JPS604551B2 - 電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気−亜鉛電気化学電池に関する。

このようなタイプの電池は良く知られているところであ
り、現在では無公害車に採用する目的で多くの研究活動
の対象となっている。参考のために述べると、基本的な
電池、つまりこのような電池の要素は接触反応部を包含
しており、ポンプによって運ばれる亜鉛粉末を含むアル
カリ懸濁液をこの基本的な電池中を流すようにし、亜鉛
の酸化と大気中の酸素の消費とによって起電力を発生す
るのである。

したがって、電池を構成するにはこのような電池要素を
それぞれ電気的に液体的に連結することが必要である。

溶液を要素に並列に流すようにすることが考えられるが
、この場合要素が直列に連結されていれば、電池の動作
に障害となるループ電流が生ずることが確認されている
。したがって、アルカリ溶液を要素に直列に送り込むよ
うにすることから電気的に同一要素を直列に接続するこ
とが要求される。

このような場合、特定の数の要素を含む何組かの要素〜
すなわちモジュールが作られる。

もち論、定格の電気特性を持つ電池を作るためにこのよ
うなモジュールを組み合わせることもできる。それでも
、この方法で作った電池はいくつかの欠点がある。第１
の欠点として、このような電池において、各要素に粉末
を循環させるには多くのポンプやパイプが必要となり、
それに比例してコストが増加するのである。

他の欠点としては、電池の充填剤として要素中に或る量
のアルカリ溶液と亜鉛の粉末とを保たなければならない
ことである。

これは浸透性電極を適ってアルカリ溶液が外に漏れるた
めである。また再生液によって使用された溶液全部の排
出も困難である。本発明は上述した多くの欠点を克服す
ることを可能とし、最少数のポンプとパイプとを使用し
、所定の電力ではその大きさの最も小さい電気化学空気
−亜鉛電池を目的とする。

さらに、このような電池において、亜鉛粉末を含むアル
カリ懸濁液の排出が運転停止するとすぐに、完肇に、し
かも自然に行なわれるのである。

したがって、本発明の目的は、活物質、特に亜鉛粉末を
含有する電解懸濁液を強制循環によって送り込むように
したい〈つかの要素を含む形式のものであって、これ等
の要素はいくつかのモジュールにまとめられ、電気的に
直列に接続され、そして前記電解液を前記モジュールの
それぞれに直列に供給するようにした形式の電池におい
て上下に配置し電気的に並列に内部結線した実質的に同
一のふたつのモジュールから成る少なくともひとつの単
位電池ブロックを備え、上方位置に設けた前記モジュー
ルはその一番上の前記要素の入口に前記電解液を受け、
上方位置の前記モジュールを通り抜けた後の前記電解液
は下方位置に設けた第２の前記モジュールの一番上の要
素の入口に送られ、最後にこの一番下の要素の出口を通
って前記第２モジュールから前記電解液を排出されるよ
うにし、かつ電池へ供給される前記電解液の入口電位は
その出口電位に等しくしたことを特徴とする電池を提供
するにある。以下添付図面に例示した本発明の好適な実
施例について詳述する。

第】図は或る数の要素２によって構成したモジュールを
示す。

各要素２は実質的に同じものであり、起電力ｕを与える
。要素２は亜鉛粉末を含む水酸化カリウム懸濁液を直列
に供給される。それぞれ要素２への供給はパイプ３によ
って行なわれ、矢印Ｆによって実体的に示してある。こ
のような要素は、たとえば特願昭４７−１２６８０５号
明細書（特関昭４８−６９０３６号）にこの形式のが記
載されている。

この要素について、参考のために述べておくと、要素２
のそれぞれは負のコレクタグリッドａ、浸透性分離層ｂ
、浸透性接触反応層ｃ、及び防水層ｅで被覆した正のコ
レクタグリッドｄを包含している。

したがって、水酸化カリウム及び亜鉛溶液は図示のよう
に全長に渡ってそれ等の要素を通り抜ける。接触反応層
ｃのレベルにおいて大気の外側で亜鉛を酸化及び酸素を
消費することによってグリッドａ及びｄの間に起電力が
生ずるのである。もち論、要素は導体４によって電気的
に直列に接続してあり、このようにひとつのモジュール
で生じた起電力は外部接続の端子５に集められる。
′ここで、参考のために、特磯昭４９−１３９６
７６号（特開昭５０一１１６９２８号）「強制循環電池
要素を接続する方法及び装置」において、有害な電気干
渉現象を避けながら要素を電気的に直列に接続する手段
が既に提案されている。

