JPS6028175A - 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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- JPS6028175A JPS6028175A JP58137359A JP13735983A JPS6028175A JP S6028175 A JPS6028175 A JP S6028175A JP 58137359 A JP58137359 A JP 58137359A JP 13735983 A JP13735983 A JP 13735983A JP S6028175 A JPS6028175 A JP S6028175A
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- Japan
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- anode
- conductive material
- electrolyte tube
- solid electrolyte
- sulfur
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
- H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
-
- 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
- H01M10/36—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
-
- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
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】
本発明は、ナトリウム−硫黄電池の陽極室構造の改良に
関するものである。
関するものである。
従来のす） ＩＪウムー硫黄電池の構造は、第１図に示
される如く、ナトリウムイオン伝導性固体電解質管１、
例えばβ′−アルミナ管からなり、その上端にガラス接
合されたα−アルミナリング２の上面にアルミニウムリ
ングを介して陰枠補助蓋６を、下面に同じく陽極蓋４を
熱圧接合している。固体電解質管１内の陰極室には、金
属容器５及び陰極活物質６とのす） ＩＪウムが充填さ
れ、陰極蓋７を配して陰極室内を真空密閉している。陽
極室については、底蓋８が溶接された電槽９内に陽極活
物質１０としての硫黄・多硫化ナトリウムを含浸した陽
４Ｉｌｌ！電導材１１を配設した後、電槽９の上端部と
陽極蓋４を真空溶接して陽極室を減圧密閉している。尚
、あらかじめ電槽９と陽極蓋４を溶接後、電槽９底より
陽極ｍ導材１１を挿入した後、電槽９下端と底蓋８を真
空溶接しても行なわれる。
される如く、ナトリウムイオン伝導性固体電解質管１、
例えばβ′−アルミナ管からなり、その上端にガラス接
合されたα−アルミナリング２の上面にアルミニウムリ
ングを介して陰枠補助蓋６を、下面に同じく陽極蓋４を
熱圧接合している。固体電解質管１内の陰極室には、金
属容器５及び陰極活物質６とのす） ＩＪウムが充填さ
れ、陰極蓋７を配して陰極室内を真空密閉している。陽
極室については、底蓋８が溶接された電槽９内に陽極活
物質１０としての硫黄・多硫化ナトリウムを含浸した陽
４Ｉｌｌ！電導材１１を配設した後、電槽９の上端部と
陽極蓋４を真空溶接して陽極室を減圧密閉している。尚
、あらかじめ電槽９と陽極蓋４を溶接後、電槽９底より
陽極ｍ導材１１を挿入した後、電槽９下端と底蓋８を真
空溶接しても行なわれる。
上記構造のナトリウム−硫黄電池を６５０°Ｃにて放電
すると、陰極室のナトリウム６が固体電解質管１を通り
陽極室で溶融硫黄１０と反応し、放置生成物Ｎａ２Ｓｘ
となり、Ｎａ２Ｓ５で放電は終了する。次に充電すると
、放電生成物ＩＪａ２Ｓｘ中のナトリウムが、固体電解
質管１を通り、陰極室で溶融ナトリウム６となって蓄積
される。
すると、陰極室のナトリウム６が固体電解質管１を通り
