JP6867260B2

JP6867260B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP6867260B2
Application number: JP2017173180A
Authority: JP
Inventors: 小島　由継; 由継小島; 金原　雅彦; 雅彦金原; 中西　治通; 治通中西
Original assignee: Hiroshima University NUC; Toyota Motor Corp
Current assignee: Hiroshima University NUC; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: JP2019050103A

Description

本開示は蓄電装置に関する。

国際公開第２００９／０３７８０６号（特許文献１）は、ニッケル水素電池を開示している。

国際公開第２００９／０３７８０６号

本開示の目的は、新規な蓄電装置の提供にある。

以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により特許請求の範囲が限定されるべきではない。

本開示の蓄電装置は、第１密閉室、第２密閉室、蓄電要素、およびガス流路を少なくとも備える。第１密閉室は、蓄電要素を格納している。蓄電要素は、正極活物質、負極活物質およびアルカリ電解液を少なくとも含む。負極活物質は、水素吸蔵合金および水素ガスを含む。第１密閉室および第２密閉室は、それぞれ水素ガスの圧力に耐えるように構成されている。ガス流路は、第１密閉室および第２密閉室を接続している。
さらに蓄電装置は、第１密閉室および第２密閉室の間の水素ガスの移動を制御できるように構成されている。

本開示の蓄電装置は蓄電要素を備える。蓄電要素は正極活物質、負極活物質およびアルカリ電解液を少なくとも含む。すなわち蓄電要素はアルカリ二次電池を含むといえる。

ニッケル水素電池はアルカリ二次電池の代表例である。ニッケル水素電池は、水素吸蔵合金を負極活物質として含む。ニッケル水素電池は、水素吸蔵合金がプロチウム（Ｈ）を吸蔵することにより蓄電する。したがってニッケル水素電池の蓄電容量は、水素吸蔵合金のプロチウム吸蔵量によって決まる。

水素吸蔵合金のプロチウム吸蔵量（限界量）を超えて、ニッケル水素電池が充電されると（すなわちニッケル水素電池が過充電されると）、アルカリ電解液中の水が電気分解されることになる。水の電気分解より水素ガスが発生する。水素ガスの発生により電池内の圧力が上昇し、液漏れ等が起こり得る。そのため通常は水素ガスが発生しないようにニッケル水素電池が使用されている。

本開示の蓄電装置では、蓄電要素を格納する第１密閉室が水素ガスの圧力に耐えるように構成されている。そのため水素ガスが発生するように、充電を行うことが可能である。すなわち本開示の蓄電装置では、電気エネルギーの一部が水素ガスに変換されて貯蔵され得る。これにより本開示の蓄電装置は、水素吸蔵合金のプロチウム吸蔵量を超える蓄電容量を有し得る。

本開示の蓄電装置では、放電時、水素ガス（Ｈ₂）が水酸化物イオン（ＯＨ^-）と反応し、水（Ｈ₂Ｏ）が生成されることにより、電気エネルギーが取り出されると考えられる。第１密閉室内には、水素ガスの他にも、アルカリ電解液および正極が存在する。そのため蓄電装置が充電状態で放置されると、水素ガスがアルカリ電解液に溶解し、正極活物質を還元する可能性がある。すなわち自然放電（「自己放電」とも称される）により、貯蔵された電気エネルギーが失われる可能性がある。

そこで本開示の蓄電装置は、ガス流路および第２密閉室をさらに備える。本開示の蓄電装置は、第１密閉室および第２密閉室の間の水素ガスの移動を制御できるように構成されている。

第２密閉室は、第１密閉室と同様に、水素ガスの圧力に耐えるように構成されている。本開示の蓄電装置は、ガス流路により、充電時に発生した水素ガスを第２密閉室に移動させることができる。蓄電装置が充電状態で放置される際は、たとえばガス流路が遮断される。これにより第２密閉室から第１密閉室への水素ガスの移動が遮断される。アルカリ電解液および正極が存在しない第２密閉室において、水素ガスが貯蔵されることにより、自然放電の抑制が期待される。放電時は、第２密閉室から第１密閉室に水素ガスが供給されることにより、電気エネルギーが取り出されると考えられる。

