JPH0676850A - 亜鉛硝酸燃料電池 - Google Patents
亜鉛硝酸燃料電池Info
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- JPH0676850A JPH0676850A JP4211941A JP21194192A JPH0676850A JP H0676850 A JPH0676850 A JP H0676850A JP 4211941 A JP4211941 A JP 4211941A JP 21194192 A JP21194192 A JP 21194192A JP H0676850 A JPH0676850 A JP H0676850A
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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
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
-
- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、常温常圧下で発電する燃
料電池を提供することである。 【構成】 本発明亜鉛硝酸燃料電池の構成は、カチオ
ン交換膜と、カチオン交換膜により隔てられた正極室お
よび負筋室と、正極室に設置した正極炭素板を発電の基
本構成体とし、燃料として供給された、正極室の濃硝
酸、負極室の亜鉛板と電解液により発電する燃料電池で
あ流。
料電池を提供することである。 【構成】 本発明亜鉛硝酸燃料電池の構成は、カチオ
ン交換膜と、カチオン交換膜により隔てられた正極室お
よび負筋室と、正極室に設置した正極炭素板を発電の基
本構成体とし、燃料として供給された、正極室の濃硝
酸、負極室の亜鉛板と電解液により発電する燃料電池で
あ流。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は亜鉛硝酸燃料電池に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来燃料電池としては、イオン交換膜を
用いた水素酸素燃料電池や燐酸水溶液燃料電池、ヒドラ
ジン燃料電池、レドックスフロー電池などが開発されて
いる。しかし、水素酸素燃料電池は、セル当りの起電圧
が低く、白金触媒を多量に用いるため高価であり、燃料
としての水素および酸素ボンベを必要とし、寿命も短
い。燐酸水溶液燃料電池は、２００℃程度の高温で作動
し、単位セル当りの起電圧が低く、発熱反応を伴い、発
生した熱量を有効に活用しないかぎりエネルギー総合効
率を上げることはできない。 【０００３】ヒドラジン燃料電池は、燃料のヒドラジン
が高価であり、小電流にしか対応できず、レドックスフ
ロー電池は、有効なイオン交換膜の開発が未解決であ
り、効率および寿命に問題が残っている。その他、炭酸
溶融塩燃料電池は、６００℃付近の高温で作動し、高温
による電極の腐食などに問題があり実用化していない。
また、安定化ジルコニアなどの固体電解質を用いた燃料
電池は作動温度が１０００℃付近であり、この高温に耐
える材質を見いだすことは難かしく、様々な問題が未解
決のままである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来研究さ
れてきた各種燃料電池の解決出来なかった課題を解決す
るものである。すなわち、常温常圧下での発電、発熱反
応の少ない発電、自己放電の少ない発電、電圧降下の少
ない発電、大容量発電、安価で製作容易な発電、連続発
電、充電可能発電などの課題を解決するものである。 【０００５】 【課題を解決する手段】課題を解決する手段としての本
発明の基本構成体は、図１に示すように、カチオン交換
膜１と、このカチオン交換膜１により隔てられた正極室
２およひ負極室３と、正極室２に設置した正極炭素板４
からなり、この基本構成体において、正極室２に酸化剤
として濃硝酸６を満たし、負極室３には電極としての亜
鉛板５を挿入し電解液７を満たす。このとき正極炭素と
負極亜鉛間に起電力を発生し電流を取り出すことができ
る。 【０００６】 【作用】本発明電池内部での反応は次のように推測され
る。まず、負極室３では、金属亜鉛が電解液の存在によ
り電子を亜鉛電極２５に放出して亜鉛イオンとなり、一
方、正極室２では濃硝酸水溶液は水素イオンと硝酸イオ
ンに解離し、水素イオンは炭素電極２４から電子を受け
取って水素分子となり、水素分子は酸化剤である濃硝酸
によって酸化され、水と亜硝酸になる。また、亜鉛イオ
ンはカチオン交換膜１を透過して負極室３から正極室２
に移動し、正極室２で硝酸イオンと共に硝酸亜鉛を形成
する。以上の反応により正極炭素と負極亜鉛間に起電力
を発生し電流を取り出すことができる。 【０００７】 【実施例】基本発電セル 本発明の基本発電セル８は、カチオン交換膜１と、カチ
オン交換膜１の両面に接して設けた正極室２と負極室
３、および正極室２に設置した正極炭素板４からなる発
電装置に、燃料としての濃硝酸６を正極室２に、亜鉛板
５と電解液７を負極室３に供給することにより発電する
装置てある。このとき正極炭素板４と負極亜鉛板５の間
に起電力を発生し電流を取り出すことができる。 【０００８】発電セル基本構成体 したがって本発明発電セルの発電装置基本構成部分は、
カチオン交換膜１と、カチオン交換膜１に接する正極室
