JP2966105B2 - 水素と酸素の内部再結合用の通気穴を有する再充電可能電気化学電池とその電池容器 - Google Patents
水素と酸素の内部再結合用の通気穴を有する再充電可能電気化学電池とその電池容器Info
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- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、電気化学電池、更に詳細には、再充電可
能金属−空気電気化学電池内の水素と酸素の再結合に関
する。
能金属−空気電気化学電池内の水素と酸素の再結合に関
する。
発明の背景 電気化学電池は化学作用により電力を作り出す。代表
的な電気化学電池は電解質成分により隔離された陽極、
陰極と称される一対の電極を持つ。陽極、陰極及び電解
液はケース内に入れられ、陽極と陰極が負荷に電気的に
接続されると、陽極、陰極及び電解液の間の化学作用に
より電子が解離し、前記負荷に電気エネルギーが生じ
る。
的な電気化学電池は電解質成分により隔離された陽極、
陰極と称される一対の電極を持つ。陽極、陰極及び電解
液はケース内に入れられ、陽極と陰極が負荷に電気的に
接続されると、陽極、陰極及び電解液の間の化学作用に
より電子が解離し、前記負荷に電気エネルギーが生じ
る。
金属−空気電気化学電池は電気化学反応における反応
物質として大気からの酸素を利用し、比較的軽量の電源
として利用でき、水性電解質により隔離された空気透過
性陰極と金属性陽極を持つ。この陰極は金属酸化物や他
の復極可能な（depolarizable）金属組成のような重金
属よりも電気化学反応における反応物質として大気中の
酸素を利用するので、金属−空気電池は比較的高いエネ
ルギー密度を持つ。例えば、亜鉛−空気電池では動作中
に、大気中の酸素は陰極で水酸化物イオンに変換され、
亜鉛は陽極で酸化され、水酸化物イオンと反応し、水と
電子が解離されて、電気エネルギーを作る。
物質として大気からの酸素を利用し、比較的軽量の電源
として利用でき、水性電解質により隔離された空気透過
性陰極と金属性陽極を持つ。この陰極は金属酸化物や他
の復極可能な（depolarizable）金属組成のような重金
属よりも電気化学反応における反応物質として大気中の
酸素を利用するので、金属−空気電池は比較的高いエネ
ルギー密度を持つ。例えば、亜鉛−空気電池では動作中
に、大気中の酸素は陰極で水酸化物イオンに変換され、
亜鉛は陽極で酸化され、水酸化物イオンと反応し、水と
電子が解離されて、電気エネルギーを作る。
一回のみの放電サイクルに有効な電池は一次電池と呼
ばれ、再充電可能で何回も放電サイクルを有する電池は
二次電池と呼ばれる。電気的に再充電できる金属−空気
電池は電池の陽極と陰極の間に電圧を印加し、電気化学
反応を逆にすることにより再充電される。再充電中、電
池は空気透過性陰極を介して大気中に酸素を放出し、陽
極は放電中に形成された酸化物金属を元の金属状態に還
元されることにより電気的に再構成される。
ばれ、再充電可能で何回も放電サイクルを有する電池は
二次電池と呼ばれる。電気的に再充電できる金属−空気
電池は電池の陽極と陰極の間に電圧を印加し、電気化学
反応を逆にすることにより再充電される。再充電中、電
池は空気透過性陰極を介して大気中に酸素を放出し、陽
極は放電中に形成された酸化物金属を元の金属状態に還
元されることにより電気的に再構成される。
水素ガスは、金属−空気電池や他の再充電可能電気化
学電池の再充電中に副産物として陽極に生じることがあ
る。電池がほぼ充分に再充電され、電池の過充電中に水
素の生成が通常生じる。水素の生成は過充電中に著しく
増加する。電池ケース内の通気穴は陽極で生じた水素を
大気中に放出する。水素が放出されると、水素が電池内
の他の構成成分と反応し、電池が破損するのを防ぐ。さ
らに、電池内に多量の水素が増加するのを防ぐことが望
ましい。
学電池の再充電中に副産物として陽極に生じることがあ
る。電池がほぼ充分に再充電され、電池の過充電中に水
素の生成が通常生じる。水素の生成は過充電中に著しく
増加する。電池ケース内の通気穴は陽極で生じた水素を
大気中に放出する。水素が放出されると、水素が電池内
の他の構成成分と反応し、電池が破損するのを防ぐ。さ
らに、電池内に多量の水素が増加するのを防ぐことが望
ましい。
水素を生成し、この水素を電池から放出すると１つの
問題が生じる。それは直接の結果として電池から水が失
われることである。さらに、ガス透過性陰極を介する蒸
発により金属−空気電池から水が失われる。電池の周囲
の大気が約50％の相対湿度である場合に、電解作用と水
素ガス生成により概算で電池から水素の30％から40％が
失われる。電解作用による水の減量により、最終的に再
充電可能金属−空気電池は乾燥により破損する。これ
は、金属−空気電池が繰り返し過剰に過充電される場合
に特に問題になる。
問題が生じる。それは直接の結果として電池から水が失
われることである。さらに、ガス透過性陰極を介する蒸
発により金属−空気電池から水が失われる。電池の周囲
の大気が約50％の相対湿度である場合に、電解作用と水
素ガス生成により概算で電池から水素の30％から40％が
失われる。電解作用による水の減量により、最終的に再
充電可能金属−空気電池は乾燥により破損する。これ
は、金属−空気電池が繰り返し過剰に過充電される場合
に特に問題になる。
それゆえ、電解作用により水素、従って水の減量を制
御できる再充電可能電気化学電池、特に金属−空気電池
が必要になる。
御できる再充電可能電気化学電池、特に金属−空気電池
が必要になる。
発明の要約 この発明は、上述の従来技術の問題点を解決するため
に再充電可能電気化学電池用のケースを具備するもので
ある。この再充電可能電気化学電池は、前記ケース内に
水を形成するために、再充電中に電気化学電池により作
られた水素とケース内の酸素の再結合を触媒で作用させ
るための酸素／水素再結合触媒を有する通気穴から成
る。この通気穴により大気からの酸素がケースに入り、
ケース内の水素と反応する。再結合された水素と酸素が
水を形成し、さもなくば、再充電中の電解作用と水素の
生成により失われることになる水を電池に補給する。
に再充電可能電気化学電池用のケースを具備するもので
ある。この再充電可能電気化学電池は、前記ケース内に
水を形成するために、再充電中に電気化学電池により作
られた水素とケース内の酸素の再結合を触媒で作用させ
るための酸素／水素再結合触媒を有する通気穴から成
る。この通気穴により大気からの酸素がケースに入り、
ケース内の水素と反応する。再結合された水素と酸素が
水を形成し、さもなくば、再充電中の電解作用と水素の
生成により失われることになる水を電池に補給する。
より詳しくは、この発明のケースは、電気を作り出す
放電モードと電気エネルギーを貯蔵し、水素ガスを生じ
る再充電モードの二つの動作モードを有する再充電可能
電気化学電池に適している。このケースはケースを形成
するシェルとケース内部に配設された通気穴から成る。
前記シェルは通気開口部を持ち、ガスをケース内に入れ
たり、ガスをケースから放出したりする。通気穴はガス
透過性／電解液不透過性通気カバー膜、有孔触媒支持体
及び酸素／水素再結合触媒から成る。前記通気カバー膜
はケース内部に面する内表面を持ち、通気開口部の周り
のケース内に配設され、通気開口部に電解液が流れるの
を防ぐ。触媒支持体は通気カバー膜の内表面に隣接する
ケース内に配設され、ケース内部に面する。再結合触媒
は触媒支持体上に支えられ、再充電モード中に電池によ
り生じた水素とケース内部の酸素との再結合に触媒とし
て作用し、ケース内部に水を形成する。
放電モードと電気エネルギーを貯蔵し、水素ガスを生じ
る再充電モードの二つの動作モードを有する再充電可能
電気化学電池に適している。このケースはケースを形成
するシェルとケース内部に配設された通気穴から成る。
前記シェルは通気開口部を持ち、ガスをケース内に入れ
たり、ガスをケースから放出したりする。通気穴はガス
透過性／電解液不透過性通気カバー膜、有孔触媒支持体
