JPH0744036B2 - 電 池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は従来の電池とほぼ同じ
容積でありながらこれに比べより大きな端子間出力電流
が得られる電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている化学電池は、電解
質中に正極活物質と負極活物質とを浸漬しておき、両活
物質の間のイオン化傾向の差を利用して酸化還元反応を
生じせしめることにより端子間出力電流を得るものであ
る。この酸化還元反応は電子の授受として定義され、全
ての化学反応は電子を与える反応と電子を受け取る反応
との組合せよりなると考えることが出来る。

【０００３】ところで、種々の分野のエレクトロニクス
化への応用・展開により小型エネルギー源としての電池
には、高品質化・高信頼性化とともに更なる小型化が要
望されている。換言すると、電池には同一容積でありな
がら電気容量の大きいもの、放電時の端子間出力電流が
大きく取出し得るものなどが要望されている。このため
に種々の試みがなされている。例えば、 正極活物質
と負極活物質とのそれぞれの実質的面積の拡大や、
両活物質間の極間距離の減少、 電解質の種類やその
配合条件の探索等がなされており、それぞれに一定の成
果をあげている。

【０００４】しかし、電池の小型化への要請に終わりと
いうものはなく、より大きな端子間出力電流を得るため
に各種手段が模索されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明では
従来とほぼ同じ容積でありながらこれに比べより大きな
端子間出力電流を得ることが出来る電池を提起すること
を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明では次のような技術的手段を講じている。この
発明の電池では、電解質中の正極活物質電極と負極活物
質電極との間に、イオンの移動が可能な形状とした導電
性物質の電極を配設するとともに、前記正極活物質電極
と前記導電性物質電極とを電気的な導通状態としたこと
を特徴とする。

【０００７】亦、この発明の電池では、正極活物質電極
と負極活物質電極との間に電解隔膜を有する電池であっ
て、電解質中の正極活物質電極と負極活物質電極との間
に、イオンの移動が可能な形状とした導電性物質の電極
を配設するとともに、前記正極活物質電極と前記導電性
物質電極とを電気的な導通状態としたことを特徴とす
る。

【０００８】前記導電性物質電極を、前記電解隔膜の片
側或いは両側の近傍に配設してもよい。前記電解隔膜を
正極活物質電極と負極活物質電極との間に二重にして配
設するとともに、これら電解隔膜の間を電解質で満た
し、前記導電性物質電極を、前記電解隔膜の間の電解質
中に配設してもよい。

【０００９】前記導電性物質電極は炭素等の非金属、又
はマグネシウムよりイオン化傾向の小さな金属の単体若
しくは合金を基材とするとともに、前記基材の表面にこ
の基材よりもイオン化傾向の更に小さな金属を鍍金して
もよい。前記導電性物質電極が、網状、フェルト状、ス
ポンジ状、パンチング・メタル状、或いはそれらの積層
体、又は多孔体の如くイオンの透過が容易な形状として
もよい。

【００１０】イオンの透過方向に対する導電性物質電極
の断面の開孔率が７５％以下の範囲としてもよい。

【００１１】

【作用】上記の手段を採用した結果、この発明は以下の
ような作用を有する。電解質中の正極活物質電極と負極
活物質電極との間に、イオンの移動が可能な形状とした
導電性物質の電極を配設するとともに、前記正極活物質
電極と前記導電性物質電極とを電気的な導通状態とした
もので、従来とほぼ同じ容積でありながらこれに比べよ
り大きな端子間出力電流が得られる。

【００１２】亦、正極活物質電極と負極活物質電極との
間に電解隔膜を有する電池であって、電解質中の正極活
物質電極と負極活物質電極との間に、イオンの移動が可
能な形状とした導電性物質の電極を配設するとともに、
前記正極活物質電極と前記導電性物質電極とを電気的な
導通状態としたもので、従来とほぼ同じ容積でありなが
らこれに比べより大きな端子間出力電流が得られる。

【００１３】即ち、正極活物質電極と負極活物質電極と
の間に電解隔膜を有する電池であっても有さない電池で
あっても、従来とほぼ同じ容積でありながらこれに比べ
より大きな端子間出力電流が得られる。また、正極活物
質電極と負極活物質電極との電気的短絡を防止するため
にセパレーターが配設されている場合でも、従来とほぼ
同じ容積でありながらこれに比べより大きな端子間出力
電流が得られる。

