JPH0562435B2 - - Google Patents
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- JPH0562435B2 JPH0562435B2 JP59131078A JP13107884A JPH0562435B2 JP H0562435 B2 JPH0562435 B2 JP H0562435B2 JP 59131078 A JP59131078 A JP 59131078A JP 13107884 A JP13107884 A JP 13107884A JP H0562435 B2 JPH0562435 B2 JP H0562435B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
- H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
- H01M10/3909—Sodium-sulfur cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ナトリウム−硫黄電池に係り、特に
充放電効率を向上させるに好適な陽極構造に関す
る。
充放電効率を向上させるに好適な陽極構造に関す
る。
ナトリウム−硫黄電池(以下、Na−S電池と
称する)はナトリウムイオンのみを通過させる固
体電解質を介して、一方に陰極活物質である溶融
ナトリウム、他方に陽極活物質である溶融硫黄を
配し、300〜350℃程度の温度で充放電を行なう高
温作動形の二次電池である。充放電にともなう電
池反応は次式のようになつている。
称する)はナトリウムイオンのみを通過させる固
体電解質を介して、一方に陰極活物質である溶融
ナトリウム、他方に陽極活物質である溶融硫黄を
配し、300〜350℃程度の温度で充放電を行なう高
温作動形の二次電池である。充放電にともなう電
池反応は次式のようになつている。
2Na+XS放電
充電Na2Sx
すなわち、放電時には、ナトリウム電子を遊離
してナトリウムイオンとなり、固体電解質隔壁を
透過して硫黄と反応し、多硫化ナトリウムNa2
Sxなる放電生成物を生成する。また、充電時に
は、電池電圧以上の送電圧を印加することによ
り、前記放電時とは逆の過程になる。
してナトリウムイオンとなり、固体電解質隔壁を
透過して硫黄と反応し、多硫化ナトリウムNa2
Sxなる放電生成物を生成する。また、充電時に
は、電池電圧以上の送電圧を印加することによ
り、前記放電時とは逆の過程になる。
このNa/S電池の具体的な構造として、従来、
第1図に示すものが知られている。すなわち、β
−アルミナ等からなる袋筒状の固体電解質1は、
円筒状に形成された金属製の陽極容器(外部電
極)2内に、一定の間隙を保持させて同時に挿入
配置されている。固体電解質1の上部開口は陰極
容器(外部電極)3に連結されており、陽極容器
2と陰極容器3はα−アルミナ等からなる絶縁材
4により絶縁されている。固体電解質1と陰極容
器3により密封された空間部には、陰極活物質と
してのナトリウムと、多孔質の金属繊維が充填さ
れており、これらによつて陰極5が形成されてい
る。一方、固体電解質1と陽極容器2により密封
形成される空間部には、陽極活物質としての硫黄
が含浸された多孔質のカーボンが充填されてお
り、これらによつて陽極6が形成されている。ま
た、陰極容器3の頂部にはナトリウム注入管7が
連通されている。なお、前記陰極5に充填された
金属繊維は、固体電解質1が破損したときに発生
するナトリウムと硫黄の急激な発熱反応を防止す
るためのナトリウム保持材としての機能を有して
いる。前記陽極6内に充填されたカーボンは、硫
黄に電子導電性を付与させるものである。
第1図に示すものが知られている。すなわち、β
−アルミナ等からなる袋筒状の固体電解質1は、
円筒状に形成された金属製の陽極容器(外部電
極)2内に、一定の間隙を保持させて同時に挿入
配置されている。固体電解質1の上部開口は陰極
容器(外部電極)3に連結されており、陽極容器
2と陰極容器3はα−アルミナ等からなる絶縁材
4により絶縁されている。固体電解質1と陰極容
器3により密封された空間部には、陰極活物質と
してのナトリウムと、多孔質の金属繊維が充填さ
れており、これらによつて陰極5が形成されてい
る。一方、固体電解質1と陽極容器2により密封
形成される空間部には、陽極活物質としての硫黄
が含浸された多孔質のカーボンが充填されてお
り、これらによつて陽極6が形成されている。ま
た、陰極容器3の頂部にはナトリウム注入管7が
連通されている。なお、前記陰極5に充填された
金属繊維は、固体電解質1が破損したときに発生
するナトリウムと硫黄の急激な発熱反応を防止す
るためのナトリウム保持材としての機能を有して
いる。前記陽極6内に充填されたカーボンは、硫
黄に電子導電性を付与させるものである。
このように構成された理論容量50AhのNa/S
電池の充放電特性例を第2図に示す。放電特性は
図示曲線のように、放電容量50Ahの手前にお
いて急激な電圧低下が起きている。また、充電特
性にあつては、図示曲線のように、30Ah程度
より急激な電圧上昇が起きている。
電池の充放電特性例を第2図に示す。放電特性は
