JPS6044972A - ナトリウム−硫黄電池 - Google Patents

ナトリウム−硫黄電池

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JPS6044972A
JPS6044972A JP58152207A JP15220783A JPS6044972A JP S6044972 A JPS6044972 A JP S6044972A JP 58152207 A JP58152207 A JP 58152207A JP 15220783 A JP15220783 A JP 15220783A JP S6044972 A JPS6044972 A JP S6044972A
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JP
Japan
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sodium
container
filled
metal
anode
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Pending
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JP58152207A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Kagawa
博 香川
Sumitada Iwabuchi
岩渕 純允
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Yuasa Corp
Original Assignee
Yuasa Corp
Yuasa Battery Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/3909Sodium-sulfur cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は陰極室及び陽極室構造を改良したナトリウム−
硫黄電池に関する。
従来のナトリウム−硫黄電池は、第1図に示す如く、β
′−アルミナ管からなるナトリウムイオン伝導性固体電
解’H管1の上端にガラス半E)Iによりα−アルミナ
リング2を接合し、a−アルミナリング2の上面に陰極
補助ψ;σ6を、下面にm槽4が溶接された陽極盆5を
それぞれアルミニウムリングを介して熱圧接合されてい
る。
陰極室は、上部空間Aに不活性ガスが封入され陰極活物
質6としてのナトリウムを充°項し、底部に開口部を有
する金桓容器7が配設され、陰極パイプ兼陰極集電端子
8が溶接された1(ゑ掩蓋9を陰極補助蓋6に溶接し、
16極免内を真空密閉している。陽極室は、電槽4の底
部より陽極活物質10としての硫黄を含浸したカーボン
、グラファイトなどの繊維からなる加圧成型された陽極
1iL椰利11を挿入し、底蓋12を電槽4と真空溶接
することにより真空密閉している。
上記の+iq 造について、電池作動温度としての30
0〜350°Cに保温し充放電をおこなうと、放電によ
り浴N+1ナトリウム6が固体電解質管1を通って1(
す極ハ≦側に移動するに従い金属容器7内の溶融ナトリ
ウム6の液面位は低下し、液面はガス加圧されているこ
とから固体電解質管1内表面の溶べ5ナトリウム6が表
面を加圧している状態にある。例えば、固体電解質管1
の最も弱いα−アルミナリング2との接合部近傍で破壊
がおこると、破壊しti所から溶融ナトリウム6は陽極
室内に流出し、賜極電専拐11の上面で溶〜に硫黄10
と直接反応をおこし、多電の反応熱のため電槽4の上部
が破壊され穴があき、活物質がrA6出する欠点があっ
た。更に、陰極室内は溶融す) IJウム6を加圧状態
で固体電解質管1の内表面域に供給し、作用面積を一定
に保っているため、破壊時、金]リシ容器7内のガス圧
が反応熱によって更に上昇し、陰極藍9及び陰極補助盈
6を破壊し、一層、電池破懐規侯を大きくする欠点があ
った。尚、ガス圧を下げると、溶融ナトリウムの供給性
が悪くなり、陰極活物質の利用率を下げるものであった
不発明は上記の欠点を解消したものであり、以下実施例
により詳細に説明する。
第2図において、1はナトリウムイ乞ン伝’19性固体
電解質せ、2はα−アルミナリング、6は陽極補助蓋、
4は電槽、6は1(2極活物質、8は陰極バイブ兼陰極
来電端子、9は陰極蓋、10は陽極活物質、11は陽お
i’m導祠、12は底蓋、16は肉厚約0.6〜1.2
肋の耐溶融ナトリウム性物質、例えばステンレス、鉄ζ
又は外表面耐熱物質被&金属などからなる金属容器で、
金属容器16の上蓋16′には、内外の真空度を一定に
