JPH08329980A - ナトリウム−硫黄電池用陽極容器及びそれを用いたナトリウム−硫黄電池 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池用陽極容器及びそれを用いたナトリウム−硫黄電池Info
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- JPH08329980A JPH08329980A JP7139204A JP13920495A JPH08329980A JP H08329980 A JPH08329980 A JP H08329980A JP 7139204 A JP7139204 A JP 7139204A JP 13920495 A JP13920495 A JP 13920495A JP H08329980 A JPH08329980 A JP H08329980A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 陽極容器の周囲に軸方向に伸縮するくびれを
有し、多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温までの熱
膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪みに対する
くびれの軸方向における変形強度が、室温からナトリウ
ム−硫黄電池の使用の際の最高温度までの温度域におい
て、絶縁体リングの軸方向引っ張り強度、絶縁体リング
と円筒状金具との接合部の軸方向引っ張り強度、絶縁体
リングと固体電解質管との接合部の軸方向引っ張り強
度、円筒状金具の座屈強度、陽極容器自体の引っ張り強
度、及び陽極容器と円筒状金具との溶接部の強度のうち
最小のものより小さい陽極容器。 【効果】 所定の変形強度を有するくびれを有するた
め、電池降温時に、多硫化ナトリウムの固化、及び陽極
容器と固体電解質管との熱膨張差に起因して生じる歪み
を効果的に吸収し、ナトリウム−硫黄電池の各種接合部
及び各種部材に破損が生じるのを防止することができ
る。
有し、多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温までの熱
膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪みに対する
くびれの軸方向における変形強度が、室温からナトリウ
ム−硫黄電池の使用の際の最高温度までの温度域におい
て、絶縁体リングの軸方向引っ張り強度、絶縁体リング
と円筒状金具との接合部の軸方向引っ張り強度、絶縁体
リングと固体電解質管との接合部の軸方向引っ張り強
度、円筒状金具の座屈強度、陽極容器自体の引っ張り強
度、及び陽極容器と円筒状金具との溶接部の強度のうち
最小のものより小さい陽極容器。 【効果】 所定の変形強度を有するくびれを有するた
め、電池降温時に、多硫化ナトリウムの固化、及び陽極
容器と固体電解質管との熱膨張差に起因して生じる歪み
を効果的に吸収し、ナトリウム−硫黄電池の各種接合部
及び各種部材に破損が生じるのを防止することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、ナトリウム−硫黄電
池において、陽極活物質である溶融硫黄又はそれを含浸
させた導電材を収納する陽極容器及びそれを用いたナト
リウム−硫黄電池に関する。
池において、陽極活物質である溶融硫黄又はそれを含浸
させた導電材を収納する陽極容器及びそれを用いたナト
リウム−硫黄電池に関する。
【０００２】
【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、３００〜３５０℃で作動させる高温二次電池で
ある。
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、３００〜３５０℃で作動させる高温二次電池で
ある。
【０００３】 このようなナトリウム−硫黄電池の構成
は、例えば図１に示すように、陽極活物質である溶融硫
黄を含浸したカーボンフェルト等の陽極用導電材１１を
収容する円筒状の陽極容器６と、溶融金属ナトリウム１
２を貯留するとともに、ナトリウムイオンを選択的に透
過させる機能を有する有底円筒状の固体電解質管（ベー
タアルミナ管）２とからなっている。溶融金属ナトリウ
ム１２と固体電解質管２の間にナトリウム保護管を介在
させる場合もある。陽極容器６は筒状体１３と陽極容器
蓋８から成る。固体電解質管２は、筒状体１３の上端部
と、例えばアルファアルミナ製の絶縁体リング１及びリ
ング状底部１８及びフランジ１９を有する円筒状金具７
を介して接合される。
は、例えば図１に示すように、陽極活物質である溶融硫
黄を含浸したカーボンフェルト等の陽極用導電材１１を
収容する円筒状の陽極容器６と、溶融金属ナトリウム１
２を貯留するとともに、ナトリウムイオンを選択的に透
過させる機能を有する有底円筒状の固体電解質管（ベー
タアルミナ管）２とからなっている。溶融金属ナトリウ
ム１２と固体電解質管２の間にナトリウム保護管を介在
させる場合もある。陽極容器６は筒状体１３と陽極容器
蓋８から成る。固体電解質管２は、筒状体１３の上端部
