JPH0658809B2 - 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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- JPH0658809B2 JPH0658809B2 JP62029168A JP2916887A JPH0658809B2 JP H0658809 B2 JPH0658809 B2 JP H0658809B2 JP 62029168 A JP62029168 A JP 62029168A JP 2916887 A JP2916887 A JP 2916887A JP H0658809 B2 JPH0658809 B2 JP H0658809B2
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- Japan
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- sodium
- partition member
- anode
- sulfur battery
- solid electrolyte
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は電池効率の優れ、陽極容器の耐腐蝕性が良好で
電池寿命の長いナトリウム−硫黄電池に関するものであ
る。
電池寿命の長いナトリウム−硫黄電池に関するものであ
る。
（従来の技術） 最近電気自動車用、夜間電力貯蔵用の二次電池として性
能面及び経済面の両面において優れている高温型のナト
リウム−硫黄電池の研究開発が進められている。
能面及び経済面の両面において優れている高温型のナト
リウム−硫黄電池の研究開発が進められている。
即ち、性能面では、ナトリウム−硫黄電池は鉛蓄電池に
比べて理論エネルギー密度が高く、充放電時における水
素や酸素の発生といった副反応もなく、活物質の利用率
も高く、経済面ではナトリウム及び硫黄が安価であると
いう利点を有している。
比べて理論エネルギー密度が高く、充放電時における水
素や酸素の発生といった副反応もなく、活物質の利用率
も高く、経済面ではナトリウム及び硫黄が安価であると
いう利点を有している。
ナトリウム−硫黄電池は陽極に溶融硫黄、陰極に溶融金
属ナトリウム及びこの両者を隔離しナトリウムイオンに
対して選択的な透過性を有するβアルミナ製の固体電解
質管からなっており、放電時には次のような反応によっ
てナトリウムイオンが固体電解質管を透過して陽極の硫
黄と反応し多硫化ナトリウムを生成する。
属ナトリウム及びこの両者を隔離しナトリウムイオンに
対して選択的な透過性を有するβアルミナ製の固体電解
質管からなっており、放電時には次のような反応によっ
てナトリウムイオンが固体電解質管を透過して陽極の硫
黄と反応し多硫化ナトリウムを生成する。
２Ｎａ＋ＸＳ→Ｎａ２Ｓｘ また、充電時には放電時とは逆の反応が起こり、ナトリ
ウム及び硫黄が生成される。
ウム及び硫黄が生成される。
ナトリウム−硫黄電池の構造は、第２図に示すように１
は陽極端子、２は同陽極端子１の上端部に立設された円
筒状の陽極容器、３は陽極容器２の上端部に固着された
αアルミナ製の絶縁板、４は同絶縁板３の内周部に固着
され、下方へ延びる円筒状の袋管を形成するβアルミナ
製の固体電解質管であって、陰極作用物質であるナトリ
ウムイオンを透過させる機能を有している。
は陽極端子、２は同陽極端子１の上端部に立設された円
筒状の陽極容器、３は陽極容器２の上端部に固着された
αアルミナ製の絶縁板、４は同絶縁板３の内周部に固着
され、下方へ延びる円筒状の袋管を形成するβアルミナ
製の固体電解質管であって、陰極作用物質であるナトリ
ウムイオンを透過させる機能を有している。
５は上記絶縁板３の上端面に固着された円筒状のリザー
バー（陰極容器）、６は同リザーバー５の上部蓋の中央
部に固着され、リザーバー５を通して固体電解質管４底
部まで延びた細長い陰極管、７は同陰極管６の上端部に
固着された陰極端子である。
バー（陰極容器）、６は同リザーバー５の上部蓋の中央
部に固着され、リザーバー５を通して固体電解質管４底
部まで延びた細長い陰極管、７は同陰極管６の上端部に
固着された陰極端子である。
そして８は陽極作用物質である硫黄を含んだカーボンマ
