JP2633333B2 - Sodium-sulfur battery - Google Patents
Sodium-sulfur batteryInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はナトリウム−硫黄電池に係り、更に詳しく
は、板状のベータアルミナを固体電解質とするナトリウ
ム−硫黄電池に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sodium-sulfur battery, and more particularly, to a sodium-sulfur battery using plate-like beta alumina as a solid electrolyte.
[従来の技術] ナトリウム−硫黄電池は、一方に陰極活物質である溶
融金属ナトリウム、他方には陽極活物質である溶融硫黄
を配し、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過
性を有するベータアルミナ固体電解質で隔離し、300〜3
50℃で作動させる高温二次電池である。[Prior art] A sodium-sulfur battery has molten metal sodium as a cathode active material on one side and molten sulfur as an anode active material on the other side, and both have selective permeability to sodium ions. Isolate with beta alumina solid electrolyte, 300-3
This is a high-temperature secondary battery operated at 50 ° C.
このようなナトリウム−硫黄電池として、従来、例え
ば第7図に示すようなものが知られている。すなわち、
陽極活物質である溶融硫黄Sを含浸したカーボンフェル
ト等の陽極用導電材1を収容する円筒状の陽極金属容器
2と、該陽極金属容器2の上端部と例えばアルファアル
ミナ製の絶縁体リング3を介して連結され、且つ溶融金
属ナトリウムNaを貯留する陰極金属容器4と、前記絶縁
体リング3の内周部に接合され、且つナトリウムイオン
Na+を選択的に透過させる機能を有する有底円筒状のベ
ータアルミナ管5とからなっている。また、前記陰極金
属容器4の上蓋6の中央部には、陰極金属容器4を通し
て下方向にベータアルミナ管5の底部付近まで延びた陰
極管7が貫通支持されている。As such a sodium-sulfur battery, for example, the one shown in FIG. 7 is conventionally known. That is,
A cylindrical anode metal container 2 containing an anode conductive material 1 such as carbon felt impregnated with molten sulfur S as an anode active material; an upper end of the anode metal container 2 and an insulator ring 3 made of, for example, alpha alumina; And a cathode metal container 4 for storing molten sodium metal sodium, which is joined to the inner periphery of the insulator ring 3 and
It has a bottomed cylindrical beta alumina tube 5 having a function of selectively transmitting Na + . A cathode tube 7 extending downward through the cathode metal container 4 to a position near the bottom of the beta-alumina tube 5 is supported through the center of the upper lid 6 of the cathode metal container 4.
また、板状ベータアルミナをナトリウム−硫黄電池に
使用した例が、特開昭49−105134号公報に記載されてい
る。An example in which plate-like beta alumina is used in a sodium-sulfur battery is described in JP-A-49-105134.
以上の構成を有するナトリウム−硫黄電池において、
放電時には溶融金属ナトリウムは電子を放出してナトリ
ウムイオンとなり、これがベータアルミナ固体電解質中
を透過して陽極側に移動し、陽極の硫黄と外部回路を通
ってきた電子とが反応して多硫化ナトリウムを生成し、
2V程度の電圧を発生する。一方、充電時には放電とは逆
にナトリウム及び硫黄の生成反応が起こる。In the sodium-sulfur battery having the above configuration,
During discharge, the molten metal sodium emits electrons to become sodium ions, which pass through the beta-alumina solid electrolyte and move to the anode side, where the sulfur in the anode reacts with the electrons that have passed through the external circuit to react with sodium polysulfide. Produces
Generates a voltage of about 2V. On the other hand, at the time of charging, a reaction of generating sodium and sulfur occurs contrary to the discharging.
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記の如き構成のナトリウム−硫黄電
池にあっては、有底円筒状ベータアルミナを使用した場
合、ベータアルミナの肉厚あるいは大きさ等において製
造上の制約があり、また有底円筒状ベータアルミナを1
本ずつ容器に収納する方法では電池の体積または重量に
対して固体電解質の面積を大きくすることができず、電
池効率を高くできないという欠点があった。また前記板
状のベータアルミナを使用したものは、重要な技術課題
である板状のベータアルミナと陽極活物質の収納容器お
よび陰極活物質の収納容器の接合方法に言及するもので
はなく、実施例でも示されるように電池としての長期信
頼性に問題があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the sodium-sulfur battery having the above-described configuration, when cylindrical beta-alumina with a bottom is used, there are restrictions on the thickness or size of the beta-alumina in terms of manufacturing. And one cylindrical beta alumina with bottom
The method of storing the solid electrolyte in the container one by one has a disadvantage that the area of the solid electrolyte cannot be increased with respect to the volume or weight of the battery, and the battery efficiency cannot be increased. Further, those using the plate-like beta-alumina do not refer to the joining method of the plate-like beta-alumina and the container for the anode active material and the container for the cathode active material, which are important technical issues, and are not described in Examples. However, as shown, there was a problem in long-term reliability as a battery.