しかし、モジュール内で多くの要素２が溶剤によって要
素に発生する充填損失に対して結果的に制限されている
ことが認められるのである。

実に、入口の溶液の圧力をｐｏに指定し要素の充填損失
を△ｐに指定すれば、最後の要素（この場合第１図で一
番下の要素）においては、その圧力はｐｏ−ｎ△ｐであ
ることが判るのである。ここのｎはモジュールの要素の
数である。さて、正確に動作するためには浸透性空気電
極に対して或る範囲内で持続する反力が必要である。し
たがって、ｎの値はこれ等の限定によって制限されるこ
とが理解できよう。しかし、特願昭４９−１４１６５０
号（特公昭５８一２０１１び号）「強制循環電池の要素
を満たす方法及び装置」においてむずかしさの原因及び
その影響が既に明らかにされており、可能な電解液の循
環のための方法及び装置が提案されている。

すなわち、理論的に無限個のモジュールを液体的に直列
にすること、及び上述のように直列に電気的に連結した
方法及び装置の有利性を保持しながら最適の圧力条件で
要素の空気電極を配置することである。非常に好適には
、図面に示したように液体の溶剤は上の要素より入り、
一番下の要素から出る。

実に、モジュール全体の高さをｈに指定し、溶液の密度
をｐに指定すれば上と下との間の静的圧力の差はｈ‘こ
等しいのである。充填損失は予めｎ△ｐであるので圧力
差はｎ△ｐ−ｐｈである。このように、充填損失ｎ△ｐ
は静的圧力ｐｈの差によって部分的に補われ、これがモ
ジュール当りの要素の数ｎがこの場合だと、逆流するよ
うにした場合よりも僅かに高くなるだけという利点であ
る。したがって、電池を作るためにはこのように電気的
及び液体的に結合する必要がある。このような電気的結
合は、有利には既に提案の強制循環電池用電子安全結合
装置に実施してある。

参考のために述べるとこれは電池用電子安全結合装置に
関するもので、懸濁液に活物質、好適には亜鉛粉末を含
む電解液を直列に供給されるいくつかの要素を包含し、
前記電解液を貯蔵タンクから前記要素に強制循環させる
ことによって送り、最後の要素を通った後前記タンクに
戻すようにし、前記要素をモジュールに分けて前記モジ
ュール内で直列に電気的接続を行ない、前記モジュー−
ルに前記電解液を直列に供給し、前記電池を起電力ｍＵ
及び定格電流１となるようにし、前記モジュールをｐ個
のアセンブ川こ分けて各アセンブリを直列に電気的接続
したもので、アセンブリ数ｐを偶数、好適には２とし、
前記アセンブリそれぞれには起電力Ｕ及び定格電流１／
ｐを与えるためにそれぞれ適宜にモジュールを同じ数ｍ
個包含させ、これらのアセンブリを更に並列に内部接続
してタンクから電池の最初の要素に向う電解液の露タ位
を前記電池の最後の要素から流れ出した電解液の電位に
等しくしかつ前記タンクに戻すようにしたことを特徴と
する形式のものである。

本発明により、第２図を参照すれば、単位の電池ブロッ
クが示されている。

０ 起電力がＵ、定格電流が１／２という目的に対して
実質的に同一の２個のモジュールｌａ及びｌｂで満足さ
れている。

これらのモジュールは出力結線５を介して電気的並列に
接続してある。このような実施例は上述したｍ及ｐに当
てはめればｍ＝１、ｐ＝２に相当するものである。図示
してあるように、これらのモジュールは２個重ねて配置
してあり、タンク８１こ納められたアルカリ液７が供給
される。

この供給は静的圧力ｐｈの差を補い前記溶液がタンク８
からモジュールｌａの上部要素の入口にパイプ１１で送
られる第１ポンプ１０１こよって行なわれる。

一方、第２ポンプ１２はふたつのモジュールを通った後
パイプ１３を介してタンク８１こ溶液７を戻す。この第
２ポンプは差（幼△ｐ−ｐｈ）を補償する。さらに、パ
イプ１４は第２図に示したようにモジュールｌａからモ
ジュールｌｂの方へ溶液７を流す。

したがって、本発明によるこのような配置によってモジ
ュールｌａとｌｂとの間に中間ポンプの使用を避けるこ
とができ、モジュールｌａの充填損失ｎｐを或る程度補
うことができるのがわかるであろう。

さらに、モジュールｌｂのパイプ１３を通って流れ出る
溶液はモジュールｌａにパイプ１１を通って流す溶液と
同様に同じ電位となる。

したがって、タンク８の中では溶液７の全体は同じ電位
であり、前述の欠点を避け得ることがわかるであるつｏ
換言すれば、アルカリ溶液７はモジュールｌａ及びｌｂ
に送られると、−その電位はモジュールｌａで増加し、
次いでモジュ−ルｌｂで減少してその初期の電位を回復
させるのである。

