JPH01267969A - 電気化学電池における気体の触媒再化合の促進に使用する装置とそれを使用する電気化学電池 - Google Patents
電気化学電池における気体の触媒再化合の促進に使用する装置とそれを使用する電気化学電池Info
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- JPH01267969A JPH01267969A JP1046355A JP4635589A JPH01267969A JP H01267969 A JPH01267969 A JP H01267969A JP 1046355 A JP1046355 A JP 1046355A JP 4635589 A JP4635589 A JP 4635589A JP H01267969 A JPH01267969 A JP H01267969A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電気化学電池とともに使用する装置。
より詳しくは、電気化学電池で発生する気体を再化合さ
せる装置に関する。
せる装置に関する。
（従来の技術〕
周知のように、電気化学電池、特にアルカリ蓄電池たと
えばＮｉ −Ｃｄ蓄電池では、動作中に電池電解液の水
分の損失が起る。この水分損失は過充電時に水の水素と
酸素への転換を引起す電気分解によって生じる。その結
果、電池内の電解液量が減少し、この減少がそのまま続
くと、電池の故障が起る。
えばＮｉ −Ｃｄ蓄電池では、動作中に電池電解液の水
分の損失が起る。この水分損失は過充電時に水の水素と
酸素への転換を引起す電気分解によって生じる。その結
果、電池内の電解液量が減少し、この減少がそのまま続
くと、電池の故障が起る。
電気化合電池忙おける水分損失をおさえる一つの方法は
、発生する酸素と水素を再化合させて失われた水分を再
生してから電池電解液に戻すようなやり方に電池を適合
させることを含む。この方法では、再化合反応に対する
触媒作用のために触媒たとえば白金を使用する。しかし
、この触媒反応は発熱性が強いため、制御するのに困難
がちりた。反応の制御に失敗すると、小さ々電池におい
ては、触媒の破壊が起ることがあり、大きな電池におい
ては、ずっと深刻な状態たとえば電池の故障が起りうる
。
、発生する酸素と水素を再化合させて失われた水分を再
生してから電池電解液に戻すようなやり方に電池を適合
させることを含む。この方法では、再化合反応に対する
触媒作用のために触媒たとえば白金を使用する。しかし
、この触媒反応は発熱性が強いため、制御するのに困難
がちりた。反応の制御に失敗すると、小さ々電池におい
ては、触媒の破壊が起ることがあり、大きな電池におい
ては、ずっと深刻な状態たとえば電池の故障が起りうる
。
したがって、本発明の第１の目的は、電気化学電池で発
生する気体を再化合させるための改良された装置を提供
することである。
生する気体を再化合させるための改良された装置を提供
することである。
本発明のもう一つの目的は、電気化学電池の発生熱を制
御する一方電池の効率とまとまりを保つような、電気化
学電池で発生する水素気体と酸素気体を再化合させるた
めの触媒装置を提供することである。
御する一方電池の効率とまとまりを保つような、電気化
学電池で発生する水素気体と酸素気体を再化合させるた
めの触媒装置を提供することである。
本発明の原理によれば、前記の目的およびその他の目的
は、電気性の疎水性＃膜で覆われた触媒ストリップから
成る装置において達成される。この薄膜は二つの通気性
金属層の間にはさまれてサンドインチ構造を形成し、こ
のサンドイッチ構造はらせん状に成形される。
は、電気性の疎水性＃膜で覆われた触媒ストリップから
成る装置において達成される。この薄膜は二つの通気性
金属層の間にはさまれてサンドインチ構造を形成し、こ
のサンドイッチ構造はらせん状に成形される。
以下に開示する装置実施例においては、金属タブがらせ
んの端にとりつけられ、装置は前記タブを一つの電池端
子の内部部分に結合することによって′電池の内部にと
りつけられる。電池電極にとりつけられたストラップも
この端子部分に結合され、ストラップと装置タブとに対
して共通の結合が使用される。
んの端にとりつけられ、装置は前記タブを一つの電池端
子の内部部分に結合することによって′電池の内部にと
