JP2002526898A - 高エネルギー密度ホウ化物バッテリ - Google Patents

高エネルギー密度ホウ化物バッテリ

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Abstract

(57)【要約】 ホウ化物は一般に、高エネルギー密度を有する電池（10）を生成することができる。かなり良好な導電体であるホウ化物を使用して高電力密度を実現することもできる。高エネルギー密度は、物理的密度を高くし、利用可能な電子当たりの分子量を低減させることによって実現することができる。 ホウ化物は一般に、リチウムや亜鉛など他のいくつかの材料と比べて、このような因子のバランスが適切である。個々のホウ化物は他の重要な特性を有する。たとえば、ホウ化チタンは安全である。性能を有意に向上させるには、ホウ化物と共に、ハロゲン化物、特にフッ化物をアノード蓄積媒体（14）に含めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連出願の相互参照 本出願は、引用として本明細書に組み入れられる1997年3月27日に出願された
本出願人の同時係属米国特許出願第08／829,497号の一部継続出願である。
【０００２】発明の分野 本発明は、電池、特に高エネルギー密度バッテリを使用した電気化学変換の分
野全般に関する。
【０００３】発明の背景 バッテリからの電気を必要とする多くの装置は、バッテリの寿命によって有用
性が制限される。重量とサイズ（言い換えれば、エネルギー密度）は共に、特に
小形装置の場合にバッテリ寿命に対する制限因子となる可能性がある。特に補聴
器および他の多くの装置は、バッテリのエネルギー密度を高めることによって改
善される。たとえば、多くの装置は、適切なエネルギー密度をもたらす、より小
型のバッテリが利用可能である場合にさらに小型化することができる。
【０００４】 したがって、限られた電圧を有するバッテリから、できるだけ多くの電流を生
成させる一般的な必要性が存在する。
【０００５】発明の概要 本出願人は、ある種のホウ化物を使用することによって高エネルギー密度電池
を製造できることを見出した。たとえば、かなり良好な導電体であるホウ化物を
使用することによって、高出力密度を得ることもできる。本出願人は、フッ化物
などのハロゲン化物を電解系に添加することによって、ホウ化チタンなどのホウ
化物の性能が著しく改善されることをさらに見出した。本出願人は、当該のホウ
化物または結果として得られるホウ酸塩が所望の特性、たとえば、高エネルギー
密度や高伝導率や親水性を有していても、結果として得られるホウ酸塩（たとえ
ば、ホウ酸チタン）が極めて不溶性である場合、それがホウ化物を覆い、それに
よってバッテリ性能を劣化させる可能性がある、と特定の理論に拘束されること
なく結論する。特に、このようなコーティングによって、利用可能な電力が少な
くなり、予想される時期よりも早く、すなわち、実質的にすべての材料が酸化さ
れる前にバッテリに障害が起こる。ハロゲン化物（特にフッ化物）含有電解液を
有するバッテリの性能はずっと優れている。この場合も、特定の理論に拘束され
ることなく、この系内にフッ化イオンが存在する場合、六フッ化チタンと四フッ
化ホウ素の極めて可溶性の複合アニオンが形成される。この場合、このような可
溶性イオンは、ホウ化物粒子から拡散し、ホウ化物がより効果的に消費されるま
でさらに反応する。
【０００６】 したがって、本発明の一局面は概して、電気的に導通したアノードおよびカソ
ードを備え、アノード電気化学蓄積媒体が、a）ホウ素、b）少なくとも1つの還
元ホウ素含有化合物、またはc）その両方を還元種として含むことを特徴とする
。還元種は、電流をもたらす反応において酸化し酸化ホウ素含有化合物になるこ
とができ、酸化ホウ素含有化合物は、バッテリが放電するにつれて電気化学蓄積
媒体に溶解することができる。
【０００７】 このバッテリは、蓄積媒体用に水性系を使用できるように特に適合されている
