JPH06283203A - 電気化学式のエネルギ蓄電単電池 - Google Patents
電気化学式のエネルギ蓄電単電池Info
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- JPH06283203A JPH06283203A JP5315190A JP31519093A JPH06283203A JP H06283203 A JPH06283203 A JP H06283203A JP 5315190 A JP5315190 A JP 5315190A JP 31519093 A JP31519093 A JP 31519093A JP H06283203 A JPH06283203 A JP H06283203A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明の目的は、再充電を容易に行なうこと
のできる電気化学式のエネルギ蓄電単電池を提供するこ
とにある。 【構成】電気化学式のエネルギ蓄電単電池は硫黄電極
（６）を備え、この硫黄電極は、電子伝導領域（６Ｍ）
と、固体電解質に直接接触している絶縁領域（６Ｖ）と
を有している。電子伝導領域および絶縁領域は、隙間を
有することなく互いに密着して固定されている。また、
電子伝導領域は、絶縁領域のイオン伝導通路（６Ｆ）に
より貫通されている。
のできる電気化学式のエネルギ蓄電単電池を提供するこ
とにある。 【構成】電気化学式のエネルギ蓄電単電池は硫黄電極
（６）を備え、この硫黄電極は、電子伝導領域（６Ｍ）
と、固体電解質に直接接触している絶縁領域（６Ｖ）と
を有している。電子伝導領域および絶縁領域は、隙間を
有することなく互いに密着して固定されている。また、
電子伝導領域は、絶縁領域のイオン伝導通路（６Ｆ）に
より貫通されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ナトリウムおよび硫
黄を基礎としているとともに、アルカリ金属イオン伝導
性を有する固体電解質によって互いに分離され金属ケー
スにより仕切られた陽極隔室および陰極隔室を備え、絶
縁領域および電子伝導領域を有する硫黄電極が上記陰極
隔室内に配設されている電気化学式のエネルギ蓄電単電
池に関する。
黄を基礎としているとともに、アルカリ金属イオン伝導
性を有する固体電解質によって互いに分離され金属ケー
スにより仕切られた陽極隔室および陰極隔室を備え、絶
縁領域および電子伝導領域を有する硫黄電極が上記陰極
隔室内に配設されている電気化学式のエネルギ蓄電単電
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】上述したような電気化学式のエネルギ蓄
電単電池はエネルギ源として非常に適している。これら
のエネルギ蓄電単電池は、電気自動車の電源として使用
される高出力電池の構成に多く用いられている。エネル
ギ蓄電単電池の一例としてナトリウムおよび硫黄を基礎
とするものが知られており、これらのエネルギ蓄電単電
池は、再充電可能であるとともに、ベータ−アルミナか
らなり陰極隔室から陽極隔室を分離した固体電解質を備
えている。このようなエネルギ蓄電単電池の陰極隔室は
硫黄電極を収容するように作用し、この硫黄電極は２つ
のハーフシェルあるいはシリンダにより形成されている
とともに固体電解質の外面の周囲に配設されている。
電単電池はエネルギ源として非常に適している。これら
のエネルギ蓄電単電池は、電気自動車の電源として使用
される高出力電池の構成に多く用いられている。エネル
ギ蓄電単電池の一例としてナトリウムおよび硫黄を基礎
とするものが知られており、これらのエネルギ蓄電単電
池は、再充電可能であるとともに、ベータ−アルミナか
らなり陰極隔室から陽極隔室を分離した固体電解質を備
えている。このようなエネルギ蓄電単電池の陰極隔室は
硫黄電極を収容するように作用し、この硫黄電極は２つ
のハーフシェルあるいはシリンダにより形成されている
