JP2006054194A - Battery - Google Patents

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Kazuo Tsutsumi
香津雄 堤
Toshio Atsuta
稔雄 熱田
Chikanori Kumagai
親徳 熊谷
Mitsuharu Kishimoto
充晴 岸本
Atsushi Tsutsumi
敦司 堤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alkaline primary battery and an alkaline secondary battery in which discharge voltage hardly drops and which are of long life and low cost. <P>SOLUTION: In the primary alkaline battery in which a positive electrode current collector 397, a powder active material and an electrolyte solvent 395 of a positive electrode, an ion permeable separator 391, a powder active material and an electrolyte solvent 394 of a negative electrode, and a negative electrode current collector 396 are arranged in this order, a metal carbide or a mixture of the metal carbide and this metal is used as the negative electrode active material. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電池及びその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに地域分散型発電方法及びその発電装置に関し、さらに詳しくは、活物質を粉体にして構成した大電力の貯蔵が可能な三次元構造の電池およびその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池、ならびに自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車、船舶等の移動・輸送手段の動力を利用した地域分散型発電方法及びその発電装置に関するものである。   The present invention relates to a battery, a device or apparatus having the battery as a part of the structure, a region-distributed power generation method, and a power generation apparatus thereof, and more particularly, can store large power composed of powdered active material. Three-dimensional structure battery, apparatus or device having the battery as a part of structure, long-life alkaline primary battery and alkaline secondary battery in which discharge voltage is difficult to decrease, motorcycles, motor tricycles, motor vehicles, ships The present invention relates to a region-distributed power generation method that uses the power of transportation and transportation means, and the power generation apparatus.

本発明は電池に関するものであるが、本発明が解決しようとする課題は従来技術との関係において、次の5つの課題に大別することができる。   Although the present invention relates to a battery, the problems to be solved by the present invention can be roughly divided into the following five problems in relation to the prior art.

すなわち、第一の課題は、板状あるいは円柱状や円筒状などの一定の容積を占める活物質を電解質溶液に浸漬した構造である従来型電池の欠点を改良した電池を提供すること、第二の課題は従来型電池では実質的に不可能である大電力容量の三次元電池を提供すること、第三の課題は第一または第二の課題の解決手段である三次元構造の電池の実用的な用途を提供すること、第四の課題は放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池またはアルカリ二次電池を提供すること、そして、第五の課題は、三次元構造の電池を利用した地域分散型発電方法及びその発電装置を提供することにある。以下、第一〜第五の課題を従来技術との比較において、順次説明する。
1.従来技術と第一の課題
従来、電池は活物質を板状あるいは円柱状や円筒状にして電解質溶液に浸した構造をとってきた。そして、カソードとアノードとの間に板状の電解質板を挟み込み積層構造としている。例えば、特許文献1には、化石燃料の燃焼熱を利用することにより、放電後の電池物質を熱的又は化学的に再生して連続的に発電を行う方法及び装置が開示されている。
That is, the first problem is to provide a battery that has improved the drawbacks of a conventional battery having a structure in which an active material occupying a certain volume such as a plate, a column, or a cylinder is immersed in an electrolyte solution, The third problem is to provide a three-dimensional battery with a large power capacity that is practically impossible with conventional batteries, and the third problem is the practical use of a three-dimensional structure battery that is a solution to the first or second problem. The fourth problem is to provide a long-life alkaline primary battery or alkaline secondary battery in which the discharge voltage is difficult to decrease, and the fifth problem is to use a battery having a three-dimensional structure. It is an object of the present invention to provide a regionally distributed power generation method and a power generation apparatus thereof. Hereinafter, the first to fifth problems will be sequentially described in comparison with the prior art.
1. Conventional Technology and First Problem Conventionally, a battery has a structure in which an active material is immersed in an electrolyte solution in the form of a plate, a column, or a cylinder. A plate-shaped electrolyte plate is sandwiched between the cathode and the anode to form a laminated structure. For example, Patent Document 1 discloses a method and apparatus for continuously generating power by thermally or chemically regenerating a discharged battery material by using the combustion heat of fossil fuel.

ところが、従来の電池には下記のような問題点がある。
(1)スケールアップが不可能である。
However, the conventional battery has the following problems.
(1) Scale-up is impossible.

電池を流れる電流は膜の面積に比例している。例えば、膜の面積が1m2 で1Wの電池があるとすると、これを100万kWにするには10億m2 の面積が必要となる。これは正方形にすると約32km四方となり、フランジなどをつくることは現実的に不可能である。また、膜の枚数を増やして対応しても、同様にスケールアップは不可能である。
(2)活物質や触媒の劣化に対応できない。
The current flowing through the battery is proportional to the membrane area. For example, if there is a battery of 1 W with a membrane area of 1 m 2 , an area of 1 billion m 2 is required to make it 1 million kW. This is about 32 km square when square, and it is practically impossible to make a flange or the like. Also, even if the number of films is increased, it is impossible to scale up.
(2) Cannot cope with deterioration of active material and catalyst.

従来の電池では、活物質や触媒などを電池の構造材に兼用しているので、劣化した場合は電池全体を取り替えるしかないが、現実的には取り替えは不可能で、劣化した電池は廃却されている。
(3)充放電に伴う発熱と吸熱に対応する伝熱体が設置できない。
In conventional batteries, active materials and catalysts are also used as battery structural materials. If the batteries deteriorate, the entire battery can only be replaced, but in reality it cannot be replaced. Has been.
(3) A heat transfer body corresponding to heat generation and heat absorption associated with charge / discharge cannot be installed.

電池の充放電に伴って発熱、吸熱があり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性から、電池の中に伝熱体を設けて適正な温度に調節する必要がある。しかし、従来の電池は構造が複雑なので、伝熱体は設置されていない。また、電池が小さく、出力に対して電池表面積が小さいので、自然放置により放冷するか又は吸熱する方式である。また、温度ヒューズなどを使って上限温度を設定している例もあるが、温度制御装置は設置されていない。
(4)エネルギー密度が小さい。
There is heat generation and heat absorption associated with charging and discharging of the battery, power conversion efficiency decreases when the temperature rises, and conversely, the reaction speed becomes slow when the temperature becomes low. It is necessary to adjust the temperature appropriately. However, since the structure of the conventional battery is complicated, no heat transfer body is installed. In addition, since the battery is small and the battery surface area is small with respect to the output, it is a system in which the battery is allowed to cool naturally or it absorbs heat. In addition, there is an example in which an upper limit temperature is set using a thermal fuse or the like, but no temperature control device is installed.
(4) The energy density is small.

従来の電池は、電流が膜の面積に比例している。従って、例えば、膜の面積が1m2 で1Wの電池では、1000kWの電池をつくる場合、膜の面積が1m2 で幅0.1mの膜状電池100万個が必要となって、100000m3 の大きさになり、エネルギー密度を大きくすることはできない。 In conventional batteries, the current is proportional to the membrane area. Thus, for example, the area of the membrane in the battery of 1W at 1 m 2, when making the battery of 1000 kW, the area of the film becomes necessary film-like battery 1,000,000 width 0.1m at 1 m 2, the 100000 3 It becomes large and the energy density cannot be increased.

第一の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第一の発明が解決しようとする第一の課題は、活物質を粉体にして容器の中に粉体を入れた電池を構成することにより、スケールアップが可能で、劣化した活物質・触媒の再生や取り替え等に対応でき、電池内に伝熱体を設置することができ、しかも、エネルギー密度を大きくすることができる電池を提供することにある。
2.従来技術と第二の課題
従来、電池は活物質を板状、円柱状あるいは円筒状などの所定形状に定形化して電解質溶液に浸漬した構造からなっており、正極と負極の間に電解質の板を挟み込ませて積層構造としている。つまり、ニッケル水素電池などの積層化は、図49に示すように、集電体431、正極432、セパレータ433、負極434、集電体435の順に密着させることにより行われている。この例は、例えば、特許文献2に記載されている。同文献に記載の電池は、水酸化ニッケルを主体とする正極と水素吸蔵合金を主体とする負極と高分子不織布からなるセパレーターとアルカリ水溶液からなる電解液を有する素電池(単位電池)を、複数個直列に接続して金属製の角形容器に収納し、開口部を可逆性べントを有する封口板で密閉した構造の電池である。
The first invention has been made in view of the above-mentioned points, and the first problem to be solved by the first invention is to constitute a battery in which the active material is powdered and the powder is placed in a container. By providing a battery that can be scaled up, can be used to regenerate or replace a deteriorated active material / catalyst, install a heat transfer element in the battery, and increase the energy density There is to do.
2. Conventional Technology and Second Problem Conventionally, a battery has a structure in which an active material is shaped into a predetermined shape such as a plate shape, a columnar shape, or a cylindrical shape and immersed in an electrolyte solution, and an electrolyte plate is interposed between a positive electrode and a negative electrode. Is sandwiched between layers. That is, the stacking of the nickel-metal hydride battery or the like is performed by closely contacting the current collector 431, the positive electrode 432, the separator 433, the negative electrode 434, and the current collector 435 as shown in FIG. This example is described in Patent Document 2, for example. The battery described in this document includes a plurality of unit cells (unit cells) each having a positive electrode mainly composed of nickel hydroxide, a negative electrode mainly composed of a hydrogen storage alloy, a separator composed of a polymer nonwoven fabric, and an electrolytic solution composed of an alkaline aqueous solution. The batteries are connected in series and housed in a metal rectangular container, and the opening is sealed with a sealing plate having a reversible vent.

上記した構造を含めて従来の電池430は膜構造(二次元)からなつており、電池430を大容量化する場合には、薄くするために図50のように延長して巻装したり、図51のように単位電池430を並列に接続するか、あるいは図52のように多数の単位電池430内に複数の電極板436を介装し、各電極板436に接続した配線437を電池の外へ抜き出し、これらの電極を別の単位電池の極性が異なる電極板438と繋いで積層構造にすることが一般的である。 しかしながら、図49〜図52に示す従来の電池では、下記のような不都合がある。
(1)スケールアップに限界がある。
The conventional battery 430 including the structure described above has a membrane structure (two-dimensional). When the capacity of the battery 430 is increased, the battery 430 is extended and wound as shown in FIG. The unit batteries 430 are connected in parallel as shown in FIG. 51, or a plurality of electrode plates 436 are interposed in a large number of unit batteries 430 as shown in FIG. 52, and wiring 437 connected to each electrode plate 436 is connected to the battery. Generally, these electrodes are extracted and connected to an electrode plate 438 having a different polarity of another unit cell to form a laminated structure. However, the conventional batteries shown in FIGS. 49 to 52 have the following disadvantages.
(1) There is a limit to scale-up.

すなわち、従来の電池は膜構造(二次元)からなり、電池を流れる電流は膜の面積に比例するから、例えばlm2 の面積で1Wの電力が生じるとすると、10kWの電力を発生させるためには(100×100)m2 の面積が必要になる。そこで、膜の枚数を増やしたり、膜を拡大して巻いたりすることが考えられるが、いずれの場合にも膨大な大きさになり、実用化が困難である。したがって、結果的に電池を並列に接続しなければならなくなって、全体の構造が複雑になる。
(2)大容量化に伴う製造コストが極めて高い。
That is, the conventional battery has a membrane structure (two-dimensional), and the current flowing through the battery is proportional to the area of the membrane. For example, if 1 W of power is generated in an area of 1 m 2 , Requires an area of (100 × 100) m 2 . Thus, it is conceivable to increase the number of films or to wrap the film in an enlarged manner, but in any case, the size becomes enormous and difficult to put into practical use. Therefore, as a result, the batteries must be connected in parallel, and the overall structure becomes complicated.
(2) The manufacturing cost associated with the increase in capacity is extremely high.

すなわち、大容量化を図ろうとすると、膜構造の電池では膜の面積を比例して増大させる必要があり、製造コストが電池容量の増大化に伴い比例してアップする。このため、スケールアップすることによる、製造コスト上のメリットがなくなる。
(3)電池の劣化に対応できない。
That is, in order to increase the capacity, it is necessary to proportionally increase the area of the film in a battery having a membrane structure, and the manufacturing cost increases proportionally as the battery capacity increases. For this reason, the merit on manufacturing cost by scaling up is lost.
(3) It cannot cope with battery deterioration.

すなわち、活物質が電池の構成部材として板状や円柱状などに固定化されているので、劣化した場合には活物質のみを交換できないから、電池全体を交換する必要がある。
(4)電池を直列に接続した際に装置費用や接続部の抵抗エネルギーロスが大きい。すなわち、例えば1個当たり1.6V〜2.0Vの電池を複数個接続して100Vなどの高い電圧を得る場合、電線等で電池間を接続しなければならず、そのための作業費が高くなるだけでなく、接続部を通過する電流による発熱ロスが発生してエネルギーロスを生じる。
That is, since the active material is fixed in the form of a plate or a column as a constituent member of the battery, it is necessary to replace the entire battery because only the active material cannot be replaced when it deteriorates.
(4) When the batteries are connected in series, the device cost and the loss of resistance energy at the connection are large. That is, for example, when a plurality of 1.6V to 2.0V batteries are connected to obtain a high voltage such as 100V, the batteries must be connected with an electric wire or the like, which increases the work cost. In addition, heat loss due to current passing through the connecting portion occurs, resulting in energy loss.

第二の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第二の発明が解決しようとする第二の課題は、電池の構造を三次元化することにより、電池容量を増大する場合に電池の容積(セル)を増大することによって対応でき、スケールアップに伴う種々のメリットが生じる積層型の三次元電池を提供することにある。
3.従来技術と第三の課題
一般的に各種機器および装置は、以下の発明の実施の形態で詳細に説明するように、機器または装置内の空間が有効に利用されていないことが多い。
The second invention has been made in view of the above-mentioned points. The second problem to be solved by the second invention is that the battery structure is increased when the battery capacity is increased by making the structure of the battery three-dimensional. It is an object of the present invention to provide a stacked three-dimensional battery that can cope with an increase in volume (cell) and produces various merits associated with scale-up.
3. Prior Art and Third Problem Generally, in various devices and apparatuses, as described in detail in the following embodiments of the present invention, the space in the apparatus or device is often not effectively used.

そこで、第三の発明が解決しようとする第三の課題は、第一または第二の発明に係る三次元構造の電池を各種の機器または装置の一部として構成する、三次元電池の実用的で有効な用途を提供することにある。
4.従来技術と第四の課題
実用電池は、充放電の繰り返しができない一次電池、充放電の繰り返しができる二次電池、物理電池(例えば、太陽電池)および生物電池(例えば、酵素電池)からなる特殊電池、ならびに燃料電池に大別できる。
Accordingly, a third problem to be solved by the third invention is a practical use of a three-dimensional battery in which the three-dimensional structure battery according to the first or second invention is configured as a part of various devices or apparatuses. It is to provide an effective use.
4). Prior Art and Fourth Problem A practical battery is a special battery consisting of a primary battery that cannot be repeatedly charged and discharged, a secondary battery that can be repeatedly charged and discharged, a physical battery (for example, a solar battery), and a biological battery (for example, an enzyme battery) It can be roughly divided into batteries and fuel cells.

第四の課題は、これら実用電池の中のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池の欠点を改善することにある。   The fourth problem is to improve the drawbacks of the alkaline primary battery and alkaline secondary battery among these practical batteries.

電池は、3つの主要な構成要素である負極、正極および電解質からなる。そして、放電時において、負極においては、電気化学反応により外部回路に電子を放出し、それ自身は酸化され、正極においては、電気化学反応により外部回路から電子を受け入れ、それ自身は還元され、電解質はイオン伝導性のものであり、電気化学反応時の負極と正極間のイオン移動媒体となる。このように、放電時には負極で酸化反応が起こり、正極で還元反応が起こるので、負極材料としては、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛、鉛などの還元物(非酸化物)が使用され、正極材料としては酸化物が使用されている。   The battery is composed of three main components, a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte. At the time of discharging, at the negative electrode, electrons are released to the external circuit by an electrochemical reaction and are themselves oxidized. At the positive electrode, electrons are received from the external circuit by an electrochemical reaction and are themselves reduced, and the electrolyte Is ion-conductive and serves as an ion transfer medium between the negative electrode and the positive electrode during an electrochemical reaction. Thus, since an oxidation reaction occurs at the negative electrode during the discharge and a reduction reaction occurs at the positive electrode, as the negative electrode material, a reduced product (non-oxide) such as a hydrogen storage alloy, cadmium, iron, zinc, lead is used, An oxide is used as the positive electrode material.

例えば、アルカリ一次電池の中のアルカリマンガン電池は、正極活物質として二酸化マンガンと炭素を用い、負極活物質として亜鉛を用い、電解液として、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム溶液を用いるものが一般的である。このアルカリマンガン電池によれば、以下のように反応が進行する。
(負極) Zn+4OH-→Zn(OH)4 2-+2e-
(正極) MnO2+H2O+e-→MnOOH+OH-
また、代表的なアルカリ二次電池である、ニッケル−カドミウム蓄電地は、正極活物質として水酸化ニッケルと炭素を用い、負極活物質としてカドミウムを用い、電解液として水酸化カリウム溶液を用いるものが一般的である。このニッケル−カドミウム蓄電地によれば、以下のように反応が進行する。
For example, an alkaline manganese battery in an alkaline primary battery generally uses manganese dioxide and carbon as a positive electrode active material, uses zinc as a negative electrode active material, and uses potassium hydroxide or sodium hydroxide solution as an electrolyte. It is. According to this alkaline manganese battery, the reaction proceeds as follows.
(Negative electrode) Zn + 4OH → Zn (OH) 4 2− + 2e
(Positive electrode) MnO 2 + H 2 O + e → MnOOH + OH
In addition, a nickel-cadmium storage battery, which is a typical alkaline secondary battery, uses nickel hydroxide and carbon as a positive electrode active material, cadmium as a negative electrode active material, and a potassium hydroxide solution as an electrolyte. It is common. According to this nickel-cadmium storage location, the reaction proceeds as follows.

Figure 2006054194
Figure 2006054194

上式の中で、右方向の矢示は放電反応を示し、左方向の矢示は充電反応を示す。上式で明らかなように、負極における放電反応によって、水酸化亜鉛や水酸化カドミウムなどの水酸化物が生成する。電極に要求される機能としては、一定の機械的強度や使用電位領域における耐食性を備えることも重要であるが、特に重要な機能は導電性が優れていることである。 In the above formula, a right arrow indicates a discharge reaction, and a left arrow indicates a charge reaction. As is apparent from the above equation, a hydroxide such as zinc hydroxide or cadmium hydroxide is generated by the discharge reaction at the negative electrode. As a function required for the electrode, it is important to have a certain mechanical strength and corrosion resistance in a use potential region, but a particularly important function is excellent conductivity.

しかし、金属酸化物や金属水酸化物は一般的に比抵抗が大きく、導電性が劣るので、従来より、金属酸化物を活物質とする正極材料には、炭素、亜鉛、コバルトなどの導電性材料を導電助剤として混合したものが使用されていた。しかし、負極活物質には、酸化反応を促進するために金属単体が用いられていたので、放電によってその金属が金属酸化物や金属水酸化物に化学変化することで導電性が低下する。そこで、導電性を高めるために、負極活物質である亜鉛等の金属に炭素粉、ニッケル粉またはコバルト粉などの導電性物質を混合したペレット状物を用いるか、または、亜鉛等の金属からなる負極集電体に上記導電性物質を圧着したものを用いることが提案されている。   However, since metal oxides and metal hydroxides generally have high specific resistance and poor conductivity, conventionally, positive electrode materials using metal oxides as active materials have been made of conductive materials such as carbon, zinc, and cobalt. What mixed the material as a conductive support agent was used. However, since a single metal is used for the negative electrode active material in order to promote the oxidation reaction, the conductivity is lowered by the chemical change of the metal into a metal oxide or metal hydroxide by discharge. Therefore, in order to increase the conductivity, a pellet-like material in which a conductive material such as carbon powder, nickel powder or cobalt powder is mixed with a metal such as zinc as the negative electrode active material is used, or it is made of a metal such as zinc. It has been proposed to use a negative electrode current collector obtained by pressure-bonding the conductive material.

しかし、圧着処理やペレット状物を得るための造粒処理は煩雑であり、製造コストを上昇させる。   However, the pressure-bonding process and the granulation process for obtaining a pellet-like product are complicated and increase the manufacturing cost.

第四の発明は上述の点に鑑みなされたもので、第四の発明が解決しようとする第四の課題は、放電が進行しても良好な放電特性を示し(放電電圧が低下しにくい)、長寿命である低コストのアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池を提供することにある。
5.従来技術と第五の課題
従来の地域分散型発電システムは、発電によって副次的に発生する熱エネルギーを使用して温風や冷風、温水、蒸気を発生させ、蒸気エネルギーと熱エネルギーを供給する固定型のコージェネレーションシステムである。また、このような地域分散型コージェネレーション設備には、太陽光発電、風力発電等が利用されている。
The fourth invention has been made in view of the above points, and the fourth problem to be solved by the fourth invention is that even if the discharge proceeds, it exhibits good discharge characteristics (the discharge voltage is unlikely to decrease). Another object of the present invention is to provide a low-cost alkaline primary battery and alkaline secondary battery that have a long lifetime.
5. Conventional Technology and Fifth Problem Conventional regional distributed power generation systems generate hot and cold air, hot water, and steam using the secondary energy generated by power generation, and supply steam energy and heat energy. This is a fixed cogeneration system. Moreover, solar power generation, wind power generation, etc. are utilized for such a regional distributed cogeneration facility.

また、従来の技術としては、家屋に設置された太陽電池を利用して、電気自動車のバッテリーを充電することが知られている。   Further, as a conventional technique, it is known to charge a battery of an electric vehicle using a solar cell installed in a house.

また、特許文献3には、商用電源と系統連系運転される燃料電池発電システムにより電気自動車のバッテリーを充電する技術が開示されている。   Patent Document 3 discloses a technique for charging a battery of an electric vehicle by a fuel cell power generation system that is grid-connected with a commercial power source.

地域分散型コージェネレーションシステムを普及させるためには、各家庭や事務所に発電設備を設置する必要がある。しかし、発電設備は高価であり、家庭用等として購入した場合、電力の購買価格との差により経済効果を得るためには長い年月を必要とする。このように、家庭用、事務所用に発電設備を設置するのは設備費が高く、長時間使用しないと採算が取れず、地域分散型コージェネレーションシステムの普及を困難にしている。例えば、太陽光発電においては、設備費の半額を国家負担として普及を促そうとしたが、それでも経済的に成立せず、多額の予算が余るという結果になった。   In order to spread the regional decentralized cogeneration system, it is necessary to install power generation facilities in each home and office. However, power generation equipment is expensive, and when purchased for home use, it takes a long time to obtain economic effects due to the difference from the purchase price of power. As described above, installing power generation facilities for home use and office use is expensive and cannot be profitable if not used for a long time, making it difficult to spread a regional distributed cogeneration system. For example, in the case of photovoltaic power generation, an attempt was made to promote the spread with half of the equipment cost as a national burden, but it still did not hold economically, resulting in a large budget.

第五の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第五の発明が解決しようとする第五の課題は、家庭用、事務所用に固定型の発電設備のみを設置するのを止めて、本来は移動、輸送手段として利用される自動車等に設けられた発電システムを家庭用、事務所用にも利用することにより、輸送設備と自家発電設備を共通の設備にすることによって設備費を大幅に削減することができ、家庭や事務所に発電設備がなくてもコージェネレーションを行うことが可能となる地域分散型発電方法及びその発電装置を提供することにある。   The fifth invention has been made in view of the above-mentioned points, and the fifth problem to be solved by the fifth invention is to stop installing only fixed power generation facilities for home use and office use. By using the power generation system originally installed in automobiles, etc., which is originally used as a means of transportation and transportation, for home use and office use, the equipment cost can be reduced by making the transportation equipment and private power generation equipment common. An object of the present invention is to provide an area-distributed power generation method and a power generation apparatus that can greatly reduce the power generation capacity and can perform cogeneration even if there is no power generation facility in a home or office.

なお、太陽光発電等の固定型発電設備を自動車等の移動・輸送手段の充電に利用するという技術は公知であるが、自動車等の移動・輸送手段で発生させた電力を家庭用等の固定型発電設備で利用するという技術は見あたらない。
特開平7−169513号公報 特開平9−298067号公報 特開平6ー225406号公報
The technology of using fixed power generation facilities such as solar power generation for charging transportation / transportation means such as automobiles is well known, but the power generated by transportation / transportation means such as automobiles is fixed for household use. There is no technology that can be used in power generation facilities.
JP-A-7-169513 JP-A-9-298067 JP-A-6-225406

1.第一の発明
第一の課題を解決するための第一の発明の電池は、イオンが通過するが電子を通過させない部材を介して接続された2つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、2つの容器内に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置が設けられてなる構成とされている(図1参照)。
1. 1st invention The battery of 1st invention for solving a 1st subject is an electrolyte solution and an electron in one container of two containers connected through the member through which an ion passes but does not allow an electron to pass through. The collector of the active material to be discharged is loaded, the powder of the active material that absorbs the electrolyte solution and the electrons is loaded into the other container, and the current collection of the conductor that is in contact with the powder as the active material in the two containers The apparatus is provided (see FIG. 1).

第一の発明の電池において、後記するように、活物質である粉体同士及び活物質の粉体と導電装置とが効率よく接触するように、2つの容器内で電解質溶液中の活物質の紛体を流動化させるための液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、2つの容器に接続するか、又は2つの容器内に設けることが好ましい(図2〜図12参照)。   In the battery of the first invention, as will be described later, the active material in the electrolyte solution in the two containers is efficiently contacted between the active material powders and the active material powder and the conductive device. It is preferable that at least one of fluidized fluid dispersion means and stirring means by liquid or gas for fluidizing the powder is connected to or provided in the two containers (FIGS. 2 to 2). 12).

第一の発明の電池において、活物質である粉体と接触する集電装置を、棒状、板状及び管状のいずれかの形状とすることができる(図1〜図4参照)。   In the battery of the first invention, the current collector in contact with the powder that is the active material can have any one of a rod shape, a plate shape, and a tubular shape (see FIGS. 1 to 4).

また、第一の発明の電池において、活物質である粉体と接触する集電装置を、容器内の活物質である粉体を流動化させる液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段と兼用のものとすることができる(図5、図6参照)。   In the battery according to the first aspect of the present invention, the current collector that is in contact with the powder that is the active material is connected to the fluidized fluid dispersion means and the stirring means that use the liquid or gas to fluidize the powder that is the active material in the container. It can be combined with at least one of the means (see FIGS. 5 and 6).

また、これらの第一の発明の電池において、後記するように、2つの容器内に、電池内の反応温度をー定にするための伝熱体を設けることが好ましい。伝熱体としては、活物質である粉体と接触する管状の集電体及び板状の集電体のいずれかを用いることができる(図8、図9参照)。   In the batteries of the first invention, as described later, it is preferable to provide a heat transfer body for keeping the reaction temperature in the batteries constant in the two containers. As the heat transfer body, either a tubular current collector or a plate-shaped current collector that is in contact with the powder as the active material can be used (see FIGS. 8 and 9).

また、これらの第一の発明の電池において、後記するように、2つの容器にそれぞれ、劣化した活物質である粉体を容器から抜き出すための抜出手段及び活物質である粉体を容器に供給するための供給手段を接続することが好ましい(図10、図11参照)。   Further, in the batteries of these first inventions, as will be described later, in each of the two containers, an extraction means for extracting the deteriorated active material powder from the container and the active material powder in the container. It is preferable to connect supply means for supplying (see FIGS. 10 and 11).

この場合、抜出手段に、抜き出した活物質である粉体を再生する再生手段及び活物質である粉体の補充を行うメークアップ手段の少なくともいずれかの手段を接続し、再生されるか、又は新しく取り替えられた活物質の粉体が供給手段から容器内に供給されるようにすることができる(図10参照)。   In this case, the extraction means is connected with at least one of a regeneration means for regenerating the extracted active material powder and a makeup means for replenishing the active material powder, and is regenerated. Or the powder of the newly replaced active material can be supplied into a container from a supply means (refer FIG. 10).

また、抜出手段に、抜き出した活物質である粉体を熱反応又は化学反応によって充電状態の粉体に変化させる反応手段を接続し、充電状態となった活物質の粉体が供給手段から容器内に供給されるようにすることができる(図11参照)。   Further, the extraction means is connected to a reaction means for changing the extracted active material powder into a charged powder by a thermal reaction or a chemical reaction, and the charged active material powder is supplied from the supply means. It can be made to supply in a container (refer FIG. 11).

また、これらの第一の発明の電池において、負極側の活物質である粉体を水素吸蔵合金の粉体とし、正極側の活物貿である粉体を水酸化ニッケルの粉体とすることができる(図7参照)。   In these batteries of the first invention, the negative electrode side active material powder is a hydrogen storage alloy powder, and the positive electrode side active material powder is nickel hydroxide powder. (See FIG. 7).

また、これらの第一の発明の電池において、負極側の活物質である粉体を水素吸蔵合金の粉体とし、負極側の流動化流体分散手段に導入される気体を水素とし、正極側の活物質である粉体を水酸化ニッケルの粉体とし、正極側の流動化流体分散手段に導入される気体を酸素又は空気とすることができる(図12参照)。   In the batteries of the first invention, the negative electrode side active material powder is a hydrogen storage alloy powder, the gas introduced into the negative electrode fluidizing fluid dispersion means is hydrogen, and the positive electrode side The active material powder may be nickel hydroxide powder, and the gas introduced into the fluidizing fluid dispersion means on the positive electrode side may be oxygen or air (see FIG. 12).

第一の発明の電池によれば、活物質粉体を流動化しなくても、あるいは活物質粉体を流動化する設備がなくても、従来の電池より優れた充放電特性を備えており、その特有の効果については後記する発明の実施の形態において詳細に説明するが、改良点のポイントは下記の通りである。
(1)スケールアップが可能である。
According to the battery of the first invention, even if the active material powder is not fluidized or there is no facility for fluidizing the active material powder, it has charge / discharge characteristics superior to those of conventional batteries, The specific effect will be described in detail in the embodiments of the invention described later, and the points of improvement are as follows.
(1) Scale up is possible.

電池を流れる電流は反応物質の表面積に比例している。そこで、活物質を粉体にして電池をつくると、容器の中に粉体を入れた電池が構成される。すなわち、活物質を粉体にして電池をつくると、電池構造は3次元的となり、例えば、1リットルで1Wの電池ならば、lm立方にすれは1kW、10m立方にすれば1000kW、100m立方にすれば100万kWの電池となり、スケールアップが可能となる。   The current flowing through the battery is proportional to the surface area of the reactant. Therefore, when a battery is made from powdered active material, a battery in which the powder is placed in a container is formed. That is, when a battery is made from powdered active material, the battery structure becomes three-dimensional. For example, if the battery is 1 liter and 1 W, the lm cube becomes 1 kW and the 10 m cube becomes 1000 kW and 100 m cube. If it does, it becomes a battery of 1 million kW, and scale-up is possible.

