JPH0793150B2 - ナトリウム―硫黄電池 - Google Patents
ナトリウム―硫黄電池Info
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- JPH0793150B2 JPH0793150B2 JP61201462A JP20146286A JPH0793150B2 JP H0793150 B2 JPH0793150 B2 JP H0793150B2 JP 61201462 A JP61201462 A JP 61201462A JP 20146286 A JP20146286 A JP 20146286A JP H0793150 B2 JPH0793150 B2 JP H0793150B2
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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
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-
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- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はナトリウム−硫黄電池に係り、特に高強度及び
高気密性を得るのに好適なナトリウム−硫黄電池に関す
る。
高気密性を得るのに好適なナトリウム−硫黄電池に関す
る。
従来のナトリウム−硫黄電池は特開昭59−67733号公報
に記載のように、陰極管及び陽極管として耐食性を主体
としたステンレス鋼材料を用いており、高強度を得るた
めの低熱膨張材の適用及びこれら低熱膨張部材を用いた
高気密性接合構造について検討されていなかった。
に記載のように、陰極管及び陽極管として耐食性を主体
としたステンレス鋼材料を用いており、高強度を得るた
めの低熱膨張材の適用及びこれら低熱膨張部材を用いた
高気密性接合構造について検討されていなかった。
上記従来技術は、陰極管及び陽極管としてナトリウムや
硫黄及び多硫化ナトリウムに対する耐食性を主眼とした
ステンレス鋼材料を用いているが、接合部の接合強度の
向上及び接合部の気密性については配慮されておらず、
接合強度が低く気密性も不充分などの問題があった。
硫黄及び多硫化ナトリウムに対する耐食性を主眼とした
ステンレス鋼材料を用いているが、接合部の接合強度の
向上及び接合部の気密性については配慮されておらず、
接合強度が低く気密性も不充分などの問題があった。
本発明の目的は高強度，高気密性の接合部をもつナトリ
ウム−硫黄電池を提供することにある。
ウム−硫黄電池を提供することにある。
上記目的は、一端の閉塞された陽極管と、同じく一端の
閉塞された陰極管との各開放端同士をAl合金製インサー
ト材とリング状電気絶縁部材とを介在させて接合し、前
記リング状電気絶縁部材の内側に前記陽極管方向に伸び
る固体電解質製の管の開放端を接合し、前記陽極管と前
記固体電解質管とで区画された領域に硫黄を収め、前記
陰極管と前記固体電解質管とで区画された領域に陰電極
及びナトリウムを収め、陽極管と陰極管の夫々に導電材
を接合して成るナトリウム−硫黄電池において、前記陽
極管及び陰極管の夫々は、Fe−Ni合金,Fe−Ni−Co合金,
Fe−Ni−Cr合金,Fe−Ni−Ti合金の群からなるFe−Ni系
合金のいずれかで製作され、前記リング状電気絶縁部材
の陽極管の開放端側及び陰極管の開放端側に前記Al合金
製インサート材を配し、前記陽極管及び陰極管と前記Al
合金製インサート材との界面にCr層又はCrを主体とする
層を配し、前記リング状電気絶縁部材としてセラミック
リングを用い、前記Al合金製インサート材は、芯材にAl
合金、両表面層にAl−Si−Mg合金を配した三層構造とす
ることにより達成される。又、セラミックリングは、ア
ルミナ製リング，ジルコニア製リング，サイアロン製リ
ング，窒化珪素製リング，炭化珪素製リングの群から選
ばれるものを用いればよい。又、Al合金製インサート材
の両表面を形成するAl−Si−Mg合金は、Al−10％Si−２
％Mg合金とすればよい。更に、Cr層又はCrを主体とする
層は、陽極管と陰極管をクロマイジング処理することに
より形成するものとする。
閉塞された陰極管との各開放端同士をAl合金製インサー
ト材とリング状電気絶縁部材とを介在させて接合し、前
記リング状電気絶縁部材の内側に前記陽極管方向に伸び
る固体電解質製の管の開放端を接合し、前記陽極管と前
記固体電解質管とで区画された領域に硫黄を収め、前記
陰極管と前記固体電解質管とで区画された領域に陰電極
