JPH0582162A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池

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JPH0582162A
JPH0582162A JP3243687A JP24368791A JPH0582162A JP H0582162 A JPH0582162 A JP H0582162A JP 3243687 A JP3243687 A JP 3243687A JP 24368791 A JP24368791 A JP 24368791A JP H0582162 A JPH0582162 A JP H0582162A
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JP
Japan
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sodium
anode
electrolyte tube
solid electrolyte
sulfur
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JP3243687A
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English (en)
Inventor
Shinichi Komatsu
伸一 小松
Masanobu Mori
政信 森
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

(57)【要約】 【目的】常温と使用温度との間で熱サイクルが電池に負
荷されても陽極容器が半径方向へ塑性変形するのを防止
する。 【構成】陽極容器1を剛性及び弾性を有する外側筒体2
Aと、該外側筒体2Aの内周面に接合固定され、かつ耐
腐食性を有する内側筒体2Bとにより形成する。

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、有底円筒状の陽極容器の内部に同じく有底円筒状を
なすセラミック製の固体電解質管を収容して陽極容器及
び固体電解質管の上端部間を絶縁リングにより気密的に
接合固定し、該絶縁リングの上部を陰極蓋により密閉し
ている。又、陽極容器と固体電解質管との間に形成され
る陽極室には陽極活物質としての硫黄を含浸したカーボ
ンマット等よりなる陽極用導電材を収容するとともに、
固体電解質管内部の陰極室には陰極活物質としてのナト
リウムを収容している。そして、300〜350℃に加
熱された状態で、前記陰極室内の溶融ナトリウムがイオ
ン化し、このナトリウムイオンが固体電解質管を透過し
て硫黄と反応し、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−硫黄電池の陽極容器
は、陽極室内に収容した腐食性の強い陽極活物質により
腐食されないように耐腐食性に優れた金属を使用すると
ともに、室温と300〜350℃の高温状態との熱サイ
クルが負荷されて電池内部で発生する応力によって固体
電解質管を破損しないように塑性変形可能な強度の低い
例えばアルミニウム等の金属単体の円筒体により構成さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この従来構成のナトリ
ウム−硫黄電池は、前述したように常温と300〜35
0℃の使用温度との間で熱サイクルが負荷される際、陽
極容器が半径方向に塑性変形して、電池の形状が変化す
るという問題があった。
【0005】又、従来のナトリウム−硫黄電池は、セラ
ミックよりなる固体電解質管と、金属製の陽極容器とが
熱膨張率の相違によって陽極容器の底部と、固体電解質
管の底部との間隙が変動する。この間隙を満たしている
陽極容器内の活物質である硫黄、多硫化ナトリウムが使
用温度から凝固する温度になると、前記間隙内で固化し
た陽極活物質が陽極容器と固体電解質管を拘束し、温度
がさらに低下して室温に至るまでに強度の小さい陽極容
器が軸線方向へ塑性変形するという問題があった。
【0006】上記問題を解決するため、陽極容器の上端
部にくびれ部を設けて、固体電解質管に作用する応力を
軽減するようにした電池もあるが、熱サイクルによって
陽極容器のくびれ部の破断が生じるという問題があっ
た。
【0007】なお、前記熱サイクルにより応力が固体電
解質管に作用して該固体電解質管が破損すると、ナトリ
ウムと硫黄とが激しく反応して、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異常高温とから、陽極容器
が溶けてしまうという危険があった。
【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、第1の目
的は常温と使用温度との間で熱サイクルが負荷されても
陽極容器が半径方向へ塑性変形するのを防止することが
