JP2853273B2 - Electrolyte static zinc-bromine battery - Google Patents

Electrolyte static zinc-bromine battery

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JP2853273B2
JP2853273B2 JP2146612A JP14661290A JP2853273B2 JP 2853273 B2 JP2853273 B2 JP 2853273B2 JP 2146612 A JP2146612 A JP 2146612A JP 14661290 A JP14661290 A JP 14661290A JP 2853273 B2 JP2853273 B2 JP 2853273B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、電解液を循環させない電解液静止型の亜鉛
−臭素電池に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Industrial Field of the Invention The present invention relates to an electrolyte stationary type zinc-bromine battery in which an electrolyte is not circulated.

B.発明の概要 請求項(1)の発明は、カーボンプラスチック電極を
正,負極に使用し、正極表面には正極活性層を設け、
正,負極間にデンドライト抑制剤を加えた電解液を充填
し、密閉して成る電解液静止型亜鉛−臭素電池におい
て、前記電解液にシリカを添加しゲル状電解液として
正,負電極間に注液するか若しくはポリエチレン製の不
織布等に塗り正,負電極間に設けることにより、臭素の
拡散速度を低下させると共に正極近傍の臭素濃度・増加
を押さえて電気量効率のよい電解液静止型亜鉛−臭素電
池が得られるようにしたものである。
B. Summary of the Invention The invention of claim (1) uses a carbon plastic electrode for positive and negative electrodes, and provides a positive electrode active layer on the positive electrode surface,
In a static electrolyte zinc-bromine battery, which is filled with an electrolyte containing a dendrite inhibitor between the positive and negative electrodes and sealed, silica is added to the electrolyte to form a gel electrolyte between the positive and negative electrodes. Injection or coating on polyethylene non-woven fabric, etc., between the positive and negative electrodes reduces the bromine diffusion rate and suppresses the concentration and increase of bromine in the vicinity of the positive electrode. -A bromine battery is obtained.

請求項(2)の発明は、カーボンプラスチック電極を
正,負極に使用し、正極表面には正極活性層を設け、
正,負極間にデンドライト抑制剤を加えた電解液静止型
亜鉛−臭素電池において、前記電解液にシリカを添加し
ゲル状電解液とすると共に、前記正極活性層として前記
電解液にシリカ及びカーボンブラックを添加しペースト
化した電解液を正極電極に塗布し、この正極を下側にし
て負極を上側に設け、正,負極間にはセパレータを設け
ないことを特徴とし、活性層を低コスト化すると共にそ
の厚みを電池容量に応じてコントロールできるようにし
たものである。
The invention of claim (2) uses a carbon plastic electrode for the positive and negative electrodes, provides a positive electrode active layer on the positive electrode surface,
In a static electrolyte zinc-bromine battery in which a dendrite inhibitor is added between a positive electrode and a negative electrode, silica is added to the electrolyte to form a gel electrolyte, and silica and carbon black are added to the electrolyte as the positive electrode active layer. Is applied to the positive electrode, and the negative electrode is provided on the upper side with the positive electrode on the lower side, and no separator is provided between the positive and negative electrodes, thereby reducing the cost of the active layer. In addition, the thickness can be controlled according to the battery capacity.

請求項(3)の発明は、カーボンプラスチック電極を
正,負極に使用し、正極表面には正極活性層を設け、
正,負極間にデンドライト抑制剤を加えた電解液を充填
し、密閉して成る電解液静止型亜鉛−負素電極におい
て、前記電解液にシリカを添加しゲル状電解液とすると
共に、正極を下側にして負極を上側に設け、前記ゲル状
電解液の負極電極近傍に水素吸蔵合金粉末を分散させて
設けることにより、充放電サイクル特性が大巾に向上す
るようにしたものである。
According to the invention of claim (3), a carbon plastic electrode is used for the positive and negative electrodes, a positive electrode active layer is provided on the positive electrode surface,
An electrolyte solution containing a dendrite inhibitor added between a positive electrode and a negative electrode is filled in a sealed electrolyte-static zinc-negative electrode, and silica is added to the electrolyte to form a gel electrolyte, and the positive electrode is formed. The negative electrode is provided on the upper side on the lower side, and the hydrogen storage alloy powder is dispersed and provided in the vicinity of the negative electrode of the gel electrolyte so that the charge / discharge cycle characteristics are greatly improved.

請求項(4)の発明は、請求項(3)の発明におい
て、正極活性層は活性炭素繊維を電極に熱圧着させて設
けるか又はゲル化した電解液にカーボンブラックを添加
しペースト化した電解液を塗布して設けたものである。
According to the invention of claim (4), in the invention of claim (3), the positive electrode active layer is formed by thermocompression bonding an activated carbon fiber to an electrode, or by adding carbon black to a gelled electrolytic solution and forming a paste. It is provided by applying a liquid.

C.従来の技術 現在は電力貯蔵用として大容量の亜鉛−臭素電池が開
発されている(特公平1−31665号公報)。
C. Prior Art At present, large capacity zinc-bromine batteries have been developed for power storage (Japanese Patent Publication No. 1-36565).

亜鉛−臭素電池は正極活性物質に臭素,負極活性物質
に亜鉛を用いた2次電池である。この電池反応を以下に
示す。
A zinc-bromine battery is a secondary battery using bromine as a positive electrode active material and zinc as a negative electrode active material. The battery reaction is shown below.

