KR100658254B1 - Battery - Google Patents

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KR100658254B1
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Abstract

이온이 통과하는 분리기(10)를 사이에 두고 접속된 2개의 셀의 일방에 있는 음극 셀(12)에 음극의 분립체 활물질 및 전해질 용액(16)이 장전되고, 타방의 셀에 있는 양극 셀(14)에 양극의 분립체 활물질 및 전해질 용액(18)이 장전되고, 2개의 셀 내에 활물질인 분립체와 접촉하는 도전체의 집전기(20, 22)가 설치된다. 분립체 활물질은 고정층을 형성한다.The anode active material and electrolyte solution 16 of the negative electrode are loaded in the negative electrode cell 12 on one side of the two cells connected with the separator 10 through which ions pass, and the positive electrode cell in the other cell ( In 14), the positive electrode granular active material and the electrolyte solution 18 are loaded, and the current collectors 20 and 22 of the conductor which come into contact with the granular material as the active material are provided in two cells. The granular active material forms a fixed layer.

전지, 삼차원, 분립체, 활물질, 고정층Battery, three-dimensional, powder, active material, fixed layer

Description

전지{BATTERY}Battery {BATTERY}

본 발명은 활물질(活物質)을 분립체(粉粒體)로 하여 구성한 대전력 저장이 가능하고, 또한 구조의 간소화를 도모하는 것이 가능한 고정층식 전지에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전자를 방출하기도 하고 흡수하기도 하는 활물질의 분립체를 최소 전극으로서 셀에 저장한 전해질 용액중에 투입하여 고정층을 형성시켜 구성되어, 구조가 간단하고, 대용량의 전력 축전(蓄電)이 가능한 삼차원 구조의 전지에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fixed bed type battery capable of large power storage in which an active material is formed as a powder and capable of simplifying the structure. In addition, the present invention is constructed by incorporating a powder of an active material that emits and absorbs electrons into an electrolyte solution stored in a cell as a minimum electrode to form a fixed layer. The structure is simple, and a large-capacity power storage is achieved. A battery of a three-dimensional structure is possible.

종래, 전지는 활물질을 판상(板狀) 또는 시트상으로 하여 전해질 용액에 침지한 구조로 하여 왔다. 그리고 캐소도와 애노드와의 사이에 판상의 분리기(separator)를 끼워 전지 구조로 하고 있다.Conventionally, batteries have a structure in which an active material is plate-like or sheet-like immersed in an electrolyte solution. A plate-shaped separator is sandwiched between the caso and the anode to form a battery structure.

또한, 예를 들어, 일본 특개평 제7-169513호 공보에는 화석 연료의 연소열을 이용하는 것에 의하여, 방전 후의 전지 물질을 열적 또는 화학적으로 재생하여 연속적으로 방전을 하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 제3051401호 공보에는 유동층식의 3차원 전지가 기재되어 있지만, 이 공보 기재의 전지에서는 고출력을 얻을 수 있는 것의 설비가 복잡하게 된다.For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-169513 discloses a method and apparatus for continuously discharging a battery material after discharge by thermally or chemically regenerating by using combustion heat of fossil fuel. Japanese Patent No. 3040151 discloses a fluid bed type three-dimensional battery, but in the battery of this publication, the equipment for obtaining high output is complicated.

또한, 종래, 니켈수소전지는, 도 23에 도시된 바와 같이, 집전체(201), 양극 (202), 분리기(203), 음극(204), 집전체(205)의 순서대로 밀착시키는 것에 의하여 행해지고 있다. 이 예는, 예를 들어, 일본 특개평 제9-298067호 공보에 기재되어 있다. 그 공보에 기재된 전지는, 수산화니켈을 주체(主體)로 하는 양극과 수소흡장합금(水素吸藏合金)을 주체로 하는 음극과 고분자 부직포로 이루어지는 분리기와 알카리 수용액으로 이루어지는 전해액을 가지는 소전지(素電池)(단전지)를 복수개 직렬로 접속하여 금속제의 각형(角形) 용기에 수납(收納)하고, 개구부를 가역성 밴드를 가지는 봉구판(封口板)으로 밀폐한 구조의 전지이다. 상기한 구조를 포함하는 종래의 전지(200)는 막구조(이차원)로 되어 있고, 전지(200)를 대용량화하는 경우에는, 얇게 하기 위하여 도 24와 같이 연장하여 감아 담거나(卷裝), 도 25와 같이 단전지(200)를 병렬로 접속하거나, 또는 도 26과 같이 다수의 단전지(200)내에 복수의 전극판(206)을 사이에 담고(介裝), 각 전극판(206)에 접속한 배선(207)을 전지의 밖으로 뽑아내고, 이들의 전극을 다른 단전지의 극성이 상이한 전극판(208)과 연결하여 적층구조로 하는 것이 일반적이다. 또한, 일본 특허 제3051401호 공보에는 유동층식의 3차원 전지가 기재되어 있지만, 이 공보 기재의 전지에서는 고출력을 얻을 수 있는 것의 설비가 복잡하게 된다.In addition, conventionally, a nickel-hydrogen battery is brought into close contact with the current collector 201, the positive electrode 202, the separator 203, the negative electrode 204, and the current collector 205, as shown in FIG. 23. It is done. This example is described, for example in Japanese Patent Laid-Open No. 9-298067. The battery described in the publication is a battery cell having a positive electrode mainly composed of nickel hydroxide, a negative electrode mainly composed of a hydrogen storage alloy, a separator composed of a polymer nonwoven fabric, and an electrolyte solution composed of an aqueous alkali solution. A battery having a structure in which a plurality of cells (single cells) are connected in series, stored in a metal rectangular container, and sealed with a sealing plate having a reversible band having an opening. The conventional battery 200 including the above-described structure has a membrane structure (two-dimensional), and when the battery 200 has a large capacity, it is rolled up as shown in FIG. 24 to be thinner, or As shown in FIG. 25, the unit cells 200 are connected in parallel, or as shown in FIG. 26, the plurality of electrode plates 206 are interposed in the plurality of unit cells 200, and each electrode plate 206 is connected to each other. It is common for the connected wiring 207 to be pulled out of the battery, and these electrodes are connected with the electrode plate 208 which differs in the polarity of another unit cell, and it is set as a laminated structure. Japanese Patent No. 3040151 discloses a fluid bed type three-dimensional battery, but in the battery of this publication, the equipment for obtaining high output is complicated.

그러나, 상술한 종래의 전지는 하기와 같은 문제점이 있다. However, the conventional battery described above has the following problems.

(1) 스케일 업(scale-up)에 한계가 있거나 또는 스케일 업이 불가능하다.(1) There is a limit to scale-up or cannot be scaled up.

즉, 종래의 전지는 막구조(이차원)로 되고, 전지를 흐르는 전류는 막의 면적에 비례하기 때문에, 예를 들어, 1m2의 면적에 1W의 전력이 생긴다고 하면, 10kW의 전력을 발생시키기 위하여는 (100×100)m2의 면적이 필요하게 된다. 그래서, 막의 매수(枚數)를 증가시키거나, 막을 확대하여 감거나 하는 것이 고려되지만, 어느 경우에도 팽대(膨大)한 크기로 되어 실용화가 곤란하다. 따라서, 결과적으로 전지를 병렬로 접속시켜야만 하므로 전체의 구조가 복잡하게 된다.In other words, a conventional battery has a film structure (two-dimensional), and the current flowing through the battery is proportional to the area of the film. Thus, for example, if 1 W of power is generated in an area of 1 m 2 , in order to generate 10 kW of power, An area of (100 × 100) m 2 is required. Therefore, it is considered to increase the number of membranes or to expand the membranes. However, in any case, the membranes are enlarged in size, making practical use difficult. Therefore, as a result, the batteries must be connected in parallel, which complicates the whole structure.

더욱이, 막의 면적이 1m2에서 1W인 전지가 있다고 하면, 이 것을 100만kW로 하는 것에는 10억m2의 면적이 필요하다. 이 것은 정방형으로 하면 사방이 약 32km로 되어 플랜지 등을 만드는 것은 현실적으로 불가능하다. 또한, 막의 매수를 증가시키는 것에 대응하여도 동일하게 스케일업은 불가능하다.Furthermore, if there is a battery with a film area of 1 m 2 to 1 W, an area of 1 million m 2 is required to make this one million kW. If it is square, it is about 32km in all directions and it is practically impossible to make a flange or the like. In addition, scale-up is not possible even in response to increasing the number of films.

(2) 활물질·촉매의 열화에 대응할 수 없다.(2) It cannot cope with deterioration of an active material and a catalyst.

종래의 전지에서는, 활물질·촉매 등을 전지의 구조재로 겸용하여 판상이나 원주(円柱)상 등으로 고정화되어 있고, 열화한 경우에는 바꿀 수 밖에 없지만, 현실적으로 바꾸는 것은 불가능하므로, 열화한 전지는 폐기되고 전지 전체를 교환할 필요가 있다.In conventional batteries, active materials, catalysts, and the like are used as structural materials of the battery, and are fixed in a plate shape, a columnar shape, and the like, and when deteriorated, they have no choice but to be replaced. The whole battery needs to be replaced.

(3) 충방전에 따른 발열·흡열에 대응하는 전열면이 설치될 수 없다.(3) Heat transfer surfaces corresponding to heat generation and endotherm due to charging and discharging cannot be installed.

전지의 충방전에 따라서 발열, 흡열이 있고, 온도가 높아지게 되면 자기 방전이 증가하고, 역으로 온도가 낮아지게 되면 반응속도가 느려지게 된다는 전지 특성으로부터 전지 중에 전열면을 설치할 필요가 있다. 그러나, 종래의 전지는 구조가 복잡하므로 전열면은 설치되어 있지 않다. 또한, 전지가 작아서 출력에 대한 전지 표면적이 작으므로 자연 방치에 의하여 냉각하거나 흡열하는 방식이 있다. 또 한, 온도 퓨즈 등을 사용하여 상한 온도를 설정하고 있지만 전지내에 온도 제어 장비(裝遷)는 설치되어 있지 않다. It is necessary to provide a heat transfer surface in the battery from the characteristics of the battery that there is heat generation and endotherm according to the charging and discharging of the battery, and that the self discharge increases when the temperature is increased, and conversely, when the temperature is lowered, the reaction rate becomes slow. However, since the conventional battery has a complicated structure, no heat transfer surface is provided. In addition, since the battery is small and the battery surface area with respect to the output is small, there is a method of cooling or endotherm by natural neglect. Moreover, although the upper limit temperature is set using a thermal fuse etc., the temperature control equipment is not installed in a battery.

(4) 에너지 밀도가 작다.(4) The energy density is small.

종래의 전지는 전류가 막의 표면적에 비례한다. 따라서, 예를 들어, 막의 면적이 1m2 에서 1W인 전지에는, 1000kW의 전지를 만드는 경우, 막의 면적이 1m2에서 폭 0.1m의 막상(膜狀) 전지 100만개가 필요하게 되고, 100000m3의 크기로 되어, 에너지 밀도를 크게 할 수 없다.Conventional cells have a current proportional to the surface area of the membrane. Thus, for example, in a battery having a membrane area of 1 m 2 to 1 W, when a 1000 kW battery is produced, one million membrane-shaped cells having a membrane area of 1 m 2 and a width of 0.1 m are required, and 100,000 m 3 It becomes size and cannot make energy density large.

(5) 대용량화에 따른 제조 비용이 극히 높다.(5) The manufacturing cost is very high due to the large capacity.

즉, 대용량화를 도모하려면, 막구조의 전지에서는 막의 면적을 비례적으로 증대시킬 필요가 있는데, 제조 비용이 전지 용량의 증대에 따라 비례하여 상승한다. 이 때문에, 스케일 업하는 것에 의하여 제조 비용상의 장점이 없어지게 된다.That is, in order to achieve a large capacity, it is necessary to increase the area of the film proportionally in the battery of the membrane structure, but the manufacturing cost increases in proportion to the increase of the battery capacity. For this reason, there is no advantage in manufacturing cost by scaling up.

(6) 전지를 직렬로 접속한 경우에 장치 비용이나 접속부의 저항 에너지 손실이 커진다. (6) When the batteries are connected in series, the cost of the device and the loss of the resistive energy of the connecting portion are increased.

즉, 예를 들어, 1개당 1.6V~2.0V의 전지를 복수개 접속하여 10V 등의 높은 전압을 얻는 경우, 전선 등으로 전지 사이를 접속시키지 않으면 안되므로, 그에 따른 작업비가 높아질 뿐만 아니라, 접속부를 통과하는 전류에 의한 발열 손실이 발생하여 에너지 손실이 생긴다.That is, for example, when a plurality of 1.6V to 2.0V batteries are connected to each other to obtain a high voltage such as 10V, the cells must be connected by wires or the like, thereby increasing the work cost and passing through the connection portions. An exothermic loss occurs due to an electric current that causes an energy loss.

본 발명은 상기의 여러 점에 귀감을 보이는 것으로서, 본 발명의 목적은, 활물질을 분립체로 하여 셀 중에 분립체를 넣은 고정층식의 전지를 구성하는 것에 의하여, 설비가 간단하게 되고, 스케일 업이 가능하며, 열화한 활물질·촉매의 재생이나 바꿈 등에 대응할 수 있고, 전지내에 전열면을 설치하는 것이 가능하고, 더욱이, 에너지 밀도를 크게 하는 것이 가능한 전지를 제공하는 것에 있다.The present invention exhibits an example of the various points described above, and an object of the present invention is to provide a fixed bed type battery in which a granular material is put in a cell by using an active material as a granular material, thereby simplifying installation and enabling scale-up. The present invention provides a battery capable of coping with deterioration of active material and catalyst, deterioration, etc., and providing a heat transfer surface in the battery, and further increasing energy density.

또한, 본 발명의 목적은, 전지의 구조를 분립체의 고정층으로서 삼차원화하는 것에 의하여, 전지 용량을 증대하는 경우에 전지의 용적(셀)을 증대하는 것에 의해 대응할 수 있고, 스케일 업에 수반하는 여러가지 장점이 생기는 적층형의 구성이 간단한 삼차원 구조의 전지를 제공하는 것에 있다.In addition, the object of the present invention can cope by increasing the volume (cell) of the battery when the battery capacity is increased by three-dimensionalizing the structure of the battery as a fixed layer of the granular material, and accompanying the scale up The laminated structure which produces various advantages is providing the battery of a simple three-dimensional structure.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전지는, 이온이 통과하는 부재를 사이에 두고 접속된 2개의 셀의 일방의 셀 내의 전해질 용액중에 전자를 방출하는 활물질의 분립체가 고정층으로서 장전되고, 타방의 셀 내의 전해질 용액중에 전자를 흡수하는 활물질의 분립체가 고정층으로서 장전되며, 2개의 셀 내에 활물질인 분립체와 접촉하는 도전체의 집전 장치가 설치되어 구성되어 있다(도 11 ~ 도 12 참조).In order to achieve the above object, in the battery of the present invention, a granular material of an active material that emits electrons in an electrolyte solution in an electrolyte solution in one cell of two cells connected via a member through which ions pass is loaded as the fixed layer, and the other The granular material of the active material which absorbs the electrons in the electrolyte solution in the cell is loaded as a fixed layer, and the current collector of the conductor in contact with the granular material as the active material is provided in two cells (see FIGS. 11 to 12).

