JPS58163190A - 金属酸化物・水素電池の構成体 - Google Patents

金属酸化物・水素電池の構成体

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JPS58163190A
JPS58163190A JP57044504A JP4450482A JPS58163190A JP S58163190 A JPS58163190 A JP S58163190A JP 57044504 A JP57044504 A JP 57044504A JP 4450482 A JP4450482 A JP 4450482A JP S58163190 A JPS58163190 A JP S58163190A
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JP
Japan
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hydrogen
container
battery
metal oxide
metal
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JP57044504A
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Motoi Kanda
基 神田
Hiroichi Niki
仁木 博一
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H01M10/613Cooling or keeping cold
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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】 〔発咀の#′t″:る技術分野〕 本発明は、金属酸化物を正極活物質とし、水素を負瓶活
物質とする、いわゆる充放電可能な金属酸化物・水素電
池(混成電池)の構成体に関する。
〔従来技術とその問題点〕
金@俊化物を正極活物質とし、水素を負啄活物質とする
混成電池には、例えばニッケル・水素(N i C0f
(−E(2)電池I銀・水素(Ago・H2)電池など
がある。これらの゛電池は寿命が長く、出力電流も極め
て大きく、かつ基本的には軽量なので、一部の特殊用途
ではあるが、従来のニッケル・カドミウム(NiOOH
−Cd)蓄直池にかわってされはじめている。
しかしこれらの電池では、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
電特性を良好にするために高圧の水素を使用するので容
器は耐圧性(〜50 kFl/ld )のものになって
いる。このため電池容器はかなり重くなり、これらを複
数接続した構成体を得る場合には、電池の容器に比較し
、極めて大きな容積と重量を占めることになる。いわば
高性能ではあるが重くて危険な電池となっていた。
これをさけるために、峻近では水素吸蔵金属がこの電池
に使用されるよう(でなってきた。すなわち、水素をこ
の水素吸蔵金属に保持させ、電池の放電時に必要な水素
をこれからとり出して供給し、逆に充′ぼ時に発生する
水素をこれに再び保持させるものである。このような方
法によって、電池内の水素子方をほぼ一定のしかもかな
り低い値、例えば潜温で107i/7程度(この値は使
用する水素吸蔵金属の種類、組成等により変化する)以
下にすることが可能となった。このため、電池容器の重
さや、電池としての安全性の問題も大巾に改善された。
この場合、水素吸蔵金属は電池容器の空間部か、または
電池とは別の容器の中に収納する形式が考えられる。複
数の電池を多数接続して全体として大きな電圧ないしは
大きな容置の電池を得ようとする際には、電池とは別の
1個の容器に水素吸蔵金属を収納し、この容器から各電
池に水素ガス輸送のためのバイブラインを形成1−1こ
れら全体をば池′it源とすることが考えられる。
水素吸蔵金属を使用した場合には、上述したように太き
彦利点を生じる反面、別の問題が出てきた。すなわち、
大べか電流で光放或を行なうこと′1   が困難にな
ったのである。つまり、高率で放電する際には水素圧の
低下をひきおこして放電特性が悪くなり、−また高率で
充電する場合には水素の圧力が上昇して、やはり耐圧性
の容器が必要となるということである。この二つの現象
は、水素吸蔵金属における水素の放出および吸蔵の床I
Wが特別な工夫なしでは遅いためである。
今、水素吸蔵金属をMとし、水素を吸蔵した状態をM)
(2であられすと、水素との反応は平衡反応であり次式
であられされる。
M十H2→ME(2+△H・・曲・・・・〔1〕M−1
−i(2←MT]2+△H1,10338861,〔2
〕団は反応熱で一般に大きな負の値をとるので、〔1〕
式の反応においては大きな発熱を伴なう。電池の放心に
際しては、(2)式の反応を進めることによって電池反
応に必要な水素を供給しなければならないっこの際は吸
熱反応なので、水素の放出によって水素吸蔵金属の温度
が低下し、よってその平衡水素圧が低下し、ますます電
池へ供給される水素敬が少なくなり、結果的に電池の放
電特性が悪化するのである。電池の充電に際しては、逆
に〔1〕式の反応を進めて水素を吸収する必要があるが