できるナトリウム−硫黄電池を提供することにある。
【0009】又、第2の目的は、第1の目的に加えて陽
極容器の軸線方向への塑性変形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。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するために、請求項1記載の発明は、有底円筒状の陽極
容器の内部に同じく有底円筒状の固体電解質管を収容
し、前記陽極容器の開口端部と固体電解質管の開口端部
を絶縁リングにより接合固定し、該絶縁リングの開口部
を陰極蓋により密閉するとともに、前記陽極容器と固体
電解質管との間に形成された陽極室には陽極活物質とし
ての硫黄を収容し、固体電解質管内部に形成された陰極
室には陰極活物質としてのナトリウムを収容したナトリ
ウム−硫黄電池において、前記陽極容器を剛性及び弾性
を有する外側筒体と、該外側筒体の内周面に接合固定さ
れ、かつ耐腐食性を有する内側筒体とにより形成したも
のである。
【0011】又、請求項2記載の発明は、請求項1にお
いて、請求項1のナトリウム−硫黄電池において、前記
陽極容器の絶縁リング側端部にくびれ部を形成したもの
である。
【0012】
【作 用】請求項1記載のナトリウム−硫黄電池におい
ては、陽極容器が剛性及び弾性を有する外側筒体と、耐
腐食性を有する内側筒体とにより一体状に形成されてい
るので、陽極活物質と接触する内側筒体が耐腐食性を有
するので、耐久信頼性が確保される。又、常温と使用温
度との間で熱サイクルが負荷されて、応力が作用しても
外側筒体が半径方向へ弾性変形するので、陽極容器の塑
性変形を防止することができる。
【0013】又、請求項2記載のナトリウム−硫黄電池
は、前記陽極容器の絶縁リング側端部にくびれ部を形成
したので、請求項1記載の発明の作用に加えて、常温と
使用温度との間で熱サイクルが負荷されて、陽極容器が
軸線方向へ応力を受けた場合に外側筒体が同方向へ弾性
変形するので、固体電解質管に作用する応力を軽減して
その破損を防止することができるとともに、くびれ部が
塑性変形するのを防止することができる。
【0014】
【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、図面に基づいて詳細に説明する。
【0015】図1に示すように、陽極容器1は円筒体2
と該円筒体2の下端縁に接合固定された底板3とにより
有底円筒状に形成されている。前記円筒体2の上部内周
面にはα−アルミナよりなる絶縁リング4の下部外周面
が接合固定され、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。前記絶縁リング4の上端面には陰極蓋
6が接合固定されている。そして、この固体電解質管5
の外側には陽極室R1が区画形成され、内側には陰極室
R2が区画形成されている。
【0016】前記陽極室R1内には陽極活物質としての
硫黄(S)を含浸したカーボンマット等よりなる陽極用
導電材7が収容されている。又、前記陰極室R2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。さらに、前記陰極室R2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によりナトリウム(Na)が加圧
されている。
【0017】前記陰極蓋6は図示しない導電部材を介し
て固体電解質管5内のナトリウム(Na)に接触して、
陰極側の集電が行われる。そして、放電時にナトリウム
(Na)が固体電解質管5をナトリウムイオンとなって
透過して、陽極室R1側へ移動されるようになってい
る。
【0018】前記陽極容器1を構成する円筒体2は、剛
性及び弾性変形可能な例えばステンレス鋼よりなる外側
筒体2Aと、該外側筒体2Aの内周面に圧接合され、か
つ陽極室R1内の活物質に対する耐腐食性の高い例えば
アルミニウム等の金属よりなる内側筒体2Bとの二層構
造をとつている。また、円筒体2の上端部にはくびれ部
8がプレスにより絞り成形されている。
【0019】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。常温では電池が停
止され、陽極室R1内の硫黄は、固体になつている。こ
の状態から温度を上昇させて、300〜350℃の使用
温度にする。このとき、陽極用導電材7に含浸されて固
体状態にあった硫黄Sが溶融状態になるとともに、陽極
容器1、陽極用導電材7、絶縁リング4及び固体電解質
管5の熱膨張率の相違により、陽極容器1と固体電解質
管5との間に、半径方向及び軸線方向への応力が作用す
る。そして、固体電解質管5が半径方向内方への応力を
受けた場合、この固体電解質管が破壊される以前に、陽
極容器1の円筒体2が半径方向外側へ弾性変形するの
で、電池の破壊が防止される。
【0020】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)が陰極室R2内