第３図は第２図で予め説明したものと同じ単位電池ブロ
ックを２個まとめたことによって得られた本発明による
電池群の第１の実施例を示すものである。

さらに第３図で明らかなように他の同じブロックは同一
要素を同一の参照番号で示し、第２図で示した単位電池
ブロックに加えてプライム符号を付してある。これらの
単位電池ブロックは結線１８によって電気的に直列に接
続してある。

このような電池群において、パイプ１１，１１′，１３
及び１３′に送られる溶液は同じ電位たとえばＵで、こ
のような電池群の出力する電圧は２Ｕであることは明ら
かである。

したがって、第４図に示したように、ひとつのタンクと
ポンプ及び２本のパイプによってこのような電池群を別
々に液体供給することは論理的である。

第４図はしたがつてふたつの単位電池ブロック、ここで
は、前述のような本発明による電池群の非常に好適な実
施例を成すモジュールｌａ，１′ａ，ｌｂ及び１′ｂが
示されている。

電気的な観点から、一方のモジュールｌａ及びｌｂとも
う一方のモジュール１′ａ及び１′ｂとは結線５及び５
′によって並列に接続しふたつの単位電池ブロックは更
に結線２川こよって直列に接続し、電池群の電圧は結線
５，５′間に供給される。

液体的な観点からは、単一のタンク２１内に納められた
亜鉛含有のアルカリ懸濁液は単一のポンプによって、１
本のパイプ２３を通り、その末端で更にふたつの枝２３
′及び２３″に分かれてそれぞれモジュールｌａ及び１
′ａの上方の入口に送られる。

前記ポンプ２２はモジュールへの充填損失及び静的圧力
の差を同時に補償するには好適である。

モジュールｌｂ及び１′ｂの下側の出口において前記溶
液は一本のパイプ２４に連続されたふたつの枝２４′を
介して流出しタンク２１に戻されるのである。前の場合
でモジュールｌａ及び１′ａの入口電位はモジュールｌ
ｂ及び１′ｂの出口電位と同じである。また、本発明の
範囲を越えないで、第５図に示したように、第４図に示
した電池群を共に接続することも可能である。

第５図によれば、参照番号３０によって一般的に示した
前述のような電池群４つをそれぞれ電池間で電気的に直
列に結線５で接続してある。

液体的にみると、溶液供Ｖ給は前述のように行なってい
るが、ここではモジュール間を参照番号３１のようなパ
イプによってふたつの隣接電池群の間の溶剤を交叉させ
ている。さらに、明らかであるが、前記電解液は各電池
群において、高い位置に設けたモジュールを通った後隣
に設けたふたつの電池群の単位電池ブロックの隣合った
下方のモジュールの入口に送られる。

一方、低い位置に設けた前記電池群のモジュールは第５
図に示すようにもう一方の側に設けたふたつの電池群の
単位電池ブロックの上方の隣接モジュールからの電解液
を受ける。この電解液の溶剤のこのような交叉は前記電
解液がひとつの電池群から他の電池群へ通過する電位に
おいて何ら変化を受けず、圧力においても何ら実質的な
変化を受けないということから可能になったのである。

この方法において、電池群３０のアルカリ溶液分配の更
なる均一性と電気的観点から電池群の平衡した動作とが
得られるのである。

第６図は、電池群のモジュールを構成する参照番号２（
第１図）のような要素、たとえば第４図に示した電池群
を構成するモジュールｌａ，１′ａ，ｌｂ及び１′ｂの
要素に代わる特に好適な装置を示す。

このような装置は一方において電池を止めるとすぐにア
ルカリ溶液を要素から迅速に、しかも確実に排出するこ
とを可能とし、さらに容器はかさばることはない。

第６図に示したような目的に対し、たとえば第４図の電
池群では次のような構成となる。

モジュールｌａを成す要素２ａとモジュール】ｂを成す
要素２ｂとは、液体的には直列に、電気的には並列（結
線５，）に接続し、さらに水平に対して傾けてある。モ
ジュール１′を成す要素２′ａとモジュール１′ｂを成
す要素２′ｂとは、同様に液体的電気的に並列（結線５
２）に接続し、さらに水平に対して傾けてあるがその方
向は前述の要素とは逆の傾斜である。

さらに、一方の前記要素２ａ及び２ｂと他方の２′ａ及
び２′ｂとは図示のようにからみ合わせてある。第６図
にはまた、タンク２１からパイプ２３，２３′及び２３
″を介して溶液を送るポンプ２２を示してある。

他にパイプ２４，２４′，２４″は電池群を通って来た
前記溶液７をタンクに戻すためのものである。一方のモ
ジュールｌａ及びｌｂと他方のｌｂ及び１′ｂとの間は
電気的結線２０１こよって示し、引用した中間結線５（
第４図）はこの場合前述のように５，，５２で示す。