起電力は1.8Vである。 The electromotive force is 1.8V.

この電池は、電極材料としてポリエチレンをバインダ
ーとして導電性を与えるために、カーボンブラック,グ
ラファイトをそれぞれ例えば6:3:1の重量比とするよう
に混合したカーボンプラスチック電極を用いる。又正極
表面は臭素の反応過電圧を減少させるために、カーボン
クロス等の活性炭素繊維から成るシートを熱融着して用
いている。
This battery uses a carbon plastic electrode in which carbon black and graphite are mixed at a weight ratio of, for example, 6: 3: 1 in order to provide conductivity using polyethylene as a binder as an electrode material. On the surface of the positive electrode, a sheet made of activated carbon fibers such as carbon cloth is heat-sealed to reduce bromine reaction overpotential.

電解液は電池本体と別置のタンクに設けて充放電時に
ポンプで電池本体の下部から上部に抜けるように循環さ
せる。この循環により正極で発生した臭素は、電解液に
添加した臭素錯化剤(四級アミン)と反応しオイル状の
沈澱物となり別置のタンクに戻されタンクの底部に保持
され、放電時はポンプでセル内へ送り込み還元される。
電解液の成分は、ZnBr2に液の抵抗を下げるためにNH4Cl
等の塩を添加し、更に負極亜鉛のデンドライトを防止
し、均一な電着を促進させるためのPb,Sn,四級アンモニ
ウム塩類(デンドライト抑止剤),および臭素錯化剤で
ある。正極と負極の間にはセパレータを用い正極で発生
した臭素が負極へ拡散し亜鉛と自己放電するのを抑制す
るようになっている。
The electrolyte is provided in a tank provided separately from the battery main body, and is circulated by a pump so as to pass from the lower part to the upper part of the battery main body during charging and discharging. The bromine generated at the positive electrode by this circulation reacts with the bromine complexing agent (quaternary amine) added to the electrolyte to form an oily precipitate, which is returned to a separate tank and held at the bottom of the tank. It is sent into the cell by a pump and reduced.
Component of the electrolytic solution, NH 4 Cl in order to reduce the resistance of the liquid to Z n B r2
Added salt etc., further to prevent the dendrite of the anode zinc, P b to promote uniform electrodeposition, S n, quaternary ammonium salts (dendrite inhibitor), and bromine complexing agent. A separator is provided between the positive electrode and the negative electrode to prevent bromine generated in the positive electrode from diffusing into the negative electrode and self-discharging with zinc.

亜鉛−臭素電池は、上記のように電解液循環型として
開発が行われてきた。ロードレベルング用等の大容量据
え置き型を考えると、この方が有利であり、循環に用い
るポンプロスも電池全体に比べ小さくなる。電解液タン
クを別置きにし、電界液を循環させると、セル本体の極
間距離を小さくでき、又電気化学反応の濃度分極を小さ
くでき、高効率の電池が可能となる。
The zinc-bromine battery has been developed as an electrolyte circulation type as described above. Considering a large-capacity stationary type for load leveling or the like, this is more advantageous, and the pump loss used for circulation is smaller than that of the whole battery. When the electrolytic solution tank is separately provided and the electrolytic solution is circulated, the distance between the electrodes of the cell body can be reduced, the concentration polarization of the electrochemical reaction can be reduced, and a highly efficient battery can be obtained.

D.発明が解決しようとする課題 一方、非常用電源としての電池には高い信頼性と安全
性が要求される。従って、従来の亜鉛−臭素電池を非常
用電源として用いる場合には、ポンプ等の回転物は信頼
性の点で劣り、循環に必要な配管も不利である。又、電
解液を共通化するためのマニホールドはシャントカーレ
ントの問題がある。これは例えば、浮動充電のように常
時充電を行うような場合不利である。シャントカーレン
トが発生すると、デンドライトが発生し短絡を起こす。
D. Problems to be Solved by the Invention On the other hand, batteries as emergency power sources are required to have high reliability and safety. Therefore, when a conventional zinc-bromine battery is used as an emergency power source, a rotating body such as a pump is inferior in reliability, and piping required for circulation is also disadvantageous. Also, the manifold for sharing the electrolyte has a problem of shunt current. This is disadvantageous, for example, when charging is always performed such as floating charging. When a shunt current occurs, a dendrite is generated to cause a short circuit.

以上の理由から非常用電源を考えると、どうしても電
解液静止型の電池が有効である。
For the above reasons, when considering an emergency power supply, an electrolyte stationary battery is inevitably effective.

亜鉛/臭素電池を電界液静止型とした場合、電解液の
セル内への注液及びセル内濃度不均一の問題がある。こ
の問題解決の1つとして出願人は先に電解液をしみ込ま
せた不織布を用いたものを提案した。
When the zinc / bromine battery is of the static electrolyte type, there is a problem that the electrolyte is injected into the cell and the concentration in the cell is not uniform. As one of the solutions to this problem, the applicant has previously proposed a nonwoven fabric impregnated with an electrolytic solution.

