JPH046263B2 - - Google Patents
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- JPH046263B2 JPH046263B2 JP9857284A JP9857284A JPH046263B2 JP H046263 B2 JPH046263 B2 JP H046263B2 JP 9857284 A JP9857284 A JP 9857284A JP 9857284 A JP9857284 A JP 9857284A JP H046263 B2 JPH046263 B2 JP H046263B2
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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
- H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特定量の残存窒素を含有する炭素繊
維を構成する炭素質黒鉛に特定量のカリウムを含
ませたカリウム−黒鉛層間化合物の電極と、硝酸
電解質溶液の電解液を組合せた温度差電池に関す
る。 従来、工場の温排水などの熱源を利用した温度
差電池が知られている（Can.J.Chem、54、3341
（1976）、特開昭55−86074号、同55−121275号、
同58−145072号公報）。これら既知の温度差電池
にあつては、電極材として、臭素一黒鉛層間化合
物、ハロゲン−黒鉛繊維層間化合物、硝酸−黒鉛
層間化合物などが用いられ、また電解質として硝
酸電解質溶液、臭化カリウム水溶液などが用いら
れていた。しかし、これらの温度差電池の起電力
は充分満足すべきものではなかつた。 そこで、本発明者は、一層高い起電力の得られ
る温度差電池を開発すべく、電極材と電解質溶液
の組合せについて検討の結果、本発明に至つたも
のである。 (1) 窒素含有量１〜６重量％のアクリロニトリル
系炭素繊維を構成するところの一部又は実質上
全部が黒鉛結晶構造をとつている炭素質黒鉛に
５〜15重量％のカリウムを含ませたカリウム−
黒鉛層間化合物を電極とし、この電極と硝酸電
解質溶液の電解液とを組合せてなる温度差電
池。 (2) 電解液の濃度が20〜40重量％である特許請求
の範囲１の温度差電池。 このような温度差電池は、黒鉛材系を用いた従
来の温度差電池よりも高い起電力を得ることがで
きる。 本発明における炭素繊維は窒素含有量１〜６重
量％のアクリロニトリル系炭素繊維である。 窒素含有量が１重量％未満では起電力が低く所
期の効果が得られ難く、６重量％超では繊維が電
解質溶液に対して安定でなくなる。 このような炭素繊維は、アクリロニトリル系繊
維を通常の方法によつて耐炎化処理後1100〜1800
℃の非酸化性雰囲気中で炭化処理することによつ
て得られる。 炭化処理の温度が更に高くなると窒素含有量は
低下し、2000℃を超えると黒鉛化するが、このよ
うな繊維を用いた電池では、本発明のような高い
起電力は得られない。 炭素繊維としては、レーヨン系、その他の有機
繊維を原料としたもの、ピツチ系などが知られて
いるが、本発明における炭素繊維は、アクリロニ
トリル系繊維を原料とした炭素繊維、すなわちア
クリロニトリル系炭素繊維であつて、しかもこの
炭素繊維のうち、特に前記した通りの窒素含有量
のものである。 本発明における電極は、このようなアクリロニ
トリル系炭素繊維を構成するところの一部又は実
質上全部が黒鉛結晶構造をとつている炭素質黒鉛
に５〜10重量％のカリウムを含ませたものであ
る。カリウム含量が５重量％未満では効果が低
く、15重量％を超えては含有し難い。 このものの製造は、例えば次のようにして行わ
れる。 (1) 上記アクリロニトリル系炭素繊維を密閉器中
でカリウム蒸気と200〜350℃にて24時間以上反
応させ、次いでこれを系外に取出し約12時間放
置分解してカリウム含有量５〜15重量％のアク
リロニトリル系炭素繊維とする。カリウム含有
量の調整は、例えば繊維とカリウムの量を調整
することによつて行われる。 (2) 上記アクリロニトリル系炭素繊維をK+−ナ
フタレン錯体のテトラヒドロフラン（THF）
溶液に入れ、室温にて反応させ、次いでこれを
空気中で乾燥し、更に約800℃の電気炉に急激
に投入し、カリウムを含むアクリロニトリル系
炭素繊維とする。 電解液としての硝酸電解質溶液は、硝酸水溶液