２および負極室３と、正極室１に設けた炭素板４であ
り、この基本構成休は発電による消耗とは全く関係な
い。 【０００９】燃料 本発明燃料電池の燃料として使用する材料は、正極室２
で酸化剤として用いる２５〜３５％濃硝酸６と、負極室
３て還元剤として用いる０．１〜２ミリ厚程度の亜鉛板
５で、発電に直接関わる。 【００１０】電解液 負極室３には亜鉛板５のイオン化を助長する目的で電解
液７を満たす。電解液７としては、亜鉛板５との直接反
応が少ない中性塩である、硫酸アンモニウム、硫酸亜
鉛、塩化アンモニウム、塩化亜鉛などを単数または複数
溶解した水溶液を用いる。 【００１１】起電反応 本発明燃料電池の起電反応と充電反応としては、正極室
２と負極室３で次のような反応が起こっていると推測さ
れる。 【００１２】 【化１】 発電の場合 負極側： Ｚｎ → Ｚｎ＋＋ ＋ ２ｅ− 交換膜： Ｚｎ＋＋の選択的透過（負極室→正極室） 正極側： ２ＨＮＯ３ → ２Ｈ＋ ＋ ２ＮＯ３ − ２Ｈ＋ ＋ ＨＮＯ３ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ ＋ ＨＮＯ２ Ｚｎ＋＋ ＋ ２ＮＯ３ − → Ｚｎ（ＮＯ３）２ ─────────────────────────────────── 全体式： Ｚｎ ＋ ３ＨＮＯ３ → Ｚｎ（ＮＯ３）２ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ ＨＮＯ２ 【００１３】充電の場合 負極側： Ｚｎ＋＋ ＋ ２ｅ− → Ｚ 交換膜： Ｚｎ＋＋の選択的透過（正極室→負極室） 正極側： ２ＯＨ− →Ｈ２Ｏ ＋ １／２ Ｏ２ ＋ ２ｅ− ─────────────────────────────────── 全体式： Ｚｎ＋＋ ＋ ２ＯＨ− → Ｚｎ ＋ １／２ Ｏ２ ＋ Ｈ２ Ｏ 【００１４】必要電圧電流の確保 必要な電圧を得るには、基本発電セル８を必要な数だけ
直列に連結すればよく、また、必要電流を確保するに
は、負極板亜鉛５の必要極板面積を確保すればよい 【００１５】濃硝酸の供給 本電池での発電のための濃硝酸６の供給は、図１に示す
ように、濃硝酸タンク２０から濃硝酸供給ポンプ２６で
発電セル８の正極室２にそれぞれ供給する。このポンプ
はチューブ式ポンプや蛇腹式ポンプ等を利用すればよ
く、各正極室２に同量の濃硝酸６を同時に必要量だけ供
給する。また、濃硝酸の濃度については外部燃料タンク
内では、２倍程度の６０％〜７０％濃度硝酸で保持すれ
ばタンク容積をコンパクトにすることができる。供給す
るタイミングおよび供給量の制御は、１実施例としては
発電量を積算するマイコン制御などにより実施すること
ができる。 【００１６】電解液の供給 本発明電池での電解液７の供給は、図１に示すように、
電解液タンク２１から、電解液供給ポンプ２７で発電セ
ル８の負極室３にそれぞれ供給する。このポンプもチュ
ーブ式ポンプや蛇腹式ポンプ等を利用すればよく、各負
極室３に同量の電解液７を同時に必要量だけ洪給する。 【００１７】正負極液の撹拌 供給された正極液および負極液は各室で均等な濃度分布
になっていることが望ましく撹拌が必要である。撹拌方
法には様々な方式が考えられるが、一実施例としてスポ
イド方式を用いる。各室に設置したスポイドに液の一部
を吸引し噴流として放出することにより定期的な撹拌が
可能である。その他、各正負極液供給ポンプを代用し、
各正負極室から一定少量液を吸引して排出することを繰
り返す手段により実施することもできる。 【００１８】発電休止方法 本発明電池の発電を休止するには、正極液１８を吸引ポ
ンプ２８により抜き取り、抜き取った正極液１８を正極
液一時保管タンク２２に保管する。正極液１８が発電セ
ル８から抜き取られることにより、各発電セル８は、副
反応を伴うことなく発電機能を一時的に停止しておくこ
とができる。同様に負極液を抜き取り一時保管すること
により発電休止も可能である。 【００１９】発電再開方法 休止中の発電セル８を発電開始するには、一時保管中の
正極液１８を正極室２へポンプで戻せば発電を速やかに
開始することができる。あるいは一時保管中の負極液を
負極室３へポンプで戻せば発電を速やかに開始すること
ができる。 【００２０】廃液 本電池の正極廃液は正極一次廃液と正極二次廃液に区分
する。正極一次廃液は有用亜鉛イオンを含む廃液であ
り、正極二次廃液は充電により有用亜鉛イオンが折出再
生された後の廃液で、タンクに別々に保管する。正極一
次廃液は、充電時に正極室に還流して電析により亜鉛イ
オンを亜鉛電極に析出する。 【００２１】負極充電 本発明では二次電池のように充電による可逆反応を可能
とするものではないが、本発明電池に充電のように逆電
流を流すことにより、正極液や正極一次廃液から亜鉛イ
オンを亜鉛電極板上に析出させることがてきる。このと
き正極炭素電極では酸素が発生する。この充電に似た通
電手段により負極亜鉛は何度も再生利用でき、亜鉛電極
の寿命が延び亜鉛電極の交換頻度を大福に減少させるこ
とができる。つまリ、深夜電力などを活用し、正極一次
廃液を正極室にポンプにより順次還流しながら通電する
ことにより負極電極の充電が可能となる。 【００２２】亜鉛電極保持カセット 図７に示すように亜鉛板５の一般的供給はカセット式で
行う。この亜鉛電極保持カセット４９は、複数のコネク
タ５０を持ち、各コネクタ５０は、炭素電極用ソケット
４６と亜鉛電極用ソケット４７を持つ。このコネクタ５
０の亜鉛電極用ソケット４７に亜鉛電極２５を装着した