또한, 본 발명의 전지는, 셀 내에 전해질 용액을 가득 채우고, 이 전해질 용액 중에 전자를 방출하는 활물질의 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체, 및 전자를 흡수하는 활물질의 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체를 설치하고, 이들의 다공체에 활물질의 분립체와 접촉하는 도전체의 집전 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다(도 13 참조).In addition, the battery of the present invention is filled with an electrolyte solution in a cell, and a porous body in which a granule of an active material releasing electrons in the electrolyte solution is housed as a fixed layer, and a porous body in which a granule of an active material absorbing electrons is stored as a fixed layer. And a current collector for a conductor in contact with the granular material of the active material is provided in these porous bodies (see FIG. 13).

본 명세서에 있어서, 활물질의 분립체 및 고정층은 다음에 설명하는 의도로 서 사용된다.In this specification, the granular material and the fixed layer of an active material are used for the purpose of following description.

일반적으로 고체를 미세화하고, 표면적/체적의 비가 크게 되어 표면의 여러 성질이 무시될 수 있게 되는 크기의 입자를 미립자로 호칭하고, 본 명세서에 있어서는, 그 고체 미립자의 집합체를 분립체라고 한다.Generally, the finer the solid, the larger the surface area / volume ratio, so that various properties of the surface can be neglected, called microparticles. In the present specification, the aggregate of the solid microparticles is called a granular material.

본 발명의 활물질의 분립체의 바람직한 예는, 도 21(a)~(h)에 나타나 있다.Preferable examples of the granular material of the active material of the present invention are shown in Figs. 21 (a) to (h).

(1) 혼합에 의하여 얻어지는 분립체 (1) powder obtained by mixing

도 21(a)에 나타나 있는 것과 같이, 전자 전도성이 낮은 물질(LC)에 전자 전도성이 높은 물질(HC)을 혼합하여 얻어지는 것이다. 도 21(a)~(h) 및 도 22에 있어서, 탈색된 것이 LC이고, 얇게 착색된 것이 HC를 나타낸다.As shown in FIG. 21 (a), a material having high electron conductivity is mixed with a material having low electron conductivity LC. In FIG.21 (a)-(h) and FIG. 22, what discolored is LC, and what was thinly colored shows HC.

(2) 혼합·조립(造粒)에 의하여 얻어지는 분립체 (2) powder granules obtained by mixing and assembling

도 21(b), (c)에 나타나 있는 것과 같이, LC에 HC를 혼합한 것에 바인더(조립제)를 첨가하여 조립하는 것에 의하여 얻어지는 것이다. 도 21(c)의 HC는 섬유상이다.As shown to Fig.21 (b), (c), it is obtained by adding and granulating a binder (granulator) to what mixed HC to LC. HC of FIG. 21 (c) is fibrous.

(3) 코팅에 의하여 얻어지는 분립체 (3) powder obtained by coating

도 21(d)에 나타나 있는 것과 같이, LC에 HC를 코팅하는 것에 의하여 얻어지는 것이다. 이 코팅 수단에 대하여는, 메끼, 진공증착 등 표면피복수단으로서 공지의 것을 채용하는 것이 가능하다.As shown in Fig. 21 (d), it is obtained by coating HC on LC. As this coating means, it is possible to employ a known one as a surface coating means such as a catfish or vacuum deposition.

(4) 코팅에 의하여 얻어지는 것을 조립하여 얻는 분립체(4) powder obtained by assembling what is obtained by coating

도 21(e)에 나타나 있는 것과 같이, LC에 메키 등의 코팅수단에 의하여 HC를 코팅한 것(도 21(d) 참조)에 바인더(조립제)를 첨가하여 조립한 것에 의하여 얻어 지는 것이다.As shown in Fig. 21 (e), it is obtained by adding a binder (assembling agent) to the LC coated with HC by coating means such as Meki (see Fig. 21 (d)) and granulating.

(5) 조립하여 얻어지는 것에 코팅하는 것에 의하여 얻는 분립체(5) Granular material obtained by coating what is obtained by granulation

도 21(f) (g) (h)에 나타나 있는 것과 같이, 조립하여 얻어지는 것(도 21(b), (c), (e) 참조)에 HC를 코팅하는 것에 의하여 얻어지는 것이다.As shown in Fig. 21 (f) (g) and (h), it is obtained by coating HC on what is obtained by granulation (see Figs. 21 (b), (c) and (e)).

본 발명에 있어서, 활물질의 분립체의 고정층은 도 21(a)~(h)에 예시된 것과 같은 분립체를 장전한 층이고, 그 장전물인 분립체가 정지하여 있는 것이 좋고, 도 22에는 분립체의 고정층의 일예의 일부를 확대하여 나타낸다. 도 22는 조립물(도 21(b) 참조)의 간극(間隙)에 혼합물(도 21(a) 참조)이 존재하는 경우를 나타낸다.In the present invention, the fixed layer of the granular material of the active material is a layer loaded with the granular material as illustrated in FIGS. 21A to 21H, and the granular material as the loaded material is preferably stopped. A part of an example of the fixed layer of is enlarged and shown. FIG. 22 shows a case where a mixture (see FIG. 21 (a)) exists in the gap of the granulated material (see FIG. 21 (b)).

이와 같은 활물질의 분립체를 장전한 고정층을 형성하는 것에 의하여, 고정층의 전자 전도성이 양호하게 되고, 고출력으로 방전시키는 것이 가능하다.By forming the fixed layer which loaded the granulated material of such an active material, the electronic conductivity of a fixed layer becomes favorable and it is possible to discharge at high output.

전자 전도성이 낮은 물질로서는, 예를 들어, 수산화니켈 또는 수소흡장합금 등을 들 수 있다.As a substance with low electron conductivity, nickel hydroxide, a hydrogen storage alloy, etc. are mentioned, for example.

전자 전도성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 탄소입자, 니켈입자, 니켈박, 탄소섬유 또는 섬유상 니켈 등을 들 수 있다.As a substance with high electronic conductivity, carbon particle | grains, nickel particle, nickel foil, carbon fiber, fibrous nickel, etc. are mentioned, for example.

바인더로서는, 예를 들어, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌초산비닐코폴리머(EVA), 폴리스티렌 등을 사용하는 것이 가능하다.As the binder, for example, polytetrafluoroethylene, polypropylene, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), polystyrene, or the like can be used.

분립체의 크기는, 도 21(b) (c) (e)에 나타난 바와 같이, 조립에 의하여 얻어지는 것인 경우, 약 10㎛ ~ 약 10mm의 직경의 것이 바람직하다.As shown in Fig. 21 (b), (c) and (e), the size of the granular material is preferably about 10 µm to about 10 mm in diameter when obtained by granulation.

상기의 본 발명의 전지에 있어서, 활물질인 분립체와 접촉하는 집전장치를 봉상(棒狀), 판상 및 관상(管狀)중 어느 것으로 하는 것도 가능하다(도 1 ~ 도 3 참조).In the battery of the present invention described above, the current collector in contact with the granular material as the active material may be any of a rod, plate, and tubular shape (see FIGS. 1 to 3).

또한, 이들 본 발명의 전지에 있어서, 셀 내에, 전지내의 반응 온도를 일정하게 하기 위한 전열면을 설치하는 것이 바람직하다. 전열면으로서는, 활물질인 분립체와 접촉하는 관상의 집전체 및 판상의 집전체의 어느 것을 사용하는 것도 가능하다(도 7, 도 8 참조).Moreover, in the battery of these invention, it is preferable to provide the heat-transfer surface for making constant reaction temperature in a battery in a cell. As the heat transfer surface, it is also possible to use any of the tubular current collector and plate-shaped current collector that come into contact with the granular material as the active material (see FIGS. 7 and 8).

또한, 이들 본 발명의 전지에 있어서, 셀에 각각, 열화한 활물질인 분립체를 셀로부터 뽑아내기 위한 발출(拔出)수단 및 활물질인 분립체를 셀에 공급하기 위한 공급수단을 접속하는 것이 바람직하다(도 9, 도 10 참조).Further, in the batteries of the present invention, it is preferable to connect the extraction means for extracting the granular material, which is the degraded active material, from the cell, and the supplying means, for supplying the granular material, which is the active material, to the cell, respectively. (See FIG. 9, FIG. 10).

이 경우, 발출수단에, 뽑아낸 활물질인 분립체를 재생하는 재생수단 및 활물질인 분립체를 보충하는 메이크 업(make-up) 수단의 적어도 어느 것을 접속하여, 재생되거나 또는 새롭게 바꾸어진 활물질로 이루어지는 분립체가 공급수단으로부터 셀 내에 공급되도록 하는 것이 가능하다(도 9 참조).In this case, at least one of a regeneration means for regenerating the granulated material that is the extracted active material and a make-up means for replenishing the granular material that is the active material is connected to the extraction means, and is composed of the regenerated or newly changed active material. It is possible for the powder to be fed into the cell from the supply means (see FIG. 9).

또한, 발출수단에, 뽑아낸 활물질인 분립체를 열화학반응 또는 전기화학반응에 의하여 충전상태의 분립체로 변화시키는 반응수단을 접속하고, 충전상태로 된 활물질의 분립체가 공급수단으로부터 셀 내로 공급되도록 하는 것이 가능하다(도 10 참조).In addition, the extraction means is connected to a reaction means for changing the powder of the extracted active material into a charged powder by thermochemical or electrochemical reaction, so that the powder of the charged active material is supplied from the supply means into the cell. It is possible (see FIG. 10).

또한, 이들 본 발명의 전지에 있어서, 음극측의 활물질인 분립체를 수소흡장합금으로 이루어지는 분립체로 하고, 양극측의 활물질인 분립체를 수산화니켈로 이루어지는 분립체로 하는 것이 가능하다(도 6 참조).In addition, in the batteries of the present invention, it is possible to make the granular material, which is the active material on the negative electrode side, as a granule made of a hydrogen storage alloy, and the granular material, which is the active material on the positive electrode side, to a granule made of nickel hydroxide (see Fig. 6). .

또한, 이들 본 발명의 전지에 있어서, 음극측의 활물질인 분립체를 수소흡장 합금으로 이루어지는 분립체로 하고, 음극측에 도입되는 기체를 수소로 하며, 양극측의 활물질인 분립체를 수산화니켈로 이루어지는 분립체로 하고, 양극측에 도입되는 기체를 산소 또는 공기로 하는 것이 가능하다(도 11 참조).In the batteries of the present invention, the granular material of the negative electrode side is made of a hydrogen absorbing alloy, the gas introduced into the negative electrode is made of hydrogen, and the granular material of the positive electrode is made of nickel hydroxide. It is possible to set it as powder and to make oxygen or air into the gas introduced in the anode side (refer FIG. 11).

본 발명의 전지에 관한 개량점의 포인트는 하기에 기재된 바와 같다. Points of improvement of the battery of the present invention are as described below.

(1) 스케일 업이 가능하다.(1) Scale up is possible.

전지를 흐르는 전류는 반응물질의 표면적에 비례한다. 그래서, 활물질을 분립체로 하여 전지를 만들면, 셀 중에 분립체를 넣은 전지가 구성된다. 즉, 활물질을 분립체로 하여 전지를 만들면, 전지구조는 3차원적으로 되고, 예를 들어, 1 리터에 1W의 전지라면, 1m 입방으로 하면 1kW, 10m 입방으로 하면 1000kW, 100m 입방으로 하면 100만kW의 전지로 되어, 스케일 업이 가능하게 된다.The current flowing through the cell is proportional to the surface area of the reactants. Therefore, when a battery is made using the active material as a granule, a battery in which the granule is placed in the cell is constituted. In other words, if the battery is made with the active material as a powder, the battery structure becomes three-dimensional. For example, if the battery is 1W per liter, 1kW for 1m cubic, 1000kW for 10m cubic, 1 million for 100m cubic. It becomes a kW battery, and scale up is attained.

또한, 활물질을 분립체로 하여 전지를 만들면, 스케일 장점이 발휘된다.Moreover, when a battery is made with the active material as a granule, the scale advantage is exhibited.

예를 들어, 종래의 전지가 1kW에 10만엔이라면, 100만kW로 하는 것에는 100만개가 필요하게 되어 100억엔으로 되지만, 본 발명의 전지에서는, 스케일 장점, 즉, 스케일이 커지게 되면 제작 단가가 감소하는 효과가 발휘되어, 1억엔 정도로 만드는 것이 가능하다. For example, if a conventional battery is 100,000 yen for 1 kW, 1 million kW is required to be 1 million, resulting in 10 billion yen. However, in the battery of the present invention, when the scale is increased, that is, the scale becomes large, the production cost is increased. The effect that decreases is exhibited, and it is possible to make about 100 million yen.

(2) 열화한 활물질·촉매의 재생이나 바꿈 등이 가능하다.(2) It is possible to regenerate or change the deteriorated active material and catalyst.

활물질·촉매는 분립체로 하여 전해질 용액(전해액) 중에 고정층으로서 장전한다. 그리고, 활물질·촉매의 분립체가 열화한 경우는 발출하고, 재생하거나, 새로운 활물질·촉매로 바꾸거나, 또는 열화학반응이나 전기화학반응으로 충전상태로 되돌리고, 다시 공급하는 구조로 한다. 예를 들어, 활물질·촉매의 분립체를 셀로부터 관에 의하여 전해액과 함께 슬러리로서 발출하고, 분립체를 전해액과 분리하여서, 재생 또는 새로운 제품으로 추가 등을 하여 다시 전해액으로 혼합하고, 슬러리로 하여 슬러리 펌프로 전지에 공급한다.The active material and catalyst are charged as a fixed layer in an electrolyte solution (electrolyte solution) as a granular material. And when the granule of an active material and a catalyst deteriorates, it is taken out, and it regenerates, it changes into a new active material and a catalyst, or returns to a charged state by thermochemical reaction or an electrochemical reaction, and supplies it again. For example, the powder of the active material and the catalyst is extracted from the cell as a slurry together with the electrolyte by a tube, and the powder is separated from the electrolyte, and regenerated or added as a new product, and then mixed with the electrolyte again to obtain a slurry. The battery is fed to the slurry pump.

예를 들어, 종래의 전지는, 소형의 것에서 약 500회의 방충전이 가능하고, 대형의 것에서 연속 8000시간 정도로 작동하지만, 활물질·촉매의 순환 재생이나 메이커 업 등에 의하여, 통상 활물질·촉매가 최고의 상태로 유지되므로, 전지의 수명은 전지설비의 수명으로 되어, 전지의 수명을 약 50배에서 약 100배로 연장하는 효과가 있다.For example, a conventional battery can be charged and discharged about 500 times in a small one, and operates for about 8000 hours in a large one. However, the active material and the catalyst are usually in the best state due to circulating regeneration of the active material and the catalyst or a maker up. Since the life of the battery becomes the life of the battery equipment, the battery life is extended from about 50 times to about 100 times.

(3) 전지내에 전열면이 설치될 수 있다.(3) A heat transfer surface may be provided in the battery.

활물질·촉매는 분립체로 하여 고정층으로 하고 이 중에 전열면을 설치한다. 전지내에 설치한 전열면의 전열은 분립체와 3차원적으로 행해지므로, 전열 면적이 작아도 좋다. 전지내에 설치한 전열면에 의하여 전지내의 반응 온도를 일정하게 하는 것이 가능하도록 되어, 온도가 높아지게 되면 자기 방전율이 증가하고, 역으로 온도가 낮아지게 되면 반응 속도가 늦어지게 된다는 전지특성에 대응할 수 있게 된다. 또한, 회수한 열 및 냉열을 냉난방이나 발전에 이용하는 것이 가능하게 되어 에너지 발전 효율, 에너지 이용율이 증가하는 효과가 있다.An active material and a catalyst are used as a granule, and it is used as a fixed layer, and a heat-transfer surface is provided in this. Since the heat transfer of the heat transfer surface provided in the battery is performed three-dimensionally with the powder, the heat transfer area may be small. The heat transfer surface provided in the battery makes it possible to keep the reaction temperature in the battery constant. As the temperature increases, the self discharge rate increases, and conversely, when the temperature decreases, the reaction rate becomes slow. do. In addition, it is possible to use the recovered heat and cold heat for cooling and heating or power generation, thereby increasing the energy generation efficiency and energy utilization rate.