の他、亜鉛、カリウムなどの金属硝酸塩類が用い
られる。この電解質溶液の濃度は20〜40重量％が
好適である。 黒鉛の層間化合物を電極とした電池の電解液と
しては、硝酸の外、過塩素酸リチウム、ハロゲン
化リチウムなどの電解質が知られているが、上記
したカリウム含有アクリロニトリル系炭素繊維電
極においては、硝酸電解質、特に硝酸を主成分と
する電解液との組合せにより高い起電力が得られ
る。 本発明温度差電池の概念図を示すと第１図の通
りである。 第１図において、セルC1、及びC2を管の液相
ブリツヂを形成するように環状に連結されたＵ字
管１の上部に、セルC1、C2に分解ガスが流通す
るよう管２を連通して気相ブリツヂを形成したパ
イレツクスガラス製セルに電解質溶液３を注入す
る。セルC1、C2の開孔部はキヤツプ４，４′で密
封し、系を形成する。 キヤツプ４，４′には、それぞれ白金電極E1、
E2を取付け、各白金電極の下端部は電解液３に
浸すように配する。 セルC1、C2にはそれぞれ所定の温度の媒体が
循環するジヤケツト５，５′を有する。セルC1の
ジヤケツト５には高温の媒体を循環させ、高温側
電極部とする。またセルC2のジヤケツト５′には
低温の媒体を循環させる。 電極材となるカリウム含有アクリロニトリル系
炭素繊維６，６′は両極に固定され、両極E1、E2
を導線で結ぶことによつて温度差電池が形成され
る。 高温サイドセルC1の温度は50℃以上あれば充
分電池として働き、低温サイドセルC2の温度は
30℃以下の温度で有効に作用させることができ
る。 以下本発明を実施例により説明する。 実施例 １ アクリロニトリル系繊維を通常の方法によつて
比重１，42となるまで耐炎化処理したのち1300℃
窒素雰囲気中で炭化処理し、窒素含有量4.3重量
％のアクリロニトリル系炭素繊維とした。 この炭素繊維（このものは黒鉛結晶構造を有し
ている。）を密閉容器中250℃にて24時間カリウム
蒸気と接触させ約40重量％のカリウムを含むアク
リロニトリル系炭素繊維（濃茶〜金色）とした。 次いでこのものを空気中に取出して放置分解し
カリウム含有量10重量％のアクリロニトリル系炭
素繊維とした。 次いで、このカリウム含有アクリロニトリル系
炭素繊維約0.5ｇを第１図に示したテスト用温度
差電池の両極に取付け電極とした。 電解液は30重量％硝酸水溶液を使用し、ジヤケ
ツト温度は高温側80℃、低温側20℃とした。E1、
E2両電極の間に電圧計を接続し、回路電圧を測
定するとともに、10Ωの抵抗を入れた場合の負荷
電流を測定しその結果を第１表に示す。 比較のため、前記実施例にて使用したカリウム
を含ませる前のアクリロニトリル系炭素繊維を使
用した場合（比較例Ａ）、2500℃で処理したアク
リロニトリル系黒鉛繊維（含窒素量０％）とカリ
ウムとの層間化合物を使用した場合（比較例Ｂ）、
及び3000℃で処理したピツチ系黒鉛繊維とカリウ
ムとの層間化合物を使用した場合（比較例Ｃ）の
起電力を調べた。その結果を第１表に示す。この
結果によれば、実施例１の場合、各比較例に比し
電位差の値（mV）が高く、したがつて起電力が
高いことがわかる。 【表】
維を構成する炭素質黒鉛に特定量のカリウムを含
ませたカリウム−黒鉛層間化合物の電極と、硝酸
電解質溶液の電解液を組合せた温度差電池に関す
る。 従来、工場の温排水などの熱源を利用した温度
差電池が知られている（Can.J.Chem、54、3341
（1976）、特開昭55−86074号、同55−121275号、
同58−145072号公報）。これら既知の温度差電池
にあつては、電極材として、臭素一黒鉛層間化合
物、ハロゲン−黒鉛繊維層間化合物、硝酸−黒鉛
層間化合物などが用いられ、また電解質として硝
酸電解質溶液、臭化カリウム水溶液などが用いら
れていた。しかし、これらの温度差電池の起電力
は充分満足すべきものではなかつた。 そこで、本発明者は、一層高い起電力の得られ
る温度差電池を開発すべく、電極材と電解質溶液
の組合せについて検討の結果、本発明に至つたも
のである。 (1) 窒素含有量１〜６重量％のアクリロニトリル
系炭素繊維を構成するところの一部又は実質上
全部が黒鉛結晶構造をとつている炭素質黒鉛に
５〜15重量％のカリウムを含ませたカリウム−
黒鉛層間化合物を電極とし、この電極と硝酸電
解質溶液の電解液とを組合せてなる温度差電
池。 (2) 電解液の濃度が20〜40重量％である特許請求
の範囲１の温度差電池。 このような温度差電池は、黒鉛材系を用いた従
