JPS6313310B2 - - Google Patents

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JPS6313310B2
JPS6313310B2 JP53119932A JP11993278A JPS6313310B2 JP S6313310 B2 JPS6313310 B2 JP S6313310B2 JP 53119932 A JP53119932 A JP 53119932A JP 11993278 A JP11993278 A JP 11993278A JP S6313310 B2 JPS6313310 B2 JP S6313310B2
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JP
Japan
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bromine
oil
battery
zinc
viscosity
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Application number
JP53119932A
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Japanese (ja)
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Inventor
Furanku Gibaado Henri
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ENAAJII RISAACHI CORP
Original Assignee
ENAAJII RISAACHI CORP
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Publication date
Application filed by ENAAJII RISAACHI CORP filed Critical ENAAJII RISAACHI CORP
Publication of JPS5461640A publication Critical patent/JPS5461640A/en
Publication of JPS6313310B2 publication Critical patent/JPS6313310B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/365Zinc-halogen accumulators
    • 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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は、臭素陽極を含む亜鉛―臭素蓄電池シ
ステムに関するものであり、また、このシステム
中の臭素を可逆的に錯化する改良された技法に関
するものである。 〔従来の技術〕 概念的に、亜鉛―臭素蓄電池は電気化学的シス
テムの中で最も単純なものと考えることができ、
その中で、亜鉛、臭素および臭化亜鉛のみが、基
本的電池反応に活発に関与している。その最も基
本的な形態において、再充電可能な亜鉛―臭素蓄
電池を、二個の不活性で電子的伝導性の電極基材
と、臭化亜鉛の水溶液とで構成することができ
る。従つて、充電/放電サイクルは、陰極におけ
る亜鉛の電着およびそれに引続く亜鉛の解離並び
に陽極における臭素の水溶液中への遊離と、それ
に引続くその還元とを含むものである。この固有
の単純性は、両電極反応が、良好な電気化学的可
逆性をもつておこるという事実とともに、むしろ
早くから認識されていたことである。この早くか
らの誘因が、鉛―酸蓄電池のより単純な代替物を
開発させることになつた。このシステム(系)に
対する強い商業的関心が、今や、ピーク時外のエ
ネルギー貯蔵に用いるために、大スケールの蓄電
池の必要が生じたことによつて高まつて来てい
る。この用途のための要件は、他の可逆性蓄電池
の用途に対する要件とはかなり異るものである。
これらの蓄電池が満足させなければならない最も
重要な基準は基本コスト、サイクル寿命、安全効
率および保守可能性である。この負荷平均化の用
途において競合するために、蓄電池は、非常に苛
酷なコストおよびサイクル寿命の要求に直面して
いる。 亜鉛―臭素蓄電池システムの早くからの研究に
より、このシステムに二つの大きな問題が正確に
指摘されている。先づ第一に、この型式のシステ
ムは比較的高い自己放電率(すなわち、低いクー
ロン効率)を有し、これは、亜鉛が樹木模様状に
電着する反応によるもので、このことは、結局、
電池の短絡を生ずることになる。 亜鉛―臭素システムを使用する次の試みは、前
記二つの問題の解決法を開拓することに焦点が合
わされた。それらの大部分の努力は、臭化亜鉛の
水性電解液中における遊離臭素の濃度を低くする
ことによつてクーロン効率を改良するための種種
の試みにつぎ込まれ拡大された。早期の試みにお
いて、たとえば、米国特許第1006494号において、
陽極構造として多孔質炭素の使用が提案されてい
る。この技法の有用性には、臭素を吸収するため
に極度に多量の炭素を必要とすること、およびセ
ル放電のための臭素の遊離を、材料がきらうとい
うことによつて限界があつた。 更に行われた研究は、電極構造中に錯化剤を合
体して用いることであつた。臭化テトラメチルア
ンモニウムなどのような臭化第4級アンモニウム
の使用が、米国特許第2566114号に記載されてい
る。このような材料は、臭素化の最大レベルBr9
までの一連のポリブロマイドを生成する。ここに
臭素化のレベルとは、第4級アンモニウム塩の1
モル当りに存在するBr2のモル数の2倍に1を加
えた数により表わされる。換言すれば、有機化合
物1分子当り4個の臭素分子が用いられ得る。臭
素化のレベルを変化させると、固体と液体の両方
のポリブロマイドが生成し、電極構造中に錯化さ
れた化合物を保持することが困難になり、かつ過
剰の電極分極化を生ずる。 次に、米国特許第3738870号に記載されている
ように、電極構造中に単一の固体臭素錯化合物の
みが生成するならば、臭素電極の性能が顕著に改
善され得ることがクレームされている。単一固体
臭素錯化合物に到達するためには、明らかに臭素
イオンと、粒子状の錯化剤の細かな懸垂液とを含
む溶液に臭素を極度にゆつくり添加する必要があ
る。従つて、臭素の急速添加は、ポリブロマイド
―臭素混合塊と呼ばれるものの形成を発生する。 より最近においては、プロピレンカーボネート
のような電解液中の中性双極子(aprotic
dipole)が、選択された臭化第4級アンモニウム
と共に存在すると、その結果、臭素化のレベルの
或る範囲にわたつて不溶性ポリブロマイド油状物
が生成することが知られた。このことは米国特許
第3816177号に記載されている。 更に最近においては、米国特許第4038459号お
よび第4038460号は、ハロゲン電池の電解液に、
ハロゲンを錯化するために添加される多数の化合
物を開示している。前記米国第4038459号特許は、
ハロゲンと不溶性油状錯化合物を生成する種々の
アルコールおよびニトリルを開示しており、これ
らの化合物はまた、テトラアルキルアンモニウム
成分を含んでいてもよいものである。前記米国第
4038460号特許は、ハロゲンと錯化する種々のエ
ーテル類を示しており、これらは、同様に、テト
ラアルキルアンモニウム成分を含んでいてもよい
ものであり、これらの化合物は、ハロゲンととも
に不溶性油状の錯化合物を形成する。これらのア
ルコール、エーテル、およびニトリル類の大きな
欠点は、臭素および活性臭素/ブロマイド電極の
存在において、これらの化合物が、化学的におよ