しかし、この場合、電解液をしみ込ませた不織布を電
極に載せる工程が必要であり、作業性に問題があり、量
産的ではない。又、通常の液とほぼ同等の確率でデンド
ライトが成長するので、デンドライト発生の課題が残っ
ている。
However, in this case, a step of placing the nonwoven fabric impregnated with the electrolytic solution on the electrode is necessary, which causes a problem in workability, and is not mass-produced. In addition, since dendrite grows at a probability almost equal to that of a normal liquid, the problem of dendrite generation remains.

また、亜鉛/臭素電池の正極には、表面積が大きく流
れに対して安定で脱落等が生じないように、シート状の
活性炭素繊維を熱圧着したものが用いられているため、
この電池を商品化する場合正極活性層のコスト高とな
る。
In addition, since the positive electrode of the zinc / bromine battery is made of a sheet-like activated carbon fiber which is thermocompression-bonded so that the surface area is large and the flow is stable against the flow and falling off does not occur,
When this battery is commercialized, the cost of the positive electrode active layer increases.

また、静止型電池の場合は信頼性,保守性等からどう
しても密閉構造となる。この場合充電時負極から水素ガ
ス(H2)が発生する場合がある。セル内にガスが留まる
と電極有効面積の減少,電流集中等によるデンドライト
の発生,内圧上昇による液もれ等の問題を生じる。
In the case of a stationary battery, a sealed structure is inevitable in terms of reliability and maintainability. In this case, hydrogen gas (H 2 ) may be generated from the negative electrode during charging. If the gas stays in the cell, problems such as a decrease in the effective area of the electrode, generation of dendrites due to current concentration, and liquid leakage due to an increase in internal pressure occur.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、電池の注液工程が容易
で、しかも正極で発生を臭素を電極近傍にとどめること
ができると共に、安価な正極活性層並びに発生する水素
を吸蔵しうる電解液静止型亜鉛−臭素電池を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of such a problem, and the object thereof is to make it possible to easily inject a battery and to keep bromine generated in the positive electrode near the electrode, An object of the present invention is to provide an inexpensive positive electrode active layer and an electrolyte stationary zinc-bromine battery capable of absorbing generated hydrogen.

E.課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、カーボンプラスチック電
極を正,負極に使用し、正極には正極活性層を設け、
正,負極間にデンドライト抑制剤等を加えた電解液を充
填して成る電解液静止型亜鉛−臭素電池において、前記
電解液にシリカを添加し、ゲル状電解液として正,負電
極間に注液するか若しくはポリエチレン製の不織布等に
塗り正,負電極間に設けてなるものである。
E. Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, carbon plastic electrodes are used for the positive and negative electrodes, and the positive electrode is provided with a positive electrode active layer,
In an electrolyte stationary zinc-bromine battery in which a positive electrode and a negative electrode are filled with an electrolytic solution containing a dendrite inhibitor or the like, silica is added to the electrolytic solution and a gel electrolyte is injected between the positive and negative electrodes. Liquid or coated on a non-woven fabric made of polyethylene or the like, provided between the positive and negative electrodes.

また、正極活性層は、電解液にシリカ及びカーボンブ
ラックを添加しペースト化した電解液を正極電極に塗布
し、この正極を下側にして負極を上側に設けることもで
きる。
Alternatively, the positive electrode active layer may be formed by applying an electrolytic solution obtained by adding silica and carbon black to the electrolytic solution to form a paste, and applying the positive electrode to the lower side and the negative electrode to the upper side.

また、正極を下側にして負極を上側にしてゲル状電解
液の負極電極近傍に水素吸蔵合金粉末を分散させて設け
ることもできる。
Alternatively, the hydrogen storage alloy powder may be dispersed and provided near the negative electrode of the gel electrolyte with the positive electrode on the lower side and the negative electrode on the upper side.

F.作用 電解液にシリカを添加し電解液をゲル状化すると正,
負極間への注液工程が容易となる。またシリカの添加に
より充電時生じる臭素の拡散速度が低下し、負極近傍の
臭素濃度増加が押えられるため、セパレータを使用しな
くても電気効率の良い電池が得られる。またシリカによ
り、発生した臭素は沈降速度が押えられるためセルは縦
型とすることも可能となる。
F. Action When silica is added to the electrolyte and the electrolyte is gelled,
The step of injecting liquid between the negative electrodes is facilitated. In addition, the addition of silica reduces the diffusion rate of bromine generated during charging and suppresses the increase in bromine concentration near the negative electrode, so that a battery with high electrical efficiency can be obtained without using a separator. Further, since the generated bromine is suppressed in sedimentation speed by the silica, the cell can be made a vertical type.

シリカを添加したゲル状電解液に、カーボンブラック
を添加しペースト化したものを電極表面に塗布すると正
極活性層として活性炭素繊維と同等に作用する。この正
極活性層はペースト状となっているので、厚みのコント
ロールが自由にできる。
When a paste obtained by adding carbon black to a gel electrolyte solution containing silica is applied to the electrode surface, it acts as a positive electrode active layer in the same manner as activated carbon fibers. Since the positive electrode active layer is in the form of a paste, the thickness can be freely controlled.

水素吸蔵合金の粉末はセル内で発生した水素を吸蔵す
ることが可能であり、セル内発生水素を吸蔵すると充,
放電サイクル特性が長期に亙り安定する。
The hydrogen storage alloy powder is capable of storing hydrogen generated in the cell, and is filled with hydrogen generated in the cell.
The discharge cycle characteristics are stabilized for a long time.

