JPH067495B2 - ガス再生型二次電池 - Google Patents
ガス再生型二次電池Info
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- JPH067495B2 JPH067495B2 JP63250590A JP25059088A JPH067495B2 JP H067495 B2 JPH067495 B2 JP H067495B2 JP 63250590 A JP63250590 A JP 63250590A JP 25059088 A JP25059088 A JP 25059088A JP H067495 B2 JPH067495 B2 JP H067495B2
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- Japan
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- gas
- electrode
- oxide
- positive electrode
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/24—Alkaline accumulators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、水素ガスで再生可能な水素吸蔵合金負極と、
酸素ガスで再生可能な新規な酸素吸蔵正極、及び電解質
からなり、電気による充電だけでなくガスによる再生も
可能な新しい概念の二次電池に関するもので、特に酸素
吸蔵正極に関するものである。
酸素ガスで再生可能な新規な酸素吸蔵正極、及び電解質
からなり、電気による充電だけでなくガスによる再生も
可能な新しい概念の二次電池に関するもので、特に酸素
吸蔵正極に関するものである。
技術分野 自動車が化石燃料を使用することに伴いNox,So2,CO,
CO2などが大量に放出され、大気汚染の主な原因となっ
ている。このためこれに代替しうる電気自動車の開発が
緊急の課題となっており、軽量でコンパクトな二次電池
を求めて研究開発が進められている。このような二次電
池としては、現在実用化されている鉛電池をはじめ、鉄
/ニッケル電池、亜鉛/ニッケル電池、鉄/空気電池、
亜鉛/空気電池、亜鉛/臭素電池などがあるが、これら
従来の二次電池はいずれも電気的な充電が必要であるた
め、自動車の燃料補給に長時間を要し、ガソリン車に比
べて著し不便である。一方、水素ガスと酸素ガス拡散電
極でもって電気化学的に反応させ直接電気に変換する燃
料電池は、燃料ガスの充填によって連続的に電気を供給
できるため、電気自動車用の電源として最適である。し
かしながら、システムが水素貯蔵タンク、ガス供給装
置、ガス拡散電極などから構成され複雑であることに加
え、システム全体としてのエネルギー密度は従来の二次
電池よりかなり低くなるため、実用的ではないと考えら
れている。
CO2などが大量に放出され、大気汚染の主な原因となっ
ている。このためこれに代替しうる電気自動車の開発が
緊急の課題となっており、軽量でコンパクトな二次電池
を求めて研究開発が進められている。このような二次電
池としては、現在実用化されている鉛電池をはじめ、鉄
/ニッケル電池、亜鉛/ニッケル電池、鉄/空気電池、
亜鉛/空気電池、亜鉛/臭素電池などがあるが、これら
従来の二次電池はいずれも電気的な充電が必要であるた
め、自動車の燃料補給に長時間を要し、ガソリン車に比
べて著し不便である。一方、水素ガスと酸素ガス拡散電
極でもって電気化学的に反応させ直接電気に変換する燃
料電池は、燃料ガスの充填によって連続的に電気を供給
できるため、電気自動車用の電源として最適である。し
かしながら、システムが水素貯蔵タンク、ガス供給装
置、ガス拡散電極などから構成され複雑であることに加
え、システム全体としてのエネルギー密度は従来の二次
電池よりかなり低くなるため、実用的ではないと考えら
れている。
そこで、水素吸蔵合金/空気電池が提案されている(ジ
ャーナル・オブ・レスコモン・メタル誌、74巻、p.371,
1980年)。この電池は、水素吸蔵合金を用いた電極が、
水素ガスの加圧操作によって水素を吸蔵する。つまり充
電されることを特徴としており、電気化学的な充電に加
えガス再生も可能な二次電池である。水素吸蔵電極は上
