(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質と、負極活物質と、該正極活物質を収納する正極室と、該負極活物質を収納する負極室と、前記正極室と前記負極室の間に位置して前記正極活物質と前記負極活物質を隔離し、かつ前記負極活物質に対して伝導性を有する壁状の固体電解質とを備えた二次電池であって、
前記正極室と独立した正極活物質容器と、前記正極室から前記正極活物質容器へ、さらに前記正極活物質容器から前記正極室へ前記正極活物質を一方向に循環移動させる通路手段とを備え、
前記正極活物質は前記正極室に収納された正極室部分と、前記正極活物質容器に収納された容器部分とからなり、
放電時に前記負極室から前記正極室に移動する前記負極活物質に起因する前記正極室内の前記正極活物質の容積の増加による圧力増加により前記正極室から前記正極活物質容器に前記正極活物質を移動させ、充電時に前記正極室から前記負極室に移動する前記負極活物質に起因する前記正極室内の前記正極活物質の容積の減少による圧力低下により前記正極活物質容器から前記正極室に前記正極活物質を移動させることを特徴とする固体電解質二次電池。
【請求項２】
前記通路手段は、前記正極室から正極活物質容器へ前記正極活物質を移動させる第１一方向弁を有する第１通路と、前記正極活物質容器から前記正極室へ前記正極活物質を移動させる第２一方向弁を有する第２通路と、を備える請求項１記載の固体電解質二次電池。
【請求項３】
前記第１通路と前記第２通路の一方の通路の入口は、前記正極室の上部に配設されかつ出口は前記正極活物質容器の上部に配設され、前記第１通路と前記第２通路の他方の通路の入口は、前記正極活物質容器の下部に配設されかつ出口は前記正極室の下部に配設される請求項２記載の固体電解質二次電池。
【請求項４】
前記正極活物質は硫黄であり、前記負極活物質はナトリウムである請求項１記載の固体電解質二次電池。
【請求項５】
正極活物質と、負極活物質と、該正極活物質を収納する正極室と、該負極活物質を収納する負極室と、前記正極室と前記負極室の間に位置して前記正極活物質と前記負極活物質を隔離し、かつ前記負極活物質に対して伝導性を有する壁状の固体電解質とを備えた二次電池であって、
前記正極室と独立した正極活物質容器と、前記正極室から前記正極活物質容器へ、さらに前記正極活物質容器から前記正極室へ前記正極活物質を一方向に循環移動させる通路手段と、
前記通路手段を介して前記正極活物質を循環移動させる移動手段とを備え、
前記正極活物質は前記正極室に収納された正極室部分と、前記正極活物質容器に収納された容器部分とからなり、
放電時及び充電時に前記移動手段により前記正極活物質を前記正極室から前記正極活物質容器へさらに前記正極室に循環移動させて前記正極室部分及び前記容器部分を等しく前記正極活物質として機能させるようにしたことを特徴とする固体電解質二次電池。
【請求項６】
前記通路手段は、前記正極室から前記正極活物質容器へ前記正極活物質を移動させる第１通路と、
前記正極活物質容器から前記正極室へ前記正極活物質を移動させる第２通路と、を備える請求項５記載の固体電解質二次電池。
【請求項７】
前記第１通路と前記第２通路の一方の通路の入口は、前記正極室の上部に配設されかつ出口は前記正極活物質容器の上部に配設され、前記第１通路と前記第２通路の他方の通路の入口は、前記正極活物質容器の下部に配設されかつ出口は前記正極室の下部に配設される請求項６記載の固体電解質二次電池。
【請求項８】
前記移動手段を制御する制御手段を備える請求項５記載の固体電解質二次電池。
【請求項９】
前記移動手段はポンプである請求項５記載の固体電解質二次電池。
【請求項１０】
前記固体電解質は、少なくとも一個の前記正極室を区画する容器形状体である請求項５記載の固体電解質二次電池。
【請求項１１】
前記固体電解質は、前記正極室の壁面に沿い前記壁面より間隔を隔て断面が前記正極室より小面積の複数個の前記負極室とをもつ容器形状体である請求項１０記載の固体電解質二次電池。
【請求項１２】
前記正極室及び前記負極室は、共に軸方向に並んで延びる孔状である請求項１１記載の固体電解質二次電池。
【請求項１３】
前記容器形状体は、柱形状体である請求項１０記載の固体電解質二次電池。
【請求項１４】
前記容器形状体の少なくとも一部の外側面に当接し、前記容器形状体を中心側に押圧する付勢部材をもつ請求項１０記載の固体電解質二次電池。
【請求項１５】
前記負極室と連通し前記負極活物質を送受する負極活物質容器を備える請求項５記載の固体電解質二次電池。
【請求項１６】
前記正極活物質は硫黄であり、前記負極活物質はナトリウムである請求項５記載の固体電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、βアルミナ等の固体電解質を用いる二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、ノートパソコンやデジタルカメラ、携帯電話などの様々な機器のほか、自動車や航空機、農業機械など各車両に利用されている。そのなかでも、近年では、ナトリウム硫黄電池が、大電力量を貯蔵可能な二次電池として注目されている。ナトリウム硫黄電池は、正極活物質である溶融硫黄が収納された正極室と、負極活物質である溶融ナトリウムが収納された負極室と、前記正極室と前記負極室の間に位置して溶融硫黄と溶融ナトリウムを隔離し、ナトリウムイオンに対し透過性を有するβアルミナ等の材質よりなる壁状の固体電解質とから構成されている。このナトリウム硫黄電池は、２９０〜３５０℃の動作温度に加熱された状態で、負極室内の溶融ナトリウムがナトリウムイオンとなって固体電解質を透過して正極室内の硫黄と反応して、多硫化ナトリウムを生成して放電が行われる。また、充電の際は、放電時とは逆の反応が進み、多硫化ナトリウムが分解され、ナトリウム及び硫黄が生成される。【０００３】
この場合、正極活物質である溶融硫黄と反応生成物である多硫化ナトリウム、特にナトリウムの比率の高い硫化ナトリウムは比重が大きいため、自重により正極室内の下部に溜まる傾向にあった。そのため、これらの物質が充放電反応に十分に関与することができなくなり、活物質の利用率が低下していた。【０００４】
このような現象を防止するために、特開平５−２６６９２１号公報では、正極活物質としての溶融硫黄を収納する試験管状βアルミナ隔壁の外周側に形成された正極室の形状を下部ほどその水平断面積が小さくなるように形成したナトリウム硫黄電池が開示されている。これにより、充電時に正極室の下部の多硫化ナトリウムのナトリウム比率を上部の比率より低くし、正極室内の下部にナトリウム比率の高い硫化ナトリウムが集中することを防止している。【０００５】