とともに固体電解質の外面の周囲に配設されている。
【０００３】従来、２層構造の硫黄電極が提供されてい
る。硫黄電極の内、固体電解質に隣接した層は絶縁層で
形成され、ケースに面している層は電子伝導層により形
成されている。このように２層構造にする目的は、エネ
ルギ蓄電単電池を再充電する際、電子伝導領域内で硫黄
の組成を生じさせるとともに多硫化ナトリウムを固体電
解質領域内に集めることにある。このような２層構造は
硫黄電極の動作に有利であり、エネルギ蓄電単電池の再
充電が容易となる。
る。硫黄電極の内、固体電解質に隣接した層は絶縁層で
形成され、ケースに面している層は電子伝導層により形
成されている。このように２層構造にする目的は、エネ
ルギ蓄電単電池を再充電する際、電子伝導領域内で硫黄
の組成を生じさせるとともに多硫化ナトリウムを固体電
解質領域内に集めることにある。このような２層構造は
硫黄電極の動作に有利であり、エネルギ蓄電単電池の再
充電が容易となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エネルギ蓄電単電池において、硫黄と多硫化ナトリウム
との間については上述したような望ましい分離は達成さ
れていない。公知の構成においてこのような分離が成さ
れていないのは以下の理由による。つまり、絶縁層は均
一な厚さを有していないとともに、この絶縁層の表面は
固体電解質および硫黄電極の電子伝導層のいずれとも密
接していないためである。また、絶縁層と電子伝導層と
の間あるいは絶縁層と固体電解質との間には多数の空洞
が存在し、これらの空洞は蓄電単電池の再充電能力を阻
害する。
エネルギ蓄電単電池において、硫黄と多硫化ナトリウム
との間については上述したような望ましい分離は達成さ
れていない。公知の構成においてこのような分離が成さ
れていないのは以下の理由による。つまり、絶縁層は均
一な厚さを有していないとともに、この絶縁層の表面は
固体電解質および硫黄電極の電子伝導層のいずれとも密
接していないためである。また、絶縁層と電子伝導層と
の間あるいは絶縁層と固体電解質との間には多数の空洞
が存在し、これらの空洞は蓄電単電池の再充電能力を阻
害する。
【０００５】この発明は以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、上述した従来のエネルギ蓄電単電池の
問題点を解消し、再充電を容易に行なうことのできる電
気化学式のエネルギ蓄電単電池を提供することにある。
で、その目的は、上述した従来のエネルギ蓄電単電池の
問題点を解消し、再充電を容易に行なうことのできる電
気化学式のエネルギ蓄電単電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明によれば、ナトリウムおよび硫黄を基礎と
しているとともに、アルカリ金属イオン伝導性を有する
固体電解質によって互いに分離され金属ケースにより仕
切られた陽極隔室および陰極隔室を備え、絶縁領域およ
び電子伝導領域を有する硫黄電極が上記陰極隔室内に配
設されている電気化学式のエネルギ蓄電単電池におい
て、上記絶縁領域および電子伝導領域の互いに隣接した
面は隙間を有することなく互いに接続され、上記絶縁領
域のイオン伝導通路は上記電子伝導領域を貫通して延び
ている。
め、この発明によれば、ナトリウムおよび硫黄を基礎と
しているとともに、アルカリ金属イオン伝導性を有する
固体電解質によって互いに分離され金属ケースにより仕
切られた陽極隔室および陰極隔室を備え、絶縁領域およ
び電子伝導領域を有する硫黄電極が上記陰極隔室内に配
設されている電気化学式のエネルギ蓄電単電池におい
て、上記絶縁領域および電子伝導領域の互いに隣接した
面は隙間を有することなく互いに接続され、上記絶縁領
域のイオン伝導通路は上記電子伝導領域を貫通して延び
ている。
【０００７】
【作用】硫黄電極の絶縁領域および電子伝導領域は、こ
れらを互いに縫い合わせることにより互いに密着して固
