JPS63175356A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池Info
- Publication number
- JPS63175356A JPS63175356A JP62007194A JP719487A JPS63175356A JP S63175356 A JPS63175356 A JP S63175356A JP 62007194 A JP62007194 A JP 62007194A JP 719487 A JP719487 A JP 719487A JP S63175356 A JPS63175356 A JP S63175356A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sodium
- battery
- solid electrolyte
- sulfur
- tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
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、特に固体電解
質部分の改良に関する。ナトリウム−硫黄電池は、特に
夜間電力の貯蔵や電気自動車のバッテリ等に好適な電力
貯蔵用電池である。
質部分の改良に関する。ナトリウム−硫黄電池は、特に
夜間電力の貯蔵や電気自動車のバッテリ等に好適な電力
貯蔵用電池である。
従来のナトリウム−硫黄電池では、固体電解質管が破壊
した場合、ナトリウムと硫黄とが直接反応することによ
り、電池容器が破壊するおそれがある。そこで、電池容
器のナトリウム側に安全管を設けたり、金属繊維を充填
したりして、ナトリウムの流出を防止し、電池の安全性
を確保せんとする従゛来例が存在する(例えば、特開昭
60−44972号)。
した場合、ナトリウムと硫黄とが直接反応することによ
り、電池容器が破壊するおそれがある。そこで、電池容
器のナトリウム側に安全管を設けたり、金属繊維を充填
したりして、ナトリウムの流出を防止し、電池の安全性
を確保せんとする従゛来例が存在する(例えば、特開昭
60−44972号)。
さらに、安全性を高めた特開昭60−9067号記載の
ナトリウム−硫黄電池では、電池上部にナトリウムのリ
ザーバ容器を設け、固体電解質管の電池内径側に不活性
ガスのガス溜めである気密容器を設けている。気密容器
と固体電解質管との間の隙間に、ナトリウムをリザーバ
容器から供給するi:うになっている。この従来例では
、固体電解質管が破損した場合、ナトリウムと硫黄とが
直接反応する際の反応熱によって気密容器が融解する。
ナトリウム−硫黄電池では、電池上部にナトリウムのリ
ザーバ容器を設け、固体電解質管の電池内径側に不活性
ガスのガス溜めである気密容器を設けている。気密容器
と固体電解質管との間の隙間に、ナトリウムをリザーバ
容器から供給するi:うになっている。この従来例では
、固体電解質管が破損した場合、ナトリウムと硫黄とが
直接反応する際の反応熱によって気密容器が融解する。
気密容器の融解により内部の不活性ガスが放出される。
放出された不活性ガスにより、固体電解質管へのナトリ
ウムの流出を防止することができる。
ウムの流出を防止することができる。
前記特開昭60−44972号の従来例では、固体電解
質管が大破した場合、ナトリウムと硫黄とが直接反応に
よる温度上昇に対応できず、電池の安全性が十分といえ
ない。
質管が大破した場合、ナトリウムと硫黄とが直接反応に
よる温度上昇に対応できず、電池の安全性が十分といえ
ない。
さらに、特開昭60−9067号の従来例では、不活性
ガスの放出により、一度はナトリウムがリザーバ容器に
貯蔵されるが、リザーバ容器内のガス圧と固体電解質管
側の圧力が均衡した時点で、今度はナトリウムがリザー
バ容器から固体電解質管側へと逆流する。その間に固体
電解質の内側に流入していた硫黄と、逆流してきたナト
リウムとの間で再びナトリウム−硫黄の直接反応が発生
し、電池の大破損を招くおそれがある。さらに、不活性
ガスの気密容器を電池内に持ち込むことは、電池のエネ
ルギー密度の低下につながる。
ガスの放出により、一度はナトリウムがリザーバ容器に
貯蔵されるが、リザーバ容器内のガス圧と固体電解質管
側の圧力が均衡した時点で、今度はナトリウムがリザー
バ容器から固体電解質管側へと逆流する。その間に固体