G.実施例 本発明の実施例について図面を参照して説明する。G. Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1実施例 第1図に第1実施例の横置セルの断面図を示す。第1
図において、1は正極,2は負極,3は正,負極1,2間に設
けらた額縁状のポリエチレン製パッキン、4はパッキン
3の枠内に設けられたゲル状電解液、5,6は正,負極の
外側に設けられたFRP製押え板、7は押え板5,6の周縁部
に穿設されている孔8に挿通した押え板5,6の締付用ね
じである。
First Embodiment FIG. 1 is a sectional view of a horizontal cell according to a first embodiment. First
In the figure, 1 is a positive electrode, 2 is a negative electrode, 3 is a positive electrode, a frame-shaped polyethylene packing provided between the negative electrodes 1 and 2, 4 is a gel electrolyte provided in a frame of the packing 3, 5 and 6 Reference numeral 7 denotes an FRP holding plate provided outside the positive and negative electrodes, and 7 denotes a screw for tightening the holding plates 5 and 6 inserted into a hole 8 formed in the peripheral portion of the holding plates 5 and 6.

ゲル状電解液4としては、3molZnBr2+2molNH4Cl+1m
ol臭素錯化剤+デンドライト抑制剤よりにる電解液にゲ
ル化剤としてシリカを10wt%添加したものを使用した。
ゲル化剤としてシリカを選んだのは耐臭素性を考えたた
めである。用いたシリカは日本シリカ工業製ニプシール
(商品名)E220A又はG300である。シリカが5wt%添加で
はゲル状とならない。10wt%添加でも流動性はあるが静
止状態で放置しておくと固形状態となる。従って電解液
をゲル状とするには10wt%以上の添加が必要である。
The gelled electrolyte 4, 3molZ n B r2 + 2molNH 4 Cl + 1m
A solution obtained by adding 10 wt% of silica as a gelling agent to an electrolytic solution consisting of a ol bromine complexing agent and a dendrite inhibitor was used.
Silica was selected as the gelling agent because of consideration of bromine resistance. The silica used was Nipsil (trade name) E220A or G300 manufactured by Nippon Silica Kogyo. Gelation does not occur when 5 wt% of silica is added. Even if 10 wt% is added, there is fluidity, but it will be in a solid state if left standing. Therefore, in order to make the electrolytic solution into a gel state, it is necessary to add 10 wt% or more.

特性試験に用いた電池は正,負極1,2の電極にはカー
ボンプラスチックを用い5cm×5cmとした。極間距は2mm
とした。従ってこの間に入る電解液は50ccである。また
正極1にはプラスチック電極に正極活性層10とに、カー
ボンクロス(日本カイノール製ACC−507又は509,比表面
積1500〜2000m2/g,日付け量100〜150g/m2)をラミネー
トしたものを用いた。なお、電解液中にはセパレータは
使用しなかった。
The batteries used in the characteristic tests were 5 cm x 5 cm, using positive and negative electrodes 1 and 2 made of carbon plastic. Distance between poles is 2mm
And Therefore, the amount of the electrolytic solution entering between them is 50 cc. Also the positive electrode 1 and the positive electrode active layer 10 to the plastic electrode, carbon cloth (Nippon Kynol manufactured by ACC-507 or 509, the specific surface area 1500~2000m 2 / g, date amount 100 to 150 g / m 2) obtained by laminating the Was used. Note that no separator was used in the electrolytic solution.

作る順序は、押え板5に正極1とパッキン3を載せパ
ッキン3の枠中にゲル状の電解液を流し込んだ後、負極
2を覆せて押え板6を載せねじ7で周囲を締めつけた。
The positive electrode 1 and the packing 3 were placed on the holding plate 5, a gel electrolyte was poured into the frame of the packing 3, the negative electrode 2 was covered, the holding plate 6 was placed, and the periphery was tightened with screws 7.

この電池の試験結果を第2図及び第3図に示す。 The test results of this battery are shown in FIG. 2 and FIG.

第3図は、充電電流20mA/cm2(500mA)で1時間充電
し、放電電流20mA/cm2で1V/セルまで放電させた充放電
電圧特性を示すもので、電気量効率は約65%である。セ
パレータを使用せず、これだけの電気量効率が得られた
のは、シリカの存在が臭素の拡散速度を低下させるた
め、亜鉛近傍での臭素濃度が高くならないためと、シリ
カには臭素を吸着させる作用を持っているため、正極で
発生した臭素が臭素極近傍に留まっていたためと推定さ
れる。一方シリカの存在は電気抵抗を増加させるため、
電圧損失は大きくなっている。放電初期電圧は1.7Vで、
シリカを使用しない場合と比べると約100mV程度大き
い。しかし非常用電池の用途からこの電圧の損失は電池
の積層数で対応可能で、又この程度の損失は積層数増加
時の寸法増加に影響を与えない。
Figure 3 is charging 1 hour at a charging current 20mA / cm 2 (500mA), the discharge current 20 mA / cm 2 in shows the charge and discharge voltage characteristics obtained by discharged to 1V / cell, electric quantity efficiency of about 65% It is. Without the use of a separator, this amount of electricity efficiency was obtained because the presence of silica reduces the bromine diffusion rate, and the bromine concentration near zinc does not increase, and the silica adsorbs bromine. It is presumed that bromine generated at the positive electrode stayed in the vicinity of the bromine electrode because of its action. On the other hand, the presence of silica increases the electrical resistance,
Voltage loss is increasing. The discharge initial voltage is 1.7V,
It is about 100 mV higher than when no silica is used. However, from the use of the emergency battery, this voltage loss can be dealt with by the number of stacked batteries, and such a loss does not affect the size increase when the number of stacked batteries is increased.

