JPS6095864A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池

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JPS6095864A
JPS6095864A JP58203255A JP20325583A JPS6095864A JP S6095864 A JPS6095864 A JP S6095864A JP 58203255 A JP58203255 A JP 58203255A JP 20325583 A JP20325583 A JP 20325583A JP S6095864 A JPS6095864 A JP S6095864A
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sodium
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Hisamitsu Hatou
久光 波東
Hiroyuki Kawamoto
川本 広行
Hajime Wada
元 和田
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/3909Sodium-sulfur cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はナトリウム−硫黄電池に係シ、特に陰極活物質
に溶融す) IJウム、陽極活物質に炭素繊維に含浸さ
せた溶融硫黄、電解質に固体電解質が使用されているナ
トリウム−硫黄電池に関するものである。
〔発明の背景〕
ナトリウム−硫黄電池はナトリウムイオンのみを通過さ
せる固体′電解質を介して一方に陰極活物質である溶融
ナトリウム、他方に陽極活物質である溶融硫黄が設けら
れ、約300から350Cで充放電が行なわれる高温二
次電池である。この充放電反応は で、放電時には陰極活物質のナトリウムNaは電子を遊
離してナトリウムイオンとなシ、固体電解質の隔壁を通
過して陽極活物質の硫黄Sと反応し、多硫化ナトリウム
Na25Xを生成する。そして充定時には電池の開路電
圧より大きな負電圧を付加することにより、多硫化ナト
リウムNa2SxはナトリウムNaと硫黄Sとに分離さ
れる。
第1図にはこの種す) IJウムー硫黄電池の従来例が
示されている。同図に示さtているようにすトリウム−
硫黄電池は、管状の固体電解質1の内側に陰極活物質の
溶融ナトリウム2が充填され、外側に陽極活物質の溶融
硫黄3が充填されて構成されているが、この溶融硫黄3
は電子伝導性がないので、電子伝導性を付与するために
多孔質の炭素繊維4に含浸されている。この溶融硫黄3
を密封する陽極容器5および溶融ナトリウム2を密封す
る陰極容器6は夫々電極としての機能を有しており、こ
れら陽極容器5と陰極容器6とは絶縁材であるα−アル
ミナ7で絶縁して接続されている。
そして陽極容器5に設けられた陽極キャップ8も、陰極
容器6に設けられた陰極キャップ9も共に、陰陽容器6
,5と同様に電極としての機能を有しており、溶融ナト
リウム2中に挿入された多孔質の金属繊維10は、固体
電解質1が破損した場合の溶融ナトリウム2と溶融硫黄
3との急激な発熱反応を防止するための溶融ナトリウム
2の保持材としての機能を有している。そしてまた陰極
キャップ9には陰極容器6内にナトリウムを注入するナ
トリウム注入管11が設けられている。なお同図におい
て2aは溶融ナトリウム2および金属繊維10等を有す
る陰極である。
このように構成されたナトリウム−(+1fi黄電池で
溶融硫黄3を含浸した炭素繊維4を有する陽極3aにお
ける反応率を円筒座標系で解析した結果が、横軸に陽極
3aの厚さをと9、縦軸に陽極3aの反応率をとって陽
極3aの厚さによる反応率の変化特性が示されている第
2図に示されている。同図に示されでいるように固体電
解質側Pおよび金属の陽極容器側Qの反応率が高く不均
一であったが、固体電解質側Pの反応率が高いと次のよ
うな不具合を生じる。放電時には固体電解質側Pの陽極
は反応率が高いため融点の高い、絶縁性を有する多硫化
すトリウムNa25x(X≦3)が固体電解質側Pの陽
極中に生成され、固体電解質側Pの陽極に絶縁層を形成
