JPH09237637A - Secondary battery structure of solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Secondary battery structure of solid electrolyte fuel cell

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JPH09237637A
JPH09237637A JP8040887A JP4088796A JPH09237637A JP H09237637 A JPH09237637 A JP H09237637A JP 8040887 A JP8040887 A JP 8040887A JP 4088796 A JP4088796 A JP 4088796A JP H09237637 A JPH09237637 A JP H09237637A
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JP
Japan
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secondary battery
solid electrolyte
fuel cell
pressure
module
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8040887A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuaki Oshima
一晃 大嶋
Osao Kudome
長生 久留
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09237637A publication Critical patent/JPH09237637A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a cell structure of an Na/X secondary battery, simplify a process of manufacture, improve productivity, so that a cost reducing effect of a cell can be expected, also simplify a module structure, make protection capable even without forming an excessive pressure resisting double structure. SOLUTION: A fused salt is used, a plurality of solid electrolytes making an Na ion pass through are aggregated, a module 12 is constituted. Here, a surface of each solid electrolyte tube 28 of the module 12 is surrounded by a fine hole substance 23 as wetted sufficiently by liquid sodium, a protection tube 24 protecting the solid electrolyte tube 28 is provided in the outside, so as to open a lower part of the protection tube 24 in the liquid sodium 14 also store the module 12 of solid electrolyte in a cylindrical pressure resisting vessel 13 consisting of pressure resisting and heat resisting material storing fused salt or the liquid sodium 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば発電所の昼
夜電力負荷を平準化させるための電力貯蔵用の固体電解
質型燃料電池の二次電池構造に関する。また、一般産業
用工場負荷平準化、一般家庭用電力負荷平準化あるいは
太陽光発電電力の貯蔵等にも利用出来るように図ったも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary battery structure of a solid oxide fuel cell for electric power storage for leveling day and night electric power load of a power plant, for example. It is also intended to be used for load leveling for general industrial factories, power leveling for general households, and storage of solar power.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力負荷を平準化させるための電力貯蔵
用の二次電池として、例えばNa/S型又はNa/X型
の二次電池が提案されている。この二次電池の概略を図
7に示す。図7に示すように、例えばNa/X型の二次
電池セル(以下「セル」という。)01の場合には、固
体電解質03を個別の耐圧圧力円筒02内に収納し、各
自の固体電解質内外でのナトリウム06と活物質である
溶融塩05で充放電を行えるようにしており、かかるセ
ル01を複数個まとめ、モジュール耐圧容器の内部に収
納するようにしている。
2. Description of the Related Art As a secondary battery for power storage for leveling a power load, for example, a Na / S type or Na / X type secondary battery has been proposed. The outline of this secondary battery is shown in FIG. As shown in FIG. 7, for example, in the case of a Na / X type secondary battery cell (hereinafter referred to as “cell”) 01, the solid electrolyte 03 is housed in each pressure-resistant pressure cylinder 02, and the solid electrolyte of each one is stored. Charging and discharging can be performed with sodium 06 inside and outside and molten salt 05 as an active material, and a plurality of such cells 01 are collected and housed inside a module pressure resistant container.

【0003】また、上記Na/X型の二次電池セル01
を多数集合させたモジュール07の概略を図8(A)〜
(C)に示す。図8に示すように、モジュール07は上
記二次電池セル01を数列数段に組み込んだものであ
り、耐圧容器として内箱08−1と外箱08−2とから
なる耐圧部を二重化した構造とし、セル単体自体を密閉
耐圧構造とし、保温及び安全性を確保するため各単一セ
ル01の間及び内箱08−2の回りを油や砂09等で埋
めたものとしている。なお、図中符号010は保温ヒー
タ,011は断熱部材を各々図示する。
The Na / X type secondary battery cell 01
8A to 8C are schematic views of a module 07 in which a large number of
It is shown in (C). As shown in FIG. 8, the module 07 is one in which the secondary battery cells 01 are assembled in several rows and columns, and has a structure in which a pressure resistant portion including an inner box 08-1 and an outer box 08-2 is duplicated as a pressure resistant container. The cell itself has a closed pressure-resistant structure, and oil and sand 09 are filled between each single cell 01 and around the inner box 08-2 to ensure heat retention and safety. In the figure, reference numeral 010 is a heat retaining heater, and 011 is a heat insulating member.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記モ
ジュール07とした場合、それ自体で二次電池の機能を
有する耐圧金属容器に収納された単一セルを先ず製造
し、それらの単一セルを複数個集合させてモジュールと
して組み立てた後、そのモジュールを丸ごと圧力容器
(カプセル)内に収納させて安全性を信頼性を確保する
ようにしているが、以下のような課題がある。 構造が複雑である。 製作上工程数が多く、製作コストが高くなる。 セル単体の圧力容器に加えてモジュール収納圧力容
器の二重構造は過剰使用である。
However, in the case of the module 07, a single cell housed in a pressure-resistant metal container having the function of a secondary battery by itself is first manufactured, and a plurality of these single cells are manufactured. After the individual modules are assembled and assembled as a module, the entire module is housed in a pressure vessel (capsule) to ensure safety and reliability, but there are the following problems. The structure is complicated. The number of manufacturing steps is large and the manufacturing cost is high. The double structure of the pressure container containing the cell and the module-containing pressure container is overused.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の固体電解質型燃料電池用二次電池用構造は、溶融塩
を用いてNaイオンを通過させる固体電解質管を複数集
合してモジュールを構成し、その各々の固体電解質管の
表面が溶融塩あるいは液体ナトリウムで充分濡れるよう
な細孔物質で囲まれており、且つその外側に上記固体電
解質を保護する保護管から構成され、該保護管の下部が
液体ナトリウム内に開放されると共に、上記固体電解質
モジュールが溶融塩あるいは液体ナトリウムが貯えられ
た耐圧耐熱材からなる耐圧容器に収納してなることを特
徴とする。
A structure for a secondary battery for a solid oxide fuel cell according to the present invention, which solves the above problems, is a module in which a plurality of solid electrolyte tubes for passing Na ions using a molten salt are assembled to form a module. Each of the solid electrolyte tubes is surrounded by a porous material that is sufficiently wet with molten salt or liquid sodium, and the outside of the protective tube protects the solid electrolyte. Is opened to the inside of the liquid sodium, and the solid electrolyte module is housed in a pressure-resistant container made of a pressure-resistant heat-resistant material in which molten salt or liquid sodium is stored.

