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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine Technologie, die für einen geschickten
Lade-/Entladezyklus einer Sekundärbatterie als Stromerzeugungsvorrichtung sorgt.
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HINTERGRUNDBILDENDE TECHNIK
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Als
Separator einer als Stromerzeugungsvorrichtung verwendeten Sekundärbatterie
wird häufig ein solcher verwendet, der aus einem Material, beispielsweise
Papier, einer Glasmatte, einem aus einem Kunstharz mit Mikroporen
bestehenden Film, einem Vlies oder einer Keramik mit Mikroporen
hergestellt ist. Der Separator erfüllt elektrochemisch
erforderliche Bedingungen, beispielsweise die Genauigkeit eines
Intervalls zwischen einem Material für eine positive Elektrode
und ein Material für eine negative Elektrode, Diffusionsvermögen
eines Elektrolyten, Gasdurchlässigkeit, Ionenleitfähigkeit
und anderes.
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Indessen
bildet bei einer Sekundärbatterie Schnellladung eine wesentliche
Bedingung, und insbesondere ist Schnellladung einer Sekundärbatterie auf
Bleibasis eine Technologie, die betreffend die Zweckdienlichkeit
verschiedener vorhandener Vorrichtungen so bald wie möglich
realisiert werden sollte. Ferner gilt dies auch hinsichtlich einer
Sekundärbatterie auf Lithiumbasis (die nachfolgend als
LiB bezeichnet wird), mit hoher Energie.
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Jedoch
behindert das Auftreten eines Bleioxidfilm-artigen Präzipitats
(Sulfatbildung) einer PbB und ein dendritisches Lithiumpräzipitat
(Dendrit) einer LiB, wozu es durch einer Widerstandsverstärkung
in einer einem Schnellladen unterzogenen Batterie kommt, ein Schnellladen
derartiger Batterien. Demgemäß ist, um das Auftreten
der Sulfatbildung und der Dendriten unabhängig vom Material
des Separators zu unterdrücken, eine Technologie gut bekannt,
gemäß der der Separator Aktivkohle trägt
(siehe beispielsweise das Patentdokument 1).
- Patentdokument
1: Offenlegung Nr. 2002-134086 einer
japanischen Patentanmeldung
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES
PROBLEM
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Die
Erfindung zielt darauf ab, einen weiteren geschickten Lade-/Entladezyklus
einer Sekundärbatterie zu realisieren, während
die herkömmlichen Situationen berücksichtigt sind.
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MAßNAHMEN ZUM LÖSEN
DES PROBLEMS
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Demgemäß ist
eine Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass betreffend ein aktives Material
für eine positive Elektrode, ein aktives Material für
eine negative Elektrode und einen Separator in mindestens einem
ein Phosphatmineralpulver gehalten ist, das ein, zwei oder mehr
Elemente enthält, die aus Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym
und Thorium ausgewählt sind, oder dass ein derartiges Phosphatmineralpulver
in einer aktiven Materialschicht enthalten ist, die auf einer Elektrode
so ausgebildet ist, dass sie der anderen Elektrode zugewandt ist.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 ist die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 2 dadurch
gekennzeichnet, dass das Phosphatmineralpulver Monazit ist.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 oder dem Anspruch 2 ist die Vorrichtung gemäß dem
Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material für
die positive Elektrode ein Bleioxid ist und das aktive Material
für die negative Elektrode Blei ist.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 oder dem Anspruch 2 ist die Vorrichtung gemäß dem
Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material für
die positive Elektrode ein Nickeloxyhydroxid oder ein Nickelhydrid
ist und das aktive Material für die negative Elektrode
ein Wasserstoffspeichermetall ist.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 oder dem Anspruch 2 ist die Vorrichtung gemäß dem
Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material für
die positive Elektrode ein Nickeloxyhydroxid oder ein Nickelhydrid
ist, und das aktive Material für die negative Elektrode
ein Cadmium enthaltendes Metall ist.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 oder dem Anspruch 2 ist die Vorrichtung gemäß dem
Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Material für
die positive Elektrode ein Lithiumkobaltoxid ist und das aktive
Material für die negative Elektrode Graphit ist.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 ist die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 7 dadurch
gekennzeichnet, dass die aktive Materialschicht Pulver eines, zweier
oder mehrerer Materialien enthält, die aus Mangandioxid,
Aktivkohle, Graphit und Turmalin ausgewählt sind.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
7 ist die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 8 dadurch
gekennzeichnet, dass in die aktive Materialschicht ein Bindemittel
eingeknetet ist, und sie auf die eine Elektrode aufgetragen ist.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Anspruch
1 ist die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 9 dadurch
gekennzeichnet, dass die aktive Materialschicht dadurch erhalten
wird, dass auf der einen Elektrode ein Phosphatmineralpulver, das
ein, zwei oder mehr Elemente enthält, die aus Cer, Lanthan,
Praseodym, Neodym und Thorium ausgewählt sind, und Pulver
eines, zweier oder mehrerer Materialien, die aus Mangandioxid, Aktivkohle,
Graphit und Turmalin ausgewählt sind, gebrannt werden.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 9 ist die Vorrichtung gemäß dem Anspruch
10 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode aus Aluminium
besteht.
