JPS63232405A - 超電導セラミツク材料を用いた電力蓄積装置 - 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】 「発明の利用分野」 本発明はセラミック系超電導材料を応用した電力蓄積装
置に関する。

「従来の技術」 従来、超電導材料はＮｂ−Ｇｅ（例えばＮｂ１Ｇｅ）等
の金属材料が用いられている。この材料は金属であるた
め、延性、展性または曲げ性を高く有し、超電導マグネ
ット用コイル、また電力蓄積用コイルとして用いること
が可能である。

しかし、この金属の超電導材料はＴｃ（超電導臨界温度
を以下Ｔｃという）オンセットが小さく、２３Ｋまたは
それ以下でしかなかった。しかしその工業的応用を考え
るならば、このＴｃが１００Ｋまたはそれ以上を有し、
Ｔｃｏ　（電気抵抗が零となる温度）が液体窒素温度で
ある７７Ｋまたはそれ以上であることがきわめて重要で
ある。

最近、かかる超電導材料として、銅の酸化物セラミック
材料が注目されている。しかしこの銅の酸化物セラミッ
クスは延性、展性および曲げ性に乏しい。加えて成型し
た後の加工がきわめて困難であるという他の欠点を有す
る。

「従来の問題点」 このため、銅の酸化物セラミックスを用いて、リング状
またはコイル状に設けるとともに、その始点と終点とを
同時に超電導セラミックスで連結し、電力蓄積装置とす
る試みはまったくない。加えて、コイル構造を有しつつ
、同時にセラミックスを機械的に金属で補強する手段も
、また自らに冷媒を有し冷却する構造もまった（知られ
ていない。

「問題を解決すべき手段」 本発明は超電導セラミックスをリング状またはコイル状
に設け、その始点と終点とを超電導セラミックスで連結
する電力蓄積装置である。さらに本発明はこのセラミッ
クスに金属または金属化合物の支持体を添わしめ、機械
的補強に加えて、このセラミックスが非超電導状態とな
った時も電流を流し得る手段としている。さらにこの中
空の支持体の内部に超電導セラミック材料となるべき材
料を混合または溶かした、またはゲル状にした溶液を中
空パイプの一方を一次的に塞いで他方より注入する。

次にこの中空パイプ全体を加熱し、液体成分である溶媒
全体を気化して除去する。するとこの超電導セラミック
材料は中空パイプの内壁にコーティングされる。これを
加熱し、焼成させるとともに、酸化または還元を繰り返
し行うことにより、超電導性を有するセラミック材料、
例えば銅の酸化物セラミックスである（Ａ＋−ｘ　Ｂｘ
）ｙｃｕｏｚ　　ｘ　＝０．０１〜０．３．　ｙ　＝１
．３〜２．２．　ｚ　＝２．０〜４．５で示される分子
構造を有し、ＡがＹ（イントリューム）、Ｇａ（ガリエ
ーム）、Ｚｒ（ジルコニューム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｇ
ｅ（ゲルマニューム）、Ｙｂ（イッテルビューム）また
はその他のランタノイドより１つまたは複数種選ばれ、
ＢはＲａ（ラジェーム）、Ｂａ（バリニーム）またはＢ
ｒ（ストロンチューム）、Ｃａ（カルシューム）。

Ｍｇ（マグネシェーム）、Ｂｅ（ベリリューム）より１
つまたは複数種選ばれ、セラミックスを形成する。

本発明で用いられるセラミックスは上記以外の元素をＡ
、Ｂまたは添加不純物として加えることが可能である。

本発明において、中空金属支持体の内壁に第１の層とし
て超電導セラミック材料がコーティングされるが、さら
にその上側にこの第１の層のセラミック材料を十分固化
した後、第２層のセラミック材料をコーティングすべく
、同一工程を繰り返しすることは有効である。またその
場合、それぞれのコーティング層でＡまたはＢの種類、
Ｘ、Ｙ、Ｚの値の一部を変更してもよい。

本発明において、さらにこれを繰り返して多層構造とし
てもよいことはいうまでもない。

「作用」 本発明の超電導電力蓄積装置により、初めて安価な大電
力用バッテリを作ることが可能となった。

特にその応用として、太陽電池等の光電変換装置で発電
した電気エネルギを蓄積させ得る。さらにこの蓄積装置
が需要地と数百〜数千Ｋｍも離れている場合、この蓄積
装置に電気エネルギを充電して、それをトラック、船等
により輸送することにより、電気エネルギという目に見
えないエネルギを移送し得る。かつ本発明の蓄積装置は
化学反応を用いないため、長期使用においても何らの化
学的な劣化もない。