。特に好ましい還元ホウ素含有化合物はホウ化物である。上記で指摘したように
、アノード媒体中にハロゲン化物（たとえば、フッ化ナトリウムによって生成す
ることのできるようなフッ化物）を含めると特に有用である。あるいは、ハロゲ
ン化物は塩化物でよく（たとえば、塩化ナトリウムや塩化カリウム）、あるいは
フッ化物と組み合わされた塩化物でもよい。
【０００８】 好ましいホウ化物は、全体的な導電率を高め、したがって、供給可能な電流を
増大させるように導電性である。遷移金属ホウ化物が特に好ましい。二ホウ化チ
タンおよび二ホウ化バナジウムが好ましい。
【０００９】 好ましいカソードは、カソードも水性電解液にさらされ、酸素が−OH−に還元
されるような、酸素（たとえば、空気）にさらされる構造を有する。
【００１０】 アノード媒体は、ホウ素または還元ホウ素含有化合物だけでなくボロヒドライ
ドをさらに含むことができる。アノード媒体は、FeBやNiB2などの金属ホウ化物
を含むこともできる。アノード蓄積媒体は、黒鉛などの導電率強化剤をさらに含
むこともできる。この強化剤自体を酸化させ、還元ホウ素含有化合物が酸化する
際に追加電流を供給することができ、あるいは強化剤は不活性でよい。アノード
媒体は、ホウ化物の組合せを含むことができる。たとえば、用途に応じて、エネ
ルギー密度と導電率の所望の組合せを実現するホウ化物の混合物が考えられる。
たとえば、低導電率ホウ化物をより導電率の高いホウ化物と混合して所望のエネ
ルギー密度および導電率を実現することができる。
【００１１】 酸化ホウ素含有化合物は、ハロゲン化ホウ素、酸ハロゲン化ホウ素、ホウ酸塩
、または多ホウ酸塩でよい。好ましくは、酸化ホウ素含有化合物は導電性である
。
【００１２】 還元ホウ素含有化合物として作用しうる他のホウ化物にはアルミニウムホウ化
物が含まれる。表1も参照されたい。
【００１３】 アノード蓄積媒体は、ホウ素または還元ホウ素含有化合物だけでなくEDTAをさ
らに含むことができる。酸化ホウ素含有化合物は金属酸化物およびホウ化物を含
むことができる。酸化ホウ素含有化合物は、対応する金属酸化物とハロゲン化物
と酸ハロゲン化物の組合せを含むことができる。
【００１４】 通常、蓄積媒体は水性であるが、本発明は非水性系で使用することもできる。
導電率を高め、それによって電流を増大させる他の方法は、導電性電解液を使用
することである。導電率を高めると共に、ある程度電気出力に寄与するために、
ボロヒドライドや金属ホウ化物などの導電率強化剤を媒体に添加することもでき
る。あるいは、黒鉛やその他の導電性炭素組成物などの不活性導電率強化剤を使
用することができる。
【００１５】 電気化学反応はアルカリ性pHによって改善され、したがって、蓄積媒体は好ま
しくは8.5よりも高いpHを有し、最も好ましくは11.0よりも高いpHを有する。通
常、導電性を付与すると共にpHを調節するために蓄積媒体にアルカリ金属水酸化
物が添加される。
【００１６】 いわゆる空気カソードまたは息抜きカソードに代わるものとして、カソードは
、鉄酸塩、MnO2、CrO3、KMnO4、LiCoO2、NiOOH、過酸化物、ペルハレート、過塩
素酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、過臭素酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩
素酸塩から選択された化合物などの酸素含有酸化化合物を含むことができる。
【００１７】 あるいは、カソードは、高原子価金属や、ハロゲン間化合物や、金属を低原子
価に還元することのできる金属ハロゲン化物などの非酸素含有酸化化合物を含む
ことができる。
【００１８】 本発明は、上述のバッテリのうちのいずれかに負荷を接触させることによって
電流を生成する方法も特徴とする。
【００１９】 特定の動作メカニズムに拘束されることも、あるいは本発明の1つの特定の利
