JPS60501385A - 電気化学セル - Google Patents

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】 発明の名称　電気化学セル 技術分野 本発明は電気化学セルに関し、特にエア・カソードを有する電気化学セルに関す るものである。

技術背景 従来の電力を供給する電気化学セルの１つの型式のものにおいては、リチウム・ アノード（ｌｉｔｈｉＬｌｎ　ａｎｏｄｅ）とエア・カソードとを用いている。

しかしながら、このようムセルは電力発生能力について限界があり、航空推進シ ステムに在るような高出力密度装置（ｈｉｇｈｐｏｗｅｒ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａ ｐｐｌｉｃａｔｉａｎｓ）の用途においては、その有用性を逆に制限している。

従来の別の型式の電池では、過酸化水素電解液と一緒にリチウム・アノードを用 いている。この電池では空気セル電池よりも大きな電力出力を得られるが、比較 的重量が重く且つ価格が高くなるという重大な欠点がある。したがって、このよ うな過酸化物システム電発明′の開示 本発明は、エア・カソード反応、即ち空気隘極反応が十分に大きな電気化学反応 速度を得ることができないときにはいつでも補足酸化剤を供給する手段を有する 改良されたリチウム−空気セル（ＩｉｔｌＮＬＩｍ−ａｉｒ　ｃｅｌｌ）を包含 する。

より特定すると、本発明の新規な方法は、人気の空気にエア・カソードの第１の 表面部分を接触させ、且つエア・カソードに酸化剤を供給するための可溶性酸素 （ｓｏｌｕｂｌｅ　ｏ×ｙｇｅｎ）を含む電解液にエア・カソードの第２の表面 部分を接触させることを包含する。

本発明は、接触させられる空気とのエア・カソード反応が、セルの所望の電気化 学反応速度を得るのに不十分な場合には、エア・カソードに酸化剤を供給するこ とによりこの電気化学セル内に電気エネルギを与える方法を包含する。

本発明は、カソード・イオンとの反応を増加するた分解に解媒作用を及ぼす工程 を更に包含づる。

本発明は、更に、リチウム・アノードと疎水性エア・カソード（ｈｙｄｒｏｐｈ ｏｂｉｃ　ａｉｒ　Ｃａｔｈｏｄｅ）とを有する電気化学セルを提供することを 包含する。この疎水性エア・カソードは大気の空気に露呈された第１の表面部分 と過酸化水素の水溶液からなる流動電解液と接触する第２の表面部分とを有する 多孔質部材から構成される。

本発明は、このような電気化学セルにおいて、過酸化水素とカソード・イオンと の間の反応と過酸化水素の組成に触媒作用を及ぼすように、アノードとカソード との中間に配置される手段を設けることを包含する。

３ 本発明の例示の実施例においては、エア・カソードは多孔質である。

例示の実施例によれば、電解液はセルを通って流れる。

電解液内の可溶性酸素の濃度は、電力需要に合わせるために選択的に変えること ができる。また、この目的のために、電解液の流速も制御することができる。

本発明の電気エネルギを得る方法及びこの方法を用いる電気化学セルの構造は非 常に簡単で且つ経済的であり、また必要なときに大電力需要に応じることのでき る改良された軽量のエア・カソード電気化学セル電源を提供する。

図面の簡単な説明 本発明の他の特徴及び利点は、図面と関連写る以下の記述から明らかになる。２ 図面（よ本発明を実施する一つの電気化学セル及び本発明を実施するエア・カソ ード電気化学セルから電気エネルギを供給する方法を例示する横断面図である。

発明を実施するための最良の態様 図面に示した本発明の例示の実施例に示されるように、符号１０が付された電気 化学セルは、アノード１１、エア・カソード１２及び触媒スクリーン１３を有し ている。この触媒スクリーン１３は外側ハウジング１４内のアノード１１とエア ・カソード１２との間に挿入されている。