と、例えばアルファアルミナ製の絶縁体リング１及びリ
ング状底部１８及びフランジ１９を有する円筒状金具７
を介して接合される。
【０００４】 この接合状態をより詳細に説明すると、
図２のように、絶縁体リング１は、リング状底部１８及
びフランジ１９を有する円筒状金具７の円筒内に挿入さ
れて接合剤１４により底部で熱圧接合されるとともに、
その内周面が固体電解質管２の上端部と接合ガラス１５
により接合されており、更に、円筒状金具７のフランジ
１９の下面と陽極容器６の上端部が溶接されている。
図２のように、絶縁体リング１は、リング状底部１８及
びフランジ１９を有する円筒状金具７の円筒内に挿入さ
れて接合剤１４により底部で熱圧接合されるとともに、
その内周面が固体電解質管２の上端部と接合ガラス１５
により接合されており、更に、円筒状金具７のフランジ
１９の下面と陽極容器６の上端部が溶接されている。
【０００５】 以上の構成を有するナトリウム−硫黄電
池１７において、放電時には溶融金属ナトリウム１２は
電子を放出してナトリウムイオンとなり、これが固体電
解質管２内を透過して陽極側に移動し、陽極用導電材１
１中の硫黄及び外部回路を通ってきた電子と反応して多
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。
池１７において、放電時には溶融金属ナトリウム１２は
電子を放出してナトリウムイオンとなり、これが固体電
解質管２内を透過して陽極側に移動し、陽極用導電材１
１中の硫黄及び外部回路を通ってきた電子と反応して多
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。
【０００６】 ところで、ナトリウム−硫黄電池１７
は、電池作動時と停止時の間に温度差があり、停止時の
温度降下の際には、多硫化ナトリウム又は硫黄が固化
し、固体電解質管２と陽極容器６は相互に拘束すること
になる。そして、電池降温時には、固体電解質管２及び
陽極容器６は共に熱収縮するが、金属である陽極容器６
の熱収縮は大きく、この陽極容器６の収縮が熱収縮の小
さい固体電解質管２に抑制されるため、固体電解質管２
と陽極容器６とを結合させている絶縁体リング１と円筒
状金具７との接合部４に下方への荷重が働く（図２の矢
印方向）。又、絶縁体リング１と固体電解質管２との接
合部３、円筒状金具７と陽極容器６との溶接部５、筒状
体１３と陽極容器蓋８との溶接部９にも荷重がかかり、
これらの接合部が破壊されることがあった。さらに、絶
縁体リング１や陽極容器６そのものが破壊されたり、荷
重により円筒状金具７が湾曲する場合もあった。
は、電池作動時と停止時の間に温度差があり、停止時の
温度降下の際には、多硫化ナトリウム又は硫黄が固化
し、固体電解質管２と陽極容器６は相互に拘束すること
になる。そして、電池降温時には、固体電解質管２及び
陽極容器６は共に熱収縮するが、金属である陽極容器６
の熱収縮は大きく、この陽極容器６の収縮が熱収縮の小
さい固体電解質管２に抑制されるため、固体電解質管２
と陽極容器６とを結合させている絶縁体リング１と円筒
状金具７との接合部４に下方への荷重が働く（図２の矢
印方向）。又、絶縁体リング１と固体電解質管２との接
合部３、円筒状金具７と陽極容器６との溶接部５、筒状
体１３と陽極容器蓋８との溶接部９にも荷重がかかり、
これらの接合部が破壊されることがあった。さらに、絶
縁体リング１や陽極容器６そのものが破壊されたり、荷
重により円筒状金具７が湾曲する場合もあった。
【０００７】 そこで、従来より、この荷重に起因する
上記の破損を防止するため、陽極容器６の一部にくびれ
１０を形成してバネ効果を持たせ、荷重を低減する等の
対策が行われている。
上記の破損を防止するため、陽極容器６の一部にくびれ
１０を形成してバネ効果を持たせ、荷重を低減する等の
対策が行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記
のような対策を施した場合であっても、上記の接合部や
溶接部が強度的に弱かったりすると破損が生じることが
あった。
のような対策を施した場合であっても、上記の接合部や
溶接部が強度的に弱かったりすると破損が生じることが
あった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】 本発明は、このような
状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、ナトリウム−硫黄電池の強度信頼性を向上するた
めに、電池降温時の多硫化ナトリウム及び硫黄の固化、
並びに固体電解質管、陽極容器の熱収縮差により生じる
荷重を吸収できるような陽極容器を提供することにあ
る。
状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、ナトリウム−硫黄電池の強度信頼性を向上するた
めに、電池降温時の多硫化ナトリウム及び硫黄の固化、
並びに固体電解質管、陽極容器の熱収縮差により生じる
荷重を吸収できるような陽極容器を提供することにあ
る。
【００１０】 即ち、本発明によれば、固体電解質管の
内部に陰極活物質として溶融金属ナトリウムを配し、固
体電解質管の外部に陽極活物質として溶融硫黄を配する