(4) 에너지 밀도를 크게하는 것이 가능하다. (4) It is possible to increase the energy density.

전지를 흐르는 전류는 반응 물질의 표면적에 비례한다. 그래서, 활물질을 분립체로 하여 전지를 만든다. 활물질을 분립체로 하여 전지를 만들면 표면적이 증가 하는데, 예를 들어, 1m3의 분립체에 약 300000m2의 표면적으로 되어 에너지 밀도가 높아지게 된다. 또한, 예를 들어, 종래의 전지가 막의 면적 1m2에 1W이라면, 3000kW의 전지를 만드는 경우, 면적 1m2에 폭 0.1m의 막상전지 300만개가 필요하게 되고, 300000m3의 크기로 된다. 본 발명의 전지에는, 이와 같은 출력의 전지가, 예를 들어, 입자경 1㎛의 분체를 사용한다면, 약 10m3의 크기로 되고, 에너지밀도가 30000배로 되어, 에너지 밀도를 크게하는 효과가 있다.The current flowing through the cell is proportional to the surface area of the reactant material. Thus, a battery is made using the active material as a powder. In the body the active material powder create a battery it may increase the surface area, for example, is a surface area of about 300000m 2 for powder and granular material of 1m 3, the greater the energy density. For example, if a conventional battery is 1 W in 1 m 2 of a film, when making a 3000 kW battery, 3 million membrane-shaped batteries having a width of 0.1 m are required in an area of 1 m 2 , and the size is 300000 m 3 . In the battery of this invention, when the battery of such output uses the powder of 1 micrometer of particle diameters, for example, it becomes about 10 m <3> , the energy density becomes 30000 times, and there exists an effect which enlarges an energy density.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 삼차원 구조의 전지는, 이온은 통과하지만 전기를 통과시키지 않는 부재를 사이에 두고 접속시킨 한 벌의 셀 상에, 일방의 셀에 전해질 용액을 충전시킨 것과 함께 해당 전해질 용액중에 전자를 방출하는 활물질로 이루어지는 분립체를 투입하여 고정층을 형성시키고, 타방의 셀에 전해질 용액을 충전하는 것과 함께 해당 전해질 용액중에 전자를 흡수하는 활물질로 이루어지는 분립체를 투입하여 고정층을 형성시켜 이루어지는 단전지의 복수조를, 상기 셀간의 격벽을 겸용하고 또한 상기 분립체에 접촉하는 도전성의 집전부재를 사이에 두어 직렬로 연결하여 일체가 되도록 하고, 양단의 셀에 분립체와 접촉하고 또한 양극 전극 또는 음극 전극을 겸용한 집전체를 설치하여 적층형 삼차원 전지를 구성한 것을 특징으로 하고 있다(도 14 ~ 도 19 참조).In addition, in the battery of the three-dimensional structure according to the present invention for achieving the above object, one cell is filled with an electrolyte solution on a set of cells connected through a member that allows ions to pass but does not pass electricity. In addition to this, a granular material composed of an active material that emits electrons is added to the electrolyte solution to form a fixed layer, and the other cell is filled with an electrolyte solution, and a granulated material composed of an active material that absorbs electrons is added to the electrolyte solution. And a plurality of sets of unit cells formed by forming a fixed layer so as to be integrally connected in series with a partition wall between the cells and a conductive current collector member in contact with the granular material therebetween to be integrated. And a current collector in which both the positive electrode and the negative electrode are used together to form a stacked three-dimensional battery. And that the features (see Fig. 14 ~ Fig. 19).

또한, 본 발명의 삼차원 전지는, 셀내에 전해질 용액을 가득 채우고, 이 전해질 용액 중에 전자를 방출하는 활물질로 이루어지는 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체, 및 전자를 흡수하는 활물질로 이루어지는 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체를 설치하여 이루어지는 단전지의 복수조를, 상기 셀간의 격벽을 겸용하고 또한 상기 분립체에 접촉하는 도전성의 집전부재를 사이에 두고 직렬로 연결하여 일체가 되도록 하고, 양단의 셀에 분립체와 접촉하고 또한 양극 전극 및 음극 전극을 겸용한 집전체를 설치하여 적층형 삼차원 전지를 구성한 것을 특징으로 하고 있다(도 20 참조).In addition, the three-dimensional battery of the present invention is filled with an electrolyte solution in a cell, and a porous body containing a granular material consisting of an active material releasing electrons in the electrolyte solution as a fixed layer, and a granular material consisting of an active material absorbing electrons as a fixed layer. A plurality of sets of unit cells formed by storing the porous body housed therein are connected to each other in series with a partition between the cells and electrically conductive current collectors in contact with the granular material so as to be integrated, and separated into cells at both ends. A stacked type three-dimensional battery is constructed by providing a current collector that is in contact with a sieve and also serves as a positive electrode and a negative electrode (see FIG. 20).

이들의 전지에 있어서, 활물질의 분립체에 대하여는, 도 21(a)~(h)에 도시되어 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 분립체를 이용하는 것에 의하여, 활물질의 분립체를 장전한 고정층의 전자전도성이 양호하게 되고, 높은 출력으로 방전시키는 것이 가능하다. 상기의 구성을 가지는 본 발명의 삼차원 전지에 의하면, 전지의 용량(전력량)의 증대는 각 셀의 용적을 증가시키는 것에 의하여 대응 가능하다. 즉, 1리터의 용적에 1W의 전력을 발생하도록 한다면, 용적을 1m3로 증가시켜서 1kW의 전력이 얻어지고, 10m3으로 증가시켜서 10kW의 전력이 얻어진다. 이를 위하여, 스케일 업에 의한 제조 비용상의 장점이 발휘된다. 즉, 종래의 전지가 10W에 1만엔으로 한다면, 10kW에는 1000만엔으로 되지만, 본 발명의 전지는 스케일 업을 하면 할 수록 제조 단가가 감소하므로, 100만엔의 약 1/100 정도로 제조할 수 있도록 된다.In these batteries, it is preferable to use what is shown to FIG. 21 (a)-(h) with respect to the granular material of an active material. By using such a granular material, the electroconductivity of the fixed layer which loaded the granular material of an active material becomes favorable, and it is possible to discharge at high output. According to the three-dimensional battery of the present invention having the above configuration, an increase in the capacity (power amount) of the battery can be coped by increasing the volume of each cell. That is, if 1W of power is generated in a volume of 1 liter, the volume is increased to 1 m 3 to obtain 1 kW of power, and to 10 m 3 to obtain 10 kW of power. To this end, an advantage in manufacturing cost due to scale up is exerted. In other words, if the conventional battery is 10,000 yen for 10W, it is 10 million yen for 10kW, but the manufacturing cost of the battery of the present invention decreases as the scale is increased, so that about 1/100 of 1 million yen can be manufactured. .

한편, 전압은 셀에 장전되는 활물질의 분립체(종래의 일반적인 전극에 상당)의 종류(재료)에 의하여 결정되고, 예를 들어 금속납(鉛)과 이산화납을 이용하는 경우에는 2.4V 이후의 전압으로 되므로, 12V 이상의 전압이 필요한 경우에는 단전지를 5개~6개 직렬로 연결할 필요가 있다. 그러나, 본 발명에 의하면, 중간에 위치하는(양단을 제거함) 단전지는 양(兩)극과도 집전부재의 재질을 공통으로 할 수 있고, 게다가 종래의 전지와는 달리 양극과 음극의 전극을 설치할 필요가 없으므로, 셀(단전지) 간의 격벽을 도전성의 집전부재로 구성하는 것에 의하여 전기적으로 또한 구조적으로 직렬로 연결하는 것이 가능하다. 또한, 격벽의 두깨를 꽤 얇게(예를 들어, 0.5mm로)하고, 면적은 넓게(예를 들어 127mm×127mm로)하는 것이 가능하고, 게다가 전류는 격벽의 두께 방향으로 흐르므로, 대용량이 거의 저항없이 흐르고, 전력 손실이 극히 작아진다.On the other hand, the voltage is determined by the type (material) of the granular material (corresponding to a conventional general electrode) of the active material loaded in the cell. For example, when using metal lead and lead dioxide, the voltage after 2.4 V is used. If more than 12V is required, 5 ~ 6 single cells need to be connected in series. However, according to the present invention, the unit cell positioned in the middle (removing both ends) can have the same material of the current collector member as the positive electrode, and unlike the conventional battery, the electrodes of the positive electrode and the negative electrode are provided. Since there is no need, the partition wall between cells (unit cells) can be electrically and structurally connected in series by configuring a conductive current collector member. In addition, it is possible to make the thickness of the bulkhead quite thin (for example, 0.5 mm) and the area to be wide (for example, 127 mm x 127 mm), and the current flows in the thickness direction of the bulkhead, so that the large capacity is almost It flows without resistance, and the power loss is extremely small.

더욱이, 2조의 단전지를 격벽을 사이에 두고 직접 연결(직결)할 수 있으므로, 복수조의 단전지를 직렬로 또한 적층상으로 연결하고, 전지 전체의 용적을 최소한으로 억제하여 소형화를 도모하는 것이 가능하다.Furthermore, since two sets of single cells can be directly connected (directly connected) with a partition wall therebetween, a plurality of sets of single cells can be connected in series and in a stacked form, and the volume of the entire battery can be minimized to minimize the size.

더욱이, 본 발명의 삼차원 전지에서는, 활물질의 분립체가 막구조의 종래의 전지의 막(전지본체)의 작용을 하고, 전지를 흐르는 전류는 활물질의 표면적에 비례하도록 되지만, 이들의 분립체는 전해질 용액중에 고정층을 형성하고 있고, 모든 분립체의 총표면적은 종래의 막구조의 전지에 비하여 수천배에서 수만배로 되므로, 에너지 밀도가 수천배에서 수만배로 된다. 또한, 활물질의 분립체는 전해질 용액(납전지에서는 희유산(希硫酸))에 투입하여 고정층으로서 사용하고 있기 때문에, 열화한 경우에는 전해질 용액과 분리 또는 전해질 용액과 함께 분립체를 교환하는 것에 의하여 재생화를 도모하는 것이 가능하고, 전지의 수명이 큰 폭으로(거의 50배 에서 100배로) 늘어난다.Furthermore, in the three-dimensional battery of the present invention, the granular material of the active material functions as a membrane (cell body) of a conventional battery having a membrane structure, and the current flowing through the battery is proportional to the surface area of the active material. A fixed layer is formed therein, and the total surface area of all the granules is several thousand to tens of thousands of times compared to a battery having a conventional film structure, and thus the energy density is several thousand to tens of thousands. In addition, since the granular material of the active material is added to an electrolyte solution (a rare acid in lead batteries) and used as a fixed layer, when deteriorated, the granular material is separated from the electrolyte solution or exchanged with the electrolyte solution. It is possible to achieve regeneration, and battery life is greatly increased (almost 50 to 100 times).

또한, 이들 삼차원 전지에 있어서, 집전부재 또는 집전체로부터 셀내로 향하여 도전성의 스터드(stud)를 일체로 돌출되도록 설치하는 것이 가능하다. 이에 의하여 구성되는 삼차원 전지에 의하면, 집전부재 또는 집전체와 분립체와의 사이의 접촉면적이 큰 폭으로 증대하고, 접촉 저항이 저감하므로, 각 셀 간의 거리(직렬 방향의 간격)를 확대할 수 있고, 전지의 용량을 큰 폭으로 증대할 수 있다.Moreover, in these three-dimensional batteries, it is possible to provide so that a conductive stud may project integrally from the current collector member or the current collector into the cell. According to the three-dimensional battery constituted thereby, the contact area between the current collector member or the current collector and the granular material is greatly increased, and the contact resistance is reduced, so that the distance between the cells (the gap in the series direction) can be increased. And the capacity of the battery can be greatly increased.

본 발명의 전지는 상기와 같이 구성되어 있으므로, 다음과 같은 효과를 준다.Since the battery of this invention is comprised as mentioned above, it has the following effects.

(1) 활물질을 분립체로 하여 셀 중에 분립체를 넣은 고정층식의 전지를 구성하는 것에 의하여, 간단한 구성으로 전지 구조는 3차원적으로 되고, 스케일 업이 가능하게 된다. 또한, 활물질을 분립체로 하여 전지를 구성하는 것에 의하여, 스케일 업이 커지게 되면 제작 단가가 감소하는 것에 의하여 스케일 장점이 발휘된다.(1) By constructing a fixed bed type battery in which the active material is used as the granular material and the granular material is put into the cell, the battery structure becomes three-dimensional and can be scaled up in a simple configuration. In addition, by constructing a battery using the active material as a granular material, when the scale up becomes large, the scale advantage is exhibited by the reduction in the manufacturing cost.

(2) 활물질·촉매로 이루어지는 분립체가 열화한 경우는 뽑아내고, 재생하거나, 새로운 활물질·촉매로 바꾸거나, 또는 열화학반응이나 전기화학반응으로 충전상태로 되돌려서 다시 공급하는 구성으로 하는 것에 의하여, 보통의 활물질·촉매가 최고의 상태로 유지되는 것이므로, 전지의 수명은 전지 설비의 수명으로 되고, 전지 수명을 대폭 연장하는 것이 가능하다. (2) When the granular material of an active material and a catalyst deteriorates, it extracts and regenerates, replaces with a new active material and a catalyst, or returns to a state of charge by a thermochemical reaction or an electrochemical reaction, and supplies it again, Since normal active materials and catalysts are maintained in the best state, the life of the battery becomes the life of the battery equipment and the battery life can be greatly extended.

(3) 전지내에 전열면을 설치하는 것이 가능하고, 전지내에 설치한 전열면에 의하여 전지내의 반응 온도를 일정하게 하는 것이 가능하게 되고, 온도가 높아지면 자기 방전율이 증가하고, 역으로 온도가 낮아지면 반응 속도가 느리게 된다는 전지 특성에 대응할 수 있게 된다. 또한, 회수한 열 및 냉열을 냉난방이나 발전에 이용하는 것이 가능하게 되어 에너지 발전 효율, 에너지 이용율이 증가한다.(3) It is possible to provide a heat transfer surface in the battery, and it is possible to make the reaction temperature in the battery constant by the heat transfer surface installed in the battery. It is possible to cope with battery characteristics that the reaction speed of the ground becomes slow. In addition, the recovered heat and cold heat can be used for cooling, heating and power generation, thereby increasing energy generation efficiency and energy utilization rate.

(4) 활물질을 분립체로 하여 전지를 구성하는 것에 의하여, 반응물질의 표면적이 증가하여 에너지 밀도가 커지게 된다.(4) By constructing a battery using the active material as a granular material, the surface area of the reactant material is increased to increase the energy density.

또한, 이상 설명한 것으로부터 명확한 것처럼, 본 발명에 관한 적층형 삼차원 구조의 전지에는 다음과 같은 우수한 효과가 있다.Moreover, as is clear from what was demonstrated above, the battery of the laminated three-dimensional structure which concerns on this invention has the following outstanding effects.