本開示の蓄電装置においては、水素ガスが負極活物質の一部である。すなわち負極活物質は、水素吸蔵合金に加えて水素ガスを含む。水素ガス（気体活物質）が高圧ガスとされることにより、体積エネルギー密度の向上が期待される。しかし水素ガスの圧力が高い程、水素ガスのアルカリ電解液への溶解が促進されると考えられる。すなわち自然放電の進行が促進されると考えられる。

上記のように本開示の蓄電装置では、自然放電が抑制され得る。したがって本開示の蓄電装置によれば、体積エネルギー密度と、自然放電の抑制との両立が期待される。

図１は、本開示の第１実施形態を示す概念図である。図２は、本開示の第２実施形態を示す概念図である。図３は、本開示の第３実施形態を示す概念図である。図４は、本開示の第４実施形態を示す概念図である。図５は、図１の領域Ｖを示す概念図である。図６は、ＰＣＴ線図の一例である。

以下、本開示の実施形態が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、本開示の第１実施形態を示す概念図である。
蓄電装置１００は、第１密閉室１１０、第２密閉室１２０、蓄電要素１３０およびガス流路１４０を少なくとも備える。ガス流路１４０は、ガス配管１４１および電磁弁１４２を含む。蓄電装置１００では、電磁弁１４２の開閉により、第１密閉室１１０および第２密閉室１２０の間の水素ガスの移動が制御される。すなわち蓄電装置１００は、第１密閉室１１０および第２密閉室１２０の間の水素ガスの移動を制御できるように構成されている。

《第１密閉室》
本明細書の密閉室は外気から遮断された空間を示す。第１密閉室１１０は、水素ガスの圧力に耐えるように構成されている。第１密閉室１１０は、たとえば燃料電池車用の高圧水素容器と同様の耐圧構造を有し得る。第１密閉室１１０の内壁は、たとえば絶縁材料によって被覆されていてもよい。第１密閉室１１０は、たとえば正極端子１１１、負極端子１１２、充填チューブ１１３等を備える。水素ガスは、充填チューブ１１３から第１密閉室１１０内に充填され得る。第１密閉室１１０は、蓄電要素１３０を格納している。

《蓄電要素》
図５は、図１の領域Ｖを示す概念図である。蓄電要素１３０は、正極板１３１、負極板１３２およびセパレータ１３３を含む。正極板１３１は正極活物質を含む。負極板１３２は負極活物質を含む。セパレータ１３３には、アルカリ電解液が含浸されている。すなわち蓄電要素１３０は、正極活物質、負極活物質およびアルカリ電解液を少なくとも含む。

正極板１３１は、正極端子１１１と電気的に接続されている。負極板１３２は、負極端子１１２と電気的に接続されている。セパレータ１３３は、正極板１３１および負極板１３２の間に配置されている。蓄電要素１３０は、正極板１３１、セパレータ１３３、負極板１３２およびセパレータ１３３からなるユニットが繰り返し積層されることにより形成されている。蓄電要素１３０は、正極板１３１、セパレータ１３３および負極板１３２がこの順序で積層され、さらにこれらが渦巻状に巻回されることにより形成されていてもよい。

（正極板）
正極板１３１は正極活物質を含む。正極活物質は粒子であり得る。正極板１３１は正極集電体をさらに含んでもよい。正極板１３１は、正極活物質が正極集電体に固着されることにより形成されていてもよい。正極活物質は、たとえば高分子バインダによって正極集電体に固着され得る。正極集電体は、多孔質金属シート等であってもよい。正極集電体は、たとえば１００〜１０００μｍの厚さを有してもよい。多孔質金属シートは、たとえば発泡ニッケルシート等であってもよい。多孔質金属シートは、たとえば５０〜９０％の空孔率を有してもよい。