[課題を解決するための手段] そこで、本発明者らは、上記従来の電池構造の問題を
解決すべく種々検討を重ねた結果、ベータアルミナ固体
電解質を板状とし、かつ金属容器との接合面に工夫をこ
らしたナトリウム−硫黄電池を用いることにより、従来
の問題を解決できることを見出し本発明を完成したもの
である。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted various studies to solve the above-mentioned problems of the conventional battery structure. As a result, the beta-alumina solid electrolyte was formed into a plate shape and joined to a metal container. The present inventors have found that the conventional problem can be solved by using a sodium-sulfur battery whose surface is devised, and have completed the present invention.
即ち、本発明によれば、板状ベータアルミナを固体電
解質とするナトリウム−硫黄電池であって、該板状ベー
タアルミナを陽極活物質の収納容器および陰極活物質の
収納容器にシール材を介して接着剤により気密に接合す
ることにより板状ベータアルミナの両側に隔離された陽
極室および陰極室を形成し、陽極室に陽極活物質および
陰極室に陰極活物質を収納したことを特徴とするナトリ
ウム−硫黄電池、が提供される。That is, according to the present invention, a sodium-sulfur battery using plate-like beta-alumina as a solid electrolyte, wherein the plate-like beta-alumina is placed in a storage container for an anode active material and a storage container for a cathode active material via a sealing material. Sodium characterized by forming an anode chamber and a cathode chamber isolated on both sides of a plate-like beta alumina by bonding hermetically with an adhesive, and storing an anode active material in the anode chamber and a cathode active material in the cathode chamber. A sulfur battery is provided.
また、板状ベータアルミナを使用したナトリウム−硫
黄電池において、板状ベータアルミナと陽極活物質の収
納容器および陰極活物質の収納容器との間に板状ベータ
アルミナの全長に亘って金属板を設けてベータアルミナ
板を保護するとベータアルミナ板が熱応力等によって破
損することを防止できる。Further, in a sodium-sulfur battery using plate-like beta-alumina, a metal plate is provided between the plate-like beta-alumina and the container for the anode active material and the container for the cathode active material over the entire length of the plate-like beta-alumina. When the beta alumina plate is protected by this, it is possible to prevent the beta alumina plate from being damaged by thermal stress or the like.
さらに本発明によれば、板状ベータアルミナ固体電解
質と陽極活物質の収納容器および陰極活物質の収納容器
とを金属板によって連結して構成されるナトリウム−硫
黄電池であって、該板状ベータアルミナと金属板との接
合部分と、陽極活物質の収納容器および陰極活物質の収
納容器と金属板との接合部分とを分離したことを特徴と
するナトリウム−硫黄電池、が提供される。Further, according to the present invention, there is provided a sodium-sulfur battery configured by connecting a plate-like beta-alumina solid electrolyte and a storage container for the anode active material and a storage container for the cathode active material by a metal plate, A sodium-sulfur battery is provided in which a joint between alumina and a metal plate is separated from a joint between the storage container for the anode active material and the storage container for the cathode active material and the metal plate.
さらに、板状ベータアルミナと陽極活物質の収納容器
および陰極活物質の収納容器の各々に接合する金属板が
各々の接合の中間部分にベロー形状を設けることによ
り、収納容器とベータアルミナの間で作用する熱応力や
外部からベータアルミナに伝わる応力を吸収することが
でき、破壊に対する抵抗性が増大する。Furthermore, the metal plate joined to each of the plate-like beta-alumina, the container for storing the anode active material, and the container for storing the cathode active material has a bellows shape in the middle part of each joint, so that the container between the container and the beta-alumina The acting thermal stress and the stress transmitted to the beta alumina from the outside can be absorbed, and resistance to breakage increases.
本発明においては、板状ベータアルミナに凹凸(波状
構造を含む)を設けると、表面積が増え、ナトリウムイ
オンの透過量が増加すると同時に、陽極活物質の収納容
器および陰極活物質の収納容器から加わる外力をベータ
アルミナ板の全体で吸収するので破壊に対する抵抗性が
増加するため好ましい。In the present invention, when the plate-like beta alumina is provided with irregularities (including a wavy structure), the surface area increases, the amount of sodium ions permeated increases, and at the same time, it is added from the storage container for the anode active material and the storage container for the cathode active material. It is preferable because the external force is absorbed by the entire beta-alumina plate, so that resistance to breakage increases.