りつけられる。電池電極にとりつけられたストラップも
この端子部分に結合され、ストラップと装置タブとに対
して共通の結合が使用される。
本発明の前記特徴と側面およびその他の特徴と側面は、
添付の図面を用いた以下の詳しい説明を読むととＫより
いっそう明確になるであろう。
添付の図面を用いた以下の詳しい説明を読むととＫより
いっそう明確になるであろう。
第１図には、本発明による装置１を示す。装置１は、過
充電時に電気化学電池３１で発生する水素気体と酸素気
体を再化合させるために、電池３１内に組込壕れる。こ
こで電池３１はＮｉ −Ｃｄ蓄電池とする。この水素気
体と酸素気体は装置ＩＫよって再化合させられて水を生
成し、この水は電池の電解液に戻される。
充電時に電気化学電池３１で発生する水素気体と酸素気
体を再化合させるために、電池３１内に組込壕れる。こ
こで電池３１はＮｉ −Ｃｄ蓄電池とする。この水素気
体と酸素気体は装置ＩＫよって再化合させられて水を生
成し、この水は電池の電解液に戻される。
本発明によれば％第３および４図に詳しく示すように、
装置ｌは二つの外側の通気性金属層２および３ならびに
内側層４から成るサンドイッチ構造である。内側１４４
は触媒ストリップ４ａから成り、ストリップ４ａは疎水
性の通気注薄Ｒ４ｂで覆われている。このサンドインチ
は第３図に示すように巻かれてらせん構造物が得られる
。
装置ｌは二つの外側の通気性金属層２および３ならびに
内側層４から成るサンドイッチ構造である。内側１４４
は触媒ストリップ４ａから成り、ストリップ４ａは疎水
性の通気注薄Ｒ４ｂで覆われている。このサンドインチ
は第３図に示すように巻かれてらせん構造物が得られる
。
金属Ｒ２および３は層４よりも幅と長さが大きくなるよ
うに作られる。金属層２および３の延長部分はらせんの
端にタブ５を与え（第１および２図参照）、このタブは
装置１の電池３１へのとりつけを容易にする。また、こ
れらのＪψの拡幅部分は層４に対する冷却フィンを与え
る。このことについては以下にもつと詳しく述べる。
うに作られる。金属層２および３の延長部分はらせんの
端にタブ５を与え（第１および２図参照）、このタブは
装置１の電池３１へのとりつけを容易にする。また、こ
れらのＪψの拡幅部分は層４に対する冷却フィンを与え
る。このことについては以下にもつと詳しく述べる。
第１図に示すように電池３１はケーシング３２から成り
、該ケーシング内には電極構造物おおよび電解液Ｍが収
容されている。電極構造物おはカンード３３ａから成り
、隣り合う３３ ａの間にはさ１れるようにセパレータ
とアノードのユニット３３ｂが配置しである。
、該ケーシング内には電極構造物おおよび電解液Ｍが収
容されている。電極構造物おはカンード３３ａから成り
、隣り合う３３ ａの間にはさ１れるようにセパレータ
とアノードのユニット３３ｂが配置しである。
ストラップあの端３５ａはカソード板３３ａを電池のカ
ンード端子３６の下部部分３６ｂに結合する。端子部分
３６ｂはケーシング３２内にあるが、−万端子あの上部
部分３６＆は電池からエネルギーが供給される装置への
接続のためにケーシングの外に延び出している。ボルト
３７が端子３６の下部部分３６ｂとストラップ端３５ａ
とを貫通して、ストラップしたがってカンード３３ｍの
端子への結合を達成している。
ンード端子３６の下部部分３６ｂに結合する。端子部分
３６ｂはケーシング３２内にあるが、−万端子あの上部
部分３６＆は電池からエネルギーが供給される装置への
接続のためにケーシングの外に延び出している。ボルト
３７が端子３６の下部部分３６ｂとストラップ端３５ａ
とを貫通して、ストラップしたがってカンード３３ｍの
端子への結合を達成している。
本発明によれば、装置１はやはり端子あの下部部分；（
６ｂに結合することによって電池３１内にとりつけられ
る。これは装置の前記タブ５によって達成される。該タ
ブもボルト３７によって下部部分３６ｂにボルト締めさ
れる。
６ｂに結合することによって電池３１内にとりつけられ
る。これは装置の前記タブ５によって達成される。該タ
ブもボルト３７によって下部部分３６ｂにボルト締めさ
れる。
装置ｌを前述のように構成することによって、電池３１
内で発生する水素と酸素の再化合が、制御された状態で
、電池の効率に大きな悪影響を与えること砲なく行われ