び電気化学的に急速に劣化することであり、この
ことがこれらの化合物を亜鉛―臭素システムに使
用するのに全く不適当なものにしている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、従来の亜鉛―臭素電池の問題点、す
なわち固形又は高粘度のポリブロマイドの形成、
錯化剤の劣化などがなく、かつ、追加錯化剤の添
加を必要とするなどの問題点を解消しようとする
ものである。 従つて、本発明の主要な目的は、比較的高いク
ーロン効率によつて特徴づけられる亜鉛―臭素蓄
電池システムを提供することである。この目的に
関連して、より特定された目的に対応して、電解
液中の臭素濃度を許容可能なレベルに維持するた
めに、臭素を貯蔵する確実な手段が提供される。 他の目的は、水不溶性の、低粘度の油状物を臭
素化のレベルの有意な範囲にわたつて形成するよ
うな、臭素用錯化剤を提供することにある。 本発明の更に他の目的は亜鉛―臭素蓄電池の環
境中で安定な臭素錯化剤を提供することである。 本発明の更に別の目的は、十分に低粘度のポリ
ブロマイド油状物を、形成するような臭素用錯化
剤を提供し、油状物と電解液との間の臭素の移動
が満足すべき速度で行われ得るようにすることで
ある。 本発明の更に別の目的は、本発明により提供さ
れるシステムを腐食することが少なく、従つてこ
のタイプの蓄電池システムの構成に、広範囲の種
種の材料の使用が可能になるような亜鉛―臭素蓄
電池を提供することである。 本発明の更に別の目的は、達成される臭素の活
性がより低いために、潜在的毒性の低い蓄電池シ
ステムを提供することである。 本発明のその他の目的や利点は、下記の記載か
ら明らかになるであろう。 〔問題点を解決するための手段および作用〕 本発明の亜鉛―臭素電池は、 1 臭素電極と、水性電解液と臭素用錯化剤とを
含む亜鉛―臭素電池において、前記臭素用錯化剤
が、エチルトリメチル、ジエチルジメチル、エチ
ルジメチルプロピル、ジメチルジプロピル、メチ
ルトリエチル、ジエチルメチルプロピル、および
エチルメチルジプロピル、から選ばれた非対称型
第4級テトラアルキル成分を有する第4級アンモ
ニウム塩並びに、ジエチルジプロピル第4級アン
モニウム塩と、テトラエチル第4級アンモニウム
塩との混合物から選ばれた1員を含み、かつ臭素
化のレベルが少なくとも3ないし7の範囲におい
て、前記非対称型テトラアルキル第4級アンモニ
ウム塩と臭素とが直接に液体ポリブロマイド油状
物を形成するものであり、この液体油状物が、電
池の使用温度範囲において約30センチポイズ以下
の粘度を有するものであることを特徴とするもの
である。 本発明は種々の改変や、代替の形式のものが許
容されるけれど、ここではその特定の実施態様に
ついて、詳しく説明する。しかし、本発明を、以
下に開示された特定の形に限定するつもりはな
く、却つて、特許請求の範囲に記載された本発明
の精神と範囲内に属するすべての改変、均等物お
よび代替物をカバーするものである。従つて、例
えば、本発明は、主として亜鉛―臭素再充電可能
な電池又は蓄電池システムに関して述べられてい
るが、本発明は、臭素陽極が用いられるあらゆる
システムに同じように用いられるものであること
を理解すべきである。一つの説明として、本発明
は、種種のレドツクスシステムに用いられてい
る。本発明を、輸送前の臭素の貯蔵、その他のよ
うに、電気化学の分野の外の目的に対して臭素を
錯化する容易な技術として、簡単に利用してもよ
い。また更に、本発明は、或るテトラアルキルア
ンモニウム化合物の使用に関連して説明されるで
あろう。しかし、このようなアンモニウム化合物
の利用は、好ましいものであるけれども、同様の
ホスホニウム、又は、スルホニウム化合物もまた
使用し得るものであることを理解すべきである。
勿論、このような代替の化合物の利用は、ここに
記載されたアンモニウム化合物の基準に適合する
ものでなければならない。 一般に、本発明は、特定の非対称型テトラアル
キルアンモニウム塩が、ポリブロマイド油状物を
形成し、この油状物が、水溶液に本質的に不溶性
であり、電極とこの油状物との間の臭素の移動を
満足すべき速度で行うことができるような十分に
低い粘度を有するものであり、亜鉛―臭素蓄電池
の環境下において安定であり、かつ、更に加え
て、前記化合物(油状物)を、使用された臭化亜
鉛水性電解液中における臭素濃度を所望値に到達
させ、かつ、その値に維持するのに適当なものに
するという特徴を有していることの発見に基くも
のである。この使用される特定の塩、およびポリ
ブロマイド油状物の生成方法は、記載の進行とと
もに論議されるであろう。 使用される特定の電池の一般的構成は、よく知
られているものである。すなわち、基本的には、
電池は陽極(臭素電極)、陰極(亜鉛電極)、これ
らの間の分離体、および適当な電解液を含むもの
である。充電のときに、亜鉛金属は陰極基材の面
にメツキされ、そこに放電されるまで維持され
る。一方、陽極はレドツクス電極である。 使用される分離体は、一般に二つの機能を満足
させ得るものでなければならない。分離体は、臭
素陽極から陰極への移動速度を最小にすることの
できるものでなければならない。更に、分離体用
に選択された材料は電池の環境で化学的に不活性
であり、イオンの通過に低い抵抗を有するもので
なければならない。種々の微小多孔性のカチオン
―交換材料を利用してもよく、またこれらは当業
界で既知である。一つの説明上の例として、通常
のダラミツク(Daramic)、微小多孔性ポリエチ
レン分離体(W.R.Grace)が適当であることが
見出されている。 亜鉛の樹木状突起の形成を最小にするために、
或種の電解液循環システムを使用する蓄電池シス
テムを用いることが好ましい。分離体の陰極側上
の電解液は、通常、陽極側中の電解液よりも、極
度に低い臭素濃度を持つていなければならないの
で、二個の別々の環状流路を具備していることが
望ましい。一般に、このタイプのシステムにおい
ては、電解液は一定循環をしており、これが、単
一の充電―放電サイクルの間に電池を通る多数の
通路が形成される。 本発明に従つて、油状物を形成するための臭素
の錯化に、どのような技法が用いられてもよい
が、しかし、錯化剤を外部に貯蔵し、これに到達
するための液体―液体接触装置を用いることが好
ましい。この形式において、臭素は、電解液と形
成した臭素油状物との間に配分される。本発明に
従つて形成された油状物により過剰の臭素を除去
された電解液溶液は、貯蔵部に送られてもよい
し、或は再びこの電池にポンプ送りされてもよ
い。 本発明により用いられる錯化剤は、臭素と接触
して有意かつ連続した範囲の臭素化のレベルにわ
たつて液状ポリブロマイド油状物を形成する非対
称型テトラアルキル第4級アンモニウム塩類から
なるものである。従つて、使用される塩類は、臭
素化のレベルが少なくとも3ないし7、好ましく
は3ないし9にわたつて遭遇する操業条件におい
て液体油状物を形成しなければならないし、ま
た、電池の使用温度(亜鉛―臭素電池について
は、約50ないし60℃以下であろう)で約30センチ
ポイズ以下、好ましくは、約20センチポイズ以
下、最も好ましくは、10ないし15センチポイズ以
下の粘度を持つ液体油状物を形成するものでなけ
ればならない。 本発明において、臭素化の所望のレベル範囲に
おいて、特定の非対称型第4級テトラアルキルア
ンモニウム塩類を含む単一錯化剤と臭素とが直接
に液体ポリブロマイド油状物を形成することが発
見された。この液状ポリブロマイド油状物の形成
に、上記非対称型テトラアルキルアンモニウム塩
の他に追加錯化剤の添加は不要である。これらの
塩類およびその結果得られるポリブロマイド油状
物は、亜鉛―臭素蓄電池システムに用いられるた
めの必要な要件を有しており、電解液循環が用い
られる場合には、格別の有用性が見出されてい
る。室温(例えば23℃)において、臭素化のレベ