また、前記したように、板状ベータアルミナの全長に
亘って金属板を設けた場合において、この金属板に窪み
を設け、ベータアルミナ板と接触するようにすると、ベ
ータアルミナ板の一部に破損が生じ、陽陰極活物質が直
接接触するような事態が発生しても、陽陰極活物質の反
応量を少量に抑え被害を最小限にすることができるた
め、好ましいものである。Further, as described above, when a metal plate is provided over the entire length of the plate-shaped beta alumina, if a depression is provided in the metal plate so that the metal plate comes into contact with the beta alumina plate, a part of the beta alumina plate may be damaged. Thus, even if a situation occurs in which the positive and negative electrode active materials come into direct contact with each other, the reaction amount of the positive and negative electrode active materials can be suppressed to a small amount, and damage can be minimized.
[作用] 本発明では、板状ベータアルミナを固体電解質として
用い、シール材をベータアルミナの両面に配置して陽極
活物質の収納容器および陰極活物質の収納容器に接合し
て電池を構成したので、電池の作動時(300〜350℃の高
温)と停止時(室温)間の環境温度変化に基いて生じる
接合部の応力に対しても、抵抗力が大きく、接合部にお
ける破壊、損傷を生じる恐れが少ない。[Operation] In the present invention, a battery is formed by using plate-like beta alumina as a solid electrolyte, arranging a sealing material on both sides of beta alumina, and joining the anode active material storage container and the cathode active material storage container. High resistance to joint stress caused by environmental temperature change between battery operation (high temperature of 300-350 ° C) and shutdown (room temperature), causing breakage and damage at the joint There is little fear.
すなわち、収納容器とベータアルミナの物理特性(熱
膨張係数、ヤング率、ポアソン比等)の差異によって生
ずる熱応力を緩和するものであり、その手段としてシー
ル材として収納容器とベータアルミナとの間に緩衝効果
のあるシール材を入れるとともに、それをベータアルミ
ナの端部の両面に対称的に配置することにより、ベータ
アルミナ内に発生する不均一な熱応力を緩和するように
したものである。That is, thermal stress caused by a difference in physical properties (coefficient of thermal expansion, Young's modulus, Poisson's ratio, etc.) between the storage container and beta-alumina is relaxed. A non-uniform thermal stress generated in the beta-alumina is relieved by inserting a sealing material having a buffer effect and symmetrically disposing the sealing material on both sides of the end of the beta-alumina.
なお、上記シール材としては接合部のシールを充分に
果たすことができる、例えばステンレス、ニッケル、コ
バルト、鉄、鉄クロム合金、チタン、クロムなどの金
属、およびマグネシア、ジルコニア、アルミナ、ベリリ
ア、ホウ化チタニウムなどのセラミックスなどが使用で
きるが、接合部での応力緩和のため、ベータアルミナと
陽極活物質の収納容器および陰極活物質の収納容器の中
間の熱膨張係数を有するものが好ましい。In addition, as the above-mentioned sealing material, a metal such as stainless steel, nickel, cobalt, iron, iron-chromium alloy, titanium, chromium, and magnesia, zirconia, alumina, beryllia, boride, etc., which can sufficiently achieve the sealing of the joint portion are provided. Ceramics such as titanium can be used, but those having an intermediate thermal expansion coefficient between those of beta-alumina and the container for the anode active material and the container for the cathode active material are preferable for relaxing the stress at the joint.
又、陽極活物質の収納容器および陰極活物質の収納容
器の材質としては、通常金属製のものが使用されるが、
これに限られず、例えば、マグネシア、ジルコニア、ア
ルミナ等のセラミックスを使用することができる。Further, as the material of the storage container of the anode active material and the storage container of the cathode active material, a metal material is usually used,
The present invention is not limited to this, and ceramics such as magnesia, zirconia, and alumina can be used.
また、板状ベータアルミナ固体電解質と陽極活物質の
収納容器および陰極活物質の収納容器とを金属板によっ
て連結して構成されるナトリウム−硫黄電池であって、
板状ベータアルミナと金属板との接合部分と、陽極活物
質の収納容器および陰極活物質の収納容器と金属板との
接合部分とを分離したナトリウム−硫黄電池において
は、作動時と停止時の温度変化により、夫々の部材の熱
膨張係数の相違に基いて接合部で応力が発生し変位が生
じても、金属板にてこれを吸収・緩和し、破壊、損傷を
避けることができる。そして、この金属板が各々の接合
の中間部分にベロー形状を有する場合には、更に破壊、
損傷の回避効果が大きい。Further, a sodium-sulfur battery configured by connecting a plate-like beta-alumina solid electrolyte, a storage container for the anode active material, and a storage container for the cathode active material by a metal plate,
In a sodium-sulfur battery in which the joint between the plate-like beta alumina and the metal plate and the joint between the storage container for the anode active material and the storage container for the cathode active material and the metal plate are separated, during operation and during shutdown, Even if a stress is generated at the joint portion due to a difference in thermal expansion coefficient of each member due to a temperature change and a displacement occurs, the metal plate absorbs and relaxes the displacement, thereby avoiding breakage and damage. And when this metal plate has a bellows shape in the middle part of each joint, further destruction,
Great effect of avoiding damage.