及び酸素／水素再結合触媒から成る。前記通気カバー膜
はケース内部に面する内表面を持ち、通気開口部の周り
のケース内に配設され、通気開口部に電解液が流れるの
を防ぐ。触媒支持体は通気カバー膜の内表面に隣接する
ケース内に配設され、ケース内部に面する。再結合触媒
は触媒支持体上に支えられ、再充電モード中に電池によ
り生じた水素とケース内部の酸素との再結合に触媒とし
て作用し、ケース内部に水を形成する。
さらに、通気穴は通気穴開口部の周りのシェルから内
側に伸びる通気穴支持体から成る。この通気穴支持体は
ケース内部に面する内表面と、シェル内の通気開口部か
らケース内にガスを入れたり、ケースからガスを出した
りする開口部とを持つ。通気カバー膜は通気穴支持体の
内表面上に延び、通気穴支持体開口部を覆い、触媒支持
体と通気穴支持体の間に挟まれる。
側に伸びる通気穴支持体から成る。この通気穴支持体は
ケース内部に面する内表面と、シェル内の通気開口部か
らケース内にガスを入れたり、ケースからガスを出した
りする開口部とを持つ。通気カバー膜は通気穴支持体の
内表面上に延び、通気穴支持体開口部を覆い、触媒支持
体と通気穴支持体の間に挟まれる。
通気穴支持体はケースのシェル内部に空洞を形成し、
通気穴開口部を介して空気を出し入れできるのが望まし
い。所望の実施例によれば、通気穴支持体はドーム形状
をし、複数の開口部を持つ。さらに、通気穴支持体は丸
いベースを持ち、このベースを囲む埋め込み部はシェル
に隣接し、触媒支持体はリングと、このリングで取り囲
まれた有孔スクリーンから成る。このスクリーンは通気
穴支持体と通気穴カバー膜上に適合し、前記リングはベ
ースの埋め込み部内に受納され、触媒支持体を通気穴開
口部にクランプし、触媒支持体と通気穴開口部の間に通
気穴カバー膜を挟み込む。
通気穴開口部を介して空気を出し入れできるのが望まし
い。所望の実施例によれば、通気穴支持体はドーム形状
をし、複数の開口部を持つ。さらに、通気穴支持体は丸
いベースを持ち、このベースを囲む埋め込み部はシェル
に隣接し、触媒支持体はリングと、このリングで取り囲
まれた有孔スクリーンから成る。このスクリーンは通気
穴支持体と通気穴カバー膜上に適合し、前記リングはベ
ースの埋め込み部内に受納され、触媒支持体を通気穴開
口部にクランプし、触媒支持体と通気穴開口部の間に通
気穴カバー膜を挟み込む。
さらに、この発明は、上述のケース、陰極、陽極、ケ
ース内に配設された全ての液体電解質から成る再充電可
能電気化学電池をも包含する。電気化学電池は再充電可
能金属−空気電池が望ましい。
ース内に配設された全ての液体電解質から成る再充電可
能電気化学電池をも包含する。電気化学電池は再充電可
能金属−空気電池が望ましい。
従って、本発明の目的は、改良された再充電可能電気
化学電池を提供するものである。
化学電池を提供するものである。
本発明の別の目的は、改良された再充電可能金属−空
気電池を提供するものである。
気電池を提供するものである。
本発明の別の目的は、水素ガス生成と水の減量を強く
制御できる再充電可能金属−空気電池を提供するもので
ある。
制御できる再充電可能金属−空気電池を提供するもので
ある。
さらに、本発明の別の目的は、電池から著しく水を損
なうことなく、再充電中に過充電に充分に耐えることの
できる再充電可能金属−空気電池を提供するものであ
る。
なうことなく、再充電中に過充電に充分に耐えることの
できる再充電可能金属−空気電池を提供するものであ
る。
本発明の目的、特徴、利点は、以下の詳細に説明、図
面、特許請求項から明らかになる。
面、特許請求項から明らかになる。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の実施例により作られた再充電可能
金属−空気電気化学電池の透視図である。ケースシェル
の陰極側をこの図に示す。
金属−空気電気化学電池の透視図である。ケースシェル
の陰極側をこの図に示す。
第２図は、ケースシェルの陽極側を図解する第１図に
示された電池の透視図である。
示された電池の透視図である。
第３図は、第１図に示す金属−空気電池の部分、断
面、立面図である。
面、立面図である。
第４図は、第１図に示す金属−空気電池の一部を形成
するケースシェルの陽極側の内部の透視図である。
するケースシェルの陽極側の内部の透視図である。
第５図は、第１図に示す金属−空気電池の一部を形成
する通気穴の部分、断面図である。
する通気穴の部分、断面図である。
発明の詳細な説明 上記に要約したように、この発明は、電池ケース内部
の酸素と水素を再結合させるために触媒作用を及ぼす通
気穴を有する電池ケースから成る再充電可能金属−空気
電気化学電池を包含する。この発明の実施例の詳細な説
明は以下に詳しく述べる。以下に示す実施例は金属−空
気電気化学電池であるが、この発明は、他の種類の電気
化学電池にも適用されるものである。
の酸素と水素を再結合させるために触媒作用を及ぼす通
気穴を有する電池ケースから成る再充電可能金属−空気
電気化学電池を包含する。この発明の実施例の詳細な説
明は以下に詳しく述べる。以下に示す実施例は金属−空
気電気化学電池であるが、この発明は、他の種類の電気
化学電池にも適用されるものである。
金属−空気電池10は第１図から第３図に示され、陽極
12、空気陰極14、水素−酸素再結合用の通気穴16及び、
電池ケース18内に配設された電解液とから成る。第１図
と第２図では、電池10は、陰極14が陽極の上にくるよう
に位置決めされている。第３図では、電池は、陽極12が
陰極14の上にくるように逆になる。通常の動作では、電
池は、陽極12が陰極14の上にくるように位置決めされる
のが望ましい。
12、空気陰極14、水素−酸素再結合用の通気穴16及び、
電池ケース18内に配設された電解液とから成る。第１図
と第２図では、電池10は、陰極14が陽極の上にくるよう
に位置決めされている。第３図では、電池は、陽極12が
陰極14の上にくるように逆になる。通常の動作では、電
池は、陽極12が陰極14の上にくるように位置決めされる
のが望ましい。
陽極12は金属−空気電気化学電池用に適したものであ
ればよいが、第３図には、陽極層20、剛性支持体22及
び、陽極層と電流コレクタ層の間に挟まれた電流コレク
タ層24から構成されるものとして示される。電流コレク
タ層24は陽極層に結合した金属箔が望ましい。陽極12は
さらにリード26から成り、負荷に電気的に接続してい
る。リード26は陽極の周辺を越えて伸び、超音波用溶接
で電流コレクタ24に取付けられる。
ればよいが、第３図には、陽極層20、剛性支持体22及
び、陽極層と電流コレクタ層の間に挟まれた電流コレク
タ層24から構成されるものとして示される。電流コレク
タ層24は陽極層に結合した金属箔が望ましい。陽極12は
さらにリード26から成り、負荷に電気的に接続してい
る。リード26は陽極の周辺を越えて伸び、超音波用溶接
で電流コレクタ24に取付けられる。
陽極層20は、電気化学電池の動作状態中に酸化して電
気エネルギーを作り出す一枚の固形、非粒子状金属が望
ましい。適当な金属としては、亜鉛、アルミニウム、マ
グネシウム、リチウム、鉄、カドミニウム、鉛があげら
れる。第３図に示す固形、非粒子状陽極層20は拡張され
た有孔金属シートである。この拡張有孔金属シートは、
金属シート内に一連のスリットと対応する隆起体を形成
する噛合い歯を有する一対のローラに非有効金属シート
を通すことにより作られる。
気エネルギーを作り出す一枚の固形、非粒子状金属が望
ましい。適当な金属としては、亜鉛、アルミニウム、マ
グネシウム、リチウム、鉄、カドミニウム、鉛があげら
れる。第３図に示す固形、非粒子状陽極層20は拡張され
た有孔金属シートである。この拡張有孔金属シートは、
金属シート内に一連のスリットと対応する隆起体を形成
する噛合い歯を有する一対のローラに非有効金属シート
を通すことにより作られる。
電流コレクタ層24はその近くに伸び、陽極層20の片側
を完全に横切って陽極層全体を覆い、陽極層の前記片側
を完全に横切って陽極層に押付けられて結合される。電
