JPH0714617A - 亜鉛−臭素電池の集電電極 - Google Patents

亜鉛−臭素電池の集電電極

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JPH0714617A
JPH0714617A JP5153124A JP15312493A JPH0714617A JP H0714617 A JPH0714617 A JP H0714617A JP 5153124 A JP5153124 A JP 5153124A JP 15312493 A JP15312493 A JP 15312493A JP H0714617 A JPH0714617 A JP H0714617A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電解液の液圧変動に伴って集電電極に繰り返
し曲げ力が加えられることに起因するクラック等の発生
する原因を除去し、電池の寿命を延ばすことができる亜
鉛−臭素電池の集電電極を提供することを目的とする。 【構成】 矩形平板状の中間電極1にセパレータ板2を
重ねて単セルを形成し、この単セルを複数個積層して電
池本体を構成するとともに、該電池本体の両端部に一対
の集電電極7と締付端板8を配置し、両締付端板8,8
間をボルト締めすることによって一体的に積層固定する
ようにした亜鉛−臭素電池の集電電極において、上記集
電電極7の背面a側に電解液の流路17を形成し、この
流路17の両端部に位置するチャンネル部12b,12
bを電池本体の正極又は負極マニホールドに連結した亜
鉛−臭素電池の集電電極の構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電解液循環型積層二次電
池、特に亜鉛−臭素電池の構成部材である集電電極に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】亜鉛−臭素電池は正極活物質に臭素、負
極活物質に亜鉛を用いた2次電池であり、この電池は例
えば電力の昼と夜のアンバランスを解決させるために、
電力需要が少ない夜間に電力を貯蔵して、昼間に放出さ
せるため等に使用される。
【0003】充電時に正極電極側で発生した臭素は、電
解液に添加した臭素錯化剤と反応し、オイル状の沈殿物
となって貯蔵タンクへ戻され、放電時はポンプで単電池
内へ送り込まれ還元される。電解液の成分はZnBr2
水溶液と、抵抗を下げるためのNH4Cl等の塩と、負
極亜鉛側のデンドライトを防止し、均一な電着を促進さ
せるためのPb,Sn,4級アンモニウム塩類と、臭素
錯化剤とである。正極電極と負極電極の間にはセパレー
タを介挿してあり、正極電極で発生した臭素が負極電極
へ拡散して亜鉛と反応することによる自己放電を防止し
ている。
【0004】この亜鉛−臭素電池は、主に電極をバイポ
ーラ型とし、複数個の単電池(単セル)を電気的に直列
に積層した電池本体と、電解液貯蔵槽と、これらの間に
電解液を循環させるポンプおよび配管系とで構成されて
いる。
【0005】図3は上記亜鉛−臭素電池を構成する電池
本体の一例を示す分解斜視図であり、矩形平板状のバイ
ポーラ型中間電極1の電極部1aの外周に絶縁性の枠体
1bが配置され、同様に矩形平板状のセパレータ板2
は、セパレータ3の外周に枠体2aが形成されている。
そして上記中間電極1にセパレータ板2及び必要に応じ
てパッキン4,スペーサメッシュ5を重ねて単セルを構
成し、この単セルを複数個積層して電池本体が構成され
ている。
【0006】積層された電池本体の両端部には、集電メ
ッシュ6を有する集電電極7と、一対の締付端板8と、
その内側に位置する押さえ用の積層端板9とが配置され
ている。そして両締付端板8,8間に図示しないボルト
を通して、このボルトを締め付けることにより、一体的
に積層固定された電池本体が構成される。
【0007】上記のように構成された電池本体の各単セ
ル内には、各中間電極1及びセパレータ板2の枠体2a
の上下2箇所の隅角部に形成した正極マニホールド10
と、負極マニホールド11より、セパレータ板2の枠体
2aに設けられたチャンネル12及びマイクロチャンネ
ル13を介して電解液が夫々流入排出する。
【0008】このように構成された亜鉛−臭素電池は、
50KW級電池における電池効率として約80%、総合
エネルギー効率として約70%が確認されている。
【0009】一方、上記の集電電極7は、図4に示した
ように絶縁枠材16の孔部16d内にカーボンプラスチ
ック電極15と真ちゅう製の集電メッシュ6を重ね合わ
せて配置し、所定の温度と圧力条件下でのヒートプレス
手段に基づいて一体化されて製造されている。6aは集
電メッシュ6から導出された電力取出用の端子片であっ
て、この端子片6aは絶縁枠材16に形成されたスリッ