第3図は充電電流20mA/cm2で1時間充電し充電電流20
mA/cm2で放電終了電圧が1.0V/セルとなるまでの充,放
電サイクルを繰返したサイクル数に対する電気量効率の
変化を示すもので、100サイクルにわたり効率の変化は
殆どみられない。100サイクル充電後電池を解体したが
デンドライトの発生はみられなかった。これによりシリ
カにはデンドライト抑制効果があることが認められた。
Fig. 3 shows a charge current of 20 mA / cm 2 for 1 hour.
It shows the change in the electric energy efficiency with respect to the number of charge / discharge cycles repeated until the discharge end voltage reaches 1.0 V / cell at mA / cm 2 , and there is almost no change in the efficiency over 100 cycles. After 100 cycles of charging, the battery was disassembled, but no dendrite was generated. Thereby, it was recognized that silica has a dendrite suppressing effect.

第2実施例 第4図に第2実施例の縦置セルの断面を示す。Second Embodiment FIG. 4 shows a cross section of a vertical cell according to a second embodiment.

この実施例は、第1図の電池構成で、第4図に示すよ
うに縦型に構成したものである。この縦型の電池は、始
めに額縁パッキン3の一側縁を外した状態でセルを組み
立てて、その後でゲル状態の液を流し込み外した一側縁
を嵌めて作った。
This embodiment has a vertical configuration as shown in FIG. 4 with the battery configuration shown in FIG. This vertical battery was manufactured by first assembling the cell with one side edge of the frame packing 3 removed, and then fitting the one side edge with the gel-state liquid poured in and removed.

この電池の特性を第1実施例の電池の試験と全く同一
の条件で調べたところ、電気量効率は50%であった。こ
れは発生した臭素が下部へ沈澱したため、電極上部が有
効に使われないため横型の65%より低下したものと推定
される。しかし、これは活性層改良で十分対応できる数
字であり、シリカの存在で臭素の沈降が遅くなっている
ものと推定される。
When the characteristics of this battery were examined under exactly the same conditions as in the test of the battery of the first example, the electricity efficiency was 50%. This is presumed to be lower than 65% of the horizontal type because the generated bromine precipitated to the lower part and the upper part of the electrode was not used effectively. However, this is a figure which can be sufficiently dealt with by improving the active layer, and it is assumed that the presence of silica slows down the sedimentation of bromine.

第3実施例 第5図に第3実施の横置セルの断面図を示す。第5図
に置いて、この実施例は第1図の電池の正極1と負極2
の間に鉛電池等に用いられている低コストの市販品で厚
さ0.6mmのポリエチレン製のセパレータ11を設けたもの
である。
Third Embodiment FIG. 5 is a sectional view of a horizontal cell according to a third embodiment. Referring to FIG. 5, this embodiment shows a positive electrode 1 and a negative electrode 2 of the battery of FIG.
A low-cost commercially available polyethylene separator 11 having a thickness of 0.6 mm, which is used for a lead battery or the like, is provided between them.

この電池の特性を第1実施例の電池の試験と全く同一
の条件で調べたところ、電気量効率は75%が得られ、第
1実施例の65%から10%向上した。
When the characteristics of this battery were examined under exactly the same conditions as in the test of the battery of the first embodiment, the electricity efficiency was 75%, which was improved by 10% from 65% of the first embodiment.

第4実施例 第6図について、第4実施例の横置セルの断面図を示
す。第6図において、12はシリカ+カーボンブラック+
電解液よりなるゲル状の正極活性層である。
Fourth Embodiment FIG. 6 is a cross-sectional view of a horizontal cell according to a fourth embodiment. In FIG. 6, 12 is silica + carbon black +
It is a gelled positive electrode active layer made of an electrolytic solution.

この正極活性層12は、3molZnBr2+2molNH4Cl+1mol臭
素錯化剤+デンドライト抑制剤の電解液の中にシリカを
20Wt%添加,更にカーボンブラックを5Wt%添加し、よ
く振とう機を用いて分散させたものを正極に薬さじで約
200μmn程度の厚さに均一に塗り正極活性層としたもの
である。シリカは実施例1と同じものを用いた。カーボ
ンブラックはライオン株式会社ケッチェンブラック(商
品名)ECを使用した。
The positive electrode active layer 12, a silica in the electrolyte 3molZ n B r2 + 2molNH 4 Cl + 1mol bromine complexing agent + dendrite inhibitor
Add 20 Wt%, further add 5 Wt% of carbon black, and disperse it using a well shaker.
The coating was uniformly applied to a thickness of about 200 μmn to form a positive electrode active layer. The same silica as in Example 1 was used. The carbon black used was Lion Corporation Ketjen Black (trade name) EC.

