JPS59151777A - ナトリウム−イオウ電池 - Google Patents
ナトリウム−イオウ電池Info
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- JPS59151777A JPS59151777A JP58024611A JP2461183A JPS59151777A JP S59151777 A JPS59151777 A JP S59151777A JP 58024611 A JP58024611 A JP 58024611A JP 2461183 A JP2461183 A JP 2461183A JP S59151777 A JPS59151777 A JP S59151777A
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- Japan
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- sodium
- battery
- sulfur
- storage tank
- battery system
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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
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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- 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
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ナ） ＩＪウムーイオウ電池を用いた大容量
の電力貯蔵システムに関する。
の電力貯蔵システムに関する。
これまでのナトリウム−イオウ電池の大喪例として、特
公昭層−１８６’７０号に記載されたものがある。これ
は、陰極活物質として溶融ナトリウム、陽極活物質とし
て溶融イオウを使用し、電解質としてはナトリウムイオ
ン伝導性を有する固体電解質を用いたものである。
公昭層−１８６’７０号に記載されたものがある。これ
は、陰極活物質として溶融ナトリウム、陽極活物質とし
て溶融イオウを使用し、電解質としてはナトリウムイオ
ン伝導性を有する固体電解質を用いたものである。
この固体電解質はガラスまたは、セラミックにより構成
されている。特にβ−アルミナ（Ｎ ａ２０ ＋１１
ＡｔｚＯｓ）はナトリウムイオンの伝導性が大きいので
、現在開発中の電池の大部分がこれを電解質として使用
している。また、β−アルミナは電子伝導性を持たない
ため、陽極と陰極とを分離するセパレータとしての役目
も合せて果している。
されている。特にβ−アルミナ（Ｎ ａ２０ ＋１１
ＡｔｚＯｓ）はナトリウムイオンの伝導性が大きいので
、現在開発中の電池の大部分がこれを電解質として使用
している。また、β−アルミナは電子伝導性を持たない
ため、陽極と陰極とを分離するセパレータとしての役目
も合せて果している。
充放電反応は
である。
電池全体としては
本電池は電解質が固体であシ、両極活物質が容融液状で
あるため、特性的に多くの特徴を有している。
あるため、特性的に多くの特徴を有している。
しかしながら、本電池には以下のような問題点がある。
即ち
１）βアルミナ等の固体電解質が破損した場合、急激な
ナトリウムとイオウの反応がおこる危険性があるが、補
修手段がない。
ナトリウムとイオウの反応がおこる危険性があるが、補
修手段がない。
２）溶融イオウは、活性度が高く、さらに高温で使用す
るため、金属容器を腐食し、あるいは、イオウの純度低
下による電池の劣化が起シ、寿命が短かくなる。
るため、金属容器を腐食し、あるいは、イオウの純度低
下による電池の劣化が起シ、寿命が短かくなる。
本発明の主たる目的は、従来技術の欠点である両極活物
質の反応事故を防止できる構造を有するナトリクムーイ
オク電池システムを提供することＫある。
質の反応事故を防止できる構造を有するナトリクムーイ
オク電池システムを提供することＫある。
本発明の他の目的は、両極活物質の純度低下や構造材の
腐食を防止した長寿命のナトリウム−イオウ電池システ