【0006】上記固体電解質型燃料電池二次電池構造に
おいて、上記耐圧容器は鋼製円筒竪型の容器であり、そ
の外周部に電気ヒータを配設し、起動時の昇温及び充電
・放電の待機中の内部温度保持を行い、且つ容器外周面
を断熱部材で被覆してなることを特徴とする。
In the solid oxide fuel cell secondary battery structure, the pressure-resistant container is a steel cylindrical vertical container, and an electric heater is provided on the outer periphery of the container to increase the temperature during start-up and charge / discharge. The internal temperature is maintained during standby, and the outer peripheral surface of the container is covered with a heat insulating member.

【0007】上記固体電解質型燃料電池二次電池構造に
おいて、上記耐圧容器内部の下方部分には溶融塩又は液
体ナトリウムが貯えられ、その液面より上部空間は溶融
塩蒸気又は液体ナトリウム蒸気並びに乾燥不活性ガスが
充満してなることを特徴とする。
In the above solid oxide fuel cell secondary cell structure, molten salt or liquid sodium is stored in the lower portion inside the pressure vessel, and molten salt vapor or liquid sodium vapor and dry non-drying are formed in the space above the liquid surface. It is characterized by being filled with active gas.

【0008】上記固体電解質型燃料電池二次電池構造に
おいて、上記二次電池カプセル内部に複数設置する各々
の固体電解質管は、正極上部で上部鏡部より支持される
支持金具及び支持金具に連結する連結板とによって上部
より吊り下げされると共に、保護管より張り出した下部
スペーサ片を介して互いに固定されてなることを特徴と
する。
In the solid oxide fuel cell secondary battery structure, a plurality of solid electrolyte tubes installed inside the secondary battery capsule are connected to a support metal fitting and a support metal fitting supported by an upper mirror portion above the positive electrode. It is characterized in that it is suspended from the upper part by a connecting plate and fixed to each other via a lower spacer piece protruding from the protective tube.

【0009】上記固体電解質型燃料電池二次電池構造に
おいて、上記二次電池カプセル内の気体部分外周壁に安
全弁あるいは逃がし弁を設け、異常反応の際に収容容器
内圧が上昇したときに圧力を逃がすと共に、この放出ガ
スは別のガス処理装置に導入されることを特徴とする。
In the above solid oxide fuel cell secondary cell structure, a safety valve or a relief valve is provided on the outer peripheral wall of the gas portion in the secondary cell capsule to release the pressure when the internal pressure of the container rises during an abnormal reaction. At the same time, the released gas is introduced into another gas treatment device.

【0010】すなわち、本発明の二次電池構造は、耐圧
の容器と該容器の外周に断熱部材を設けた二重構造と
し、内装である耐圧容器内に溶融塩あるいは液体ナトリ
ウムを含有する複数個固体電解質管の集合体からなる円
筒状の固体電解質管モジュールをそのまま収納でき、且
つ内部に液体ナトリウムあるいは溶融塩の湯浴を設けて
固体電解質管の下方先端部分をこの湯浴中に浸すように
すると共に、該固体電解質管の外周部には毛細管現象を
利用して湯浴中の液体で固体電解質管の外周部が充分濡
れるような毛細布(ウィック)とその保護管を設けるよ
うにしている。
That is, the secondary battery structure of the present invention has a double structure in which a pressure resistant container and a heat insulating member are provided on the outer periphery of the container, and a plurality of containers containing molten salt or liquid sodium are contained in the pressure resistant container as an interior. A cylindrical solid electrolyte tube module consisting of an assembly of solid electrolyte tubes can be stored as it is, and a bath of liquid sodium or molten salt is provided inside so that the lower tip of the solid electrolyte tube is immersed in this bath. At the same time, the outer peripheral portion of the solid electrolyte tube is provided with a capillary cloth (wick) and its protective tube so that the outer peripheral portion of the solid electrolyte tube is sufficiently wet by the liquid in the hot water bath by utilizing the capillary phenomenon. .