定されている。この発明によれば、絶縁領域は、セラミ
ック繊維、ガラス繊維、あるいはこれらの繊維の混合物
により形成されている。また、電子伝導領域は、ポリア
クリロニトリルあるいはセルロースからなるグラファイ
ト−フエルトによって形成されている。絶縁領域を形成
する繊維は、ウエブを構成するように処理されている。
このウエブは、縫い機により、上記フエルトに固定され
ている。上記ウエブおよびフエルトに硫黄を飽和した後
これらを圧縮することにより硫黄電極が形成され、この
硫黄電極は固体電解質の回りに配設される。
れらを互いに縫い合わせることにより互いに密着して固
定されている。この発明によれば、絶縁領域は、セラミ
ック繊維、ガラス繊維、あるいはこれらの繊維の混合物
により形成されている。また、電子伝導領域は、ポリア
クリロニトリルあるいはセルロースからなるグラファイ
ト−フエルトによって形成されている。絶縁領域を形成
する繊維は、ウエブを構成するように処理されている。
このウエブは、縫い機により、上記フエルトに固定され
ている。上記ウエブおよびフエルトに硫黄を飽和した後
これらを圧縮することにより硫黄電極が形成され、この
硫黄電極は固体電解質の回りに配設される。
【０００８】エネルギ蓄電単電池がその作動温度350 ℃
まで加熱されると、製造の過程で圧縮されていた硫黄電
極は膨張する。これにより、硫黄電極全体は、エネルギ
蓄電単電池のケースおよび固体電解質に確実に密着す
る。同時に、横方向に設けられている絶縁領域の繊維
は、固体電解質の長手軸に対して径方向を向くように自
己整位され、その一部はグラファイト−フエルトを完全
に貫通する。そして、絶縁領域を構成する繊維の長さを
適当に設定することにより、これらの繊維の幾つかはグ
ラファイト−フエルトを貫通しエネルギ蓄電単電池のケ
ースまで延出する。従って、グラファイト−フエルトを
貫通するイオン伝導通路が形成される。
まで加熱されると、製造の過程で圧縮されていた硫黄電
極は膨張する。これにより、硫黄電極全体は、エネルギ
蓄電単電池のケースおよび固体電解質に確実に密着す
る。同時に、横方向に設けられている絶縁領域の繊維
は、固体電解質の長手軸に対して径方向を向くように自
己整位され、その一部はグラファイト−フエルトを完全
に貫通する。そして、絶縁領域を構成する繊維の長さを
適当に設定することにより、これらの繊維の幾つかはグ
ラファイト−フエルトを貫通しエネルギ蓄電単電池のケ
ースまで延出する。従って、グラファイト−フエルトを
貫通するイオン伝導通路が形成される。
【０００９】このように絶縁領域が固体電解質の全面お
よびグラファイト−フエルトの全面に密着し、グラファ
イト−フエルトが、絶縁領域を構成する繊維により部分
的に貫通されていることから、エネルギ蓄電伝単電池を
再充電する際、グラファイト−フエルト内において硫黄
の組成が生じるとともに多重化ナトリウムが固体電解質
の表面領域に集まる。
よびグラファイト−フエルトの全面に密着し、グラファ
イト−フエルトが、絶縁領域を構成する繊維により部分
的に貫通されていることから、エネルギ蓄電伝単電池を
再充電する際、グラファイト−フエルト内において硫黄
の組成が生じるとともに多重化ナトリウムが固体電解質
の表面領域に集まる。
【００１０】
【実施例】以下図面を参照しながら、この発明の実施例
について詳細に説明する。図１に示すように、電気化学
式のエネルギ蓄電単電池１は、その外側がカップ形状の
ケース２により仕切られている。ケース２の内側には、
同様にカップ状に形成されアルカリ金属イオン伝導性を
有する固体電解質３が配設されている。固体電解質３の
内部は陽極隔室として作用する。ケース２と固体電解質
３との間には、陰極隔室５として作用する環状の空間が
形成されている。そして、この陰極隔室５内には硫黄電
極６が配設されている。図１からよく分かるように、陰
極隔室５全体が硫黄電極６により充填されている。硫黄
電極６は、単体で形成されていても、あるいは２分割さ
れていてもよい。