ムを提供することにある。
腐食を防止した長寿命のナトリウム−イオウ電池システ
ムを提供することにある。
本発明は、陰極活物質である溶融ナトリウムを循環ルー
プ系によって循環させる構造を有している。循環ループ
系は、電槽、配管、ナトリウム貯蔵タンクおよびナトリ
ウム浄化器で構成されている。この様な構造をとること
により、ナトリウムの緊急ドレンを可能とし、両極活性
物質の反応事故を防止している。
プ系によって循環させる構造を有している。循環ループ
系は、電槽、配管、ナトリウム貯蔵タンクおよびナトリ
ウム浄化器で構成されている。この様な構造をとること
により、ナトリウムの緊急ドレンを可能とし、両極活性
物質の反応事故を防止している。
また、本発明では、陽極活物質であるイオウをβアルミ
ナから成る密封カプセル内に封入し、電槽内に設置して
いる。溶融ナトリウムは、上記カプセル下部を循環する
。この様な構造をとることによシ、両極活物質の反応事
故防止を一層確実なものにしている。さらに、金属構造
材を腐食するイオウがβアルミナのカプセル内に密封す
ることにより、電池の長寿命化を図っている。
ナから成る密封カプセル内に封入し、電槽内に設置して
いる。溶融ナトリウムは、上記カプセル下部を循環する
。この様な構造をとることによシ、両極活物質の反応事
故防止を一層確実なものにしている。さらに、金属構造
材を腐食するイオウがβアルミナのカプセル内に密封す
ることにより、電池の長寿命化を図っている。
第１図を参照する。１０は円筒状の電槽であり、陰極、
１１と電気的に接続されている。電槽１０は上下二基に
分離され、下方の室には陰極活物質のナトリウム４が入
れられている。上室から下室に貫通して、βアルミナの
カプセル５が複数本設置されている。カプセル５の内部
には、円筒管５１と電極１８によって環状流路が形成さ
れている。さらに、上記環状流路全体を満たすようにし
て陽極活物質であるイオウ６が充てんされている。カプ
セル５の上室に存在する部分の外周には、冷却用フィン
１１が設けられている。上室はカプセル５の冷却室１９
を形成している。冷却用アルゴンガスがタンク１６から
弁１７ａを介して冷却室１９に与えられている。
１１と電気的に接続されている。電槽１０は上下二基に
分離され、下方の室には陰極活物質のナトリウム４が入
れられている。上室から下室に貫通して、βアルミナの
カプセル５が複数本設置されている。カプセル５の内部
には、円筒管５１と電極１８によって環状流路が形成さ
れている。さらに、上記環状流路全体を満たすようにし
て陽極活物質であるイオウ６が充てんされている。カプ
セル５の上室に存在する部分の外周には、冷却用フィン
１１が設けられている。上室はカプセル５の冷却室１９
を形成している。冷却用アルゴンガスがタンク１６から
弁１７ａを介して冷却室１９に与えられている。
電槽１０の底部には、ドレン配管５２が設けられている
。配管５２は、ドレン弁１５を介してナトリウム貯蔵タ
ンク１２に接続されている。ナトリウムとイオウの反応
事故時には、電槽１０内のナトリウムをタンク１２ヘド
レンする。このナトリウム貯蔵タンク１２のナトリウム
は、ナトリウム浄化器１４を通して再び電槽１０に戻さ
れるようになっている。すなわち、電槽１０．配管５２
゜ドレン弁１５．ナトリウム貯蔵タンク１２およびナト
リウム浄化器１４で、ナトリウムの循環系１３を構成し
ている。循環系１３は全てステンレス鋼で形成されてい
る。
。配管５２は、ドレン弁１５を介してナトリウム貯蔵タ
ンク１２に接続されている。ナトリウムとイオウの反応
事故時には、電槽１０内のナトリウムをタンク１２ヘド
レンする。このナトリウム貯蔵タンク１２のナトリウム
は、ナトリウム浄化器１４を通して再び電槽１０に戻さ
れるようになっている。すなわち、電槽１０．配管５２
゜ドレン弁１５．ナトリウム貯蔵タンク１２およびナト
リウム浄化器１４で、ナトリウムの循環系１３を構成し
ている。循環系１３は全てステンレス鋼で形成されてい
る。
タンク１６からのアルゴンガスは、それぞれ弁１７ｂお
よび１７ｃを介してそれぞれ電槽１０の下室およびナト
リウム貯蔵タンク１２に、カバーガスとして供給される
。
よび１７ｃを介してそれぞれ電槽１０の下室およびナト
リウム貯蔵タンク１２に、カバーガスとして供給される
。
電槽１０．ナトリウム貯蔵タンク１２．ナトリウム浄化