正極活物質は、たとえば水酸化ニッケル、オキシ水酸化マンガン等であってもよい。水酸化ニッケル〔Ｎｉ（ＯＨ）₂〕は、充電によりオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）に酸化される。オキシ水酸化マンガン（ＭｎＯＯＨ）は、充電により二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）に酸化される。すなわち正極活物質は、水酸化ニッケルおよびオキシ水酸化ニッケルの少なくとも一方を含んでもよい。正極活物質は、オキシ水酸化マンガンおよび二酸化マンガンの少なくとも一方を含んでもよい。

（負極板）
負極板１３２は負極活物質を含む。負極活物質は粒子であり得る。負極板１３２は負極集電体をさらに含んでもよい。負極板１３２は、負極活物質が負極集電体に固着されることにより形成されていてもよい。負極活物質は、たとえば高分子バインダによって負極集電体に固着され得る。負極集電体は、ニッケル箔等であってもよい。負極集電体は、たとえば１０〜１００μｍの厚さを有してもよい。

負極活物質は水素吸蔵合金を含む。水素吸蔵合金はプロチウムを吸蔵し放出する。水素吸蔵合金は、たとえばＡＢ₅型合金であってもよい。ＡＢ₅型合金は高いプラトー圧を有し得る。「プラトー圧」は、圧力−組成等温（ＰＣＴ）線図において、２０℃の放出線が平坦になる圧力を示す。

図６は、ＰＣＴ線図の一例である。ＰＣＴ線図は「ＪＩＳＨ７２０１」に準拠した方法により作成される。図６には、２０℃の放出線が描かれている。プラトー圧は、次のようにして算出される。放出線の中で連続する３点を通る直線が描かれる。直線の傾きが求められる。３点が一つの直線に載らない場合は、最小二乗法により、直線の傾きが求められる。傾きが最も小さくなる３点の組み合わせが決定される。該３点の圧力の算術平均がプラトー圧とされる。

プラトー圧が高い水素吸蔵合金は、プロチウム吸蔵量が大きい傾向にある。プラトー圧が高い水素吸蔵合金の使用により、蓄電装置の高容量化が期待される。水素吸蔵合金は、たとえば０．２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下のプラトー圧を有してもよい。水素吸蔵合金は、たとえば０．２ＭＰａ以上２ＭＰａ以下のプラトー圧を有してもよい。

ＡＢ₅型合金は、たとえば、ＭｍＮｉ₅（２ＭＰａ）、ＭｍＮｉ_4.7Ｆｅ_0.3（１．５ＭＰａ）、ＭｍＮｉ_4.5Ｃｒ_0.5（０．５ＭＰａ）、ＭｍＮｉ_4.2Ｃｏ_0.8（１．８ＭＰａ）、ＭｍＮｉ_4.5Ｍｎ_0.5（０．３ＭＰａ）、ＭｍＮｉ_4.5Ａｌ_0.5（０．３ＭＰａ）、ＭｍＮｉ_4.5Ｃｒ_0.45Ｍｎ_0.05（０．３ＭＰａ）、ＭｍＮｉ_4.5Ｃｒ_0.25Ｍｎ_0.25（０．２ＭＰａ）等であってもよい。ここで括弧内の圧力は、各ＡＢ₅型合金のプラトー圧を示す。Ｍｍはミッシュメタルを示す。

（セパレータ）
セパレータ１３３は多孔質シートである。セパレータ１３３は、正極板１３１および負極板１３２の間に配置されている。セパレータ１３３は、正極板１３１および負極板１３２を電気的に絶縁している。セパレータ１３３は、たとえば、ポリオレフィン製の不織布等であってもよい。