及びナトリウムを収め、陽極管と陰極管の夫々に導電材
を接合して成るナトリウム−硫黄電池において、前記陽
極管及び陰極管の夫々は、Fe−Ni合金,Fe−Ni−Co合金,
Fe−Ni−Cr合金,Fe−Ni−Ti合金の群からなるFe−Ni系
合金のいずれかで製作され、前記リング状電気絶縁部材
の陽極管の開放端側及び陰極管の開放端側に前記Al合金
製インサート材を配し、前記陽極管及び陰極管と前記Al
合金製インサート材との界面にCr層又はCrを主体とする
層を配し、前記リング状電気絶縁部材としてセラミック
リングを用い、前記Al合金製インサート材は、芯材にAl
合金、両表面層にAl−Si−Mg合金を配した三層構造とす
ることにより達成される。又、セラミックリングは、ア
ルミナ製リング，ジルコニア製リング，サイアロン製リ
ング，窒化珪素製リング，炭化珪素製リングの群から選
ばれるものを用いればよい。又、Al合金製インサート材
の両表面を形成するAl−Si−Mg合金は、Al−10％Si−２
％Mg合金とすればよい。更に、Cr層又はCrを主体とする
層は、陽極管と陰極管をクロマイジング処理することに
より形成するものとする。
Alインサート材を用いセラミックリングと陽極管又は陰
極管とを接合するに際し、陽極管及び陰極管の接合表面
にCr層又はCrを主体とする層を設けることにより、Alと
の接合面に生成する反応生成物層の組成を、AlとCrを主
体とするものにでき、その層のクラック発生を防止でき
る。
極管とを接合するに際し、陽極管及び陰極管の接合表面
にCr層又はCrを主体とする層を設けることにより、Alと
の接合面に生成する反応生成物層の組成を、AlとCrを主
体とするものにでき、その層のクラック発生を防止でき
る。
又、陽極管及び陰極管の材質を熱膨張係数の低いFe−Ni
系合金を用いることにより、セラミックとの熱膨張係数
差を小さくでき、接合時に熱膨張係数差により生ずる熱
応力を少なくすることができる。
系合金を用いることにより、セラミックとの熱膨張係数
差を小さくでき、接合時に熱膨張係数差により生ずる熱
応力を少なくすることができる。
更に、三層構造からなるAl合金製インサート材を用いる
ことにより、芯材のAl合金より低融点で両表面層を構成
するAl−Si−Mg合金のみを溶融させることができ、寸法
精度の良い接合ができる。
ことにより、芯材のAl合金より低融点で両表面層を構成
するAl−Si−Mg合金のみを溶融させることができ、寸法
精度の良い接合ができる。
以下、本発明の実施例を図により説明する。
実施例（１）（Fe−42％Ni合金製陰極管及び陽極管とア
ルミナリングとの接合） 第１図はナトリウム−硫黄電池の断面図である。固体電
解質管１を陽極管２が囲み、上方に陰極管３が配置さ
れ、陰極管３と固体電解質管１とで囲まれた領域に、陰
極管に一部を結合した陰電極６が収められている。
ルミナリングとの接合） 第１図はナトリウム−硫黄電池の断面図である。固体電
解質管１を陽極管２が囲み、上方に陰極管３が配置さ
れ、陰極管３と固体電解質管１とで囲まれた領域に、陰
極管に一部を結合した陰電極６が収められている。
固体電解質管１の開放端には電気絶縁を目的としてアル
ミナリング４が半田接合されている。アルミナリング４
の前記接合面とは別の上下面にアルミナリング４を挟む
如くに陽極管２と陰極管３とが接合される。陽極管２と
陰極管３との接合について、第２図を示す模擬試験片に
よって説明する。
ミナリング４が半田接合されている。アルミナリング４
の前記接合面とは別の上下面にアルミナリング４を挟む
如くに陽極管２と陰極管３とが接合される。陽極管２と
陰極管３との接合について、第２図を示す模擬試験片に
よって説明する。
クロマイジング処理したFe−42％Ni合金及び無処理のFe
−42％Ni合金製の陽極管２と陰極管３の間にアルミナリ
ング４を挟む。
−42％Ni合金製の陽極管２と陰極管３の間にアルミナリ
ング４を挟む。
アルミナリング４と陽極管２及び陰極管３の間には、さ
らに、Al合金を芯材としてAl−10％Si−２％Mg合金を両
表皮材とする三層構造からなるAlインサート材５を挿入
し、この試験片を10-4Torrの真空雰囲気中、接合温度60
0℃，接合圧力0.5kgf/mm2で加熱，加圧保持して接合し
た。得られた試験片についてHeリークディテクタにより
気密性を調べた結果、無処理のFe−42Ni合金で接合した
ものは、10-5Torr程度の真空引きは可能であるにもかか
わらずHeリークが発生した。これに対してクロマイジン
グ処理したFe−42％Ni合金ではHeリークは全く認められ
なかった。第３図（ａ），（ｂ）にFe−42％Ni合金とAl
インサート材の接合部の断面顕微鏡組織を示す。（ａ）
に示すように、無処理のFe−42％Ni合金の接合界面に
