JPH0554908A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池

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JPH0554908A
JPH0554908A JP3213879A JP21387991A JPH0554908A JP H0554908 A JPH0554908 A JP H0554908A JP 3213879 A JP3213879 A JP 3213879A JP 21387991 A JP21387991 A JP 21387991A JP H0554908 A JPH0554908 A JP H0554908A
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sodium
cartridge
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tube
safety
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Yoshihiko Kurashima
吉彦 蔵島
Kenji Morimoto
健司 森本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】固体電解質管が破壊して、ナトリウムと硫黄と
の直接反応により高温の多硫化ナトリウムが生成された
場合に、その多硫化ナトリウムによってカートリッジや
安全管が腐食及び溶融されないように保護する。 【構成】有底円筒状の固体電解質管5の内側と外側に陰
極室R1及び陽極室R2を形成する。陰極室R1内には
カートリッジ6を配設して、そのカートリッジ6には、
その内部からカートリッジ6と固体電解質管5との間の
間隙部にナトリウムNaが出入りする小孔7を形成する
と共に、陽極室R2内には硫黄Sを収容する。カートリ
ッジ6と固体電解質管5との間の間隙部には、耐食性を
有する金属材料よりなる有底円筒状の安全管12を配設
する。安全管12と固体電解質管5との間に、耐熱性及
び耐食性を有する材料よりなる保護管13を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、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−硫黄電池において
は、有底円筒状の固体電解質管の内側と外側に陰極室及
び陽極室が形成され、その陰極室内にはナトリウムを収
容するためのカートリッジが配設され、陽極室内には陽
極活物質としての硫黄が収容されている。そして、30
0〜350℃に加熱された状態で、前記カートリッジの
内部からカートリッジと固体電解質管との間の間隙部に
陰極活物質としての溶融ナトリウムが供給され、陰極室
のナトリウムと陽極室の硫黄とがイオン化されて固体電
解質管を透過して反応して、放電が行われるようになっ
ている。
【0003】この種のナトリウム−硫黄電池において
は、その動作中に固体電解質管が破壊した場合、陰極室
のナトリウムと陽極室の硫黄とが直接反応して、発熱を
伴いながら多硫化ナトリウムを生成する。そして、この
多硫化ナトリウムの腐食性と発熱反応による高温とか
ら、陽極室を形成する金属製の容器が溶けてしまうとい
う危険があった。又、この反応はナトリウムと硫黄とが
存在している限り、継続して発生するものであった。
【0004】このような反応を抑制するために、例えば
特開平2−112168号公報に示すように、カートリ
ッジと固体電解質管との間の間隙部に、耐食性を有する
アルミニウムやステンレス等の金属材料よりなる有底円
筒状の安全管を配設したナトリウム−硫黄電池が提案さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来構
成のナトリウム−硫黄電池においても、固体電解質管の
破壊度合が大きい場合には、ナトリウムと硫黄との多量
の直接反応を抑制できなくなり、安全管に部分的に孔が
開いて、その孔からナトリウムが流出し、ナトリウムと
硫黄とがさらに激しく反応して、電池火災が拡大すると
いう問題があった。
【0006】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、固体電解質管が破壊して、ナトリウム
と硫黄との直接反応により高温の多硫化ナトリウムが生
成された場合に、その反応量を抑制して多硫化ナトリウ
ムによってカートリッジや安全管が腐食及び溶融されな
いように保護することができ、ナトリウムと硫黄との直
接反応が拡大するのを防いで電池火災の拡大を防止する
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。
【0007】
【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、この発明では、有底円筒状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、その陰極室内には
カートリッジを配設して、そのカートリッジにはその内
部からカートリッジと固体電解質管との間の間隙部に、
又間隙部からカートリッジ内部にナトリウムが出入する
透孔を形成すると共に、前記間隙部には、耐食性を有す
る金属材料よりなる有底円筒状の安全管を配設し、さら
に、陽極室内には硫黄を収容してなるナトリウム−硫黄
電池において、前記安全管と固体電解質管との間、又は
安全管とカートリッジとの間には、耐熱性及び耐食性を
有する材料よりなる保護管を配設したものである。
【0008】