電解質の内側に流入していた硫黄と、逆流してきたナト
リウムとの間で再びナトリウム−硫黄の直接反応が発生
し、電池の大破損を招くおそれがある。さらに、不活性
ガスの気密容器を電池内に持ち込むことは、電池のエネ
ルギー密度の低下につながる。
本発明は、かかる問題点を解決するために、エネルギー
密度の低下なしに電池の安全性を高めたナトリウム−硫
黄電池を提供することを目的とする。
密度の低下なしに電池の安全性を高めたナトリウム−硫
黄電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、ナトリウムイオ
ンが通過可能な固体電解質管を境にして。
ンが通過可能な固体電解質管を境にして。
ナトリウムからなるNa極と、硫黄または多硫化ナトリ
ウムからなるS極とが対向配置されてなるナトリウム−
硫黄電池において、前記固体電解質管を狭隙を介した二
重管構造とし、二重管によって形成された該狭隙をNa
極となし、前記二重管の内径と外径側をS極とし、当該
狭隙とNaとの間でナトリウムの供給または吸収を行う
貯槽を備えてなることを特徴とするナトリウム−硫黄電
池である。
ウムからなるS極とが対向配置されてなるナトリウム−
硫黄電池において、前記固体電解質管を狭隙を介した二
重管構造とし、二重管によって形成された該狭隙をNa
極となし、前記二重管の内径と外径側をS極とし、当該
狭隙とNaとの間でナトリウムの供給または吸収を行う
貯槽を備えてなることを特徴とするナトリウム−硫黄電
池である。
固体電解質管を二重構とし、二重管の電池内径側内周と
、電池外径側外周部をS極とし、二重管間隙部をナトリ
ウム極としているために、間隙部の体積を小さくするこ
とにより、固体電解質管破損時にイオウと反応するナト
リウム量が制限される。したがって、電池容器の破壊に
至ることが防止される。
、電池外径側外周部をS極とし、二重管間隙部をナトリ
ウム極としているために、間隙部の体積を小さくするこ
とにより、固体電解質管破損時にイオウと反応するナト
リウム量が制限される。したがって、電池容器の破壊に
至ることが防止される。
また、固体電解質管内に従来技術で説明したような気密
容器が存在せず、安全対策のため必要であり電池反応に
とっては不要な領域(以下、デツドボリウをという)が
ないため・エネルギー密度が向上する。さらに、電池反
応に寄与する固体電解質管の表面積は、二重管構造とな
っているためにほぼ二倍調上に増大する。その結果、電
池出力密度が増大する。
容器が存在せず、安全対策のため必要であり電池反応に
とっては不要な領域(以下、デツドボリウをという)が
ないため・エネルギー密度が向上する。さらに、電池反
応に寄与する固体電解質管の表面積は、二重管構造とな
っているためにほぼ二倍調上に増大する。その結果、電
池出力密度が増大する。
次に、本発明に係るナトリウム−硫黄電池の実施例につ
いて説明する。第1図にその一実施例の縦断面構成図を
示す。
いて説明する。第1図にその一実施例の縦断面構成図を
示す。
第1図において、電池容器1内に、固体電解質管9が袋
管状に配置される。この固体電解質管9の電池内径側内
側に袋管状の固体電解質内管10が配置される。この固
体電解質内管10と固体電解質外管9とは、狭いギャッ
プ幅を介して対向配置されている。このギャップ2内に
陰極活物質であるナトリウムが充填される。固体電解質
外管9外側および固体電解質内管10内側には陽極活物
質である硫黄または多硫化ナトリウムが充填されている
。ナトリウム極12と硫黄橋11とはα−アルミナリン
グ15により絶縁された状態で接続されている。本実施
例に係る電池の上部外周側にα−アルミナリング15と
容器1とによって形成されるナトリウム貯溜槽13が設
けられている。
管状に配置される。この固体電解質管9の電池内径側内
側に袋管状の固体電解質内管10が配置される。この固
体電解質内管10と固体電解質外管9とは、狭いギャッ
プ幅を介して対向配置されている。このギャップ2内に
陰極活物質であるナトリウムが充填される。固体電解質
外管9外側および固体電解質内管10内側には陽極活物
質である硫黄または多硫化ナトリウムが充填されている
。ナトリウム極12と硫黄橋11とはα−アルミナリン
グ15により絶縁された状態で接続されている。本実施
例に係る電池の上部外周側にα−アルミナリング15と
容器1とによって形成されるナトリウム貯溜槽13が設