図示曲線のように、放電容量50Ahの手前にお
いて急激な電圧低下が起きている。また、充電特
性にあつては、図示曲線のように、30Ah程度
より急激な電圧上昇が起きている。
この原因は、放電時においては、陽極6内に生
成された反応生成物Na2Sxのうち々分子量の大
きなNa2S5やNa2S4が重力により下方に集まつて
しまい、理論上反応に必要な活物質の量に対し、
実際に寄与する活物質の量が不足するためであ
る。一方、充電時においては、陽極6に存在する
反応生成物の組成が、多硫化ナトリウムの単一相
から、多硫化ナトリウムと硫黄との2相に変化す
る過程付近において、固体電解質1の陽極側表面
に、電子伝導性のない硫黄の層が形成され、これ
により電池の内部抵抗が増大されるためである。
成された反応生成物Na2Sxのうち々分子量の大
きなNa2S5やNa2S4が重力により下方に集まつて
しまい、理論上反応に必要な活物質の量に対し、
実際に寄与する活物質の量が不足するためであ
る。一方、充電時においては、陽極6に存在する
反応生成物の組成が、多硫化ナトリウムの単一相
から、多硫化ナトリウムと硫黄との2相に変化す
る過程付近において、固体電解質1の陽極側表面
に、電子伝導性のない硫黄の層が形成され、これ
により電池の内部抵抗が増大されるためである。
本発明の目的は、陽極内に生成される反応生成
物を流動させて反応域への活物質の供給を増大さ
せることができ、且つ固体電解質表面に硫黄層が
形成されるのを防止させ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。
物を流動させて反応域への活物質の供給を増大さ
せることができ、且つ固体電解質表面に硫黄層が
形成されるのを防止させ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。
本発明は、導電性および耐熱性を有する繊維の
充填層に陽極活物質としての溶融硫黄を含浸させ
て陽極を形成し、その繊維層の繊維の格子間距離
を、固体電解質近傍においては粗く形成し、陽極
容器側に近づくにしたがつて密に形成することに
より、固体電解質の表面近傍において下降され、
陽極容器の表面近傍において上昇されるという反
応生成物の循環流を形成して、反応域への活物質
の供給を円滑に行なわせると同時に、固体電解質
表面に硫黄層が形成されるのを防止させようとす
るものである。
充填層に陽極活物質としての溶融硫黄を含浸させ
て陽極を形成し、その繊維層の繊維の格子間距離
を、固体電解質近傍においては粗く形成し、陽極
容器側に近づくにしたがつて密に形成することに
より、固体電解質の表面近傍において下降され、
陽極容器の表面近傍において上昇されるという反
応生成物の循環流を形成して、反応域への活物質
の供給を円滑に行なわせると同時に、固体電解質
表面に硫黄層が形成されるのを防止させようとす
るものである。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第3図に本発明の適用された一実施例の断面構
成図を示す。図において第1図図示従来例と同一
機能・構成のものには、同一符号を付して説明を
省略する。
成図を示す。図において第1図図示従来例と同一
機能・構成のものには、同一符号を付して説明を
省略する。
図示したように、固体電解質1と陽極容器2間
に形成された陽極11は、導電性および耐熱性を
有する黒鉛繊維に硫黄を含浸してなる第1〜第3
の繊維層12,13,14を有する多層構造とさ
れている。それらの繊維層の繊維格子間距離は、
固体電解質1に接して配置された第1の繊維層1
2が最も粗く、陽極容器2に接して配置された第
3の繊維層14が最も密に、中間層の第2の繊維
層13はそれらの中間の粗さに形成されている。
このような構造の陽極11を形成するには、例え
ば、弾性の異なる3種類の黒鉛繊維を用いて、高
い弾性のものを第1の繊維層12に、低い弾性の
ものを第3の繊維層14に、中間の弾性のものを
第2の繊維層13にそれぞれ対応させて一体の治
具に収納し、不活性ガス中にて150℃に加熱しな
がら硫黄を含浸させることにより得られる。
に形成された陽極11は、導電性および耐熱性を
有する黒鉛繊維に硫黄を含浸してなる第1〜第3
の繊維層12,13,14を有する多層構造とさ
れている。それらの繊維層の繊維格子間距離は、
固体電解質1に接して配置された第1の繊維層1
2が最も粗く、陽極容器2に接して配置された第
3の繊維層14が最も密に、中間層の第2の繊維
層13はそれらの中間の粗さに形成されている。
このような構造の陽極11を形成するには、例え
ば、弾性の異なる3種類の黒鉛繊維を用いて、高
い弾性のものを第1の繊維層12に、低い弾性の
ものを第3の繊維層14に、中間の弾性のものを
第2の繊維層13にそれぞれ対応させて一体の治
具に収納し、不活性ガス中にて150℃に加熱しな
がら硫黄を含浸させることにより得られる。
このように構成された実施例の作用について、
放電過程と充電過程に分け、さらにそれらの過程
において、陽極11内に硫黄と多硫化ナトリウム
の2成分が存在する過程Aと、多硫化ナトリウム
のみしか存在しない過程Bとに分けて説明する。
放電過程と充電過程に分け、さらにそれらの過程