[実施例] 以下、本発明を図示の実施例に基き更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限られるものではな
い。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the illustrated examples, but the present invention is not limited to these examples.
第1図は本発明のナトリウム−硫黄電池の構成の基本
実施例を示す断面説明図であり、板状ベータアルミナ固
体電解質10の両側にシール材11を介して接着剤により陰
極金属容器12および陽極金属容器13が接合され、夫々の
容器内に陰極活物質14、陽極活物質15が収納されている
ものである。FIG. 1 is an explanatory sectional view showing a basic embodiment of the structure of a sodium-sulfur battery of the present invention. A cathode metal container 12 and an anode are provided on both sides of a plate-like beta alumina solid electrolyte 10 with an adhesive via a sealing material 11. A metal container 13 is joined, and a cathode active material 14 and an anode active material 15 are contained in each container.
第2図は本発明のナトリウム−硫黄電池の構成の他の
実施例を示す断面説明図であり、板状ベータアルミナ固
体電解質10を複数としたものである。FIG. 2 is an explanatory sectional view showing another embodiment of the configuration of the sodium-sulfur battery of the present invention, in which a plurality of plate-like beta alumina solid electrolytes 10 are provided.
第3図は本発明のナトリウム−硫黄電池の構成のさら
に他の実施例を示す断面説明図であり、板状ベータアル
ミナ固体電解質10を波状として表面積を増大させた例で
ある。この場合には、固体電解質10の表面積が増えるの
で、単位容積当りのナトリウムイオン透過量が増加し、
電池性能がアップする。FIG. 3 is an explanatory sectional view showing still another embodiment of the configuration of the sodium-sulfur battery of the present invention, in which the surface area is increased by making the plate-like beta alumina solid electrolyte 10 wavy. In this case, since the surface area of the solid electrolyte 10 increases, the amount of sodium ions per unit volume increases,
Battery performance is improved.
また、第4図および第5図は板状ベータアルミナ固体
電解質10の両側に金属板16を接合した場合の実施例を示
すもので、金属板16によりベータアルミナ固体電解質10
と陰極金属容器12及び陽極金属容器13との間のシール性
を向上させるとともに、陰極金属容器12内及び陽極金属
容器13内を複数に分割し、陽極活物質と陰極活物質の各
々を収容する陽極室及び陰極室を複数設けることを目的
とするものである。ここで第5図においては、金属板16
を凹凸構造としてより多くの陽極室及び陰極室を設けた
場合を示す。FIGS. 4 and 5 show an embodiment in which metal plates 16 are joined to both sides of the plate-like beta-alumina solid electrolyte 10.
To improve the sealing property between the cathode metal container 12 and the anode metal container 13, and divide the inside of the cathode metal container 12 and the inside of the anode metal container 13 into a plurality, and accommodate each of the anode active material and the cathode active material. It is intended to provide a plurality of anode chambers and cathode chambers. Here, in FIG.
Shows a case where more anode chambers and cathode chambers are provided as an uneven structure.
第4図のように構成すると、板状ベータアルミナの両
面の端部に接合した金属板16により外部から加わる応力
を吸収し保護するため、破壊、損傷を防ぐことができ、
板状ベータアルミナを薄型にして電池効率を向上させる
ことができる。When configured as shown in FIG. 4, the metal plate 16 bonded to both ends of the plate-like beta-alumina absorbs and protects stress applied from the outside, so that destruction and damage can be prevented.
The battery efficiency can be improved by making the plate-like beta alumina thin.
また第5図のように構成すると、板状ベータアルミナ
の一部に損傷が発生し、陽極活物質と陰極活物質が直接
接触するような事態が発生しても、陽極活物質と陰極活
物質との反応量を少量に抑制することができ、被害を最
小限に留めることができる。Further, with the configuration shown in FIG. 5, even if a part of the plate-like beta-alumina is damaged and a situation in which the anode active material and the cathode active material come into direct contact occurs, the anode active material and the cathode active material can be used. Can be suppressed to a small amount, and damage can be minimized.
さらに第6図はベータアルミナ固体電解質10と陰極金
属容器12及び陽極金属容器13との間をベロー形状を有す
る中間金属板17にて接続した実施例を示すもので、この
例の場合には、作動時と停止時の温度変化により、夫々
の部材の熱膨張係数の相違に基いて接合部で応力が発生
し変位が生じても、ベロー形状を有する中間金属板17に
てこれを吸収・緩和するため、接合部における破壊、損
傷を避けることができ、特に好ましい構造といえる。
尚、中間金属板17と固体電解質10の間、および中間金属
板17と陰極金属容器12及び陽極金属容器13との間は、無
機ガラス18により接合されている。FIG. 6 shows an embodiment in which the beta-alumina solid electrolyte 10 and the cathode metal container 12 and the anode metal container 13 are connected by an intermediate metal plate 17 having a bellows shape. In the case of this example, Even if a stress is generated at the joint due to a difference in thermal expansion coefficient between the members due to a temperature change between the operation and the stop, and displacement occurs, the intermediate metal plate 17 having a bellows shape absorbs and moderates the displacement. Therefore, destruction and damage at the joint can be avoided, which is a particularly preferable structure.
