JPH03147279A

JPH03147279A - 亜鉛―臭素電池

Info

Publication number: JPH03147279A
Application number: JP1286321A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Tange; 恭一丹下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1991-06-24

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、電解液貯蔵槽を有しかつ電解液貯蔵槽内の電
解液を循環する亜鉛−臭素電池に関する。

［従来の技術］従来、電解液貯蔵槽を有して電解液貯蔵槽内の電解液を
循環する亜鉛−臭素電池においては、正極および負極が
設けられた反応槽内において次式に示す基本的な電気化
学反応が行われている。

（正極）２Ｂｒ−→Ｂｒ２　＋２ｅ（負極）Ｚｎ２＋＋２ｅ　　−１−Ｚｎ　　　　・−（
１）放電この反応式からも明らかなように、充電時には負極上に
亜鉛Ｚｎが析出し、正極では臭素Ｂ　ｒ　２が生成され
、この臭素Ｂ　ｒ　２は電解液中に溶解する。

また、放電時には、負極板上に析出された亜鉛Ｚｎが酸
化されてＺｎ２”＆なって電解溶液中に溶解し、同様に
電解溶液中の臭素Ｂ　ｒ　２は臭素イオン２Ｂｒ−とな
って電解溶液中に溶解する。

ところで、このような亜鉛−臭素電池では、充電時に生
成される臭素Ｂ　ｒ　２の電解溶液中における濃度が充
電時間の経過と共に増大し、該臭素Ｂ　ｒ　２が次第に
負極側に拡散していく。

そして、臭素Ｂ　ｒ　２は負極側においてＺｎと反応し
て亜鉛イオンＺｎ２＋と臭素イオンＢｒ−になり、自己
放電を起こしてしまうため、この亜鉛−臭素電池は、亜
鉛イオンＺｎ２＋および臭素イオンＢｒ−を透過しかつ
臭素Ｂ　ｒ　２の透過を阻止する自己放電防止用のセパ
レータ膜を用いて反応槽を正極側反応槽と負極側反応槽
とに分離し、正極側から負極側への臭素Ｂ　ｒ　２の拡
散を防止している。

更に、亜鉛−臭素電池には、臭素Ｂ　ｒ　２の拡散を防
止するために、電解液中に錯化剤を添加し、正極側電解
液中に溶解した臭素Ｂ　ｒ　２を電解液に解けにくい錯
体化合物とし、電解液中に油状に分離沈殿させている。

第４図は、従来の亜鉛−臭素電池を示し、この亜鉛−臭
素電池は、セパレータ１０の両側に正負の両反応槽１２
ａ、１２ｂと画電極１４ａ、１４ｂを有したセル１６を
多数積層した電池スタック１８からなり、これら画電極
１４ａ、１４ｂ間で電解液を介して前記第１式の電気化
学反応を行っている。

このような亜鉛−臭素電池では、電解液として臭化亜鉛
（Ｚ　ｎ　Ｂ　ｒ　２　）水溶液を用いており、必要に
応じて電導変向上剤、臭素錯化剤、デンドライト抑制剤
等が添加されている。

そして、充電時には、反応槽１２ａ、１２ｂ内において
、前記第１式に示す充電反応が行われ、正極１４ａ側で
は臭素Ｂ　ｒ　２が生成されて電解液内に溶解し、負極
１４ｂ側では亜鉛Ｚｎが析出して負極１４ｂ上に亜鉛Ｚ
ｎの析出層が形成されていく。

また、放電時には、充電時と逆の反応が行われ、正極１
４ａ側では臭素Ｂ　ｒ　２’が還元されて臭素イオン２
Ｂｒ″″となって電解液中に溶解し、負極１４ｂ側では
亜鉛Ｚｎの析出層が酸化されて亜鉛イオンＺ　ｎ　２”
ｈなって電解溶液中に溶解する。

このような電気化学反応が行われる反応槽１２ａ、１２
ｂ内は、充電時に発生する臭素Ｂ　ｒ　２により自己放
電が発生することがないように、その内部がセパレータ
１０により正極反応槽１２ａと負極反応槽１２ｂとに分
離されており、セパレータ１０は、自己放電を防止する
ために、電解液は透過させるが、電解液に溶解している
臭素Ｂ　ｒ　２の透過は阻止する。

