JPS58163157A - 金属酸化物・水素電池 - Google Patents

金属酸化物・水素電池

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JPS58163157A
JPS58163157A JP57044503A JP4450382A JPS58163157A JP S58163157 A JPS58163157 A JP S58163157A JP 57044503 A JP57044503 A JP 57044503A JP 4450382 A JP4450382 A JP 4450382A JP S58163157 A JPS58163157 A JP S58163157A
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JP
Japan
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hydrogen
acting
metal
nickel
powder
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Pending
Application number
JP57044503A
Other languages
English (en)
Inventor
Motoi Kanda
基 神田
Hiroichi Niki
仁木 博一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/242Hydrogen storage electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明は、金属・俊化物を正極活物質とし、水素を負極
活物質とする、いわゆる充放電可能な金属酸化物・水素
電池(混成酸油)に関する。
〔従来技術とその間@屯〕
金属酸化物を正極活物質とし、水素を負極活物質とする
金属酸化物・水素電池(混成4池)には、例えばニッケ
ル・水素(N100H−N2)電池、銀・水素(AgO
−N2)電池などがある。これらの゛電池は寿命が長く
、出力電流は極めて犬きく、かつ基本的には軽量なので
、一部特殊用途ではあるが、従来のニッケルΦカドミウ
ム(N i OOHφCd)電池にかわる蓄醒池として
使用されはじめている。しかしとれらのd池では水素を
活物質としているため、電池容器を完全密閉する必要が
あり、しかも電池の放電特性を良くするためおよび電池
容器サイズをなるべく小さくするために高圧の水素を使
用するので容器ハ耐圧性(〜50 惰/d )のものに
なっている。
このため電池容器は堅1.?に作られているのでかなり
重く、単位重量および体積当りの・くワー密度およびエ
ネルギー密蜜も期待されるほどは犬きくはなっていなか
った。
これらをさけるために、最近では水素吸蔵金属がこの電
池に使用されるようになってきた。すなわち、水素をこ
の水素吸蔵金属に保持させ、電池の放電時に心安な水素
をこれから取り出して供給し、逆に充一時に発生する水
素をこれに再び保持させるものである。水素吸蔵金属を
使用することによって、4池内の圧力をほぼ一定のかな
り低い値、例えば1〜15kg/lCg程度(この値は
使用する水素吸蔵金属の他類、組成等により変化する)
以下にすることが可能11こなり、このため′シ池容鐵
の市μ?磁池としての安全性の問題も大巾に改善されて
きた。
+君吸械金属の戒池への応用の方法1は大別して二(市
類ある。一つは、IE極および亀↑祇を含む電池谷6診
内にこれを入れる方法であり、もう一つけ、貞頒IIC
水素吸蔵歌属を使用することにより、水素Km反応と7
に宋成畝を全て負極で行なわせようとする方l去である
。本発明は後背に係わる。
後背の方法は、水素吸蔵金属を主成分とするシート状物
をIAd体の両側に着接一体化したものに触媒を付与し
た1極を貝嘆とするものでちる。この方法は4池容器内
のスペースを有効に使用できる点においてI憂れたもの
であるが、欠点もある。
それは充放1を繰りかえすことによって水素吸稜i]′
ヒカが低ドし、しだいVC4池内圧が上昇するというこ
とである。この原因は種々あるが、一つの大きな原因と
して、充電末期に正極から発生する酸素があげられてい
る。一般に水素吸蔵金属は水素以りtの不純物の存在で
成畝能力の・1モ丁をきたすが、[竣素の影響はその中
でも極めて大きなものがある。
負返は一般にうすいセパj/−夕を介して正極と接して
いるため、正極からのわずかな酸素発生によって影響を
受け、当初は正極側部分のみが能力低ドをきたすが、や
がて負極全体の成畝能力か低下するようになる。
〔発明の目的〕
本発明は、上述した従来の欠点を改良したもの゛C1水
素吸1城金属を主成分とする負極を有し、しかもその負
極の水素吸蔵金属が低下しにくい徽属酸化物・水素成性
を提供するものである。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は負極の構造にある。すなわち、負極は水
素触媒、触媒担体および水素吸蔵金属からなる多孔質体
で構成され、かつ正極側表面が少なくとも酸素触媒を担
持した緻密層を具備したいわゆる二)−構造を付したこ
とを特徴とする。
つまり上記の如く負極を構成する事により充電末期に正
極から発生する酸素はセペレータを通過17て・酸素触
媒を担持した緻密1−へ到達した1祭、酸素は炭素粉末
等の酸素触媒によって4易(で次の反応により還元され
る。
02 +2H20+ 4e→401−r       
(1)その理由は水素成極反応を促進するだめにN゛与
しである水素触媒は一般に酸素還元反応の触媒にもなり
、しかも炭素自体もこの反応の良好な触媒であるととに
よる。またとの緻着層は例えば触媒担体として粒度の小
さなニッケル粉末を用いる事により形成され、・酸素が
物理的にも透過i〜1でくく、水素吸蔵金属を主成分と
する多孔質部へ到達することは少ないので、水素吸蔵金
属は酸素の影響を受けることなく吸蔵qヒカの低下は大
巾におさえられる。