し、放電容量を低下させる。充電時には放電によって生
成された多硫化ナトリウムNa25XがナトリウムNa
と硫黄Sとに分離するが、この分離現象は反応率の高い
固体電解質側Pが顕著で、固体電解質側Pの陽極中に電
子伝導性のない溶融硫黄Sが多く生成され、充電容量を
低下させる。
これらのことは理論容量56Ahのナトリウム−硫黄電
池について横軸に充放電量をとり、縦軸に端子電圧をと
って充放電量と端子電圧との関係を検討した第3図から
も明らかである。すなわち放電時の特性を示した放電特
性曲線Aで放電容量50Ah近傍で電圧が急激に低下し
ている。これは上述のように放電時に形成される絶縁性
を有する多硫化ナトリウムNa25X(X≦3)が、反
応率の高い固体電解質側の陽極中に形成されるためで、
このために電池の放電容量が低下する。そして充電時の
特性を示した充電特性曲線Bで充電容−,鼠30 A 
h近傍で電圧が急激に上昇している。これは多硫化ナト
リウムNa28Xの単相域から多硫化ナトリウムNa2
5Xと溶融硫黄Sとの2相域になる付近、すなわち30
Ah近傍で反応率の高い固体電解質側に溶融硫黄Sの絶
縁層が形成され、陽極中の内部抵抗が急激に大きくなっ
たためである。
〔発明の目的〕
本発明は以上の点に@みなされたものであシ、充放電効
率の向上を可能としたす) IJウムー硫黄゛屯電池提
供することを目的とするものである。
〔発明の概要〕
すなわち本発明は陰極活物質を有する陰極および陽極活
物質を有する陽極と、これらの間に配置された固体電解
質とを備え、陰極活物質には溶融ナトリウムが使用され
、陽極活物質には炭素繊維に含浸した溶融硫黄が使用さ
れているナトリウム−硫黄電池において、陽極と固体電
解質との間に、溶融硫黄を含浸した炭素繊維のそれより
大きな表面積を有する炭素繊維を設けたことを特徴とす
るものであり、これによって固体電解質側の炭素繊維の
表面積比すなわち溶融硫黄を含浸した炭素繊維とこの炭
素繊維よシ大きな表面積を有する炭素繊維との表面積比
が小さく彦る。
ナ) IJつl、−硫黄電池の充放電効率を向上させる
に当って溶融硫黄を含浸させている炭素繊維に着目した
。そして陽極中の固体電解質側に表面積の大きな炭素繊
維を設け、これと溶融硫黄を含浸させている表面積の小
さな炭素繊維との比、すなわち表面積比を変えて陽極の
固体電解質側の反応率を検討した。検問結果は縦軸に陽
極の固体電解質側の反応率をとり、横軸に炭素繊維の表
面積比をとって炭素繊維の表面積比による反応率の変化
喘性が示されている第4図に示されているように、表面
積比が小さくなるほど陽極の固体電解質側の反応率は小
さくなっている。そこでこの結果を基に陽極の固体′電
解質側に溶融硫黄を含浸している炭素繊維よシ大きな表
面積の炭素繊維を設けて電池をつくり、陽極の厚さによ
る陽極の反応率を円筒座標系で解析検討した。検問結果
は横軸に陽極の厚さをとり、縦軸に陽極の反応率をとっ
て陽極の厚さによる反応率の変化特性が示されている第
5図に示されているように、固体電解質側Pの反応率が
低下しており、反応率が従来よりも均一化してりるのが
認められた。これらのことから陽極の固体電解質側に表
面積の大きな炭素繊維を設け、溶融硫黄を含浸している
炭素繊維との表面積比を小さくしてやれば陽極の固体電
解質側の反応率が低下でき、反応率が均一化できること
が確かめられた。そこで本発明では陽極と固体電解質と
の間に、溶融硫黄を含浸した炭素繊維より表面積の大き
な炭素繊維を設けた。このようにすることにより充放電
効率の向上を可能としたすトリウム−硫黄電池を得るこ
とを可能としたものである。
〔発明の実施例〕
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
6図には本発明の一実施例が示されている。なお従来と
同じ部品には同じ符号を付したので説明を省略する1本
実施例では陽極3aと固体電解質1との間に、溶融硫黄
3を含浸した炭素繊維4のそれより大きな表面積を有す
る炭素繊維12を設けた。このようにすることにより陽
極3aの固体′EM、解質1側の炭素繊維4,12の表
面積比が小さくなって、充放電効率の向上を可能とした
ナトリウム−硫黄電池を得ることができる。
このことは陽極3aの固体電解質1側に表面積の大きな
炭素繊維12を設けてつくった理論容量5”6 A h