ルが、3ないし9の範囲にわたつて液体を形成す
る非対称型テトラアルキル成分はジエチルジメチ
ル、エチルトリメチル、エチルジメチルプロピ
ル、ジエチルメチルプロピル、エチルメチルジプ
ロピル、およびジメチルジプロピルなどである。
更に付記すれば、メチルトリエチルアンモニウム
塩も、臭素化レベルが3ないし7の範囲で、ポリ
ブロマイド油状物を形成するので使用可能であ
る。また、テトラエチルアンモニウム塩とジエチ
ルジプロピルアンモニウム塩との混合物も本発明
に有効である。 前述の錯化剤により達成された臭素配分は満足
できるものであり、これは上記の単一錯化剤を使
用することにより達成され得る。しかし、この電
解液中の臭素濃度を、或る場合にはそれより上昇
させ、より普通には、それより低下させることが
望ましいことがある。勿論、これは、前記非対称
型アンモニウム塩の2種以上の混合物からなる錯
化剤を用いることによつて、或る程度達成され得
る。しかし、本発明の付加的特徴に加えて、前述
の1種以上の非対称性アンモニウム塩と、適当量
の補助錯化剤との混合物を形成することにより、
臭素配分を効果的に変換してもよい。このこと
は、テトラアルキルアンモニウム基の何れかを含
む混合物を用いることにより、それが、それ自身
により必要な液体油状物を生成するかどうかにか
かわりなく、所望の結果を得る可能性を拡大して
いる。必要な範囲の臭素化のレベルにわたつて、
それ自身で液体油状物を形成する7種のスピーシ
ーに関連した少数のこのような成分がこの研究の
融通性を示している。 更に、本発明の他の特性によれば、ここに述べ
られているポリブロマイド油状物は、それ自身
で、満足すべき液状ポリブロマイド油状物を形成
しないようなテトラアルキルアンモニウム成分の
塩と、本発明の特定アンモニウム塩との混合物を
用いることによつて形成されてもよい。ここに含
まれる融通性は明らかである。 いづれの実施態様においても、それ自身が液状
ポリブロマイド油状物を形成するような非対称型
テトラアルキルアンモニウム成分の塩(又は塩
類)が用いられたとき、使用された他の塩又は塩
類との混合物中にそれを或る量で用いると、云う
までもなく液状ポリブロマイド油状物を形成す
る。このとき、その好適な量は単に臭素と錯化
し、臭素の配分、濃度および所望の混合物の特性
を確認することにより最も容易に決定され得る。 あらゆる実施態様において、使用されたテトラ
アルキルアンモニウム成分は未置換のものである
必要はないということに注目すべきである。従つ
て、ここで用いられている用語「テトラアルキ
ル」とは、置換された、および未置換の成分の両
方を包含するものと考えるべきである。どのよう
な置換基も所望の環境において安定な物質を作る
ものでなければならない。従つて塩素および臭素
を、テトラアルキル成分の置換基として用いるこ
とができる。 高効率用にデザインされた亜鉛―臭素蓄電池シ
ステム中のポリブロマイド油相の粘度は、臭素を
錯化するための化合物又は化合物群の選択におけ
る決定的なフアクターである。水性電解液相と、
ポリブロマイド油相との間の臭素の移動におい
て、通常は油相中で、その高粘度に基づく速度限
定段階が発生する。このことは、液―液抽出操作
における物質移動係数を規定する方程式からも明
らかである。通常の操業条件下では、油相に対す
る物質移動係数は、油相の粘度がゼロに近づく
と、水性相に対するものと同様に小さくなる。従
つて、亜鉛―臭素蓄電池の性能は(与えられた操
業条件下で)、油相の粘度がより低くなる程格段
によりよくなる。 油相の粘度に関して、より重要な考慮すべきこ
とは、油相と水相との有効な混合を達成するため
に必要な動力(パワー)である。例えば、油相が
ポンプにより循環する接触塔において、油相の流
量を一定にするためのポンプ動力は、油状物の粘
度に直線的に比例する。より粘度の高い油状物に
対しては、ポンプを動かすためにより大きな動力
が要求されその結果、蓄電池の綜合効率がより低
くなる。 従つて電池又は蓄電池の使用温度の範囲で、油
相の粘度を、10ないし15センチポイズ以下に維持
することが極めて好ましいことが見出された。粘
度が30センチポイズより高く上昇すると、性能
は、かなり低下して、低効率になる。粘度が更に
増大すると性能は更に低下するようになり、時に
は蓄電池や電池がほとんど操作しなくなるような
点に達する。 本発明において、低粘度油状物の重要性は、充
電―放電サイクルに含まれる機能を考えても同様
に認識され得る。従つて、充電相においては、油
相の粘度の上昇は、臭素の油相中への移動の速度
を過度に低下させ、自己放電を生ずるので、クー
ロン効率を低下させることになる。他方では、放
電相では、臭素の油相から電解液への移動があま
りにも遅いので、一定電圧が保持されない結果と
なる。 使用される塩に関して、概念的には、臭素化物
よりも低い電位で、酸化されず、かつ、電気化学
的環境において不溶性スピーシー(化合物種)を
形成しないようなアニオンはどれでも使用可能で
ある。このために臭素化物の使用が好ましいけれ
ども、塩素化物も同様に使用することができる。
更に、環境がカリウムイオンを含まないときは、
塩は過塩素酸塩の形であつてもよい。 本発明のポリブロマイド油状物は、どのような
所望の方法で調製されてもよい。例えば、この油
状物を所望の臭素化物又は他の塩を水に溶解し、
次に少くとも同モル量の液体臭素を添加すること
によつて調製してもよい。この油状物は、直ちに
形成され、容器の底でピペツトを用いて、又は分
別漏斗を用いて捕集される。そうでなければ、若
し所望ならば、臭素を塩に、又は塩を含む水溶液
中に、直接添加してもよい。最大収量は、通常、
油状物が水中に生成した時に得られる。 臭素の有機錯化は、その水相濃度を独立してコ
ントロールすることを可能にする。油状物又は使
用されるべき塩の相対的量は、用途に所望の最高
臭素化レベルを有するポリブロマイド油状物に対
する臭素の配分からさかのぼつて計算することに
よつて決定され得る。使用されている特定のサイ
ズの電池中に生成される臭素のモル数、および油
状物の、又は操業の開始時において用いるための
所望の塩の臭素化レベルにより、油状物、又は、
添加されるべき塩の量が規定される。従つて、若
し臭素化レベルが7の油状物によりもたらされた
臭素の配分およびその他の特性が、最終目標とす
ることが望まれ、かつ、理論的に10モルの臭素が
生成するならば、臭素化レベル3において、5モ
ルの油状物が使用されるべきである。 特定の濃度範囲を定めるために考えるべきこと
としては、臭素濃度を出来るだけ低く保持して、
それにより添加される臭素により生ずる材料の劣
化の程度を最小にし、勿論、クーロン効率を増大
させることが望ましい。他方においては、放電の
間の、溶解された臭素の陽極基材への物質移動の
要求から、操業上の下限が生じて来る。認識され
ているように、この移動が遅くなると、その結
果、許容し得ない濃度分極化が生ずる。 同様に、分離体(セパレーター)の陰極側上の
臭素濃度を極めて低く(例えば約0.005モル)に
保持して、それにより非フアラデ―亜鉛―臭素反
応を最小にしなければならない。拡散に関するフ
イツクの法則によれば、陽極側から陰極側への臭
素の移行は、分離体における臭素の拡散係数に依
存し、また、各極側における臭素濃度の相対的大
きさ、すなわち、濃度勾配に依存する。理論的に
は、分離体における臭素の拡散係数は、ゼロであ
るが、しかし、実際には、それぞれ特定タイプの
分離体は、過剰の臭素流動を許す前に知ることの
できる濃度勾配に限度を有している。この理由に
より、陽極側の臭素濃度には、分離体の性能に基
いて操業上の明確な上限が存在する。 1モル濃度の水性臭化亜鉛電解液が、多孔性、
流れ通過電極(flow through electrode)ととも
に用いられるとき、臭素濃度を電解液溶液1リツ
トル当り約5ないし15グラムの範囲に保持するこ
とが好ましく、5ないし10グラムが最も好まし