けられている。
前記ギヤツブ部2内には、ナトリウム貯溜槽13からナ
トリウムを毛管力によって、溶融ナトリウムを供給する
ための金属メツユ14が配置されている。
トリウムを毛管力によって、溶融ナトリウムを供給する
ための金属メツユ14が配置されている。
固体電解質としては、β1−アルミナを用い、陽極と陰
極との間の電気絶縁は、β′−アルミナ管の上部にα−
アルミナリング15を接続し、さらにこのリングを電池
容器1に接続することにより実現した1次に、本実施例
の動作について説明する。
極との間の電気絶縁は、β′−アルミナ管の上部にα−
アルミナリング15を接続し、さらにこのリングを電池
容器1に接続することにより実現した1次に、本実施例
の動作について説明する。
固体電解質外管9または固体電解質内管10が破損した
場合、二重管ギャップ部2を狭くすることにより、この
ギヤツブ部2内のナトリウム量を少なくすることができ
る。ナトリウムと硫黄との反応を考えると。
場合、二重管ギャップ部2を狭くすることにより、この
ギヤツブ部2内のナトリウム量を少なくすることができ
る。ナトリウムと硫黄との反応を考えると。
2Na+S−+NazS−89KcaQ/mo12・・
(1)2 N a + 5 S−+N azs+5−9
8Kca12 /moQ −(2)となる。ナトリウム
量に比べ硫黄量の少ない場合は、(1)式に対応する。
(1)2 N a + 5 S−+N azs+5−9
8Kca12 /moQ −(2)となる。ナトリウム
量に比べ硫黄量の少ない場合は、(1)式に対応する。
NazS が生成して、発熱量は89 KcaQ /
+oQである。これに比べて硫黄量が多い場合(5倍増
加)は、(2)式に対応し、NazSsが生成する。し
かし、発熱量は98KcaQ/rsoQと前者に比べ大
差がない。(1)式と(2)式の中間の硫黄量において
も、発熱量はこれらと同程度である。
+oQである。これに比べて硫黄量が多い場合(5倍増
加)は、(2)式に対応し、NazSsが生成する。し
かし、発熱量は98KcaQ/rsoQと前者に比べ大
差がない。(1)式と(2)式の中間の硫黄量において
も、発熱量はこれらと同程度である。
したがって、ナトリウム周囲に硫黄が大量に存在しても
、固体電解質管の破損時に生ずるナトリウムと硫黄とに
直接反応により発生する熱量は、ギヤツブ部2内にナト
リウム量によって決まることになる。過剰な硫黄が存在
しても、その影響は小さい。したがって、ナトリウム−
硫黄電池の安全性を高めるためには、二重管ギャップ部
2のギャップ幅を極力小さくすれば、ナトリウム量が少
なくなることにより、安全性が増加する。このギャップ
部は、固体電解質管の単位面積(、?)当り0.1g以
下程度のナトリウム量を確保するために必要なギャップ
部でよい。しかし、実際の電池の作製を考えると、ギャ
ップ幅をII以下にとることは、固体電解質管の曲りや
電池との接合精度等の問題から困難である。そこで、ギ
ャップ部へメツシュやウィックを充填して、ナトリウム
の存在量を減少させるという実効的なギャップ減少を図
る方法が存在する。本実施例では、ギャップ幅を11と
し、ウィックの充填率を20%とした結果、固体電解質
管が破損しても、電池容器自体が破損することはなかっ
た。これは、固体電解質管破損時に硫黄と反応するギャ
ップ内に充填されるナトリウム量が少ないことによる。
、固体電解質管の破損時に生ずるナトリウムと硫黄とに
直接反応により発生する熱量は、ギヤツブ部2内にナト
リウム量によって決まることになる。過剰な硫黄が存在
しても、その影響は小さい。したがって、ナトリウム−
硫黄電池の安全性を高めるためには、二重管ギャップ部
2のギャップ幅を極力小さくすれば、ナトリウム量が少
なくなることにより、安全性が増加する。このギャップ
部は、固体電解質管の単位面積(、?)当り0.1g以
下程度のナトリウム量を確保するために必要なギャップ
部でよい。しかし、実際の電池の作製を考えると、ギャ
ップ幅をII以下にとることは、固体電解質管の曲りや
電池との接合精度等の問題から困難である。そこで、ギ
ャップ部へメツシュやウィックを充填して、ナトリウム
の存在量を減少させるという実効的なギャップ減少を図
る方法が存在する。本実施例では、ギャップ幅を11と
し、ウィックの充填率を20%とした結果、固体電解質
管が破損しても、電池容器自体が破損することはなかっ
た。これは、固体電解質管破損時に硫黄と反応するギャ
