JPH0610635Y2

JPH0610635Y2 - 亜鉛−臭素電池

Info

Publication number: JPH0610635Y2
Application number: JP1988138932U
Authority: JP
Inventors: 健一郎陣内
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1994-03-16
Anticipated expiration: 2003-10-25
Also published as: JPH0259570U

Description

【考案の詳細な説明】Ａ．産業上の利用分野この考案は、亜鉛−臭素電池の改良構造に関する。

Ｂ．考案の概要本考案は、亜鉛−臭素電池において、セルの電極板を横置きにし、その負極室内の電解液を電
解液タンクとの間で循環し、正極室内の電解液を内蔵さ
せて充放電をさせるように構成することにより、電池のエネルギ密度と、エネルギ効率とを向上するよう
にしたものである。

Ｃ．従来の技術近時、電池電力貯蔵システムの開発が促進されており、
その一環として第５図及び第６図に例示する如き電解液
循環型金属ハロゲン積層二次電池が開発されている。

これは、第５図の構成原理図に示すように、電池本体１
をイオン交換膜または多孔質膜からなるセパレータ２で
正極室３と負極室４とに区画し、この両極室にそれぞれ
電解液を循環させるための送液管５，６と返液管７，８
により接続された正極用と負極用との各々の電解液タン
ク９，１０を設け、正極用と負極用との各臭化亜鉛（Ｚ
ｎＢｒ_２）の電解液をそれぞれ送液ポンプ１３，１４に
よって各々の電極室に循環させるようにしたものであ
る。尚、１１は正極、１２は負極である。

しかして、充電時には、電解液が図の矢印の方向に循環
し、負極１２ではＺｎ^＋＋＋２ｅ⁻→Ｚｎ、正極１１で
は２Ｂｒ⁻→Ｂｒ^２＋２ｅの反応を生じ、正極１１で生
成された臭素は分子となり、電解液中に混じり、一部熔
解し、大部分は正極液中の錯化剤によって錯化合物とな
り、正極室側の電解液タンク１０内に沈澱して蓄積され
る。又、放電時には、電解液が循環した状態で各電極１
１，１２ではそれぞれ前記反応式と逆の反応を生じ、析
出物（Ｚｎ，Ｂｒ_２）が各電極１１，１２上で消費（酸
化，還元）され、電気エネルギーが放出されるようにし
たものである。

また、上述のような構成原理の亜鉛−臭素電池には、第
６図に例示するような積層電池の要素として、多数の電
極板を縦（略鉛直方向）に設置するいわゆる縦形セル積
層構造のスタックが用いられている。これは、縦形のス
タック全体を両側から挟むように押さえるための図示し
ない、一対の押さえ部材である積層端板の間に、例えば
３０セル積層して縦形に構成する。すなわち、図示しな
い、一方の電極端板の集電メッシュの次にセパレータ板
１５を重ね、次に電極板１６を重ねるといった順序で積
層し、最後に図示しない他方の電極端板を重ねて、全体
で３０セル縦形に積層する如く構成する。

このように縦形に積層構成したスタックには、その四隅
角部に流液孔である正極マニホールド１８と負極マニホ
ールド１９とを穿設する。

また、縦形の各セパレータ板１５は、微多孔質膜より成
るセパレータの周囲に枠板１５ａをプラスチックの射出
成形で一体成形して構成したもので、その両平面部上下
にはそれぞれ表裏対称形状にマイクロチャンネルを設置
して成る。このセパレータ板１５の一側のマイクロチャ
ンネルは、正極マニホールド１８から導入した電解液を
均一に広げてセパレータの全面に流し、又はこれより液
を回収する。また、他側面のマイクロチャンネルは、負
極マニホールド１９からの電解液を導入，回収するもの
である。

このようにして、縦形の各セパレータ板１５の両側面部
にそれぞれ配置された縦形の電極との間において、第５
図に例示した単位電池を構成するようにするものであ
る。

Ｄ．考案が解決しようとする課題上述のような従来の亜鉛−臭素電池では、負極と正極、
各専用の２台の送液ポンプ１３，１４と、同じく各専用
の２台の電解液タンク９，１０とが必要である。このた
め、２台の送液ポンプ１３，１４を駆動するためのポン
プロスが大きい。すなわち、電池作動上必要な補機損失
が大きくなり、エネルギ効率を向上できないという問題
があった。