い。このタイプの電極は、一般に、クーロン効率
が最大になるので好まれている。しかしながら、
流れ通過電極が用いられていないときは、電解液
中の一定に保持されている臭素濃度は、物質移動
特性における差違によつて、必ず増大するに違い
ない。 一般に、電解液のPHが或る限度内に保持され、
それにより陰極における満足すべき性能を提する
ことが望ましいことが見出されるであろう。従つ
て、既に知られているように、約4以上のPHにお
いて、充電相の間にメツキされた亜鉛は、幾分こ
けむしたような状態で、あまり付着性はよくな
い。この結果低付着性が電解液の流れを制限し、
同様にクーロン効率を低くしている。しかしなが
ら他面において、極めて低いPH(例えば、1以
下)においては、亜鉛板の酸腐食が問題を提起
し、また、クーロン効率を低くしている。これら
の理由により、1ないし3の範囲の中程度のPHの
利用が好ましく、この範囲でしつかりと付着した
亜鉛メツキが得られる。 あらゆる、又は、好ましい範囲の臭素化のレベ
ルにわたつてポリブロマイド油状物を生成する6
種の錯化剤を用いることによつて生成した油状物
の密度および粘度特性を、下記第1および2表に
示す。
INDUSTRIAL APPLICATION This invention relates to zinc-bromine storage battery systems containing bromine anodes and to improved techniques for reversibly complexing bromine in these systems. [Prior Art] Conceptually, the zinc-bromine storage battery can be considered the simplest electrochemical system.
Among them, only zinc, bromine and zinc bromide actively participate in the basic cell reactions. In its most basic form, a rechargeable zinc-bromine storage battery can be constructed of two inert, electronically conductive electrode substrates and an aqueous solution of zinc bromide. Thus, the charge/discharge cycle involves electrodeposition of zinc at the cathode and subsequent dissociation of the zinc and liberation of bromine into the aqueous solution at the anode, followed by its reduction. This inherent simplicity, along with the fact that bielectrode reactions occur with good electrochemical reversibility, was recognized rather early on. This early incentive led to the development of simpler alternatives to lead-acid batteries. Strong commercial interest in this system is now driven by the need for large scale batteries for use in off-peak energy storage. The requirements for this application are quite different from those for other reversible battery applications.
The most important criteria that these batteries must meet are basic cost, cycle life, safety efficiency and maintainability. To compete in this load averaging application, storage batteries face very stringent cost and cycle life requirements. Early research into zinc-bromine battery systems pinpointed two major problems with the system. First of all, this type of system has a relatively high self-discharge rate (i.e., low Coulombic efficiency), which is due to the reaction of zinc electrodepositing in a tree pattern, which eventually ,
This will cause a short circuit in the battery. Subsequent attempts using the zinc-bromine system were focused on developing solutions to the two problems mentioned above. Most of these efforts have been devoted to and expanded upon various attempts to improve the Coulombic efficiency by lowering the concentration of free bromine in the zinc bromide aqueous electrolyte. In early attempts, for example, in U.S. Patent No. 1006494,
The use of porous carbon as an anode structure has been proposed. The usefulness of this technique was limited by the extremely large amounts of carbon required to absorb the bromine and the material's reluctance to liberate bromine for cell discharge. Further research has involved the use of complexing agents incorporated into the electrode structure. The use of quaternary ammonium bromide, such as tetramethylammonium bromide, is described in US Pat. No. 2,566,114. Such materials have a maximum level of bromination Br 9
A series of polybromides are produced. The level of bromination here refers to the level of bromination of the quaternary ammonium salt.