流コレクタ層24は金属−金属結合により陽極層を交差し
て陽極層20に結合されるので、電流コレクタ層は、陽極
層の前記片側を完全に交差して陽極層との電気的接触が
良くなり、電流コレクタ層と陽極層の間の電気的接触が
均一になる。電流コレクタ層24は陽極層20に結合される
のが望ましく、電流コレクタ層は陽極層の片側を完全に
交差して陽極層に接触することになる。
を完全に横切って陽極層全体を覆い、陽極層の前記片側
を完全に横切って陽極層に押付けられて結合される。電
流コレクタ層24は金属−金属結合により陽極層を交差し
て陽極層20に結合されるので、電流コレクタ層は、陽極
層の前記片側を完全に交差して陽極層との電気的接触が
良くなり、電流コレクタ層と陽極層の間の電気的接触が
均一になる。電流コレクタ層24は陽極層20に結合される
のが望ましく、電流コレクタ層は陽極層の片側を完全に
交差して陽極層に接触することになる。
電流コレクタ層24は、電池の放電中に生じた電気を伝
導し、さらに電池の放電中に酸化されることのない金属
から成る。電流コレクタ24用に適した金属は、銅、ニッ
ケル、錫、チタニウム、銀のような非耐食性金属であ
る。電流コレクタ24は薄形であり、必要によっては電流
を陽極に出し入れするのに充分な厚みを有するものであ
る。電流コレクタ24は約１ミル（25.4μｍ）の厚さが望
ましい。従って、電流コレクタ24は第３図に示すよう
に、陽極層20と剛性支持体22の間に挟まれた一枚の金属
箔の形状や、あるいは陽極層や剛性支持体のどちらかの
上に平板固定された金属層形状になる。適当なプレーテ
ィング方法には電気鍍金、積層ボンディング、スパッタ
リング、粉末コーティング、金属箔のホットスタンピン
グがある。電流コレクタ24をボンディングする別の適当
な方法は金属箔電流コレクタ材料を電気化学電池内の陽
極層と密接に接触させて位置決めし、次に、電池を放
電、充電して陽極層を電流コレクタ上に平板固定するこ
とである。
導し、さらに電池の放電中に酸化されることのない金属
から成る。電流コレクタ24用に適した金属は、銅、ニッ
ケル、錫、チタニウム、銀のような非耐食性金属であ
る。電流コレクタ24は薄形であり、必要によっては電流
を陽極に出し入れするのに充分な厚みを有するものであ
る。電流コレクタ24は約１ミル（25.4μｍ）の厚さが望
ましい。従って、電流コレクタ24は第３図に示すよう
に、陽極層20と剛性支持体22の間に挟まれた一枚の金属
箔の形状や、あるいは陽極層や剛性支持体のどちらかの
上に平板固定された金属層形状になる。適当なプレーテ
ィング方法には電気鍍金、積層ボンディング、スパッタ
リング、粉末コーティング、金属箔のホットスタンピン
グがある。電流コレクタ24をボンディングする別の適当
な方法は金属箔電流コレクタ材料を電気化学電池内の陽
極層と密接に接触させて位置決めし、次に、電池を放
電、充電して陽極層を電流コレクタ上に平板固定するこ
とである。
電流コレクタ24は陽極層20の片側を完全に覆う固形金
属シートが望ましく、その結果、陽極上の電流密度は略
均一になる。小型の陽極の場合、電流コレクタの穴は陽
極で生じたガスを通気するのに必ずしも必要でなく、大
型の陽極では、電池の放電中に電流コレクタを介してガ
スを通気するために少なくとも充分な数のピンホールを
持つことが必要である。
属シートが望ましく、その結果、陽極上の電流密度は略
均一になる。小型の陽極の場合、電流コレクタの穴は陽
極で生じたガスを通気するのに必ずしも必要でなく、大
型の陽極では、電池の放電中に電流コレクタを介してガ
スを通気するために少なくとも充分な数のピンホールを
持つことが必要である。
陽極リード26は、電流コレクタ24を形成する同一型の
金属から作られる。リード26は電流コレクタ層24と一体
であったり、あるいは、電流コレクタに取付けられた分
離型リード18である。このことは、電流コレクタ層24が
金属箔のような固形の穴のあいていない金属シートであ
る場合に特に有利である。なぜなら、リード26は、リー
ドと電池ケースの間の電解液の漏れ通路を形成する可能
性の少ない有孔材料から作られるからである。第１図、
第２図に示すリード26は拡大された金属で作られる。
金属から作られる。リード26は電流コレクタ層24と一体
であったり、あるいは、電流コレクタに取付けられた分
離型リード18である。このことは、電流コレクタ層24が
金属箔のような固形の穴のあいていない金属シートであ
る場合に特に有利である。なぜなら、リード26は、リー
ドと電池ケースの間の電解液の漏れ通路を形成する可能
性の少ない有孔材料から作られるからである。第１図、
第２図に示すリード26は拡大された金属で作られる。
電流コレクタ層24を陽極層20にボンディングする適当
な方法には、圧力と加熱、あるいは圧力と加熱無しで部
品を結合する圧力ボンディングがある。圧力ボンディン
グには溶加金属を用いない。被結合部は、結合を形成す
る場所で先ず局部的に加熱され、次に締付けられるの
で、被結合部は金属−金属結合で結合される。圧力ボン
ディングは、二つのローラ間のニップに金属の二層を通
したり、この金属の二層を熱板と固定アンビルの間で押
付けるものである。別の圧力ボンディング方法は超音波
ボンディングである。
な方法には、圧力と加熱、あるいは圧力と加熱無しで部
品を結合する圧力ボンディングがある。圧力ボンディン
グには溶加金属を用いない。被結合部は、結合を形成す
る場所で先ず局部的に加熱され、次に締付けられるの
で、被結合部は金属−金属結合で結合される。圧力ボン
ディングは、二つのローラ間のニップに金属の二層を通
したり、この金属の二層を熱板と固定アンビルの間で押
付けるものである。別の圧力ボンディング方法は超音波
ボンディングである。
電流コレクタ層24と陽極層20は、電流コレクタ層ある
いは陽極層を曲げないで電流コレクタ層と陽極層の間に
金属−金属結合を作るのに充分な温度と圧力で加圧結合
されるものである。溶解や曲げを避けるために、加熱ロ
ーラすなわち熱板の温度は電流コレクタ層や陽極層の最
小熔融金属の融点以下である。例えば、１ミル（25.4μ
ｍ）厚さの銀箔シートから成る電流コレクタ層は、一枚
の拡張有孔非粒子金属亜鉛から成る陽極に、電流コレク
タ層と陽極層全体を約650゜F（343℃）から約750゜F（3
98℃）の範囲の温度を有する熱板とアンビルの間に約1,
500から約5,000psiの範囲の圧力で押付けることにより
加圧結合される。銀電流コレクタ層は加熱アンビルに隣
接する。これにより電流コレクタ層と陽極層の間に陽極
層の片側全体を交差して電気的接触が生じる。製造をよ
り効率的に行うには、電流コレクタ層と陽極層金属は、
金属の二層を高温高圧で二つのローラ間のニップに通す
ことにより作られる被覆金属シートの形状が望ましい。
いは陽極層を曲げないで電流コレクタ層と陽極層の間に
金属−金属結合を作るのに充分な温度と圧力で加圧結合
されるものである。溶解や曲げを避けるために、加熱ロ
ーラすなわち熱板の温度は電流コレクタ層や陽極層の最
小熔融金属の融点以下である。例えば、１ミル（25.4μ
ｍ）厚さの銀箔シートから成る電流コレクタ層は、一枚
の拡張有孔非粒子金属亜鉛から成る陽極に、電流コレク
タ層と陽極層全体を約650゜F（343℃）から約750゜F（3
98℃）の範囲の温度を有する熱板とアンビルの間に約1,
500から約5,000psiの範囲の圧力で押付けることにより
加圧結合される。銀電流コレクタ層は加熱アンビルに隣
接する。これにより電流コレクタ層と陽極層の間に陽極
層の片側全体を交差して電気的接触が生じる。製造をよ
り効率的に行うには、電流コレクタ層と陽極層金属は、
金属の二層を高温高圧で二つのローラ間のニップに通す
ことにより作られる被覆金属シートの形状が望ましい。
剛性支持体22は、電池の放電中に酸化されることのな
いポリプロピレンのような材料から成るので、剛性支持
体は電池の動作中に電流コレクタを支持し続ける。剛性
支持体22の目的は電流コレクタ層24を、電池の放電と再
充電中に電流コレクタ層の元の形態と同じ形態に保つこ
とである。第３図で、電流コレクタ層24の元の形態は平