また本発明のコイル状の始点と終点を互いに電気的に抵
抗が零である章うミックスで連結することにより、エン
ドレスコイルとし得る。このコイルは電流損失のないコ
イル、即ち電気エネルギの蓄積用装置として用いること
が可能となる。

以下図面に従って本発明の実施例を示す。

「実施例１」 この実施例では（Ａ＋−Ｘ　Ｂｘ）ｙｃｕｏｚにおいて
ＡとしてＹをＹ２Ｏ２，ＢとしてＢａをＢａＣＯ５また
ＣｕとしてＣｕＯを用いた。それぞれ高純度化学社製の
９９．９５％以上のものを用いた。これらをｘ　＝０．
０５．　　ｘ　＝０．０７５及びｘ　＝０．１．　ｙ　
＝１．８．　ｙ　＝２．０．　ｙ　＝２．２とした。

これらを混合して９種類の混合物を作った。これらを一
度３　Ｋｇ／ｃｍ”の圧力で加圧しタブレットとし７０
０℃、３時間さらに１０００℃１０時間で大気中で仮焼
成した。さらにこれらを再び粉砕した。そしてその平均
粒径が１１００ＩＪ以下、例えば１０μｍ程度となるよ
うにした。この混合物をカプセル内に封入し、再びこれ
を５　Ｋｇ／ｃｍ”の圧力でプレスし、タブレット状と
した。そしてこれを１０００℃、１０時間酸化性雰囲気
例えば大気中で本焼成した。するとこの構造はベルブス
カイト構造もみられるが、変形ＫＪｆＦ４型がＸ線解析
像から観察された。

次にこの本焼成したＴｃオンセットが４０に以上好まし
くは９０に、　Ｔｃｏが好ましくは７７に以上あること
を電圧−電流一温度特性より確認する。

再びこのタブレフトを微粉末とした。そしてこの平均粒
径が１００μｍ以下〜５μｍ例えば３０μｍになるよう
にした。この工程において、この粉砕の際、その結晶構
造が基本的に破壊しないように努めた。

この粉末を液体、例えばフロン液またはアルコール例え
ばエタノールそあ他の液体中に混合、または？容かした
。

この溶液を中空の支持体である第１図に示した金属パイ
プ（２）、例えば銅または銅の化合物（例えばＮｉＣｕ
化合物）の内部に他方を塞いで注いだ。

このパイプをセラミック粒子が内壁に均一な厚さに付着
すべく回転、上下振動をしつつ全体を１００〜４００℃
の温度に加熱した。

か（してこの中空パイプの内部の溶媒を除去することが
でき、その内壁にセラミック粒をコーティング（３）シ
た。

この時内壁とより密着させやすくするため、エポキシ系
、アクリル系の樹脂をとかした溶媒、例えばトルエン等
を用いてもよい。

この後この内壁に付着し乾燥させたセラミックスに対し
て、その中空部に酸素または酸素とアルゴンの混合気体
を導入して、酸化させつつ５００〜１１００℃、例えば
６００℃３時間さらに８００℃５時間の加熱焼成を行っ
た。

かかる工程をさらに１〜５回繰り返すことにより、この
セラミック材を５０μｍ〜１ｃｍ（代表的には０．５〜
５ＩＩＩＩｌｌ）の平均厚さにパイプ内に付着させるこ
とが可能となった。かくして第１図に示す如き中空支持
体（２）の内側に超電導セラミックス（３）を中空（４
）を有して本発明の超電導セラミックスを用いたパイプ
（１）を作ることができた。

この実施例において、パイプは円環型中空支持体を用い
た。しかしその形状は角型中空支持体を用いてもよい。

また他の形とすることも可能である。

かかる超電導セラミックパイプにおいて、Ｔｃはタブレ
フト等で作られた時のＴｃよりは５〜２０に低い値とな
ってしまった。しかしこれは初期のタブレットでのＴｃ
を向上させるとともにより改良が可能である。