また、特開平６−８９７３９号公報では、溶融硫黄を含浸した正極用導電材の下部の嵩密度を上部の嵩密度より高くなるように形成したナトリウム硫黄電池が開示されている。これにより、多硫化ナトリウムなどの活物質は下部において反応が速く起こり、下部における活物質の利用率が向上し、下部に多硫化ナトリウムが溜まる現象を防止できるとしている。【０００６】
さらに、ナトリウム硫黄電池は、大量の電力を貯蔵できる能力を有するために、電力貯蔵用として注目を浴びている。そしてナトリウム硫黄電池の電池容量を大きくするための方法としては、例えば、特開２００４−１７８９９１公報が挙げられる。ここでは、正極活物質である溶融硫黄及び負極活物質である溶融ナトリウムの充填密度を高くすることにより、電池容量を大きくする方法が開示されている。【０００７】
しかし、上記方法によったとしても、正極活物質である溶融硫黄が収納されている正極室及び負極活物質である溶融ナトリウムが収納されている負極室の容積は一定であるから、単セルあたりの電池容量を大きくすることには限界がある。【０００８】
一方、活物質が収納されている収納室自体の容積を大きくすれば、多量の活物質を収納することもできる。しかし、収納室の容積を大きくすると、活物質が接する固体電解質の隔壁として作用する面積が相対的に少なくなるため、電池反応が低下する。また、収納室は、固体電解質に区画されてなる空間であるから、そこに多量の活物質を収納しておくことは安全性の面からも問題がある。【０００９】
なお、特開昭５０−３８０３０号公報では、溶融ナトリウムを固体電解質とは別の離れた位置にあるナトリウム収納容器に収納し、この収納容器からナトリウムが板状の固体電解質に設けられた細孔に供給されるナトリウム硫黄電池を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−２６６９２１号公報
【特許文献２】特開平６−８９７３９号公報
【特許文献３】特開２００４−１７８９９１公報
【特許文献４】特開平２−１１２１６８号公報
【特許文献５】特開昭５０−３８０３０号公報
【特許文献６】特開平３−１８７１６０号公報
【特許文献７】特開平６−１９６２０４号公報
【特許文献８】特開２００１−９３５７０号公報
【特許文献９】特開２００１−１０２０８７号公報
【特許文献１０】特開２００１−２４３９７５号公報
【特許文献１１】特開平７−１７６３２８号公報
【特許文献１２】特開平１１−１２１０３１号公報
【特許文献１３】特開平１０−３０２８３０号公報
【特許文献１４】特開昭６３−２７１８６５号公報
【特許文献１５】特開昭６３−６６８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、固体電解質二次電池の正極活物質の劣化を抑制し、より高性能の固体電解質二次電池を提供することを第１とする。本発明は、より大きな電池容量を有する固体電解質二次電池を提供することを第２の目的とする。さらには、大きな電池容量を確保しつつ大きな出力が得られ、電池性能を向上させることができる固体電解質二次電池を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の固体電解質二次電池は、正極活物質と、負極活物質と、該正極活物質を収納する正極室と、該負極活物質を収納する負極室と、前記正極室と前記負極室の間に位置して前記正極活物質と前記負極活物質を隔離し、かつ前記負極活物質に対して伝導性を有する壁状の固体電解質とを備えた二次電池であって、
前記正極室と独立した正極活物質容器と、前記正極室から前記正極活物質容器へ、さらに前記正極活物質容器から前記正極室へ前記正極活物質を一方向に循環移動させる通路手段とを備え、
前記正極活物質は前記正極室に収納された正極室部分と、前記正極活物質容器に収納された容器部分とからなり、
放電時に前記負極室から前記正極室に移動する前記負極活物質に起因する前記正極室内の前記正極活物質の容積の増加による圧力増加により前記正極室から前記正極活物質容器に前記正極活物質を移動させ、充電時に前記正極室から前記負極室に移動する前記負極活物質に起因する前記正極室内の前記正極活物質の容積の減少による圧力低下により前記正極活物質容器から前記正極室に前記正極活物質を移動させることを特徴とする。
【００１３】
この二次電池では、正極活物質の一部からなる正極室部分を収納する正極室とは別に独立して正極活物質の他の一部からなる容器部分を収納する正極活物質容器が設けられ、その正極室と正極活物質容器との間には正極活物質を一方方向に循環移動させる通路手段が設けられている。本発明の二次電池では、電池の放電時に負極活物質が負極室から正極室に移動する。この移動により正極室内の負極活物質を含む正極活物質の容積の増加により正極室内の圧力が増加する。圧力の増加により正極室から正極活物質容器に正極活物質が移動する。充電時には正極室から負極室に負極活物質が移動する。これにより正極室内の正極活物質の容積が減少し、圧力が低下する。これにより正極活物質容器から正極室に正極活物質が移動する。
充放電に伴う正極活物質の循環移動はわずかな量ではあるが、この二次電池の長期間の使用により重い正極活物質が正極室の底に貯まることに起因する問題を解消することができる。
ここで正極活物質とは、壁状の固体電解質を通過して正極活物質と反応した負極活物質の反応物質を含む活物質の意味である。説明を容易にするため負極活物質の反応物質を含む活物質を正極活物質として説明する。
また、正極活物質の正極室部分とは正極室に保持されている部分の正極活物質を意味する。また正極活物質の容器部分とは正極活物質容器に収納されている部分の正極活物質を意味する。この電池の充放電時に実質的に正極活物質として機能するのは正極活物質の正極室部分であり、電池の充放電時に容器部分は実質的に正極活物質として機能しない。しかし容器部分の正極活物質が正極室に送られ正極室に収納されると正極室部分となり電池の充放電時に正極活物質として機能する。
【００１４】
ここで、正極活物質は、硫黄に代表される負極活物質と反応して化合物を形成する物質をいう。負極活物質は、ナトリウムに代表される金属で、リチウム、カリウム等も候補となる。また、壁状の固体電解質とは、βアルミナ、β"アルミナ等のセラミックス等の材質からなるものであって、正極活物質と負極活物質を隔離して負極活物質を透過させる隔壁として働くものをいう。従って、固体電解質の形状は特に限定はなく、内部空間に正極活物質が収納される正極室と負極活物質が収納される負極室とをもつ容器形状体であってもよい。【００１５】