It is expressed as twice the number of moles of Br 2 present per mole plus one. In other words, four bromine molecules can be used per molecule of organic compound. Varying levels of bromination produce both solid and liquid polybromides, making it difficult to retain complexed compounds in the electrode structure and resulting in excessive electrode polarization. It is then claimed that the performance of bromine electrodes can be significantly improved if only a single solid bromine complex is formed in the electrode structure, as described in U.S. Pat. No. 3,738,870. . In order to arrive at a single solid bromine complex, it is clearly necessary to add bromine extremely slowly to a solution containing bromine ions and a fine suspension of particulate complexing agent. Rapid addition of bromine therefore results in the formation of what is called a mixed polybromide-bromine mass. More recently, aprotic dipoles in electrolytes such as propylene carbonate have been studied.
dipole) with selected quaternary ammonium bromides results in the formation of insoluble polybromide oils over a range of levels of bromination. This is described in US Pat. No. 3,816,177. More recently, U.S. Pat.
A number of compounds are disclosed that are added to complex the halogen. The said U.S. No. 4,038,459 patent is
A variety of alcohols and nitriles are disclosed that form insoluble oil complexes with halogens, and these compounds may also contain a tetraalkylammonium component. Said U.S. No.
The '4038460 patent shows a variety of ethers that complex with halogens, which may also contain a tetraalkylammonium component, and these compounds complex with halogens in an insoluble oil. form a compound. A major drawback of these alcohols, ethers, and nitriles is that in the presence of bromine and active bromine/bromide electrodes, these compounds rapidly degrade chemically and electrochemically, which makes them makes the compound completely unsuitable for use in zinc-bromine systems. [Problems to be Solved by the Invention] The present invention solves the problems of conventional zinc-bromine batteries, namely the formation of solid or highly viscous polybromide.
This method is intended to eliminate problems such as no deterioration of the complexing agent and the need to add an additional complexing agent. Therefore, the main object of the present invention is to provide a zinc-bromine storage battery system characterized by a relatively high coulombic efficiency. In connection with this objective, and for more specific purposes, a reliable means of storing bromine is provided in order to maintain the bromine concentration in the electrolyte at an acceptable level. Another object is to provide complexing agents for bromine that form water-insoluble, low viscosity oils over a significant range of levels of bromination. Yet another object of the present invention is to provide a bromine complexing agent that is stable in the environment of zinc-bromine storage batteries. Yet another object of the present invention is to provide a complexing agent for bromine that forms a polybromide oil of sufficiently low viscosity that the transfer of bromine between the oil and the electrolyte is at a satisfactory rate. The goal is to make it possible to do so. A further object of the invention is to provide a zinc-bromine solution which is less corrosive to the system provided by the invention and thus allows the use of a wide variety of materials in the construction of battery storage systems of this type. The aim is to provide storage batteries. Yet another object of the present invention is to provide a battery system with less potential toxicity due to the lower bromine activity achieved. Other objects and advantages of the invention will become apparent from the description below. [Means and effects for solving the problems] The zinc-bromine battery of the present invention includes: 1. A zinc-bromine battery comprising a bromine electrode, an aqueous electrolyte, and a bromine complexing agent, wherein the bromine complexing agent a quaternary ammonium salt having an asymmetric quaternary tetraalkyl moiety selected from ethyltrimethyl, diethyldimethyl, ethyldimethylpropyl, dimethyldipropyl, methyltriethyl, diethylmethylpropyl, and ethylmethyldipropyl, and The asymmetric tetraalkyl quaternary compound contains one member selected from a mixture of diethyldipropyl quaternary ammonium salt and tetraethyl quaternary ammonium salt, and has a bromination level of at least 3 to 7. The ammonium salt and bromine directly form a liquid polybromide oil, and this liquid oil has a viscosity of about 30 centipoise or less in the temperature range in which the battery is used. be. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof will now be described in detail. However, it is not the intention to limit the invention to the particular forms disclosed below, but rather all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined in the claims. It covers the following. Thus, for example, although the present invention has been described primarily with respect to a zinc-bromine rechargeable battery or battery system, it is understood that the present invention has equal application to any system in which a bromine anode is used. You should understand. As one illustration, the present invention has been used in a variety of redox systems. The present invention may simply be utilized as a facile technique to complex bromine for purposes outside the field of electrochemistry, such as storage of bromine prior to transport, etc. Still further, the invention will be described in connection with the use of certain tetraalkylammonium compounds. However, while the use of such ammonium compounds is preferred, it should be understood that similar phosphonium or sulfonium compounds may also be used.
Of course, the use of such alternative compounds must meet the criteria for ammonium compounds described herein. In general, the present invention provides that certain asymmetric tetraalkylammonium salts form polybromide oils that are essentially insoluble in aqueous solution and that bromine transfer between an electrode and the oil is effective. The compound (oil) has a sufficiently low viscosity such that it can be carried out at a satisfactory rate, is stable in the environment of a zinc-bromine storage battery, and, in addition, It is based on the discovery that zinc bromide has properties suitable for reaching and maintaining the bromine concentration in an aqueous electrolyte at a desired value. The particular salts used and the method of producing the polybromide oil will be discussed as the description progresses. The general construction of the particular battery used is well known. That is, basically,
The cell includes an anode (bromine electrode), a cathode (zinc electrode), a separator therebetween, and a suitable electrolyte. During charging, zinc metal is plated onto the surface of the cathode substrate and remains there until discharged. On the other hand, the anode is a redox electrode. The separator used must generally be able to fulfill two functions. The separator must be capable of minimizing the rate of bromine migration from the anode to the cathode. Furthermore, the material selected for the separator must be chemically inert in the battery environment and have low resistance to the passage of ions. A variety of microporous cation-exchange materials may be utilized and are known in the art. As one illustrative example, a conventional Daramic microporous polyethylene separator (WRGrace) has been found suitable. To minimize the formation of zinc dendrites,
Preferably, a battery system using some type of electrolyte circulation system is used. The electrolyte on the cathode side of the separator must normally have a much lower bromine concentration than the electrolyte in the anode side, so it can be provided with two separate annular channels. desirable. Generally, in this type of system, the electrolyte is in constant circulation, which creates multiple paths through the battery during a single charge-discharge cycle. Any technique may be used for the complexation of bromine to form an oil in accordance with the present invention, but with external storage of the complexing agent and access to the liquid. Preferably, a liquid contacting device is used. In this format, bromine is distributed between the electrolyte and the bromine oil formed. The electrolyte solution, which has been freed of excess bromine by the oil formed according to the invention, may be sent to a reservoir or pumped back to the cell. The complexing agent used in accordance with the present invention consists of asymmetric tetraalkyl quaternary ammonium salts that form a liquid polybromide oil on contact with bromine over a significant and continuous range of levels of bromination. . The salts used must therefore form a liquid oil at the operating conditions encountered at levels of bromination of at least 3 to 7, preferably 3 to 9, and at the operating temperature of the cell ( For zinc-bromine cells, forming a liquid oil having a viscosity of less than about 30 centipoises, preferably less than about 20 centipoises, and most preferably less than 10 to 15 centipoises at temperatures below about 50 to 60°C. It has to be something. In the present invention, it has been discovered that over the desired level range of bromination, a single complexing agent, including certain asymmetric quaternary tetraalkylammonium salts, and bromine directly form a liquid polybromide oil. . The formation of this liquid polybromide oil does not require the addition of any additional complexing agent in addition to the asymmetric tetraalkylammonium salt described above. These salts and the resulting polybromide oils have the necessary requirements for use in zinc-bromine battery systems and may find particular utility when electrolyte circulation is used. has been done. Asymmetric tetraalkyl moieties that form liquids at room temperature (e.g. 23°C) with levels of bromination ranging from 3 to 9 are diethyldimethyl, ethyltrimethyl, ethyldimethylpropyl, diethylmethylpropyl, ethylmethyldipropyl. , and dimethyldipropyl.