本発明はかかるセラミックスを用いてエンドレスコイル
構造の電力蓄積装置を作った。

第２図にその縦断面図を示す。このエンドレスコイルは
太陽電池等で発電した電気エネルギのバッテリとして用
いることができる。

図面より明らかなごとく、予め中空を実施例１と同様に
存するパイプをコイル（７）形状に作る。

さらにこの始点（５）、終点（６）も同様に中空パイプ
（９）で連結する。このエンドレスコイルは注入口（８
）を有する。この注入口は電気エネルギの入力および出
力端子として用いることができる。

ここに実施例１と同様の方法で超電導セラミックスを混
合またはとかした溶液を注ぎ込む。

これを乾燥し、不要溶媒を気体として（８）、（８’）
より放出し、パイプの内部を乾燥させる。さらに実施例
１と同様に酸化物気体を導入し、セラミックスを乾燥さ
せる。

かくして内部が中空、かつその内壁に超電導セラミック
スがコーティングされたパイプ（１）を用いたエンドレ
スコイル（７）を作ることができた。

このＴｃｏは実験では４５にであった。しかし超電導材
料の選択によりＴｃｏを向上させ得る。また、この中空
部に液体水素を導入することにより、このエンドレスコ
イルをして抵抗零の閉回路を作る例とし得たため、電気
エネルギ蓄積装置として用いることができた。この実施
例において、電気エネルギの入力、出力部には失電力用
ダイオードを設け、充電、放電させた時に無限大の電流
が流れないようにした。

「実施例２」 この実施例は（Ａｌ−ｘ　Ｂｘ＞ｙｃｕＯｚ　・（ＡＩ
−）（’Ｂ’ｘ’）ｙ’Ｃｕｚ’において、ＡとしてＹ
ｂ、　Ｂ、Ｂ’　としてＢａおよびＳｒを用いた。ｘ、
　ｘ’として０．０７５．　ｙ、　ｙ’として２．０を
調整した。するとパイプ形状とした後もＴｃｏを７４Ｋ
に保つことができた。その他は実施例１と同様である。

「実施例３」 この実施例は実施例１と同じ成分を用い、仮焼成をした
。材料を粉砕し、微粉末とした後、型に入れ、ドーナツ
型または指輪型のリング構造として再プレスし、本焼成
を行った。

ここに外部より磁場を用いてエネルギを加えた。

するとこのリング内を電流が無限時間流れ、電力蓄積を
させ得る磁場を発生する。このエネルギの取り出しは、
このリングの磁場を切るようにして取り出すことができ
る。′ 「効果」 本実施例はかかるパイプ形状とした後、これらをその内
部の中空部に冷却材である液体、例えば液体窒素または
液体水素を封入し、連続的にこのバイブを内部より最も
温度が重要なセラミックスを直接冷やす手段と同時にな
り得る。

また、この外側の金属を洞または銅の化合物とすること
により、外部との溶接も可能であり、電気装置の一部と
して用いることが可能である。この金属または金属化合
物として銅または銅化合物とすることにより、特にその
部品としての用途をひろげることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導セラミックバイブを示す。 第２図は本発明のバイブを用いた電気蓄積装置の一例を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、銅の酸化物の超電導セラミックスをリング状または
   コイル状に設け、かつ始点と終点とを互いに連結して設
   けられたことを特徴とする超電導セラミック材料を用い
   た電力蓄積装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、超電導セラミック
   スの外側または内側に金属の支持体を設けたことを特徴
   とする超電導セラミック材料を用いた電力蓄積装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、酸化物セラミック
   スは（Ａ＿１＿−＿ｘＢ＿ｘ）＿ｙＣｕＯ＿ｚｘ＝０．
   ０１〜０．３、ｙ＝１．３〜２．２、ｚ＝２．０〜４．
   ５で示される分子構造を有し、ＡはＹ（イットリューム
   ）、Ｇａ（ガリューム）、Ｚｒ（ジルコニューム）、Ｎ
   ｂ（ニオブ）、Ｇｅ（ゲルマニューム）、Ｙｂ（イッテ
   ルビューム）またはその他ランタノイドより１つまたは
   複数の元素が選ばれ、ＢはＲａ（ラジューム）、Ｂａ（
   バリューム）またはＢｒ（ストロンチューム）、Ｃａ（
   カルシューム）、Ｍｇ（マグネシューム）またはＢｅ（
   ベリリューム）より１つまたは複数の元素が選ばれた超
   電導性セラミック材料であることを特徴とする超電導セ
   ラミック材料を用いた電力蓄積装置。