JPH0472356B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は、金属酸化物を正極活性物質とし、水
素を負極活物質とするいわゆる充放電可能な金属
酸化物・水素電気に関する。

［従来技術とその問題点］ 金属酸化物を正極活物質とし、水素を負極活物
質とする混成電池には、例えばニツケル・水素
（HiOOH・H₂）電池、銀・水素（AgO・H₂）電
池などがある。これらの電池は寿命が長く、出力
電流も極めて大きく、かつ基本的には軽量なの
で、一部の特殊用途ではあるが、従来のニツケ
ル・カドミウム（NiOOH・Cd）電池にかわつて
使用されはじめている。

これらの電池の構成としては、正極にNiOOH
などの金属酸化物極、負極は触媒極であり、例え
ば白金担持のカーボンブラツク粉末を樹脂などで
混練後、シート化したものが用いられる。電池内
には負極活物質である水素ガスが封入されてい
る。ただし、この水素は通常、充電によつて電箇
液中の水が分解して生成したものである。また、
電解液としては、KOHなどのアルカリ水溶液を
用い、また正極と負極との間に電解液を含んだセ
パレータを介している。

しかしこれらの電池では、水素を活物質として
いるため、電池容器を完全密閉する必要があり、
しかも電池内の水素圧は相当大きくなるので、容
器は耐圧性（〜50Kg／cm³）のものになつている。
このため電池容器はかなり重くなり、これらを複
数接続して組電池を構成する場合には、電池の容
量に比較し、極めて大きな容積と重量を占めるこ
とになる。いわば高性能ではあるが重くて危険な
電池となつていた。

これをさけるために、最近では水素吸蔵金属が
この電池に使用されるようになつてきた。すなわ
ち、水素をこの水素吸蔵金属に保持させ、電池の
放電時に必要な水素をこれからとり出して供給
し、逆に充電時に発生する水素をこれに再び保持
させるものである。このような方法によつて、電
池内の水素圧力をほぼ一定のしかもかなり低い
値、例えば10〜５Kg／cm³程度（この値は使用する
水素吸蔵金属の種類、組成などにより変化する）
以下にすることが可能となつた。このため、電池
容器の重さや、電池としての安全性の問題も大巾
に改善された。

しかしながら、この場合問題となるのは、水素
吸蔵金属が水（H₂O）やアルカリ水溶液と接す
るとその機能が著しく低下するという欠点であつ
た。すなわち、例えばH₂Oに濡れた水素吸蔵金
属は、一般に水素の吸蔵・放出の速度がおそくな
り、そして、さらに吸蔵・放出そのものの能力が
減少するのである。このため従来は、電池容器と
は別の容器に水素吸蔵金属を収納し、この容器と
電池の間を金属パイプで接続して、純粋な水素だ
けが水素吸蔵金属上に達するようにしていた。し
かしこれでは電池以外に別の容器が必要であり、
取扱上でも、経済上でも不利であつた。

［発明の目的］ 本発明は上述した従来の欠点を改良したもので
電池内にあつても水素吸蔵金属体がその機能をそ
こなわず長期間安定して使用することのできる金
属酸化物・水素電池を提供するものである。

［発明の概要］ 本発明は金属酸化物・水素電池において電池容
器の内部にそつて水素吸蔵金属体を配置し、この
水素吸蔵金属体が電池内部の発電要素とは気体
（特に水素ガス）だけ交換できるように、ポリテ
トラフルオロエチレン（PTFE）で撥水処理の施
された分離体を介して設けられた構造を有するも
のである。この分離体によつて水素吸蔵金属体へ
の電解液の侵入を防止でき、水素吸蔵金属の水素
の吸蔵及び放出の機能が十分に保たれることにな
る。

本発明の金属酸化物・水素電池の発電要素につ
いて説明する。

正極としては、NiOOHなどの金属酸化物を用
いる。負極は触媒極を用いる。触媒極は、例えば
白金担持のカーボンブラツク粉末をPTFEと混練
し、シート化したものを用いる。負極活物質とし
ては、水素ガスを用いる。KOHなどのアルカリ
水溶液が用いられる。正極と負極との間に電解液
を保持したセパレータを配置し、正極、負極を積
層してもよい。セパレータの材質としては、ポリ
プロピレン、ポリアミドなど不織布などを用いる
ことができる。

