JPS61133581A - 固体水素電池 - Google Patents
固体水素電池Info
- Publication number
- JPS61133581A JPS61133581A JP59254578A JP25457884A JPS61133581A JP S61133581 A JPS61133581 A JP S61133581A JP 59254578 A JP59254578 A JP 59254578A JP 25457884 A JP25457884 A JP 25457884A JP S61133581 A JPS61133581 A JP S61133581A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- negative electrode
- thin
- solid
- solid state
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/34—Gastight accumulators
- H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
- H01M10/347—Gastight metal hydride accumulators with solid electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は負極活物質、電解質及び正極活物質がいずれも
固体力・らなる固体電解質電池に関するものである。
固体力・らなる固体電解質電池に関するものである。
〈従来技術〉
近年、半導体技術及びこれらの応用技術の発展に伴ない
、電子機器の消費電力は漸次低下される方向にある。捷
た、これら電子機器に用いられる電池も消費電力の低下
ととも（こ、小型、薄型化が９捷れ、同時に信頼性の高
いものが要求されるようになってきた。このような要求
に応えるものとして、固体電解質電池がある。固体電解
質電池は電解質にイオン導電体を有する固体電解質を用
いるため、電池からの液漏れがなく、また製造工程に於
いても高度に自動化された半導体製造技術を適用するこ
とができ、量産化し易いといった特徴を有する。従来、
このような固体電解質としては銀、銅、リチウム系の電
池が開発されている。この中で銀イオンまたは銅イオン
を用いた電池は固体電解質のイオン電導度が比較的大き
く大電流での放電が可能であるという性質を有する。一
方、リチウム系の固体電解質電池は高いエネルギー密度
と高い出力電圧を有するが、用いる固体電解質のイオン
導電性が余り高くないので大きな電流での放電ができな
い。捷だリチウム金属が非常に活性であるため、耐酸化
、耐湿のために電池の製造工程や封口技術が複雑となる
。又、上記いずれの系の固体電池においても二次電池化
を考えた場合充電時に負極において還元される導電種が
樹枝状に析出するためサイクル寿命が悪く、深い放電が
できないという大きな問題が残っている。
、電子機器の消費電力は漸次低下される方向にある。捷
た、これら電子機器に用いられる電池も消費電力の低下
ととも（こ、小型、薄型化が９捷れ、同時に信頼性の高
いものが要求されるようになってきた。このような要求
に応えるものとして、固体電解質電池がある。固体電解
質電池は電解質にイオン導電体を有する固体電解質を用
いるため、電池からの液漏れがなく、また製造工程に於
いても高度に自動化された半導体製造技術を適用するこ
とができ、量産化し易いといった特徴を有する。従来、
このような固体電解質としては銀、銅、リチウム系の電
池が開発されている。この中で銀イオンまたは銅イオン
を用いた電池は固体電解質のイオン電導度が比較的大き
く大電流での放電が可能であるという性質を有する。一
方、リチウム系の固体電解質電池は高いエネルギー密度
と高い出力電圧を有するが、用いる固体電解質のイオン
導電性が余り高くないので大きな電流での放電ができな
い。捷だリチウム金属が非常に活性であるため、耐酸化
、耐湿のために電池の製造工程や封口技術が複雑となる
。又、上記いずれの系の固体電池においても二次電池化
を考えた場合充電時に負極において還元される導電種が
樹枝状に析出するためサイクル寿命が悪く、深い放電が