記燃料電池の水素吸蔵タンクとガス拡散電極の両方の役
割を果たしており、電池構造の単純化、高エネルギー密
度化が可能である。そこで、このガス再生型二次電池
は、電気自動車用の電源として有望と考えられている。
ャーナル・オブ・レスコモン・メタル誌、74巻、p.371,
1980年)。この電池は、水素吸蔵合金を用いた電極が、
水素ガスの加圧操作によって水素を吸蔵する。つまり充
電されることを特徴としており、電気化学的な充電に加
えガス再生も可能な二次電池である。水素吸蔵電極は上
記燃料電池の水素吸蔵タンクとガス拡散電極の両方の役
割を果たしており、電池構造の単純化、高エネルギー密
度化が可能である。そこで、このガス再生型二次電池
は、電気自動車用の電源として有望と考えられている。
発明が解決しようとする問題点 前記ガス再生型二次電池においては、正極に空気極を用
いていることに関連し、(1)空気極の性能の維持におい
て重要である電解液−触媒−酸素の気液固三相界面が電
解液の浸透により失われるため電極寿命が短い、(2)空
気中に含まれているCO2により炭酸塩の析出が起こるた
め電解液としてアルカリ水溶液を使用することができな
い、したがって、アニオン交換膜などの固体電解質を用
いる必要があり、電池抵抗の増加と電池コストの増加を
まねく、(3)空気を正極側に流しつづけるとアニオン交
換膜が乾燥するため、わずらわしい空気の湿度管理が必
要となる、などの問題点が生じている。そこで、空気極
に代替できる新しい概念のガス再生型正極が求められて
いる。
いていることに関連し、(1)空気極の性能の維持におい
て重要である電解液−触媒−酸素の気液固三相界面が電
解液の浸透により失われるため電極寿命が短い、(2)空
気中に含まれているCO2により炭酸塩の析出が起こるた
め電解液としてアルカリ水溶液を使用することができな
い、したがって、アニオン交換膜などの固体電解質を用
いる必要があり、電池抵抗の増加と電池コストの増加を
まねく、(3)空気を正極側に流しつづけるとアニオン交
換膜が乾燥するため、わずらわしい空気の湿度管理が必
要となる、などの問題点が生じている。そこで、空気極
に代替できる新しい概念のガス再生型正極が求められて
いる。
問題点を解決するための手段 本発明は、水素ガスで再生可能な水素吸蔵合金負荷と、
酸素ガスで再生可能な新規な酸素吸蔵正極からな新しい
概念のアルカリ型二次電極に関する。さらに、詳しくは
本発明は前記正極において、酸素吸蔵能を持つ金属複合
酸化物を導電材とともに粘結剤で成型して作製した酸素
吸蔵正極を用いる電池に関する。さらに詳しくいえば酸
素吸蔵能を持つ金属複合酸化物として、たとえば、銀−
マンガン系酸化物AgMnO2.5,ビスマス系酸化物Bi2UO6,
スピネル型酸化物Co2MnO4などを含有する正極を用いた
電池に関する。
酸素ガスで再生可能な新規な酸素吸蔵正極からな新しい
概念のアルカリ型二次電極に関する。さらに、詳しくは
本発明は前記正極において、酸素吸蔵能を持つ金属複合
酸化物を導電材とともに粘結剤で成型して作製した酸素
吸蔵正極を用いる電池に関する。さらに詳しくいえば酸
素吸蔵能を持つ金属複合酸化物として、たとえば、銀−
マンガン系酸化物AgMnO2.5,ビスマス系酸化物Bi2UO6,
スピネル型酸化物Co2MnO4などを含有する正極を用いた
電池に関する。
作用 水素吸蔵合金/空気二次電池において、空気極を酸素吸
蔵電極で代替してやると、酸素ガスの注入によって容易
に電極の再生ができるため、空気極などのガス拡散電極
に付随していた、気液固三相界面を維持する問題、混入
するCO2による炭酸塩析出の問題、ガスの湿度管理の問
題、などが一挙に解決できる。さらに、電池構造も非常
に単純になり、また、アルカリ電解液も使用できるた
め、軽量・コンパクト化、低コスト化、メンテナンスフ
リー化を図ることが可能となる。
蔵電極で代替してやると、酸素ガスの注入によって容易
に電極の再生ができるため、空気極などのガス拡散電極
に付随していた、気液固三相界面を維持する問題、混入
するCO2による炭酸塩析出の問題、ガスの湿度管理の問
題、などが一挙に解決できる。さらに、電池構造も非常
に単純になり、また、アルカリ電解液も使用できるた
め、軽量・コンパクト化、低コスト化、メンテナンスフ
リー化を図ることが可能となる。
酸素吸蔵正極に用いられる金属複合酸化物は、構成して
