JPH05217607A - 金属酸化物水素電池 - Google Patents

金属酸化物水素電池

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JPH05217607A
JPH05217607A JP4288600A JP28860092A JPH05217607A JP H05217607 A JPH05217607 A JP H05217607A JP 4288600 A JP4288600 A JP 4288600A JP 28860092 A JP28860092 A JP 28860092A JP H05217607 A JPH05217607 A JP H05217607A
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アール ジョーンズ ケネス
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ピー ザグロドニック ジェフリー
James T Daley
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属酸化物水素電池は電解液収容及び水素通
気をするシールされたセルモジュールを有する。電池は
夫々が正及び負端子を有し、水酸化カリウムのような電
解液を含む複数のセルモジュールを含む外部圧力容器を
含む。各セルモジュールは電解流の流に対し不浸透であ
る可撓性のシールされたバッグに囲まれる。バッグは望
ましくは熱可塑性フィルムからなる多層構造である。各
バッグは水素ガスの流に対して浸透性であるが、電解液
の流れに対しては不浸透であるベントを設けられる。電
気的リードは各セルモジュールの端子に接続され、バッ
グを通してシールされた関係で延在する。 【構成】 本発明は電解液がセルモジュール間で漏れる
のを防ぎ、水素ガスがセルモジュール及び外部圧力容器
間を自由に通るのを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】ニッケル酸化物水素電池のような
金属酸化物水素電池は、それらが充電可能であり、極め
て長い寿命を有し、全体放電周期中均一出力を生じるの
で航空機スタータ電池としての使用と、航空宇宙におけ
る使用とかでなされてきた。
【０００２】
【従来の技術】典型的ニッケル酸化物水素電池におい
て、電池セルは圧縮水素ガスを含む外圧容器内にシール
される。電池の放電の際、水素ガスは陰極板の触媒面を
覆う電解液を通って拡散し、単原子形に分解される。単
原子水素はイオン化され、ヒドロキシルイオンと結合し
て水を形成し、電子は各水素イオンの形成の過程中開放
される。更に、ヒドロキシルイオンは水のニッケル酸化
物の利用される酸化含量との反応により陽極で形成され
る。これらの反応の結果として、電子流は外部回路で発
生される。
【０００３】再充電の際、反応は逆転し、再充電は陰極
での水素の再生及び陽極でのニッケルの再酸化を特徴と
する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】水酸化カリウムは金属
酸化物水素電池の電解性として一般に用いられる。水酸
化カリウムの高湿潤性の為、水酸化カリウムの毛管移行
と、セルモジュール間を橋絡し、短かい経路を生じるの
を防ぐよう大きな配慮がされなければならない。金属酸
化物水素電池の周期中に発生した酸素がセルモジュール
から漏れる場合、それは電池の種々のセルモジュールで
非均一に再結合しうる。酸素の形成が水を費やすことで
生じ、陰極での水素とのその再結合が水を形成するの
で、非均一再結合の実結果は電池の性能を阻害し、究極
的にその故障を生じうるいくつかのセルモジュールの乾
燥を導びきうる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は電解液を収容
し、水素ガスの通気のないシールされたセルモジュール
を有する金属酸化物水素電池に係る。特に電池は夫々が
正及び負の端子を有し、水酸化カリウムのような液体電
解液を含む複数のセルモジュールを含む外部圧力容器を
含む。各セルモジュールはプラスチックバッグのよう
な、電解液の流れに対し不浸透であり、熱可塑生フィル
ムから形成されうる可撓性のシールされた容器で囲まれ
る。バッグは望ましくは一対の背合せの陽極と、ベント
に極めて近接してセルモジュールの外面近くに位置する
一対の陰極とを含む。陰極をベントの近くに位置させる
ことにより、セルモジュールの充電中になされる酸素の
再結合は酸素が水素ガスの流れと共にベントを通って漏