面シートである。それゆえに、剛性支持体22は平面シー
トであり、電池の動作中に電流コレクタ層24を元の形態
に維持できるのに充分な剛性を持つ。剛性支持体22は陽
極層20に対向する全電流コレクタ層24を横切って伸びて
いるので、電流コレクタ層は陽極層と剛性支持体の間に
挟まれる。
いポリプロピレンのような材料から成るので、剛性支持
体は電池の動作中に電流コレクタを支持し続ける。剛性
支持体22の目的は電流コレクタ層24を、電池の放電と再
充電中に電流コレクタ層の元の形態と同じ形態に保つこ
とである。第３図で、電流コレクタ層24の元の形態は平
面シートである。それゆえに、剛性支持体22は平面シー
トであり、電池の動作中に電流コレクタ層24を元の形態
に維持できるのに充分な剛性を持つ。剛性支持体22は陽
極層20に対向する全電流コレクタ層24を横切って伸びて
いるので、電流コレクタ層は陽極層と剛性支持体の間に
挟まれる。
第３図に示す剛性支持体22は略固形の平坦シートであ
る。しかしながら、剛性支持体22は電気化学電池の再充
電中に生じた水素ガスの通気性を阻止するものであって
はならない。剛性支持体22は流路を形成し、陽極で生じ
たガスを放出するのが望ましい。多孔性、あるいは有孔
性材料はガスを放出できる剛性支持体の材料になる。ジ
ョージア州、フェアバーン（Fairburn）のPorexテクノ
ロジー社から入手できるPOREX多孔性ポリプロピレンは
剛性支持体を作るのに有効であり、この支持体中にガス
を流すことができる。電池ケース18内部への剛性支持体
の取付けは、剛性支持体の代替実施例に加えて、さらに
詳細に以下で検討する。
る。しかしながら、剛性支持体22は電気化学電池の再充
電中に生じた水素ガスの通気性を阻止するものであって
はならない。剛性支持体22は流路を形成し、陽極で生じ
たガスを放出するのが望ましい。多孔性、あるいは有孔
性材料はガスを放出できる剛性支持体の材料になる。ジ
ョージア州、フェアバーン（Fairburn）のPorexテクノ
ロジー社から入手できるPOREX多孔性ポリプロピレンは
剛性支持体を作るのに有効であり、この支持体中にガス
を流すことができる。電池ケース18内部への剛性支持体
の取付けは、剛性支持体の代替実施例に加えて、さらに
詳細に以下で検討する。
適当な電解液とは、LiOH、NaOH、KOH、CsOH等のよう
なＩ群金属水酸化物を含む水溶性電解質である。
なＩ群金属水酸化物を含む水溶性電解質である。
適当な空気陰極14は、米国特許番号3,977,901と5,30
6,579に開示されたガス透過性、液体不透過性、耐湿性
層に直接固着された活性層を含む多孔性、シート型陰極
である。陰極14の活性層は陰極の電解液側30を形成し、
電解液に面する。活性層はポリテトラフルオロエチレン
のような疎水性ポリマーの粒子と活性炭素の触媒粒子を
持つ。耐湿性層は陰極14の大気側32を形成し、カーボン
ブラック粒子とポリテトラフルオロエチレン粒子の混合
物を含む。陰極14はさらに金属電流コレクタ34を持ち、
そこから伸びるリード36を有し、電池10の正端子に接続
する。適当な電流コレクタはニッケル、錫、チタニウム
のような非耐食性金属製の拡張、有孔性金属シートと微
細メッシュ金属スクリーンを持つ。
6,579に開示されたガス透過性、液体不透過性、耐湿性
層に直接固着された活性層を含む多孔性、シート型陰極
である。陰極14の活性層は陰極の電解液側30を形成し、
電解液に面する。活性層はポリテトラフルオロエチレン
のような疎水性ポリマーの粒子と活性炭素の触媒粒子を
持つ。耐湿性層は陰極14の大気側32を形成し、カーボン
ブラック粒子とポリテトラフルオロエチレン粒子の混合
物を含む。陰極14はさらに金属電流コレクタ34を持ち、
そこから伸びるリード36を有し、電池10の正端子に接続
する。適当な電流コレクタはニッケル、錫、チタニウム
のような非耐食性金属製の拡張、有孔性金属シートと微
細メッシュ金属スクリーンを持つ。
適当な陰極は、以下の配合表を有する米国特許番号3,
977,901に依り製作される。
977,901に依り製作される。
金属−空気電池10はさらに電池の電極を隔離するシス
テムから成るので、これらの電極は互いに直接電気接触
することや電池を短絡させることはない。隔離板システ
ムは電解液を吸収し、ビック（wick）して電解液を電極
に接触させる。隔離板システムは陽極12の電解液側に連
続した第一多孔性ウエブ40を持つ。第一多孔性ウエブ40
は、金属−空気電池の動作状態の下で耐酸化性の材料か
ら作られたからみ合ファイバーから成り、電池内の電解
液を吸収する。第一多孔性ウエブ40は高分子ファイバー
やフィラメント製が望ましく、このファイバーとフィラ
メントの間に空隙スペースを有する。第一多孔性ウエブ
40を作るのに適した高分子にはナイロン、ポリプロピレ
ン、ポリビニルアルコールがある。第一多孔性ウエブ40
は陽極12の陽極層20を完全に横切って伸び、湿り易くな
り、ビック（wick）し、陽極の電解液側を越えて電解液
を分布させる。もし、電解液で自然に湿り易くならない
場合に、高分子ファイバーやフィラメントは界面活性剤
や他の手段で表面処理されて湿り易くなる。
テムから成るので、これらの電極は互いに直接電気接触
することや電池を短絡させることはない。隔離板システ
ムは電解液を吸収し、ビック（wick）して電解液を電極
に接触させる。隔離板システムは陽極12の電解液側に連
続した第一多孔性ウエブ40を持つ。第一多孔性ウエブ40
は、金属−空気電池の動作状態の下で耐酸化性の材料か
ら作られたからみ合ファイバーから成り、電池内の電解
液を吸収する。第一多孔性ウエブ40は高分子ファイバー
やフィラメント製が望ましく、このファイバーとフィラ
メントの間に空隙スペースを有する。第一多孔性ウエブ
40を作るのに適した高分子にはナイロン、ポリプロピレ
ン、ポリビニルアルコールがある。第一多孔性ウエブ40
は陽極12の陽極層20を完全に横切って伸び、湿り易くな
り、ビック（wick）し、陽極の電解液側を越えて電解液
を分布させる。もし、電解液で自然に湿り易くならない
場合に、高分子ファイバーやフィラメントは界面活性剤
や他の手段で表面処理されて湿り易くなる。
陽極12を含む金属−空気電池の第一放電／再充電サイ
クル中に、陽極層20は放電時に酸化されて金属酸化物や
金属イオンになり、再充電中には微粒子金属体として再
形成される。多孔性ウエブ40は電解液、電池の電解液内
の陽極層20から出る金属のイオンや化合物を透過するの
で、電池の再充電中に、金属はウエブを介して侵入し、
多孔性金属構造体に再形成される。多孔性ウエブ40はそ
れゆえ、陽極12の多孔率を増やすので、陽極は過密度や
不動態化になることはなく、陽極層20の内部は電解液に
影響を受け易い。第一多孔性ウエブ40に適した材料は、
マサチューセッツ州、イーストウォルポールのホリング
スワース＆ボーズ社（Hollingsworth ＆ Vose of East
Walpole,Massachusettes）から入手できるナイロン＃TR
1113Gとして市販されているナイロンファイバーウエブ
である。電池10は電流コレクタ層24と剛性支持体22の間
に挟まれた第二多孔性ウエブ42から成り、電解液をウイ
ッキング（wicking）し、陽極12を冷却する。第二多孔
性ウエブ42に適した材料は7487指定の下でコネチカット
州、ウインザーロックスのデクスター社（Dexter Corpo
ration of Windsor−Locks,Connecticut）から市販され
るポリビニルアルコールとレーヨンファイバーのウエブ
である。
クル中に、陽極層20は放電時に酸化されて金属酸化物や
金属イオンになり、再充電中には微粒子金属体として再
形成される。多孔性ウエブ40は電解液、電池の電解液内
の陽極層20から出る金属のイオンや化合物を透過するの
で、電池の再充電中に、金属はウエブを介して侵入し、
多孔性金属構造体に再形成される。多孔性ウエブ40はそ
れゆえ、陽極12の多孔率を増やすので、陽極は過密度や
不動態化になることはなく、陽極層20の内部は電解液に