また、活物質を粉体にして電池をつくると、スケールメリットが発揮される。例えば、従来の電池が1kWで10万円とすれば、100万kWとするには100万個が必要となり1000億円になるが、本発明の電池では、スケールメリット、すなわち、スケールが大きくなると製作単価が減少する効果が発揮され、1億円程度で作ることができる。
(2)劣化した活物質・触媒の再生や取替え等が可能である。
In addition, when the battery is made from the active material as powder, the merit of scale is exhibited. For example, if the conventional battery is 1 kW and 100,000 yen, 1 million kW will be required to make 1 million kW, which will be 100 billion yen. The effect of reducing the production unit price is demonstrated, and it can be made for about 100 million yen.
(2) It is possible to regenerate or replace a deteriorated active material / catalyst.

活物質と触媒の粉体が劣化した場合は抜き出し、再生するか、新しい活物質と触媒に取り替えるか、又は熱反応や化学反応で充電状態に戻して、再び供給する構造とする。例えば、活物質と触媒の粉体を容器から管によって電解液とともにスラリーとして抜き出し、粉体を電解液と分離して、再生又は新品の追加等を行って再び電解液と混合し、スラリーにしてスラリーポンプで電池に供給する。   When the powder of the active material and the catalyst is deteriorated, it is extracted and regenerated, replaced with a new active material and a catalyst, or returned to a charged state by a thermal reaction or a chemical reaction and supplied again. For example, the powder of the active material and the catalyst is extracted from the container as a slurry together with the electrolyte solution, separated from the electrolyte solution, regenerated or newly added, etc., and mixed with the electrolyte solution again to form a slurry. The slurry pump supplies the battery.

例えば、従来の電池は、小型のもので約500回の放充電が可能で、大型のもので連続8000時間程度の作動時間であったが、活物質と触媒の循環再生やメークアップ等によって、常に活物質と触媒が最高の状態に保たれるので、電池の寿命は電池設備の寿命となって、電池の寿命を約50倍から約100倍に延ばす効果がある。
(3)電池内に伝熱体が設置できる。
For example, a conventional battery is a small battery that can be recharged about 500 times, and a large battery that has a continuous operation time of about 8000 hours. Since the active material and the catalyst are always kept at the highest level, the life of the battery becomes the life of the battery equipment, which has the effect of extending the life of the battery from about 50 times to about 100 times.
(3) A heat transfer body can be installed in the battery.

活物質と触媒を粉体にして電解質溶液中に懸濁させるという簡単な構造であって、この中に伝熱体を設置しやすく、電池内に設置した伝熱体を経て伝達される熱によって電池内の反応温度を一定にすることができるようになり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性に対応して、電池内の温度を適正な温度に調節することができるようになる。また、伝熱体を経て回収した熱及び冷熱を冷暖房や発電に利用することができることになり、エネルギー発電効率、エネルギー利用率が増加する劾果がある。
(4)エネルギー密度を大きくすることができる。
It has a simple structure in which the active material and the catalyst are powdered and suspended in the electrolyte solution. It is easy to install a heat transfer body in this, and the heat transferred through the heat transfer body installed in the battery The reaction temperature inside the battery can be kept constant, the power conversion efficiency decreases as the temperature increases, and conversely the temperature in the battery corresponds to the battery characteristics that the reaction rate decreases as the temperature decreases. Can be adjusted to an appropriate temperature. In addition, the heat and cold energy collected through the heat transfer body can be used for air conditioning and power generation, which results in increased energy power generation efficiency and energy utilization rate.
(4) The energy density can be increased.

電池を流れる電流は反応物質の表面積に比例している。そこで、活物質を粉体にして電池を作る。活物質を粉体にして電池を作ると表面積が増えて、例えば、1m3 の粉体で約300000m2 の表面積になってエネルギー密度が大きくなる。また、例えば、従来の電池が膜の面積1m2 で1Wであれば、3000kWの電池をつくる場合、面積1m2 で幅0.1mの膜状電池300万個が必要となって、300000m3 の大きさになる。本発明の電池では、これと同じ出力の電池が粒子径1μmの粉体を使用すれは約10m3 の大きさになり、エネルギー密度が30000倍になって、エネルギー密度を飛躍的に大きくする効果がある。
2.第二の発明
第二の課題を解決するための第二の発明の三次元電池は、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された一対のセル(容器)のうち、ー方のセル(容器)に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体を装填し、他方のセル(容器)に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体を装填してなる単位電池の複数組を、前記セル間の隔壁を兼用し且つ前記粉体に接触する導電性の集電部材を介在させて直列に一体に連結し、両端のセルに粉体と接触し且つ正極電極又は負極電極を兼用した集電体を設けて積層型三次元電池を構成したことを特徴としている。
The current flowing through the battery is proportional to the surface area of the reactant. Therefore, a battery is made from the active material as powder. When a battery is made from an active material powder, the surface area increases. For example, a 1 m 3 powder has a surface area of about 300,000 m 2 and an energy density increases. Further, for example, if the 1W conventional batteries in area 1 m 2 of the film, when making battery 3000 kW, is needed 3 million membranous cell width 0.1m in area 1 m 2, the 300000M 3 It becomes size. In the battery of the present invention, if a battery having the same output as this battery uses a powder having a particle diameter of 1 μm, the size is about 10 m 3 , the energy density is increased 30000 times, and the energy density is greatly increased. There is.
2. 2nd invention The three-dimensional battery of 2nd invention for solving 2nd subject is one way among a pair of cells (containers) connected through the member which ion passes but does not allow the electron to pass through. A plurality of unit cells in which an electrolyte solution and an active material powder that emits electrons are loaded in one cell (container), and an electrolyte solution and an active material powder that absorbs electrons are loaded in the other cell (container). The set is connected in series with a conductive current collecting member that also serves as a partition between the cells and is in contact with the powder, and the positive electrode or the negative electrode is in contact with the powder at both ends of the cell. A stacked type three-dimensional battery is configured by providing a current collector that also functions as a battery.

上記の構成を有する第二の発明の三次元電池によれば、電池の容量(電力量)の増大は一対の各セルの容積を増やすことによって対応できる。つまり、1リットルの容積で1Wの電力を発生するとすれば、容積をlm3 に増やすことでlkWの電力が得られ、10m3 に増やすことで10kWの電力が得られる。このため、スケールアップによる製造コスト上のメリットが発揮される。すなわち、従来の電池が10Wで1万円とすれば、10kWでは1000万円になるが、本発明の電池はスケールアップをすればするほど、製造単価が減少するので、約1/10の100万円程度で製造できるようになる。 According to the three-dimensional battery of the second invention having the above-described configuration, an increase in the capacity (power amount) of the battery can be handled by increasing the volume of each pair of cells. In other words, if 1 W of electric power is generated with a volume of 1 liter, 1 kW of electric power can be obtained by increasing the volume to lm 3 , and 10 kW of electric power can be obtained by increasing it to 10 m 3 . For this reason, the merit on the manufacturing cost by scale-up is exhibited. That is, if the conventional battery is 10,000 yen at 10 W, it will be 10 million yen at 10 kW. However, as the battery of the present invention is scaled up, the manufacturing unit price decreases. It will be possible to manufacture for about 10,000 yen.

一方、電圧は一対のセルに充填される活物質の粉体(従来の一般的な電極に相当)の種類(材料)によって決定され、例えば金属鉛粉と酸化鉛粉を用いる場合には2.4V前後の電圧になるから、12V以上の電圧が必要な場合には単位電池を5個〜6個直列に連結する必要がある。しかし、第二の発明によれば、中間に位置する(両端を除く)単位電池は両極とも集電部材の材質を共通にでき、しかも従来の電池とは違って正極や負極の電極を設ける必要がないから、一対のセル(単位電池)間の隔壁を導電性の集電部材で構成することによって電気的に且つ構造的に直列に連結することができる。また、隔壁は厚みをかなり薄く(例えば、0.5mmに)し、面積は広く(例えば、127mm×127mmに)することができ、しかも電流は隔壁の厚み方向に流れるので、大電流がほとんど抵抗なく流れ、電力ロスが極めて少ない。さらに2組の単位電池を隔壁を介して直接に連結(直結)できるので、複数組の単位電池を直列にかつ積層状に連結し、電池全体の容積を最小限に抑えて小型化を図ることができる。   On the other hand, the voltage is determined by the type (material) of the active material powder (corresponding to a conventional general electrode) filled in a pair of cells. For example, when using metal lead powder and lead oxide powder, 2. Since the voltage is around 4V, when a voltage of 12V or more is required, it is necessary to connect 5 to 6 unit cells in series. However, according to the second invention, the unit battery located in the middle (excluding both ends) can use the same material for the current collecting member for both electrodes, and unlike the conventional battery, it is necessary to provide a positive electrode or a negative electrode. Therefore, the partition between the pair of cells (unit batteries) can be electrically and structurally connected in series by forming the partition with a conductive current collecting member. In addition, the partition wall can be made quite thin (for example, 0.5 mm), the area can be increased (for example, 127 mm × 127 mm), and the current flows in the thickness direction of the partition wall, so that a large current is almost resistant. Without any loss of power. Furthermore, since two sets of unit cells can be directly connected (directly connected) via a partition wall, a plurality of sets of unit cells are connected in series and in a stacked manner, minimizing the overall battery volume and miniaturizing. Can do.

さらに、第二の発明の三次元電池では、活物質の粉体が膜構造の従来の電池の膜(電池本体)の作用をし、電池を流れる電流は活物質の表面積に比例することになるが、それらの粉体は電解質溶液中に混入されており、電池ケーシング内のほとんどの容積を占めるので、エネルギー密度が極めて大きくなる。また、活物質の粉体は電解質溶液(鉛電池では希硫酸)に投入して混合して使用しているため、劣化した場合には電解質溶液と分離あるいは電解質溶液とともに粉体を交換することにより再生化を図ることができ、電池の寿命が大幅に(ほぼ50倍から100倍に)延びる。   Furthermore, in the three-dimensional battery of the second invention, the active material powder acts as a conventional battery film (battery body) having a membrane structure, and the current flowing through the battery is proportional to the surface area of the active material. However, since these powders are mixed in the electrolyte solution and occupy most of the volume in the battery casing, the energy density becomes extremely high. In addition, since the active material powder is used by mixing it with an electrolyte solution (diluted sulfuric acid for lead batteries), if it deteriorates, it can be separated from the electrolyte solution or replaced with the electrolyte solution. Regeneration can be achieved, and the battery life is greatly extended (approximately 50 to 100 times).

第二の発明の三次元電池において、大きな出力が必要な場合には、前記各セルに電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための攪拌手段を設けることが望ましい。攪拌手段には、セル内に攪拌羽根を備えた回転軸を回動自在に配装し、モーター等の駆動装置によって機械的に攪拌する手段か、電解質溶液中に液体又は気体をポンプあるいはブロワーなどにより供給し、あるいは循環させることにより、電解質溶液中の粉体を分散させ、かつ流動化させる手段がある。この三次元電池によれば、攪拌手段によって電解質溶液中の粉体を攪拌することにより、電界質溶液中で拡散され、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電部材あるいは集電体との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が高まるとともに電解質溶液中のイオン拡散速度が大きくなるので、大きな電流が流れ、大きな出力を引き出せる。また、この構成によって各セル間の距離(直列方向の間隔)を拡大でき、電池の容量を増大できる。   In the three-dimensional battery of the second invention, when a large output is required, it is desirable to provide each cell with a stirring means for fluidizing the powder of the active material in the electrolyte solution. As the stirring means, a rotating shaft provided with stirring blades is rotatably arranged in the cell, and mechanical stirring is performed by a driving device such as a motor, or a liquid or gas is pumped or blower into the electrolyte solution. There is a means for dispersing and fluidizing the powder in the electrolyte solution by supplying or circulating it. According to this three-dimensional battery, by stirring the powder in the electrolyte solution by the stirring means, the powder is diffused in the electrolyte solution and the contact efficiency between the active material powders is improved, and the powder and the current collecting member Alternatively, the contact with the current collector is improved, the contact resistance is lowered, the conductivity is increased, and the ion diffusion rate in the electrolyte solution is increased, so that a large current flows and a large output can be extracted. In addition, with this configuration, the distance between the cells (interval in the series direction) can be increased, and the capacity of the battery can be increased.

また、第二の発明の三次元電池において、前記集電部材又は前記集電体から各セル内に向けて導電性のスタッドを一体に突設することができる。この三次元電池によれば、集電部材あるいは集電体と粉体との間の接触面積が大幅に増大し、接触抵抗が低減するので、各セル間の距離(直列方向の間隔)を拡大でき、電池の容量を大幅に増大できる。   In the three-dimensional battery according to the second aspect of the present invention, a conductive stud can be integrally projected from the current collecting member or the current collector into each cell. According to this three-dimensional battery, the contact area between the current collector or the current collector and the powder is greatly increased and the contact resistance is reduced, so the distance between cells (interval in the series direction) is expanded. Battery capacity can be greatly increased.

さらに、第二の発明の三次元電池において、電池から送られる送電量を低下させるために前記粉体の流動化を停止させる機能を、前記攪拌手段に付加することが望ましい。この三次元電池のように、粉体の攪拌手段に粉体の流動化を停止させる機能を付加することによって、粉体の流動化を任意に停止でき、その結果、電池からの送電量を減少させることができる。   Furthermore, in the three-dimensional battery of the second invention, it is desirable to add a function of stopping the fluidization of the powder to the stirring means in order to reduce the amount of power transmitted from the battery. Like this 3D battery, by adding a function to stop powder fluidization to the powder agitation means, powder fluidization can be stopped arbitrarily, resulting in a reduction in the amount of power transmitted from the battery. Can be made.

そして、第二の発明の三次元電池において、電子を放出する活物質が、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛または鉛のいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。さらに、第二の発明の三次元電池において、電子を吸収する活物質が、オキシ水酸化ニッケル、二酸化鉛または二酸化マンガンでのいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。
3.第三の発明
第三の課題を解決するための第三の発明の機器または装置は、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された2つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、2つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を構造の一部として有する機器または装置であって、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えていることを特徴としている。
In the three-dimensional battery of the second invention, if the active material that emits electrons is any one of a hydrogen storage alloy, cadmium, iron, zinc, or lead, these materials are practical at low cost. preferable. Furthermore, in the three-dimensional battery of the second invention, if the active material that absorbs electrons is any of nickel oxyhydroxide, lead dioxide or manganese dioxide, these materials are practical at low cost. preferable.
3. 3rd invention The apparatus or apparatus of 3rd invention for solving a 3rd subject is an electrolyte solution and one container of two containers connected through the member which does not allow an ion to pass though an ion passes. An active material powder that emits electrons is loaded, and the other container is loaded with an electrolyte solution and an active material powder that absorbs electrons. A device or apparatus having a three-dimensional structure battery provided with an electric device as a part of the structure, and having a function as a chargeable / dischargeable power storage facility.

第三の発明を適用できる機器または装置としては、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体、三次元電池に貯蔵され電力を他の設備に供給する電力搬送手段、三次元電池に貯蔵された電力を熱エネルギー、運動エネルギーまたは光エネルギーに変換する設備を挙げることができる。これらの機器または装置の具体的な例については、後述する発明の実施の形態において詳細に説明する。   Devices or devices to which the third invention can be applied include rotating devices that use power stored in a three-dimensional battery as a power source, moving objects that use power stored in a three-dimensional battery as a power source, and storage in a three-dimensional battery. Examples thereof include an electric power conveying means for supplying electric power to other equipment, and an equipment for converting electric power stored in the three-dimensional battery into thermal energy, kinetic energy, or light energy. Specific examples of these devices or apparatuses will be described in detail in the embodiments of the invention described later.

また、第三の発明の機器または装置には、2つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体または気体による流動化流体分散手段および攪拌手段の少なくともいずれかの手段が、2つの容器に接続されるか、又は2つの容器内に設けられてなることが好ましい。流動化流体分散手段または攪拌手段を有すれば、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、活物質粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が向上するとともに電解質溶液中のイオンの拡散速度が大きくなり、大電流が流れ、大電力を貯蔵することができるようになるからである。   In addition, in the device or apparatus of the third invention, at least one of fluidized fluid dispersion means and stirring means by liquid or gas for fluidizing the powder of the active material in the electrolyte solution in two containers Preferably, the means are connected to or provided in the two containers. If there is a fluidizing fluid dispersing means or stirring means, the contact efficiency between the active material powders will be improved, the contact between the active material powders and the current collector will be good, the contact resistance will be reduced, and the conductivity will be reduced. This is because the diffusion rate of ions in the electrolyte solution increases, a large current flows, and a large amount of power can be stored.

また、第三の発明において、電子を放出する活物質が、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛または鉛のいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。さらに、第三の発明において、電子を吸収する活物質が、オキシ水酸化ニッケル、二酸化鉛または二酸化マンガンでのいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。そして、第三の発明において、電解質溶液が水酸化カリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液または希硫酸であれば、これらの溶液は低コストで実用的であるので好ましい。
4.第四の発明
第四の課題を解決するための第四の発明の電池は、正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ一次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ一次電池と、正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ二次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ二次電池よりなる。
In the third invention, if the active material that emits electrons is any one of hydrogen storage alloy, cadmium, iron, zinc, and lead, these materials are preferable because they are practical at low cost. Furthermore, in the third invention, if the active material that absorbs electrons is any of nickel oxyhydroxide, lead dioxide or manganese dioxide, these materials are preferable because they are practical at low cost. In the third invention, if the electrolyte solution is a potassium hydroxide solution, a sodium hydroxide solution or dilute sulfuric acid, these solutions are preferable because they are practical at low cost.
4). Fourth invention The battery of the fourth invention for solving the fourth problem is a positive electrode current collector, a positive electrode active material and an electrolyte solution, a separator through which ions pass but electrons do not pass, a negative electrode active material, In an alkaline primary battery in which an electrolyte solution and a negative electrode current collector are arranged in this order, an alkaline primary battery using a metal carbide or a metal carbide and a mixture of the metal as a negative electrode active material, and a positive electrode current collector Body, positive electrode active material and electrolyte solution, separator through which ions pass but electrons do not pass, negative electrode active material and electrolyte solution, and negative electrode current collector in this order As an alkaline secondary battery characterized by using a metal carbide or a mixture of metal carbide and this metal.

第四の発明のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池によれば、炭素は電気の良導体であるから、負極活物質の金属が酸化物や水酸化物に化学変化しても、良好な電気伝導性を確保することができ、放電特性の劣化(放電電圧の低下)を抑制し、しかも、負極活物質として炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いるという簡単な方法であって、高純度炭素等の高価な導電助剤を用いることなく、負極に導電性を付与するための特殊な処理が不要であり、製造コストを低く抑えることができる。   According to the alkaline primary battery and alkaline secondary battery of the fourth invention, since carbon is a good conductor of electricity, even if the metal of the negative electrode active material is chemically changed to oxide or hydroxide, good electrical conductivity It is a simple method of suppressing deterioration of discharge characteristics (decrease in discharge voltage) and using a metal carbide or a mixture of metal carbide and this metal as a negative electrode active material, A special treatment for imparting conductivity to the negative electrode is not required without using an expensive conductive aid such as, and the manufacturing cost can be kept low.

そして、正極の活物質および負極の活物質が、ともに粉体であれば、電池構造は三次元的になってスケールメリット(スケールが大きくなると製作単価が減少する効果)を享受し、劣化した活物質の再生や取り替えが可能になり、電池内に伝熱体を設置できるので、電池特性に対応した操作が可能となってエネルギー発電効率が向上し、また、表面積が増えてエネルギー密度が大きくなるという効果を享受できるので好ましい。   If both the active material of the positive electrode and the active material of the negative electrode are powder, the battery structure becomes three-dimensional and enjoys the merit of scale (the effect that the manufacturing unit price decreases as the scale increases), and the deteriorated active material. The material can be regenerated and replaced, and a heat transfer body can be installed in the battery, so that it can be operated according to the characteristics of the battery, improving energy generation efficiency, and increasing the surface area and energy density. It is preferable because it can enjoy the effect.

さらに、金属炭化物としては、例えば、炭化鉄を用いるのが好ましい。炭化鉄は、安価な素材であり、本出願人により出願された特開平9−48604号公報に開示されたように、還元ガスを用いて含鉄原料の還元反応の一部を行い、次いで、還元および炭化ガスを用いて残りの還元反応と炭化反応を行う方法により製造すれば、炭化鉄を迅速に且つ経済的に製造することができるので特に好ましい。
5.第五の発明
第五の課題を解決するための第五の発明の地域分散型発電方法は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及びガスタービン等のエンジンのいずれかを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、発生した電力を貯蔵するための電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された2つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、2つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記した電力を発生させる装置と当該三次元構造の電池を搭載した、エンジンと電池からの電力で駆動する電動機の力によって走行する自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車及び船舶のいずれかの移動・輸送手段が停車又は停船しているときに、移動・輸送手段に搭載された上記三次元構造の電池を住居又は事務所に設置されたインバータに接続して、移動・輸送手段の発電機で発電した電力を住居又は事務所の負荷にて使用し、停車又は停船している移動・輸送手段を家庭用又は事務所用の固定発電設備として利用するように構成されている。
Furthermore, for example, iron carbide is preferably used as the metal carbide. Iron carbide is an inexpensive material and, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48604 filed by the present applicant, performs a part of the reduction reaction of the iron-containing raw material using a reducing gas, and then reduced. Further, it is particularly preferable to manufacture by the method of performing the remaining reduction reaction and carbonization reaction using carbonized gas because iron carbide can be manufactured quickly and economically.
5. Fifth Invention A region-distributed power generation method according to a fifth invention for solving the fifth problem comprises operating a generator using any of engines such as a gasoline engine, a diesel engine and a gas turbine to generate electric power. As a battery for storing generated power and a battery for storing generated power, an active material that discharges an electrolyte solution and electrons to one of two containers connected through a member that allows ions to pass but does not allow electrons to pass. A tertiary material in which a powder is loaded, an electrolyte solution and an active material powder that absorbs electrons are loaded in the other container, and a conductor current collector that contacts the powder that is the active material is provided in the two containers. Motorcycles, motor tricycles that use the original structure battery and run by the power of the engine and the electric motor driven by the electric power from the battery, equipped with the above-mentioned device for generating electric power and the three-dimensional structure battery, When the moving / transporting means of either an automobile or ship is stopped or stopped, connect the battery of the above three-dimensional structure mounted on the moving / transporting means to the inverter installed in the residence or office The power generated by the generator of the moving / transporting means is used at the load of the residence or office, and the moving / transporting means that is stopped or stopped is used as a fixed power generation facility for home or office use. It is configured as follows.

上記の第五の発明の方法において、エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段の代わりに、燃料電池により発電を行う装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段を用いることができる。   In the method according to the fifth aspect of the invention, the fuel cell generates power instead of the transportation / transportation means equipped with a device for operating the generator to generate electric power using an engine and a battery for storing electric power. It is possible to use a moving / transporting means equipped with a device that performs the above and a battery for storing electric power.

また、上記の第五の発明の方法において、住居又は事務所に太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備を設置し、該設備で発生させた電力を貯蔵するための固定電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された2つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、2つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、該固定電池に停車又は停船している移動・輪送手段に搭載された三次元構造の電池を接続してその固定電池を充電し、該固定電池からの電力をインバータで交流に変換し電圧を調整して住居又は事務所の負荷にて使用することができる。   Further, in the method of the fifth invention, at least one of solar power generation and wind power generation is installed in a residence or an office, and a fixed battery for storing electric power generated by the facility is used as an ion battery. One of two containers connected through a member that passes through but does not pass electrons is loaded with an electrolyte solution and powder of an active material that emits electrons, and the other container absorbs the electrolyte solution and electrons. A battery having a three-dimensional structure, in which active material powder is loaded and a current collector for a conductor in contact with the powder as the active material is provided in two containers, is used, and the stationary battery is stopped or stopped. Connecting a battery with a three-dimensional structure mounted on the moving / transporting means, charging the fixed battery, converting the electric power from the fixed battery into alternating current with an inverter and adjusting the voltage to load the residence or office Can be used.

この場合、太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備で発生させた電力を用いて、停車又は停船している移動・輸送手段の電池を充電することも可能である。   In this case, it is also possible to charge the battery of the moving / transporting means that is stopped or stopped by using the electric power generated by at least one of the solar power generation and the wind power generation.

また、これらの第五の発明の方法において、停車又は停船している移動・輸送手段で発生する温熱又は/及び冷熱を住居又は事務所に供給してコージェネレーションを行うことが好ましい。   In the method of the fifth aspect of the present invention, it is preferable that cogeneration is performed by supplying hot or / and cold generated by a moving / transporting means that is stopped or stopped to a residence or office.

また、これらの第五の発明の方法において、自動二輪車、自動三輪車及び自動四輪車のいずれかの移動・輸送手段の停車中にエンジンを使用して発電機を作動させ往居又は事務所所に電力を供給する際に、エンジン排気音を下げるために、移動・輸送手段に外付け消音器を取り付けても良い。   Further, in the method of the fifth invention, the generator is operated using the engine while the moving / transporting means of any one of the motorcycle, the motor tricycle, and the motor vehicle is stopped. When power is supplied to the vehicle, an external silencer may be attached to the moving / transporting means in order to reduce engine exhaust noise.

そして、これらの第五の発明の方法において、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された2つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、2つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用するのが好ましい。というのは、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるからである。   In the method of the fifth invention, the electrolyte solution and the active material powder that emits electrons are loaded into one of the two containers connected through a member that allows ions to pass but does not allow electrons to pass. A battery having a three-dimensional structure in which the other container is loaded with an electrolyte solution and powder of an active material that absorbs electrons, and two containers are provided with a conductor current collector that contacts the powder that is the active material Is preferably used. This is because if a part or all of the deteriorated active material powder is discarded, the deteriorated powder is regenerated, and a new amount of powder corresponding to the amount of discarded powder is supplied to the container. This is because charging can be started.

第五の課題を解決するための第五の発明の地域分散型発電装置は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及びガスタービン等のエンジンのいずれかを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、発生した電力を貯蔵するための電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された2つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、2つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記した電力を発生させる装置と当該三次元構造の電池を搭載した、エンジンと電池からの電力で駆動する電動機の力によって走行する自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車及び船舶のいずれかの移動・輸送手段と、住居又は事務所の各負荷に交流の電圧調整された電力を供給するための住居又は事務所に設置されたインバータと、停車又は停船中の移動・輸送手段に搭載された上記三次元構造の電池と住居又は事務所に設置されたインバータとを接続するためのコネクタとを備え、移動・輸送手段の発電機で発電した電力が住居又は事務所の負荷にて使用できるようにしたことを特徴としている。   A region-distributed power generator according to a fifth invention for solving the fifth problem is a device for operating a generator and generating electric power using any of engines such as a gasoline engine, a diesel engine, and a gas turbine. As a battery for storing the generated power, an electrolyte solution and an active material powder that emits electrons are loaded into one of two containers connected through a member that allows ions to pass but does not allow electrons to pass. A battery having a three-dimensional structure in which the other container is loaded with an electrolyte solution and powder of an active material that absorbs electrons, and two containers are provided with a conductor current collector that contacts the powder that is the active material Motorcycles, automatic tricycles, and automatic four-wheeled vehicles that use the power of the engine and the electric motor driven by the electric power from the battery, equipped with the above-described device for generating electric power and the three-dimensional battery. And any means of transportation or transportation of the ship, an inverter installed in the residence or office for supplying AC voltage-regulated power to each load of the residence or office, and A connector for connecting the battery of the above three-dimensional structure mounted on a transportation means and an inverter installed in a residence or office, and the power generated by the generator of the transportation / transportation means It is characterized in that it can be used with a load.

上記の第五の発明の装置においては、移動・輸送手段として、燃料電池により発電を行う装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段を用いることができる。   In the apparatus according to the fifth aspect of the present invention, as the moving / transporting means, a moving / transporting means equipped with a device that generates power using a fuel cell and a battery for storing electric power can be used.

また、上記の第五の発明の装置において、住居又は事務所に太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備が設置され、該設備で発生した電力を貯蔵するための固定電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された2つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、2つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記設備で発生した電力が該固定電池に接続されたインバータを介して負荷にて使用されるようになっており、停車又は停舶中の移動・輸送手段に設載された三次元構造の電池と上記固定電池とがコネクタにより接続され、固定電池に移動・輸送手段の発電機で発電させた電力が供給されるようになった構成とすることができる。   In the apparatus of the fifth invention, at least one of solar power generation and wind power generation is installed in a residence or office, and as a fixed battery for storing electric power generated by the equipment, ions are One container of two containers connected through a member that passes but does not allow electrons to pass through is loaded with an electrolyte solution and powder of an active material that emits electrons, and the other container absorbs an electrolyte solution and electrons. A battery having a three-dimensional structure is used, in which a powder of a substance is loaded, and a current collector for a conductor that is in contact with the powder as an active material is provided in two containers. It is designed to be used as a load through an inverter connected to the three-dimensional structure battery mounted on the moving / transporting means during stoppage or stoppage, and the fixed battery is connected by a connector. Move to fixed battery Power is generated by the generator of the vehicle can be configured so that to be supplied.

この場合、太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備で発生し電力力が貯蔵された固定電池から、停車又は停船中の移動・輪送手段の電池に電力を供給することも可能である。   In this case, it is also possible to supply power to the battery of the moving / forwarding means that is stopped or stopped from the fixed battery that is generated by at least one of the solar power generation and the wind power generation and stores the power. .

また、これらの第五の発明の装置において、停車又は停船中の移動・輸送手段で発生する温熱又は/及び冷熱が住居又は事務所に供給できるように、移動・輸送手段の熱源を住居又は事務所とダクトを介して連通させ、コージェネレーションシステムを構築することが好ましい。   In addition, in the devices of the fifth invention, the heat source of the moving / transporting means is set in the residence or office so that the heat or / and cold heat generated by the moving / transporting means stopped or stopped can be supplied to the residence or office. It is preferable to establish a cogeneration system by communicating with a place via a duct.

そして、これらの第五の発明の装置において、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された2つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、2つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用するのが好ましい。というのは、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるからである。   In the devices of the fifth invention, the electrolyte solution and the powder of the active material that emits electrons are loaded into one of the two containers connected through a member that allows ions to pass but does not allow electrons to pass. A battery having a three-dimensional structure in which the other container is loaded with an electrolyte solution and powder of an active material that absorbs electrons, and two containers are provided with a conductor current collector that contacts the powder that is the active material Is preferably used. This is because if a part or all of the deteriorated active material powder is discarded, the deteriorated powder is regenerated, and a new amount of powder corresponding to the amount of discarded powder is supplied to the container. This is because charging can be started.