このようなセパレータ１０としては一般にイオン交換膜
や多孔質膜が用いられるが、電池の内部抵抗を少なくす
るという観点からは多孔質膜を使用することが好ましい
。

そして、電解液循環型の電池では、充電時における電解
反応によって得たエネルギーを貯蔵するため、正極側電
解液貯蔵槽と負極側電解液貯蔵槽とが設けられている。

また、正極側電解液貯蔵槽は正極反応槽１２ａとの間で
配管を介して電解液循環経路を構成しており、循環経路
に設けたポンプにより正極反応槽１２ａにおいて反応し
た正極電解液を貯蔵槽へ送り出し、貯蔵槽内に貯蔵され
た新たな電解液を正極反応槽１２　ａに供給している。

この際、電解液に臭素錯化体が添加されている場合、充
電時に発生した臭素Ｂ　ｒ　２は錯体化され、電解液に
不溶な錯体化合物となって析出し、この錯体化合物は貯
蔵槽の底部に沈殿して貯蔵される。

更に、錯体化合物を貯蔵する貯蔵槽は反応槽１２ａに向
けて放電用に送り出される。

同様に、負極側電解液貯蔵槽は負極反応槽１２ｂとの間
で配管を介して電解液循環経路を構成しており、循環経
路に設けたポンプにより負極反応槽１２ｂにおいて反応
した負極電解液を貯蔵槽へ送り出し、貯蔵槽内に貯蔵さ
れた新たな電解液を負極反応槽１２ｂに供給している。

このように、亜鉛−臭素電池は、貯蔵槽内に電解液を十
分に貯蔵し、貯蔵電解液を用いて充電時には第１式に示
す充電反応を行い、放電時には、錯体貯蔵部に貯蔵され
る臭素の錯体化合物を正極反応槽１２ａに送り出し、錯
体化合物と負極１４ｂ上に形成される亜鉛の析出層とを
用い、第１式に示す放電反応を行い、その充電電力を放
出することができる。

［発明が解決しようとする課題］従来の亜鉛−臭素電池は、以上のように構成されている
ので、充電中、放電中、放置中をとわずシャントカレン
トが流れ、電池スタック１８の中央部分のセル１６では
両端のセル１６に比べて充電時小さくかつ放電時大きな
電流が流れるため、充放電を繰り返すうちに負極に析出
する亜鉛の量に大きな差が生じてセル容量が低下し、繰
り返し充放電を行っているうちに放電容量が低下すると
いう課題があった（第５図参照）。

そこで、この課題を解消するものとして、中央部分のセ
ルに外部通電端子を設けて充電することが考えられるが
、電極抵抗は距離と共に大きくなるため、外部通電端子
付近しか電流が流れず、電極内の電流密度の均一化を図
るものが希求されていた。

この発明は、上記のような課題を解消するために成され
たもので、電池スタックの中央部分に設けられた少なく
とも２個の集電極により電池スタックの中央部分のみ充
電する亜鉛−臭素電池を得ることを特徴とする。

［課題を解決するための手段〕この発明に係わる亜鉛−臭素電池は、電解液は透過させ
るが電解液に溶解している物質の透過は阻止するセパレ
ータ、セパレータの両側に配設された正負電解液反応槽
、および正負電解液反応槽内に配設された正負電極から
なるセルを多数積層した電池スタックを有し、かつ電池
スタックの中央部分に少なくとも２個の集電極を設け、
各セルを直列に接続すると共に各セルに電解液を並列に
流し、前記集電極により電池スタックの中央部分のみ充
電し得るように構成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

この発明における亜鉛−臭素電池は、セパレータにより
電解液は透過させるが電解液に溶解している物質の透過
は阻止し、正負電解液反応槽内に配設された正負電極か
らなるセルを直列に接続すると共に各セルに電解液を並
列に流し、電池スタックの中央部分に設けられた少なく
とも２個の集電極により、セルを多数積層した電池スタ
ックの中央部分のセルのみ充電する。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図は、本発明に係わる亜鉛−臭素電池の構成を示す
断面図であり、亜鉛−臭素電池は、左右エンドブロック
２０ａ、２０ｂを有しており、左右エンドブロック２０
ａ、２０ｂの間に電池スタック２２が設けられている。

