JPH0637289B2 - MgO安定化ベータアルミナ及びその製造方法 - Google Patents
MgO安定化ベータアルミナ及びその製造方法Info
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- JPH0637289B2 JPH0637289B2 JP63275091A JP27509188A JPH0637289B2 JP H0637289 B2 JPH0637289 B2 JP H0637289B2 JP 63275091 A JP63275091 A JP 63275091A JP 27509188 A JP27509188 A JP 27509188A JP H0637289 B2 JPH0637289 B2 JP H0637289B2
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- 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
- H01M10/3918—Sodium-sulfur cells characterised by the electrolyte
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はMgO安定化ベータアルミナ及びその製造方法
に係り、更に詳しくはナトリウムイオンの伝導抵抗をよ
り小さくすることができるMgO安定化ベータアルミナ
及びその製造方法に関する。
に係り、更に詳しくはナトリウムイオンの伝導抵抗をよ
り小さくすることができるMgO安定化ベータアルミナ
及びその製造方法に関する。
このMgO安定化ベータアルミナはナトリウム−硫黄電
池の固体電解質として好ましく適用されるものである。
池の固体電解質として好ましく適用されるものである。
[従来の技術] ナトリウム−硫黄電池は、一方に陰極活物質である溶融
金属ナトリウム、他方には陽極活物質である溶融硫黄を
配し、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性
を有するベータアルミナ固体電解質で隔離し、300〜
350℃で作動させる高温二次電池である。
金属ナトリウム、他方には陽極活物質である溶融硫黄を
配し、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性
を有するベータアルミナ固体電解質で隔離し、300〜
350℃で作動させる高温二次電池である。
このようなナトリウム−硫黄電池の構成は、例えば第1
図に示すように、陽極活物質である溶融硫黄Sを含浸し
たカーボンフェルト等の陽極用導電材1を収容する円筒
状の陽極金属容器2と、該陽極金属容器2の上端部と例
えばアルファアルミナ製の絶縁体リング3を介して連結
され、且つ溶融金属ナトリウムNaを貯留する陰極金属
容器4と、前記絶縁体リング3の内周部に接合され、且
つナトリウムイオンNa+を選択的に透過させる機能を
有する有底円筒状のベータアルミナ管5とからなってい
る。また、前記陰極金属容器4の上蓋6の中央部には、
陰極金属容器4を通して下方向にベータアルミナ管5の
底部付近まで延びた陰極管7が貫通支持される。
図に示すように、陽極活物質である溶融硫黄Sを含浸し
たカーボンフェルト等の陽極用導電材1を収容する円筒
状の陽極金属容器2と、該陽極金属容器2の上端部と例
えばアルファアルミナ製の絶縁体リング3を介して連結
され、且つ溶融金属ナトリウムNaを貯留する陰極金属
容器4と、前記絶縁体リング3の内周部に接合され、且
つナトリウムイオンNa+を選択的に透過させる機能を
有する有底円筒状のベータアルミナ管5とからなってい
る。また、前記陰極金属容器4の上蓋6の中央部には、
陰極金属容器4を通して下方向にベータアルミナ管5の
底部付近まで延びた陰極管7が貫通支持される。
以上の構成を有するナトリウム−硫黄電池において、放
電時には溶融金属ナトリウムは電子を放出してナトリウ
ムイオンとなり、これがベータアルミナ固体電解質中を
透過して陽極側に移動し、陽極の硫黄と外部回路を通っ
てきた電子とが反応して多硫化ナトリウムを生成し、2
V程度の電圧を発生する。一方、充電時には放電とは逆
にナトリウム及び硫黄の生成反応が起こる。
電時には溶融金属ナトリウムは電子を放出してナトリウ
ムイオンとなり、これがベータアルミナ固体電解質中を
透過して陽極側に移動し、陽極の硫黄と外部回路を通っ
てきた電子とが反応して多硫化ナトリウムを生成し、2
V程度の電圧を発生する。一方、充電時には放電とは逆
にナトリウム及び硫黄の生成反応が起こる。
以上に示すように、ナトリウム−硫黄電池においては、
ベータアルミナ固体電解質のナトリウムイオンの伝導性
が電池性能に大きく影響を与えることになる。そこで、
従来より、ベータアルミナ固体電解質のイオン伝導抵抗
を低くするために種々の試みがなされている。
ベータアルミナ固体電解質のナトリウムイオンの伝導性
が電池性能に大きく影響を与えることになる。そこで、
従来より、ベータアルミナ固体電解質のイオン伝導抵抗
を低くするために種々の試みがなされている。
ベータアルミナ固体電解質のイオン伝導抵抗率と、ベー
タアルミナ固体電解質中のβ″相との間には関係があ
り、β″相が多い程イオン伝導抵抗率が低いことが知ら
れている。
タアルミナ固体電解質中のβ″相との間には関係があ
り、β″相が多い程イオン伝導抵抗率が低いことが知ら
れている。
従って、作製するベータアルミナ中に含まれるβ″相が
できるだけ多くなるように、化学組成や製造条件を決定
することが重要となっている。
できるだけ多くなるように、化学組成や製造条件を決定
することが重要となっている。
そこで、従来、単一相の安全安定化β″−アルミナから
成る固体電解質を提供せんとし、式 を満足する(ここで、Aはアルカリ金属、銀、水素また
は水素含有化合物を表し、MI及びMIIが1価または2
価イオンを供給する元素であり、z1及びz2が0ない
し1の値を有し、z1+2z2の和が0.4ないし0.