カセットは、亜鉛電極２５の間隔を負極室３間隔と一致
させているため、このカセットにより、一連の負極室３
に一枚ずつ亜鉛電極２５を挿入することができる。ま
た、長期使用により劣化した亜鉛電極２５もこの亜鉛電
極保持カセット４９により一括して交換することができ
る。 【００２３】液漏れ防止 負極室の液漏れ防止対策として、図７に示すようにコネ
クタ５０の亜鉛電極用ソケットの先端部に、電解液封止
弾性体４８を取り付け、コネクタ５０の圧着装填により
電解液の漏れを防止する。 【００２４】連続発電 本発明発電セル８で、中断することなく連続発電する必
要がある特殊用途発電には、撚料としての亜鉛板５と濃
硝酸６および電解液７を連続的に供給すれば、連続的に
発電することができる。以下にその方法の実施例を示
す。 【００２５】亜鉛板連続供給方法 液体である濃硝酸６や電解液の供給はポンプを利用して
簡単に実施できるが、固体である亜鉛板５の洪給方法
は、図６に示すような、発電セル８上に設けた亜鉛板フ
ィーダ３４を利用する。亜鉛板フィーダ３４は亜鉛板保
管カセット３５に複数枚の亜鉛板５を持ち、所定の発電
セル８の負極室３上に移動して、負極室３から使用済み
亜鉛板５を引き上げ、使用済亜鉛板保管部３６まで運
び、使用済亜鉛板保管部３６に保管し、再度また当該発
電セル負極室３まで戻って、未使用亜鉛板４２を未使用
亜鉛板保管カセット３５から取り出し、未使用亜鉛板４
２を負極室３に降して挿入し、炭素亜鉛連結コネクタ９
の亜鉛板装着部１４に亜鉛板接点部１５を装着する。 【００２６】亜鉛板フィーダ対応コネクタ 亜鉛板の取り替えを容易にし、且つ複数発電セル８を直
列に複数連結するため、図３に示す実施例のような炭素
亜鉛連結コネクタ９を用いる。この炭素亜鉛連結コネク
タ９は、炭素電極２４の先端部に密着して固定する炭素
接点部１３と、正極側に隣接する発電セル８の亜鉛板５
の亜鉛板接点部１５を挿入固定する亜鉛板装着部１４を
もつ。この炭素亜鉛連結コネクタ９により、発電セル８
の炭素電極２４と隣接発電セルの亜鉛板５が導通され、
各発電セル８を直列に接続することができ、また、亜鉛
板フィーダ３４による亜鉛板の取り替えを容易にする。 【００２７】亜鉛板取替中の連続発電 亜鉛板取替えにおいて、取り替え中の特定発電セル８の
亜鉛板５を引き抜いても、全体の発電が中断しないよう
に亜鉛板５を取り替えるには、取り替え中の発電セル８
を一時短絡すればよい。亜鉛板５を取り替えようとする
発電セル８の一時短絡には、図５に示すように短絡線１
６を用い、当該発電セル８両端に接続している炭素亜鉛
連結コネクタ９を利用して、この短絡線１６で電気的に
短絡することにより、短絡された発電セル以外は、発電
を中断されることなく連続発電が可能である。 【００２８】ダイオードの挿入 短絡線１６で特定発電セル８を短絡すれば、当該発電セ
ル８には短絡電流が流れ発熱する。この短絡電流を阻止
し、かつ他の発電セル８の速続発電を妨げないようにす
るためには、短絡線１６に、図５に示すようにダイオー
ド１７を直列に挿入し、そのダイオード１７の接続方向
を、短絡電流に対しては逆方向、残りの発電セルに対し
ては順方向になるよう挿入すればよい。このダイオード
１７の働きによって短絡電流は阻止され、他の発電セル
は発電を中断されることなく連続的に無停電発電をする
ことができる。 【００２９】連続発電で使用済みの燃料処理方法 連続発電では、発電を中断できないため充電機能を使用
できない。従って、正極室２および負極室３から排出さ
れる使用済みの廃液３３については、図１に示すよう
に、廃液ドレン３０，３１から取り出し、廃液タンク３
２に保管し、一方、取り出した使用済亜鉛板５は、亜鉛
板フィーダ３４により使用済亜鉛保管部３６まで運び保
管する。保管した廃液３３および使用済亜鉛板５は、燃
料補給時に回収し再処理工場で再生する。 【００３０】廃液再生 廃液タンク３２に一時保管された廃液３３は、燃料であ
る濃硝酸６と亜鉛板５および電解液７を補給するとき、
同時に回収し、廃液３３や使用済亜鉛板５を、それぞれ
硝酸回収工場や亜鉛電解回収工場に集めて、亜鉛の再生
や硝酸の再生を図る。このサイクルを実施することによ
り、亜鉛はリサイクル資源として何度でも利用可能とな
る。 【００３１】応用実施例 本発明の応用実施例としては、ポータブル電源、電気自
動車などが考えられる。 【００３２】ポータブル電源 本発明は小型軽量電池から大出力電池まで容易に設計可
能であるのでポータブル電源として利用可能である。ポ
ータブル電源は、工事現場での静粛な電源やレジャー用
電源として利用可能である。ポータブル電源では充電す
る時間を取れるので、深夜電力を利用して亜鉛電極再生
のための充電をすることにより、酸化液や電解液の補給
だけで何度でも使用することができ、維持費を安くでき
る。 【００３３】電気自動車 本発明燃料電池を電気自動車に用いれば、従来の鉛蓄電
池では困難であった様々な特性が発揮できる。まず、燃
料の補給が、酸化液や電解液の補給だけでよく、金属燃
料としての負極の亜鉛電極は、深夜電力による充電など
で長期間再生可能である。また回生ブレーキの採用によ
り走行中もブレーキ使用時に負極充電が可能である。ま
た緊急の場合は燃料の補給だけで充電がなくても走行可
能である。 【００３４】燃料補給スタンド 電気自動車用電源としての応用に於ては、燃料としての
濃硝酸６と電解液７、および亜鉛電極保持カセット４９
を、現在のガソリンスタンドなどを使って、簡単に供給