上記のような発電要素と、水素吸蔵金属体及び
PTFEで撥水性処理を施した分離体とが電池容器
内に収納されている。

第６図は、本願発明の金属酸化物・水素電池の
一例を示す断面図である。

水素吸蔵金属としては、LaNi₅・Fe−Ti系合
金、Ti−Mn系合金、Ti−Ni系合金等で、常温
で１〜10Kg／cm³程度の平衡圧を有するものならば
どれでも使用しうる。なお電池容器が金属レース
でこれを負極端子に使う場合は、水素吸蔵金属と
電池容器の間に適当な絶縁性フイルムを設けてお
いてもよい。

電池容器１０には発電要素がスタツクされてい
る。スタツクの形式は、正極６／パレータ５／負
極４／ガス拡散スクリーン３を一単位として、こ
れを複数接続して一体化しており、正極及び負極
は中央部でそれぞれ並列に接続され、各々正極リ
ード１２、及び負極リード１１を通じて正極端子
１５及び負極端子（電池容器１０と兼用）に接続
されている。１，２，７、及び８は各々発電要素
を固定するためのボルト１、おさえ板２、ナツト
７、台座８である。１３、及び１６は、各々電池
を密閉するためのガスケツト１３及び電池キヤツ
プ１６である。

水素吸蔵金属体及び分離体は電池容器１０の内
壁の９に示される部分に配置されている。第１図
中９に示される水素吸蔵金属体及び分離体の配置
を第１図に詳しく示す。

第１図は電池容器の部分断面示しており、１０
は電池容器、１７は分離体、１８が水素吸蔵金属
体である。１９，１９′および２０，２０′は分離
体１８の外周部を固定するための耐アルカリ溶液
性の合成樹脂枠体である。２１は電池容器１０が
負極端子を併用する際、水素吸蔵金属体１８と電
池容器１０の接触を防止するための絶縁性フイル
ムであり、必要に応じて使用する。水素吸蔵金属
体１８はこの図のように直接入れてもよいし、何
らかの支持体に担持させてもよい。第２図は電池
内部の一部の斜視図で、第１図の構造のものを必
要な数だけ配置する状態を示している。なお番号
は第１図と同じものである。

本願発明に係わる金属酸化物・水素電池に係わ
る水素吸蔵金属としては、LaNi₅、Fe−Ti系合
金、Ti−Mn系合金、Ti−Ni系合金等、常温で
１〜10Kg／cm³程度の平衡圧を有するものならばど
れでも使用しうる。なお電池容器が金属ケースで
これを負極端子に使う場合は、水素吸蔵金属を電
池容器の間に適当な絶縁性フイルムを設けておい
てもよい。

また分離体は気体のみを透過し、液体を透過し
ないものであればよく薄いNi焼結体がNi製の発
砲メタル等にPTFEを付与したものや閉口度の小
さい不織布等にPTFEを付与したもの等が使え
る。

［発明の実施例］ 以下、実施例により本発明を説明する。

金属酸化物・水素電池としてニツケル酸化物
（NiOOH）・水素電池を例にとる。電池容器は直
径５cm、高さ10cmの円筒状で材質は厚さ１mmのス
テンレススチールである。この中にニツケル焼結
体に活物質（NiOOH）を含むニツケル酸化物電
極（正極）と、ニツケル焼結体に白金黒を付与し
た水素極（負極）とからなる電極郡を入れる。な
お、正極は放電状態で電池内に挿入する。電池容
量としては10Ahである。

水素吸蔵金属としては粒径が0.1mm〜0.3mmの
LaNi₅を合計で50ｇ使用した。水素吸蔵能力とし
て12Ah容量の水素を保持できる。水素吸蔵金属
体は最初水素で活性化したあと平衡圧が１気圧に
なる状態まで水素を放出させたものを電池に入れ
た。

次に分離体の製造は次のように行なつた。まず
分離体の基材としては厚さ0.5mm、多孔度約80％
のニツケル焼結体を使用した。撥水処理の方法
は、1μｍ程度の微粒子をその固形分として約30
％程度含むPTFEの分散液の中に上記焼結体を約
１時間浸漬し、その後100〜140℃程度で約３時間
乾燥させることによつて行なつた。この処理によ
り、前記焼結体の微細孔は閉塞することなくその
孔表面にPTFEが付着し、少量のアルカリ溶液が
この分離体の発電要素側の表面についても反対側
の面まで侵入せず、しかも気体成分だけは通過す
るような機能をもつた分解体が形成できる。