ナトリウム−硫黄電池において、上記固体電解質管を挿
入した絶縁体リングと円筒状金具を介して接合され、溶
融硫黄を収容する有底円筒形状の陽極容器であって、そ
の周囲に軸方向に伸縮するくびれを有し、多硫化ナトリ
ウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する陽極
容器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向にお
ける変形強度が、室温から当該ナトリウム−硫黄電池の
使用の際の最高温度までの温度域において、絶縁体リン
グの軸方向引っ張り強度、絶縁体リングと円筒状金具と
の接合部の軸方向引っ張り強度、絶縁体リングと固体電
解質管との接合部の軸方向引っ張り強度、円筒状金具の
座屈強度、陽極容器自体の引っ張り強度、及び陽極容器
と円筒状金具との溶接部の強度のうち最小のものより小
さい陽極容器が提供される。
内部に陰極活物質として溶融金属ナトリウムを配し、固
体電解質管の外部に陽極活物質として溶融硫黄を配する
ナトリウム−硫黄電池において、上記固体電解質管を挿
入した絶縁体リングと円筒状金具を介して接合され、溶
融硫黄を収容する有底円筒形状の陽極容器であって、そ
の周囲に軸方向に伸縮するくびれを有し、多硫化ナトリ
ウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する陽極
容器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向にお
ける変形強度が、室温から当該ナトリウム−硫黄電池の
使用の際の最高温度までの温度域において、絶縁体リン
グの軸方向引っ張り強度、絶縁体リングと円筒状金具と
の接合部の軸方向引っ張り強度、絶縁体リングと固体電
解質管との接合部の軸方向引っ張り強度、円筒状金具の
座屈強度、陽極容器自体の引っ張り強度、及び陽極容器
と円筒状金具との溶接部の強度のうち最小のものより小
さい陽極容器が提供される。
【００１１】 上記の陽極容器において、室温から多硫
化ナトリウムの凝固点までの温度域において、多硫化ナ
トリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する
陽極容器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向
における変形強度が、上記の条件を満たすことが好まし
い。
化ナトリウムの凝固点までの温度域において、多硫化ナ
トリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する
陽極容器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向
における変形強度が、上記の条件を満たすことが好まし
い。
【００１２】 又、陽極容器は、筒状体の一端に陽極容
器蓋を溶接することにより形成したものであってもよ
く、その場合は、多硫化ナトリウムの、凝固温度から室
温までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪
みに対するくびれの軸方向における変形強度が、上記の
温度域において、さらに筒状体と陽極容器蓋の溶接部の
強度より小さいことが必要である。
器蓋を溶接することにより形成したものであってもよ
く、その場合は、多硫化ナトリウムの、凝固温度から室
温までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪
みに対するくびれの軸方向における変形強度が、上記の
温度域において、さらに筒状体と陽極容器蓋の溶接部の
強度より小さいことが必要である。
【００１３】 又、上記の陽極容器において、多硫化ナ
トリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する
陽極容器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向
における変形強度が、室温からナトリウム−硫黄電池の
使用の際の最高温度までの温度域において、絶縁体リン
グの軸方向引っ張り強度、絶縁体リングと円筒状金具と
の接合部の軸方向引っ張り強度、絶縁体リングと当該固
体電解質管との接合部の軸方向引っ張り強度、円筒状金
具の座屈強度、陽極容器自体の引っ張り強度、及び陽極
容器と当該円筒状金具との溶接部の強度のうち最小のも
のの２／３より小さいことが好ましい。
トリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する
陽極容器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向
における変形強度が、室温からナトリウム−硫黄電池の
使用の際の最高温度までの温度域において、絶縁体リン
グの軸方向引っ張り強度、絶縁体リングと円筒状金具と
の接合部の軸方向引っ張り強度、絶縁体リングと当該固
体電解質管との接合部の軸方向引っ張り強度、円筒状金
具の座屈強度、陽極容器自体の引っ張り強度、及び陽極
容器と当該円筒状金具との溶接部の強度のうち最小のも
のの２／３より小さいことが好ましい。