体制を敷くことができる。 【００３５】 【本発明の効果】本発明燃料電池は次のような特長をも
っている。 １．常温常圧で発電が可能である。 ２．構造が簡単で組立てが容易である。 ３．耐久性がある。 ４．燃料の供給が容易である。 ５．充電により亜鉛電極再生が可能である。 ６．自己放電がない。 ７．排気ガスのないクリーンなエネルギーを提供する。 ８．電気自動車やポータブル電源が簡単に実用化でき
る。 ９．夜間電力の有効利用が図れる。 １０．資源リサイクルにより資源の有効活用が図れる。
る。 【０００２】 【従来の技術】従来燃料電池としては、イオン交換膜を
用いた水素酸素燃料電池や燐酸水溶液燃料電池、ヒドラ
ジン燃料電池、レドックスフロー電池などが開発されて
いる。しかし、水素酸素燃料電池は、セル当りの起電圧
が低く、白金触媒を多量に用いるため高価であり、燃料
としての水素および酸素ボンベを必要とし、寿命も短
い。燐酸水溶液燃料電池は、２００℃程度の高温で作動
し、単位セル当りの起電圧が低く、発熱反応を伴い、発
生した熱量を有効に活用しないかぎりエネルギー総合効
率を上げることはできない。 【０００３】ヒドラジン燃料電池は、燃料のヒドラジン
が高価であり、小電流にしか対応できず、レドックスフ
ロー電池は、有効なイオン交換膜の開発が未解決であ
り、効率および寿命に問題が残っている。その他、炭酸
溶融塩燃料電池は、６００℃付近の高温で作動し、高温
による電極の腐食などに問題があり実用化していない。
また、安定化ジルコニアなどの固体電解質を用いた燃料
電池は作動温度が１０００℃付近であり、この高温に耐
える材質を見いだすことは難かしく、様々な問題が未解
決のままである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来研究さ
れてきた各種燃料電池の解決出来なかった課題を解決す
るものである。すなわち、常温常圧下での発電、発熱反
応の少ない発電、自己放電の少ない発電、電圧降下の少
ない発電、大容量発電、安価で製作容易な発電、連続発
電、充電可能発電などの課題を解決するものである。 【０００５】 【課題を解決する手段】課題を解決する手段としての本
発明の基本構成体は、図１に示すように、カチオン交換
膜１と、このカチオン交換膜１により隔てられた正極室
２およひ負極室３と、正極室２に設置した正極炭素板４
からなり、この基本構成体において、正極室２に酸化剤
として濃硝酸６を満たし、負極室３には電極としての亜
鉛板５を挿入し電解液７を満たす。このとき正極炭素と
負極亜鉛間に起電力を発生し電流を取り出すことができ
る。 【０００６】 【作用】本発明電池内部での反応は次のように推測され
る。まず、負極室３では、金属亜鉛が電解液の存在によ
り電子を亜鉛電極２５に放出して亜鉛イオンとなり、一
方、正極室２では濃硝酸水溶液は水素イオンと硝酸イオ
ンに解離し、水素イオンは炭素電極２４から電子を受け
取って水素分子となり、水素分子は酸化剤である濃硝酸
によって酸化され、水と亜硝酸になる。また、亜鉛イオ
ンはカチオン交換膜１を透過して負極室３から正極室２
に移動し、正極室２で硝酸イオンと共に硝酸亜鉛を形成
する。以上の反応により正極炭素と負極亜鉛間に起電力
を発生し電流を取り出すことができる。 【０００７】 【実施例】基本発電セル 本発明の基本発電セル８は、カチオン交換膜１と、カチ
オン交換膜１の両面に接して設けた正極室２と負極室
３、および正極室２に設置した正極炭素板４からなる発
電装置に、燃料としての濃硝酸６を正極室２に、亜鉛板
５と電解液７を負極室３に供給することにより発電する
装置てある。このとき正極炭素板４と負極亜鉛板５の間
に起電力を発生し電流を取り出すことができる。 【０００８】発電セル基本構成体 したがって本発明発電セルの発電装置基本構成部分は、
カチオン交換膜１と、カチオン交換膜１に接する正極室
２および負極室３と、正極室１に設けた炭素板４であ
り、この基本構成休は発電による消耗とは全く関係な
い。 【０００９】燃料 本発明燃料電池の燃料として使用する材料は、正極室２
で酸化剤として用いる２５〜３５％濃硝酸６と、負極室
３て還元剤として用いる０．１〜２ミリ厚程度の亜鉛板
５で、発電に直接関わる。 【００１０】電解液 負極室３には亜鉛板５のイオン化を助長する目的で電解
液７を満たす。電解液７としては、亜鉛板５との直接反
応が少ない中性塩である、硫酸アンモニウム、硫酸亜
鉛、塩化アンモニウム、塩化亜鉛などを単数または複数
溶解した水溶液を用いる。 【００１１】起電反応 本発明燃料電池の起電反応と充電反応としては、正極室
２と負極室３で次のような反応が起こっていると推測さ
れる。 【００１２】 【化１】 発電の場合 負極側： Ｚｎ → Ｚｎ＋＋ ＋ ２ｅ− 交換膜： Ｚｎ＋＋の選択的透過（負極室→正極室） 正極側： ２ＨＮＯ３ → ２Ｈ＋ ＋ ２ＮＯ３ − ２Ｈ＋ ＋ ＨＮＯ３ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ ＋ ＨＮＯ２ Ｚｎ＋＋ ＋ ２ＮＯ３ − → Ｚｎ（ＮＯ３）２ ─────────────────────────────────── 全体式： Ｚｎ ＋ ３ＨＮＯ３ → Ｚｎ（ＮＯ３）２ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ ＨＮＯ２ 【００１３】充電の場合 負極側： Ｚｎ＋＋ ＋ ２ｅ− → Ｚ 交換膜： Ｚｎ＋＋の選択的透過（正極室→負極室） 正極側： ２ＯＨ− →Ｈ２Ｏ ＋ １／２ Ｏ２ ＋ ２ｅ− ─────────────────────────────────── 全体式： Ｚｎ＋＋ ＋ ２ＯＨ− → Ｚｎ ＋ １／２ Ｏ２ ＋ Ｈ２ Ｏ 【００１４】必要電圧電流の確保 必要な電圧を得るには、基本発電セル８を必要な数だけ