Additionally, methyltriethylammonium salts can also be used as they form polybromide oils at bromination levels ranging from 3 to 7. Further, a mixture of tetraethylammonium salt and diethyldipropylammonium salt is also effective in the present invention. The bromine partition achieved with the aforementioned complexing agents is satisfactory and this can be achieved by using a single complexing agent as described above. However, it may be desirable in some cases to increase the bromine concentration in the electrolyte, and more usually to decrease it. Of course, this can be achieved to some extent by using a complexing agent consisting of a mixture of two or more of the asymmetric ammonium salts. However, in addition to an additional feature of the invention, by forming a mixture of one or more asymmetric ammonium salts as described above and a suitable amount of a co-complexing agent,
The bromine allocation may be effectively changed. This extends the possibility of obtaining the desired result by using a mixture containing any of the tetraalkylammonium groups, whether or not it produces the required liquid oil by itself. There is. over the required range of bromination levels.
The small number of such components associated with seven species that form liquid oils on their own illustrates the versatility of this study. Furthermore, according to another feature of the invention, the polybromide oils described herein may be combined with salts of the tetraalkylammonium component that do not by themselves form satisfactory liquid polybromide oils. They may also be formed by using mixtures with specific ammonium salts of the invention. The flexibility involved here is clear. In either embodiment, when a salt (or salts) of an asymmetric tetraalkylammonium component is used which itself forms a liquid polybromide oil, in a mixture with the other salts or salts used. Of course, when used in certain amounts, a liquid polybromide oil is formed. The suitable amount can then be most easily determined by simply complexing the bromine and ascertaining the bromine distribution, concentration and desired mixture properties. It should be noted that in all embodiments, the tetraalkylammonium moiety used need not be unsubstituted. Accordingly, the term "tetraalkyl" as used herein should be considered to include both substituted and unsubstituted moieties. Any substituents must make the material stable in the desired environment. Thus chlorine and bromine can be used as substituents on the tetraalkyl moiety. The viscosity of the polybromide oil phase in zinc-bromine storage battery systems designed for high efficiency is a critical factor in the selection of the compound or compounds for complexing the bromine. an aqueous electrolyte phase;
In the transfer of bromine to and from the polybromide oil phase, a rate-limiting step usually occurs in the oil phase due to its high viscosity. This is also clear from the equation defining the mass transfer coefficient in liquid-liquid extraction operations. Under normal operating conditions, the mass transfer coefficient for the oil phase becomes small, similar to that for the aqueous phase, as the viscosity of the oil phase approaches zero. Therefore, the performance of zinc-bromine accumulators (under given operating conditions) is significantly better the lower the viscosity of the oil phase. A more important consideration with respect to the viscosity of the oil phase is the power required to achieve effective mixing of the oil and water phases. For example, in a contact tower in which an oil phase is circulated by a pump, the pump power required to keep the flow rate of the oil phase constant is linearly proportional to the viscosity of the oil. For higher viscosity oils, more power is required to operate the pump, resulting in lower overall efficiency of the battery. It has therefore been found that it is highly preferable to maintain the viscosity of the oil phase below 10 to 15 centipoise over the range of operating temperatures of the battery or accumulator. As the viscosity rises above 30 centipoise, performance decreases significantly resulting in low efficiency. As the viscosity increases further, performance deteriorates further, sometimes reaching a point where the accumulator or battery is barely operational. In the present invention, the importance of low viscosity oils can be similarly recognized when considering the functions involved in the charge-discharge cycle. Therefore, in the charging phase, an increase in the viscosity of the oil phase will excessively reduce the rate of bromine migration into the oil phase, causing self-discharge and thus reducing the coulombic efficiency. On the other hand, in the discharge phase, the transfer of bromine from the oil phase to the electrolyte is too slow, resulting in a constant voltage not being maintained. Regarding the salt used, conceptually any anion can be used that does not oxidize at a lower potential than bromide and does not form insoluble species in the electrochemical environment. Although the use of brominated compounds is preferred for this purpose, chlorinated compounds can be used as well.
Furthermore, when the environment does not contain potassium ions,
The salt may be in the form of perchlorate. The polybromide oils of the present invention may be prepared in any desired manner. For example, this oil can be dissolved in water with the desired bromide or other salt;
It may then be prepared by adding at least the same molar amount of liquid bromine. This oil forms immediately and is collected with a pipette at the bottom of the container or with a separator funnel. Otherwise, if desired, bromine may be added directly to the salt or to an aqueous solution containing the salt. The maximum yield is usually
Obtained when an oil forms in water. Organic complexation of bromine allows independent control of its aqueous phase concentration. The relative amounts of oil or salt to be used can be determined by calculating backwards from the bromine distribution to the polybromide oil having the highest bromination level desired for the application. Depending on the number of moles of bromine produced in the particular size cell being used and the level of bromination of the oil or salt desired for use at the start of operation, the oil or
The amount of salt to be added is defined. Therefore, if the bromine distribution and other properties afforded by an oil with a bromination level of 7 are desired to be the end goal, and theoretically 10 moles of bromine are produced, then , at bromination level 3, 5 moles of oil should be used. To determine a specific concentration range, consider keeping the bromine concentration as low as possible.