ット等の陽極用導電材である。
ット等の陽極用導電材である。
上記のようなナトリウム−硫黄電池の陽極容器２と固体
電解質管４とで形成される空間、即ち陽極用導電材８を
収容する空間は第８図に示すように単なる空洞であり、
その空洞内全体に陽極用導電材８が収容されている。
電解質管４とで形成される空間、即ち陽極用導電材８を
収容する空間は第８図に示すように単なる空洞であり、
その空洞内全体に陽極用導電材８が収容されている。
（発明が解決しようとする問題点） 前記のように、従来のナトリウム−硫黄電池の陽極容器
２と固体電解質管４とで形成される空間は単なる空洞で
あるので、放電時に陽極作用物質である硫黄と陰極作用
物質であるナトリウムとの反応生成物である硫化ナトリ
ウムが生成され、その末期には特に比重が重く、電気抵
抗が大きく、かつ腐蝕性の大きい三硫化ナトリウムが上
記空洞中で沈降し、その部分では電流は流れず、そこか
ら上で流れるため電流密度が不均一となる。
２と固体電解質管４とで形成される空間は単なる空洞で
あるので、放電時に陽極作用物質である硫黄と陰極作用
物質であるナトリウムとの反応生成物である硫化ナトリ
ウムが生成され、その末期には特に比重が重く、電気抵
抗が大きく、かつ腐蝕性の大きい三硫化ナトリウムが上
記空洞中で沈降し、その部分では電流は流れず、そこか
ら上で流れるため電流密度が不均一となる。
従って、充電電力に対する放電電力の比で表わされる充
放電電力効率が低下する。
放電電力効率が低下する。
また、放電時に最終的に生成する三硫化ナトリウムは腐
蝕性が大きいので、沈降した三硫化ナトリウムが陽極容
器と接触した場合、陽極容器が腐蝕するという問題点が
あり、その腐蝕に基づいて硫黄が鉄と反応して硫化鉄
（Ｆｅ２Ｓ３）を生成し、ナトリウムとの反応に関与す
る硫黄が減少するので、電池容量が例えば０．５mmの腐
蝕で４０％も低下する場合もあるという問題点がある。
蝕性が大きいので、沈降した三硫化ナトリウムが陽極容
器と接触した場合、陽極容器が腐蝕するという問題点が
あり、その腐蝕に基づいて硫黄が鉄と反応して硫化鉄
（Ｆｅ２Ｓ３）を生成し、ナトリウムとの反応に関与す
る硫黄が減少するので、電池容量が例えば０．５mmの腐
蝕で４０％も低下する場合もあるという問題点がある。
発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、固体電解質管と
陽極容器の間に形成される陽極用導電材収容空間を上下
複数層に分割する区画部材を耐腐蝕性材料によって形成
するとともに、放電中の大半の時間腐蝕性生成物を陽極
容器に対し非接触状態に貯留する貯留部を同区画部材の
上面側に形成するようにしている。
陽極容器の間に形成される陽極用導電材収容空間を上下
複数層に分割する区画部材を耐腐蝕性材料によって形成
するとともに、放電中の大半の時間腐蝕性生成物を陽極
容器に対し非接触状態に貯留する貯留部を同区画部材の
上面側に形成するようにしている。
（作用） 上記構成を採用したことにより、電気抵抗が大きく、腐
蝕性の大きい三硫化ナトリウムを主とする沈降物が陽極
容器と固体電解質管で形成される空間の最下部に集中す
ることなく、上下に分散されて電気抵抗が均一化され、
また沈降物が実質上陽極容器に接触することが極めて少
なくなる。
蝕性の大きい三硫化ナトリウムを主とする沈降物が陽極
容器と固体電解質管で形成される空間の最下部に集中す
ることなく、上下に分散されて電気抵抗が均一化され、
また沈降物が実質上陽極容器に接触することが極めて少
なくなる。
（実施例） 次に本発明を具体化した一実施例を第１図及び第２図を
用いて説明する。
用いて説明する。
本発明のナトリウム−硫黄電池は第１図に示すように陽
極容器２と固体電解質管４の間に形成される陽極用導電
材８の収容空間に、同空間を上下複数層に分割する区画
部材１０を設けた点に特徴があり、その他の部分の構造
は第２図に示すように従来のナトリウム−硫黄電池の構
造と同様である。
極容器２と固体電解質管４の間に形成される陽極用導電
材８の収容空間に、同空間を上下複数層に分割する区画
部材１０を設けた点に特徴があり、その他の部分の構造
は第２図に示すように従来のナトリウム−硫黄電池の構
造と同様である。
本発明のナトリウム−硫黄電池の特徴的部分の構造は、
第１図に示すように２はステンレス製又はニッケル製の
陽極容器、４は固体電解質管、１０は陽極容器２と固体
