JPH09102306A - 軽量の基体を有するニッケル電極の製造方法 - Google Patents
軽量の基体を有するニッケル電極の製造方法Info
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- JPH09102306A JPH09102306A JP8143211A JP14321196A JPH09102306A JP H09102306 A JPH09102306 A JP H09102306A JP 8143211 A JP8143211 A JP 8143211A JP 14321196 A JP14321196 A JP 14321196A JP H09102306 A JPH09102306 A JP H09102306A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、活性材料の使用度を高くしなが
ら、高い多孔性で軽量の基体を使用するニッケル電極の
製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 ニッケル水酸化物で含浸された多孔性ニ
ッケル基体電極14が、反復的に過剰充電し部分的に放電
する化成サイクルを受けることを特徴とする。多孔性ニ
ッケル基体14は約８５％乃至９５％の範囲の多孔性を有
し、化成サイクルは水酸化カリウムの水溶液を含む電解
質で行われる。電解質が水酸化カリウムの２０％乃至３
１％の水溶液である。
ら、高い多孔性で軽量の基体を使用するニッケル電極の
製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 ニッケル水酸化物で含浸された多孔性ニ
ッケル基体電極14が、反復的に過剰充電し部分的に放電
する化成サイクルを受けることを特徴とする。多孔性ニ
ッケル基体14は約８５％乃至９５％の範囲の多孔性を有
し、化成サイクルは水酸化カリウムの水溶液を含む電解
質で行われる。電解質が水酸化カリウムの２０％乃至３
１％の水溶液である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はニッケル−水素（Ｎ
ｉ／Ｈ2 ）蓄電池、特に所望の使用特性を有するニッケ
ル電極を製造するための製造方法に関する。
ｉ／Ｈ2 ）蓄電池、特に所望の使用特性を有するニッケ
ル電極を製造するための製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高い信頼性と長期間および反復動作寿命
のためにニッケル−水素電池は、特に静止地球軌道の多
くの宇宙船にとって重要な装置となっている。ある衛星
の使命期間は宇宙船の他の部品の信頼性が改良されると
１５年以上延長される。
のためにニッケル−水素電池は、特に静止地球軌道の多
くの宇宙船にとって重要な装置となっている。ある衛星
の使命期間は宇宙船の他の部品の信頼性が改良されると
１５年以上延長される。
【０００３】ニッケル−水素セルは直列の活性プレート
セットから作られたセル積層を含んでおり、各プレート
セットはニッケル水酸化物／酸化物の正の電極（“ニッ
ケル電極”と呼ばれる）と、水素の負の電極と、電極間
のセパレータと、水酸化カリウムの水成溶液のような電
解質とを有する。ニッケル電極は、充電されるときセル
中でニッケル酸水酸化物に可逆的に変換されるニッケル
水酸化物の活性材料を多孔性のニッケル基体中に含浸す
ることにより製造される。セルスタックは水素ガスが放
出されセルが充電および放電されるときに消費される圧
力容器内にパッケージされる。ニッケル−水素蓄電池は
約１．３ボルトの開回路電圧を有し、多数のセルは宇宙
船電力システムにより必要とされる電圧を提供するため
に、通常直列に接続されている。電力システムの充電容
量はセルの電極の総面積により調節される。
セットから作られたセル積層を含んでおり、各プレート
セットはニッケル水酸化物／酸化物の正の電極（“ニッ
ケル電極”と呼ばれる）と、水素の負の電極と、電極間
のセパレータと、水酸化カリウムの水成溶液のような電
解質とを有する。ニッケル電極は、充電されるときセル
中でニッケル酸水酸化物に可逆的に変換されるニッケル
水酸化物の活性材料を多孔性のニッケル基体中に含浸す
ることにより製造される。セルスタックは水素ガスが放
出されセルが充電および放電されるときに消費される圧
力容器内にパッケージされる。ニッケル−水素蓄電池は
約１．３ボルトの開回路電圧を有し、多数のセルは宇宙
船電力システムにより必要とされる電圧を提供するため
に、通常直列に接続されている。電力システムの充電容
量はセルの電極の総面積により調節される。
【０００４】電池は宇宙船のような多数の装置および特
に電力需要が増加されるときの多数の他の電子装置の主
要な重量部品の１つである。ニッケル電極は現在使用さ
れているニッケル−水素セルの中で最も重量のある部品
であり、セル重量の約１／３またはそれ以上であると考
えられる。焼結タイプのニッケル基体の重量はニッケル
電極の重量の約６０％である。それ故、ニッケル電極に
軽量で高い多孔性のニッケル基体を使用することは非常
に魅力的である。例えば、現在使用されている８０％の
多孔性基体のわずか半分の重量をもつ９０％の多孔性基