に貯留されている。この状態で放電を開始すると、陰極
室R2の上部空間に封入された不活性ガスGの圧力によ
り、ナトリウム(Na)が固体電解質管5をナトリウム
イオン(Na+ )となって透過して、陽極室R1側へ移
動される。そして、このナトリウム(Na)が陽極室R
1内の硫黄Sと反応して、多硫化ナトリウムが生成され
る。
【0021】この電池の300〜350℃での動作中に
おいては、ナトリウム及び硫黄がともに溶融状態にある
ため、固体電解質管5の底部と底板3との間隙9には、
固体の硫黄Sが介在されることはなく、従って、底板3
が電池の軸線方向外方への応力を受けることはなく、陽
極容器1の円筒体2への同方向への応力も殆ど生じな
い。ところが、電池の動作を停止し、雰囲気温度を常温
へと降下させていくと、陽極室R1内底部の硫黄Sが固
化すると、前記間隙9に硫黄Sが介在されて、底板3と
固体電解質管とが拘束され、かつ陽極容器1と固体電解
質管5の熱膨張率の相違により、互いに応力を受ける。
この応力は、円筒体2の上部に設けたくびれ部8が軸線
方向へ弾性変形するので、固体電解質管5の破損が防止
される。
【0022】又、運転中に外方へ弾性変形していた陽極
容器1の円筒体2は、冷却によりもとの真円筒状に弾性
的に復元されるので、陽極容器1が塑性変形することは
ない。
【0023】以上のように前記実施例のナトリウム−硫
黄電池は常温と使用温度との間で、熱サイクルが繰り返
されても、陽極容器1の円筒体2が半径方向及び軸線方
向へ弾性変形して、応力を吸収するので、固体電解質管
5の破損が防止されるとともに、陽極容器1の塑性変形
が防止される。なお、内側筒体2Bは常時、陽極活物質
と接触しているが、耐腐食性の金属により形成されてい
るので、腐食が防止される。
【0024】又、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、内側筒体2Bの内周面にス
テライト等の耐腐食性を有する金属をコーティングした
り、クロムメッキを施したり、あるいは内側筒体2Bを
アルミニウム合金により形成したりする等、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。
【0025】
【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、常温と使用温度との間で熱サイクルが電
池に負荷されても陽極容器が半径方向へ塑性変形するの
を防止することができる効果がある。
【0026】又、陽極容器にくびれ部を形成した場合に
は、陽極容器の軸線方向への塑性変形を防止することが
できる効果がある。
【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
一実施例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 陽極容器、2 円筒体、2A 外側円筒体、2B
内側円筒体、3 底板、4 絶縁リング、5 固体電解
質管、6 陰極蓋、R1 陽極室、R2 陰極室、Na
ナトリウム、S 硫黄。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有底円筒状の陽極容器の内部に有底円筒
    状の固体電解質管を収容し、前記陽極容器の開口端部と
    固体電解質管の開口端部を絶縁リングにより接合固定
    し、該絶縁リングの開口部を陰極蓋により密閉するとと
    もに、前記陽極容器と固体電解質管との間に形成された
    陽極室には陽極活物質としての硫黄を収容し、固体電解
    質管内部に形成された陰極室には陰極活物質としてのナ
    トリウムを収容したナトリウム−硫黄電池において、 前記陽極容器を剛性及び弾性を有する外側筒体と、該外
    側筒体の内周面に接合固定され、かつ耐腐食性を有する
    内側筒体とにより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】 請求項1のナトリウム−硫黄電池におい
    て、前記陽極容器の絶縁リング側端部にくびれ部を形成
    したことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
JP3243687A 1991-09-24 1991-09-24 ナトリウム−硫黄電池 Pending JPH0582162A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11117390B2 (en) 2017-09-29 2021-09-14 Seiko Epson Corporation Printing apparatus and pressing unit retaining method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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