エア・カソード１２の一方の面１５は外側ハウジング１４のチャンバ１６内の雰 囲気に露呈されており、エア・カソード１２の反対側の面１７は、適宜のポンプ ２０によって外側ハウジング１４内の第２のチャンバ１９を通って流される電解 液１８と接触する。

例示の実施例では、電解液は必要なときに適宜に搬送できるように貯蔵器２１か ら供給される。

特に、アノード１１は、単体リチウム金属（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ　ｌｉｔｈｉｕ ｍ　ｍｅＦ＋Ｉ）又は、少量のアルミニウムのような合金材料とともに合金化さ れたリチウムから構成できるリチウム・アノードである。

エア・カソード１２は適宜の多孔質疎水性材料から形成された一般的なカソード 構造から構成されており、多孔質疎水性材料とし・では、カソード・イオンと大 気の酸素の陰極反応に触媒作用を及ぼすために、黒鉛−白金マトリックス（ｇｒ ａｐｈｉｔｅ−ｐｔａｔｉｎｕｉ　ｍａｔｒｉｘ）のような適宜の触媒材料で被 覆されたテフロン合成樹脂（ＴｅｆＩｏｎ　５ｙｎｔｈｅｔ１ｃ　ｒｅｓｉｎ） のようなものがある。

実例の触媒スクリーン１３は、パラジウム・ルテニウム（ｐａｌａｄｉｕｍ　ｒ ｕｔｈｅｎｉｔｌｍ）又はシルバープレート・ワイヤ（ｓｉｌｖｅｒｐｌａｔｅ ｄ　ｗｉｒｅ）のような適宜の触媒金属から形成された織金属ワイヤ・スクリー ンから構成される。

例示の実施例において、電Ｗ液はカソード１２に補足酸化剤を供給するための可 溶性酸素を含有する流体からなる。例示の゛実施例においては、電解液は水に約 ４．２モルの水酸化リチウム（４，２±ｍｏｌａｒ　ｌｉｔｈｉｕｍ　ｈｙｄｒ ｏｘｉｄｅ）を溶かし、予め定められた所定の濃度（７）−８２，０２を含む液 からなる。このＨ２０２は、エア・カソード反応がセルの電力需要に応じるのに 不十分なときにはいっても、カソード反応に酸化剤を供給するために水溶性の酸 素を供給する。

Ｈ２０２は水溶液内で約１０モルまでの濃度で存在する。

したがって、本発明はり“チウム含有アノード及びエア・カソードを有する電気 化学セルから電気エネルギを供給する方法を包含し、特に大気の空気のみとのエ ア・カソード反応によって所望の電力を供給する場合のカソードの能力を越えで 、断続する大きな電力需要に応Ｕる必要がある場合に、カソードへ酸化剤を供給 ／ する。また、重量の点から従来のエア・カソード電気化学セルが大きな電力需要 負荷には適合できなかったという厄介な問題を、活性カソードの相反する面に過 酸化物と大気の酸素とをそれぞれ接触させることにより解決する新規な方法及び 構造を提供する。

産業上の利用性 本発明は航空推進装置に用いるのに適している。例えば、従来の過酸化水素セル がＨｕａｈｅｓ　Ｍｏｄｅｌ　２６９　（商標）ヘリコプタの動力装置に電力を 供給するために用いられた場合には、過酸化水素の重さは全電力ドレイン（ｐＯ Ｗｅｒ　ｔｒａｉｎ）の５０パーセントを占めていた。

これに対し、本発明の電気化学セルを用いると、設計荷重（ｄｅｓｉｇｎ　１ｏ ａｄ）　１０００　ｍａ／Ｃｉ中の約４００１８／ｃＩｉを用意して、４０パー セント又はそれ以上まで過酸化物の重さを減少させることができ、電気化学セル ・システムの出力対重量比を実質的に改善し、航空推進の用途に有利に適合させ ることができる。