る。具体的には、発生する酸素と水素は、装置１内には
いり、通気性の金慎層２および３ならびに通気性薄膜４
ｂを通過して触媒ストリップ４ａＫ達する。ストリップ
４ａにおいて、気体は触媒再化合を起して水蒸気となり
、今度はこの水蒸気が薄膜４ｂならびに層２および３を
通過して外圧用て端子部分３６ｂで凝縮する。
内で発生する水素と酸素の再化合が、制御された状態で
、電池の効率に大きな悪影響を与えること砲なく行われ
る。具体的には、発生する酸素と水素は、装置１内には
いり、通気性の金慎層２および３ならびに通気性薄膜４
ｂを通過して触媒ストリップ４ａＫ達する。ストリップ
４ａにおいて、気体は触媒再化合を起して水蒸気となり
、今度はこの水蒸気が薄膜４ｂならびに層２および３を
通過して外圧用て端子部分３６ｂで凝縮する。
次に、凝縮水は電解液ｕ内に戻り、電気分解によってｔ
Ｍで失われた水を補充する。
Ｍで失われた水を補充する。
装置１のコイル状またはらせん状構成は、小さなスペー
ス内で触媒再化合反応のために大きな表面積を与えると
いう点で大きな効果を有するものである。さらに、二つ
の金属層２および３の拡幅部分によって与えられる前述
の冷却用フィンは装置からの熱移動を制御するのに役立
つ。このほか。
ス内で触媒再化合反応のために大きな表面積を与えると
いう点で大きな効果を有するものである。さらに、二つ
の金属層２および３の拡幅部分によって与えられる前述
の冷却用フィンは装置からの熱移動を制御するのに役立
つ。このほか。
装置ｌが電池のカンード端子あに結合されていることの
結果として、追加制御が実現される。端子あは、この場
合、装置１の冷却を促進する冷却用放熱器として働くが
、同時に４！置１を、電池気体が発生する位置に置いて
再化合過程が促進されるようにする。装置１のこの熱移
動制御により、水蒸気が薄膜４ｂの内側で凝縮する傾向
が小さくおさえられ、また凝縮した場合でも再蒸発が速
められる。
結果として、追加制御が実現される。端子あは、この場
合、装置１の冷却を促進する冷却用放熱器として働くが
、同時に４！置１を、電池気体が発生する位置に置いて
再化合過程が促進されるようにする。装置１のこの熱移
動制御により、水蒸気が薄膜４ｂの内側で凝縮する傾向
が小さくおさえられ、また凝縮した場合でも再蒸発が速
められる。
本発明のこの説明用実画例の場合、触媒ストリッ７’
４ ａはポリテトラフルオロエチレ７ （ＰＴＦＥ）と
、カーボンを担体とする白金との混合物から成る。ＰＴ
ＦＥをストリップの結合剤として使用することにより、
ストリップに対して可撓性のほかに疎水性が与えられる
。薄膜４ｂもＰＴＦＥから成る。
４ ａはポリテトラフルオロエチレ７ （ＰＴＦＥ）と
、カーボンを担体とする白金との混合物から成る。ＰＴ
ＦＥをストリップの結合剤として使用することにより、
ストリップに対して可撓性のほかに疎水性が与えられる
。薄膜４ｂもＰＴＦＥから成る。
Ｎｉ −Ｃｄ蓄電池用の装置ｌを製作する特定実権例の
場合、米国特許第３，８９８，０９９号明細書に開示し
であるロール結合電極法を使用して、自立部材と１．て
の触媒ストリップ４ａを成形する。もつと詳しく言うと
、まずＰＴＦＥと、カーボンを担体とする白金との湿潤
混合物をカレンダーにかけてから乾燥享せ、０．４ ｍ
ｓ （０，０１６インチ）厚の可撓性シートにする。白
金添加量は触媒総重量の５．５％とし、０．５〜０．６
■Ｐｔ／ｄの添加量となるよう圧する。
場合、米国特許第３，８９８，０９９号明細書に開示し
であるロール結合電極法を使用して、自立部材と１．て
の触媒ストリップ４ａを成形する。もつと詳しく言うと
、まずＰＴＦＥと、カーボンを担体とする白金との湿潤
混合物をカレンダーにかけてから乾燥享せ、０．４ ｍ
ｓ （０，０１６インチ）厚の可撓性シートにする。白
金添加量は触媒総重量の５．５％とし、０．５〜０．６
■Ｐｔ／ｄの添加量となるよう圧する。
１．３αＸ ３８ｃｍ （Ｑ、５インチ×１５インチ）
の触媒ストリップを前記シートから切出す。このストリ
ップを０．１３■（０，００５インチ）厚の焼結してな
いＰＴＦＥ薄膜の外被で覆ってシールする。次に、この
ＰＴＦＥ薄膜を２枚の０．０７６ ｍ （０，００３イ
ンチ］厚のニッケル箔層ではさむ。２枚の層のうち内側
層は幅１．９帰（３／４インチ）Ｘ長さ４３帰（１フイ
ンチ）であり、外側層は幅１，９ ｔＭ（３／４インチ
