ナトリウム・硫黄電池のソースを表示

[[Image:NaS battery.png|250px|right|thumb|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)]]
'''ナトリウム・硫黄電池'''（ナトリウム・いおうでんち、{{lang-en-short|sodium-sulfur battery}}）とは、[[電極#電池|負極]]に[[ナトリウム]]を、[[電極#電池|正極]]に[[硫黄]]を、[[電解質]]に[[βアルミナ固体電解質|β-アルミナ]]を利用した高温作動型[[二次電池]]である。'''NAS電池'''（なすでんち）または'''NAS'''（なす）とも呼ばれる。特に大規模の[[電力貯蔵]]用に作られ、[[昼]][[夜]]の[[負荷]]平準や、[[風力発電]]と組み合わせ[[離島]]での安定した[[電力]]供給などに用いられる。ちなみに'''NAS電池'''は[[日本ガイシ]]の[[商標|登録商標]]である。

== 電池反応 ==
ナトリウム・硫黄電池は、[[減極剤|活物質]]であるナトリウムや硫黄を[[融解|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<ref name="METI_AIST">{{Cite web|和書|date=2008-08-08|url=http://www.itrco.jp/libraries/JSG2-6.pdf|title=系統安定化に向けた蓄電池技術の動向と課題|format=PDF|publisher=独立行政法人産業技術総合研究所 ユビキタスエネルギー研究部門 辰巳国昭|accessdate=2011-06-30}}</ref> - 350 [[セルシウス度|℃]]<ref name="KenDen">
{{Cite web|和書|date=2003-03|url=http://www.kendenkyo.or.jp/pdf/technology/141_basic.pdf|title=基礎講座「電気エネルギー 蓄積技術の現状と適要」|format=PDF|publisher=社団法人 建設電気技術協会|accessdate=2011-06-30}}</ref><ref>{{Cite journal|和書|author=野村栄一, 松井一真, 高嶋皓一郎, 飯島繁, 松尾康史 |title=電力貯蔵用1000ｋWナトリウム－硫黄電池の開発 |journal=電気化学および工業物理化学 |issn=0366-9297 |publisher=電気化学会 |year=1993 |volume=61 |issue=8 |pages=968-971 |naid=130007707346 |doi=10.5796/electrochemistry.61.968 |url=https://doi.org/10.5796/electrochemistry.61.968}}</ref>） で運転される。[[アノード|負極]]の溶融ナトリウムは、β-アルミナとの界面でNa<sup>+</sup>に酸化され電解質を通って[[カソード|正極]]に移動する。正極ではNa<sup>+</sup>が硫黄によって[[還元]]されて五硫化ナトリウム{{chem|(Na|2|S|5|)}}となる。電池反応（[[放電]]反応）は次の通り。
: 負極： <chem>2Na -> 2Na^+ \ + 2\mathit{e}^-</chem>
: 正極： <chem>5S\ + 2Na^+ \ + 2\mathit{e}^- -> Na2S5</chem>
: 全反応： <chem>2Na\ + 5S -> Na2S5</chem>
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、{{chem|Na|2|S|5}}は次第に、より高い[[原子価]]の硫黄の[[組成]](Na<sub>2</sub>S<sub>x</sub>,&nbsp;x=2~5)の[[多硫化物]]に[[転化]]していき、やがて[[二硫化物|二硫化ナトリウム]]({{chem|Na|2|S|2}})となる。ただし、{{chem|Na|2|S|2}}は内部[[電気抵抗|抵抗]]が高く[[充電]]特性が悪いため、通常は{{chem|Na|2|S|2}}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<ref name="METI_AIST"/>、自己放電が少ない<ref name="METI_AIST"/>、充放電の効率も高い<ref name="KenDen"/><ref name="METI_AIST"/>、[[大量生産|量産]]によるコストダウンも期待できる<ref name="METI_AIST"/>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<ref name="METI_AIST"/>）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<ref name="METI_AIST"/>)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<ref name="METI_AIST"/>。

[[火災]]事故を起こした場合、通常の[[水]]系の[[消火器|消火薬]]は金属ナトリウムと[[化学反応|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。<ref>{{Cite journal|author=日本ガイシ株式会社 NAS 技術部 　大坂 伸一郎|month=9|year=2015|title=コンテナ一体型ナトリウム・硫黄電池|url=http://www.khk-syoubou.or.jp/pdf/guide/magazine/163/contents/163_34.pdf|journal=Safety ＆ Tomorrow|volume=163|page=34-43}}</ref>