【0011】また円筒状の固体電解質管内側は溶融塩あ
るいは液体ナトリウムを含浸する電極が設けられ、上端
はα−アルミナ等の非導電性材料で密閉されており、こ
の上部密閉蓋を貫通して上部に突出する電極は各々固体
電解質管毎に共通並列接続されるとともに、上方より電
極を介して吊り下げて支持する構造としている。
An electrode for impregnating molten salt or liquid sodium is provided inside the cylindrical solid electrolyte tube, and the upper end is sealed with a non-conductive material such as α-alumina. The electrodes protruding to the upper part are commonly connected in parallel for each solid electrolyte tube, and are suspended from above and supported by the electrodes.

【0012】固体電解質は円筒状としてその内部に溶融
塩(あるいは液体ナトリウム)と電極を設け、上部は非
導電材料で蓋をした単純な形状としているので、セル構
造が簡単になり、製造工程が簡易となって生産性の向上
が図れ、生産コストの低減を図ることができる。
The solid electrolyte has a cylindrical shape and is provided with a molten salt (or liquid sodium) and an electrode inside thereof, and has a simple shape in which an upper portion is covered with a non-conductive material, which simplifies the cell structure and facilitates the manufacturing process. The productivity can be improved by simplifying, and the production cost can be reduced.

【0013】固体電解質管の外側の液体ナトリウムある
いは溶融塩は、各々複数個の固体電解質管が共通する一
つの湯浴を形成させるよう耐圧容器の下部に貯え、その
中に固体電解質先端部を含浸させることにより、耐圧容
器に湯浴槽と複数の固体電解質管を収納させる容器とを
兼ね備えた機能を持たせ、モジュールシステムの簡素化
を行い、制作費の低減を図ることができる。
Liquid sodium or molten salt outside the solid electrolyte tube is stored in the lower part of the pressure vessel so that a plurality of solid electrolyte tubes form a common hot water bath, and the solid electrolyte tip is impregnated therein. By doing so, the pressure-resistant container can be provided with the function of having both the hot-water bath and the container for accommodating the plurality of solid electrolyte tubes, and the module system can be simplified and the production cost can be reduced.

【0014】ここで、本発明では従来の「単一セル」と
複数セルを組み合わせた「モジュール」と、モジュール
格納用の「耐圧容器」をそれぞれの機能を保ったまま
「一体化させ簡素化」を図ったものである。
In the present invention, the conventional "single cell" and a "module" in which a plurality of cells are combined and the "pressure resistant container" for storing the module are "integrated and simplified" while maintaining their respective functions. Is intended.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】<第1の実施の形態>図1は本発明の第1
の実施の形態にかかる二次電池構造の概略図を示す。
図1中、符号11は二次電池用カプセル、12は円筒状
固体電解質管モジュール、13は円筒竪型圧力容器、1
4は液体ナトリウム溶湯、15は電気ヒータ、16は断
熱部材、17は吊り金具、18は不活性ガス(N2 /A
rガス)、19は安全弁及び20は炭素系主電極を各々
図示する。図1に示すように、本実施の形態では、二次
電池用カプセル(以下「カプセル」という)11は、蓋
体13aと本体13bとからなる円筒竪型圧力容器13
と、該圧力容器13の外周に設けられた断熱用部材16
とから構成され、上記圧力容器13の内には、二次電池
用各円筒状固体電解質管モジュール(以下「モジュー
ル」という)12が上記耐圧容器の鏡部である蓋体13
aから吊り金具17を介して吊り下げ支持されており、
該円筒竪型圧力容器13の内部下方には液体ナトリウム
溶湯14を設けて、上記吊り下げられたモジュール12
の先端が液体ナトリウム溶湯14の湯浴に浸るよう構成
されている。また、カプセル11内の容器13及び断熱
部材16には安全弁あるいは逃がし弁19が設けられて
おり、異常反応による収容容器内圧が上昇したときに圧
力を逃がすと共に、またガスを放出した場合には、別の
ガス処理装置に導入するようにしている。
<First Embodiment> FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a secondary battery structure according to the embodiment of FIG.
In FIG. 1, reference numeral 11 is a secondary battery capsule, 12 is a cylindrical solid electrolyte tube module, 13 is a cylindrical vertical pressure vessel, 1
4 is liquid sodium melt, 15 is an electric heater, 16 is a heat insulating member, 17 is a hanging metal fitting, 18 is an inert gas (N 2 / A
r gas), 19 is a safety valve, and 20 is a carbon-based main electrode. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a secondary battery capsule (hereinafter referred to as “capsule”) 11 includes a cylindrical vertical pressure vessel 13 including a lid 13a and a body 13b.
And a heat insulating member 16 provided on the outer periphery of the pressure vessel 13.
In the pressure vessel 13, each cylindrical solid electrolyte tube module (hereinafter referred to as “module”) 12 for a secondary battery is a lid body 13 which is a mirror portion of the pressure vessel.
It is hung and supported from a through a metal fitting 17,
A liquid sodium melt 14 is provided below the inside of the cylindrical vertical pressure vessel 13, and the suspended module 12 is provided.
Is soaked in a bath of liquid sodium melt 14. Further, a safety valve or a relief valve 19 is provided in the container 13 and the heat insulating member 16 in the capsule 11, so that the pressure is released when the internal pressure of the storage container increases due to an abnormal reaction, and when gas is released, It is designed to be introduced into another gas processing device.

