JPH06223887A

JPH06223887A - 空気−水素化物電池

Info

Publication number: JPH06223887A
Application number: JP50A
Authority: JP
Inventors: Mikiaki Tadokoro; 幹朗田所; Mamoru Kimoto; 衛木本; Koji Nishio; 晃治西尾; Toshihiko Saito; 俊彦齋藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-01-25
Filing date: 1993-01-25
Publication date: 1994-08-12
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JP3272075B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電池の大型化を招来することなく電池の諸性
能を向上させることができる空気−水素化物電池の提供
を目的としている。【構成】水素を可逆的に吸蔵，放出しうる水素吸蔵合
金を備えた負極１２と、酸素を吸着すると共に多孔質材
料から成る正極１０と、充電時には上記正極１０に水素
ガスを供給する一方、放電時には上記正極１０に酸素ガ
スを供給するガス導入通路５とを有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気極から成る正極と
水素吸蔵合金を備えた負極とから成る空気−水素化物電
池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種の電池が提案されており、そ
の一つとして空気−亜鉛電池がある。この空気−亜鉛電
池は、表面にパラジウムが析出された炭素とフッ素とを
焼結させて作成した空気極（正極）と、亜鉛極（負極）
とを有する構造である。ところで、上記空気−亜鉛電池
を電気的に充電すると、上記空気極から酸素を発生する
ため、上記炭素が酸化されて二酸化炭素になると共に上
記パラジウムも酸化される。この結果、触媒性能が低下
して、放電特性が低下するため、二次電池として用いる
ことができないという課題を有していた。

【０００３】このようなことを考慮して、放電毎に亜鉛
を取り替えるような充電方法も考えられるが、この場合
には取り替え作業が面倒となる。加えて、亜鉛の再利用
を図るべく酸化亜鉛を還元することも考えられるが、還
元コストが高いため再利用がなされていないのが現状で
ある。この結果、資源の無駄を生じるといった課題を有
している。

【０００４】そこで、近年、省資源を図りつつ充放電可
能で、且つ高い放電容量を有する空気−金属水素化物二
次電池が提案されている。そして、このような空気−金
属水素化物二次電池としては、以下のようなものが提案
されている。図６に示すように、正極（空気極）３０と負極（金属
水素化物極）３１とから成り、充電は正負極３０・３１
間で電気的に行うという電池。図７に示すように、正極３０と負極３１との他に第３
電極３２を備え、充電は第３電極３２と負極３１との間
で電気的に行うという電池。図８に示すように、正極３０と負極３１とから成り、
充電は負極３１に水素を供給することによって行うとい
う電池。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の空気−金属水素化物二次電池では、以下に示すよう
な課題を有していた。の提案の課題この場合、正負極では、充電時に下記化１（正極）及び
化２（負極）に示す反応が生じる。

【０００６】

【化１】

【０００７】

【化２】

【０００８】上記化１から明らかなように、充電時には
正極で酸素ガスが発生する。このため、正極の触媒が酸
化されて、触媒性能が低下するという課題を有してい
た。の提案の課題この場合、第３電極及び負極では、充電時に下記化３
（第３電極）及び化４（負極）に示す反応が生じる。

【０００９】

【化３】

【００１０】

【化４】

【００１１】上記化３及び化４から明らかなように、充
電時には正極で酸素ガス発生反応は生じないので、正極
の触媒が酸化されるようなことはない。しかしながら、
第３電極が必要となるので、電池の大型化を生じるとい
う課題を有していた。の提案の課題この場合、負極では、充電時に下記化５に示す反応が生
じる。

