JPH0562710A - ナトリウム−硫黄電池およびその製造法 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池およびその製造法

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JPH0562710A
JPH0562710A JP3344952A JP34495291A JPH0562710A JP H0562710 A JPH0562710 A JP H0562710A JP 3344952 A JP3344952 A JP 3344952A JP 34495291 A JP34495291 A JP 34495291A JP H0562710 A JPH0562710 A JP H0562710A
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JP
Japan
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sodium
chromium
anode chamber
sulfur battery
molten
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JP3344952A
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English (en)
Inventor
Nobuo Tsuno
伸夫 津野
Yasuhiro Kawamura
康裕 川村
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 陽極容器が多硫化ナトリウムに対する耐食性
の良好な表面層を有し長寿命化を達成できるナトリウム
−硫黄電池を得る。 【構成】 陽極容器の所定の部分にクロムまたはクロム
合金からなる皮膜を形成し、その後浸炭処理を行うこと
により、または陽極容器の所定部分にクロムと炭素の混
合層を形成し、その後加熱処理することにより、耐食性
に優れる好ましくはCr23C6、Cr7C3 、Cr2C、Cr3C2 を主
成分とするクロム炭化物層を有する陽極容器を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリイオン伝導性
を有する固体電解質を利用したナトリウム−硫黄電池お
よびその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、アルカリイオン伝導性を有す
る固体電解質により陽極室と陰極室とを区画形成し、陽
極室には溶融硫黄化合物を収容し、陰極室には溶融ナト
リウムを収容したナトリウム−硫黄電池は、種々の形式
のものが知られている。そのうち、陽極室の材質に関し
ては、例えば特公昭56-46233号公報において、防食性能
を高めるためクロムメッキ鋼からなる陽極室が開示され
ている。また、特開昭55- 11192 号公報において、鉄−
炭素合金からなる基体上に、多孔質のクロム層を付着さ
せハロゲン化物活性剤の蒸気で加熱し(クロマイジング
処理)、生成したハロゲン化クロムを鋼中に拡散させク
ロム合金層を形成する方法が開示されている。一方、ナ
トリウム−硫黄電池に使用した例ではないが、特開昭63
- 125654号公報では、機械部品等の耐摩耗性、耐焼き付
け性、耐酸化性、耐食性向上のため、機械部品の表面に
炭窒化層からなる表面層を形成する方法が開示されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
56-46233号公報に記載された技術では、クロムメッキ層
には多数の微細なクラックが存在し、しかもクロムメッ
キ層と基材の鋼との界面が存在するので、クラックを通
して界面が硫化されてしまい、クロムメッキ層が剥離し
てしまう問題があった。また、熱膨張係数が異なるた
め、昇温によりクロムメッキ層中のクラックの幅が増大
し、耐食性が劣化する問題もあった。さらに、特開昭55
-11192号公報に記載されたクロマイジング処理によりク
ロム合金層を形成する方法では、処理に長時間を要する
問題があった。
【0004】一方、特開昭63-125654 号公報は、機械部
品の表面改質の手段を提供しているものの、ナトリウム
−硫黄電池の陽極室を構成する金属容器の多硫化ナトリ
ウムに対する耐食性向上を目的にしていないため、多硫
化ナトリウムに対する耐食性が未知である問題があっ
た。また、クロムの炭窒化物が多硫化ナトリウムに対す
る耐食性が良いどうか不明である問題もあった。
【0005】本発明の目的は上述した課題を解消して、
陽極容器が多硫化ナトリウムに対する良好な耐食性の表
面層を有し長寿命化を達成できるナトリウム−硫黄電池
およびその製造法を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のナトリウム−硫
黄電池は、アルカリイオン伝導性を有する固体電解質に
より陽極室と陰極室とを区画形成し、陽極室には溶融硫
黄化合物を収容し、陰極室には溶融ナトリウムを収容し
たナトリウム−硫黄電池において、前記陽極室を構成す
る金属容器の内表面の少なくとも溶融硫黄化合物と接触
する部分にクロム炭化物層を形成したことを特徴とする
ものである。
【0007】本発明のナトリウム−硫黄電池の製造法