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Bei
der Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 10 ist die Vorrichtung gemäß dem Anspruch
11 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sekundärbatterie
ist.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung kann geschickt den Lade-/Entladezyklus der Sekundärbatterie
unter Verwendung eines Materials realisieren, bei dem betreffend
ein aktives Material für eine positive Elektrode, ein aktives
Material für eine negative Elektrode und einen Separator
in mindestens einem derselben ein Phosphatmineralpulver, das ein,
zwei oder mehr Elemente enthält, die aus Cer, Lanthan,
Praseodym, Neodym und Thorium ausgewählt sind, oder eine
Sub stanz mit einem starken Oxidations-Reduktions-Effekt, wie ein
Monazitpulver als Phosphatmineralpulver gehalten ist, oder wobei
das Phosphatmineralmaterial oder die Substanz mit starkem Oxidations-Reduktions-Effekt
in der aktiven Materialschicht enthalten ist, die auf der einen
Elektrode so ausgebildet ist, dass sie der anderen Elektrode zugewandt
ist.
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BESTE ARTEN ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Nun
werden nachfolgend die besten Arten zum Ausführen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die veranschaulichten Ausführungsformen
erläutert.
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<Erste
Ausführungsform>
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Obwohl
bei einer ersten Ausführungsform betreffend ein aktives
Material für eine positive Elektrode, ein aktives Material
für eine negative Elektrode und einen Separator mindestens
eines verwendet ist, in dem ein Phosphatmineralpulver gehalten ist,
das ein, zwei oder mehr Elemente enthält, die aus Cer, Lanthan,
Praseodym, Neodym und Thorium ausgewählt sind, oder ein
Monazitpulver als Phosphatmineralpulver gehalten ist, bedeutet die
Phrase "gehalten ist" in dieser Beschreibung einen Zustand, gemäß dem
das Pulver ein Erzeugnis des Pulvers gegen das aktive Material für
die positive Elektrode oder das aktive Material für die
negative Elektrode gedrückt wird oder in es eingeknetet
ist, einen Zustand, in dem dasselbe zwischen Fasern eines den Separator
bildenden Materials, beispielsweise Papier, eingefügt ist,
einen Zustand, in dem dasselbe so hinzugefügt ist, dass
es mit einem den Separator bildenden Material integriert ist, oder
einen Zustand als Kombination dieser Zustände.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass als Separator einer Sekundärbatterie
häufig ein solcher verwendet wird, der aus einem Material, beispielsweise
Papier, einer Glasmatte, einem Film aus einem Kunstharz mit Mikroporen,
einem Vlies oder einer Keramik mit Mikroporen besteht. Der Separator
genügt elektrochemisch erforderlichen Bedingungen, beispielsweise
Genauigkeit des Intervalls zwischen einem Material für
die positive Elektrode und einem Material für die negative
Elektrode, Diffusionsvermögen eines Elektrolyten, Gasdurchlässigkeit,
Ionenleitfähigkeit und anderes.