(1) 본 발명의 삼차원 전지에는, 전지의 용량(전력량)의 증대가 각 셀의 용적을 증가하는 것에 의해 대응할 수 있기 때문에, 스케일 업에 의한 제조 비용상의 장점이 발휘된다. 또한, 고정층식이므로, 구성을 간략화하는 것이 가능하다.(1) The three-dimensional battery of the present invention can cope with an increase in the capacity (power amount) of the battery by increasing the volume of each cell, so that an advantage in manufacturing cost due to scale up is exhibited. Moreover, since it is a fixed bed type, it is possible to simplify a structure.

(2) 또한, 전압은 셀에 분립상으로 장전되는 활물질의 종류(재료)에 의하여 결정되고, 큰 전압이 필요한 경우에는 단전지를 복수개 직렬로 연결할 필요가 있지만, 단전지의 양(兩)극과도 집전부재의 재질은 공통으로 할 수 있고, 게다가 종래의 전지와는 달리 양극이나 음극의 전극을 구성하지 않으므로, 셀(단전지)간의 간격을 전도성의 집전부재로 구성하는 것에 의하여, 전기적으로 또한 구조적으로 직렬로 접속하는 것이 가능하고, 두께를 얇게 할 수 있으므로, 전지 전체가 콤팩트하게 완성되어 소형화가 가능하도록 되며, 전류는 두께 방향으로 흐르므로, 대전류가 거의 저항없이 흐른다.(2) In addition, the voltage is determined by the type (material) of the active material loaded in the cell in the form of a powder, and when a large voltage is required, it is necessary to connect a plurality of single cells in series. In addition, the material of the current collecting member can be common, and unlike the conventional battery, since the electrode of the positive electrode and the negative electrode is not constituted, the gap between the cells (single cells) is constituted by the conductive current collecting member, so that Since the structure can be connected in series and the thickness can be made thin, the entire battery can be compactly compacted and can be miniaturized. Since the current flows in the thickness direction, a large current flows almost without resistance.

(3) 더욱이, 활물질의 분립체는, 막구조의 종래의 전지의 막(전지본체)의 작용을 하고, 전지를 흐르는 전류는 활물질의 표면적에 비례하는 것으로 되지만, 분립체는 전해질 용액중에 고정층을 형성하고 있어서, 모든 분립체의 총 면적은 종래 의 막구조의 전지에 비하여 수천배에서 수만배로 되므로, 파워 밀도가 수천배에서 수만배로 되는 것과 함께, 활물질의 분립체는 전해질 용액(납전지에서는 희유산)에 투입하여 혼합하여 사용하고 있기 때문에, 열화한 경우에는 전해질 용액과 함께 분립체를 교환하는 것에 의하여 재생을 도모하는 것이 가능하고, 전지의 수명을 대폭 연장할 수 있다.(3) Furthermore, the granular material of the active material acts as a membrane (cell body) of a conventional battery having a membrane structure, and the current flowing through the battery is proportional to the surface area of the active material, but the granular material forms a fixed layer in the electrolyte solution. In this case, the total area of all the granules is several thousand to tens of thousands of times that of the battery of the conventional membrane structure. Therefore, the power density is several thousand to tens of thousands of times. In the case of deterioration, regeneration can be achieved by exchanging the powder together with the electrolyte solution, and the life of the battery can be greatly extended.

(4) 집전부재 또는 집전체로부터 셀내로 향하여 도전성의 스터드를 설치하는 경우는, 집전부재 또는 집전체와 분립체와의 사이의 접촉면적이 대폭으로 증대하고, 접촉 저항이 저감하므로, 각 셀간의 거리(직렬 방향의 간격)를 확대할 수 있고, 전지의 용량을 대폭 증대할 수 있다.(4) In the case where a conductive stud is provided from the current collector member or the current collector into the cell, the contact area between the current collector member or the current collector and the granular material is greatly increased, and the contact resistance is reduced. The distance (interval in the serial direction) can be enlarged, and the battery capacity can be greatly increased.

도 1은 본 발명의 전지의 제 1 실시 형태를 나타내는 개략 단면 구성도이다.1 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a first embodiment of a battery of the present invention.

도 2는 본 발명의 전지의 제 2 실시 형태의 일예를 나타내는 개략 단면 구성도이다.2 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a second embodiment of a battery of the present invention.

도 3은 본 발명의 전지의 제 2 실시 형태의 다른예를 나타내는 개략 단면 구성도이다.It is a schematic sectional block diagram which shows the other example of 2nd Embodiment of the battery of this invention.

도 4는 본 발명의 전지의 제 3 실시 형태의 일예를 나타내는 개략 단면 구성도이다.4 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a third embodiment of a battery of the present invention.

도 5는 본 발명의 전지의 제 3 실시 형태의 다른예를 나타내는 개략 단면 구성도이다.5 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing another example of the third embodiment of the battery of the present invention.

도 6은 본 발명의 전지의 제 4 실시 형태를 나타내는 개략 단면 구성도이다.6 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a fourth embodiment of the battery of the present invention.

도 7은 본 발명의 전지의 제 5 실시 형태의 일예를 나타내는 개략 단면 구성도이다.7 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of the fifth embodiment of the battery of the present invention.

도 8은 본 발명의 전지의 제 5 실시 형태의 다른예를 나타내는 개략 단면 구성도이다.It is a schematic sectional block diagram which shows the other example of 5th Embodiment of the battery of this invention.

도 9는 본 발명의 전지의 제 6 실시 형태의 일예를 나타내는 개략 단면 구성도이다. 9 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of the sixth embodiment of the battery of the present invention.

도 10은 본 발명의 전지의 제 6 실시 형태의 다른예를 나타내는 개략 단면 구성도이다.10 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing another example of the sixth embodiment of the battery of the present invention.

도 11은 본 발명의 전지의 제 7 실시 형태를 나타내는 개략 단면 구성도이다.11 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a seventh embodiment of the battery of the present invention.

도 12는 본 발명의 전지의 제 8 실시 형태를 나타내는 개략 단면 구성도이다.It is a schematic sectional block diagram which shows 8th Embodiment of the battery of this invention.

도 13은 본 발명의 전지의 제 9 실시 형태를 나타내는 개략 단면 구성도이다.It is a schematic cross-sectional block diagram which shows 9th Embodiment of the battery of this invention.

도 14(a)는 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 1 실시 형태에 의한 실증 시험기의 일예를 나타내는 사시도, 도 14(b)는 같은 삼차원 전지를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다.Fig. 14A is a perspective view showing an example of an demonstration tester according to the first embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention, and Fig. 14B is a central longitudinal sectional view conceptually showing the same three-dimensional battery.

도 15는 도 14의 적층형 삼차원 전지의 실증 시험기의 조립전(분해상태)의 주요 부품의 일부를 나타내는 사시도이다.FIG. 15 is a perspective view showing a part of main components before assembling (disassembled state) of the demonstration tester of the stacked three-dimensional battery of FIG. 14. FIG.

도 16은 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 2 실시 형태를 개념적으로 나타 내는 중앙 종 단면도이다.FIG. 16 is a central longitudinal cross-sectional view conceptually illustrating a second embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention. FIG.

도 17은 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 3 실시 형태를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다.Fig. 17 is a central longitudinal sectional view conceptually showing the third embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention.

도 18은 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 4 실시 형태를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다.18 is a central longitudinal sectional view conceptually illustrating the fourth embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention.

도 19는 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 5 실시 형태의 요부를 나타내는 단면 구성 설명도이다.Fig. 19 is an explanatory cross-sectional view showing the main parts of a fifth embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention.

도 20은 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 6 실시 형태의 요부를 나타내는 단면 구성 설명도이다.20 is an explanatory cross-sectional view showing the main parts of a sixth embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention.

도 21(a)~(h)는 본 발명의 활물질의 분립체의 개념을 나타내는 도면이다.21 (a) to (h) are views showing the concept of the granular material of the active material of the present invention.

도 22는 본 발명의 활물질의 분립체를 장전한 고정층의 일예의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.It is a figure which expands and shows a part of an example of the fixed layer which mounted the granular material of the active material of this invention.

도 23은 종래의 일반적인 막구조의 전지를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다.Fig. 23 is a central longitudinal sectional view conceptually showing a battery of a conventional general membrane structure.

도 24는 종래의 일반적인 막구조의 긴 타입의 전지를 개념적으로 표시하는 중앙 종 단면도이다.24 is a central longitudinal sectional view conceptually showing a long type battery of a conventional general membrane structure.

도 25는 종래의 일반적인 막구조의 건지를 병렬로 접속한 상태를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다.Fig. 25 is a central longitudinal sectional view conceptually showing a state in which the Guernsey of a conventional general membrane structure is connected in parallel.

도 26은 종래의 일반적인 막구조의 전지를 직렬로 접속한 상태를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다. Fig. 26 is a central longitudinal cross sectional view conceptually showing a state in which batteries of a conventional general membrane structure are connected in series.

*주요 도면 부호의 간단한 설명** Short description of the major reference marks *

10, 10a : 이온 투과성 필터(분리기) 10, 10a: ion permeable filter (separator)

12 : 음극 셀 14 : 양극 셀12: cathode cell 14: anode cell

16 : 음극의 분립체 활물질 및 전해질 용액16: negative electrode powder active material and electrolyte solution

18 : 양극의 분립체 활물질 및 전해질 용액18: anode active material and electrolyte solution

20, 82 : 음극 집전기(음극 집전체) 22, 84 : 양극 집전기(양극 집전체)20, 82: negative electrode current collector (cathode current collector) 22, 84: positive electrode current collector (anode current collector)

30 : 판상 음극 집전기 32 : 핀상 양극 집전기30: plate-shaped cathode current collector 32: pin-shaped anode current collector

34 : 관상 음극 집전기 36 : 관상 양극 집전기34: tubular cathode current collector 36: tubular anode current collector

38 : 음극 집전기 40 : 양극 집전기38: cathode current collector 40: anode current collector

42 : 음극 집전기 겸 교반기 44 : 양극 집전기 겸 교반기42: negative electrode collector and agitator 44: positive electrode collector and agitator

48 : 수소흡장합금 및 전해질 용액 50 : 수산화니켈 및 전해질 용액48: hydrogen storage alloy and electrolyte solution 50: nickel hydroxide and electrolyte solution

52 : 음극 집전기 겸 전열관 54 : 양극 집전기 겸 전열관52: cathode collector and heat pipe 54: anode collector and heat pipe

56 : 음극 집전기 겸 전열판 58 : 양극 집전기겸 전열판56: negative electrode current collector and a heating plate 58: positive electrode current collector and a heating plate

60 : 분리기 62 : 재생기60: separator 62: player

64 : 혼합기 66 : 메이커 업용 분립체 호퍼64: mixer 66: powder hopper for maker up

68 : 반응기 70 : 연료 공급관68 reactor 70 fuel supply pipe

72 : 기체 공급관 74 : 셀72 gas supply pipe 74 cell

76 : 전해질 용액 76: electrolyte solution

78, 80 : 다공체로 이루어지는 자루(袋)78, 80: bags made of porous material

101. 101-1 ~ 101-3 : 적층형 삼차원 전지101. 101-1 to 101-3: stacked three-dimensional battery

102 : 단전지(이차전지) 103 : 양극 셀 102: unit cell (secondary battery) 103: positive electrode cell

104 : 음극 셀 104: cathode cell

105, 105a : 이온 투과성 필터(분리기)105, 105a: ion permeable filter (separator)

106 : 양극 집전체 107 : 집전부재 106: positive electrode current collector 107: current collector member

108 : 음극집전체 109 : 패킹108: negative electrode collector 109: packing

121 : 셀부재 123 : 볼트121: cell member 123: bolt

132, 133, 136 : 교반 수단 160 : 셀132, 133, 136: stirring means 160: cell

162, 164 : 다공체로 이루어지는 자루162, 164: bag made of porous body

166 : 음극 집전체 168 : 양극 집전체 166: negative electrode current collector 168: positive electrode current collector

n, h, A, B : 분립체(활물질) k, r : 전해질 용액n, h, A, B: powder (active material) k, r: electrolyte solution

이하, 본 발명의 전지의 실시의 형태에 대하여 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시의 형태에 어떻게든 한정되는 것은 아니며, 적정하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although embodiment of the battery of this invention is described, this invention is not limited to the following embodiment at all, It is possible to change suitably and to implement.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태를 나타내고 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 이온 투과성 필터(분리기)(10)를 사이에 두고 음극 셀(12), 양극 셀(14)이 설치되고, 음극 셀(12)에는 음극의 분립체 활물질 및 전해질 용액(16)이 장전되고, 양극 셀(14)에는 양극의 분립체 활물질 및 전해질 용액(18)이 장전되어 있다. 분립체 활물질은 전해질 용액중에 고정층으로서 존재하고 있다. 도 1 및 이후에 설명하는 도 2 내지 도 20에 있어서는, 편의상, 각 분립체 활물질의 크기는 같도록 하고 있지만, 실제로 각 분립체 활물질의 크기가 다른 것은 당연하다.1 shows a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an anode cell 12 and an anode cell 14 are provided with an ion permeable filter (separator) 10 interposed therebetween, and the anode cell 12 has an anode active material and an electrolyte solution ( 16) is loaded, and the anode active material 14 and the electrolyte solution 18 of the positive electrode are loaded in the positive cell 14. The granular active material is present as a fixed layer in the electrolyte solution. 2 and 20 to be described later, for convenience, the size of each powder active material is the same, but it is natural that the size of each powder active material is different.

음극과 양극의 분립체 활물질의 조합에 대하여는, 예를 들어, 수소흡장합금과 수산화니켈, 카드늄과 수산화니켈 등을 이용하는 것이 가능하다. 수소흡장합금의 구체예로서는, 일예로서, La0.3(Ce, Nd)0.15Zr0.05Ni3.8Co 0.8Al0.5 등을 들 수 있다. 또한, 전해질 용액으로서는, 예를 들어, KOH 수용액 등이 이용된다. 또한, 분리기(10)는 이온을 통하기 위한 필터이고, 분립체는 통과하지 않는 막이며, 예를 들어, 소소(素燒), 이온 교환수지막, 고분자 섬유 등이 이용된다.As the combination of the negative electrode and the positive electrode powder active material, for example, a hydrogen storage alloy and nickel hydroxide, cadmium, nickel hydroxide and the like can be used. As an example of a hydrogen storage alloy, La 0.3 (Ce, Nd) 0.15 Zr 0.05 Ni 3.8 Co 0.8 Al 0.5 etc. are mentioned as an example. In addition, as an electrolyte solution, KOH aqueous solution etc. are used, for example. The separator 10 is a filter for passing ions and a membrane through which the granules do not pass. For example, an element, an ion exchange resin membrane, a polymer fiber, or the like is used.

또한, 음극 셀(12), 양극 셀(14) 중에는, 각각 도전체로 이루어지는 음극 집전기(체)(20), 양극 집전기(체)(22)가 설치되어 있고, 집전기(20, 22)가 부하수단(방전의 경우) 또는 발전수단(충전의 경우)(26)과 접속된다. 또한, 28은 전해액 계면이다.In addition, in the cathode cell 12 and the anode cell 14, a cathode current collector (sieve) 20 and a cathode current collector (sieve) 22 each made of a conductor are provided, and the current collectors 20 and 22 are provided. Is connected to a load means (in the case of discharge) or a power generation means (in the case of charging) 26. 28 is an electrolyte solution interface.

다음으로, 본 실시 형태의 전지에 대하여 충전 및 방전을 상세히 설명한다.Next, the charge and discharge will be described in detail with respect to the battery of the present embodiment.