影響を受け易い。第一多孔性ウエブ40に適した材料は、
マサチューセッツ州、イーストウォルポールのホリング
スワース＆ボーズ社（Hollingsworth ＆ Vose of East
Walpole,Massachusettes）から入手できるナイロン＃TR
1113Gとして市販されているナイロンファイバーウエブ
である。電池10は電流コレクタ層24と剛性支持体22の間
に挟まれた第二多孔性ウエブ42から成り、電解液をウイ
ッキング（wicking）し、陽極12を冷却する。第二多孔
性ウエブ42に適した材料は7487指定の下でコネチカット
州、ウインザーロックスのデクスター社（Dexter Corpo
ration of Windsor−Locks,Connecticut）から市販され
るポリビニルアルコールとレーヨンファイバーのウエブ
である。
金属−空気電池10の隔離板システムはさらに陽極10と
陰極24の間に配設された隔離板パッケージ44から成る。
この隔離板パッケージは陽極12に近接する第一及び第二
高分子隔離板層46と陰極14に近接する第一及び第二多孔
性ウエブ50と52を持つ。第一高分子隔離46は金属−空気
電池の動作状態で耐酸化性であり、電解液に対し透過性
を持ち、陽極層12からの金属のイオンと化合物に対して
は不透過性である。したがって、第一隔離板46は電解液
を流すことになるが、陽極12で陽極層20からの金属イオ
ンと化合物を保持し、金属−空気電池の他の組成から隔
離する。第一隔離板46は陽極12に隣接した第一多孔性ウ
エブ40の面全体を完全に交差して伸び、金属の樹状突起
が陽極上に成長するのを抑制する。第二隔離板48は構造
と機能が第一隔離板46に等しく、第一隔離板に連続して
置かれている。隔離板46と48に適した材料はノースカロ
ライナ州、シャーロットのHoechst Celanese Corporati
on社（Hoechst Celanese Corporation of Charlotte,No
rth Carolina）製の3501CELGARD可溶性マイクロ多孔性
ポロエチレンである。
陰極24の間に配設された隔離板パッケージ44から成る。
この隔離板パッケージは陽極12に近接する第一及び第二
高分子隔離板層46と陰極14に近接する第一及び第二多孔
性ウエブ50と52を持つ。第一高分子隔離46は金属−空気
電池の動作状態で耐酸化性であり、電解液に対し透過性
を持ち、陽極層12からの金属のイオンと化合物に対して
は不透過性である。したがって、第一隔離板46は電解液
を流すことになるが、陽極12で陽極層20からの金属イオ
ンと化合物を保持し、金属−空気電池の他の組成から隔
離する。第一隔離板46は陽極12に隣接した第一多孔性ウ
エブ40の面全体を完全に交差して伸び、金属の樹状突起
が陽極上に成長するのを抑制する。第二隔離板48は構造
と機能が第一隔離板46に等しく、第一隔離板に連続して
置かれている。隔離板46と48に適した材料はノースカロ
ライナ州、シャーロットのHoechst Celanese Corporati
on社（Hoechst Celanese Corporation of Charlotte,No
rth Carolina）製の3501CELGARD可溶性マイクロ多孔性
ポロエチレンである。
陰極14に近接する第一及び第二多孔性ウエブ50と52は
からみ合線維の多孔性ウエブであり、電解液を吸収し、
陰極全体に電解液をビック（（wicking）する。多孔性
ウエブ50と52は隔離板46と48と陽極12から離れている。
第一及び第二多孔性ウエブ50と52は第二高分子隔離板48
と空気陰極14の間で互いに連続して伸びる。第一及び第
二多孔性ウエブ50と52に適する材料は、、マサチューセ
ッツ州、イーストウォルポールのホリングスワース＆ボ
ーズ社（Hollingsworth ＆ Vose of East Walpole,Mass
achusettes）から入手できるナイロン＃TR1113Gであ
る。
からみ合線維の多孔性ウエブであり、電解液を吸収し、
陰極全体に電解液をビック（（wicking）する。多孔性
ウエブ50と52は隔離板46と48と陽極12から離れている。
第一及び第二多孔性ウエブ50と52は第二高分子隔離板48
と空気陰極14の間で互いに連続して伸びる。第一及び第
二多孔性ウエブ50と52に適する材料は、、マサチューセ
ッツ州、イーストウォルポールのホリングスワース＆ボ
ーズ社（Hollingsworth ＆ Vose of East Walpole,Mass
achusettes）から入手できるナイロン＃TR1113Gであ
る。
陽極12、空気陰極14、通気穴16、電解液、隔離板シス
テムは長方形の箱型かプリズム状シェル60から成る電池
ケース18内に全て配設される。シェル60は略長方形の第
一部材62と略長方形の第二部材64から成り、両部材とも
皿形状である。第一部材62は単一の継目65に沿って第二
部材64に熱溶接されてプリズム形状を形成する。シェル
60は、電池の構成成分を配設したケース内部66を形成す
る。陽極12は第一部材62に近接して配設され、陰極14は
第二部材64に近接して配設される。
テムは長方形の箱型かプリズム状シェル60から成る電池
ケース18内に全て配設される。シェル60は略長方形の第
一部材62と略長方形の第二部材64から成り、両部材とも
皿形状である。第一部材62は単一の継目65に沿って第二
部材64に熱溶接されてプリズム形状を形成する。シェル
60は、電池の構成成分を配設したケース内部66を形成す
る。陽極12は第一部材62に近接して配設され、陰極14は
第二部材64に近接して配設される。
ケースシェル60の第一部材62は平板で長方形の陽極パ
ネル68と、陽極パネルの端に沿って陽極パネルから垂直
に伸びる四つの側壁70から成る。第４図に示されるよう
に、ケースシェルの第一部材62は陽極パネル68の周辺付
近にケース内部66と一体になり、ケース内部66から伸び
る複数のスペーサ72を持つ。これらのスペーサ72は互い
に離れ、第３図に示すように第一部材62から電池10の陽
極12に間隔を設けている。陽極12の剛性支持体22は第一
部材62のＬ−形スペーサ72上に組込まれ、第一部材の陽
極パネル68と第一部材の側壁70とからＬ−型スペーサに
より間隔を設けている。
ネル68と、陽極パネルの端に沿って陽極パネルから垂直
に伸びる四つの側壁70から成る。第４図に示されるよう
に、ケースシェルの第一部材62は陽極パネル68の周辺付
近にケース内部66と一体になり、ケース内部66から伸び
る複数のスペーサ72を持つ。これらのスペーサ72は互い
に離れ、第３図に示すように第一部材62から電池10の陽
極12に間隔を設けている。陽極12の剛性支持体22は第一
部材62のＬ−形スペーサ72上に組込まれ、第一部材の陽
極パネル68と第一部材の側壁70とからＬ−型スペーサに
より間隔を設けている。
第一部材62の陽極パネル68は互いに離れ、ケース18の
対角線上に対向した角の近くに置かれた一対の通気穴開
口部74を持つ。この通気穴開口部74はガスをケース18内
に入れたり、ケースからガスを放出する。通気穴開口部
74の付近の陽極パネル68の内部にある円筒状リセス76は
各通気穴16を受納する。第５図に示すように、各通気穴
16は陽極パネル68から伸びる通気穴支持体78、通気穴支
持体を覆う通気穴カバー膜80、及びカバー通気穴膜を覆
う触媒支持体82から成る。
対角線上に対向した角の近くに置かれた一対の通気穴開
口部74を持つ。この通気穴開口部74はガスをケース18内
に入れたり、ケースからガスを放出する。通気穴開口部
74の付近の陽極パネル68の内部にある円筒状リセス76は
各通気穴16を受納する。第５図に示すように、各通気穴
16は陽極パネル68から伸びる通気穴支持体78、通気穴支
持体を覆う通気穴カバー膜80、及びカバー通気穴膜を覆
う触媒支持体82から成る。
通気穴支持体78は通気穴開口部74付近のシェル60の内
表面から内側に伸びるドーム84から成る。通気穴支持体
は陽極12の剛性支持体22の方に伸びる。各通気穴支持体