本発明は上記のように構成されているので、次のような効果を奏する。
1.第一の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
(1)活物質を粉体にして容器の中に粉体を入れた電池を構成することにより、電池構造は3次元的となり、スケールアップが可能になる。また、活物質を粉体にして電池を構成することにより、スケールが大きくなると製作単価が減少することになり、スケールメリットが発揮される。
(2)活物質と触媒の粉体が劣化した場台は抜き出し、再生するか、新しい活物質と触媒に取り替えるか、又は熱反応や化学反応で充電状態に戻して、再び供給する構成とすることにより、常に活物質と触媒が最高の状態に保たれるので、電池の寿命は電池設備の寿命となって、電池寿命を大幅に延ばすことができる。
(3)電池内に伝熱体を設置することができ、電池内に設置した伝熱体によって電池内の反応温度を一定にすることができるようになり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性に対応して電池内の温度を適正に調節することができる。また、回収した熱及び冷熱を冷暖房や発電に利用することができることになり、エネルギー発電効率およびエネルギー利用率が増加する。
(4)活物質を粉体にして電池を構成することにより、反応物質の表面積が増えてエネルギー密度が飛躍的に大きくなる。
(5)活物質である粉体同士及び活物質の粉体と集電装置とが効率よく接触するように、2つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、2つの容器に接続するか、又は2つの容器内に設ければ、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、活物質と集電装置または活物質同士の導電性が向上し、電解質溶液中でのイオン拡散速度が高められるので、大電流が流れ、粉体を流動化しない場合に比べてより大きな出力を取り出すことができる。
2.第二の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
(1)電池の容量(電力量)の増大が一対の各セルの容積を増やすことによって対応できるため、スケールアップによる製造コスト上のメリットが発揮される。また、電圧は一対のセルに充填される活物質の粉体の種類(材料)によって決定され、大きな電圧が必要な場合には単位電池を複数個直列に連結する必要があるが、単位電池の両極とも集電部材の材質は共通にでき、しかも従来の電池とは違って正極や負極の電極を構成しないから、一対のセル(単位電池)間の隔壁を導電性の集電部材で構成することにより、電気的に且つ構造的に直列に接続することができ、厚みを薄くできるので、電池全体がコンパクトに仕上がり小型化が可能なうえに、電流は厚み方向に流れるので、大電流がほとんど抵抗なく流れる。 さらに、活物質の粉体は、膜構造の従来の電池の膜(電池本体)の作用をし、電池を流れる電流は活物質の表面積に比例することになるが、粉体は電解質溶液中に混入されており、全粉体の総表面積は従来の膜構造の電池に比べて数千倍から数万倍になるので、エネルギー密度が数千倍から数万倍になるとともに、活物質の粉体は電解質溶液(鉛電池では希硫酸)に投入して混合して使用しているため、劣化した場合には電解質溶液とともに粉体を交換することにより再生化を図ることができ、電池の寿命を大幅に延長できる。
(2)各セルに電解質溶液中に懸濁された粉体を流動化させるための攪拌手段を設ければ、攪拌手段によって電解質溶液中の粉体を攪拌することにより、電極としての粉体が自重により沈降することが防止され、電界質溶液中で拡散され、各粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電部材あるいは集電体との接触が良好になって接触抵抗が低下し、電力がアップする。また、各セル間の距離(直列方向の間隔)を拡大でき、電池の容量を増大できる。
(3)集電部材または集電体から各セル内に向けて導電性のスタッドを一体に突設すれば、集電部材あるいは集電体と粉体との間の接触面積が大幅に増大し、接触抵抗が低減するので、各セル間の距離(直列方向の間隔)を拡大でき、電池の容量を大幅に増大できる。
(4)電池から送られる送電量を低下させるために粉体の流動化を停止させる機能を攪拌手段に付加すれば、粉体の流動化を任意に停止でき、これにより電池からの送電量を減少させることができる。
3.第三の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
(1)各種の機器または装置の一部としての三次元電池の実用的で有効な用途を提供することができる。すなわち、当該機器及び装置としての本来の機能に加えて、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を付加することにより、遊休空間を利用して大電力を貯蔵し、しかも、電力貯蔵効率が極めて高くなり、さらに、電池反応に伴う吸放熱を冷暖房や物質の加熱、冷却などに利用することができる。
(2)電解質溶液中の活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる2つの容器から構成される三次元電池において、2つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体または気体による流動化流体分散手段および攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、2つの容器に接続するか、又は2つの容器内に設ければ、活物質粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が向上するとともに電解質溶液中でのイオン拡散速度が大きくなり、大電流が流れて大電力を貯蔵できるようになる。
(3)さらに、三次元電池に貯蔵された電力を電力搬送手段で搬送して、回転機器の回転動力として、あるいは、移動物体の移動動力として、または光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーとして利用することができる。
4.第四の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
(1)陰極活物質に高純度炭素等の高価な導電助剤を添加することなく、負極に導電性を付与するための特殊な処理が不要であり、放電電圧が低下しにくくて長寿命である低コストのアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池を提供することができる。
(2)正極の活物質および負極の活物質が、ともに粉体であれば、電池構造は三次元的になってスケールメリット(スケールが大きくなると製作単価が減少する効果)を享受し、劣化した活物質の再生や取り替えが可能になり、電池内に伝熱体を設置できるので、電池特性に対応した操作が可能となってエネルギー発電効率が向上し、また、表面積が増えてエネルギー密度が大きくなるという効果を享受できるので好ましい。
(3)炭化金属として炭化鉄は安価であり、負極活物質として特に好ましい。
5.第五の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
(1)本来は移動、輸送手段として利用される自動車等に設けられた発電システムを家庭用、事務所用に利用することにより、設備費を大幅に削減することができ、家庭や事務所に発電設備がなくてもコージェネレーションを行うことが可能となる。
(2)発電設備コストが大幅に低減され経済的に成立するので、地域分散型コージェネレーションシステムを普及させることが可能になる。
(3)地域分散型コージェネレーション設備が廉価になって普及することにより、エネルギーの有効利用が促進されて、経済効果、二酸化炭素発生量削減効果が得られる。
(4)特に、移動手段および輸送手段に搭載する電池と、住居または事務所に固定する電池を、正極側および負極側の活物質を粉体とする三次元構造の電池で構成すれば、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるという効果がある
Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects.
1. According to the first invention, there are the following remarkable effects.
(1) By constructing a battery in which the active material is powdered and the powder is put in a container, the battery structure becomes three-dimensional and scale-up becomes possible. Further, by constructing the battery by using the active material as a powder, when the scale is increased, the production unit price is reduced, and the merit of scale is exhibited.
(2) The stage where the powder of the active material and the catalyst has deteriorated is extracted and regenerated, replaced with a new active material and a catalyst, or returned to a charged state by a thermal reaction or a chemical reaction and supplied again. As a result, the active material and the catalyst are always kept in the highest state, so that the battery life becomes the life of the battery equipment, and the battery life can be greatly extended.
(3) A heat transfer body can be installed in the battery, and the reaction temperature in the battery can be made constant by the heat transfer body installed in the battery. As the temperature increases, the power conversion efficiency decreases. On the other hand, the temperature in the battery can be adjusted appropriately in accordance with the battery characteristic that the reaction rate decreases as the temperature decreases. Further, the recovered heat and cold energy can be used for air conditioning and power generation, and the energy power generation efficiency and the energy utilization rate increase.
(4) By configuring the battery by using the active material as a powder, the surface area of the reactive material is increased and the energy density is dramatically increased.
(5) A liquid for fluidizing the active material powder in the electrolyte solution in the two containers so that the active material powders and the active material powder and the current collector are in efficient contact with each other. Alternatively, if at least one of the fluidized fluid dispersion means and the stirring means by gas is connected to two containers or provided in the two containers, the contact efficiency between the active material powders is improved, Since the contact between the powder and the current collector is improved and the contact resistance is lowered, the conductivity between the active material and the current collector or the active material is improved, and the ion diffusion rate in the electrolyte solution is increased. A large current flows, and a larger output can be obtained as compared with the case where the powder is not fluidized.
2. According to the second invention, there are the following remarkable effects.
(1) Since an increase in battery capacity (power consumption) can be accommodated by increasing the volume of each pair of cells, a merit in manufacturing cost due to scale-up is exhibited. The voltage is determined by the type (material) of the active material powder filled in the pair of cells. When a large voltage is required, a plurality of unit cells need to be connected in series. The material of the current collecting member can be the same for both electrodes, and unlike the conventional battery, it does not constitute a positive electrode or a negative electrode, so the partition between a pair of cells (unit batteries) is composed of a conductive current collecting member. Therefore, the battery can be connected in series electrically and structurally, and the thickness can be reduced, so that the entire battery can be finished compactly and the current can flow down in the thickness direction. It flows without resistance. Furthermore, the active material powder acts as a conventional battery membrane (battery body) with a membrane structure, and the current flowing through the battery is proportional to the surface area of the active material. Since the total surface area of all powders is thousands to tens of thousands times that of conventional membrane-structured batteries, the energy density can be thousands to tens of thousands of times. Since the body is used by mixing it in an electrolyte solution (diluted sulfuric acid for lead batteries), if it deteriorates, it can be regenerated by replacing the powder with the electrolyte solution, and the battery life Can be extended significantly.
(2) If each cell is provided with a stirring means for fluidizing the powder suspended in the electrolyte solution, the powder as the electrode is obtained by stirring the powder in the electrolyte solution by the stirring means. Sedimentation is prevented by its own weight, diffused in the electrolyte solution, and the contact efficiency between the powders is improved, and the contact between the powder and the current collector or current collector is improved and the contact resistance is reduced. Decreases and power increases. Further, the distance between the cells (interval in the series direction) can be increased, and the capacity of the battery can be increased.
(3) If conductive studs are integrally projected from the current collecting member or current collector into each cell, the contact area between the current collecting member or current collector and the powder is greatly increased. Since the contact resistance is reduced, the distance between the cells (interval in the series direction) can be increased, and the capacity of the battery can be greatly increased.
(4) If the function of stopping the fluidization of the powder is added to the stirring means in order to reduce the amount of power transmitted from the battery, the fluidization of the powder can be stopped arbitrarily, thereby reducing the amount of power transmitted from the battery. Can be reduced.
3. According to the third invention, there are the following remarkable effects.
(1) A practical and effective use of a three-dimensional battery as a part of various devices or apparatuses can be provided. That is, in addition to the original functions of the device and device, by adding a function as a chargeable / dischargeable power storage facility, a large amount of power is stored using an idle space, and the power storage efficiency is high. In addition, the heat absorption / release associated with the battery reaction can be used for cooling / heating, heating / cooling of substances, and the like.
(2) In a three-dimensional battery composed of two containers provided with a current collector for a conductor in contact with powder as an active material in the electrolyte solution, the active material in the electrolyte solution is contained in the two containers. If at least one of fluidizing fluid dispersion means and stirring means by liquid or gas for fluidizing powder is connected to or provided in two containers, active material powder As a result, the contact resistance with the current collector is improved, the contact resistance is lowered, the conductivity is improved, the ion diffusion rate in the electrolyte solution is increased, and a large current flows to store a large electric power.
(3) Further, the electric power stored in the three-dimensional battery is conveyed by the power conveying means and used as the rotational power of the rotating device, the moving power of the moving object, or the light energy, the kinetic energy, or the thermal energy. be able to.
4). According to the fourth invention, there are the following remarkable effects.
(1) A special treatment for imparting conductivity to the negative electrode is not required without adding an expensive conductive aid such as high-purity carbon to the cathode active material, and the discharge voltage is unlikely to decrease and has a long life. A certain low-cost alkaline primary battery and alkaline secondary battery can be provided.
(2) If the active material of the positive electrode and the active material of the negative electrode are both powder, the battery structure becomes three-dimensional and enjoys the merit of scale (the effect that the production unit price decreases as the scale increases), which deteriorates. The active material can be regenerated and replaced, and a heat transfer body can be installed in the battery. This makes it possible to operate in accordance with the battery characteristics, improve energy power generation efficiency, increase the surface area, and increase the energy density. It is preferable because the effect of becoming can be enjoyed.
(3) Iron carbide is inexpensive as a metal carbide and is particularly preferable as a negative electrode active material.
5. According to the fifth invention, there are the following remarkable effects.
(1) By using the power generation system originally installed in automobiles, etc., used as a means of transportation and transportation, for home use and office use, the equipment costs can be greatly reduced. Cogeneration can be performed without power generation facilities.
(2) Since the power generation equipment cost is greatly reduced and economically established, it becomes possible to spread the regional distributed cogeneration system.
(3) The spread of regional decentralized cogeneration facilities will promote the effective use of energy, resulting in economic effects and carbon dioxide emission reduction effects.
(4) In particular, if the battery mounted on the moving means and the transport means and the battery fixed to the residence or office are constituted by a battery having a three-dimensional structure in which the active material on the positive electrode side and the negative electrode side are powdered, Charging starts immediately after discarding part or all of the active material powder, regenerating the deteriorated powder, and supplying a new amount of powder equivalent to the amount of discarded powder. Has the effect of being able to

以下、本発明の実施の形熊について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
1.第一の発明の実施の形態
(第1実施形態)
図1(a)は、第一の発明の第1実施形態による電池を示している。図1(a)に示すように、セパレーター1を介して負極セル2、正極セル3が設けられ、負極セル2には負極の粉体活物質及び電解質溶液4が充填され、正極セル3には正極の粉体活物質及び電解質溶液5が充填されている。負極と正極の粉体活物質の組み合わせとしては、例えば、水素吸蔵合金と水酸化ニッケル、力ドミウムと水酸化ニッケルの組み合わせ等を用いることができる。水素吸蔵合金の具体例としては、一例として、La0.3(Ce,Nd)0.15Zr0.05Ni3.8Co0.8 Al0.5 等が挙げられる。また、電解質溶液としては、例えば、KOH水溶液等が用いられる。なお、セパレーター1は、イオンを通すためのもので、粉体は通過しない膜であり、例えば、素焼、イオン交換樹脂膜、金属繊維等が用いられる。
Hereinafter, although the bear of embodiment of this invention is demonstrated, this invention is not limited to the following embodiment at all, It can change and implement suitably.
1. Embodiment of the first invention (first embodiment)
Fig.1 (a) has shown the battery by 1st Embodiment of 1st invention. As shown in FIG. 1A, a negative electrode cell 2 and a positive electrode cell 3 are provided via a separator 1, and the negative electrode cell 2 is filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 4. The positive electrode powder active material and the electrolyte solution 5 are filled. As a combination of the powder active material of the negative electrode and the positive electrode, for example, a hydrogen storage alloy and nickel hydroxide, a combination of force dium and nickel hydroxide, or the like can be used. Specific examples of the hydrogen storage alloy include La 0.3 (Ce, Nd) 0.15 Zr 0.05 Ni 3.8 Co 0.8 Al 0.5 and the like. As the electrolyte solution, for example, a KOH aqueous solution or the like is used. The separator 1 is a film that allows ions to pass therethrough, and is a film that does not allow the powder to pass through.

また、負極セル2、正極セル3の中には、それぞれ導電体からなる負極集電器6、正極集電器7が設けられており、集電器6、7が負荷手段(放電の場合)又は発電手段(充電の場合)8と接続される。なお、10は電解液界面である。   Further, the negative electrode cell 2 and the positive electrode cell 3 are respectively provided with a negative electrode current collector 6 and a positive electrode current collector 7 made of a conductor, and the current collectors 6 and 7 are load means (in the case of discharge) or power generation means. (In case of charging) 8 is connected. In addition, 10 is an electrolyte solution interface.

つぎに、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
(充電)
電池が発電手段8と接続されると、発電手段8から放出された電子は負極集電器6に到達し、この電子は負極集電器6より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター1を通過して正極セル3に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器7に移動して、発電手段8に供給される。
(放電)
電池が負荷手段8と接続されると、負極集電器6は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段8を経て正極集電器7に到達し、この電子は正極集電器7より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター1を通過して負極セル2に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器6に移動して、負荷手段8に供給される。
Next, details of charging and discharging of the battery of this embodiment will be described.
(charging)
When the battery is connected to the power generation means 8, the electrons emitted from the power generation means 8 reach the negative electrode current collector 6, and these electrons are directly or directly from the negative electrode current collector 6. Reacts while moving through. The anion generated when the negative electrode powder active material accepts electrons passes through the separator 1 and enters the positive electrode cell 3, where it reacts with the positive electrode powder active material and emits electrons. The electrons are supplied to the power generation means 8 through the powder active material or directly moved to the positive electrode current collector 7.
(Discharge)
When the battery is connected to the load means 8, the negative electrode current collector 6 emits electrons to the external circuit, and the emitted electrons reach the positive electrode current collector 7 via the load means 8, and these electrons are sent from the positive electrode current collector 7. The positive electrode powder active material reacts while moving directly or via the powder active material. The anion generated when the positive electrode powder active material accepts electrons passes through the separator 1, enters the negative electrode cell 2, and reacts with the negative electrode powder active material to emit electrons. The electrons are supplied to the load means 8 through the powder active material or directly to the negative electrode current collector 6.

図1(b)は、公称容量がともに5Ahである本発明に係る電池と、従来の電池の放電曲線を比較して示す図である。図1(b)において、黒丸(●)は本発明に係る電池の放電曲線を示し、白丸(○)は従来の電池の放電曲線を示す。本発明に係る電池は、正極セルに水酸化ニッケル粉と電解質溶液を充填し、陰極セルに水素吸蔵合金粉と電解質溶液を充填した三次元構造の電池(図1(a)参照)である。従来の電池は、正極として水酸化ニッケルの板状電極を用い、負極として水素吸蔵合金の板状電極を用い、これらの電極を電解質溶液に浸漬した二次元構造の電池である。図1(b)は、縦軸は端子電圧(V)を表し、横軸は放電容量(Ah)を表す。放電中の電圧の変化は電解液(本比較実験においては水酸化カリウム溶液)の濃度の変化による濃度分極の影響を受けやすいので、本発明の電池と従来の電池の放電中の電解液の濃度はともに同じになるように調節した。電池を放電する場合において、一定電圧以下にまで放電を継続することは電極の劣化などの点から好ましくないので、放電を終えるべき放電終止電圧が存在する。この放電終止電圧が低いほど長時間の放電が可能である。この点において、本発明に係る電池は、電極活物質が粉体である三次元構造をしているので、粉体を流動化しなくても、板状電極である二次元構造の従来の電池に比べて飛躍的にエネルギー密度が向上し、図1(b)の「●」のように、放電電圧が急激に低下することはない。   FIG. 1B is a diagram comparing the discharge curves of a battery according to the present invention having a nominal capacity of 5 Ah and a conventional battery. In FIG. 1 (b), a black circle (●) indicates the discharge curve of the battery according to the present invention, and a white circle (◯) indicates the discharge curve of the conventional battery. The battery according to the present invention is a three-dimensional battery (see FIG. 1A) in which a positive electrode cell is filled with nickel hydroxide powder and an electrolyte solution, and a cathode cell is filled with hydrogen storage alloy powder and an electrolyte solution. A conventional battery is a battery having a two-dimensional structure in which a nickel hydroxide plate electrode is used as a positive electrode, a hydrogen storage alloy plate electrode is used as a negative electrode, and these electrodes are immersed in an electrolyte solution. In FIG. 1B, the vertical axis represents the terminal voltage (V), and the horizontal axis represents the discharge capacity (Ah). Changes in voltage during discharge are easily affected by concentration polarization due to changes in the concentration of the electrolyte (potassium hydroxide solution in this comparative experiment), so the concentration of the electrolyte during discharge of the battery of the present invention and the conventional battery Were adjusted to be the same. In the case of discharging the battery, it is not preferable to continue the discharge to a certain voltage or less from the viewpoint of electrode deterioration and the like, so there is a discharge end voltage at which the discharge should be terminated. The lower the discharge end voltage, the longer the discharge possible. In this respect, since the battery according to the present invention has a three-dimensional structure in which the electrode active material is a powder, the conventional battery having a two-dimensional structure that is a plate-like electrode can be used without fluidizing the powder. In comparison with this, the energy density is dramatically improved, and the discharge voltage does not drop abruptly as shown by “●” in FIG.

一方、従来の電池は、図1(b)の「○」に示すように、約4.5時間で放電電圧が急激に低下している。従って、例えば、放電終止電圧を1.0Vとすれば、電池設備の保護の点から、従来の電池では約4時間で放電を終わらなければならないが、本発明の電池では約5時間放電を継続することができる。
(第2実施形態)
図2は、第一の発明の第2実施形態による電池を示している。図2は、粉体どうしの、あるいは粉体と集電器6、7との接触効率を上げるために、気体又は液体による流動化流体分散手段9により各セル2、3内の粉体を流動化(攪拌)させるものである。このように流動化することで、活物質粉体どうしの接触効率が向上するとともに、活物質粉体と集電器との接触が良好になって接触抵抗が低下し、活物質粉体と集電器または活物質粉体どうしの導電性が高まり、電解質溶液中でのイオン拡散速度が大きくなるので、大きな電力が流れ、粉体を流動化させない場合に比べてより大きな出力を取り出すことが可能である。
On the other hand, in the conventional battery, as shown by “◯” in FIG. 1B, the discharge voltage rapidly decreases in about 4.5 hours. Therefore, for example, if the discharge end voltage is 1.0 V, the conventional battery must finish the discharge in about 4 hours from the viewpoint of protecting the battery equipment, but the battery of the present invention continues the discharge for about 5 hours. can do.
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a battery according to the second embodiment of the first invention. FIG. 2 shows fluidization of the powder in each cell 2 and 3 by fluidizing fluid dispersion means 9 by gas or liquid in order to increase the contact efficiency between the powders or between the powder and the current collectors 6 and 7. (Stirring). By fluidizing in this way, the contact efficiency between the active material powders is improved, the contact between the active material powders and the current collector is improved, the contact resistance is lowered, and the active material powders and the current collectors are reduced. Alternatively, the conductivity between the active material powders is increased, and the ion diffusion rate in the electrolyte solution is increased, so that a large amount of power flows and a larger output can be taken out than when the powder is not fluidized. .

流動化流体分散手段9の代わりに、あるいは流動化流体分散手段9とともに、各セル2、3内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けて粉体を流動化(攪拌)することもできる。なお、図2では図示を簡略化しているが、流動化流体分散手段9としては、気体又は液体をセル内水平断面において均一に分散する分散板やスプレーノズル等の装置を用いることができる。また、流動化流体分散手段9に導入される気体(又は液体)としては、例えは、窒素、アルゴン(または水酸化カリウム水溶液等の電解液)等が用いられる。気体により粉体を流動化させる場合、流動化流体分散手段9に導入された気体は、各セル2、3の上部から抜き出される。また、液体により粉体を流動化させる場合、流動化流体分散手段9に導入された液体は、各セル2、3の底部から抜き出される。   Instead of the fluidizing fluid dispersing means 9 or together with the fluidizing fluid dispersing means 9, it is possible to fluidize (stir) the powder by providing stirring means such as wing stirrers in the cells 2 and 3. Although the illustration is simplified in FIG. 2, as the fluidizing fluid dispersion means 9, a device such as a dispersion plate or a spray nozzle that uniformly disperses gas or liquid in the horizontal cross section in the cell can be used. Moreover, as gas (or liquid) introduce | transduced into the fluidization fluid dispersion | distribution means 9, nitrogen, argon (or electrolyte solution, such as potassium hydroxide aqueous solution) etc. are used, for example. When the powder is fluidized with gas, the gas introduced into the fluidizing fluid dispersing means 9 is extracted from the upper part of each cell 2, 3. Further, when the powder is fluidized by the liquid, the liquid introduced into the fluidizing fluid dispersing means 9 is extracted from the bottom of each cell 2, 3.

流動化手段が付加された点を除いて、他の構成及び作用は、第1実施形態の場合と同様である。
(第3実施形態)
図3、図4は、第一の発明の第3実施形態による電池を示している。図3は、集電器と活物質の粉体との接触効率を良くするために、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、板状負極集電器11、板状正極集電器12として接触面積を大きくしたものである。また、図4は、集電器と活物質の粉体との接触効率を良くするために、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、管状負極集電器13、管状正極集電器14として接触面積を大きくしたものである。なお、集電器の表面積が大きくなる構成であれば、板状及び管状以外の形状を採用することも可能である。
Except for the point that the fluidizing means is added, other configurations and operations are the same as in the case of the first embodiment.
(Third embodiment)
3 and 4 show a battery according to a third embodiment of the first invention. FIG. 3 shows the contact area of the negative electrode current collector and the positive electrode current collector as a plate-like negative electrode current collector 11 and a plate-like positive electrode current collector 12, respectively, in order to improve the contact efficiency between the current collector and the active material powder. It is a big one. FIG. 4 shows the contact area of the negative electrode current collector and the positive electrode current collector as a tubular negative electrode current collector 13 and a tubular positive electrode current collector 14, respectively, in order to improve the contact efficiency between the current collector and the active material powder. It is a big one. In addition, as long as the surface area of the current collector is increased, shapes other than a plate shape and a tubular shape may be employed.

他の構成及び作用は、第2実施形態の場合と同様である。
(第4実施形態)
図5、図6は、第一の発明の第4実施形態による電池を示している。図5は、負極集電器及び正極集電器を、それそれ、液体又は気体による流動化流体分散器としたものである。また、図6は、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、モー夕等(図示略)により回転駆動される攪拌機としたものである。
Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment.
(Fourth embodiment)
5 and 6 show a battery according to a fourth embodiment of the first invention. FIG. 5 shows a case where the negative electrode current collector and the positive electrode current collector are fluidized fluid dispersers using liquid or gas, respectively. FIG. 6 shows an agitator in which the negative electrode current collector and the positive electrode current collector are respectively driven to rotate by Moyu et al. (Not shown).

図5に示すように、負極集電器兼分散器15、正極集電器兼分散器16は、気体又は液体を各セル2、3内水平断面において均一に分散する分散板やスプレーノズル等の装置である。なお、各セル2、3内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けることも可能である。   As shown in FIG. 5, the negative electrode current collector / disperser 15 and the positive electrode current collector / disperser 16 are devices such as a dispersion plate and a spray nozzle that uniformly disperse gas or liquid in the horizontal cross section in each cell 2 and 3. is there. It is also possible to provide stirring means such as a feather stirrer in each of the cells 2 and 3.

また、図6に示すように、負極集電器兼攪拌機17、正極集電器兼攪拌機18は、活物質の粉体を攪拌(流動化)するとともに粉体と直流的に接触する機能を兼ねている。負極集電器兼攪拌機17、正極集電器兼攪拌機18としては、モータ等(図示略)により回転駆動される羽状の攪拌機等が用いられるが、攪拌手段の構成は限定されるものではない。なお、図6では、液体又は気体による流動化流体分散器19も併用しているが、流動化流体分散器19を設けない構成とすることも可能である。   Further, as shown in FIG. 6, the negative electrode current collector / stirrer 17 and the positive electrode current collector / stirrer 18 have a function of stirring (fluidizing) the powder of the active material and making direct contact with the powder. . As the negative electrode current collector / stirrer 17 and the positive electrode current collector / stirrer 18, a wing-shaped stirrer that is rotationally driven by a motor or the like (not shown) is used, but the configuration of the stirring means is not limited. In FIG. 6, the fluidizing fluid distributor 19 using liquid or gas is also used, but a configuration in which the fluidizing fluid distributor 19 is not provided is also possible.

他の構成及び作用は、第2実施形態の場合と同様である。
(第5実施形態)
図7は、第一の発明の第5実施形態による電池を示している。本実施形態は、活物質である粉体として、負極側に水素吸蔵合金、正極側に水酸化ニッケルを用いたものである。図7に示すように、負極セル2には水素吸蔵合金粉及び電解質溶液20が充填され、正極セル3には水酸化ニッケル粉及び電解質溶液21が充填されている。水素吸蔵合金としては、例えば、La0.3(Ce,Nd)0.15 Zr0.05Ni3.8Co0.8Al0.5等が用いられる。 また、電解質溶液としては、例えば、6規定のKOH水溶液等が用いられる。
Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment.
(Fifth embodiment)
FIG. 7 shows a battery according to the fifth embodiment of the first invention. In this embodiment, a hydrogen storage alloy is used on the negative electrode side and nickel hydroxide is used on the positive electrode side as the powder as the active material. As shown in FIG. 7, the negative electrode cell 2 is filled with hydrogen storage alloy powder and an electrolyte solution 20, and the positive electrode cell 3 is filled with nickel hydroxide powder and an electrolyte solution 21. As the hydrogen storage alloy, for example, La 0.3 (Ce, Nd) 0.15 Zr 0.05 Ni 3.8 Co 0.8 Al 0.5 or the like is used. Further, as the electrolyte solution, for example, a 6N KOH aqueous solution or the like is used.

本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
(充電)
電池が発電手段8と接続されると、発電手段8から放出された電子は負極集電器6に到達し、この電子は負極集電器6より負極の粉体状の水素吸蔵合金と直接又は水素吸蔵合金粉を介して移動しつつ次の反応が起こる。Mは水素吸蔵合金、MHxは水素化金属である。
Details of charging and discharging of the battery of this embodiment will be described.
(charging)
When the battery is connected to the power generation means 8, the electrons emitted from the power generation means 8 reach the negative electrode current collector 6, and these electrons are directly or directly absorbed by the negative electrode powdered hydrogen storage alloy from the negative electrode current collector 6. The following reaction occurs while moving through the alloy powder. M is a hydrogen storage alloy and MHx is a metal hydride.

M+xH20+xe-→MHx+xOH-
反応によって発生した水酸基イオンはセパレーター1を通過して正極セル3に入り、ここで水酸化ニッケル粉と反応して次の反応が起こり電子を放出する。
M + xH 2 0 + xe → MHx + xOH
Hydroxyl ions generated by the reaction pass through the separator 1 and enter the positive electrode cell 3, where they react with the nickel hydroxide powder to cause the following reaction and release electrons.

Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-
発生した電子は水酸化ニッケル粉またはオキシ水酸化ニッケル粉を介して、あるいは直接、正極集電器7に移動して発電手段8に供給される。
(放電)
電池が負荷手段8と接続されると、負極集電器6より外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段8を経て正極集電器7に到達し、この電子は正極集電器7からオキシ水酸化ニッケル粉に移動し、オキシ水酸化ニッケル粉を介して、又は直接移動して水と反応し、水酸化ニッケルと水酸基が生成される。水酸基はセパレーター1を通過して負極セル2に導かれ、水素化金属と反応して電子を放出する。この電子は水素吸蔵合金粉を介して、または直接負極集電器6に移動して、負荷手段8に供給される。
Ni (OH) 2 + OH → NiOOH + H 2 O + e
The generated electrons are transferred to the positive electrode current collector 7 via the nickel hydroxide powder or the nickel oxyhydroxide powder, or directly supplied to the power generation means 8.
(Discharge)
When the battery is connected to the load means 8, electrons are emitted from the negative current collector 6 to the external circuit, and the emitted electrons reach the positive current collector 7 via the load means 8, and these electrons are transmitted from the positive current collector 7. It moves to nickel oxyhydroxide powder and reacts with water through nickel oxyhydroxide powder or directly to produce nickel hydroxide and a hydroxyl group. The hydroxyl group passes through the separator 1 and is led to the negative electrode cell 2 to react with the metal hydride and emit electrons. The electrons are supplied to the load means 8 through the hydrogen storage alloy powder or directly to the negative electrode current collector 6.