次に、上記の水素吸蔵金属体および分離体を前
述した第１図のように電池容器内表面に設置す
る。

上述のようにして、第６図に示され如くの金属
酸化物・水素電池を作製した。

次にこのようにして作成した電池と、比較例と
して上記実施例において分離体に撥水処理を施さ
ないで作成した電池の特性試験の結果を第３図乃
至第５図に示す。充電・放電とも0.2C（２Ａ）で
行ない、充電は５時間とし、60分間休止し、つい
で放電は1Vまでとした。最初に放電試験の３サ
イクル目の結果を示す。第３図は充放電曲線、第
４図が電池内の水素圧力でＡが実施例、Ｂは比較
例である。比較例の場合、第３図からわかるよう
に、充電曲線は差異がないが、放電曲線は、電圧
も低く、時間も短い。これに対して実施例は放電
曲線は電圧も高く時間も長い。また第４図でわか
るように、比較例では充電時に水素圧がしだにい
上昇し、放電時には水素圧が低下している。これ
に対して実施例は水素圧の変化は少ないことがわ
かる。その理由は、比較例では水素吸蔵金属が電
解液にやや濡れはじめたために、水素の吸蔵およ
び放出の速度が低下したのに対し、本発明例では
そのようなことがおこつていないためであると考
えられる。

次に10サイクル目の結果を第５図に示す。これ
は５時間充電したあと、そのまま充電も放電も行
なわない状態で約15時間放置したときの電池内の
内圧の変化を示す。Ａが実施例Ｂが比較例であ
る。Ｂでは充電の最初から圧力が高く、かつ充電
の進行にしたがつて圧力が上昇し、このときは３
サイクル目の場合より上昇の速度が速い。放置状
態において、やや圧力が低下し、やがて一定値に
なるが、その値はかなり高いものになつている。
これに対してＡは３サイクル目の結果はほとんど
同一で、放置状態では短時間に、本来のLaNi₅の
常温における平衡水素圧とほぼ等しい値にもどつ
ている。すなわち比較例では、水素吸蔵速度の低
下のみならず、吸蔵自体も少なくなつているが、
本発明例ではそのどちらも低下していないことを
示している。

以上、分離体としてニツケル焼結体にPTFEで
撥水処理したものを例に示したが、このほかに先
に述べたように発砲メタルも使用可能であるし、
TiO₂、Al₂O₃、MgO等の金属酸化物の微粉末、
またはニツケルないしは炭素等の粉末をPTFEを
バインダとして混合、混練し、これらをシート状
に形成したものも撥水性を気体透過性とを有し、
分離体として使用できる事は言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる金属酸化物・水素電池
の電池容器の部分、第２図は本発明に係わる金属
酸化物・水素電池の電池容器の部分斜視図、第３
図乃至第５図は本発明に係わる金属酸化物・水素
電池の特性例を示す曲線図。第６図は、本発明に
係わる金属酸化物・水素電池の全体の構成を示す
断面図。 １……ボルト、２……おさえ板、３……拡散ス
クリーン、４……負極（触媒極）、５……セパレ
ータ、６……正極、７……ナツト、８……台座、
９……水素吸蔵金属体の位置、１０……電池容器
（負極端子）、１１……負極リード、１２……正極
リード、１３……ガスケツト、１４……安全弁、
１５……正極端子、１６……電池キヤツプ、１７
……分離体、１８……水素吸蔵金属体、１９，１
９′，２０，２０′……合成樹脂枠体、２１……絶
縁性フイルム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属酸化物からなる正極と、水素を負極活質
   としかつ触媒及び炭素物質を備えた負極と、アル
   カリ水溶液からなる電解液とを備えた発電要素
   と；前記発電要素を収納した電池容器とを備えた
   金属酸化物・水素電池において、水素吸蔵金属体
   が電池容器の内部に設けられ、ポリテトラフルオ
   ロエチレンで撥水処理が施された気体透過性を有
   する分離体で前記水素吸蔵金属体と、前記発電要
   素が隔てられている事を特徴とする金属酸化物・
   水素電池。