電解質管４の間に形成される陽極用導電材８の収容空間
に形成された区画部材であって、陽極容器２側が高い逆
円錐筒状をしている。Ｐは区画部材１０の上面側に形成
される貯留部であり、固体電解質管４側が低くなってい
るため、比重の重い三硫化ナトリウムが貯留される。
第１図に示すように２はステンレス製又はニッケル製の
陽極容器、４は固体電解質管、１０は陽極容器２と固体
電解質管４の間に形成される陽極用導電材８の収容空間
に形成された区画部材であって、陽極容器２側が高い逆
円錐筒状をしている。Ｐは区画部材１０の上面側に形成
される貯留部であり、固体電解質管４側が低くなってい
るため、比重の重い三硫化ナトリウムが貯留される。
８は上記区画部材１０で区画形成された各空間に収容さ
れた陽極用導電材であって、例えば陽極作用物質である
硫黄を含浸したカーボンマットである。
れた陽極用導電材であって、例えば陽極作用物質である
硫黄を含浸したカーボンマットである。
上記区画部材１０の区画部材間隔及び角度は次のように
するのが望ましい。
するのが望ましい。
区画部材間隔…陽極用導電材の厚みの１倍〜３０倍 区画部材間隔が陽極用導電材厚みの１倍未満であると陽
極室内の有効体積が小さくなるとともに、固体電解質管
４表面の有効面積が減少するため、電池の容量低下、分
極増大が起こり、実用上支障を生じやすい。３０倍を越
えると三硫化ナトリウムの貯留体積が区画された陽極室
内体積に比較し極めて小さくなり、本発明の効果を発揮
しにくくなる。従って、区画部材間隔は陽極用導電材厚
みの１〜３０倍にするのが望ましい。
極室内の有効体積が小さくなるとともに、固体電解質管
４表面の有効面積が減少するため、電池の容量低下、分
極増大が起こり、実用上支障を生じやすい。３０倍を越
えると三硫化ナトリウムの貯留体積が区画された陽極室
内体積に比較し極めて小さくなり、本発明の効果を発揮
しにくくなる。従って、区画部材間隔は陽極用導電材厚
みの１〜３０倍にするのが望ましい。
角度…５度〜６０度 区画部材角度が５度未満になると三硫化ナトリウムを陽
極容器に接触させることなく貯留させることは困難にな
り効果は低くなる。一方角度が６０度を超えると三硫化
ナトリウムの貯留量は多くなり、陽極容器の腐蝕の問題
はなくなるが、陽極の内部抵抗が２倍以上と高くなり、
充放電効率が低下し実質的には使用しづらくなる。従っ
て、区画部材角度は５度〜６０度の範囲が望ましい。
極容器に接触させることなく貯留させることは困難にな
り効果は低くなる。一方角度が６０度を超えると三硫化
ナトリウムの貯留量は多くなり、陽極容器の腐蝕の問題
はなくなるが、陽極の内部抵抗が２倍以上と高くなり、
充放電効率が低下し実質的には使用しづらくなる。従っ
て、区画部材角度は５度〜６０度の範囲が望ましい。
なお、区画部材１０の材質は耐腐蝕性材料、例えばモリ
ブデンが用いられる。
ブデンが用いられる。
上記のように構成されたナトリウム−硫黄電池について
その作用を説明する。
その作用を説明する。
上記実施例において、電池の放電時にはナトリウムはナ
トリウムイオンとなって固体電解質管４を透過し、陽極
容器２、固体電解質管４及び区画部材１０で区画形成さ
れた陽極用導電材８収容空間に入り、そこで前記した反
応式に基づいて硫黄と反応し多硫化ナトリウム特に最終
的には三硫化ナトリウムを生成する。生成した三硫化ナ
トリウムは重いので沈降し、上記区画部材１０の上面側
に形成される貯留部Ｐ内に下部から順に貯留される。貯
留部Ｐは区画部材１０と固体電解質管４により包囲され
た断面逆三角形状の空間とされている。
トリウムイオンとなって固体電解質管４を透過し、陽極
容器２、固体電解質管４及び区画部材１０で区画形成さ
れた陽極用導電材８収容空間に入り、そこで前記した反
応式に基づいて硫黄と反応し多硫化ナトリウム特に最終
的には三硫化ナトリウムを生成する。生成した三硫化ナ
トリウムは重いので沈降し、上記区画部材１０の上面側
に形成される貯留部Ｐ内に下部から順に貯留される。貯
留部Ｐは区画部材１０と固体電解質管４により包囲され
た断面逆三角形状の空間とされている。
従って、三硫化ナトリウムは区画部材１０と固体電解質
管４には接触するが、陽極容器２には実質上接触しな
い。言い換えれば腐蝕性生成物である三硫化ナトリウム
は電池の放電中の大半の時間陽極容器２と非接触状態に
保たれる。