他の構成及び作用は、第2実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の電池は、第3、第4実施形態及び後述する第6、第7実施形態の構成で実施することも勿論可能である。
(第6実施形態)
図8、図9は、第一の発明の第6実施形態による電池を示している。本実施形態は、電池内に伝熱体を設置するとともに、伝熱体が集電器の機能を兼ねるようにしたものである。なお、伝熱体と集電器とを別個に設ける構成とすることも可能である。図8に示すように、負極セル2内には負極集電器兼伝熱管22が設けられ、正極セル3内には正極集電器兼伝熱管23が設けられる。また、図9に示すように、負極セル2内は負極集電器兼伝熱板24が設けられ、正極セル3内には正極集電器兼伝熱板25が設けられる。
Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment. Of course, the battery of this embodiment can be implemented in the configurations of the third and fourth embodiments and the sixth and seventh embodiments described later.
(Sixth embodiment)
8 and 9 show a battery according to a sixth embodiment of the first invention. In this embodiment, a heat transfer body is installed in the battery, and the heat transfer body also serves as a current collector. In addition, it is also possible to set it as the structure which provides a heat-transfer body and a collector separately. As shown in FIG. 8, a negative electrode current collector / heat transfer tube 22 is provided in the negative electrode cell 2, and a positive electrode current collector / heat transfer tube 23 is provided in the positive electrode cell 3. As shown in FIG. 9, a negative electrode current collector / heat transfer plate 24 is provided in the negative electrode cell 2, and a positive electrode current collector / heat transfer plate 25 is provided in the positive electrode cell 3.

図8を参照しながら、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
(充電)
電池が発電手段8と接続されると、発電手段8から放出された電子は負極集電器22に到達し、この電子は負極集電器22より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター1を通過して正極セル3に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器23に移動して、発電手段8に供給される。
Details of charging and discharging of the battery of this embodiment will be described with reference to FIG.
(charging)
When the battery is connected to the power generation means 8, the electrons emitted from the power generation means 8 reach the negative electrode current collector 22, and the electrons are directly or directly from the negative electrode current collector 22 with the powder active material of the negative electrode. It reacts while moving through. The anion generated when the negative electrode powder active material accepts electrons passes through the separator 1 and enters the positive electrode cell 3, where it reacts with the positive electrode powder active material and emits electrons. The electrons are supplied to the power generation means 8 through the powder active material or directly moved to the positive electrode current collector 23.

上述したように、集電器は負極、正極とも伝熱管と兼用であり、粉体との接触によって電子と熱を同時に伝達する。負極集電器兼伝熱管22、正極集電器兼伝熱管23には水や空気等の熱媒体が流され、熱回収、熱供給が行われる。
(放電)
電池が負荷手段8と接続されると、負極集電器22は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段8を経て正極集電器23に到達し、この電子は正極集電器23より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター1を通過して負極セル2に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器22に移動して、負荷手段8に供給される。
As described above, the current collector is also used as a heat transfer tube for both the negative electrode and the positive electrode, and simultaneously transfers electrons and heat by contact with the powder. A heat medium such as water or air is passed through the negative electrode current collector / heat transfer tube 22 and the positive electrode current collector / heat transfer tube 23 to perform heat recovery and heat supply.
(Discharge)
When the battery is connected to the load means 8, the negative current collector 22 emits electrons to the external circuit, and the emitted electrons reach the positive current collector 23 via the load means 8, and these electrons are from the positive current collector 23. The positive electrode powder active material reacts while moving directly or via the powder active material. The anion generated when the positive electrode powder active material accepts electrons passes through the separator 1, enters the negative electrode cell 2, and reacts with the negative electrode powder active material to emit electrons. The electrons are supplied to the load means 8 through the powder active material or directly moved to the negative electrode current collector 22.

図9の場合は、集電器が負極、正極とも中が空洞になった伝熱板と兼用であり、粉体との接触によって電子と熱を同時に伝達する。負極集電器兼伝熱板24、正極集電器兼伝熱板25には水や空気等の熱媒体が流され、熱回収、熱供給が行われる。充電及び放電の詳細は図8と同じである。なお、伝熱体の形状は管状及び板状に限定されるものではなく、他の形状を採用しても良い。   In the case of FIG. 9, the current collector is also used as a heat transfer plate in which both the negative electrode and the positive electrode are hollow, and transmits electrons and heat simultaneously by contact with the powder. A heat medium such as water or air is flowed through the negative electrode current collector / heat transfer plate 24 and the positive electrode current collector / heat transfer plate 25 to perform heat recovery and heat supply. The details of charging and discharging are the same as in FIG. The shape of the heat transfer body is not limited to a tubular shape and a plate shape, and other shapes may be adopted.

他の構成及び作用は、第2実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の構成を、第3、第4実施形態及び後述する第7実施形態の構成と組み合わせることも可熊である。
(第7実施形態)
図10、図11は、第一の発明の第7実施形態による電池を示している。本実施形態は、活物質である粉体を容器から抜き出す抜出装置及び活物質である粉体を容器に供給する供給装置を設け、さらに、抜き出した粉体を再生する装置、粉体のメークアップ(補充)を行う装置、抜き出した粉体を熱反応又は化学反応によって充電状態の粉体に変化させる装置等を設けたものである。
Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment. In addition, it is also possible to combine the structure of this embodiment with the structure of 3rd, 4th embodiment and 7th Embodiment mentioned later.
(Seventh embodiment)
10 and 11 show a battery according to a seventh embodiment of the first invention. The present embodiment is provided with an extraction device for extracting powder as an active material from a container, a supply device for supplying powder as an active material to the container, an apparatus for regenerating the extracted powder, and a makeup of the powder. A device for performing up (replenishment), a device for changing the extracted powder into a charged powder by a thermal reaction or a chemical reaction, and the like are provided.

まず、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
(充電)
電池が発電手段8と接続されると、発電手段8から放出された電子は負極集電器6に到達し、この電子は負極集電器6より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター1を通過して正極セル3に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器7に移動して、発電手段8に供給される。
(放電)
電池が負荷手段8と接続されると、負極集電器6は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段8を経て正極集電器7に到達し、この電子は正極集電器7より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター1を通過して負極セル2に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器6に移動して、負荷手段8に供給される。
First, details of charging and discharging of the battery of this embodiment will be described.
(charging)
When the battery is connected to the power generation means 8, the electrons emitted from the power generation means 8 reach the negative electrode current collector 6, and these electrons are directly or directly from the negative electrode current collector 6. Reacts while moving through. The anion generated when the negative electrode powder active material accepts electrons passes through the separator 1 and enters the positive electrode cell 3, where it reacts with the positive electrode powder active material and emits electrons. The electrons are supplied to the power generation means 8 through the powder active material or directly moved to the positive electrode current collector 7.
(Discharge)
When the battery is connected to the load means 8, the negative electrode current collector 6 emits electrons to the external circuit, and the emitted electrons reach the positive electrode current collector 7 via the load means 8, and these electrons are sent from the positive electrode current collector 7. The positive electrode powder active material reacts while moving directly or via the powder active material. The anion generated when the positive electrode powder active material accepts electrons passes through the separator 1, enters the negative electrode cell 2, and reacts with the negative electrode powder active material to emit electrons. The electrons are supplied to the load means 8 through the powder active material or directly to the negative electrode current collector 6.

他の構成及び作用は、第2実施形態の場合と同様である。
(活物質の再生とメークアップ)
つぎに、図10を参照しなから、本実施形態の電池について活物質(触媒)の再生、メークアップの詳細を説明する。なお、図10では、負極側の構成のみを図示しているが、同様の装置等が正極側にも設置されている。
Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment.
(Regeneration and make-up of active materials)
Next, details of regeneration and make-up of the active material (catalyst) of the battery of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 10, only the configuration on the negative electrode side is shown, but a similar device or the like is also installed on the positive electrode side.

図10に示すように、充放電によって劣化した活物質である粉体は、電解質溶液(電解液)とともにスラリーとして負極セル2から抜き出され、分離機26で、必要な場合は一部又は全部が廃棄される。電解液が分離され、分離機26から再生機27に供給された粉体は、再生機27で塩酸による洗浄等の酸処理などが行われる。再生機27で再生処理された粉体は、混合機28に供給されて、ここで分離機26から廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体がメークアップ用粉体ホッパー29から供給される。再生・メークアップされた粉体は、混合機28で再び電解液と混合され、スラリーとしてスラリーポンプ(図示略)から負極セル2に供給される。なお、電解液を分離・混合する構成は、図示を省略している。   As shown in FIG. 10, the powder, which is an active material deteriorated by charging / discharging, is extracted from the negative electrode cell 2 as a slurry together with the electrolyte solution (electrolytic solution), and is partly or entirely if necessary at the separator 26. Is discarded. The electrolytic solution is separated and the powder supplied from the separator 26 to the regenerator 27 is subjected to an acid treatment such as washing with hydrochloric acid in the regenerator 27. The powder regenerated by the regenerator 27 is supplied to the mixer 28, where a new amount of powder corresponding to the amount of powder discarded from the separator 26 is supplied from the makeup powder hopper 29. Is done. The regenerated / make-up powder is mixed with the electrolytic solution again by the mixer 28 and supplied to the negative electrode cell 2 as a slurry from a slurry pump (not shown). In addition, the structure which isolate | separates and mixes electrolyte solution is abbreviate | omitting illustration.

また、図11を参照しながら、本実施形態の電池について反応による再生、メークアップの詳細を説明する。なお、図11では、負極側の構成のみを図示しているが、同様の装置等が正極側にも設置されている。   In addition, with reference to FIG. 11, details of regeneration and make-up by reaction for the battery of this embodiment will be described. In FIG. 11, only the configuration on the negative electrode side is shown, but a similar device or the like is also installed on the positive electrode side.

図11に示すように、充放電によって生成された粉体は電解液とともにスラリーとして負極セル2から抜き出され、分離機26で、必要な場合は一部又は全部が廃棄される。電解液が分離され、分離機26から反応器30に供給された粉体は、反応器30で、燃料供給管31から供給された燃料と反応して、再び放電できる活物質となる。反応器30で充電状態となった粉体は、混合機28に供給されて、ここで分離機26から廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体がメークアップ用紛体ホッパー29から供給される。再生・メークアップされた粉体は、混合機28で再び電解液と混合され、スラリーとしてスラリーポンプ(図示略)から負極セル2に供給される。なお、電解液を分離・混合する構成は、図示を省略している。   As shown in FIG. 11, the powder generated by charging / discharging is extracted from the negative electrode cell 2 as a slurry together with the electrolytic solution, and a part or all of the powder is discarded by the separator 26 if necessary. The powder separated from the electrolytic solution and supplied from the separator 26 to the reactor 30 reacts with the fuel supplied from the fuel supply pipe 31 in the reactor 30 to become an active material that can be discharged again. The powder charged in the reactor 30 is supplied to the mixer 28, where a new amount of powder corresponding to the amount of powder discarded from the separator 26 is supplied from the makeup powder hopper 29. Is done. The regenerated / make-up powder is mixed with the electrolytic solution again by the mixer 28 and supplied to the negative electrode cell 2 as a slurry from a slurry pump (not shown). In addition, the structure which isolate | separates and mixes electrolyte solution is abbreviate | omitting illustration.

反応器30では、例えば、ニッケル水素型電池の場合、次の反応が行われる。   In the reactor 30, for example, in the case of a nickel metal hydride battery, the following reaction is performed.

M+(x/2)H2→MHx
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるMHX と同じ活物質が生成される。
M + (x / 2) H 2 → MHx
As a result, the same active material as MH X produced by the following reaction performed during charging is produced.

M+xH2O+xe-→MHx+xOH-
正極の反応器では、ニッケル水素型電池の場合、酸素又は空気により次の反応が行われる。
M + xH 2 O + xe → MHx + xOH
In the positive electrode reactor, in the case of a nickel metal hydride battery, the following reaction is performed by oxygen or air.

Ni(OH)2+(1/4)O2→NiOOH+1/2H2
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるNiOOHと同じ活物質が生成される。
Ni (OH) 2 + (1/4) O 2 → NiOOH + 1 / 2H 2 O
This produces the same active material as NiOOH produced by the following reaction performed during charging.

Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-
なお、本実施形態の構成を、第3、第4、第6実施形態の構成と適宜組み合わせることも可能である。
(第8実施形態)
図12は、第一の発明の第8実施形態による電池を示している。本実施形態は、負極の活物質である粉体を水素吸蔵合金とし、負極の攪拌(流動化)用気体を水素及び水素含有ガスまたは炭化水素ガスまたはアルコール類またはエーテル類とし、正極の活物質である粉体を水酸化ニッケルとし、正極の攪拌(流動化)用気体を酸素又は空気としたものである。図12に示すように、負極セル2には水素吸蔵合金粉及び電解質溶液20が充填され、正極セル3には水酸化ニッケル粉及び電解質溶液21が充填されている。また、流動化流体分散手段9により、負極セル2には水素が供給され、正極セル3には酸素又は空気が供給されている。なお、水素吸蔵合金としては、例えば、La0.8(Ce,Nd)0.15Zr0.05 Ni3.8Co0.8Al0.5 等が用いられる。また、電解質溶液としては、例えば、KOH水溶液等が用いられる。
Ni (OH) 2 + OH → NiOOH + H 2 O + e
It should be noted that the configuration of this embodiment can be appropriately combined with the configurations of the third, fourth, and sixth embodiments.
(Eighth embodiment)
FIG. 12 shows a battery according to the eighth embodiment of the first invention. In this embodiment, the negative electrode active material powder is a hydrogen storage alloy, the negative electrode agitation (fluidization) gas is hydrogen and a hydrogen-containing gas, hydrocarbon gas, alcohol or ether, and the positive electrode active material The powder is nickel hydroxide, and the positive electrode agitation (fluidization) gas is oxygen or air. As shown in FIG. 12, the negative electrode cell 2 is filled with hydrogen storage alloy powder and the electrolyte solution 20, and the positive electrode cell 3 is filled with nickel hydroxide powder and the electrolyte solution 21. Further, hydrogen is supplied to the negative electrode cell 2 and oxygen or air is supplied to the positive electrode cell 3 by the fluidizing fluid dispersing means 9. As the hydrogen storage alloy, for example, La 0.8 (Ce, Nd) 0.15 Zr 0.05 Ni 3.8 Co 0.8 Al 0.5 and the like are used. As the electrolyte solution, for example, a KOH aqueous solution or the like is used.

負極セル2では、水素吸蔵合金粉及び電解質溶液20の中に水素が供給されて次の反応が起こる。   In the negative electrode cell 2, hydrogen is supplied into the hydrogen storage alloy powder and the electrolyte solution 20 to cause the following reaction.

M+(x/2)H2→MHx
負荷手段8と電池が接続されると、水素吸蔵合金に吸蔵されている水素は、電解質溶液中の水酸基と次式のように反応して電子と水を放出する。
M + (x / 2) H 2 → MHx
When the load means 8 and the battery are connected, the hydrogen occluded in the hydrogen occlusion alloy reacts with the hydroxyl group in the electrolyte solution as in the following formula to release electrons and water.

MHx+xOH-→M+xH2O+xe-
放出された電子は、負極集電器6に直接又は水素吸蔵合金粉を介して移動する。電子は負極集電器6より負荷手段8を通り、正極集電器7に移動する。電子は、正極集電器7からオキシ水酸化ニッケル粉に移動し、オキシ水酸化ニッケル粉を介して、又は直接移動して次式のように反応し、水酸化ニッケルと水酸基が生成される。水酸基はセパレーター1を通過して負極セル2に導かれ、水素化金属と反応する。
MHx + xOH → M + xH 2 O + xe
The emitted electrons move to the negative electrode current collector 6 directly or through the hydrogen storage alloy powder. The electrons move from the negative electrode current collector 6 through the load means 8 to the positive electrode current collector 7. Electrons move from the positive electrode current collector 7 to the nickel oxyhydroxide powder, and move through the nickel oxyhydroxide powder or directly and react as shown in the following formula to generate nickel hydroxide and a hydroxyl group. The hydroxyl group passes through the separator 1 and is led to the negative electrode cell 2 to react with the metal hydride.

NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-
正極セル3では、ニッケル水素型電池の場合、酸素又は空気により次の反応が行われる。
NiOOH + H 2 O + e → Ni (OH) 2 + OH
In the positive electrode cell 3, in the case of a nickel metal hydride battery, the following reaction is performed by oxygen or air.

Ni(OH)2+(1/4)O2→NiOOH+(1/2)H2
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるNiOOHと同じ活物質が生成される。
Ni (OH) 2 + (1/4) O 2 → NiOOH + (1/2) H 2 O
This produces the same active material as NiOOH produced by the following reaction performed during charging.

Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-
他の構成及び作用は、第2実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の電池は、第3、第4、第6、第7実施形態の構成で実施することも勿論可能である。
2.第二の発明の実施の形態
(第1実施形態)
図13は、第二の発明の第1実施形態に係る積層型三次元電池の実証試験器の一例を示す斜視図と概要断面図、図14は同組立前(分解状態)の主要部品の一部を示す斜視図である。図13に示すように、本例の積層型三次元電池41はメタハイ電池(ニッケル水素電池)で、図14のように正方形状の中央開ロ部42aを厚み方向に貫通して設けたセル(容器)部材42を2個で一対として構成されており、図13の例では二対(合計4個)のセル部材42を備えている。図14に示すように、各セル部材42の開口部42aの周囲には、浅い(本例では深さが0.5mm)の凹状部42bが環状に形成され、セル部材42、42間に略正方形の耐アルカリ性のイオン透過性セパレーター(本例ではテフロン〔登録商標〕性セパレーター)43が凹状部42b内に嵌装されている。セパレーター43はイオンのみを通過させるが、電極粉体n,hや電気は通過させない膜状体で、上記以外にも素焼き板、イオン交換樹脂膜、ガラスなどが用いられる。また各セル部材42の上面には、開ロ部42a内に臨ませて上下に貫通して2つの注液ロ42cが幅方向に間隔をあけて形成され、各注液ロ42cにはゴム栓44が着脱自在に装着される。
Ni (OH) 2 + OH → NiOOH + H 2 O + e
Other configurations and operations are the same as those in the second embodiment. Of course, the battery of the present embodiment can be implemented by the configurations of the third, fourth, sixth, and seventh embodiments.
2. Embodiment of the second invention (first embodiment)
FIG. 13 is a perspective view and a schematic cross-sectional view showing an example of a verification test device for a stacked three-dimensional battery according to the first embodiment of the second invention, and FIG. 14 is one of main parts before assembly (disassembled state). It is a perspective view which shows a part. As shown in FIG. 13, the stacked three-dimensional battery 41 of this example is a meta-high battery (nickel metal hydride battery), and a cell (as shown in FIG. 14) provided with a square central opening 42 a penetrating in the thickness direction ( Two container members 42 are configured as a pair, and in the example of FIG. 13, two pairs (four in total) of cell members 42 are provided. As shown in FIG. 14, a shallow concave portion 42 b (in this example, a depth of 0.5 mm) is formed in an annular shape around the opening 42 a of each cell member 42, and is approximately between the cell members 42 and 42. A square alkali-resistant ion-permeable separator (Teflon (registered trademark) separator in this example) 43 is fitted in the concave portion 42b. The separator 43 is a film-like body that allows only ions to pass but does not allow the electrode powders n and h and electricity to pass. In addition to the above, an unglazed plate, an ion exchange resin film, glass, or the like is used. In addition, on the upper surface of each cell member 42, two liquid injection rods 42c are formed at intervals in the width direction so as to pass through the opening portion 42a and vertically, and each liquid injection rod 42c has a rubber plug. 44 is detachably mounted.

各組のセル部材42、42間の凹状部42bには、略正方形で耐アルカリ性および導電性の板状の集電部材(本例ではニッケル板)45が嵌挿されている。また、2組のセル部材42の全組の両端には、耐アルカリ性で導電性の集電体(本例ではニッケル板)46と47を備えている。開口部42aと同一形状の開ロ部48aを中央部に有し外形がセル部材42と同じゴム製パッキン48が、セル部材42と42の間ならびにセル部材42と集電体46および47の間に介装されている。セル部材42、パッキン48および集電体46と47には、厚み方向に貫通する複数の挿通孔42d、48d、46d、47dが開ロ部42aと48aの周囲に周方向に間隔をあけて一連に穿設されている。そして、複数の挿通孔42d、48d、46d、47dに非導電性のボルト49が一連に挿通され、ボルト49の先端ネジ部49aにナット(図示せず)を螺合して締め付けてある。また、左端(正極)と右端(負極)の集電体46と47の上端部には、幅方向に間隔をあけて小孔46eと47eが穿設され、本例では左端と右端の集電体46と47の両端の小孔46eと47eに正極端子50、負極端子51が取り付けられ、配線52と53の一端が接続されている。   A substantially square, alkali-resistant and conductive plate-like current collecting member (in this example, a nickel plate) 45 is fitted into the concave portion 42b between the cell members 42, 42 of each set. In addition, alkali resistant and conductive current collectors (nickel plates in this example) 46 and 47 are provided at both ends of the entire set of the two cell members 42. A rubber packing 48 having an opening 48a having the same shape as the opening 42a in the center and having the same outer shape as the cell member 42 is provided between the cell members 42 and 42 and between the cell member 42 and the current collectors 46 and 47. Is intervened. A plurality of insertion holes 42d, 48d, 46d, 47d penetrating in the thickness direction are arranged in the cell member 42, the packing 48, and the current collectors 46 and 47 in the circumferential direction around the open portions 42a and 48a. Has been drilled. A plurality of non-conductive bolts 49 are successively inserted into the plurality of insertion holes 42d, 48d, 46d, and 47d, and nuts (not shown) are screwed into the tip screw portions 49a of the bolts 49 and tightened. In addition, small holes 46e and 47e are formed in the upper ends of the current collectors 46 and 47 at the left end (positive electrode) and the right end (negative electrode) with a gap in the width direction. In this example, the current collectors at the left end and the right end are formed. A positive terminal 50 and a negative terminal 51 are attached to small holes 46e and 47e at both ends of the bodies 46 and 47, and one ends of the wirings 52 and 53 are connected.

各セル部材42内には、注液口42cより電解質溶液としての水酸化カリウム水溶液kが注入され、図13(b)の左端側セル部材42から順に正極の粉体活物質としての水酸化ニッケル粉n、負極の粉体活物質としての水素吸蔵合金粉h、正極の粉体活物質としての水酸化ニッケル粉n、負極の粉体活物質としての水素吸蔵合金粉hが水酸化カリウム水溶液kに投入され懸濁されている。この結果、図13(b)の左端から右端にかけて正極セル54、負極セル55、正極セル54、負極セル55が順に形成される。   A potassium hydroxide aqueous solution k as an electrolyte solution is injected into each cell member 42 from an injection port 42c, and nickel hydroxide as a positive electrode powder active material in order from the left end side cell member 42 in FIG. 13 (b). Powder n, hydrogen storage alloy powder h as negative electrode active material, nickel hydroxide powder n as positive electrode active material, hydrogen storage alloy powder h as negative electrode active material are potassium hydroxide aqueous solution k And suspended. As a result, the positive electrode cell 54, the negative electrode cell 55, the positive electrode cell 54, and the negative electrode cell 55 are formed in this order from the left end to the right end in FIG.

上記のようにして積層型三次元電池41が構成されるが、本例の電池41は、ニッケル水素の単位電池(二次電池)56が2個直列に接続された構造からなり、約2.4vの電圧の電池からなる。そこで、電池41の正極端子50と負極端子51間に2.4v用電球などの負荷手段57を配線52と53により接続する。充電された状態で放電時には、正極端子50を備えた左側の第1単位電池56の正極集電体46に接触している正極セル54内のオキシ水酸化ニッケル粉nは、正極集電体46から電子(e-) を受け取り、一連に接触しているオキシ水酸化ニッケル粉nに電子(e-) が水素イオンとともに供給されて水酸化ニッケルになる。そして、負極セル55内では水素吸蔵合金粉hが電子(e-)と水素イオン(H+)を放出して、この水素イオンがイオン透過性セパレーター43を通って正極セルに行く。つまり、正極セル54内では、
NiOOH+H++e-→Ni(OH)2 の反応が行われ、
一方、負極セル55内では、
MHx→M+xH++xe- の反応が行われる(M:水素吸蔵合金(粉))。
The stacked three-dimensional battery 41 is configured as described above. The battery 41 of this example has a structure in which two nickel-metal hydride unit batteries (secondary batteries) 56 are connected in series. It consists of a battery with a voltage of 4v. Therefore, a load means 57 such as a 2.4 V bulb is connected between the positive terminal 50 and the negative terminal 51 of the battery 41 by wirings 52 and 53. At the time of discharging in a charged state, the nickel oxyhydroxide powder n in the positive electrode cell 54 in contact with the positive electrode current collector 46 of the left first unit battery 56 provided with the positive electrode terminal 50 becomes the positive electrode current collector 46. The electrons (e ) are received from the nickel oxyhydroxide powder n in contact with the electrons (e ) and supplied together with hydrogen ions to become nickel hydroxide. In the negative electrode cell 55, the hydrogen storage alloy powder h releases electrons (e ) and hydrogen ions (H + ), and the hydrogen ions pass through the ion permeable separator 43 to the positive electrode cell. That is, in the positive electrode cell 54,
NiOOH + H + + e → Ni (OH) 2 is reacted,
On the other hand, in the negative electrode cell 55,
The reaction of MHx → M + xH + + xe is performed (M: hydrogen storage alloy (powder)).

続いて、負極セル55内で水素吸蔵合金粉hが放出した電子(e-) は、水素吸蔵合金粉hを介して移動しつつ右側の第2単位電池56の正極セル54との隔壁を構成する集電部材45に集められ(集電され)、第2単位電池の正極セル54内のオキシ水酸化ニッケル粉nは集電部材45から電子(e-) を受け取り、一連に接触しているオキシ水酸化ニッケル粉nに電子(e-) が水素イオンとともに供給されて水酸化ニッケルになる。そして、右側の第2単位電池56の負極セル55内では水素吸蔵合金粉hが電子(e-)と水素イオン(H+)を放出し、この水素イオンはイオン透過性セパレーター43を通って正極セル54にいく。そして、負極セル55内に放出された電子(e-) は負極集電体47に集電され、負極端子51から配線53を通って負荷手段57へ移動し、配線52より正極集電体46へ移動する。これにより、正極集電体46の正極端子50より負荷手段57を経て負極集電体47の負極端子51へ電流が流れる。このようにして、1.2V×2(2.4V)の電圧が発生する(放電が行われる)。 Subsequently, the electrons (e ) emitted from the hydrogen storage alloy powder h in the negative electrode cell 55 form a partition wall with the positive electrode cell 54 of the right second unit battery 56 while moving through the hydrogen storage alloy powder h. The nickel oxyhydroxide powder n in the positive electrode cell 54 of the second unit battery receives electrons (e ) from the current collecting member 45 and is in contact with a series. Electrons (e ) are supplied to the nickel oxyhydroxide powder n together with hydrogen ions to become nickel hydroxide. In the negative electrode cell 55 of the second unit battery 56 on the right side, the hydrogen storage alloy powder h releases electrons (e ) and hydrogen ions (H + ), and the hydrogen ions pass through the ion permeable separator 43 and are positive. Go to cell 54. Then, the electrons (e ) emitted into the negative electrode cell 55 are collected by the negative electrode current collector 47, move from the negative electrode terminal 51 through the wiring 53 to the load means 57, and from the wiring 52 to the positive electrode current collector 46. Move to. As a result, a current flows from the positive electrode terminal 50 of the positive electrode current collector 46 to the negative electrode terminal 51 of the negative electrode current collector 47 through the load means 57. In this way, a voltage of 1.2 V × 2 (2.4 V) is generated (discharge is performed).

一方、三次元電池41への充電は、次のような態様で行われる。電池41に充電器58によって所定の電圧をかけて、負極集電体47の負極端子51から右側の第2単位電池56の負極セル55へ電子(e-)を供給する。電子(e-)は水素吸蔵合金粉h内を移動しつつ、これにより次の反応が生じ、水酸基イオンが発生する。 On the other hand, charging of the three-dimensional battery 41 is performed in the following manner. A predetermined voltage is applied to the battery 41 by the charger 58 to supply electrons (e ) from the negative electrode terminal 51 of the negative electrode current collector 47 to the negative electrode cell 55 of the second unit battery 56 on the right side. While the electrons (e ) move in the hydrogen storage alloy powder h, the following reaction occurs thereby generating hydroxyl ions.

M+xH2O+xe-→MHx+xOH- M:水素吸蔵合金(粉)
負極セル55内に発生した水酸基イオン(OH-) は、イオン透過性セパレーター43を通って左側の正極セル54内に移動し、水酸化ニッケル粉nと次式のように反応して電子(e-)を放出する。
M + xH 2 O + xe → MHx + xOH M: hydrogen storage alloy (powder)
Hydroxyl ions (OH ) generated in the negative electrode cell 55 pass through the ion-permeable separator 43 and move into the left positive electrode cell 54, react with the nickel hydroxide powder n as shown in the following formula, and generate electrons (e -Release ).

Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-
正極セル54内に放出された電子(e-)は 集電部材45に集電され、左隣の負極セル55内の水素吸蔵合金粉hに移動し、これにより上式に示した反応が生じ、水酸基イオンが発生する。負極セル55内に発生した水酸基イオン(OH-)は、イオン透過性セパレーター43を通って左側の第1単位電池56の正極セル54内に移動し、水酸化ニッケル粉nと上式のように反応して電子(e-) を放出する。電子(e-)は 正極集電体46の正極端子50に集電され、充電器58へ送られる。
(第2実施形態)
図15は、第二の発明の第2実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
Ni (OH) 2 + OH → NiOOH + H 2 O + e
Electrons (e ) emitted into the positive electrode cell 54 are collected by the current collecting member 45 and move to the hydrogen storage alloy powder h in the negative electrode cell 55 adjacent to the left, thereby causing the reaction shown in the above equation. , Hydroxyl ions are generated. Hydroxyl ions (OH ) generated in the negative electrode cell 55 pass through the ion permeable separator 43 and move into the positive electrode cell 54 of the first unit battery 56 on the left side, and the nickel hydroxide powder n and the above formula It reacts to release electrons (e ). Electrons (e ) are collected at the positive electrode terminal 50 of the positive electrode current collector 46 and sent to the charger 58.
(Second Embodiment)
FIG. 15 is a central longitudinal sectional view conceptually showing the stacked three-dimensional battery according to the second embodiment of the second invention.

図15に示すように、本例の三次元電池41−1は鉛電池で、単位鉛電池56を6組直列に連結した構造からなる。単位鉛電池56は、中間部を耐酸性のイオン透過性セパレーター43で仕切った正極セル54と負極セル55を備えている。左端(第1組)の単位電池56の正極セル54の左端壁および右端(第6組)の単位電池56の負極セル55の右端壁は、それぞれ集電体46、47としての耐酸性導電体(白金板あるいは鉛板)の側壁からなり、第1組の単位電池56の負極セル55の右側壁および第6組の単位電池56の正極セル54の左側壁は集電部材45としての耐酸性導電体の側壁(白金板あるいは鉛板)からなる。また中間に位置する4組の単位電池56は、各組の単位電池56の間に隔壁を兼ねた集電部材45としての耐酸性導電体(白金板あるいは鉛板)を介して直列に接続されるとともに、左端(第1組)および右端(第6組)の単位電池56とも集電部材45としての耐酸性導電体の側壁(白金板あるいは鉛板)を介して直列に接続されている。   As shown in FIG. 15, the three-dimensional battery 41-1 of this example is a lead battery, and has a structure in which six sets of unit lead batteries 56 are connected in series. The unit lead battery 56 includes a positive electrode cell 54 and a negative electrode cell 55 in which an intermediate portion is partitioned by an acid-resistant ion-permeable separator 43. The left end wall of the positive electrode cell 54 of the left end (first set) unit cell 56 and the right end wall of the negative end cell 55 of the right end (sixth set) unit battery 56 are acid resistant conductors as current collectors 46 and 47, respectively. The right side wall of the negative electrode cell 55 of the first set of unit batteries 56 and the left side wall of the positive electrode cell 54 of the sixth set of unit cells 56 are acid resistant as the current collecting member 45. It consists of a conductor side wall (platinum plate or lead plate). The four sets of unit batteries 56 located in the middle are connected in series via acid-resistant conductors (platinum plates or lead plates) as current collecting members 45 that also serve as partition walls between the sets of unit cells 56. In addition, the left end (first set) and right end (sixth set) unit cells 56 are also connected in series via the side wall (platinum plate or lead plate) of an acid-resistant conductor as the current collecting member 45.