9である)組成のものがβ″相であるとした提案がなさ
れている。(特開昭59−171475号公報参照) [発明が解決しようとする課題] しかしながら、本発明者がNa2OとMgOを用い、そ
の含有量を種々変えて広範囲にベータアルミナセラミッ
クを作製したところ、上記式を逸脱した範囲においても
実質的にβ″化率がほぼ100%の領域が存在すること
が判明し、本発明に至った。
成る固体電解質を提供せんとし、式 を満足する(ここで、Aはアルカリ金属、銀、水素また
は水素含有化合物を表し、MI及びMIIが1価または2
価イオンを供給する元素であり、z1及びz2が0ない
し1の値を有し、z1+2z2の和が0.4ないし0.
9である)組成のものがβ″相であるとした提案がなさ
れている。(特開昭59−171475号公報参照) [発明が解決しようとする課題] しかしながら、本発明者がNa2OとMgOを用い、そ
の含有量を種々変えて広範囲にベータアルミナセラミッ
クを作製したところ、上記式を逸脱した範囲においても
実質的にβ″化率がほぼ100%の領域が存在すること
が判明し、本発明に至った。
[課題を解決するための手段] 即ち、本発明によれば、MgOが2.8〜5.4wt
%、Na2Oが8.0〜12.0wt%、残部がAl2
O3から成り、且つ第2図に示すA−Aラインより上部
のX領域の組成を有し、そのβ″化率が95%以上であ
るMgO安定化ベータアルミナ、が提供される。
%、Na2Oが8.0〜12.0wt%、残部がAl2
O3から成り、且つ第2図に示すA−Aラインより上部
のX領域の組成を有し、そのβ″化率が95%以上であ
るMgO安定化ベータアルミナ、が提供される。
さらに本発明によれば、MgOが2.8〜5.4wt
%、Na2Oが8.0〜12.0wt%、残部がAl2
O3から成り、且つ第2図に示すA−Aラインより上部
のX領域の組成を有する粉末を仮焼後粉砕、造粒し、次
いで1.5ton/cm2以上の圧力で成形して1.7g/cm3
以上の密度を有するベータアルミナ成形体を作製した
後、1580〜1650℃で焼成してなるMgO安定化
ベータアルミナの製造方法、が提供される。
%、Na2Oが8.0〜12.0wt%、残部がAl2
O3から成り、且つ第2図に示すA−Aラインより上部
のX領域の組成を有する粉末を仮焼後粉砕、造粒し、次
いで1.5ton/cm2以上の圧力で成形して1.7g/cm3
以上の密度を有するベータアルミナ成形体を作製した
後、1580〜1650℃で焼成してなるMgO安定化
ベータアルミナの製造方法、が提供される。
なお、ここで、β″化率は下記により定義されるもので
ある。
ある。
ただし、Iβ″ (0111)はβ″結晶の(0111)ピークの高
さ、またIβ (026)はβ結晶の(026)ピークの高さであ
る。
さ、またIβ (026)はβ結晶の(026)ピークの高さであ
る。
[作用] 本発明のベータアルミナは、以上の通り、組成としてM
gOが2.8〜5.4wt%、Na2Oが8.0〜1
2.0wt%、残部がAl2O3から成り、且つ第2図
に示すA−Aライン(これは式Na1+zMgzAl11-z
O17を示す。)より上部のX領域の組成を有するもの
で、β″化率が95%以上である。
gOが2.8〜5.4wt%、Na2Oが8.0〜1
2.0wt%、残部がAl2O3から成り、且つ第2図
に示すA−Aライン(これは式Na1+zMgzAl11-z
O17を示す。)より上部のX領域の組成を有するもの
で、β″化率が95%以上である。
その結果、イオン伝導抵抗率が約5Ω・cm以下(350
℃において)と低くなり、ナトリウム−硫黄電池の固体
電解質として適用するに好適なことが判った。
℃において)と低くなり、ナトリウム−硫黄電池の固体
電解質として適用するに好適なことが判った。
また、本発明のベータアルミナは、スピネルおよびNa
AlO2の結晶相を含まないことが好ましい。これらの
結晶相を含むと、イオン伝導抵抗率が高くなる傾向があ
る。
AlO2の結晶相を含まないことが好ましい。これらの
結晶相を含むと、イオン伝導抵抗率が高くなる傾向があ
る。
このベータアルミナの結晶としては、その粒径5μm以
下のものが90%以上であることがベータアルミナ管の
機械的強度の点より好ましい。
下のものが90%以上であることがベータアルミナ管の
機械的強度の点より好ましい。
又、ベータアルミナの嵩密度も3.22g/cm3以上であ
ることがベータアルミナ管中の気孔をなくし、その結果
高い機械的強度を提供するので好ましい。
ることがベータアルミナ管中の気孔をなくし、その結果