管４には接触するが、陽極容器２には実質上接触しな
い。言い換えれば腐蝕性生成物である三硫化ナトリウム
は電池の放電中の大半の時間陽極容器２と非接触状態に
保たれる。
よって、耐腐蝕性に関しては、電池の充放電の繰換しが
１０００サイクルとなっても何ら問題はない。
１０００サイクルとなっても何ら問題はない。
区画部材１０はモリブデン等の耐腐蝕性の材料が使用さ
れているので、三硫化ナトリウムが接触しても腐蝕する
ことがない。
れているので、三硫化ナトリウムが接触しても腐蝕する
ことがない。
また、沈降する三硫化ナトリウムは区画部材１０によっ
て区画された空間に分散されるので、電流密度がより均
一になり充放電電力効率の低下が非常に小さく、１００
０サイクル以上という充放電の繰返しに十分耐えること
ができる。
て区画された空間に分散されるので、電流密度がより均
一になり充放電電力効率の低下が非常に小さく、１００
０サイクル以上という充放電の繰返しに十分耐えること
ができる。
本発明のナトリウム−硫黄電池は上記実施例に限られ
ず、次のように構成することもできる。
ず、次のように構成することもできる。
（１）区画部材１０は前記実施例においては逆円錐状の
ものであったが、第３図に示すように同区画部材１０の
上端部にガス抜き孔１１を設けることができる。この場
合には陽極用導電材８収容空間におけるナトリウムと硫
黄の反応の不均一な進行に基づく圧力変動により区画部
材１０に応力がかかって破損するのを防止することがで
きる。
ものであったが、第３図に示すように同区画部材１０の
上端部にガス抜き孔１１を設けることができる。この場
合には陽極用導電材８収容空間におけるナトリウムと硫
黄の反応の不均一な進行に基づく圧力変動により区画部
材１０に応力がかかって破損するのを防止することがで
きる。
（２）区画部材１０の形状を第４図に示すようにＬ字形
とし、陽極容器２の内面に沿って立ち上るように形成す
ることができる。この場合にも沈降した三硫化ナトリウ
ムは陽極容器２に接触しないので腐蝕の問題が生じな
い。
とし、陽極容器２の内面に沿って立ち上るように形成す
ることができる。この場合にも沈降した三硫化ナトリウ
ムは陽極容器２に接触しないので腐蝕の問題が生じな
い。
（３）区画部材１０の形状を第５図に示すように皿状と
することができる。このような皿状の区画部材１０は、
三硫化ナトリウムの生成量が少ない即ち放電時間の短い
場合に適している。
することができる。このような皿状の区画部材１０は、
三硫化ナトリウムの生成量が少ない即ち放電時間の短い
場合に適している。
（４）区画部材１０の形状を第６図に示すようなＶ字状
又は第７図に示すようなＵ字状に形成することができ
る。このようなＶ字状又はＵ字状の区画部材１０は、放
電時間が比較的長く三硫化ナトリウムの生成量が多い場
合に好適に使用することができる。
又は第７図に示すようなＵ字状に形成することができ
る。このようなＶ字状又はＵ字状の区画部材１０は、放
電時間が比較的長く三硫化ナトリウムの生成量が多い場
合に好適に使用することができる。
発明の効果 充放電の繰返しサイクルが１０００回以上という優れた
充放電電力効率を発揮するとともに、腐蝕性の強い三硫
化ナトリウムが生成しても、区画部材の貯留部に貯留す
ることができるため三硫化ナトリウムが下方に集中的に
堆積してしまうことがなく、また区画部材位置における
陽極容器の腐蝕が防止されるため陽極容器に対するダメ
ージが軽減されて電池の寿命が長くなる。更に、区画毎
に分散されて三硫化ナトリウムが貯留されるため充電時
に大部分の三硫化ナトリウムは再びナトリウムと硫黄に
分解され、高い充電容量を維持できる。また、固体電解
質管の区画毎に分散されて区画毎に充放電するため局部
的な劣化の発生が防止されこれも電池の長寿命化に貢献
する。
充放電電力効率を発揮するとともに、腐蝕性の強い三硫
化ナトリウムが生成しても、区画部材の貯留部に貯留す
ることができるため三硫化ナトリウムが下方に集中的に
堆積してしまうことがなく、また区画部材位置における
陽極容器の腐蝕が防止されるため陽極容器に対するダメ
ージが軽減されて電池の寿命が長くなる。更に、区画毎
に分散されて三硫化ナトリウムが貯留されるため充電時
に大部分の三硫化ナトリウムは再びナトリウムと硫黄に
分解され、高い充電容量を維持できる。また、固体電解
質管の区画毎に分散されて区画毎に充放電するため局部
