JPH05266922A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池

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JPH05266922A
JPH05266922A JP4065335A JP6533592A JPH05266922A JP H05266922 A JPH05266922 A JP H05266922A JP 4065335 A JP4065335 A JP 4065335A JP 6533592 A JP6533592 A JP 6533592A JP H05266922 A JPH05266922 A JP H05266922A
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anode
electrolyte tube
sodium
chamber
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Akihiro Bito
章博 尾藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池の停止時における陽極室の体積変化を許
容して、陽極容器の収縮を吸収できるようにし、その陽
極容器又は固体電解質管と絶縁リングとの接合部が破損
するのを防ぐことができるナトリウム−硫黄電池を提供
する。 【構成】 下面が開口した有蓋円筒状の陽極容器1内
に、絶縁リング2を介して下面が開口した有蓋円筒状の
固体電解質管3を配設する。固体電解質管3の内側に陰
極室R1を形成し、外側に陽極室R2を形成する。絶縁
リング2の下部に陰極蓋4を取り付けて、陰極室R1の
下面を閉塞する。陰極室R1内には陰極活物質としての
ナトリウムNaを収容し、陽極室R2内には陽極活物質
としての硫黄Sを収容する。陽極室R2の上部に変形許
容空間7を設け、この変形許容空間7において陽極容器
と1固体電解質管3との異なった熱変形を許容する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電力貯蔵用の二次電
池等として利用されるナトリウム−硫黄電池に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来のナトリウム−硫黄電池としては、
例えば図3に示すような構成のものが知られている。
【0003】この従来構成においては、上面が開口した
有底円筒状の陽極容器11内に、同じく上面が開口した
有底円筒状の固体電解質管13が絶縁リング12を介し
て配設されている。その固体電解質管13の内側と外側
には陰極室R1及び陽極室R2が区画形成されている。
陰極室R1内にはカートリッジ14が配設され、このカ
ートリッジ14内に収容された陰極活物質としてのナト
リウムNaが底部の小孔15を介して、カートリッジ1
4と固体電解質管13との間の間隙部に供給される。ま
た、陽極室R2内には陽極活物質としての硫黄Sが収容
されている。
【0004】絶縁リング12上には陰極蓋16が接合固
定され、この陰極蓋16により陰極室R1の上面開口部
が閉塞されている。陰極蓋16の下面には円筒部17が
突設され、この円筒部17の下端がカートリッジ14と
固体電解質管13との間の間隙部に供給されるナトリウ
ムNaに接触して、陰極側の集電が確保される。
【0005】そして、電池の放電時には、カートリッジ
14の小孔15からカートリッジ14と固体電解質管1
3との間の間隙部に供給されるナトリウムNaが、固体
電解質管13をナトリウムイオンNa+ となって透過し
て、陽極室R2内の硫黄Sと反応し、多硫化ナトリウム
Na2 Sxが生成される。また、電池の充電時には、放
電時と逆の反応が起こって、多硫化ナトリウムNa2
xが分解され、ナトリウムNa及び硫黄Sが生成され
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来の
ナトリウム−硫黄電池においては、陽極容器11がアル
ミニウム等により有底円筒状に形成されるとともに、固
体電解質管13がアルミナ等により有底円筒状に形成さ
れていて、これら陽極容器11と固体電解質13との間
に熱膨張率の差がある。そのため、電池の加熱作動時に
は、熱膨張率の大きい陽極容器11が熱膨張率の小さい
固体電解質管よりも大きく膨脹して、陽極室R2の体積
が大きくなり、電池の停止時には、陽極容器11が固体
電解質管よりも大きく収縮して、陽極室R2の体積が小
さくなる。
【0007】しかしながら、この従来のナトリウム−硫
黄電池においては、電池の加熱動作時に、陽極室R2の
体積が大きくなった状態で、生成された多硫化ナトリウ
ムが、陽極容器11及び固体電解質管13の自由端側の
底壁間に進入する。そして、電池の停止時の温度低下に
伴い、この多硫化ナトリウムが陽極容器11及び固体電
解質管13の底壁間に残留したまま、溶融状態から固体
化する。そのため、電池の停止時における陽極室R2の
体積変化が阻止され、陽極容器11の収縮が吸収されな
いで、その陽極容器11又は固体電解質管13と絶縁リ
ング12との接合部が損傷を受けたり、破損する場合が
あるという問題があった。
【0008】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものであって、その目的
とするところは、電池の停止時における陽極室の体積変
化を許容して、陽極容器と固体電解質管との熱膨張率の
差に基づく両者の変形量の相違を吸収することができ、