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Gemäß der
ersten Ausführungsform besteht bei einer derartigen Sekundärbatterie
auf Bleibasis (einer Stromerzeugungsvorrichtung) (sowohl die positive
als auch die negative Polplatte 1 bestehen aus Pb, eine
positive Elektrode 2: ein aktives Material ist ein Formerzeugnis
aus Pulvern von PbO und PbO2, eine negative
Elektrode 3: ein aktives Material ist ein Formerzeugnis
aus einem Pb-Pulver, und zwischen eine derartige positive Elektrode 2 und
negative Elektrode 3 ist ein Separator 4 eingefügt),
wie sie in der 1 dargestellt ist, eine Beschreibung
dahingehend, dass ein Pulver gehalten wird, wenn das Pulver oder
dessen Erzeugnis zwischen Fasern gegeben wird, wenn der Separator 4 aus
Papier, einer Glasmatte, einem Film eines Kunstharzes mit Mikroporen oder
einem Vlies besteht, oder wenn das Pulver oder sein Erzeugnis in
Mikroporen gegeben wird, wenn der Separator aus einem Material,
beispielsweise einem Film aus einem Kunstharz mit Mikroporen, einem
Vlies oder einer Keramik mit. Mikroporen besteht, oder wenn das
Pulver oder sein Erzeugnis Pulvermaterialien zugesetzt ist, die
die positive Elektrode 2 und die negative Elektrode 3,
und es als aktives Material in die in der 1 dargestellte
Batterie integriert ist oder wenn diese beiden Strukturen verwendet
sind.
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Ferner
ist als Sekundärbatterie gemäß der ersten
Ausführungsform eine solche mit einer Struktur verwendet,
gemäß der ein Phosphatmineralpulver im Separator 4 gehalten
ist, das ein, zwei oder mehr Elemente enthält, die aus
Cer, Lanthan, Praseodym, Ne odym und Thorium ausgewählt
sind. Als Phosphatmineralpulver kann ein Monazitpulver verwendet werden.
Ferner kann, wie oben erläutert, Bleioxid als aktives Material
der positiven Elektrode 2 verwendet werden, und ein Bleipulver
als aktives Material der negativen Elektrode 3 verwendet
werden. Als aktives Material für die positive Elektrode
kann Nickeloxyhydroxid oder Nickelhydrid verwendet werden, und als aktives
Material für die negative Elektrode kann ein Wasserstoffspeichermetall
verwendet werden. Darüber hinaus kann als aktives Material
für die positive Elektrode Nickeloxyhydroxid oder Nickelhydrid
verwendet werden, und als aktives Material für die negative
Elektrode kann ein Cadmium enthaltendes Metall verwendet werden,
oder als aktives Material für die positive Elektrode kann
Lithiumkobaltoxid verwendet werden, und als aktives Material für
die negative Elektrode kann Graphit verwendet werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass als Haltemethode die Anwendung verschiedener
bekannter Methoden ausreichen kann, weswegen eine zugehörige
detaillierte Erläuterung weggelassen wird. Die positive
und negative Polplatte der folgenden kommerziell erhältlichen
Batterie wurden einzeln entnommen und in ein aktives Material der
Polplatte wurde Monazitpulver eingepresst und in ihr gehalten. Daher ist
eine Zelle geschaffen. Es kann davon ausgegangen werden, dass ein
Einkneten dieses Pulvers die Möglichkeit schafft, denselben
Effekt zu erzielen.
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BEISPIEL 1
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Als
Beispiel der ersten Ausführungsform werden nun Einzelheiten
eines von den Erfindern ausgeführten Vergleichsversuchs
zur Entladedauer erläutert.
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(1)
Als Erstes wurden die positive und die negative Polplatte der folgenden
kommerziell erhältlichen Bleispeicherbatterie (FT4L-BS,
hergestellt von The Furukawa Battery Co., Ltd.) einzeln entnommen, zwischen
diese Platten wurde ein Separator eingebettet (daher ist eine Zelle
geschaffen), und diese Struktur wurde in einen Elektrolyt in Form
von 41 Schwefelsäure getaucht, um ein Laden und Entladen auszuführen.
Als Separator wurden ein Originalprodukt von The Furukawa Battery
Co., Ltd., ein Kohlenstoff/Turmalin enthaltendes Produkt, ein Aktivkohle enthaltendes
Produkt sowie ein Ausführungsprodukt gemäß der
vorliegenden Erfindung (es wurde Monazitpulver verwendet) verwendet.