のナトリウム−硫黄電池について、その充放電量と端子
電圧との関係を検討した結果からも明らかである。検討
結果は縦軸に端子電圧をとシ、横軸に充放電量をとって
示した第7図に示されている千うに放電時においては、
放電特性曲線Aoに示されているように56 A b 
iで端子電圧の大きな低下は認められず、また充電時に
おいては、充電特性曲線1−Joに示されているように
2相液になる3 0 A’ll近傍においても従来のよ
うに端子電圧の−L月が認められなかった。このように
良好な充放電量特性を示したのは陽極の固体電解質側の
反応率が低下し、陽極の反応率が均一化したためである
。すなわち放電時には反応率の均一化により融点が高く
、絶縁性を有する多硫化ナトリウムNa25X(X≦3
)の生成時期が遅れ、放電容量が向上する。そして充電
時にd1反応率の均一化によシミ圧伏導性のない溶融硫
黄Sが局部的に生成されて、固体電解質側の陽極に絶縁
層を形成することがなくなシ、充電容量が向上する。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は陽極め反応率が均一化するように
なって、充放電容量が向上するようになり、充放電効率
の向上を可能としたすトリウム−硫′Jl電池を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のすトリウム−5j′lL負屯曲の縦断側
面図、i’r2図は従来のナトリウム−硫fc亀池の陽
極の厚さと陽極の反応率との関係を示す特性図、第3図
は従来のナトIJウムー硫黄電池の充放電量とψ;M子
電圧電圧関係を示す特性図、第4図はナトリウム−硫黄
電池の表面積の大きい炭素繊維と表面積の小さな炭素繊
維との表面積比による陽極の固体電解質側の反応率の変
化特性図、第5図はナトリウム−硫黄電池の陽極の固体
電解質側に表面積の大きい炭素繊維を設けた場合内陽極
の厚さと陽極の反応率との関係を示す特性図、第6図は
本発明のナトリウム−硫黄電池の一実施例の縦断側面1
gl X第7図は同じく一実施例の充放電歇と端子電圧
との関係を示す特性図である。 1・・・固体電解質、2・・・溶融ナトリウム、2a・
・・陰極、3・・・溶融硫黄、3a・・・陽極、4・・
−溶融硫黄を含浸した炭素繊維、5・・・陽極容器、6
・・・陰極容器、7・・・α−アルミナ、10・・・金
属繊維、12・・・表面、llj′(の大きな炭素繊維
。 代理人 弁理士 長崎博男 (ほか1名) 第1(2] 茅 2 図 賜独1層之(Vり 茅3 固 充t−電1(Ah) 第4 固 表面種え(−&酌利り小お・淡衆龜鴫畑、仮棒緬う第 
f 図 ρ / zJ 4.f6 7 隔独→4ゴ(笥町 茫ム図 茅7 目 宏狡電t<Ah)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、陰極活物質を有する陰極および陽極活物質を有する
    陽極と、とれらの間に配置された固体電解質とを備え、
    前記陰極活物質には溶融ナトリウムが使用され、前記陽
    極活物質にけ炭素繊維に含浸した溶融硫黄が使用されて
    いるナトリウム−硫黄電池において、前記陽極と前記固
    体電解質との間に、前記溶融硫黄を含浸した炭素繊維の
    それよシ大きな表面積を有する炭素繊維を設けたことを
    特徴とするナトリウム、−硫黄電池。 ・2、前有溶融
    硫黄を含浸した炭素繊維が、合成繊維を約20000で
    焼成して形感されたものである特許:si歩の範囲第1
    項記載のナトリウ・ムーT−:硫黄電池。 い 、 胃 3、前記表面積の太き:な炭素繊維が、合成、繊維を約
    800C以下で焼成して形成されたものである特許請求
    の範囲第1項記載のす) IJウムー硫黄電池。 。
JP58203255A 1983-10-28 1983-10-28 ナトリウム−硫黄電池 Granted JPS6095864A (ja)

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JPS5024411A (ja) * 1973-07-04 1975-03-15

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