【0017】本実施の形態では、Na/S型又はNa/
X型の二次電池のモジュールを構成する固体電解質とし
て、例えば陽(+)イオンのみを通過させる特殊な固形
のβ−アルミナ(β−Al2 3 )を用い、溶融塩とし
て硫黄(S)あるいは四塩化硫黄(SCl4 )を用いて
いる。そして、陽極である炭素(カーボン)系主電極2
0と、陰極である例えばSUS材等による金属製圧力容
器13とから構成されてなるものである。ここで、ナト
リウム/溶融塩二次電池の作動原理を説明する。 *放電時 ナトリウムがナトリウムイオンと電子とに分かれる。 ナトリウムイオンはβ・アルミナを通り、正極へ移動
する。 溶融塩中で四塩化硫黄は塩素イオンを手放し電子を受
け取り硫黄となる。一方、塩素イオンは移動してきたナ
トリウムイオンと結合して塩化ナトリウムとなる。 *充電時 塩化ナトリウムがナトリウムイオンと塩素イオンとに
分かれる。一方、硫黄は電子を手放して塩素イオンと結
合して四塩化硫黄となる。 ナトリウムイオンはβ・アルミナを通り、負極へ移動
する。 負極中のナトリウムイオンは電子を受け取りナトリウ
ムとなる。
In the present embodiment, Na / S type or Na /
As a solid electrolyte constituting a module of an X-type secondary battery, for example, a special solid β-alumina (β-Al 2 O 3 ) that allows only positive (+) ions to pass is used, and sulfur (S) is used as a molten salt. Alternatively, sulfur tetrachloride (SCl 4 ) is used. Then, the carbon-based main electrode 2 that is the anode
0 and a metal pressure vessel 13 made of, for example, SUS material, which is a cathode. Here, the operating principle of the sodium / molten salt secondary battery will be described. * During discharge Sodium is divided into sodium ions and electrons. Sodium ions pass through β-alumina and move to the positive electrode. In the molten salt, sulfur tetrachloride releases chlorine ions and receives electrons to become sulfur. On the other hand, chloride ions combine with the transferred sodium ions to become sodium chloride. * During charging Sodium chloride is divided into sodium ions and chlorine ions. On the other hand, sulfur releases electrons and combines with chlorine ions to form sulfur tetrachloride. Sodium ions pass through β-alumina and move to the negative electrode. The sodium ion in the negative electrode receives an electron and becomes sodium.

【0018】βアルミナ材の固体電解質管は、例えば7
5mmφ×1000mmLのサイズで、単一管の電池容
量は4V×200Wであり、一般家庭用3KW仕様では
公称モジュール容量は15KWh(5時間放電)とな
る。これは19本の固体電解質管が収納されたカプセル
11となり、サイズは概ね断熱部材厚さ100mmを考
慮して650mmφ×15000mmH程度のスペース
に納まることとなる。
The solid electrolyte tube made of β-alumina is, for example, 7
The size of the battery is 5 mmφ × 1000 mmL, the battery capacity of a single tube is 4 V × 200 W, and the nominal module capacity is 15 KWh (5 hours discharge) in the 3 KW specification for general household use. This is the capsule 11 accommodating 19 solid electrolyte tubes, and the size will be accommodated in a space of about 650 mmφ × 15000 mmH in consideration of the heat insulating member thickness of 100 mm.

【0019】一方、電力貯蔵用として公称8000kw
h(8時間放電システム)ではモジュールシステム電圧
が400Vの場合、一カプセルの電圧が4Vであるから
100カプセルの直列配置となる。カプセル11に内蔵
される固体電解質管の数は50本となり(図6参照)、
5m×5m×10mHの設置スペースとなる。
On the other hand, nominally 8000 kW for power storage
In the case of h (8-hour discharge system), when the module system voltage is 400V, the voltage of one capsule is 4V, so 100 capsules are arranged in series. The number of solid electrolyte tubes contained in the capsule 11 is 50 (see FIG. 6),
The installation space is 5m x 5m x 10mH.

【0020】<電気ヒータ> 上記モジュールを収納する金属製円筒竪型圧力容器
13は内部下方に液体ナトリウム溶湯14が蓄えられて
おり、例えばNa/X二次電池の作動温度230℃±5
0℃に保持するためカプセル11とモジュール12との
間には電気ヒータ15がカプセルの蓋部側を除く耐圧容
器13の本体13bの全面に設置されている。またカプ
セル11とモジュール12との間は充分な断熱効果を持
つ断熱部材16で被覆されている。
<Electric Heater> A cylindrical metal vertical pressure vessel 13 for accommodating the above module has a liquid sodium melt 14 stored in the lower inside thereof, for example, an operating temperature of a Na / X secondary battery of 230 ° C. ± 5.
In order to maintain the temperature at 0 ° C., an electric heater 15 is installed between the capsule 11 and the module 12 on the entire surface of the main body 13b of the pressure resistant container 13 except for the lid side of the capsule. A space between the capsule 11 and the module 12 is covered with a heat insulating member 16 having a sufficient heat insulating effect.