直列に連結すればよく、また、必要電流を確保するに
は、負極板亜鉛５の必要極板面積を確保すればよい 【００１５】濃硝酸の供給 本電池での発電のための濃硝酸６の供給は、図１に示す
ように、濃硝酸タンク２０から濃硝酸供給ポンプ２６で
発電セル８の正極室２にそれぞれ供給する。このポンプ
はチューブ式ポンプや蛇腹式ポンプ等を利用すればよ
く、各正極室２に同量の濃硝酸６を同時に必要量だけ供
給する。また、濃硝酸の濃度については外部燃料タンク
内では、２倍程度の６０％〜７０％濃度硝酸で保持すれ
ばタンク容積をコンパクトにすることができる。供給す
るタイミングおよび供給量の制御は、１実施例としては
発電量を積算するマイコン制御などにより実施すること
ができる。 【００１６】電解液の供給 本発明電池での電解液７の供給は、図１に示すように、
電解液タンク２１から、電解液供給ポンプ２７で発電セ
ル８の負極室３にそれぞれ供給する。このポンプもチュ
ーブ式ポンプや蛇腹式ポンプ等を利用すればよく、各負
極室３に同量の電解液７を同時に必要量だけ洪給する。 【００１７】正負極液の撹拌 供給された正極液および負極液は各室で均等な濃度分布
になっていることが望ましく撹拌が必要である。撹拌方
法には様々な方式が考えられるが、一実施例としてスポ
イド方式を用いる。各室に設置したスポイドに液の一部
を吸引し噴流として放出することにより定期的な撹拌が
可能である。その他、各正負極液供給ポンプを代用し、
各正負極室から一定少量液を吸引して排出することを繰
り返す手段により実施することもできる。 【００１８】発電休止方法 本発明電池の発電を休止するには、正極液１８を吸引ポ
ンプ２８により抜き取り、抜き取った正極液１８を正極
液一時保管タンク２２に保管する。正極液１８が発電セ
ル８から抜き取られることにより、各発電セル８は、副
反応を伴うことなく発電機能を一時的に停止しておくこ
とができる。同様に負極液を抜き取り一時保管すること
により発電休止も可能である。 【００１９】発電再開方法 休止中の発電セル８を発電開始するには、一時保管中の
正極液１８を正極室２へポンプで戻せば発電を速やかに
開始することができる。あるいは一時保管中の負極液を
負極室３へポンプで戻せば発電を速やかに開始すること
ができる。 【００２０】廃液 本電池の正極廃液は正極一次廃液と正極二次廃液に区分
する。正極一次廃液は有用亜鉛イオンを含む廃液であ
り、正極二次廃液は充電により有用亜鉛イオンが折出再
生された後の廃液で、タンクに別々に保管する。正極一
次廃液は、充電時に正極室に還流して電析により亜鉛イ
オンを亜鉛電極に析出する。 【００２１】負極充電 本発明では二次電池のように充電による可逆反応を可能
とするものではないが、本発明電池に充電のように逆電
流を流すことにより、正極液や正極一次廃液から亜鉛イ
オンを亜鉛電極板上に析出させることがてきる。このと
き正極炭素電極では酸素が発生する。この充電に似た通
電手段により負極亜鉛は何度も再生利用でき、亜鉛電極
の寿命が延び亜鉛電極の交換頻度を大福に減少させるこ
とができる。つまリ、深夜電力などを活用し、正極一次
廃液を正極室にポンプにより順次還流しながら通電する
ことにより負極電極の充電が可能となる。 【００２２】亜鉛電極保持カセット 図７に示すように亜鉛板５の一般的供給はカセット式で
行う。この亜鉛電極保持カセット４９は、複数のコネク
タ５０を持ち、各コネクタ５０は、炭素電極用ソケット
４６と亜鉛電極用ソケット４７を持つ。このコネクタ５
０の亜鉛電極用ソケット４７に亜鉛電極２５を装着した
カセットは、亜鉛電極２５の間隔を負極室３間隔と一致
させているため、このカセットにより、一連の負極室３
に一枚ずつ亜鉛電極２５を挿入することができる。ま
た、長期使用により劣化した亜鉛電極２５もこの亜鉛電
極保持カセット４９により一括して交換することができ
る。 【００２３】液漏れ防止 負極室の液漏れ防止対策として、図７に示すようにコネ
クタ５０の亜鉛電極用ソケットの先端部に、電解液封止
弾性体４８を取り付け、コネクタ５０の圧着装填により
電解液の漏れを防止する。 【００２４】連続発電 本発明発電セル８で、中断することなく連続発電する必
要がある特殊用途発電には、撚料としての亜鉛板５と濃
硝酸６および電解液７を連続的に供給すれば、連続的に
発電することができる。以下にその方法の実施例を示
す。 【００２５】亜鉛板連続供給方法 液体である濃硝酸６や電解液の供給はポンプを利用して
簡単に実施できるが、固体である亜鉛板５の洪給方法
は、図６に示すような、発電セル８上に設けた亜鉛板フ
ィーダ３４を利用する。亜鉛板フィーダ３４は亜鉛板保
管カセット３５に複数枚の亜鉛板５を持ち、所定の発電
セル８の負極室３上に移動して、負極室３から使用済み
亜鉛板５を引き上げ、使用済亜鉛板保管部３６まで運
び、使用済亜鉛板保管部３６に保管し、再度また当該発
電セル負極室３まで戻って、未使用亜鉛板４２を未使用
亜鉛板保管カセット３５から取り出し、未使用亜鉛板４
２を負極室３に降して挿入し、炭素亜鉛連結コネクタ９
の亜鉛板装着部１４に亜鉛板接点部１５を装着する。 【００２６】亜鉛板フィーダ対応コネクタ 亜鉛板の取り替えを容易にし、且つ複数発電セル８を直
