JPS5928030B2 - ナトリウム−イオウ型電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はナトリウム−イオウ型電池に関する。

この種の電池では負極物質がアルカリ金属、一般にナト
リウムで構成される（該物質は作動温度において液状で
なければならない）ことは公知である。正極物質杜一般
的にはイオウおよびそのナトリウム塩であるが、リンョ
セレンあるいはこれらのアルカリ塩であつてもよい。活
性物質がイオウおよびナトリウムである場合には、電気
化学反応はナトリウムポリスルフイツド生成の可逆反応
であり、放電の間にそのナトリウム含量は増加する。正
極物質および負極物質を分離する電解質については、作
動温度、すなわち約３００℃において固状であつて、負
極室で生成するアルカリイオンに対して透過性であり、
電子に対して不透過性でなければならない。一般に該電
解質はβ−ナトリウムアルミナ、すなわち酸化ナトリウ
ム１分子についてアルミナ約５ないし９分子を含有する
化合物でなる。電解質はその底で閉止された管状であつ
て、負極物質を収容しかつ正極物質中に浸漬される。正
極物質は金属正極容器中に収容されており、グラファイ
トフェルト中に含浸されている。電解質管は、この正極
容器および負極容器に液密封状態で接続された支持体で
支持される。一般に前記支持体はα−アルミナでなるプ
レート状またはデイスク状のものである。

このデイスクには、β−ナトリウムアルミナの電解質管
が固定される中央孔が設けてある〇該電池において、放
電工程では次式に示す如く連続的にイオウのナトリウム
ポリスルフイツドへの変化が生ずる。

Ｓ→Ｎａ２ｓ５→Ｎａ２ｓ４→Ｎａ２ｓ３充電中は上記
の逆反応となる。

しかしながら、従来の電池ではＮａ２ｓ５→Ｓへの変化
が起らず、したがつて完全に充電できない。この欠点は
、充電中、イオウの膜が電解質管上に恒久的に付着し、
これがナトリウムイオンに対して移動の障害物となり、
イオウ元素の完全な再生を妨げるとの事実によるもので
あることが明らかとなつた。

この実験的知見に基ずいて、本発明者等は、上記欠点を
排除しかつ実質的に完全に充電できるナトリウム−イオ
ウ電池の新規な構造を開発した。

本発明の目的は、以下の部材からなるナトリウム−イオ
ウ電池を提供することにある。（ａ）イオウ，リン，セ
レンおよびこれらのアルカリ塩でなる群から選ばれる作
動温度において液状の正極物質を収容する正極容器。

（ｂ）アルカリ金属でなる作動温度において液状の負極
物質を収容しかつ前記正極物質中に浸漬されるように前
記正極容器内に配置された、底端部で閉止された少なく
とも１つの固形電解質管。

該管の壁はβ−アルカリアルミナでなる〇（ｃ）前記正
極容器内に前記電解質管を支持するための絶縁セラミツ
ク支持体。

該支持体と前記電解質管との接続はガラス部材によりな
される〇（ｄ）前記負極物質を収容する負極容器。該負
極容器は前記正極容器の上方であつて前記電解質管がそ
の頂部において該負極容器内で開口するように配置され
る。上記部材で構成される本発明の電池において、前記
支持体（プレート）は負極容器の開口端および正極容器
の開口端を分離し、前記正極容器にはグラフアイトフエ
ルトでなるワツシヤが固定してあり、これらは発生した
電流の正極集電を確実なものとし、前記電解質管の側壁
に面するワツシヤの端は管から所定の距離に位置し、他
のワツシャの少なくとも１つは前記電解質管の底と接触
している。

ワツシヤの端と電解質管の側壁との間の所定の距離は、
正極容器の水平方向の半分の長さ（半径）に対する所定
の距離の比が０．０５ないし０．５となるような値であ
る。

本発明の好適な具体例について添付図面を参照して例示
するが、本発明はこれに限定されない。

電池は円筒形であつて、第１図はその縦断面図である。
本発明による電池は全く異なる他の形状であつてもよい
。図示した電池は電導性円筒形正極容器２を有しており
、この内部には集電体として機能する、イオウを含浸し
たグラフアイトフエルト製ワツシヤ１６，１６／および
１６″が固定してある。

ワツシャ１６にはその中央部に電解質管１２を収容する
孔が設けてあり、他のワツシヤ１６′および１６Ｉは容
器２の全体に伸長している。容器２の壁は、その頂部で
、水平方向の環状α−アルミナプレート６の底面に固定
されている。導電性でかつ正極容器２と実質的に同じ直
径を有する円筒状負極容器８は、前記と同様にプレート
６の頂面にその底部により固定されている。