【0021】 Na/X二次電池においては、その充
電放電に伴い発熱する一方、充放電を行わない切替え休
止中においては、放熱による内部温度低下がカプセル壁
近傍で大きく中心近傍で小さくなるので、カプセル11
の内装である圧力容器13内のセル間で温度アンバラン
スが発生し、電池性能を低下させるおそれがある。これ
を防ぐため、カプセル外装である断熱部材16内に配設
される電気ヒータ15は局所的な加熱制御が可能なよう
に設計されており、カプセル11内において各セルの温
度が均一となるように、内部検温・制御システムにより
自動温度制御されるよう配慮されている。
In the Na / X secondary battery, heat is generated as it is charged and discharged, while the internal temperature drop due to heat dissipation is large near the capsule wall and small near the center during switching pauses when charging and discharging are not performed. Capsule 11
There is a risk that temperature imbalance will occur between the cells in the pressure vessel 13 that is the interior of the battery, and the battery performance will be degraded. In order to prevent this, the electric heater 15 disposed inside the heat insulating member 16 that is the capsule exterior is designed so that local heating control is possible, so that the temperature of each cell in the capsule 11 becomes uniform. In addition, it is considered that the internal temperature detection / control system automatically controls the temperature.

【0022】 また、電池停止中には内部温度が放熱
により低下し、液体ナトリウム溶湯14が凝固する。短
期的な停止には液体貯槽部分を選択的に電気ヒータによ
り加熱し、常にカプセル内部を最適温度に保持し、長期
停止後、常温になった容器13内部を昇温させる時は、
固体ナトリウム層を優先的に加熱液化させるため、容器
13の下方部分を加熱する電気ヒータ15は他の部分に
較べてより密に装着され、容量が大きくなっている(図
1参照。)
Further, while the battery is stopped, the internal temperature decreases due to heat dissipation, and the liquid sodium melt 14 solidifies. For a short-term stop, the liquid storage part is selectively heated by an electric heater to always keep the inside of the capsule at an optimum temperature, and after the long-term stop, when the temperature of the inside of the container 13 that has reached room temperature is raised,
In order to preferentially liquefy the solid sodium layer by heating, the electric heater 15 for heating the lower portion of the container 13 is mounted more densely and has a larger capacity than other portions (see FIG. 1).

【0023】<カプセル内不活性ガス封入> Na/X二次電池のβアルミナ材で製造された円筒
密閉型固体電解質モジュール12の内部に貯えられた活
物質は、200〜230℃の作動温度での飽和蒸気圧力
が4kg/cm2g〜4kg/cm2gに達する。固体電解質は
この圧力に耐える構造にするが、安全を期して固体電解
質モジュール12内外圧力差を極力少なくするため、カ
プセル11内に窒素ガスあるいはアルゴンガス等の不活
性ガス18を加圧して封入するようにしている。
<Encapsulation of Inert Gas in Capsule> The active material stored in the cylindrical sealed solid electrolyte module 12 made of β-alumina material of Na / X secondary battery is operated at a temperature of 200 to 230 ° C. saturated vapor pressure reaches 4kg / cm 2 g~4kg / cm 2 g. The solid electrolyte has a structure that can withstand this pressure, but in order to minimize the pressure difference between the inside and outside of the solid electrolyte module 12 for the sake of safety, the inert gas 18 such as nitrogen gas or argon gas is pressurized and enclosed in the capsule 11. I am trying.

【0024】 この不活性ガス18は直接液体ナトリ
ウム溶湯14と接触しており、酸素(O2 )や水滴/水
蒸気(H2 O)が存在するとナトリウム溶湯14と急激
に反応するので、これを防ぐため不活性ガス18は酸素
フリー及び水分フリーの乾燥ガスを使用し安全性を高め
ている。なお、不活性ガス18によりカプセル内は4k
g/cm2g〜4kg/cm2gに昇圧されており、この圧力下
で作動温度200〜230℃のナトリウム飽和蒸気分圧
は(1〜2)×10-3mmHgと低く液体ナトリウムから
のナトリウム蒸発量はppmオーダに抑制される。
This inert gas 18 is in direct contact with the liquid sodium melt 14, and if oxygen (O 2 ) or water droplets / water vapor (H 2 O) is present, it reacts rapidly with the sodium melt 14, and this is prevented. Therefore, the inert gas 18 uses oxygen-free and moisture-free dry gas to improve safety. The inside of the capsule is 4k due to the inert gas 18.
The pressure is increased to g / cm 2 g to 4 kg / cm 2 g, and under this pressure, the sodium saturated vapor partial pressure at an operating temperature of 200 to 230 ° C. is as low as (1-2) × 10 −3 mmHg, Sodium evaporation is suppressed to the ppm order.

【0025】<固体電解質管の外周構造> 図2に固体電解質管モジュールの組み立ての概略断
面図を示す。密閉されたモジュール12の内部には、カ
ーボン電極21と溶融塩が含浸している溶融塩含浸カー
ボンフォーム(以下「カーボンフォーム」という)22
が設けられており、モジュールの外側底部は容器13の
下方に設けられた液体ナトリウム溶湯14に浸されてい
る。
<Peripheral Structure of Solid Electrolyte Tube> FIG. 2 is a schematic sectional view of the assembly of the solid electrolyte tube module. Inside the sealed module 12, a carbon electrode 21 and a molten salt-impregnated carbon foam (hereinafter, referred to as “carbon foam”) 22 impregnated with a molten salt are provided.
And the outer bottom of the module is submerged in the liquid sodium melt 14 provided below the container 13.

