JPH05251109A - 電気化学貯蔵セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明の目的は、硫黄電極が隣接する構成要
素への最適な接続が保証される電気化学貯蔵セルを提供
することにある。 【構成】この発明は、ナトリウム及び硫黄に基づく電気
化学貯蔵セルに関し、硫黄電極６は、硫黄が染み込まれ
て半円筒９に圧縮された２つのフェルトマット７によっ
て形成されている。貯蔵セル１の再充電性を改良し、貯
蔵セルの有効寿命を延長し、腐食の影響を減少するため
に、各フェルトマットの有効な表面（7A及び7B）の幅
が、それぞれのフェルトマットの内側及び外側に近接す
る構成要素２、３、18の半円周に一致するように減少さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気化学貯蔵セルに
関し、特に、高出力電池として使用される電気化学貯蔵
セルに関する。

【０００２】

【従来の技術】貯蔵セルの一例をあげれば、貯蔵セル
は、ナトリウム及び硫黄に基づいて構成され、再充電可
能であり、そして、アノ−ド空間とカソ−ド空間とを区
別するβ−酸化アルミニウムからできている固体電解質
を有している。上記貯蔵セルの強調されるべき利益は、
充電時に電気化学的な２次反応が起こらないことであ
る。上記貯蔵セルのカソ−ド空間には、特に、硫黄がし
み込まれたフェルトによって形成された硫黄電極が受け
入れられている。上記フェルトは、グラファイト、炭
素、或いはピッチ繊維によって作ることができる。従
来、２つの部分において硫黄電極を形成することは普通
とされていた。硫黄電極の形成に使われるフェルトは、
硫黄がしみ込まれ、そして、それぞれ半円筒形に形成さ
れた分割された２つの部分から構成されている。貯蔵セ
ルを硫黄の融解点、即ち 119℃より高い温度に加熱する
ことにより、製造時に圧縮されたフェルトが膨脹され
る。低いセル抵抗は、フェルトとフェルトの両側に隣接
した貯蔵セル構成要素との間の低い接触抵抗によって作
られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来使
用されていた硫黄電極は、硫黄の溶解及びフェルトの膨
脹の間、フェルトが隣接した構成要素へ不完全に接触さ
れ、或いは、埋められないギャップが２つのフェルト部
分の間に残されるという不利益を有する。これらの不一
致は、不均一な電流配分、電気的に不均一な貯蔵セルの
充放電及び局部腐食、及び不完全な接点における硫黄の
不足或いはポリ硫化物の不足を引き起こす。

【０００４】この発明は以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、硫黄電極が隣接する構成要素への最適
な接続が保証される電気化学貯蔵セルを提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、上記
目的は、特許請求の範囲題１項に記載された特徴によっ
て達成される。

【０００６】

【実施例】以下図面を参照してこの発明の電気化学貯蔵
セルについて詳述する。

【０００７】図１に示すように、電気化学貯蔵セル１
は、ビ−カ−形構造のハウジング２によって外壁を形成
されている。ハウジング２の内部には、ビ−カ−の形を
した固体電解質３が配置されている。固体電解質３の内
部は、アノ−ド空間４として提供される。ハウジング２
及び固体電解質３の間には、カソ−ド空間として提供さ
れる環状空間５が備えられている。この環状空間５は、
硫黄電極６を受け入れるために備えられている。硫黄電
極６は、カソ−ド空間５の高さに合った長さを有する２
つのフェルトマット７によって形成されている。フェル
トマット７を形成する繊維或いは微粒子は、グラファイ
ト、ポリアクリロニトリル、セルロ−ス或いはピッチに
よって形成されてもよい。同じ特性を有する他の材料を
フェルトマット７の形成に用いてもよい。硫黄電極６の
形成には、略同じサイズの２つのフェルトマット７が用
いられる。このようなフェルトマット７は、硫黄が染み
込まれ、そして、半円筒形に圧縮される。フェルトマッ
ト７がカソ−ド空間５に挿入され、貯蔵セル１が作動状
態に置かれた後、フェルトマット７は、 119℃以上の温
度で膨脹させることができる。半円筒形フェルトマット
７の製造（図示せず）の際に、フェルトマット７の厚さ
は、フェルトマット７の２つの表面と、このマットに隣
接される構成要素、即ち、ハウジング２の内壁2I及び固
体電解質３の外壁3Aとが密着するように選定される。図
１から分るように、ハウジング２の内径は、固体電解質
３の外径より大きい。フェルトマット７が膨脹された後
に、表面7B全体を固体電解質３と密着させるために、各
フェルトマット７は、圧縮される前に予備加工される。

