JP3198696B2 - 亜鉛−臭素電池 - Google Patents

亜鉛−臭素電池

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電解液循環型積層二次電
池、特に電力貯蔵用亜鉛−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次電池であり、この電池は例
えば電力の昼と夜のアンバランスを解決させるために、
電力需要が少ない夜間に電力を貯蔵して、昼間に放出さ
せるため等に使用される。
【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と反応し、オイル状の沈殿物
となって正極側貯蔵槽へ戻され、放電時はポンプで単電
池内へ送り込まれ還元される。電解液の成分はZnBr
2水溶液と、抵抗を下げるためのNH4Cl等の塩と、負
極亜鉛側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,4級アンモニウム塩類と、臭素
錯化剤とである。正極電極と負極電極の間にはセパレー
タを介挿してあり、正極電極で発生した臭素が負極電極
へ拡散して亜鉛と反応することによる自己放電を防止し
ている。
【0004】この亜鉛−臭素電池は、主に電極をバイポ
ーラ型とし、複数個の単電池(単セル)を電気的に直列
に積層した電池本体と、電解液貯蔵槽と、これらの間に
電解液を循環させるポンプおよび配管系とで構成されて
いる。
【0005】図4は上記亜鉛−臭素電池を構成する電池
本体の一例を示す分解斜視図であり、矩形平板状のバイ
ポーラ型中間電極1の電極部1aの外周に絶縁性の枠体
1bが配置され、同様に矩形平板状のセパレータ板2
は、セパレータ3の外周に枠体2aが形成されている。
そして上記中間電極1にセパレータ板2及び必要に応じ
てパッキン4,スペーサメッシュ5を重ねて単セルを構
成し、この単セルを複数個積層して電池本体が構成され
ている。
【0006】積層された電池本体の両端部には、集電メ
ッシュ6を有する集電電極7と、一対の締付端板8と、
その内側に位置する押さえ用の積層端板9とが配置され
ている。そして両締付端板8,8間に図示しないボルト
を通して、このボルトを締め付けることにより、一体的
に積層固定された電池本体が構成される。
【0007】上記のように構成された電池本体の各単セ
ル内には、各中間電極1及びセパレータ板2の枠体2a
の上下2箇所の隅角部に形成した正極マニホールド10
と、負極マニホールド11より、セパレータ板2の枠体
2aに設けられたチャンネル12及びマイクロチャンネ
ル13を介して電解液が夫々流入排出する。
【0008】上記の亜鉛−臭素電池は、50KW級電池
における電池効率として約80%、総合エネルギー効率
として約70%が確認されている。
【0009】図5は上記亜鉛−臭素電池の作動原理を説
明するための概要図であり、図中の14は正極側貯蔵槽
であって該正極側貯蔵槽14内に正極電解液15と臭素
錯化合物16とが貯蔵されている。17は負極側貯蔵槽
であって該負極側貯蔵槽17内に負極電解液18が貯蔵
されている。そして正極電解液15は正極側ポンプ19
の駆動に伴って、四方弁20を介して図中の矢印に示し
た如く電池本体の正極マニホールド10から単セル内を
流通し、正極側貯蔵槽14に還流する一方、負極電解液
18は負極側ポンプ21の駆動に伴って、電池本体の負
極マニホールド11からセパレータ3に隔てられた単セ
ル内を流通して負極側貯蔵槽17に還流する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記亜鉛
−臭素電池は、装置のコンパクト化と、動作上での信頼
性を高度に維持するという面から必ずしも万全とは言い
難いという課題があった。即ち、亜鉛−臭素電池の基本
的な構成要素としては、前記したように正極側貯蔵槽1
4及び負極側貯蔵槽17と、電池本体と、配管系とに大
別することができるが、これらの各構成要素は別々に分
かれているため、亜鉛−臭素電池のコンパクト化をはか
る上での障害となっている。更に正極側の配管系には四
方弁20が配備されているため、この四方弁20を設置
するための余分なスペースが要求される上、動作時の切
換操作に伴う液漏れが生じる惧れがあり、万一の臭素漏
れが発生した際には臭素ガスが電池室に充満してしまう
という懸念があり、電池自体の信頼性維持の面からの問
題点が存在する。
【0011】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、電池自体のコンパクト化がはかれる上、四方弁等
の弁操作に伴う液漏れ等の発生もなく、信頼性を高めた
亜鉛−臭素電池を得ることを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、矩形平板状のセパレータ板と中間電極とを
重ねて単セルとし、この単セルを複数個積層して電池本
体を構成して、正極側ポンプの駆動によって正極側貯蔵
槽に貯留された正極電解液と臭素錯化合物を電池本体の