なお、正極室と独立する正極活物質容器とは、両者間に正極活物質とかガス等の物質移動が無い場合に、電池の放電、充電で変動する正極室内の圧力が正極活物質容器内の大きな圧力変動を生じさせない程度のものであることを言う。なお、正極活物質容器は、正極室を区画する内壁内に設けることも、正極室を区画する部分と全く異なる位置に設けることもできる。【００１６】
ここで通路手段とは、正極活物質が通ることのできる一続きの内部空間をいう。例えば、パイプの軸芯空間、ブロック材の内部空間は通路手段とすることができる。この通路手段は、正極室から正極活物質容器へ正極活物質を移動させる第１一方向弁を有する第１通路と、正極活物質容器から正極室へ正極活物質を移動させる第２一方向弁を有する第２通路と、を備えるものであるのが好ましい。一方向弁とは、流体の流れを常に一定方向に保ち、逆流を防止する機能をもつものである。一方向弁は、例えば、流体の圧力によって弁が開かれ、逆流すると弁が背圧によって閉じるものを挙げることができる。【００１７】
固体二次電池では、放電時には、イオン化された負極活物質が負極室から正極室へ移動するため、正極室内には活物質の量が増加して、正極室内の活物質の液面が次第に上昇する。従って、密閉空間である正極室内の圧力が徐々に高くなる。そのため、正極活物質容器内の圧力よりも正極室内の圧力が高くなり、その圧力差によって第１一方向弁が開かれる。その後第１通路を通って、正極活物質が正極室から正極活物質容器へ移動する。このとき、第２一方向弁は、正極活物質が正極室から正極活物質容器へ流れる方向には開かないため、第２通路を通って、正極活物質が移動することはない。【００１８】
一方、充電時には、イオン化された負極活物質が正極室から負極室へ移動するため、正極室内には活物質の量が減少して、正極室内の活物質の液面が次第に下がる。従って、密閉空間である正極室内の圧力が徐々に低くなる。また、放電時の反応により、正極室から移動した正極活物質により正極活物質容器内の液面が上昇しているから、同じく密閉空間である正極活物質容器内の圧力は高くなっている。そのため、正極室内の圧力よりも正極活物質容器補助室内の圧力が高くなり、その圧力差によって第２一方向弁が開かれる。その後、第２通路を通って、正極活物質が正極活物質容器補助室から正極室へ移動する。このとき、第１一方向弁は、正極活物質が正極活物質容器から正極室へ流れる方向には開かないため、第１通路を通って、正極活物質が移動することはない。【００１９】
以上のように、通路手段は、構造が単純でかつ容易に正極活物質を一方向に循環移動させることができる。【００２０】
第１通路と第２通路の一方の通路の入口は、正極室の上部に配設されかつ出口は正極活物質容器の上部に配設され、第１通路と前記第２通路の他方の通路の入口は正極活物質容器の下部に配設されかつ出口は正極室の下部に配設されるのが好ましい。これにより、正極室内および正極活物質容器内のより多くの正極活物質が循環し、正極室内の正極活物質のより一層の均質性が高まる。【００２１】
本発明の請求項５に記載の固体電解質二次電池は、正極活物質と、負極活物質と、該正極活物質を収納する正極室と、該負極活物質を収納する負極室と、前記正極室と前記負極室の間に位置して前記正極活物質と前記負極活物質を隔離し、かつ前記負極活物質に対して伝導性を有する壁状の固体電解質とを備えた二次電池であって、
前記正極室と独立した正極活物質容器と、前記正極室から前記正極活物質容器へ、さらに前記正極活物質容器から前記正極室へ前記正極活物質を一方向に循環移動させる通路手段と、
前記通路手段を介して前記正極活物質を循環移動させる移動手段とを備え、
前記正極活物質は前記正極室に収納された正極室部分と、前記正極活物質容器に収納された容器部分とからなり、
放電時及び充電時に前記移動手段により前記正極活物質を前記正極室から前記正極活物質容器へさらに前記正極室に循環移動させて前記正極室部分及び前記容器部分を等しく前記正極活物質として機能させるようにしたことを特徴とする。
この固体電解質二次電池では正極室から正極活物質容器へ、さらに正極活物質容器から正極室へ正極活物質を一方向に循環移動させる移動手段を備えている。この移動手段は放電時及び充電時に正極活物質を循環移動させて前記正極室部分及び前記容器部分を等しく前記正極活物質として機能させるようにするものである。
これにより、正極室内に収納された正極室部分の正極活物質だけではなく、正極室とは別に設けられた正極活物質容器から送られてくる容器部分の正極活物質も充放電反応に供することができるため、電池容量を大きくすることができる。また、移動手段は通路手段に設けるのが好ましい。移動手段は、ポンプであることが好ましい。
【００２２】
本発明においては、移動手段を制御する制御手段を備えることが好ましい。制御手段は、例えば、電池の充放電反応に応じて、移動手段の稼動状態を制御することによって、正極活物質が移動する量や速度を調節するものである。制御手段は、例えば、演算及び制御を行う演算部の他、記憶部、入出力部等を有する電子制御装置であって、流量センサ等の計測器の計測結果に基づいて、上記制御を行うものを用いることができる。【００２３】
ここで、固体電解質の容器形状体とは、固体電解質の内壁面で区画される空間を収容空間とする形状のものを意味する。容器形状体の内壁面で区画される空間に蓋及び底、又は蓋もしくは底を設ければ密閉区間となり液体収納空間、すなわち正極室及び負極室、となる。なお、正極室及び負極室は、共に軸方向に並んで延びる孔状とするのでもよい。また、孔状の正極室及び負極室を持つ容器形状体は、外形が柱形状体とするのでもよい。ここで、柱形状体とは、一軸方向に延びている形状をいう。具体的には、外周形状が円形、楕円形、三角形、四角形等任意の形状とすることもできる。柱形状体は、軸方向に延びる少なくとも１個の正極室を持つものでもよい。正極室の断面形状は、円形、楕円形、三角形、四角形等任意の形状とすることができる。この柱形状体は、軸方向に延びているため形状が単純で製造が容易となる。【００２４】
また負極室は、軸方向に延び正極室の壁面に沿いかつこの壁面より間隔を隔てて配置され断面が正極室の断面より小面積の空間として柱形状体内部に形成されたものでもよい。具体的には、複数個の負極室が正極室の周囲に複数個形成される。各負極室と正極室との間隙の部分が主として電解質として機能する。【００２５】