ト16aを挿通して外部に取り出されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の亜鉛−臭素電池の場合、電解液の液圧変動によ
って集電電極7に曲げ力が繰り返し加えられることによ
り、該集電電極7の劣化を助長して電池の寿命低下を招
来してしまうことがあるという課題があった。
【0011】即ち、上記亜鉛−臭素電池は、設置面積を
小さくするために通常正極側タンク及び負極側タンクの
上に電池本体を搭載してそれぞれ配管で連結した構成が
用いられており、図5の概要図に示したように電解液の
液面Aから離反した位置に電池本体を構成する上段ユニ
ット20と下段ユニット30とが、図中に記入した概算
寸法を保って上下に配置されている。この高低差によ
り、図6の運転状態に対するユニット圧力変化グラフに
示したように運転前とポンプ運転時、液循環(UP)
時、中立時、液循環(DOWN)時及び停止時に電池本
体内で圧力が変動するとともに、特に上段ユニット20
よりも下段ユニット30の方が圧力が全体的に大きくな
っている。
【0012】このような圧力の変動により、前記集電電
極7に曲げ力が繰り返し加えられると、疲労破壊に起因
して該集電電極7にクラックが発生して締付端板間8,
8にボルトを通して締め付けを行った時に集電電極7の
界面から液漏れが生じ易くなって蓄えられた電力の損失
が生じてしまうという難点が発生する。この液漏れをな
くすために集電電極7の厚みを大きくして剛性を高める
ことが考慮されるが、本来集電電極7は各種部品の複合
体で構成されているため、多少厚みを増加しても剛性面
での効果が薄く、しかも電池本体が大型化してしまうと
いう問題が生じる。
【0013】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、電解液の液圧変動に伴って集電電極に繰り返し曲
げ力が加えられることを防止してクラック等の発生する
原因を除去し、該集電電極の寿命を延ばすことができる
亜鉛−臭素電池の集電電極を提供することを目的とする
ものである。
【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、矩形平板状の中間電極にセパレータ板を重
ねて単セルを形成し、この単セルを複数個積層して電池
本体を構成するとともに、該電池本体の両端部に、一対
の集電電極と締付端板を配置し、両締付端板間をボルト
締めすることによって一体的に積層固定するようにした
亜鉛−臭素電池の集電電極において、上記集電電極の背
面側に電解液の流路を形成し、この流路の両端部に位置
するチャンネル部を電池本体の正極又は負極マニホール
ドに連結した亜鉛−臭素電池の集電電極の構成にしてあ
る。
【0015】
【作用】かかる亜鉛−臭素電池の集電電極によれば、正
極側タンク及び負極側タンクの高低差により、運転前と
ポンプ運転時、液循環時及び停止時に電池本体内で圧力
が変動した場合にあっても、電解液が集電電極のマニホ
ールドから背面側に形成された流路内に入り、電解液が
積層端板との間を流れて他のマニホールドから抜けるよ
うに流通するので、集電電極自体には圧力の変動に伴う
曲げ力が加えられることがなくなり、この曲げ力に起因
する集電電極の疲労破壊とかクラックの発生が防止され
るとともに電解液のシール性が充分に保持されて電池と
しての性能が高められる。
【0016】
【実施例】以下図面を参照して本発明にかかる亜鉛−臭
素電池の集電電極の各種実施例を、前記図3に示した構
成部分と同一の構成部分に同一の符号を付して詳述す
る。
【0017】図1は本発明の実施例にかかる集電電極7
を用いた電池本体の一部分の分解斜視図であり、1は中
間電極、2は矩形平板状のセパレータ板であり、このセ
パレータ板2の外周に枠体2aが形成され、この枠体2
aの2箇所の隅角部には正極マニホールド10,10
と、負極マニホールド11,11が形成されて、セパレ
ータ板2の枠体2aに設けられたチャンネル部12a,
12aを介して電解液が夫々流入排出する。
【0018】7は集電メッシュを内在する集電電極であ
り、この集電電極7の隅角部には正極マニホールド1
0,10と負極マニホールド11,11が形成されてい
る。
【0019】本実施例では、該集電電極7の背面a側に
電解液の流路17が形成されていて、この流路17の上
下に位置するチャンネル部12b,12bが前記負極マ
ニホールド11,11に連結されている。6aは集電メ
ッシュから導出された集電用の端子片であり、図外の集
電ブスバーに連結される。
【0020】8は電池本体の左右に一対配置された締付
端板、9は押え用の積層端板であり、両端板8,9には
正極マニホールド用の孔部8a,9aと、集電電極7の
端子片6a挿通用の孔部8b,9bとが開口されてい
る。
【0021】図2(A)は集電電極7の背面側平面図、
図2(B)は同側断面図であり、図示したように背面側