体を使用すると、活性材料が十分に利用されるならば、
ニッケル電極の重量を実質上（約３０％程）減少する。
多孔性が高くなると、基体の重量は軽くなる。しかしな
がら、通常多孔性が高くなると、活性材料の利用は不適
切になる。
に電力需要が増加されるときの多数の他の電子装置の主
要な重量部品の１つである。ニッケル電極は現在使用さ
れているニッケル−水素セルの中で最も重量のある部品
であり、セル重量の約１／３またはそれ以上であると考
えられる。焼結タイプのニッケル基体の重量はニッケル
電極の重量の約６０％である。それ故、ニッケル電極に
軽量で高い多孔性のニッケル基体を使用することは非常
に魅力的である。例えば、現在使用されている８０％の
多孔性基体のわずか半分の重量をもつ９０％の多孔性基
体を使用すると、活性材料が十分に利用されるならば、
ニッケル電極の重量を実質上（約３０％程）減少する。
多孔性が高くなると、基体の重量は軽くなる。しかしな
がら、通常多孔性が高くなると、活性材料の利用は不適
切になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明の主要
な目的は、活性材料の使用度を高くしながら、高い多孔
性で軽量の基体を使用するニッケル電極の製造方法を提
供することである。本発明のその他の目的および利点は
後述する詳細な説明から明白になるであろう。
な目的は、活性材料の使用度を高くしながら、高い多孔
性で軽量の基体を使用するニッケル電極の製造方法を提
供することである。本発明のその他の目的および利点は
後述する詳細な説明から明白になるであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はニッケル金属水
素化物（Ｎｉ／ＭＨx ）およびニッケルカドミウム（Ｎ
ｉＣｄ）セルのような他のアルカリニッケルセルと同様
にニッケル水素（Ｎｉ／Ｈ2 ）セルで使用されることが
できる改良された軽重量のニッケル電極を提供する。本
発明の軽重量のニッケル電極は部分的放電および大きい
過剰充電を含んだ変形された化成サイクルレジメを利用
するプロセスにより与えられることができる。特に、本
発明の製造方法は過剰充電と不足放電を含んだ化成サイ
クルでニッケル含浸基体を反復的に充電し放電すること
を含んでいる。
素化物（Ｎｉ／ＭＨx ）およびニッケルカドミウム（Ｎ
ｉＣｄ）セルのような他のアルカリニッケルセルと同様
にニッケル水素（Ｎｉ／Ｈ2 ）セルで使用されることが
できる改良された軽重量のニッケル電極を提供する。本
発明の軽重量のニッケル電極は部分的放電および大きい
過剰充電を含んだ変形された化成サイクルレジメを利用
するプロセスにより与えられることができる。特に、本
発明の製造方法は過剰充電と不足放電を含んだ化成サイ
クルでニッケル含浸基体を反復的に充電し放電すること
を含んでいる。
【０００７】好ましい実施形態では、ニッケル電極は水
成アルコール（約５０／５０）または硝酸ニッケルおよ
び硝酸コバルトを含んだ水成バスで約８５％乃至９５％
の範囲の多孔性を有するニッケル基体の電気化学的含浸
により得られる。
成アルコール（約５０／５０）または硝酸ニッケルおよ
び硝酸コバルトを含んだ水成バスで約８５％乃至９５％
の範囲の多孔性を有するニッケル基体の電気化学的含浸
により得られる。
【０００８】本発明により形成されるニッケル電極は改
良された特別なエネルギ特性を有する電極を必要とする
種々のタイプのアルカリニッケルセルで使用されること
ができる。
良された特別なエネルギ特性を有する電極を必要とする
種々のタイプのアルカリニッケルセルで使用されること
ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の種々の特徴および利点は
添付図面を伴った後述の詳細な説明を参照して容易に理
解されよう。同一の参照符号は同一の構造素子を示して
いる。本発明は図１、２で示されているようにニッケル
−水素蓄電池10に対して使用されることが好ましく、加
圧された水素ガスを含んでいる。このようなセル10は典
型的に複数の個々のプレートセット12を具備している。
各プレートセット12は交互に陰極または正の電極14と、
陽極または負の電極16と、電解質を含んだセパレータ18
を具備しており、これは物理的に電極14,16 を分離し、
イオン伝導が生じる電解質媒体を提供する。プレートセ
ット12の充電および放電は導線20を通じて達成される。
添付図面を伴った後述の詳細な説明を参照して容易に理
解されよう。同一の参照符号は同一の構造素子を示して
いる。本発明は図１、２で示されているようにニッケル
−水素蓄電池10に対して使用されることが好ましく、加
圧された水素ガスを含んでいる。このようなセル10は典
型的に複数の個々のプレートセット12を具備している。
各プレートセット12は交互に陰極または正の電極14と、
陽極または負の電極16と、電解質を含んだセパレータ18
を具備しており、これは物理的に電極14,16 を分離し、
イオン伝導が生じる電解質媒体を提供する。プレートセ
ット12の充電および放電は導線20を通じて達成される。
【００１０】ニッケル−水素セルおよび部品の種々の構
造は米国特許第4,820,597 号明細書、第4,283,844 号明