本発明では、固体電解質の容器形状体の外側面に当接され、この外周面を押す付勢部材をもつものとすることができる。この付勢部材は、例えば、耐熱性を有する炭素繊維、ガラス繊維などを圧縮してより薄いマット状にしたものとすることができる。この付勢部材を固体電解質の容器形状体の少なくとも一部の外側面に当接することで、容器形状体をその中心側に向かって弾性的に加圧する。そのため、万一、容器形状体が破損して亀裂が生じたとしても、その加圧の力が亀裂部分を閉じる方向に押さえ込む。従って、亀裂が生じる前の容器形状体の形状を維持することができ、亀裂から負極活物質が漏れ出すことを抑制できる。したがって、付勢部材を設けることで、容器形状体の亀裂の発生が抑えられ、負極活物質と正極活物質の混合を防止することができる。他の付勢部材としてバンドを挙げることができる。バンドが締め付ける力を付勢力として用いるものである。
本発明は、負極室と連通し負極活物質を送受する負極活物質容器を備えるものとするのが好ましい。負極活物質の大部分をこの負極活物質容器に収納し、容器形状体の負極室内に収納されている負極活物質の量を少なくするのが好ましい。負極活物質容器を用いることにより、大部分の負極活物質と正極活物質を互いに遠ざけることができ、安全性が増す。また、負極活物質容器に多量の負極活物質を収納することもできるため、電池容量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１のナトリウム硫黄電池の縦断面図である。
【図２】実施例２のナトリウム硫黄電池の縦断面図である。
【図３】逆止弁の断面図である。
【図４】実施例３のナトリウム硫黄電池の縦断面図である。
【図５】固体電解質で形成された第２筒状体を用いたナトリウム硫黄電池の横断面図である。
【図６】固体電解質で形成された第３筒状体を用いたナトリウム硫黄電池の横断面図である。
【図７】固体電解質で形成された第４筒状体を用いたナトリウム硫黄電池の横断面図である。
【図８】実施例４のナトリウム硫黄電池の縦断面図である。
【図９】実施例５のナトリウム硫黄電池の縦断面図である。
【図１０】実施例６のナトリウム硫黄電池の要部側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施態様の説明）
以下、本発明の二次電池の実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
【実施例１】
【００２８】
本発明の実施例１のナトリウム硫黄電池１の縦断面図を図１に、また逆止弁の断面図を図３に示す。このナトリウム硫黄電池１は、金属製の有底円筒状の正極容器１１と、正極容器１１の内側に配設された有底円筒状でβアルミナから作られる固体電解質管１５と、固体電解質管１５の内側に配設された底部に小孔１２が設けられた有底円筒状の負極容器１３と、正極容器１１の下端に一体的に配設された金属製の有底円筒状の補助容器１０と、軸方向に延びる金属製の供給管２０及び回収管２１とを主な構成部分としている。ここで補助容器１０は本発明の正極活物質容器を構成する。
そして、正極容器11の内周面側と固体電解質間15の外周面側によって区画され、下記するように密閉空間として形成される正極室１８内に溶融硫黄１６が収納され、負極容器１３内に溶融ナトリウム１４が収納される。また、補助容器１０と正極容器１１の底部によって密閉空間として形成される補助室１７内には溶融硫黄１６が一部収納されている。
供給管２０は、正極容器１１の底部を貫通し、その貫通した部分で溶接され正極室１８と補助室１７を連通し、一方の端部は補助室１７の下部に配設され、他方の端部は、正極室１８の下部に配設されている。そして、図３に示すように、供給管２０の内部に、溶融硫黄１６が補助室１７の下部から正極室１８の下部へ流れる方向を一方方向とする逆止弁２０１が設けられ、補助室１７の下部と正極室１８の下部はそれぞれ供給管２０の入口と出口となる。
回収管２１は、正極容器１１の底部を貫通し、その貫通した部分で溶接され正極室１８と補助室１７を連通し、一方の端部は正極室１８の上部に配設され、他方の端部は、補助室１７の上部に配設されている。そして、回収管２１の内部に、溶融硫黄１６が正極室１８の上部から補助室１７の下部へ流れる方向を一方方向とする逆止弁２１１が設けられ、正極室１８の上部と補助室１７の上部はそれぞれ回収管２１の入口と出口となる。なお、逆止弁２１１は、図３で示すものと同様のものである。
正極容器１１と固体電解質管１５とは、絶縁リング２２及び正極金具２３を介して結合されている。これにより、正極室１８は密閉空間となる。また絶縁リング２２の上端面には負極金具２４が接合され、この負極金具２４に負極蓋２５が溶接固定されている。正極容器１１の外周上部と負極蓋２５の上面には、それぞれ正極端子２６と負極端子２７が設けられている。また、負極容器１３の外側で、固体電解質管１５の内側に、有底筒状の安全管２８が備えられている。
このナトリウム硫黄電池１は、放電時には、負極容器１３内の溶融ナトリウム１４が小孔１２を通じて安全管２８内に供給され、供給された溶融ナトリウム１４により安全管２８が満たされ、さらに固体電解質管１５と安全管２８との間に形成される負極室１９内に供給される。そして負極室１９内の溶融ナトリウム１４がナトリウムイオンとなり、固体電解質管１５を透過して正極室１８内に移動し、溶融硫黄１６と接触反応して放電し、硫化ナトリウムを生成する。充電時には、正極室１８内の硫化ナトリウムが分解してナトリウムイオンと溶融硫黄１６になり、ナトリウムイオンが固体電解質管１５を透過して負極室１９内に移動して溶融ナトリウム１４を生成し、負極容器１３に戻される。
このように、放電時には、イオン化された溶融ナトリウム１４が負極室１９から正極室１８へ移動して、正極室１８内には硫化ナトリウムの量が増加するため、正極室１８内の液面が次第に上昇する。従って、密閉空間である正極室１８内の圧力が徐々に高くなる。そのため、補助室１７側の圧力よりも正極室１８側の圧力が高くなり、その圧力差によって回収管２１内の逆止弁２１１が開かれる。その後、回収管２１を通って、溶融硫黄１６が正極室１８から補助室１７へ移動する。このとき、供給管２０内の逆止弁２０１は、溶融硫黄１６が正極室１８から補助室１７へ流れる方向には開かないため、供給管２０を通って、溶融硫黄１６が移動することはない。