高い機械的強度を提供するので好ましい。
このベータアルミナの組成は、第2図に示すA−Aライ
ンより上部であって、MgOが2.8〜5.4wt%、
好ましくは4.0〜5.0wt%、Na2Oが8.0〜
12.0wt%、好ましくは9.0〜10.0wt%
で、残部がAl2O3よりなる。MgOとNa2Oの添
加割合が上記の範囲を逸脱した場合にはβ″化率が95
%より低くなるか、またはスピネルあるいはNaAlO
2の結晶相が生成するので、イオン伝導抵抗率が高くな
り好ましくない。
ンより上部であって、MgOが2.8〜5.4wt%、
好ましくは4.0〜5.0wt%、Na2Oが8.0〜
12.0wt%、好ましくは9.0〜10.0wt%
で、残部がAl2O3よりなる。MgOとNa2Oの添
加割合が上記の範囲を逸脱した場合にはβ″化率が95
%より低くなるか、またはスピネルあるいはNaAlO
2の結晶相が生成するので、イオン伝導抵抗率が高くな
り好ましくない。
なお、上記組成のベータアルミナはその曲げ強度が15
0MPa 以上であり、ナトリウム−硫黄電池に用いる固体
電解質として充分な強度を示している。
0MPa 以上であり、ナトリウム−硫黄電池に用いる固体
電解質として充分な強度を示している。
以上の組成と特性を有する本発明のベータアルミナは次
のように製造される。
のように製造される。
まず、MgOが2.8〜5.4wt%、Na2Oが8.
0〜12.0wt%、残部がAl2O3から成り、且つ
第2図に示すA−Aラインより上部のX領域の組成を有
する粉末を1250℃前後で4時間程度仮焼し、次いで
粉砕、造粒して、平均粒径80μm程度の造粒物を作製
する。次に該造粒物を1.5ton/cm2以上、好ましくは
2.0ton/cm2以上の圧力で成形して1.7g/cm3以
上、好ましくは1.9g/cm3以上の密度を有するベータ
アルミナ成形体を作製する。
0〜12.0wt%、残部がAl2O3から成り、且つ
第2図に示すA−Aラインより上部のX領域の組成を有
する粉末を1250℃前後で4時間程度仮焼し、次いで
粉砕、造粒して、平均粒径80μm程度の造粒物を作製
する。次に該造粒物を1.5ton/cm2以上、好ましくは
2.0ton/cm2以上の圧力で成形して1.7g/cm3以
上、好ましくは1.9g/cm3以上の密度を有するベータ
アルミナ成形体を作製する。
次いで、作製したベータアルミナ成形体を焼成するが、
この焼成条件、特に焼成温度条件の選定が上記特定の組
成およびβ″化率を有する本発明のベータアルミナの製
造に深く関係する。
この焼成条件、特に焼成温度条件の選定が上記特定の組
成およびβ″化率を有する本発明のベータアルミナの製
造に深く関係する。
すなわち、温度が1580〜1650℃の範囲、好まし
くは1620〜1630℃という狭い範囲で焼成するこ
とが重要であり、焼成温度がこの範囲から外れると、作
製されるベータアルミナのイオン伝導抵抗率、嵩密度お
よび曲げ強度の何れかが、ナトリウム−硫黄電池の固体
電解質として適用する場合に不適なものとなる。
くは1620〜1630℃という狭い範囲で焼成するこ
とが重要であり、焼成温度がこの範囲から外れると、作
製されるベータアルミナのイオン伝導抵抗率、嵩密度お
よび曲げ強度の何れかが、ナトリウム−硫黄電池の固体
電解質として適用する場合に不適なものとなる。
[実施例] 以下、本発明を実施例に基いて更に詳細に説明するが、
本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
(実施例1) MgO、Na2OおよびAl2O3の割合で種々変えて
原料粉末を作製し、1250で4時間程度仮焼した後、
粉砕、造粒して、80μmの造粒物を作製する。次に該
造粒物を2.5ton/cm2の圧力で成形して2.0g/cm3
の密度を有するベータアルミナ成形体を作製した。
原料粉末を作製し、1250で4時間程度仮焼した後、
粉砕、造粒して、80μmの造粒物を作製する。次に該
造粒物を2.5ton/cm2の圧力で成形して2.0g/cm3
の密度を有するベータアルミナ成形体を作製した。
次いで、この成形体を種々の焼成条件で焼成したとこ
ろ、表1〜表4の結果を得た。それをグラフに表わすと
第2図及び第3図の通りとなった。
ろ、表1〜表4の結果を得た。それをグラフに表わすと
第2図及び第3図の通りとなった。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、次の効果が奏せ
られる。
られる。