点に制限することもなく、高エネルギー密度を実現するには高（質量）密度が重
要である。他の重要な因子は、電子の利用可能なモル数当たりの重量が低いこと
である。ホウ化物は一般に、リチウムや亜鉛などいくつかの他の材料と比べて、
これらの因子のバランスが適切である。
【００２０】 さらに、個々のホウ化物は他の重要な特性を有する。二ホウ化チタンは安全で
あり環境面で受け入れられる。塩基性媒体中のホウ化チタン放電の最終生成物は
主としてホウ酸ナトリウムおよび二ホウ化チタンであり、これらは共に環境に対
する影響が比較的小さい。出発物質、すなわちホウ化物自体もいくらか耐火性を
有しており、環境に対する影響も比較的小さい。5.1g／ccという高い密度を有す
るホウ化バナジウムなど他のホウ化物を使用することもできる。
【００２１】好ましい態様の説明 ホウ素含有アノード材料は高エネルギーを生成する。バッテリにおいてカソー
ドとしての息抜き電極と組み合わせると、高エネルギー密度を実現することがで
きる。ホウ素含有カソードを有するバッテリにおけるカソードとして他の適切な
酸化剤を使用することもできる。
【００２２】 二ホウ化チタンを一例とすると、バッテリ内で起こる半反応は以下のとおりで
ある：
【式１】 2 TiB2＋20 OH−＋20 e− ＝ 2 TiO2＋2 B2O3＋10 H2O （アノード） （1）
【式２】 5 O2＋10 H2O ＝ 20 OH−＋20 e− （カソード） （2）
【００２３】 これらの2つの反応の結果として以下の正味反応が起こる。
【式３】 2 TiB2＋5 O2 ＝ 2 TiO2＋2 B2O3 （正味） （3）
【００２４】 100％の効率は予想されないが、反応式（3）から理論的に得られる（ΔGと表
わされる）エネルギーの量が、二ホウ化チタン2モル（約139.4g）当たり4000kJ
よりも多い量であり、非常に高く、1キログラム当たり28メガジュールを超え、1
リットル当たり140メガジュールを超えることに留意されたい。
【００２５】 ホウ化化合物の化学作用は複雑である。上記の元素を有するホウ素の多数の非
化学量論的化合物がある。例えば式（1）および（3）はTiB2を使用しているが、
ホウ化物は、ホウ素元素を含め、あらゆるホウ化物またはホウ化物の混合物でよ
い。アノードは、必要に応じてバッテリの性能パラメータのうちのどれかを改善
する他の化合物を含むこともできる。
【００２６】 バッテリで使用するのに適した他のホウ化物の例は一般に、以下の化合物クラ
スに属する。 A．アルカリ金属ホウ化物：群Ia（群1）ホウ化物 B．アルカリ金属ホウ化物：群IIa（群2）ホウ化物 C．群IIIa（群11）ホウ化物 D．群IVa（群12）ホウ化物 E．群1bから8b（群3から10）を含む遷移金属ホウ化物 F．ランタニド族ホウ化物およびアクチニド族ホウ化物 より具体的には、これらの化合物には、以下に列挙された化合物が含まれる。
【００２７】
【表１】 ホウ化物 ホウ化リチウム、ホウ化ベリリウム、ホウ素、ホウ素炭化物、ホウ素窒化物、ホ
ウ化ナトリウム、ホウ化マグネシウム、ホウ化アルミニウム、ホウ化シリコン、
ホウ化リン、ホウ化カリウム、ホウ化カルシウム、ホウ化スカンジウム、ホウ化
チタン、ホウ化バナジウム、ホウ化クロム、ホウ化マンガン、ホウ化鉄、ホウ化
コバルト、ホウ化ニッケル、ホウ化銅、ホウ化ガリウム、ホウ化ヒ素、ホウ化ル
ビジウム、ホウ化ストロンチウム、ホウ化イットリウム、ホウ化ジルコニウム、
ホウ化ニオビウム、ホウ化モリブデン、ホウ化テクネチウム、ホウ化ルテニウム
、ホウ化ロジウム、ホウ化パラジウム、ホウ化銀、ホウ化セシウム、ホウ化バリ
ウム、ホウ化ランタナム、ホウ化セリウム、ホウ化プラセオジミウム、ホウ化ネ
オジミウム、ホウ化プロメチウム、ホウ化サマリウム、ホウ化ユウロピウム、ホ
ウ化ガドリニウム、ホウ化テルビウム、ホウ化ジスプロシウム、ホウ化ホルミウ
ム、ホウ化エルビウム、ホウ化ツリウム、ホウ化イッテルビウム、ホウ化ルテチ
ウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタラム、ホウ化タングステン、ホウ化レニ
ウム、ホウ化オスミウム、ホウ化イリジウム、ホウ化白金、ホウ化トリウム、ホ
ウ化ユラニウム、ホウ化プルトニウム
【００２８】 有用な非化学量論的ホウ素化合物が存在することは、ExByとして表わされる元
素の比として、本特許の開示から逸脱せずにかなり様々な値をとりうることを意
味する。ホウ素元素ならびに他の元素（E）をアノードの構成要素として添加す
ることができる。
【００２９】 水と反応するホウ化物の場合、使用される系は、非水性系であるか、あるいは
電解液がホウ化物に接触させられるまで活性化を妨げるモードで蓄積される。ま
た、上記のリストの化合物を加える場合の一般的な規則として、エネルギー密度
は、周期表の右下に向かって小さくなる傾向がある。水との反応は一般に、周期
表の左側の最初の2列でのみ起こる傾向がある。導電率の高い化合物は周期表の
中央に存在する傾向があり、多くの遷移金属ホウ化物は、高い導電率、または場
合によっては金属の導電率を示す。これらの化合物の非常に広範囲の特性によっ
て、広範囲の多様な完成バッテリが得られる。
【００３０】 使用できるホウ化化合物を補足するために、広範囲の電解液および酸化剤をバ
ッテリに組込むことができる。この例としては、水／水酸化ナトリウム系；水酸
化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物；水酸化ナトリウム；水酸化カリウム；
水酸化ルビジウム；水酸化セシウム；水酸化テトラメチルアンモニウムなど一般
式R4NOH（R基は同じ分子上で同じ基でも異なる基でもよい）のテトラオルガノア
ンモニウム水酸化物；およびグリセリン／水／ホウ酸またはホウ酸塩が挙げられ
る。
【００３１】 上述のアノード材料または材料の組合せは、カソードが適切な酸化剤であるバ
ッテリで使用することができる。適切なカソード材料としては、直接息抜き電極
など、酸素分子（O2）を使用するカソードと；酸化剤、たとえば、鉄酸塩、MnO2 、CrO3、KMnO4、NiOOH、過酸化物、ペルハレート、過塩素酸塩、塩素酸塩、臭素
酸塩、過臭素酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、高原子価金属ハ
ロゲン化物など、酸素を供給する任意の材料を含むカソードとが挙げられる。一
般に、ハロゲン（HAL）の酸化状態が＋1から＋7であり、酸素原子の数が、アニ
オンの電荷が通常−1であり、したがってnの値が通常1であるような数である、
化学式HALxOynのハレートを使用することができる。他の材料は、フッ素、高原
子価金属フッ化物、NiF3などの塩化物材料、またはIF3もしくはClF3などのハロ
ゲン間化合物などのハロゲンをベースとする材料である。水に反応するハロゲン
・ベースの材料に非水性系を使用することができる。たとえば、このような系は
導電性の有機溶剤を使用することができる（または強化剤を添加することによっ
て導電性にすることができる）。
【００３２】 この化学作用の重要な特徴は、周囲温度または適度な温度で起こることができ
、溶融塩を不要にし、消費者製品など多数の用途でバッテリを使用できるように
することである。所望の反応速度を確立することによって、所与の用途に適した
電流出力を得ることができる。この速度は、前述の因子の組合せによって決定さ
れ、これらの因子のうちで重要なものは電解液の組成、電池全体の導電率、アノ
ードおよびカソードの材料である。
【００３３】 たとえば、アルカリ度の高い水性系（pHが9.0よりも高く、好ましくは11.0よ
りも高い）はより高速の反応を実現し、他のすべての条件が等しく、電解液中の
イオン種が導電率を制限する因子である場合、pHが高いほど導電率も高くなり、
電流も増大する。当業者には、所与の用途の必要に応じて様々な電流強化剤を使
用できることも理解されると思われる。たとえば、黒鉛もしくはより多くのイオ