陽極室で溶融硫黄１０と反応し、放置生成物Ｎａ２Ｓｘ
となり、Ｎａ２Ｓ５で放電は終了する。次に充電すると
、放電生成物ＩＪａ２Ｓｘ中のナトリウムが、固体電解
質管１を通り、陰極室で溶融ナトリウム６となって蓄積
される。
この可逆反応が従来では、放電景１００に対し充電値７
０と減少し、充放電を繰り返すと、初期の放電８旦１０
０に対し充電８搬が６０〜７０と変化し、極めて充ｎ効
率の悪い性能で電池内の硫黄量が６０〜７０％しか利用
されない問題点があった。
０と減少し、充放電を繰り返すと、初期の放電８旦１０
０に対し充電８搬が６０〜７０と変化し、極めて充ｎ効
率の悪い性能で電池内の硫黄量が６０〜７０％しか利用
されない問題点があった。
更に、固体電解質管１に何らかの原因でクランクが発生
すると、内側に破損した部分を押し込み１多量の溶融ナ
トリウムを陽極室側に流出させて、溶融硫黄と直接反応
をおこさせ電槽に穴をあける場合があった。又、陽極電
導材１１はチョップ状態のグラファイト単繊維を半円状
の型内に充填し、溶融硫黄を加圧注入し冷却して成型し
ていたが、陽極電導材１１の単繊維充填、溶融硫黄注入
工程が複雑であるなどして、電池性能にバラツキを生じ
ると共に、前記した陽極活物質の利用率にバラツキが発
生する欠点を有していた。
すると、内側に破損した部分を押し込み１多量の溶融ナ
トリウムを陽極室側に流出させて、溶融硫黄と直接反応
をおこさせ電槽に穴をあける場合があった。又、陽極電
導材１１はチョップ状態のグラファイト単繊維を半円状
の型内に充填し、溶融硫黄を加圧注入し冷却して成型し
ていたが、陽極電導材１１の単繊維充填、溶融硫黄注入
工程が複雑であるなどして、電池性能にバラツキを生じ
ると共に、前記した陽極活物質の利用率にバラツキが発
生する欠点を有していた。
本発明は上記の問題点を解消するものであり、又、従来
の電池において＠極室導材１１が固体＠解質管１の偏心
又はガラス半田接合部で熱衝撃などにより小さなりラッ
クが発生した場合＼固体電解質管１を相対する方向から
加圧しているため、加圧力の逃げが半円状の端部に集中
し、クラックを大きくすると共に縦クランクを発生させ
、固体電解質管１の縦クランクでくいちがわせる形で内
側に押し込み、多量の溶融ナトリウムを流出させたと考
えられ、固体電解質管１に微少クラックが発生しても、
その箇所に陽極電導材１１から集中した応力が加えられ
ないような陽極電導底材造をとる必要があった。
の電池において＠極室導材１１が固体＠解質管１の偏心
又はガラス半田接合部で熱衝撃などにより小さなりラッ
クが発生した場合＼固体電解質管１を相対する方向から
加圧しているため、加圧力の逃げが半円状の端部に集中
し、クラックを大きくすると共に縦クランクを発生させ
、固体電解質管１の縦クランクでくいちがわせる形で内
側に押し込み、多量の溶融ナトリウムを流出させたと考
えられ、固体電解質管１に微少クラックが発生しても、
その箇所に陽極電導材１１から集中した応力が加えられ
ないような陽極電導底材造をとる必要があった。
本発明による陽極電導材１２の形状は、第２図に示す如
く、縦割で４ｎ分割（ｎ＝１．２．３・・・）したもの
を第６図の如く組立てたものであり、１は固体電解質管
、２はα−アルミナリング、３は陰極補助蓋、４は陽極
蓋、５は金属容器、６はナトリウムの陰極活物質、７は
陰極蓋、８は底蓋、９は電槽、１０は硫黄、多硫化ナト
リウムの陽極活物質、１２は分割された陽極電導材、１
３は固体電解質管１と底蓋８との間隙に配した円形状の
陽極電導底材である。上記の構造により固体電解質管１
に加わる外圧応力を均等分配し、かつ固体電解質管１底
に一様な外圧を付与することで、固体電解質管１の大き
なりラック発生を防止した。また、分割された各々の陽
極電導材１２で形成される縦方向の界面域が陽極活物質
１０の拡散を補足し、固体電解質管１の外表面域で充電
時に硫黄が偏析するのを防止し、充電効率を高めた。す
なわち陽極活物質利用率を高めた。又、非加圧下で分割
された陽極ｍ導材１２の厚さが異なる２種類以上の≠・
のを交互に配し、陽極室内に挿入する前にあらかじめ硫
黄を電導材−１２に含浸せしめ、加圧成型して同一厚み
（電槽９と固体電解質管１との間隙の陽極室厚みより小
さく、又電槽９及び固体電解質管１の表面より好ましく