列に複数連結するため、図３に示す実施例のような炭素
亜鉛連結コネクタ９を用いる。この炭素亜鉛連結コネク
タ９は、炭素電極２４の先端部に密着して固定する炭素
接点部１３と、正極側に隣接する発電セル８の亜鉛板５
の亜鉛板接点部１５を挿入固定する亜鉛板装着部１４を
もつ。この炭素亜鉛連結コネクタ９により、発電セル８
の炭素電極２４と隣接発電セルの亜鉛板５が導通され、
各発電セル８を直列に接続することができ、また、亜鉛
板フィーダ３４による亜鉛板の取り替えを容易にする。 【００２７】亜鉛板取替中の連続発電 亜鉛板取替えにおいて、取り替え中の特定発電セル８の
亜鉛板５を引き抜いても、全体の発電が中断しないよう
に亜鉛板５を取り替えるには、取り替え中の発電セル８
を一時短絡すればよい。亜鉛板５を取り替えようとする
発電セル８の一時短絡には、図５に示すように短絡線１
６を用い、当該発電セル８両端に接続している炭素亜鉛
連結コネクタ９を利用して、この短絡線１６で電気的に
短絡することにより、短絡された発電セル以外は、発電
を中断されることなく連続発電が可能である。 【００２８】ダイオードの挿入 短絡線１６で特定発電セル８を短絡すれば、当該発電セ
ル８には短絡電流が流れ発熱する。この短絡電流を阻止
し、かつ他の発電セル８の速続発電を妨げないようにす
るためには、短絡線１６に、図５に示すようにダイオー
ド１７を直列に挿入し、そのダイオード１７の接続方向
を、短絡電流に対しては逆方向、残りの発電セルに対し
ては順方向になるよう挿入すればよい。このダイオード
１７の働きによって短絡電流は阻止され、他の発電セル
は発電を中断されることなく連続的に無停電発電をする
ことができる。 【００２９】連続発電で使用済みの燃料処理方法 連続発電では、発電を中断できないため充電機能を使用
できない。従って、正極室２および負極室３から排出さ
れる使用済みの廃液３３については、図１に示すよう
に、廃液ドレン３０，３１から取り出し、廃液タンク３
２に保管し、一方、取り出した使用済亜鉛板５は、亜鉛
板フィーダ３４により使用済亜鉛保管部３６まで運び保
管する。保管した廃液３３および使用済亜鉛板５は、燃
料補給時に回収し再処理工場で再生する。 【００３０】廃液再生 廃液タンク３２に一時保管された廃液３３は、燃料であ
る濃硝酸６と亜鉛板５および電解液７を補給するとき、
同時に回収し、廃液３３や使用済亜鉛板５を、それぞれ
硝酸回収工場や亜鉛電解回収工場に集めて、亜鉛の再生
や硝酸の再生を図る。このサイクルを実施することによ
り、亜鉛はリサイクル資源として何度でも利用可能とな
る。 【００３１】応用実施例 本発明の応用実施例としては、ポータブル電源、電気自
動車などが考えられる。 【００３２】ポータブル電源 本発明は小型軽量電池から大出力電池まで容易に設計可
能であるのでポータブル電源として利用可能である。ポ
ータブル電源は、工事現場での静粛な電源やレジャー用
電源として利用可能である。ポータブル電源では充電す
る時間を取れるので、深夜電力を利用して亜鉛電極再生
のための充電をすることにより、酸化液や電解液の補給
だけで何度でも使用することができ、維持費を安くでき
る。 【００３３】電気自動車 本発明燃料電池を電気自動車に用いれば、従来の鉛蓄電
池では困難であった様々な特性が発揮できる。まず、燃
料の補給が、酸化液や電解液の補給だけでよく、金属燃
料としての負極の亜鉛電極は、深夜電力による充電など
で長期間再生可能である。また回生ブレーキの採用によ
り走行中もブレーキ使用時に負極充電が可能である。ま
た緊急の場合は燃料の補給だけで充電がなくても走行可
能である。 【００３４】燃料補給スタンド 電気自動車用電源としての応用に於ては、燃料としての
濃硝酸６と電解液７、および亜鉛電極保持カセット４９
を、現在のガソリンスタンドなどを使って、簡単に供給
体制を敷くことができる。 【００３５】 【本発明の効果】本発明燃料電池は次のような特長をも
っている。 １．常温常圧で発電が可能である。 ２．構造が簡単で組立てが容易である。 ３．耐久性がある。 ４．燃料の供給が容易である。 ５．充電により亜鉛電極再生が可能である。 ６．自己放電がない。 ７．排気ガスのないクリーンなエネルギーを提供する。 ８．電気自動車やポータブル電源が簡単に実用化でき
る。 ９．夜間電力の有効利用が図れる。 １０．資源リサイクルにより資源の有効活用が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明発電セルの概念図である。
【図２】 本発明発電セルの正極室と負極室の実施例構
成分解図である。 【図３】 本発明集合セルの炭素亜鉛接続コネクタの実
施例概念図である。 【図４】 本発明集合セルの断面図である。 【図５】 選択された発電セルを短絡する短絡線の使用
概念図である。 【図６】 本発明集合セルと亜鉛フィーダの実施例概念
図である。 【図７】 亜鉛電極保持カセットの実施例概念図であ