【００１４】この発明の電池は、ボルタ型電池のように
両極が同一の電解質に浸漬されている場合でも、ダニエ
ル型電池のように正極側の電解質と負極側の電解質とが
異なり電解隔膜によりイオンの移動が可能な状態に仕切
られている場合でも、同様に従来より大きな端子間出力
電流が得られる。導電性物質電極を、前記電解隔膜の片
側或いは両側の近傍に配設すると、更に大きな端子間出
力電流が得られる。

【００１５】電解隔膜を正極活物質電極と負極活物質電
極との間に二重にして配設するとともに、これら電解隔
膜の間を電解質で満たし、前記導電性物質電極を、前記
電解隔膜の間の電解質中に配設すると、更に大きな端子
間出力電流が得られる。前記導電性物質電極を炭素等の
非金属、又はマグネシウムよりイオン化傾向の小さな金
属の単体若しくは合金を基材とするとともに、前記基材
の表面にこの基材よりもイオン化傾向の更に小さな金属
を鍍金（メッキ）すると、経済面・加工面において利点
が生じる。

【００１６】導電性物質の電極として、網（メッシュ）
状のものやフェルト状のもの、スポンジ状のもの、パン
チング・メタル状のもの、或いはそれらの積層体、又は
多孔体などこの導電性物質電極の表面側と裏面側との間
でのイオンの透過が容易な形状の各種のものを採用する
ことにより、大きな端子間出力電流が得られる。ここ
で、イオンの透過方向に対するこの電極の断面の開孔率
が７５％以下の範囲とすると、更に大きな端子間出力電
流が得られる。

【００１７】

【実施例】次に、この発明の構成を図面を参照しつつ具
体的な実施例により説明する。この実施例ではダニエル
型電池を次のようにして形成した。電解隔膜１としての
セロファン１０を用いてガラス製の電槽を正極側の領域
と負極側の領域とに仕切る。前記セロファン１０は親水
性でありイオンの移動が可能である。前記正極側の領域
と負極側の領域とをそれぞれ電解液２で満たす。前記両
電解液２中に電池の正極３と負極４とをそれぞれ浸漬す
る。前記セロファン１０の近傍に、導電性物質の電極５
として２０メッシュのニッケル金網５０を配設する。こ
のニッケル金網５０は溶液の流移が可能で従ってイオン
の透過が容易な形状であり、イオンの透過方向に対する
断面の開孔率は約５０％のものである。前記ニッケル金
網５０はリード線６を用い正極電極７と電気的に導通状
態としている。また、比較例として導電性物質の電極５
を配設しないものを形成した。

【００１８】ここで、実施例１乃至４、比較例１及び２
では正極側の電解液２ａとして３０％の硫酸銅水溶液
を、負極側の電解液２ｂとして３０％の硫酸亜鉛水溶液
を使用する。また、電池の正極３として銅板を、負極４
として亜鉛板を使用する。以下、更に具体的に説明す
る。 〔実施例１〕図１に示すように、ニッケル金網５０を正
極側の電解液２ａの硫酸銅水溶液中であってセロファン
１０の近傍に配設している。ニッケル金網５０は上述の
ようにリード線６により正極電極７と電気的に導通状態
としている。 〔実施例２〕図２に示すように、ニッケル金網５０を負
極側の電解液２ｂの硫酸亜鉛水溶液中であってセロファ
ン１０の近傍に配設している。ニッケル金網５０は上述
のようにリード線６により正極電極７と電気的に導通状
態としている。 〔実施例３〕図３に示すように、電解隔膜１として二重
のセロファン１０を用い、それぞれのセロファン１０の
間には蒸留水８を満たしており、更に、前記蒸留水８中
にニッケル金網５０を浸漬している。ニッケル金網５０
はリード線６により正極電極７と電気的に導通状態とし
ている。 〔実施例４〕図４に示すように、ニッケル金網５０を正
極側の電解液２ａ中と負極側の電解液２ｂ中との双方で
あって電解隔膜１のセロファン１０の近傍に浸漬してい
る。それぞれのニッケル金網５０はリード線６により正
極電極７と電気的に導通状態としている。 〔比較例１〕図５に示すように、電解隔膜１としてセロ
ファン１０を用いている。 〔比較例２〕図６に示すように電解隔膜１として二重の
セロファン１０を用い、それぞれのセロファン１０の間
には蒸留水８を満たしている。前記セロファン１０を介
し蒸留水８中への電解質の拡散が即時に生じる。