【００１２】

【化５】

【００１３】この場合には、正極の触媒が酸化された
り、電池の大型化を生じるようなことはないが、上記化
５に示す反応は気−固反応であり、水素を多量に供給す
る必要があるため、充電効率が悪くなるという課題を有
していた。本発明は係る現状を考慮してなされたもので
あって、上記諸欠点を解決できる空気−水素化物電池の
提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、以下の手段を用いることを特徴としてい
る。水素を可逆的に吸蔵，放出しうる水素吸蔵合金を備え
た水素化物極と、酸素を吸着すると共に多孔質材料から
成る空気極と、充電時には上記空気極に水素ガスを供給
する一方、放電時には上記空気極に酸素ガスを供給する
ガス供給通路とを有することを特徴とする空気−金属水
素化物二次電池。水素を可逆的に吸蔵放出しうる水素吸蔵合金を備えた
水素化物極と、酸素を吸着する空気極と、多孔質材料か
ら成る第３電極と、充電時に上記第３電極に水素ガスを
供給する第１ガス供給通路と、放電時に上記空気極に酸
素ガスを供給する第２ガス供給通路とを有することを特
徴とする。

【００１５】

【作用】上記の構成であれば、空気極と金属水素化物
極とにおいて、充電時に下記化６（空気極）及び化７
（金属水素化物極）に示す反応が生じる。

【００１６】

【化６】

【００１７】

【化７】

【００１８】ここで、上記化６から明らかなように、空
気極における反応は水素が水に戻る反応であって酸素を
発生させるような反応ではない。したがって、空気極の
触媒が酸化されるのを防止でき、触媒能力が低下するの
を抑制することが可能となる。また、上記の如く第３の
電極が不要なので、電池の大型化を招来するようなこと
もなく、しかも気−固反応ではなく電気化学的反応であ
るので、充電効率を向上させることができる。

【００１９】更に、充電時における正負極間に印加する
電圧は０．２Ｖ程度で良いので、充電電圧を低減するこ
とも可能となる。尚、上記の構成であれば、第３電極
が不要となるといった利点はないが、従来の第３電極を
設けた電池に比べると、電解液が少なくて済むという利
点がある。具体的には、従来の第３電極を設けた電池で
は、充電時にガスが発生してバブリングを生じるため、
電解液が飛散する。このため、電解液を多量に充填して
おく必要がある。これに対して、上記の構成の電池で
は、充電時にガスが発生しないので、電解液が飛散せ
ず、必要量だけ電解液を充填しておけば良いという理由
による。また、本発明を大型電池に用いる場合には、第
３電極を設けることによる欠点は少ない。更に、専用の
充放電用の触媒を空気極と第３電極とに充填しておくだ
けで良いという利点もある。

【００２０】

【実施例】

（第１実施例）〔実施例１〕本発明の実施例１を、図１〜図３に基づい
て、以下に説明する。図１は本発明の第１実施例に係る
空気−金属水素化物二次電池の斜視図であり、図２は図
１のＸ−Ｘ線矢視断面図、図３は充放電状態を示す説明
図である。

【００２１】図１に示すように、ポリプロピレンから成
る電槽１（１５０mm×１５０mm×３０mmの大きさであっ
て、内容積１６９cc）の一側面には、電解液注入通路２
と電解液取出通路３とが接続されている。また、上記電
槽１の正面には、ステンレスから成り内部が空洞となっ
ているガス室４（１２０mm×１２０mm×１０mm）が設け
られており、このガス室４にはガス導入通路５が接続さ
れている。このガス導入通路５の端部には上記ガス室４
内に導入するガスを切り換えるバルブ６が設けられてお
り、このバルブ６には空気導入通路７と水素ガス導入通
路８とが接続されている。

【００２２】また、図２に示すように、前記電槽１のガ
ス室４に対応する位置には、多孔質ニッケル層と触媒層
と多孔質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）層と
から成る正極１０（９０mm×９０mm×１０mm）が設けら
れている。更に、電槽１の内部における正極１０に対向
する位置には、ポリプロピレンから成るセパレータ１１
を介して、水素吸蔵合金（ＭｍＮｉ_3.2ＣｏＭｎ_0.6Ａ
ｌ_0.2）を含む負極１２（１００mm×１００mm×５mm）
が設けられている。尚、本実施例１においては、上記正
極１０の触媒層の触媒を添加していない（即ち、触媒層
は、ニッケル単体から構成されている）。また、電解液
としては過剰の３０％ＫＯＨ溶液を用いた。更に、図中
１３は蓋である。