請求項1記載のMgO安定化ベータアルミナは、特定の
組成およびβ″化率を有するので、イオン伝導抵抗率が
低く、しかも曲げ強度等も固体電解質として充分に大き
なものを提供するすることができる。
組成およびβ″化率を有するので、イオン伝導抵抗率が
低く、しかも曲げ強度等も固体電解質として充分に大き
なものを提供するすることができる。
請求項2記載の製造方法によれば、イオン伝導抵抗率が
低く、しかも曲げ強度等も大きなMgO安定化ベータア
ルミナを製造することができる。
低く、しかも曲げ強度等も大きなMgO安定化ベータア
ルミナを製造することができる。
第1図はナトリウム−硫黄電池の構成を示す概略断面
図、第2図はMgOとNa2Oの添加割合に対するβ″
化率を示すグラフ、第3図はβ″化率に対するイオン伝
導抵抗率を示すグラフである。 1……陽極用導電材、2……陽極金属容器、3……絶縁
体リング、4……陰極金属容器、5……ベータアルミナ
管。
図、第2図はMgOとNa2Oの添加割合に対するβ″
化率を示すグラフ、第3図はβ″化率に対するイオン伝
導抵抗率を示すグラフである。 1……陽極用導電材、2……陽極金属容器、3……絶縁
体リング、4……陰極金属容器、5……ベータアルミナ
管。
Claims (2)
- 【請求項1】MgOが2.8〜5.4wt%、Na2O
が8.0〜12.0wt%、残部がAl2O3から成
り、且つ第2図に示すA−Aラインより上部のX領域の
組成を有し、そのβ″化率が95%以上であることを特
徴とするMgO安定化ベータアルミナ。 - 【請求項2】MgOが2.8〜5.4wt%、Na2O
が8.0〜12.0wt%、残部がAl2O3から成
り、且つ第2図に示すA−Aラインより上部のX領域の
組成を有する粉末を仮焼後粉砕、造粒し、次いで1.5
ton/cm2以上の圧力で成形して1.7g/cm3以上の密度
を有するベータアルミナ成形体を作製した後、1580
〜1650℃で焼成することを特徴とするMgO安定化
ベータアルミナの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63275091A JPH0637289B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | MgO安定化ベータアルミナ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63275091A JPH0637289B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | MgO安定化ベータアルミナ及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02120222A JPH02120222A (ja) | 1990-05-08 |
JPH0637289B2 true JPH0637289B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=17550669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63275091A Expired - Lifetime JPH0637289B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | MgO安定化ベータアルミナ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0637289B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3247967A1 (de) * | 1982-12-24 | 1984-06-28 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Festelektrolyt |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP63275091A patent/JPH0637289B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02120222A (ja) | 1990-05-08 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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