(충전)(charge)

전지에 전압을 걸고, 음극 집전기(20)에 의하여 전자를 공급한다. 전자는 음극 집전기(20)에 의하여 음극의 분립체 활물질에 직접 또는 분립체를 사이에 두고 이동하여 반응한다. 반응에 의하여 발생하는 이온은 분리기(10)를 통과하여 양극 셀(14)로 들어가고, 여기서 양극의 분립체 활물질과 반응하여 전자를 방출한다. 이 전자는 분립체를 사이에 두고, 또는 직접 양극 집전기(22)로 이동하여 발전수단(26)으로 보내진다. Voltage is applied to the battery, and electrons are supplied by the negative electrode current collector 20. The electrons are reacted by the negative electrode current collector 20 by being moved directly to the powder active material of the negative electrode or with the powder therebetween. The ions generated by the reaction pass through the separator 10 and enter the positive electrode cell 14, where they react with the particulate active material of the positive electrode to emit electrons. The electrons are transported to the power generating means 26 with the granular material interposed therebetween or directly moving to the positive electrode current collector 22.                 

(방전)(Discharge)

전지에 부하를 걸고, 음극 집전기(20)에 의하여 전자가 공급된다. 전자는 음극 셀(12)내에서 양이온화한 활물질이 방출하고, 음극 집전기(20)에 직접 또는 분립체를 사이에 두고 이동한다. 반응에 의하여 발생하는 이온은 분리기(10)를 통과하여 양극 셀(14)로 들어가고, 여기서 양극 분립체 활물질 및 전자와 반응한다. 전자는 분립체를 사이에 두고, 또는 직접 양극 집전기(22)로 이동하여 부하수단(26)에 공급된다.The battery is loaded and electrons are supplied by the negative electrode current collector 20. The electrons are discharged from the active material cationized in the negative electrode cell 12 and move directly to the negative electrode current collector 20 or sandwiched therebetween. The ions generated by the reaction pass through the separator 10 and enter the positive cell 14, where they react with the positive electrode granular active material and the electrons. The electrons are supplied to the load means 26 by being moved between the granules or directly to the positive electrode current collector 22.

도 2, 도 3은 본 발명의 전지의 제 2 실시 형태를 나타내고 있다. 도 2는 집전기와 활물질의 분립체와의 접촉 효율을 양호하게 하기 위하여, 음극 집전기 및 양극 집전기를, 각각, 판상 음극 집전기(30), 판상 양극 집전기(32)로 하여 접촉면적을 크게 한 것이다. 또한, 도 3은 집전기와 활물질의 분립체와의 접촉 효율을 좋게 하기 위하여, 음극 집전기 및 양극 집전기를, 각각, 관상 음극 집전기(34), 관상 양극 집전기(36)로 하여 접촉면적을 크게 한 것이다. 또한, 집전기의 표면적이 크게 되는 구성이라면 판상 및 관상 이외의 형상을 채용하는 것도 가능하다. 2 and 3 show a second embodiment of the battery of the present invention. 2 shows the contact area of the negative electrode current collector and the positive electrode current collector as the plate-shaped negative electrode current collector 30 and the plate-shaped positive electrode current collector 32, respectively, in order to improve the contact efficiency between the current collector and the granular material of the active material. Will be increased. In addition, in order to improve the contact efficiency of an electrical power collector and the granular material of an active material, FIG. 3 contacts a negative electrode collector and a positive electrode collector as the tubular cathode collector 34 and the tubular anode collector 36, respectively. The area is enlarged. In addition, as long as the surface area of a collector is large, it is also possible to employ shapes other than plate shape and tubular shape.

다른 구성 및 작용은 제 1 실시 형태의 경우와 같다. 도 4, 도 5는 본 발명의 제 3 실시 형태를 나타내고 있다. 도 4는 음극 접전기(38) 및 양극 집전기(40)를 고정층내에 설치한 것이다. 또한, 도 5는 음극 집전기(42) 및 양극 집전기(44)를, 각각, 모터 등(도시 생략)에 의하여 운전구동되는 교반기로 한 것이다. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. 4 and 5 show a third embodiment of the present invention. 4 shows the negative electrode contactor 38 and the positive electrode current collector 40 in a fixed bed. 5 shows the negative electrode collector 42 and the positive electrode collector 44 as a stirrer which is driven by a motor etc. (not shown), respectively.

도 4에 있어서, 각 셀(12, 14)내에는 우상(羽狀)의 교반기 등의 교반수단을 설치하는 것이 가능하다. In FIG. 4, it is possible to provide stirring means, such as a right-side stirrer, in each cell 12 and 14. As shown in FIG.                 

또한, 도 5에 표시되어 있는 것처럼, 음극 집전기 겸 교반기(42), 양극 집전기 겸 교반기(44)는, 활물질의 분립체를 교반하는 것과 함께 분립체와 직류적으로 접촉하는 기능을 겸하고 있다. 음극 집전기 겸 교반기(42), 양극 집전기 겸 교반기(44)로서는 모터 등(도시 생략)에 의하여 회전구동되는 우상의 교반기 등이 이용되지만 교반수단의 구성은 한정되는 것이 아니다.In addition, as shown in FIG. 5, the negative electrode current collector and the stirrer 42 and the positive electrode current collector and the stirrer 44 have a function of directly contacting the powder and the direct current while stirring the powder and the powder of the active material. . As the negative electrode current collector and the stirrer 42 and the positive electrode current collector and the stirrer 44, a stirrer, etc., rotated by a motor or the like (not shown) or the like is used, but the configuration of the stirring means is not limited.

다른 구성 및 작용은 제 1 실시 형태의 경우와 같다.Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

도 6은 본 발명의 전지의 제 4 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시의 형태는 활물질인 분립체로서, 음극측에 수소흡장합금, 양극측에 수산화니켈을 이용한 것이다.Fig. 6 shows a fourth embodiment of the battery of the present invention. In this embodiment, a granular material which is an active material is a hydrogen storage alloy on the negative electrode side and nickel hydroxide on the positive electrode side.

도 6에 나타나 있는 것처럼, 음극 셀(12)에 수소흡장합금으로 이루어지는 분립체 및 전해질 용액(48)이 장전되고, 양극 셀(14)에 수산화니켈로 이루어지는 분립체 및 전해질 용액(50)이 장전되어 있다. 수소흡장합금으로는, 예를 들어, La0.3(Ce, Nd)0.15Zr0.05Ni3.8Co0.8Al0.5 등이 이용된다. 또한, 전해질 용액으로는, 예를 들어, KOH 수용액 등이 이용된다.As shown in FIG. 6, the anode cell 12 is loaded with a granule made of a hydrogen storage alloy and an electrolyte solution 48, and the anode cell 14 is loaded with a granule made of nickel hydroxide and an electrolyte solution 50. It is. As the hydrogen storage alloy, La 0.3 (Ce, Nd) 0.15 Zr 0.05 Ni 3.8 Co 0.8 Al 0.5 and the like are used, for example. In addition, as an electrolyte solution, KOH aqueous solution etc. are used, for example.

본 실시 형태의 전지에 관한여 충전 및 방전을 상세히 설명한다.The charging and discharging of the battery of this embodiment will be described in detail.

(충전)(charge)

전지에 전압을 가하고, 음극 집전기(20)에 의하여 전자를 공급한다. 전자는 음극 집전기(20)에 의하여 음극의 분립체상의 수소흡장합금에 직접 또는 분립체를 사이에 두고 이동하여 다음의 반응을 일으킨다. M은 수소흡장합금이다. Voltage is applied to the battery and electrons are supplied by the negative electrode current collector 20. The electrons are moved to the hydrogen storage alloy on the granules of the negative electrode by the negative electrode current collector 20 directly or with the granules interposed therebetween to cause the following reaction. M is a hydrogen storage alloy.                 

M + xH2O + xe- → MHX + xOH- M + xH 2 O + xe - → MH X + xOH -

반응에 의하여 발생한 수산기이온은 분리기(10)를 통과하여 양극 셀(14)로 들어가고, 여기서 수산화니켈과 반응하여 다음의 반응이 일어나고 전자를 방출한다.The hydroxyl ions generated by the reaction pass through the separator 10 and enter the anode cell 14, where it reacts with nickel hydroxide to cause the following reaction and release electrons.

Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e- Ni (OH) 2 + OH - → NiOOH + H 2 O + e -

발생한 전자는 분립체를 사이에 두고, 또는 직접 양극 집전기(22)로 이동하여 발전수단(26)으로 보내진다.The generated electrons are transported to the power generating means 26 with the granular material interposed therebetween or directly moving to the positive electrode current collector 22.

(방전)(Discharge)

전지에 부하를 걸고, 음극 집전기(20)에 의하여 전자가 공급된다. 전자는 음극 셀(12)내에 수소흡장합금과 수산기가 반응하여 방출되고, 음극 집전기(20)에 직접 또는 수소흡장합금을 사이에 두고 이동한다. 전자는 양극 집전기(22)로부터 옥시수산화니켈로 이동하고, 옥시수산화니켈을 사이에 두고 또는 직접 이동하여 물과 반응하여, 수산화니켈과 수산기가 생성된다. 수산기는 분리기(10)를 통과하여 음극 셀(12)에 도입되고 수소흡장합금과 반응한다.The battery is loaded and electrons are supplied by the negative electrode current collector 20. The electrons are released by reaction between the hydrogen storage alloy and the hydroxyl group in the negative electrode cell 12 and move directly to the negative electrode current collector 20 or with the hydrogen storage alloy interposed therebetween. The electrons move from the anode current collector 22 to nickel oxyhydroxide and react with water by intercalating or directly moving nickel oxyhydroxide therebetween, thereby producing nickel hydroxide and hydroxyl groups. The hydroxyl group is introduced into the cathode cell 12 through the separator 10 and reacts with the hydrogen storage alloy.

다른 구성 및 작용은 제 1 실시 형태의 경우와 같다. 또한, 본 실시 형태의 전지는 제 2 실시, 제 3 실시 형태 및 후술하는 제 5 실시, 제 6 실시 형태의 구성으로 실시하는 것도 물론 가능하다.Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In addition, the battery of this embodiment can also be implemented with the structure of 2nd Embodiment, 3rd Embodiment, and 5th, 6th Embodiment mentioned later.

도 7, 도 8은 본 발명의 전지의 제 5 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시 형태는 전지내에 전열면을 설치하는 것과 함께, 전열면이 집전기의 기능을 겸비하도록 한 것이다. 또한, 전열면과 집전기를 별개로 설치하여 구성하는 것도 가능하다. 도 7에 도시된 것과 같이, 음극 셀(12)내에는 음극 집전기 겸 전열관(52)이 설치되고, 양극 셀(14)내에는 양극 집전기 겸 전열관(54)이 설치된다. 또한, 도 8에 나타나 있는 것처럼, 음극 셀(12)내에는 음극 집전기 겸 전열판(56)이 설치되고, 양극 셀(14)내에는 양극 집전기 겸 전열판(58)이 설치된다.7 and 8 show a fifth embodiment of the battery of the present invention. In this embodiment, the heat transfer surface is provided in the battery, and the heat transfer surface has a function of a current collector. In addition, it is also possible to configure the heat transfer surface and the current collector separately. As shown in FIG. 7, the negative electrode current collector and heat transfer pipes 52 are installed in the negative electrode cell 12, and the positive electrode current collector and heat transfer pipes 54 are installed in the positive electrode cell 14. In addition, as shown in FIG. 8, the negative electrode current collector and heat transfer plate 56 are provided in the negative electrode cell 12, and the positive electrode current collector and heat transfer plate 58 are provided in the positive electrode cell 14.

도 7을 참조하여, 본 실시 형태의 전지에 대하여 충전 및 방전을 상세히 설명한다.With reference to FIG. 7, the battery of this embodiment is demonstrated in detail charge and discharge.

(충전)(charge)

전지에 전압을 걸고, 음극 집전기(겸 전열관)(52)에 의하여 전자를 공급한다. 전자는 음극 집전기(52)에 의하여 음극의 분립체 활물질에 의하여 직접 또는 분립체를 사이에 두고 이동하여 반응한다. 반응에 의하여 발생하는 이온은 분리기(10)를 통과하여 양극 셀(14)로 들어가고, 여기서 양극의 분립체 활물질과 반응하여 전자를 방출한다. 이 전자는 분립체를 사이에 두고, 또는 직접 양극 집전기(겸 전열관)(54)로 이동하여 발전수단(26)으로 보내진다.A voltage is applied to the battery, and electrons are supplied by the negative electrode current collector (cumulative heat pipe) 52. The electrons are reacted by the negative electrode current collector 52 by being moved directly by the negative electrode active material of the negative electrode or between the fine particles. The ions generated by the reaction pass through the separator 10 and enter the positive electrode cell 14, where they react with the particulate active material of the positive electrode to emit electrons. The electrons are transported to the power generating means 26 by sandwiching the granules, or directly moving to the positive electrode current collector (cumulative heat pipe) 54.

상술한 것처럼, 집전기는 음극, 양극과도 전열관과 겸용이고, 분립체의 접촉에 의하여 전자와 열을 동시에 전달한다. 음극 집전기 겸 전열관(52), 양극 집전기겸 전열관(54)에는 물이나 공기 등의 열매체가 흐르고, 열회수, 열공급이 행해진다.As described above, the current collector is also used as a heat exchanger tube with the negative electrode and the positive electrode, and simultaneously transfers electrons and heat by the contact of the granular material. Heat medium such as water or air flows through the negative electrode current collector and heat transfer tube 52 and the positive electrode current collector and heat transfer tube 54 to perform heat recovery and heat supply.

(방전) (Discharge)                 

전지에 부하를 걸고, 음극 집전기(52)에 의하여 전자가 공급된다. 전자는 셀(12)내에서 양이온화한 활물질이 방출하고, 음극 집전기(52)에 직접 또는 분립체를 사이에 두고 이동한다. 반응에 의하여 발생한 이온은 분리기(10)를 통과하여 양극 셀(14)로 들어가고, 여기서, 양극의 분립체 활물질 및 전자와 반응한다. 전자는 분립체를 사이에 두고, 또는 직접 양극 집전기(54)로 이동하여 부하수단(26)으로 공급된다.The battery is loaded and electrons are supplied by the negative electrode current collector 52. The electrons are released by the active material cationized in the cell 12, and move directly to the negative electrode current collector 52 or with a granular material therebetween. The ions generated by the reaction pass through the separator 10 and enter the positive cell 14, where the positive electrode reacts with the active material and electrons of the positive electrode. The electrons are supplied to the load means 26 by moving to the positive electrode collector 54 with the powder in between.

도 8의 경우는, 집전기가 음극, 양극과도 중앙이 공동(空洞)으로 된 전열판과 겸용이고, 분립체의 접촉에 의하여 전자와 열을 동시에 전달한다. 음극 집전기 겸 전열판(56), 양극 집전기 겸 전열판(58)에는 물이나 공기 등의 열매체가 흐르고, 열회수, 열공급이 행해진다. 충전 및 방전의 상세는 도 7과 같다. 또한, 전열면의 형상은 관상 및 판상에 한정되는 것이 아니며 다른 형상을 채용하여도 좋다.In the case of Fig. 8, the current collector is also used as a heat transfer plate in which the current collector is also a cavity with the cathode and the anode, and simultaneously transfers electrons and heat by contact of the granular material. The negative electrode current collector and heat transfer plate 56 and the positive electrode current collector and heat transfer plate 58 flow heat medium such as water and air, and heat recovery and heat supply are performed. Details of the charge and discharge are shown in FIG. The shape of the heat transfer surface is not limited to tubular and plate shapes, and other shapes may be adopted.

