JPH0821422B2 - 開放形アルカリ蓄電池 - Google Patents

開放形アルカリ蓄電池

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JPH0821422B2
JPH0821422B2 JP61314831A JP31483186A JPH0821422B2 JP H0821422 B2 JPH0821422 B2 JP H0821422B2 JP 61314831 A JP61314831 A JP 61314831A JP 31483186 A JP31483186 A JP 31483186A JP H0821422 B2 JPH0821422 B2 JP H0821422B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24Alkaline accumulators
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    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は開放形アルカリ蓄電池、特に開放形ニッケル
−カドミウム蓄電池に関するものである。
従来の技術 従来、非常用電源などの分野に用いられてきた開放形
ニッケル−カドミウム蓄電池の使用条件の1つとして、
定電圧浮動充電システムがある。このシステムは次のよ
うな原理に基づくものである。即ち、充電状態のニッケ
ル−カドミウム蓄電池を開回路状態で放置しておくと、
自己放電によって次第に容量が減少してしまうことはよ
く知られている。この自己放電は、いわば金属の腐食反
応における局部電池機構と同様の電気化学反応であるの
で、電気防食と同様の原理によって自己放電を防ぐこと
ができる。即ち、正極板においては充電生成物であるNi
OOHが還元されて放電しないような貴な電位に保持し、
一方負極板においては充電生成物であるCdが酸化されて
放電しないような卑な電位に保持すればよい。このこと
を正確に行なうには、ポテンシオスタットを用いて正極
板および負極板をそれぞれ好ましい定電位に設定すれば
よいのであるが、実用電池でこのような方法を行なうの
は装置が高価になるなどの欠点があるので、現実には別
の方法がとられる。即ち、焼結式カドミウム負極板に
は、水素過電圧の低い金属ニッケルが焼結体として多量
に存在するために、負極板の水素過電圧は低い。それ
故、充電済の開放形の焼結式ニッケル−カドミウム蓄電
池に例えば1.40V/セル程度の定電圧を印加しておくと、
負極板の水素過電圧が低いために、負極板の分極は極め
て小さく、負極板の電位は水素発生反応の平衡電位に極
めて近い定電位にとどまる。その結果、正極板の電位は
水素発生反応の平衡電位を基準として+1.40Vに近い値
になる。充電状態の正極活物質であるNiOOHは、この電
位では放電しないので、正極板は自己放電を免れる。ま
た充電状態の負極活物質であるCdの平衡電位は、水素発
生反応の平衡電位よりも約20mV貴であるから、負極板が
水素発生反応を起こし得る電位では、負極板の自己放電
は当然起こらない。
このような原理で、開放形アルカリ蓄電池の自己放電
が防がれる。そしてこのような目的で定電圧が印加され
ていると、電池には充電方向の電流が流れ込み、またそ
の電流は電池温度等によって変動するので、印加する電
圧は浮動充電電圧と呼ばれる。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、本発明者が詳細に調べたところ、上述
したような浮動充電システムを例えば10年以上の長期間
や、あるいは例えば50℃以上の高温下というような厳し
い条件のもとで作動させると、正極板の容量のみが減少
するという従来報告されていない不都合が生ずることが
あることがわかった。この現象は、発明者の調査によれ
ば、高温下や長期間にわたって浮動充電を続けると、負
極板の水素過電圧が上昇することに起因すると考えられ
る。その結果、負極板は浮動充電中に一定の電位を維持
することが不可能となり、次第に卑な電位へと分極す
る。このとき、一定の浮動充電電圧が印加されたままで
あるならば、正極板の電位は負極板の分極の増加ととも
に次第に卑にシフトする結果、ついにはNiOOHの平衡電
位よりも卑になり、正極板は自己放電することになる。
このような不都合を防ぐために、浮動充電電圧を高く
設定しておくと、高温下で長期間使用して負極板の水素
過電圧が上昇し、負極板が卑に分極しても、正極板の電
位をNiOOHの平衡電位よりも貴に保持することが可能で
ある。しかし、この場合には、負極板の水素過電圧が上
昇する前には、負極板の分極が極めて小さいので、正極
板の電位が必要以上に貴になる。それ故、電池に流れる
電流が過大になり、正極板からの酸素発生および負極板
