JPH05205775A - 電気化学蓄電池 - Google Patents

電気化学蓄電池

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JPH05205775A
JPH05205775A JP4231752A JP23175292A JPH05205775A JP H05205775 A JPH05205775 A JP H05205775A JP 4231752 A JP4231752 A JP 4231752A JP 23175292 A JP23175292 A JP 23175292A JP H05205775 A JPH05205775 A JP H05205775A
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JP
Japan
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sodium
storage battery
sulfur
discharge
electrochemical storage
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Pending
Application number
JP4231752A
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English (en)
Inventor
Wilfried Flory
ビルフリート・フロリ
Paul G Kaehler
パウル・ゲルハルト・ケーラー
Stefan Mennicke
シュテファン・メニッケ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/3909Sodium-sulfur cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、従来の欠点を解消した高エネルギ
ーのバッテリを構成することができる電気化学蓄電池を
提供することを目的とする。 【構成】この発明の電気化学蓄電池は、アルカリイオン
を導電する固体電解質により互いに分けられると共に、
金属ハウジングにより少なくとも幾つかの部分に区分け
されたアノード空間とカソード空間とを有し、ナトリウ
ムと硫黄とに基づき、定格容量の関数としての硫黄とナ
トリウムとの比率は、定格放電の終りでの電圧が要求さ
れる値を有し、放電の間に形成されるポリ硫化ナトリウ
ムが要求される化合物を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気化学蓄電池に関
する。
【0002】
【従来技術】このような電気化学蓄電池は、エネルギー
源として非常に適している。これらは、電気自動車にパ
ワーを供給する為に設けられる高エネルギーバッテリを
構成するように、ますます増加して用いられる。
【0003】ナトリウム、硫黄に基づいたそれらにより
得られる、これらの蓄電池の例は、再充電可能であり、
アノード空間(space )とカソード空間とを分離させて
いるβ−酸化アルミニウム(β−aluminium oxide )の
固体電解質を有している。
【0004】ストレスを受けるであろう上記蓄電池の利
点は、蓄電池の充電の間に、電気化学的な余分な反応
(side reaction )がないことである。ナトリウム/硫
黄蓄電池の容量は、固体電解質の大きさに依存する。こ
れらは、要求されるままに大きく作ることができないの
で、要求される容量を得る為に、連続に接続された(se
ries-connected)蓄電池が更に互いに並列に電線(wire
d )で接続されている。蓄電池における温度変化又は、
このセラミック(β−酸化アルミニウム)に非常な負荷
をかけることは、電池の破損を引き起こす。これは、関
連する蓄電池の衰弱(failure )を起こす。個々の蓄電
池は衰弱の後には非常に高い抵抗となるので、蓄電池の
衰弱の後、完全な貯蔵容量のロスを防止する為にクロス
接続をさせる必要がある。衰弱していない蓄電池は、そ
の後全てのバッテリ電流を保持する必要がある。1つの
蓄電池の衰弱が即座に全体の貯蔵容量のロスを起こすこ
ととはならないのは、衰弱していない蓄電池が容量のロ
スを少なくとも一部補償する為のある程度の過放電がで
きる為である。しかし、放電が過剰すぎると、固体電解
質部分のナトリウムが減少して、新たに蓄電池を衰弱さ
せることとなる。この形式の公知の装置においては、2
つのクロス接続の間の蓄電池のグループがこのような問
題をなくす為にモニタされている。これにより、高エネ
ルギーバッテリの過放電が防止される。この方法は、実
際には、蓄電池の基本構成により得られるべきエネルギ
ー密度がバッテリ内で達成できない結果となる。この理
由のみでなく、蓄電池の形状もある。放電の間に形成さ
れるポリ硫化ナトリウム(sodiumpoly-sulphide)が化
合物Na2 2.7 を有するような限界で放電が実行され
るなら達成できるエネルギー密度は最大であるので、上
記蓄電池はこの放電状態で形成される。Na2 4 を越
えた放電のエネルギー密度の増加は、非常に僅かであ
る。加えて、溶解したポリ硫化ナトリウムの単一位相部
分全体の利用は、幾つかの実際の欠点をもたらす。これ
らは、劣化(corrosion )した化合物を増加させ、バッ
テリの電圧を減少させ、バッテリの抵抗を増加させ、そ
して、反応(reaction)のエントロピーを増加させるの
で、結果として、全て全部がパワーのロスの上昇を発生
させる。
【0005】
【発明の概要】この発明の目的は、従来の欠点を解消し
た高エネルギーのバッテリを構成することができる電気
化学蓄電池を提供することにある。この目的は、特許請