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Als
Versuchsbedingungen wurde die Entladeendspannung auf 0 V festgesetzt,
und es wurden sehr strenge Bedingungen verwendet, gemäß denen die
Ladespannung 2,5 V betrug, die Ladezeit eine Stunde betrug, der
Entladestrom 0,5 A betrug (1C-Entladung: Laden/Entladen mit einer
Kapazität A der Zelle), die Entladezeit zwei Stunden betrug
und die verwendeten Polplatten 2 V und 0,5 Ah zeigten. Es sei darauf
hingewiesen, dass die Entladeendspannung auf 0 V festgesetzt wurde,
dass sie jedoch normalerweise 1,67 V/Zelle beträgt, und
dass das Entladen bei diesem Versuch dreist fortgesetzt wurde, bis
0 V erreicht waren, um innerhalb kurzer Zeit ein Ergebnis zu erzielen,
wodurch ein Effekt geklärt wurde. Die 2 zeigt
ein Versuchsergebnis. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, zeigt
das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung (die
Sekundärbatterie gemäß der ersten Ausführungsform)
die längste Entladedauer, mit Ausnahme des ersten Mals,
und auch wenn der Versuch wiederholt wurde, wurde dasselbe Ergebnis
erzielt.
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Wie
es in der 3 dargestellt ist, wurde die Änderung
des Innenwiderstands vor und nach dem Versuch gemessen. Zwar nimmt
der Innenwiderstand durch einen Lade-/Entladezyklus zu, da nämlich
die positive Elektrode, die beim Laden in Bleioxid gewandelt wird,
beim Laden nicht vollständig in Bleisulfat wieder hergestellt
werden kann. Dies ist die oben erläuterte Sulfatbildung.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Batterie gemäß der
vorliegenden Erfindung die geringste Zuwachsrate des Innenwiderstands
im Vergleich zum Originalprodukt der kommerziell verfügbaren
Batterie, dem Kohlenstoff/Turmalin enthaltenden Produkt und dem Aktivkohle
enthaltenden Produkt aufweist. Außerdem sind zwar Änderungen
der Polplatten nicht dargestellt, jedoch änderte sich das
Aussehen derselben beim Produkt gemäß der vorliegenden
Erfindung (der Sekundärbatterie gemäß der
ersten Ausführungsform) nicht.
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<Zweite
Ausführungsform>
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Die 4 ist
eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur einer Batterie
als Beispiel einer Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform zeigt. In dieser Zeichnung kennzeichnen
Bezugszahlen 11 und 12 Polplatten aus Aluminium,
die Bezugszahl 13 kennzeichnet einen Separator, und zwischen
die positive Polplatte 11 und den Separator 13 ist
eine aktive Materialschicht 14 aus Monazit und Aktivkohlen
eingefügt.
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Bei
der zweiten Ausführungsform kann die aktive Materialschicht 14 an
einer Elektrode 11 vorhanden sein, und die andere Elektrode 12 kann
so angeordnet sein, dass sie dieser Elektrode zugewandt ist, jedoch
kann die aktive Materialschicht 14 an jeder dieser Elektroden 11 und 12 vorhanden
sein. Ferner ist ein die aktive Materialschicht 14 bildendes Material
eine Substanz, die ein Phosphatmineralpulver enthält, das
ein, zwei oder mehr Elemente enthält, die aus Cer, Lanthan,
Praseodym, Neodym und Thorium ausgewählt sind, sowie Pulver
von einem, zwei oder mehr Materialien, die aus Mangandioxid, Aktivkohle,
Graphit und Turmalin ausgewählt sind.
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Ferner
kann die aktive Materialschicht 14 dadurch hergestellt
werden, dass zumindest Folgendes eingeknetet wird: ein Phosphatmineralpulver,
das ein, zwei oder mehr Elemente enthält, die aus Cer, Lanthan,
Praseodym, Neodym und Thorium ausgewählt sind, Pulver eines,
zweier oder mehrerer Materialien, die aus Mangandioxid, Aktivkohle,
Graphit und Turmalin ausgewählt sind, sowie ein Bindemittel, wobei
das erhaltene Material auf eine der Elektroden 11 und 12 oder
beide aufgetragen wird. Darüber hinaus kann diese Schicht
auch dadurch ausgebildet werden, dass auf einer der Elektroden 11 und 12 oder beiden
Folgendes gebrannt wird: ein Phosphatmineralpulver, das ein, zwei
oder mehr Elemente enthält, die aus Cer, Lanthan, Praseodym,
Neodym und Thorium ausgewählt sind, und Pulver eines, zweier
oder mehrerer Materialien, die aus Mangandioxid, Aktivkohle, Graphit
und Turmalin ausgewählt sind.