について詳細に説明する。図１に示すように、電気化学
式のエネルギ蓄電単電池１は、その外側がカップ形状の
ケース２により仕切られている。ケース２の内側には、
同様にカップ状に形成されアルカリ金属イオン伝導性を
有する固体電解質３が配設されている。固体電解質３の
内部は陽極隔室として作用する。ケース２と固体電解質
３との間には、陰極隔室５として作用する環状の空間が
形成されている。そして、この陰極隔室５内には硫黄電
極６が配設されている。図１からよく分かるように、陰
極隔室５全体が硫黄電極６により充填されている。硫黄
電極６は、単体で形成されていても、あるいは２分割さ
れていてもよい。
【００１１】また、硫黄電極６は２つのハーフシェルを
組み合わせて形成されてもよく、図２には一方のハーフ
シェルが示され、図３には固体電解質３の周囲に配設さ
れた２つのハーフシェルが示されている。更に、図４に
示すように、硫黄電極６は円筒形状に形成されていても
よい。
組み合わせて形成されてもよく、図２には一方のハーフ
シェルが示され、図３には固体電解質３の周囲に配設さ
れた２つのハーフシェルが示されている。更に、図４に
示すように、硫黄電極６は円筒形状に形成されていても
よい。
【００１２】図２ないし図５に示すように、硫黄電極６
は、グラファイト−フエルトを用いて形成され電子伝導
領域として作用するマット６Ｍを備えている。この場
合、ポリアクリロニトリルあるいはセルロースを基礎と
するグラファイトが使用されている。マット６Ｍの寸法
は、硫黄電極６が２つのハーフシェル６Ｈで形成される
場合と、円筒６Ｚに形成される場合とに応じて決められ
る。
は、グラファイト−フエルトを用いて形成され電子伝導
領域として作用するマット６Ｍを備えている。この場
合、ポリアクリロニトリルあるいはセルロースを基礎と
するグラファイトが使用されている。マット６Ｍの寸法
は、硫黄電極６が２つのハーフシェル６Ｈで形成される
場合と、円筒６Ｚに形成される場合とに応じて決められ
る。
【００１３】マット６Ｍはその一方の表面上に載置され
た絶縁領域としてのウエブ６Ｖを備えている。このウエ
ブ６Ｖは、ガラス繊維、セラミック繊維はるいはこれら
の混合繊維により形成されている。セラミック繊維６Ｆ
は、アルファ−アルミナにより形成されている。また、
ガラス繊維６Ｆは、ナトリウム系ガラスあるいはカリウ
ム系ガラスにより形成され、特に、同一の特性を有する
Ｅ−ガラス、化学的抵抗を有するＣ−ガラスあるいは他
のガラスにより形成されている。
た絶縁領域としてのウエブ６Ｖを備えている。このウエ
ブ６Ｖは、ガラス繊維、セラミック繊維はるいはこれら
の混合繊維により形成されている。セラミック繊維６Ｆ
は、アルファ−アルミナにより形成されている。また、
ガラス繊維６Ｆは、ナトリウム系ガラスあるいはカリウ
ム系ガラスにより形成され、特に、同一の特性を有する
Ｅ−ガラス、化学的抵抗を有するＣ−ガラスあるいは他
のガラスにより形成されている。
【００１４】セラミック繊維およびガラス繊維６Ｆは8
ないし13μｍの直径を有している。また、これらの繊維
の長さは、10ないし60mmに、望ましくは、35ないし50mm
に設定されている。ウエブ６Ｖの面積当りの重量は15な
いし150 ｇ／ｍ2 、望ましくは、25ないし100 ｇ／ｍ2
に設定されている。また、ウエブ６Ｖの厚さは0.5 ない
し1 mmに設定されている。ウエブ６Ｖの繊維６Ｆは、エ
ネルギ蓄電単電池１が作動し初めた後に固体電解質３の
長手軸と直交して伸びるように配設されている。
ないし13μｍの直径を有している。また、これらの繊維
の長さは、10ないし60mmに、望ましくは、35ないし50mm
に設定されている。ウエブ６Ｖの面積当りの重量は15な
いし150 ｇ／ｍ2 、望ましくは、25ないし100 ｇ／ｍ2
に設定されている。また、ウエブ６Ｖの厚さは0.5 ない
し1 mmに設定されている。ウエブ６Ｖの繊維６Ｆは、エ
ネルギ蓄電単電池１が作動し初めた後に固体電解質３の
長手軸と直交して伸びるように配設されている。
