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

2026年7月10日2026年8月8日

電験3種機械科目電気化学令和4年度上期 A問題12 300℃で動く大型電池！NAS電池の中身は？

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 問題文 — 令和4年度上期機械科目 A問題12 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「令和4年度上期第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題12

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

	（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

(ア) なぜ約300 ℃ という高温なのか

ナトリウムも硫黄も、常温では固体——溶かさないと反応が進みません。

物質	融点	300 ℃ での状態
ナトリウム Na	約98 ℃	★液体
硫黄 S	約115 ℃	★液体
ベータアルミナ	固体のまま	★高温ほどイオンが通りやすい

両極とも液体、電解質だけが固体——ふつうの電池と正反対です。だから「固体電解物質」と問題文にあります。

もう1つの理由は、ベータアルミナのイオン導電性——常温ではナトリウムイオンがほとんど通れません。300 ℃ に上げて初めて実用的な電流が流せるのです。

だから運転を止められない——ヒータで保温し続ける必要があるということ。大規模な設備に限られる理由でもあります。

NAS電池の負極ナトリウム、ベータアルミナ、正極硫黄と放電経路の図 — 放電時、Na⁺は固体電解質を、電子は外部回路を負極側から正極側へ移動します

(イ)(ウ) ナトリウムが負極、硫黄が正極

ナトリウムは非常にイオン化しやすい金属——電子を放出する側、つまり負極になります。

\( \text{負極}:\ 2\mathrm{Na}\rightarrow 2\mathrm{Na^+}+2e^- \)

放電時
★酸化

\( \text{正極}:\ x\mathrm{S}+2\mathrm{Na^+}+2e^-\rightarrow \mathrm{Na_2S}_x \)

放電時
★還元

Na⁺ はベータアルミナを通って正極側へ——電子は外部回路を通る。合流して多硫化ナトリウムができるという反応です。

イオン化傾向を思い出せば、ナトリウムが負極だと分かります——アルカリ金属は最もイオン化しやすいグループ。硫黄は非金属なので電子を受け取る側です。

(エ) ベータアルミナの役割

ナトリウムイオンだけを通す固体電解質——イオン交換膜と同じ働きをします。

同時に、液体のナトリウムと硫黄を隔てる壁でもあります——直接触れると激しく反応してしまうからです。1つの部品が2役をこなしていることになります。

「多孔質ポリマー」という選択肢はリチウムイオン電池のセパレータ——300 ℃ では溶けてしまいます。高温という条件から、材料が絞られるのです。

NAS電池問題の5つの空欄と正解4を示す解答図 — 高温、負、正、ベータアルミナ、1.7～2.1Vの組合せで正解は(4)

答え正解は (4)——(ア)高温　(イ)負　(ウ)正　(エ)ベータアルミナ　(オ)1.7〜2.1 です。

⚠️ よくある間違い
(イ)(ウ)を逆にしてしまう——選択肢(1)(2)(3)が「正極ナトリウム、負極硫黄」です。
金属が負極、非金属が正極——イオン化傾向で判断できます。金属は電子を出してイオンになりたがるのです。
(ア)が「高温」だと分かれば(1)(4)に絞れる——あとは(イ)を見るだけ。2手で確定します。
(オ)の1.2〜1.5 V はニッケル系の値——NAS電池は約2 V です。「鉛蓄電池に比べて」という比較が問題文にあるので、近い電圧だと見当がつきます。

大規模電力貯蔵という用途

NAS電池は「大規模な電力貯蔵用」——携帯機器には使えません。その理由と役割を見ておきましょう。

貯蔵方式	規模	特徴
揚水発電	★最大（GW級）	地形が必要
★NAS電池	MW級	★設置場所を選ばない・長時間放電
リチウムイオン	MW級	高価だが応答が速い
レドックスフロー	MW級	電解液タンクで容量を決められる