JPH10223256A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池Info
- Publication number
- JPH10223256A JPH10223256A JP9026308A JP2630897A JPH10223256A JP H10223256 A JPH10223256 A JP H10223256A JP 9026308 A JP9026308 A JP 9026308A JP 2630897 A JP2630897 A JP 2630897A JP H10223256 A JPH10223256 A JP H10223256A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sodium
- ceramic
- insulator
- metal layer
- sulfur battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】溶融ナトリウムによって腐食されにくいセラミ
ックスと金属の接合をし、運転寿命が長いナトリウム−
硫黄電池を提供する。 【解決手段】ナトリウム−硫黄電池のセラミックス絶縁
体２の上にチタンを主体として、ジルコニウム，銅，ニ
ッケルのいずれか、またはすべてを含有する金属層７を
予め溶着させておき、その金属層の上にアルミニウム８
ａを介して用いて陰極容器１や陽極容器３を接合する。
ックスと金属の接合をし、運転寿命が長いナトリウム−
硫黄電池を提供する。 【解決手段】ナトリウム−硫黄電池のセラミックス絶縁
体２の上にチタンを主体として、ジルコニウム，銅，ニ
ッケルのいずれか、またはすべてを含有する金属層７を
予め溶着させておき、その金属層の上にアルミニウム８
ａを介して用いて陰極容器１や陽極容器３を接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はナトリウム−硫黄電
池に関する。
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】ナトリウム−硫黄電池の陽・陰極容器の
材料である金属と、絶縁体の材料であるセラミックスの
接合方法としては、例えば（１）特開昭60−71579 号公
報に記載のように、アルミニウム合金をインサート材と
した真空ろう付けまたは拡散接合が開示されている。し
かし、実際にナトリウム−硫黄電池に応用する際、(１)
の方法により得られるアルミニウム系インサート材とセ
ラミックスの接合部は、溶融ナトリウムと接触すること
により腐食され、この部分の寿命が電池全体の寿命を支
配するという問題があった。
材料である金属と、絶縁体の材料であるセラミックスの
接合方法としては、例えば（１）特開昭60−71579 号公
報に記載のように、アルミニウム合金をインサート材と
した真空ろう付けまたは拡散接合が開示されている。し
かし、実際にナトリウム−硫黄電池に応用する際、(１)
の方法により得られるアルミニウム系インサート材とセ
ラミックスの接合部は、溶融ナトリウムと接触すること
により腐食され、この部分の寿命が電池全体の寿命を支
配するという問題があった。
【０００３】この点に関して、（２）特開平4−160071
号公報に記載の方法は、アルミニウム系インサート材と
セラミックス絶縁体の接合界面の溶融ナトリウムによる
腐食を考慮し、接合時の温度をインサート材の固相線温
度以下とすることにより十分な耐ナトリウム性が得られ
るとしてある。
号公報に記載の方法は、アルミニウム系インサート材と
セラミックス絶縁体の接合界面の溶融ナトリウムによる
腐食を考慮し、接合時の温度をインサート材の固相線温
度以下とすることにより十分な耐ナトリウム性が得られ
るとしてある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本出願人の検討の結
果、（２）の方法をもってしてもアルミニウム系インサ
ート材とセラミックス絶縁体の接合界面の溶融ナトリウ
ムによる腐食を完全に克服することはできないことがわ
かった。そこで本発明が解決しようとするところは、上
記のような溶融ナトリウムによる接合部の腐食に対し十
分な耐性を有する金属部材とセラミックスの接合方法を
開発することにより、ナトリウム−硫黄電池の信頼性と
安全性を向上させ、長寿命化を実現することである。
果、（２）の方法をもってしてもアルミニウム系インサ
ート材とセラミックス絶縁体の接合界面の溶融ナトリウ
ムによる腐食を完全に克服することはできないことがわ
かった。そこで本発明が解決しようとするところは、上
記のような溶融ナトリウムによる接合部の腐食に対し十
分な耐性を有する金属部材とセラミックスの接合方法を
開発することにより、ナトリウム−硫黄電池の信頼性と