は、Fe,Ni,Alからなる金属間化合物層が生成し、この化
合物層には微細なクラックが発生している。このクラッ
クは化合物層内で亀甲状に連なっており、これがHeガス
のパスとなりリークが発生する。これに対して、（ｂ）
に示すように、クロマイジング処理したFe−42％Ni合金
の接合界面にはごく薄い金属間化合物層を生成している
ものの、この化合物層の組成はAlとCrからなり、FeやNi
にほとんど認められず、しかもHeガスのパスとなる微少
クラックは全く認められなかった。
らに、Al合金を芯材としてAl−10％Si−２％Mg合金を両
表皮材とする三層構造からなるAlインサート材５を挿入
し、この試験片を10-4Torrの真空雰囲気中、接合温度60
0℃，接合圧力0.5kgf/mm2で加熱，加圧保持して接合し
た。得られた試験片についてHeリークディテクタにより
気密性を調べた結果、無処理のFe−42Ni合金で接合した
ものは、10-5Torr程度の真空引きは可能であるにもかか
わらずHeリークが発生した。これに対してクロマイジン
グ処理したFe−42％Ni合金ではHeリークは全く認められ
なかった。第３図（ａ），（ｂ）にFe−42％Ni合金とAl
インサート材の接合部の断面顕微鏡組織を示す。（ａ）
に示すように、無処理のFe−42％Ni合金の接合界面に
は、Fe,Ni,Alからなる金属間化合物層が生成し、この化
合物層には微細なクラックが発生している。このクラッ
クは化合物層内で亀甲状に連なっており、これがHeガス
のパスとなりリークが発生する。これに対して、（ｂ）
に示すように、クロマイジング処理したFe−42％Ni合金
の接合界面にはごく薄い金属間化合物層を生成している
ものの、この化合物層の組成はAlとCrからなり、FeやNi
にほとんど認められず、しかもHeガスのパスとなる微少
クラックは全く認められなかった。
次にAlインサート材厚さを2.5mmとしたときの試験片の
引張り強さを測定した結果、従来用いられていた18−８
ステンレス鋼製のものに比べてクロマイジング処理した
Fe−42％Ni合金のものは1.5〜２倍の引張り強さが得ら
れた。なおクロマイジング処理はナトリウムや硫黄に対
しすぐれた耐食性を示す処理法でありナトリウム−硫黄
電池に対してクロマイジング処理したFe−42％Ni合金を
用いるのは極めて有効な方法である。
引張り強さを測定した結果、従来用いられていた18−８
ステンレス鋼製のものに比べてクロマイジング処理した
Fe−42％Ni合金のものは1.5〜２倍の引張り強さが得ら
れた。なおクロマイジング処理はナトリウムや硫黄に対
しすぐれた耐食性を示す処理法でありナトリウム−硫黄
電池に対してクロマイジング処理したFe−42％Ni合金を
用いるのは極めて有効な方法である。
実施例（２）（Fe−Ni−Co合金製陰極管及び陽極管とジ
ルコニアリングとの接合） 構成部材としてFe−29％Ni−17％Co合金及びジルコニア
リングを用い、実施例（１）と同一条件で接合した。He
リーク試験の結果、無処理のFe−29％Ni−17％Co合金試
験片には第３図（ａ）と同様にFe,Ni,Co,Alからなる金
属間化合物層に微細なクラックが生じ、Heリークが発生
したが、クロマイジング処理したFe−29％Ni−17％Co合
金試験片では化合物層はAl,Crからなり、Fe,Ni,Coはほ
とんどない。この化合物層に微細クラックは発生せず、
Heリークは認められなかった。又試験片の引張り強さも
実施例（１）と同様な方法で行なった結果、18−８ステ
ンレス鋼の1.7倍の強さが得られた。本実施例ではアル
ミナの代りにジルコニアリングを用いたが、その他サイ
アロン，窒化珪素，炭化珪素リングを用いても同様の効
果が得られる。又、陰極管及び陽極管にFe−Ni−Cr,Fe
−Ni−Ti合金を用いても同様な効果が得られる。
ルコニアリングとの接合） 構成部材としてFe−29％Ni−17％Co合金及びジルコニア
リングを用い、実施例（１）と同一条件で接合した。He
リーク試験の結果、無処理のFe−29％Ni−17％Co合金試
験片には第３図（ａ）と同様にFe,Ni,Co,Alからなる金
属間化合物層に微細なクラックが生じ、Heリークが発生
したが、クロマイジング処理したFe−29％Ni−17％Co合
金試験片では化合物層はAl,Crからなり、Fe,Ni,Coはほ
とんどない。この化合物層に微細クラックは発生せず、
Heリークは認められなかった。又試験片の引張り強さも
実施例（１）と同様な方法で行なった結果、18−８ステ
ンレス鋼の1.7倍の強さが得られた。本実施例ではアル
ミナの代りにジルコニアリングを用いたが、その他サイ
アロン，窒化珪素，炭化珪素リングを用いても同様の効
果が得られる。又、陰極管及び陽極管にFe−Ni−Cr,Fe
