電気化学6【電験3種 機械】ナトリウム－硫黄電池（NAS電池）の構造と特徴の穴埋め問題！令和4年度上期 A問題12 完全解説

今回は令和4年度上期 機械科目 A問題12を解説します。大規模な電力貯蔵用二次電池であるナトリウム－硫黄電池（NAS電池）の動作温度・極性・電解質・起電力に関する空所補充問題です。

NAS電池はナトリウムと硫黄を液体化させて動作させるため約300℃の高温状態で使用され、負極にナトリウム、正極に硫黄、固体電解質にベータアルミナを用いる点、セル電圧は1.7〜2.1Vと低い点がポイントです。

令和4年度上期 機械科目 A問題12：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【電気化学】 令和4年度上期 A問題12

　次の文章は，ナトリウム－硫黄電池に関する記述である。

　大規模な電力貯蔵用の二次電池として，ナトリウム－硫黄電池がある。この電池は（ア）状態で使用されることが一般的である。（イ）極活性物質にナトリウム，（ウ）極活性物質に硫黄を使用し，仕切りとなる固体電解物質には，ナトリウムイオンだけを透過する特性がある（エ）を用いている。

　セル当たりの起電力は（オ）Vと低く，容量も小さいため，実際の電池では，多数のセルを直並列に接続して集合化し，モジュール電池としている。この電池は，鉛蓄電池に比べて単位質量当たりのエネルギー密度が3倍と高く，長寿命な二次電池である。

　上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）	（オ）
(1)	高温	正	負	多孔質ポリマー	1.2〜1.5
(2)	常温	正	負	ベータアルミナ	1.2〜1.5
(3)	低温	正	負	多孔質ポリマー	1.2〜1.5
(4)	高温	負	正	ベータアルミナ	1.7〜2.1
(5)	低温	負	正	多孔質ポリマー	1.7〜2.1

出題のポイント：NAS電池の極性とイオンの移動

NAS電池は、高温で溶融したナトリウムを負極、硫黄を正極に用いる二次電池です。放電時にはNa⁺がベータアルミナ固体電解質を負極側から正極側へ移動し、電子は外部回路を流れます。

ポイント解説：NAS電池の構造・温度・セル電圧

NAS電池はナトリウム（Na）と硫黄（S）を活物質とする大規模電力貯蔵用の二次電池です。ナトリウムや硫黄を液体状態にして反応させるため、約300℃という高温状態で運転される点が最大の特徴です。

負極活物質にナトリウム、正極活物質に硫黄を使用し、固体電解質にはナトリウムイオンだけを選択的に通すベータアルミナを用います。セル電圧は1.7〜2.1Vと低いため、多数のセルを直並列接続してモジュール化して使用します。

問題の解説：5つの空欄から正答を選ぶ

STEP1　（ア）動作状態を特定する

ナトリウムと硫黄を液体にして動作させるため、動作温度は約300℃の高温状態です。

STEP2　（イ）（ウ）正極・負極の活物質を特定する

負極活性物質はナトリウム（イ＝負）、正極活性物質は硫黄（ウ＝正）です。

STEP3　（エ）固体電解質の材質を特定する

ナトリウムイオンだけを透過する固体電解質にはベータアルミナを用います。

STEP4　（オ）セル電圧を特定する

セル当たりの起電力は1.7〜2.1Vと低く、鉛蓄電池に比べエネルギー密度が高いという特徴があります。

以上より（ア）高温（イ）負（ウ）正（エ）ベータアルミナ（オ）1.7〜2.1の組合せである(4)が正解です。

答え：(4)

まとめ

(ア)	高温
(イ)	負
(ウ)	正
(エ)	ベータアルミナ
(オ)	1.7〜2.1
答え	(4)

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