다른 구성 및 작용은 제 1 실시 형태의 경우와 같다. 또한, 본 실시 형태의 구성은 제 2 실시, 제 3 실시 형태 및 후술하는 제 6 실시 형태의 구성과 조합하는 것도 가능하다.Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In addition, the structure of this embodiment can also be combined with the structure of 2nd Embodiment, 3rd Embodiment, and 6th Embodiment mentioned later.

도 9, 도 10은 본 발명의 전지의 제 6 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시의 형태는 활물질로 이루어지는 분립체를 셀로부터 뽑아내는 발출장치 및 활물질로 이루어지는 분립체를 셀에 공급하는 공급장치를 설치하고, 더욱이, 뽑아낸 분립체를 재생하는 장치, 분립체의 메이크 업(보충)을 행하는 장치, 뽑아낸 분립체 활물질을 열화학반응 또는 전기화학반응에 의하여 충전상태의 분립체 활물질로 변화시키는 장치 등을 설치한 것이 있다.9 and 10 show a sixth embodiment of the battery of the present invention. The present embodiment is provided with a device for extracting the granulated material composed of the active material from the cell, and a supply device for supplying the granular material composed of the active material to the cell, and further, a device for regenerating the extracted granular material, and make up of the granular material. An apparatus for (supplement) and an apparatus for changing the extracted powder active material into a powder-based powder active material by a thermochemical reaction or an electrochemical reaction may be provided.

우선, 본 실시 형태의 전지에 대하여 충전 및 방전을 상세히 설명한다.First, the charge and discharge will be described in detail with respect to the battery of the present embodiment.

(충전)(charge)

전지에 전압을 걸고, 음극 집전기(20)에 의하여 전자를 공급한다. 전자는 음극 집전기(20)에 의하여 음극의 분립체 활물질로 직접 또는 분립체를 사이에 두고 이동하여 반응한다. 반응에 의하여 발생하는 이온은 분리기(10)를 통과하여 양극 셀(14)로 들어가고, 여기서 양극의 분립체 활물질과 반응하여 전자를 방출한다. 이 전자는 분립체를 사이에 두고, 또는 직접 양극 집전기(22)로 이동하여 방전수단(22)으로 보내진다.Voltage is applied to the battery, and electrons are supplied by the negative electrode current collector 20. The electrons are reacted by the negative electrode current collector 20 by being moved directly to the powder active material of the negative electrode or with the powder therebetween. The ions generated by the reaction pass through the separator 10 and enter the positive electrode cell 14, where they react with the particulate active material of the positive electrode to emit electrons. These electrons are transported to the discharge means 22 by directly moving to the positive electrode current collector 22 with the powder in between.

(방전)(Discharge)

전지에 부하를 걸고, 음극 집전기(20)에 의하여 전자가 공급된다. 전자는 음극 셀(12)내에 양이온화한 활물질이 방출하고, 음극 집전기(20)에 직접 또는 분립체를 사이에 두고 이동한다. 반응에 의하여 발생한 이온은 분리기(10)를 통과하고 양극 셀(14)로 들어가고, 여기서 양극의 분립체 활물질 및 전자와 반응한다. 전자는 분립체를 사이에 두고, 또는 직접 양극 집전기(22)로 이동하여 부하수단(26)으로 공급된다.The battery is loaded and electrons are supplied by the negative electrode current collector 20. The electrons are discharged from the active material which has been cationized in the negative electrode cell 12, and move directly or negatively in the negative electrode current collector 20. The ions generated by the reaction pass through the separator 10 and enter the positive cell 14, where they react with the particulate active material and electrons of the positive electrode. The electrons are supplied to the load means 26 by moving to a positive electrode current collector 22 with the powder in between.

다른 구성 및 작용은 제 1 실시 형태의 경우와 같다. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

다음으로, 도 9를 참조하여, 본 실시 형태의 전지에 대하여 활물질(촉매)의 재생, 메이크 업을 상세히 설명한다. 또한, 도 9에는 음극측의 구성만을 도시하고 있지만, 같은 장치 등이 양극측에도 설치되어 있다.Next, with reference to FIG. 9, the regeneration and make up of an active material (catalyst) are demonstrated in detail about the battery of this embodiment. In addition, although only the structure of the cathode side is shown in FIG. 9, the same apparatus etc. are provided in the anode side.

도 9에 도시되어 있는 것처럼, 충방전에 의하여 열화한 활물질로 이루어지는 분립체는 전해질 용액(전해액)과 함께 슬러리로서 음극 셀(12)로부터 뽑아지고, 분리기(60)에서, 필요한 경우, 일부 또는 전부가 폐기된다. 전해액이 분리되고, 분리기(60)로부터 재생기(62)로 공급된 분립체는 재생기(62)에서 염산에 의한 세정 등의 산처리 등이 행해진다. 재생기(62)에서 재생 처리된 분립체는 혼합기(64)로 공급되고, 여기서 분리기(60)로부터 폐기된 분립체분에 상당하는 양의 새로운 분립체가 메이크 업용 분립체 호퍼(66)로부터 공급된다. 재생 및 메이크 업되는 분립체는 혼합기(64)에서 다시 전해액과 혼합되고, 슬러리로서 슬러리 펌프(도시 생략)로부터 음극 셀(12)로 공급된다. 또한, 전해액을 분리·혼합하는 구성은 도시를 생략하고 있다.As shown in FIG. 9, the granular material composed of the active material deteriorated by charging and discharging is taken out from the negative electrode cell 12 as a slurry together with the electrolyte solution (electrolyte solution), and in the separator 60, if necessary, part or all Is discarded. The electrolyte solution is separated, and the granular material supplied from the separator 60 to the regenerator 62 is subjected to acid treatment such as washing with hydrochloric acid in the regenerator 62. The granules regenerated in the regenerator 62 are supplied to the mixer 64, where new granules corresponding to the powders discarded from the separator 60 are supplied from the granule hopper 66 for make-up. The granulated material which is regenerated and made up is mixed with the electrolyte solution again in the mixer 64 and supplied as a slurry from the slurry pump (not shown) to the negative electrode cell 12. In addition, the structure which isolate | separates and mixes electrolyte solution is abbreviate | omitted.

또한, 도 10을 참조하여, 본 실시 형태의 전지에 대하여 반응에 의한 재생, 메이크 업을 상세히 설명한다. 또한, 도 10에서는 음극측의 구성만을 도시하고 있지만, 같은 장치 등이 양극측에도 설치되어 있다.In addition, with reference to FIG. 10, the regeneration and make up by reaction with respect to the battery of this embodiment are demonstrated in detail. In addition, although only the structure of the cathode side is shown in FIG. 10, the same apparatus etc. are also provided in the anode side.

도 10에 나타나 있는 것처럼, 충방전에 의하여 생성되는 분립체는 전해액과 함께 술러리로서 음극 셀(12)로부터 뽑아지고, 분리기(60)에서 필요한 경우는 일부 또는 전부가 폐기된다. 전해액이 분리되고, 분리기(60)로부터 반응기(68)로 공급된분립체는 반응기(68)에서 연료 공급관(70)으로부터 공급된 연료와 반응하고, 다시 방전할 수 있는 활물질로 된다. 반응기(68)에서 충전 상태로 된 분립체는 혼합기(64)로 공급되고, 여기서 분리기(60)로부터 폐기되는 분립체분에 상당하는 양의 새로운 분립체가 메이크 업용 분립체 호퍼(66)로부터 공급된다. 재생 및 메이크 업된 분립체는 혼합기(64)에서 다시 전해액과 혼합되고, 슬러리로서 슬러리 펌프(도시 생략)로부터 음극 셀(12)로 공급된다. 또한, 전해액을 분리·혼합하는 구성은 도시를 생략하고 있다.As shown in FIG. 10, the granules produced by charging and discharging are taken out from the negative electrode cell 12 as a slurry together with the electrolyte, and some or all of them are discarded if necessary in the separator 60. The electrolyte is separated, and the granules supplied from the separator 60 to the reactor 68 become an active material that can react with the fuel supplied from the fuel supply pipe 70 in the reactor 68 and discharge again. The charged granules in the reactor 68 are supplied to the mixer 64, where a new amount of granules equivalent to the powders discarded from the separator 60 is supplied from the powder hopper 66 for make-up. The regenerated and make-up granules are mixed with the electrolyte solution again in the mixer 64 and supplied as slurry to the negative electrode cell 12 from a slurry pump (not shown). In addition, the structure which isolate | separates and mixes electrolyte solution is abbreviate | omitted.

반응기(68)에서는, 예를 들어, 니켈수소전지의 경우, 다음의 반응이 행해진다.In the reactor 68, for example, in the case of a nickel hydrogen battery, the following reaction is performed.

M + x/ 2H2 → MHx M : 수소흡장합금 M + x / 2H 2 → MH x M: hydrogen absorption alloy

이에 의하여 충전시에 행하여지는 이하의 반응에서 생성되는 MHX와 함께 활물질이 생성된다.Whereby the active material is produced with X MH produced by the reaction is conducted in the following by charging.

M + xH20 + xe- → MHx + xOH- M + xH 2 0 + xe - → MH x + xOH -

양극의 반응기에는, 니켈수소전지의 경우, 산소 또는 공기에 의하여 다음의 반응이 행하여 진다.In the case of a nickel-metal hydride battery, the following reaction is performed in an anode reactor by oxygen or air.

Ni(OH)2 + 1/4O2 → NiOOH + 1/2H20Ni (OH) 2 + 1/4 O 2 → NiOOH + 1 / 2H 2 0

이에 의하여 충전시에 행해지는 이하의 반응에서 생성되는 NiOOH 와 같이 활물질이 생성된다. Thereby, an active material is produced like NiOOH produced | generated by the following reaction performed at the time of charge.

Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H20 + e- Ni (OH) 2 + OH - → NiOOH + H 2 0 + e -

또한, 본 실시 형태의 구성은 제 2 실시, 제 3 실시, 제 5 실시 형태의 구성과 적정하게 조합시키는 것도 가능하다.In addition, the structure of this embodiment can also be combined suitably with the structure of 2nd embodiment, 3rd embodiment, and 5th embodiment.

도 11은 본 발명의 전지의 제 7 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시 형태는 음극의 활물질로 이루어지는 분립체를 수소흡장합금으로 하고, 음극의 교반용 기체 를 수소로 하고, 양극의 활물질로 이루어지는 분립체를 수산화니켈로 하고, 양극의 교반용 기체를 산소 또는 공기로 한 것이다. 도 11에 나타나 있는 것처럼, 음극 셀(12)에는 수소흡장합금 및 전해질 용액(48)이 장전되고, 양극 셀(14)에는 수산화 니켈 및 전해질 용액(50)이 장전되어 있다. 72는 기체 공급관이다. 이 기체 공급관(72)에 의하여, 음극 셀(12)에는 수소가 공급되고, 양극 셀(14)에는 산소 또는 공기가 공급되어 있다. 또한, 수소흡장합금으로서는, 예를 들어, La0.3(Ce, Nd)0.15Zr0.05Ni3.8Co0.8Al0.5 등이 이용된다. 또한, 전해질 용액으로서는, 예를 들어, KOH 수용액 등이 이용된다.11 shows a seventh embodiment of the battery of the present invention. In this embodiment, the granular material comprising the active material of the negative electrode is a hydrogen storage alloy, the stirring gas of the negative electrode is hydrogen, the granular material of the positive electrode is nickel hydroxide, and the stirring gas of the positive electrode is oxygen or air. It is done. As shown in FIG. 11, the hydrogen storage alloy and the electrolyte solution 48 are loaded in the cathode cell 12, and the nickel hydroxide and electrolyte solution 50 are loaded in the cathode cell 14. 72 is a gas supply line. By the gas supply pipe 72, hydrogen is supplied to the cathode cell 12, and oxygen or air is supplied to the anode cell 14. As the hydrogen storage alloy, La 0.3 (Ce, Nd) 0.15 Zr 0.05 Ni 3.8 Co 0.8 Al 0.5 or the like is used, for example. In addition, as an electrolyte solution, KOH aqueous solution etc. are used, for example.

음극 셀(12)에서는 수소흡장합금(M) 및 전해질 용액(48) 중에 수소가 공급되는 다음의 반응이 일어난다.In the negative electrode cell 12, the following reaction occurs in which hydrogen is supplied into the hydrogen storage alloy M and the electrolyte solution 48.

M + x/ 2H2 → MHx M + x / 2H 2 → MH x

부하수단(26)의 부하를 걸어주면, 수소흡장합금에 흡장되어 있는 수소는 전해질 용액중의 수산기와 반응하여 전자와 물을 방출한다.When the load of the load means 26 is applied, hydrogen stored in the hydrogen storage alloy reacts with a hydroxyl group in the electrolyte solution to release electrons and water.

MHx + x0H- → M + xH2O + xe- MH x + x0H - → M + xH 2 O + xe -

방출되는 전자는 음극 집전기(20)에 직접 또는 수소 흡장 합금을 사이에 두고 이동한다. 전자는 음극 집전기(20)에 의하여 부하수단(26)을 통하고, 양극 집전기(22)로 이동한다. 전자는 양극집전기(22)로부터 옥시수산화니켈로 이동하고, 옥시수산화니켈을 사이에 두고, 또는 직접 이동하여 물과 반응하여, 수산화니켈과 수 산기가 생성된다. 수산기는 분리기(10)를 통과하여 음극 셀(12)에 도입되고, 수소흡장합금과 반응한다.The emitted electrons move directly to the negative electrode current collector 20 or with the hydrogen storage alloy interposed therebetween. Electrons move through the load means 26 by the negative electrode current collector 20 and move to the positive electrode current collector 22. The electrons move from the anode current collector 22 to nickel oxyhydroxide, and the nickel oxyhydroxide is interposed or directly moves to react with water to produce nickel hydroxide and hydroxyl groups. The hydroxyl group is introduced into the cathode cell 12 through the separator 10 and reacts with the hydrogen storage alloy.

NiOOH + H20 + e- → Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H 2 0 + e - → Ni (OH) 2 + OH -

양극 셀(14)에는 니켈수소전지의 경우, 산소 또는 공기에 의하여 다음의 반응이 행해진다.In the case of a nickel-metal hydride battery, the following reaction is performed on the positive electrode cell 14 by oxygen or air.

Ni(OH)2 + 1/4O2 → NiOOH + 1/2H2ONi (OH) 2 + 1/4 O 2 → NiOOH + 1/2 H 2 O

이에 의하여 충전시에 행하여지는 이하의 반응에서 생성되는 NiOOH와 같이 활물질이 생성된다.Thereby, an active material is produced like NiOOH produced | generated by the following reaction performed at the time of charge.

Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e- Ni (OH) 2 + OH - → NiOOH + H 2 O + e -

다른 구성 및 작용은 제 1 실시 형태의 경우와 같다. 또한, 본 실시 형태의 전지는 제 2 실시, 제 3 실시, 제 5 실시, 제 6 실시 형태의 구성으로 실시하는 것도 물론 가능하다.Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In addition, the battery of this embodiment can also be implemented with the structure of 2nd Embodiment, 3rd Embodiment, 5th Embodiment, and 6th Embodiment.

도 12는 본 발명의 전지의 제 8 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시 형태는 셀을 이온 투과성 분리기로 완전히 구분하지 않고, 셀 내의 상부에 있는 상태의 이온 투과성 분리기(10a)로 구분하여 구성되는 것이다. 다른 구성 및 작용은 제 1 실시 ~ 제 7 실시 형태의 경우와 같다.12 shows an eighth embodiment of the battery of the present invention. In this embodiment, the cell is not completely divided into ion permeable separators. Instead, the cell is divided into ion permeable separators 10a in a state in the upper part of the cell. Other configurations and operations are the same as those in the first to seventh embodiments.