安全性を向上させ、長寿命化を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明は、セラミックス絶縁体上のアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金を接合する面に、チタン
を主体として、ジルコニウム，銅，ニッケルのいずれ
か、またはすべてを含有する金属層またはニッケルを主
体としてチタン，ジルコニウム、ならびに銅のいずれか
またはすべてを含有する金属層を予め溶着させて、陽極
容器および陰極容器とを接合することによって達成され
る。
めになされた本発明は、セラミックス絶縁体上のアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金を接合する面に、チタン
を主体として、ジルコニウム，銅，ニッケルのいずれ
か、またはすべてを含有する金属層またはニッケルを主
体としてチタン，ジルコニウム、ならびに銅のいずれか
またはすべてを含有する金属層を予め溶着させて、陽極
容器および陰極容器とを接合することによって達成され
る。
【０００６】発明者の検討の結果、アルミニウム系イン
サート材を使用する従来の方法で陽・陰極とセラミック
ス絶縁体を接合してなるナトリウム−硫黄電池で、アル
ミニウム系インサート材とセラミックス絶縁体の接合部
が溶融ナトリウムにより腐食される原因は、以下のよう
に推測された。すなわち、セラミックス絶縁体とアルミ
ニウムの接合界面では原子の拡散がほとんど起こらない
ため、鉄，銅，マグネシウム等の不純物が接合界面に濃
化し、その不純物層が溶融ナトリウムに溶解されること
により腐食が発生する。
サート材を使用する従来の方法で陽・陰極とセラミック
ス絶縁体を接合してなるナトリウム−硫黄電池で、アル
ミニウム系インサート材とセラミックス絶縁体の接合部
が溶融ナトリウムにより腐食される原因は、以下のよう
に推測された。すなわち、セラミックス絶縁体とアルミ
ニウムの接合界面では原子の拡散がほとんど起こらない
ため、鉄，銅，マグネシウム等の不純物が接合界面に濃
化し、その不純物層が溶融ナトリウムに溶解されること
により腐食が発生する。
【０００７】一方、本発明によるナトリウム−硫黄電池
は、セラミックス絶縁体上にチタンやニッケルを主体と
する金属層が存在するために、接合部にセラミックスと
アルミニウムの界面が存在せず、アルミニウム中の不純
物は金属層中に拡散するため、接合部の耐ナトリウム性
が高く、長期間の運転に対しても高い信頼性を有すると
考えられる。従って、本発明によるナトリウム−硫黄電
池は従来と比較して長寿命を有する。
は、セラミックス絶縁体上にチタンやニッケルを主体と
する金属層が存在するために、接合部にセラミックスと
アルミニウムの界面が存在せず、アルミニウム中の不純
物は金属層中に拡散するため、接合部の耐ナトリウム性
が高く、長期間の運転に対しても高い信頼性を有すると
考えられる。従って、本発明によるナトリウム−硫黄電
池は従来と比較して長寿命を有する。
【０００８】
（実施例１）図１は、本発明によるナトリウム−硫黄電
池の一部である。本図を用いて本発明の実施例の一つを
以下に説明する。
池の一部である。本図を用いて本発明の実施例の一つを
以下に説明する。
【０００９】図１の１は金属製の陰極フランジ、３は金
属製の陽極フランジおよび溶融硫黄を格納する容器であ
る。本実施例では、陰極フランジ１および陽極フランジ
３の材質をＳＵＳ３０４ステンレス鋼としたが、その他
の鉄基合金，ニッケル基合金，チタン基合金，コバルト
基合金等でもよい。また、２は電池の陽陰極を絶縁する
ためのセラミックリング絶縁体である。本実施例では、
このセラミックスの材質をアルファアルミナとしたが、
その他のセラミックス、例えば炭化珪素や窒化アルミニ
ウムの焼結体でもよい。４は電池の陰極活物質である溶
融ナトリウム、５は電池の陽極活物質である溶融硫黄、
６は溶融ナトリウム４を格納すると同時に溶融ナトリウ
ム４と溶融硫黄５とを隔絶する固体電解質セラミックス
製袋管である。セラミックリング絶縁体２の陰極側の接
合面には金属層７を介してアルミニウム合金リング８ａ
が接合され、さらにアルミニウム合金リング８ａには陰
極フランジ１が接合されている。本実施例では金属層と
して４０ｗｔ％Ｔｉ−２０ｗｔ％Ｚｒ−２０ｗｔ％Ｃｕ
−２０ｗｔ％Ｎｉを用い、粉末としたろう材をペースト
状にしてセラミックリング絶縁体２の接合面に塗布した
あと真空中で９８０℃まで加熱することにより溶着し
た。このように本実施例ではセラミックリング絶縁体上
に金属層を溶着したが、この工程は、金属層をセラミッ
クリング絶縁体上に適度な強度をもって密着させればよ
く、溶着のほか、蒸着やスパッタリング等の成膜プロセ
スでもよい。また、アルミニウム合金リング８ａとして