からの水素発生の速度が著しく大きくなって、電解液量
の減少速度が大きくなり、電池への補水を頻繁に必要と
する不都合が生ずる。
以上の理由から、高温下で長期間浮動充電しても、正
極板の容量が減少しない開放形アルカリ蓄電池が望まれ
ていた。
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決す
ることを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 即ち、本発明は、骨格の表面にニッケル層が存在する
導電性多孔体からなる電極を電解液中に浸漬すると共
に、焼結式カドミウム負極板と電気的に接続し、かつ前
記電極の体積を焼結式カドミウム負極板の全体積の1/30
以上とすることによって、上述の問題点を解決せんとす
るものである。
作 用 本発明による骨格の表面にニッケル層が存在する導電
性多孔体からなる電極(以後、水素発生用電極と呼ぶ)
として、焼結式ニッケル基板、発泡状ニッケル基板、ま
たはニッケルメッキを施した鉄繊維からなるフエルトを
選定した。そして本発明による作用効果を調べるため
に、体積の異なるこれらの水素発生用電極を電解液中に
浸漬すると共に、焼結式カドミウム負極板と電気的に接
続した開放形アルカリ蓄電池を構成した。そして、この
電池を高温下において長期間定電圧浮動充電を行なった
後、放電したところ、次のことがわかった。即ち、本発
明による水素発生用電極の体積と焼結式カドミウム負極
板の全体積の比が1/30以上であれば、浮動充電後の放電
容量が大きいまま維持されており、1/30未満であれば、
放電容量が低下していた。そして、これらの電池を放電
する前の定電圧浮動充電終期の単極電位を調べたとこ
ろ、放電容量が小さい電池の正極電位および負極電位
は、放電容量が大きい電池よりも卑であった。そこで、
これらの電池から水素発生用電極を取り出して、単位体
積当たりの電流密度を同じにして水素発生反応について
の分極特性を調べて比較すると、どの電池の水素発生用
電極もほぼ同一の分極特性を示した。また、その分極特
性は、電池を高温下において長期間定電圧浮動充電する
前の水素発生用電極の分極特性とほぼ同じであった。一
方、高温下において長期間定電圧浮動充電した上記の電
池から焼結式カドミウム負極板および水素発生用電極を
取り出して、単位体積当たりの電流密度を同じにして水
素発生反応についての分極特性を比較したところ、焼結
式カドミウム負極板の分極が著しく大きいことがわかっ
た。また高温下で長期間定電圧浮動充電した電池の焼結
式カドミウム負極板と定電圧浮動充電する前の焼結式カ
ドミウム負極板との水素発生反応に関する分極特性を比
較したところ、水素発生用電極を用いない従来の開放形
アルカリ蓄電池と同様に前者の分極が著しく大きかっ
た。
以上の実験結果から次のことが推察できる。即ち、ニ
ッケルは、カドミウムよりも水素過電圧が著しく低いの
で、焼結式カドミウム負極板から水素発生が起こる場合
には、ニッケル焼結体の表面が優先的な水素発生サイト
になる。そして、開放形アルカリ蓄電池を高温下や長期
間にわたって定電圧で浮動充電し続けると、焼結式カド
ミウム負極板のニッケル焼結体の表面は、水素過電圧が
高い金属カドミウムによって次第に被覆される。その結
果、過電圧が低い水素発生サイトであるニッケル焼結体
の表面が次第に少なくなるので、焼結式カドミウム負極
板の水素過電圧が高くなる。このような現象が起こるの
は、焼結式カドミウム負極板においては、ニッケル焼結
体と活物質たるカドミウムとが数μmという短い距離を
隔てるに過ぎないために、電池を高温下において長期間
定電圧浮動充電し続けている間に、カドミウムが容易に
移動してニッケル焼結体の表面を被覆することによるも
のと思われる。
一方、本発明による水素発生用電極の骨格の表面のニ
ッケルは、焼結式カドミウム負極板とmmのオーダーで離
れているので、カドミウムによって容易に被覆され難
い。それ故、開放形アルカリ蓄電池を高温下において長
期間定電圧浮動充電し続けても、水素発生用電極自体は
水素過電圧が低いまま、分極特性が変化し難い。
このように、本発明による水素発生用電極を焼結式カ
ドミウム負極板と電気的に接続した開放形アルカリ蓄電
池を高温下で長期間定電圧浮動充電し続けた場合にも、
水素発生用電極がない従来の開放形アルカリ蓄電池と同
様に焼結式カドミウム負極板自体の水素過電圧は次第に
高くなるものの、水素発生用電極の水素過電圧はあまり
変化しないので、焼結式カドミウム負極板からの水素発
生速度は次第に低下し、負極における水素発生反応は主
として水素発生用電極で起こるようになる。したがっ
て、本発明の電池を高温下で長期間定電圧浮動充電した
ときの負極の電位は主として水素発生用電極の電位によ
って決定される。それ故、正極の自己放電を防ぐには、
