JP2001189156A - 電池用電極および電池 - Google Patents

電池用電極および電池

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JP2001189156A
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battery
electrode
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plate
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Hiroyuki Nakaishi
博之 中石
Nobuyuki Tokuda
信幸 徳田
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Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 双極板と金属電極板を、表面凹凸をつけずに
低い抵抗で電気的に接続することができるように改良さ
れた電池用電極を提供することを主要な目的とする。 【解決手段】 本発明に係る電池用電極は、双極板1を
備える。双極板1の一方の面に金属皮膜2が形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般に電池用電
極に関するものであり、より特定的には、電池としての
信頼性を高めることができるように改良された電池用電
極に関する。この発明は、また、そのような電池用電極
を用いた電池に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来より提案されているレドッ
クスフロー型2次電池の概略構成図である。レドックス
フロー電池は、セル1、正極液タンク6、および負極液
タンク5を備える。セル1内は、たとえばイオン交換膜
からなる隔膜2により仕切られており、一方側が正極セ
ル1aを構成し、他方側が負極セル1bを構成してい
る。正極セル1aおよび負極セル1b内には、それぞれ
電極として正極4または負極3が設けられている。
【0003】図5に示したレドックスフロー電池では、
たとえば鉄イオン、クロムイオンのような原子価が変化
するイオンの水溶液を正極液タンク6、負極液タンク5
に貯蔵し、これをポンプP1,ポンプP2により、セル1
に送液し、酸化還元反応により充放電を行なう。
【0004】たとえば、正極活物質としてV5+/V4+
負極活物質としてV2+/V3+を用いてそれぞれ、硫酸溶
液とした場合、各酸化還元系の両極3,4における電気
化学反応は、下記の式のようになる。
【0005】
【化1】
【0006】図6は、従来の1セル型のレドックスフロ
ー電池のセル構造の分解斜視図である。
【0007】図6を参照して、セル1には、図中左か
ら、双極板15、負極13、隔膜12、正極14および
双極板16の構成要素が順に配列される。多段接続型
は、このセル1が多数積層されたものであり、その両端
部が金属電極板である端子板17,18で把持されてい
る。セル1が多数積層されたものをセルスタックとい
う。
【0008】本明細書では、互いに接触した端部の双極
板と金属電極板の対を集電体と呼ぶ。
【0009】双極板15は、双極板フレーム15fを備
え、双極板16は双極板フレーム16fを備えている。
双極板フレーム15f、隔膜12、および双極板フレー
ム16fは孔を有しており、積層されることによってマ
ニホールド50と呼ばれるセル内部に配管の役目をする
通路が形成される。マニホールド50には負極液送込み
用マニホールド、正極液送込み用マニホールド、負極液
戻し用マニホールド、正極液戻し用マニホールドがあ
る。双極板15,16には、マニホールド50から電解
液を、セル内に供給または排出するスリット16sが設
けられている。
【0010】端部の双極板が金属電極板に接触して、外
部と電池との間で電流のやり取りが行なわれる。双極板
は、プラスチックカーボンで形成される。
【0011】ところで、従来、積層されたセルの端部よ
り、集電体に電流を導く方法としては、端部の双極板に
直接金属電極板を接触させる方法と双極板に金属メッシ
ュを埋込み、金属メッシュと金属電極板を接触させる方
法とが主に用いられてきた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、双極板
と金属電極板との接触抵抗は大きく、おおよそ1Ωcm2
であるので、双極板−金属電極板の接触のみで電池から
の電流を取出そうとすると、接触抵抗分による損失が大
きくなってしまう。これは、導電性プラスチック電極で
ある双極板の表面が、ミクロに見ると導電性のカーボン
粒と非導電性のプラスチックからなっており、金属との
接触点が少ないことに起因していると考えられる。
【0013】この接触抵抗を下げるための1つのアイデ
ィアが、双極板内に金属メッシュを予め埋込んでおき、
金属メッシュと金属電極板とを接触させることで接触抵
抗を低減しようとするものである。しかし、双極板に金
属メッシュを埋込むことは、双極板の割れを招くおそれ
のある表面凹凸を刻んでしまうことであり、電池として
の信頼性を低下させてしまう。
【0014】それゆえに、この発明の目的は、端部の双
極板と金属電極板を、表面凹凸をつけずに低い抵抗で電
気的に接続することができるように改良された電池用電
極を提供することにある。
【0015】この発明の他の目的は、そのような電池用
電極を用いた電池を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る電池用電
極は、双極板を備える。上記双極板の一方の面に金属皮
膜が形成されている。
【0017】この発明によれば、端部の双極板の片面を
金属皮膜によって導電性改善処理を行なうので、電池と
しては損失となる接触抵抗分を低減させることができ
る。また、メッシュなどを埋込む法に比べ、双極板表面
への凹凸付与が少なくて済むので、双極板の割れに対し
て信頼性を高めることができる。
【0018】請求項2に係る電池用電極は、電解液循環
型または静止型電池用電極に係る。請求項3に係る電池
用電極は、上記金属皮膜が、金、銀、銅、ニッケル、ク
ロム、錫、アルミニウムおよび半田からなる群より選ば
れた材料で形成されている。
【0019】請求項4に係る電池用電極によれば、上記