一方、充電時には、イオン化された溶融ナトリウム１４が正極室１８から負極室１９へ移動するため、正極室１８内には多硫化ナトリウムの量が減少して、正極室１８内の液面が次第に下がる。従って、密閉空間である正極室１８内の圧力が徐々に低くなる。また、放電時の反応により、正極室１８から移動した溶融硫黄１６により補助室１７内の液面が上昇しているから、同じく密閉空間である補助室１７内の圧力は高くなっている。そのため、正極室１８側の圧力よりも補助室１７側の圧力が高くなり、その圧力差によって供給管２０内の逆止弁２０１が開かれる。その後、供給管２０を通って、溶融硫黄１６が補助室１７から正極室１８へ移動する。このとき、回収管２１内の逆止弁２１１は、溶融硫黄１６が補助室１７から正極室１８へ流れる方向には開かないため、回収管２１を通って、溶融硫黄１６が移動することはない。
このように溶融硫黄１６が循環移動するので、多硫化ナトリウムが正極室１８の下部に集中して溜まる現象を抑えることができる。また、溶融硫黄１６は、一方方向に循環移動するため、正極室１８内の溶融硫黄１６の濃度をほぼ均一に保つことができる。従って、活物質を効率的に利用することが可能となり、電池性能を向上させることができる。
【実施例２】
【００２９】
本発明の実施例２のナトリウム硫黄電池２の縦断面図を図２に示す。このナトリウム硫黄電池２は、金属製の筒状の保護缶３１と、この保護缶３１の空間内の上部に、ガラス繊維マットで形成される絶縁体３２を介して保持されたナトリウム容器３３と、保護缶３１の空間内の下部に保持された筒状でβアルミナから作られる筒状体３５と、保護缶３１の下端に一体的に配設された金属製の有底筒状の補助容器３０と、軸方向に延びる金属製の供給管４０及び回収管４１とを主な構成部分としている。補助容器３０が本発明の正極活物質容器を構成する。
そして、筒状体３５は肉厚の筒状で、軸孔に当たる内部空間が正極室１８となる。この筒状体３５の内周面に沿い僅かな間隙を隔てて軸方向に延びる細孔状の負極室４９が周方向に間隔を隔て多数形成されている。正極室４８は、下記するように密閉空間として形成され室内には溶融硫黄１６が収納される。また、ナトリウム容器３３内には溶融ナトリウム１４が収納され、補助容器３０と保護缶３１の底部である底蓋３１１によって密閉空間として形成される正極室１８内には溶融硫黄１６が一部収納されている。
供給管４０は、底蓋３１１を貫通し、その貫通した部分で溶接され正極室１８と補助容器３０内を連通し、一方の端部は補助容器３０内の下部に配設され、他方の端部は、正極室１８の下部に配設されている。そして、供給管４０の内部に、溶融硫黄１６が補助容器３０内の下部から正極室４８の下部へ流れる方向を一方方向とする逆止弁４０１が設けられ、補助容器３０内の下部と正極室１８の下部はそれぞれ供給管４０の入口と出口となる。
回収管４１は、底蓋３１１を貫通し、その貫通した部分で溶接され正極室１８と補助容器３０内とを連通し、一方の端部は正極室１８の上部に配設され、他方の端部は、補助容器３０内の上部に配設されている。そして、回収管４１の内部に、溶融硫黄１６が正極室１８の上部から補助容器３０内の下部へ流れる方向を一方方向とする逆止弁４１１が設けられ、正極室１８の上部と補助容器３０内の上部はそれぞれ回収管４１の入口と出口となる。
筒状体３５の上端面には、αアルミナで形成される上蓋３５１がガラス接着材等で一体的に接合固定される。この上蓋３５１は、その下面にリング状の溝を持ち、この溝の開口面が筒状体３５の上端面で閉じられてリング状通路３５２となる。このリング状通路３５２には、筒状体３５の全ての負極室４９の上端開口と連通する。この上蓋３５１の上面からリング状通路３５２に延びる垂直通路３５３をもつ。筒状体３５の下端面には、αアルミナで形成された封止リング３５５がガラス接着材等で一体的に接合固定される。
上蓋３５１の上にナトリウム容器３３が配置される。ナトリウム容器３３の底には貫通孔が形成されており、この貫通孔とこの貫通孔と共穴となる垂直通路３５３とに、軸孔を持つ金属製の接続管３５４が挿着接合される。ナトリウム容器３３には溶融ナトリウム１４が保持され、溶融ナトリウム１４は、接続管３５４の軸孔、垂直通路３５３、リング状通路３５２を通り、全ての負極室４９に流入し、負極室４９を満たすことになる。
また、筒状体３５の外周面と保護缶３１の内周面との間には、炭素繊維マットからなる付勢部材３７が厚さ方向に圧縮された状態で、保護缶３１に納められる。
筒状体３５に形成された正極室１８には溶融硫黄１６が含浸された炭素繊維集積体からなる集電体３８が挿着される。さらにこの集電体３８中心部分に金属製の回収管４１が位置し、陽極として働く。
正極室１８の底には、金属製の底蓋３１１が筒状体３５の下端面にガラス接着材で接合される。以上により正極室１８は密閉空間として形成される。
なお、底蓋３１１は保護缶３１の側周部に溶接され保護缶３１の底部分となる。また、ナトリウム容器３３には負極端子３７が接合され、その上側部分は保護缶３１の通し穴を通って上方に突出している。さらに保護缶３１の上側には正極端子３６が接合されている。
このナトリウム硫黄電池２は、放電時に負極室４９内の溶融ナトリウム１４がナトリウムイオンとなり筒状体３５の固体電解質の隔壁となる部分を透過して正極室１８に移動し、溶融硫黄１６と接触反応して放電し、硫化ナトリウムを生成する。放電により負極室４９から正極室１８に移動した同じ量の溶融ナトリウム１４はナトリウム容器１３に収納されている溶融ナトリウム１４から補充される。従って、放電時にはナトリウム容器３３内の溶融ナトリウム１４が減り、正極室１８内の硫化ナトリウムが増加することになる。
充電時には、正極室１８内の硫化ナトリウムが分解してナトリウムイオンと溶融硫黄１６になり、ナトリウムイオンが筒状体３５の固体電解質の隔壁となる部分を透過して負極室４９に移動して溶融ナトリウム１４を生成し、ナトリウム容器３３内に戻る。
実施例１と同様に、充放電時の正極室１８と補助容器３０内の圧力差により、回収管４１及び供給管４０を通って、溶融硫黄１６が正極室１８内と補助容器３０内を循環移動する。このような溶融硫黄１６の循環移動によって、多硫化ナトリウムが正極室１８の下部に集中して溜まる現象を抑えることができる。また、溶融硫黄１６は、一方方向に循環移動するため、正極室１８内の溶融硫黄１６の濃度をほぼ均一に保つことができる。従って、活物質を効率的に利用することが可能となり、電池性能を向上させることができる。  
【実施例３】
【００３０】