【０００８】図２は、長さＬ及び幅Ｂを有するフェルト
マット７を示している。予備加工されたフェルトマット
７の幅Ｂは、図１に示す貯蔵セル１におけるハウジング
２の内周の半分の長さと一致するように決められる。そ
れにより、貯蔵セル１が作動された後に、フェルトマッ
ト７がハウジング２の内周面の半分を覆うとともに、内
周面に直接接触される。貯蔵セル１が作動され、折り目
の構造が抑えられた後、フェルトマット７の第２の表面
7Bが固体電解質３の外側表面に完全に接触するように、
マット７の表面7Bにマット７の全長Ｌに亘って延びたＶ
型の切り込みが設けられている。ここに示したマット７
の実施例によれば、Ｖ型の切り込み８は、互いに一定の
間隔を持ってマットの全幅Ｂに亘って設けられている。
切り込み８の深さは、マット７の厚さ全体の約60％であ
る。Ｖ型の切り込み部分のフェルト材料は、取り除かれ
る。

【０００９】そして、フェルトマット７は、硫黄がしみ
込まれて図３に示すような半円筒９に圧縮される。この
ような圧縮は、マット７の表面7Aが半円筒９の外側表面
9Aを形成し、表面7Bが半円筒９の内側表面9Bを形成する
ように行われる。表面7Bのサイズは、くさび形の切り込
み８部分の材料を除去することによって減少される。く
さび形の切り込み８の数は、貯蔵セル１が作動された
後、半円筒９の有効な表面9Bが、図１に示す固体電解質
３の外側表面3Aの半分を塞ぎ、固体電解質３の全ての表
面に直接接触するように決定される。くさび形の切り込
み８の数は、１本から10本の間で設定され、２本から６
本の間で選定されることが望ましい。Ｖ形の切り込み８
の幅は、フェルトの幅に対するＶ形の切り込み８の本数
の比率によって決定される。

【００１０】図４に示すフェルトマット７は、効果的な
表面7Bを減少させるために、マット７の縦端部7Kが表面
7Aから表面7Bに向かって面取りされている。更に、くさ
び形の切り込み８は、フェルト材料が取り除かれること
により形成される。このフェルトマット７を圧縮した半
円筒もまた、異なるサイズの２つの表面7A及び7Bを備え
ており、表面7Aがハウジング２の内側表面2Iに完全に接
触され、表面7Bが固体電解質３の外側表面3Aに完全に接
触されている。

【００１１】図５は、フェルトマット７の第３の変形例
を示している。この変形例によると、フェルトマット７
は、表面7Aから表面7Bに向かうマット７の縦端部7Kのみ
面取りされる。縦端部7Kの面取りだけでは不十分である
場合には、端部7Kの近くに１つか２つのＶ形の切り込み
８を形成することも可能である。尚、この場合の切り込
み８は、フェルトマット７の全長に亘って延びている。
また、追加の切り込み８（図示せず）は、マット７の縦
軸に沿って設けられても良い。

【００１２】図６は、ビ−カ−形ハウジング２によって
外壁が形成された逆転型貯蔵セル１を示している。ビ−
カ−形構造のナトリウムイオン伝導型固体電解質３は、
貯蔵セル１の内部に位置している。環状空間４は、ハウ
ジング２と固体電解質３との間に供給され、アノ−ド空
間として提供されている。固体電解質の内部領域は、硫
黄電極６が挿入されたカソ−ド空間５を形成している。
後者は、固体電解質３内部中心に配置され、固体電解質
３の終端部まで延ばされた集電環18の周りに配置されて
いる。さらに、集電環18は、貯蔵セル１の内部から外へ
突出している。硫黄電極６と、固体電解質３及び集電環
18と、の間の親密な接触をこの逆転型貯蔵セル１に供給
するために、硫黄電極６を形成するフェルトマット７
は、図２、４及び５に示すフェルトマットと同様に加工
され、同様に備えられる。フェルトマット７は、その元
来の幅が固体電解質３の内側表面3Iの半円周に一致する
ように選択される。

【００１３】上記のように、くさび形の切り込みを形成
することにより、集電環18に近接する第２の有効表面7B
のサイズを減少させることができ、貯蔵セルが作動され
る場合に、硫黄電極６の両面が全ての位置で、固体電解
質３及び集電環18に均一に密着されるようなる。

【００１４】

【発明の効果】貯蔵セルは、一定の穴及び一様に低い接
触抵抗を有する硫黄電極を備えている。このことによ
り、貯蔵セルの再充電性が改良される。同時に、その有
効寿命が延長され、腐食への影響が減少される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の第１の実施例における貯蔵
セルを示す縦断面図。