【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、安全管と固体電解質管との間、又は安全
管とカートリッジとの間に、耐熱性及び耐食性を有する
材料よりなる保護管が配設されているため、電池の動作
中に固体電解質管が破壊して、ナトリウムと硫黄との直
接反応により高温の多硫化ナトリウムが生成された場合
に、この保護管によりカートリッジや安全管が多硫化ナ
トリウムの作用で腐食及び溶融されないように保護され
る。このため、ナトリウムと硫黄との直接反応が拡大す
るのを防ぐことができて、電池火災の拡大を確実に防止
することができる。
【0009】
【実施例】以下、この発明を具体化したナトリウム−硫
黄電池の第1実施例を、図1及び図2に基づいて詳細に
説明する。
【0010】図1に示すように、陽極容器1は有底円筒
状に形成され、その外周上部には陽極側端子2が設けら
れると共に、上端内周面には支持金具3が固定されてい
る。α−アルミナよりなる絶縁リング4は支持金具3上
に嵌合固定され、その下部内周面にはβ−アルミナ等よ
りなる有底円筒状の固体電解質管5の上部外周面が接合
固定されている。そして、この固体電解質管5の内側に
は陰極室R1が区画形成され、外側には陽極室R2が区
画形成されている。
【0011】カートリッジ6は前記陰極室R1内に配設
され、このカートリッジ6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7はカートリッジ
6の底部に設けられ、放電時にこの小孔7を通してカー
トリッジ6内のナトリウムが、カートリッジ6と固体電
解質管5との間の間隙部に供給される。
【0012】又、前記カートリッジ6の上部空間には、
窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスGが所定の圧力
で封入され、この不活性ガスGによりカートリッジ6内
のナトリウムNaが小孔7から流出する方向へ加圧され
ている。さらに、前記陽極室R2内には陽極活物質とし
ての硫黄Sが収容されている。
【0013】陰極蓋8は前記絶縁リング4上に接合固定
され、中央の円板部9と、その円板部9の外周に設けら
れた円筒部10と、円板部9の上面に突設された陰極側
端子11とを有している。そして、この陰極蓋8の円筒
部10の下端が、カートリッジ6と固体電解質管5との
間の間隙部に供給されたナトリウムに接触して、陰極側
の集電が行われる。
【0014】有底円筒状の安全管12は前記カートリッ
ジ6と固体電解質管5との間の間隙部に、そのカートリ
ッジ6及び固体電解質管5からそれぞれ所定間隔をおい
て配設され、耐食性を有するアルミニウムやステンレス
等の金属材料から形成されている。そして、放電時に前
記カートリッジ6の小孔7から供給されるナトリウムN
aが、この安全管12とカートリッジ6との間の間隙内
で上方に移動された後、安全管12の上端を乗り越え
て、安全管12と固体電解質管5との間の間隙内で下方
に移動され、さらに、固体電解質管5をナトリウムイオ
ンとなって透過して、陽極室R2側へ移動されるように
なっている。
【0015】上端及び下端を開口した円筒状の保護管1
3は前記安全管12と固体電解質管5との間に、その安
全管12及び固体電解質管5から所定の間隔をおいて配
設され、耐熱性及び耐食性を有するカーボン材料から形
成されている。そして、電池の動作中に固体電解質管5
が破壊して、ナトリウムNaと硫黄Sとの直接反応によ
り高温の多硫化ナトリウムが生成された場合、この保護
管13によりカートリッジ6や安全管12が多硫化ナト
リウムの作用で腐食及び溶融されないように保護され
る。
【0016】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6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6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6内のナトリウムが小孔7を通って流出され、安全管
12とカートリッジ6との間の間隙内で上方に移動され
る。その後、ナトリウムNaは安全管12の上端を乗り
越えて、安全管12と固体電解質管5との間の間隙内で
下方に移動され、さらに、固体電解質管5をナトリウム
イオンとなって透過して、陽極室R2側へ移動される。
そして、このナトリウムNaが陽極室R2内の硫黄Sと
反応して、多硫化ナトリウムが生成される。
【0017】この電池の動作中において、固体電解質管
5が破壊した場合には、陰極室R1のナトリウムNaと
陽極室R2の硫黄Sとが直接反応して、高温の多硫化ナ
トリウムが発生する。ところが、この実施例において
は、カートリッジ6と固体電解質管5との間の間隙部に
安全管12が配設されると共に、その安全管12と固体
電解質管5との間に保護管13が配設されているため、
この保護管13によりカートリッジ6や安全管12が高
温の多硫化ナトリウムの作用で腐食及び溶融されないよ
うに保護される。従って、ナトリウムNaと硫黄Sとの
直接反応が拡大するのを防ぐことができて、電池火災の
拡大を確実に防止することができる。
【0018】ちなみに、この第1実施例のように、安全
管12と固体電解質管5との間に保護管13を配設した
電池と、保護管を備えていない従来の電池について、過
充電電流を100Aで一定とした時における電池の火災
までの時間を測定したところ、図5に示すような結果が
得られた。同図において、△印で示す第1実施例の電池
の測定結果と、○印で示す従来の電池の測定結果とを比
較すれば、この第1実施例の電池においては、火災に至
るまでの時間を大幅に延長できることが明らかである。
【0019】
【別の実施例】次に、この発明の別の実施例を図3〜図