る。 【符号の説明】 １ カチオン交換膜 ２ 正極室 ３ 負極室 ４ 炭素板 ５ 亜鉛板 ６ 濃硝酸 ７ 電解液 ８ 発電セル ９ 炭素亜鉛連結コネクタ １０ 不浸透性炭素板 １１ 隔壁 １２ 電解液封止弾性体 １３ 炭素接点部 １４ 亜鉛板装着部 １５ 亜鉛板接点部 １６ 短絡線 １７ ダイオード １８ 正極液 １９ 負極液 ２０ 濃硝酸タンク ２１ 電解液タンク ２２ 正極液一時保管タンク ２３ 負極液一時保管タンク ２４ 炭素電極 ２５ 亜鉛電極 ２６ 濃硝酸供給ポンプ ２７ 電解液供給ポンプ ２８ 正極液吸引ポンプ ２９ 負極液吸引ポンプ ３０ 正極廃液ドレン ３１ 負極廃液ドレン ３２ 廃液タンク ３３ 廃液 ３４ 亜鉛板フィーダ ３５ 未使用亜鉛板保管カセット ３６ 使用済亜鉛保管部 ３７ 集合電池セル ３８ 負荷 ３９ 膜押え板 ４０ 正極室枠 ４１ 負極室枠 ４２ 未使用亜鉛板 ４３ 接点 ４４ 亜鉛取替えスリット ４５ フック用穴 ４６ 炭素電極用ソケット ４７ 亜鉛電極用ソケット ４８ 電解液封止弾性体 ４９ 亜鉛電極保持カセット ５０ コネクタ
成分解図である。 【図３】 本発明集合セルの炭素亜鉛接続コネクタの実
施例概念図である。 【図４】 本発明集合セルの断面図である。 【図５】 選択された発電セルを短絡する短絡線の使用
概念図である。 【図６】 本発明集合セルと亜鉛フィーダの実施例概念
図である。 【図７】 亜鉛電極保持カセットの実施例概念図であ
る。 【符号の説明】 １ カチオン交換膜 ２ 正極室 ３ 負極室 ４ 炭素板 ５ 亜鉛板 ６ 濃硝酸 ７ 電解液 ８ 発電セル ９ 炭素亜鉛連結コネクタ １０ 不浸透性炭素板 １１ 隔壁 １２ 電解液封止弾性体 １３ 炭素接点部 １４ 亜鉛板装着部 １５ 亜鉛板接点部 １６ 短絡線 １７ ダイオード １８ 正極液 １９ 負極液 ２０ 濃硝酸タンク ２１ 電解液タンク ２２ 正極液一時保管タンク ２３ 負極液一時保管タンク ２４ 炭素電極 ２５ 亜鉛電極 ２６ 濃硝酸供給ポンプ ２７ 電解液供給ポンプ ２８ 正極液吸引ポンプ ２９ 負極液吸引ポンプ ３０ 正極廃液ドレン ３１ 負極廃液ドレン ３２ 廃液タンク ３３ 廃液 ３４ 亜鉛板フィーダ ３５ 未使用亜鉛板保管カセット ３６ 使用済亜鉛保管部 ３７ 集合電池セル ３８ 負荷 ３９ 膜押え板 ４０ 正極室枠 ４１ 負極室枠 ４２ 未使用亜鉛板 ４３ 接点 ４４ 亜鉛取替えスリット ４５ フック用穴 ４６ 炭素電極用ソケット ４７ 亜鉛電極用ソケット ４８ 電解液封止弾性体 ４９ 亜鉛電極保持カセット ５０ コネクタ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】カチオン交換膜１と、カチオン交換膜１を
はさんで設けた正極室２および負極室３と、正極室２に
設けた炭素板４を基本構成体とし、正極室２に濃硝酸
６、負極室３に電解液７を満たし、負極室３に亜鉛板５
を挿入したことを特徴とする亜鉛硝酸電池。 【請求項２】請求項１の亜鉛硝酸電池発電セル８を複数
個隣接して設け、各発電セル８の正極室炭素板４と隣接
発電セルの負極室亜鉛板５とを炭素亜鉛連結コネクタで
導電接続したことを特徴とする複数発電セル亜鉛硝酸電
池。 【請求項３】請求項１〜２に関し、濃硝酸６と電解液７
を供給する手段をさらに設けたことを特徴とする亜鉛硝
酸燃料電池。 【請求項４】請求項３に関し、亜鉛板５を供給する手段
をさらに設けたことを特徴とする亜鉛硝酸燃料電池。 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、使用中
の各発電セル８の正極液１８を別タンクに吸引保管する
手段、または負極液１９を別タンクに吸引保管する手段
により発電を休止することを特徴とする発電一時休止方
法。 【請求項６】請求項５の方法により発電を休止している
発電セル８において、保管中の正極液１８または電解液
７を、保管したタンクから戻すことにより発電を再開す
ることを特徴とする発電再開方法。 【請求項７】請求項１〜４のいずれかに該当する亜鉛硝
酸燃料電池において、さらに外部電源から正負極間に逆
電流を流す手段と、正極廃液を正極室に戻す手段を具備
し、正極液１８や正極廃液から亜鉛イオンを負極亜鉛電
極板に再析出することを特徴とする負極亜鉛単独再生充
電方法。 【請求項８】亜鉛板用ソケット４７と隣接炭素電極用ソ
ケット４６を持つ複数のコネクタ５０と、当該コネクタ
５０の各亜鉛板用ソケット４７に亜鉛電極５を導通装着
して保持することを特徴とする亜鉛電極保持カセット。 【請求項９】亜鉛電極５片面をアルミ板または導電性補
強板で補強したことを特徴とする亜鉛電極。 【請求項１０】負極室３上端近傍の内壁に、内側に向か
って延び、亜鉛板５に接触して、液漏れを防止する電解
液封止弾性体１２を設けたことを特徴とする請求項１〜
請求項４のいずれかに該当する亜鉛硝酸燃料電池。 【請求項１１】請求項２に関し、炭素電極２４上端部に
導電的に固定された炭素接点部１３と、隣接する他の発
電セル負極室の亜鉛板５に設けた亜鉛板接点部１５に導
電接触する亜鉛板装着部１４を持つことを特徴とする炭
素亜鉛連結コネクタ９。 【請求項１２】請求項２の複数発電セル燃料電池におい
て、各発電セルの使用済亜鉛板５を取替えるにあたり、
使用済亜鉛板５の取替え時期に時間差を設けたことを特
徴とする亜鉛板取替方法。 【請求項１３】請求項２および請求項１２に記載した複
数発電セル燃料電池の亜鉛板取替方法において、亜鉛板
５を通過した電流を積算する手段と、前記積算電流値に
基づいて各亜鉛板５の交換時期を決定する手段とをさら
に具備したことを特徴とする亜鉛板取替時期制御方法。 【請求項１４】請求項１２〜請求項１３において、交換
すべき使用済亜鉛板５をもつ発電セル８を短絡線１６に
より一時短絡し、一時短絡中に当該発電セル８の亜鉛板
５を交換することを特徴とする無停電亜鉛板取替方法。 【請求求項１５】請求項１２〜請求項１３において、亜
鉛板５を交換する短絡発電セル８に対しては逆方向に、