ンを含む電解液などの不活性（非関与）物質を使用することができる。いくつか
の用途では、それ自体が酸化に関与し、したがって、少なくともある程度電流密
度ならびに導電率に寄与する電流強化剤を使用することが望ましい。このような
場合、たとえば、金属ホウ化物（たとえば、NiB2、FeB、その他のホウ化物）を
添加することができる。
【００３４】 したがって、当業者には、それぞれの異なる体積制限および電流要件を有する
多数の異なるバッテリ用途に本発明を適合できることが理解されると思われる。
【００３５】 バッテリ内にホウ化化合物を設ける1つの好ましい方法は、アノードに接触す
る水酸化物（NaOH、LiOH）スラリ（ペースト）を作ることである。カソードは息
抜き電極であってもよい。たとえば、カソードは、ニッケル、白金、もしくは銀
などの金属粉末を含むフェルトに接触する通気性プラスチックでもよい。空気は
、ホウ化物含有アノード蓄積媒体（たとえば、上述のスラリ）に結合できる反応
において金属粉末を酸化させる。ニューヨーク州ランカスターのElectrosynthes
is Corp.は、いくつかの用途に適した息抜きカソードを販売している。
【００３６】 図1で、ボタン・バッテリ10は、補聴器またはその他の電子装置で使用される
種類のバッテリである。バッテリ10は、金属カップ16に含まれるTiB2／KOHペー
スト14を覆う負端子を形成する金属キャップを含む。カップ16の底部は、空気が
息抜き電極20に到達できるようにする非常に小さな息抜き穴を含む。カソード20
は、フェルト層24で覆われた通気性プラスチック・ベース22を含む。フェルト層
24には、空気中のO2に反応する金属粉末（たとえば、Ag、Ni、Ptなど）が含浸さ
れている。導電性を改善するためにフェルト層には金属（たとえば、Ni）メッシ
ュ26も含まれる。
【００３７】 代替カソードには、レドックス材料としてのMnO2をベースとする電極が含まれ
る。
【００３８】ホウ化物の選択およびハロゲン化物の使用法 ホウ化物の種類の選択は電解系によって制限されることがある。放電中にホウ
化物が酸化されると、酸化ホウ酸塩が形成される。このホウ酸塩が可溶性ではな
い場合、ホウ化物粒子にこのホウ酸塩の絶縁層が被覆され、反応は、すべてのホ
ウ化物が酸化される前に終了する。その結果、バッテリは、すべてのエネルギー
が抽出されるかなり前に「寿命が尽きる」可能性があり、したがって、ホウ化物
を使用することの1つの重要な利益が低減され、すなわち、高エネルギーが得ら
れなくなる。フッ化物またはその他のハロゲン化物を電解系で使用すると、より
多くの種類のホウ酸塩および金属との可溶性複合体が形成されることによってこ
のことが妨げられる。
【００３９】 本発明は、再充電可能ではない系でより多くのエネルギーを生成する一方向反
応において大部分またはすべてのホウ化物を効果的に酸化させ、水性系をいくつ
かの酸化剤と共にカソードに使用できるようにする。
【００４０】 金属ホウ化物をアノードとして使用するバッテリは最終的に、この材料を金属
酸化物と酸化ホウ素の組合せおよび／または金属ホウ酸塩に変換する。金属酸化
物またはホウ酸塩が溶解できる材料の場合、活性粒子に非導体が被覆され、した
がって、活性粒子がもはや放電において有効ではなくなることにより、放電反応
は抑制されない。この系の最良のホウ化物候補の1つは二ホウ化チタンであり、
二ホウ化チタンは実際、非導電性不溶性反応生成物である。したがって、この問
題を解消するには、フッ化物を使用して初期酸化生成物を合成する電解系により
、高いエネルギー密度と高い電力密度の両方をもたらし、それに対して簡素な酸
化物電解液を使用する電池を得る。
【００４１】 バッテリが放電している間、アノードの反応は（TiB2の場合）、たとえば次式
のようになる。
【式４】 TiB2＋2 O2 ＝ TiO2＋B2O3 （1） および
【式５】 2 TiB2＋5 O2 ＝ Ti(BO2)4＋TiO2 （2） 二酸化チタンとホウ化チタンは共に不溶性であり、したがって、この反応の完了