正極マニホールドから前記単セル内を流通して正極側貯
蔵槽に還流する一方、負極側ポンプの駆動によって負極
側貯蔵槽に貯留された負極電解液を電池本体の負極マニ
ホールドからセパレータに隔てられた前記単セル内を流
通して負極側貯蔵槽に還流するようにした電力貯蔵用亜
鉛−臭素電池において、セパレータ板と中間電池の各外
周部に位置する絶縁性の枠体に、この枠体を貫通する2
個の切欠部を別々に形成し、上記セパレータ板と中間電
極の複数枚を交互に積層した際に各切欠部の集合によっ
て形成される2個の空洞部を、夫々電解液の正極側貯蔵
槽及び負極側貯蔵槽として用いた亜鉛−臭素電池の構成
にしてある。
【0013】更に上記電池本体を上下逆転させるための
機構を配設してある。
【0014】
【作用】かかる亜鉛−臭素電池によれば、セパレータ板
と中間電極の複数枚を交互に積層して電池本体を形成し
た際に、セパレータ板の枠体に形成された2個の切欠部
と中間電極の枠体に形成された2個の切欠部の集合によ
り、枠体の内部に2個の空洞部が別々に形成されるの
で、この空洞部をそれぞれ正極側貯蔵槽及び負極側貯蔵
槽として用いることができる。従って電池本体と別途に
正極,負極側貯蔵槽とこれらの配管系を設ける必要がな
く、装置自体の構成が簡易化される。
【0015】又、電池本体を上下逆転させるための機構
を配設したことにより、一定時間毎に電池本体の上下を
逆転させて、電解液の流通方向の切換えと電池本体の空
気抜きを実施することができる。
【0016】
【実施例】以下図面を参照しながら本発明にかかる電力
貯蔵用亜鉛−臭素電池の一実施例を、前記従来の構成部
分と同一の構成部分に同一の符号を付して詳述する。
【0017】即ち、図1(A)に示す2は、矩形平板状
の枠付セパレータ板であり、このセパレータ板2は、略
中心に位置するセパレータ3と、このセパレータ3の外
周部に位置する絶縁性の枠体2aとから構成されてい
る。本実施例では上記枠体2aに、2個の切欠部25
a,25bが該枠体2aを貫通した状態として別々に形
成されている。両切欠部25a,25bは平面視がL字
状及び逆L字状を有する対称的形状となっている。
【0018】尚、10,10は枠体2aの内部上下2箇
所に形成した正極マニホールド、11,11は負極マニ
ホールド、12,12はチャンネル、13,13はマイ
クロチャンネルである。
【0019】一方、図1(B)に示す1は、矩形平板状
のバイポーラ型中間電極であり、この中間電極1は、略
中心に位置する電極部1aと、この電極部1aの外周部
に位置する絶縁性の枠体1bとから構成されており、更
に上記枠体1bに2個の切欠部26a,26bが該枠体
1bを貫通した状態として別々に形成されている。両切
欠部26a,26bは、夫々前記セパレータ板2側の切
欠部25a,25bと一致する形状と大きさを保持して
おり、平面視がL字状及び逆L字状を有する対称的形状
となっている。
【0020】上記のように形成されたセパレータ板2と
中間電極1の複数枚を交互に積層すると、セパレータ板
2の枠体2aに形成された各切欠部25a,25bと、
中間電極1の枠体1bに形成された各切欠部26a,2
6bの位置が一致しているため、各切欠部の集合に伴っ
て2個の空洞部が形成される。
【0021】そして上記切欠部25aと切欠部26aと
の集合によって得られる空洞部を、図2の破線で示した
正極側貯蔵槽14として用いるとともに、上記切欠部2
5bと切欠部26bとの積層によって得られる空洞部を
負極側貯蔵槽17として用いたことが本実施例の特徴と
なっている。
【0022】積層されたセパレータ板2と中間電極1の
両端部には、前記図4の分解斜視図に示したように、集
電メッシュ6を有する集電電極7と、一対の締付端板8
と、その内側に位置する押さえ用の積層端板9とが配置
され、両締付端板8,8間に図示しないボルトを通し
て、このボルトを締め付けることによって一体的に積層
固定された電池本体が構成される。
【0023】又、図2に示す19は正極側ポンプ、21
は負極側ポンプであり、これらのポンプ19,21は電
池本体の外部に配置される。一例として、前記一対の締
付端板8と押さえ用の積層端板9に電解液の導出,導入
口を設けて上記のポンプ19,21を取り付け、正極電
解液は正極側ポンプ19の駆動に伴って電池本体の正極
マニホールド10から単セル内を流通して正極側貯蔵槽
14に還流する一方、負極電解液は負極側ポンプ21の
駆動に伴って電池本体の負極マニホールド11から前記
セパレータ3に隔てられた単セル内を流通して負極側貯
蔵槽17に還流するように両ポンプ19,21が駆動さ
れる。
【0024】又、各セル内にガス等が発生した場合に
は、上記と同様にセルを回転することによってガスをセ
ル外に放出することが可能である。従って本実施例で
は、電池本体を上下逆転するための機構を予め配設して
おくことが有効である。
【0025】かかる構成によれば、正極側ポンプ19の
駆動に伴って正極側貯蔵槽14から正極電解液が電池本
体の正極マニホールド10に供給され、セル内を流通し
た後に正極側貯蔵槽14に還流する。充電時には正極電
極側で発生した臭素が電解液中の臭素錯化剤と反応して