【００１４】 この場合において、室温から多硫化ナト
リウムの凝固点までの温度域において、多硫化ナトリウ
ムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する陽極容
器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向におけ
る変形強度が、上記の条件を満たすことが好ましい。
リウムの凝固点までの温度域において、多硫化ナトリウ
ムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する陽極容
器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向におけ
る変形強度が、上記の条件を満たすことが好ましい。
【００１５】 さらに、陽極容器が筒状体の一端に陽極
容器蓋を溶接して成る場合は、多硫化ナトリウムの、凝
固温度から室温までの熱膨張に起因する陽極容器と固体
電解質管の歪みに対するくびれの軸方向における変形強
度が、筒状体と陽極容器蓋の溶接部の強度も２／３より
小さいことが好ましい。
容器蓋を溶接して成る場合は、多硫化ナトリウムの、凝
固温度から室温までの熱膨張に起因する陽極容器と固体
電解質管の歪みに対するくびれの軸方向における変形強
度が、筒状体と陽極容器蓋の溶接部の強度も２／３より
小さいことが好ましい。
【００１６】 又、上記の陽極容器において、多硫化ナ
トリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する
陽極容器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向
における変形強度が、室温から当該ナトリウム−硫黄電
池の使用の際の最高温度までの温度域において、絶縁体
リングと円筒状金具との接合部の軸方向における引っ張
り強度の、ワイブル分布から求められる破壊率が、１×
１０-4以下となる値であることが好ましい。
トリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に起因する
陽極容器と固体電解質管の歪みに対するくびれの軸方向
における変形強度が、室温から当該ナトリウム−硫黄電
池の使用の際の最高温度までの温度域において、絶縁体
リングと円筒状金具との接合部の軸方向における引っ張
り強度の、ワイブル分布から求められる破壊率が、１×
１０-4以下となる値であることが好ましい。
【００１７】 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する当該くびれの軸方向における変形強度が、室温
から多硫化ナトリウムの凝固点までの温度域において、
上記の条件を満たすことが好ましい。
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する当該くびれの軸方向における変形強度が、室温
から多硫化ナトリウムの凝固点までの温度域において、
上記の条件を満たすことが好ましい。
【００１８】 さらに、本発明によれば、固体電解質管
の内部に陰極活物質として溶融金属ナトリウムを配し、
固体電解質管の外部に陽極活物質として溶融硫黄を配
し、その溶融硫黄を収容する陽極容器が、固体電解質管
を挿入した絶縁体リングと円筒状金具を介して接合され
るナトリウム−硫黄電池であって、上記の陽極容器を用
いたナトリウム−硫黄電池が提供される。
の内部に陰極活物質として溶融金属ナトリウムを配し、
固体電解質管の外部に陽極活物質として溶融硫黄を配
し、その溶融硫黄を収容する陽極容器が、固体電解質管
を挿入した絶縁体リングと円筒状金具を介して接合され
るナトリウム−硫黄電池であって、上記の陽極容器を用
いたナトリウム−硫黄電池が提供される。
【００１９】 上記のナトリウム−硫黄電池において、
陽極容器及び円筒状金具はアルミニウム合金からなり、
固体電解質管はβアルミナから成り、絶縁体リングはα
アルミナから成ることが好ましい。
陽極容器及び円筒状金具はアルミニウム合金からなり、
固体電解質管はβアルミナから成り、絶縁体リングはα
アルミナから成ることが好ましい。
【００２０】
【作用】 本発明においては、多硫化ナトリウムの、凝
固温度から室温までの熱膨張に起因する陽極容器と固体
電解質管の歪みに対する、陽極容器のくびれの軸方向に
おける変形強度が、絶縁体リングの軸方向引っ張り強
度、絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向引っ
張り強度、絶縁体リングと固体電解質管との接合部の軸
方向引っ張り強度、円筒状金具の座屈強度、陽極容器自
体の引っ張り強度、及び陽極容器と円筒状金具との溶接
部の強度のうち最小のものより小さくなるように設定さ
れる。又、好ましくはこれらのうちで最小のものの２／
３より小さく、より好ましくは１／２より小さくするこ
とが望ましい。このようにすることにより、電池降温時
の多硫化ナトリウム及び硫黄の固化、並びに固体電解質
管、陽極容器の熱収縮差により生じる荷重は、陽極容器
に設けたくびれを優先的に変形させるため、他の部位に
かかる荷重を軽減することができる。上記の接合部、部
材等のなかでは、絶縁体リングと円筒状金具との接合部