その陽極容器又は固体電解質管13と絶縁リング12と
の接合部が破損するおそれを確実に防止することができ
るナトリウム−硫黄電池を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明のナトリウム−硫黄電池においては、下
面が開口した有蓋円筒状の陽極容器内に、絶縁リングを
介して下面が開口した有蓋円筒状の固体電解質管を配設
し、その固体電解質管の内側と外側に陰極室及び陽極室
を形成し、前記絶縁リングの下部に陰極蓋を取り付けて
陰極室の下面を閉塞し、陰極室内には陰極活物質として
のナトリウムを収容するとともに、陽極室内には陽極活
物質としての硫黄を収容し、陽極室の上部には陽極容器
と固体電解質管との熱膨張率の差に基づく両者の変形量
の相違を許容するための変形許容空間を設けたものであ
る。
【0010】
【作用】上記のように構成されたナトリウム−硫黄電池
においては、陽極容器及び固体電解質管がそれぞれ下面
を開口した有蓋円筒状に形成され、陽極室の上部に陽極
容器と固体電解質管との熱膨張率の差に基づく両者の変
形量の相違を許容するための変形許容空間が設けられて
いる。このため、放電時に生成される多硫化ナトリウム
が、陽極容器及び固体電解質管の自由端側の頂壁間に進
入することはない。
【0011】従って、陽極容器及び固体電解質管の自由
端側の壁間に進入した多硫化ナトリウムが、電池の停止
時の温度低下に伴い溶融状態から固体化して、陽極室の
体積変化が阻止されるおそれは全くない。そして、この
電池の停止時には、陽極室の上部の変形許容空間で陽極
室の体積変化が許容されて、陽極容器と固体電解質管と
の異なった熱収縮が吸収され、その陽極容器又は固体電
解質管と絶縁リングとの接合部が破損するおそれを確実
に防止することができる。
【0012】
【実施例】
(第1実施例)以下、この発明を具体化したナトリウム
−硫黄電池の一実施例を、図1に基づいて詳細に説明す
る。
【0013】図1に示すように、陽極容器1はアルミニ
ウム等により下面が開口した有蓋円筒状に形成され、そ
の下端開口部にはα−アルミナ等よりなる絶縁リング2
が接合固定されている。β−アルミナ等よりなる下面が
開口した有蓋円筒状の固体電解質管3は、下端にて絶縁
リング2の内周面に接合固定した状態で陽極容器1内に
配設され、この固体電解質管3の内側には陰極室R1が
区画形成されるとともに、外側には陽極室R2が区画形
成されている。
【0014】陰極蓋4は前記絶縁リング2の下部に接合
固定され、この陰極蓋4により陰極室R1の下面開口部
が閉塞されている。カートリッジ5は陰極室R1内に配
設され、このカートリッジ5内には陰極活物質としての
ナトリウムNaが収容されている。小孔6はカートリッ
ジ5の底部に設けられ、この小孔6を通してカートリッ
ジ5内のナトリウムNaが、カートリッジ5と固体電解
質管3との間の間隙部に供給される。
【0015】また、前記カートリッジ5内の上部空間に
は、窒素ガスやアルゴンガス等の所定圧力の不活性ガス
Gが充填され、この不活性ガスGによってカートリッジ
5内のナトリウムNaが小孔6から流出する方向へ加圧
されている。さらに、陽極室R2内には陽極活物質とし
ての硫黄Sが、グラファイトマット等よりなる陽極用導
電材に含浸させた状態で収容されている。
【0016】そして、この実施例においては、前記陽極
室R2の上部において、陽極容器1と固体電解質管3と
の間に変形許容空間7が形成され、この変形許容空間7
において、熱膨張率の異なった材料からなる陽極容器1
と固体電解質管3との熱変形が、それらの自由端側の上
端部において各別に許容されるようになっている。
【0017】次に、前記のように構成されたナトリウム
−硫黄電池について作用を説明する。さて、このナトリ
ウム−硫黄電池の完全充電完了状態においては、大半の
ナトリウムNaがカートリッジ5内に貯留されている。
この状態で放電を開始すると、カートリッジ5の上部空
間に封入された不活性ガスGの圧力により、カートリッ
ジ5内のナトリウムNaが小孔6を通って、カートリッ
ジ5と固体電解質管3との間の間隙部に流出される。そ
して、このナトリウムNaが固体電解質管3をナトリウ
ムイオンNa+ となって透過して陽極室R2側へ移動さ
れ、陽極室R2内の硫黄Sと反応して、多硫化ナトリウ
ムNa2 Sxが生成される。また、電池の充電時には、
放電時と逆の反応が起こって、多硫化ナトリウムNa2
Sxが分解され、ナトリウムNa及び硫黄Sが生成され
る。
【0018】また、この実施例においては、陽極容器1
及び固体電解質管3がそれぞれ下面を開口した有蓋円筒
状に形成され、陽極室R2の上部に陽極容器1と固体電
解質管3との熱膨張率の差に基づく両者の変形量の相違
を許容するための変形許容空間7が設けられているた
め、放電時に生成される多硫化ナトリウムが、陽極容器
1及び固体電解質管3の自由端側の頂壁間に進入するこ
とはない。
【0019】従って、陽極容器1及び固体電解質管3の
自由端側の壁間に進入した多硫化ナトリウムが、電池の
停止時の温度低下に伴い溶融状態から固体化して、陽極
室R2の体積変化が阻止されるおそれは全くない。そし
て、この電池の停止時には、陽極室R2の上部の変形許
容空間7で陽極室R2の体積変化が許容されて、陽極容
器1と固体電解質管3との異なった熱収縮、特に上下方
向の熱収縮が吸収される。その結果、その陽極容器1又
は固体電解質管3と絶縁リング2との接合部が破損する
おそれを確実に防止することができる。 (第2実施例)次に、この発明を具体化したナトリウム