を抑制する。しかし、可溶性複合体の形成を可能にするイオンが電解液中に存在
する場合、可溶性複合体が形成される。たとえば、フッ化物を用いた場合は次式
が成立する。
【式６】 TiB2 ＋ O2 ＋ 14 F− ＋ 5 H2O ＝ [TiF6]2− ＋ 2 BF4− ＋ 10 OH− （
3） すべての種がイオンを含み、したがって、可溶性であり電荷を保持できることに
留意されたい。他の開示として、式(3)には14個のフッ化物が明示されているが
、塩基が存在するフルオロ複合体は時間の経過と共に最終的に式(1)の生成物に
なり、したがって、正味消費量は依然として式(1)の消費量であるので、フッ化
物は数回にわたって使用することができる。加水分解反応は次式のとおりである
。
【式７】 [TiF6] ＋ 4 OH− ＝ TiO2 ＋ 2 H2O ＋ 6 F− （4）
【式８】 2 BF4− ＋ 6 OH− ＝ B2O3 ＋ 3 H2O ＋ 8 F− （5） 上式からわかるように、式(3)、式(4)、および式(5)を加算すると式(1)が得られ
る。
【００４２】ハロゲン化物含有蓄積媒体の実施例 実施例1 標準Pt触媒化空気電極として使用されるJohnson Matthcy GDE 1 0 1ガス
拡散電極を備えた直径23mm厚さ2.5mmの標準コイン電池（2325）を、直径0.0625
”の2つの通気用穴を有するカソード・カンに入れる。この上にNafion117膜ディ
スクを載せる。TiB285％と40％NAOH溶液15％とを含む混合物を準備する。この混
合物のうちの1.5gmsを電池のアノード区画に密閉した。循環ボルタマグラフ（EG
＆G Model 273A Potentiostatを使用した）を電池上で作動させた。開路電圧は
1.19ボルトであった。短絡電流は35ミリアンペアであった。次いで、1.0Vの定電
圧を維持した。初期電流は12ミリアンペアであった。この状態を12分間保持した
。電流が低下し始め、41分後に2.1ミリアンペアのレベルに達した。次の3時間に
わたってこのレベルが維持され、最終電流が1.9ミリアンペアになり、この時点
で試験を終了した。
【００４３】 実施例2 上記の実施例1で使用したのと同じ息抜きコイン電池を組み立てた。ただし、0
.2グラムのNaFをアノード混合物に添加し、電池を前述のように密閉した。循環
ボルタマグラムは前述どおりに使用した。開路電圧は1.30ボルトであり、短絡電
流は364ミリアンペアに上昇した。定電圧が1.0ボルトのとき、電流は77ミリアン
ペアであった。さらに、前記の例とは異なり「肩」は発生せず、4時間の試験の
間電流は徐々に低下して69ミリアンペアに達し、その時点で試験を終了した。
【００４４】 容易に理解されるように、フッ化物を添加すると、バッテリの性能に実質的な
違いが生じる。この違いは、バッテリが適した用途では非常に重要である。ホウ
化物は超高エネルギー源であるので、この高エネルギー源をできるだけ多くの用
途で使用することが非常に重要である。ホウ化物が高密度であるため、たとえば
TiB2の理論的なエネルギー密度は1リットル当たり40,000ワット時を超える。こ
れは、リチウムの場合の理論値よりも4倍高く、利用可能なあらゆる非原子力電
池よりも高い。
【００４５】 上記の情報を使用すれば、当業者には、対応する金属ホウ化物との複合体を形
成するのに適した追加のイオンが何かは自明であると思われる。たとえば、上記
の例のフッ化物の代わりに塩化物も有効である。しかし、塩化物は、TiまたはB
との複合体との親和力がわずかに低く、したがって、実施例2に示すほどの改善
をもたらさない。それにもかかわらず、この改善は多くの用途に十分なものであ
る。また、塩化物はフッ化物よりも経済的である。他のハロゲン（Br−およびI
−）も適している。
【００４６】 もちろん、上記のフッ化ナトリウムで使用されたナトリウムカチオンだけでな
