳの蒸気圧の温度依存性を示す図、第
４図はＮａ２Ｓ５とＳとの二層分離状態を示す図、第５
図は本発明の一実施例になる電池の充放電特性を示す図
、第６図はＮａの吸い上げ速度と吸い上げ高さとの関係
を示す図、第７図本発明の実施例になる電池の放電電圧
の温度依存性を示す図、第８図はＮａ２Ｓ５の吸い−ヒ
げ速度と吸い上げ高さとの関係を示す図、第９図、第１
０図及び第１１図は本発明の他の実施例になる電池の断
面図、第１２図は本発明の電池の一使用法を示す図であ
る。 １・・・固体電解質、２・・・Ｎａ、３・・・負極リー
ド、４・・・正極反応領域、５・・・管状壁、６・・・
電池容器壁、７・・・Ｓ貯蔵槽、８・・・ヒータ及び／
又は冷却機、９・・・電気絶縁材、１０・・・正極容器
、１１・・・負極容器、１２・・・Ｓ、１３・・・Ｎａ
２Ｓ５．１４・・・正極メツシュ、１５・・・Ｎａ容器
、１７・・・負極メツシュ、１８・・・負極、１９・・
・正極、２０・・・負極シャッター、２１・・・第１図 １２・−・Ｓ （ｘ １０Ｂ ） 高３図 温度（°Ｃ） ０００７Ｔ （１／に） 地Ｓ図 杖（量 （Ａｈ） 栗４図 抵抗（ｎ−） ０ＰＬい１けＰＩ之（ＴｒＬ ） 第９図 電流完Ｋ （ＴｒＬＡ／Ｃｍり 第８図 ０ＰＬいヱは同さ（ｍ） 拓 図 １ど ｚｏ−・史夕１９・アタ− ２１′−・、ｊ：砂１４ツアー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分と
する正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在
させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解
質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主た
る構成要素とするＮａ−Ｓ電池において、正極活物質で
あるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下二層に分
離して貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域に対して
液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを貯蔵し、正極
反応領域に対してＳの蒸気を供給するように構成したこ
とを特徴とするＮａ−Ｓ電池。 ２、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分と
する正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在
させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解
質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主た
る構成要素とするＮａ−Ｓ電池において、正極活物質で
あるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下二層に分
離して貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域に対して
液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを貯蔵するよう
構成すると共に、正極反応領域に正極活物質であるＳを
凝縮させないように該正極反応領域の温度を少なくとも
正極容器の温度以上に保持する手段を設けたことを特徴
とするＮａ−Ｓ電池。 ３、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分と
する正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在
させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解
質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主た
る構成要素とするＮａ−Ｓ電池において、正極活物質で
あるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下二層に分
離して貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域に対して
液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを貯蔵するよう
構成し、かつ正極反応領域に対してＳの蒸気を供給する
ように構成すると共に、正極反応領域の多孔質導電材と
してＳに比べ多硫化ナトリウムに優先浸透性を有する材
料を用いたことを特徴とするＮａ−Ｓ電池。 ４、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分と
する正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在
させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解
質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主た
る構成要素とするＮａ−Ｓ電池において、正極活物質で
あるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下二層に分
離して貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域に対して
液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを貯蔵するよう
構成し、かつ負極活物質であるＮａをＮａ容器から毛細
管力を使つて固体電解質表面へ供給し、上記Ｎａ容器内
のＮａが固体電解質表面と直接接触することのない陰極
構造としたことを特徴とするＮａ−Ｓ電池。 ５、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分と
する正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在
させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解
質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主た
る構成要素とするＮａ−Ｓ電池において、正極活物質で
あるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下二層に分
離して貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域に対して
液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを貯蔵するよう
構成し、かつ正極反応領域に対してＳの蒸気を供給する
ように構成すると共に、電池が許容範囲を越えて振動し
た時、負極及び正極活物質を隔離するシャッターを設け
たことを特徴とするＮａ−Ｓ電池。 ６、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分と
する正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在
させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解
質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主た
る構成要素とするＮａ−Ｓ電池を製造するに当り、正極
反応領域の多孔質導電材を電池製作時にＮａ＿２Ｓ＿５
で濡らしておくことを特徴とするＮａ−Ｓ電池の製造方
法。 ７、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分と
する正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介在
させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電解
質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主た
る構成要素とするＮａ−Ｓ電池において、正極活物質で
あるＳと多硫化ナトリウムを正極容器内で上下二層に分
離して貯蔵し、上記貯蔵したＳが正極反応領域に対して
液状で接触しないようなレベルに液状Ｓを貯蔵するよう
構成し、かつ多孔質導電材としてＳよりＮａ＿２Ｓ＿５
が優先浸透性を有し、電池反応に必要なＮａ＿２Ｓ＿５
を正極反応領域へ移行可能な多孔質導電材を用いたこと
を特徴とするＮａ−Ｓ電池。 ８、ＳよりＮａ＿２Ｓ＿５が優先浸透性を有し、電池反
応に必要なＮａ＿２Ｓ＿５を正極反応領域へ移行可能な
Ｎｓ−Ｓ電池用多孔質導電材。 ９、電池単体容量を１日に使用する定格放電量に比べ大
きく、例えば３倍の電池容量とし、充電電流密度を放電
に比べ１／２となるように構成したことを特徴とするＮ
ａ−Ｓ電池。 １０、Ｎａを必須成分とする負極活物質とＳを必須成分
とする正極活物質、前記負極活物質と正極活物質間に介
在させ、Ｎａイオンが透過可能な固体電解質及び前記電
解質の正極反応領域側に設けられた多孔質導電材とを主
たる構成要素とするＮａ−Ｓ電池の運転方法において、
放電時、正極活物質である液状のＳを蒸発させ、かつ陽
極反応領域において前記Ｓが実質的に蒸気相のまま前記
負極活物質と電池反応させることを特徴とするＮａ−Ｓ
電池の運転方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63162552A JPH0215579A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | Ｎａ−Ｓ電池とその運転方法、使用方法及びその製造方法 |
| DE89306561T DE68908974T2 (de) | 1988-07-01 | 1989-06-28 | Natrium-Schwefelzelle, deren Betriebsweise und deren Anwendung in einem Verfahren zum Spitzenlastausgleich. |
| EP89306561A EP0349295B1 (en) | 1988-07-01 | 1989-06-28 | Sodium-sulphur cell, method of operating same and method of load levelling using the same |
| CA000604629A CA1315337C (en) | 1988-07-01 | 1989-06-30 | Sodium-sulphur cell, method of operating same and method of load levelling using the same |
| US07/374,152 US4937155A (en) | 1988-07-01 | 1989-06-30 | Sodium-sulphur cell, method of operating same and method of load levelling using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63162552A JPH0215579A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | Ｎａ−Ｓ電池とその運転方法、使用方法及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0215579A true JPH0215579A (ja) | 1990-01-19 |
Family
ID=15756762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63162552A Pending JPH0215579A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | Ｎａ−Ｓ電池とその運転方法、使用方法及びその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4937155A (ja) |
| EP (1) | EP0349295B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0215579A (ja) |
| CA (1) | CA1315337C (ja) |
| DE (1) | DE68908974T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006327257A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Mazda Motor Corp | 自動車用ルーフ構造 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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