78のドーム84はケースシェル60内部にチャンバー85を作
り、通気穴開口部74を介してガスを入れたり、放出す
る。通気穴支持体78のドーム84は陽極パネル68に取付け
た丸い台86から成る。この台86はケースシェル60に隣接
する台を囲むリセス部88から成る。通気穴支持体78のド
ーム84はさらにケース18の内部66の方に丸い台86から伸
びる拡張部90から成る。通気穴支持体78の拡張部90は複
数の断裂滴下形状開口部92を持ち、通気開口部74を介し
てガスをケース18内に入れたり、ケースから出したりす
る。通気穴支持体シェルはケース内部66に配設されるの
で、通気穴支持体はケース内部に面する内表面94を持
つ。
表面から内側に伸びるドーム84から成る。通気穴支持体
は陽極12の剛性支持体22の方に伸びる。各通気穴支持体
78のドーム84はケースシェル60内部にチャンバー85を作
り、通気穴開口部74を介してガスを入れたり、放出す
る。通気穴支持体78のドーム84は陽極パネル68に取付け
た丸い台86から成る。この台86はケースシェル60に隣接
する台を囲むリセス部88から成る。通気穴支持体78のド
ーム84はさらにケース18の内部66の方に丸い台86から伸
びる拡張部90から成る。通気穴支持体78の拡張部90は複
数の断裂滴下形状開口部92を持ち、通気開口部74を介し
てガスをケース18内に入れたり、ケースから出したりす
る。通気穴支持体シェルはケース内部66に配設されるの
で、通気穴支持体はケース内部に面する内表面94を持
つ。
ケースシェル60と通気穴支持体78は、電解液18に曝さ
れた場合に、腐食のない、軽量なポリプロピレンのよう
な材料から成るのが望ましい。通気穴支持体は射出成形
され、次に陽極パネル68に熱溶接されたり、第一部材62
と一体成形される。
れた場合に、腐食のない、軽量なポリプロピレンのよう
な材料から成るのが望ましい。通気穴支持体は射出成形
され、次に陽極パネル68に熱溶接されたり、第一部材62
と一体成形される。
通気穴カバー膜80はガス透過性、電解液不透過性の膜
であり、通気穴支持体78の内表面上に伸びて、通気穴支
持体開口部92を覆い、通気穴支持体開口部92とケースシ
ェル60内の対応する通気穴開口部74から電解液が流れる
のを阻止する。通気穴カバー膜80はケース内部66に面す
る内表面96を持つ。通気穴カバー膜80はマイクロ多孔性
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエ
チレンのようなマイクロ多孔性高分子膜から成るのが望
ましい。特別に適するマイクロ多孔性膜はニューヨーク
州、Hoosick FallsのFluorglas社（Fluorglas of Hoosi
ck Falls,New York）から市販されるテフロン125−040
マイクロ多孔性膜である。
であり、通気穴支持体78の内表面上に伸びて、通気穴支
持体開口部92を覆い、通気穴支持体開口部92とケースシ
ェル60内の対応する通気穴開口部74から電解液が流れる
のを阻止する。通気穴カバー膜80はケース内部66に面す
る内表面96を持つ。通気穴カバー膜80はマイクロ多孔性
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエ
チレンのようなマイクロ多孔性高分子膜から成るのが望
ましい。特別に適するマイクロ多孔性膜はニューヨーク
州、Hoosick FallsのFluorglas社（Fluorglas of Hoosi
ck Falls,New York）から市販されるテフロン125−040
マイクロ多孔性膜である。
触媒支持体82は通気穴カバー膜80の内表面96に隣接す
るケース内部66内に配設され、ケース内部に面する。触
媒支持体82はリング100に囲まれた有孔性メッシュスク
リーン98から成る。このスクリーン98は通気穴支持体78
と通気穴カバー膜80上に適合し、前記リング100は通気
穴支持台86のリセス部88内に受納されて触媒支持体82を
通気穴支持体にクランプし、触媒支持体と通気穴支持体
の間に通気穴カバー膜を挟む。触媒支持体82は通気穴カ
バー膜を陽極パネル68と通気穴支持体78に対し充分に堅
くクランプして通気穴カバー膜付近に電解液が漏れるの
を防ぐ。通気穴カバー膜は通気穴支持体78の台86や陽極
パネル68に溶接されて通気穴カバー膜付近に電解液が漏
れるのを防ぐ。
るケース内部66内に配設され、ケース内部に面する。触
媒支持体82はリング100に囲まれた有孔性メッシュスク
リーン98から成る。このスクリーン98は通気穴支持体78
と通気穴カバー膜80上に適合し、前記リング100は通気
穴支持台86のリセス部88内に受納されて触媒支持体82を
通気穴支持体にクランプし、触媒支持体と通気穴支持体
の間に通気穴カバー膜を挟む。触媒支持体82は通気穴カ
バー膜を陽極パネル68と通気穴支持体78に対し充分に堅
くクランプして通気穴カバー膜付近に電解液が漏れるの
を防ぐ。通気穴カバー膜は通気穴支持体78の台86や陽極
パネル68に溶接されて通気穴カバー膜付近に電解液が漏
れるのを防ぐ。
触媒支持体82のメッシュスクリーン98とリング100
は、電解液と触媒支持体上の触媒102に対し不活性な材
料で作られ、水素／酸素再結合反応により生じた熱に耐
えられる。触媒支持体のスクリーン98とリング100はニ
ッケルのような金属製が望ましい。触媒支持体82のリン
グ100は、水素／酸素再結合反応の熱を消失し、隣接の
プラスチック部品を溶かさないような大きさにする必要
がある。触媒102は、水素と酸素の再結合に触媒作用を
効率的に及ぼし、電解液に接触しても安定である触媒な
らどれでもよい。適当な触媒には白金、パラジウム、白
金炭素、ロジウム、及び触媒コンバータに使用される触
媒がある。一般的に、貴金属は触媒として適当である。
は、電解液と触媒支持体上の触媒102に対し不活性な材
料で作られ、水素／酸素再結合反応により生じた熱に耐
えられる。触媒支持体のスクリーン98とリング100はニ
ッケルのような金属製が望ましい。触媒支持体82のリン
グ100は、水素／酸素再結合反応の熱を消失し、隣接の
プラスチック部品を溶かさないような大きさにする必要
がある。触媒102は、水素と酸素の再結合に触媒作用を
効率的に及ぼし、電解液に接触しても安定である触媒な
らどれでもよい。適当な触媒には白金、パラジウム、白
金炭素、ロジウム、及び触媒コンバータに使用される触
媒がある。一般的に、貴金属は触媒として適当である。
長方形支持体104は電池ケース18の内部に適合する。
陽極12の一部、陽極に近接する第一及び第二多孔性ウエ
ブ40と42、隔離板パッケージ44は長方形支持体104の間
に伸びる。ガス透過性、液体不透過性膜106は電池ケー
ス18と長方形支持体66の間に堅く適合する。この膜106
は陰極14の大気側32を交差して伸び、陰極への空気の出
し入れ通路になり、電池ケース18内部で電解液を密閉す
る。この膜として適した材料はノースカロライナ州、シ
ャーロットのHoechst Celanese Corporation社（Hoechs
t Celanese Corporation of Charlotte,North Carolin
a）から市販されるCELGARD2400マイクロ多孔性ポリプロ
ピレン膜である。
陽極12の一部、陽極に近接する第一及び第二多孔性ウエ
ブ40と42、隔離板パッケージ44は長方形支持体104の間
に伸びる。ガス透過性、液体不透過性膜106は電池ケー
ス18と長方形支持体66の間に堅く適合する。この膜106
は陰極14の大気側32を交差して伸び、陰極への空気の出
し入れ通路になり、電池ケース18内部で電解液を密閉す
る。この膜として適した材料はノースカロライナ州、シ
ャーロットのHoechst Celanese Corporation社（Hoechs
t Celanese Corporation of Charlotte,North Carolin
a）から市販されるCELGARD2400マイクロ多孔性ポリプロ
ピレン膜である。
