JP2967634B2 - 亜鉛−臭素電池 - Google Patents

亜鉛−臭素電池

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寛 細野
康晴 並木
俊介 小林
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    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は亜鉛−臭素電池に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】亜鉛−臭素電池は正極活物質に臭素、負
極活物質に亜鉛を用いた2次電池で、この電池は例えば
電力の昼と夜の需要のアンバランスを解決させるため
に、夜間の電力需要が少ない時の電力を貯蔵して、昼間
に放出させるため等に使用される。この電池に使用され
るバイポーラ電極材料としては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6:3:1の配合比で混合したカ
ーボンプラスチック電極が使用される。なお、正極電極
側表面は臭素の反応過電圧を減少させるために、カーボ
ンクロスを熱融着させている。また、電解液は電池本体
と別置きにし、充放電時ポンプで循環させるように構成
されている。
【0003】充電時に正極電極側で発生した臭素は電解
液に添加した臭素錯化剤(4級アミン)と反応し、オイ
ル状の沈澱物となり、貯蔵タンクへもどされ、放電時は
ポンプで単電池(セル)内へ送り込まれて還元される。
電解液の成分はZnBr2水溶液に液の抵抗を下げるた
めに、NH4Cl等の塩を添加するとともに負極亜鉛の
デンドライトを防止し、均一な電着を促進させるために
Pb、Sn、4級アンモニウム塩類、さらに臭素錯化剤
が加えられている。正極電極側と負極電極側の間にはセ
パレータを用い、正極電極側で発生した臭素が負極電極
側へ拡散し、亜鉛と反応して自己放電するのを抑制して
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述した亜鉛−臭素電
池は電解液をポンプで循環させる方式を採用している
が、最近、電解液を循環させない、液静止型とする亜鉛
−臭素電池が開発されるようになった。この液静止型の
電池は無停電源装置用としての用途があるため、コンパ
クト化、高信頼性が要求される。この電池の場合、液静
止型であるため、正極室、負極室とも密閉構造に形成さ
れる関係から次のような問題点がある。それはセル内の
ガス発生である。ガス発生は、主に、負極亜鉛の充電時
および放電時に発生する。このガス発生が生じると、電
池効果を著しく低下させるばかりでなく、セル内の圧力
が上昇して危険な状態となる。このため、電解液をポン
プで循環させる方式により、上記不具合を解決させねば
ならない。しかし、この方式にするとシャントカーレン
ト(分流電流)により電池の積層を増加させることがで
きない、問題が新たに生じる。特にセル内に電解液を溜
めておき、長時間放置又は浮動充電を行う場合、シャン
トカーレントが発生すると、電池性能を著しく低下させ
るおそれが生じてくる。
【0005】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、セル内でのガスの滞留を防止するとともにシャン
トカーレントを大幅に低減させるようにした亜鉛−臭素
電池を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、カーボンプラスチック電極板間に微細
多孔質膜のセパレータ板を介在させて正極室と負極室を
形成し、正極室がセパレータ板の下側に、負極室がセパ
レータ板の上側に配置されるようにするとともに、正極
室には電解液をセパレータを介して拡散させて密閉構造
とし、負極室は電解液循環系に接続して、強制的に電解
液を循環することを特徴とするものである。
【0007】
【作用】負極室で発生するガスは電解液循環系により負
極室内での滞留を防止させる。また、正極室は密閉構造
としたので、マニホールドを必要としなくなり、シャン
トカーレントは1/2にできる。
【0008】
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1において、11は水平横置き型に形成した亜
鉛−臭素電池本体で、この電池本体11の正極側端板電
極12はフレーム12aと電極部12bから形成され
る。端板電極12の上部にはポリプロピレン(あるいは
ポリエチレン製)の不織布13を設ける。この不織布1
3は不織布13の上に設けられるセパレータ板14(詳
細を後述する)により挟持される。このセパレータ板1
4はポリエチレン製の微細多孔質膜14aと電解液不浸
透性のフレーム14bから構成され、フレーム14bに
は電解液流通路となるマニホールド15が設けられる。
16はカーボンプラスチック電極(詳細を後述する)
で、この電極16はバイポーラ電極部16aとフレーム
16bから構成され、フレーム16bにはマニホールド
15が設けられる。バイポーラ電極部16aは例えばポ
リエチレン40〜45wt%、カーボンブラック5〜1
0wt%、グラファイト45〜55wt%の配合比で構
成され、正極側が図示上側に、負極側が図示下側となる
ように配設される。カーボンプラスチック電極16の上
には不織布17を設けてセパレータ板18を設ける。こ
のセパレータ板18の上に負極側端板電極19を設け、
これらを上下方向から締め付けて正極室20および負極
室21を形成する。そして、負極室21には電解液が循
環されるように各フレーム14b,16bに設けたマニ