なお、光道時の負極の反応は次式 %式%) であり、触媒の表面で水素が発生するが、この水素が水
素吸蔵金属に次5式で吸蔵されるのである。
2+4 + H2−→2MψH(3) ここでMは水素吸蔵金属、M−Hけ水素化した水素吸蔵
金属をあられす。
なお、水素吸蔵金属としてはLaNt5やF’e−Ti
系鐘Ti−Mnn系命命Ti−Ni合金等、常温で1〜
10に9/crd程+f−の平衡圧を有するものならば
どれでも使用しうる。これらの水素吸蔵金属および同時
に使用される触媒担体としてのニッケル粉末は200〜
20μm程度の粒径をもつものが適当である。酸化触媒
としては、炭素粉末、活性炭、アセチレンブラック、リ
ン状黒鉛等が有効であシ、また緻密層を形成する為に例
えば前記酸化触媒の担体として使用されるニッケル粉末
は20〜1μm程度の粒径をもつものが適当である。
負極を作成するために使用される結着剤としては、ポリ
テトラプルオロエチレン(PTF’g)等の耐アルカリ
性の微粒子が有効であり、また集醒体としては、ニッケ
ルの箔、あるいはパンチトメタル、ないしはエキスバン
ドメタルがよい。もしも電極をわん曲さ仕る必要がない
1局合には、負極中の酸素の透過を完全に遮断できる穴
のおいていない箔が特に有効である。水素触媒と1〜で
は山番、パラジウム、銀などが有効である。
なお本発明に係る負極の多孔・面体としては、その多孔
ザが30〜40チ程度が望ましい。また酸素触媒を含有
する緻密層としては20係以下の多孔度を有するものが
用いられ、緻密層の製造方法により得られる多孔度は異
なるが、より多孔度の小さいものを用いる事が好“まし
い。
〔発明の実砲例〕
金属酸化物・水素砥池としてニッケル酸化物・水素(N
iOOH・I(2)電池を列(でとる、水素成就金属と
してLaNi5の100μmの粉末および触媒担体とし
てニッケルの100μmの粉末、および結着剤として粒
径5μm程度のPTFE3を30チ含む分散液を重1比
でそれぞれ5:3:2の割合で混合し、混練して厚さQ
、 5 myxのシート状物質とし、これを放置乾・燥
した多孔質体を(A)とする。次にt’l素触媒として
の粒e5μm17)活性炭と触媒担体としての粒度5μ
のニッケル粉末および先はどと同じP T P 1yの
分散液を重鼠比で1ニア:2の割合で混合、混練して厚
さ0.3關のシート状物質とし、これを放置乾燥して得
た緻密層を(13)とする。
at体として、厚さ0.1朋のニツケルエキスノくンド
メタ々を用い、その両側に多孔質体(A−)および緻密
4 fB)を配置し、120°Cで5分間、圧力5o1
cg/(イ程度でプレスし、着接一体化する。このとき
厚さ約Q、7mgの電極ができる。ついでこれを酸素触
媒であり、水素触媒でもある自余を含有せしめる為に塩
化白金酸溶液(4チ)に約2分1市浸漬し、とり出した
後水洗を十分に行なった後乾燥する。
これにより、しUたり2mg程度白金が電極の両面に析
出し、C電極は黒色化する。ついでこれに15チのPT
F’gを含む分散液に約2分間浸漬し、乾・凍させる。
その後、300’Oの窒素気流中で熱処理をほどこし、
表面のp’rpgを焼結さすて適度の端水性を与え乙。
これを所定の大きさに切断して負極が完成する。
ニッケル酸化物電極はニッケル焼結体に活物質を含浸し
たものを使用した。セパレータとしては厚さ0.3朋の
ポリアミドの不織布を使用した。電解液it、 8 M
o l/l (D KOH@液を1吏用した。
第1図は上記の構成要素を電池に組んだものである。4
は負極、5はセパレータ、6は正極である。7おtび8
はそれぞれ負極および正極の端子であり、ステンレス吸
容59とは電気的に独立している。なお容器9は、電池
II成要素を組み八んだ後溶接して密閉化している。な
お10は内FEを測定するためのパイプで、11は圧力
測定器である。lE+i6はセパレータ5でU字に9つ
み、その両側から本発明による負極4を接して・配置し
、アクリル製のホルダー12で密着させた。正極の容1
はf、OAh、負極はLaNi 5は1.2 Ah分)
112を吸収する鎗が充てんされている。
この4池を200mAで5.5時間、すなわち20%過
充鑞するように充KL、200mAで放電(]、OVま
で)する操作をくりかえし、各サイクルの放電後の休止
状態における′這池内王の変化(室温)を示したものが
第2図の曲線(a)である。第2図に示されろように、
約4 lCg/:iの値を200サイクル以上保つこと
がわかる。比較例+1)として、負極をは二Ii!構造
だが、酸素触媒としての炭素粉末を含む層を作成すると
きに使用される二・シケル粉末の粒度をもう一方の1−
と同じ100μmのものを使用し多孔質体としたもの、
比較例(2)として負極がLaNl5とニッケル粉末の
みを含む−1−構造のものを同様に電池にして内1+E
 、i化を調べたものを、やはり、第2図に夫々(1)
)・(C)として示す。比較例(2)では、50サイク
ル程度で内圧の上昇があり、比較例(1)でも100サ
イクル程度で上昇してしまい、本発明の幼果があること
を示している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る金・・4酸化物・/に累畦池の構
成断面図、第2図は実権列および比較例の特性例を示す
曲線図。 A・・・多孔質体、B・・・緻密層 4・・・二層構造をもつ負極、5・・・セパレータ、6
・・・正極。 化1人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 金属酸化物を活物質とする正極と、水素を活物質とする
    負極と、前記正極、負極間に密着配置されたセパレータ
    とを具備した金属酸化物・水素電池において、負極が水
    素触媒、触媒担体および水素吸蔵金属からなる多孔質体
    で構成され、かつ前記負僅の正画側表面が少なくとも酸
    素触媒を担持した緻密層を具備した事を特徴とする金属
    酸化物−水素電池。
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