（アルカリ電解液）
アルカリ電解液はセパレータ１３３に含浸されている。アルカリ電解液は、支持電解質および水を含む。支持電解質は水に溶解している。アルカリ電解液は、たとえば１〜２０ｍоｌ／ｌの支持電解質を含んでもよい。支持電解質は、たとえば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）等であってもよい。１種の支持電解質が単独で使用されてもよい。２種以上の支持電解質が組み合わされて使用されてもよい。

（水素ガス）
水素ガスは第１密閉室１１０に充填されている。水素ガスは負極活物質として機能する。すなわち負極活物質は、水素吸蔵合金および水素ガスを少なくとも含む。第１密閉室１１０内の水素ガスは、水素吸蔵合金のプラトー圧よりも高い圧力を有し得る。水素ガスは高圧ガスであり得る。水素ガスは、たとえば１ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下の圧力を有してもよい。水素ガスは、たとえば１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力を有してもよい。

水素ガスの圧力が高い程、体積エネルギー密度の向上が期待される。その一方で圧力が高い程、水素ガスのアルカリ電解液への溶解が促進されると考えられる。すなわち自然放電の進行が促進されると考えられる。第１実施形態では、第２密閉室１２０およびガス流路１４０により、自然放電が抑制され得る。

《第２密閉室》
第２密閉室１２０も、水素ガスの圧力に耐えるように構成されている。すなわち第１密閉室１１０および第２密閉室１２０は、それぞれ水素ガスの圧力に耐えるように構成されている。第２密閉室１２０も、たとえば燃料電池車用の高圧水素容器と同様の耐圧構造を有し得る。第２密閉室１２０は、蓄電要素１３０を格納していない。

《ガス流路》
ガス流路１４０は、第１密閉室１１０および第２密閉室１２０を接続している。ガス流路１４０は、ガス配管１４１および電磁弁１４２を含む。電磁弁１４２は、電流のＯＮ／ＯＦＦにより、全開または全閉する。

蓄電装置１００が充電される際は、電磁弁１４２が開放される。これにより水素吸蔵合金のプロチウム吸蔵量を超えて生成される水素ガスは、ガス配管１４１を通って第２密閉室１２０に移動することになる。充電後、電磁弁１４２が閉鎖される。充電後の放置期間において、第２密閉室１２０に移動した水素ガスはアルカリ電解液と接触しない。すなわち自然放電に寄与しない。したがって自然放電による電気エネルギーの損失が抑制され得る。

蓄電装置１００が放電する際は、電磁弁１４２が開放される。放電時は、第１密閉室１１０において水素ガス（負極活物質）が消費される。これにより第１密閉室１１０における水素ガスの圧力が低下する。たとえば、水素ガスの圧力が水素吸蔵合金のプラトー圧を下回ると、安定した放電ができない可能性がある。電磁弁１４２が開放されていることにより、第１密閉室１１０における圧力の低下に応じて、第２密閉室１２０から第１密閉室１１０へ水素ガスが供給され得る。したがって安定した放電が可能になると考えられる。

《その他》
蓄電装置１００は、たとえば圧力計および制御装置等をさらに備えてもよい。圧力計は、たとえば第１密閉室１１０および第２密閉室１２０の圧力を計測し得る。制御装置は、たとえば圧力計の計測値に基づき、電磁弁１４２の開閉を制御し得る。

たとえば、第１密閉室１１０の圧力が所定値未満であり、かつ第２密閉室１２０の圧力が所定値以上である場合に、制御装置が電磁弁１４２を開放する。これにより第２密閉室１２０から第１密閉室１１０へ水素ガスが供給され得る。

たとえば、第１密閉室１１０の圧力が所定値以上であり、かつ第２密閉室１２０の圧力が所定値未満である場合に、制御装置が電磁弁１４２を開放する。これにより第１密閉室１１０から第２密閉室１２０へ水素ガスが退避され得る。

＜第２実施形態＞
図２は、本開示の第２実施形態を示す概念図である。
蓄電装置２００は、第１密閉室２１０、第２密閉室２２０、蓄電要素２３０およびガス流路２４０を少なくとも備える。ガス流路２４０は、ガス配管２４１、減圧弁２４３および逆止弁２４４を含む。ガス流路２４０内において、減圧弁２４３および逆止弁２４４は並列に配置されている。