各セル54、55内には、共通の電解質溶液として本例では希硫酸溶液(硫酸水溶液)rが充填されている。そして、正極セル54内の希硫酸溶液には二酸化鉛(PbO2) の粉体Aが投入され、懸濁されている。ー方、負極セル55内の希硫酸溶液には金属鉛(Pb)の粉体Bが投入され、懸濁されている。 Each cell 54, 55 is filled with a dilute sulfuric acid solution (sulfuric acid aqueous solution) r as a common electrolyte solution in this example. The dilute sulfuric acid solution in the positive electrode cell 54 is charged with a powder A of lead dioxide (PbO 2 ) and suspended therein. On the other hand, the powder B of metallic lead (Pb) is charged and suspended in the dilute sulfuric acid solution in the negative electrode cell 55.

上記の構成からなる第2実施形態に係る三次元電池41−1は、次のように放電する。すなわち、左端の正極集電体46に接触している正極セル54が、集電体46から電子を受け取り、二酸化鉛粉Aに電子(e-) が供給され、次式のように反応して、硫酸鉛(PbSO4) になり、イオンが発生する。 The three-dimensional battery 41-1 according to the second embodiment configured as described above is discharged as follows. That is, the positive electrode cell 54 that is in contact with the leftmost positive electrode current collector 46 receives electrons from the current collector 46, the electrons (e ) are supplied to the lead dioxide powder A, and react as shown in the following formula. , Lead sulfate (PbSO 4 ) and ions are generated.

PbO2+4H++SO4 2-+2e-→PbSO4+2H2
次に、正極セル54内の陰イオンがイオン透過性セパレーター43より負極セル55内に移動し、金属鉛粉Bと次式のように反応して電子(e-) を放出し、酸化されて硫酸鉛粉が生成する。
PbO 2 + 4H + + SO 4 2− + 2e → PbSO 4 + 2H 2 O
Next, the anion in the positive electrode cell 54 moves from the ion permeable separator 43 into the negative electrode cell 55, reacts with the metal lead powder B as shown below, releases electrons (e ), and is oxidized. Lead sulfate powder is produced.

Pb+SO4 2-→PbSO4+2e-
負極セル55内の電子は集電部材45に集電され、集電部材45から右隣の正極セル54内の二酸化鉛粉Aに電子が供給され、上式のように反応して硫酸鉛(PbSO4) になり、イオンが発生する。そして、正極セル54内の陰イオンがイオン透過性セパレーター43より負極セル55内に移動し、金属鉛粉Bと上式のように反応して電子を放出し、硫酸鉛粉が生成する。この電子は集電部材45に集電される。この反応が各単位電池56で順次繰り返され、右端の負極集電体47から電子が負荷手段(図示せず)を介して左端の正極集電体46へ移動し、逆に正極集電体46から電流が負荷手段(図示せず)を介して右端の負極集電体47へ流れる。本例の場合には、約13.6Vの電圧が生じる。なお、集電体や電極には耐酸性の導電体ならば何でも使用することができ、例えば炭素や導電性ポリマーでもよい。
(第3実施形態)
図16は第二の発明の第3実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
Pb + SO 4 2− → PbSO 4 + 2e
Electrons in the negative electrode cell 55 are collected by the current collecting member 45, and electrons are supplied from the current collecting member 45 to the lead dioxide powder A in the positive electrode cell 54 adjacent to the right, and react as shown in the above formula to lead sulfate ( PbSO 4 ) and ions are generated. Then, the anion in the positive electrode cell 54 moves from the ion permeable separator 43 into the negative electrode cell 55, reacts with the metal lead powder B as in the above formula, releases electrons, and lead sulfate powder is generated. The electrons are collected by the current collecting member 45. This reaction is sequentially repeated in each unit cell 56, and electrons move from the rightmost negative electrode current collector 47 to the leftmost positive electrode current collector 46 via a load means (not shown), and conversely, the positive electrode current collector 46. Current flows through the load means (not shown) to the rightmost negative electrode current collector 47. In the case of this example, a voltage of about 13.6V is generated. As the current collector and electrode, any acid-resistant conductor can be used. For example, carbon or a conductive polymer may be used.
(Third embodiment)
FIG. 16 is a central longitudinal sectional view conceptually showing the stacked three-dimensional battery according to the third embodiment of the second invention.

図16に示すように、本例の三次元電池41−2は図15の第2実施形態と同様に鉛電池であるが、電池41−2を軸方向に貫通する回転軸59を回転自在に配設し、手動若しくは回転駆動装置(図示せず)により回転させる。回転軸59上の、各セル54、55内に対応する位置には、複数枚の攪拌羽根59aを回転軸59に対して直交する方向に突設し、回転軸59の回転により各セル54、55内の希硫酸溶液rを懸濁されている二酸化鉛粉A又は金属鉛粉Bとともに撹伴できるように構成しているところが、第2実施形態の電池41−1と相違している。   As shown in FIG. 16, the three-dimensional battery 41-2 of this example is a lead battery as in the second embodiment of FIG. 15, but a rotating shaft 59 that penetrates the battery 41-2 in the axial direction is rotatable. Arranged and rotated manually or by a rotational drive (not shown). A plurality of agitating blades 59a are projected in a direction perpendicular to the rotation shaft 59 at positions corresponding to the inside of each cell 54, 55 on the rotation shaft 59, and each cell 54, The configuration is such that the dilute sulfuric acid solution r in 55 can be stirred together with the suspended lead dioxide powder A or the metallic lead powder B, which is different from the battery 41-1 of the second embodiment.

したがって、本例の三次元電池41−2によれば、電極粉体としての二酸化鉛粉Aおよび金属鉛粉Bを攪拌することによって、各電極粉体A、Bと集電体46、47あるいは集電部材45との接触が良好になるので、各セル54、55の(セル部材42:図13参照)の容量を大きくすることができ、電力量の増大が図れる。また、電極粉体としての二酸化鉛粉Aおよび金属鉛粉Bを攪拌することによって、集電体や集電部材への硫酸鉛粒子の付着を防止できるので、集電体46と47および集電部材45に鉛板を使用することができる。なお、攪拌手段59を備えた点を除き、第2実施形態に係る電池41−1と共通するので、第2実施形態と共通する部材は同一の符号を用いて表し説明を省略する。
(第4実施形態)
図17は第二の発明の第4実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
Therefore, according to the three-dimensional battery 41-2 of this example, by stirring the lead dioxide powder A and the metal lead powder B as the electrode powder, the electrode powders A and B and the current collectors 46 and 47 or Since the contact with the current collecting member 45 becomes good, the capacity of each cell 54, 55 (cell member 42: see FIG. 13) can be increased, and the amount of electric power can be increased. Further, by stirring the lead dioxide powder A and the metal lead powder B as the electrode powder, it is possible to prevent the lead sulfate particles from adhering to the current collector and the current collector, so that the current collectors 46 and 47 and the current collector A lead plate can be used for the member 45. Since the battery 41-1 according to the second embodiment is the same except for the point provided with the stirring means 59, the members common to the second embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
(Fourth embodiment)
FIG. 17 is a central longitudinal sectional view conceptually showing the stacked three-dimensional battery according to the fourth embodiment of the second invention.

図17に示すように、本例の三次元電池41−3は第16図の第3実施形態と同様に攪拌手段を備えた鉛電池であるが、攪拌手段が第3実施形態の電池41−2とは相違している。すなわち、本例の攪拌手段は正極セル54用の攪拌手段60と、負極セル55用の攪拌手段61とからなり、各攪拌手段60、61は循環ポンプ62、63を備えており、硫酸水溶液rの循環管64、65の注入口に分散ノズル66、67を装着し、吸出口に電極粉体A、Bの濾過フイルター68、69を装着して硫酸水溶液rを循環させるようにしている。本例の電池41−3では、正極セル54あるいは負極セル55にそれぞれ硫酸水溶液rを分散ノズル66、67から噴射して電極粉体A、Bを攪拌させるものである。なお、ポンプと電解質溶液間はトラップなどで絶縁されている。   As shown in FIG. 17, the three-dimensional battery 41-3 of the present example is a lead battery provided with stirring means as in the third embodiment of FIG. 16, but the stirring means is the battery 41- of the third embodiment. 2 is different. That is, the stirring means of this example comprises a stirring means 60 for the positive electrode cell 54 and a stirring means 61 for the negative electrode cell 55. Each of the stirring means 60, 61 is provided with circulation pumps 62, 63, and a sulfuric acid aqueous solution r. Dispersion nozzles 66 and 67 are attached to the inlets of the circulation pipes 64 and 65, and filtration filters 68 and 69 of electrode powders A and B are attached to the suction ports to circulate the sulfuric acid aqueous solution r. In the battery 41-3 of this example, the sulfuric acid aqueous solution r is sprayed from the dispersion nozzles 66 and 67 to the positive electrode cell 54 or the negative electrode cell 55, respectively, and the electrode powders A and B are stirred. The pump and the electrolyte solution are insulated by a trap or the like.

本例の三次元電池41−3も電極粉体としての二酸化鉛粉Aおよび金属鉛粉Bを攪拌することによって、各電極粉体A、Bと集電体46、47あるいは集電部材45との接触が良好になるので、各セル54、55(セル部材42:第13図参照)の容量を大きくすることができ、電力量の増大が図れるとともに、硫酸鉛粒子の集電体や集電部材への付着を防止できるので、集電体46、47および集電部材45に鉛板を使用することができる。なお、攪拌手段が相違するだけで、その他の点については第3実施形態に係る電池41−2と共通するので、第3実施形態と共通する部材は同一の符号を用いて表し説明を省略する。
(第5実施形態)
図18は第二の発明の第5実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
The three-dimensional battery 41-3 of this example also stirs the lead dioxide powder A and the metal lead powder B as the electrode powder, thereby allowing each of the electrode powders A and B and the current collectors 46 and 47 or the current collecting member 45 to Therefore, the capacity of each of the cells 54 and 55 (cell member 42: see FIG. 13) can be increased, the amount of electric power can be increased, and the current collector and current collector of lead sulfate particles Since adhesion to the member can be prevented, lead plates can be used for the current collectors 46 and 47 and the current collecting member 45. In addition, since only the stirring means is different and the other points are common to the battery 41-2 according to the third embodiment, the same members as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. .
(Fifth embodiment)
FIG. 18 is a central longitudinal sectional view conceptually showing the stacked three-dimensional battery according to the fifth embodiment of the second invention.

図18に示すように、本例の三次元電池41−4は図17の第4実施形態と同種構造の攪拌手段を備えた鉛電池であるが、攪拌手段が第4実施形態の電池41−3とは相違している。すなわち、本例の攪拌手段は正極セル54と負極セル55とに窒素、アルゴンなどの不活性ガスを、不活性ガス源70からブロワー71、72により配管73、74を介して分散ノズル75、76より水酸化カリウム水溶液k中に供給し、電極粉体n、hを攪拌流動化させるものである。一方、正極セル54と負極セル55とに供給した窒素、アルゴンなどの不活性ガスは、別の配管77、78により濾過フィルター79、80を介して大気中へ開放して抜き出される。   As shown in FIG. 18, the three-dimensional battery 41-4 of this example is a lead battery provided with stirring means having the same structure as that of the fourth embodiment of FIG. 17, but the stirring means is the battery 41-of the fourth embodiment. 3 is different. That is, the stirring means of this example supplies an inert gas such as nitrogen and argon to the positive electrode cell 54 and the negative electrode cell 55, and the dispersion nozzles 75, 76 from the inert gas source 70 through the pipes 73, 74 through the blowers 71, 72. Further, the solution is supplied into an aqueous potassium hydroxide solution k, and the electrode powders n and h are stirred and fluidized. On the other hand, an inert gas such as nitrogen or argon supplied to the positive electrode cell 54 and the negative electrode cell 55 is released into the atmosphere via the filtration filters 79 and 80 through another piping 77 and 78.

ところで、本例の三次元電池41−4については、正極セル54に水酸化ニッケル粉nを、負極セル55に水素吸蔵合金粉hをそれぞれ投入し、電解質溶液としての水酸化カリウム水溶液kに懸濁させて、ニッケル水素型三次元二次電池を構成する。そして、正極セル54の攪拌流動化用気体に酸素又は空気を使用し、負極セル55の攪拌流動化用気体に水素を使用する。そこで、次のような反応が生じる。すなわち、負極セル55では、水素吸蔵合金粉hに水素が反応して、
M+(x/2)H2 →MHxの反応が起こる。
By the way, in the three-dimensional battery 41-4 of this example, nickel hydroxide powder n is charged into the positive electrode cell 54, and hydrogen storage alloy powder h is charged into the negative electrode cell 55, respectively. The nickel hydride type three-dimensional secondary battery is formed by turbidity. Then, oxygen or air is used as the stirring fluidizing gas in the positive electrode cell 54, and hydrogen is used as the stirring fluidizing gas in the negative electrode cell 55. Therefore, the following reaction occurs. That is, in the negative electrode cell 55, hydrogen reacts with the hydrogen storage alloy powder h,
A reaction of M + (x / 2) H 2 → MHx occurs.

ここで、負荷手段57(図13参照)と電池を接続すると、水素吸蔵合金粉hに吸蔵されている水素は、電解質溶液k中の水酸基イオンと反応して、次式のように電子と水を放出する。   Here, when the load means 57 (see FIG. 13) is connected to the battery, the hydrogen occluded in the hydrogen occlusion alloy powder h reacts with the hydroxyl ions in the electrolyte solution k to give electrons and water as shown in the following equation. Release.

MHx+xOH-→M+xH2O+xe-
放出された電子は、負極集電体47に集電され、負荷手段57(第13図参照)を通って正極集電体46へ移動し、正極セル46内でオキシ水酸化ニッケル粉nに移動し、以下の式のように、水と反応して水酸化ニツケルと水酸基イオンが生成される。
MHx + xOH → M + xH 2 O + xe
The emitted electrons are collected by the negative electrode current collector 47, move to the positive electrode current collector 46 through the load means 57 (see FIG. 13), and move to the nickel oxyhydroxide powder n in the positive electrode cell 46. Then, as shown in the following formula, it reacts with water to produce nickel hydroxide and hydroxyl ions.

NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-
水酸基イオンはセパレーター43を透過して負極セル55へ移動し、水素化金属と反応し、電子と水を放出する。
NiOOH + H 2 O + e → Ni (OH) 2 + OH
The hydroxyl ions permeate the separator 43 and move to the negative electrode cell 55, react with the metal hydride, and release electrons and water.

一方、正極セル54では、酸素又は空気の供給により次の反応が起こる。   On the other hand, in the positive electrode cell 54, the following reaction occurs by supplying oxygen or air.

Ni(OH)2+(1/4)O2→NiOOH+1/2H2
この結果、充電時に行われる以下の式に示すような反応によって生成されるNiOOHが生成され、発電されることになる。
Ni (OH) 2 + (1/4) O 2 → NiOOH + 1 / 2H 2 O
As a result, NiOOH generated by the reaction shown in the following formula performed at the time of charging is generated and power is generated.

Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-
(第6実施形態)
図19は第二の発明の第6実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
Ni (OH) 2 + OH → NiOOH + H 2 O + e
(Sixth embodiment)
FIG. 19 is a central longitudinal sectional view conceptually showing the stacked three-dimensional battery according to the sixth embodiment of the second invention.

図19に示すように、本例の三次元電池41−5は第13図の第1実施形態と同様にニッケル水素二次電池からなるが、正極セル54および負極セル55の容量をかなり大きくしている。その代わりに、集電体46、47および集電部材45から正極セル54あるいは負極セル55内へ向けて多数のスタッド81、82、83をそれぞれ間隔をあけて張出して設けている。本例の場合、集電体46、47および集電部材45にはニッケル板を用いたので、スタッド81、82、83もニッケル板で一体に形成している。本例の電池41−5においては、各セル54、55の容積を大幅に拡大したが、電極粉体n、hは集電体46、47および集電部材45に対して確実に接触するので、電気(電子と電流)を十分に伝えることができる。なお、本例の電池41−5に第3実施形態あるいは第4実施形態の攪拌手段59または60と61を組み合わせて使用することもできる。
(別の実施形態)
以上、第二の発明の三次元電池の実施形態を説明したが、下記のように実施することもできる。
1) 正極と負極の活物質粉体としては、上記以外にも例えば、水酸化ニッケルとカドミウムや、水酸化ニッケルと水酸化鉄を使用することができる。
2) 上記実施形態では、単位二次電池56を導電性(耐酸性又は耐アルカリ性)の導電部材45を介して2個〜6個直列に連結した構造を示したが、要求される電圧に応じて何個でも直列に連結することができる。
3) 電池の容量についても、要求される電力容量に応じてセル部材42の容積を増大し、必要に応じて攪拌手段やスタッドを設けることにより対応することができる。
3.第三の発明の実施の形態
次に、第三の発明の実施形態について、三次元構造の電池(三次元電池)を構造の一部として有し、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えている機器または装置、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体、三次元電池に貯蔵された電力を他の設備に供給する電力搬送手段および三次元電池に貯蔵された電力を光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーに変換する設備の具体例について、以下に詳細に説明する。
〔3次元電池を構造の一部として有し、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えている機器または装置〕
(ドア)
建物のドアや自動車のドア等のドアは、断熱および強度向上の目的のために、二重構造とされていることが多いが、内部の空間は有効に利用されていない。 そこで、ドアの内部空間を充放電の可能な三次元電池のセルとして利用する。 すなわち、上記したような機構で三次元電池に充電し、ドアの内部空間を電力貯蔵庫として利用する。
As shown in FIG. 19, the three-dimensional battery 41-5 of this example is formed of a nickel-hydrogen secondary battery as in the first embodiment of FIG. ing. Instead, a large number of studs 81, 82, 83 project from the current collectors 46, 47 and the current collecting member 45 into the positive electrode cell 54 or the negative electrode cell 55, respectively, with an interval therebetween. In this example, since nickel plates are used for the current collectors 46 and 47 and the current collecting member 45, the studs 81, 82 and 83 are also integrally formed of nickel plates. In the battery 41-5 of this example, the volume of each of the cells 54 and 55 is greatly increased. However, since the electrode powders n and h reliably contact the current collectors 46 and 47 and the current collector 45. , Can sufficiently transmit electricity (electrons and current). The battery 41-5 of this example can be used in combination with the stirring means 59 or 60 and 61 of the third embodiment or the fourth embodiment.
(Another embodiment)
As mentioned above, although the embodiment of the three-dimensional battery of the second invention has been described, it can also be carried out as follows.
1) As the positive electrode and negative electrode active material powders, for example, nickel hydroxide and cadmium, or nickel hydroxide and iron hydroxide can be used in addition to the above.
2) In the above embodiment, a structure in which two to six unit secondary batteries 56 are connected in series via conductive (acid-resistant or alkali-resistant) conductive members 45 is shown. Any number can be connected in series.
3) The capacity of the battery can also be dealt with by increasing the volume of the cell member 42 in accordance with the required power capacity and providing stirring means and studs as necessary.
3. Embodiment of the Third Invention Next, regarding the embodiment of the third invention, the battery has a three-dimensional structure (three-dimensional battery) as a part of the structure and functions as a chargeable / dischargeable power storage facility. Equipment or devices equipped with, a rotating device powered by the power stored in the 3D battery, a moving object powered by the power stored in the 3D battery, the power stored in the 3D battery, etc. Specific examples of the power transfer means for supplying the equipment and the equipment for converting the power stored in the three-dimensional battery into light energy, kinetic energy, or heat energy will be described in detail below.
[Equipment or apparatus having a three-dimensional battery as part of its structure and functioning as a chargeable / dischargeable power storage facility]
(door)
Doors such as building doors and automobile doors have a double structure for the purpose of heat insulation and strength improvement, but the internal space is not effectively used. Therefore, the internal space of the door is used as a chargeable / dischargeable three-dimensional battery cell. That is, the three-dimensional battery is charged by the mechanism as described above, and the internal space of the door is used as a power storage.

その結果、本実施例を建物のドアに適用した場合は、商用電源の停電によるトラブルで電力の供給が停止しても、ドア内の三次元電池に貯蔵した電力を非常用電源として利用することができ、また、自動車のドアに適用した場合は、別に蓄電池を搭載する必要がない。しかも、電池活物質は金属粒子が主流であり、自動車事故による衝突時の衝撃にも強く、さらに吸音作用があって防音性が優れているという特徴がある。   As a result, when this embodiment is applied to a building door, the power stored in the three-dimensional battery in the door should be used as an emergency power supply even if the supply of power is stopped due to a power failure caused by a commercial power supply. In addition, when applied to an automobile door, there is no need to install a separate storage battery. In addition, the battery active material is mainly composed of metal particles, and is characterized by being strong against impact at the time of a car accident, and further having sound absorbing action and excellent soundproofing properties.

図20は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するドアの縦断面図である。図20において、91はドアハウジングであり、92はヒンジを利用した正極端子、93はヒンジを利用した負極端子、94は導電性の集電部材であり、集電部材94および非導電性のセパレーター95で仕切られて複数のセルが形成され、各セルはイオン透過性セパレーター96によって2分割され、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液97が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液98が充填されている。99は鍵装置、100はノブである。
(橋脚)
橋脚は一般的に鋼製またはコンクリート製のものが多く、鋼製の橋脚は中空構造のものが多い。ところが、中空の内部空間は有効に利用されていない。
FIG. 20 is a longitudinal sectional view of a door having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery in the internal space. In FIG. 20, 91 is a door housing, 92 is a positive terminal using a hinge, 93 is a negative terminal using a hinge, 94 is a conductive current collecting member, and a current collecting member 94 and a non-conductive separator A plurality of cells are formed by being partitioned by 95, each cell is divided into two by an ion permeable separator 96, and the divided one side cell is filled with the positive electrode powder active material and the electrolyte solution 97, The other divided cell is filled with the negative electrode powder active material and the electrolyte solution 98. 99 is a key device, and 100 is a knob.
(Pier)
The pier is generally made of steel or concrete, and the steel pier is often hollow. However, the hollow internal space is not effectively used.

そこで、中空鋼製の橋脚の内部を充放電の可能な三次元電池のセルとして利用する。   Therefore, the inside of the hollow steel pier is used as a chargeable / dischargeable three-dimensional battery cell.

すなわち、上記したような機構で三次元電池に充電し、橋脚の内部空間を電力貯蔵庫として利用する。   That is, the three-dimensional battery is charged by the mechanism as described above, and the internal space of the pier is used as a power storage.

その結果、橋脚空洞部に活物質となる鉄粉などを充填することによって、座屈破壊に強くなる一方、例えば、橋脚の近くに海洋があれば、海洋温度差を利用して発電した電力や潮流を利用して発電した電力を貯蔵したり、風力発電の電力を貯蔵することもできる。   As a result, by filling the pier cavity with iron powder as an active material, it is strong against buckling failure.For example, if there is an ocean near the pier, the power generated using the ocean temperature difference or The power generated using the tidal current can be stored, and the power of wind power generation can also be stored.

図21は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有する橋脚の縦断面図である。図21において、101は橋脚ブロック、102は分岐フランジ、103は導電性の集電部材であり、集電部材103で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター104で2分割されており、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液105が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液106が充填されている。   FIG. 21 is a longitudinal sectional view of a bridge pier having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery in the internal space. In FIG. 21, 101 is a pier block, 102 is a branch flange, 103 is a conductive current collecting member, and each cell partitioned by the current collecting member 103 is divided into two by an ion permeable separator 104. The cell on one side is filled with the positive electrode powder active material and the electrolyte solution 105, and the divided cell on the other side is filled with the negative electrode powder active material and the electrolyte solution 106.

例えば、20m角で5m高さのブロックを80段積み重ねた橋脚4本で橋桁を形成し、橋脚ブロック101は鉄合金製とし、内部にニッケルメッキを施し、セパレーター104は酸化金属焼結体など不導体で強度が高い材料を使用し、正極の粉体活物質として水酸化ニッケル粉末に金属ニッケル粉を混合した活物質を使用し、負極の粉体活物質として水酸化鉄粉と金属ニッケル粉を混合した活物質を使用し、電解質溶液として6規定の水酸化カリウム溶液を使用した場合、700億kWhrの電力を貯蔵することができる。この電力は日本全国で使用される商用電力の約1箇月分である。
(ダム)
ダムは、一般的にコンクリートの充填構造の巨大構造物であるにも拘わらず、その巨大な容積が水の位置エネルギーを電力に変換する手段としてしか利用されていない。
For example, a bridge girder is formed by four piers that are 80 meters of 20m square and 5m high blocks, the pier block 101 is made of an iron alloy, nickel plating is applied to the inside, and the separator 104 is made of a sintered metal oxide or the like. A material with high strength as a conductor is used, an active material in which nickel hydroxide powder is mixed with metallic nickel powder is used as the positive electrode powder active material, and iron hydroxide powder and metallic nickel powder are used as the negative electrode powder active material. When a mixed active material is used and a 6N potassium hydroxide solution is used as an electrolyte solution, 70 billion kWhr of electric power can be stored. This power is about one month of commercial power used throughout Japan.
(dam)
Although the dam is generally a huge structure with a concrete filling structure, its huge volume is used only as a means for converting the potential energy of water into electric power.

そこで、外殻を鋼製のダムとして、その内部空間を充放電の可能な三次元電池の巨大セルとして利用する。   Therefore, the outer shell is used as a steel dam, and the inner space is used as a giant cell of a chargeable / dischargeable three-dimensional battery.

すなわち、ダムを、水の位置エネルギーを電力に変換する設備としてだけでなく、上記したような機構で三次元電池に充電し、ダムの内部空間を電力貯蔵庫として利用する。   That is, the dam is not only used as a facility for converting the potential energy of water into electric power, but also the three-dimensional battery is charged by the mechanism as described above, and the internal space of the dam is used as an electric power storage.

その結果、揚水発電効率が60%であるのに比べて、電力貯蔵効率が95%と高くなる。   As a result, the power storage efficiency is as high as 95% compared to the pumped-storage power generation efficiency of 60%.

図22は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するダムの斜視図である。図22において、111は正極集電体、112は負極集電体、113は導電性の集電部材であり、集電部材113によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター114によって2分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液115が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液116が充填されている。
(ラジエーター)
液冷式のラジエーターは、冷却媒体として水やオイルが使用されているが、この冷却媒体は燃料等への転用は困難で、クーラントとしてしか使用されていない。
FIG. 22 is a perspective view of a dam having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery in the internal space. In FIG. 22, 111 is a positive current collector, 112 is a negative current collector, 113 is a conductive current collecting member, and each cell partitioned by the current collecting member 113 is divided into two by an ion permeable separator 114. The cell portion close to the positive electrode current collector in the divided cells is filled with the positive electrode powder active material and the electrolyte solution 115, and the cell portion close to the negative electrode current collector in the divided cells is filled. Is filled with the powder active material of the negative electrode and the electrolyte solution 116.
(radiator)
In a liquid-cooled radiator, water or oil is used as a cooling medium. However, this cooling medium is difficult to divert to fuel or the like, and is used only as a coolant.

そこで、ラジエーターを充放電の可能な三次元電池で構成し、電解液を冷却媒体とする。   Therefore, the radiator is composed of a chargeable / dischargeable three-dimensional battery, and the electrolytic solution is used as a cooling medium.

すなわち、電池の充放電に必要な熱を電解液を介して受け入れ、ラジエーターを電力貯蔵器として利用する。   That is, heat necessary for charging and discharging the battery is received through the electrolytic solution, and the radiator is used as a power storage.

その結果、例えば、自動車に蓄電地を搭載することが不要になり、電池の電力貯蔵効率も向上する。特に、外気温が低い場合の電池の反応速度は、電解液を加熱することによって促進することができる。   As a result, for example, it is not necessary to mount a power storage location on an automobile, and the power storage efficiency of the battery is improved. In particular, the reaction rate of the battery when the outside air temperature is low can be accelerated by heating the electrolyte.

図23は、電力貯蔵器としてのラジエーターの概略構成図である。図23において、121はラジエーター本体、122はフィンであり、ラジエーター本体121はイオン透過性セパレーター123によって2分割されており、分割された一方の側には、正極の粉体活物質および電解質溶液124が充填され、分割された他方の側には、負極の粉体活物質および電解質溶液125が充填されている。126は正極集電体、127は負極集電体である。128a、128bは活物質を再生するための活物質分離フィルターであり、活物質分離フィルター128bは熱源に通じている。また、ラジエーター本体121にも熱源からの熱が伝達される。
(屋根)
一般住宅の屋根には、断熱性と撥水性に優れた瓦、茅、セラミックス等が使用されているが、屋根自身にエネルギー変換機能がなく、屋根と天井の間の大きな空間を無駄にしているとも言える。
FIG. 23 is a schematic configuration diagram of a radiator as a power storage. In FIG. 23, 121 is a radiator main body, 122 is a fin, and the radiator main body 121 is divided into two parts by an ion-permeable separator 123. On one side of the divided parts, a positive electrode powder active material and an electrolyte solution 124 are provided. The other divided side is filled with the negative electrode powder active material and the electrolyte solution 125. 126 is a positive electrode current collector, and 127 is a negative electrode current collector. Reference numerals 128a and 128b denote active material separation filters for regenerating the active material, and the active material separation filter 128b communicates with a heat source. The heat from the heat source is also transmitted to the radiator body 121.
(roof)
Roofs of ordinary houses use tiles, fences, ceramics, etc. with excellent heat insulation and water repellency, but the roof itself has no energy conversion function, and a large space between the roof and the ceiling is wasted. It can also be said.

そこで、屋根と天井の空間を利用して充放電の可能な三次元電池を形成する。 すなわち、断熱材兼重りとして屋根裏に封入されていた土に代わって、三次元電池の粉体活物質を封入し、屋根裏を電力貯蔵庫として利用する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed using the space between the roof and the ceiling. That is, instead of the soil enclosed in the attic as a heat insulating material and weight, the powder active material of the three-dimensional battery is encapsulated and the attic is used as a power storage.