도 13은 본 발명의 전지의 제 9 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시 형태는 셀(74)을 구분하지 않고, 셀 내에 전해질 용액(76)을 가득채우고, 이 전해질 용액(76) 중에 전자를 방출하는 활물질의 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체로 이루어지는 자루(78), 및 전자를 흡수하는 활물질의 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체로 이루어지는 자루(80)를 설치하고, 이들 자루(78. 80)에 활물질의 분립체와 접촉하는 도전체의 집전장치, 즉, 음극 집전기(82), 양극 집전기(84)가 설치되는 것이다. 자루 대신에 셀 상의 것 등을 이용하는 것이 가능하며, 그 형상은 묻지 않는다. 다공체로서는 발포니켈시트를 들 수 있다. 다른 구성 및 작용은 제 1 실시 ~ 제 7 실시 형태의 경우와 같다.Fig. 13 shows a ninth embodiment of the battery of the present invention. In this embodiment, the bag 74 is formed of a porous body filled with the electrolyte solution 76 in the cell, and the granular material of the active material releasing electrons in the electrolyte solution 76 is stored as a fixed layer without dividing the cell 74. ), And a bag 80 made of a porous body in which a granule of an active material absorbing electrons is accommodated as a fixed layer, and a current collector of a conductor that contacts the granules of the active material, ie, in these bags (78.80), The negative electrode collector 82 and the positive electrode collector 84 are provided. It is possible to use a cell or the like instead of a bag, and the shape does not matter. A porous nickel sheet is mentioned as a porous body. Other configurations and operations are the same as those in the first to seventh embodiments.

이하, 본 발명에 관한 삼차원 구조의 전지의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of the battery of the three-dimensional structure which concerns on this invention is described based on drawing.

도 14는 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 1 실시 형태에 의한 실증 시험기의 일예를 나타내는 사시도와 개략 단면도, 도 15는 그 조립전(분해상태)의 주요 부품의 일부를 나타내는 사시도이다. Fig. 14 is a perspective view and a schematic sectional view showing an example of an demonstration tester according to a first embodiment of a stacked three-dimensional battery of the present invention, and Fig. 15 is a perspective view showing a part of main components before assembly (disassembled state) thereof.

도 14에 나타나 있는 것처럼, 본 예의 적층형 삼차원 전지(101)는 니켈수소전지이고, 도 15와 같은 정방형상의 중앙 개구부(121a)를 두께 방향으로 관통하여 설치한 셀 부재(121) 2개를 한 벌로 하여, 본 예에서는 두 벌(합계 4개)의 셀 부재(121b)를 구비하고 있다. 각 셀 부재(121)의 일방의 면의 개구부(121a)의 주위에는, 얕은 (본 예에서는 깊이가 0.5mm의) 요상부(凹狀部)(121b)가 환상으로 형성되고, 셀부재(121·121)간에 대략 정방형의 내알칼리성 이온 투과성 분리기(본 예에서는 테플론성 분리기)(105)가 요상부(121b)내에 끼워 담아져(嵌裝) 있다. 셀 분리기(105)는 이온만을 통과시키지만, 활물질(n, h)이나 전기는 통과시키지 않는 막상체이고, 상기 이외에도 소소 판, 이온교환수지막, 유리 등이 이용된다. As shown in Fig. 14, the stacked three-dimensional battery 101 of this example is a nickel-metal hydride battery, with two cell members 121 installed through the central central opening 121a as shown in Fig. 15 in the thickness direction. In this example, two sets (four in total) of cell members 121b are provided. Around the opening part 121a of one surface of each cell member 121, a shallow concave portion 121b is formed in an annular shape in the annular form, and the cell member 121 is formed. An approximately square alkaline ion permeable separator (Teflon separator in this example) 105 is sandwiched in the concave portion 121b. The cell separator 105 is a membranous body which allows only ions to pass but does not pass through the active materials n and h and electricity. In addition to the above, an element plate, an ion exchange resin film, glass, and the like are used.

또한, 각 셀부재(121)의 상면에는, 개구부(121a)로 향하게 하고 상하로 관통하여 2개의 주액구(注液口)(121c)가 폭방향으로 간격을 두어 형성되고, 각 주액구(121c)에는 고무마개(122)가 착탈이 자유롭게 장착된다.In addition, two liquid inlets 121c are formed on the upper surface of each cell member 121 so as to face the opening 121a and penetrate up and down to be spaced apart in the width direction. The rubber stopper 122 is detachably attached thereto.

각 조의 셀내부재(121, 121)간의 요상부(121b)에는 대략 정방형으로 내알칼리성 및 도전성의 판상의 집전부재(본 예에서는 니켈판)(107)가 끼워 담아져 있다. 또한, 2조의 셀부재(121)의 양단에는, 내알칼리성에서 도전성의, 셀부재(121)와 동일한 폭으로 셀부재(121)보다도 높이가 높은 판상의 집전체(본 예에서는 니켈판)(106과 108)를 구비하고 있다. 개구부(121a)와 동일 형상의 개구부(109a)를 중앙부에 가지는 외형이 셀부재(121)와 공통인 고무제 패킹(109)이, 셀부재(121과 121)간 및 샐부재(121)와 집전체(106 또는 108)간에서 사이에 담아져 있다. 셀부재(121), 패킹(109) 및 집전체(106과 108)에는 두께 방향으로 관통하는 복수의 삽통공(121d, 109d, 106d, 108d)이 개구부(121a와 109a)의 주위에 주(周)방향으로 간격을 가지고 일체로 천설(穿設)되어 있다. 그리고, 복수의 삽통공(121d, 109d, 106d, 108d)에 비도전성의 볼트(123)가 일련하여 삽통되고, 볼트(123)의 선단 나사부(123a)에 너트(도시하지 않음)를 채워서 결합(螺合)하여 단단히 조여 있다. 또한, 좌단(양극)과 우단(음극)의 집전체(106과 108e) 상단부에는, 폭방향으로 간격을 두어 소공(小孔)(106e와 108e)이 천설되며, 본 예에서는 좌단과 우단의 집전체(106과 108)의 양단의 소공(106e와 108e)에 각각 양극 단자(124)와 음극 단자(125)가 장착되고, 배선(126과 127)의 일단이 접속되어 있다. Alkali-resistant and conductive plate-shaped current collectors (nickel plates in this example) 107 are sandwiched in the concave portion 121b between the inner cells 121 and 121 of each set. Further, at both ends of the two sets of cell members 121, a plate-shaped current collector (nickel plate in this example) having a height higher than that of the cell member 121 in the same width as that of the cell member 121 which is alkaline in conductivity and conductive. And 108). The rubber packing 109 having the same shape as that of the opening 121a and having the opening 109a at the center thereof is formed between the cell members 121 and 121 and between the cell members 121 and 121. It is contained between the whole 106 or 108. In the cell member 121, the packing 109, and the current collectors 106 and 108, a plurality of insertion holes 121d, 109d, 106d, 108d penetrating in the thickness direction are formed around the openings 121a and 109a. It is snow-covered integrally at intervals in the direction of). Then, a plurality of non-conductive bolts 123 are inserted into the plurality of insertion holes 121d, 109d, 106d, and 108d in series, and the nut (not shown) is filled in the tip threaded portion 123a of the bolt 123 to be coupled ( Are tightly tightened. Further, small holes 106e and 108e are laid at the upper ends of the current collectors 106 and 108e at the left end (anode) and the right end (cathode), with the left end and the right end in this example. The positive terminal 124 and the negative terminal 125 are attached to the small holes 106e and 108e at both ends of the whole 106 and 108, respectively, and one end of the wirings 126 and 127 are connected.                 

각 셀부재(121)내에는 주액구(121c)에 의하여 전해질 용액으로서의 수산화칼륨수용액(k)이 주입되고, 도 14(b)의 좌단측 셀내부재(121)로부터 순서대로 양극의 분립체 활물질로서의 수산화니켈(n), 음극의 분립체 활물질로서의 수소흡장합금(h), 양극의 분립체 활물질로서의 수산화니켈(n), 음극의 분립체 활물질로서의 수소흡장합금(h)이 수산화칼륨수용액(k)에 투입되어 있다. 이 결과, 도면의 좌단으로부터 우단에 걸쳐서 양극 셀(103), 음극 셀(104), 양극 셀(103), 음극 셀(104)이 순서대로 형성된다.A potassium hydroxide aqueous solution k as an electrolyte solution is injected into each cell member 121 by a liquid injection port 121c, and the powder active material of the positive electrode is sequentially formed from the left inner cell member 121 in FIG. 14B. Nickel hydroxide (n), hydrogen occlusion alloy (h) as a particulate active material of a negative electrode, nickel hydroxide (n) as a particulate active material of a positive electrode, and hydrogen occlusion alloy (h) as a particulate active material of a negative electrode are potassium hydroxide aqueous solution (k) It is put in. As a result, the anode cell 103, the cathode cell 104, the anode cell 103, and the cathode cell 104 are sequentially formed from the left end to the right end of the drawing.

상기와 같이 하여 적층형 삼차원 전지(101)가 구성되지만, 본 예의 전지(101)는 니켈 수소의 단전지(이차 전지)가 2개 직렬로 접속된 구조로 되어, 약 2.4V의 전압의 전지로 된다. 그래서, 전지(101)의 양극 단자(124)와 음극 단자(125)간에 2.4V 용 전구 등의 부하수단(130)을 배선(126과 127)에 의하여 접속한다. 충전상태에 있어서, 양극 단자(124)를 구비한 좌단의 양극 집전체(106)에 접촉하고 있는 양극 셀(103)내의 옥시수산화니켈(n)은 양극 집전체(106)로 전자(e-)를 받아들이고, 일련하여 접촉하고 있는 옥시수산화니켈(n)에 전자(e-)가 수소이온과 함께 공급되어 수산화니켈로 된다. 그리고, 음극 셀(104)내에는 수소흡장합금(h)이 전자(e-)와 수소이온(H+)을 방출하고, 이 수소이온이 이온 투과성 분리기(105)를 통하여 양극 셀(103)로 간다. 즉, NiOOH + H+ + e- →Ni(OH)2로 된다. Although the stacked three-dimensional battery 101 is configured as described above, the battery 101 of the present example has a structure in which two nickel-metal hydride cells (secondary batteries) are connected in series to form a battery having a voltage of about 2.4V. . Thus, the load means 130 such as a 2.4V light bulb is connected between the positive terminal 124 and the negative terminal 125 of the battery 101 by wirings 126 and 127. In the charged state, nickel oxyhydroxide (n) in the positive electrode cell 103 in contact with the left positive electrode collector 106 having the positive electrode terminal 124 is electron (e ) as the positive electrode current collector 106. Electrons (e ) are supplied together with hydrogen ions to nickel oxyhydroxide (n) which is in contact with each other in series and becomes nickel hydroxide. In the cathode cell 104, the hydrogen storage alloy h emits electrons e and hydrogen ions H + , and the hydrogen ions pass through the ion permeable separator 105 to the anode cell 103. Goes. That is, NiOOH + H + + e - is a → Ni (OH) 2.

MHX →M + xH+ + xe- M : 수소흡장합금MH X → M + xH + + xe - M: hydrogen absorption alloy

이어서, 전자(e-)는 수소흡장합금(h)의 접촉부를 통하여 제2단전지의 양극 셀(103)과의 격벽을 구성하는 집전부재(107)로 모아지고(집전됨), 제2단전지의 양극 셀(103)내의 옥시수산화니켈(n)은 전지부재(107)로부터 전자(e-)를 받아들여, 일련하여 접촉하고 있는 옥시수산화니켈(n)에 전자(e-)가 공급되어 수산화니켈로 된다. 그리고, 음극 셀(104)내로는 수소흡장합금(h)이 전자(e-)를 방출하여 수소이온(H+)이 생성된다. 음극 셀(104)내로 방출된 전자(e-)가 음극 집전체(108)에 집전되고, 음극 단자(125)로부터 배선(127)을 통하여 부하수단(130)으로 이동하고, 배선(126)에 의하여 양극 집전체(106)로 이동한다. 이에 의하여, 양극 집전체(106)의 양극 단자(124)에 의한 전류가 부하수단(130)으로 공급되고, 음극 집전체(108)의 음극 단자(125)로 흐른다. 이와 같이 하여서 1.2V×2(2.4V)의 전압이 발생한다.Subsequently, electrons (e ) are collected (collected) into the current collector member 107 constituting a partition wall with the positive electrode cell 103 of the second unit battery through the contact portion of the hydrogen storage alloy h. The nickel oxyhydroxide (n) in the positive electrode cell 103 of the battery receives electrons (e ) from the battery member 107, and electrons (e ) are supplied to the nickel oxyhydroxide (n) in series contact. It is made of nickel hydroxide. In addition, the hydrogen storage alloy h emits electrons e − in the cathode cell 104, thereby generating hydrogen ions H + . Electrons (e ) emitted into the negative electrode cell 104 are collected in the negative electrode current collector 108, move from the negative electrode terminal 125 to the load means 130 through the wire 127, and to the wire 126. The positive electrode current collector 106 moves to the positive electrode current collector 106. Thereby, the current by the positive electrode terminal 124 of the positive electrode current collector 106 is supplied to the load means 130, and flows to the negative electrode terminal 125 of the negative electrode current collector 108. In this manner, a voltage of 1.2 V x 2 (2.4 V) is generated.

한편, 삼차원 전지(101)로의 충전은 다음과 같은 태양으로 행해진다. 전지(101)에 충전기(131)에 의하여 소정의 전압을 가하고, 음극 집전체(108)(음극 단자(125))에 의하여 음극 셀(104)에 전자(e-)를 공급한다. 전자(e-)는 수소흡장합금(h)으로 이동하고, 이에 의하여 다음의 반응이 생기고 수산기이온이 발생한다.On the other hand, charging to the three-dimensional battery 101 is performed in the following aspects. A predetermined voltage is applied to the battery 101 by the charger 131, and electrons e are supplied to the negative electrode cell 104 by the negative electrode current collector 108 (negative electrode terminal 125). Electron (e -) is caused to move into the hydrogen absorbing alloy (h) and, thereby, the following reaction occurs hydroxyl ions.

M + xH2O + xe- → MHx + x0H- M : 수소흡장합금 M + xH 2 O + xe - → MH x + x0H - M: hydrogen storage alloy

음극 셀(104)내에 발생한 수산기이온(OH-)은, 이온 투과성 분리기(105)를 통하여 좌측의 양극 셀(103)내로 이동하고, 수산화니켈(n)과 다음과 같이 반응하여 전자(e-)를 방출한다.The hydroxyl ions (OH ) generated in the cathode cell 104 move into the anode cell 103 on the left side through the ion permeable separator 105, and react with nickel hydroxide (n) as follows to form electrons (e ). Emits.