−Ni−Ti合金を用いても同様な効果が得られる。
なお、実施例（１）及び（２）は真空雰囲気中における
接合例であるが、不活性ガスもしくは大気中においても
可能である。
接合例であるが、不活性ガスもしくは大気中においても
可能である。
以上説明したように本発明によれば、ナトリウム−硫黄
電池の陰極管及び陽極管材料としてFe−Ni合金,Fe−Ni
−Co合金などの低熱膨張材を用い、これら低熱膨張材の
表面にCr層あるいはCrを主体とする層を設け、この層を
介して電気絶縁用セラミックリングとをAlインサート材
で接合することにより高強度で気密性の良好な接合部を
有するナトリウム−硫黄電池が得られる。
電池の陰極管及び陽極管材料としてFe−Ni合金,Fe−Ni
−Co合金などの低熱膨張材を用い、これら低熱膨張材の
表面にCr層あるいはCrを主体とする層を設け、この層を
介して電気絶縁用セラミックリングとをAlインサート材
で接合することにより高強度で気密性の良好な接合部を
有するナトリウム−硫黄電池が得られる。
第１図から第３図は本発明に係る説明図で、第１図はナ
トリウム−硫黄電池の断面図、第２図はナトリウム−硫
黄電池の接合部を模擬した試験片の断面図、第３図
（ａ）は従来の接合部の金属組織の顕微鏡写真，第３図
（ｂ）は本発明における接合部の金属組織の顕微鏡写真
である。 １……固体電解質管、２……陽極管、３……陰極管、４
……電気絶縁用セラミックリング、５……Alインサート
材。
トリウム−硫黄電池の断面図、第２図はナトリウム−硫
黄電池の接合部を模擬した試験片の断面図、第３図
（ａ）は従来の接合部の金属組織の顕微鏡写真，第３図
（ｂ）は本発明における接合部の金属組織の顕微鏡写真
である。 １……固体電解質管、２……陽極管、３……陰極管、４
……電気絶縁用セラミックリング、５……Alインサート
材。
Claims (4)
- 【請求項１】一端の閉塞された陽極管と、同じく一端の
閉塞された陰極管との各開放端同士をAl合金製インサー
ト材とリング状電気絶縁部材とを介在させて接合し、前
記リング状電気絶縁部材の内側に前記陽極管方向に伸び
る固体電解質製の管の開放端を接合し、前記陽極管と前
記固体電解質管とで区画された領域に硫黄を収め、前記
陰極管と前記固体電解質管とで区画された領域に陰電極
及びナトリウムを収め、陽極管と陰極管の夫々に導電材
を接合して成るナトリウム−硫黄電池において、前記陽
極管及び陰極管の夫々は、Fe−Ni合金,Fe−Ni−Co合金,
Fe−Ni−Cr合金,Fe−Ni−Ti合金の群からなるFe−Ni系
合金のいずれかで製作され、前記リング状電気絶縁部材
の陽極管の開放端側及び陰極管の開放端側に前記Al合金
製インサート材を配し、前記陽極管及び陰極管と前記Al
合金製インサート材との界面にCr層又はCrを主体とする
層を配し、前記リング状電気絶縁部材としてセラミック
リングを用い、前記Al合金製インサート材は、芯材にAl
合金、両表面層にAl−Si−Mg合金を配した三層構造から
なることを特徴とするナトリウム−硫黄電池。 - 【請求項２】前記セラミックリングは、アルミナ製リン
グ，ジルコニア製リング，サイアロン製リング，窒化珪
素製リング及び炭化珪素製リングの群から選ばれること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナトリウム
−硫黄電池。 - 【請求項３】前記Al合金製インサート材の両表面層がAl
−10％Si−２％Mg合金であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のナトリウム−硫黄電池。 - 【請求項４】前記Cr層又はCrを主体とする層は、前記陽
極管と陰極管をクロマイジング処理することにより形成
することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のナ
トリウム−硫黄電池。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP61201462A JPH0793150B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | ナトリウム―硫黄電池 |
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|---|---|---|---|
| JP61201462A JPH0793150B2 (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | ナトリウム―硫黄電池 |
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