れ、従って電池の性能を妨害しうるセルモジュールを乾
燥する可能性を最小化する前に促進される。
【０００６】本発明の変形例では、各セルモジュールは
一対の重畳された可撓性のあるシールされたバッグ内に
収容され、各バッグにはガスベントが設けられている。
この装置において、重畳されたバッグのベントは整列し
てはおらず、これにより水素ガスがベントを通ってセル
モジュールに流れる曲った通路に従がわなければならな
い。二重バッグ装置の使用は更にポリエチレンフィルム
の外層間に挟持された内部ナイロンフィルムからなる多
層構造である。
【０００７】水素ガスがバッグを通って流れることを可
能とする為、各バッグは水素ガスの流れに対し浸透性が
あるが、電解液の流れに対しては不浸透である。望まし
くは繊維性ポリテトラフルオロエチレン（ゴーテック
ス）で形成されたベントを設けられる。各バッグの一部
はバッグ内のガスの流れに対する溝又はマニホールドを
提供するよう収容されたセルモジュールから離間してい
る。
【０００８】電気的リードは各セルモジュールの端子に
接続され、バッグを通ってシールされた関係で延在す
る。本発明の望ましい形態では、各セルモジュールはセ
ルモジュール間に電解液の流れがないことを確実にす
る。本発明は電解液のセルモジュール間の漏れを防ぎ、
電気的橋絡を形成する液体電解液用陽極収容を提供し、
更に構造はセルモジュール及び外部圧力容器間を自由に
水素ガスが流れるのを可能にする。
【０００９】バッグのベント隣りに陰極を位置させるこ
とによって、酸素の再結合は酸素が水素ガスの流れと共
にベントを通って漏れる前に促進され、従って電池のセ
ルモジュールの乾燥を防ぐ。他の目的及び利点は以下の
説明から分かる。
【００１０】
【実施例】図１はニッケル酸化物水素電池のような充電
可能な金属酸化物水素電池を示す。電池は横並び関係に
あり、分離板３により離間された一群の略円筒形セルモ
ジュール２を収容する外部圧力容器１からなる。板３は
容器１の内壁と係合する周辺フランジ３ａを有する。板
３は熱をセルモジュールから外部容器に伝達する伝熱部
材又はフィンとして作用し、板は１９９２年１２月１１
日出願の米国特許出願番号第０７／６２５５６０号の米
国特許第５０７１５６２号に示す如くに構成されうる。
【００１１】各セルモジュールは米国特許第４９５７８
３０号に示す如く、構成されえ、一般に一対の陰極６と
共に電解液吸収層５で離間される一対の背合せの陽極４
からなる。陰極６は分離層７により隣る陽極から分離さ
れる。更に、ガス拡散スクリーン８は各陰極６の外面に
位置する。陽極４は水酸化ニッケルで含浸された平坦の
多孔性焼結金属プラークの形であり、一方陰極は白金黒
のような触媒を有する微細網目金属スクリーンの形であ
り、疎水性高分子材を介してスクリーンの一面に結合さ
れる。水酸化カリウム溶液のような電解液は電極を分離
する繊維分離層５及び７に含浸される。セルモジュール
２は所定の電力出力を得るよう直列又は並列関係のいず
れかで接続されうる。
【００１２】圧力容器１は円筒形殻及びドーム形ヘッド
を含む米国特許第４９２３７６９号に記載の如く構成さ
れうる。容器１はインコネル又はステンレス鋼のような
金属として形成される内部ライナ９と、従来のフィラメ
ント巻回技術により金属ライナ９の回りに巻回されて繊
維強化樹脂の外部層１０とからなる。各セルモジュール
２は望ましくは熱可塑性樹脂から形成される可撓性バッ
グ１１のようなシールされた容器内に収容される。バッ
グ１１は電解液の通路に対し不浸透であり、従って電解
液が１つのセルモジュールから隣るセルモジュールへ移
行し、それによりモジュールが橋絡するのを防ぐ。バッ
グ１１はポリエチレンの外部層間に挟持されたナイロン
フィルムの中央層からなる多重層構造である。ナイロン
フィルムはバッグに対し強度を与え、一方ポリエチレン
層はシール構造を提供するようバッグを熱シールするの
を助ける。
【００１３】図示の如く、バッグ１１は開放端構造であ
り、セルモジュールは開放端に挿入される。バッグの開
放端は次に接合１２で示す如く、セルモジュール２用の
完全にシールされた囲いを提供するよう熱シールされ
る。図３に示す如く、バッグの側部及び上端部はセルモ
ジュールの対応する側部及び端部に連続的関係で覆わ
れ、一方バッグの下端部は水素ガスの流れ用空間又は溝
１３を提供するようセルモジュールの下端部から離間さ
れる。
【００１４】セルモジュール及び圧力容器１の内部間に
水素ガスの流れを可能にする為、各バッグは１つ又はそ
れ以上のベント１４を設けられる。ベント１４は水素ガ
スの流れに対し浸透性であるが、電解液がベントを通っ
てバッグの外部に流れないよう液体電解液の流れに対し