できないという大きな問題が残っている。
〈発明の目的〉
本発明は、負極活物質の水素を全屈水素化物として吸蔵
する水素吸蔵用材料、固体電解質として吸蔵する水素吸
蔵用材料、固体電解質として水素イオン導電体、正極活
物質として水素イオンをゲスト物質として受容する物質
から構成することによって固体水素電池となることを見
い出した。この電池の場合、大きな電流での放電が可能
でありかつ負極に用いる活物質が水素であるため、水素
の拡散のみが反応に関与する拡散型の電極となるので、
従来のように余興イオンを導電種に用いた析出型の電極
のように充放電の繰り返しによって生ずる樹枝状の析出
物はなく、サイクル寿命がよいという利点を有する。
する水素吸蔵用材料、固体電解質として吸蔵する水素吸
蔵用材料、固体電解質として水素イオン導電体、正極活
物質として水素イオンをゲスト物質として受容する物質
から構成することによって固体水素電池となることを見
い出した。この電池の場合、大きな電流での放電が可能
でありかつ負極に用いる活物質が水素であるため、水素
の拡散のみが反応に関与する拡散型の電極となるので、
従来のように余興イオンを導電種に用いた析出型の電極
のように充放電の繰り返しによって生ずる樹枝状の析出
物はなく、サイクル寿命がよいという利点を有する。
本発明はこのような固体水素電池において、負極となる
水素吸蔵用材料を液体急冷法等の技術を導入することに
より薄いリボン状とし、これを用いることにより、薄型
電極及び薄型電池の実現を可能とし、しさも非常に電池
製造工程を簡単化した新規有用な固体水素電池を提供す
ることを目的とする。
水素吸蔵用材料を液体急冷法等の技術を導入することに
より薄いリボン状とし、これを用いることにより、薄型
電極及び薄型電池の実現を可能とし、しさも非常に電池
製造工程を簡単化した新規有用な固体水素電池を提供す
ることを目的とする。
〈構成及び効果の説明〉
固体水素電池の起電反応は以下のようになると考えられ
る。
る。
ここでＭｅｔａｌは水素吸蔵用材料であり、Ａ Ｂ ｎ
は水素をゲスト物質として取り込むことができる物質で
ある。
は水素をゲスト物質として取り込むことができる物質で
ある。
本発明の実施例で用いられる負極は例えば以下のように
製造される。水素貯蔵材料となる元素を混合し、溶解炉
に入れ溶解し１合金化する。これを水素化装置で水素化
し、その後粉砕する。これを集電体である電極基板にバ
インダーと共に塗布し、バインダーの融点以上で焼結す
る。これを負極として用いるのであるが、電極基板及び
バインダーを用いるため、製作された電極の厚みは０．
２−１程度にしか薄くならない。また負極の活物質以外
の材料を用いるため電極当りのエネルギー密度は低くな
る。更に上述したように粉末の水素貯蔵用材料を電極基
板と一体化する工程を必要とする。
製造される。水素貯蔵材料となる元素を混合し、溶解炉
に入れ溶解し１合金化する。これを水素化装置で水素化
し、その後粉砕する。これを集電体である電極基板にバ
インダーと共に塗布し、バインダーの融点以上で焼結す
る。これを負極として用いるのであるが、電極基板及び
バインダーを用いるため、製作された電極の厚みは０．
２−１程度にしか薄くならない。また負極の活物質以外
の材料を用いるため電極当りのエネルギー密度は低くな
る。更に上述したように粉末の水素貯蔵用材料を電極基
板と一体化する工程を必要とする。
一方、この水素貯蔵用材料を液体急冷法により薄いリボ
ン状とし、さらにリボン状水素貯蔵用材料を適当な大き
さに切断することによって、薄い負極が非常に簡単に作
製できる。一般に水素吸蔵用材料は電子導電性が高いた
め、カーボンや金−粉末等を混る必要はなく、リボン状
の水素貯蔵用材料のみで負極を構成することができる。
ン状とし、さらにリボン状水素貯蔵用材料を適当な大き
さに切断することによって、薄い負極が非常に簡単に作
製できる。一般に水素吸蔵用材料は電子導電性が高いた
め、カーボンや金−粉末等を混る必要はなく、リボン状
の水素貯蔵用材料のみで負極を構成することができる。
冷却ロールを用いて金属を液体から急冷する場合、形成
されたリボン状材料が結晶質又は非晶質のいずれか又は
これらの混合体となる場合があるが、これは急冷される
材料の種類又は急冷条件によって変わる。本実施例に用