求の範囲請求項1の特徴により達成される。
【0006】ナトリウムに対する硫黄の量の比率が、定
格放電の開回路(open-circuit)電圧が1.85〜2.
02Vであるように形成される。この発明の蓄電池の構
成は、放電中に形成されるポリ硫化ナトリウムが定格放
電の後で、Na2 4.5 、Na2 3.5 の間の範囲をカ
バーする混合物を有し、制限された値を含んでいる。ナ
トリウムの対する硫黄の量の比率は、ナトリウムの対す
る硫黄のモル数が3:2よりも大きくなるように調整さ
れる。この発明によれば、ナトリウムの量は、15%よ
りも大きいか又は等しく、30%よりも小さいか又は等
しい過放電余裕を有している。加えて、約5%の2次余
裕は、好ましくない許容ゾーン位置の結果での正確な量
でのナトリウムを有する固体電解質の濡れ(wetting )
を補償するように設けられる。この発明の更なる特徴は
特許請求の範囲の従属項により特徴付けられる。
【0007】
【実施例】図1に示される電気化学蓄電池は、耐食性の
金属で作られたビーカー形状のハウジング2により外側
に接している。
【0008】ハウジング2の内側には固体電解質3が配
置され、電解質3もビーカー形状であり、イオン導体物
質(ion-conducting material )、好ましくはβ−酸化
アルミニウムで作られている。電解質3の内側部分は、
アノード空間4として用いられている。固体電解質3の
長さは、カソード空間としての連続ギャップ5がハウジ
ング2の内側面と固体電解質3の外側面との間に形成さ
れるように設計される。固体電解質3は、その内部にナ
トリウム7で満たされた安全挿入部6を有している。固
体電解質3の閉じられた端部に近接したベース7Bにお
いて、安全挿入部6は開口部8を有し、開口部8を介し
てナトリウムを安全ギャップ9内に流すことができる。
上記安全ギャップ9は、安全挿入部6の外側面と固体電
解質3の内部面との間に位置されている。蓄電池1は、
外側からそれをシールすると共に、同時に互いに2つの
反応物質に分離する閉止部10を有している。図1に示
された蓄電池1は、53.6Ahの定格容量を有するよ
うに形成される。これは46gのナトリウムを必要とす
る。更に、ナトリウムの過放電余裕は、15%よりも大
きいか等しく、30%よりも小さいか等しいように設け
られている。これは、53gのナトリウムを必要とす
る。好ましくない許容ゾーン位置の結果により、Na電
極の不要な量(dead volume )を満たすことが必要なナ
トリウムの新たな量は、約5gである。上記ナトリウム
電極は、128gの硫黄を含む硫黄電極と結合される。
蓄電池の放電から連続的に得られたナトリウム電極のデ
ータは、以下に示される: 充電 化合物 開回路電圧 量 定格放電 Na2 4 1.93V 90.0cm3 過放電 Na2 3.5 1.87V 95.3cm3 最大放電 Na2 3.2 1.83V 98.4cm ポリ硫化ナトリウムは、化合物Na2 4 の絶対最大密
度を有しているので、量の割合が非常に好ましい。
【0009】上述の平均容量を達成する為に、蓄電池の
最大放電の為にカソード空間に100cm3 の量がある
ことが有用である。アノード空間も安全挿入部6を収容
した100cm3 の量が有用である。固体電解質、電池
閉止部、ハウジング、ターミナルラグを収容させること
により、これは全体で約300cm3 の蓄電池となる。
この体積量では110Whの容量となる。定格放電の終
りにおいて、この発明における蓄電池1は、74アンペ
アの電流のとき1.94Vの電圧を得、100Wの出力
を発生させる。このような環境の下では、パワーのロス
は44Wである。Na2 3 で定格放電の為に形成され
た一般の蓄電池は、体積が86cm3 を有する硫黄電極
を必要とする。この体積の他の構成部が同一であるな
ら、これは、この蓄電池は285cm3 の全体積とな
る。しかしながら、平均電圧がより低い為に、この電池
では107Whの容量となる。一般的な蓄電池が放電の
終りで出力100Wを発生させようとすると、内部抵抗
が8mOhmである為にパワーロスが80Wにもなる。
これに伴う電流は100Aである。この発明の蓄電池1
は、図2に示されるように、放電の終りで電圧1.94
V、電流74Aを発生させ、100Wのパワーを有して
いる。このパワーロスは44Wである。図3は、放電の
深さ(depth )の関数としての蓄電池1のエネルギー密
度を示している。放電の終りで出力100Wを得る為に
端子電圧が1Vである一般的な蓄電池とこの発明の蓄電
池とを比較すると、類似の状態の下では、1.3Vの端
子電圧が得られ、この容量の一般的な蓄電池は、最も負
荷が大きい使用での電圧範囲において、無制限に用いる
ことはできない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係る電気化学蓄電池を示した断面
図;
【図2】 充電状態の関数としてのこの発明にかかる電
気化学蓄電池により発生された熱の状態のグラフを示し
た図;
【図3】 放電の深さの関数としてのエネルギー密度の
グラフを示した図。
【符号の説明】
1…蓄電池、2…ハウジング2、3…固体電解質、4…
アノード空間、5…連続ギャップ、6…安全挿入部、7
…ナトリウム、7B…ベース、8…開口部、9…安全ギ
ャップ、10…閉止部。
フロントページの続き (72)発明者 ビルフリート・フロリ ドイツ連邦共和国、デー − 6835 ブリ ュール、エーエマールス・フリーダーベー ク11 (72)発明者 パウル・ゲルハルト・ケーラー ドイツ連邦共和国、デー − 6900 ハイ デルベルク、ファレンティン − ビンタ ー− シュトラーセ 1 (72)発明者 シュテファン・メニッケ ドイツ連邦共和国、デー − 6906 ライ メン − ガウアンゲロッホ、テュルキス ベーク 27