It is therefore desirable to minimize the degree of material degradation caused by added bromine and, of course, to increase the coulombic efficiency. On the other hand, a lower operational limit arises from the requirement for mass transfer of dissolved bromine to the anode substrate during discharge. As is recognized, slowing this migration results in unacceptable concentration polarization. Similarly, the bromine concentration on the cathode side of the separator must be kept very low (eg, about 0.005 molar), thereby minimizing non-Falade zinc-bromine reactions. According to Fyck's law of diffusion, the transfer of bromine from the anode side to the cathode side depends on the diffusion coefficient of bromine in the separator and also on the relative magnitude of the bromine concentration at each pole side, i.e., the concentration gradient. Depends on. In theory, the diffusion coefficient of bromine in a separator is zero, but in practice each particular type of separator has a limit to the concentration gradient that it can see before allowing excessive bromine flux. have. For this reason, there is a clear operational upper limit for the bromine concentration on the anode side, based on the performance of the separator. A 1 molar aqueous zinc bromide electrolyte is porous,
When used with a flow through electrode, it is preferred to maintain the bromine concentration in the range of about 5 to 15 grams per liter of electrolyte solution, with 5 to 10 grams being most preferred. This type of electrode is generally preferred as it maximizes Coulombic efficiency. however,
When flow-through electrodes are not used, the bromine concentration in the electrolyte, which is held constant, must necessarily increase due to differences in mass transfer properties. Generally, the pH of the electrolyte is kept within certain limits,
It will thereby be found desirable to provide satisfactory performance at the cathode. Thus, as is already known, at pHs above about 4, the zinc plated during the charging phase is somewhat mossy and does not adhere very well. The resulting low adhesion restricts electrolyte flow and
Similarly, the coulombic efficiency is lowered. However, on the other hand, at very low pH (eg, below 1), acid corrosion of the zinc plate poses problems and also reduces the coulombic efficiency. For these reasons, it is preferable to utilize a moderate pH in the range of 1 to 3, as this range provides a strongly adherent galvanizing. Producing polybromide oils over any or preferred range of bromination levels6
The density and viscosity properties of the oils produced by using the seed complexing agents are shown in Tables 1 and 2 below.

【表】【table】

【表】 上記の表からわかるように、生成した液体油状
物は、この油状物と、電解液との間の臭素の必要
な移動特性を与えるのに十分な低粘度を有してい
る。 下記の第3表は、本発明の油状物と平衡にある
1.0モル臭化亜鉛電解液中に溶解している臭素の
濃度を示すものである。
TABLE As can be seen from the table above, the liquid oil produced has a sufficiently low viscosity to provide the necessary transfer properties of bromine between the oil and the electrolyte. Table 3 below shows the oils in equilibrium with the present invention.
This shows the concentration of bromine dissolved in a 1.0M zinc bromide electrolyte.

【表】 上表よりわかるように、本発明の非対称型テト
ラアルキル第4級アンモニウム塩から得られる
種々の油状物は、平衡状態において電解液中で十
分に低い臭素濃度を達成している。 上記よりわかるように、活性亜鉛―臭素蓄電
池、特に負荷平均化への応用に要求されるサイズ
の電池は発熱するので、上昇した温度、すなわち
60℃までの温度における操業を必要とし、又は、
そのような温度で操業が行われている。第4ない
し6表は、25℃ないし60℃の温度範囲におけるエ
チルトリメチル成分の特性を示している。
[Table] As can be seen from the above table, the various oils obtained from the asymmetric tetraalkyl quaternary ammonium salts of the present invention achieve sufficiently low bromine concentrations in the electrolyte in an equilibrium state. As can be seen from the above, activated zinc-bromine batteries, especially cells of the size required for load-balancing applications, generate heat and thus
requires operation at temperatures up to 60°C, or
Operations are carried out at such temperatures. Tables 4 to 6 show the properties of the ethyltrimethyl component in the temperature range 25°C to 60°C.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 上記の表から明らかなように、上昇した温度に
おけるこのスピーシーの特性は、満足すべきもの
である。温度が上昇すると、粘度が顕著に低下す
ることは、臭素移動の速度が増大することになる
ので、特に重要である。 第7表ないし9表は、25℃ないし60℃の温度範
囲にわたるジエチルジメチル成分の特性を示すも
のである。
Table: As is evident from the table above, the properties of this species at elevated temperatures are satisfactory. The significant decrease in viscosity as temperature increases is particularly important since the rate of bromine migration will increase. Tables 7 through 9 show the properties of the diethyldimethyl component over a temperature range of 25°C to 60°C.

【表】【table】

【表】【table】

〔実施例〕〔Example〕

下記の実施例は、本発明の使用を説明するため
だけのものであつて、それを限定するものではな
い。 実施例 1 本実施例は、循環電解液と多孔性の流れ通過性
電極を用いている再充電可能な32ワツト時亜鉛―
臭素蓄電池において、錯化剤としてエチルトリメ
チルアンモニウム―臭素スピーシーを用いた場合
を示すものである。 陰極基材は、偏平で無孔性のチタン板であり、
陽極基材は偏平で、ルテニウム含有被覆材で触媒
活性化された多孔性チタンのシートである。微細
多孔性のダラミツク分離体(W.R.Grace)が用
いられ、これは、電解液の流れ通路を形成するた
めに、各側面に所定の間隔で、垂直リブを有する
偏平なシートよりなるものである。 十分に放電された状態における電解液の組成は
下記の通りである。 臭化亜鉛濃度 1.5モル 塩化カリ濃度 4.0モル 塩化鉛濃度 8.0×10-4モル PH 1.0―3.0 全放電状態における臭素油状物は、57グラムの
エチルトリメチルアンモニウム―臭素油状物と、
51グラムの臭素とを含み、臭素化のレベルは3で
ある。充電途中において、油状物の錯化された臭
素の量と、全容積は増大する。 電池を下記の充電―放電サイクルに供したとき
満足に作動した。 (a) 3アンペア(ガルバーニ静電気)で2時間充
電、充電電圧は初期において27℃で、約1.90ボ
ルトである筈であり、充電の途中で約50ミリボ
ルト上昇する。 (b) 回路を15分間開き放置する。 (c) 電池の電圧が鋭敏に低下するまで、3アンペ
ア(ガルバーニ静電気)で放電、および (d) 電池を30分間短絡する。 実施例 2 本実施例は、それぞれが、それ自身により臭素
と固体錯化合物を形成する2種の塩の混合物を用
いることにより液体ポリブロマイド油状物を形成
することを示すものである。 同モル量の臭化テトラエチルアンモニウムと臭
化ジエチルジプロピルアンモニウムの混合物約
0.02モルを100mlの1モルZnBr2溶液とともに200
mlのビーカに入れた。各々0.02モルの臭素を4回
添加した。この溶液を撹拌して、添加物間で平衡
させた。 第10表に示した結果は、同モル量混合物の特性
を、それぞれの塩を別個に使用して得られた特性
と比較したものである。
The following examples are merely illustrative of the use of the invention and are not intended to limit it. EXAMPLE 1 This example describes a rechargeable 32 watt hour zinc-
This figure shows the use of ethyltrimethylammonium-bromine sp. as a complexing agent in a bromine storage battery. The cathode substrate is a flat, non-porous titanium plate.