来の温度差電池よりも高い起電力を得ることがで
きる。 本発明における炭素繊維は窒素含有量１〜６重
量％のアクリロニトリル系炭素繊維である。 窒素含有量が１重量％未満では起電力が低く所
期の効果が得られ難く、６重量％超では繊維が電
解質溶液に対して安定でなくなる。 このような炭素繊維は、アクリロニトリル系繊
維を通常の方法によつて耐炎化処理後1100〜1800
℃の非酸化性雰囲気中で炭化処理することによつ
て得られる。 炭化処理の温度が更に高くなると窒素含有量は
低下し、2000℃を超えると黒鉛化するが、このよ
うな繊維を用いた電池では、本発明のような高い
起電力は得られない。 炭素繊維としては、レーヨン系、その他の有機
繊維を原料としたもの、ピツチ系などが知られて
いるが、本発明における炭素繊維は、アクリロニ
トリル系繊維を原料とした炭素繊維、すなわちア
クリロニトリル系炭素繊維であつて、しかもこの
炭素繊維のうち、特に前記した通りの窒素含有量
のものである。 本発明における電極は、このようなアクリロニ
トリル系炭素繊維を構成するところの一部又は実
質上全部が黒鉛結晶構造をとつている炭素質黒鉛
に５〜10重量％のカリウムを含ませたものであ
る。カリウム含量が５重量％未満では効果が低
く、15重量％を超えては含有し難い。 このものの製造は、例えば次のようにして行わ
れる。 (1) 上記アクリロニトリル系炭素繊維を密閉器中
でカリウム蒸気と200〜350℃にて24時間以上反
応させ、次いでこれを系外に取出し約12時間放
置分解してカリウム含有量５〜15重量％のアク
リロニトリル系炭素繊維とする。カリウム含有
量の調整は、例えば繊維とカリウムの量を調整
することによつて行われる。 (2) 上記アクリロニトリル系炭素繊維をK+−ナ
フタレン錯体のテトラヒドロフラン（THF）
溶液に入れ、室温にて反応させ、次いでこれを
空気中で乾燥し、更に約800℃の電気炉に急激
に投入し、カリウムを含むアクリロニトリル系
炭素繊維とする。 電解液としての硝酸電解質溶液は、硝酸水溶液
の他、亜鉛、カリウムなどの金属硝酸塩類が用い
られる。この電解質溶液の濃度は20〜40重量％が
好適である。 黒鉛の層間化合物を電極とした電池の電解液と
しては、硝酸の外、過塩素酸リチウム、ハロゲン
化リチウムなどの電解質が知られているが、上記
したカリウム含有アクリロニトリル系炭素繊維電
極においては、硝酸電解質、特に硝酸を主成分と
する電解液との組合せにより高い起電力が得られ
る。 本発明温度差電池の概念図を示すと第１図の通
りである。 第１図において、セルC1、及びC2を管の液相
ブリツヂを形成するように環状に連結されたＵ字
管１の上部に、セルC1、C2に分解ガスが流通す
るよう管２を連通して気相ブリツヂを形成したパ
イレツクスガラス製セルに電解質溶液３を注入す
る。セルC1、C2の開孔部はキヤツプ４，４′で密
封し、系を形成する。 キヤツプ４，４′には、それぞれ白金電極E1、
E2を取付け、各白金電極の下端部は電解液３に
浸すように配する。 セルC1、C2にはそれぞれ所定の温度の媒体が
循環するジヤケツト５，５′を有する。セルC1の
ジヤケツト５には高温の媒体を循環させ、高温側
電極部とする。またセルC2のジヤケツト５′には
低温の媒体を循環させる。 電極材となるカリウム含有アクリロニトリル系
炭素繊維６，６′は両極に固定され、両極E1、E2
を導線で結ぶことによつて温度差電池が形成され
る。 高温サイドセルC1の温度は50℃以上あれば充
分電池として働き、低温サイドセルC2の温度は
30℃以下の温度で有効に作用させることができ
る。 以下本発明を実施例により説明する。 実施例 １ アクリロニトリル系繊維を通常の方法によつて
比重１，42となるまで耐炎化処理したのち1300℃
窒素雰囲気中で炭化処理し、窒素含有量4.3重量
％のアクリロニトリル系炭素繊維とした。 この炭素繊維（このものは黒鉛結晶構造を有し
ている。）を密閉容器中250℃にて24時間カリウム
蒸気と接触させ約40重量％のカリウムを含むアク
リロニトリル系炭素繊維（濃茶〜金色）とした。 次いでこのものを空気中に取出して放置分解し
カリウム含有量10重量％のアクリロニトリル系炭
素繊維とした。 次いで、このカリウム含有アクリロニトリル系
炭素繊維約0.5ｇを第１図に示したテスト用温度
差電池の両極に取付け電極とした。 電解液は30重量％硝酸水溶液を使用し、ジヤケ
ツト温度は高温側80℃、低温側20℃とした。E1、
E2両電極の間に電圧計を接続し、回路電圧を測