その結果、例えば、屋根上に設置した太陽電池セルや風力発電で得られた電力を三次元電池に貯蔵し、さらに、三次元電池に熱交換機能をもたせれば、夏場においては、室内の温風を吸引して三次元電池の電池反応に利用し、冬場においては、三次元電池の電池反応の結果生成する熱を室内に放出するようにすれば、夏場においては室内が涼しく、冬場においては室内が温かくなり、三次元電池を電力貯蔵装置として使用するだけでなく、空調機器としても使用することができる。また、自動車の天井部分に熱交換機能を有する三次元電池を設置しても、同様の空調効果が得られる。   As a result, for example, if the solar cell installed on the roof or the electric power obtained by wind power generation is stored in a three-dimensional battery, and if the three-dimensional battery has a heat exchange function, the indoor temperature can be increased in summer. If the wind is sucked and used for the battery reaction of the three-dimensional battery and the heat generated as a result of the battery reaction of the three-dimensional battery is released indoors in the winter, the room is cool in the summer and in the winter The room becomes warm and the 3D battery can be used not only as a power storage device but also as an air conditioner. Moreover, even if a three-dimensional battery having a heat exchange function is installed on the ceiling of the automobile, the same air conditioning effect can be obtained.

図24は、天井部分に充放電の可能な三次元電池を有する家屋の縦断面図である。図24において、131は屋根であり、132a、132bは壁であり、屋根131と壁132a、132bと梁133で囲まれた天井部分に複数の集電部材134を一方の壁132aから他方の壁132bに向けて配し、集電部材134で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター135で2分割されており、分割されたセルの中で正極集電体136に近い部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液137が充填され、分割されたセルの中で負極集電体138に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液139が充填されている。
(自動車のボンネットとトランクカバー)
自動車のボンネットとトランクカバーは、エンジンその他の内容物の覆い及び強度部材として使用されているが、その内面部分は利用されていない。
FIG. 24 is a longitudinal sectional view of a house having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery on the ceiling. In FIG. 24, 131 is a roof, 132a and 132b are walls, and a plurality of current collecting members 134 are placed from one wall 132a to the other wall on the ceiling portion surrounded by the roof 131, the walls 132a and 132b, and the beam 133. Each of the cells arranged toward 132b and partitioned by the current collecting member 134 is divided into two by an ion permeable separator 135, and a portion of the divided cells close to the positive electrode current collector 136 has a positive electrode. The powder active material and the electrolyte solution 137 are filled, and the cell portion close to the negative electrode current collector 138 in the divided cells is filled with the negative electrode powder active material and the electrolyte solution 139.
(Automobile hood and trunk cover)
The hood and trunk cover of an automobile are used as a cover and strength member for an engine and other contents, but the inner surface portion is not used.

そこで、ボンネットまたはトランクカバーを三次元電池のケーシングとして利用し、ボンネットまたはトランクカバーの内面側に充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, the hood or trunk cover is used as a casing of the three-dimensional battery, and a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed on the inner surface side of the hood or trunk cover.

すなわち、ボンネットまたはトランクカバーに電池機能を持たる。   That is, the bonnet or the trunk cover has a battery function.

その結果、いままで、ボンネット内に搭載されていた蓄電池が不要になり、さらに、三次元電池が強度部材としての機能を果たし、ボンネットまたはトランクカバーの強度が増す。   As a result, the storage battery previously mounted in the bonnet is no longer necessary, and the three-dimensional battery functions as a strength member, increasing the strength of the hood or trunk cover.

図25は、内面側に充放電の可能な三次元電池を有するボンネットの一部を示す断面図である。図25において、141はボンネット、142は導電性の集電部材であり、集電部材142によって仕切られた各セルは、イオン透過性セパレーター143によって2分割されており、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液144が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液145が充填されている。
(道路)
一般的に、道路は下層路盤材を施工し、その下層路盤材の上に上層路盤材を施工し、表層部をアスファルト舗装しているが、路盤材は道路の基礎としての用途以外、特に利用されていない。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a part of a bonnet having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery on the inner surface side. In FIG. 25, 141 is a bonnet, 142 is a conductive current collecting member, and each cell partitioned by the current collecting member 142 is divided into two by an ion-permeable separator 143, and one side of the divided side is divided. The cell is filled with a positive electrode powder active material and an electrolyte solution 144, and the other divided cell is filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 145.
(road)
In general, roads are constructed with lower roadbed material, upper roadbed material is constructed on the lower roadbed material, and the surface layer is asphalt paved. It has not been.

そこで、現在一般的に使用されている路盤材に代えて粉体活物質を使用し、地表面付近に充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a powdered active material is used instead of the roadbed material that is generally used at present, and a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed near the ground surface.

すなわち、上記したような機構によって三次元電池に充電し、道路に大電力を貯蔵する。   That is, the three-dimensional battery is charged by the mechanism as described above, and a large amount of power is stored on the road.

その結果、電池反応に伴う発熱によって道路の凍結を防止することが可能になり、また、粉体活物質を再生することによって路盤材のリサイクルが可能になる。   As a result, it is possible to prevent the road from freezing due to the heat generated by the battery reaction, and it is possible to recycle the roadbed material by regenerating the powder active material.

図26は、充放電の可能な三次元電池を形成する地表面付近の断面図である。図26において、151はアスファルト舗装、152は正極集電体、153は負極集電体、154は導電性の集電部材であり、集電部材154によって仕切られたセルは、イオン透過性セパレーター155によって2分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液156が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液157が充填されている。
(食器)
一般的に、食器は保温性をよくするために、断熱性の高い陶器や金属製の二重構造のものが使用されていることが多い。しかし、断熱性が高く、熱容量が大きいので、食品を食器に入れる前に、その食品の温度に併せて予め容器を加熱したり、または冷却して、良好な保温性を確保する必要がある。
FIG. 26 is a cross-sectional view of the vicinity of the ground surface forming a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 26, 151 is an asphalt pavement, 152 is a positive current collector, 153 is a negative current collector, 154 is a conductive current collecting member, and a cell partitioned by the current collecting member 154 is an ion-permeable separator 155. The cell portion close to the positive electrode current collector in the divided cells is filled with the powder active material of the positive electrode and the electrolyte solution 156, and the negative electrode current collector is divided into the divided cells. A cell portion close to is filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 157.
(Tableware)
In general, in order to improve heat insulation, tableware is often used that has a high heat insulating property or a metal double structure. However, since the heat insulation is high and the heat capacity is large, it is necessary to heat or cool the container in advance according to the temperature of the food before the food is put into the tableware to ensure good heat retention.

そこで、食器の底または側部を二重構造にして、その二重構造内の内部空間を利用して充放電の可能な三次元電池を形成し、その内部空間内に発熱素子または冷却素子を埋設する。   Therefore, the bottom or side of the tableware has a double structure, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed using the internal space in the double structure, and a heating element or cooling element is placed in the internal space. Buried.

すなわち、その三次元電池に貯蔵された電力を電源として、発熱素子または冷却素子を作動させ、温かい食品を加熱保持し、冷たい食品を冷却保持する。   That is, using the electric power stored in the three-dimensional battery as a power source, the heating element or the cooling element is actuated to heat and hold the hot food and to cool and hold the cold food.

その結果、温かい食品を食器に入れる前に食器を加熱する必要はなく、その食品がさめることもない。また、冷たい食品を食器に注ぐ前に食器を冷却する必要はなく、その食品がなま暖かくなることもない。   As a result, it is not necessary to heat the dishes before putting the warm food into the dishes, and the food will not be abandoned. In addition, it is not necessary to cool the dishes before pouring the cold food into the dishes, and the food does not get warm.

図27は、側部に充放電の可能な三次元電池を有する食器の縦断面図である。図27において、161は食器の取っ手であり、食器本体162は内部空間を有する二重構造になっている。食器本体162の側部の内部空間はイオン透過性セパレーター163によって2分割されており、分割された一方の空間には、正極の粉体活物質および電解質溶液164が充填され、分割された他方の空間には、負極の粉体活物質および電解質溶液165が充填されている。食器の底部には、発熱素子(または冷却素子)166が埋設されている。167は電源スイッチ、168は充電ジャックである。そして、充電ジャック168から上記構成の食器側部の3次元電池に充電し、食品を食器に入れるときに電源スイッチ167を投入して、側部の三次元電池に充電された電力で発熱素子(または冷却素子)166を作動させて、食器内の食品を加熱保持または冷却保持する。
(バランスウエイト)
パワーショベル、フォークリフト、クレーンなどの揚重機は、取り扱う重量物とのバランスをとるために、一般的にバランスウエイトを必須付属物としているが、このバランスウエイトは金属の塊であり、重量のバランスをとる以外の用途としては利用されていない。
FIG. 27 is a vertical cross-sectional view of a tableware having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery on the side. In FIG. 27, 161 is a tableware handle, and the tableware main body 162 has a double structure having an internal space. The internal space of the side part of the tableware main body 162 is divided into two by an ion-permeable separator 163, and one of the divided spaces is filled with the positive electrode powder active material and the electrolyte solution 164, and the other divided space is filled. The space is filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 165. A heating element (or cooling element) 166 is embedded in the bottom of the tableware. Reference numeral 167 denotes a power switch, and 168 denotes a charging jack. Then, the table-side three-dimensional battery having the above-described configuration is charged from the charging jack 168, and the power switch 167 is turned on when the food is put into the tableware, and the heating element ( (Or a cooling element) 166 is operated to hold the food in the tableware heated or cooled.
(Balance weight)
In general, lifting machines such as excavators, forklifts, cranes, etc. have a balance weight as an essential accessory to balance the heavy objects they handle. However, this balance weight is a lump of metal and balances the weight. It is not used for purposes other than taking.

そこで、バランスウエイトの内部に、正極集電体と負極集電体を備え、この正極集電体と負極集電体の間にイオン透過性セパレーターを介装し、正極集電体とイオン透過性セパレーターの間に正極の粉体活物質および電解質溶液を充填し、負極集電体とイオン透過性セパレーターの間に負極の粉体活物質および電解質溶液を充填してなる充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a positive electrode current collector and a negative electrode current collector are provided inside the balance weight, and an ion permeable separator is interposed between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, so that the positive electrode current collector and the ion permeable material are disposed. Chargeable / dischargeable three-dimensional structure in which the positive electrode powder active material and electrolyte solution are filled between the separators, and the negative electrode powder active material and electrolyte solution are filled between the negative electrode current collector and the ion-permeable separator. Form a battery.

すなわち、バランスウエイトを単なる重りとしてだけでなく、電力貯蔵器として利用する。   That is, the balance weight is used not only as a weight but also as a power storage.

その結果、内蔵した三次元電池の電力を、パワーショベル、フォークリフト、クレーンなどの揚重機の作動電源として利用することができる。
(床)
住宅によっては、床下に高温の燃焼排ガスを通入したり、電気ヒーターを設置することによって、室内の暖房源として利用されている場合がある。しかし、それらの熱を冷房に利用するのは困難であり、床下の空間が充分に利用されているとはいえない。
As a result, the power of the built-in three-dimensional battery can be used as an operating power source for a lifting machine such as a power shovel, a forklift, or a crane.
(floor)
Some houses may be used as an indoor heating source by passing hot combustion exhaust gas under the floor or installing an electric heater. However, it is difficult to use such heat for cooling, and it cannot be said that the space under the floor is fully utilized.

そこで、床下に充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed under the floor.

すなわち、床下が電力貯蔵庫になり、充放電時に一方の電極が放熱し、他方の電極が吸熱をするので、室内の冷暖房に利用できる。   In other words, the under floor serves as a power storage, and one electrode radiates heat and the other electrode absorbs heat during charging and discharging, so that it can be used for indoor air conditioning.

このように、冷暖房用の電力源として電池の吸放熱を直接利用するので、圧縮性伝熱媒体の膨脹、圧縮に伴う気化熱や放散熱を利用して冷暖房を行う方式の一般的な空調機器に比べてエネルギー変換効率が向上する。   As described above, since the heat absorption / dissipation of the battery is directly used as an electric power source for cooling / heating, a general air-conditioning apparatus that performs cooling / heating by using the heat of vaporization and dissipated heat accompanying expansion and compression of the compressible heat transfer medium Compared with, energy conversion efficiency is improved.

図28は、充放電の可能な三次元電池を有する住宅の床の断面図である。図28において、171は床、172は正極、173は負極、174は導電性の集電部材であり、正極から負極に向けて配された集電部材174により仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター175によって2分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液176が充填され、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液177が充填されている。178は熱媒体供給冷暖切り替え器、179は熱媒体回収冷暖切り替え器である。熱媒体供給冷暖切り替え器178から床下の熱媒体流通空間180を通過した熱媒体は、熱媒体回収冷暖切り替え器179に回収され、正極熱交換器熱媒体供給パイプ181から各正極セル内熱交換器182に供給されて正極熱交換器熱媒体排出パイプ183を経て熱媒体供給冷暖切り替え器178に至る。また、熱媒体回収冷暖切り替え器179に回収された熱媒体は、負極熱交換器熱媒体供給パイプ184から各負極セル内熱交換器185に供給されて負極熱交換器熱媒体排出パイプ186を経て熱媒体供給冷暖切り替え器178に至る。従って、熱媒体供給冷暖切り替え器178と熱媒体回収冷暖切り替え器179を、冷房または暖房に切り替えておくことにより、充放電時の電池反応による化学反応熱を、冷房源として、または暖房源として利用することができる。
(ベッド)
一般的にベッドは断熱性がよく、冬は温かいが、夏は暑い。
FIG. 28 is a sectional view of a floor of a house having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 28, 171 is a floor, 172 is a positive electrode, 173 is a negative electrode, 174 is a conductive current collecting member, and each cell partitioned by a current collecting member 174 arranged from the positive electrode to the negative electrode is ion permeable. The cell portion near the positive electrode in the divided cells is filled with the powder active material and the electrolyte solution 176 of the positive electrode, and the cell portion close to the negative electrode in the divided cells. Is filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 177. Reference numeral 178 denotes a heat medium supply cooling / heating switch, and 179 is a heat medium recovery cooling / heating switch. The heat medium that has passed through the heat medium distribution space 180 under the floor from the heat medium supply / cooling switch 178 is recovered by the heat medium recovery cool / warm switch 179 and is transferred from the positive heat exchanger heat medium supply pipe 181 to each positive cell internal heat exchanger. 182 is supplied to the heat medium supply cooling / heating switch 178 via the positive electrode heat exchanger heat medium discharge pipe 183. The heat medium recovered by the heat medium recovery cooling / heating switch 179 is supplied from the negative electrode heat exchanger heat medium supply pipe 184 to each negative cell internal heat exchanger 185 and passes through the negative electrode heat exchanger heat medium discharge pipe 186. The heat medium supply cooling / heating switch 178 is reached. Accordingly, by switching the heating medium supply cooling / heating switch 178 and the heating medium recovery cooling / heating switch 179 to cooling or heating, the chemical reaction heat due to the battery reaction at the time of charging / discharging can be used as a cooling source or a heating source. Can be used.
(bed)
Beds are generally well insulated and warm in winter but hot in summer.

そこで、ベッド表面下のスプリング体等の弾性手段が介装されている部分を利用してベッド内に充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed in the bed using a portion where elastic means such as a spring body below the bed surface is interposed.

すなわち、ベッドが電力貯蔵器になり、充放電時に一方の電極が放熱し、他方の電極が吸熱をするので、その放熱反応を暖房に利用し、その吸熱反応を冷房に利用する。   That is, the bed serves as a power storage, and one electrode radiates heat during charge / discharge, and the other electrode absorbs heat. Therefore, the heat release reaction is used for heating and the endothermic reaction is used for cooling.

このように、冷暖房用の電力源として電池の吸放熱を直接利用するので、圧縮性伝熱媒体の膨脹、圧縮に伴う気化熱や放散熱を利用して冷暖房を行う方式の一般的な空調機器に比べてエネルギー変換効率が向上する。   As described above, since the heat absorption / dissipation of the battery is directly used as an electric power source for cooling / heating, a general air-conditioning apparatus that performs cooling / heating by using the heat of vaporization and dissipated heat accompanying expansion and compression of the compressible heat transfer medium Compared with, energy conversion efficiency is improved.

具体的な図示例は、図28と同様であるので省略する(床171をベッド表面に代えればよい)。
(工事用電源)
各種工事用電源として、一般的に商用電源を利用できない場所では、エンジン発電器を利用しているが、騒音や排ガスといった公害が発生する。
A specific example of illustration is the same as that shown in FIG. 28, and will be omitted (the floor 171 may be replaced with the bed surface).
(Power supply for construction)
As a power source for various constructions, an engine generator is used in a place where a commercial power source is generally not available, but pollution such as noise and exhaust gas occurs.

そこで、充放電の可能な三次元電池を車両に搭載して工事現場に設置する。そして、工事において必要なときには、その三次元電池から電力を供給する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is mounted on the vehicle and installed at the construction site. Then, when necessary in the construction, power is supplied from the three-dimensional battery.

このように、低騒音で低排ガスの電源供給手段を提供できる。特に、住宅密集地やトンネルなどの閉鎖空間で工事用電源を必要とする場合にその効果が大きい。   Thus, a low noise and low exhaust gas power supply means can be provided. The effect is particularly great when a construction power source is required in a closed space such as a densely populated house or a tunnel.

図29は、充放電の可能な三次元電池を搭載したトレーラーの側面図である。図29において、191は動力車、192は三次元電池を搭載したトレーラーである。
〔3次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器〕
(電動機)
一般的に、電動機は、外部電源から電力を供給しないと作動せず、起動時には定格以上の電流が流れるという欠点がある。
FIG. 29 is a side view of a trailer equipped with a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 29, 191 is a power vehicle, and 192 is a trailer equipped with a three-dimensional battery.
[Rotating equipment that uses power stored in a three-dimensional battery as a power source]
(Electric motor)
Generally, an electric motor has a disadvantage that it does not operate unless power is supplied from an external power source, and a current exceeding the rated value flows at the time of startup.

そこで、電動機のケーシングまたは台座を電池ハウジングとして充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed using the casing or pedestal of the electric motor as a battery housing.

すなわち、電動機の内部に電力貯蔵装置を有することにより、外部電源から電力を供給しなくても電動機を作動させることができる。   That is, by having the power storage device inside the motor, the motor can be operated without supplying power from an external power source.

このように、電動機と電池を組み合わせることで、装置全体の容積が減少する。起動時には、外部電源に加えて三次元電池からも電力を供給することで、過大な給電設備が不要になり、外部電力使用量を抑えることができる。そして、電動機の通常運転時には、三次元電池からのみ電力を供給することで外部電力が不要になり、停電時にも電動機は作動する。   Thus, the volume of the whole apparatus reduces by combining an electric motor and a battery. By supplying power from a three-dimensional battery in addition to an external power source at the time of startup, an excessive power supply facility becomes unnecessary, and the amount of external power used can be suppressed. During normal operation of the motor, power is supplied only from the three-dimensional battery, so that no external power is required, and the motor operates even during a power failure.

図30(a)は、ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図である。図30(a)において、201は回転軸、202は回転子、203は界磁コイル、204は正極集電体、205はイオン透過性セパレーター、206は負極集電体である。正極集電体204とイオン透過性セパレーター205との間には正極の粉体活物質および電解質溶液207が充填され、負極集電体206とイオン透過性セパレーター205との間には負極の粉体活物質および電解質溶液208が充填されている。図30(a)においては、電池は一つであるが、円周方向に沿って積層するか軸長手方向に積層すれば、高い電圧を得ることができる。また、負極集電体206は、円形のものとして示されているが、矩形として軸長手方向に積層すれば、電動機の体積効率を向上することができる。   FIG. 30A is a longitudinal sectional view of an electric motor in which a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is incorporated in a casing. In FIG. 30A, 201 is a rotating shaft, 202 is a rotor, 203 is a field coil, 204 is a positive current collector, 205 is an ion permeable separator, and 206 is a negative current collector. A positive electrode powder active material and an electrolyte solution 207 are filled between the positive electrode current collector 204 and the ion permeable separator 205, and a negative electrode powder is interposed between the negative electrode current collector 206 and the ion permeable separator 205. The active material and the electrolyte solution 208 are filled. In FIG. 30A, although there is one battery, a high voltage can be obtained by stacking along the circumferential direction or stacking in the axial longitudinal direction. Further, although the negative electrode current collector 206 is shown as a circular one, the volumetric efficiency of the electric motor can be improved by stacking the negative electrode current collector 206 in the longitudinal direction as a rectangle.

図30(b)は、台座に充放電の可能な三次元電池を組み込ん電動機の縦断面図である。図30(b)において、209は電動機215の台座、210は正極集電体、211はイオン透過性セパレーター、212は負極集電体である。正極集電体210とセパレーター211との間には正極の粉体活物質および電解質溶液213が充填され、負極集電体212とセパレーター211との間には負極の粉体活物質および電解質溶液214が充填されている。   FIG. 30B is a longitudinal sectional view of an electric motor in which a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is incorporated in a pedestal. In FIG. 30B, 209 is a base of the electric motor 215, 210 is a positive electrode current collector, 211 is an ion permeable separator, and 212 is a negative electrode current collector. A positive electrode powder active material and electrolyte solution 213 are filled between the positive electrode current collector 210 and the separator 211, and a negative electrode powder active material and electrolyte solution 214 are interposed between the negative electrode current collector 212 and the separator 211. Is filled.

本発明の三次元電池を小型の電動機で作動する物品、例えば、ポータブルテープレコーダーに採用すれば、現在用いられている電池のスペースを省略でき、電動機を僅かに大きくするだけでよいので、ポータブルテープレコーダー全体として、小型化が可能である。また、本発明の三次元電池を大型の電動機に採用すれば、電動機の起動時に必要な大電流を三次元電池からも供給できるため、起動時にのみ必要となる過大な電源装置が不要となり、外部電力使用量も大幅に低減することができる。
(エンジン)
一般的に、レシプロエンジン、ターボエンジンなどのエンジンのケーシングには冷却媒体を流通させる外套が付設されており、係るエンジンを始動するには電動機が必要であり、この電動機を作動するには外部電源から電力を供給しなければならないという。
If the three-dimensional battery of the present invention is used in an article that operates with a small electric motor, such as a portable tape recorder, the space of the battery currently used can be omitted, and the electric motor only needs to be slightly enlarged. The entire recorder can be downsized. In addition, if the 3D battery of the present invention is used in a large motor, a large current required at the time of starting the motor can be supplied from the 3D battery, so that an excessive power supply device that is required only at the time of startup is not required. The amount of power used can also be greatly reduced.
(engine)
In general, a casing of an engine such as a reciprocating engine or a turbo engine is provided with a jacket for circulating a cooling medium, and an electric motor is required to start the engine, and an external power source is required to operate the electric motor. It is said that power must be supplied from.

そこで、エンジンのケーシングを電池ハウジングとして充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed using the casing of the engine as a battery housing.

すなわち、電池となったケーシングがエンジンの熱を吸収して効率よく電力に変換し、エンジンケーシング外側に電力を貯蔵する。   That is, the casing that has become a battery absorbs the heat of the engine and efficiently converts it into electric power, and stores the electric power outside the engine casing.

このように、エンジンに蓄電作用があるので、外部電源が不要となる。また、エンジンの熱を利用して蓄電することにより、従来は外部に廃棄されていた熱エネルギーを電気エネルギーに変換して貯蔵できるので、全体のエネルギー効率を向上させることができる。   Thus, since the engine has a power storage function, no external power source is required. Further, by storing electricity using the heat of the engine, heat energy that has been discarded to the outside can be converted into electrical energy and stored, so that the overall energy efficiency can be improved.

図31は、ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだターボエンジンの縦断面図である。図31において、221は回転軸、222はタービン、223はケーシング、224は正極集電体、225はイオン透過性セパレーター、226は負極集電体である。正極集電体224とセパレーター225との間には正極の粉体活物質および電解質溶液227が充填され、負極集電体226とセパレーター225との間には負極の粉体活物質および電解質溶液228が充填されている。   FIG. 31 is a longitudinal sectional view of a turbo engine in which a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is incorporated in a casing. In FIG. 31, 221 is a rotating shaft, 222 is a turbine, 223 is a casing, 224 is a positive electrode current collector, 225 is an ion permeable separator, and 226 is a negative electrode current collector. A positive electrode powder active material and an electrolyte solution 227 are filled between the positive electrode current collector 224 and the separator 225, and a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 228 are filled between the negative electrode current collector 226 and the separator 225. Is filled.

図31に示す電池の構造は、エンジンの作動温度に合わせて比較的高い温度で作動する電池(例えば、炭酸リチウム、炭酸カリウムなどの炭酸塩を電解質とし、約650℃程度の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池)の構造を採用し、充電によって吸熱する側の電極をケーシング223と共用するのが好ましい。第31図は、ターボエンジンの場合を示しているが、レシプロエンジンの場合は、シリンダー外周の冷却二重ジャケットを電池のケーシングとすることができる。
〔3次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体〕
(二重構造船)
タンカーなど、洩れた場合に海水が汚染される液体を運搬する船はその液体が事故等により海に流れないように、二重構造を採用していることが多いが、二重構造部分が有効に利用されていない。
The structure of the battery shown in FIG. 31 is a battery that operates at a relatively high temperature in accordance with the operating temperature of the engine (for example, a melt that operates at a high temperature of about 650 ° C. using a carbonate such as lithium carbonate or potassium carbonate as an electrolyte). It is preferable that the structure of the carbonate type fuel cell) is adopted, and the electrode that absorbs heat by charging is shared with the casing 223. FIG. 31 shows the case of a turbo engine, but in the case of a reciprocating engine, a cooling double jacket around the cylinder can be used as a battery casing.
[Moving object powered by electricity stored in 3D battery]
(Dual structure ship)
Ships that carry liquids that contaminate seawater when leaked, such as tankers, often adopt a double structure so that the liquid does not flow into the sea due to accidents, etc., but the double structure part is effective. It is not used for.

そこで、二重構造部分に海水やアルカリなどを電解液とする充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery using seawater or alkali as an electrolyte is formed in the double structure portion.

すなわち、船の二重構造部分を電力貯蔵庫として利用する。   That is, the double structure part of the ship is used as a power storage.

その結果、貯蔵した電力を船の航行中の動力源として利用することができる。   As a result, the stored electric power can be used as a power source during ship navigation.

図32は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ二重構造船の一部を示す斜視図である。図32において、231は正極集電体としてのタンク壁、232はイオン透過性セパレーター、233は負極集電体としての船外壁である。正極集電体231とセパレーター232との間には正極の粉体活物質および電解質溶液234が充填され、負極集電体233とセパレーター232との間には負極の粉体活物質および電解質溶液235が充填されている。本実施例の場合、電解液としては、海水を利用することもできる。このように、二重構造船の二重構造部分を三次元電池として有効に利用することにより、例えば、100万トンタンカーの重量中の5%部分を電池として利用すると、10万馬力の出力で60時間程度航行することが可能である。
(船)
エネルギーとなる石油や天然ガスや核燃料や石炭等は、運搬コストを低減するために大排水量の大型船により大量に運搬されているが、電力を直接運搬する手段はない。
FIG. 32 is a perspective view showing a part of a dual structure ship incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 32, reference numeral 231 denotes a tank wall as a positive electrode current collector, 232 denotes an ion permeable separator, and 233 denotes an outboard wall as a negative electrode current collector. A positive electrode powder active material and an electrolyte solution 234 are filled between the positive electrode current collector 231 and the separator 232, and a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 235 are filled between the negative electrode current collector 233 and the separator 232. Is filled. In this embodiment, seawater can be used as the electrolyte. In this way, by effectively using the double structure part of the double structure ship as a three-dimensional battery, for example, when 5% of the weight of a million ton tanker is used as a battery, the output of 100,000 horsepower can be obtained. It is possible to sail for about 60 hours.
(ship)
Oil, natural gas, nuclear fuel, coal, etc., which are energy, are transported in large quantities by large ships with a large amount of drainage in order to reduce transportation costs, but there is no means for directly transporting electric power.

そこで、船倉の一部または全部を充放電の可能な三次元電池のセルとする。   Therefore, a part or all of the hold is used as a chargeable / dischargeable three-dimensional battery cell.

すなわち、船倉を電力貯蔵庫として利用する。   In other words, the hold is used as a power storage.

その結果、貯蔵した電力を船の航行中の動力源として利用することができる。   As a result, the stored electric power can be used as a power source during ship navigation.

図33は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ船の長手方向の一部の縦断面図である。図33において、241は正極集電体としての船隔壁、242は負極集電体としての船外壁である。正極集電体241と負極集電体242との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材243を介在させ、集電部材243で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター244により2分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液245が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液246が充填されている。   FIG. 33 is a longitudinal sectional view of a part of the ship in the longitudinal direction incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 33, reference numeral 241 denotes a ship bulkhead as a positive electrode current collector, and 242 denotes a ship outer wall as a negative electrode current collector. Between the positive electrode current collector 241 and the negative electrode current collector 242, a plurality of conductive current collecting members 243 also serving as partition walls are interposed, and each cell partitioned by the current collecting member 243 is separated by an ion permeable separator 244. In the divided cell, the cell portion close to the positive electrode current collector is filled with the positive electrode powder active material and the electrolyte solution 245, and the negative electrode current collector is divided into the divided cells. The near cell portion is filled with the negative electrode powder active material and the electrolyte solution 246.

仮に、100万トンの排水量の船で三次元電池を作ると、1億kWhrの電力を貯蔵することができる。もし、1kWhrが単価10円であるとすれば、10億円相当の電力を運搬できることになり、天然ガスや石炭を運搬するより運搬効率が向上するので好ましい。
(飛行機)
飛行機の胴体は耐圧の関係で、翼は強度の関係で二重構造になっており、翼の内部空間の一部には燃料が入っているが、残りの内部空間は有効に利用されていない。
If a three-dimensional battery is made with a ship with a displacement of 1 million tons, it can store 100 million kWhr of electric power. If 1 kWhr is a unit price of 10 yen, electric power equivalent to 1 billion yen can be transported, and transport efficiency is improved compared to transporting natural gas or coal.
(airplane)
The fuselage of the airplane has a double structure due to pressure resistance, and the wing has a double structure due to strength, and fuel is contained in a part of the inner space of the wing, but the remaining internal space is not effectively used .

そこで、翼の内部空間を利用して充放電の可能な三次元電池のセルを形成する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery cell is formed using the internal space of the wing.

すなわち、翼内の三次元電池に貯蔵された電力を飛行機のエンジン起動時の電力および航行中の機内用電力源として利用する。   That is, the electric power stored in the three-dimensional battery in the wing is used as the electric power at the time of starting the aircraft engine and the in-flight power source during navigation.

その結果、電力用ガスタービンおよび専用バッテリーが不要となり、飛行機の全体重量が軽くなる。   As a result, a power gas turbine and a dedicated battery are not required, and the overall weight of the aircraft is reduced.

図34は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ飛行機の翼の断面図である。図34において、251は正極集電体としての翼内隔壁、252は負極集電体としての翼外壁である。正極集電体251と負極集電体252との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材253を介在させ、集電部材253で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター254により2分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液255が充填され、分割されたセルの中で負極集電体近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液256が充填されている。
(ロードローラー)
ロードローラーは一般的にタイヤを大きく重くしており、タイヤは重りとして作用するので、タイヤの内部には重量物としての鉄の塊が充填されているだけで、充填物の有効利用がされていない。
FIG. 34 is a cross-sectional view of an airplane wing incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 34, reference numeral 251 denotes a blade inner partition as a positive electrode current collector, and reference numeral 252 denotes a blade outer wall as a negative electrode current collector. Between the positive electrode current collector 251 and the negative electrode current collector 252, a plurality of conductive current collecting members 253 that also serve as partition walls are interposed, and each cell partitioned by the current collecting member 253 is separated by an ion permeable separator 254. The cell portion that is divided into two and is close to the positive electrode current collector in the divided cells is filled with the powder active material of the positive electrode and the electrolyte solution 255, and is close to the negative electrode current collector in the divided cells. The cell portion is filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 256.
(Road roller)
The road roller generally makes the tire large and heavy, and the tire acts as a weight, so the inside of the tire is filled with a lump of iron as a heavy object, and the filler is effectively used. Absent.