いる薄いリボン状の水素貯蔵用材料は結晶質、非晶質い
ずれでも可能でありまたこれに限定されるものでもない
。この方法によって得られた負極を用いることによって
負極製造の工程が簡単化され力１つ薄型固体水素電池の
実現が可能となる。以下具体的な実施例に即して説明す
る。
されたリボン状材料が結晶質又は非晶質のいずれか又は
これらの混合体となる場合があるが、これは急冷される
材料の種類又は急冷条件によって変わる。本実施例に用
いる薄いリボン状の水素貯蔵用材料は結晶質、非晶質い
ずれでも可能でありまたこれに限定されるものでもない
。この方法によって得られた負極を用いることによって
負極製造の工程が簡単化され力１つ薄型固体水素電池の
実現が可能となる。以下具体的な実施例に即して説明す
る。
〈実施例〉
市販のチタン（９９，５％）とニッケル（９９゜９５チ
）とホウ素（９９％）を原子比で１２ニア：１になるよ
うに混合する。これをアーク溶解炉に入れ、アルゴン雰
囲気で溶解する。溶解した試料を冷却ローラによる液体
急冷装置に入れ、急冷し薄いリボン状の試料を得た。本
実施例で用いた液体急冷装置の概略図を第１図に示す。
）とホウ素（９９％）を原子比で１２ニア：１になるよ
うに混合する。これをアーク溶解炉に入れ、アルゴン雰
囲気で溶解する。溶解した試料を冷却ローラによる液体
急冷装置に入れ、急冷し薄いリボン状の試料を得た。本
実施例で用いた液体急冷装置の概略図を第１図に示す。
１は急冷される試料であり、２は下部にノズルを有する
容器で、加熱装置３で加熱され、溶融される。その後矢
印４の方向に容器２を押し下げ、ガス供給口５よりＡｒ
ガスを導入して、容器内部の試料１を回転ローラ６の表
面へ押し出す。ここで試料１は急冷され、薄いリボン状
となる。なお、装置７の内部はＡｒガス雰囲気に保持さ
れている。
容器で、加熱装置３で加熱され、溶融される。その後矢
印４の方向に容器２を押し下げ、ガス供給口５よりＡｒ
ガスを導入して、容器内部の試料１を回転ローラ６の表
面へ押し出す。ここで試料１は急冷され、薄いリボン状
となる。なお、装置７の内部はＡｒガス雰囲気に保持さ
れている。
このようにして得られた試料をステンレス容器に入れて
昇温し、高圧水素を導入して水素化した。
昇温し、高圧水素を導入して水素化した。
その後、高圧容器から取り出し適当な大きさに切断した
。得られた試料の形状は幅３期、長さ１２闘、厚み０．
０３鰭である。
。得られた試料の形状は幅３期、長さ１２闘、厚み０．
０３鰭である。
この試料を３つ用いて負極とした。重量は７．４ｍ！で
あった。次に５塩化アンチモン（Ｓｂｃ）、）を純水中
へ滴下し水酸化アンチモンの白色沈殿を得る。これを洗
浄、乾燥し、５酸化アンチモンを得る。これを錠剤成形
器でペレットとし、固体電解質とした。
あった。次に５塩化アンチモン（Ｓｂｃ）、）を純水中
へ滴下し水酸化アンチモンの白色沈殿を得る。これを洗
浄、乾燥し、５酸化アンチモンを得る。これを錠剤成形
器でペレットとし、固体電解質とした。
次に周知の方法（例えば新実験化学講座８（丸善出版）
Ｐ２Ｓ５）で二酸化マンガンを作製し。
Ｐ２Ｓ５）で二酸化マンガンを作製し。
この粉末に導電物質としてカーボン粉末を１０重量パー
セント加え錠剤成型器でペレットとしこれを正極とした
。
セント加え錠剤成型器でペレットとしこれを正極とした
。
上述の如く作製した負極Ｔ ｉｏ、２Ｎ ｉｏ、ｙ Ｂ
ｏ、１固体電解質５ｂ２０ｓ ＊ｎＨ２Ｏ，正極Ｍ ｎ
０２を第２図に示す如く白金板−白金線をリード端子
とし、ベークライト板及びビスで軽く加圧して電池を構
成し５０μＡ／＝−２の電流密度で放電した。なお。
ｏ、１固体電解質５ｂ２０ｓ ＊ｎＨ２Ｏ，正極Ｍ ｎ
０２を第２図に示す如く白金板−白金線をリード端子
とし、ベークライト板及びビスで軽く加圧して電池を構
成し５０μＡ／＝−２の電流密度で放電した。なお。
正極容量は負極容量に比べて充分大きくなるように電池
を構成した。
を構成した。
９け負極、１０は固体電解質、１１は正極。
１２Ｌｒｉ白金板、１３は白金リード線、１４はベーク
ライト板、１５はビスである。
ライト板、１５はビスである。
第３図に放電結果を示す。このように負極活物質にリボ
ン状急冷水素貯蔵体を用いることによって非常に薄い負
極を得た。又この負極活物質であるＴ ｉｚ、２Ｎ ｉ