他の発電セルに対しては順方向になるように、更にダイ
オード１７を挿入した短絡線１６を用いることを特徴と
した無停電亜鉛板取替方法。 【請求項１６】請求項１２〜請求項１５のいずれかに於
て、亜鉛板５を交換しようとする発電セル８を短絡する
段階と、当該発電セル８の亜鉛板５を負極室３から抜き
取って使用済亜鉛板保管部３６に保管する段階と、新し
い亜鉛板５を当該発電セル８の負極室所定位置にセット
する段階と、短絡を解除する段階とを持つことを特徴と
する亜鉛板電極交換方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4211941A JPH0676850A (ja) | 1991-09-30 | 1992-07-01 | 亜鉛硝酸燃料電池 |
| PCT/JP1992/001242 WO1993007649A1 (en) | 1991-09-30 | 1992-09-29 | Zinc nitrate fuel cell |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32009291 | 1991-09-30 | ||
| JP3-320092 | 1991-09-30 | ||
| JP4211941A JPH0676850A (ja) | 1991-09-30 | 1992-07-01 | 亜鉛硝酸燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0676850A true JPH0676850A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=26518916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4211941A Pending JPH0676850A (ja) | 1991-09-30 | 1992-07-01 | 亜鉛硝酸燃料電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676850A (ja) |
| WO (1) | WO1993007649A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013002137A1 (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-03 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池 |
| JP2013008640A (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レドックスフロー電池 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB971279A (en) * | 1962-01-09 | 1964-09-30 | Du Pont | Electricity generation by means of fuel cells |
| FR2361000A1 (fr) * | 1976-08-06 | 1978-03-03 | Michelin & Cie | Generateurs electrochimiques a lit de sedimentation et a alimentation divergente |
| JPS5913154B2 (ja) * | 1980-06-17 | 1984-03-28 | 工業技術院長 | レドツクス電池 |
| US4911993A (en) * | 1988-02-01 | 1990-03-27 | Eltech Systems Corporation | Bipolar, filter-press, consumable metal anode battery |
-
1992
- 1992-07-01 JP JP4211941A patent/JPH0676850A/ja active Pending
- 1992-09-29 WO PCT/JP1992/001242 patent/WO1993007649A1/ja active Application Filing
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013002137A1 (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-03 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池 |
| JP2013008640A (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レドックスフロー電池 |
| US9531028B2 (en) | 2011-06-27 | 2016-12-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Redox flow battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1993007649A1 (en) | 1993-04-15 |
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