は１゜Ｑｓ＋ｘ以下離以下−る方が良い）とした分割陽
極電導材１２を配した場合、硫黄の融点以上の混ｉで加
圧成型された分割陽極電導材１２の変形が解除され復元
する。復元時、＠極Ｎ導材１２の厚みは、陽極室の厚み
と同一となるし、あらかじめ陽極室の厚みより厚い陽極
電導材１２が配されていることから、固体電解質管１と
寛１Ｖ１９との表面に密接し、接触抵抗が小さくなって
いる。
く、縦割で４ｎ分割（ｎ＝１．２．３・・・）したもの
を第６図の如く組立てたものであり、１は固体電解質管
、２はα−アルミナリング、３は陰極補助蓋、４は陽極
蓋、５は金属容器、６はナトリウムの陰極活物質、７は
陰極蓋、８は底蓋、９は電槽、１０は硫黄、多硫化ナト
リウムの陽極活物質、１２は分割された陽極電導材、１
３は固体電解質管１と底蓋８との間隙に配した円形状の
陽極電導底材である。上記の構造により固体電解質管１
に加わる外圧応力を均等分配し、かつ固体電解質管１底
に一様な外圧を付与することで、固体電解質管１の大き
なりラック発生を防止した。また、分割された各々の陽
極電導材１２で形成される縦方向の界面域が陽極活物質
１０の拡散を補足し、固体電解質管１の外表面域で充電
時に硫黄が偏析するのを防止し、充電効率を高めた。す
なわち陽極活物質利用率を高めた。又、非加圧下で分割
された陽極ｍ導材１２の厚さが異なる２種類以上の≠・
のを交互に配し、陽極室内に挿入する前にあらかじめ硫
黄を電導材−１２に含浸せしめ、加圧成型して同一厚み
（電槽９と固体電解質管１との間隙の陽極室厚みより小
さく、又電槽９及び固体電解質管１の表面より好ましく
は１゜Ｑｓ＋ｘ以下離以下−る方が良い）とした分割陽
極電導材１２を配した場合、硫黄の融点以上の混ｉで加
圧成型された分割陽極電導材１２の変形が解除され復元
する。復元時、＠極Ｎ導材１２の厚みは、陽極室の厚み
と同一となるし、あらかじめ陽極室の厚みより厚い陽極
電導材１２が配されていることから、固体電解質管１と
寛１Ｖ１９との表面に密接し、接触抵抗が小さくなって
いる。
更に、交互に非加圧時、厚さの異なる分割した陽極電導
材１２が配されているため、固体電解質管１及び電槽９
の表面に加わる圧力が交互に異なり、充電時、硫黄析出
速度が接触抵抗大なる陽極室導材分割部分で遅く、接触
抵抗小なる陽極電導材分創部分で早くなり、それらの間
で析出硫黄の拡散がおこなわれて硫黄偏析による充電効
率の低下は小さくなった。すなわち初期放電容量１００
に対し、充電容量は９５〜９９となり、１００サイクル
経過後も初期放電容量に比べ充電容量は約８９〜９６を
維持した。
材１２が配されているため、固体電解質管１及び電槽９
の表面に加わる圧力が交互に異なり、充電時、硫黄析出
速度が接触抵抗大なる陽極室導材分割部分で遅く、接触
抵抗小なる陽極電導材分創部分で早くなり、それらの間
で析出硫黄の拡散がおこなわれて硫黄偏析による充電効
率の低下は小さくなった。すなわち初期放電容量１００
に対し、充電容量は９５〜９９となり、１００サイクル
経過後も初期放電容量に比べ充電容量は約８９〜９６を
維持した。
又、縦割り陽極電導材１２の横断面が４ｎ分割（ｎ−１
１２・・・）のドーナツ状であることから、ｎ＝１であ
っても電槽９及び固体電解質管１の表面にそれぞれ等圧
が付与される。縦割り陽ｆｉ４！電導材１２の横断面は
長方形であり、分割数が多く、例えばｎ−４以上に分割
した場合でも陽極活物質１０が溶融した状態において、
電（曹９及び固体電解質管１の表面にそれぞれ等しい圧
力が付与され、陽極活物質１０の利用率が向上すると共
に安定化し、長方形によって硫黄含浸陽極電導材を製造
しやすく、かつ製造装置も簡単となる。例えば、大きな
板状に成型したものを定尺に切断するだけでよい。陽極
電導材１２がフェルト状であることから、加圧成型する
場合、全体的に圧縮され、かつ陽極活物質１０が溶融し
た際の復元においても全体的に復元し、電槽９及び固体
電解質管１の表面と等しく密接する。
１２・・・）のドーナツ状であることから、ｎ＝１であ
っても電槽９及び固体電解質管１の表面にそれぞれ等圧
が付与される。縦割り陽ｆｉ４！電導材１２の横断面は
長方形であり、分割数が多く、例えばｎ−４以上に分割
した場合でも陽極活物質１０が溶融した状態において、