いる金属イオ(M+)の原子価変化により、酸素ガスを酸素
アニオンとして、(1)式に示すように結晶内に貯蔵する
ことができる。
いる金属イオ(M+)の原子価変化により、酸素ガスを酸素
アニオンとして、(1)式に示すように結晶内に貯蔵する
ことができる。
(2M+)(O2-)+1/202→(2M2+)(202-) (1) この吸蔵された酸素は(2)式の放電反応で消費される。
(2M2+)(202-)+H2O+2e-→(2M+)(O2-)+2OH- (2) 水素吸蔵負極(MH)では次の(3)式の放電反応が起こるた
め、 2MH+2OH-→2M+2H2O+2e- (3) 電池の全反応は(4)式のようになる。
め、 2MH+2OH-→2M+2H2O+2e- (3) 電池の全反応は(4)式のようになる。
(2M2+)(202-)+2MH→2M+)(O2-)+2M+H2O (4) 酸素を吸蔵できる金属複合酸化物は、その原子価変化に
より酸素分子を還元し取り込む金属イオンと、サイズの
大きい酸素アニオンが可逆的に出入できる構造を保つた
めの金属イオンとから構成されている。このような金属
複合酸化を鋭意探索した結果、以下に示す銀−マンガン
系酸化物AgMnO2.5,ビスマス系酸化物Bi2UO6,スピネル型
酸化物Co2MnO4などが有望であることがわかった。
より酸素分子を還元し取り込む金属イオンと、サイズの
大きい酸素アニオンが可逆的に出入できる構造を保つた
めの金属イオンとから構成されている。このような金属
複合酸化を鋭意探索した結果、以下に示す銀−マンガン
系酸化物AgMnO2.5,ビスマス系酸化物Bi2UO6,スピネル型
酸化物Co2MnO4などが有望であることがわかった。
これら複合酸化物を粉末として、これに導電材、たとえ
ば、ニッケル粉末、カーボン粉末、銅粉末などを10〜30
wt.%好ましくは15〜25wt.%加えて混合する。この場合、
ニッケルや銅などを酸化物粉末上に無電解メッしてもよ
い。この混合物はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉
末を、5〜15wt.%加えて作製したシートと、10〜30wt.%
加えて作製したシートを、集電体であるニッケルメッシ
ュを狭んで重ね合わせて300〜350℃でホットプレスする
ことによって酸素吸蔵正極を作製する。
ば、ニッケル粉末、カーボン粉末、銅粉末などを10〜30
wt.%好ましくは15〜25wt.%加えて混合する。この場合、
ニッケルや銅などを酸化物粉末上に無電解メッしてもよ
い。この混合物はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉
末を、5〜15wt.%加えて作製したシートと、10〜30wt.%
加えて作製したシートを、集電体であるニッケルメッシ
ュを狭んで重ね合わせて300〜350℃でホットプレスする
ことによって酸素吸蔵正極を作製する。
また、公知の水素吸蔵合金粉末に導電材及びPTFE粉
末を加えて、上記と同様な方法で水素吸蔵負極を作製す
る。
末を加えて、上記と同様な方法で水素吸蔵負極を作製す
る。
これら両極のPTFE含有量が少ない側をアルカリ電解
液を含浸させた隔膜に接触させて重ね合わせ電池を構成
する。ここで使用する隔膜は、ポリプロピレンやナイロ
ンの不織布、チタン酸カリウム複合多孔質PTFE膜、
イオン交換膜などである。アルカリ電解液としては、6N
KOHと1N LiOHの混合液などが好ましいが、アニオン交
換膜を用いる場合には、アルカリ電解液を使用する必要
はない。
液を含浸させた隔膜に接触させて重ね合わせ電池を構成
する。ここで使用する隔膜は、ポリプロピレンやナイロ
ンの不織布、チタン酸カリウム複合多孔質PTFE膜、
イオン交換膜などである。アルカリ電解液としては、6N
KOHと1N LiOHの混合液などが好ましいが、アニオン交
換膜を用いる場合には、アルカリ電解液を使用する必要
はない。
実施例 以下、本発明の詳細を実施例で説明する。
実施例1 酸素吸蔵能を持つ各種金属複合酸化物を電気炉で合成
し、これを機械粉砕し、143ミクロン(100メツシュ)以下
の粉末とした。この粉末に対して4:1の割合でニッケ
ル粉末を加えて混合し、さらに10wt.%のPTFE粉末を加え
て混合し、このうちの300mgを秤りとり、300℃で5分間
のホットプレスをすることによってニッケルメッシュ上