【００２３】ここで、上記構造の空気−金属水素化物二
次電池の充電は、以下のようにして行う。図３に示すよ
うに、バルブ６を水素ガス導入通路８側に切り換えて、
水素ガス導入通路８からガス室４（即ち、正極１０）に
水素を供給すると共に、正負極１０・１２間に若干の電
圧（約０．２Ｖ）を加える。

【００２４】そうすると、正極１０では、下記化８に示
すように、水素が水に戻るという反応を生じる。

【００２５】

【化８】

【００２６】また、負極１２では、下記化９に示すよう
に、水素吸蔵合金中に水素が吸蔵されるような反応を生
じる。

【００２７】

【化９】

【００２８】ここで、電極が酸素発生電位にまで達する
と電極は酸化されるが、上記反応式に示す反応は水素の
還元電位であり、電位的に酸化されない電位である。し
たがって、上記構成の電池の充電時には、正極１０が酸
化されるのを防止することが可能となる。尚、上記電池
を放電する際には、バルブ６を空気導入通路７側に切り
換えて、空気導入通路７からガス室４（即ち、正極１
０）に空気を供給することにより行う。

【００２９】このような電池を、以下（Ａ₁）電池と称
する。〔実施例２〜７〕触媒層（ニッケル）に、Ｐｄ、Ｐｔ、
Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈを担持させる他は、上記実施例
１と同様の構成である。このような電池を、以下それぞ
れ（Ａ₂）電池〜（Ａ₇）電池と称する。〔比較例１〜３〕比較例１〜３としては、各々、前記従
来の技術で示す図６、図７、図８の電池を用いた。

【００３０】このような電池を、以下それぞれ（Ｘ₁）
電池〜（Ｘ₃）電池と称する。〔実験〕上記本発明の（Ａ₁）電池〜（Ａ₇）電池及び
比較例の（Ｘ₁）電池〜（Ｘ₃）電池とにおいて、充電
効率と、エネルギー効率と、サイクル寿命とについて調
べたので、それらの結果を表１に示す。尚、実験条件
は、以下の通りである。充電（１）本発明の（Ａ₁）電池〜（Ａ₇）電池７．５ｃｃ／分（０．１Ｃ相当）で水素を導入すると共
に、０．１Ｃの電流で充電する（２）比較例の（Ｘ₁）電池，（Ｘ₂）電池０．１Ｃの電流で充電（３）比較例の（Ｘ₃）電池７．５ｃｃ／分（０．１Ｃ相当）で水素を導入放電全ての電池を１Ａの電流で電池電圧が０．５Ｖになるま
で放電

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から明らかなように、本発明の
（Ａ₁）電池〜（Ａ₇）電池では充電効率、エネルギー
効率、サイクル寿命の全ての点で優れている。これに対
して、比較例の（Ｘ₁）電池，（Ｘ₂）電池では、充電
効率、エネルギー効率の点で優れるもののサイクル寿命
が短く、特に（Ｘ₂）電池では極めて短くなっているこ
とが認められる。また、比較例の（Ｘ₃）電池では、充
電効率、エネルギー効率、サイクル寿命の全ての点で劣
っていることが認められる。

【００３３】（第２実施例）〔実施例１〕図４に示すように、正負極１０・１２の他
に第３電極２０を設け、この第３電極２０の背面にガス
室２１を設けると共に、前記ガス室４には酸素ガスのみ
を供給する一方、上記ガス室２１には水素ガスのみを供
給するような構造とする他は、前記第１実施例の実施例
１と同様の構造である。