電（曹９及び固体電解質管１の表面にそれぞれ等しい圧
力が付与され、陽極活物質１０の利用率が向上すると共
に安定化し、長方形によって硫黄含浸陽極電導材を製造
しやすく、かつ製造装置も簡単となる。例えば、大きな
板状に成型したものを定尺に切断するだけでよい。陽極
電導材１２がフェルト状であることから、加圧成型する
場合、全体的に圧縮され、かつ陽極活物質１０が溶融し
た際の復元においても全体的に復元し、電槽９及び固体
電解質管１の表面と等しく密接する。
上記構成のす） ＩＪウムー硫黄電池について１実際に
作成した場合を示す。
作成した場合を示す。
（１） 外径３６．６ＭＭのβ′−アルミナ管と内径４
９．６ｎｍの電槽の陽極室厚み６゜５ｍｍの間隙に、非
緊圧下で７ ｍｍ厚のグラファイトフェルトと１０朋厚
のカーボンフェルトを４分割になるよう、それぞれ硫黄
１０を含浸させ横断面ドーナツ状に加圧成型して、厚み
約６ｍｍの縦割り４分割の陽極電導材１２を交互に挿入
し、固体電解質管１と底蓋８との間ｆｔ６だｍに７闘厚
円板状グラファイトフェルトの＠極電導底材１６を配し
、真空下で底蓋８を電槽９と溶接した。
９．６ｎｍの電槽の陽極室厚み６゜５ｍｍの間隙に、非
緊圧下で７ ｍｍ厚のグラファイトフェルトと１０朋厚
のカーボンフェルトを４分割になるよう、それぞれ硫黄
１０を含浸させ横断面ドーナツ状に加圧成型して、厚み
約６ｍｍの縦割り４分割の陽極電導材１２を交互に挿入
し、固体電解質管１と底蓋８との間ｆｔ６だｍに７闘厚
円板状グラファイトフェルトの＠極電導底材１６を配し
、真空下で底蓋８を電槽９と溶接した。
３５０°Ｃで充放電を繰り返したところ、初期の放電容
量１５０ＡＨに対し、１００サイクル時の充電容量は１
４２ＡＨで、その時の放電容量は同じ＜１４２ＡＨであ
り、初期に比較し約５％の容量減にとどまった。
量１５０ＡＨに対し、１００サイクル時の充電容量は１
４２ＡＨで、その時の放電容量は同じ＜１４２ＡＨであ
り、初期に比較し約５％の容量減にとどまった。
（１） （１）と同じ陽極室厚みで、非緊圧下において
、７ ｍｍ厚のグラファイトフェルトと９闘厚のグラ７
アイトフエルトを横断面長方形とする縦割り１６分割に
し、硫黄１０を含浸せしめ厚み約６ ｔｔ＋ｔｇの陽極
電導材を１６個、陽極室内に１！槽底部より交互に挿入
し、底蓋８を真空溶接した。６５０°Ｃで充放電を繰り
返したところ、初期の放電容量１５０ＡＨに対し、１０
０サイクル時の充電容量は１４０ＡＨで放電容量も同じ
で、初期に比較し約６％の容量減に止どまり、陽極活物
質利用率は９６％であった。
、７ ｍｍ厚のグラファイトフェルトと９闘厚のグラ７
アイトフエルトを横断面長方形とする縦割り１６分割に
し、硫黄１０を含浸せしめ厚み約６ ｔｔ＋ｔｇの陽極
電導材を１６個、陽極室内に１！槽底部より交互に挿入
し、底蓋８を真空溶接した。６５０°Ｃで充放電を繰り
返したところ、初期の放電容量１５０ＡＨに対し、１０
０サイクル時の充電容量は１４０ＡＨで放電容量も同じ
で、初期に比較し約６％の容量減に止どまり、陽極活物
質利用率は９６％であった。
本発明は上記した如く、＠極室内に縦割り４ｎ分割（ｎ
−１１２・・・）で横断面がドーナツ状又は長方形状と
し、非緊圧下で厚みの異なる硫黄含浸加圧成型された陽
極指導材を、それぞれ交互に配設することにより、陽極
活物質の特に充電時の硫黄偏析を防止し、陽極活物質利
用率を高め、かつ安全性を高めると共に陽極ＶｔＳ材製
材製部易化せしめたものであり、その工業的価値は大で
ある。
−１１２・・・）で横断面がドーナツ状又は長方形状と
し、非緊圧下で厚みの異なる硫黄含浸加圧成型された陽
極指導材を、それぞれ交互に配設することにより、陽極
活物質の特に充電時の硫黄偏析を防止し、陽極活物質利
用率を高め、かつ安全性を高めると共に陽極ＶｔＳ材製
材製部易化せしめたものであり、その工業的価値は大で
ある。
第１図は従来のナトリウム−硫ｆｉ電池の断面図、第２
図は不発明記よる＠積電導材斜視図、第６図は本発明に
よるナトリウム−硫黄電池の一部断面斜視図である。 １・・・固体電解質管、９・・・電槽、１０・・・陽極
活物質、１１．１２・・・ｌ！！槓電導電導材６・・・