本発明の実施例３のナトリウム硫黄電池１の縦断面図を図４に示す。このナトリウム硫黄電池１は、金属製の筒状の保護缶１１と、この保護缶１１の空間内の上部に、ガラス繊維マットで形成される絶縁体１２を介して保持されたナトリウム容器１３と、保護缶１１の空間内の下部に保持された筒状でβアルミナから作られる筒状体１５と、保護缶１１の下端に一体的に配設された金属製の有底筒状の硫黄容器３０と、金属製の供給管１００及び回収管１１０と、保護缶１１の外側に配設され供給管１００を介して溶融硫黄１６を供給するポンプ１２０と、ポンプ１２０に接続されポンプ１２０の駆動を制御する制御装置１３０と、を主な構成部分としている。
そして、筒状体１５は肉厚の筒状で、軸孔に当たる内部空間が正極室１８となる。この筒状体１５の内周面に沿い僅かな間隙を隔てて軸方向に延びる細孔状の負極室１９が周方向に間隔を隔て多数形成されている。正極室１８は、下記するように密閉空間として形成され室内には溶融硫黄１６が収納される。また、ナトリウム容器１３内には溶融ナトリウム１４が収納され、硫黄容器３０内には溶融硫黄１６が一部収納されている。
供給管１００は、硫黄容器１６とポンプ１２０を繋ぐ第１供給管部１０１と、ポンプ１２０と正極室１８を繋ぐ第２供給管部１０２とから構成される。第１供給管部１０１は、入口が硫黄容器３０の下部に配設され、保護缶１１の側面を貫通し、その貫通した部分で溶接されその先でポンプ１２０と連通される。第２供給管部１０２は、出口が正極室１８の下部に配設され、底蓋１１１を貫通し、その貫通した部分で溶接され、さらに、保護缶１１の側面を貫通し、その貫通した部分で溶接されその先でポンプ１２０と連通される。
回収管１１０は、底蓋１１１を貫通し、その貫通した部分で溶接され正極室１８と硫黄容器３０を連通し、入口が正極室１８の上部に配設され、出口が硫黄容器３０の上部に配設されている。筒状体１５の上端面には、αアルミナで形成される上蓋１５１がガラス接着材等で一体的に接合固定される。この上蓋１５１は、その下面にリング状の溝を持ち、この溝の開口面が筒状体１５の上端面で閉じられてリング状通路１５２となる。このリング状通路１５２には、筒状体１５の全ての負極室１９の上端開口と連通する。この上蓋１５１の上面からリング状通路１５２に延びる垂直通路１５３をもつ。
筒状体１５の下端面には、αアルミナで形成された封止リング１５５がガラス接着材等で一体的に接合固定される。上蓋１５１の上にナトリウム容器１３が配置される。ナトリウム容器１３の底には貫通孔が形成されており、この貫通孔とこの貫通孔と共穴となる垂直通路１５３とに、軸孔を
持つ金属製の接続管１５４が挿着接合される。ナトリウム容器１３には溶融ナトリウム１４が保持され、溶融ナトリウム１４は、接続管１５４の軸孔、垂直通路１５３、リング状通路１５２を通り、全ての負極室１９に流入し、負極室１９を満たすことになる。
また、筒状体１５の外周面と保護缶１１の内周面との間には、炭素繊維マットからなる付勢部材１７が厚さ方向に圧縮された状態で、保護缶１１に納められる。
筒状体１５に形成された正極室１８には溶融硫黄１６が含浸された炭素繊維集積体からなる集電体２０が挿着される。さらにこの集電体２０中心部分に金属製の回収管１１０が位置し、陽極として働く。
正極室１８の底には、金属製の底蓋１１１が筒状体１５の下端面にガラス接着材で接合される。以上により正極室１８は密閉空間として形成される。なお、底蓋１１１は保護缶１１の側周部に溶接され保護缶１１の底部となる。また、ナトリウム容器１３には負極端子２２が接合され、その上側部分は保護缶１１の通し穴を通って上方に突出している。さらに保護缶１１の上側には正極端子２３が接合されている。
このナトリウム硫黄電池１は、放電時に負極室１９内の溶融ナトリウム１４がナトリウムイオンとなり筒状体１５の固体電解質の隔壁となる部分を透過して正極室１８に移動し、溶融硫黄１６と接触反応して放電し、硫化ナトリウムを生成する。放電により負極室１９から正極室１８に移動した同じ量の溶融ナトリウム１４はナトリウム容器１３に収納されている溶融ナトリウム１４から補充される。従って、放電時にはナトリウム容器１３内の溶融ナトリウム１４が減り、正極室１８内の硫化ナトリウムが増加することになる。
充電時には、正極室１８内の硫化ナトリウムが分解してナトリウムイオンと溶融硫黄１６になり、ナトリウムイオンが筒状体１５の固体電解質の隔壁となる部分を透過して負極室１９に移動して溶融ナトリウム１４を生成し、ナトリウム容器１３内に戻る。
本実施例では、以上のような充放電反応時において、硫黄容器３０からポンプ１２０によって第１供給管部１０１の入口から吸い上げられた溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムは供給管１００を経由して、第２供給管部１０２の出口から正極室１８に送られる。そして、正極室１８内に充満した溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムは、回収管１１０の入口から回収管１１０を経由して、回収管１１０の出口から硫黄容器３０に移動する。
放電時では、硫黄容器３０から溶融硫黄１６が正極室１８に送られ、ナトリウムイオンとの反応に供される。一方、生成された硫化ナトリウムは硫黄容器３０に移動する。充電時には、硫黄容器３０から硫化ナトリウムが正極室１８に送られ、分解して溶融硫黄１６となる。一方、生成された溶融硫黄１６は硫黄容器３０に移動する。
制御装置１３０は、電池の充放電反応に応じて、ポンプの稼動状態を制御し、溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムが移動する量や速度を調節する。
以上のように本実施例では、大きな電池容量を確保しつつ大きな出力が得られ、電池性能を向上させることができる。
なお、実施例３で用いられる固体電解質からなる筒状体の形状は、上記したものに限られるものではなく、例えば、図５に示すような３個の正極室２８を有する第２筒状体２５を用いることもできる。なお、図５はこの第２筒状体２５を用いたナトリウム硫黄電池の横断面図である。
第２筒状体２５は、筒状体１５と同様に、外周形状が円形の軸方向に延びる柱形状である。第２筒状体２５は、金属製の筒状の保護缶１１に収納され、第２筒状体２５の外周面と保護缶１１の内周面との間に付勢部材１７が配置される。
第２筒状体２５の内部には、図５に示すように、軸方向に平行する３個の正極室２８が形成されている。正極室２８は、断面円形状の軸方向に延びる孔状である。そして、３個の正極室２８の壁面に沿いかつこの壁面より僅かな間隙を隔てて負極室２９が周方向に等間隔で多数形成されている。負極室２９は、軸方向に延びる細孔状である。