さらに、この亜鉛−臭素電池の全重量のうち、約半分程
度の重量を電解液が占めているため、この電池のエネル
ギ密度（ｗｈ／，ｗｈ／kg）を向上できないという問
題があった。

本考案は上述の点に鑑み、よりエネルギ効率と、エネル
ギ密度の高い亜鉛−臭素電池を新たに提供することを目
的とする。

Ｅ．課題を解決するための手段本考案の亜鉛−臭素電池は、正極板と負極板との間にセ
パレータを配して、正極室と負極室とを形成したセル
を、正極板及び負極板が略水平となるように配置し、負
極室内に充填する電解液を全体的に循環させるようにす
るとともに、正極室内に充填する電解液を内蔵させて充
放電を行うように構成したことを特徴とする。

Ｆ．作用上述のように構成することにより、この電池の運転中、
負極室内の電解液を循環させることにより、放電特性を
直線的に挙動させるとともに、正極室内に臭素錯化合物
を蓄積するという作用を奏する。

Ｇ．実施例以下、本考案の亜鉛−臭素電池の一実施例を第１図乃至
第４図によって説明する。

なお、この第１図乃至第４図において、前述した第５図
及び第６図に対応する部分には同一符号を付すことと
し、その詳細な説明を省略する。

第１図は本例電池の概略構成線図で、１は電池本体、９
は負極電解液タンク、１４は送液ポンプである。すなわ
ち、本例の電池は、セル台２０の上にセル本体２１を、
その電極板が横（略水平方向）になるように設置する。
そして、このセル台２０の下部に配置した負極電解液タ
ンク９内の電解液を、配管１７に設置した送液ポンプ１
４により、送液管６を通じてセル本体２１の下部から負
極室４内に導入し、電極液を出すときは、セル本体２１
の上部から返液管８を通じて、負極電解液タンク９内に
返液するようにするものである。

なお、本例電池では、正極室３内に電解液をつめるに
は、別途、図示しない電解液を入れたタンクを用意し、
その電解液をセル本体２１の全ての正極室３内に送給
し、詰め終わった段階で、セル本体２１の入液口と出液
口のバルブを閉じることにより行うものである。このよ
うに、セルが横置きの為、電解液の流れの向きを変えず
にセル内の空気を追い出すことができる。

また、本例の電池では、電極の面積が８００cm²となる
ようにした、第２図に示す単位セル２２を、その負極を
上、正極を下となるように１０セル横に積層して構成す
るものである。このように、負極を上に構成することに
より、負極液への臭素拡散を防ぐことができる。

さらに、この単位セル２２は、その略水平方向に置かれ
た負極板１２を上にし、その下側面に亜鉛が電着するよ
うにし、セパレータ板１５と枠板１５ａとで仕切られた
負極室４を構成するようにする。さらに、そのセパレー
タ板１５の下部には、正極板１１を設置し、これらと、
枠板１５ａとで囲まれたところを正極室３として構成す
る。

また、本例電池の電解液は、３ＭＺｎＢｒ_２＋２ＭＮＨ
_４ｃｌ＋１ＭＯＢｒを、液温３０℃で電池の運転に使用
することとした。

また、本例の電池は、その充電中に正極で発生する臭素
が電解液中の錯イオンと結合し、臭素錯化合物（臭素コ
ンプレックス）を生成するが、この臭素錯化合物は電解
液より比重が大きい為、電極板上に沈澱蓄積するように
するものである。従って、従来のように、電解液を循環
させることにより、この臭素錯化合物を、電解液タンク
内に蓄積する構成をなくし、セパレータ板１５と正極板
１１との間の正極室３内に臭素錯化合物を蓄積するよう
にするものである。また、正極板とセパレータ板との間
の距離を０．５〜２．０mmとし、最大充電量を８０〜１
００ＡＨとする。さらに負極板とセパレータ板との間の
距離を０．５mm〜１．０mmとする。

次に、上述のように構成した本例電池の性能試験結果を
説明する。

なお、本試験では臭素錯化合物を蓄積する量を決定する
こととなるセパレータ板１５と正極板１１との間の距離
を１．６mmとして行った。まず、充電流を１０Ａとし、
充電時間は、電圧に異常がでるまでとした。