ては不浸透である。ベント１４は望ましくはテフロン繊
維（ポリテトラフルオロエチレン）からなる商品名ゴー
テックスの名で販売される材料からなる。
【００１５】セルモジュール２の陽極及び陰極４，６は
バッグ１１の各々での整列開口を通ってシール関係で延
在する１９９１年１０月２８日に出願された米国特許出
願番号第０７／７８３００６号、に記載のタイプの導体
機構１５により所望の方法で接続されうる。正端子ブラ
ケット１６は導体機構１５の一端に接続され、一方図示
されない負端子ブラケットは導体機構の他端に接続され
うる。
【００１６】図４は各セルモジュール２が一対の重畳バ
ッグ１７及び１８により囲まれる本発明の変形例を示
す。バッグ１７及び１８は第１実施例のバッグ１１に似
た構造であり、望ましくは電解液の流れに対し不浸透で
ある熱可塑生材から形成される。図４に示す如く、バッ
グ１７及び１８の下部開放端部は連続関係にされ、一対
の離間した熱シール１９及び２０により共に接合され
る。一対の離間した熱シールの使用は更にバッグがシー
ルされ、シールされた領域を通っての電解液の漏れがな
いことを確実にする。第１の実施例の場合の如く、内部
バッグ１７の下端部はセルモジュールの水素ガスの流れ
用マニホールド及び溝として役立つ空間２１を提供する
ようセルモジュール２の対応する端部から離間してい
る。
【００１７】内部バッファ１７は第１の実施例のベント
１７に似た構造のベント２２で形成される。他のバッグ
１８は又同様な構造のベント２３で形成される。ベント
２２及び２３は望ましくはセルモジュールの対向面に位
置され、整列していなく、従って内部バッグのベント２
２を通って多少漏れてよい電解液の流れ用曲った通路を
提供する。
【００１８】
【発明の効果】本発明の構造では、電解液はシールされ
た容器又はバッグにより各セルモジュール内に完全に収
容され、従って、電解液が１つのセルモジュールから他
へ橋絡し、短絡路を形成するのが防がれる。更なる利点
として、ベント１４，２２及び２３はセルモジュールの
陰極隣りに位置する。陰極にきわめて近接したベントの
この位置はより均一な再結合をなし、電池のセルモジュ
ールの乾燥を防ぐ陰極での酸素と水素の再結合を促進す
る。セルモジュールは略円筒形であるとして説明した
が、セルモジュールは例えば半円筒形又は長方形のよう
な異なる形状を有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化する金属酸化物水素電池の一部
の斜視図である。
【図２】積層のセルモジュールを示す電池の長手方向の
部分的断面図である。
【図３】セルモジュールの拡大部分的断面図である。
【図４】一対の重量バッグを用いるセルモジュールの変
形例の拡大部分的断面図である。
【符号の説明】
１ 外部圧力容器 ２ セルモジュール ３ 分離板 ３ａ 周辺フランジ ４ 陽極 ５ 吸収層 ６ 陰極 ７ 分離層 ８ ガス拡散スクリーン ９ ライナ １０ 外部層 １１，１７，１８ バッグ １２ 接合 １３ 溝 １４，２２，２３ ベント １５ 導体機構 １６ 端子ブラケット １９，２０ 熱シール ２１ 空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール ジェイ カプレリアン アメリカ合衆国 ウィスコンシン 54164 レイモンド ヴッドランド ドライブ 2052番地 (72)発明者 ケネス アール ジョーンズ アメリカ合衆国 ウィスコンシン 53066 オコノモウォック エス ベイ ビュー ロード 6311番地 (72)発明者 ジェフリー ピー ザグロドニック アメリカ合衆国 ウィスコンシン 53130 ヘイルズ コーナーズ ホイットノール ウェイ 6260番地 (72)発明者 ジェームズ ティー デイリー アメリカ合衆国 ウィスコンシン 53024 グラフトン ウェスト ブリッジ スト リート 225番地

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力容器と、夫々が圧力容器内に配置さ
    れ、陽極及び陰極を有する複数のセルモジュールと、各
    セルモジュールに収容された電解液と、各セルモジュー
    ルを囲む電気的絶縁材からなり、該電解液の流れに対し
    不浸透であるシールされた容器と、各容器内に配置さ
    れ、水素ガスの流れに対し浸透性であるが、該電解液の
    流れに対しては不浸透であるベント手段と、各容器にシ
    ール関係で延在し、該電極を外部回路に接続する電気的
    導体手段とからなる金属酸化物水素電池。
  2. 【請求項２】 各セルモジュールは背合せに絶縁関係で