ップ内に充填されるナトリウム量が少ないことによる。
本実施例では、金属メツシュ14が設けられている。こ
の金属メツシュ14により、ナトリウム貯槽13と二重
管ギャップ内でのナトリウムの供給または吸収が行われ
る。放電時は、ナトリウム量がギャップ部において少な
くなるため・ナトリウム貯槽13から毛管力によりメツ
シュ14を介してナトリウムの充填が行われる。充填時
には、ギャップ内のナトリウム量が多くなり、ナトリウ
ム貯槽内のナトリウム量が少なくなるために、メツシュ
14を介してナトリウムがギャップ2がらナトリウム貯
槽13に吸収される。このメツシュ材としては、ナトリ
ウムと硫黄との直接反応で発生する熱により溶断するも
のが好ましい6例えば、低融点の金属性繊維がある。固
体電解質管の破損時以降に1反応領域にナトリウムを供
給することを防止し、電池の安全性を高めるためである
。金属性繊維のメツシュの他に、ギャップ部にアルミナ
粉を充填するものであっても、ナトリウム貯槽13とギ
ャップ2との間でナトリウムの供給または吸収が行われ
るものである。
の金属メツシュ14により、ナトリウム貯槽13と二重
管ギャップ内でのナトリウムの供給または吸収が行われ
る。放電時は、ナトリウム量がギャップ部において少な
くなるため・ナトリウム貯槽13から毛管力によりメツ
シュ14を介してナトリウムの充填が行われる。充填時
には、ギャップ内のナトリウム量が多くなり、ナトリウ
ム貯槽内のナトリウム量が少なくなるために、メツシュ
14を介してナトリウムがギャップ2がらナトリウム貯
槽13に吸収される。このメツシュ材としては、ナトリ
ウムと硫黄との直接反応で発生する熱により溶断するも
のが好ましい6例えば、低融点の金属性繊維がある。固
体電解質管の破損時以降に1反応領域にナトリウムを供
給することを防止し、電池の安全性を高めるためである
。金属性繊維のメツシュの他に、ギャップ部にアルミナ
粉を充填するものであっても、ナトリウム貯槽13とギ
ャップ2との間でナトリウムの供給または吸収が行われ
るものである。
本実施例に係るナトリウム−硫黄電池の能力について調
べた結果、本実施例電池では、固体電解質管の表面積が
約2倍になっているため、電池出力が2倍となり、高出
力のナトリウム−硫黄電池が得られたものである。
べた結果、本実施例電池では、固体電解質管の表面積が
約2倍になっているため、電池出力が2倍となり、高出
力のナトリウム−硫黄電池が得られたものである。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
第2図は、その実施例の縦断面構成図である。本実施例
ナトリウム−硫黄電池は、板状のナトリウム−硫黄電池
であル。板状の固体電解質管17が狭いギャップ幅2を
介して一対のナトリウム極12を形成する。この一対の
ナトリウム極12が硫黄量11を介して複数偏位べられ
ている。電池上部にはナトリウム貯槽13が設けられて
おり、各々のナトリウム極12内へメツシュ14を介し
てナトリウムの供給を行うとともに、充電時にはナトリ
ウムの吸収を行う、電池の上端および下端は、電池容器
16によって密閉されている0本実施例電池では、ナト
リウム極を構成する板状固体電解質管のギャップ2をl
l111とし、ギャップ部に存在するナトリウム量を制
限している。
ナトリウム−硫黄電池は、板状のナトリウム−硫黄電池
であル。板状の固体電解質管17が狭いギャップ幅2を
介して一対のナトリウム極12を形成する。この一対の
ナトリウム極12が硫黄量11を介して複数偏位べられ
ている。電池上部にはナトリウム貯槽13が設けられて
おり、各々のナトリウム極12内へメツシュ14を介し
てナトリウムの供給を行うとともに、充電時にはナトリ
ウムの吸収を行う、電池の上端および下端は、電池容器
16によって密閉されている0本実施例電池では、ナト
リウム極を構成する板状固体電解質管のギャップ2をl
l111とし、ギャップ部に存在するナトリウム量を制
限している。
本実施例によれば、固体電解質管破損時のナトリウムと
硫黄との直接反応を抑制して、電池の安全性を向上でき
るばかりでなく、板状固体電解質を積層することにより
、大出力電池を提供できる。
硫黄との直接反応を抑制して、電池の安全性を向上でき
るばかりでなく、板状固体電解質を積層することにより
、大出力電池を提供できる。
すなわち、安全性および電池出力がともに良好なナトリ