、このとき発生する熱で水素吸蔵金属の温度が上昇し、
平衡水素圧が上昇して結果的に電池容器に耐圧性がない
と意味のないことになってしまう。
この欠点に対して、従来は何も特別な構造にしないでそ
のまま使用したり、別の電源で水素吸蔵金属のd器を冷
却したり加熱していた。後者、の場合には、別の電源が
必要ということの他に冷却器や加熱器が必要になるなど
煩雑になり、しかし冷却と加熱のタイミングと速度を正
確にとらえることが出来ず実用上も問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は、上記の欠点を除いた比較的小形の金属酸化ニ
吻・水素電池のf11成体を提供するものである。すな
わち、水素吸蔵金属の冷却、加熱が容易でしかもそのタ
イミングと速度を正確にとらえて、水素圧をかなり一定
に保つことにより高率の充放電においても水素圧力が大
きく変化せずに良好な罐池特性を示し、かつ低い耐圧性
の容器でも十分に使用できるような金属酸化物・水素電
池の構成体を提供すること目的とする。
本発明は少なくとも1以上の金属酸化物・水素電池と、
水素吸蔵金属収納用の容器と、前記d5と前記金属酸化
物・水素電池との間の水素ガスを輸送するパイプライン
と、 前記容器に設けられ、発熱及び吸熱作用を有するベルチ
ェ素子子とを具備L %かつfmmベベルチェ素子前記
[株]属酸化物・水素電池を電気的に直列接続して電池
光電時には水素吸蔵金属容器を充醒々流で冷却し、放電
時には放電々流で加熱しようとするものである。
〔発明の効果〕
なお本発明において用いるベルチェ素子は、電流が反転
すればその作用も反転するので、1個の素子で容易に冷
却、加熱の作用を果せるうえ、取扱が極めて容易である
。しかもこの場合、冷却および加熱の能力は電流の大き
さにほぼ比例するので、結局充電および放電の速度に一
致し、またタイミングも当然合致するので極めて好都合
であるといえる。しかも、前記ベルチェ素子の設計方法
を適当にえらべば、低い電圧(1〜1゜2v程度)で作
動するため、電池回路に直列に入っても電池1個分のt
)E4下で作動させることができる。したがって、もし
必ヅならばその分の゛電池数(すなわち11′li!I
I)を余分に入れてやることで、ベルチェ素子の電圧降
下をまかなうことができる。
ただし、この場合、電池数がふえればそれだけ冷却およ
び加熱に必要な能力(ワット数)も増加するので、負荷
の大きさや、電池の容疑(すなわち必要な水素吸蔵金属
量と吸蔵放LEすべき水素の縫)、充1!電の時間等に
よって、最適な熱素子のワット数や、1個の水素吸収金
属収納用の容器に対する組電池の数を選択する必要があ
る。
〔発明の実施例〕
次に実施例によって本発明を説明する。今、ニッケル酸
化物(NiOOH)を正極とする6vの金属酸化物・水
素電池を組立てる場合を例にとる。
Ni 0OFI−H2α池は1個あたり1.25Vの電
圧を有するので、基本的には5個の電池を必要とする。
1     第1図は、5個のNi0OH−H2醒池(
Bl〜B5)と、水素吸蔵金属を収納する1個の容器(
2)からなる実施例による組電池(1)である。前記容
器(2)は5個のN+00HJ(2M油解の中間に配置
され、そこから各N i 0Of(・H2i[池へ水素
輸送用のパイプライン(3)が形成されている。容器(
2)の上端および下端を除いた容器の内聞をベルチェ素
子(4)でつつむ、N i 001(・142直池(B
l〜B5)とべIレチェ素子(4)の出力端子は直列に
つなぐ。すなわちN i OOH・12電池(B3)の
負極の出力端・5)およびii池CB−4)の正匝の出
力14f6)をベルチェ素子の入力端(7$−よび8)
にそれぞれ接続する。組電池i1)の出力端はN i 
(X)I■・1■21池(B1)が1Effl端、9)
とNi0OH・f(2i[池(1310) 7つ(ff
l lit 端11rjIテロる。
N i 0OH−H2d(池のサイズは、外径5z高さ
8備で、円筒ボンベ状の容器である。そして4池各器の
材料は厚さl 1.濡のステンレス板であり、准極端子
はハーメチックシール構造により形成した。′成性の正
極はニッケル暁請基板に活物質を含浸したもの、水素極
(負極)はニッケル暁結基板の表面に白金とポリテトラ
フルオロエチレンを付与したものである。これらをセパ
レータを介して占装置し、電解液として8モルのKOH
溶液を使用して電池を組立てた離池容蝋は5 Ahであ
る。
水素吸収金属としては、  LaNl5を使用した。そ
の粒径は0,1〜0,3龍とした。LaNi5は1gあ
たり約0゜3Ahの水素(常圧で0.151の水素)を
吸収するので、5Ahの電池5個では83gでよいがこ
こでは約120gとした。これを水素によってあらかじ
め活性化し、水素を放出したあと収納容器(2)に入れ
た。収納容器(2)へのベルチェ素子(4)の設置状況
を第2図に示す。容器(2)のサイズは直径2crIL
、高さ8CrrLで、材質は1順厚のステンレスである
。ベルチェ素子(4)は厚さ1函高さ7朋のリング状の
単位素子3個が容器(2)をとりかこんでいる。そして
3個の単位素子は互いに並列に接続されている。
単位素子の構造は基本的には第3図に示すようにp形お
よびn形のBi2Te3を構成材料にし、それらを交互
に配列して、銅板(11および12)を介して直列に接
続したものである。単位素子を駆動するのに必要な電圧
および電流は一組のp形およびn形からなる配列の組数