第１図に示すように、ケースシェル60の第二部材64は
長方形の平板な陰極パネル108と、陰極パネルの端から
垂直に伸びる四つの側壁110から成る。陰極パネル108
は、広く伸びるマスク部材112を持ち、空気陰極14から
離れている。前記マスク112は空気陰極14上に空気充満
部を形成し、マスク部材を交差して略均等に分布した複
数の開口部114を有し、空気を陰極の空気充満部に入れ
る。マスク部材112は空気陰極14を大気に曝すのを制御
する。マスク部材112は陰極14へ充分な空気量を与え、
電池から充分な出力を発生させ、空気陰極を大気に曝す
のを制限して、空気陰極を大気と不純物に曝すのを最小
限にして、出水、乾燥、不純物による早期破壊を防ぐ。
第１図には示していないが、マスク部材112により形成
された陰極の空気充満部は剛性構造物を持ち、マスク部
材と空気陰極14の間の隔離を保つ。他方、陰極空気充満
部は、非織物線維材のような多孔性材料で充満される。
適当なマスク部材は発明の名称“金属−空気電池の陰極
カバー”の米国特許番号5,328,777に開示される。この
開示は全体に関係し、ここに明白に組込まれている。
長方形の平板な陰極パネル108と、陰極パネルの端から
垂直に伸びる四つの側壁110から成る。陰極パネル108
は、広く伸びるマスク部材112を持ち、空気陰極14から
離れている。前記マスク112は空気陰極14上に空気充満
部を形成し、マスク部材を交差して略均等に分布した複
数の開口部114を有し、空気を陰極の空気充満部に入れ
る。マスク部材112は空気陰極14を大気に曝すのを制御
する。マスク部材112は陰極14へ充分な空気量を与え、
電池から充分な出力を発生させ、空気陰極を大気に曝す
のを制限して、空気陰極を大気と不純物に曝すのを最小
限にして、出水、乾燥、不純物による早期破壊を防ぐ。
第１図には示していないが、マスク部材112により形成
された陰極の空気充満部は剛性構造物を持ち、マスク部
材と空気陰極14の間の隔離を保つ。他方、陰極空気充満
部は、非織物線維材のような多孔性材料で充満される。
適当なマスク部材は発明の名称“金属−空気電池の陰極
カバー”の米国特許番号5,328,777に開示される。この
開示は全体に関係し、ここに明白に組込まれている。
金属−空気電池10の再充電中、特に、電池が過充電さ
れる場合に、水素ガスが陽極12に生じることになる。陽
極12に生じた水素ガスは、ケースシェル60の第一部材62
とＬ−型スペーサ72で形成された剛性支持体22の間のギ
ャップを介して陽極から通気穴16に流れる。ケースシェ
ル60内の通気穴開口部74、通気穴支持体開口部92、ガス
透過性通気穴カバー膜80を介して通気穴支持体チャンバ
85に流れる空気からの酸素は、触媒支持体98に固着され
た触媒102の表面でケース内部66内の水素と再結合す
る。再結合された水素と酸素は、電池10内の給水源を補
充する水になる。
れる場合に、水素ガスが陽極12に生じることになる。陽
極12に生じた水素ガスは、ケースシェル60の第一部材62
とＬ−型スペーサ72で形成された剛性支持体22の間のギ
ャップを介して陽極から通気穴16に流れる。ケースシェ
ル60内の通気穴開口部74、通気穴支持体開口部92、ガス
透過性通気穴カバー膜80を介して通気穴支持体チャンバ
85に流れる空気からの酸素は、触媒支持体98に固着され
た触媒102の表面でケース内部66内の水素と再結合す
る。再結合された水素と酸素は、電池10内の給水源を補
充する水になる。
他方で、第３図に示す平坦板剛性支持体22では、剛性
支持体は、陽極からガスを放出する剛性支持体上に均一
に分布された複数のピンホールを有する長方形シート、
あるいは電流コレクタに面する流路網を有する剛性材の
長方形シートから成り、陽極からのガス放出用流路を作
る。さらに、剛性支持体は、陽極12に力を押付け、電流
コレクタ24を陽極層20と接触させる機械的バネから成
る。例えば、剛性支持体は、機械的バネとして機能する
剛性材料の弓形シートから成る。弓形支持体が第３図に
示す平らな剛性支持体22に置き換わる場合、弓形支持体
の凸面側は電流コレクタ24に向い合い、弓形支持体は圧
縮されて、剛性支持体22が第３図に示されるように充分
に平らになる。剛性支持体22は、平らなシートの周囲か
ら剛性支持体の平らなシートの面に伸びる複数の成形タ
ブを有する長方形剛性板を持つことも可能である。剛性
支持体が電池内に組込まれる場合、前記タブは板ばねと
して機能する。
支持体は、陽極からガスを放出する剛性支持体上に均一
に分布された複数のピンホールを有する長方形シート、
あるいは電流コレクタに面する流路網を有する剛性材の
長方形シートから成り、陽極からのガス放出用流路を作
る。さらに、剛性支持体は、陽極12に力を押付け、電流
コレクタ24を陽極層20と接触させる機械的バネから成
る。例えば、剛性支持体は、機械的バネとして機能する
剛性材料の弓形シートから成る。弓形支持体が第３図に
示す平らな剛性支持体22に置き換わる場合、弓形支持体
の凸面側は電流コレクタ24に向い合い、弓形支持体は圧
縮されて、剛性支持体22が第３図に示されるように充分
に平らになる。剛性支持体22は、平らなシートの周囲か
ら剛性支持体の平らなシートの面に伸びる複数の成形タ
ブを有する長方形剛性板を持つことも可能である。剛性
支持体が電池内に組込まれる場合、前記タブは板ばねと
して機能する。
上記のことは本発明の特殊な実施例に関するものであ
り、また、以下の請求項で規定される本発明の精神や範
囲から逸脱することなく、多くの変更が可能であること
が理解されるものである。
り、また、以下の請求項で規定される本発明の精神や範
囲から逸脱することなく、多くの変更が可能であること
が理解されるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 12/06 - 12/08 H01M 2/12
Claims (21)
- 【請求項１】電気を作り出す放電モードと、電気エネル
ギーを貯蔵し水素ガスが発生する再充電モードの二つの
動作モードを有し、陽極、陰極、および電解液を備えた
再充電可能な金属−空気電気化学電池用ケースにおい
て、 a.ケース内部を形成し、かつ、ガスを前記ケース内に入
れ、前ケース内からガスを放出するための通気穴開口部
を有するシェルと； b.前記ケース内部に配設され、かつ、 i.前記ケース内部に面する内表面を有し、前記通気穴開
口部から前記電解液が流れるのを防止し、かつ前記ケー
ス内部の酸素を含有するガスの透過を許容するために、
前記通気穴開口部を覆うように前記ケース内に配設され
たガス透過、電解液不透過性通気穴カバー膜と； ii.前記通気穴カバー膜の内部表面に隣接して前記ケー
ス内に配設され、前記ケース内部に面する有孔性触媒支
持体と； iii.再充電モード中に前記陽極側で発生した水素と前記
通気穴カバー膜を通して前記ケース内部に受け取った酸
素との再結合に触媒作用を及ぼして前記ケース内部に水
を作るように、前記触媒支持体上に支持された酸素／水
素再結合触媒と から成る通気穴と から成ることを特徴とする再充電可能な金属−空気電気
化学電池用ケース。 - 【請求項２】空気を前記通気穴開口部を介して出し入れ
できるように、前記通気穴がシェル内にチャンバを形成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の再
充電可能電気化学電池用ケース。 - 【請求項３】前記通気穴がドーム形状であることを特徴
とする特許請求の範囲第２項に記載の再充電可能電気化
学電池用ケース。 - 【請求項４】前記通気穴がさらに、通気穴開口部付近で
前記シェルから内側に伸び、前記ケース内部に面する内
表面を有し、前記通気穴開口部を介してガスを前記ケー
ス内に入れたりガスを前記ケース内から放出する開口部
を有する通気穴支持体から成り、 通気穴カバー膜が、前記通気穴支持体の内表面上に伸び
て前記通気穴支持体の開口部を覆い、前記触媒支持体と
前記通気穴支持体との間に挾まれたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の再充電可能電気化学電池用