く、Li＋、K＋、NH4＋、Cs＋、Ag＋、さらには第四級アンモニウム塩（RN4 ＋F− ）など、フッ化物イオンを生成するあらゆる可溶形態のフッ化物が適している。
もちろん、カルシウムなど、（ホウ化物自体以外の）フッ化物イオンを結合する
かまたは沈殿させる材料は回避すべきである。もちろん、塩化物を使用する場合
、カルシウムは受け入れられる成分である。他の適当な錯化剤は、金属または金
属ホウ化物のホウ化物部分の可溶性を高める硫化S−2、シアン化CN−、チオシア
ン化SCN−、シアントOCN−など他のアニオンである。それらは対応する化合物の
可溶性の簡単な例に基づいても明らかであると思われる。さらに、ホウ化物を構
成することのできる遷移金属元素のうちのいくつかとの複合体を形成する、EDTA
など一般的なキレート化剤。これは、ある種の効果を実現するためにアノードに
おいてホウ化物の混合物を使用することもできるので重要である。たとえば、ホ
ウ化チタンにホウ化ニッケルを添加することによって電池の導電率を高くするこ
とができる。ホウ化ニッケルが酸化する際に、EDTAまたは他の同様なキレート化
剤によってニッケルをキレート化し、それによって、不溶性の酸化ニッケルまた
はホウ化ニッケルからの干渉を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る使い捨てバッテリの概略断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H024 AA01 AA06 CC03 FF08 HH01 HH08 5H028 EE04 EE05 HH01 HH03 5H032 AA02 AS06 AS07 CC16 EE18 HH02 5H050 AA08 BA04 BA20 CA12 CB01 CB04 DA10 DA13 EA09 HA10

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気的に導通したアノードとカソードとを備えるバッテリで
    あって、 アノードが、a）ホウ素、b）少なくとも1つの還元ホウ素含有化合物、またはc
    ）その両方を還元種として含むアノード電気化学蓄積媒体を含み、 還元種が、電流を生じさせる反応において酸化し酸化ホウ素含有化合物になる
    ことができ、酸化ホウ素含有化合物が、該バッテリが放電する際に電気化学蓄積
    媒体に溶解することができるバッテリ。
  2. 【請求項２】 蓄積媒体が水性系内にある、請求項1記載の蓄積媒体。
  3. 【請求項３】 還元ホウ素含有化合物がホウ化物である、請求項2記載のバ
    ッテリ。
  4. 【請求項４】 アノード媒体が少なくとも1つのハロゲン化物を含む、請求
    項3記載のバッテリ。
  5. 【請求項５】 ハロゲン化物がフッ化物である、請求項4記載のバッテリ。
  6. 【請求項６】 アノード蓄積媒体がフッ化ナトリウムを含む、請求項5記載
    のバッテリ。
  7. 【請求項７】 ハロゲン化物が塩化物である、請求項4記載のバッテリ。
  8. 【請求項８】 ハロゲン化物が塩化ナトリウムまたは塩化カリウムである、
    請求項7記載のバッテリ。
  9. 【請求項９】 アノード媒体が塩化物をさらに含む、請求項5または6記載の
    バッテリ。
  10. 【請求項１０】 ホウ化物が導電性である、請求項3記載のバッテリ。
  11. 【請求項１１】 ホウ化物が遷移金属ホウ化物である、請求項3記載のバッ テリ。
  12. 【請求項１２】 還元ホウ素含有化合物が二ホウ化チタンである、請求項3 、4、5、または7のいずれか一項記載のバッテリ。
  13. 【請求項１３】 還元ホウ素含有化合物が二ホウ化バナジウムである、請求 項3、4、5、または7のいずれか一項記載のバッテリ。
  14. 【請求項１４】 カソードが、酸素にさらされる構造を備える、請求項3、 4、5、または7のいずれか一項記載のバッテリ。
  15. 【請求項１５】 カソード構造が空気にさらされる、請求項14記載のバッテ リ。