ｏ、ｙ Ｂｏ、１をＸ線回折装置で測定した結果、はと
んどが非晶質であったが、わずかにＴｉ２Ｎｉの結晶の
存在が認められた。従って非晶質と結晶質の混在したも
のと考えられる。
ン状急冷水素貯蔵体を用いることによって非常に薄い負
極を得た。又この負極活物質であるＴ ｉｚ、２Ｎ ｉ
ｏ、ｙ Ｂｏ、１をＸ線回折装置で測定した結果、はと
んどが非晶質であったが、わずかにＴｉ２Ｎｉの結晶の
存在が認められた。従って非晶質と結晶質の混在したも
のと考えられる。
次に同様な方法でＴｉ１．２ Ｎ ｉｏ、７ Ｚ ｉｏ
４のリボン状急冷材料を作製し電池を構成した。そして
５０μＡ／１２の電流密度で放電した。その結果を第４
図に示す。又この試料をＸ線回折装置で測定したところ
、いかなる相のピークも認められな７３ａつだ。従って
非晶質であると考えられる。同様にＴ ｉｌ、２ Ｎ
ｉｏ、７ Ｌ ａｏ、１のリボン状急冷材料を作製し、
Ｘ線回折装置で測定したところ非晶質であった。又、こ
の試料を用いて上述した方法で電池を作製し放電した結
果、良好な結果を示した。その結果を第５図に示す。次
にＴ ｉｌ、２ Ｎ ｉｏ、Ｂとなるように各元素を混
合し、液体急冷法によりリボン状試料を作製したが、弾
性のある薄いリボン状の試料は得られなかった。液体急
冷法により作製されたＴｉ１Ｊ ＮｉＯ，７ＢＯ，ｌ
、Ｔｉｔ、ｚ Ｎｉｏ、、 Ｚｒ６，１ 。
４のリボン状急冷材料を作製し電池を構成した。そして
５０μＡ／１２の電流密度で放電した。その結果を第４
図に示す。又この試料をＸ線回折装置で測定したところ
、いかなる相のピークも認められな７３ａつだ。従って
非晶質であると考えられる。同様にＴ ｉｌ、２ Ｎ
ｉｏ、７ Ｌ ａｏ、１のリボン状急冷材料を作製し、
Ｘ線回折装置で測定したところ非晶質であった。又、こ
の試料を用いて上述した方法で電池を作製し放電した結
果、良好な結果を示した。その結果を第５図に示す。次
にＴ ｉｌ、２ Ｎ ｉｏ、Ｂとなるように各元素を混
合し、液体急冷法によりリボン状試料を作製したが、弾
性のある薄いリボン状の試料は得られなかった。液体急
冷法により作製されたＴｉ１Ｊ ＮｉＯ，７ＢＯ，ｌ
、Ｔｉｔ、ｚ Ｎｉｏ、、 Ｚｒ６，１ 。
Ｔ ｉｌ、２ Ｎ ｉｏ、７ Ｌ ａＱ、１ 、 Ｔ
ｉｔ、２Ｎ ｉｏ４のディフラクトメータによる測定結
果を第６図乃至第８図に示す。
ｉｔ、２Ｎ ｉｏ４のディフラクトメータによる測定結
果を第６図乃至第８図に示す。
次にＴｉＩ Ｎｉｌ 、Ｔ１２Ｎｉｌの試料を液体急
冷法により作製したが１弾性のある薄いリボン状とはな
らなかった。またＴ ｉＩ Ｎ ｉｏ、９Ｂｏ、１Ｔ
ｉｚ Ｎ ｉｏ、９Ｂｏ、１の試料を液体急冷法により
作製したが、いずれも弾性のある薄いリボン状試料を得
た。
冷法により作製したが１弾性のある薄いリボン状とはな
らなかった。またＴ ｉＩ Ｎ ｉｏ、９Ｂｏ、１Ｔ
ｉｚ Ｎ ｉｏ、９Ｂｏ、１の試料を液体急冷法により
作製したが、いずれも弾性のある薄いリボン状試料を得
た。
このように液体急冷法によるリボン状材料を固体水素電
池の負極に用いることによって超薄型の負極を容易に作
製することができ、ひいては薄型固体電池の実現を可能
ならしめる。
池の負極に用いることによって超薄型の負極を容易に作
製することができ、ひいては薄型固体電池の実現を可能
ならしめる。
第１図は本発明に係るリボン状負極活物質の製造のため
の装置概略図である。 第２図は本発明に係る固体電解質電池の概略説明図であ
る。 第３図、第４図及び第５図は本発明の実施例に ′係
る固体水素電池の放電特性図である。 第６図、第７図及び第８図は本発明の実施例に係る負極
材料のＸ線回折図である。 １・・・試料、２・・・容器、３・・・加熱装置、６・
・・回転ローラ、７・・・液体急冷装置、９：負極、１
０・・・固体電解質、１１・・・正極、１２・・・白金
板、１３・・・白金リード線、１４・・・ベークライト
板代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第２図 Ａ／：３ ＡｌｌＧＥ
の装置概略図である。 第２図は本発明に係る固体電解質電池の概略説明図であ
る。 第３図、第４図及び第５図は本発明の実施例に ′係
る固体水素電池の放電特性図である。 第６図、第７図及び第８図は本発明の実施例に係る負極