ケース。 - 【請求項５】前記通気穴支持体が、ガスを前記通気穴開
口部を介して出し入れできるように前記シェル内部にチ
ャンバを形成することを特徴とする特許請求の範囲第４
項に記載の再充電可能電気化学電池用ケース。 - 【請求項６】前記通気穴支持体がドーム形状であること
を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の再充電可能
電気化学電池用ケース。 - 【請求項７】前記通気穴支持体が複数の開口部を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の再充電
可能電気化学電池用ケース。 - 【請求項８】前記通気穴支持体が、前記シェルに隣接す
る丸い台であって前記台を囲む凹部を有するものを持
ち、 前記触媒支持体が、リングと前記リングで囲まれた有孔
性スクリーンとから成り、 前記リングは、前記触媒支持体を前記通気穴支持体にク
ランプし、通気穴カバー膜を前記触媒支持体と前記通気
穴支持体の間に挟むように前記台の凹部内に受納され、 前記有孔性スクリーンは、前記通気穴支持体と前記通気
穴カバー膜上に適合すること を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の再充電可能
電気化学電池用ケース。 - 【請求項９】前記シェルと前記通気穴支持体がプラスチ
ック材料から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の再充電可能電気化学電池用ケース。 - 【請求項１０】前記シェルと前記通気穴支持体がプラス
チック材料から成ることを特徴とする特許請求の範囲第
４項に記載の再充電可能電気化学電池用ケース。 - 【請求項１１】前記通気穴カバー膜がマイクロ多孔性高
分子膜から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の再充電可能電気化学電池用ケース。 - 【請求項１２】前記通気穴カバー膜がマイクロ多孔性高
分子膜から成ることを特徴とする特許請求の範囲第４項
に記載の再充電可能電気化学電池用ケース。 - 【請求項１３】前記触媒が貴金属から成ることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の再充電可能電気化学
電池用ケース。 - 【請求項１４】前記触媒が貴金属から成ることを特徴と
する特許請求の範囲第４項に記載の再充電可能電気化学
電池用ケース。 - 【請求項１５】前記触媒が白金、白金炭素、ロジウムか
ら成るグループから選択されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の再充電可能電気化学電池用ケー
ス。 - 【請求項１６】前記触媒が白金、白金炭素、ロジウムか
ら成るグループから選択されることを特徴とする特許請
求の範囲第４項に記載の再充電可能電気化学電池用ケー
ス。 - 【請求項１７】前記ケースがプリズム形状になるよう
に、前記シェルがさらに、実質的に平面の陽極パネル
と、前記陽極パネルから離れ、前記陽極パネルに実質的
に平行になる実質的に平面の陰極パネルとから成り、 前記通気穴が前記陽極パネルからケース内部に伸びてい
ること を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の再充電可能
電気化学電池用ケース。 - 【請求項１８】前記ケースがプリズム形状になるよう
に、前記シェルがさらに、実質的に平面の陽極パネル
と、前記陽極パネルから離れ、前記陽極パネルに実質的
に平行になる実質的に平面の陰極パネルとから成り、 前記通気穴が前記陽極パネルからケース内部に伸びてい
ること を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の再充電可能
電気化学電池用ケース。 - 【請求項１９】電気を作り出す放電モードと、電気エネ
ルギーを貯蔵し水素ガスを発生する再充電モードの２つ
の動作モードを有する再充電可能な金属−空気電気化学
電池において、 a.特許請求の範囲第１項に記載の再充電可能な金属−空
気電気化学電池用ケース； b.前記ケース内に配設された陰極； c.前記ケース内に配設された陽極； d.前記ケース内に配設され、前記陰極と前記陽極に接触
する液体電解質とから成ることを特徴とする再充電可能
な金属−空気電気化学電池。 - 【請求項２０】前記シェルが、前記陽極に近接する陽極
パネルと、前記陰極に近接する陰極パネルを持ち、 前記通気穴が前記陰極パネルから前記ケース内部に伸び
ることを特徴とする特許請求の範囲第19項に記載の再充
電可能な金属−空気電気化学電池。 - 【請求項２１】前記通気穴がさらに、前記通気穴開口部
付近で前記シェルから内側に伸び、前記ケース内部に面
する内表面を持ち、前記通気穴開口部を介してガスを前
記ケース内に入れたり前記ケース内から放出する開口部
を持つ通気穴支持体を有し； 前記通気穴カバー膜が、前記通気穴支持体の内表面上に
伸び、前記通気穴支持体の開口部を覆い、前記触媒支持
体と前記通気穴支持体の間に挟まれ； 前記シェルが、前記陽極に近接する陽極パネルと、前記
陰極に近接する陰極パネルを持ち、前記通気穴が前記陽
極パネルから前記ケース内部に伸びることを特徴とする
特許請求の範囲第19項に記載の再充電可能電気化学電
池。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/416,043 US5506067A (en) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | Rechargeable electrochemical cell and cell case therefor with vent for use in internal recombination of hydrogen and oxygen |
| US08/416,043 | 1995-04-04 | ||
| US416,043 | 1995-04-04 | ||
| PCT/US1996/004528 WO1996031915A1 (en) | 1995-04-04 | 1996-04-03 | Rechargeable electrochemical cell and cell case therefor with vent for use in internal recombination of hydrogen and oxygen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10509554A JPH10509554A (ja) | 1998-09-14 |
| JP2966105B2 true JP2966105B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=23648293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8530432A Expired - Lifetime JP2966105B2 (ja) | 1995-04-04 | 1996-04-03 | 水素と酸素の内部再結合用の通気穴を有する再充電可能電気化学電池とその電池容器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5506067A (ja) |
| EP (1) | EP0819321B1 (ja) |
| JP (1) | JP2966105B2 (ja) |
| AT (1) | ATE182032T1 (ja) |
| CA (1) | CA2215932A1 (ja) |
| DE (1) | DE69603170T2 (ja) |
| WO (1) | WO1996031915A1 (ja) |
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