【００１５】縫い機を用いることにより、ウエブ６Ｖ
は、その表面がマット６Ｍの表面全体に密着するよう
に、マット６Ｍと縫い合わされている。そして、グラフ
ァイトのマット６Ｍおよびウエブ６Ｖは硫黄が飽和され
た後、圧縮されてハーフシェル６Ｈあるいは、寸法が適
切に選択されている場合には、円筒６Ｚに成形される。
続いて、図５に示すように、２つのハーフシェル６Ｈあ
るいは単一の円筒６Ｚはエネルギ蓄電単電池の陰極隔室
５に挿入される。
は、その表面がマット６Ｍの表面全体に密着するよう
に、マット６Ｍと縫い合わされている。そして、グラフ
ァイトのマット６Ｍおよびウエブ６Ｖは硫黄が飽和され
た後、圧縮されてハーフシェル６Ｈあるいは、寸法が適
切に選択されている場合には、円筒６Ｚに成形される。
続いて、図５に示すように、２つのハーフシェル６Ｈあ
るいは単一の円筒６Ｚはエネルギ蓄電単電池の陰極隔室
５に挿入される。
【００１６】図５に示すように、エネルギ蓄電単電池１
の組立が終了した後、このエネルギ蓄電単電池は350 ℃
の温度まで加熱されて作動を開始する。このような熱処
理により、ハーフシェル６Ｈは膨張する。そのため、グ
ラファイトのマット６Ｍおよびウエブ６Ｖの厚さは、エ
ネルギ蓄電単電池１が作動温度に達した際、ハーフシャ
ルおよびウエブが固体電解質３およびケース２に密着す
るまで充分膨張するように、硫黄電極作成の間に適当な
値に設定される。
の組立が終了した後、このエネルギ蓄電単電池は350 ℃
の温度まで加熱されて作動を開始する。このような熱処
理により、ハーフシェル６Ｈは膨張する。そのため、グ
ラファイトのマット６Ｍおよびウエブ６Ｖの厚さは、エ
ネルギ蓄電単電池１が作動温度に達した際、ハーフシャ
ルおよびウエブが固体電解質３およびケース２に密着す
るまで充分膨張するように、硫黄電極作成の間に適当な
値に設定される。
【００１７】また、図５に示すように、ウエブ６Ｖの半
径方向に整列された繊維６Ｆは、グラファイト−フエル
トのマット６Ｍを貫通して延びている。これらの繊維６
Ｆは、その一部がエネルギ蓄電単電池１のケース２まで
延びるような長さに形成されている。それにより、イオ
ン伝導通路が形成されている。このようなイオン伝導通
路の作用により、エネルギ蓄電単電池の再充電の間、硫
黄がマット６Ｍの領域内に組成されるとともに、多重化
ナトリウムが固体電解質３の表面領域が集まる。
径方向に整列された繊維６Ｆは、グラファイト−フエル
トのマット６Ｍを貫通して延びている。これらの繊維６
Ｆは、その一部がエネルギ蓄電単電池１のケース２まで
延びるような長さに形成されている。それにより、イオ
ン伝導通路が形成されている。このようなイオン伝導通
路の作用により、エネルギ蓄電単電池の再充電の間、硫
黄がマット６Ｍの領域内に組成されるとともに、多重化
ナトリウムが固体電解質３の表面領域が集まる。
【００１８】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明の電気化
学式のエネルギ蓄電単電池によれば、硫黄電極の絶縁領
域および電子伝導領域は隙間を有することなく互いに密
着して固定され、絶縁領域のイオン伝導通路は電子伝導
領域を部分的に貫通して延びている。そのため、再充電
を容易に行なうことのできる電気化学式のエネルギ蓄電
単電池を提供することができる。
学式のエネルギ蓄電単電池によれば、硫黄電極の絶縁領
域および電子伝導領域は隙間を有することなく互いに密
着して固定され、絶縁領域のイオン伝導通路は電子伝導
領域を部分的に貫通して延びている。そのため、再充電
を容易に行なうことのできる電気化学式のエネルギ蓄電
単電池を提供することができる。
【図１】この発明の一実施例に係るエネルギ蓄電単電池
を一部破断して示す斜視図。
を一部破断して示す斜視図。
【図２】ハーフシャルとして形成された硫黄電極を示す
斜視図。
斜視図。
【図３】２つのハーフシャルを突き合わせた状態を示す
平面図。
平面図。
【図４】円筒として形成された硫黄電極の斜視図。