において、陽極11内に硫黄と多硫化ナトリウム
の2成分が存在する過程Aと、多硫化ナトリウム
のみしか存在しない過程Bとに分けて説明する。
まず、放電過程Aにおいて、陰極5内の溶融ナ
トリウムは電子が遊離されてナトリウムイオンと
なり、固体電解質1の隔壁を透過して陽極11内
に移送される。そして、溶融硫黄と反応して多硫
化ナトリウムとなり、格子間距離が粗く表面張力
の小さい第1の繊維層12内を電池底部に向つて
下降される。他方、第2および第3繊維層13,
14内の未反応硫黄は第1の繊維層12に導か
れ、上記反応に寄与される。また、電池底部に下
降された多硫化ナトリウムは、格子間距離が密で
表面張力の大きい第3の繊維層14によつて上方
に吸い上げられる。このようにして、陽極11内
には活物質の循環流が形成され、上記反応に要す
る硫黄が円滑に反応域である固体電解質1の陽極
面に供給される。そして、全ての単体硫黄が反応
して、陽極11内が多硫化ナトリウムのみになる
と、次に説明する放電過程Bの状態になる。
トリウムは電子が遊離されてナトリウムイオンと
なり、固体電解質1の隔壁を透過して陽極11内
に移送される。そして、溶融硫黄と反応して多硫
化ナトリウムとなり、格子間距離が粗く表面張力
の小さい第1の繊維層12内を電池底部に向つて
下降される。他方、第2および第3繊維層13,
14内の未反応硫黄は第1の繊維層12に導か
れ、上記反応に寄与される。また、電池底部に下
降された多硫化ナトリウムは、格子間距離が密で
表面張力の大きい第3の繊維層14によつて上方
に吸い上げられる。このようにして、陽極11内
には活物質の循環流が形成され、上記反応に要す
る硫黄が円滑に反応域である固体電解質1の陽極
面に供給される。そして、全ての単体硫黄が反応
して、陽極11内が多硫化ナトリウムのみになる
と、次に説明する放電過程Bの状態になる。
放電過程Bにおける前記反応域では、放電が進
むにつれて、次式に示す反応に移行する。
むにつれて、次式に示す反応に移行する。
Na2S5→Na2S4→Na2S3
このときの反応生成物は前述と同様に陽極11
内の循環流にしたがつて移行される。そして、次
第に供給されるナトリウムイオンに対して反応に
寄与できる硫黄の割合が減少し、理論的には陽極
11内活物質の組成が全てNa2S3となつて放電完
了する。上述の過程において、反応に要する活物
質は前記循環流により反応域に円滑に供給される
ため、活物質不足に起因する電圧低下等が改善さ
れ、すなわち放電効率が向上され、放電容量が増
大される。
内の循環流にしたがつて移行される。そして、次
第に供給されるナトリウムイオンに対して反応に
寄与できる硫黄の割合が減少し、理論的には陽極
11内活物質の組成が全てNa2S3となつて放電完
了する。上述の過程において、反応に要する活物
質は前記循環流により反応域に円滑に供給される
ため、活物質不足に起因する電圧低下等が改善さ
れ、すなわち放電効率が向上され、放電容量が増
大される。
次に、充電過程Aについて説明すると、当初の
陽極11内の活物質組成は放電によつてNa2S3と
なつているが、充電が進むにつれて、 Na2S3→Na2S5 に移行されていく。この過程においては、電子導
電性を有さない単体硫黄の生成が起らないので、
内部抵抗増大による充電障害は発生しない。
陽極11内の活物質組成は放電によつてNa2S3と
なつているが、充電が進むにつれて、 Na2S3→Na2S5 に移行されていく。この過程においては、電子導
電性を有さない単体硫黄の生成が起らないので、
内部抵抗増大による充電障害は発生しない。
さらに充電が進むと、過程Bの状態、すなわち
反応域で単体硫黄が生成されるようになる。これ
が固体電解質1の表面に付着して硫黄層が形成さ
れると、内部抵抗が増大して充電の障害になるの
であるが、生成された硫黄は滞留することなく表
面張力の小さな第1の繊維層12内を通つて、速
やかに電池底部へ移送されるため、そのような障
害は発生しないことになる。一方、第2および第
3繊維層13,14内の多硫化ナトリウムは、第
1の繊維層12に移送され、充電反応が維持され
る。
反応域で単体硫黄が生成されるようになる。これ
が固体電解質1の表面に付着して硫黄層が形成さ
れると、内部抵抗が増大して充電の障害になるの
であるが、生成された硫黄は滞留することなく表
面張力の小さな第1の繊維層12内を通つて、速
やかに電池底部へ移送されるため、そのような障
害は発生しないことになる。一方、第2および第
3繊維層13,14内の多硫化ナトリウムは、第
1の繊維層12に移送され、充電反応が維持され
る。
上述したように、本実施例によれば、陽極11
の繊維層を3層構造とし、その繊維格子間距離
が、固体電解質1に接する第1の層12は粗く、
陽極容器2に向つて次第に密に形成されているこ
とから、陽極11の内部の活物質に循環流が生
じ、これによつて反応域への活物質の供給および
反応域外への反応生成物の移送が活発となり、放
電時にあつては反応に要する活物質の不足が解消
され、充電時にあつては単体硫黄層の生成が防止
されることから、充放電効率が向上され、充放電
容量が増大されるという効果がある。
の繊維層を3層構造とし、その繊維格子間距離
が、固体電解質1に接する第1の層12は粗く、