器１４を含むす） ＩＪウム接液部分には、加熱ヒータ
２０および保温壁２１から成る加温設備が設けられてい
る。第１図では、電槽１０の加温設備のみを部分的に示
している。
器１４を含むす） ＩＪウム接液部分には、加熱ヒータ
２０および保温壁２１から成る加温設備が設けられてい
る。第１図では、電槽１０の加温設備のみを部分的に示
している。
このように構成された本発明の電池では、あらかじめ、
イオウを封入したβアルミナ５のカプセルを電槽１０内
に挿入するが、この際特別なシール機構は必要とせず、
βアルミナカプセルの一部に設けた７ランジ状のつばを
、電槽内の仕切り板に固定するだけでよい。
イオウを封入したβアルミナ５のカプセルを電槽１０内
に挿入するが、この際特別なシール機構は必要とせず、
βアルミナカプセルの一部に設けた７ランジ状のつばを
、電槽内の仕切り板に固定するだけでよい。
この電池の起動は次の様にして行なう。まず、全体を２
００Ｃ程度にヒータ２０で十分予熱する。
００Ｃ程度にヒータ２０で十分予熱する。
次に、ナトリウム貯蔵タンク１２から溶融ナトリウムを
浄化器１４を通して電槽１０内に注入する。
浄化器１４を通して電槽１０内に注入する。
この注入操作は、弁１７ｂおよび１７Ｃの開閉操作で電
槽１０およびナトリウム貯蔵タンク１２に封入されるカ
バーガスに差圧を与えることによって行なう。電槽１０
０下室上部に設けられた液面計３０の信号を受けて弁制
御回路３１が働き、弁１７ｂおよび１７ｃを閉じる。こ
の操作によって規定量のナトリウムが電槽１０内に注入
される。
槽１０およびナトリウム貯蔵タンク１２に封入されるカ
バーガスに差圧を与えることによって行なう。電槽１０
０下室上部に設けられた液面計３０の信号を受けて弁制
御回路３１が働き、弁１７ｂおよび１７ｃを閉じる。こ
の操作によって規定量のナトリウムが電槽１０内に注入
される。
規定量のナトリウムが注入されたら、電池の動作温度の
３００〜３５００″！で昇温する。電池が動作し放電を
開始すると、両活物質は発熱するのでヒータを２０への
通電をしゃ断しても動作温度は保持できる。特にβアル
ミナ内のイオウは上部冷却、下部加熱条件となるため自
然対流が発生し、環流路内を循環し、動作温度が保持さ
れる。
３００〜３５００″！で昇温する。電池が動作し放電を
開始すると、両活物質は発熱するのでヒータを２０への
通電をしゃ断しても動作温度は保持できる。特にβアル
ミナ内のイオウは上部冷却、下部加熱条件となるため自
然対流が発生し、環流路内を循環し、動作温度が保持さ
れる。
充放電を繰シ返して、性能低下が認められた場合、電槽
１０内のナトリウムはドレン弁１５からナトリウム貯蔵
タンク１２へ一部ドレンし、ナトリウム浄化器１４忙て
精製したナトリウムを再び注入する。あるいは、イオウ
側に性能低下の原因がある場合、βアルミナのカプセル
５毎新しい物と交換する。
１０内のナトリウムはドレン弁１５からナトリウム貯蔵
タンク１２へ一部ドレンし、ナトリウム浄化器１４忙て
精製したナトリウムを再び注入する。あるいは、イオウ
側に性能低下の原因がある場合、βアルミナのカプセル
５毎新しい物と交換する。
また、電池の稼動中、万一βアルミナゐカプセル５にり
２ツクが生じ、ナトリウムとイオウの反応事故が生じた
ことは、放電々圧の異常低下の監視によって検知するこ
とができる。この様な場合は、放電々正異常検知器４０
からの信号を受けてドレン弁１５が開放され、電槽１０
内のす） ＩＪウム４は全てナトリウム貯蔵タンク１２
内へ緊急ドレンされる。その後破損したβアルミナカプ
セルを新しい物と交換し、タンク１２内のナトリウムを
電槽１０内に再循環させることによって、電池を再稼動
させることができる。
２ツクが生じ、ナトリウムとイオウの反応事故が生じた
ことは、放電々圧の異常低下の監視によって検知するこ
とができる。この様な場合は、放電々正異常検知器４０
からの信号を受けてドレン弁１５が開放され、電槽１０
内のす） ＩＪウム４は全てナトリウム貯蔵タンク１２
内へ緊急ドレンされる。その後破損したβアルミナカプ
セルを新しい物と交換し、タンク１２内のナトリウムを
電槽１０内に再循環させることによって、電池を再稼動
させることができる。
以上のように本実施例によれば、イオウの活物質は交換
簡単なカプセル状にしたことによって、βアルミナ以外
の金属容器に接することなく簡単にシールできるため、