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BEISPIEL 2
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Als
Beispiel der zweiten Ausführungsform werden nun Einzelheiten
eines von den Erfindern ausgeführten Versuchs zum Demonstrieren
einer Stromerzeugung erläutert.
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<Demonstrationsbeispiel>
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Ein
Stromerzeugungseffekt, zu dem es durch ein Monazitpulver und Aktivkohle
kam, wurde unter den folgenden Umgebungsbedingungen bestätigt: Wetter:
schön, Lufttemperatur: 21°C und relative Feuchtigkeit:
40%.
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<Physikalische
Bedingungen>
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Polplatte
(eine positive Elektrode und eine negative Elektrode bestehen aus
demselben Material)
Material: Aluminium hoher Reinheit
Plattendicke:
50 μm, folienartige Form, gleichmäßig
Fläche:
15 mm × 25 mm (375 mm2)
Genutzter
Teil: gefaltet mit einer Fläche von 15 mm × 2
mm
Aktives Material:
Auftragung: Auftrag auf eine Klebefläche:
Auftrag einer Schicht oder zweier Schichten
Auftrageerfahren:
Es wurde die Rückseite einer Aluminiumfolie verwendet
Kleber:
Kleber auf Acrylharzbasis
Hauptrohmaterial: aktives Hauptmaterial,
das ein Mineralpulver auf Lanthanidbasis und ein Aktivkohlepulver
enthält
Messung: Voltmeter, Amperemeter (Handelsname: SAMWA
DIGITAL MULTIMETER PC20)
Messverfahren: Direkter Kontakt einer
Sonde des obigen Messinstruments: übrigens ist die Sonde durch
Goldplattierung hergestellt
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Es
wurde das in der 5 dargestellte Ergebnis erhalten,
und es wurde der Stromerzeugungseffekt bestätigt, zu dem
es durch das Monazitpulver und die Aktivkohle kommt. Bei diesem
Stromerzeugungseffekt werden, wenn ein Material auf Lanthanidbasis,
beispielsweise Cer oder Lanthan, eine ⎕-Entmischung erfährt,
in einem Aktivierungsmaterial, das ein Phosphatmineralpulver, beispielsweise Monazit
enthält, gespeicherte Elektronen angeregt, und dies wird
zu einer elektromotorischen Kraft.
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KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht, die die Struktur einer Sekundärbatterie
auf Bleibasis gemäß einer ersten Ausführungsform
zeigt;
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2 ist
eine Ansicht, die das Ergebnis eines Versuchs zum Entladedauervergleich
für ein Produkt gemäß der vorliegenden
Erfindung und andere zeigt;
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3 ist
eine Ansicht, die ein Messergebnis zur Zuwachsrate einer Innenimpedanz
vor und nach dem Versuch zum Entladedauervergleich für
das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung und
andere zeigt;
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4 ist
eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur einer Batterie
als Beispiel einer Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform zeigt; und
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5 ist
eine Ansicht, die das Ergebnis eines durch die Erfinder ausgeführten
Versuchs zum Demonstrieren einer Stromerzeugung zeigt.
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- 1
- Polplatte
- 2
- positive
Elektrode
- 3
- negative
Elektrode
- 4
- Separator
- 11
- Polplatte
- 12
- Polplatte
- 13
- Separator
- 14
- aktive
Materialschicht
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ZUSAMENFASSUNG
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Es
ist ein geschickter Lade-/Entladezyklus einer Sekundärbatterie
als Stromerzeugungsvorrichtung realisiert.
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Betreffend
eine aktive Materialschicht für eine positive Elektrode,
eine aktive Materialschicht für eine negative Elektrode
und einen Separator enthält mindestens eine ein Phosphatmineralpulver,
das ein, zwei oder mehrere Elemente enthält, die aus Cer,
Lanthan, Praseodym, Neodym und Thorium ausgewählt sind,
oder ein solches Phosphatmineralpulver ist in einer aktiven Materialschicht
enthalten, die auf einer Elektrode so ausgebildet ist, dass sie der
anderen Elektrode zugewandt ist. Bei einer derartigen Struktur können
in der Stromerzeugungsvorrichtung für lange Zeit Entladedauereigenschaften erzielt
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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