）×長さ４８ｃｔｎ（１９インチ）である。このように
して得られるサンドインチを巻いて、外径１．９ ｃｍ
（３／４インチ）×高さ１．９ ｃｍ （３／４イン
チ）Ｘ内径０．６４ｏｎ （１／４インチ）の密ならせ
んまたはスプールとする。ＰＴＦＥ外被を越えて延びる
ニラクル箔部分を結合することによって、らせんの端に
高さ１．９ｃｍ （３／４インチ）Ｘ長さ２．５ｍ（１
インチ）のタブを成形する。このタブをカソードストラ
ップの間に挿入し、カソード端子にボルト締めすること
によって、装置を１００アンペア時のＮｉ −Ｃｄ蓄電
池に組込む。この電池を動作させたところ、約４５チの
初期効率を示し、安定化後、約８５係の効率を示した。
の触媒ストリップを前記シートから切出す。このストリ
ップを０．１３■（０，００５インチ）厚の焼結してな
いＰＴＦＥ薄膜の外被で覆ってシールする。次に、この
ＰＴＦＥ薄膜を２枚の０．０７６ ｍ （０，００３イ
ンチ］厚のニッケル箔層ではさむ。２枚の層のうち内側
層は幅１．９帰（３／４インチ）Ｘ長さ４３帰（１フイ
ンチ）であり、外側層は幅１，９ ｔＭ（３／４インチ
）×長さ４８ｃｔｎ（１９インチ）である。このように
して得られるサンドインチを巻いて、外径１．９ ｃｍ
（３／４インチ）×高さ１．９ ｃｍ （３／４イン
チ）Ｘ内径０．６４ｏｎ （１／４インチ）の密ならせ
んまたはスプールとする。ＰＴＦＥ外被を越えて延びる
ニラクル箔部分を結合することによって、らせんの端に
高さ１．９ｃｍ （３／４インチ）Ｘ長さ２．５ｍ（１
インチ）のタブを成形する。このタブをカソードストラ
ップの間に挿入し、カソード端子にボルト締めすること
によって、装置を１００アンペア時のＮｉ −Ｃｄ蓄電
池に組込む。この電池を動作させたところ、約４５チの
初期効率を示し、安定化後、約８５係の効率を示した。
装置１の気体再化合特性をさらに高めるために、電池３
１にわずかに加圧して、発生する水素および酸素気体の
電池内滞留時間を長くすることができる。これは、電池
の通気孔あに弁３９を使用することによって実現できる
。加圧の代表的大きさは約０．２ ａｔｍ （約３ ｐ
ｓｉ ）の穆度であり、この大きさは０，２ ａｔｍ
（３ｐｓｉ ）圧力レベルで作動するばね作動プラスチ
ック弁の使用により実現できる。
１にわずかに加圧して、発生する水素および酸素気体の
電池内滞留時間を長くすることができる。これは、電池
の通気孔あに弁３９を使用することによって実現できる
。加圧の代表的大きさは約０．２ ａｔｍ （約３ ｐ
ｓｉ ）の穆度であり、この大きさは０，２ ａｔｍ
（３ｐｓｉ ）圧力レベルで作動するばね作動プラスチ
ック弁の使用により実現できる。
高温の気候または低換気の電池において特に有効なもう
一つの変形は、装置１の上にたとえばニラクル製のカッ
ビー４１を配するものである。このカッビーにより、電
池から出て行こうとする水蒸気の凝縮が促進される。
一つの変形は、装置１の上にたとえばニラクル製のカッ
ビー４１を配するものである。このカッビーにより、電
池から出て行こうとする水蒸気の凝縮が促進される。
すべての場合について、前述の構成は本発明の適用を代
表する数多くの可能な特定実施例を説明するためだけの
ものであると理解すべきである。
表する数多くの可能な特定実施例を説明するためだけの
ものであると理解すべきである。
これらのほかに１本発明の意図と範囲を逸脱することな
く、本発明の原理に従って、数多くの変形構成を容易に
工夫することができる。
く、本発明の原理に従って、数多くの変形構成を容易に
工夫することができる。
第１図は、電気化学電池内に組込まれた、本発明の原理
による装置であり、 第３図は、第１図の装置をやや詳しく示す図であり、 第４図は、第１図の装置の外被で覆った触媒ストリップ
をやや詳しく示す図である。 図中、ｌは本発明の装置、２，３は通気性金属層、４は
内側層ｓ４ａは触媒ストリップ、４ｂは疎水性の通気性
薄膜、５はタブ％３１は電気化学電池、３２はクーシン
グ、おけ電極構造物、３３ａはカソード、３３ｂはセパ
レータとアノードのユニット、父は電解液、あはストラ
ップ％３５＆は３５の端、Ｉはカソード端子、３６．は
あの上部部分、３６ｂはあの下部部分、３７はボルト、
アは通気孔、３９は弁、４１はカッビー。 代理人 弁理士 秋 沢 政 光 他１名 ＦＩＧ、 ／ ｊ ＦＩＧ、３