【図５】上記エネルギ蓄電単電池の一部を拡大して示す
断面図。
断面図。
１…エネルギ蓄電単電池、２…金属ケース、３…固体電
解質、６…硫黄電極、６Ｍ…マット（電子伝導領域）、
６Ｖ…ウエブ（絶縁領域）、６Ｆ…繊維（イオン伝導通
路）。
解質、６…硫黄電極、６Ｍ…マット（電子伝導領域）、
６Ｖ…ウエブ（絶縁領域）、６Ｆ…繊維（イオン伝導通
路）。
Claims (8)
- 【請求項１】 ナトリウムおよび硫黄を基礎としている
とともに、アルカリ金属イオン伝導性を有する固体電解
質（３）によって互いに分離され金属ケース（２）によ
り仕切られた陽極隔室および陰極隔室を備え、絶縁領域
（６Ｖ）および電子伝導領域（６Ｍ）を有する硫黄電極
（６）が上記陰極隔室内に配設されている電気化学式の
エネルギ蓄電単電池において、 上記絶縁領域（６Ｖ）および電子伝導領域（６Ｍ）の互
いに隣接した面は隙間を有することなく互いに固定さ
れ、上記絶縁領域のイオン伝導通路（６Ｆ）は上記電子
伝導領域を部分的に貫通して延びていることを特徴とす
る電気化学式のエネルギ蓄電単電池。 - 【請求項２】 上記電子伝導領域（６Ｍ）は、ポリアク
リロニトリルあるいはセルロースを基礎とするグラファ
イト−フエルトで形成されたマットにより構成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の電気化学式のエネ
ルギ蓄電単電池。 - 【請求項３】 上記絶縁領域（６Ｖ）は、セラミック繊
維、ガラス繊維、あるいはセラミック繊維およびガラス
繊維の混合物により形成されたウエブによって構成され
ていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気
化学式のエネルギ蓄電単電池。 - 【請求項４】 上記セラミック繊維（６Ｆ）は、アルフ
ァ−アルミナにより形成されていることを特徴とする請
求項３に記載の電気化学式のエネルギ蓄電単電池。 - 【請求項５】 上記ガラス繊維（６Ｆ）は、化学的抵抗
を有するＣ−ガラス、ナトリウム系ガラス、カリウム系
ガラス、あるいはＥ−ガラスにより形成されていること
を特徴とする請求項３に記載の電気化学式のエネルギ蓄
電単電池。 - 【請求項６】 上記絶縁領域（６Ｖ）を形成する繊維
（６Ｆ）は、直径8 ないし13μｍ、長さ10ないし60mmに
形成され、上記絶縁領域の面積当りの重量は15ないし15
0 ｇ／ｍ2 に設定され、上記絶縁領域の厚さは、0.5 な
いし1 mmに設定されていることを特徴とする請求項３な
いし５のいずれか１項に記載の電気化学式のエネルギ蓄
電単電池。 - 【請求項７】 上記電子伝導領域（６Ｍ）を部分的に貫
通している上記イオン伝導通路は、グラス繊維あるいは
セラミック繊維で形成されていることを特徴とする請求
項１ないし６のいずれか１項に記載の電気化学式のエネ
ルギ蓄電単電池。 - 【請求項８】 上記グラファイト−フエルトのマット
（６Ｍ）および絶縁ウエブ（６Ｖ）は、互いに接触した
面全体を縫い合わされていることを特徴とする請求項１
ないし７のいずれか１項に記載の電気化学式のエネルギ
蓄電単電池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4243211A DE4243211A1 (de) | 1992-12-19 | 1992-12-19 | Elektrochemische Speicherzelle |
| DE4243211.1 | 1992-12-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06283203A true JPH06283203A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=6475927
Family Applications (1)
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