が最も弱く、破損が多い。従って、くびれを変形させる
ために必要な最小荷重は、この接合部の軸方向引っ張り
強度を基準に決められるのが一般的である。
固温度から室温までの熱膨張に起因する陽極容器と固体
電解質管の歪みに対する、陽極容器のくびれの軸方向に
おける変形強度が、絶縁体リングの軸方向引っ張り強
度、絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向引っ
張り強度、絶縁体リングと固体電解質管との接合部の軸
方向引っ張り強度、円筒状金具の座屈強度、陽極容器自
体の引っ張り強度、及び陽極容器と円筒状金具との溶接
部の強度のうち最小のものより小さくなるように設定さ
れる。又、好ましくはこれらのうちで最小のものの２／
３より小さく、より好ましくは１／２より小さくするこ
とが望ましい。このようにすることにより、電池降温時
の多硫化ナトリウム及び硫黄の固化、並びに固体電解質
管、陽極容器の熱収縮差により生じる荷重は、陽極容器
に設けたくびれを優先的に変形させるため、他の部位に
かかる荷重を軽減することができる。上記の接合部、部
材等のなかでは、絶縁体リングと円筒状金具との接合部
が最も弱く、破損が多い。従って、くびれを変形させる
ために必要な最小荷重は、この接合部の軸方向引っ張り
強度を基準に決められるのが一般的である。
【００２１】 陽極容器が、筒状体と陽極容器蓋とを溶
接して形成されている場合には、くびれの変形強度を、
その溶接部の強度よりも小さくすることが必要である。
筒状体と陽極容器蓋との溶接部にも荷重がかかるからで
ある。
接して形成されている場合には、くびれの変形強度を、
その溶接部の強度よりも小さくすることが必要である。
筒状体と陽極容器蓋との溶接部にも荷重がかかるからで
ある。
【００２２】 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する陽極容器のくびれの軸方向における変形強度
は、絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向にお
ける引っ張り強度の、ワイブル分布から求められる破壊
率が、１×１０-4以下となるような値であることが好ま
しいが、１×１０-5以下となるような値であることがよ
り好ましい。
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する陽極容器のくびれの軸方向における変形強度
は、絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向にお
ける引っ張り強度の、ワイブル分布から求められる破壊
率が、１×１０-4以下となるような値であることが好ま
しいが、１×１０-5以下となるような値であることがよ
り好ましい。
【００２３】 ナトリウム−硫黄電池を点検等のために
温度降下させる場合、多硫化ナトリウムの固化の影響が
出始めるのは２００℃付近からである。又、点検の際、
ナトリウム−硫黄電池は最終的に室温まで冷却される。
従って、上記の関係は、少なくとも室温である１５℃か
ら、多硫化ナトリウムの固化が始まる２００℃の温度域
において成立することが好ましい。しかし、より好まし
くは、ナトリウム−硫黄電池の作動温度である３００〜
３５０℃をカバーする温度域、即ち、１５℃から３５０
℃までの温度域において上記の関係が成り立つことが望
ましい。
温度降下させる場合、多硫化ナトリウムの固化の影響が
出始めるのは２００℃付近からである。又、点検の際、
ナトリウム−硫黄電池は最終的に室温まで冷却される。
従って、上記の関係は、少なくとも室温である１５℃か
ら、多硫化ナトリウムの固化が始まる２００℃の温度域
において成立することが好ましい。しかし、より好まし
くは、ナトリウム−硫黄電池の作動温度である３００〜
３５０℃をカバーする温度域、即ち、１５℃から３５０
℃までの温度域において上記の関係が成り立つことが望
ましい。
【００２４】 陽極容器のくびれの強度は、材質の選
択、陽極容器の厚さ、くびれの形状を変えること等によ
り調節される。陽極容器の素材としては、アルミニウム
又はアルミニウム合金を使用することが軽量かつ安価で
あるため好ましいが、特にＡｌ−Ｍｎ系、又はＡｌ−Ｍ
ｇ系の合金を用いることが好ましい。具体的には、Ａｌ
−Ｍｎ系としてはＡ３００３又はＡ３００４、Ａｌ−Ｍ
ｇ系としてはＡ５０５２を用いることが好ましい。
択、陽極容器の厚さ、くびれの形状を変えること等によ
り調節される。陽極容器の素材としては、アルミニウム
又はアルミニウム合金を使用することが軽量かつ安価で
あるため好ましいが、特にＡｌ−Ｍｎ系、又はＡｌ−Ｍ
ｇ系の合金を用いることが好ましい。具体的には、Ａｌ
−Ｍｎ系としてはＡ３００３又はＡ３００４、Ａｌ−Ｍ
ｇ系としてはＡ５０５２を用いることが好ましい。
【００２５】 上記の陽極容器を用いてナトリウム−硫
黄電池を作製する場合には、固体電解質管にはβアルミ
ナを用いることが好ましい。絶縁体リングとしてはαア
ルミナを用いることが好ましい。円筒状金具としては陽
極容器と同じ素材を用いることが好ましいが、アルミニ
ウム合金を用いることが特に好ましい。
黄電池を作製する場合には、固体電解質管にはβアルミ