== 事故 ==
国内では今までに2件の火災事故が発生している。
[[2010年]]（[[平成]]22年）2月15日午前7時40分ごろ、日本ガイシが製造し、[[高岳製作所]]小山工場に設置されたNAS電池で火災が発生した<ref name="owabi">{{Cite web|和書|date=|url=http://www.ngk.co.jp/news/2010/20100218.html|title=2010年02月18日 NAS電池の火災発生のお知らせとお詫び|publisher=日本ガイシ株式会社|accessdate=2011-06-30}}</ref>が、納入品が特別[[仕様]]だったため、更なる安全性留意の上NAS電池の生産と販売を続けていた。

[[2011年]]（平成23年）9月21日午前7時20分ごろ、日本ガイシが製造し、[[三菱マテリアル]]筑波製作所に設置された東京電力所有のNAS電池で2例目となる火災事故が発生した<ref name="owabi2">{{Cite web|和書|date=|url=http://www.ngk.co.jp/news/2011/20110922.html|title=2011年09月22日 NAS電池の火災発生のお知らせとお詫び|publisher=日本ガイシ株式会社|accessdate=2011-09-22}}</ref>が、こちらは普及タイプの製品だったため急遽全納入先事業者に連絡を取り「NAS電池利用の蓄電システムの使用停止」を要請、代替システムを持たない事業者には「運転中の厳重監視」付きでの継続使用をやむをえず認めた。

第三者による事故調査委員会の火災原因究明報告と事故対策がまとまるまで、日本ガイシはNAS電池の生産を当分停止する事となったが、[[2012年]]（平成24年）6月から操業を再開した<ref>{{Cite web|和書| title= NAS電池の火災事故に関するご質問| publisher= 日本ガイシ株式会社| url= http://www.ngk.co.jp/announce/111031_nas.html| accessdate=2012-07-09}}</ref>

事故原因は、製造不良の単電池（セル）が[[溶融]]し、それが隣接する単電池 → [[モジュール]]全体 → 隣接するモジュールへと[[延焼]]していったことにあった<ref>{{Cite web|和書|date=2012-06-07 |url=http://www.ngk.co.jp/news/2012/20120607.html |title=NAS電池の火災事故の原因、安全強化対策と操業再開について |publisher=日本ガイシ株式会社 |accessdate=2013-08-06}}</ref>。

== 事業者 ==
[[日本ガイシ]]が製造し、日本ガイシと[[東京電力]]が販売している。近年の[[太陽光発電]]や[[風力発電]]の導入量拡大に伴い、生産量の増強を進めている<ref name="NGK20080728">{{Cite web|和書|date=2008-07-28|url=http://www.ngk.co.jp/news/2008/0728.html|title=NAS電池を年産150MWに増強|publisher=日本ガイシ株式会社|accessdate=2011-06-30}}</ref>。風力発電企業や大手電力事業者と共同で電力需給調整事業に参画する例も見られる<ref name="EETIMES20100210">{{Cite web|和書|date=2010-02-10|url=https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/1002/10/news115.html|title=日本ガイシ、NAS電池を用いた電力調整事業に参加|publisher=畑陽一郎，EE Times Japan|accessdate=2011-06-30}}</ref>。

== 脚注 ==
{{Reflist|2}}

== 関連項目 ==
* [[溶融塩電池]]

== 外部リンク ==
* [http://www.tepco.co.jp/solution/energy/battry-j.html 東京電力]
* [https://www.ngk.co.jp/index.html 日本ガイシ]の[https://www.ngk.co.jp/product/nas/index.html 製品情報]、[https://www.ngk.co.jp/product/nas/about/index.html#tab04 原理解説]
* {{Cite journal|和書|author=古田一人 |title=ナトリウム硫黄電池の技術動向 |journal=電気学会誌 |issn=1340-5551 |publisher=電気学会 |year=2014 |volume=134 |issue=11 |pages=754-757 |naid=130004705397 |doi=10.1541/ieejjournal.134.754 |url=https://doi.org/10.1541/ieejjournal.134.754}}
* {{Cite journal|和書|author=玉越富夫 |title=3．ナトリウム&mdash;硫黄(NAS)電池 |journal=電気化学および工業物理化学 |issn=1344-3542 |publisher=電気化学会 |year=2017 |volume=85 |issue=6 |pages=342-346 |naid=130007342844 |doi=10.5796/electrochemistry.85.342 |url=https://doi.org/10.5796/electrochemistry.85.342}}

{{ガルバニ電池}}
{{DEFAULTSORT:なとりうむいおうてんち}}
[[Category:二次電池]]
[[Category:日本ガイシ]]
[[Category:東京電力]]
[[Category:ナトリウム]]
[[Category:硫黄]]
[[Category:エネルギー貯蔵]]