に突出する集電用の端子片6aの周囲には液密性を保持
するためのOリング18が嵌合固定されている。
【0022】そして左右一対の両締付端板8,8間に図
示しないボルトを通して、このボルトを締め付けること
により、一体的に積層固定された電池本体が構成され
る。
【0023】かかる亜鉛−臭素電池によれば、先ず基本
的な作用として、図外の正極側タンク内に正極電解液と
臭素錯化合物とが貯蔵され、且つ図外の負極側タンク内
に負極電解液が貯蔵されていて、電池の運転時に正極電
解液が正極側ポンプの駆動に伴って電池本体の正極マニ
ホールドから単セル内を流通して正極側タンクに還流す
る一方、負極電解液は負極側ポンプの駆動に伴って、電
池本体の負極マニホールドからセパレータに隔てられた
単セル内を流通して負極側タンクに還流する。そして充
電時に正極電極側で発生した臭素は、電解液に添加した
臭素錯化剤と反応し、オイル状の沈殿物となって正極側
タンクへ戻され、放電時はポンプで単電池内へ送り込ま
れ還元される。
【0024】この時の化学反応は、
【0025】
【化1】 充電時……正極:2Br-→Br2+2e-,負極:Zn
+++2e-→Zn 放電時……正極:2Br-←Br2+2e-,負極:Zn
+++2e-←Zn で表される。
【0026】このような運転時に、正極側タンク及び負
極側タンクの高低差により、運転前とポンプ運転時、液
循環(UP)時、中立時、液循環(DOWN)時及び停
止時に電池本体内で圧力が変動した場合には、電解液が
図1に示した集電電極7の負極マニホールド11から背
面a側に形成された流路17内に入り、電解液が流路1
7に沿って該集電電極7と積層端板9との間を流れて他
の負極マニホールド11から抜けるように流通する。従
って集電電極7には、圧力の変動に伴う曲げ力が加えら
れることがなくなり、この曲げ力に起因する集電電極7
の疲労破壊及びクラックの発生が防止されて、両締付端
板間8,8にボルトを通して締め付けを行った時に集電
電極7の界面から液漏れが生じることがなくなり、電解
液のシール性が充分に保持されて電池としての性能を高
めることができる。
【0027】尚、上記実施例では電解液が流路17から
負極マニホールドに抜ける例を説明したが、該電解液が
正極マニホールドに抜ける例でも同様な作用が得られる
ことい言うまでもない。
【0028】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる亜鉛−臭素電池は正極側タンク及び負極側タンクの
高低差により運転時に電池本体内で圧力が変動した場合
にあっても、電解液が集電電極のマニホールドから背面
側に形成された流路内に入り、他のマニホールドから抜
けるように流通するので、集電電極自体には圧力の変動
に伴う曲げ力が加えられることがなく、この曲げ力に起
因する集電電極の疲労破壊とかクラックの発生を防止し
て電解液のシール性を充分に高めて蓄えられた電力の損
失が生じないという効果が得られる。
【0029】更に液漏れをなくすために格別集電電極の
厚みを大きくして剛性を高める必要がないので、電池本
体が大型化されず、部品費等のコスト低減効果が得ら
れ、しかも電池の寿命を延ばすことができるという効果
を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる集電電極を用いて電池本体の要
部分解斜視図。
【図2】図2(A)は本発明にかかる集電電極の背面側
側平面図、図2(B)は同側断面図。
【図3】亜鉛臭素電池の電池本体を示す要部分解斜視
図。
【図4】従来の集電電極の構造を示す要部断面図。
【図5】従来の亜鉛−臭素電池の設置状態を示す概要
図。
【図6】従来の集電電極のユニット圧力の変化を示すグ
ラフ。
【符号の説明】
1…中間電極 2…セパレータ板 3…セパレータ 6…集電メッシュ 6a…端子片 7…集電電極 8…締付端板 9…積層端板 10…正極マニホールド 11…負極マニホールド 12a,12b…チャンネル部 17…流路 18…Oリング

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 矩形平板状の中間電極にセパレータ板を
    重ねて単セルを形成し、この単セルを複数個積層して電
    池本体を構成するとともに、該電池本体の両端部に、一
    対の集電電極と締付端板を配置し、両締付端板間をボル
    ト締めすることによって一体的に積層固定するようにし
    た亜鉛−臭素電池の集電電極において、 上記集電電極の背面側に電解液の流路を形成し、この流
    路の両端部に位置するチャンネル部を電池本体の正極又
    は負極マニホールドに連結したことを特徴とする亜鉛−
    臭素電池の集電電極。
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