The intermediate metal plate 17 and the solid electrolyte 10 and the intermediate metal plate 17 and the cathode metal container 12 and the anode metal container 13 are joined by an inorganic glass 18.
上記実施例において、金属板16あるいは中間金属板17
の材質としては特に制限はないが、アルミニウム、アル
ミニウム合金、ステンレス、ニッケル、コバルト、鉄、
鉄・クロム合金、チタン、クロムなどが使用できる。In the above embodiment, the metal plate 16 or the intermediate metal plate 17
Although there is no particular limitation on the material of aluminum, aluminum, aluminum alloy, stainless steel, nickel, cobalt, iron,
Iron-chromium alloy, titanium, chrome, etc. can be used.
次に、本発明の更に具体的な実施結果を説明する。 Next, more specific implementation results of the present invention will be described.
(実施例1) 固体電解質として、100mm平方、厚さ2mmの板状のベー
タアルミナを使用した。陽極活物質の収納容器および陰
極活物質の収納容器は厚さ1mmの金属板で作成し、ベー
タアルミナとの接着幅は10mmとし、陽極活物質および陰
極活物質の収納部の厚さが10mmとなるように構成した。(Example 1) As a solid electrolyte, a plate-shaped beta alumina having a square shape of 100 mm and a thickness of 2 mm was used. The storage container for the anode active material and the storage container for the cathode active material are made of a 1 mm thick metal plate, the adhesive width with beta alumina is 10 mm, and the thickness of the storage section for the anode active material and the cathode active material is 10 mm. It was constituted so that it might become.
収納容器、シール材および接着材の材質は表1、表2
および表3のうちから選択した。これらの組合せ方法
と、それによって構成された電池セルの評価試験結果を
表4に示す。ここで、外観状態において○印の結果は、
接着後に染色液を接着部に塗布して肉眼により観察し、
クラック等が認められない良好な試験結果を示す。×印
の結果は、接着部あるいはベータアルミナにクラックが
発生する等の異常が認められたものを示す、冷熱試験は
110℃に加熱した恒温槽に電池セルを入れ、1時間保持
した後に、20℃に調節した水槽に速みやかに投入して、
その後染色液を塗布し、クラック等の発生を観察した。
○印および×印の結果の内容は外観状態と同じである。
90℃差の冷熱試験において問題が発生しないものは、実
際の使用条件で、例えば、運転の開始あるいは停止の加
熱あるいは冷却条件においても問題が発生せず、冷熱サ
イクルに対する優れた抵抗性があることが確かめられて
いる。Tables 1 and 2 show the materials of the storage container, sealant and adhesive.
And Table 3. Table 4 shows these combinations and the evaluation test results of the battery cells formed by the combination. Here, the result of the mark in the appearance state is
After bonding, apply the staining solution to the bonded part and observe it with the naked eye,
It shows good test results without cracks and the like. The results of the crosses indicate that abnormalities such as cracks were observed in the bonded part or beta alumina.
Put the battery cell in a thermostat heated to 110 ° C, hold it for 1 hour, and then quickly put it in a water tank adjusted to 20 ° C.
Thereafter, a staining solution was applied, and the occurrence of cracks and the like was observed.
The contents of the results of the marks ○ and × are the same as the appearance.
If there is no problem in the cooling test with a difference of 90 ° C, there should be no problem under the actual operating conditions, for example, under the heating or cooling conditions at the start or stop of the operation, and there should be excellent resistance to the cooling cycle. Has been confirmed.
これらの結果から、ベータアルミナを陽極活物質の収
納容器および陰極活物質の収納容器に接合する場合にベ
ータアルミナと収納容器の間にシール材を用い、かつ、
それらをベータアルミナの両面に配置して接合すること
によって構成した電池セルは、接着状態も良好で、か
つ、90℃差の冷熱試験においても、クラックが発生する
等の問題は起こらず、良好な結果であった。From these results, when the beta alumina is joined to the storage container for the anode active material and the storage container for the cathode active material, a sealing material is used between the beta alumina and the storage container, and
The battery cell constituted by arranging and joining them on both sides of beta alumina has a good adhesion state, and even in a cooling test with a difference of 90 ° C., there is no problem such as occurrence of cracks, and a good It was a result.
これに対して、比較のために実施した本発明以外の方
法で接着した例では、接着状態が良好でない、あるいは
冷熱試験でクラックが発生する等の問題が発生した。On the other hand, in the case of bonding by a method other than the present invention, which was carried out for comparison, there were problems such as a poor bonding state or cracking in a thermal test.