による装置であり、 第３図は、第１図の装置をやや詳しく示す図であり、 第４図は、第１図の装置の外被で覆った触媒ストリップ
をやや詳しく示す図である。 図中、ｌは本発明の装置、２，３は通気性金属層、４は
内側層ｓ４ａは触媒ストリップ、４ｂは疎水性の通気性
薄膜、５はタブ％３１は電気化学電池、３２はクーシン
グ、おけ電極構造物、３３ａはカソード、３３ｂはセパ
レータとアノードのユニット、父は電解液、あはストラ
ップ％３５＆は３５の端、Ｉはカソード端子、３６．は
あの上部部分、３６ｂはあの下部部分、３７はボルト、
アは通気孔、３９は弁、４１はカッビー。 代理人 弁理士 秋 沢 政 光 他１名 ＦＩＧ、 ／ ｊ ＦＩＧ、３
Claims (21)
- （１）触媒ストリップ、 該触媒ストリップを覆う疎水性の通気性薄膜、該薄膜を
協同で被覆してサンドイッチ構造を形成する第１および
第２の通気性の金属層、 らせん状に成形された前記サンドイッチ構造から成るこ
とを特徴とする、電気化学電池における気体の触媒再化
合の促進に使用する装置。 - （２）金属タブが前記らせんの外側端にとりつけられる
請求項１記載の装置。 - （３）前記第１および第２の金属層のうち少くとも一つ
の金属層の端が前記薄膜の端を越えて延びて前記タブを
形成する請求項２記載の装置。 - （４）前記第１および第２の両金属層の端が前記薄膜の
端を越えて延びて前記タブを形成する請求項３記載の装
置。 - （５）前記金属層と前記タブがニッケルから成る請求項
２記載の装置。 - （６）前記疎水性の通気性薄膜がポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）から成る請求項５記載の装置。 - （７）前記ＰＴＦＥが焼結されていない請求項６記載の
装置。 - （８）前記触媒が白金とＰＴＦＥとの混合物から成る請
求項６記載の装置。 - （９）前記金属層のうち少くとも一つの層の幅が前記薄
膜の幅よりも大きく、そのことによつて前記装置の冷却
用フィンが形成される請求項１記載の装置。 - （１０）前記疎水性の通気薄膜がＰＴＦＥから成る請求
項１記載の装置。 - （１１）前記ＰＴＦＥが焼結されていない請求項１０記
載の装置。 - （１２）前記触媒が白金とＰＴＦＥとの混合物から成る
請求項１記載の装置。 - （１３）ケーシング、 該ケーシング内に収容された電極構造物、 触媒ストリップ、該触媒ストリップを覆う疎水性の通気
性薄膜、該薄膜を協同で被覆してサンドイッチ構造を形
成する第１および第２の通気性の金属層、ならびにらせ
ん状に成形された前記サンドイッチ構造から成り、電気
化学電池における気体の再化合を促進する、前記ケーシ
ング内にとりつけられる装置 から成る、電解液とともに使用する電気化合電池。 - （１４）前記装置が、前記らせんの外側端にとりつけら
れた金属タブをさらに含み、 前記装置が前記タブにより前記電池にとりつけられる請
求項１３記載の電池。 - （１５）前記ケーシングにとりつけられた端子をさらに
含み、 該端子が、前記ケーシングの内部に延びる第１の部分を
有し、 前記装置が前記端子の前記第１の部分にとりつけられる
請求項１３記載の電池。 - （１６）前記端子がカソード端子である請求項１５記載
の電池。 - （１７）前記電極構造物が複数の電極とそれぞれ一つの
電極にとりつけられた複数のストラップとを含み、 前記装置が前記らせんの外側端にとりつけられた金属タ
ブをさらに含む、 前記ストラップと前記タブを前記端子の前記第１の部分
にとりつけるための装置をさらに含む請求項１５記載の
電池。 - （１８）前記とりつけ装置が、前記第１の部分、ストラ
ップ、およびタブを貫通するボルトである請求項１７記
載の電池。 - （１９）前記装置が前記らせんの外側端にとりつけられ
た金属タブをさらに含み、該タブが前記端子の前記第１
の部分にとりつけられる請求項１５記載の電池。 - （２０）前記タブが前記第１および第２の金属層のうち
少くとも一つの層の一端によつて形成される請求項１９
記載の電池。 - （２１）Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池である請求項１３記載の電池
。
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