オイル状のコンプレックス(沈殿物)となり、正極側貯
蔵槽14へ戻され、放電時はポンプでセル内へ送り込ま
れ還元される。オイル状のコンプレックスの流下状態を
良好に維持するため、正極電解液は常に電池本体の上方
から下方に流通するが、一定時間毎に電池本体の空気抜
きを行うことが必要であり、この時には電池本体を上下
逆転させて流通方向の切換えを行う。
【0026】一方、負極側ポンプ21の駆動に伴って負
極側貯蔵槽17から負極電解液が電池本体に供給され、
負極側貯蔵槽17に還流する。この負極電解液は常に電
池本体の下方から上方に流通させる。
【0027】次に上記正極側貯蔵槽14と負極側貯蔵槽
17内に電解液を注入する方法を説明する。先ず、上記
のように形成された電池本体を、図2に示した状態から
図3に示したように180°反転して上下関係を逆転さ
せ、ポンプ19,21の駆動によって別途に準備した正
極側電解液と負極側電解液とを一方のマニホールドから
各貯蔵槽14,17内に注入しながら他方のマニホール
ドから空気を抜き、次に図2に示した状態に再度反転し
て、各電解液を正極側及び負極側のセル内に流し込む。
【0028】尚、上記の実施例では、正極側ポンプ19
と負極側ポンプ21とを電池本体の外部に配置した例を
用いて説明したが、他の方法として締付端板8(図4)
の壁面に凹部を形成して、この凹部内に前記ポンプ1
9,21を収納するようにすれば、電池の構成が一層コ
ンパクト化されるという効果が得られる。
【0029】以上説明したように、本発明はセパレータ
板2と中間電池1の各枠体に、それぞれ2個の切欠部を
貫通した状態として別々に形成し、該セパレータ板2と
中間電極1の複数枚を交互に積層した際の各切欠部の集
合によって正極側貯蔵槽14と負極側貯蔵槽17を形成
したことが特徴となっていて、従来のように電池本体と
は別途に正極,負極側貯蔵槽と配管系とを設ける必要が
なくなり、装置のコンパクト化がはかれるという利点を
有している。
【0030】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる亜鉛−臭素電池によれば、セパレータ板の枠体に形
成された2個の切欠部と中間電極の枠体に形成された2
個の切欠部の集合によって別々に形成された空洞部をそ
れぞれ正極側貯蔵槽及び負極側貯蔵槽として用いている
ため、電池本体と別途に正極,負極側貯蔵槽とこれらの
配管系を設ける必要がなくなり、且つ正極側の配管系に
従来必要とされた四方弁を配備しなくとも良いので、装
置自体の簡易化とコンパクト化を可能にするとともに省
スペース化がはかれるという大きな効果が得られる。
【0031】又、上記四方弁の切換操作とか配管系から
の液漏れが生じる惧れをなくして、電池自体の信頼性を
高めた亜鉛−臭素電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる亜鉛−臭素電池を構成する部材
の要部を示すものであって、図1(A)はセパレータ板
2の平面図、図1(B)は中間電極1の平面図。
【図2】本実施例を適用して各部材を組付けた電池本体
を示す外観図。
【図3】図2に示す電池本体を上下逆転した状態を示す
外観図。
【図4】亜鉛−臭素電池本体の構成を示す分解斜視図。
【図5】亜鉛−臭素電池の動作原理を示す概要図。
【符号の説明】
1…中間電極 1a…電極部 1b…枠体 2…セパレータ板 2a…枠体 3…セパレータ 10…正極マニホールド 11…負極マニホールド 12…チャンネル 13…マイクロチャンネル 14…正極側貯蔵槽 17…負極側貯蔵槽 19…正極側ポンプ 21…負極側ポンプ 25a,25b,26a,26B…切欠部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 矩形平板状のセパレータ板と中間電極と
    を重ねて単セルとし、この単セルを複数個積層して電池
    本体を構成して、正極側ポンプの駆動によって正極側貯
    蔵槽に貯留された正極電解液と臭素錯化合物を電池本体
    の正極マニホールドから前記単セル内を流通して正極側
    貯蔵槽に還流する一方、負極側ポンプの駆動によって負
    極側貯蔵槽に貯留された負極電解液を電池本体の負極マ
    ニホールドからセパレータに隔てられた前記単セル内を
    流通して負極側貯蔵槽に還流するようにした電力貯蔵用
    亜鉛−臭素電池において、 セパレータ板と中間電池の各外周部に位置する絶縁性の
    枠体に、この枠体を貫通する2個の切欠部を別々に形成
    し、上記セパレータ板と中間電極の複数枚を交互に積層
    した際に各切欠部の集合によって形成される2個の空洞
    部を、夫々電解液の正極側貯蔵槽及び負極側貯蔵槽とし
    て用いたことを特徴とする亜鉛−臭素電池。
  2. 【請求項2】 前記電池本体を上下逆転させるための機
    構を配設したことを特徴とする請求項1記載の亜鉛−臭
    素電池。
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