蓄電装置２００では、減圧弁２４３および逆止弁２４４の組み合わせにより、第１密閉室２１０および第２密閉室２２０の間の水素ガスの移動が制御される。すなわち蓄電装置２００は、第１密閉室２１０および第２密閉室２２０の間の水素ガスの移動を制御できるように構成されている。

前述の第１実施形態（蓄電装置１００）と第２実施形態（蓄電装置２００）との相違点は、ガス流路２４０の構成にある。その他の構成は、第１実施形態および第２実施形態で同じであると考えてよい。ここでは、主に第１実施形態と第２実施形態との相違点が説明される。

逆止弁２４４は、第１密閉室２１０側の圧力が第２密閉室２２０側の圧力よりも高く、かつその圧力差が第１設定値以上である場合には、開放する。したがって充電時、水素ガスの発生により、第１密閉室２１０内の圧力が上昇し、圧力差が第１設定値以上になると、水素ガスが逆止弁２４４を通って第１密閉室２１０から第２密閉室２２０へ移動することになる。

逆止弁２４４は、圧力差が第１設定値未満である場合には、閉鎖する。したがって充電の進行と共に、第２密閉室２２０内の圧力が上昇し、第１密閉室２１０と第２密閉室２２０との圧力差が第１設定値未満になると、第１密閉室２１０から第２密閉室２２０への水素ガスの移動が停止する。逆止弁２４４は、圧力差が第１設定値未満である限り、開放しない。したがって充電後の放置期間は、水素ガスが第２密閉室２２０に貯蔵され得る。すなわち自然放電の抑制が期待される。

放電時、第１密閉室２１０における水素ガスの消費により、第１密閉室２１０内の圧力が低下する。減圧弁２４３は、第１密閉室２１０側の圧力が第２密閉室２２０側の圧力よりも低く、かつその圧力差が第２設定値以上である場合には、開放する。これにより水素ガスが減圧弁２４３を通って第２密閉室２２０から第１密閉室２１０へ移動する。

以上のように、第２実施形態では、第１密閉室２１０における水素ガスの発生および消費に合わせて、減圧弁２４３および逆止弁２４４が自動的に作動し得る。これにより、自然放電が抑制され、かつ放電が安定するように、水素ガスが移動し得る。

＜第３実施形態＞
図３は、本開示の第３実施形態を示す概念図である。
蓄電装置３００は、第１密閉室３１０、第２密閉室３２０、蓄電要素３３０およびガス流路３４０を少なくとも備える。ガス流路３４０は、ガス配管３４１、電磁弁３４２、減圧弁３４３および逆止弁３４４を含む。ガス流路３４０内において、電磁弁３４２および減圧弁３４３は直列に配置されている。ガス流路３４０内において、電磁弁３４２および減圧弁３４３と、逆止弁３４４とは並列に配置されている。さらに蓄電装置３００では、負極板に含まれる水素吸蔵合金とは別に、第２密閉室３２０内に水素吸蔵合金３２１が配置されている。

蓄電装置３００では、電磁弁３４２、減圧弁３４３および逆止弁３４４の組み合わせにより、第１密閉室３１０および第２密閉室３２０の間の水素ガスの移動が制御される。すなわち蓄電装置３００は、第１密閉室３１０および第２密閉室３２０の間の水素ガスの移動を制御できるように構成されている。さらに第２密閉室３２０内に水素吸蔵合金３２１が配置されていることにより、体積エネルギー密度の向上が期待される。

前述の第２実施形態（蓄電装置２００）と第３実施形態（蓄電装置３００）との相違点は、ガス流路３４０の構成および第２密閉室３２０の構成にある。その他の構成は、第２実施形態および第３実施形態で同じであると考えてよい。ここでは、主に第２実施形態と第３実施形態との相違点が説明される。