ナを用いることが好ましい。絶縁体リングとしてはαア
ルミナを用いることが好ましい。円筒状金具としては陽
極容器と同じ素材を用いることが好ましいが、アルミニ
ウム合金を用いることが特に好ましい。
【００２６】
【実施例】 本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明
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。
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。
【００２７】 作製したナトリウム−硫黄電池に種々の
大きさの荷重をかけることにより、その絶縁体リングと
円筒状金具との接合部（以下、ＴＣＢ接合部）の推定破
壊率を各荷重に対して求めた。その結果を元に、くびれ
部分を変形させるのに必要な荷重を適宜調節した陽極容
器を作製し、その陽極容器を用いてナトリウム−硫黄電
池を作製した。
大きさの荷重をかけることにより、その絶縁体リングと
円筒状金具との接合部（以下、ＴＣＢ接合部）の推定破
壊率を各荷重に対して求めた。その結果を元に、くびれ
部分を変形させるのに必要な荷重を適宜調節した陽極容
器を作製し、その陽極容器を用いてナトリウム−硫黄電
池を作製した。
【００２８】 表１に、素材強度がそれぞれ３５０ＭＰ
ａ及び４９０ＭＰａである２種の絶縁体リングを用い
て、種々の大きさの荷重に対するＴＣＢ接合部の推定破
壊率を測定した結果を示す。なお、測定は以下のように
して行った。（測定方法の記載をお願いします。）
ａ及び４９０ＭＰａである２種の絶縁体リングを用い
て、種々の大きさの荷重に対するＴＣＢ接合部の推定破
壊率を測定した結果を示す。なお、測定は以下のように
して行った。（測定方法の記載をお願いします。）
【００２９】
【表１】
【００３０】 より小さい推定破壊率に対応した破壊荷
重を基準として、陽極容器のくびれ部分の変形荷重を設
定することが望ましい。しかし、くびれ部分の変形荷重
をあまりに小さく設定すると、くびれ自体の機械的強度
が低くなり、電池の耐久性に悪影響を与える。従って、
くびれを変形させるために必要な荷重は６．９ｋＮ（約
７００ｋｇ）以上とすることが好ましい。
重を基準として、陽極容器のくびれ部分の変形荷重を設
定することが望ましい。しかし、くびれ部分の変形荷重
をあまりに小さく設定すると、くびれ自体の機械的強度
が低くなり、電池の耐久性に悪影響を与える。従って、
くびれを変形させるために必要な荷重は６．９ｋＮ（約
７００ｋｇ）以上とすることが好ましい。
【００３１】 表１の結果より、例えば推定破壊率を１
０-5以下にしたい場合は、４９０ＭＰａから成る絶縁体
リングを用いることが好ましいことがわかる。表１の測
定結果を基準に前記の陽極容器を作製し、それを用いて
ナトリウム−硫黄電池を作製した結果、ＴＣＢ接合部等
の破損を防ぐことができ、良好な結果を得ることができ
た。
０-5以下にしたい場合は、４９０ＭＰａから成る絶縁体
リングを用いることが好ましいことがわかる。表１の測
定結果を基準に前記の陽極容器を作製し、それを用いて
ナトリウム−硫黄電池を作製した結果、ＴＣＢ接合部等
の破損を防ぐことができ、良好な結果を得ることができ
た。
【００３２】
【発明の効果】 本発明のナトリウム−硫黄電池用陽極
容器は、所定の変形強度を有するくびれを有するため、
電池降温時に、多硫化ナトリウムの固化、及び陽極容器
と固体電解質管との熱膨張差に起因して生じる歪みを効
果的に吸収し、ナトリウム−硫黄電池の各種接合部及び
各種部材に破損が生じるのを防止することができる。従
って、ナトリウム−硫黄電池の耐久性を高めることがで
きる。
容器は、所定の変形強度を有するくびれを有するため、
電池降温時に、多硫化ナトリウムの固化、及び陽極容器
と固体電解質管との熱膨張差に起因して生じる歪みを効
果的に吸収し、ナトリウム−硫黄電池の各種接合部及び
各種部材に破損が生じるのを防止することができる。従
って、ナトリウム−硫黄電池の耐久性を高めることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ナトリウム−硫黄電池の構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】 固体電解質管と筒状体との結合状態を示す模
式図である。
式図である。
１・・・絶縁体リング、２・・・固体電解質管、３・・・絶縁体
リングと固体電解質管との接合部、４・・・絶縁体リング
と円筒状金具との接合部、５・・・円筒状金具と陽極容器
との溶接部、６・・・陽極容器、７・・・円筒状金具、８・・・
陽極容器蓋、９・・・筒状体と陽極容器蓋との溶接部、１
０・・・くびれ、１１・・・陽極用導電材、１２・・・溶融金属
ナトリウム、１３・・・筒状体、１４・・・接合剤、１５・・・
接合ガラス、１６・・・溶接部、１７・・・ナトリウム−硫黄
電池、１８・・・リング状底部、１９・・・フランジ。
リングと固体電解質管との接合部、４・・・絶縁体リング
と円筒状金具との接合部、５・・・円筒状金具と陽極容器
との溶接部、６・・・陽極容器、７・・・円筒状金具、８・・・
陽極容器蓋、９・・・筒状体と陽極容器蓋との溶接部、１