陽極電導底材。 出願人 湯浅電池株式会社 第 １ 図 第 ２ ５ 第３ Ｎ
図は不発明記よる＠積電導材斜視図、第６図は本発明に
よるナトリウム−硫黄電池の一部断面斜視図である。 １・・・固体電解質管、９・・・電槽、１０・・・陽極
活物質、１１．１２・・・ｌ！！槓電導電導材６・・・
陽極電導底材。 出願人 湯浅電池株式会社 第 １ 図 第 ２ ５ 第３ Ｎ
Claims (4)
- （１） ナトリウムイオン伝導性固体電解質管と電槽と
の間隙に、カーボン、グラファイトなどの繊維より構成
される陽極活物質含浸用陽極電導材を配した陽極室から
なるナトリウム−硫黄電池において、４ｎ（ｎ−１，２
，３・・・）分割された縦割りの陽極電導材からなるナ
トリウム−硫黄電池。 - （２）陽極電導材が、各分割部分を非加圧状態下におい
て厚みの異なる２種類以上からなり、交互に陽極室内へ
配した特許請求の範囲第１項記載のす） ＩＪウムー硫
黄電池。 - （３）厚みを異にする陽極亀導材分創部分が、陽極活物
質を含浸し、はソ同−厚みに加圧成型し、陽極室内にお
いて硫黄の融点以上の温度で同一厚みとなる特許請求の
範囲第２項記載のす） ＩＪウムー硫黄、電池。 - （４） 固体篭＃質せ底と！、楢底との間隙に、円形状
の陽極電導底材を配する特許請求の範囲第１項記載のナ
トリ、ウムー硫黄電池０
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58137359A JPS6028175A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58137359A JPS6028175A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6028175A true JPS6028175A (ja) | 1985-02-13 |
Family
ID=15196815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58137359A Pending JPS6028175A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028175A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01177868U (ja) * | 1988-06-06 | 1989-12-19 | ||
| JPH0471171A (ja) * | 1990-07-11 | 1992-03-05 | Ngk Insulators Ltd | ナトリウム―硫黄電池の製造方法及び陽極成型体の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55108183A (en) * | 1979-02-13 | 1980-08-19 | Chloride Silent Power Ltd | Annular electrode structure and method of manufacturing same |
-
1983
- 1983-07-26 JP JP58137359A patent/JPS6028175A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55108183A (en) * | 1979-02-13 | 1980-08-19 | Chloride Silent Power Ltd | Annular electrode structure and method of manufacturing same |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01177868U (ja) * | 1988-06-06 | 1989-12-19 | ||
| JPH0471171A (ja) * | 1990-07-11 | 1992-03-05 | Ngk Insulators Ltd | ナトリウム―硫黄電池の製造方法及び陽極成型体の製造方法 |
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