電解液4は上記電解液にシリカを10Wt%添加したもの
を使用し、セパレータは用いていない。電極面積,極間
距離等は第1実施例と同じくし、FRP製押え板5の上に
電解液正極層を設けた電極1を置き、厚さ2mmの額縁状
のパッキン3を載せ、電解液4,負極2,押え板6の順に載
せ、ねじ7で軽く締め付けて作った。
Electrolyte solution 4 was prepared by adding 10 Wt% of silica to the above-mentioned electrolyte solution, and no separator was used. The electrode area, the distance between the electrodes, etc. are the same as those in the first embodiment. The electrode 1 provided with the electrolyte positive electrode layer is placed on the holding plate 5 made of FRP, and the frame-shaped packing 3 having a thickness of 2 mm is placed thereon. 4, the negative electrode 2, the holding plate 6 were placed in this order, and lightly tightened with the screw 7 to make it.

この電池の試験結果を第7図及び第8図に示す。 The test results of this battery are shown in FIGS. 7 and 8.

第7図は充電電流20mA/cm2で1時間充電し、充電電流
20mA/cm2で1V/セルまで放電させた充放電電圧特性を示
すもので、点線で示した第1実施例のものと特性は殆ど
変化がみられなかった。
Fig. 7 shows a charge current of 20 mA / cm 2 for 1 hour.
It shows the charge / discharge voltage characteristics when discharged to 1 V / cell at 20 mA / cm 2 , and the characteristics were hardly changed from those of the first example shown by the dotted line.

第8図は充電電流20mA/cm2で1時間充電し充電電流20
mA/cm2で放電終了電圧が1.0V/セルの充,放電サイクル
を繰返したサイクル数に対する電気量効率の変化を示す
もので、第1実施例と同様100サイクル程度まで効率が
安定している。
FIG. 8 shows that the battery was charged for 1 hour at a charging current of 20 mA / cm 2 and the charging current was 20
It shows the change in the electricity efficiency with respect to the number of repeated charge / discharge cycles of 1.0 V / cell at a discharge end voltage of mA / cm 2 , and the efficiency is stable up to about 100 cycles as in the first embodiment. .

これら特性により正極活性層11は十分な性能が得られ
ることがわかった。
From these characteristics, it was found that the positive electrode active layer 11 had sufficient performance.

第5実施例 第9図に第5実施例の横置セルの断面図を示す。第9
図において、13はゲル状電解液4の上にまぶされた水素
吸蔵合金粉末である。
Fifth Embodiment FIG. 9 is a sectional view of a horizontal cell according to a fifth embodiment. Ninth
In the figure, reference numeral 13 denotes a hydrogen storage alloy powder that is dusted on the gel electrolyte 4.

用いた水素吸蔵合金(以上HAAと略す)は、Mischメタ
ルを使用したMm95%Ni3.5o0.7Al0.8の合金サンプル
である。Mischメモルはランタン20%を主成分とするも
のである。電解液4は3molZnBr2+2molNH4Cl+1mol臭素
錯化剤+デンドライト抑制剤よりなる電解液にシリカを
10wt%添加したゲル状のもの、正極活性層12はこの電解
液4にカーボンブラックを5wt%添加しペースト化し正
極に塗布した。セルは正極を下,負極を上にし、セパレ
ータは使用していない。HAAは500μm〜1000μm程度の
粉末状のものを用いた。
Hydrogen storage alloy used (or abbreviated as HAA) is an alloy sample M m 95% N i3.5 C o0.7 Al 0.8 using Misch metal. Misch Memol is based on lanthanum 20%. The electrolyte 4 is 3molZ n B r2 + 2molNH 4 Cl + 1mol bromine complexing agent + silica in the electrolyte solution consisting of dendrite inhibitor
The positive electrode active layer 12, which is a gel having 10 wt% added thereto, was prepared by adding 5 wt% of carbon black to this electrolyte solution 4 to form a paste and apply it to the positive electrode. In the cell, the positive electrode is on the bottom and the negative electrode is on the top, and no separator is used. HAA used was in the form of a powder of about 500 μm to 1000 μm.

作り方は、押え板5の上に正極活性層11を塗布した電
極1,額縁状パッキン3を載せ、ゲル状電解液4を入れた
後、電解液4の上にHAA粉末13をまぶし、その上に負極
2,押え板5を載せねじ7で固定して作った。
The preparation method is as follows. The electrode 1 coated with the positive electrode active layer 11 and the frame-shaped packing 3 are placed on the holding plate 5, the gel electrolyte 4 is put therein, and the HAA powder 13 is spread on the electrolyte 4. Negative electrode
2. It was made by mounting the holding plate 5 and fixing it with the screws 7.

この電池の試験結果を第10図に示す。 The test results of this battery are shown in FIG.

第10図は、充電電流20mA/cm2で1時間充電し、充電電
流20mA/cm2で放電終了電圧が1.0V/セルとなるまでの
充,放電サイクルを繰返したサイクル数に対する電気量
効率の変化を示すもので、HAAを添加しない場合約100〜
150サイクルで効率が低下し最後は内部短絡を起こす
が、HAAを添加した場合300サイクル程度まで安定な特性
を示した。これにより内部で発生した水素はHAAにより
吸蔵されているものと思われる。
FIG. 10 shows that the charge efficiency was measured with respect to the number of charge / discharge cycles repeated until the discharge end voltage reached 1.0 V / cell at a charge current of 20 mA / cm 2 for 1 hour at a charge current of 20 mA / cm 2 . It shows a change, about 100 ~ when HAA is not added
Efficiency decreased at 150 cycles and an internal short circuit occurred at the end, but when HAA was added, the characteristics were stable up to about 300 cycles. It is considered that the hydrogen generated inside by this is occluded by HAA.