細書、第4,262,061 号明細書、第4,250,235 号明細書、
第4,000,350 号明細書、第3,669,744 号明細書に記載さ
れている。
造は米国特許第4,820,597 号明細書、第4,283,844 号明
細書、第4,262,061 号明細書、第4,250,235 号明細書、
第4,000,350 号明細書、第3,669,744 号明細書に記載さ
れている。
【００１１】正すなわちニッケル電極14はニッケル水酸
化物を多孔性の焼結基体に含浸することにより形成さ
れ、完全なプロセスを以下さらに詳細に説明する。負す
なわち水素電極16は片面をプラチナブラックとポリテト
ラフルオロエチレンとの焼結された混合物により被覆さ
れ、他方の面をポリテトラフルオロエチレンの多孔性層
19で被覆する。これらの層は負の電極16を形成するよう
にエッチングされたシートまたは織られたメッシュの形
態でニッケル基体に供給される。例えばアスベスト、ナ
イロン、ジルコニウム酸化物−イットリウム酸化物の布
を含んだ多数の異なったタイプのセパレータ18が使用さ
れる。電解質、典型的に２０％乃至３１％のポタシウム
水酸化物の水溶液がこの飛行機タイプのセルで、セパレ
ータ18と、ニッケル電極14と、水素電極16へ含浸され
る。
化物を多孔性の焼結基体に含浸することにより形成さ
れ、完全なプロセスを以下さらに詳細に説明する。負す
なわち水素電極16は片面をプラチナブラックとポリテト
ラフルオロエチレンとの焼結された混合物により被覆さ
れ、他方の面をポリテトラフルオロエチレンの多孔性層
19で被覆する。これらの層は負の電極16を形成するよう
にエッチングされたシートまたは織られたメッシュの形
態でニッケル基体に供給される。例えばアスベスト、ナ
イロン、ジルコニウム酸化物−イットリウム酸化物の布
を含んだ多数の異なったタイプのセパレータ18が使用さ
れる。電解質、典型的に２０％乃至３１％のポタシウム
水酸化物の水溶液がこの飛行機タイプのセルで、セパレ
ータ18と、ニッケル電極14と、水素電極16へ含浸され
る。
【００１２】個々のプレートセット12は積層されたアレ
イ24を構成するように中心コア22に組立てられる、積層
アレイ24の形成において、単一フィラメントのポリプロ
ピレンスクリーン26が各プレートセット12の間に配置さ
れ、従って通常の充電期間に負の電極16で放出された水
素は電極16から拡散され、ニッケル電極14での過剰充電
期間に解放された酸素は電極14から負の電極16へ拡散さ
れることができ、水素と結合する。積層されたアレイ24
は圧縮プレート28を積層アレイ24の各端部に対して締め
ることにより例えば１方形インチ当り約１０乃至３０ポ
ンドの縦方向の圧縮下に位置される。圧縮プレート28の
締めは好ましくはアレイ24を圧縮し、コア22上の螺合ナ
ット30を締め、それによって積層アレイ24の位置に保持
するように圧縮プレート28に対してベレビル（Bellevil
le）座金32を圧縮することにより達成される。
イ24を構成するように中心コア22に組立てられる、積層
アレイ24の形成において、単一フィラメントのポリプロ
ピレンスクリーン26が各プレートセット12の間に配置さ
れ、従って通常の充電期間に負の電極16で放出された水
素は電極16から拡散され、ニッケル電極14での過剰充電
期間に解放された酸素は電極14から負の電極16へ拡散さ
れることができ、水素と結合する。積層されたアレイ24
は圧縮プレート28を積層アレイ24の各端部に対して締め
ることにより例えば１方形インチ当り約１０乃至３０ポ
ンドの縦方向の圧縮下に位置される。圧縮プレート28の
締めは好ましくはアレイ24を圧縮し、コア22上の螺合ナ
ット30を締め、それによって積層アレイ24の位置に保持
するように圧縮プレート28に対してベレビル（Bellevil
le）座金32を圧縮することにより達成される。
【００１３】積層アレイ24は圧力容器34内に密封され、
これは水素脆化による損傷または電解質による腐食がな
く１平方インチ当り１，０００ポンド程度の内部圧力に
耐えることができるニッケルベースの合金（Inconel 71
8 ）のような材料で製造される。ガス充填管35は圧力容
器34内のガス内容と圧力を必要に応じて制御することを
可能にする。圧力容器34は典型的にドーム型の端部を有
する円筒形管の形状で構成される。図示された方法によ
り、外部寸法が直径３．５インチで、長さ１３インチの
圧力容器34を有するセル10は約４０の個々のプレートセ
ット12を含み、その結果セルは約５０アンペア時間の蓄
電容量を生じる。セル容量はプレートセット12の数また
は種々の直径のセルスタック部品および圧力容器34を使
用することにより調節されることができる。充電および
放電が適切に達成されるならば、セル10は部品に明白な
物理的損傷を与えずに数千サイクルを通じて充放電され
ることができる。多数のセル10は必要な電圧特性を有す
る電池を生成するために典型的に直列配置で結合され
る。
これは水素脆化による損傷または電解質による腐食がな
く１平方インチ当り１，０００ポンド程度の内部圧力に
耐えることができるニッケルベースの合金（Inconel 71
8 ）のような材料で製造される。ガス充填管35は圧力容