はＪＩＳ・ＢＡ４００４／Ａ３００３／ＢＡ４００４の
３層構造のクラッド材を用い、金属層７を溶着したセラ
ミックリング絶縁体２と陽陰極フランジ１および３の接
合は真空中で温度５４０℃，加圧力３０ＭＰａで実施し
た。この際の接合温度はアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金の固相線温度以下が望ましい。その理由は、接合
の際にアルミニウム中に液相が出現すると、アルミニウ
ム合金リング８ａと金属層７の接合界面に脆性な金属間
化合物層が急速に成長し、接合部の信頼性を低下させる
可能性が高くなるからである。また、本実施例では接合
雰囲気を真空としたが、その他アルゴン等の不活性ガ
ス，水素等の還元性ガスおよびそれらの混合ガスとして
もよい。
属製の陽極フランジおよび溶融硫黄を格納する容器であ
る。本実施例では、陰極フランジ１および陽極フランジ
３の材質をＳＵＳ３０４ステンレス鋼としたが、その他
の鉄基合金，ニッケル基合金，チタン基合金，コバルト
基合金等でもよい。また、２は電池の陽陰極を絶縁する
ためのセラミックリング絶縁体である。本実施例では、
このセラミックスの材質をアルファアルミナとしたが、
その他のセラミックス、例えば炭化珪素や窒化アルミニ
ウムの焼結体でもよい。４は電池の陰極活物質である溶
融ナトリウム、５は電池の陽極活物質である溶融硫黄、
６は溶融ナトリウム４を格納すると同時に溶融ナトリウ
ム４と溶融硫黄５とを隔絶する固体電解質セラミックス
製袋管である。セラミックリング絶縁体２の陰極側の接
合面には金属層７を介してアルミニウム合金リング８ａ
が接合され、さらにアルミニウム合金リング８ａには陰
極フランジ１が接合されている。本実施例では金属層と
して４０ｗｔ％Ｔｉ−２０ｗｔ％Ｚｒ−２０ｗｔ％Ｃｕ
−２０ｗｔ％Ｎｉを用い、粉末としたろう材をペースト
状にしてセラミックリング絶縁体２の接合面に塗布した
あと真空中で９８０℃まで加熱することにより溶着し
た。このように本実施例ではセラミックリング絶縁体上
に金属層を溶着したが、この工程は、金属層をセラミッ
クリング絶縁体上に適度な強度をもって密着させればよ
く、溶着のほか、蒸着やスパッタリング等の成膜プロセ
スでもよい。また、アルミニウム合金リング８ａとして
はＪＩＳ・ＢＡ４００４／Ａ３００３／ＢＡ４００４の
３層構造のクラッド材を用い、金属層７を溶着したセラ
ミックリング絶縁体２と陽陰極フランジ１および３の接
合は真空中で温度５４０℃，加圧力３０ＭＰａで実施し
た。この際の接合温度はアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金の固相線温度以下が望ましい。その理由は、接合
の際にアルミニウム中に液相が出現すると、アルミニウ
ム合金リング８ａと金属層７の接合界面に脆性な金属間
化合物層が急速に成長し、接合部の信頼性を低下させる
可能性が高くなるからである。また、本実施例では接合
雰囲気を真空としたが、その他アルゴン等の不活性ガ
ス，水素等の還元性ガスおよびそれらの混合ガスとして
もよい。
【００１０】上記の接合材料および接合方法で製作した
接合品の気密性を調査するために、接合品に溶融ナトリ
ウムおよび溶融硫黄を注入する前にヘリウムリークテス
トを実施した。その結果、接合品２０個すべてが良好な
気密性を有することがわかった。
接合品の気密性を調査するために、接合品に溶融ナトリ
ウムおよび溶融硫黄を注入する前にヘリウムリークテス
トを実施した。その結果、接合品２０個すべてが良好な
気密性を有することがわかった。
【００１１】ヘリウムリークテストに合格したこれらの
接合品の固体電解質セラミックス製袋管６に溶融ナトリ
ウム４を注入して密封し、全体を３５０℃に加熱した後
４０℃まで冷却する温度サイクルを４０回繰り返した。
その後、室温に冷却したそれぞれの接合品の固体電解質
セラミックス製袋管６をアルゴン雰囲気中で切り離し、
陽・陰極フランジ１および３とセラミックリング絶縁体
２の接合体を洗浄，乾燥して、セラミックリング絶縁体
２の中心軸を通る面で切断した。そして、セラミックリ
ング絶縁体２と金属層７の界面および金属層７とアルミ
ニウム合金リング８ａの界面のそれぞれの切断面を走査
型電子顕微鏡を用いて観察したところ、すべての接合界
面にはナトリウム腐食によるき裂はほとんど発生してい
ないことがわかった。
接合品の固体電解質セラミックス製袋管６に溶融ナトリ
ウム４を注入して密封し、全体を３５０℃に加熱した後
４０℃まで冷却する温度サイクルを４０回繰り返した。
その後、室温に冷却したそれぞれの接合品の固体電解質
セラミックス製袋管６をアルゴン雰囲気中で切り離し、
陽・陰極フランジ１および３とセラミックリング絶縁体
２の接合体を洗浄，乾燥して、セラミックリング絶縁体
２の中心軸を通る面で切断した。そして、セラミックリ