第２筒状体２５をこのような形状とすることで、正極室２８の数が増え、正極室２８と負極室２９とが間隙を隔てて接する面積はより広くなる。すなわち固体電解質の隔壁となる面積を広くとることができ、単位時間当たりより多くのナトリウムイオンが電解質を透過して反応することができ電池の出力が向上する。一方、第２筒状体２５をこのような形状にしたことで、正極室２８に収納される溶融硫黄１６の量は減ることになる。しかし、本発明は、硫黄容器３０内に多量の溶融硫黄１６を収納しておくことができるため、ポンプ１２０を駆動させることにより供給管１００を介してそれぞれの正極室２８内に溶融硫黄１６を連続的に供給することができるから、電池容量を低下させることなく、高出力の電池を実現することができる。
さらに、図６に示すような７個の正極室３８を有する第３筒状体３５を用いることができる。なお、図３はこの第３筒状体３５を用いたナトリウム硫黄電池の横断面図である。
第３筒状体３５は、筒状体１５と同様に、外周形状が円形の軸方向に延びる柱形状である。第３筒状体３５は、金属製の筒状の保護缶１１に収納され、第３筒状体３５の外周面と保護缶１１の内周面との間に付勢部材１７が配置される。
第３筒状体３５の内部には、図６に示すように、軸方向に平行する７個の正極室３８が形成されている。正極室３８は、断面円形状の軸方向に延びる孔状である。そして、７個の正極室３８の壁面に沿いかつこの壁面より僅かな間隙を隔てて負極室３９が周方向に等間隔で多数形成されている。負極室３９は、軸方向に延びる細孔状である。
第３筒状体３５をこのような形状とすることで、正極室３８に収納される溶融硫黄１６の量はさらに減ることになるが、正極室３８の数がさらに増えているため、固体電解質の隔壁となる面積を広くとることができる。従って、この場合には、本発明はより好適に用いられ、電池容量を低下させることなく、高出力の電池を実現することができる。
さらに、図７に示すような４個の正極室６８を有する第４筒状体６５を用いることができる。なお、図７はこの第４筒状体６５を用いたナトリウム硫黄電池の横断面図である。
第４筒状体６５は、図７に示すように、外周形状が四角形の軸方向に延びる柱形状である。第４筒状体６５は、外周形状が四角形状である金属製の筒状の保護缶６１に収納され、第４筒状体６５の外周面と保護缶６１の内周面との間に付勢部材６７が配置される。
第４筒状体６５の内部には、軸方向に平行する４個の正極室６８が第４筒状体６５と同じ形状位置で形成されている。正極室６８は、断面四角形状の軸方向に延びる孔状である。そして、４個の正極室６８の壁面に沿いかつこの壁面より僅かな間隙を隔てて負極室６９が一定の間隔で連続的に形成されている。負極室６９は、断面矩形状の軸方向に延びる孔状である。
第４筒状体６５をこのような形状とすることで、一定の空間に有効に正極室６８及び負極室６９を形成することができる。
従って、この場合にも、本発明はより好適に用いられ、電池容量を低下させることなく高出力の電池を実現することができる。
【実施例４】
【００３１】
本発明の実施例４のナトリウム硫黄電池２の縦断面図を図８に示す。このナトリウム硫黄電池２は、金属製の有底円筒状の正極容器４１と、正極容器４１の内側に配設された有底円筒状でβアルミナから作られる固体電解質管４４と、固体電解質管４４の内側に配設された底部に小孔４２が設けられた有底円筒状の負極容器４３と、正極容器４１の上端に配設された金属製の略有底円筒状のナトリウム容器５７と、正極容器４１の下端に一体的に配設された金属製の有底円筒状の硫黄容器３１と、金属製の供給管２００及び回収管２１０と、硫黄容器３１の外側に配設され供給管２００を介して溶融硫黄を供給するポンプ２２０と、ポンプ２２０に接続されポンプ２２０の駆動を制御する制御装置２３０と、を主な構成部分としている。
そして、正極容器４１の内周面側と固体電解質管４４の外周面側によって区画され、下記するように密閉空間として形成される正極室４８内に溶融硫黄１６が収納されている。負極容器４３内には溶融ナトリウム１４が収納され、さらに負極容器４３の上部に位置するナトリウム容器５７に溶融ナトリウム１４が収納されている。また、硫黄容器３１内には溶融硫黄１６が一部収納されている。
供給管２００は、硫黄容器３１とポンプ２２０を繋ぐ第１供給管部２０１と、ポンプ２２０と正極室４８を繋ぐ第２供給管部２０２とから構成される。第１供給管部２０１は、入口が硫黄容器３１の下部に配設され、硫黄容器３１の側面を貫通し、その貫通した部分で溶接されその先でポンプ２２０と連通される。第２供給管部２０２は、出口が正極室４８の下部に配設され、正極容器４２の底部を貫通し、その貫通した部分で溶接され、さらに、硫黄容器３１の側面を貫通し、その貫通した部分で溶接されその先でポンプ２２０と連通される。
回収管２１０は、正極容器４１の底部を貫通し、その貫通した部分で溶接され正極室４８と硫黄容器３１を連通し、入口が正極室４８の上部に配設され、出口が硫黄容器３１の上部に配設されている。正極容器４１と固体電解質管４４とは、第１絶縁リング４６及び正極金具５０を介して結合されている。これにより、正極室４８は密閉空間となる。また第１絶縁リング４６の上端面には負極金具５１が接合され、この負極金具５１に負極蓋５２が溶接固定されている。さらに負極蓋５２の上端面にはナトリウム容器５７が接合され、ナトリウム容器５７の底部から負極蓋５２及び負極容器４３の上端面を貫通してその貫通した部分で溶接される金属製の連通管６０が設けられている。金属製の連通管６０はナトリウム容器５７と負極容器４３を連通し、内部を溶融ナトリウム１４が移動する。ナトリウム容器５７と正極容器４１とは、第２絶縁リング４７を介して結合されている。
正極容器４１の上部外周側面とナトリウム容器５７の上面には、それぞれ正極端子５３と負極端子５４が設けられている。また、負極容器４３の外側で、固体電解質管４４の内側に、有底筒状の安全管５６が備えられている。
このナトリウム硫黄電池２は、放電時には、負極容器４３内の溶融ナトリウム１４が小孔４２を通じて安全管５６内に供給され、供給された溶融ナトリウム１４により安全管５６が満たされ、さらに固体電解質管４４と安全管５６との間に形成される負極室４９内に供給される。そして負極室４９内の溶融ナトリウム１４がナトリウムイオンとなり、固体電解質管４４を透過して正極室４８内に移動し、溶融硫黄１６と接触反応して放電し、硫化ナトリウムを生成する。そして、負極室４９内の反応に供され減少した分の溶融ナトリウム１４は、金属製の連通管６０を通じてナトリウム容器５７から補充され、さらに反応に供される。充電時には、正極室４８内の硫化ナトリウムが分解してナトリウムイオンと溶融硫黄１６になり、ナトリウムイオンが固体電解質管４４を透過して負極室４９内に移動して溶融ナトリウム１４を生成し、負極容器４３及びナトリウム容器５７に戻される。