器34内のガス内容と圧力を必要に応じて制御することを
可能にする。圧力容器34は典型的にドーム型の端部を有
する円筒形管の形状で構成される。図示された方法によ
り、外部寸法が直径３．５インチで、長さ１３インチの
圧力容器34を有するセル10は約４０の個々のプレートセ
ット12を含み、その結果セルは約５０アンペア時間の蓄
電容量を生じる。セル容量はプレートセット12の数また
は種々の直径のセルスタック部品および圧力容器34を使
用することにより調節されることができる。充電および
放電が適切に達成されるならば、セル10は部品に明白な
物理的損傷を与えずに数千サイクルを通じて充放電され
ることができる。多数のセル10は必要な電圧特性を有す
る電池を生成するために典型的に直列配置で結合され
る。
【００１４】充電はＤＣ電流を導線20を通って供給する
ことにより達成され、したがって電流は積層アレイ24を
通って電極14から電極16へ流れる。電気エネルギは従っ
て使用可能な電流を発生するための後続する放電のため
に化学エネルギの形態で各プレートセットに蓄積され
る。衛星の電源システムの動作を説明するため、前述の
タイプのニッケル水素セルは放電状態から約１４時間の
充電期間を通じて１．５ボルトで約５アンペアの電流を
使用して、例えば約５０アンペア時間の容量まで太陽セ
ルアレイにより十分に充電されることができる。電圧お
よび充電時間は太陽電池から有効な電力と宇宙船の軌道
により示されるサイクルに応じて変化する。
ことにより達成され、したがって電流は積層アレイ24を
通って電極14から電極16へ流れる。電気エネルギは従っ
て使用可能な電流を発生するための後続する放電のため
に化学エネルギの形態で各プレートセットに蓄積され
る。衛星の電源システムの動作を説明するため、前述の
タイプのニッケル水素セルは放電状態から約１４時間の
充電期間を通じて１．５ボルトで約５アンペアの電流を
使用して、例えば約５０アンペア時間の容量まで太陽セ
ルアレイにより十分に充電されることができる。電圧お
よび充電時間は太陽電池から有効な電力と宇宙船の軌道
により示されるサイクルに応じて変化する。
【００１５】セルは通常、その動作状態を監視するため
の計測手段を設けられる。ニッケル−水素セル10は充電
され、水素が放出され、密封された圧力容器34内の圧力
が増加する。圧力の上昇は圧力トランスデューサ36によ
り直接測定され、これは圧力容器34内の圧力を測定す
る。その代りに、圧力の上昇は圧力容器34の壁38のわず
かな変形により測定されてもよい。即ち、圧力容器34内
の圧力が増加するとき、圧力容器は膨張し僅かに膨らむ
傾向がある。圧力壁34の壁38に固定されている歪みゲー
ジ40は壁の膨らみを測定し、これは容器34内の内部ガス
圧力の関数であり好ましくはこれに比例する。
の計測手段を設けられる。ニッケル−水素セル10は充電
され、水素が放出され、密封された圧力容器34内の圧力
が増加する。圧力の上昇は圧力トランスデューサ36によ
り直接測定され、これは圧力容器34内の圧力を測定す
る。その代りに、圧力の上昇は圧力容器34の壁38のわず
かな変形により測定されてもよい。即ち、圧力容器34内
の圧力が増加するとき、圧力容器は膨張し僅かに膨らむ
傾向がある。圧力壁34の壁38に固定されている歪みゲー
ジ40は壁の膨らみを測定し、これは容器34内の内部ガス
圧力の関数であり好ましくはこれに比例する。
【００１６】ニッケル−水素（Ｎi ／Ｈ2 ）の電極反応
を以下説明する。
を以下説明する。
【００１７】 正電極： ２Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋２ＯＨ- ＝２ＮｉＯＯＨ＋２Ｈ2 Ｏ
＋２ｅ 負電極： ２Ｈ2 Ｏ＋２ｅ＝２ＯＨ- ＋Ｈ2 総合的なセル反応は、 ２Ｎｉ（ＯＨ）2 ＝２ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2 過剰充電または副反応は以下を含む。
＋２ｅ 負電極： ２Ｈ2 Ｏ＋２ｅ＝２ＯＨ- ＋Ｈ2 総合的なセル反応は、 ２Ｎｉ（ＯＨ）2 ＝２ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2 過剰充電または副反応は以下を含む。
【００１８】 正の電極： ２ＯＨ- ＝Ｈ2 Ｏ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ 負の電極： ２Ｈ2 Ｏ＋２ｅ＝２ＯＨ- ＋Ｈ2 Ｎｉ／Ｈ2 セルで使用されるニッケル電極は通常多孔性
のニッケル基体、好ましくは高多孔性で軽重量の多孔性
ニッケル基体を使用する。このような基体はニッケルフ
ァイバとニッケル粉末との混合された焼結されたマット
から作られており所望ならばコバルト粉末を含む。例え
ば軽量の基体は４５％のニッケルファイバと５５％のニ
ッケル粉末（４５／５５）または４５％のニッケルファ
イバと４５％のニッケル粉末と１０％のコバルト粉末
（４５／４５／１０）を含んでもよい。このような基体
は０．２乃至０．６Ａ／平方インチの範囲の電流密度を
使用して少量（約１０％）のコバルト水酸化物を有する
ニッケル水酸化物で電解質的に含浸されることができ、
これは基体の多孔性と厚さに依存する。