    配置された一対の陽極と、該セルモジュールの外面に隣
    って配置された一対の陰極とを含み、ベント手段は陰極
    に隣って配置される請求項１記載の電池。
  3. 【請求項３】 容器の一部はガスの流れに対してその間
    に空間を提供するよう対応するセルモジュールと接触し
    ない請求項１記載の電池。
  4. 【請求項４】 該容器はガスの流れに対してその間に空
    間を提供するよう該セルから離間した溶融継目を設けら
    れる請求項１記載の電池。
  5. 【請求項５】 各セルモジュールは一対の対向面を含
    み、該容器は該セルモジュールの面に略連続関係で各々
    配置された一対の略平行側面を有する請求項１記載の電
    池。
  6. 【請求項６】 各セルモジュールは略半円筒形状で湾曲
    周辺面を含み、該容器の一部はそこにガスの流れの為の
    室を設けるよう該周辺面から離間している請求項１記載
    の電池。
  7. 【請求項７】 外側圧力容器と、夫々が圧力容器内に配
    置され、陽極及び陰極を有する複数のセルモジュール
    と、各セルモジュールに収容された電解液と、各セルモ
    ジュールの回りに重畳関係で配置され、夫々が電気的絶
    縁材からなり、該電解液の流れに対し不浸透である一対
    のシールされた容器と、各容器内に配置され、水素の流
    れに対し浸透性であるが、該電解液の流れに対しては不
    浸透であるベント手段と、各容器を通ってシール関係で
    延在し、該電極を外部回路に接続するよう電極と接触す
    る電気的導体手段とからなる金属酸化物水素電池。
  8. 【請求項８】 該ベントは直接整列していない請求項７
    記載の電池。
  9. 【請求項９】 各容器は可撓性プラスチックバッグから
    なる請求項７記載の電池。
  10. 【請求項１０】 各バッグはポリエチレンの外部フィル
    ム間に挟持されたナイロンのフィルムからなる請求項９
    記載の電池。
  11. 【請求項１１】 該ベントは各セルモジュールの対向面
    に配置される請求項７記載の電池。
  12. 【請求項１２】 各ベントはポリテトラフルオロエチレ
    ン繊維からなる請求項９記載の電池。
  13. 【請求項１３】 内部バッグの一部は水素ガスの流れに
    対する室を提供するよう該セルモジュールから離間して
    いる請求項７記載の電池。
  14. 【請求項１４】 外部圧力容器と、圧力容器に配置さ
    れ、陽極及び陰極を有するセルモジュールと、該セルモ
    ジュール内で含浸された電解液と、該セルモジュールを
    カプセル化し、液体電解液の流れに対し不浸透である熱
    可塑性材からなるシールされた可撓性バッグと、バッグ
    内に配置され、水素ガスの流れに対し浸透性であるが、
    該電解液の流れに対し不浸透性であることを特徴とし、
    該陰極を隣りに配置されたベント手段と、該バッグを介
    してシールされた関係で延在し、該電極を外部回路の電
    極に接続するよう該電極と接触する電気的導体手段とか
    らなる金属酸化物水素電池。
  15. 【請求項１５】 該第１のバッグの回りに配置された第
    ２のシールされた可撓性バッグと、該第２のバッグ内の
    第２のベント手段とを含み、該第２のベント手段は水素
    ガスの流れに対し不浸透であるが、電解液の流れに対し
    ては不浸透であることを特徴とし、該第２のベント手段
    は該第１のベント手段と整列していない第２のベント手
    段とを含む請求項１４記載の電池。
  16. 【請求項１６】 該容器は可撓性プラスチックバッグで
    ある請求項１記載の電池。
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US07/783,005 US5173376A (en) 1991-10-28 1991-10-28 Metal oxide hydrogen battery having sealed cell modules with electrolyte containment and hydrogen venting
US783005 1991-10-28

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JPH05217607A true JPH05217607A (ja) 1993-08-27
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