ング絶縁体２と金属層７の界面および金属層７とアルミ
ニウム合金リング８ａの界面のそれぞれの切断面を走査
型電子顕微鏡を用いて観察したところ、すべての接合界
面にはナトリウム腐食によるき裂はほとんど発生してい
ないことがわかった。
【００１２】なお、本実施例では、セラミックリング絶
縁体２と固体電解質セラミックス製袋管６を図示しない
ガラスはんだで予め接合してあるが、このガラスはんだ
接合のための加熱と、セラミックリング絶縁体２の上に
金属層７を溶着するための加熱を同時に行うことによ
り、工程数を減少させ製作費を低減することが可能であ
る。
縁体２と固体電解質セラミックス製袋管６を図示しない
ガラスはんだで予め接合してあるが、このガラスはんだ
接合のための加熱と、セラミックリング絶縁体２の上に
金属層７を溶着するための加熱を同時に行うことによ
り、工程数を減少させ製作費を低減することが可能であ
る。
【００１３】（実施例２）次に、図２を用いて本発明の
別の実施例を以下に説明する。実施例１では、セラミッ
クリング絶縁体２の陰極側のみに金属層７を溶着した
が、図２に示す実施例では陽極側にも金属層９を溶着し
た。これは、陽極側に金属層９がなければ、電池を長期
間運転した場合、陽極側接合部の溶融硫黄や溶融多硫化
ナトリウムによる腐食が無視できなくなる可能性が高い
からである。このことにより、工程数は増加する可能性
があるが電池陽極部の信頼性および寿命は向上する。
別の実施例を以下に説明する。実施例１では、セラミッ
クリング絶縁体２の陰極側のみに金属層７を溶着した
が、図２に示す実施例では陽極側にも金属層９を溶着し
た。これは、陽極側に金属層９がなければ、電池を長期
間運転した場合、陽極側接合部の溶融硫黄や溶融多硫化
ナトリウムによる腐食が無視できなくなる可能性が高い
からである。このことにより、工程数は増加する可能性
があるが電池陽極部の信頼性および寿命は向上する。
【００１４】
【発明の効果】本発明によるナトリウム−硫黄電池は、
溶融ナトリウムが接触する接合部に耐ナトリウム性の低
いアルミニウム／セラミックス界面が存在しないため、
接合部がナトリウム腐食を受けにくく、優れた安全性を
有する。
溶融ナトリウムが接触する接合部に耐ナトリウム性の低
いアルミニウム／セラミックス界面が存在しないため、
接合部がナトリウム腐食を受けにくく、優れた安全性を
有する。
【図１】本発明の一実施例のナトリウム−硫黄電池の断
面図。
面図。
【図２】本発明の第二実施例のナトリウム−硫黄電池の
断面図。
断面図。
１…陰極フランジ、２…セラミックリング絶縁体、３…
陽極フランジ、４…溶融ナトリウム、５…溶融硫黄、６
…固体電解質セラミックス製袋管、７…金属層、８ａ，
８ｂ…アルミニウム合金リング。
陽極フランジ、４…溶融ナトリウム、５…溶融硫黄、６
…固体電解質セラミックス製袋管、７…金属層、８ａ，
８ｂ…アルミニウム合金リング。
フロントページの続き (72)発明者 波東 久光 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 坂口 繁 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 河野 顕臣 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】陽極容器と陰極容器がセラミックスよりな
る絶縁体をもって電気的に絶縁され、前記陽極容器およ
び前記陰極容器と前記絶縁体との間にアルミニウムまた
はアルミニウム合金が介在する構造のナトリウム−硫黄
電池において、前記絶縁体上の前記アルミニウムまたは
前記アルミニウム合金を接合する面に、チタンを主体と
し、ジルコニウム，銅、ならびにニッケルのいずれかま
たはすべてを含有する金属層を予め溶着させておくこと
を特徴とするナトリウム−硫黄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9026308A JPH10223256A (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9026308A JPH10223256A (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10223256A true JPH10223256A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12189753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9026308A Pending JPH10223256A (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10223256A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012500465A (ja) * | 2008-08-19 | 2012-01-05 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | シールリング及び関連する方法 |