のニッケル基体、好ましくは高多孔性で軽重量の多孔性
ニッケル基体を使用する。このような基体はニッケルフ
ァイバとニッケル粉末との混合された焼結されたマット
から作られており所望ならばコバルト粉末を含む。例え
ば軽量の基体は４５％のニッケルファイバと５５％のニ
ッケル粉末（４５／５５）または４５％のニッケルファ
イバと４５％のニッケル粉末と１０％のコバルト粉末
（４５／４５／１０）を含んでもよい。このような基体
は０．２乃至０．６Ａ／平方インチの範囲の電流密度を
使用して少量（約１０％）のコバルト水酸化物を有する
ニッケル水酸化物で電解質的に含浸されることができ、
これは基体の多孔性と厚さに依存する。
【００１９】典型的な含浸はｐＨ３で、４５％のエタノ
ール中に１．８Ｍ Ｎｉ（ＮＯ3 ）2 と、０．１８Ｍ
Ｃｏ（ＮＯ3 ）2 を含む溶液を利用する。含浸は約７６
℃で５．５時間、約０．５Ａ／平方インチを供給して行
われ、ターゲット負荷レベルは約９０％の多孔性で１．
５ｍｍの厚さの焼結基体で少なくとも１．７ｇ／ｃｃで
ある。含浸を続けると、結果的な電極は水でリンスさ
れ、化成サイクリング用の構成タンクに転送される。
ール中に１．８Ｍ Ｎｉ（ＮＯ3 ）2 と、０．１８Ｍ
Ｃｏ（ＮＯ3 ）2 を含む溶液を利用する。含浸は約７６
℃で５．５時間、約０．５Ａ／平方インチを供給して行
われ、ターゲット負荷レベルは約９０％の多孔性で１．
５ｍｍの厚さの焼結基体で少なくとも１．７ｇ／ｃｃで
ある。含浸を続けると、結果的な電極は水でリンスさ
れ、化成サイクリング用の構成タンクに転送される。
【００２０】前述使用した化成サイクルレジメは通常約
２０％の水成ＫＯＨ電解質で電極を過剰放電することを
含んでいた。例えば、典型的な化成サイクルは以下のス
テップからなる。
２０％の水成ＫＯＨ電解質で電極を過剰放電することを
含んでいた。例えば、典型的な化成サイクルは以下のス
テップからなる。
【００２１】（１）２０分間、０．４５Ａ／平方インチ
で電極を放電し、（２）４０分間、０．４５Ａ／平方イ
ンチで電極を充電し、（３）４０分間、０．４５Ａ／平
方インチで電極を放電し、（４）４０分間、０．４５Ａ
／平方インチで電極を充電し、（５）総合的に９回のう
ち８回ステップ（３）と（４）を反復し、（６）４０分
間、０．１０Ａ／平方インチで電極を放電し、（７）４
０分間、０．０７Ａ／平方インチで電極を充電する。
で電極を放電し、（２）４０分間、０．４５Ａ／平方イ
ンチで電極を充電し、（３）４０分間、０．４５Ａ／平
方インチで電極を放電し、（４）４０分間、０．４５Ａ
／平方インチで電極を充電し、（５）総合的に９回のう
ち８回ステップ（３）と（４）を反復し、（６）４０分
間、０．１０Ａ／平方インチで電極を放電し、（７）４
０分間、０．０７Ａ／平方インチで電極を充電する。
【００２２】高い多孔性と、軽量のニッケル基体を有す
る前述の化成サイクルの使用により生じる問題の１つ
は、電極が活性材料の比較的低い使用率を示したことで
あり、即ち、例えば理論値のわずか７０％乃至８０％の
範囲の利用が通常観察される。
る前述の化成サイクルの使用により生じる問題の１つ
は、電極が活性材料の比較的低い使用率を示したことで
あり、即ち、例えば理論値のわずか７０％乃至８０％の
範囲の利用が通常観察される。
【００２３】本発明によると、化成サイクルレジメは電
極の部分的な放電および重い過剰負荷を含んでいる。本
発明による化成サイクルレジメは以下のステップを含ん
でいる。
極の部分的な放電および重い過剰負荷を含んでいる。本
発明による化成サイクルレジメは以下のステップを含ん
でいる。
【００２４】（１）１６時間、理論容量に基づいて約
０．１２Ｃの速度で電極を充電し、（２）６０分間、約
０．６Ｃの速度で電極を放電し、（３）１３２分間、約
０．６Ｃの速度で電極を充電し、（４）６０分間、約
０．６Ｃの速度で電極を放電し、（５）１３２分間、約
０．６Ｃの速度で電極を充電し、（６）６０分間、約
０．６Ｃの速度で電極を放電し、（７）１３２分間、約
０．６Ｃの速度で電極を充電し、（８）６０分間、約
０．６Ｃの速度で電極を放電する。
０．１２Ｃの速度で電極を充電し、（２）６０分間、約
０．６Ｃの速度で電極を放電し、（３）１３２分間、約
０．６Ｃの速度で電極を充電し、（４）６０分間、約
０．６Ｃの速度で電極を放電し、（５）１３２分間、約
０．６Ｃの速度で電極を充電し、（６）６０分間、約
０．６Ｃの速度で電極を放電し、（７）１３２分間、約
０．６Ｃの速度で電極を充電し、（８）６０分間、約
０．６Ｃの速度で電極を放電する。
【００２５】ここで速度Ｃは１時間でセルが十分に放電
された状態から十分に充電される変化速度またはその逆
の変化速度として限定されている。
された状態から十分に充電される変化速度またはその逆
の変化速度として限定されている。
【００２６】前述の化成サイクルレジメに続いて、電極
は洗浄され、使用前３乃至１６時間、７０℃で真空オー
ブンで乾燥される。
は洗浄され、使用前３乃至１６時間、７０℃で真空オー
ブンで乾燥される。
【００２７】前述の方法により含浸され化成サイクルさ
れたニッケル電極は、前述した従来使用の化成サイクル
レジメを用いた電極と比較して、電極の活性材料の改良
された特別なエネルギと、改良された使用度を特徴とす
る。