【図２】図２は、図１の貯蔵セルの硫黄電極に使われる
フェルトマットを示す概略図。

【図３】図３は、図２のフェルトマットを半円筒形に圧
縮した状態を示す概略図。

【図４】図４は、硫黄電極に使われるフェルトマットの
第２の変形例を示す概略図。

【図５】図５は、硫黄電極に使われるフェルトマットの
第３の変形例を示す概略図。

【図６】図６は、この発明の第２の実施例における貯蔵
セルを示す縦断面図。

【符号の説明】

１…貯蔵セル、２…ハウジング、３…固体電解質、４…
アノ−ド空間、５…カソ−ド空間、６…硫黄電極、７…
フェルトマット、18…集電環

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルカリイオン伝導型固体電解質３によっ
   て互いに分割され、及び金属ハウジング２の少なくとも
   幾らかの部分に接触されたアノ−ド空間４及びカソ−ド
   空間５と、 硫黄が染み込まれて半円筒９に圧縮された２つのフェル
   トマット７によって形成され、上記カソ−ド空間に配置
   される硫黄電極６と、を有し、 上記硫黄電極６の２つの有効な表面が隣接する構成要素
   ２、３、18に完全に接触されていることを特徴とする、
   ナトリウム及び硫黄に基づく電気化学貯蔵セル。
2. 【請求項２】各フェルトマット７の長さは、それぞれの
   カソ−ド空間５の高さに合わされ、各フェルトマット７
   の元来の幅Ｂは、フェルトマットの２つの表面のそれぞ
   れが直接接触される構成要素２、３の半円周に合わされ
   ていることを特徴とする請求項１に記載された電気化学
   貯蔵セル。
3. 【請求項３】第２の幅、即ち各フェルトマット７のそれ
   ぞれ内側に向かう表面7Bの幅は、内側で隣接した構成要
   素３、18の半円周に一致するように、フェルトマット７
   の外側に向かう第１の表面7Aに対して減少されることを
   特徴とする請求項１或いは２のいづれかに記載された電
   気化学貯蔵セル。
4. 【請求項４】各フェルトマット７のそれぞれ第２の表面
   7Bの有効な幅は、Ｖ型の切り込み及び切り取られた材料
   の除去によって、内側で接した構成要素３、18の半円周
   に一致するように減少されることを特徴とする請求項１
   乃至３のいづれかに記載された電気化学貯蔵セル。
5. 【請求項５】各フェルトマット７の全長Ｌに亘って延び
   たＶ型の切り込み８、及び、Ｖ型の切り込み８の幅がフ
   ェルトの元来の幅に対するＶ型の切り込み８の数の比率
   によって決定されることによって特徴づけられている請
   求項１乃至４のいづれかに記載された電気化学貯蔵セ
   ル。
6. 【請求項６】各フェルトマット７の第２の表面7Bは、１
   本から10本のＶ型の切り込み８を備えて供給されること
   を特徴とする請求項１乃至５のいづれかに記載された電
   気化学貯蔵セル。
7. 【請求項７】Ｖ型の切り込み８は、各フェルトマット７
   の全幅に亘って決定された間隔で分配されることを特徴
   とする請求項１乃至６のいづれかに記載された電気化学
   貯蔵セル。
8. 【請求項８】Ｖ型の切り込み８は、各フェルトマット７
   の縦軸の両側、及び各フェルトマット７の縦端部7Kの両
   側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の
   いづれかに記載された電気化学貯蔵セル。
9. 【請求項９】Ｖ型の切り込み８は、各フェルトマット７
   の縦端部7Kの両側に配置されていることを特徴とする請
   求項１乃至６のいづれかに記載された電気化学貯蔵セ
   ル。
10. 【請求項１０】各フェルトマット７の第２の表面7Bの有
    効な幅は、第１の表面7Aから第２の表面7Bに向かう縦端
    部7Kの面取りによって、内側に近接した構成要素３、18
    の半円周に一致するように減少されることを特徴とする
    請求項１乃至６のいづれかに記載された電気化学貯蔵セ
    ル。
11. 【請求項１１】各フェルトマット７は、ポリアクリロニ
    トリル、セルロ−ス、ピッチ、或いはグラファイトによ
    って構成された繊維或いは微粒子によって形成されてい
    ることを特徴とする請求項１乃至10のいづれかに記載さ
    れた電気化学貯蔵セル。
12. 【請求項１２】各フェルトマット７の第２の表面7Bの幅
    は、逆転型貯蔵セルにおいても減少されていることを特
    徴とする請求項１に記載された電気化学貯蔵セル。