(実施例2) 固体電解質として、100mm平方、厚さ1mmの板状のベー
タアルミナを使用した。試料No.12は平板とした。試料N
o.13はベータアルミナ端部10mmを接着代とし、中央部
(80×80mm)に凸部の曲率半径が3mm、凹部の曲率半径
が2mmとなるような波形凹凸を設けた。試料No.14は、同
様にベータアルミナ端部10mmを接着代とし、中央部(80
×80mm)に同心円状に、凸部の曲率半径が3mm、凹部の
曲率半径が2mmとなる凹凸を設けた。 (Example 2) As a solid electrolyte, plate-shaped beta alumina having a square shape of 100 mm and a thickness of 1 mm was used. Sample No. 12 was a flat plate. Sample N
In the case of o.13, a 10-mm end of the beta alumina was used as an adhesion allowance, and corrugations were provided at the center (80 × 80 mm) so that the radius of curvature of the convex portion was 3 mm and the radius of curvature of the concave portion was 2 mm. For sample No. 14, the edge of the beta-alumina 10 mm was similarly used as the bonding margin, and the center (80
× 80 mm), concavities and convexities in which the radius of curvature of the convex portion was 3 mm and the radius of curvature of the concave portion was 2 mm were provided concentrically.
接着代の端部10mmを除くベータアルミナの表面積は試
料No.12が6400mm2であるのに対して試料No.13が10000mm
2、試料No.14が8600mm2となり、試料No.12を100とする
と、試料No.13が156、試料No.14が135となった。The surface area of the beta alumina except the end 10mm of adhesion margins sample No.13 is 10000mm whereas sample No.12 is 6400Mm 2
2 , when sample No. 14 was 8600 mm 2 and sample No. 12 was 100, sample No. 13 was 156 and sample No. 14 was 135.
収納容器は陽極側をアルミニウム(M1)、陰極側をス
テンレス(M3)とした。The storage container was made of aluminum (M1) on the anode side and stainless steel (M3) on the cathode side.
シール材は、陽陰両極とも鉄、クロム合金(M7)とし
た。The sealing material was iron and chromium alloy (M7) for both the positive and negative electrodes.
接着剤は陽陰両極とも、ホウ珪酸ガラス(S2)とし
た。The adhesive was borosilicate glass (S2) for both the positive and negative electrodes.
そしてベータアルミナ板の端部10mmを接着代として各
部材を接着し、電池セルを作成した。Then, each member was adhered using the end portion 10 mm of the beta alumina plate as an adhering margin to prepare a battery cell.
陽極側容器に硫黄を、陰極側容器に金属ナトリウムを
収納し、350℃に加熱すると放電電流として、試料No.12
に対して試料No.13および試料No.14は各々約50%および
30%に相当する電流の増加が認められた。Sample No. 12 was obtained by storing sulfur in the anode side container and metallic sodium in the cathode side container and heating it to 350 ° C.
On the other hand, sample No. 13 and sample No. 14
An increase in current corresponding to 30% was observed.
(実施例3) 固体電解質として、100mm平方、厚さ0.8mmの板状ベー
タアルミナを使用し、ベータアルミナ端部10mmを接着代
とした。(Example 3) As a solid electrolyte, a plate-shaped beta alumina having a square of 100 mm and a thickness of 0.8 mm was used, and an end portion of the beta alumina of 10 mm was used as a bonding margin.
陽極活物質の収納容器および陰極活物質の収納容器は
アルミニウム(M1)とした。The storage container for the anode active material and the storage container for the cathode active material were aluminum (M1).
シール材はステンレス(M3)として、このステンレス
板は、ベータアルミナの両面長に亘る金属板と兼用し
た。試料No.15は、この金属板はベータアルミナと平行
な平板(第4図)とし、試料No.16は20mm毎に窪みを設
け、ベータアルミナと接触する形状(第5図)とした。The sealing material was stainless steel (M3), and the stainless steel plate was also used as a metal plate extending over both sides of beta alumina. In sample No. 15, the metal plate was a flat plate parallel to beta-alumina (FIG. 4), and in sample No. 16, a recess was provided every 20 mm to make contact with beta-alumina (FIG. 5).
これらを各々接着材(S2)を使用して接着し、電池セ
ルとした。接着後の接合部の状態は、いずれの試料も良
好であり、90℃差冷熱試験においても、クラックが発生
する等の問題は起こらなかった。比較のために、100
℃、110℃および120℃差の冷熱試験を実施したところ、
試料No.15は、120℃差でベータアルミナが破損したのに
対して、試料No.16は120℃差でも破損あるいは損傷が発
生するような問題はなかった。These were adhered using an adhesive (S2) to form a battery cell. The state of the joint after bonding was good for all samples, and no problems such as cracks occurred in the 90 ° C. differential cooling / heating test. For comparison, 100
℃, 110 ℃ and 120 ℃ difference between the thermal test
In sample No. 15, beta alumina was broken at a difference of 120 ° C., whereas in sample No. 16, there was no problem that breakage or damage occurred even at a difference of 120 ° C.