そこで、ロードローラーのタイヤの内部の鉄塊を活物質の粉体に代えて、充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed by replacing the iron block inside the tire of the road roller with the powder of the active material.

すなわち、ロードローラーのタイヤを移動用電源として利用する。   That is, a road roller tire is used as a power source for movement.

その結果、タイヤを重り以外に移動用電源として有効に利用できる。   As a result, the tire can be effectively used as a power source for movement other than the weight.

図35は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだロードローラーのタイヤの断面図である。図35において、261は正極集電体としての回転軸、262は負極集電体としての外壁である。正極集電体261と負極集電体262との間には隔壁を兼用する導電性集電部材263を介在させ、集電部材263によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター264により2分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液265が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液266が充填されている。
(電車)
電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているが、架線に費用と時間がかかり、パンタグラフと送電線との摩擦は騒音発生の原因ともなる。
FIG. 35 is a cross-sectional view of a road roller tire incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 35, 261 is a rotating shaft as a positive electrode current collector, and 262 is an outer wall as a negative electrode current collector. A conductive current collecting member 263 also serving as a partition is interposed between the positive electrode current collector 261 and the negative electrode current collector 262, and each cell partitioned by the current collecting member 263 is divided into two by an ion permeable separator 264. The cell portion close to the positive electrode current collector in the divided cells is filled with the positive electrode powder active material and the electrolyte solution 265, and the cell portion close to the negative electrode current collector in the divided cells. Are filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 266.
(Electric train)
Electric trains are generally supplied with power from a transmission line via a pantograph, but the overhead line is expensive and time consuming, and friction between the pantograph and the transmission line causes noise.

そこで、電車の車体底部を充放電の可能な三次元電池のセルとする。   Thus, the bottom of the train body is a chargeable / dischargeable three-dimensional battery cell.

すなわち、車体底部に三次元電池の電力を貯蔵し、走行用の電力として利用する。   That is, the electric power of the three-dimensional battery is stored at the bottom of the vehicle body and used as electric power for traveling.

その結果、架線が不要になる。   As a result, no overhead wire is required.

図36は、電車の車体底部に設置する充放電の可能な三次元電池の断面の概略構成図である。図36において、271は正極集電体、272は負極集電体であり、正極集電体271と負極集電体272との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材273を介在させ、集電部材273によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター274により2分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液275が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液276が充填されている。   FIG. 36 is a schematic configuration diagram of a cross section of a chargeable / dischargeable three-dimensional battery installed at the bottom of a train body. In FIG. 36, reference numeral 271 denotes a positive electrode current collector, 272 denotes a negative electrode current collector, and a plurality of conductive current collecting members 273 also serving as partition walls are provided between the positive electrode current collector 271 and the negative electrode current collector 272. Each cell interposed and partitioned by the current collecting member 273 is divided into two by an ion permeable separator 274, and in the divided cell, the cell portion close to the positive electrode current collector has a positive electrode powder active material. In the divided cells, the cell portion close to the negative electrode current collector is filled with the negative electrode powder active material and the electrolyte solution 276.

例えば、1トンの三次元電池を作ると、100kWhrの電力を貯蔵し、この貯蔵電力で都市近郊を走行する電車では、数十分間走行することができ、停車時の僅かな時間(数分間)で充電することも可能である。しかし、新幹線の16車両を走行させるには、15000kWの最大電力が必要で、各車両に4トンの三次元電池を搭載しないと2時間程度走行することはできないので、三次元電池の容量を2トン程度に小さくして、エンジン発電器や燃料電池をともに搭載するのが好ましい。
(電気機関車)
電気機関車は、エンジン発電器で発電し、その電力で電動機を駆動して走行しているが、負荷の変動に対して追従性が悪いので、フライホイールを搭載している。しかし、エンジン発電器のエネルギー貯蔵量は少なく、角運動量の変動による走行性能への悪影響もある。
For example, if you make a one-ton 3D battery, you can store 100 kWhr of electric power, and trains that run around the city with this stored electric power can run for several tens of minutes. ) Can also be charged. However, in order to run 16 Shinkansen vehicles, the maximum power of 15000 kW is required, and it is impossible to run for about 2 hours unless a 4 ton 3D battery is installed in each vehicle. It is preferable that both the engine generator and the fuel cell are mounted so as to be as small as tons.
(Electric locomotive)
The electric locomotive generates electricity with an engine generator and drives the electric motor with the electric power. However, since the electric locomotive has poor followability with respect to load fluctuations, a flywheel is mounted. However, the energy storage amount of the engine generator is small, and there is an adverse effect on running performance due to fluctuations in angular momentum.

そこで、発電器と電動機の間に充放電の可能な三次元電池を設置する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is installed between the generator and the electric motor.

すなわち、三次元電池に貯蔵した電力で電動機を駆動し、走行用の電力として利用する。   That is, the electric motor is driven by the electric power stored in the three-dimensional battery and used as electric power for traveling.

その結果、負荷変動に対する追従性がよくなり、エンジンの効率が向上するので最大出力が増加し、同時に公害物質の排出量も減少するという利点がある。   As a result, there is an advantage that the followability to the load fluctuation is improved and the efficiency of the engine is improved, so that the maximum output is increased and the emission amount of the pollutant is also reduced at the same time.

図37(a)は充放電の可能な三次元電池を有する電気機関車の断面図である。図37(a)において、281は運転席、282はエンジン発電器、283は三次元電池、284は電動機、285は制御装置、286は駆動輪である。図37(b)は、ターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池を介して電動機を駆動する機構の一実施例の概略構成図であり、287は圧縮機、288は燃料タンク、289は燃焼器であり、外部から導入した空気290を圧縮機287で圧縮して、この高圧空気と燃料タンク288内の燃料を燃焼器289で燃焼させて高温高圧のガスを生成し、この高温高圧ガスの運動エネルギーを膨脹機291、発電器292を経て三次元電池293に供給して電力に変換して貯蔵し、この電力を制御装置294を経て電動機295に供給する。
(電源車)
電気機関車や電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているので、電化されていない路線は走行できず、停電時にも走行できない。 そこで、発電器と充放電の可能な三次元電池または充放電の可能な三次元電池のみを搭載した車両からなる電源車を牽引する。
FIG. 37A is a cross-sectional view of an electric locomotive having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 37A, 281 is a driver's seat, 282 is an engine generator, 283 is a three-dimensional battery, 284 is an electric motor, 285 is a control device, and 286 is a drive wheel. FIG. 37 (b) is a schematic configuration diagram of an embodiment of a mechanism for driving an electric motor through a three-dimensional battery that can be charged and discharged from a generator when applied to a turbo engine. Reference numeral 288 denotes a fuel tank, and 289 denotes a combustor. The air 290 introduced from the outside is compressed by a compressor 287, and the high-pressure air and the fuel in the fuel tank 288 are burned by the combustor 289 to generate high-temperature and high-pressure gas. The generated kinetic energy of the high-temperature and high-pressure gas is supplied to the three-dimensional battery 293 via the expander 291 and the power generator 292, converted into electric power and stored, and this electric power is supplied to the electric motor 295 via the controller 294.
(Power car)
Since electric locomotives and trains are generally supplied with electric power from a power transmission line via a pantograph, they cannot travel on routes that are not electrified, and cannot travel even during power outages. Therefore, a power supply vehicle consisting of a generator and a vehicle equipped with only a chargeable / dischargeable three-dimensional battery or a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is pulled.

すなわち、電源車の電力で電動機を駆動し、電気機関車や電車の走行用の電力として利用する。   That is, the electric motor is driven by the electric power of the power source car, and is used as electric power for running an electric locomotive or train.

その結果、非電化路線でも電気機関車や電車が走行できる。   As a result, electric locomotives and trains can run on non-electrified routes.

図38(a)は電源車を牽引する電気機関車の断面図であり、図38(b)はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池に至る電力貯蔵システムの一実施例の概略構成図である。図38(a)において、301は電気機関車、302は電源車であり、図37と共通の構成要素については、同一参照番号を付して説明を省略する。図38図(b)は、図37(b)における制御装置294と電動機295が含まれていない点が図37(b)と異なる。
(低騒音電車)
電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているので、パンタグラフと送電線との摩擦により騒音が発生する。そのため、住宅密集地を走行するときには、その騒音を下げるため、低速走行をする場合がある。しかし、高速輸送手段である電車が徐行することは大きな時間の損失になり、目的地に希望する時間に到着することができなくなる。
FIG. 38A is a cross-sectional view of an electric locomotive that pulls a power supply vehicle, and FIG. 38B is a power storage system that extends from a generator to a chargeable / dischargeable three-dimensional battery when applied to a turbo engine. It is a schematic block diagram of one Example. In FIG. 38A, 301 is an electric locomotive, 302 is a power supply wheel, and the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. FIG. 38B is different from FIG. 37B in that the control device 294 and the electric motor 295 in FIG. 37B are not included.
(Low noise train)
Since electric power is generally supplied from a transmission line via a pantograph, noise is generated by friction between the pantograph and the transmission line. For this reason, when traveling in densely populated houses, the vehicle may travel at a low speed in order to reduce the noise. However, if the train, which is a high-speed transportation means, slows down, it will result in a large loss of time and it will not be possible to arrive at the destination at the desired time.

そこで、発電器と充放電の可能な三次元電池または充放電の可能な三次元電池のみを搭載した車両からなる電源車を牽引して電源にし、各車両には三次元電池を搭載する。   Therefore, a power supply vehicle composed of a generator and a vehicle equipped with only a chargeable / dischargeable three-dimensional battery or a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is pulled as a power source, and each vehicle is equipped with a three-dimensional battery.

すなわち、高速走行時にはパンタグラフを格納して、三次元電池に貯蔵した電力で走行する。   That is, the pantograph is stored at the time of high-speed traveling, and the vehicle travels with the electric power stored in the three-dimensional battery.

その結果、高速走行時の騒音を低減することができる。   As a result, noise during high speed traveling can be reduced.

図39は、充放電の可能な三次元電池を有する低騒音電車の断面図であり、図38(a)の電気機関車301にパンタグラフ311を付加した点が図38(a)と異なる。
〔3次元電池に貯蔵された電力を他の設備に供給する電力搬送手段〕
(電線)
従来、高周波電力輸送には同軸ケーブル、低周波電力輸送には並行型ケーブルが使われているが、電源からの電力の瞬停または短期の停電が発生すると、電力の供給が停止し、瞬時の作動停止も許されない機器では、重大な事故につながることがある。
FIG. 39 is a cross-sectional view of a low-noise train having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery, which is different from FIG. 38A in that a pantograph 311 is added to the electric locomotive 301 of FIG.
[Power transport means for supplying the power stored in the 3D battery to other equipment]
(Electrical wire)
Conventionally, coaxial cables are used for high-frequency power transportation, and parallel cables are used for low-frequency power transportation. However, if an instantaneous power outage or short-term power outage occurs from the power source, the power supply stops, Equipment that cannot be shut down can cause serious accidents.

そこで、送電線を集電体とし、その周囲に粉体活物質を充填し、送電線に充放電の可能な3次元電池の機能をもたせる。   Therefore, the power transmission line is used as a current collector, and a powder active material is filled around the power transmission line, so that the power transmission line has a function of a chargeable / dischargeable three-dimensional battery.

すなわち、電力が必要な機器の電圧に適応させて三次元電池を形成し、短時間の間、三次元電池に貯蔵した電力を供給する。   That is, a three-dimensional battery is formed by adapting to the voltage of a device that requires electric power, and the electric power stored in the three-dimensional battery is supplied for a short time.

その結果、比較的小電力の直流で作動する機器において、短時間の瞬停時には、3次元電池から必要な電力を供給することができ、商用電源の瞬停や電源の切り替え時や電源プラグの抜き替え時においても、電気機器の作動が停止しない。特に、パソコンや電気時計などの小電力で作動する機器の電気トラブルに充分対応することができる。   As a result, in a device that operates with a relatively low power direct current, it is possible to supply the necessary power from the three-dimensional battery at the momentary power outage for a short time. Even during replacement, the operation of electrical equipment does not stop. In particular, it is possible to sufficiently cope with electrical troubles of devices that operate with low power, such as personal computers and electric watches.

図40(a)は現状の送電線の断面図、図40(b)は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線の断面図、図40(c)は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線から末端機器に電力を供給する一実施例の概略フロー図である。   40A is a cross-sectional view of a current transmission line, FIG. 40B is a cross-sectional view of a transmission line incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery, and FIG. 40C is a chargeable / dischargeable three-dimensional figure. It is a schematic flowchart of one Example which supplies electric power to a terminal device from the power transmission line incorporating the battery.

図40(a)において、321、322は送電線である。図40(b)において、323は正極集電体としての電線であり、324は負極集電体としての電線である。正極集電体323と負極集電体324の間には、複数の導電性の集電部材325を介装して複数のセルを形成し、各セルはイオン透過性のセパレーター326で2分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液327が充填されており、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液328が充填されている。   In FIG. 40A, reference numerals 321 and 322 are power transmission lines. In FIG. 40B, reference numeral 323 denotes an electric wire as a positive electrode current collector, and reference numeral 324 denotes an electric wire as a negative electrode current collector. Between the positive electrode current collector 323 and the negative electrode current collector 324, a plurality of cells are formed with a plurality of conductive current collecting members 325 interposed, and each cell is divided into two by an ion-permeable separator 326. In the divided cells, the cell portion close to the positive electrode current collector is filled with the positive electrode powder active material and the electrolyte solution 327, and the divided cells are close to the negative electrode current collector. The portion is filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 328.

図40(c)において、329は交流100ボルト電源、330は交流100ボルト送電線、331は整流器、332は三次元電池を内蔵した送電線、333はパソコンである。例えば、送電線332に10grの粉体活物質を封入すれば、ニッケル水素電池の場合、7.2Vで1Aの直流を400秒間給電することができる。
(電柱)
電力を輸送するために、電柱の高所にケーブルを配しているが、電柱の構造物自体は有効に利用されていない。
In FIG. 40C, 329 is an AC 100 volt power source, 330 is an AC 100 volt power transmission line, 331 is a rectifier, 332 is a power transmission line incorporating a three-dimensional battery, and 333 is a personal computer. For example, if a powder active material of 10 gr is enclosed in the power transmission line 332, in the case of a nickel metal hydride battery, a direct current of 1 A at 7.2 V can be supplied for 400 seconds.
(Electric pole)
In order to transport electric power, cables are arranged at the height of the power pole, but the structure of the power pole itself is not effectively used.

そこで、電柱を充放電の可能な三次元電池の構造にする。   Therefore, the power pole is made to be a chargeable / dischargeable three-dimensional battery structure.

すなわち、通常時は商用電源から電力を供給し、停電時には、電柱の三次元電池から電力を供給する。   That is, power is supplied from a commercial power source during normal times, and power is supplied from a three-dimensional battery of a utility pole during a power failure.

その結果、商用電源の停電時にも中断することなく電力を供給できる。   As a result, power can be supplied without interruption even when a commercial power supply fails.

図41は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電柱の断面図である。図41において、341は地表面、342は正極、343は負極であり、これら正極と負極の間には複数の集電部材344が介装されており、集電部材344で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター345で2分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液346が充填されており、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液347が充填されている。
〔三次元電池に貯蔵された電力を光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーに変換する設備〕
(電球)
一般的に電球は金属容器にガラス容器を接続して、そのガラス容器中にフィラメントを配し、金属容器を経てフィラメントに電力を供給して点灯させている。このように、電球を点灯させるには外部電源が必要である。
FIG. 41 is a cross-sectional view of a utility pole incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 41, 341 is the ground surface, 342 is a positive electrode, 343 is a negative electrode, and a plurality of current collecting members 344 are interposed between these positive and negative electrodes, and each cell partitioned by the current collecting member 344 Is divided into two by an ion-permeable separator 345, and the cell portion close to the positive electrode in the divided cells is filled with the powder active material of the positive electrode and the electrolyte solution 346. A cell portion close to the negative electrode is filled with a powder active material and an electrolyte solution 347 of the negative electrode.
[Equipment that converts electric power stored in a three-dimensional battery into light energy, kinetic energy, or thermal energy]
(light bulb)
Generally, a light bulb is connected to a glass container with a glass container, a filament is arranged in the glass container, and electric power is supplied to the filament through the metal container to light it. Thus, an external power supply is required to light the bulb.

そこで、電球の金属容器部に粉体活物質を充填して、充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a powder container is filled with a powdered active material to form a chargeable / dischargeable three-dimensional battery.

すなわち、三次元電池の端子と電球のフィラメント端子を短絡することで、点灯させる。   That is, lighting is performed by short-circuiting the terminal of the three-dimensional battery and the filament terminal of the bulb.

その結果、外部電源によらずに電球を点灯することができる。   As a result, the light bulb can be turned on without using an external power source.

図42は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電球の断面図である。図42において、351は正極集電体、352は負極集電体、353はイオン透過性セパレーターであり、正極集電体351とセパレーター353の間には、正極の粉体活物質および電解質溶液354が充填されており、負極集電体352とセパレーター353の間には、負極の粉体活物質および電解質溶液355が充填されている。356はフィラメント、357はフィラメント端子、358は電池正極端子、359は充電ジャックである。フィラメント356の一端は電池の負極集電体352と内部で接続されているので、フィラメント端子357と電池正極端子358を短絡させることで、電球を点灯させることができる。
(懐中電灯)
懐中電灯は、一般的に電源スイッチの付いた筒状容器に電池を入れて電球を点灯させているが、懐中電灯の容器の中にさらに電池容器を入るという二重の容器構造であるから、大きく重いものとなっている。
FIG. 42 is a cross-sectional view of a light bulb incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 42, 351 is a positive electrode current collector, 352 is a negative electrode current collector, 353 is an ion-permeable separator, and a positive electrode powder active material and an electrolyte solution 354 are disposed between the positive electrode current collector 351 and the separator 353. The negative electrode current collector 352 and the separator 353 are filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 355. 356 is a filament, 357 is a filament terminal, 358 is a battery positive terminal, and 359 is a charging jack. Since one end of the filament 356 is connected to the negative electrode current collector 352 of the battery, the light bulb can be turned on by short-circuiting the filament terminal 357 and the battery positive electrode terminal 358.
(flashlight)
A flashlight is generally a double container structure in which a battery is put into a cylindrical container with a power switch and a light bulb is lit, but a battery container is further inserted into the flashlight container. It is big and heavy.

そこで、懐中電灯の容器を集電体として利用し、容器内に粉体活物質と電解液を入れて充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a flashlight container is used as a current collector, and a powder active material and an electrolytic solution are placed in the container to form a chargeable / dischargeable three-dimensional battery.

すなわち、懐中電灯の容器を三次元電池のハウジングとして利用する。   That is, a flashlight container is used as a housing for a three-dimensional battery.

その結果、従来の懐中電灯内に入れていた電池が不要となるので、懐中電灯の軽量化と小形化を図ることができる。   As a result, the battery that has been put in the conventional flashlight becomes unnecessary, and thus the flashlight can be reduced in weight and size.

図43は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ懐中電灯の断面図である。図43において、361は電球、362はスイッチ、363は正極集電体、364は負極集電体、365はイオン透過性セパレーターであり、正極集電体363とセパレーター365の間には、正極の粉体活物質および電解質溶液366が充填されており、負極集電体364とセパレーター365の間には、負極の粉体活物質および電解質溶液367が充填されている。
(巨大隕石軌道変更装置)
巨大隕石の軌道を変更するための装置としては、鉛バッテリーの電力をエネルギーとして2本のレールに配した金属弾丸を発射し、その金属弾丸を巨大隕石中に打ち込んで隕石の軌道を変更する方法が提案されているが、隕石に打ち込むエネルギーが不足している。
FIG. 43 is a cross-sectional view of a flashlight incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. In FIG. 43, reference numeral 361 denotes a light bulb, 362 denotes a switch, 363 denotes a positive electrode current collector, 364 denotes a negative electrode current collector, 365 denotes an ion-permeable separator, and the positive electrode current collector 363 and the separator 365 have a positive electrode A powder active material and an electrolyte solution 366 are filled, and a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 367 are filled between the negative electrode current collector 364 and the separator 365.
(Giant meteorite orbit changing device)
As a device to change the orbit of the huge meteorite, a method of changing the orbit of the meteorite by firing a metal bullet placed on two rails using the power of the lead battery as energy and driving the metal bullet into the huge meteorite Has been proposed, but there is not enough energy to drive the meteorite.

そこで、地表面付近に大電流で、充放電の可能な三次元電池を形成する。   Therefore, a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is formed near the ground surface with a large current.

すなわち、三次元電池に貯蔵した大電流を運動エネルギーに変換し、レールガンから発射する金属弾丸の隕石打ち込みエネルギーを大幅に増加させる。   That is, the large current stored in the three-dimensional battery is converted into kinetic energy, which greatly increases the meteorite driving energy of the metal bullets fired from the rail gun.

図44(a)は、地表面付近に形成した充放電の可能な三次元電池の縦断面図である。図44(a)において、371は地表面、372は正極、373は負極であり、正極371と負極372の間には複数の導電性の集電部材374を介装し、集電部材374で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター375で2分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液376が充填されており、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液377が充填されている。   FIG. 44A is a longitudinal sectional view of a chargeable / dischargeable three-dimensional battery formed near the ground surface. In FIG. 44A, 371 is the ground surface, 372 is the positive electrode, 373 is the negative electrode, and a plurality of conductive current collecting members 374 are interposed between the positive electrode 371 and the negative electrode 372. Each partitioned cell is divided into two by an ion permeable separator 375, and the cell portion close to the positive electrode in the divided cells is filled with the positive electrode powder active material and the electrolyte solution 376, and is divided. The cell portion close to the negative electrode in the formed cells is filled with the negative electrode powder active material and the electrolyte solution 377.

図44(b)は、レールガンによる金属弾丸発射装置の一実施例の概略構成図である。図44(b)において、378は充放電の可能な三次元電池、379は金属弾丸、380は正極であるH型鋼のブラシ、381は負極であるH型鋼のブラシである。例えば、図44(a)に示す構成の三次元電池を10km四方にわたって形成すると、105ボルト×1013アンペアの電力を貯蔵することが可能になる。この電力によって、0.5×1018ワットの磁場を天空から地表面に向けて形成し、その電磁力を金属弾丸に付与する。すなわち、ブラシ380と381からなる10m幅のレールには、1035Nの力が加わり、直径50mで長さ100mのニッケル製の弾丸を光速の1/10000程度に加速して発射することができ、殆どの隕石の撃墜が可能になる。
(溶融装置)
各種物質を溶融する溶融炉には、大電力の給電設備を設けており、給電設備の設備コストが大きなものとなっている。
FIG. 44B is a schematic configuration diagram of an embodiment of a metal bullet firing device using a railgun. In FIG. 44B, 378 is a chargeable / dischargeable three-dimensional battery, 379 is a metal bullet, 380 is an H-shaped steel brush as a positive electrode, and 381 is an H-shaped steel brush as a negative electrode. For example, when a three-dimensional battery having the configuration shown in FIG. 44A is formed over 10 km square, it is possible to store electric power of 10 5 volts × 10 13 amperes. With this electric power, a magnetic field of 0.5 × 10 18 watts is formed from the sky toward the ground surface, and the electromagnetic force is applied to the metal bullet. That is, a 10 m-wide rail composed of the brushes 380 and 381 is applied with a force of 10 35 N, and a nickel bullet having a diameter of 50 m and a length of 100 m can be accelerated to about 1 / 10,000 of the speed of light and fired. , Most meteorites can be shot down.
(Melting device)
A melting furnace for melting various substances is provided with a large power supply facility, and the facility cost of the power supply facility is high.

そこで、高出力低容量の充放電の可能な三次元電池を溶融炉に付設する。   Therefore, a high-output, low-capacity chargeable / dischargeable three-dimensional battery is attached to the melting furnace.

すなわち、適切な発電手段で三次元電池に充電し、物質溶融時に三次元電池に貯蔵されている高出力低容量の電力を溶融炉に供給し、その電気エネルギーを熱エネルギーに変換して物質を溶融する。   That is, the three-dimensional battery is charged by an appropriate power generation means, the high-output and low-capacity electric power stored in the three-dimensional battery is supplied to the melting furnace when the substance is melted, and the electric energy is converted into thermal energy to convert the substance into Melt.

このように、比較的小さな電力供給設備で物質の溶融が可能になる。
4.第四の発明の実施の形態
(第1実施形態)
図45は、第四の発明の第1実施形態に係るアルカリ一次電池の概略構成図である。図45に示すように、イオン透過性セパレーター391を介して負極セル392、正極セル393が設けられ、負極セル392には、負極の粉体活物質および電解質溶液394が充填され、正極セル393には、正極の粉体活物質および電解質溶液395が充填されている。負極の粉体活物質としては、炭化鉄の粉体が用いられているが、炭化鉄と鉄の粉体混合物を用いることもできる。この炭化鉄とは、当該炭化鉄製品の少なくとも一部がFe3C の化学組成を有するものを指す意である。この炭化鉄は、例えば、上記したように、本出願人により出願された特開平9−48604号公報に開示された方法で製造することができるが、含鉄原料を還元および炭化して炭化鉄を得る場合、含鉄原料のすべての部分が炭化鉄に転化したものを必ずしも用いる必要はない。というのは、炭化鉄の中の炭化部分が多くなればなるほど導電性はよくなるが、一方、炭化部分が多い高転化率の炭化鉄製品の製造コストは高くなる。この点で、炭化鉄製品のFe3C組成は、含有鉄分の5原子%以上であれば、負極の粉体活物質としての必要な導電性を確保することができ、しかも、製造コストを比較的低く抑えることができる。
In this way, the material can be melted with a relatively small power supply facility.
4). Embodiment of the fourth invention (first embodiment)
FIG. 45 is a schematic configuration diagram of an alkaline primary battery according to the first embodiment of the fourth invention. As shown in FIG. 45, a negative electrode cell 392 and a positive electrode cell 393 are provided via an ion permeable separator 391. The negative electrode cell 392 is filled with a negative electrode powder active material and an electrolyte solution 394. Is filled with a positive electrode powder active material and an electrolyte solution 395. As the powder active material of the negative electrode, iron carbide powder is used, but a powder mixture of iron carbide and iron can also be used. The iron carbide means that at least a part of the iron carbide product has a chemical composition of Fe 3 C. For example, as described above, this iron carbide can be produced by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48604 filed by the present applicant, but iron-containing raw materials are reduced and carbonized to produce iron carbide. In the case of obtaining, it is not always necessary to use one in which all parts of the iron-containing raw material are converted to iron carbide. This is because the more the carbonized portion in the iron carbide, the better the conductivity, while the production cost of the high conversion iron carbide product with many carbonized portions increases. In this respect, if the Fe 3 C composition of the iron carbide product is 5 atomic% or more of the iron content, the necessary conductivity as the powder active material of the negative electrode can be ensured, and the manufacturing costs are compared. Can be kept low.

正極の粉体活物質としては、二酸化マンガンと炭素の粉体混合物が用いられている。電解質溶液は、負極セル392および正極セル393ともに、水酸化カリウム水溶液が用いられている。   As the positive electrode powder active material, a powder mixture of manganese dioxide and carbon is used. As the electrolyte solution, a potassium hydroxide aqueous solution is used for both the negative electrode cell 392 and the positive electrode cell 393.

セパレーター391は、イオンを通すが、粉体は通過しない膜であり、例えば、素焼き、イオン交換樹脂膜、金属繊維および不織布等を用いることができる。負極セル392、正極セル393の中には、それぞれ、導電体からなる負極集電器396、正極集電器397が設けられており、これら、集電器396、397が負荷手段398と接続されている。集電器396、397は、アルカリ溶液中で腐食しない金属が好ましく、例えば、炭素鋼にニッケルをメッキしたプレートを使用することができる。   The separator 391 is a film that allows ions to pass but does not allow powder to pass through. For example, unglazed, ion exchange resin films, metal fibers, and nonwoven fabrics can be used. Each of the negative electrode cell 392 and the positive electrode cell 393 is provided with a negative electrode current collector 396 and a positive electrode current collector 397 made of a conductor, and these current collectors 396 and 397 are connected to the load means 398. The current collectors 396 and 397 are preferably made of a metal that does not corrode in an alkaline solution. For example, a plate in which carbon steel is plated with nickel can be used.

次に、第四の発明の第1実施形態に係るアルカリ一次電池の放電の詳細を説明する。   Next, details of the discharge of the alkaline primary battery according to the first embodiment of the fourth invention will be described.

電池が負荷手段398と接続されると、負極集電器396は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負極集電器396から負荷手段398を通り、正極集電器397に到達する。電子は正極集電器397より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極の粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター391を通過して負極セル392に入り、ここで、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は粉体を介して、あるいは、直接負極集電器396に移動して負荷手段398に供給される。以上のようなサイクルが繰り返される。   When the battery is connected to the load means 398, the negative electrode current collector 396 emits electrons to the external circuit, and the emitted electrons pass from the negative electrode current collector 396 through the load means 398 and reach the positive electrode current collector 397. Electrons react with the positive electrode powder active material while moving directly or via the powder active material from the positive electrode current collector 397. The anion generated when the positive electrode powder active material accepts electrons passes through the separator 391 and enters the negative electrode cell 392, where it reacts with the negative electrode powder active material to emit electrons. The electrons are supplied to the load means 398 through the powder or directly moved to the negative electrode current collector 396. The above cycle is repeated.

以上の放電反応を、負極側と正極側に分けて化学式で示すと、以下のように表される。   When the above discharge reaction is divided into the negative electrode side and the positive electrode side and expressed in chemical formula, it is expressed as follows.

(負極) Fe+2OH-→Fe(OH)2+2e-
(正極) MnO2+H2O+e-→MnOOH+OH-
図45はアルカリ一次電池の概略構成を示すためのみのものであり、円筒型や積層形など様々な構造のものを採用することができる。
(第2実施形態)
図46は、第四の発明の第2実施形態に係るアルカリ二次電池の概略構成図である。図45と共通する構成については同一の番号を付して説明を省略する。図45と異なる点は、図46においては、正極の粉体活物質としては、水酸化ニッケルと炭素の粉体混合物が用いられていることと、流動化流体分散手段399、400を有することである。また、負荷手段398に代えて、負荷手段(放電の場合)または発電手段(充電の場合)401が設置されている。
(Negative electrode) Fe + 2OH → Fe (OH) 2 + 2e
(Positive electrode) MnO 2 + H 2 O + e → MnOOH + OH
FIG. 45 is only for illustrating a schematic configuration of the alkaline primary battery, and various structures such as a cylindrical shape and a stacked shape can be adopted.
(Second Embodiment)
FIG. 46 is a schematic configuration diagram of an alkaline secondary battery according to the second embodiment of the fourth invention. The same components as those in FIG. 45 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. 45 differs from FIG. 45 in that a powder mixture of nickel hydroxide and carbon is used as the powder active material of the positive electrode and that fluidized fluid dispersion means 399 and 400 are provided. is there. In place of the load means 398, a load means (in the case of discharging) or a power generation means (in the case of charging) 401 is installed.