に固定し、試験電極を得た。
し、これを機械粉砕し、143ミクロン(100メツシュ)以下
の粉末とした。この粉末に対して4:1の割合でニッケ
ル粉末を加えて混合し、さらに10wt.%のPTFE粉末を加え
て混合し、このうちの300mgを秤りとり、300℃で5分間
のホットプレスをすることによってニッケルメッシュ上
に固定し、試験電極を得た。
この電極に正極として、負極にLaNi5系水素吸蔵合金電
極、電解液として6N KOH溶液を用いる試験用電池を構成
した。また、照合電極として、酸化水銀電極を用いた。
電極は10気圧の酸素雰囲気下に30分放置し酸素吸蔵を
行った後、試験用電池に組み込み、放電電流0.5mAで、
酸化水銀電極に対して0Vまで放電を行った。試験温度
は室温とし、放電容量は酸化物1g当たり換算して示し
た。
極、電解液として6N KOH溶液を用いる試験用電池を構成
した。また、照合電極として、酸化水銀電極を用いた。
電極は10気圧の酸素雰囲気下に30分放置し酸素吸蔵を
行った後、試験用電池に組み込み、放電電流0.5mAで、
酸化水銀電極に対して0Vまで放電を行った。試験温度
は室温とし、放電容量は酸化物1g当たり換算して示し
た。
結果は表1の通りであるが、銀−マンガン系酸化物AgMn
O2.5,ビスマス系酸化物Bi2UO6,スピネル型酸化物Co2Mn
O4が高い電気容量を持ち、酸素吸蔵電極としてより好ま
しいことがわかった。
O2.5,ビスマス系酸化物Bi2UO6,スピネル型酸化物Co2Mn
O4が高い電気容量を持ち、酸素吸蔵電極としてより好ま
しいことがわかった。
実施例2 AgMnO2.5の粉末2gにカーボン粉末を0.5g加えて混合し
た。これを半分に分け、それぞれに10wt.%及び30wt.%に
なるようゆにPTFEを加えてシート状とし、この間にニッ
ケルメッシュを挟んで300℃で 5分間ホットプレスすることで一体成型し、酸素吸蔵正
極とした。同様な方法で、水素吸蔵合金LaNi2.5Co2.4Al
0.1の粉末2gを用い、水素吸蔵負極を作製した。隔膜は6
N KOH溶液を含浸させたナイロン不織布を用い、電極のP
TFE含有量が少ない側を隔膜側に接触させ、第1図に示
すような電池を構成した。
た。これを半分に分け、それぞれに10wt.%及び30wt.%に
なるようゆにPTFEを加えてシート状とし、この間にニッ
ケルメッシュを挟んで300℃で 5分間ホットプレスすることで一体成型し、酸素吸蔵正
極とした。同様な方法で、水素吸蔵合金LaNi2.5Co2.4Al
0.1の粉末2gを用い、水素吸蔵負極を作製した。隔膜は6
N KOH溶液を含浸させたナイロン不織布を用い、電極のP
TFE含有量が少ない側を隔膜側に接触させ、第1図に示
すような電池を構成した。
この電池は、正極1、負極2を隔膜3を隔てて配置し、
酸素注入部4と水素注入部5を両側に備えたものであ
る。それぞれのガス注入口より水素、酸素を2気圧で導
入し、10分間保持した後、ガス導入室をアルゴンガスで
パージした。このときの開路電圧は、1.1Vであった。試
験温度は20℃で、放電電流は1mA、放電終止電圧は0.8V
とした。
酸素注入部4と水素注入部5を両側に備えたものであ
る。それぞれのガス注入口より水素、酸素を2気圧で導
入し、10分間保持した後、ガス導入室をアルゴンガスで
パージした。このときの開路電圧は、1.1Vであった。試
験温度は20℃で、放電電流は1mA、放電終止電圧は0.8V
とした。
このガス再生との放電のサイクルを20回繰り返し行った
後の放電曲線を第2図に示す。ここで、横軸は時間、縦
軸は電圧である。
後の放電曲線を第2図に示す。ここで、横軸は時間、縦
軸は電圧である。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、負極に水素吸蔵合金を
用いた水素吸蔵電極、正極に金属複合酸化物を用いた新
規な酸素吸蔵電極を用いると、水素及び酸素ガスの注入
により電極の充電ができる新しい概念のガス再生型二次
電池が実現される。
用いた水素吸蔵電極、正極に金属複合酸化物を用いた新
規な酸素吸蔵電極を用いると、水素及び酸素ガスの注入
により電極の充電ができる新しい概念のガス再生型二次
電池が実現される。
第1図は本発明のガス再生型二次電池の構成を示す断面
図である。第2図は、実施例2に係る電池の放電特性図