その他、軽い電気化学セル構造で断続的に大きな電力需要出力を必要とする産業 上の用途に本発明の方法及び装置を有効に用いることができるのは明らかである 。

上記特定の実施例の記述は本発明に包含される広い発明概念の例示である。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リチウムを含有するアノード及びエア・カソードを有する電気化学セルから 電気エネルギを供給する方法において： 人気の空気を前記エア・カソードの第１の表面部分に接触させる工程と； 前記エア・カソードに酸化剤を供給するために可溶性酸素を含有する電解液を前 記エア・カソードの第２の表面部分に接触させる工程とからなる電気エネルギを 供給する方法。 ２、リチウムを含有するアノード及びエア・カソードを有する電気化学セルから 電気エネルギを供給する方法において： 大気の空気を前記エア・カソードの第１の表面部分に接触させる工程と。 前記エア・カソードと接触する前記空気との反応がセルの電気化学反応の速度を 所望の速度で行なうには不十分な場合に、前記エア・カソードに酸化剤を供給す るために可溶性酸素を含有する電解液を前記エア・カソードの第２の表面部分に 接触させる工程とからなる電気′エネルギを供給する方法。 ３、リチウムを含有するアノード及びエア・カソードを有する電気化学セルから 電気エネルギを供給する方法において： 大気の空気を前記エア・カソードの第１の表面部分に接触させる工程と： 前記エア・カソードに酸化剤を供給するために可溶性酸素を含有する電解液を前 記エア・カソードの第２の表面部分に接触させる工程と； カソード・イオンと前記可溶性酸素との反応を増加させるために前記電解液内の 前記可溶性酸素の分解に触媒作用を及ぼす工程とからなる電気エネルギを供給す る請求の範囲第１、第２又は第３項に記載の電気エネルギを供給する方法。 ５、前記電解液は、セル内を流れることを特徴とする請求の範囲第１、第２又は 第３項に記載の電気エネルギを供給する方法。 ６、前記電解液は水溶性′ｆＩｉ素を含有する水溶液から成ることを特徴とする 請求の範囲第１、第２又は第３項に記載の電気エネルギを供給する方法。 ７、前記電解液はＨ２０２を含むことを特徴とする請求の範囲第１、第２又は第 ３項に記載の電気エネルギを供給する方法。 ８、前記電解液は、可変の選択された濃度の可溶性酸素を含有する溶液から成る ことを特徴とする請求の範囲第１、第２又は第３項に記載の電気エネルギを供給 する方法。 ９、リチウム・アノードと： ９ 大気の空気に露呈する第１の表面部分を有する疎水性の多孔質部材からなるエア ・カソードと；前記多孔質部材からなるエア・カソードの第２の表面部分と接触 させられる可溶性酸素の水溶液からなる流動電解液とを備えてなる電気化学セル 。 １０、大気の空気に露呈する第１の表面部分を有する疎水性の多孔質部材からな るエア・カソードと；前記多孔質部材から成るエア・カソードの第２の表面部分 と接触させられる可溶性酸素の水溶液からなる流動電解液と、前記リチウム・ア ノードと前記エア・カソードとの間に挿入されてＨ２０２とカソード・イオンの 分解に触媒作用を及ぼす手段とを備えてなる電気化学セル。 １１、前記エア・カソードは多孔質であることを特徴とする請求の範囲第９項又 は第１０項に記載の電気化学セル。 １２、前記電解液は水溶性酸素を含有する水溶液からなることを特徴とする請求 あ範囲第９項又は５；−ｉｏ項に記載の電気化学セル。 １３、前記電解液は、Ｈ２０２を含むことを特徴とする請求の範囲第９項又は第 １０項に記載の電気化学セル。 １４６前記電解液は、可変の選択された濃度の可溶性酸素を含有する溶液から成 ることを特徴とする請求の範囲第９項又は第１０項に記載の電気化学セル。 １５、前記電解液は、前記セルを通って流される液状溶液から成ることを特徴と する請求の範囲第９頃又は第１０項に記載の電気化学セル。 １６、前記エア・カソードの前記第２の表面部分に接触する前記電解液の流速を 制御する手段を更に佑えていることを特徴とする請求の範囲第９項又は第１０項 に記載の電気化学セル。