【００１９】上記のような構成で回路を閉じた際の外部
回路（負荷抵抗６０ｍΩ）の電流を測定する。この明細
書では、回路を閉じた際に連続的に測定し得た電流値を
最大持続電流という。結果を表１に示す。尚、全表中の
電圧値は開路電圧を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１の結果によると、上記比較例１及び２
の電池の最大持続電流値に対して実施例１乃至４の電池
の最大持続電流値はそれぞれ相対的に大である。結局の
ところ、導電性物質の電極５を配設したことによって従
来と同じ容積でありながら更に大きな端子間出力電流が
得られている。また、導電性物質の電極５の配設の仕方
であるが、電解隔膜１のセロファン１０の両側の近傍に
配設した場合（実施例４）が最も大きな端子間出力電流
が得られた。

【００２２】次に、ダニエル型電池を以下のようにして
形成した。正極側の電解液２ａとして３０％の硫酸銅水
溶液を、負極側の電解液２ｂとして３０％の塩化アンモ
ニウム水溶液を使用する。即ち、この実施例では負極側
の電解液２ｂとして上述のものと相違し塩化アンモニウ
ム水溶液を使用している。また、電池の正極３として銅
板を、負極４として亜鉛板を使用する。 〔実施例５〕図１に示すように、正極側の電解液２ａの
硫酸銅水溶液中であってセロファン１０の近傍にニッケ
ル金網５０を配設している。ニッケル金網５０は上述の
ようにリード線６により正極電極７と電気的に導通状態
としている。 〔実施例６〕図２に示すように、負極側の電解液２ｂの
塩化アンモニウム水溶液中であってセロファン１０の近
傍にニッケル金網５０を配設している。ニッケル金網５
０は上述のようにリード線６により正極電極７と電気的
に導通状態としている。 〔実施例７〕図３に示すように、電解隔膜１として二重
のセロファン１０を用い、それぞれのセロファン１０の
間には蒸留水８を満たしており、更に、前記蒸留水８中
にニッケル金網５０を浸漬している。ニッケル金網５０
はリード線６により正極電極７と電気的に導通状態とし
ている。 〔実施例８〕図４に示すように、正極側の電解液２ａ中
と負極側の電解液２ｂ中との双方であって電解隔膜１の
セロファン１０の近傍に、ニッケル金網５０を浸漬して
いる。それぞれのニッケル金網５０はリード線６により
正極電極７と電気的に導通状態としている。 〔比較例３〕図５に示すように、電解隔膜１として一重
のセロファン１０を用いている。 〔比較例４〕図６に示すように、電解隔膜１として二重
のセロファン１０を用い、それぞれのセロファン１０の
間には蒸留水８を満たしている。前記セロファン１０を
介し蒸留水８中への電解質の拡散が即時に生じる。

【００２３】上記のような構成で回路を閉じた際の外部
回路（負荷抵抗６０ｍΩ）の電流を測定する。結果を表
２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２の結果によると、上記比較例３及び４
の電池の最大持続電流値に対して実施例５及び６の電池
の最大持続電流値はそれぞれ相対的に大である。結局の
ところ、導電性物質の電極５を配設したことによって従
来と同じ容積でありながら更に大きな端子間出力電流が
得られている。次に、ボルタ型電池を以下のようにして
形成した。 〔実施例９〕図７に示すように、ガラス製の電槽に電解
液２として２．５％の硫酸水溶液を満たす。電池の正極
３として銅板を負極４として亜鉛板を使用し、対向させ
て配置した前記両電極３・４の間に、導電性物質の電極
５として２０メッシュのニッケル金網５０を配設する。
前記ニッケル金網５０はリード線６を用い正極電極７と
電気的に導通状態としている。 〔比較例５〕図８に示すように、比較例として導電性物
質の電極５を配設しないものを形成した。

【００２６】上記のような構成で回路を閉じた際の外部
回路（負荷抵抗６０ｍΩ）の電流を測定する。結果を表
３に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】表３の結果によると、上記比較例５の電池
の最大持続電流値に対して実施例９の電池の最大持続電
流値は相対的に大である。結局のところ、導電性物質の
電極５を配設したことによって従来と同じ容積でありな
がら更に大きな端子間出力電流が得られている。亦、他
のボルタ型電池を以下のようにして形成した。