的な劣化の発生が防止されこれも電池の長寿命化に貢献
する。
第１図は本発明の一実施例を示すナトリウム−硫黄電池
の部分拡大縦断面図、第２図はナトリウム−硫黄電池の
縦断面図、第３〜７図は本発明の別例を示すナトリウム
−硫黄電池の部分拡大縦断面図、第８図は従来のナトリ
ウム−硫黄電池の部分拡大縦断面図である。 ２……陽極容器、４……固体電解質管、８……陽極用導
電材、１０……区画部材、Ｐ……貯留部。
の部分拡大縦断面図、第２図はナトリウム−硫黄電池の
縦断面図、第３〜７図は本発明の別例を示すナトリウム
−硫黄電池の部分拡大縦断面図、第８図は従来のナトリ
ウム−硫黄電池の部分拡大縦断面図である。 ２……陽極容器、４……固体電解質管、８……陽極用導
電材、１０……区画部材、Ｐ……貯留部。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−17964（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−10539（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (4)
- 【請求項１】固体電解質管（４）と陽極容器（２）の間
に形成される陽極用導電材（８）収容空間を上下複数層
に分割する区画部材（１０）を耐腐蝕性材料によって形
成するとともに、放電中の大半の時間腐蝕性生成物を陽
極容器（２）に対し非接触状態に貯留する貯留部（Ｐ）
を同区画部材（１０）の上面側に形成したナトリウム−
硫黄電池。 - 【請求項２】区画部材（１０）は陽極容器（２）側が高
い逆円錐筒状とされ、前記貯留部（Ｐ）において腐蝕性
生成物を固体電解質管（４）側のみで接触して貯留する
ようにした特許請求の範囲第１項に記載のナトリウム−
硫黄電池。 - 【請求項３】区画部材（１０）の断面はＬ字状、皿状、
Ｖ字状又はＵ字状とされ上面側に貯留部（Ｐ）を形成し
た特許請求の範囲第１項に記載のナトリウム−硫黄電
池。 - 【請求項４】区画部材（１０）は上部にガス抜き穴（１
１）を備えたものである特許請求の範囲第１項乃至第３
項に記載のナトリウム−硫黄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62029168A JPH0658809B2 (ja) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62029168A JPH0658809B2 (ja) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63195973A JPS63195973A (ja) | 1988-08-15 |
| JPH0658809B2 true JPH0658809B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=12268712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62029168A Expired - Lifetime JPH0658809B2 (ja) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658809B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3360926D1 (en) * | 1982-06-16 | 1985-11-07 | Ciba Geigy Ag | Hydroquinone ethers and a process for preparing them |
| JPS6217964A (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-26 | Yuasa Battery Co Ltd | ナトリウム−硫黄電池 |
-
1987
- 1987-02-09 JP JP62029168A patent/JPH0658809B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63195973A (ja) | 1988-08-15 |
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