JP2512019B2 - 電気化学的電池 - Google Patents

電気化学的電池

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JP2512019B2 JP62254832A JP25483287A JP2512019B2 JP 2512019 B2 JP2512019 B2 JP 2512019B2 JP 62254832 A JP62254832 A JP 62254832A JP 25483287 A JP25483287 A JP 25483287A JP 2512019 B2 JP2512019 B2 JP 2512019B2
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、1個の水酸化ニッケル陽極(positive ele
ctrode)と、電気化学的活性材料を含浸させた多孔性金
属から作製した基板から成る1個の陰極(negative ele
ctrode)と、水性アルカリ性電解液とを備え、上記電気
化学的活性材料が水素と水素化物を生成する金属間化合
物である電気化学的電池に関するものである。
かかる電極を備える電気化学的電池の用途の例は、燃
料電池および密閉蓄電池である。
米国特許第4217939号には、ペースト形態の電気化学
的活性材料が充填されている相互連結孔を有する多孔性
金属(発泡金属又はスポンジ金属)製の電極が開示され
ている。水酸化ニッケルを含有するペーストが充填され
ている発泡ニッケルから作製した電極は、蓄電池(rech
argeable cell)の陽極として用いるのに適している。
電極に電気化学的活性材料を均一に含浸させる。すなわ
ち、ペーストを、例えば、発泡金属の一方の側面に塗布
し、次いで該一方の側面を介して加圧する。多孔性金属
を全体的に電気化学的活性材料で充填すると、その表面
には自由金属(free metal)が存在しない。
いくつかの型の電気化学的電池においては、反応は固
体電極と、電解液と、存在するガスとの界面で生ずる。
これは、例えば、いくつかの型の燃料電池の場合にあて
はまるが、密閉蓄電池の場合にもあてはまる。気密ニッ
ケル−カドミウム電池またはニッケル−金属水素化物電
池においては、酸素の再結合が電池の過充電中に陰極に
おいて生ずる。ニッケル−金属水素化物電池において
は、水素の再結合が電池の過放電中に陽極において生ず
る。これらの反応は、燃料電池では電池効率のために、
蓄電池では充放電サイクルで示される作動寿命のため
に、できる限り迅速に進行するのが望ましい。蓄電池に
おいて充電または放電における再結合速度が不充分であ
る場合には、電池内圧力が増大する。このために、ガス
が(場合によっては、電解液と共に)安全弁を経由して
漏出することがあり、これにより作動寿命が短かくな
り、電池容量が小さくなる。
本発明の目的は、ガスの再結合反応が電極において高
い効率および高い速度で生じる電気化学的電池を提供す
ることにある。
特に、本発明の目的は、初期容量および負荷性能(lo
adability)をぎせいにしても得ることのできない長い
作動寿命を有する蓄電池を提供することにある。
本発明においては、序文で規定した型の電気化学的電
池において、上記基板の両側面が、親水性である活性物
質含浸領域と疎水性である非含浸多孔性ニッケル領域と
が互いに隣接して生成するパターンに従って含浸されて
いることを特徴とする電気化学的電池により、上記の目
的を達成する。
本発明の電気化学的電池の好適例においては、電極の
基板を平坦な板とする。ここに「平坦」とは、板が織目
(texture)、例えば、メッシュ構造を有していないこ
とを意味する。使用する場合、この板を任意所望の形状
に曲げるかまたは巻回することができる。
基板が平坦な板であり、両側面に含浸されていない部
分が存在し、これが電極に対するさらに続く処理操作、
例えばロール掛け(rolling)中または電極に適当な形
状を付与する他の工程中で維持されている場合には、局
部的に著しく有利な再結合特性を有する電極が得られ
る。
本発明の電気化学的電池の好適かつ簡易な製造方法で
は、テープ形態の非孔性材料を多孔性基板のまわりに部
分的に巻回し、しかる後にペースト形態の電気化学的活
性材料を多孔性基板に圧入し、しかる後にテープ材料を
除去することにより、陰極を製造する。
前述の界面反応の進行速度は、特に存在する触媒表面