０・・・くびれ、１１・・・陽極用導電材、１２・・・溶融金属
ナトリウム、１３・・・筒状体、１４・・・接合剤、１５・・・
接合ガラス、１６・・・溶接部、１７・・・ナトリウム−硫黄
電池、１８・・・リング状底部、１９・・・フランジ。
Claims (10)
- 【請求項１】 固体電解質管の内部に陰極活物質として
溶融金属ナトリウムを配し、当該固体電解質管の外部に
陽極活物質として溶融硫黄を配するナトリウム−硫黄電
池において当該固体電解質管を挿入した絶縁体リングと
円筒状金具を介して接合され、当該溶融硫黄を収容する
有底円筒形状の陽極容器であって、 周囲に軸方向に伸縮するくびれを有し、 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に
起因する陽極容器と固体電解質管の歪みに対する当該く
びれの軸方向における変形強度が、 室温から当該ナトリウム−硫黄電池の使用の際の最高温
度までの温度域において、 当該絶縁体リングの軸方向引っ張り強度、 当該絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向引っ
張り強度、 当該絶縁体リングと当該固体電解質管との接合部の軸方
向引っ張り強度、 当該円筒状金具の座屈強度、 当該陽極容器自体の引っ張り強度、 及び当該陽極容器と当該円筒状金具との溶接部の強度の
うち最小のものより小さいことを特徴とする陽極容器。 - 【請求項２】 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する当該くびれの軸方向における変形強度が、 室温から多硫化ナトリウムの凝固点までの温度域におい
て、 当該絶縁体リングの軸方向引っ張り強度、 当該絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向引っ
張り強度、 当該絶縁体リングと当該固体電解質管との接合部の軸方
向引っ張り強度、 当該円筒状金具の座屈強度、 当該陽極容器自体の引っ張り強度、 及び当該陽極容器と当該円筒状金具との溶接部の強度の
うち最小のものより小さい請求項１に記載の陽極容器。 - 【請求項３】 筒状体の一端に陽極容器蓋を溶接して成
り、 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に
起因する陽極容器と固体電解質管の歪みに対する当該く
びれの軸方向における変形強度が、 当該温度域において、 さらに当該筒状体と当該陽極容器蓋の溶接部の強度より
小さい請求項１又は２に記載の陽極容器。 - 【請求項４】 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する当該くびれの軸方向における変形強度が、 室温から当該ナトリウム−硫黄電池の使用の際の最高温
度までの温度域において、 当該絶縁体リングの軸方向引っ張り強度、 当該絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向引っ
張り強度、 当該絶縁体リングと当該固体電解質管との接合部の軸方
向引っ張り強度、 当該円筒状金具の座屈強度、 当該陽極容器自体の引っ張り強度、 及び当該陽極容器と当該円筒状金具との溶接部の強度の
うち最小のものの２／３より小さい請求項１に記載の陽
極容器。 - 【請求項５】 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する当該くびれの軸方向における変形強度が、 室温から多硫化ナトリウムの凝固点までの温度域におい
て、 当該絶縁体リングの軸方向引っ張り強度、 当該絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向引っ
張り強度、 当該絶縁体リングと当該固体電解質管との接合部の軸方
向引っ張り強度、 当該円筒状金具の座屈強度、 当該陽極容器自体の引っ張り強度、 及び当該陽極容器と当該円筒状金具との溶接部の強度の
うち最小のものの２／３より小さい請求項４に記載の陽
極容器。 - 【請求項６】 筒状体の一端に陽極容器蓋を溶接して成
り、 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温までの熱膨張に
起因する陽極容器と固体電解質管の歪みに対する当該く
びれの軸方向における変形強度が、 当該温度域において、 さらに当該筒状体と当該陽極容器蓋の溶接部の強度の２
／３より小さい請求項４又は５に記載の陽極容器。 - 【請求項７】 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する当該くびれの軸方向における変形強度が、 室温から当該ナトリウム−硫黄電池の使用の際の最高温
度までの温度域において、 当該絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向にお
ける引っ張り強度の、ワイブル分布から求められる破壊
率が、１×１０-4以下となる値である請求項１に記載の
陽極容器。 - 【請求項８】 多硫化ナトリウムの、凝固温度から室温
までの熱膨張に起因する陽極容器と固体電解質管の歪み