れたニッケル電極は、前述した従来使用の化成サイクル
レジメを用いた電極と比較して、電極の活性材料の改良
された特別なエネルギと、改良された使用度を特徴とす
る。
【００２８】本発明は単なる例示であり、特許請求の範
囲により限定されている本発明の技術的範囲を限定する
ものではない以下の例を参照してより良好に理解される
であろう。
囲により限定されている本発明の技術的範囲を限定する
ものではない以下の例を参照してより良好に理解される
であろう。
【００２９】以下の例は本発明のプロセスを示してい
る。
る。
【００３０】例１ ニッケルファイバとニッケル粉末（４５／５５）を含ん
だ８８％の多孔性の１．５ｍｍの厚さのニッケルプラー
ク基体は以下のようにニッケル水酸化物の活性材料で含
浸された。基体はｐＨ３で４０％容量のアルコールと
１．７Ｍの硝酸ニッケルと０．１７Ｍの硝酸コバルトを
含んだ水成アルコール含浸液に浸漬された。プラークは
７６℃で０．５Ａ／平方インチの陰極電流を受けた。
だ８８％の多孔性の１．５ｍｍの厚さのニッケルプラー
ク基体は以下のようにニッケル水酸化物の活性材料で含
浸された。基体はｐＨ３で４０％容量のアルコールと
１．７Ｍの硝酸ニッケルと０．１７Ｍの硝酸コバルトを
含んだ水成アルコール含浸液に浸漬された。プラークは
７６℃で０．５Ａ／平方インチの陰極電流を受けた。
【００３１】含浸されたプラークは水でリンスされ、２
６％の水成ＫＯＨ電解質を含む構成タンクに伝送され、
以下のように４回循環される。第１にこれらは１６時
間、０．０４５Ａ／平方インチで充電され、６０分間
（１時間）、０．２２５Ａ／平方インチで理論的な容量
の約６０％まで放電される。理論的容量は全てのニッケ
ル水酸化物が酸化される電極の仮想容量として限定さ
れ、１ニッケル水酸化物分子当り１電子伝送を通じて可
逆的に減少される。その後のサイクルで、含浸されたプ
ラークは１３２分間、０．２２５Ａ／平方インチで充電
され、理論的容量の約７５％の過剰負荷を与え、６０分
間０．２２５Ａ／平方インチで放電される。
６％の水成ＫＯＨ電解質を含む構成タンクに伝送され、
以下のように４回循環される。第１にこれらは１６時
間、０．０４５Ａ／平方インチで充電され、６０分間
（１時間）、０．２２５Ａ／平方インチで理論的な容量
の約６０％まで放電される。理論的容量は全てのニッケ
ル水酸化物が酸化される電極の仮想容量として限定さ
れ、１ニッケル水酸化物分子当り１電子伝送を通じて可
逆的に減少される。その後のサイクルで、含浸されたプ
ラークは１３２分間、０．２２５Ａ／平方インチで充電
され、理論的容量の約７５％の過剰負荷を与え、６０分
間０．２２５Ａ／平方インチで放電される。
【００３２】次の例は例１のプロセスと比較して電極の
高活性材料の利用を示している。
高活性材料の利用を示している。
【００３３】例２ 例１のプロセスと比較して電極の活性材料の使用は以下
のように測定された。化成サイクルに続いて、電極は洗
浄され、７０℃で真空オーブン中で乾燥された。基体の
重量と厚さは含浸による重量利得（“ピックアップ”）
と厚さの変化を決定するため含浸／構成動作の前後で測
定された。活性材料の負荷レベル（ｇ／ｃｃ−ｖｏｉ
ｄ）は重量ピックアップ値と基体の多孔率とを使用して
計算された。
のように測定された。化成サイクルに続いて、電極は洗
浄され、７０℃で真空オーブン中で乾燥された。基体の
重量と厚さは含浸による重量利得（“ピックアップ”）
と厚さの変化を決定するため含浸／構成動作の前後で測
定された。活性材料の負荷レベル（ｇ／ｃｃ−ｖｏｉ
ｄ）は重量ピックアップ値と基体の多孔率とを使用して
計算された。
【００３４】外径３．２５インチ、内径１．２５インチ
を有するドーナツ型の電極は乾燥後穿孔された。電極容
量は電解質浸透セルで２６％と３１％のＫＯＨ電解質で
測定され、２．３Ａｈ／電極の率である。初期の電極容
量は以下のサイクルレジメを使用して一晩、２６％のＫ
ＯＨ電解質に浸した後測定された。セルは１６０分間Ｃ
／２速度で充電され、その後、ニッケルシート対向電極
に対してＣ／２乃至−１．０Ｖでセルを放電した。これ
らの容量測定は５サイクル反復された。２つの付加的な
容量はＣ／２の速度の代りに１．４Ｃの速度である点を
除いて類似のレジメで測定された。活性材料利用は測定
された容量の平均値を使用して計算され、８９．５％で
あると発見された。比較された前述の従来使用された化
成サイクルを受けたニッケル電極は図３で示されている
ように８５．７％の利用度を有するに過ぎないことが発
見された。
を有するドーナツ型の電極は乾燥後穿孔された。電極容
量は電解質浸透セルで２６％と３１％のＫＯＨ電解質で
測定され、２．３Ａｈ／電極の率である。初期の電極容
量は以下のサイクルレジメを使用して一晩、２６％のＫ
ＯＨ電解質に浸した後測定された。セルは１６０分間Ｃ
／２速度で充電され、その後、ニッケルシート対向電極
に対してＣ／２乃至−１．０Ｖでセルを放電した。これ
らの容量測定は５サイクル反復された。２つの付加的な
容量はＣ／２の速度の代りに１．４Ｃの速度である点を
除いて類似のレジメで測定された。活性材料利用は測定
された容量の平均値を使用して計算され、８９．５％で
あると発見された。比較された前述の従来使用された化
成サイクルを受けたニッケル電極は図３で示されている