は、アルカリイオン伝導性を有する固体電解質により陽
極室と陰極室とを区画形成し、陽極室には溶融硫黄化合
物を収容し、陰極室には溶融ナトリウムを収容したナト
リウム−硫黄電池の製造法において、前記陽極室を構成
する金属容器の内表面の少なくとも溶融硫黄化合物と接
触する部分に、クロムまたはクロム合金膜を形成し、こ
のクロムまたはクロム合金膜を有する金属容器を熱処理
することにより、金属容器の内表面にクロム炭化物層を
形成することを特徴とするものである。
【0008】
【作用】上述した本発明のナトリウム−硫黄電池の構成
では、陽極室の溶融硫黄化合物との接触部分を、多硫化
ナトリウムに対する耐食性に優れた好ましくはCr23C6
Cr7C3 、Cr2CおよびCr3C2 よりなる群から選ばれた少な
くとも一種のクロム炭化物を主成分とする防食層として
いるため、陽極容器の耐食性を向上することができる。
また、本発明のナトリウム−硫黄電池の製造法において
は、陽極容器の所定の部分にクロムまたはクロム合金か
らなる皮膜を形成し、その後浸炭処理を行うことによ
り、またその他の方法としては陽極容器の所定部分にク
ロムと炭素の混合層を形成し、その後加熱処理すること
により、耐食性に優れるクロム炭化物層を得ることがで
きる。
【0009】なお、陽極容器をなす金属容器の材質は、
Cr含有合金、例えばNi-Cr,Co-Cr,Fe-Cr (フェライト系
ステンレスも含む)、Fe-Cr-Mo,Fe-Cr-Al 合金であっ
て、Cr濃度が16〜32% のものを使用すると好ましい。Cr
濃度が16% 未満であると多硫化ナトリウムに対する耐食
性が不足し、32% を超えると加工性が悪くなる場合があ
るためである。また、本発明の製造法におけるクロムま
たはクロム合金からなる皮膜の種類としては、例えばCr
-Mo,Cr-Co,Cr-Fe からなる合金が好ましく、その厚みは
20μm 以上が好ましく、20〜100 μm が最も好ましい。
例えば、メッキの場合、皮膜の厚さが20μm 未満ではク
ラック密度が大きくなる場合があり、100μm を超える
と皮膜形成に時間がかかりすぎる場合があるためであ
る。さらに、皮膜形成の方法としては、電気メッキ、気
相メッキ、蒸着、溶射等の従来から公知の方法を利用す
ることができる。
【0010】また、本発明の製造法における浸炭処理の
種類としては、従来から公知の固体浸炭法、ガス浸炭
法、真空浸炭法、液体浸炭法のいずれでも利用すること
ができ、浸炭前に例えば 800〜1000℃で1 〜20時間、不
活性、非酸化性または真空雰囲気下での熱処理を行うと
好ましい。なお、固体浸炭の条件は850 〜950 ℃で5 〜
10分、浸炭剤(木炭+BaCO3 )が、ガス浸炭の条件は90
0〜1100℃で3 〜10分、浸炭ガス(メタン系、エタン
系、アセチル系)が、真空浸炭の条件は1000〜1200℃で
3 〜10分、浸炭ガス(メタン系、エタン系、アセチル
系)が、液体浸炭の条件は700 〜900 ℃で5〜20分、塩
浴(NaCN+NaCl+BaCl2 など)がそれぞれ好ましい。さ
らに、本発明の製造法のその他の例におけるクロムと炭
素の混合層の形成法は、メッキによると好ましく、その
厚さは10〜50μm であると好ましい。
【0011】さらに、本発明におけるCr23C6、Cr7C3
Cr2C、Cr3C2 からなるクロム炭化物層は、所定温度での
浸炭をするとクラックのないクロム炭化物層を得ること
ができるため、浸炭により形成されるとより好ましい。
この際の浸炭温度は、後述する実施例からもわかるよう
に、1050〜1200℃の範囲であると好ましい。
【0012】
【実施例】以下、実際の例について説明する。実施例1 直径5mm 、長さ30mmのFe-16Cr 合金の丸棒(SUS430)の表
面に、表1記載の公知のメッキ浴でクロムメッキをし、
表2記載の試験片を作製した。この試験片に、1000℃で
10分、メタンガス中で浸炭処理を行った。これらの試験
片の表面層をX線回折により同定して、得られた結果を
表2に記載した。表2の結果から、浸炭処理によりメッ
キ層がCr23C6、Cr7C3 、Cr2C、Cr3C2 を主体とした混合
層からなるクロム炭化物層に変化していることが確かめ
られた。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】実施例2 表3記載の基材にメッキ厚さ10,30,50μm のCrメッキを
施した棒状試験片(直径:5mm 、長さ:30mm )につい
て、実施例1と同様の条件で浸炭処理を行って表面にク
ロム炭化物層を形成した本発明例と浸炭処理を行わずに
クロム炭化物層を形成しなかった比較例を準備した後、
組成がNa2S4 である多硫化ナトリウム中に浸漬して通電
試験を実施した。通電試験は、窒素雰囲気中で330 ℃に
加熱した多硫化ナトリウム中に各試験片を浸漬した後、
各試験片に電流密度:100mA/cm2 の電流を500hr 流して
実施した。通電試験後の各試験片の重量減少量から試験
片の比重を用いて直径の減少量を算出し、表3に腐食減
量として示した。
【0016】
【表3】
【0017】表3の結果から、クロムメッキ後浸炭処理
を行った本発明の試験No.1-6では、多硫化ナトリウムに
よる腐食がほとんど認められなかった。メッキ後浸炭処
理を行っていない比較例試験No.11-13は、浸炭処理を行