【００２９】図１及び図２に示すように、電解隔膜１と
してセロファン１０を用い、このセロファン１０で仕切
った正極側及び負極側の領域を同一の電解液２で満たし
ている。電解液２として２．５％の硫酸水溶液を用い
た。 〔実施例１０〕図１に示すように、正極側の領域であっ
てセロファン１０の近傍にニッケル金網５０を配設して
いる。ニッケル金網５０はリード線６により正極電極７
と電気的に導通状態としている。 〔実施例１１〕図２に示すように、負極側の領域であっ
てセロファン１０の近傍にニッケル金網５０を配設して
いる。ニッケル金網５０はリード線６により正極電極７
と電気的に導通状態としている。 〔比較例６〕図５に示すように、比較例として導電性物
質の電極５を配設しないものを形成した。

【００３０】上記のような構成で回路を閉じた際の外部
回路（負荷抵抗６０ｍΩ）の電流を測定する。結果を表
４に示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】表４の結果によると、上記比較例６の電池
の最大持続電流値に対して実施例１０及び１１の電池の
最大持続電流値はそれぞれ相対的に大である。結局のと
ころ、導電性物質の電極５を配設したことによって従来
と同じ容積でありながら更に大きな端子間出力電流が得
られている。上記各実施例の電池によると、従来と同じ
容積でありながら更に大きな端子間出力電流が得られる
ので、電池の小型化を図ることが出来る。

【００３３】従って、例えばビルディング等の建築物の
非常用電源（所謂サテライト局電源）の小型化への展開
なども可能である。更に、例えば乾電池等の種々のレド
ックス電池等に有効に適用できる。

【００３４】

【発明の効果】この発明は上述のような構成を有するも
のであり、従来の電池とほぼ同じ容積でありながらこれ
に比べより大きな端子間出力電流が得られる電池を提供
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電池の電解隔膜を有するものの一実
施例の構造を説明する図。

【図２】この発明の電池の電解隔膜を有するものの他の
実施例の構造を説明する図。

【図３】この発明の電池の電解隔膜を有するものの更に
他の実施例の構造を説明する図。

【図４】この発明の電池の電解隔膜を有するものの更に
他の実施例の構造を説明する図。

【図５】従来の電池の電解隔膜を有するものものの構造
を説明する図。

【図６】従来の電池の電解隔膜を有するものの他の構造
を説明する図。

【図７】この発明の電池の電解隔膜を有さないものの実
施例の構造を説明する図。

【図８】従来の電池の電解隔膜を有さないものの構造を
説明する図。

【符号の説明】

３ 正極活物質 ４ 負極活物質 ５ 導電性物質の電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質中の正極活物質電極と負極活物質
   電極との間に、イオンの移動が可能な形状とした導電性
   物質の電極を配設するとともに、前記正極活物質電極と
   前記導電性物質電極とを電気的な導通状態としたことを
   特徴とする電池。
2. 【請求項２】 正極活物質電極と負極活物質電極との間
   に電解隔膜を有する電池であって、 電解質中の正極活物質電極と負極活物質電極との間に、
   イオンの移動が可能な形状とした導電性物質の電極を配
   設するとともに、前記正極活物質電極と前記導電性物質
   電極とを電気的な導通状態としたことを特徴とする電
   池。
3. 【請求項３】 前記導電性物質電極を、前記電解隔膜の
   片側或いは両側の近傍に配設したことを特徴とする請求
   項２記載の電池。
4. 【請求項４】 前記電解隔膜を正極活物質電極と負極活
   物質電極との間に二重にして配設するとともに、これら
   電解隔膜の間を電解質で満たし、 前記導電性物質電極を、前記電解隔膜の間の電解質中に
   配設したことを特徴とする請求項２記載の電池。
5. 【請求項５】 前記導電性物質電極は炭素等の非金属、
   又はマグネシウムよりイオン化傾向の小さな金属の単体
   若しくは合金を基材とするとともに、前記基材の表面に
   この基材よりもイオン化傾向の更に小さな金属を鍍金し
   たことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
   電池。
6. 【請求項６】 前記導電性物質電極が、網状、フェルト
   状、スポンジ状、パンチング・メタル状、或いはそれら
   の積層体、又は多孔体の如くイオンの透過が容易な形状
   としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記
   載の電池。
7. 【請求項７】 イオンの透過方向に対する導電性物質電
   極の断面の開孔率が７５％以下の範囲としたことを特徴
   とする請求項６記載の電池。