さらに、電池セルを350℃に加熱し、また、室温に冷
却する冷熱試験においてベータアルミナが破損するよう
な問題はなく、電池として良好に作動した。Furthermore, there was no problem that beta-alumina was damaged in a thermal test in which the battery cell was heated to 350 ° C. and cooled to room temperature, and the battery operated well.
なお、試料No.16は、ベータアルミナの一部に損傷が
発生し、陽極活物質と陰極活物質が直接接触するような
事態が発生しても陽極活物質と陰極活物質の反応量を少
量に抑制することができ、被害を最小限に留めることが
可能である。In sample No. 16, even if a part of the beta alumina was damaged and the anode active material and the cathode active material were in direct contact with each other, the amount of reaction between the anode active material and the cathode active material was small. And damage can be minimized.
(実施例4) 固体電解質として、100mm平方、厚さ1mmの板状のベー
タアルミナを使用し、ベータアルミナ端部5mmを接着代
とした。(Example 4) As a solid electrolyte, a plate-shaped beta alumina having a square shape of 100 mm and a thickness of 1 mm was used, and an end portion of 5 mm of the beta alumina was used as a bonding margin.
陽極活物質の収納容器および陰極活物質の収納容器は
ステンレス(M3)とした。中間金属板はステンレス(M
3)とし、120mm平方で幅が15mmになるように内部に90mm
平方のくり抜きを設けた。ベータアルミナと中間金属板
とを5mmの接着代で接着し、陽極活物質の収納容器およ
び陰極活物質の収納容器と中間金属板とを同じく5mmの
接着代で接着した。The storage container for the anode active material and the storage container for the cathode active material were made of stainless steel (M3). The intermediate metal plate is stainless steel (M
3) and 90mm inside so that 120mm square and 15mm width
A square hollow was provided. Beta-alumina and the intermediate metal plate were bonded together with a bonding margin of 5 mm, and the storage container for the anode active material and the storage container for the cathode active material and the intermediate metal plate were bonded together with a bonding margin of 5 mm.
試料No.17は中間金属板は平板とし、試料No.18は第6
図のように、幅15mmの中央部に曲率半径5mmの窪みのベ
ロー形状を設けた形状とした。For sample No. 17, the intermediate metal plate was a flat plate, and for sample No. 18,
As shown in the drawing, a central portion having a width of 15 mm was provided with a concave bellows shape having a radius of curvature of 5 mm.
接着後の接合状態は、いずれの試料も良好であり、90
℃差冷熱試験においてもベータアルミナが破損するよう
な問題はなかった。比較のために100℃、110℃および12
0℃差の冷熱試験を実施したところ、試料No.17は110℃
差でベータアルミナが破損したのに対して、試料No.18
は120℃差でも、破損が発生するような問題はなかっ
た。The bonding condition after bonding was good for all samples, 90
There was no problem that the beta alumina was broken in the temperature difference cooling test. 100 ° C, 110 ° C and 12 for comparison
When a thermal test with a difference of 0 ° C was performed, the temperature of sample No. 17 was 110 ° C.
Sample No. 18
There was no problem that breakage occurred even at 120 ° C difference.
さらに電池セルを350℃に加熱し、また、室温に冷却
する冷熱試験において、ベータアルミナが破損するよう
な問題はなく、電池として良好に作動した。Further, in a cooling test in which the battery cell was heated to 350 ° C. and cooled to room temperature, there was no problem that the beta alumina was damaged, and the battery operated well.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、第1表ないし第3表に記載される実施例以外の組合
せについても、各実施例とほぼ同等の結果が得られるこ
とが確認された。It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and it has been confirmed that almost the same results as those of each embodiment can be obtained for combinations other than the embodiments described in Tables 1 to 3. Was.
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば次の効果が奏せ
られる。[Effects of the Invention] As described above, the present invention has the following effects.
請求項1記載のナトリウム−硫黄電池によれば、大き
な強度を有する耐久性に優れた電池を提供できる。According to the sodium-sulfur battery of the first aspect, a battery having a large strength and excellent durability can be provided.
請求項2記載のナトリウム−硫黄電池によれば、ナト
リウムイオンの透過量が増加し、電池性能をアップでき
る。According to the sodium-sulfur battery of the second aspect, the permeation amount of sodium ions increases, and the battery performance can be improved.