耐食性は向上し、気密性が保たれ、イオウの劣化防止に
なる。さらに、ナトリウムが浄化再生できるため、電池
の性能低下の防止になる。以上の効果は全て電池の長寿
命化につながる。さらに、βアルミナの破損にともなう
ナトリウムとイオウとの反応事故はナトリウムの緊急ド
レン操作によって９防止でき安全性がきわめて向上する
。
簡単なカプセル状にしたことによって、βアルミナ以外
の金属容器に接することなく簡単にシールできるため、
耐食性は向上し、気密性が保たれ、イオウの劣化防止に
なる。さらに、ナトリウムが浄化再生できるため、電池
の性能低下の防止になる。以上の効果は全て電池の長寿
命化につながる。さらに、βアルミナの破損にともなう
ナトリウムとイオウとの反応事故はナトリウムの緊急ド
レン操作によって９防止でき安全性がきわめて向上する
。
第２図は本発明を電力貯蔵システムに適用した場合の一
実施例を概念的に示したものである。
実施例を概念的に示したものである。
図中のモジュール１００が第１図、の電槽１０に納めら
れた電池構造１００に該嶋する。３７は、モジュール１
００を構成する単電池セルである。
れた電池構造１００に該嶋する。３７は、モジュール１
００を構成する単電池セルである。
３５はモジュール１００を直列接続したストリングであ
り、３４はストリング３５を並列接続したユニットであ
る。
り、３４はストリング３５を並列接続したユニットであ
る。
各ストリング３５単位にしゃ断器３３を設ける。
しゃ断器３３からは直流リアクトル３２を通して変換装
置３１から送電ライン３８に給電する。
置３１から送電ライン３８に給電する。
直流リアクトル３２は電池側に充電する際、整流波形を
平滑するために設けたフィルタである。
平滑するために設けたフィルタである。
また、変換装置３１はサイリスタ等の半導体と、昇降圧
用の変圧器等で構成されておシ、充電時は交流を直流に
、放電時は直流を交流に変換する設備である。
用の変圧器等で構成されておシ、充電時は交流を直流に
、放電時は直流を交流に変換する設備である。
このように本発明のナト・す゛ラム−イオウ電池の電力
貯蔵システムを変電所に併設することによって、配電の
負荷変動に応じた充放電をくシ返えされ電１
源の負荷平滑効果が生まれる。
貯蔵システムを変電所に併設することによって、配電の
負荷変動に応じた充放電をくシ返えされ電１
源の負荷平滑効果が生まれる。
本発明の実施例では、ナトリウムの循環をガス圧差で操
作するようになっているが、応用例として循環系の一部
に電磁ポンプ設備を設けることＫよって、電池の稼動中
でも並行してナトリウムの浄化が可能になる。
作するようになっているが、応用例として循環系の一部
に電磁ポンプ設備を設けることＫよって、電池の稼動中
でも並行してナトリウムの浄化が可能になる。
以上の各実施例では、ナトリウムが循環式になっている
が、電池の安全性の観点からはナトリウムをイオウと即
座に分離可能な構造であれば良い。
が、電池の安全性の観点からはナトリウムをイオウと即
座に分離可能な構造であれば良い。
本発明によれば、ナトリウム−イオウの反応事故時にす
） ＩＪウムの緊急除去が可能であり、電池の安全性が
極めて高くなる。
） ＩＪウムの緊急除去が可能であり、電池の安全性が
極めて高くなる。
第１図は、本発明の一実施例であるす） ＩＪウムーイ
オウ電池システムの構成図、第２図は、本発明のナトリ
ウムーイオウ電池システムを大電力貯蔵システムに適用
した一例を示す概略説明図である。
オウ電池システムの構成図、第２図は、本発明のナトリ
ウムーイオウ電池システムを大電力貯蔵システムに適用
した一例を示す概略説明図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、βアルミナ等の固体電解質を界いにして溶融ナトリ
ウム等の陰極活物質と溶融イオウ等の陽極活物質が接す
るナトリウム−イオウ電池において、上記電池外部に上
記電池と連通ずるナトリウム貯蔵タンクと、上記電池内
の溶融ナトリウムを必要に応じて上記ナトリウム貯蔵タ
ンクにドレンさせる機構を設けたことを特徴とするナト
リウム−イオウ電池システム。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電池システムにおいて
、上記ドレン機構は、上記電池内のす） ＩＪウム貯蔵
室と上記ナトリウム貯蔵タンクとを連通ずる配管と、配
