JP2006318879A - 密閉型鉛蓄電池 - Google Patents

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Kenya Kozawa
ケンヤ コザワ
Masaya Yokoi
正弥 横井
Akiya Kozawa
小沢　昭弥
Ritsu Yo
立 楊
Hisashi Wada
久 和田
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Kenya Kozawa
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Abstract

【課題】 長寿命の密閉型鉛蓄電池を提供する。
【解決手段】 正極活物質に過酸化鉛、負極活物質に金属鉛、電解液に希硫酸を用いた鉛蓄電池において、正極の容量が負極の容量よりも小さく、電解液中に負極の水素過電圧を上昇せしめて負極の活性の劣化を防止する添加剤を含み、負極の鉛連結部または負極と等電位にある導体部の電解液と上部空間をまたぐ部分に酸素ガス吸収用カーボン層を有する鉛蓄電池。
【選択図】 図１

Description

本発明は、長寿命の密閉型鉛蓄電池の構成に関する。
密閉型鉛電池は補水の必要が無いことと、横倒しにしても電解液の硫酸が流出しない等の利点から米国では乗用車やトラックの８０〜９０％程度に使用されており、日本でも老人・障害者用の車椅子などには密閉型鉛電池が普及している。また、最近では、コンピューターの無停電電源（ＵＰＳ）等に小型や大型の密閉型鉛電池が広く用いられている。密閉型鉛電池は、一般に負極よりも正極の容量を小さくし、充電の際に正極が先に満充電となり、正極から酸素ガスが発生して、このガスがガラスマットセパレーターの空隙を通って負極に拡散し、負極表面で水素イオンと反応して水に戻るように設計されている。しかしながら、従来の密閉型鉛蓄電池では、長期間使用すると負極がサルフェーションを起こして容量が低下し、ついには正極の容量より小さくなり、その結果、充電の終期に負極から水素ガスが発生し、この水素ガスの放出に伴ない電解液が減少して電気容量が減少したり、水素ガスが電槽内に蓄積して電槽の破裂をもたらす欠点があった。
本発明は、密閉型鉛蓄電池のかかる欠点を解決することを目的として、密閉型鉛蓄電池の電解液中に負極の水素過電圧を上昇せしめる少量の有機ポリマーを添加することによって負極のサルフェーションを防止し、これによって長期間使用後も負極の容量が低下することを防止し、充電の終期に主として酸素ガスのみが発生する構成とし、更にこの発生した酸素ガスを負極連結部または負極と等電位にある導体部の電解液と上部空間をまたぐ部分に設けたカーボン層により水素イオンと反応させて水にするものである。
本発明は、正極活物質に過酸化鉛、負極活物質に金属鉛、電解液に希硫酸を用いた密閉型鉛蓄電池において、正極の容量が負極の容量よりも小さく、電解液中に負極の水素過電圧を上昇せしめて負極の活性の劣化を防止する添加剤を含み、負極の鉛連結部または負極と等電位にある導体部の電解液と上部空間をまたぐ部分に酸素ガス吸収用カーボン層を有する密閉型鉛蓄電池であり、好ましくは、前記負極の活性の劣化を防止する添加剤が、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、カーボキシメチルセルロースよりなる有機ポリマー群の内の少なくとも一つである密閉型鉛蓄電池である。
本発明においてポリビニルアルコール等の添加剤を電解液中に加えることにより、負極の水素過電圧は１００ミリボルト程度上昇し、更に放電に伴なって負極に生成する硫酸鉛の結晶が微細となる結果、負極の容量の劣化が抑制され、正極の容量が負極の容量よりも小さい状態が長期間にわたり維持され、充電の終期において、鉛蓄電池の電槽内では主として酸素ガスのみが発生する。
この酸素ガスは、本発明の負極連結部または負極と等電位にある導体部の電解液と上部空間をまたぐ部分に設けたカーボン層に到達すると
Figure 2006318879
の電気化学反応により電解液中の水素イオンおよび負極から供給される電子と結合して水になり、電槽内のガス圧力の上昇は抑制される。また電解液中の水の消失も抑止される。酸素ガスを負極で電気化学的に水素イオンと反応させることは従来の密閉型鉛蓄電池でも行なわれていたが、本発明ではカーボン層を設けることによりその反応が一層円滑に進行する。
本発明における水素過電圧を上昇せしめる有機ポリマーは、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、カーボキシメチルセルロース等を用いることができ、その電解液中の濃度は０．０４％ないし０．２％であることが望ましい。濃度が０．０４％未満では負極における水素過電圧を上昇せしめる効果が不充分であり、０．２％より大きいと電解液の粘度が上昇して発泡等の悪影響があるので好ましくない。
本発明で使用するカーボン層は酸素ガスをその表面に吸着して水素イオンと電気化学的に反応させる一種のガス電極として働くもので、カーボン層は多孔質であるか、微粒子から成ることが望ましい。また、このカーボン層は負極連結部の電解液と上部空間をまたぐ表面に設けるのが最も簡便であるが、負極に電気的に接続された導体の電解液と上部空間をまたぐ表面にカーボン層を設けた構造としても良い。
なお、本発明において、長期間の使用や過酷な条件等により負極が極度に劣化したり、添加剤の分解が進行する等の不測の事態により、電槽内の圧力が上昇することを防止するため、従来の密閉型鉛蓄電池で採用されていた安全弁を電槽に設けることが望ましい。
本発明を図１の実施例に基いて説明する。
図１の電槽１の内部には、複数の負極２と複数の正極３がセパレーター４を介して配置されており、複数の負極３は相互に連結されて負極連結部５を経由して外部端子６に繋がっている。この負極連結部５の電解液７と上部空間８との界面９をまたぐ部分にはカーボン層１０が設けられている。充電終期に正極３で発生した酸素ガスは電槽１の上部空間８を拡散してカーボン層１０に到達し、その表面で電気化学反応により水素イオンと結合して水となる。万一、電槽内の気体の圧力が異常に上昇した場合は安全弁１１が開いてガスを放出する。
本発明による密閉型鉛蓄電池の横断面の模式図
符号の説明
１ 電槽
２ 負極
３ 正極
４ セパレーター
５ 負極連結部
６ 外部端子
７ 電解液
８ 上部空間
９ 界面
１０ カーボン層
１１ 安全弁

Claims (2)

  1. 正極活物質に過酸化鉛、負極活物質に金属鉛、電解液に希硫酸を用いた密閉型鉛蓄電池において、正極の容量が負極の容量よりも小さく、電解液中に負極の水素過電圧を上昇せしめて負極の活性の劣化を防止する添加剤を含み、負極の鉛連結部または負極と等電位にある導体部の電解液と上部空間をまたぐ部分に酸素ガス吸収用カーボン層を有することを特徴とする密閉型鉛蓄電池。
  2. 請求項１において、負極の活性の劣化を防止する添加剤が、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、カーボキシメチルセルロースよりなる有機ポリマー群の内の少なくとも一つである密閉型鉛蓄電池。
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