ウム−硫黄電池を得ることができる。
ウム−硫黄電池を得ることができる。
以上説明したように、本発明に係るナトリウム−硫黄電
池によれば、固体電解質管を二重管構造とし、固体電解
質破損時に硫黄と反応するナトリウム量を少なくするこ
とができるので、電池に安全性を高めることができる。
池によれば、固体電解質管を二重管構造とし、固体電解
質破損時に硫黄と反応するナトリウム量を少なくするこ
とができるので、電池に安全性を高めることができる。
また、電池内にデッドスペースがないため、エネルギー
密度を向上することができる。
密度を向上することができる。
第1図は本発明に係るナトリウム−硫黄電池の一実施例
の縦断面構成図、第2図は他の実施例の縦断面構成図で
ある。 9・・・固体電解質外管、10・・・固体電解質内管。 11・・・硫黄橋、12・・・ナトリウム極、13・・
・ナトリウム貯槽。
の縦断面構成図、第2図は他の実施例の縦断面構成図で
ある。 9・・・固体電解質外管、10・・・固体電解質内管。 11・・・硫黄橋、12・・・ナトリウム極、13・・
・ナトリウム貯槽。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、ナトリウムイオンが通過可能な固体電解質管を境に
して、ナトリウムからなるNa極と、硫黄または多硫化
ナトリウムからなるS極とが対向配置されてなるナトリ
ウム−硫黄電池において、 前記固体電解質管を、狭隙を介した二重管構造とし、該
狭隙をNa極となし、前記二重管の内径側と外径側をS
極とし、当該狭隙とNa極との間でナトトリウムの供給
または吸収を行う貯槽を備えてなることを特徴とするナ
トリウム−硫黄電池。 2、特許請求の範囲第1項において、前記二重管の複数
対を電池内に配置し、一対の二重管同士の間をS極とし
てなることを特徴とするナトリウム−硫黄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62007194A JPS63175356A (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | ナトリウム−硫黄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62007194A JPS63175356A (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | ナトリウム−硫黄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63175356A true JPS63175356A (ja) | 1988-07-19 |
Family
ID=11659222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62007194A Pending JPS63175356A (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | ナトリウム−硫黄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63175356A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61214373A (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-24 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | ダブルシリンドリカル型ナトリウム−イオウ電池 |
-
1987
- 1987-01-14 JP JP62007194A patent/JPS63175356A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61214373A (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-24 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | ダブルシリンドリカル型ナトリウム−イオウ電池 |
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