である。 1:正極、2:負極、3:隔膜、 4:酸素注入、5:水素注入
図である。第2図は、実施例2に係る電池の放電特性図
である。 1:正極、2:負極、3:隔膜、 4:酸素注入、5:水素注入
Claims (5)
- 【請求項1】水素ガスで再生可能な水素吸蔵合金負極
と、酸素ガスで再生可能な酸素吸蔵正極からなるアルカ
リ型二次電池。 - 【請求項2】酸素吸蔵正極が金属複合酸化物及び粘結
材、導電材からなる特許請求の範囲第1項記載の電池。 - 【請求項3】前記金属複合酸化物が、銀−マンガン系酸
化物AgMnO2.5である特許請求の範囲第1項又は第2項記
載の電池。 - 【請求項4】前記金属複合酸化物が、ビスマス系酸化物
Bi2UO6である特許請求の範囲第1項又は第2項記載の電
池。 - 【請求項5】前記金属複合酸化物が、スピネル型複合酸
化物Co2MnO4である特許請求の範囲第1項又は第2項記
載の電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63250590A JPH067495B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | ガス再生型二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63250590A JPH067495B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | ガス再生型二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0298067A JPH0298067A (ja) | 1990-04-10 |
JPH067495B2 true JPH067495B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=17210152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63250590A Expired - Lifetime JPH067495B2 (ja) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | ガス再生型二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH067495B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3026608U (ja) * | 1995-08-22 | 1996-07-16 | 有限会社西海玩具研究所 | 落火防止を施したテープ着装の紙巻煙草 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5028667B2 (ja) * | 2000-09-11 | 2012-09-19 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | アルカリ電池用正極活物質およびアルカリ電池 |
JP5028668B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2012-09-19 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | アルカリ電池用正極活物質およびアルカリ電池 |
JP5308729B2 (ja) * | 2008-07-02 | 2013-10-09 | 川崎重工業株式会社 | 燃料電池蓄電池およびこれを用いた電池モジュール |
-
1988
- 1988-10-03 JP JP63250590A patent/JPH067495B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3026608U (ja) * | 1995-08-22 | 1996-07-16 | 有限会社西海玩具研究所 | 落火防止を施したテープ着装の紙巻煙草 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0298067A (ja) | 1990-04-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |