ナトリウム・硫黄電池 ナトリウム・硫黄電池の概要

ウィキペディア

ナトリウム・硫黄電池

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/05/15 09:02 UTC 版)

ナトリウム・硫黄電池の断面模型図(NASA John Glenn Research Centerによる画像)

電池反応

ナトリウム・硫黄電池は、活物質であるナトリウムや硫黄を溶融状態に保ち、β-アルミナ電解質のイオン伝導性を高めるために高温（約300 - 350 ℃） で運転される。負極の溶融ナトリウムは、β-アルミナとの界面でNa⁺に酸化され電解質を通って正極に移動する。正極ではNa⁺が硫黄によって還元されて五硫化ナトリウム(Na₂S₅)となる。電池反応（放電反応）は次の通り。

負極： ${\ce {2Na->2Na^{+}\ +2{\mathit {e}}^{-}}}$

正極： ${\ce {5S\ +2Na^{+}\ +2{\mathit {e}}^{-}->Na2S5}}$

全反応： ${\ce {2Na\ + 5S -> Na2S5}}$

放電初期では上記の反応が進行するが、放電が進行して未反応の硫黄がすべて消費されると、Na₂S₅は次第に、より高い原子価の硫黄の組成(Na₂S_x, x=2~5)の多硫化物に転化していき、やがて二硫化ナトリウム(Na₂S₂)となる。ただし、Na₂S₂は内部抵抗が高く充電特性が悪いため、通常はNa₂S₂を生成しない範囲内で作動させる。充電反応は、上記放電反応の逆反応が進行する。

特徴と用途

長所

従来の鉛蓄電池に比べて体積・質量が3分の1程度とコンパクトなため、揚水発電と同様の機能を都市部などの需要地の近辺に設置できる。また出力変動の大きな風力発電・太陽光発電と組み合わせ出力を安定化させたり、需要家に設置して、割安な夜間電力の利用とともに、停電時の非常時電源を兼用できる。また構成材料が資源的に豊富かつ長寿命、自己放電が少ない、充放電の効率も高い、量産によるコストダウンも期待できるなどの長所を併せ持つ。

短所・課題等

常温では動作しないため、ヒーターによる加熱と放電時の発熱を用いて、作動温度域（300 ℃ 程度）に温度を維持する必要がある。充放電特性が比較的長い時間率(6 - 7時間)で設計されている。また現状では、一定期間内に満充電リセットの必要がある。

火災事故を起こした場合、通常の水系の消火薬は金属ナトリウムと反応してしまうため使用できない（乾燥砂等を用いる）。このため一般の消防では火災への即応が難しい。

劣化要因

内部抵抗増加（効率低下）の原因として単電池内容器の腐食、金属硫化物が挙げられる。

また容量低下の原因としてナトリウムと電池容器内表面の金属元素が一部溶出して分解しにくい化合物が生じることによる残量低下が挙げられる。

もっとも耐蝕性にすぐれた材料の使用、正極電極材の構造や充電方法の改善によって8000サイクル以上使用しても大きな性能劣化が無いことが確認されている。