第11図は電池の水素発生量検出装置を示すもので、20
は電解液をガスがよく抜けるようにゲル化しない液状を
用い、セパレータ21により正,負極を分離し、負極液に
HAA粉末を添加した電池又は添加しない電池を示す。22
は電池を収容した密閉ガラス容器,23はガスを取り出す
ガラス管、24は水の入った容器、25はガラス管より出る
ガス量を測定するメスシリンダー、Eは電池20を充電す
る直流電源である。
FIG. 11 shows a device for detecting the amount of hydrogen generated in a battery.
Is a liquid that does not gel so that gas can escape from the electrolyte well.
A battery with or without HAA powder is shown. twenty two
Is a sealed glass container containing a battery, 23 is a glass tube for taking out gas, 24 is a container containing water, 25 is a measuring cylinder for measuring the amount of gas emitted from the glass tube, and E is a DC power supply for charging the battery 20. .

第12図はこの測定装置によって測定した補修ガス量の
変化を示す。第12図によれば、負極液にHAAを添加した
場合ガス体積増加が殆どみられない。これによりHAAは
セル内に発生したH2を吸蔵しているものと想定される。
FIG. 12 shows the change in the amount of repair gas measured by this measuring device. According to FIG. 12, when HAA was added to the negative electrode solution, almost no increase in gas volume was observed. Thus HAA is assumed to be occluded and H 2 generated in the cell.

H.発明の効果 本発明の亜鉛−臭素電池は、上述のとおり構成されて
いるので、次に記載する効果を奏する。
H. Effects of the Invention Since the zinc-bromine battery of the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.

電解液にシリカを添加することで電解液をペースト化
したので、セル電極間への注液工程が容易になる。
Since the electrolytic solution was made into a paste by adding silica to the electrolytic solution, the step of injecting the liquid between the cell electrodes becomes easy.

またシリカの添加により、臭素の拡散速度が低下し、
負極近傍の臭素濃度増加が押えられるため、セパレータ
を使用しなくとも電気量効率65%以上が可能である。ま
たシリカは単に臭素の拡散速度を押えるだけでなく、臭
素を吸着する作用を有するため、正極で発生した臭素を
正極近傍にとどめることができる。
Also, the addition of silica decreases the bromine diffusion rate,
Since the increase in the bromine concentration near the negative electrode is suppressed, the electricity efficiency of 65% or more is possible without using a separator. Further, silica not only suppresses the diffusion speed of bromine but also has an action of adsorbing bromine, so that bromine generated in the positive electrode can be kept near the positive electrode.

またシリカを添加することでデンドライト抑制に効果
がある。
Addition of silica is effective in suppressing dendrite.

請求項(1)の発明では、シリカにより発生した臭素
の沈降速度が押えられるためセルを縦型とすることも可
能である。
In the invention of claim (1), since the sedimentation speed of bromine generated by the silica is suppressed, the cell can be of a vertical type.

請求項(2)の発明では、正極活性層としてシリカを
添加したゲル状電解液に、カーボンブラックを添加しペ
ースト化したものを正極電極に塗布することにより従来
の活性炭素繊維と同等な特性が得られた。これにより正
極活性層の低コスト化が可能である。
According to the invention of claim (2), the same properties as the conventional activated carbon fiber can be obtained by applying a paste obtained by adding carbon black to a gel electrolyte solution containing silica as a positive electrode active layer to the positive electrode. Obtained. Thereby, the cost of the positive electrode active layer can be reduced.

また、正極活性層の厚みも電池容量に応じてコントロ
ールできる。
Also, the thickness of the positive electrode active layer can be controlled according to the battery capacity.

また、正極活性層が移動することがなく、又正極を下
側に上向きにしているため脱落することもないので、サ
イクル特性の十分な性能が得られる。
In addition, since the positive electrode active layer does not move and the positive electrode faces downward and does not fall off, sufficient performance of cycle characteristics can be obtained.