充電時、電磁弁３４２が開放される。第１密閉室３１０において水素ガスが発生し、圧力が上昇すると、水素ガスが逆止弁３４４を通って第１密閉室３１０から第２密閉室３２０に移動する。第２密閉室３２０に移動した水素ガスは、水素吸蔵合金３２１に吸収され得る。

充電後、電磁弁３４２が閉鎖される。これにより減圧弁３４３の二次側圧力（第１密閉室３１０側の圧力）が保たれる。したがって充電後の放置期間において、二次側圧力の低下により、減圧弁３４３が自動的に開放されることが抑制され得る。これにより自然放電のいっそうの抑制が期待される。

放電時、電磁弁３４２が開放される。放電時、第１密閉室３１０の圧力が低下すると、水素ガスが減圧弁３４３を通って第２密閉室３２０から第１密閉室３１０へ移動する。これにより安定した放電が期待される。

水素吸蔵合金３２１は、第２密閉室３２０内の水素ガスを吸蔵し得る。そのため第３実施形態では、第２密閉室３２０の容積を小さくすることができる。すなわち蓄電装置３００の体積エネルギー密度の向上が期待される。

第２密閉室３２０内に配置される水素吸蔵合金３２１は粉末状であり得る。これにより水素吸蔵合金と水素ガスとの接触面積が増加し、水素ガスの吸蔵効率が向上することが期待される。ただし第２密閉室３２０において、水素ガスの出入り口にはフィルタ３２２が配置されることが望ましい。水素吸蔵合金３２１（粉末）が第２密閉室３２０から漏出し、減圧弁３４３に侵入することを抑制するためである。粉末が減圧弁３４３に侵入すると、減圧弁３４３の誤作動および故障の原因になり得る。

以上のように、第３実施形態では、電磁弁３４２、減圧弁３４３および逆止弁３４４の組み合わせにより、自然放電のいっそうの抑制が期待される。さらに第２密閉室３２０内に水素吸蔵合金３２１が配置されていることにより、体積エネルギー密度の向上も期待される。

＜第４実施形態＞
図４は、本開示の第４実施形態を示す概念図である。
蓄電装置４００は容器４０１を備える。容器４０１は負極端子を兼ねている。容器４０１は圧力容器であり得る。容器４０１は、たとえば燃料電池車用の高圧水素容器と同様の耐圧構造を有し得る。

蓄電装置４００では、フィルタ４４０が容器４０１の内部を区画することにより、第１密閉室４１０および第２密閉室４２０が形成されている。第１密閉室４１０は蓄電要素４３０を格納している。第１密閉室４１０には正極端子４１１が設けられている。第２密閉室４２０内には、水素吸蔵合金４２１が配置されている。水素ガスはフィルタ４４０を通過することができる。すなわちフィルタ４４０はガス流路であると考えられる。したがって蓄電装置４００も、第１密閉室４１０、第２密閉室４２０、蓄電要素４３０およびガス流路を少なくとも含むと考えられる。

第４実施形態において、第２密閉室４２０内に配置される水素吸蔵合金４２１（「第２水素吸蔵合金」とも称され得る）は、第２プラトー圧を有する。蓄電要素４３０（負極板）に含まれる水素吸蔵合金（「第１水素吸蔵合金」とも称され得る）は、第１プラトー圧を有する。第２プラトー圧は、第１プラトー圧よりも低くてもよい。

充電時、第１密閉室４１０において発生した水素ガスは、フィルタ４４０を通過し、第２密閉室４２０内の水素吸蔵合金４２１に吸収される。

充電後の放置期間において、自然放電（水素ガスの消費）により、圧力容器４０１内の圧力が低下する。しかし蓄電装置４００では、圧力容器４０１内の圧力が、水素吸蔵合金４２１のプラトー圧を下回るまで、水素吸蔵合金４２１からの水素ガスの放出が抑制され得る。すなわち自然放電の抑制が期待される。