さらに、排出を容易にするために小直径のパイプ３５を
ポンプ２２近傍のパイプ２３に設けてあるのがわかるで
あろう。

オリフィスを溶液７のレベルより上に設けたこのパイプ
は動作中僅かな量の溶液を排出させる。一方、ポンプ２
２が停止するとすぐにポンプは空気で満たされ、したが
って電池群を成すモジュールの要素の完全な緋を行なつ
ｏ以上本発明をその具体例について詳述したが本考案は
この特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の
精神を逸脱しないで幾多の変化変形がなし得ることはも
ちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法で実施したモジュ−ルの構造
を示す図、第２図は本発明による単位電池ブロックを示
す図、第３図は本発明による電池群の第１の実施例を示
す図、第４図は本発明による電池群の他の実施例を示す
図、第５図は本発明による電池の実施例を示す図、第６
図は非常に有効にした本発明による電池群の要素の構成
を示す図である。 １・・・・・・モジュール、２・・・・・・要素、３，
１１，１３，２３，２４，３１……パイプ、４・…・・
導体、５，２０・…・・結線、７・・・・・・溶液、８
，２１・・・・・・タンク、１２，２２・・・・・・ポ
ンプ、３０・・・・・・電池群。 ＦＩＧ．ＩＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．ム ＦＩＧ．５ ＦＩＧ．６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 活物質、特に亜鉛粉末を含有する懸濁状電解液を強
   制循環によって送り込むようにしたいくつかの要素を含
   む形式のものであって、これ等の要素はいくつかのモジ
   ユールにまとめられ、電気的に直列に接続され、そして
   前記電解液を前記モジユールのそれぞれに直列に供給す
   るようにした形式の電池において、上下に配置し電気的
   に並列に内部結線５した実質的に同一のふたつのモジユ
   ール１ａ，１ｂから成る少なくともひとつの単位電池ブ
   ロツクを備え、上方位置に設けた前記モジユール１ａは
   その一番上の前記要素の入口に前記電解液７を受け、上
   方位置の前記モジユール１ａを通り抜けた後の前記電解
   液７は下方位置に設けた第２の前記モジユール１ｂの一
   番上の要素の入口に送られ、最後にこの一番下の要素の
   出口を通って前記第２モジユールから前記電解液を排出
   されるようにし、かつ前記単位電池ブロツクへ供給され
   る前記電解液７の入口電位はその出口電位に等しくした
   ことを特徴とする電池。 ２ 前記電解液７を第１ポンプ１０によってタンク８か
   ら上方位置に設けた前記モジユール１ａに送るようにし
   て前記電解液７の静的圧力差を補償し、下方位置に設け
   た前記モジユールを通った後の前記電解液を第２ポンプ
   １２によって前記タンク８に戻すようにして両モジユー
   ル内の充填損失と前記静的圧力差との間の差を補償する
   ようにした単位電池ブロツクを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電池。 ３ 前記電解液７，７′を、各単位電池ブロツクにおい
   て、第１ポンプ１０，１０′によりタンク８，８′から
   上方位置に設けた前記モジユールへ送るようにして前記
   電解液７，７′の静的圧力差を補償し、第２ポンプ１２
   ，１２′によって下方位置に設けた前記モジユール１ｂ
   ，１′ｂを通った後の前記電解液を前記タンク８，８′
   へ戻すようにしてモジユールの充填損失と前記静的圧力
   差との間の差を補償するようにした、電気的に直列に結
   線１８したふたつの単位電池ブロツクで構成の電池群を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電池
   。 ４ 前記電解液７を１個のポンプ２２によって１個のタ
   ンク２１から上方位置のモジユール１ａ，１′ａへ送り
   、上下のモジユール１ａ，１′ａ，１ｂ，１′ｂを通し
   た後、前記タンク２１へ戻すようにして前記液７の静的
   圧力差とモジユールの充填損失との差を同時に補償する
   ようにした、電気的に直列に結線１８したふたつの単位
   電池ブロツクで構成の電池群を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電池。 ５ 前記電解液７を、各電池群において、上方位置に設
   けたモジユールを通した後、両側に位置するふたつの電
   池群の単位電池ブロツクの隣接した下のモジユール１ｂ
   ，１′ｂの入口に送り、下方位置に設けた前記電池群の
   モジユール１ｂ，１′ｂは両側に位置するふたつの前記
   電池群の前記単位電池ブロツクの隣接上方モジユール１
   ａ，１′ａから来る前記電解液７を受けるようにした、
   電気的に直列に結線５した少なくともふたつの電池群３
   ０を含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   電池。 ６ 各電池群において、ふたつの前記単位電池ブロツク
   の要素２ａ，２′ａ，２ｂ，２′ｂをからみ合わせかつ
   水平に対して傾けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電池。 ７ 前記タンク２１から前記電解液を運ぶパイプ２３の
   前記ポンプ２２の近傍に、排水オリフイスが前記電解液
   ７のレベルより上にあるパイプ３５を備えていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電池。