The anode substrate is a flat, porous sheet of titanium catalytically activated with a ruthenium-containing coating. A microporous Daramik separator (WRGrace) was used, consisting of a flat sheet with vertical ribs at predetermined intervals on each side to form flow passages for the electrolyte. The composition of the electrolyte in a fully discharged state is as follows. Zinc bromide concentration 1.5 mol Potassium chloride concentration 4.0 mol Lead chloride concentration 8.0×10 -4 mol PH 1.0-3.0 The bromine oil at full discharge condition is 57 grams of ethyltrimethylammonium-bromine oil,
It contains 51 grams of bromine and has a bromination level of 3. During charging, the amount of complexed bromine and the total volume of the oil increases. The battery performed satisfactorily when subjected to the charge-discharge cycles described below. (a) Charging at 3 amperes (galvanic static electricity) for 2 hours. The charging voltage should initially be about 1.90 volts at 27°C, and rise by about 50 millivolts during charging. (b) Leave the circuit open for 15 minutes. (c) Discharge the battery with 3 amps (galvanic static) until the voltage drops sharply, and (d) short circuit the battery for 30 minutes. Example 2 This example demonstrates the formation of a liquid polybromide oil by using a mixture of two salts, each of which forms a solid complex with bromine by itself. A mixture of equal molar amounts of tetraethylammonium bromide and diethyldipropylammonium bromide, approx.
0.02 mol with 100ml of 1 mol ZnBr2 solution
ml beaker. Four additions of 0.02 mole each of bromine were made. The solution was stirred to equilibrate between the additives. The results shown in Table 10 compare the properties of equivalent molar mixtures with those obtained using each salt separately.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述より理解されるように、本発明は、化学的
および電気化学的環境において安定であり、臭素
のレベルを所望の濃度に低下させかつ保持するこ
とによつて、クーロン効率を十分に上昇させるよ
うな単一の錯化剤を提供するものである。本発明
に係る特定の錯化剤は臭素化のレベルの有用な範
囲において、低粘度液体として残るために形成さ
れたポリブロマイド油状物の機能は、臭素化のレ
ベルによつては、液体から固体に変化するような
錯化剤を用いる場合のように不十分な機能を生ず
る心配なしに、操作に広い自由度を与える。本発
明の油状物は比較的低い粘度を有し、このこと
は、油状物相と水相との間の臭素の十分に迅速な
移動を達成するために重要な点である。
As can be seen from the foregoing, the present invention is stable in chemical and electrochemical environments and sufficiently increases coulombic efficiency by reducing and maintaining the level of bromine at a desired concentration. This provides a single complexing agent that is highly complex. Over a useful range of bromination levels, certain complexing agents of the present invention function as polybromide oils formed to remain as low viscosity liquids, ranging from liquids to solids, depending on the level of bromination. It provides a wide degree of freedom in operation without the fear of insufficient functionality as is the case when using complexing agents that change to . The oil of the invention has a relatively low viscosity, which is important in order to achieve a sufficiently rapid transfer of bromine between the oil phase and the aqueous phase.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 臭素電極と、水性電解液と臭素用錯化剤とを
含む亜鉛―臭素電池において、前記臭素用錯化剤
が、エチルトリメチル、ジエチルジメチル、エチ
ルジメチルプロピル、ジメチルジプロピル、メチ
ルトリエチル、ジエチルメチルプロピル、および
エチルメチルジプロピルから選ばれた非対称型テ
トラアルキル成分を有する第4級アンモニウム塩
並びに、ジエチルジプロピル第4級アンモニウム
塩とテトラエチル第4級アンモニウム塩との混合
物から選ばれた少なくとも1員を含み、かつ臭素
化のレベルが少なくとも3ないし7の範囲におい
て、前記非対称型テトラアルキル第4級アンモニ
ウム塩と臭素とが直接に液体ポリブロマイド油状
物を形成するものであり、この液体油状物が、電
池の使用温度範囲において約30センチポイズ以下
の粘度を有するものであることを特徴とする亜鉛
―臭素電池。 2 前記錯化剤が、3ないし9の臭素化のレベル
において、液体である、特許請求の範囲第1項記
載の電池。 3 前記第4級テトラアルキル成分がエチルトリ
メチル基である特許請求の範囲第1項記載の電
池。 4 前記第4級成分が、ジエチルジメチル基であ
る特許請求の範囲第1項記載の電池。 5 前記液体油状物の粘度が、約20センチポイズ
以下である特許請求の範囲第1項記載の電池。 6 前記液体油状物の粘度が、約15センチポイズ
以下である特許請求の範囲第5項記載の電池。
[Scope of Claims] 1. A zinc-bromine battery comprising a bromine electrode, an aqueous electrolyte, and a bromine complexing agent, wherein the bromine complexing agent is ethyltrimethyl, diethyldimethyl, ethyldimethylpropyl, dimethyldipropyl. , a quaternary ammonium salt having an asymmetric tetraalkyl component selected from methyltriethyl, diethylmethylpropyl, and ethylmethyldipropyl, and a mixture of diethyldipropyl quaternary ammonium salt and tetraethyl quaternary ammonium salt. The asymmetric tetraalkyl quaternary ammonium salt and bromine directly form a liquid polybromide oil containing at least one selected member and having a bromination level of at least 3 to 7. , a zinc-bromine battery characterized in that the liquid oil has a viscosity of about 30 centipoise or less in the temperature range in which the battery is used. 2. The cell of claim 1, wherein the complexing agent is liquid at a level of bromination of 3 to 9. 3. The battery according to claim 1, wherein the quaternary tetraalkyl component is an ethyltrimethyl group. 4. The battery according to claim 1, wherein the quaternary component is a diethyldimethyl group. 5. The battery of claim 1, wherein the liquid oil has a viscosity of about 20 centipoise or less. 6. The battery of claim 5, wherein the liquid oil has a viscosity of about 15 centipoise or less.
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