請求項3記載のナトリウム−硫黄電池によれば、ベー
タアルミナの両面の端部に接合した金属板により外部か
ら加わる応力を吸収し保護するため破壊、損傷を防ぐこ
とができ、ベータアルミナ板を薄型にして電池効率を向
上するという効果を有する。According to the sodium-sulfur battery according to the third aspect, the metal plate joined to both ends of the beta alumina absorbs and protects the stress applied from the outside, so that destruction and damage can be prevented. This has the effect of improving the battery efficiency.
請求項4記載のナトリウム−硫黄電池によれば、中間
金属板にて応力、変位を吸収・緩和するため、接合部に
おける破壊、損傷を避けることができる。According to the sodium-sulfur battery of the fourth aspect, since the stress and displacement are absorbed and relaxed by the intermediate metal plate, destruction and damage at the joint can be avoided.
請求項5記載のナトリウム−硫黄電池によれば、中間
金属板がベロー形状を有するため、接合部における破
壊、損傷の回避をさらに確実ならしめる。According to the sodium-sulfur battery of the fifth aspect, since the intermediate metal plate has a bellows shape, destruction and damage at the joint can be more reliably avoided.
第1図〜第6図は夫々本発明のナトリウム−硫黄電池の
実施例を示す断面説明図、第7図は従来のナトリウム−
硫黄電池の構成例を示す概略断面図である。 10……板状ベータアルミナ固体電解質、11……シール
材、12……陰極金属容器、13……陽極金属容器、14……
陰極活物質、15……陽極活物質、16……金属板、17……
中間金属板、18……無機ガラス。1 to 6 are sectional explanatory views showing an embodiment of a sodium-sulfur battery of the present invention, and FIG. 7 is a conventional sodium-sulfur battery.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a sulfur battery. 10: plate-like beta alumina solid electrolyte, 11: sealing material, 12: cathode metal container, 13: anode metal container, 14 ...
Cathode active material, 15 Anode active material, 16 Metal plate, 17
Intermediate metal plate, 18 ... Inorganic glass.
Claims (5)
トリウム−硫黄電池であって、該板状ベータアルミナを
陽極活物質の収納容器および陰極活物質の収納容器にシ
ール材を介して接着剤より気密に接合することにより板
状ベータアルミナの両側に隔離された陽極室および陰極
室を形成し、陽極室に陽極活物質および陰極室に陰極活
物質を収納したことを特徴とするナトリウム−硫黄電
池。1. A sodium-sulfur battery using plate-like beta-alumina as a solid electrolyte, wherein said plate-like beta-alumina is attached to a storage container for an anode active material and a storage container for a cathode active material via an adhesive via a sealing material. A sodium-sulfur battery characterized by forming an anode chamber and a cathode chamber separated from each other on both sides of a plate-like beta-alumina by hermetically bonding, and storing an anode active material in the anode chamber and a cathode active material in the cathode chamber. .
1記載のナトリウム−硫黄電池。2. The sodium-sulfur battery according to claim 1, wherein the plate-like beta alumina has irregularities.
器、および板状ベータアルミナと陰極活物質の収納容器
の間に、板状ベータアルミナの全長に亙って金属板を設
けた請求項1記載のナトリウム−硫黄電池。3. A metal plate is provided over the entire length of the plate-like beta alumina, between the plate-like beta alumina and the container for storing the anode active material, and between the plate-like beta alumina and the container for storing the cathode active material. 2. The sodium-sulfur battery according to 1.
質の収納容器、および板状ベータアルミナと陰極活物質
の収納容器とを金属板によって連結して構成されるナト
リウム−硫黄電池であって、該板状ベータアルミナと金
属板との接合部分と、陽極活物質の収納容器および陰極
活物質の収納容器と金属板との接合部分とを分離したこ
とを特徴とするナトリウム−硫黄電池。4. A sodium-sulfur battery comprising a plate-like beta-alumina solid electrolyte and a container for storing an anode active material, and a plate-like beta-alumina and a container for storing a cathode active material connected by a metal plate, A sodium-sulfur battery in which a joint between the plate-like beta alumina and the metal plate is separated from a joint between the container for the anode active material and the container for the cathode active material and the metal plate.
容器および陰極活物質の収納容器の各々に接合する金属
板が各々の接合の中間部分にベロー形状を有する請求項
4記載のナトリウム−硫黄電池。5. The sodium-containing metal oxide according to claim 4, wherein the metal plate joined to each of the plate-like beta-alumina, the container for storing the anode active material and the container for storing the cathode active material has a bellows shape at an intermediate portion of each joint. Sulfur battery.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63275090A JP2633333B2 (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Sodium-sulfur battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63275090A JP2633333B2 (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Sodium-sulfur battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02121273A JPH02121273A (en) | 1990-05-09 |
| JP2633333B2 true JP2633333B2 (en) | 1997-07-23 |
Family
ID=17550655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63275090A Expired - Lifetime JP2633333B2 (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Sodium-sulfur battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2633333B2 (en) |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP63275090A patent/JP2633333B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02121273A (en) | 1990-05-09 |
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