放電時、水素ガスの消費により、圧力容器４０１内の圧力が水素吸蔵合金４２１のプラトー圧付近まで下がると、水素吸蔵合金４２１が水素ガスを放出し、水素ガスが第２密閉室４２０から第１密閉室４１０へ供給され得る。すなわち蓄電装置４００も、第１密閉室４１０および第２密閉室４２０の間の水素ガスの移動を制御できるように構成されているといえる。

水素吸蔵合金４２１は粉末状であり得る。水素吸蔵合金４２１は、水素ガスの吸蔵および放出に伴い、膨張収縮する。水素ガスの吸蔵および放出が繰り返されることにより、粒子が割れて、水素吸蔵合金４２１が微粉化する可能性がある。微粉化した水素吸蔵合金４２１が舞い上がり、蓄電要素４３０に侵入すると、短絡の原因になり得る。そのためフィルタ４４０は、微粉化した水素吸蔵合金４２１が通過しないように、十分に小さい目付を有することが望ましい。

以下、本開示の実施例が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。

＜実験Ｎｏ．１−１＞
図１の構成を備える蓄電装置１００が準備された。蓄電装置１００の設計容量は５０Ａｈである。正極板１３１は４３５ｃｍ²の面積を有する。正極板１３１は水酸化ニッケルが発泡ニッケルシートに固着されることにより準備された。正極板１３１は１７２ｇの水酸化ニッケルを含む。水酸化ニッケルの理論容量は２８９ｍＡｈ／ｇである。発泡ニッケルシートは５００μｍの厚さを有する。発泡ニッケルシートは８０％の空孔率を有する。

負極板１３２は水素吸蔵合金がニッケル箔の表面に固着されることにより準備された。負極板１３２は１１ｇの水素吸蔵合金を含む。水素吸蔵合金はＭｍＮｉ_4.2Ｃｏ_0.8である。ＭｍＮｉ_4.2Ｃｏ_0.8は４００ｍＡｈ／ｇの理論容量を有する。ＭｍＮｉ_4.2Ｃｏ_0.8は１．８ＭＰａのプラトー圧を有する。

セパレータ１３３はポリオレフィン製の不織布である。蓄電要素１３０は、正極板１３１、セパレータ１３３および負極板１３２がこの順序で積層され、さらにこれらが渦巻状に巻回されることにより形成された。第１密閉室１１０に蓄電要素１３０が格納された。

第１密閉室１１０にアルカリ電解液が注入された。アルカリ電解液が蓄電要素１３０に含浸された。アルカリ電解液は７ｍоｌ／ｌのＫＯＨ水溶液である。

ガス流路１４０により第１密閉室１１０および第２密閉室１２０が接続された。ガス流路１４０はガス配管１４１および電磁弁１４２を含む。第１密閉室１１０に水素ガスが充填された。本実験において、負極活物質は１００ｃｍ³の水素吸蔵合金および４６０ｃｍ³の水素ガスを含む。

電磁弁１４２が開放された状態で、蓄電装置１００が充電された。第１密閉室１１０内の圧力が４ＭＰａに達した時点で、電磁弁１４２が閉鎖された。１０℃環境で蓄電装置１００が１２０時間放置された。１２０時間放置後、電磁弁１４２が開放された状態で、蓄電装置１００が放電された。これにより容量維持率が測定された。容量維持率は放電容量が充電容量で除された値である。同様に、２０℃環境および３０℃環境において、容量維持率が測定された。結果は下記表１に示される。

＜実験Ｎｏ．１−２＞
電磁弁１４２が常時開放された状態で、充電、放置および放電が行われることを除いては、実験Ｎｏ．１−１と同様に、容量維持率が測定された。

＜実験Ｎｏ．２＞
図２の構成を備える蓄電装置２００が準備された。蓄電装置２００の設計容量は５０Ａｈである。蓄電装置２００において、ガス流路２４０は減圧弁２４３および逆止弁２４４を含む。蓄電装置２００が充電された。１０℃環境で蓄電装置２００が１２０時間放置された。１２０時間放置後、蓄電装置２００が放電された。これにより容量維持率が測定された。同様に、２０℃環境および３０℃環境において、容量維持率が測定された。結果は下記表１に示される。