ホールド15を連通させる。なお、正極室20は密閉構
造とする。
【0009】正極室20への電解液注入は負極室21側
からの微細多孔質膜14aを介しての拡散にて行われ
る。このため、電解液の充填が局部的に不充分となる場
合があるので、不織布13を介挿することで電解液の浸
透が円滑に行くようにした。
【0010】図2はセパレータ14の正面図で、フレー
ム14bの表面(負極側)にはマニホールド15に連通
するマイクロチャンネル14cが形成される。なお、裏
面(正極側)にはマイクロチャンネル等のパターンは形
成されない。
【0011】図3はカーボンプラスチック電極16の正
面図で、この電極16のバイポーラ電極部16aの負極
側は図2に示すセパレータ板14に対面し、微細多孔質
膜14aとバイポーラ電極部16aのパターンが重なる
ように構成される。
【0012】なお、図1に示すように構成したセル間は
誘導加熱によってシールさせて、正極側は密閉構造に
し、負極室は電解液が循環可能となるように構成され
る。このようにして構成された亜鉛−臭素電池は電解液
が収容されたタンク41とポンプ42を図4(A)のよ
うにセル部43をタンク41の上方に配設するか、図4
(B)のようにセル部43をタンク41の下方に配設す
るかどちらでもよいが、好ましくは図4(B)のように
配設した方が、セル部43内に一度、電解液充填後に空
気が入った際、再度空気抜きを行わねばならない作業を
容易にするためである。図4(A),(B)において、
44,45,46はバルブであり、バルブ46は図示し
ない空気吸引機とセル部43あるいはポンプ42との間
に設けられる。なお、タンク41の液量はセル充填量の
1.5倍とした。
【0013】<実施例1>亜鉛−臭素電池として5セル
で図4(B)に示すように電解液をセルに循環させるよ
うにして実験を行った。このとき、セパレータ板14に
は0.6mmのポリエチレンをマトリックスにした微細
多孔質膜を使用し、カーボンプラスチック電極16には
厚さ1mmのポリエチレン45wt%、カーボンブラッ
ク10wt%、グラファイト45wt%からなる配合比
のものを使用した。そして、極間距離は1.5mm、電
極面積を800cm2としたとき、両極の液量は1200
ml、従って負極室側は600ml、正極側は600m
l、膜、その他の保存量500mlで合計1.7lを必
要とした。このため、タンク内液量は2.5lとした。
電解液組成は3molZnBr2+2molNH4Cl+1mol
QbR+デンドライト抑制剤とした。
【0014】上記構成の電池を運転したときの充放電カ
ーブを図5に示す。図5は充電電流密度10mA/cm2
(8A)で2時間、放電電流密度10mA/cm2(16
A)で1V/セルまで放電したときの特性図である。な
お、温度制御は行わず、室温20〜25℃で行った。ま
た、図5において1サイクル(1cy)目の放電量は短
いが、2〜4サイクルでは安定した挙動を示している。
図6は50サイクルまでの放電容量を示す特性図で、こ
の特性図から効率低下は認められていない。
【0015】<実施例2>無停電電源用電池の場合、通
常、使用されないときは自己放電分を浮動充動で補って
いる。このときの、充電電流は数mAの微少電流で行う
場合が多い。また、放電後の充電も別の充電器を持た
ず、前記数mAで充電を行う。従って、この微少電流特
性を調べた。8A,2時間後、8A,1V/セルまで放
電し、その後、1Aで24時間充電を行い(24A
h)、放電するサイクルを繰り返した。この結果、実施
例1と同様の50サイクルを繰り返したが、著しい効率
低下は認められなかった。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
負極室で発生するガスは電解液を循環させることによっ
て負極室で滞留することがなくなり、また、正極側は電
解液静止型としたので、シャントカーレントを2液循環
式の1/2にできる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す概略的な構成説明図。
【図2】セパレータ板の構成を示す正面図。
【図3】カーボンプラスチック電極の構成を示す正面
図。
【図4】(A),(B)はセルに電解液を循環させるた
めの構成説明図。
【図5】5セルにおける充放電挙動特性図。
【図6】5セルにおけるサイクル特性図。
【符号の説明】
11…電池本体、12…正極側端板電極、13,17…
不織布、14,18…セパレータ板、15…マニホール
ド、16…カーボンプラスチック電極、19…負極側端
板電極、20…正極室、21…負極室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 俊介 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式 会社明電舎内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 12/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カーボンプラスチック電極板間に微細多
    孔質膜のセパレータ板を介在させて正極室と負極室を形
    成し、正極室がセパレータ板の下側に、負極室がセパレ
    ータ板の上側に配置されるようにするとともに、正極室
    には電解液をセパレータを介して拡散させて密閉構造と
    し、負極室は電解液循環系に接続して、強制的に電解液
    を循環することを特徴とする亜鉛−臭素電池。
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