に対する当該くびれの軸方向における変形強度が、 室温から多硫化ナトリウムの凝固点までの温度域におい
て、 当該絶縁体リングと円筒状金具との接合部の軸方向にお
ける引っ張り強度の、ワイブル分布から求められる破壊
率が、１×１０-4以下となる値である請求項７に記載の
陽極容器。 - 【請求項９】 固体電解質管の内部に陰極活物質として
溶融金属ナトリウムを配し、当該固体電解質管の外部に
陽極活物質として溶融硫黄を配し、当該溶融硫黄を収容
する陽極容器が、当該固体電解質管を挿入した絶縁体リ
ングと円筒状金具を介して接合されるナトリウム−硫黄
電池であって、 請求項１〜８のいずれかの請求項に記載の陽極容器を用
いたことを特徴とするナトリウム−硫黄電池。 - 【請求項１０】 当該陽極容器及び当該円筒状金具がア
ルミニウム合金からなり、当該固体電解質管がβアルミ
ナから成り、当該絶縁体リングがαアルミナから成る請
求項９に記載のナトリウム−硫黄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07139204A JP3131125B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | ナトリウム−硫黄電池用陽極容器及びそれを用いたナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07139204A JP3131125B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | ナトリウム−硫黄電池用陽極容器及びそれを用いたナトリウム−硫黄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08329980A true JPH08329980A (ja) | 1996-12-13 |
| JP3131125B2 JP3131125B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=15239980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07139204A Expired - Lifetime JP3131125B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | ナトリウム−硫黄電池用陽極容器及びそれを用いたナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3131125B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014108291A1 (de) * | 2013-01-08 | 2014-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Formangepasste elektrochemische speichereinrichtung für eine gleichmässige temperaturverteilung |
-
1995
- 1995-06-06 JP JP07139204A patent/JP3131125B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014108291A1 (de) * | 2013-01-08 | 2014-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Formangepasste elektrochemische speichereinrichtung für eine gleichmässige temperaturverteilung |
| EP2770552A1 (de) * | 2013-01-08 | 2014-08-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Formangepasste elektrochemische Speichereinrichtung für eine gleichmässige Temperaturverteilung |
| JP2016506609A (ja) * | 2013-01-08 | 2016-03-03 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | 一様温度分布のための形状適合電気化学的記憶デバイス |
| US10084160B2 (en) | 2013-01-08 | 2018-09-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Shape-adapted electrochemical storage device for uniform temperature distribution |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3131125B2 (ja) | 2001-01-31 |
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