領域の大きさ、既ちガスと接触する自由金属表面の大き
さに左右される。従って、電池容量を決定する活性材料
の量は多すぎてはならない。また、電池が過剰量の電解
液を含む場合または電解液の範囲が電極により良好に限
定されている場合には、自由金属表面は液体でおおわ
れ、この結果ガスの再結合速度が著しく減少する。例え
ば、気密蓄電池を設計する場合には、高いガス再結合速
度と、高い負荷性能と、大きい容量との間で、妥協をは
かる必要がある。
このことは、特にニッケル/水酸化ニッケル電極をそ
の陽極とし、水素化物形成性金属間化合物をその陰極と
して有する電池の場合に、問題になる。その理由は、こ
のような電池では充放電サイクル中に水の移動が起こら
ないからである。その結果、電極からの電解液の定期的
な消失を保証する機構を見い出すことができない。
本発明においては、この問題は、親水性領域および疎
水性領域の両方を有する電極を製造することにより解決
される。ガスの再結合は、ガスと電解質と金属とが互い
に接触する細孔を必要とする。これは親水性から疎水性
に変化する表面における場合であるのが最適である。こ
のようにして、酸素再結合中に生成する水は、例えば、
自由活性表面をおおうことなく、親水性の一層大きい領
域に伝わる。
本発明は、局部的にはガス再結合反応に著しく適し、
他の部分においては適当な蓄電池用電極として挙動する
電極を構成することに基づく。これらの機能を分けるこ
とにより、一層良好な特性が、表面領域全体に亘って同
様の折衷特性を示す電極について得られる。更に、蓄電
池の作動寿命中における電極の親水性の変化は、ガス再
結合速度に全く影響を及ぼさないか、あるいは著しく小
さな影響を及ぼすにすぎない。
以下、本発明を図面を参照して実施例について更に詳
細に説明する。
蓄電池構造の例 第1図に示す空気から密閉した電池は、金属、例え
ば、ステンレス鋼から成る適当な外被1を備え、外被1
には蓋2が設けられ、蓋2は導体3および4のための孔
を有する。合成樹脂製リング5によって、導体を金属外
被(1,2)から絶縁する。外被は外側において、例え
ば、直径22mmおよび高さ41mmとする。陰極6、セパレー
タ7および陽極8から成る巻回部分を外被内に設け、一
方、全組立体を電気絶縁性プラスチック膜9、例えば、
ポリ塩化ビニル膜により包囲し、絶縁性材料、例えばポ
リ塩化ビニル製のディスク10で支持する。
陰極6は、水素化物形成性金属間化合物を含有し、こ
の陰極6を導体3に接続する。水素化物形成性化合物
は、例えばLa0.8Na0.2Ni2.5Co2.4Si0.1の組成を有す
る。他の適当な水素化物形成性化合物は、例えば、米国
特許第4487817号に記載されている。陰極6は、適当量
の関連元素を融解し、このようにして得られた金属間化
合物を粉砕し、これを、例えば、ポリビニルアルコール
のような重合体バインダ材料によってニッケル基板に被
着させることにより得られる。ペーストは、例えば、75
重量%の金属間化合物、24.5重量%の水および0.5重量
%のポリビニルアルコールから成る。
陽極8は従来の焼結型の水酸化ニッケル電極でてあ
り、この陽極8を導体4に接続する。6規定の水酸化カ
リウム水溶液を電解液として用いる。電解液はセパレー
タ7に吸収され、2個の電極の電気化学的活性材料と接
触し、これにより該材料を湿潤状態にする。セパレータ
はポリアミド繊維の不織布シートの形態をしている。
電池内の自由ガス空間は約5cm3である。この型の密
閉電池は1.2〜1.4VのEMFを有する。本発明の電池を従来
法によって組立てて、例えば、複数の直列配置(series
-arranged)電池を備える電池を形成することができ
る。
本発明により改善された電極を、前述した電池以外の
電気化学的電池に用いることができる。電池を、大気と
開放接続することができるかまたは大気から密閉するこ
とができる。大気から密閉した電池は、所定の圧力下で
操作されるような寸法の弁を備えることができる。
一般に、電池に用いる電解液は、pHが7より大きい1
種以上のアルカリ金属水酸化物、例えば、水酸化リチウ
ム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムの溶液から
成る。
更に、電池は電極を電気的に絶縁するセパレータを備
えることができるが、このセパレータはイオンおよびガ
スの輸送を許容する。セパレータは、(織ったかまたは
不織の)合成樹脂材料繊維、例えば、ポリアミド繊維ま