| CN106711518A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-24 | 上海电气钠硫储能技术有限公司 | 一种钠硫电池正极的封装方法 |
-
1997
- 1997-02-10 JP JP9026308A patent/JPH10223256A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9166214B2 (en) | 2004-07-15 | 2015-10-20 | General Electric Company | Seal ring and associated method |
| JP2012500465A (ja) * | 2008-08-19 | 2012-01-05 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | シールリング及び関連する方法 |
| US9966578B2 (en) | 2008-08-19 | 2018-05-08 | General Electric Company | Seal ring and associated method |
| CN106711518A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-24 | 上海电气钠硫储能技术有限公司 | 一种钠硫电池正极的封装方法 |
| CN106711518B (zh) * | 2016-12-21 | 2019-03-19 | 上海电气钠硫储能技术有限公司 | 一种钠硫电池正极的封装方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH1012270A (ja) | ナトリウム−硫黄電池およびその製作方法 | |
| JP2006327888A (ja) | セラミックスと金属のろう付け構造体 | |
| JP2720762B2 (ja) | 黒鉛と金属の接合方法 | |
| EP0104711B1 (en) | Beryllium to metal seals and method of producing the same | |
| JPH11285859A (ja) | ベリリウムと銅合金のｈｉｐ接合体の製造方法およびｈｉｐ接合体 | |
| JPH10223256A (ja) | ナトリウム−硫黄電池 | |
| JPH07284989A (ja) | 高温ろう付け用硬ろう | |
| JPH07126079A (ja) | セラミックス接合用ろう材 | |
| JPS59232692A (ja) | セラミツクと金属等との接合用ろう材及びこれを用いたセラミツクと金属等の複合体 | |
| JPH09249463A (ja) | 真空気密容器用封着ろう材および真空気密容器の製造方法 | |
| JPH0464795B2 (ja) | ||
| JPH08253373A (ja) | 真空気密容器用封着材、真空気密容器、およびセラミックス−金属接合体の製造方法 | |
| JP4331370B2 (ja) | ベリリウムと銅合金のｈｉｐ接合体の製造方法およびｈｉｐ接合体 | |
| JP2003288867A (ja) | セラミック端子 | |
| CN111451668A (zh) | Ta1-x65复合板中间层焊接用焊丝及其制备方法 | |
| JP2017105682A (ja) | 金属部材とセラミックス部材の接合方法 | |
| JPH0793150B2 (ja) | ナトリウム―硫黄電池 | |
| JPH0776140B2 (ja) | 酸化ジルコニウム系セラミックと金属の接合方法 | |
| JPH0749152B2 (ja) | 整流素子の外囲器の製造方法 | |
| JP2000327442A (ja) | セラミックスと金属の接合体および製造方法並びに高温型二次電池 | |
| JPH09106743A (ja) | 真空バルブ | |
| JP2623250B2 (ja) | アルミナセラミックと鉄・ニッケル系合金との接合体 | |
| JPS5935320A (ja) | 耐弧金属付接触子 | |
| JP2642386B2 (ja) | 真空バルブおよびその製造方法 | |
| JP3292767B2 (ja) | 炭化珪素セラミックスとシリコンとの接合方法 |