この結果、充電を約５時間継続した時点で、電圧が急増
したので、この時点で充電を完了し、直ちに放電に切換
えた。

このときの電池の放電特性は、第３図に破線で示すよう
に、直線的な挙動を示した。また、従来の正極電解液を
タンクとの間で循環させるもののデータを第３図に実線
で示したが、この従来のものに比べ充電電圧がやや大き
いものの、放電電圧には変化がなく、従来と比べ遜色の
ない直線的な良好な直線的挙動を示すことが確認され
た。

なお、他の構成の電池として、負極液を負極室内に固定
し、正極液をタンクとの間で循環させるようにした場合
には、放電特性は直線的とならず、ゆるやかなカーブを
描くもので、良好な結果は得られなかった。よって、放
電特性の直線性は、負極液を循環させる事による影響が
大であることが解った。

また、本試験に用いた電池の電池効率を求めたところ、
下記第１表の如くなった。

これにより、本例の電池である正極のみ循環方式の電池
では、電圧効率（充電と放電との比）が低下するもの
の、クーロン効率は変わらず、エネルギ効率（電圧×ク
ーロン）は約７８％を達成するという良好なものであっ
た。

また、本例電池の効率向上のため次のような試験を行っ
た。

これは、電池の充電量を向上するためには、臭素錯化合
物を蓄積すべきセパレータ板１５と正極板との間の距離
を大きくすれば良い。しかし、この距離が大きくなる
と、電解液抵抗による電圧効果が増加し、電圧効率が低
下してしまう。そこで、適正距離を求めるべく試験を行
ったものである。

この試験は、正極側の正極板１１とセパレータ板１５と
の間の距離を２．０mm，２．５mm，３．０mmと変化さ
せ、電流を１０Ａとして、効率試験を行った。その充放
電曲線は、第４図に示す通りであった。

まず、距離２．０mmでは、破線で示す如く、約７時間で
充電電圧が急増し、限界となったが、距離２．５mmの実
線で示すものと、距離３．０mmの一点鎖線で示すもので
は、約８時間充電が可能であった。

しかし、距離３．０mmのものは、電解液抵抗の影響が大
きく、電圧効率が低下した。この試験での効率の結果
は、下記第２表の通りであった。

この第２表より、従来の正極及び負極の電解液を循環さ
せる電池の充電量（約８時間）を得るには、正極板１１
とセパレータ板１５との間の距離を２．５mmにすれば良
いことが解る。また、このときのエネルギ効率は約７７
％であり、これは従来の電池に比べ３％程低いが、重量
エネルギ密度ｗｈ／Kgは、従来の２５ｗｈ／Kgに対し、
３４ｗｈ／Kgになって、向上した。

Ｈ．考案の効果以上詳述したように、本考案の亜鉛−臭素電池によれ
ば、セルの電極板を横置きにし、その負極室内の電解液
を電解液タンクとの間で循環し、正極室内の電解液を内
蔵させて充放電をさせるように構成したもので、この電
池のエネルギ密度と、エネルギ効率とを向上できるとい
う効果がある。

また、充放電曲線も直線的に挙動し、電力として電気を
取り出す電池に好適にできるという効果がある。

さらに、電極板を略水平にしたので、初めに電解液をセ
ル内に注入する際、電解液の流れの方向を変更すること
なく、楽にセル内の空気を追い出して電解液を充填でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の亜鉛−臭素電池の一例を示す全体概略
構成図、第２図はその要部であるセルの縦断面図、第３
図及び第４図はこの電池の充放電の特性線図、第５図は
従来の亜鉛−臭素電池の原理を示す概略構成説明線図、
第６図はその電池のスタック部分の要部分解斜視図であ
る。１……電池本体、１１……正極板、１２……負極板、１
５……セパレータ板、２１……セル本体。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】正極板と負極板との間にセパレータを配し
て、正極室と負極室とを形成したセルを、前記正極板及
び前記負極板が水平となるように配置し、前記負極室内
には負極電解液を外部の負極電解液タンクから循環させ
るようにするとともに、前記正極室内には正極電解液を
内蔵させて充放電を行い、前記正極室内に臭素錯化合物
を蓄積するように構成したことを特徴とする亜鉛−臭素
電池。