負極における水素発生反応が主として水素発生用電極で
起こる場合にも、著しく卑に分極しないような大きさの
水素発生用電極が必要である。逆に、水素発生用電極が
小さ過ぎる場合には、水素発生用電極における水素発生
反応の電流密度が過大となって、この水素発生用電極が
著しく卑に分極する結果、負極全体が卑に分極し、正極
電位を貴に保持できなくなり、正極の自己放電が起こる
ことになる。
したがって、前述した本発明による水素発生用電極の
体積と焼結式カドミウム負極板の全体積の比が1/30以上
の開放形アルカリ蓄電池は、1/30未満の開放形アルカリ
蓄電池に比して、高温下で長期間にわたって定電圧浮動
充電した後の放電容量が大きく、また定電圧浮動充電終
期の単極電位が卑でないという現象は次のことを意味し
ている。即ち、本発明による水素発生用電極が著しく卑
に分極することなく正極の自己放電を防ぐためには、本
発明による水素発生用電極の体積と焼結式カドミウム負
極板の全体積の比が1/30以上である必要がある。
実施例 次に本発明を実施例に基づいて説明する。
先ず、本発明品Aとして、大きさが120mm×120mm×1.
0mmの焼結式水酸化ニッケル正極板10枚を正極として用
い、同じ大きさの非焼結式カドミウム負極板10枚を負極
として用い、厚さが0.2mmのポリプロピレン製不織布2
枚とその間にセロファン1枚を介在させたセパレータを
用い、さらに前記非焼結式カドミウム負極板の全体積の
1/1000〜2倍の体積を有する焼結式ニッケル基板を水素
発生用電極として用い、そしてこの水素発生用電極を負
極である焼結式カドミウム極板にニッケル板で電気的に
接続して公称容量60Ahの開放形の電池を作製した。この
電池の電解液としては、比重1.220(20℃)のKOH水溶液
を用いた。また本発明品Bとして、発泡状ニッケル基板
を水素発生用電極として用い、他は本発明品Aと構成を
同じにした開放形の電池を作製した。さらに本発明品C
として、ニッケルメッキを施した鉄繊維からなるフエル
トを水素発生用電極として用い、他は本発明品Aと構成
を同じにした開放形の電池を作製した。
また比較のために従来品として、前記本発明品Aにお
けるカドミウム負極板と電気的に接続される水素発生用
電極を電池内に設置せず、他の構成は本発明品Aと同じ
にした開放形の電池を作製した。
次にこれらの電池を20℃にて10時間率の電流で16時間
充電した後、50℃にて1.40V/セルの定電圧浮動充電を1
年間行なった後、20℃にて1時間率の電流で放電した。
このとき得られた放電容量と、焼結式カドミウム負極板
に接続された水素発生用電極の体積と焼結式カドミウム
負極板の全体積の比との関係を図に示す。
図から明らかなように、従来品では放電容量が約42Ah
に過ぎないのに比べて、本発明品A,BおよびCは負極に
接続される水素発生用電極の体積と焼結式カドミウム負
極板の全体積の比が1/30以上であるときに、公称容量の
60Ahよりも大きい放電容量が得られ、容量減少が起こり
難いことがわかる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、高温下で長期間浮動充
電する開放形アルカリ蓄電池の容量減少を防ぐことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明による開放形アルカリ蓄電池および従来のこ
の種アルカリ蓄電池を高温下で長期間浮動充電した後の
放電容量を比較して示す特性図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】骨格の表面にニッケル層が存在する導電性
    多孔体からなる電極を電解液中に浸漬すると共に、焼結
    式カドミウム負極板と電気的に接続し、かつ前記電極の
    体積を焼結式カドミウム負極板の全体積の1/30以上とし
    たことを特徴とする開放形アルカリ蓄電池。
JP61314831A 1986-12-26 1986-12-26 開放形アルカリ蓄電池 Expired - Fee Related JPH0821422B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0576753A (ja) * 1991-09-24 1993-03-30 Kobe Steel Ltd 一酸化窒素吸着剤及びその製法並びに一酸化窒素の吸着除去法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0576753A (ja) * 1991-09-24 1993-03-30 Kobe Steel Ltd 一酸化窒素吸着剤及びその製法並びに一酸化窒素の吸着除去法

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