本実施例では、以上のような充放電反応時において、硫黄容器３１からポンプ２２０によって第１供給管部２０１の入口から吸い上げられた溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムは供給管２００を経由して、第２供給管部２０２の出口から正極室４８に送られる。そして、正極室４８内に充満した溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムは、回収管２１０の入口から回収管２１０を経由して、回収管２１０の出口から硫黄容器３１に移動する。
また、制御装置２３０は、電池の充放電反応に応じて、ポンプの稼動状態を制御し、溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムが移動する量や速度を調節する。従って、本実施例では、大きな電池容量を確保しつつ大きな出力が得られ、電池性能を向上させることができる。
【実施例５】
【００３２】
本発明の実施例５のナトリウム硫黄電池３の縦断面図を図９に、ナトリウム硫黄電池３の要部側面断面図を図１０に示す。
このナトリウム硫黄電池３は、金属製の箱状の保護缶７１と、保護缶７１の空間内に保持されたβアルミナから作られる板状体７５と、保護缶７１と分離独立して設けられたナトリウム容器７３と、ナトリウム容器７３と保護缶７１とを連通する金属製の連通管７４と、保護缶７１と分離独立して設けられた硫黄容器３２と、硫黄容器３２と保護缶７１とを連通する金属製の供給管３００及び回収管３１０と、硫黄容器３２の外側に配設され供給管３００を介して溶融硫黄１６を供給するポンプ３２０と、ポンプ３２０に接続されポンプ３２０の駆動を制御する制御装置３３０と、を主な構成部分としている。
そして、保護缶７１の内周面側と板状体７５の外周面側により形成される内部空間が正極室７８となる。この板状体７５は、板状の上端面の厚さ方向の中央から下方に複数の独立した細孔状の負極室７９が間隔を隔て形成されている。正極室７８は、下記するように密閉空間として形成され室内には溶融硫黄１６が収納される。また、ナトリウム容器７３内には溶融ナトリウム１４が収納され、硫黄容器３２内には溶融硫黄１６が一部収納されている。
供給管３００は、硫黄容器３２とポンプ３２０を繋ぐ第１供給管部３０１と、ポンプ３２０と正極室を繋ぐ第２供給管部３０２とから構成される。第１供給管部３０１は、入口が硫黄容器３２の下部に配設され、硫黄容器３２の側面を貫通し、その貫通した部分で溶接されその先でポンプ３２０と連通される。第２供給管部３０２は、出口が正極室７８の下部に配設され、保護缶７１の底部を貫通し、その貫通した部分で溶接され、さらに、保護缶７１の側面を貫通し、その貫通した部分で溶接されその先でポンプ３２０と連通される。
回収管３１０は、保護缶７１の底部を貫通し、その貫通した部分で溶接され正極室７８と硫黄容器３２を連通し、入口が正極室７８の上部に配設され、出口が硫黄容器３２の上部に配設されている。
板状体７５の上端面には、αアルミナで形成される上蓋３５１がガラス接着材等で一体的に接合固定され、細孔状の負極室７９を結ぶ通路７２が形成されている。上蓋３５１の上部には、分離してナトリウム容器７３が配置される。金属製の連通管７４は、ナトリウム容器７３の下端面と上蓋３５１の上端面をそれぞれ貫通し、その貫通した部分で溶接されている。ナトリウム容器７３には溶融ナトリウム１４が保持され、溶融ナトリウム１４は、連通管７４、通路７２を通り、全ての負極室７９に流入し、負極室７９を満たすことになる。
板状体７５の外周に形成された正極室７８には硫黄１６が含浸された炭素繊維集積体からなる集電体８０が挿着される。
保護缶７１の上端は、板状体７５の上端と接合され、これにより正極室７８は密閉空間となる。
なお、ナトリウム容器７３の上端面には負極端子８１が接合され、さらに保護缶７１の上部外周側面には正極端子８２が接合されている。
このナトリウム硫黄電池３は、放電時に負極室７８内の溶融ナトリウム１４がナトリウムイオンとなり板状体７５の固体電解質の隔壁となる部分を透過して正極室７８に移動し、溶融硫黄１６と接触反応して放電し、硫化ナトリウムを生成する。放電により負極室７９から正極室７８に移動した同じ量の溶融ナトリウム１４はナトリウム容器７３に収納されている溶融ナトリウム１４から補充される。
充電時には、正極室７８内の硫化ナトリウムが分解してナトリウムイオンと溶融硫黄１６になり、ナトリウムイオンが板状体７５の固体電解質の隔壁となる部分を透過して負極室７９に移動して溶融ナトリウム１４を生成し、ナトリウム容器７３内に戻る。
本実施例では、以上のような充放電反応時において、硫黄容器３２からポンプ３２０によって第１供給管部３０１の入口から吸い上げられた溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムは供給管３００を経由して、第２供給管部３０２の出口から正極室７８に送られる。そして、正極室７８内に充満した溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムは、回収管３１０の入口から回収管３１０を経由して、回収管３１０の出口から硫黄容器３２に移動する。
また、制御装置３３０は、電池の充放電反応に応じて、ポンプの稼動状態を制御し、溶融硫黄１６又は硫化ナトリウムが移動する量や速度を調節する。
また、本実施例のナトリウム硫黄電池３では、電池反応に供される溶融ナトリウム１４及び溶融硫黄１６の大部分は、それぞれナトリウム容器７３及び硫黄容器３２に収納され、実際に電池反応が行われる保護缶７１の内部では、その都度、反応に供される溶融ナトリウム１４と溶融硫黄１６しか収納されていない。すなわち、活物質を収納するスペースと活物質が反応するスペースを分離独立して設けている。このように機能分化をすることによって、安全性の高いナトリウム硫黄電池を実現することができかつ、大きな電池容量を確保しつつ大きな出力が得られ、電池性能を向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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