請求項(3),(4)の発明では、セル内で発生した
水素を電解液に添加した水素吸蔵合金に吸蔵させること
が可能である。これによって充放電サイクル特性が大幅
に向上する。また発生ガスによる内圧上昇による外部へ
の液漏れが防止できる。
According to the invention of claims (3) and (4), hydrogen generated in the cell can be stored in the hydrogen storage alloy added to the electrolyte. This greatly improves the charge / discharge cycle characteristics. In addition, it is possible to prevent liquid leakage to the outside due to an increase in internal pressure due to the generated gas.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は第1実施例を示す横置きセルの断面図、第2図
は同セルの充放電電圧特性曲線図、第3図は同セルの充
放電サイクル特性曲線図である。第4図は第2実施例を
示す縦置きセルの断面図、第5図及び第6図は第3及び
第4実施例を示す横置きセルの断面図、第7図は第4実
施例セルの充放電電圧特性曲線図、第8図は同セルの充
放電サイクル特性曲線図、第9図は第5実施例を示す横
置きセルの断面図、第10図は同セルの充放電サイクル特
性曲線図、第11図は電池の水素発生量検出装置、第12図
は同装置による電池の補修ガス量を示す曲線図である。 1……正極、2……負極、3……パッキン、4……電解
液保持体、5,6……押え板、10,12……正極活性層、11,2
1……セパレータ、13……水素吸蔵合金(HAA)。
FIG. 1 is a sectional view of a horizontal cell showing a first embodiment, FIG. 2 is a charge / discharge voltage characteristic curve of the cell, and FIG. 3 is a charge / discharge cycle characteristic curve of the cell. FIG. 4 is a sectional view of a vertical cell showing the second embodiment, FIGS. 5 and 6 are sectional views of a horizontal cell showing the third and fourth embodiments, and FIG. 7 is a cell of the fourth embodiment. FIG. 8 is a charge / discharge cycle characteristic curve of the cell, FIG. 9 is a cross-sectional view of a horizontal cell showing the fifth embodiment, and FIG. 10 is a charge / discharge cycle characteristic of the cell. FIG. 11 is a curve diagram showing a device for detecting the amount of hydrogen generated in a battery, and FIG. 12 is a curve diagram showing the amount of gas for repairing a battery by the device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode, 2 ... Negative electrode, 3 ... Packing, 4 ... Electrolyte holder, 5, 6 ... Pressing plate, 10, 12 ... Positive electrode active layer, 11, 2
1… Separator, 13… Hydrogen storage alloy (HAA).

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】カーボンプラスチック電極を正,負極に使
用し、正極表面には正極活性層を設け、正,負極間にデ
ンドライト抑制剤を加えた電解液を充填し、密閉して成
る電解液静止型亜鉛−臭素電池において、 前記電解液にシリカを添加しゲル状電解液として正,負
電極間に注液するか若しくはポリエチレン製の不織布等
に塗り正,負電極間に設けたことを特徴とした電解液静
止型亜鉛−臭素電池。
1. A positive and negative electrode using a carbon plastic electrode, a positive electrode active layer provided on the positive electrode surface, and an electrolyte containing a dendrite inhibitor added between the positive and negative electrodes is filled and sealed. In a zinc-bromine type battery, silica is added to the electrolyte and the mixture is injected as a gel electrolyte between the positive and negative electrodes or coated on a nonwoven fabric made of polyethylene or the like and provided between the positive and negative electrodes. Electrolyte stationary zinc-bromine battery.
【請求項2】カーボンプラスチック電極を正,負極に使
用し、正極表面には正極活性層を設け、正,負極間にデ
ンドライト抑制剤を加えた電解液静止型亜鉛−臭素電池
において、 前記電解液にシリカを添加しゲル状電解液とすると共
に、前記正極活性層として前記電解液にシリカ及びカー
ボンブラックを添加しペースト化した電解液を正極電極
に塗布し、この正極を下側にして負極を上側に設け、
正,負極間にはセパレータを設けないことを特徴とした
電解液静止型亜鉛−臭素電池。
2. An electrolyte stationary zinc-bromine battery in which a carbon plastic electrode is used for the positive and negative electrodes, a positive electrode active layer is provided on the positive electrode surface, and a dendrite inhibitor is added between the positive and negative electrodes. Along with adding silica to a gel electrolyte, an electrolyte prepared by adding silica and carbon black to the electrolyte as the positive electrode active layer is applied to a positive electrode, and the negative electrode is placed with the positive electrode on the lower side. Provided on the upper side,
An electrolyte stationary zinc-bromine battery characterized in that no separator is provided between the positive and negative electrodes.
【請求項3】カーボンプラスチック電極を正,負極に使
用し、正極表面には正極活性層を設け、正,負極間にデ
ンドライト抑制剤を加えた電解液を充填し、密閉して成
る電解液静止型亜鉛−負素電極において、 前記電解液にシリカを添加しゲル状電解液とすると共
に、正極を下側にして負極を上側に設け、前記ゲル状電
解液の負極電極近傍に水素吸蔵合金粉末を分散させて設
けたことを特徴とする電解液静止型亜鉛−臭素電池。
3. An electrolyte solution comprising a carbon plastic electrode for the positive and negative electrodes, a positive electrode active layer provided on the surface of the positive electrode, an electrolyte solution containing a dendrite inhibitor added between the positive and negative electrodes, and sealing. A zinc-negative electrode, wherein silica is added to the electrolyte to form a gel electrolyte, a negative electrode is provided on the upper side with the positive electrode on the lower side, and a hydrogen storage alloy powder is provided near the negative electrode of the gel electrolyte. And an electrolyte stationary type zinc-bromine battery.
【請求項4】正極活性層は活性炭素繊維を電極に熱圧着
させて設けるか又はゲル化した電解液にカーボンブラッ
クを添加しペースト化した電解液を塗布して設けたこと
を特徴とした請求項(3)記載の電解液静止型亜鉛−臭
素電池。
4. The positive electrode active layer is formed by thermocompression-bonding activated carbon fibers to an electrode, or by applying a paste formed by adding carbon black to a gelled electrolyte. Item (3): An electrolyte stationary zinc-bromine battery according to item (3).
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