そして、電池スタック２２は、左エンドブロック２０ａ
の内側に隣接して設けられた負極側集電極２４と、電解
液は透過させるが電解液に溶解している物質の透過は阻
止するセパレータ２６およびセパレータ２６の両側に配
設された一面が正極となり他面が負極となる電極２８か
らなるセル３０と、多数積層されたセル３０（例えば全
セル数６５とする）の１０セル目と５５セル目に配置さ
れた集電極３２と、右エンドブロック２０ｂの内側に隣
接して設けられた正極側集電極３４とからなっている。

また、負極側集電極２４は、内部に金属メツシュ等によ
り構成された集電体３６をそなえており、集電体３６の
一端は外部に突き出して負極端子３６ａを構成している
。

同様に、正極側集電極３４は、内部に金属メツシュ等に
より構成された集電体３８をそなえており、集電体３８
の一端は外部に突き出して正極端子３８ａを構成してい
る。

更に、集電極３２は、第２図に示するように、集電体４
０として金属（銀、銅等）メツシュまたはイクスバンド
メタルが用いられ、集電体４０を２枚のカーボンプラス
チック板４２．４４によりホットプレスして製造し、そ
の厚さは正極側集電極３４または負極側集電極２４の２
〜３倍である。

この際、集電体４０の一部はカーボンプラスチック板４
２．４４外に突き出して外部通電端子４０ａを構成する
。

なお、亜鉛−臭素電池として使用する場合は、正極側に
正極活性を向上する処理を行う。

ついで、本実施例の作用について説明する。

充電時には、前記第１式に示す充電反応が行われ、電極
２８の正極面側では臭素Ｂ　ｒ　２が生成されて電解液
内に溶解し、電極２８の負極面側では亜鉛Ｚｎが析出し
て負極面上に亜鉛Ｚｎの析出層が形成されていく。

また、放電時には、充電時と逆の反応が行われ、電極２
８の正極面側では臭素Ｂ　ｒ　２が還元されて２臭素イ
オンＢｒ″″となって電解液中に溶解し、電極２８の負
極面側では亜鉛Ｚｎの析出層が酸化されて亜鉛イオンＺ
ｎ”ｈなって電解溶液中に溶解する。

この際、セパレータ１０は、自己放電を防止するために
、電解液は透過させるが、電解液に溶解している臭素Ｂ
ｒ２の透過は阻止する。

そして、亜鉛−臭素電池が５サイクル目の充電を終了し
た時、集電極３２．３２を用いて中央部分のセル（１０
セル〜５５セル）３０のみ充電を行うと、第３図に示す
ように、中央部分のセル（１０セル〜５５セル）３０の
容量を向上してセル容量差を７０Ａｈから８５Ａｈへと
約２０％改善できることが理解される。

なお、上述実施例においては、集電極を２個備えていた
が、本発明は集電極の数に限定されるものではない。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば電池スタックの
中央部分に設けられた少なくとも２個の集電極により電
池スタックの中央部分のセルのみ充電し得るように構成
したので、セル容量差を中央部分と両端部分とで低減し
て、完全放電を行う頻度を１〜２回１５サイクルから１
〜２回／１０〜５０サイクルへ低減でき、これによりメ
ンテナンス性能を向上することができる。また、剛性の
高い集電極を設けたので、電極歪みを抑制して、電解液
を安定して循環でき、これにより電池の寿命を延長する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る亜鉛−臭素電池の構成を示す断
面図、第２図は、本発明に係る集電極の構成を示す斜視図、第３図は、本発明の作用を示す図、第４図は、従来の亜鉛−臭素電池の構成を示す斜視図、第５図は、従来の亜鉛−臭素電池の課題点を示す図であ
る。１０．２６　　・・・　セパレータ１２ａ　　・・・　正電解液反応槽１２ｂ　　・・・　負電解液反応槽１４ａ、１４ｂ、２８　　・”　　正負電極１８．２２
　　・・・　電池スタック３０　・・・　セル３２　・・・　集電極第１図

Claims

【特許請求の範囲】電解液は透過させるが電解液に溶解している物質の透過
は阻止するセパレータ、セパレータの両側に配設された
正負電解液反応槽、およびセパレータの両側に配設され
た正負電極からなるセルを多数積層した電池スタックを
有し、各セルを直列に接続すると共に各セルに電解液を
並列に流す亜鉛−臭素電池において、前記電池スタックの中央部分に、少なくとも２個の集電
極を設け、これらの集電極により電池スタックの中央部
分のみ充電し得るように構成したことを特徴とする亜鉛
−臭素電池。