【0026】 二次電池の放電時においては、液体ナ
トリウム溶湯14から発生したナトリウムイオンが固体
電解質モジュール12の全有効表面を利用して内部の溶
融塩層まで移動させるために、固体電解質管外表面を液
体ナトリウムで充分に濡れるよう毛細管現象を利用して
液体ナトリウムを上方に吸い上げる布状若しくはスポン
ジ状の、毛細布(以下「ウィック」という)23が固体
電解質の保護管24と固体電解質28との間に巻装され
ている。
At the time of discharging the secondary battery, sodium ions generated from the liquid sodium melt 14 move to the molten salt layer inside by utilizing the entire effective surface of the solid electrolyte module 12, so that the outer surface of the solid electrolyte tube is The cloth-like or sponge-like capillary cloth (hereinafter, referred to as “wick”) 23 sucking up the liquid sodium upward by using the capillary phenomenon so as to sufficiently wet the liquid sodium with the solid electrolyte protective tube 24 and the solid electrolyte 28. It is wrapped in between.

【0027】 また、図3に示すように、外側の保護
管24は上記ウィック23を保護するためのものであ
り、例えばSUS材による円筒が巻かれており、上端は
固体電解質を密封する高温に耐えられるα−アルミナで
生成された蓋25に固定されている。一方、保護管24
の下端は液体ナトリウム溶湯14が上昇できるように開
放されている。
Further, as shown in FIG. 3, the outer protective tube 24 is for protecting the wick 23, for example, a cylinder made of SUS material is wound, and the upper end is exposed to a high temperature for sealing the solid electrolyte. It is affixed to a lid 25 made of alpha-alumina that can withstand. On the other hand, the protective tube 24
The lower end of is opened so that the liquid sodium melt 14 can rise.

【0028】<固体電解質管の支持構造> 図2に示すように、各固体電解質モジュール12
は、圧力容器13内においてモジュール12の底部が液
体ナトリウム溶湯14を介して継っており、上部はカー
ボン電極21を介して、継げられた並列接続構造となっ
ている。
<Solid Electrolyte Tube Supporting Structure> As shown in FIG.
Has a parallel connection structure in which the bottom of the module 12 is joined via the liquid sodium melt 14 in the pressure vessel 13 and the top is joined via the carbon electrode 21.

【0029】 正極である炭素電極21の上端は並列
接続機能と各セルを上端で固定する機能を有する電導体
で腐食に強い例えばSUS製の連結板26にて、定位置
に固定されている。なお、カプセル11の外部へ引き出
される炭素系主電極20は連結板26に別に連結されて
いる。
The upper end of the carbon electrode 21, which is the positive electrode, is an electric conductor having a parallel connection function and a function of fixing each cell at the upper end, and is fixed at a fixed position by a connecting plate 26 made of, for example, SUS, which is resistant to corrosion. The carbon-based main electrode 20 drawn out of the capsule 11 is separately connected to the connecting plate 26.

【0030】 上記連結板26はカプセル11の上部
の開放点検用の蓋を兼ねた鏡部である蓋体13aより吊
り金具17により固定されている。従って、各セルは上
部より吊り下げられた構造となって、熱による固体電解
質等の膨張があっても自由に下方に逃げることができる
構造となっている。
The connecting plate 26 is fixed to the upper part of the capsule 11 by a hanging member 17 from a lid body 13a which is a mirror portion also serving as a lid for opening inspection. Therefore, each cell has a structure that is suspended from the upper portion, and can freely escape downward even if the solid electrolyte or the like expands due to heat.

【0031】 また、連結板26へのカーボン電極2
1の取付けは、先ず、図5(a)に示すように、各セル
から突出するカーボン電極21を下方から連結板26の
丸孔26a内に挿入する。次いで、図5(b)に示すよ
うに、連結板26を構成する上下二枚の板26−1,2
6−2を横方向にスライドさせることにより、上記カー
ボン電極21に形成された溝内21aに連結板26の長
孔26bを圧着させつつ位置決め固定する。
In addition, the carbon electrode 2 on the connecting plate 26
As for the attachment of No. 1, first, as shown in FIG. 5A, the carbon electrode 21 protruding from each cell is inserted into the round hole 26a of the connecting plate 26 from below. Then, as shown in FIG. 5B, the upper and lower two plates 26-1 and 26-2 that form the connecting plate 26.
By sliding 6-2 in the lateral direction, the elongated hole 26b of the connecting plate 26 is crimped and positioned and fixed in the groove 21a formed in the carbon electrode 21.

【0032】 また、各セルの下端は保護管24同志
が上下にスライドさせて配置される固定スペーサ片27
によって互いに接触しないよう、所定の間隔を保って装
着できるようになっている(図2及び図6参照)。
In addition, the lower end of each cell has a fixed spacer piece 27 on which the protective tubes 24 are vertically slid and arranged.
Thus, they can be mounted at a predetermined interval so that they do not contact each other (see FIGS. 2 and 6).

【0033】なお、この固体スペーサ片27は長期停止
時において液体ナトリウム溶湯14が凝固してもナトリ
ウム内に固定されないよう、図2に示すように、液体ナ
トリウム溶湯14の液面より上方に設置させることが望
ましい。
The solid spacer piece 27 is installed above the liquid surface of the liquid sodium melt 14 as shown in FIG. 2 so as not to be fixed in the sodium even if the liquid sodium melt 14 solidifies during a long stop. Is desirable.