たはポリプロピレン繊維から構成することができ、親水
性を有するのが好ましい。
本発明による電極の改善は陰極に関するものである。
陰極の改善を、以下の実施例および比較例について説明
する。
実施例1 第2図は、本発明の電気化学的電池に用いるための陰
極の他の例を示す。例えば、幅3mmの合成樹脂テープ
を、厚さ1.0mmの多孔性ニッケル金属の板すなわち箔に
螺線状に巻回した。市場で入手し得る普通の接着テープ
が、この目的に適していた。
La0.8Na0.2Ni2.5Co2.4Si0.1の組成を有する陰極用電
気化学的活性材料を、種々の化合物の必要量を混合、融
解および粉砕し、水素吸着および脱着を繰返すことによ
り製造した。しかる後に、水素によって水素化物を形成
することができる生成した材料を、バインダー、例え
ば、ポリビニルアルコールと混合してペーストを得た。
例えば、ポリビニルアルコールの代わりにメチルセルロ
ースを用いることができた。
次いで、このペーストをニッケル箔に塗布し、次いで
これを例えば厚さ0.5mmにロール掛けすることにより、
ニッケル箔の両側面にペーストを含浸させた。これよ
り、両側面に電気化学的活性材料が含浸されている領域
(親水性領域)15のほかに、全く含浸されていない領域
(疎水性領域)14を有する箔が得られた。これらの領域
の間には、一方の側面に電気化学的活性材料を含有する
領域(親水性領域)16が存在する。しかる後に合成樹脂
テープを除去し、得られた電極を電気化学的電池の組立
てに供した。
パターンに従って含浸させた電極を製造するために、
別法として、種々の適当なマスキング技術またはスクリ
ーン印刷技術を使用することができる。このために斑点
入りパターンを選ぶことができる。あるいはまた、縞パ
ターン、例えば、縦縞または横縞を選定してガスの移動
を所望の方向に促進させることができる。
本実施例で製造した電池について、25回の充放電サイ
クルの後に、1時間当たり電池容量の10%および20%の
充電速度で24時間充電した後の電池内圧力は0.15MPaに
なることが測定された。
比較例 電池を実施例1に記載したと同様の方法で製造した。
但し、含浸中に多孔性ニッケル金属のまわりにテープを
巻きつけなかった。電極は十分含浸され、自由金属表面
を有していなかった。
本発明によらずに製造したこの電池についての測定結
果は、25回の充放電サイクルの後に、1時間当たり電池
容量の10%および20%の充電速度で24時間充電した後の
電池内圧力は夫々0.50および0.80MPaになることを示し
た。
本発明の電気化学的電池は高い容量および負荷性能並
びに長い作動寿命を有する。即ち、本発明の電気化学的
電池は、その実用性を減ずることなく、多数回充放電す
ることができる。特に、作動寿命は高速度の過充電およ
び過放電によってほとんど悪影響を受けない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、一部を切除した本発明の密閉蓄電池の部分断
面斜視図である。 第2図は、本発明の電池に用いる陰極の一例の正面図で
ある。 1……外被 2……蓋 3,4……導体 5……合成樹脂製リング 6……陰極 7……セパレータ 8……陽極 9……電気絶縁性プラスチック膜 10……ディスク 14……電気化学的活性物質が全く含浸されていない領域
(疎水性領域) 15……電気化学的活性物質が両側面に含浸されている領
域(親水性領域) 16……電気化学的活性物質が一方の側面に含浸されてい
る領域(親水性領域)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1個の水酸化ニッケル陽極と、電気化学的
    活性材料を含浸させた多孔性金属から作製した基板から
    成る1個の陰極と、水性アルカリ性電解液とを備え、上
    記電気化学的活性材料が水素と水素化物を生成する金属
    間化合物である電気化学的電池において、 上記基板の両側面が親水性である活性物質含浸領域と疎
    水性である非含浸多孔性ニッケル領域とが互いに隣接し
    て生成するパターンに従って、含浸されていることを特
    徴とする電気化学的電池。
JP62254832A 1987-07-28 1987-10-12 電気化学的電池 Expired - Lifetime JP2512019B2 (ja)

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