該負極容器は液体ナトリウムでなる負極物質を収容して
いる。プレート６の中央には縦軸を中心とする円筒状穴
１０が設けてある。

電解質管１２の開口頂端部はこの穴１０の内部で係止さ
れている。電解質管１２はその底端部で閉止しており、
また該電解質管はβ−ナトリウムアルミナで形成され、
負極物質を収容している。管１２の頂端部はプレート６
の頂面と同一平面上にある〇管１２の頂部の外壁とプレ
ート６に穿孔した穴１０の壁との間には接続を密にする
ためにガラス接続部材１４が挿入してある。

参照番号１６で示すグラフアイトフエルト製ワツシャの
内方端は、管１２の周囲に厚さＥｆ）環状空間を残すよ
うに管１２の側壁の周囲に位置している。

この厚さｅと容器２の半径Ｅとの比は０．０５＜ｉ＜０
．５となるように選択される。好ましくは０．２である
。ワツシャ１６′および１６″は、少なくとも容器１２
の断面積に等しい面積をカバーし、したがつて内壁を閉
止する。

ワツシャ１６′は図示する如く管１２の底部と接触して
いる。このような電池の作動について述べる。

充電の間、イオウは電解質管１２の上には付着せず、管
１２を包囲するワツシヤ１６のリム上に少量が付着する
０すなわち、電解質管１２とグラフアイトフエルトの内
方縁との間に空間があるため、充電の間に生成するイオ
ウは電解質管に付着することができない〇さらに、この
ようにグラフアイトフエルトの内方縁に付着するイオウ
も熱力学的には不安定であつて、ポリスルフイツド（Ｎ
ａ２Ｓ５）の形で溶解する。

したがつて、グラフアイトフエルトの縁に付着するイオ
ウはナトリウムイオンの移動の障害物とならない〇この
ように構成された電池では、ナトリウムイオンの電解質
管を介しての移動が阻害されないため、Ｎａ２ｓ５，は
イオウに変換され、これにより電池の完全な充電が確保
される。

容器および管１２の間の放電に必要な電気的連続性はワ
ツシヤ１６Ｉと同様にワツシャ１６′によつても提供さ
れる。

第２図のグラフは本発明の電池の性能を示すものである
。

グラフは電解質管の単位表面積当りの容量（アンペア時
間／Ｃｌｌｉ）を関数として起電力Ｅ（ボルト）をプロ
ツトしたものである。曲線Ａは比ｅ／Ｅ＝０に関する充
電曲線、曲線Ｂは比ｅ／Ｅ＝０．０５に関する充電曲線
、曲線Ｃは比ｅ／Ｅ＝０．１に関する充電曲線である。
すべての場合、放電電流の密度は５０ｎ１Ａ／Ｃｆｌで
ある。曲線Ｄは放電電流密度２００ｍＡ／ＣＩＬに関す
る放電曲線である０以上本発明をその具体例について詳
述したが、本発明はこの特定の実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の精神を逸脱しないで幾多の変化変形
がなし得ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電池の断面図であり、第２図は本
発明による電池の性能を示すグラ７であ札２・・・・・
・正極容器、６・・・・・・プレート、８・・・・・・
負極容器、１０・・・・・・穴、１２・・・・・・電解
質管、１４・・・・・・ガラス部材、１６，１６′，１
６１・・・・・・ワツシヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）イオウ、リン、セレンおよびこれらのアルカ
   リ塩でなる群から選ばれる作動温度において液状の正極
   物質を収容する正極容器、（ｂ）アルカリ金属でなる作
   動温度において液状の負極物質を収容しかつ前記正極物
   質中に浸漬されるように前記正極容器中に配置された、
   その壁がβ−アルカリアルミナでなりかつ底端部で閉止
   された、少なくとも１つの固形電解質管、（ｃ）前記電
   解質管を前記正極容器内に支持する、前記電解質管との
   間の接続がガラス部材によつてなされる絶縁セラミック
   支持体、および（ｄ）前記負極物質を収容しかつ前記正
   極容器の上方にあつて前記電解質管が頂端部においてそ
   の内部で開口するように配置された負極容器、を包含し
   、前記支持体は前記負極容器の開口端および前記正極容
   器の開口端を分離し、前記正極容器には発生した電流の
   正極集電を確実なものとするグラファイトフェルトでな
   るワッシャが固定されており、前記電解質管の側壁に面
   するワッシャの端は前記電解質管から所定の距離に位置
   し、他のワッシャの少なくとも１つは前記電解質管の底
   と接触していることを特徴とする、ナトリウム−イオウ
   型電池。 ２ 前記ワッシャの端と前記電解質管の側壁との間の所
   定の距離は前記正極容器の水平方向の半分の長さ（半径
   ）に対する該距離の比が０．０５ないし０．５の値であ
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の電池
   。