負極セル392および正極セル393内の粉体どうしあるいは粉体と集電器396、397との接触効率を高めるために、流動化流体分散手段399、400より各セル392、393内に気体または液体が供給される。流動化流体分散手段399、400の代わりに、あるいは流動化流体分散手段399、400とともに、各セル392、393内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けて粉体を流動化させることもできる。   In order to increase the contact efficiency between the powders in the negative electrode cell 392 and the positive electrode cell 393 or between the powder and the current collectors 396 and 397, gas or liquid is introduced into the cells 392 and 393 from the fluidizing fluid dispersing means 399 and 400. Supplied. Instead of the fluidizing fluid dispersing means 399, 400, or together with the fluidizing fluid dispersing means 399, 400, stirring means such as a feather stirrer can be provided in each cell 392, 393 to fluidize the powder. .

次に、第四の発明の第2実施形態に係るアルカリ二次電池の充電と放電の中で、放電反応はアルカリ一次電池の場合について説明したのと同じであるから、説明を省略し、充電反応について以下に説明する。   Next, in the charging and discharging of the alkaline secondary battery according to the second embodiment of the fourth invention, the discharge reaction is the same as that described in the case of the alkaline primary battery. The reaction will be described below.

電池が発電手段401と接続されると、発電手段401から放出された電子は負極集電器396に到達し、この電子は負極集電器396より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質内を移動しつつ反応する。負極の粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター391を通過して正極セル393に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は粉体を介して、あるいは、直接正極集電器397に移動して発電手段401に供給される。以上のようなサイクルが繰り返される。   When the battery is connected to the power generation means 401, the electrons emitted from the power generation means 401 reach the negative electrode current collector 396, and the electrons are directly connected to the negative electrode powder active material from the negative electrode current collector 396 or inside the powder active material. It reacts while moving. The anion generated when the negative electrode powder active material accepts electrons passes through the separator 391, enters the positive electrode cell 393, and reacts with the positive electrode powder active material to emit electrons. The electrons are supplied to the power generation means 401 via the powder or directly moved to the positive electrode current collector 397. The above cycle is repeated.

以上の放電反応と充電反応を、負極側と正極側および電池全体に分けて化学式で示すと、以下のように表される。   The above discharge reaction and charge reaction are divided into the negative electrode side, the positive electrode side, and the whole battery, and are expressed by chemical formulas as follows.

Figure 2006054194
Figure 2006054194

上式において、右方向の矢印は放電反応を示し、左方向の矢印は充電反応を示す。 In the above formula, the right arrow indicates the discharge reaction, and the left arrow indicates the charge reaction.

図46はアルカリ二次電池の概略構成を示すためのみのものであり、円筒型や積層形など様々な構造のものを採用することができる。
(放電曲線)
次に、第四の発明のアルカリ二次電池(公称容量が3Ahであるもの)の放電曲線の一例を図47に示す。図47の縦軸は端子電圧(V)を示し、横軸は放電容量(Ah)を示す。このアルカリ二次電池は、負極活物質として炭化鉄(含有鉄分の約30原子%が炭化鉄であるもの)の粉体を用い、正極活物質として水酸化ニッケルと炭素の混合物の粉体を用いた。この場合、流動化流体分散手段399、400によりセル内に窒素を導入した。図47に明らかなように、放電電圧の急激な低下傾向は見られず、良好な放電特性を示している。
5.第五の発明の実施の形態
図48は、第五の発明の第1実施形態による地域分散型発電方法を実施する装置の概略構成を示している。図48において、自動車411は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンなどのエンジン412とともに、発電機413、電力貯蔵用の移動源電池(バッテリー)414、電動機(モータ)415を備えている。自動車411は、エンジン412を使用して発電機413を作動させ電力を発生させて、この電力を移動源電池414に貯蔵する。自動車411は、本来の目的である走行時には、エンジン412及び電池414からの電力で駆動する電動機415により、また、走行負荷が少ないとき等は電動機415のみによって動くようになっている。
FIG. 46 is only for illustrating a schematic configuration of the alkaline secondary battery, and various structures such as a cylindrical shape and a stacked shape can be employed.
(Discharge curve)
Next, FIG. 47 shows an example of the discharge curve of the alkaline secondary battery of the fourth invention (having a nominal capacity of 3 Ah). The vertical axis in FIG. 47 indicates the terminal voltage (V), and the horizontal axis indicates the discharge capacity (Ah). This alkaline secondary battery uses a powder of iron carbide (having an iron content of about 30 atomic%) as a negative electrode active material, and a powder of a mixture of nickel hydroxide and carbon as a positive electrode active material. It was. In this case, nitrogen was introduced into the cell by the fluidizing fluid dispersing means 399 and 400. As apparent from FIG. 47, the discharge voltage does not show a drastic decrease and shows good discharge characteristics.
5. Embodiment of Fifth Invention FIG. 48 shows a schematic configuration of an apparatus for carrying out a regional distributed power generation method according to the first embodiment of the fifth invention. In FIG. 48, an automobile 411 includes an engine 412 such as a gasoline engine, a diesel engine, or a gas turbine, a generator 413, a moving source battery (battery) 414 for storing electric power, and an electric motor (motor) 415. The automobile 411 uses the engine 412 to operate the generator 413 to generate electric power, and stores this electric power in the moving source battery 414. The automobile 411 is moved by the electric motor 415 driven by the electric power from the engine 412 and the battery 414 during traveling, which is the original purpose, and only by the electric motor 415 when the traveling load is small.

上記のような構成の自動車等を停車時に家庭用、事務所用の固定発電システムとして流用するのが、第五の発明の方法及び装置である。なお、エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置の代わりに、燃料電池により発電を行う装置を搭載した自動車等を用いることもできる。また、自動四輪車だけでなく、同様の機能を備えたものであれば、自動二輪車、自動三輪車、船舶等を利用することも可能である。   The method and apparatus according to the fifth aspect of the present invention is to divert the automobile or the like configured as described above as a stationary power generation system for home use or office use when the vehicle is stopped. Instead of a device that uses an engine to operate a generator and generate electric power, an automobile or the like equipped with a device that generates power using a fuel cell can be used. In addition to an automobile, a motorcycle, an automobile tricycle, a ship, or the like can be used as long as it has a similar function.

図48に示すように、自動車411を住居416の車庫などに停車させている時、コネクタ417によって、住居416に設置された固定電池(バッテリー)418と自動車411に搭載された移動源電池414とを接続することにより、エンジン412で発電機413を回して発電した電力を固定電池418に供給し充電することができる。固定電池418からの電力はインバータ419によって交流に変換し電圧を調整して負荷420にて使用することができる。なお、図示していないが、商用電源は、インバータ419から各負荷420に至る間に接続される。また、固定電池418から直流用の負荷に直接接続して使用することも可能である。   As shown in FIG. 48, when the automobile 411 is stopped in a garage or the like of a residence 416, a fixed battery (battery) 418 installed in the residence 416 and a mobile source battery 414 installed in the automobile 411 are connected by a connector 417. , The electric power generated by turning the generator 413 with the engine 412 can be supplied to the fixed battery 418 and charged. The electric power from the fixed battery 418 can be converted into an alternating current by the inverter 419, adjusted in voltage, and used at the load 420. Although not shown, the commercial power source is connected between the inverter 419 and each load 420. Further, the fixed battery 418 can be directly connected to a DC load for use.

移動源電池414の電池容量が減少した場合には、エンジン412を稼働させ発電機413を回して充電する。このとき、エンジン排気音を下げるために、自動車411の排気筒に外付け消音器を取り付けても良い。   When the battery capacity of the movement source battery 414 decreases, the engine 412 is operated and the generator 413 is turned to charge. At this time, an external silencer may be attached to the exhaust pipe of the automobile 411 in order to reduce engine exhaust noise.

また、図48に示すように、住居416に風力発電設備や太陽光発電設備が設置されている場合、すなわち、風力発電機421や太陽電池422によって発電した電力が固定電池418に供給される場合には、移動源電池414からの電力と併せて負荷420にて使用することができる。風力発電設備、太陽光発電設備を単独で又は組み合わせて住居に設置する場合は、大容量のバッテリー(電池)が必要になり、設備費が高くなっていたが、自動車等に搭載されたバッテリー(電池)から電力を供給することにより、住居に設置するバッテリー(固定電池418)は小型のもので良くなり、設備費が大幅に削減される。   As shown in FIG. 48, when a wind power generation facility or a solar power generation facility is installed in the residence 416, that is, when power generated by the wind power generator 421 or the solar cell 422 is supplied to the fixed battery 418. Can be used in the load 420 together with the electric power from the mobile source battery 414. When installing wind power generation facilities and solar power generation facilities alone or in combination, a large-capacity battery (battery) is required, which increases the equipment cost. By supplying power from the battery), the battery (fixed battery 418) to be installed in the house can be small, and the equipment cost can be greatly reduced.

また、移動源電池414の電池容量が少なく、かつ、負荷420による電力消費量よりも風力発電機421や太陽電池422による発電量が多い場合は、固定電池418に貯蔵された電力で移動源電池414を充電することができる。   Further, when the battery capacity of the mobile source battery 414 is small and the power generation amount by the wind power generator 421 or the solar battery 422 is larger than the power consumption amount by the load 420, the mobile source battery is powered by the power stored in the fixed battery 418. 414 can be charged.

本実施の形態では、住居416に風力発電設備や太陽光発電設備を設置した場合を説明したが、風力や太陽光の利用はオプションであり、風力発電機421、太陽電池422及び固定電池418を設けない構成とすることも勿論可熊である。すなわち、最低限、インバータ419を設置すればよく、コネクタ417によってインバータ419と移動源電池414とを接続することにより、自動車の電力を家庭用に使用することができる。   In this embodiment, the case where the wind power generation facility or the solar power generation facility is installed in the residence 416 has been described. However, the use of wind power or solar power is an option, and the wind power generator 421, the solar cell 422, and the fixed battery 418 are installed. Of course, it is also possible to adopt a configuration that does not provide it. That is, at least an inverter 419 may be installed. By connecting the inverter 419 and the movement source battery 414 with the connector 417, the power of the automobile can be used for home use.

また、本実施の形態では、電力の系統のみを説明しているが、自動車等のエアコンやラジエータ等で発生する熱エネルギーを家庭用に使用してコージェネレーションを行うことができる。例えば、自動車等のエアコンやラジエータ等からの温風、冷風などを、ダクトを介して住居に供給し家庭用の空調に利用することができる。なお、コージェネレーションではないが、自動車等のエアコンやラジエータ等で発生する熱エネルギーを、テントや別荘などの外出先で利用することも可能である。   Moreover, although only the electric power system is described in this embodiment, cogeneration can be performed using heat energy generated by an air conditioner, a radiator, or the like of an automobile for home use. For example, hot air or cold air from an air conditioner such as an automobile or a radiator can be supplied to a residence via a duct and used for home air conditioning. Although it is not cogeneration, it is also possible to use heat energy generated by an air conditioner or a radiator of an automobile or the like on the go such as a tent or a villa.

上述したように、従来の家庭用コージェネレーション設備はコストが高く、長時間使用しないと採算が取れず、太陽光発電においては、設備費の半額を国家負担として補肋することにしたが、それでも経済的に成立せず、多額の予算が余るという結果になった。そこで、従来のコージェネレーション設備を単独で設置するのを止めて、本来は移動、輸送手段として成立している自動車等から発生する電力エネルギーを家庭用に使用することによって、家庭用設備費を大幅に削減し、分散型発電を進めることができる。   As mentioned above, conventional home cogeneration equipment is expensive and can not be profitable if it is not used for a long time. In solar power generation, we decided to compensate half of the equipment cost as a national burden. As a result, it was not economically established, resulting in a large budget. Therefore, by stopping the installation of conventional cogeneration equipment alone and using the power energy generated from automobiles, which were originally established as a means of transportation and transportation, for household use, the cost of household equipment is greatly increased. Can be reduced and distributed power generation can be promoted.

エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置、又は燃料電池により発電を行う装置とともに、電力貯蔵用の電池を搭載した自動車等においては、電池での電力量が数十kWhrであり、丁度一件の家で消費する電力を賄うことができる。また、外出には自動車を使うことが多く、移動用と固定用の使い分け、つまり、移動時と停車中の電力供給とは時間的にすみ分けが可能である。   In an automobile or the like equipped with a battery for storing power together with a device that operates an electric generator using an engine to generate electric power, or a device that generates power using a fuel cell, the amount of electric power in the battery is several tens of kWhr. It can cover the power consumed in just one house. In addition, a car is often used for going out, and it is possible to distinguish between moving and stationary use, that is, power supply during movement and stopping.

例えば、300万円の自家発電設備を購入するのは、電力の購買価格との差から経済的に成立しないが、300万円の自動車であれば、発電設備としてだけではなく、本来の目的である移動、輸送手段として使用できるので経済的に成立することになる。   For example, purchasing a 3 million yen private power generation facility is not economically established due to the difference from the purchase price of electricity, but if it is a 3 million yen automobile, it is not only a power generation facility but also for its original purpose. Since it can be used as a certain means of transportation and transportation, it is economically established.

移動源電池414と固定電池418は、例えば、図1〜図12に示すように、正極側および負極側の活物質を粉体とする三次元構造の電池とすることができる。このように、三次元構造の電池であれば、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、例えば、第一の発明の第7実施形態による図10の再生機27で劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるという効果があるので好ましい。   The moving source battery 414 and the fixed battery 418 can be, for example, a battery having a three-dimensional structure in which an active material on the positive electrode side and the negative electrode side is powder as shown in FIGS. Thus, in the case of a battery having a three-dimensional structure, a part or all of the deteriorated active material powder is discarded and deteriorated by, for example, the regenerator 27 of FIG. 10 according to the seventh embodiment of the first invention. It is preferable to regenerate the powder and supply new powder in an amount corresponding to the discarded powder to the container because charging can be started immediately.

なお、本実施の形態は、家庭用について説明したが、事務所用の場合も同様である。   Although this embodiment has been described for home use, the same applies to office use.

本発明は以上説明したように構成されているので、活物質を粉体にして構成した大電力の貯蔵が可能な三次元構造の電池及びその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池、ならびに自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車、船舶等の移動・輸送手段の動力を利用した地域分散型発電装置として適している。   Since the present invention is configured as described above, a battery having a three-dimensional structure capable of storing a large amount of power composed of powdered active material, a device or apparatus having the battery as a part of the structure, and a discharge Suitable for long-life alkaline primary batteries and alkaline secondary batteries that are less likely to reduce voltage, and as a regional distributed power generator that uses the power of transportation and transportation means such as motorcycles, motor tricycles, motor vehicles, and ships. .

図1(a)は、第一の発明の第1実施形態による電池を示す概略断面構成図であり、図1(b)は第一の発明の電池の放電曲線の一例を示す図である。FIG. 1A is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a battery according to the first embodiment of the first invention, and FIG. 1B is a diagram showing an example of a discharge curve of the battery of the first invention. 第一の発明の第2実施形態による電池を示す概略断面構成図である。It is a schematic sectional block diagram which shows the battery by 2nd Embodiment of 1st invention. 第一の発明の第3実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。It is a schematic sectional block diagram which shows an example of the battery by 3rd Embodiment of 1st invention. 第一の発明の第3実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing another example of the battery according to the third embodiment of the first invention.


第一の発明の第4実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。It is a schematic sectional block diagram which shows an example of the battery by 4th Embodiment of 1st invention. 第一の発明の第4実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。It is a general | schematic cross-section block diagram which shows the other example of the battery by 4th Embodiment of 1st invention.


第一の発明の第5実施形態による電池を示す概略断面構成図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a battery according to a fifth embodiment of the first invention. 第一の発明の第6実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。It is a general | schematic cross-section block diagram which shows an example of the battery by 6th Embodiment of 1st invention. 第一の発明の第6実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。It is a general | schematic cross-section block diagram which shows the other example of the battery by 6th Embodiment of 1st invention.


第一の発明の第7実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。It is a general | schematic cross-section block diagram which shows an example of the battery by 7th Embodiment of 1st invention. 第一の発明の第7実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。It is a general | schematic cross-section block diagram which shows the other example of the battery by 7th Embodiment of 1st invention. 第一の発明の第8実施形態による電池を示す概略断面構成図である。It is a general | schematic cross-section block diagram which shows the battery by 8th Embodiment of 1st invention. 図13(a)は第二の発明の積層型三次元電池の実証試験器の一例を示す斜視図、図13(b)は同電池を概念的に示す中央縦断面図である。FIG. 13A is a perspective view showing an example of a verification tester for a stacked three-dimensional battery of the second invention, and FIG. 13B is a central longitudinal sectional view conceptually showing the battery. 図13の積層型三次元電池の実証試験器の組立前(分解状態)の主要部品の一部を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a part of main components before assembly (disassembled state) of the verification tester of the stacked three-dimensional battery of FIG. 13. 第二の発明の第2実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the laminated | stacked three-dimensional battery which concerns on 2nd Embodiment of 2nd invention. 第二の発明の第3実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the laminated | stacked three-dimensional battery which concerns on 3rd Embodiment of 2nd invention. 第二の発明の第4実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the laminated | stacked three-dimensional battery which concerns on 4th Embodiment of 2nd invention. 第二の発明の第5実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the laminated | stacked three-dimensional battery which concerns on 5th Embodiment of 2nd invention. 第二の発明の第6実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the laminated | stacked three-dimensional battery which concerns on 6th Embodiment of 2nd invention. 内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するドアの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the door which has a three-dimensional battery which can be charged / discharged in internal space. 内部空間に充放電の可能な三次元電池を有する橋脚の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the pier which has a three-dimensional battery which can be charged / discharged in internal space. 内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するダムの斜視図である。It is a perspective view of the dam which has a three-dimensional battery which can be charged / discharged in internal space. 電力貯蔵器としてのラジエーターの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the radiator as an electric power store. 天井部分に充放電の可能な三次元電池を有する家屋の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the house which has the three-dimensional battery which can be charged / discharged in a ceiling part. 内面側に充放電の可能な三次元電池を有するボンネットの一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of bonnet which has a three-dimensional battery which can be charged / discharged on the inner surface side. 充放電の可能な三次元電池を形成する地表面付近の断面図である。It is sectional drawing of the ground surface vicinity which forms the three-dimensional battery which can be charged / discharged. 側部に充放電の可能な三次元電池を有する食器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the tableware which has a three-dimensional battery which can be charged / discharged in a side part. 充放電の可能な三次元電池を有する住宅の床の断面図である。It is sectional drawing of the floor of the house which has a three-dimensional battery which can be charged / discharged. 充放電の可能な三次元電池を搭載したトレーラーの側面図である。It is a side view of the trailer carrying the chargeable / dischargeable three-dimensional battery. 図30(a)はケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図であり、図30(b)は台座に充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図である。FIG. 30A is a longitudinal sectional view of an electric motor in which a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is incorporated in a casing, and FIG. 30B is a longitudinal sectional view of an electric motor in which a chargeable / dischargeable three-dimensional battery is incorporated in a base. FIG. ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだターボエンジンの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the turbo engine incorporating the chargeable / dischargeable three-dimensional battery in the casing. 充放電の可能な三次元電池を組み込んだ二重構造船の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of dual structure ship incorporating the three-dimensional battery which can be charged / discharged. 充放電の可能な三次元電池を組み込んだ船の長手方向の一部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a part in the longitudinal direction of a ship incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery. 充放電の可能な三次元電池を組み込んだ飛行機の翼の断面図である。It is sectional drawing of the wing | blade of the airplane incorporating the three-dimensional battery which can be charged / discharged. 充放電の可能な三次元電池を組み込んだロードローラーのタイヤの断面図である。It is sectional drawing of the tire of the road roller incorporating the three-dimensional battery which can be charged / discharged. 電車の車体底部に設置する充放電の可能な三次元電池の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the chargeable / dischargeable three-dimensional battery installed in the vehicle body bottom part of a train. 図37(a)は充放電の可能な三次元電池を有する電気機関車の断面図であり、図37(b)はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池を介して電動機を駆動する機構の一実施例の概略構成図である。FIG. 37 (a) is a cross-sectional view of an electric locomotive having a chargeable / dischargeable three-dimensional battery, and FIG. 37 (b) is a chargeable / dischargeable three-dimensional battery from a generator when applied to a turbo engine. It is a schematic block diagram of one Example of the mechanism which drives an electric motor via. 図38(a)は電源車を牽引する電気機関車の断面図であり、図38(b)はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池に至る電力貯蔵システムの一実施例の概略構成図である。FIG. 38 (a) is a cross-sectional view of an electric locomotive that pulls a power supply vehicle, and FIG. 38 (b) is a power storage system from a generator to a chargeable / dischargeable three-dimensional battery when applied to a turbo engine. It is a schematic block diagram of one Example. 充放電の可能な三次元電池を有する低騒音電車の断面図である。It is sectional drawing of the low noise train which has a three-dimensional battery which can be charged / discharged. 図40(a)は現状の送電線の断面図、図40(b)は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線の断面図、図40(c)は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線から末端機器に電力を供給する一実施例の概略フロー図である。40A is a cross-sectional view of a current transmission line, FIG. 40B is a cross-sectional view of a transmission line incorporating a chargeable / dischargeable three-dimensional battery, and FIG. 40C is a chargeable / dischargeable three-dimensional figure. It is a schematic flowchart of one Example which supplies electric power to a terminal device from the power transmission line incorporating the battery. 充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電柱の断面図である。It is sectional drawing of the utility pole incorporating the three-dimensional battery which can be charged / discharged. 充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電池の断面図である。It is sectional drawing of the battery incorporating the three-dimensional battery which can be charged / discharged. 充放電の可能な三次元電池を組み込んだ懐中電灯の断面図である。It is sectional drawing of the flashlight incorporating the three-dimensional battery which can be charged / discharged. 図44(a)は地表面付近に形成した充放電の可能な三次元電池の縦断面図、図44(b)はレールガンによる金属弾丸発射装置の一実施例の概略構成図である。44 (a) is a longitudinal sectional view of a chargeable / dischargeable three-dimensional battery formed near the ground surface, and FIG. 44 (b) is a schematic configuration diagram of an embodiment of a metal bullet firing device using a railgun. 第四の発明の第1実施形態に係るアルカリ一次電池の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the alkaline primary battery which concerns on 1st Embodiment of 4th invention. 第四の発明の第2実施形態に係るアルカリ二次電池の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the alkaline secondary battery which concerns on 2nd Embodiment of 4th invention. 第四の発明のアルカリ二次電池の放電曲線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the discharge curve of the alkaline secondary battery of 4th invention. 第五の発明の第1実施形態による地域分散型発電方法を実施する装置を示す系統的概略構成説明図である。It is systematic schematic structure explanatory drawing which shows the apparatus which implements the regional distribution type electric power generation method by 1st Embodiment of 5th invention. 従来の一般的な膜構造の電池を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the battery of the conventional general film | membrane structure. 従来の一般的な膜構造の長尺タイプの電池を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the long type battery of the conventional general film | membrane structure. 従来の一般的な膜構造の電池を並列的に接続した状態を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the state which connected the battery of the conventional general film | membrane structure in parallel. 従来の一般的な膜構造の電池を直列に接続した状態を概念的に示す中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view which shows notionally the state which connected the battery of the conventional general film | membrane structure in series.

符号の説明Explanation of symbols

1、43、96、104、114、123、135、143、155、163、175、205、211、225、232、244、254、264、274、326、345、353、365、375、391 イオン透過性セパレーター
2、55、392 負極セル
3、54、393 正極セル
4、98、106、116、125、139、145、157、165、177、208、214、228、235、246、256,266、276、328、347、355、367、377、394 負極の粉体活物質および電解質溶液
5、97、105、115、124、137、144、156、164、176、207、213、227、234、245、255,265、275、327、346、354、366、376、395 正極の粉体活物質および電解質溶液
6、396 負極集電器
7、397 正極集電器
8 負荷手段又は発電手段
9、399、400 流動化流体分散手段
10 電解液界面
11 板状負極集電器
12 板状正極集電器
13 管状負極集電器
14 管状正極集電器
15 負極集電器兼分散器
16 正極集電器兼分散器
17 負極集電器兼撹拌機
18 正極集電器兼撹拌機
19 流動化流体分散器
20 水素吸蔵合金粉及び電解質溶液
21 水酸化ニッケル粉及び電解質溶液
22 負極集電器兼伝熱管
23 正極集電器兼伝熱管
24 負極集電器兼伝熱板
25 正極集電器兼伝熱板
26 分離機
27 再生機
28 混合機
29 メークアップ用粉体ホッパー
30 反応器
31 燃料供給管
41、41−1〜41−5 積層型三次元電池
42 セル部材
45、94、103、113、134、142、154、156、174、243、253、263、273、325、344、374 集電部材
46、111、126、136、152、204、210、224、231、241、251、261、271、323、351、363 正極集電体
47、112、127、138、153、206、212、226、233、242、252、262、272、324、352、364 負極集電体
48 パッキン
49 ボルト
56 単位電池
57、398 負荷手段
58 充電器
59、60、61 撹拌手段
n、h、A、B 粉体(活物質)
k、r 電解質溶液
71、72 ブロワー
81、82、83 スタッド
91 ドアハウジング
92 正極端子
93 負極端子
101 橋脚ブロック
121 ラジエーター本体
131 屋根
141 ボンネット
151 アスファルト舗装
162 食器本体
166 発熱素子(または冷却素子)
171 床
172、342、372、380 正極
173、343、373、381 負極
182 正極セル内熱交換器
185 負極セル内熱交換器
192 トレーラー
282 エンジン発電器
283、293、378 三次元電池
284、295 電動機
292 発電器
301 電気機関車
302 電源車
311 パンタグラフ
321、322 送電線
332 三次元電池を内蔵した送電線
341 地表面
356 フィラメント
357 フィラメント端子
358 電池正極端子
361 電球
379 金属弾丸
398 負荷手段
401 発電手段
411 自動車
412 エンジン
413 発電機
414 移動源電池
415 電動機
416 住居
417 コネクタ
418 固定電池
419 インバータ
420 負荷
421 風力発電機
422 太陽電池
1, 43, 96, 104, 114, 123, 135, 143, 155, 163, 175, 205, 211, 225, 232, 244, 254, 264, 274, 326, 345, 353, 365, 375, 391 ions Transparent separator 2, 55, 392 Negative electrode cell 3, 54, 393 Positive electrode cell 4, 98, 106, 116, 125, 139, 145, 157, 165, 177, 208, 214, 228, 235, 246, 256, 266 276, 328, 347, 355, 367, 377, 394 Negative electrode powder active material and electrolyte solution 5, 97, 105, 115, 124, 137, 144, 156, 164, 176, 207, 213, 227, 234 245, 255, 265, 275, 327, 346, 354, 366, 376, 39 Positive electrode powder active material and electrolyte solution 6, 396 Negative electrode current collector 7, 397 Positive electrode current collector 8 Load means or power generation means 9, 399, 400 Fluidizing fluid dispersion means 10 Electrolyte interface 11 Plate-like negative electrode current collector 12 Plate-like Positive Current Collector 13 Tubular Negative Current Collector 14 Tubular Positive Current Collector 15 Negative Current Collector / Disperser 16 Positive Current Collector / Disperser 17 Negative Current Collector / Agitator 18 Positive Current Collector / Agitator 19 Fluidizing Fluid Disperser 20 Hydrogen Storage Alloy powder and electrolyte solution 21 Nickel hydroxide powder and electrolyte solution 22 Negative electrode current collector / heat transfer tube 23 Positive electrode current collector / heat transfer tube 24 Negative electrode current collector / heat transfer plate 25 Positive electrode current collector / heat transfer plate 26 Separator 27 Regenerator 28 Mixer 29 Powder hopper for make-up 30 Reactor 31 Fuel supply pipe 41, 41-1 to 41-5 Stacked three-dimensional battery 42 Cell members 45, 94, 03, 113, 134, 142, 154, 156, 174, 243, 253, 263, 273, 325, 344, 374 Current collecting member 46, 111, 126, 136, 152, 204, 210, 224, 231, 241, 251, 261, 271, 323, 351, 363 Positive current collector 47, 112, 127, 138, 153, 206, 212, 226, 233, 242, 252, 262, 272, 324, 352, 364 Negative current collector 48 Packing 49 Volt 56 Unit battery 57, 398 Load means 58 Charger 59, 60, 61 Agitation means n, h, A, B Powder (active material)
k, r Electrolyte solution 71, 72 Blower 81, 82, 83 Stud 91 Door housing 92 Positive terminal 93 Negative terminal 101 Bridge pier block 121 Radiator body 131 Roof 141 Bonnet 151 Asphalt pavement 162 Tableware body 166 Heating element (or cooling element)
171 Floor 172, 342, 372, 380 Positive electrode 173, 343, 373, 381 Negative electrode 182 Positive electrode heat exchanger 185 Negative cell heat exchanger 192 Trailer 282 Engine generator 283, 293, 378 Three-dimensional battery 284, 295 Electric motor 292 Generator 301 Electric locomotive 302 Power supply car 311 Pantograph 321 and 322 Transmission line 332 Transmission line incorporating a three-dimensional battery 341 Ground surface 356 Filament 357 Filament terminal 358 Battery positive terminal 361 Light bulb 379 Metal bullet 398 Load means 401 Power generation means 411 Automobile 412 Engine 413 Generator 414 Moving source battery 415 Electric motor 416 Housing 417 Connector 418 Fixed battery 419 Inverter 420 Load 421 Wind generator 422 Solar battery

Claims (6)

正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ一次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ一次電池。   In an alkaline primary battery in which a positive electrode current collector, a positive electrode active material and an electrolyte solution, a separator that allows ions to pass but does not allow electrons to pass through, a negative electrode active material and an electrolyte solution, and a negative electrode current collector are arranged in this order. An alkaline primary battery using a metal carbide or a metal carbide and a mixture of the metal as an active material. 正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ二次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ二次電池。   In the alkaline secondary battery in which the positive electrode current collector, the positive electrode active material and the electrolyte solution, the separator through which ions pass but the electron does not pass, the negative electrode active material and the electrolyte solution, and the negative electrode current collector are arranged in this order, An alkaline secondary battery using a metal carbide or a metal carbide and a mixture of the metal as the negative electrode active material. 正極の活物質と負極の活物質が、ともに粉体である請求項1記載のアルカリ一次電池。   2. The alkaline primary battery according to claim 1, wherein both of the positive electrode active material and the negative electrode active material are powders. 正極の活物質と負極の活物質が、ともに粉体である請求項2記載のアルカリ二次電池。   The alkaline secondary battery according to claim 2, wherein the positive electrode active material and the negative electrode active material are both powders. 金属が鉄であり、炭化金属が炭化鉄である請求項1又は3記載のアルカリ一次電池。   The alkaline primary battery according to claim 1 or 3, wherein the metal is iron and the metal carbide is iron carbide. 金属が鉄であり、炭化金属が炭化鉄である請求項2又は4記載のアルカリ二次電池。   The alkaline secondary battery according to claim 2 or 4, wherein the metal is iron and the metal carbide is iron carbide.
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