陽極容器2に向つて次第に密に形成されているこ
とから、陽極11の内部の活物質に循環流が生
じ、これによつて反応域への活物質の供給および
反応域外への反応生成物の移送が活発となり、放
電時にあつては反応に要する活物質の不足が解消
され、充電時にあつては単体硫黄層の生成が防止
されることから、充放電効率が向上され、充放電
容量が増大されるという効果がある。
なお、陽極11に充填される繊維は、黒鉛に限
られるものではなく、導電性および耐熱性を有す
るもの、例えば炭素繊維であつてもよい。また、
繊維層は3層構造に限らず、さらに多層であつて
もよく、且つ連続的に格子間距離を変えた構造の
ものとしてもよい。
られるものではなく、導電性および耐熱性を有す
るもの、例えば炭素繊維であつてもよい。また、
繊維層は3層構造に限らず、さらに多層であつて
もよく、且つ連続的に格子間距離を変えた構造の
ものとしてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、陽極内
の活物質の流動が活発となり、反応域への活物質
供給が増大され且つ固体電解質表面への硫黄層形
成が防止されることから、放電特性および充電特
性が改善され、充放電容量が増大化されるという
効果がある。
の活物質の流動が活発となり、反応域への活物質
供給が増大され且つ固体電解質表面への硫黄層形
成が防止されることから、放電特性および充電特
性が改善され、充放電容量が増大化されるという
効果がある。
第1図は従来例の構成断面図、第2図は従来例
の充放電特性線図、第3図は本発明の一実施例の
構成断面図である。 1……固体電解質、2……陽極容器、5……陰
極、11……陽極、12,13,14……繊維
層。
の充放電特性線図、第3図は本発明の一実施例の
構成断面図である。 1……固体電解質、2……陽極容器、5……陰
極、11……陽極、12,13,14……繊維
層。
Claims (1)
- 1 溶融ナトリウムを陰極活物質とする陰極と、
導電性および耐熱性を有する繊維の充填層に陽極
活物質としての溶融硫黄を含浸させてなる陽極と
が、固体電解質からなる垂直隔壁を介して対向配
置して構成され、前記充填層の繊維の格子間距離
は、前記垂直隔壁近傍において粗く、該隔壁から
はなれるにしたがつて密に形成されることを特徴
とするナトリウム−硫黄電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59131078A JPS6110880A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59131078A JPS6110880A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6110880A JPS6110880A (ja) | 1986-01-18 |
JPH0562435B2 true JPH0562435B2 (ja) | 1993-09-08 |
Family
ID=15049470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59131078A Granted JPS6110880A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS6110880A (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2598737B2 (ja) * | 1986-01-21 | 1997-04-09 | 杏林製薬 株式会社 | 選択毒性に優れた8−アルコキシキノロンカルボン酸およびその塩並びにその製造方法 |
JP2589743B2 (ja) * | 1988-03-01 | 1997-03-12 | 日本碍子株式会社 | ナトリウム−硫黄電池 |
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Citations (1)
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JPS5757064B2 (ja) * | 1976-02-23 | 1982-12-02 | Sankyo Kagaku Kk |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5757064U (ja) * | 1980-09-20 | 1982-04-03 |
-
1984
- 1984-06-27 JP JP59131078A patent/JPS6110880A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5757064B2 (ja) * | 1976-02-23 | 1982-12-02 | Sankyo Kagaku Kk |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6110880A (ja) | 1986-01-18 |
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