−硫黄電池の第2実施例を図2に基づいて説明する。
【0020】さて、この実施例においては、前述した第
1実施例と同様に、陽極容器1及び固体電解質管3がそ
れぞれ下面を開口した有蓋円筒状に形成されるととも
に、陽極室R2の上部に陽極容器1と固体電解質管3と
の熱膨張率の差に基づく両者の変形量の相違を許容する
ための変形許容空間7が設けられている。そして、この
実施例では、固体電解質管3の外径が下端部ほど徐々に
大きくなるように形成され、これによって、陽極容器1
の周壁と固体電解質管3の周壁との間に区画される陽極
室R2の径方向の厚みWが、下部ほど次第に狭くなるよ
うに構成されている。
【0021】従って、この第2実施例においても、前述
した第1実施例の場合と同様に、電池の動作時に生成さ
れる多硫化ナトリウムが、陽極容器1及び固体電解質管
3の自由端側の頂壁間に進入するのを防ぐことができ
る。そのため、電池の停止時に、陽極室R2の上部の変
形許容空間7で陽極室R2の体積変化を許容して、陽極
容器1と固体電解質管3との異なった熱収縮を吸収する
ことができ、その陽極容器1が破損するおそれを確実に
防止することができる。
【0022】また、この第2実施例においては、陽極室
R2の径方向の厚みWが下部ほど狭くなるように形成さ
れているため、電池の放電時に多硫化ナトリウムが自重
により陽極室R2内の下部側に移動しても、その陽極室
R2内の下部に集中することはない。このため、陽極室
R2内における多硫化ナトリウムの濃度が陽極室R2の
上下全長に亘ってほぼ均一となり、陽極室R2の径方向
の厚みWを広くとって、陽極活物質としての硫黄Sを大
量に収容できるように構成しても、陽極室R2内でナト
リウムイオンを良好に拡散させることができる。従っ
て、充電時に多硫化ナトリウムが陽極容器1の周辺に残
って、ナトリウムの利用率が悪くなるおそれを確実に防
止することができる。
【0023】なお、この発明は前記各実施例の構成に限
定されるものではなく、この発明の趣旨から逸脱しない
範囲で、例えば以下のように各部の構成を任意に変更し
て具体化してもよい。 (1)前記各実施例において、陽極容器1の周壁の板厚
を下端部ほど大きくなるように形成して、陽極室R2の
径方向の厚みWを下部ほど狭くなるように構成するこ
と。 (2)同じく各実施例において、陽極容器1の周壁の板
厚を変えることなく、陽極容器1自体を下方ほど収束す
るように構成すること。
【0024】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているため、電池の動作時に生成される多硫化ナトリ
ウムが、陽極容器及び固体電解質管の自由端側の壁間に
進入するのを防ぐことができ、電池の停止時に、陽極室
の上部の変形許容空間で陽極室の体積変化を許容して、
陽極容器と固体電解質管との熱膨張率の差に基づく両者
の変形量の相違を吸収することができ、その陽極容器又
は固体電解質管と絶縁リングとの接合部が破損するおそ
れを確実に防止することができるという優れた効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を具体化したナトリウム−硫黄電池の
第1実施例を示す縦断面図である。
【図2】この発明のナトリウム−硫黄電池の第2実施例
を示す縦断面図である。
【図3】従来のナトリウム−硫黄電池を示す縦断面図で
ある。
【符号の説明】
1…陽極容器、2…絶縁リング、3…固体電解質管、4
…陰極蓋、7…変形許容空間、R1…陰極室、R2…陽
極室、Na…陰極活物質としてのナトリウム、S…陽極
活物質としての硫黄。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下面が開口した有蓋円筒状の陽極容器内
    に、絶縁リングを介して下面が開口した有蓋円筒状の固
    体電解質管を配設し、その固体電解質管の内側と外側に
    陰極室及び陽極室を形成し、前記絶縁リングの下部に陰
    極蓋を取り付けて陰極室の下面を閉塞し、陰極室内には
    陰極活物質としてのナトリウムを収容するとともに、陽
    極室内には陽極活物質としての硫黄を収容し、陽極室の
    上部には陽極容器と固体電解質管との熱膨張率の差に基
    づく両者の変形量の相違を許容するための変形許容空間
    を設けたことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
JP4065335A 1992-03-23 1992-03-23 ナトリウム−硫黄電池 Expired - Lifetime JP2561772B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101464365B1 (ko) * 2013-12-26 2014-11-24 재단법인 포항산업과학연구원 나트륨 유황 전지 및 나트륨 유황 전지의 실링 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50140828A (ja) * 1973-01-03 1975-11-12
JPS6017868A (ja) * 1983-07-08 1985-01-29 Hitachi Ltd ナトリウム−硫黄電池

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JPS50140828A (ja) * 1973-01-03 1975-11-12
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