【００３４】上記構造の電池を充電する場合には、図５
に示すように、第３電極２０に水素ガスを供給しつつ、
負極１２と第３電極２０との間に電圧をかけることによ
り行う。このような電池を、以下（Ｂ₁）電池と称す
る。〔実施例２〜７〕触媒層に、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、
Ｉｒ、Ｒｈを担持させる他は、上記実施例１と同様の構
成である。

【００３５】このような電池を、以下それぞれ（Ｂ₂）
電池〜（Ｂ₇）電池と称する。〔実験〕上記本発明の（Ｂ₁）電池〜（Ｂ₇）電池にお
いて、充電効率と、エネルギー効率と、サイクル寿命と
について調べたので、それらの結果を表２に示す。尚、
実験条件は、前記第１実施例の実験と同様の条件であ
る。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２から明らかなように、本発明の
（Ｂ₁）電池〜（Ｂ₇）電池では充電効率、エネルギー
効率、サイクル寿命の全ての点で前記（Ａ₁）電池〜
（Ａ₇）電池と同等であり、比較例の（Ｘ₁）電池〜
（Ｘ₃）電池に比べて優れていることが認められる。〔その他の事項〕上記２つの実施例においては、水素吸
蔵合金としてＭｍＮｉ_3.2ＣｏＭｎ_0.6Ａｌ_0.2を用い
たが、その他の水素吸蔵合金を用いても上記と同様の効
果を有することは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、空
気極の触媒が酸化されるのを防止できるので、触媒能力
が低下するのを抑制することが可能となると共に、第３
の電極が不要なので、電池の大型化を招来するようなこ
ともない。また、気−固反応ではなく電気化学的反応で
あるので、充電効率を向上させることができ、且つ充電
時における正負極間に印加する電圧は０．２Ｖ程度で良
いので、充電電圧を低減することも可能となる。

【００３９】これらのことから、ランニングコストの低
下を図りつつ、電池性能を飛躍的に向上することができ
るといった効果を奏する。加えて、請求項２に示すよう
に、第３電極を設けた場合には電解液が飛散しないの
で、従来の第３電極を設けた電池に比べると電解液が少
なくて済むという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る空気−金属水素化物
二次電池の斜視図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線矢視断面図である。

【図３】図１の二次電池の充放電状態を示す説明図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例に係る空気−金属水素化物
二次電池の斜視図である。

【図５】図４の二次電池の充放電状態を示す説明図であ
る。

【図６】従来例に係る空気−金属水素化物二次電池の充
放電状態を示す説明図である。

【図７】他の従来例に係る空気−金属水素化物二次電池
の充放電状態を示す説明図である。

【図８】更に他の従来例に係る空気−金属水素化物二次
電池の充放電状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１電槽５ガス導入通路６バルブ７空気導入通路８水素ガス導入通路１０正極１２負極２０第３電極

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】ここで、電極が酸素発生電位にまで達する
と電極は酸化されるが、上記反応式に示す反応は水素の
酸化電位であり、水素吸蔵合金は電位的に酸化されない
電位である。したがって、上記構成の電池の充電時に
は、正極１０が酸化されるのを防止することが可能とな
る。尚、上記電池を放電する際には、バルブ６を空気導
入通路７側に切り換えて、空気導入通路７からガス室４
（即ち、正極１０）に空気を供給することにより行う。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齋藤俊彦守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素を可逆的に吸蔵，放出しうる水素吸
蔵合金を備えた水素化物極と、酸素を吸着すると共に多孔質材料から成る空気極と、充電時には上記空気極に水素ガスを供給する一方、放電
時には上記空気極に酸素ガスを供給するガス供給通路
と、を有することを特徴とする空気−金属水素化物電池。
【請求項２】水素を可逆的に吸蔵放出しうる水素吸蔵
合金を備えた水素化物極と、酸素を吸着する空気極と、多孔質材料から成る第３電極と、充電時に上記第３電極に水素ガスを供給する第１ガス供
給通路と、放電時に上記空気極に酸素ガスを供給する第２ガス供給
通路と、を有することを特徴とする空気−金属水素化物電池。