【0034】<固体電解質管の密閉構造> 上記の各セル吊り下げ構造を満たすには、円筒竪型
固体電解質と吊り下げ固定する炭素系電極棒21及び固
体電解質28内部に充填する溶融塩の密閉封止方法が大
変重要である。
<Sealing Structure of Solid Electrolyte Tube> In order to satisfy the above-mentioned cell suspension structure, a cylindrical vertical solid electrolyte, a carbon-based electrode rod 21 to be suspended and fixed, and a molten salt to be filled inside the solid electrolyte 28 are sealed. The sealing method is very important.

【0035】 図3に示すように、固体電解質管28
内にカーボン電極21とカーボンフォーム22とを設置
し、α−アルミナ材で成形した蓋25を被せたのち、固
体電解質28と蓋25とを封入材31を用いて第1次の
封入をする。なお、封入材31はガラスろう付け材や耐
熱性協力接着剤が用いられる。 次に、固体電解質管28の外周にウィック23を巻
付け、保護管24を被せた後、炭素電極21とα−アル
ミナ蓋25とを保護管24の上端部と共に封入材31で
第2次の封入をする。この封入した後、溶融塩注入管3
2から溶融塩を注入し、次いでその管32の上端部を注
入管用蓋33で密閉封止する。
As shown in FIG. 3, the solid electrolyte tube 28
The carbon electrode 21 and the carbon foam 22 are placed inside, and a lid 25 formed of an α-alumina material is covered, and then the solid electrolyte 28 and the lid 25 are subjected to a primary encapsulation using an encapsulating material 31. As the encapsulating material 31, a glass brazing material or a heat resistant cooperative adhesive is used. Next, the wick 23 is wound around the outer periphery of the solid electrolyte tube 28, and the protective tube 24 is covered. Then, the carbon electrode 21 and the α-alumina lid 25 together with the upper end portion of the protective tube 24 are sealed with the encapsulating material 31 as a secondary material. Enclose. After this sealing, the molten salt injection pipe 3
Molten salt is injected from No. 2, and then the upper end of the tube 32 is hermetically sealed with an injection tube lid 33.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上の述べたように、本発明によれば、
Na/X二次電池のセル構造が簡単になり、製造工程が
簡易となって生産性が向上し、セルのコストダウン効果
が期待できる。モジュール構造が簡易となり、過剰な耐
圧二重構造でなくとも、保護が可能となる。モジュール
システム構成が小単位モジュール毎の組合せで任意に決
定でき、従来のように各仕様毎にモジュール内のセルの
組合せを変更しなければならない構成に較べると、シス
テム構成が組易くなった。各固体電解質管の外周を毛細
布(ウィック)で巻付けするようにしたので、効率よく
蓄電放電ができる。また、固体電解質の外周をウィック
で覆い毛細管現象を利用して電解質の全体を使用できる
ので、目詰まりなどが起こりにくく、電池の寿命を伸ば
すことができ、またナトリウム量が低下しても効率は低
下しない。複数のセルに対して一箇所にナトリウムを集
合させる構造としたので構造が簡略化できる。さらに、
従来のような単一セルの耐圧部を取り除き、一重のモジ
ュール耐圧構造とすると共に、不活性ガス圧を液体ナト
リウムの上部に掛けることにより、単一セル内外部の圧
力差を少なくすることができる。
As described above, according to the present invention,
The cell structure of the Na / X secondary battery is simplified, the manufacturing process is simplified, the productivity is improved, and the cost reduction effect of the cell can be expected. The module structure becomes simple, and protection is possible even if it is not an excessive pressure resistant double structure. The module system configuration can be arbitrarily determined by the combination for each small unit module, and the system configuration can be easily assembled as compared with the conventional configuration in which the combination of cells in the module must be changed for each specification. Since the outer periphery of each solid electrolyte tube is wrapped with a capillary cloth (wick), electricity can be efficiently stored and discharged. Also, since the outer periphery of the solid electrolyte is covered with a wick and the whole electrolyte can be used by utilizing the capillary phenomenon, clogging is less likely to occur, the battery life can be extended, and even if the amount of sodium decreases, the efficiency is low. Does not fall. Since the structure is such that sodium is collected at one place for a plurality of cells, the structure can be simplified. further,
It is possible to reduce the pressure difference between the inside and outside of the single cell by removing the pressure resistant part of the conventional single cell to form a single module pressure resistant structure and applying an inert gas pressure to the upper part of the liquid sodium. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る二次電池カプセルの
全体断面概略図である。
FIG. 1 is an overall cross-sectional schematic diagram of a secondary battery capsule according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態に係るモジュール組み立て
概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of module assembly according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態に係る固体電解質管の密閉
構造概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of a closed structure of a solid electrolyte tube according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態に係るカプセル全体概略図
である。
FIG. 4 is a schematic view of an entire capsule according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態に係る電極の支持構造の概
略図である。
FIG. 5 is a schematic view of an electrode support structure according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態に係る固定スペーサの配置
概略図である。
FIG. 6 is a schematic layout diagram of fixed spacers according to an embodiment of the present invention.

【図7】従来の単一セルの断面概略図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a conventional single cell.