保つための穴A(例えば約0.5〜7〃〕pH又は上蓋
16′がなくてもよい)がVりられ、下貼16′には溶
融す) IJウム6が流通する程度の六B (例えは約
0.1〜5品の穴が1つ反は+M数個)が設けられてい
る。14は耐溶融性ナトリウム性’I9J値、例えばα
−アルミナ粉末、金属繊維(好ましくは金属繊維のフェ
ルト、焼結体、又は加圧成型体)で、金属容器16の外
表面に半ば固定した状態にするか、金属容器13を固体
電解竹管1内に配設後挿填するか、又は金属容器16と
共に挿填されている。15はグラファイトシート(例え
ばグラフオイル)で、陽極室内の陽極室2鼻材11の上
面に相対する金属容器16と固体電解質管1との間隙域
、すなわち金属繊維14の上部に配設されている。又、
グラファイトシートに代えてセラミック粉末を用いても
よい。16は金属繊維で、陰極室内上部、すなわち陰極
蓋9と金属容器16との間隙に配され、電気的接続をお
こなうと共に、溶融ナトリウム乙の自由な移動を抑制す
るためのものである。
17は内側でL字形に成型された陽極蓋、18は陰極蓋
17のL字部分と固体電解質管1の外表面との間隙に配
設されたグラファイトシート(例えばグラフオイル)、
19は金属容器16内に充填されたステンレス、鉄、ニ
クロムナトからなる金属m紐で、下貼16′に設けた六
Bにまで金属繊維19が存在し、金属繊維14と接触し
ている。上記の如く、配設した後、陰極バイブ8より真
空含浸により定量の溶融ナトリウム6を充填し冷却後、
陰極バイブを′A空溶接して、陰極室内、例えば、金属
容器16の内外上部空間を真空密閉する。1(す極室は
従来と同様に構成して真空密閉する。
上記の如く構成した本発明電池について、電池作動温度
300〜650℃に保温した状態で放電すると、あらか
じめ金属繊維14にナトリウム6が含浸されているため
、通電初期の接触抵抗による電圧降下もなく陽極室側へ
移動する。
放電進行により金属繊維14内の溶融す) IJウム6
は減少するが、ナトリウムは金属容器16内の金属繊維
19内より下蓋13′の六Bを通してナトリウム重力と
金属繊維14の毛管作用で不足ナトリウム量が袖なわれ
る。一方、金属容器16内の溶融ナトリウム乙の減少に
ともない容器16内の真空度が良くなるが、上蓋16′
の大人により内外の真空度は平衡に保たれ、供給不良を
おこすことはない。このため、所定の電池容批が100
〜時点においても初期と同様のw +i tr+L保が
可能であった。次にあらかじめ固体’t[PA’質管1
とα−アルミナリング2とのガラス接合部近傍に、微少
クラックを発生させた固体電解IJl管1を用いて同様
に電池を作製し、650°Cにて過電圧印加による電池
破壊試験をおこなった。その結果、約9vに上昇後4.
2vまで低下し、その後、約4〜5■を変動した後、突
然Ovに低下すると共に電池温度が最高480°Cまで
上昇した。冷却後、解体調査したところ、多量の溶融す
) IJウムを流出させない効果が作用したもので、グ
ラファイトシー)15.18及び陽極4賢17によって
流出を防止したものである。更に、金属容器16の肉厚
を薄くしたり、低融点の物質を用いた場合において、直
接反応熱により穴をあけたとしても、金属繊維19に溶
融ナトリウム6が含がされているため、金属容器16の
破損した穴から多量の溶融ナトリウム6が流出してさら
に直接反応を大きくすることはない。つまり固体電解質
管1の上部外側面に配されたグラファイトシート15は
、溶融ナトリウム乙により膨潤し、金絢容器13と固体
電解質管1、α−アルミナリング2及び陰極補助盈6と
の間隙を自由に移動する溶融す) IJウム量を少なく
シ、かつltI!極室側でもグラファイトンート18及
び陽極盈17により予示の流出を防止できた。尚、陽極
室側の構造としては、陽極室上部空間にα−アルミナの
リング状部拐を配しても同様の効果が認められた。更に
金属繊維14がステンレスなどの繊維をフェルト状にし
たものを用いて金属容器16の外表面に巻きつけ、スポ
ット溶接などで1v定した場合、固体電解質t1内に配
設することが容易となり、フェルト状のため、充填密度
がはソ均一とjOj ))、毛細管現象による溶融す)
 IJウム6の供給作用も良好となった。又、直接反応
時においても、破損箇所には金属繊維14が均一に分散
しているため、直接反応する溶融ナトリウム量も各論H
rで一定となり、部分的に多thtの溶融ナトリウムが
反応することはなくなった0又、固体電解質管1の底面
と底蓋12との間隙にグラファイトシー)20(例えば
グラフオイル)のみを配し、かつその間隙を2 #m+
以下とすることにより、固体電解質管1の底が破損して
も多量の陽極活物質10と直接反応することはなく、か