  16. 【請求項１６】 カソードが水性電解液にさらされ、酸素が−OH−に還元さ れる、請求項14記載のバッテリ。
  17. 【請求項１７】 カソードが、酸素にさらされる構造を備え、還元ホウ素含 有化合物が二ホウ化チタン、二ホウ化バナジウム、またはその両方である、請求 項3、4、5、または7のいずれか一項記載のバッテリ。
  18. 【請求項１８】 アノード媒体がホウ素または還元ホウ素含有化合物だけで なくボロヒドライドをさらに含む、請求項1または3記載のバッテリ。
  19. 【請求項１９】 アノード媒体が金属ホウ化物をさらに含む、請求項1また は3記載のバッテリ。
  20. 【請求項２０】 金属ホウ化物がFebまたはNiB2である、請求項19記載のバ ッテリ。
  21. 【請求項２１】 アノード蓄積媒体が、還元ホウ素含有化合物が酸化する間 にそれ自体が酸化して追加電流を生成する導電率強化剤をさらに含む、請求項1 または3記載のバッテリ。
  22. 【請求項２２】 アノード蓄積媒体が黒鉛をさらに含む、請求項1記載のバ ッテリ。
  23. 【請求項２３】 アノード蓄積媒体が不活性導電率強化剤を含む、請求項1 記載のバッテリ。
  24. 【請求項２４】 アノード媒体がホウ化物の組合せを含む、請求項3記載の バッテリ。
  25. 【請求項２５】 酸化ホウ素含有化合物がハロゲン化ホウ素または酸ハロゲ ン化ホウ素である、請求項5記載のバッテリ。
  26. 【請求項２６】 酸化ホウ素含有化合物がホウ酸塩またはポリホウ酸塩であ る、請求項1記載のバッテリ。
  27. 【請求項２７】 酸化ホウ素含有化合物が導電性である、請求項2記載のバ ッテリ。
  28. 【請求項２８】 還元ホウ素含有化合物がホウ化アルミニウムである、請求 項3記載のバッテリ。
  29. 【請求項２９】 ホウ化物が、表1のリストから選択されるホウ化物である 、請求項3記載のバッテリ。
  30. 【請求項３０】 アノード電気化学蓄積媒体が、ホウ素または還元ホウ素含 有化合物だけでなくEDTAをさらに含む、請求項4、5、または7のいずれか一項記 載のバッテリ。
  31. 【請求項３１】 酸化ホウ素含有化合物が金属酸化物およびホウ酸塩を含む 、請求項3記載のバッテリ。
  32. 【請求項３２】 酸化ホウ素含有化合物が、対応する金属酸化物とハロゲン 化物と酸ハロゲン化物との組合せを含む、請求項3記載のバッテリ。
  33. 【請求項３３】 アノード蓄積媒体が8.5よりも高いpHを有する、請求項3記 載のバッテリ。
  34. 【請求項３４】 アノード蓄積媒体が11.0よりも高いpHを有する、請求項33 記載のバッテリ。
  35. 【請求項３５】 カソードが酸素含有酸化化合物を含む、請求項3、4、5、 または7のいずれか一項記載のバッテリ。
  36. 【請求項３６】 酸化化合物が、鉄酸塩、MnO2、CrO3、KMnO4、LiCoO2、NiO OH、過酸化物、ペルハレート、過塩素酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、過臭素酸塩、 ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩から選択される、請求項35記載のバッ テリ。
  37. 【請求項３７】 カソードが非酸素含有酸化化合物を含む、請求項1記載の バッテリ。
  38. 【請求項３８】 非酸素化合物が高原子価金属を含む、請求項37記載のバッ テリ。
  39. 【請求項３９】 非酸素化合物がハロゲン間化合物である、請求項37記載の バッテリ。
  40. 【請求項４０】 非酸素化合物が、金属をより低い原子価に還元できる金属 ハロゲン化物である、請求項37記載のバッテリ。
  41. 【請求項４１】 請求項1記載のバッテリに負荷を接触させることによって 電流を生成する方法。
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