JPH10144343A - ナトリウム溶融塩電池 - Google Patents

ナトリウム溶融塩電池

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JPH10144343A
JPH10144343A JP8295145A JP29514596A JPH10144343A JP H10144343 A JPH10144343 A JP H10144343A JP 8295145 A JP8295145 A JP 8295145A JP 29514596 A JP29514596 A JP 29514596A JP H10144343 A JPH10144343 A JP H10144343A
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JP
Japan
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sodium
chloride
molten salt
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outer cylindrical
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JP8295145A
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Yoshimi Yashima
吉見 八島
Akihiro Sawada
明宏 沢田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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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】 【課題】セル組立を簡素化して、量産化工程を構築する
ことができない。 【解決手段】外筒容器(1) と、この外筒容器(1) 内に配
置され、内側を負極室,外側を正極室に仕切る有底の固
体電解質管(3) と、前記外筒容器(1) と固体電解質管
(3) との間に配置されカーボンフェルト(4) と、前記カ
ーボンフェルト(4)の内側に配置された支持電解質(5)
とを具備し、正極活物質としての塩化銅又は銅を前記正
極室に収容し、前記支持電解質(5) として塩化亜鉛、塩
化ガリウム、塩化ビスマスのいずれかと塩化ナトリウム
より組み合わせたものを用い、前記固体電解質管(3) は
溶融ナトリウム、ナトリウムイオンを透過することを特
徴とするナトリウム溶融塩電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はナトリウム溶融塩電
池に関し、特に高エネルギー密度、高エネルギー効率を
有し、電力負荷平準化システムや移動体用電源として適
用可能なナトリウム溶融塩電池に関する。
【0002】
【従来の技術】周知の如く、毎年、電力消費量は増加傾
向にあり、これに伴い、一日での電力需要の変動幅も大
きくなる傾向にある。しかし、供給元である火力発電所
の電力供給量をこの負荷変動に合わせて運転すること
は、発電効率の低下につながるため、余剰電力を貯蔵し
負荷変動を平準化することが望まれている。
【0003】ところで、電力の貯蔵放出を行うことを目
的として開発されている二次電池としては、ナトリウム
−硫黄電池が最も一般的である。しかし、正極に使用し
ている多硫化ナトリウムは腐食性が高く、構成材料に高
い耐食性を要求される。又、NaCl−AlCl3 を支
持電解質として正極活物質にNi/NiCl2 あるいは
Fe/FeCl2 を用いたもので代表されるナトリウム
溶融塩電池は、固体電解質内に正極室を設け、耐食性は
向上されているものの、媒体であるAlCl3の蒸気圧
が高く、容器より活物質が漏洩するなど好ましくない。
【0004】また、従来、溶融塩を組み合わせた技術が
既に提案されている(特開昭56−96464)。この
技術は、負極活物質に溶融ナトリウム,正極活物質にハ
ロゲン化亜鉛又はハロゲン化亜鉛を支持塩とする溶融塩
を用い、これらをナトリウム透過性固体電解質で隔てて
なるナトリウム溶融塩電池である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
では、固体電解質袋管内部を正極室とするため、電池組
立工程上次の工程を踏むことになる。つまり、固体電解
質と絶縁体(例えば、α−アルミナ)及び電極を接合し
た後、正極室内に支持電解質、活物質を粉末状あるいは
液状化することにより導入する。このため、支持電解質
の粉砕あるいは液状化する必要がある。
【0006】また、この構造では、接合にガラスロウ材
を用いることとなり、その接合温度が700〜900℃
となる。従って、接合時に支持電解質を正極室内に導入
しておくと、支持電解質が変質するため、予め支持電解
質を正極室に導入した工程は使用できず、組立工程が複
雑になる。
【0007】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、高いエネルギー密度、高いエネルギー効率を持
つとともに、従来と比べセル組立を簡素化でき、量産化
工程を構築しやすいナトリウム溶融塩電池を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、外筒容器と、
この外筒容器内に配置され、内側を負極室,外側を正極
室に仕切る有底の固体電解質管と、前記外筒容器と前記
固体電解質管との間に配置され集電電極と、前記集電電