定するとともに、10Ωの抵抗を入れた場合の負荷
電流を測定しその結果を第１表に示す。 比較のため、前記実施例にて使用したカリウム
を含ませる前のアクリロニトリル系炭素繊維を使
用した場合（比較例Ａ）、2500℃で処理したアク
リロニトリル系黒鉛繊維（含窒素量０％）とカリ
ウムとの層間化合物を使用した場合（比較例Ｂ）、
及び3000℃で処理したピツチ系黒鉛繊維とカリウ
ムとの層間化合物を使用した場合（比較例Ｃ）の
起電力を調べた。その結果を第１表に示す。この
結果によれば、実施例１の場合、各比較例に比し
電位差の値（mV）が高く、したがつて起電力が
高いことがわかる。 【表】
第１図は本発明温度差電池の概念図を示す。
１：Ｕ字管、３：電解質溶液、４，４′：キヤ
ツプ、５，５′：ジヤケツト、６，６′：電極材。
ツプ、５，５′：ジヤケツト、６，６′：電極材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒素含有量１〜６重量％のアクリロニトリル
系炭素繊維を構成するところの一部又は実質上全
部が黒鉛結晶構造をとつている炭素質黒鉛に５〜
15重量％のカリウムを含ませたカリウム−黒鉛層
間化合物を電極とし、この電極と硝酸電解質溶液
の電解液とを組合せてなる温度差電池。 ２ 電解液の濃度が20〜40重量％である特許請求
の範囲１の温度差電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9857284A JPS60243979A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 温度差電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9857284A JPS60243979A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 温度差電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60243979A JPS60243979A (ja) | 1985-12-03 |
| JPH046263B2 true JPH046263B2 (ja) | 1992-02-05 |
Family
ID=14223384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9857284A Granted JPS60243979A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 温度差電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60243979A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012140856A1 (ja) * | 2011-04-12 | 2012-10-18 | 国立大学法人 筑波大学 | 酸化還元反応を利用した熱電変換方法および熱電変換素子 |
| NL2008394C2 (nl) * | 2011-09-23 | 2013-03-26 | Stichting Wetsus Ct Excellence Sustainable Water Technology | Werkwijze en systeem voor directe thermische elektriciteitsopwekking. |
| EP3818585A4 (en) * | 2018-07-06 | 2022-03-30 | The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of the Navy | INTERNAL BATTERY SHORT CIRCUIT TRIGGER AND METHOD FOR ENHANCED PERFORMANCE |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP9857284A patent/JPS60243979A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60243979A (ja) | 1985-12-03 |
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