管に設けられたドレン弁と、上記電池の放電異常を検出
して上記ドレン弁を制御する手段とからなることを特徴
とするナトリウム−イオウ電池システム。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の電池シス
テムにおいて、上記陽極活物質であるイオウはβアルミ
ナの固体電解質のカプセル内に封入され、該カプセルは
上記電池内のナトリウム貯槽室に着脱可能に挿入されて
いることを特徴とするナトリウム−イオウ電池システム
。 ４゜βアルミナ等の固体電解質を界いにして溶融ナトリ
ウム等の陰極活物質と溶融イオウ等の陽極活物質が接す
るナトリウム−イオウ電池において、上記電池外部に上
記電池内のナトリウム貯蔵室と連通ずるナトリウム貯蔵
タンクと、上記電池内の溶融ナトリウムを必要に応じて
上記ナトリウム貯蔵タンクにドレンさせる機構と、上記
ナトリウム貯蔵タンク内のすＩ−’Ｊウムを浄化して上
記電池内のすｌ−ＩＪウム貯蔵室に戻す循環機構を設け
たことを特徴とするナトリウム−イオウ電池システム。 ５、特許請求の範囲第４項記載の電池システムにおいて
、上記ドレン機構は、上記電池内のナトリウム貯蔵室と
上記ナトリウム貯蔵タンクとを連通ずる配管と、配管に
設けられたドレン弁と、上記電池の放電異常を検出して
上記ドレン弁を制御する手段とから々ることを特徴とす
るナトリウムーイオウ電池システム。 ６．特許請求の範囲第４項または第５項記載の電池シス
テムにおいて、上記陽極活物質であるイオウはβアルミ
ナの固体電解質のカプセル内に封入サレ、該カプセルは
上記電池内のナトリウム貯槽室に着脱可能に挿入されて
いることを特徴とするナトリウム−イオウ電池システム
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58024611A JPS59151777A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | ナトリウム−イオウ電池 |
| EP84101611A EP0116960B1 (en) | 1983-02-18 | 1984-02-17 | Sodium-sulphur batteries and power storage devices |
| US06/581,270 US4578325A (en) | 1983-02-18 | 1984-02-17 | Power storage system using sodium-sulfur batteries |
| DE8484101611T DE3466326D1 (en) | 1983-02-18 | 1984-02-17 | Sodium-sulphur batteries and power storage devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58024611A JPS59151777A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | ナトリウム−イオウ電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59151777A true JPS59151777A (ja) | 1984-08-30 |
| JPH0145944B2 JPH0145944B2 (ja) | 1989-10-05 |
Family
ID=12142940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58024611A Granted JPS59151777A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | ナトリウム−イオウ電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4578325A (ja) |
| EP (1) | EP0116960B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59151777A (ja) |
| DE (1) | DE3466326D1 (ja) |
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