つ陰極室2jJ、祠11に含浸された陽極活物質10が
間隙にわずかしか介在ゼす、電気化学的に作用する活物
質b(を従来より約3%高めることができた。
間隙が2騎以上となるとグラファイトシート20を厚く
する必要があり、体積効率及び重景効率が低下してしま
う。
次に上記構成のす) IJウムー硫黄寛電池作製した場
合について説明する。陰極室は、内径61扉、外径36
.6 tnmのβ′−アルミナ管1内に、外径29 r
mrr 、肉厚0.8朗のステンレス製金網容器16(
上蓋16′に2 ms径の穴A1下蓋16′にも2層m
径の六Bを設けた)の外表面に1ms:厚のステンレス
繊維フェルト14(繊維径8〜12μ)を数箇所スポッ
ト溶接にて固述し、内部には5L7s316L材質、8
μ繊維径、気孔率97%のステンレス繊維19を充填し
、挿入した。ステンレス繊維フェルト14の上端には、
約Q、3MIJ厚のグラフオイルを3層にして間隙に配
した後、金属容器16の上部に繊維径8μのステンレス
繊維16を充填し、陰極螺9を溶接し陰極バイブ8より
約1709の溶融ナトリウムを真空密閉し、て、陰極パ
イプをシールして1ttt fmi室を真空密閉した。
陽極釜は、′電槽4底部より内11t’: 37゜6n
tm、外径48媚、厚さ1層mvtのα−アルミナリン
グを挿入後、硫黄含浸成型陽極箪尋利11を挿入し、底
蓋12をvJ格4と文空溶接し、1+H4極室を真空密
閉した。650°Cにおいて、プcjIl電試験をおこ
なったが、初期答1t150AHを卸持できた。更に過
電圧印加により破壊試験をおこなったが、電槽が変色す
る程度で活OI’etの亀川は詔められなかった。
本発明は上記した如く1固体電解質管と金属繊維を充填
した金属容器との間隙に金属繊維を配した陰極室のl1
41造とすることにより、陰極活物質の利用率を高め、
かつ安全性を向上させるものであり、その工業的価値は
大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のす) IJウムー硫黄電池の縦凹面図、
第2図は本発明による実施例のす) IJウムーイ流流
電電池縦Wr面図である。 1・・・固体電解li管、 7,15・・・金属容器、
i4.16.19・・金属繊維、 15.20・・グラファイトシート。 出願人 湯浅電池株式会社 第1図 第2図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) mm内にす) IJウムイオン伝導性固体電解
    質管を介して外側に陽極活物質を充填する陽極′C扛婢
    拐からなる陽極室、内側を陰極室としたナトリウム−硫
    黄電池において、少なくとも底部に穴を設は内部に金属
    繊維を充填した金属容器を配設し、金属容器の外表面と
    固体電解質管などでJし成される[1旧mi域に金属繊
    維を充填し、金属繊紐内にナトリウムを充填した陰極室
    からなるナトリウム−硫黄電池。
  2. (2)金桐繊維がフェルト状からなる特許請求の範囲第
    1項記載のナトリウム−硫黄電池。
  3. (3)陽極電導材の上面に相対する陰極室内の間隙上方
    に、グラファイトシート又はセラミック粉末を充填する
    特許請求の範囲第1項記載のナトリウム、−硫黄電池。
  4. (4)陽極電導材の上方に、固体電解質管の外表面に並
    接してグラファイトシート、金属、α−アルミナなどを
    配設する特許請求のかiJ uni第1第1載紀載トリ
    ウム−硫黄電池。
  5. (5) 固体電解質管底面と電槽との間隙を2ρia以
    下とし、グラファイトシートを配設した特許請求の範囲
    第1項記載のナトリウム−硫黄電池。
JP58152207A 1983-08-19 1983-08-19 ナトリウム−硫黄電池 Pending JPS6044972A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0240866A (ja) * 1988-07-29 1990-02-09 Hitachi Ltd ナトリウム−硫黄電池
EP0376059A2 (de) * 1988-12-24 1990-07-04 Asea Brown Boveri Aktiengesellschaft Elektrochemische Speicherzelle

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5174227A (ja) * 1974-11-19 1976-06-28 Secr Defence Brit

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