極の内側に配置された支持電解質とを具備し、正極活物
質としての塩化銅又は銅を前記正極室に収容し、前記支
持電解質として塩化亜鉛、塩化ガリウム、塩化ビスマス
のいずれかと塩化ナトリウムより組み合わせたものを用
い、前記固体電解質管は溶融ナトリウム、ナトリウムイ
オンを透過することを特徴とするナトリウム溶融塩電池
である。
【0009】本発明において、前記集電電極としては、
正極活物質を担持させたカーボンフェルトが挙げられ
る。前記正極活物質としては、例えば塩化銅又は銅が挙
げられる。
【0010】本発明において、外筒容器の内壁に耐食防
止層を設けることが好ましい。これは、外筒容器の耐食
性を向上させるためである。ここで、前記耐食防止層と
しては、コーティングされた銅層が挙げられる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るナトリウム溶
融塩電池について図1を参照して説明する。図中の付番
1は、内側壁に銅からなる耐食防止層2がコーティング
された外筒容器である。この外筒容器1の内側の略中央
には、内側を負極室,外側を正極室に仕切る有底の固体
電解質管(隔壁)3が配置されている。ここで、前記固
体電解質管3は溶融ナトリウム、ナトリウムイオンを透
過する。前記外筒容器1と固体電解質管3との間には、
正極活物質を担持させた円筒状のカーボンフェルト(集
電電極)4が配置されている。ここで、前記正極活物質
としては塩化銅又は銅が用いられる。
【0012】前記カーボンフェルト4の内側には、支持
電解質5が配置されている。この支持電解質5として
は、塩化亜鉛、塩化ガリウム、塩化ビスマスのいずれか
と塩化ナトリウムより組み合わせたものが用いられる。
前記固体電解質管3内には、上端が閉じ下端が開口した
パイプ状の負極集電体6が配置されている。この負極集
電体6の下部には溶融ナトリウム7が収容されている。
前記外筒容器1の上部には中央部が開口したαアルミナ
8が接合され、このαアルミナ8の上に中央部が開口し
た負極9が設けられている。この負極9には、前記負極
集電体6の上端が負極9の中央部の開口部分に納まるよ
うに懸吊して接続されている。
【0013】本発明によれば、本発明で用いる溶融塩は
腐食性が低く蒸気圧も低いため、外筒容器1への負担が
小さく、長期間安定した性能を維持することに加え、正
極集電材として使用するカーボンフェルト4に正極活物
質を担持することで、電極反応表面積を拡張でき、エネ
ルギー密度,エネルギー効率を向上できる。また、本発
明によれば、外筒容器1と固体電解質管3間に正極室を
設ける構成となっているため、カーボンフェルト4に支
持電解質5を円筒状に固化することにより、組立後、外
筒容器1とαアルミナ8を接合する方法が採択できると
いう利点を有する。従って、本発明によれば、従来技術
に比べ、セル組立方法を簡素化でき、量産化工程を構築
しやすい。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 (実施例1)本実施例1では、(−)Na/β”−アル
ミナ/ZnCl2 −NaCl/Cu(+)電池を組み立
てた。隔壁には、15mmφのβ”−アルミナの袋管を
使用し、β”−アルミナ管内部に溶融ナトリウムを配し
た。また、正極活物質には、銅を担持させたカーボンフ
ェルトに支持電解質ZnCl2 −NaClを含浸固化さ
せた固形物を、β”−アルミナ管にさし込み、外筒容器
を被せ、αアルミナと外筒容器を接合して電池とした。
図1はその電池の構造を示す。
【0015】組立時の溶融塩のモル比率で示す組成は、
ZnCl2 :NaCl=50:50、充電時組成、ZnCl
2 :NaCl=99:1の組成の範囲で充放電を行った。
円筒状にしたカーボンフェルトにはCuを63.6gを
担持させ、これに支持電解質を97.4g含浸固化させ
た。セルの実容量は13.4Ah、作動温度を300℃
で充放電電流密度をβ”−アルミナ単位面積あたり25
mA/cm2 で充放電させた。このときの充放電曲線を
図2に示す。平均放電電位は2.2V、充電電位は2.
6Vであった。従って、支持電解質重量当たりエネルギ
ー密度は13.4Ah×2.2V/97.4g×100
0=307Wh/kg、エネルギー効率は89%であっ
た。
【0016】このように、(-) Na/β”−アルミナ/
ZnCl2 −NaCl/Cu(+) 電池は、高いエネルギ
ー密度、高いエネルギー効率を持つ二次電池であること
がわかる。また、組立後、外筒容器とαアルミナを接合
する方法が採択でき、もって従来技術に比べ、セル組立
方法を簡素化でき、量産化工程を構築しやすい。
【0017】(実施例2)本実施例2では、(−)Na
/β”−アルミナ/GaCl3 −NaCl/Cu(+)
電池を組み立てた。隔壁には15mmφのβ”−アルミナ
の袋管を使用し、β”−アルミナ内部に溶融ナトリウム
を配した。正極活物質には、銅を担持させたカーボンフ
ェルトに支持電解質GaCl2 −NaClを含浸固化さ
せた固形物を、β”−アルミナ管にさし込み、外筒容器
を被せ、αアルミナと外筒容器を接合し電池とした。図
1はその電池の構造を示す。
【0018】組立時の溶融塩のモル比率で示す組成は、
GaCl2 :NaCl=60:40、充電時組成、GaCl
2 :NaCl=99:1の組成の範囲で充放電を行った。
円筒状にしたカーボンフェルトにはCuを42.4gを
担持させ、これに支持電解質を107.5g含浸固化さ
せた。セルの実容量は8.93Ah、作動温度を250
℃で充放電電流密度をβ”−アルミナ単位面積あたり2
5mA/cm2で充放電させた。この時の充放電曲線を
図3に示す。平均放電電位は2.1V、充電電位は2.