金属皮膜は、電気めっき法、無電解めっき法、金属溶射
法、スパッタリング法、真空蒸着法からなる群より選ば
れた方法で形成されている。
【0020】請求項5に係る電池用電極においては、上
記金属皮膜の膜厚は、0.1μm〜1mmである。
【0021】請求項6に係る電池は、双極板、負極、隔
膜、正極および双極板が順に配列されてなるセルが積層
され、その両端が銅電極板で把持されているセルスタッ
クを備える。端部に位置する双極板の、前記銅電極板と
接触する側の面には、金属皮膜が形成されている。
【0022】この発明によれば、端部双極板の片面を金
属皮膜によって導電性改善処理を行なうので、電池とし
ては損失となる接触抵抗分を低減させた電池が得られ
る。
【0023】請求項7に係る電池は、電解液循環型また
は静止型電池である。請求項8に係る電池は、硫酸水溶
液系電解液循環型電池に係る。
【0024】請求項9に係る電池は、バナジウムレドッ
クス電池に係る。請求項10に係る電池においては、上
記金属皮膜が形成された双極板と上記銅電極板との間に
は、導電性カーボンシートが挟まれている。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。
【0026】実施の形態1 図1を参照して、双極板1の一方の面を、めっきがつか
ないようにテープで被覆し、他方の面に、ニッケルめっ
き処理を厚さ10μm分施し、導電性皮膜2を形成し
た。
【0027】図2を参照して、得られた双極板を塩ビ製
のフレーム(図示せず)内に、銅電極板3とともに組込
み、上部よりフレーム枠で押さえた上で、有機溶剤を用
いて溶着した。このセットを2組製作し、端部の集電体
とした。
【0028】図3を参照して、中間部分に使用する双極
板1を同様に塩ビ製フレームに挟み、同様に有機溶剤に
て溶着させた。中間フレームを29枚製作し、準備し
た。
【0029】先に準備しておいた図2に示す端部集電体
の上に、カーボンフェルト製電極5、イオン交換膜6、
カーボンフェルト製電極5、中間フレームと重ねてい
き、30セル分を積層した。最上部に、もう1枚の端部
の集電体を重ね、両端から締め付けることによって、積
層型の電池を作製した。このとき、双極板1−銅電極板
3間の接触抵抗は、0.03Ωcm2であった。
【0030】実施の形態2 双極板の片面に、錫を溶射法にて吹き付け、錫皮膜を約
50μm形成した。その双極板を塩ビ製のフレーム内に
銅電極板とともに組込み、上部よりフレーム枠にて押さ
えた上で、有機溶剤を用いて溶着した。以下、実施の形
態1と同様に、積層型の電池として組上げた。このと
き、双極板−銅電極板間の接触抵抗は、0.03Ωcm
2であった。
【0031】実施の形態3 双極板の片面に金をスパッタリング法にて成膜し、金皮
膜を約0.1μm形成した。この双極板を塩ビ製のフレ
ーム内に銅電極板とともに組込み、上部よりフレーム枠
にて押さえた上で、有機溶剤を用いて溶着した。以下、
実施の形態1と同様に積層型の電池として組上げた。こ
のときの双極板−銅電極板間の接触抵抗は、0.05Ω
cm2であった。
【0032】実施の形態4 図4は、実施の形態4に係る集電体の概念図である。双
極板1の一方の面に導電性皮膜2が形成されている。導
電性皮膜2が形成された双極板1と銅電極板3との間
に、導電性カーボンシート4が挟まれている。このよう
な集電体を用いても、全体として電池の抵抗を低く抑え
ることができる。
【0033】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る電池用電極の断面図である。
【図2】 実施の形態1に係る集電体の断面図である。
【図3】 実施の形態1に係る集電体を組込んだ電池の
概念図である。
【図4】 実施の形態4に係る集電体の概念図である。
【図5】 従来のレドックスフロー2次電池の概念図で
ある。
【図6】 従来のセルスタックの分解斜視図である。
【符号の説明】
1 双極板、2 導電性皮膜。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/18 H01M 8/18 (72)発明者 徳田 信幸 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 Fターム(参考) 5H018 AA08 AS07 BB07 EE02 EE04 EE05 HH03 5H026 AA10 BB04 EE02 EE05 HH03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 双極板と、前記双極板の一方の面に形成
    された金属皮膜と、を備えた電池用電極。
  2. 【請求項2】 当該電池用電極は、電解液循環型または
    静止型電池用電極である、請求項1に記載の電池用電
    極。
  3. 【請求項3】 前記金属皮膜は、金、銀、銅、ニッケ
    ル、クロム、錫、アルミニウムおよび半田からなる群よ
    り選ばれた材料で形成されている、請求項1に記載の電
    池用電極。
  4. 【請求項4】 前記金属皮膜は、電気めっき法、無電解
    めっき法、金属溶射法、スパッタリング法および真空蒸
    着法からなる群より選ばれた方法で形成されている、請
    求項1に記載の電池用電極。
  5. 【請求項5】 前記金属皮膜の膜厚は、0.1μm〜1
    mmである、請求項1に記載の電池用電極。
  6. 【請求項6】 双極板、負極、隔膜、正極および双極板
    が順に配列されてなるセルが積層され、その両端が銅電
    極板で把持されているセルスタックを備え、端部に位置
    する双極板の、前記銅電極板と接触する側の面には、金
    属皮膜が形成されている、電池。
  7. 【請求項7】 当該電池は、電解液循環型または静止型
    電池である、請求項6に記載の電池。
  8. 【請求項8】 当該電池は、硫酸水溶液系電解液循環型
    電池である、請求項6に記載の電池。
  9. 【請求項9】 当該電池は、バナジウムレドックス電池
    である、請求項6に記載の電池。
  10. 【請求項10】 前記金属皮膜が形成された双極板と前
    記銅電極板との間には、導電性カーボンシートが挟まれ
    ている、請求項6に記載の電池。
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