った本発明例と比べて腐食減量が大きかった。
【0018】実施例3 外径:38mm、内径:36mmの有底円筒状のステンレス鋼(F
e-20Cr) 製のパイプ内面に、メッキ厚:10,30,50μm の
クロムメッキを行い浸炭処理した本発明例と浸炭処理を
行わなかった比較例とを準備し、これらを陽極室として
他の部材はまったく同じものを使用してナトリウム−硫
黄電池を作製し、330 ℃で1000サイクルの充放電試験を
行った後の電気容量を測定した。結果を表4に示す。
【0019】
【表4】
【0020】表4から、浸炭処理を行った本発明例試験
No.1-3の容器で組み立てた電池では、1000サイクルの充
放電試験後も86% 以上の電池容量を有しており、陽極活
物質が電池反応に有効に活用されていることがわかる。
これに対し、浸炭処理をしていない比較例試験No.11-13
の容器で組み立てた電池では、1000サイクルの充放電試
験後の電池容量の低下が大きい。これは、陽極容器の耐
食性が悪いため腐食が起こり、陽極活物質が腐食反応に
消費され、活物質が減少したためである。
【0021】実施例4 外径:38mm、内径:36mmの有底円筒状のステンレス鋼(F
e-20Cr) 製のパイプ内面に、メッキ厚:10μm のクロム
メッキを行い、浸炭処理を1000℃、1050℃、1100℃、11
50℃、1200℃で各10分の条件で実施した後、電池を作製
し、330 ℃で1000サイクルの充放電試験を行った後の電
気容量を測定した。結果を表5に示す。
【0022】
【表5】
【0023】表5から、1050℃〜1200℃の温度で各10分
浸炭処理して得たクロム炭化物層には、クラックが存在
しないことがわかった。一方、1000℃の温度で10分浸炭
処理して得たクロム炭化物層には、クラックが存在する
ことがわかった。また、クラックのない容器で組み立て
た電池では、1000サイクルの充放電試験後も90%以上の
電池容量を有しており、陽極活物質が電池反応に有効に
活用されていることがわかる。これに対して、クラック
のある容器で組み立てた電池では、1000サイクルの充放
電試験後の電池容量の低下が大きいことがわかる。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、陽極容器の所定の部分にクロムまたはクロム
合金からなる皮膜を形成し、その後浸炭処理を行うこと
により、または陽極容器の所定部分にクロムと炭素の混
合層を形成し、その後加熱処理することにより、耐食性
に優れる好ましくはCr23C6、Cr7C3 、Cr2C、Cr3C2 を主
成分とするクロム炭化物層を有する陽極容器を形成する
ことができ、その結果本発明の陽極容器を利用したナト
リウム−硫黄電池は長寿命化を達成できる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリイオン伝導性を有する固体電解
    質により陽極室と陰極室とを区画形成し、陽極室には溶
    融硫黄化合物を収容し、陰極室には溶融ナトリウムを収
    容したナトリウム−硫黄電池において、前記陽極室を構
    成する金属容器の内表面の少なくとも溶融硫黄化合物と
    接触する部分にクロム炭化物層を形成したことを特徴と
    するナトリウム−硫黄電池。
  2. 【請求項2】 前記クロム炭化物層が、Cr23C6、Cr
    7C3 、Cr2CおよびCr3C2 よりなる群から選ばれた少なく
    とも一種のクロム炭化物を主成分とするものである請求
    項1記載のナトリウム−硫黄電池。
  3. 【請求項3】 アルカリイオン伝導性を有する固体電解
    質により陽極室と陰極室とを区画形成し、陽極室には溶
    融硫黄化合物を収容し、陰極室には溶融ナトリウムを収
    容したナトリウム−硫黄電池の製造法において、前記陽
    極室を構成する金属容器の内表面の少なくとも溶融硫黄
    化合物と接触する部分に、クロムまたはクロム合金膜を
    形成し、このクロムまたはクロム合金膜を有する金属容
    器を熱処理することにより、金属容器の内表面にクロム
    炭化物層を形成したことを特徴とするナトリウム−硫黄
    電池の製造法。
  4. 【請求項4】 前記熱処理温度が1050〜1200℃である請
    求項3記載のナトリウム−硫黄電池の製造法。
JP3344952A 1991-03-22 1991-12-26 ナトリウム−硫黄電池およびその製造法 Pending JPH0562710A (ja)

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JP8123191 1991-03-22

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114068946A (zh) * 2022-01-14 2022-02-18 长沙理工大学 钠硫电池硫极集流体max相多层复合防护涂层及其制备方法
CN118186334A (zh) * 2024-05-17 2024-06-14 有研工程技术研究院有限公司 一种耐磨陶瓷渗层、带有耐磨陶瓷涂层的金属铬材料及其制备方法

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Effective date: 19991130