＜実験Ｎｏ．３−１＞
図３の構成を備える蓄電装置３００が準備された。蓄電装置３００の設計容量は５０Ａｈである。蓄電装置３００において、ガス流路３４０は電磁弁３４２、減圧弁３４３および逆止弁３４４を含む。

電磁弁３４２が開放された状態で、蓄電装置３００が充電された。充電終了後、電磁弁３４２が閉鎖された。１０℃環境で蓄電装置１００が１２０時間放置された。１２０時間放置後、電磁弁３４２が開放された状態で、蓄電装置３００が放電された。これにより容量維持率が測定された。同様に、２０℃環境および３０℃環境において、容量維持率が測定された。結果は下記表１に示される。

＜実験Ｎｏ．３−２＞
電磁弁３４２が常時開放された状態で、充電、放置および放電が行われることを除いては、実験Ｎｏ．３−１と同様に、容量維持率が測定された。

＜実験Ｎｏ．４＞
図４の構成を備える蓄電装置４００が準備された。蓄電装置４００の設計容量は５０Ａｈである。第２密閉室４２０内に配置される水素吸蔵合金は、ＭｍＮｉ_4.5Ｃｒ_0.5である。ＭｍＮｉ_4.5Ｃｒ_0.5は０．５ＭＰａのプラトー圧を有する。

蓄電装置４００が充電された。１０℃環境で蓄電装置４００が１２０時間放置された。１２０時間放置後、蓄電装置４００が放電された。これにより容量維持率が測定された。同様に、２０℃環境および３０℃環境において、容量維持率が測定された。結果は下記表１に示される。

＜結果＞
本実験においては、容量維持率が高い程、自然放電が抑制されていると考えられる。上記表１に示されるように、水素ガスの移動が制御され、水素ガスが蓄電要素から隔離されて貯蔵されることにより、自然放電が抑制される傾向が認められる。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。たとえば、上記の各実施形態は任意に組み合わされてもよい。たとえば、１つの実施形態に含まれる一部の構成が他の実施形態に適用されてもよい。１つの実施形態に含まれる一部の構成は、該実施形態に含まれる他の構成と分離されて任意に抽出され得る。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。

１００，２００，３００，４００蓄電装置、１１０，２１０，３１０，４１０第１密閉室、１１１，４１１正極端子、１１２負極端子、１１３充填チューブ、１２０，２２０，３２０，４２０第２密閉室、１３０，２３０，３３０，４３０蓄電要素、１３１正極板、１３２負極板、１３３セパレータ、１４０，２４０，３４０ガス流路、１４１，２４１，３４１ガス配管、１４２，３４２電磁弁、２４３，３４３減圧弁、２４４，３４４逆止弁、３２１，４２１水素吸蔵合金、３２２，４４０フィルタ、４０１容器。

Claims

第１密閉室、
第２密閉室、
蓄電要素、および
ガス流路
を少なくとも備え、
前記第１密閉室は、前記蓄電要素を格納しており、
前記蓄電要素は、正極活物質、負極活物質およびアルカリ電解液を少なくとも含み、
前記負極活物質は、水素吸蔵合金および水素ガスを含み、
前記第１密閉室および前記第２密閉室は、それぞれ前記水素ガスの圧力に耐えるように構成されており、
前記ガス流路は、前記第１密閉室および前記第２密閉室を接続しており、
さらに、
前記第１密閉室および前記第２密閉室の間の前記水素ガスの移動を制御できるように構成されており、
前記水素ガスの圧力は、前記水素吸蔵合金のプラトー圧よりも高く、かつ１ＭＰａ以上である、
蓄電装置。