材料のＸ線回折図である。 １・・・試料、２・・・容器、３・・・加熱装置、６・
・・回転ローラ、７・・・液体急冷装置、９：負極、１
０・・・固体電解質、１１・・・正極、１２・・・白金
板、１３・・・白金リード線、１４・・・ベークライト
板代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第２図 Ａ／：３ ＡｌｌＧＥ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）負極活物質に水素を金属水素化物として貯蔵する水
素貯蔵材料を、正極活物質に水素イオンをゲスト物質と
して受容する物質を、電解質に水素イオン導電体である
固体電解質を用いる固体水素電池において、負極活物質
として薄型のリボン状水素貯蔵材料を用いたことを特徴
とする固体水素電池。 ２）リボン状水素貯蔵材料をＴｉ＿ｘＮｉ＿ｙＡ＿ｚ（
ここでＡ＝Ｂ、Ｚｒ、Ｌａ４５≦Ｘ≦７０、 ２５≦Ｙ≦５０、０＜Ｚ≦１０、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００）
で表わされる組成とした特許請求の範囲第１項記載の固
体水素電池。 ３）リボン状水素貯蔵材料は液体急冷法で得られたもの
である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の固体水素
電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59254578A JPS61133581A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 固体水素電池 |
| CN85101408A CN1018119B (zh) | 1984-11-30 | 1985-04-01 | 固体电解质电池组 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59254578A JPS61133581A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 固体水素電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61133581A true JPS61133581A (ja) | 1986-06-20 |
Family
ID=17266982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59254578A Pending JPS61133581A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 固体水素電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61133581A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5688341A (en) * | 1993-10-08 | 1997-11-18 | Sanyo Electric Co. Ltd | Hydrogen-absorbing alloy electrode and method for evaluating hydrogen-absorbing alloys for electrode |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59254578A patent/JPS61133581A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5688341A (en) * | 1993-10-08 | 1997-11-18 | Sanyo Electric Co. Ltd | Hydrogen-absorbing alloy electrode and method for evaluating hydrogen-absorbing alloys for electrode |
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