6Vであった。従って、支持電解質重量当たりエネルギ
ー密度は8.9Ah×2.1V/107.5g×100
0=185Wh/kg、エネルギー効率は80%であっ
た。
【0019】このように、(-) Na/β”−アルミナ/
GaCl3 −NaCl/Cu(+) 電池は、高いエネルギ
ー密度、高いエネルギー効率を持つ二次電池であること
がわかる。
【0020】(実施例3)本実施例3では、(−)Na
/β”−アルミナ/BiCl3 −NaCl/Cu(+)
電池を組み立てた。隔壁には、15mmφのβ”−アル
ミナの袋管を使用し、β”−アルミナ内部に溶融ナトリ
ウムを配した。正極活物質には、銅を担持させたカーボ
ンフェルトに支持電解質BiCl2 −NaClを含浸固
化させた固形物を、β”−アルミナ管にさし込み、外筒
容器を被せ、αアルミナと外筒容器を接合し電池とし
た。図1はその電池の構造を示す。
【0021】組立時の溶融塩のモル比率で示す組成は、
BiCl2 :NaCl=50:50、充電時組成、BiCl
2 :NaCl=99:1の組成の範囲で充放電を行った。
円筒状にしたカーボンフェルトにはCuを63.6gを
担持させ、これに支持電解質を186.9g含浸固化さ
せた。セルの実容量は13.4Ah、作動温度を250
℃で充放電電流密度をβ”−アルミナ単位面積あたり2
5mA/cm2で充放電させた。この時の充放電曲線を
図4に示す。平均放電電位は2.1V、充電電位は2.
6Vであった。従って、支持電解質重量当たりエネルギ
ー密度は13.4Ah×2.1V/186.9g×10
00=160Wh/kg、エネルギー効率は80%であ
った。
【0022】このように、(-) Na/β”−アルミナ/
BiCl3 −NaCl/Cu(+) 電池は、高いエネルギ
ー密度、高いエネルギー効率を持つ二次電池であること
がわかる。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
いエネルギー密度、高いエネルギー効率を持つととも
に、従来と比べセル組立を簡素化でき、量産化工程を構
築しやすいナトリウム溶融塩電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るナトリウム溶融塩電池の断面を示
す概略図。
【図2】本発明の実施例1に係るナトリウム溶融塩電池
におけるセル電位と充電セル容量との関係を示す特性
図。
【図3】本発明の実施例2に係るナトリウム溶融塩電池
におけるセル電位と充電セル容量との関係を示す特性
図。
【図4】本発明の実施例3に係るナトリウム溶融塩電池
におけるセル電位と充電セル容量との関係を示す特性
図。
【符号の説明】
1…外筒容器、 2…耐食防止層、 3…固体電解質管、 4…カーボンフェルト、 5…支持電解質、 6…負極集電体、 7…溶融ナトリウム、 8…αアルミナ、 9…負極。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外筒容器と、この外筒容器内に配置さ
    れ、内側を負極室,外側を正極室に仕切る有底の固体電
    解質管と、前記外筒容器と前記固体電解質管との間に配
    置され集電電極と、前記集電電極の内側に配置された支
    持電解質とを具備し、 正極活物質としての塩化銅又は銅を前記正極室に収容
    し、前記支持電解質として塩化亜鉛、塩化ガリウム、塩
    化ビスマスのいずれかと塩化ナトリウムより組み合わせ
    たものを用い、前記固体電解質管は溶融ナトリウム、ナ
    トリウムイオンを透過することを特徴とするナトリウム
    溶融塩電池。
  2. 【請求項2】 前記集電電極は、正極活物質を担持させ
    たカーボンフェルトであることを特徴とする請求項1記
    載のナトリウム溶融塩電池。
  3. 【請求項3】 前記外筒容器の内壁に耐食防止層が形成
    されていることを特徴とする請求項1記載のナトリウム
    溶融塩電池。
JP8295145A 1996-11-07 1996-11-07 ナトリウム溶融塩電池 Withdrawn JPH10144343A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010529638A (ja) * 2007-06-14 2010-08-26 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ エネルギー貯蔵装置及びそのセル構造
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Effective date: 20040203