ように８５．７％の利用度を有するに過ぎないことが発
見された。
【００３５】例３ 図２で説明された活性材料利用の測定の過程は使用され
る電解質が３１％の水成ＫＯＨ電解質である点を除いて
以下のように行われる。前述のように使用された化成サ
イクルレジメを受けた電解質の８８．９％と比較して使
用率は９３．３％であることが決定された、これらの結
果は図３で示されている。
る電解質が３１％の水成ＫＯＨ電解質である点を除いて
以下のように行われる。前述のように使用された化成サ
イクルレジメを受けた電解質の８８．９％と比較して使
用率は９３．３％であることが決定された、これらの結
果は図３で示されている。
【００３６】以上、本発明の例示の実施形態を説明した
が、これらの開示は単なる例示であり本発明の技術的範
囲は特許請求の範囲によってのみ限定されることが当業
者に理解されよう。
が、これらの開示は単なる例示であり本発明の技術的範
囲は特許請求の範囲によってのみ限定されることが当業
者に理解されよう。
【図１】航空機用のニッケル水素セルの正面断面図。
【図２】プレートセットを示した線２−２に沿った図１
を詳細に示した拡大断面図。
を詳細に示した拡大断面図。
【図３】従来使用された標準構造レジメ（古いレジメ）
と比較した本発明の改良された構成レジメを使用してい
るニッケル−水素電極の使用割合のグラフ。
と比較した本発明の改良された構成レジメを使用してい
るニッケル−水素電極の使用割合のグラフ。
Claims (9)
- 【請求項１】 ニッケル水酸化物で含浸された多孔性ニ
ッケル基体電極が、反復的に過剰充電し部分的に放電す
る化成サイクルを受ける、活性材料の高い使用率を特徴
とするニッケル電極の製造方法。 - 【請求項２】 前記多孔性ニッケル基体は約８５％乃至
９５％の範囲の多孔性を有する請求項１記載の製造方
法。 - 【請求項３】 前記化成サイクルが水酸化カリウムの水
溶液を含む電解質で行われる請求項１記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記電解質が水酸化カリウムの２０％乃
至３１％の水溶液である請求項３記載の製造方法。 - 【請求項５】 前記化成サイクルにおいて、 （ａ）１６時間、理論容量に基づいて約０．１２Ｃの速
度で電極を充電し、 （ｂ）６０分間、理論容量に基づいて約０．６Ｃの速度
で電極を放電し、 （ｃ）１３２分間、理論容量に基づいて約０．６Ｃの速
度で電極を充電し、 （ｄ）６０分間、理論容量に基づいて約０．６Ｃの速度
で電極を放電し、 （ｅ）１３２分間、理論容量に基づいて約０．６Ｃの速
度で電極を充電し、 （ｆ）６０分間、理論容量に基づいて約０．６Ｃの速度
で電極を放電し、 （ｇ）１３２分間、理論容量に基づいて約０．６Ｃの速
度で電極を充電し、 （ｈ）６０分間、理論容量に基づいて約０．６Ｃの速度
で電極を放電するステップを有する請求項１記載の製造
方法。。 - 【請求項６】 前記ニッケル水酸化物で含浸された多孔
性ニッケル基体電極が、硝酸ニッケルと硝酸コバルトを
含むバス中で多孔性のニッケル基体を電解質的に含浸す
ることにより生成される請求項１、２、３、４または５
記載の製造方法。 - 【請求項７】 前記バスは水成アルコールバスである請
求項６記載の製造方法。 - 【請求項８】 前記バスはｐＨ３の４５％のエタノール
中に１．８Ｍ Ｎｉ（ＮＯ3 ）2 と、０．１８Ｍ Ｃｏ
（ＮＯ3 ）2 を含む溶液であり、約０．２Ａ／平方イン
チ乃至０．６Ａ／平方インチの電流密度が約７６℃で約
５．５時間与えられる請求項６記載の製造方法。 - 【請求項９】 ニッケル−水素セル、ニッケル金属水素
化物セルまたはニッケル−カドミウムセルにおいて活性
材料の高い使用率が得られる請求項６、７または８記載
の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US470551 | 1995-06-06 | ||
| US08/470,551 US5584892A (en) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Process for producing nickel electrode having lightweight substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09102306A true JPH09102306A (ja) | 1997-04-15 |
Family
ID=23868063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8143211A Pending JPH09102306A (ja) | 1995-06-06 | 1996-06-05 | 軽量の基体を有するニッケル電極の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5584892A (ja) |
| EP (1) | EP0747979A1 (ja) |