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリイオンを導電(alkali-ion-con
    ducting )する固体電解質により互いに分けられると共
    に、金属ハウジングにより少なくとも幾つかの部分に区
    分けされたアノード空間とカソード空間とを有し、ナト
    リウムと硫黄とに基づく電気化学蓄電池において、 定格容量の関数としての硫黄とナトリウムとの比率は、
    定格放電の終りでの電圧が要求される値を有し、放電の
    間に形成されるポリ硫化ナトリウムが要求される化合物
    を有することを特徴とする電気化学蓄電池。
  2. 【請求項2】 硫黄とナトリウムとの比率による量は、
    ナトリウムに対する硫黄のモル数で3:2よりも大きい
    ように調整されることを特徴とする請求項1に記載の電
    気化学蓄電池。
  3. 【請求項3】 硫黄とナトリウムとの比率による量は、
    定格放電の終りでの電圧が1.85Vから2.02Vで
    あるように調整されることを特徴とする請求項1又は2
    のいずれか1項に記載の電気化学蓄電池。
  4. 【請求項4】 硫黄とナトリウムとの比率による量は、
    放電の間に形成されるポリ硫化ナトリウムがNa2
    4.5 、及びNa2 3.5 の間の範囲をカバーすると共
    に、その限界値を含む化合物を有することを特徴とする
    請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電気化学蓄電
    池。
  5. 【請求項5】 ナトリウム量は過放電の余裕(reserve
    )を有し、この過放電余裕は、回路の短絡によっても
    Na2 x の形成が防止され、xが3.0よりも小さい
    か等しい値であるように形成されることを特徴とする請
    求項1乃至4のいずれか1項に記載の電気化学蓄電池。
  6. 【請求項6】 ナトリウム量は2次の余裕を有し、この
    2次余裕は過放電の場合にナトリウムを有する湿った固
    体電解質がいつも補償されているように形成されること
    を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電
    気化学蓄電池。
  7. 【請求項7】 ナトリウムの量は、15%よりも大きい
    か等しく、30%よりも小さいか等しい過放電余裕と、
    2.5〜10%の2次余裕とを有していることを特徴と
    する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電気化学蓄
    電池。
JP4231752A 1991-08-29 1992-08-31 電気化学蓄電池 Pending JPH05205775A (ja)

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DE4128719:3 1991-08-29
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103123988A (zh) * 2012-12-12 2013-05-29 上海电气钠硫储能技术有限公司 一种钠硫电池

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