およびその電気導伝度で決まるので、その数は設計にあ
わせて適当にえらぶ。ここでは単位素子は、p形の形の
配列の組数は2個のものを使用した。この単位素子を3
つ並列に接続して使用l−だ。このときトータルの入力
抵抗は5omQである。銅板(1りに接して容器(2)
が入るので、銅板02での冷却、加熱が容器12)へ伝
わるようになっている。今電流が端子(力から流入する
とき(電池の光′区に対応)、銅板11湯が冷却される
逆に電流が17)から流出するとき(d池の放心に対応
)、銅板(J2が加熱されろ。この上う1でしてそれぞ
れ充電・放電時の反応〔1〕がスムーズに1侑行するよ
うになる。なおp形のt312Te3としてけBiを過
乗にしたものn形としてはヨウ素(I)を添加した1(
i2’f’e3のものを使用した。
以上のような構造を有する岨ぽ池を常温で高率の充放電
を行なった侍果を示す。比較のために、本発明例と同一
構成ではあるが水素吸蔵金属収納fJ6にベルチェ素子
をつけないものについても同一の試験を行なった。第4
図は4C(20A)放電の結果で、aが本発明例、bが
比較例である。横軸の時間はaの接続時間を100チと
したものである。
また第5図は同一条件下での電池内圧の変化を示す。記
号は第4図と同じである。4Cという高率放電では第4
図に示されるように、bでは放電時間がaの40チ以下
となる。これは第5図でわかるように水素の水素吸蔵金
属からの放出がおそいことにより、電池内の水素圧が低
下したためである。これに対し、aでは、ベヤチェ素子
分の電圧低下はあるものの放電時間は十分とれる(第4
図)。
これはベルチェ素子によって水素吸蔵金属が加熱され、
十分の水素が放出されたことにより、電池内の水素圧が
十分にあるからである(第5:凶)。
本発明と同一構造で、電池数を1個ふやしたものの結果
を第4図p第5図にa′で示した。介在する水素量が増
加したため第5図ではa′はaよりやや低い値を示すが
、第4図a′に示されるように時間的にはaと変わらず
に、かつ′電圧はそれより高く6vを示している。なお
電流値が小さい場合には1   熱素子の電圧降下も小
さいので、必ずしも電池数を増加させる必要はない。
第6図は4C(20A)での充電時の電池の内圧変化で
ある。bでは、圧力が最終的に20 ICg/1ytr
を過すのに対してaでは7匈/cr&程窺であった。
以上示したように本発明は高率充放電時の電池特性を改
善する。なお水素吸蔵金属としてはLaNi5に限らず
常温で平衡水素圧が10kg/CrI以下のものならば
筒用できる。なお、電池の容器が大きくなると、必要と
する水素の介在1が増加し、したがってコントロールし
ようとする水素吸蔵金属の牧出熱・吸収熱も多量になる
ので、ベルチェ素子の数(したがって仕事率二ワット数
)の大きなものを使用する必要があり、この場合(には
、熱1計算を行なって、゛電池数熱素子数を適切に決定
する必要がある。したがって本発明例は比較的小さな電
池を組電池化する際に有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る金属酸化物・水素電池の構成体の
概略図、第2図はベルチェ素子および水素吸蔵金属収納
用の容器の配置を示す概略間、第3図は本発明に用いる
ベルチェ素子の構造断面図44図乃至第6図は本発明に
係る金属酸化物・水素電池の構成体の特性例を示す曲線
図。 B1・B2・133184・B5・・・金属、酸化吻・
水素電池2・・・水素吸蔵金属収納用の容器 3・・・パイプライン ±・・・ベルチェ素子 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) 第1図 工 第  3  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 少なくとも1以上の金属酸化物・水素電池と、水素吸蔵
    金属収納用の容器と、 前記容器と前記金属酸化物・水素電池との間の水素ガス
    を輸送するパイプラインと、 前記容器に設けられ、発熱及び吸熱作用を有するベルチ
    ェ素子とを具備し、かつ前記ベルチェ素子と前記金属賃
    化物・水素電池を電気的に直列接続した事を特徴とする
    金4酸化物・水素電池の構成体。
JP57044504A 1982-03-23 1982-03-23 金属酸化物・水素電池の構成体 Pending JPS58163190A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7237428B2 (en) 2001-10-16 2007-07-03 Hera Usa, Inc. Fuel gauge for hydrogen storage media

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7237428B2 (en) 2001-10-16 2007-07-03 Hera Usa, Inc. Fuel gauge for hydrogen storage media
US7254983B2 (en) 2001-10-16 2007-08-14 Hera Usa Inc. Fuel gauge for hydrogen storage media

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