【図8】従来の固体電解質型燃料電池モジュールの断面
概略図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a conventional solid oxide fuel cell module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 二次電池カプセル 12 円筒状固体電解質管モジュール 13 円筒竪型圧力容器 14 液体ナトリウム溶湯 15 電気ヒータ 16 断熱部材 17 吊り金具 18 不活性ガス(N2 /Arガス)11 Rechargeable Battery Capsule 12 Cylindrical Solid Electrolyte Tube Module 13 Cylindrical Vertical Pressure Vessel 14 Liquid Sodium Melt 15 Electric Heater 16 Heat Insulating Member 17 Suspension Metal 18 Inert Gas (N 2 / Ar Gas)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶融塩を用いてNaイオンを通過させる
固体電解質管を複数集合してモジュールを構成し、その
各々の固体電解質管の表面が溶融塩あるいは液体ナトリ
ウムで充分濡れるような細孔物質で囲まれており、且つ
その外側に上記固体電解質管を保護する保護管から構成
され、該保護管の下部が液体ナトリウム内に開放される
と共に、上記固体電解質モジュールが溶融塩あるいは液
体ナトリウムが貯えられた耐圧耐熱材からなる耐圧容器
に収納してなることを特徴とする固体電解質型燃料電池
二次電池構造。
1. A porous substance in which a plurality of solid electrolyte tubes that pass Na ions using a molten salt are assembled to form a module, and the surface of each solid electrolyte tube is sufficiently wetted with the molten salt or liquid sodium. Is surrounded by a protective tube for protecting the solid electrolyte tube, the lower part of the protective tube is opened in liquid sodium, and the solid electrolyte module stores molten salt or liquid sodium. A solid oxide fuel cell secondary battery structure characterized by being housed in a pressure-resistant container made of the pressure-resistant heat-resistant material.
【請求項2】 請求項1記載の固体電解質型燃料電池二
次電池構造において、 上記耐圧容器は鋼製円筒竪型の容器であり、その外周部
に電気ヒータを配設し、起動時の昇温及び充電・放電の
待機中の内部温度保持を行い、且つ容器外周面を断熱部
材で被覆してなることを特徴とする固体電解質型燃料電
池二次電池構造。
2. The solid oxide fuel cell secondary battery structure according to claim 1, wherein the pressure-resistant container is a steel cylindrical vertical container, and an electric heater is provided on an outer peripheral portion of the container to raise the temperature at the time of startup. A solid oxide fuel cell secondary battery structure, characterized in that the internal temperature is maintained during standby for temperature and charging / discharging, and the outer peripheral surface of the container is covered with a heat insulating member.
【請求項3】 請求項1又は2記載の固体電解質型燃料
電池二次電池構造において、 上記耐圧容器内部の下方部分には溶融塩又は液体ナトリ
ウムが貯えられ、その液面より上部空間は溶融塩蒸気又
は液体ナトリウム蒸気並びに乾燥不活性ガスが充満して
なることを特徴とする固体電解質型燃料電池二次電池構
造。
3. The solid oxide fuel cell secondary battery structure according to claim 1, wherein molten salt or liquid sodium is stored in a lower portion inside the pressure vessel, and a space above the liquid surface is molten salt. A solid oxide fuel cell secondary battery structure characterized by being filled with vapor or liquid sodium vapor and dry inert gas.
【請求項4】 請求項1〜3記載の固体電解質型燃料電
池二次電池構造において、 上記二次電池カプセル内部に複数設置する各々の固体電
解質管は、正極上部で上記耐圧容器の上部鏡部より支持
される支持金具及び支持金具に連結する連結板とによっ
て上部より吊り下げされると共に、保護管より張り出し
た下部スペーサ片を介して互いに固定されてなることを
特徴とする固体電解質型燃料電池二次電池構造。
4. The solid oxide fuel cell secondary battery structure according to claim 1, wherein each of the plurality of solid electrolyte tubes installed inside the secondary battery capsule is an upper mirror portion of the pressure resistant container above a positive electrode. A solid oxide fuel cell, characterized in that the solid electrolyte fuel cell is suspended from an upper portion by a supporting metal fitting supported more and a connecting plate connected to the supporting metal fitting, and is fixed to each other through a lower spacer piece protruding from a protective tube. Secondary battery structure.
【請求項5】 請求項1〜4記載の固体電解質型燃料電
池二次電池構造において、 上記二次電池カプセル内の気体部分外周壁に安全弁ある
いは逃がし弁を設け、異常反応の際に収容容器内圧が上
昇したときに圧力を逃がすと共に、この放出ガスは別の
ガス処理装置に導入されることを特徴とする固体電解質
型燃料電池二次電池構造。
5. The solid oxide fuel cell secondary battery structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a safety valve or a relief valve is provided on an outer peripheral wall of a gas portion in the secondary battery capsule, and an internal pressure of a container is held when an abnormal reaction occurs. When the pressure rises, the pressure is released, and the released gas is introduced into another gas treatment device. A solid oxide fuel cell secondary battery structure.
JP8040887A 1996-02-28 1996-02-28 Secondary battery structure of solid electrolyte fuel cell Withdrawn JPH09237637A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2745346B1 (en) * 2011-08-19 2020-09-23 NGK Insulators, Ltd. Method of controlling storage battery, apparatus for controlling storage battery, and electric power control system

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