| JP (1) | JPH09102306A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020088A (en) * | 1997-11-18 | 2000-02-01 | Moltech Power Systems, Inc. | Gamma niooh nickel electrodes |
| US6593031B1 (en) * | 1999-08-13 | 2003-07-15 | Hitachi Maxell, Ltd. | Nickel metal-hydride cell |
| JPWO2004068625A1 (ja) * | 2003-01-31 | 2006-05-25 | 株式会社ユアサコーポレーション | 密閉形アルカリ蓄電池と、その電極構造、充電方法及び密閉形アルカリ蓄電池用充電器 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3669744A (en) * | 1971-02-25 | 1972-06-13 | Tsenter Boris I | Hermetically sealed nickel-hydrogen storage cell |
| US4000350A (en) * | 1975-03-17 | 1976-12-28 | Hughes Aircraft Company | Battery design |
| US4262061A (en) * | 1978-06-12 | 1981-04-14 | Hughes Aircraft Company | High energy alkaline storage cell separator and process for making same |
| US4250235A (en) * | 1979-08-16 | 1981-02-10 | Hughes Aircraft Company | Battery electrode structure |
| US4283844A (en) * | 1979-08-16 | 1981-08-18 | Hughes Aircraft Company | Method of making battery electrode structure |
| US4595463A (en) * | 1985-05-29 | 1986-06-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Cobalt treatment of nickel composite electrode surfaces |
| FR2602612A1 (fr) * | 1986-08-06 | 1988-02-12 | Rech Applic Electrochimiqu | Structure d'electrode a base d'hydroxyde de nickel, dopee au cobalt pour generateur electrochimique |
| US4820597A (en) * | 1987-12-11 | 1989-04-11 | Hughes Aircraft Company | Extended life nickel-hydrogen storage cell |
| US5196281A (en) * | 1990-09-20 | 1993-03-23 | Gates Energy Products, Inc. | Electrode having a conductive contact area and method of making the same |
| DE69219000T2 (de) * | 1991-05-10 | 1997-07-24 | Japan Storage Battery Co Ltd | Prismatischer Gasdichter alkalischer Akkumulator mit einer Nickelhydroxydelektrode |
| US5700596A (en) * | 1991-07-08 | 1997-12-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nickel hydroxide active material powder and nickel positive electrode and alkali storage battery using them |
-
1995
- 1995-06-06 US US08/470,551 patent/US5584892A/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-05-13 EP EP96107588A patent/EP0747979A1/en not_active Withdrawn
- 1996-06-05 JP JP8143211A patent/JPH09102306A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0747979A1 (en) | 1996-12-11 |
| US5584892A (en) | 1996-12-17 |
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