7に基づいて説明する。まず、図3及び図4に示す第2
実施例においては、上端及び下端を開口したカーボン材
料よりなる円筒状の保護管13が、安全管12とカート
リッジ6との間に、その安全管12及びカートリッジ6
から所定の間隔をおいて配設されている。従って、この
第2実施例の電池においても、前述した第1実施例の電
池と同様に、電池の動作中に固体電解質管5が破壊し
て、高温の多硫化ナトリウムが発生した場合、保護管1
3によりカートリッジ6や安全管12が多硫化ナトリウ
ムの作用で腐食及び溶融されないように保護することが
できると共に、ナトリウムNaと硫黄Sとの直接反応が
拡大するのを防ぐことができる。
【0020】ちなみに、この第2実施例のように、安全
管12とカートリッジ6との間に保護管13を配設した
電池についても、過充電電流を100Aで一定とした時
における電池の火災までの時間を測定したところ、図5
に示すような結果が得られた。同図において、□印で示
す第2実施例の電池の測定結果と、○印で示す従来の電
池の測定結果とを比較すれば、この第2実施例の電池に
おいても、火災に至るまでの時間を大幅に延長できるこ
とが明らかである。又、□印で示す第2実施例の電池の
測定結果と、△印で示す第1実施例の電池の測定結果と
を比較すると、この第2実施例の電池の方が、火災に至
るまでの時間を若干延長できることが分かった。
【0021】又、図6に示す第3実施例においては、保
護管13がカーボン材料により有底円筒状に形成され、
この保護管13が第1実施例の場合と同様に、安全管1
2と固体電解質管5との間に、その安全管12及び固体
電解質管5から所定の間隔をおいて配設されている。さ
らに、図7に示す第4実施例においては、保護管13が
カーボン材料により有底円筒状に形成され、この保護管
13が第2実施例の場合と同様に、安全管12とカート
リッジ6との間に、その安全管12及びカートリッジ6
から所定の間隔をおいて配設されている。従って、この
第3及び第4実施例においても、前記第1及び第2実施
例と同様の作用効果を期待することができる。
【0022】なお、この発明は前記実施例の構成に限定
されるものではなく、例えば、保護管13をグラファイ
トにより形成して断熱性を向上するようにしたり、前記
安全管12を内壁と外壁とを有する二重壁構造にしたり
する等、この発明の趣旨から逸脱しない範囲で、各部の
構成を任意に変更して具体化することも可能である。
【0023】
【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、固体電解質管が破壊して、ナトリウムと
硫黄との直接反応により高温の多硫化ナトリウムが生成
された場合に、その多硫化ナトリウムによってカートリ
ッジや安全管が腐食及び溶融されないように保護するこ
とができ、しかも、ナトリウムと硫黄との直接反応が拡
大するのを防いで、電池火災の拡大を防止することがで
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】図1のA部を拡大して示す部分断面図である。
【図3】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4】図3のB部を拡大して示す部分断面図である。
【図5】第1実施例のナトリウム−硫黄電池、第2実施
例のナトリウム−硫黄電池、及び従来のナトリウム−硫
黄電池について、一定の過充電電流時における電池の火
災までの時間を測定した結果を示すグラフである。
【図6】この発明のナトリウム−硫黄電池の第3実施例
を示す縦断面図である。
【図7】この発明のナトリウム−硫黄電池の第4実施例
を示す縦断面図である。
【符号の説明】
5 固体電解質管、6 カートリッジ、12 安全管、
13 保護管、R1陰極室、R2 陽極室、Na ナト
リウム、S 硫黄。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有底円筒状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、その陰極室内にはカート
    リッジを配設して、そのカートリッジにはその内部から
    カートリッジと固体電解質管との間の間隙部に、又間隙
    部からカートリッジ内部にナトリウムが出入する透孔を
    形成すると共に、前記間隙部には、耐食性を有する金属
    材料よりなる有底円筒状の安全管を配設し、さらに、陽
    極室内には硫黄を収容してなるナトリウム−硫黄電池に
    おいて、 前記安全管と固体電解質管との間、又は安全管とカート
    リッジとの間には、耐熱性及び耐食性を有する材料より
    なる保護管を配設したことを特徴とするナトリウム−硫
    黄電池。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960002926A (ko) * 1994-06-09 1996-01-26 조규향 나트륨-유황전지 또는 나트륨/염화니켈전지용 심지관 및 이의 제조방법
KR960002923A (ko) * 1994-06-08 1996-01-26 조규향 나트륨-유황전지 또는 나트륨-염화니켈전지용 심지관 및 이의 제조방법
US7718929B2 (en) 2002-05-16 2010-05-18 Nippon Electric Glass Co., Ltd. Cooking top plate
KR101353599B1 (ko) * 2011-12-27 2014-01-27 재단법인 포항산업과학연구원 하이브리드 나트륨 전지

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