Ni(OH)·2 + OH- →NiOOH + H2O + e- Ni (OH) · 2 + OH - → NiOOH + H 2 O + e -

양극 셀(103)내에는 방출된 전자(e-)가 집전부재(107)로 집전되고, 왼쪽 근처의 음극 셀(104)내의 수소흡장합금(h)으로 이동되어, 이에 의하여 상기식에 나타난 반응이 생기며, 수산기이온이 발생한다. 음극 셀(104)내에 발생한 수산기이온(OH-)은 이온 투과성 분리기(105)를 통하여 좌단의 양극 셀(103)내로 이동하고, 수산화니켈(n)과 상기 식과 같이 반응하여 전자(e-)를 방출한다. 전자(e-)는 양극 집전체(106)(양극 단자(124))에 집전되고 충전기(131)로 보내진다.In the anode cell 103, the emitted electrons (e ) are collected by the current collecting member 107 and are transferred to the hydrogen storage alloy (h) in the cathode cell 104 near the left side, whereby the reaction shown in the above formula is represented. Occurs, and hydroxyl ions are generated. The hydroxyl ions (OH ) generated in the cathode cell 104 move into the anode cell 103 at the left end through the ion permeable separator 105, and react with nickel hydroxide (n) as described above to form electrons (e ). Release. Electrons e are collected in the positive electrode current collector 106 (positive electrode terminal 124) and sent to the charger 131.

도 16은 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 2 실시 형태를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다.Fig. 16 is a central longitudinal sectional view conceptually showing the second embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention.

도 16에 나타난 바와 같이, 본 예의 삼차원 전지(101-1)는 납전지이고, 납단전지(102)를 6조 직렬로 연결한 구조로 이루어진다. 납단전지(102)는 중간부를 내산성의 이온 투과성 분리기(105)로 구분한 양극 셀(103)과 음극 셀(104)을 구비하고 있다. 좌단(제1조)의 단전지(102)의 양극 셀(103)의 좌단벽 및 우단(제6조)의 단전지(102)의 음극 셀(104)의 우단벽은, 각각 집전체(106, 108)로서의 내산성 도 전체(백금판 혹은 납판)의 측벽으로 이루어지고, 제1조의 단전지(102)의 음극 셀(104)의 우단벽 및 제6조의 단전지(102)의 양극 셀(103)의 좌단벽은 집전부재(107)로서의 내산성 도전체의 측벽(백금판 혹은 납판)으로 이루어진다. 또한 중간에 위치하는 4조의 단전지(102)는 각 조의 단전지(102)의 사이에 격벽을 겸한 집전부재(107)로서의 내산성 도전체(백금판 또는 납판)를 사이에 두고 직렬로 접속되는 것과 함께, 좌단(제1조) 및 우단(제6조)의 단전지(102)와도 집전부재(107)로서의 내산성 도전체의 측벽(백금판 혹은 납판)을 사이에 두고 직렬로 접속되어 있다.As shown in FIG. 16, the three-dimensional battery 101-1 of the present example is a lead battery, and has a structure in which the lead battery 102 is connected in series of six sets. The lead acid battery 102 is provided with the positive electrode 103 and the negative electrode 104 which divided the intermediate part into the acid-resistant ion permeable separator 105. As shown in FIG. The left end wall of the positive cell 103 of the unit cell 102 of the left end (Article 1) and the right end wall of the negative cell 104 of the unit cell 102 of the right end (Article 6) are respectively the current collector 106. , 108, which is formed of sidewalls of the entire acid resistance road (platinum plate or lead plate), and includes the right end wall of the negative electrode cell 104 of the first unit cell 102 and the positive cell 103 of the unit cell 102 of the sixth unit. The left end wall of) is made of the side wall (platinum plate or lead plate) of the acid resistant conductor as the current collector member 107. In addition, the four sets of unit cells 102 located in the middle are connected in series with the acid resistant conductor (platinum plate or lead plate) interposed between the sets of the unit cells 102 as the current collector member 107 serving as a partition. In addition, the unit cells 102 at the left end (Article 1) and the right end (Article 6) are also connected in series with a side wall (platinum plate or lead plate) of the acid resistant conductor serving as the current collector member 107 interposed therebetween.

각 셀(103, 104)내에는 공통의 전해질 용액으로서 본 예에서는 희유산 용액(황산 수용액)(r)이 충전되어 있다. 그리고, 양극 셀(103)내의 희유산 용액에는 이산화납(PbO2)의 분립체(A)가 투입되어 고정층이 형성되어 있다. 한편, 음극 셀(104)내의 희유산 용액에는 금속납(Pb)의 분립체(B)가 투입되어 고정층이 형성되어 있다.Each cell 103, 104 is filled with a common oil solution, in this example, a rare oil solution (sulfuric acid solution) r. In the dilute acid solution in the anode cell 103, a powder A of lead dioxide (PbO 2 ) is introduced to form a fixed layer. On the other hand, in the rare oil solution in the negative electrode cell 104, the powder B of metal lead (Pb) is thrown in, and the fixed layer is formed.

상기의 구성으로 이루어지는 제 2 실시 형태에 관한 삼차원 전지(101-1)는 다음과 같이 방전한다. 즉, 좌단의 양극 집전체(106)에 접촉하고 있는 양극 셀(103)은 집전체(106)로부터 전자를 받아들여서 이산화납(A)으로 전자가 공급되고, 반응하여 황산납(PbSO4)으로 되고, 이온이 발생한다.The three-dimensional battery 101-1 according to the second embodiment having the above configuration is discharged as follows. That is, the positive electrode cell 103 in contact with the positive electrode current collector 106 at the left end receives electrons from the current collector 106, and electrons are supplied to lead dioxide (A) and react with lead sulfate (PbSO 4 ). And ions are generated.

PbO2 + H2SO4 + 2H+ + 2e- → PbSO4 + 2H20 PbO 2 + H 2 SO 4 + 2H + + 2e - → PbSO 4 + 2H 2 0

다음으로, 양극 셀(103)내의 이온이 이온 투과성 분리기(105)에 의하여 음극 셀(104)내로 이동하고, 금속납(B)과 반응하여 전자를 방출하고, 산화되어 황산납으 로 된다.Next, ions in the anode cell 103 are moved into the cathode cell 104 by the ion permeable separator 105, react with the metal lead B to release electrons, and oxidize to lead sulfate.

Pb + H2SO4 → PbSO4 + 2H+ + 2e- Pb + H 2 SO 4 → PbSO 4 + 2H + + 2e -

음극 셀(104)내의 전자는 집전부재(107)로 집전되고, 왼쪽 근처의 양극 셀(103)내로 이동하여, 이산화납(A)으로 전자가 공급되고, 반응하여 황산납(PbSO4)으로 되어, 이온이 발생한다. 양극 셀(103)내의 이온이 이온 투과성 분리기(105)에 의하여 음극 셀(104)내로 이동하고, 금속박(B)과 반응하여 전자를 방출하고, 산화되어 황산납으로 된다. 이 반응이 각 단전지(102)에서 순차로 반복되고, 우단의 음극 집전체(108)로부터 전자가 부하수단(도시하지 않음)을 사이에 두고 좌단의 양극 집전체(106)로 이동하고, 역으로 양극 집전체(106)로부터 전류가 부하수단(130)(도 14)을 사이에 두고 우단의 음극 집전체(108)로 흐른다. 본 예의 경우에는, 약 13.6V의 전압이 생긴다. 또한, 집전체나 전극에는 내산성의 도전체라면 어떠한 것도 사용할 수 있고, 예를 들어 탄소나 도전성 폴리머이어도 좋다.The electrons in the negative electrode cell 104 are collected by the current collecting member 107, move into the positive electrode cell 103 near the left side, and the electrons are supplied to the lead dioxide (A) and react to form lead sulfate (PbSO 4 ). , Ions are generated. Ions in the anode cell 103 move into the cathode cell 104 by the ion permeable separator 105, react with the metal foil B to release electrons, oxidize, and become lead sulfate. This reaction is repeated sequentially in each unit cell 102, and electrons move from the negative electrode collector 108 at the right end to the positive electrode collector 106 at the left end with a load means (not shown) interposed therebetween. Thus, current flows from the positive electrode current collector 106 to the negative electrode current collector 108 at the right end with the load means 130 (FIG. 14) interposed therebetween. In this example, a voltage of about 13.6V is generated. In addition, as long as it is an acid-resistant conductor, any thing can be used for an electrical power collector and an electrode, for example, carbon and a conductive polymer may be sufficient.

도 17은 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 3 실시 형태를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다.Fig. 17 is a central longitudinal sectional view conceptually showing the third embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention.

도 17에 나타난 바와 같이, 본 예의 삼차원 전지(101-2)는 도 16의 제 2 실시 형태와 같고, 납전지이지만, 전지(101-2)를 축방향으로 관통하는 회전축(132)을 회전이 자유롭게 배치하고, 수동 혹은 회전구동장치(도시하지 않음)에 의하여 회전시킨다. 회전축(132)상의 각 셀(103, 104)내에 대응하는 위치에는 복수매의 교반 우근(羽根)(132a)을 직교하는 방향으로 돌출되도록 설치하고, 회전축(132)의 회전에 의하여 각셀(103, 104)내의 희유산 용액(r)을 이산화납(A) 또는 금속납(B)과 함께 교반할수 있도록 구성하고 있지만, 제 2 실시 형태의 전지(101-1)와 상이하다.As shown in FIG. 17, the three-dimensional battery 101-2 of this example is the same as the second embodiment of FIG. 16, but is a lead battery, but rotation of the rotating shaft 132 penetrating the battery 101-2 in the axial direction is not possible. Freely arranged and rotated by manual or rotary drive (not shown). At a position corresponding to each cell 103 or 104 on the rotating shaft 132, a plurality of stirring roots 132a are provided so as to protrude in a direction orthogonal to each other. Although the rare oil solution r in 104 is comprised so that it can be stirred with lead dioxide (A) or metal lead (B), it differs from the battery 101-1 of 2nd Embodiment.

따라서, 본 예의 삼차원 전지(101-2)에 의하면, 전극 분립체로서의 이산화납(A) 및 금속박(B)을 교반하는 것에 의하여, 각 전극 분립체(A, B)와 집전체(106, 108) 또는 집전부재(107)와의 접촉이 양호하게 되므로, 각 셀(103, 104)(셀부재(121), 도 14 참조)의 용량을 크게하는 것이 가능하고, 전력량의 증대가 도모된다. 또한, 황산납 입자의 부착을 방지할 수 있으므로, 집전체(106, 108) 및 집전부재(107)로 납판을 사용할 수 있다. 또한, 교반수단(132)을 구비하는 점을 제거하고, 제 2 실시 형태에 관한 전지(101-1)와 공통되므로, 제 2 실시 형태와 공통되는 부재와 동일한 부호를 사용하여 나타내고 설명을 생략한다.Therefore, according to the three-dimensional battery 101-2 of this example, each of the electrode granules A and B and the current collectors 106 and 108 are stirred by stirring lead dioxide (A) and metal foil (B) as electrode granules. Or the contact with the current collector member 107 becomes good, it is possible to increase the capacity of each cell 103, 104 (cell member 121, see Fig. 14), and the amount of power can be increased. In addition, since adhesion of lead sulfate particles can be prevented, a lead plate can be used for the current collectors 106 and 108 and the current collector member 107. In addition, since the point provided with the stirring means 132 is removed and it is common with the battery 101-1 which concerns on 2nd Embodiment, it shows using the same code | symbol as the member common to 2nd Embodiment, and abbreviate | omits description. .

도 18은 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 4 실시 형태를 개념적으로 나타내는 중앙 종 단면도이다.18 is a central longitudinal sectional view conceptually illustrating the fourth embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention.

도 18에 나타나 있는 바와 같이, 본 예의 삼차원 전지(101-3)는 도 14의 제 1 실시 형태와 같이 니켈수소이차전지로 이루어지지만, 양극 셀(103) 및 음극 셀(104)의 용량을 꽤 크게 한 것이다. 그 대신에, 집전체(106, 108) 및 집전부재(107)로부터 양극 셀(103) 혹은 음극 셀(104)내로 향하게 다수의 스터드(106a, 107a, 108a)를 각각 간격을 두고 길게 내어(張出) 설치하고 있다. 본예의 경우, 집전체(106, 108) 및 집전부재(107)에는 니켈판을 이용하므로, 스터드(106a, 107a, 108a)도 니켈판으로 일체로 형성하고 있다. 본 예의 전지(101-3)에 있어서는, 각 셀(103, 104)의 용적을 대폭으로 확대하지만, 전극 분립체(n, h)는 상기 스터드를 사이에 두어 집전체(106, 108) 및 집전부재(107)에 대하여 확실히 접촉하므로, 전기(전자/전류)를 충분히 전달하는 것이 가능하다. 또한, 본 예의 전지(101-3)에 제 3 실시 형태의 교반수단(132)을 조합시켜 사용하는 것이 가능하다.As shown in FIG. 18, the three-dimensional battery 101-3 of this example is made of a nickel hydride secondary battery as in the first embodiment of FIG. 14, but the capacitance of the positive electrode 103 and the negative electrode 104 is considerably increased. It was enlarged. Instead, the plurality of studs 106a, 107a, 108a are each extended apart from the current collectors 106 and 108 and the current collector member 107 into the positive cell 103 or the negative cell 104, respectively.出) is installed. In this example, since the nickel plates are used for the current collectors 106 and 108 and the current collector member 107, the studs 106a, 107a, and 108a are also integrally formed of a nickel plate. In the battery 101-3 of this example, the volume of each cell 103, 104 is greatly enlarged, but the electrode granules n, h have a current collector 106, 108 and a current collector with the studs interposed therebetween. Since the member 107 is reliably contacted, it is possible to sufficiently transmit electricity (electron / current). In addition, it is possible to use combining the stirring means 132 of 3rd Embodiment with the battery 101-3 of this example.

도 19는 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 5 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시 형태는 셀을 이온 투과성 분리기로 완전히 구분하지 않고, 셀 내의 상부를 연 상태의 이온 투과성 분리기(105a)로 구분하여 구성된 것이다. 다른 구성 및 작용은 제 1 실시 ~ 제 4 실시의 형태의 경우와 같다.Fig. 19 shows a fifth embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention. In this embodiment, the cell is not completely divided into ion permeable separators, and the upper part of the cell is divided into open ion permeable separators 105a. Other configurations and operations are the same as those in the first to fourth embodiments.

도 20은 본 발명의 적층형 삼차원 전지의 제 6 실시 형태를 나타내고 있다. 본 실시 형태는 셀(160)을 구분하지 않고, 셀내에 전해질 용액(r)을 가득 채우고, 이 전해질 용액(r)중에 전자를 흡수하는 활물질의 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체로 이루어지는 자루(162) 및 전자를 방출하는 활물질의 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체로 이루어지는 자루(164)를 설치하고, 이들 자루(162, 164)에 활물질의 분립체와 접촉하는 도전체의 집전장치, 즉, 양극 집전체(166), 음극 집전체(168)가 설치된 것이다. 자루의 대신으로 셀 상의 것 등을 이용하는 것이 가능하고, 그 형상은 묻지 않는다. 다공체로서는 발포니켈시트를 들 수 있다. 다른 구성 및 작용은 제 1 실시 ~ 제 4 실시의 경우와 같다.20 shows a sixth embodiment of the stacked three-dimensional battery of the present invention. The present embodiment does not distinguish the cell 160, and the bag 162 is made of a porous body in which the electrolyte solution r is filled in the cell, and the granular material of the active material absorbing electrons in the electrolyte solution r is stored as a fixed layer. ) And a bag 164 made of a porous body in which the granules of the active material emitting electrons are stored as a fixed layer, and the current collectors of the conductors contacting the granules of the active material, i.e., the anodes, in these bags 162 and 164. The current collector 166 and the negative electrode current collector 168 are provided. It is possible to use a thing on a cell etc. instead of a bag, and the shape does not matter. A porous nickel sheet is mentioned as a porous body. Other configurations and operations are the same as those of the first to fourth embodiments.

이상에서 본 발명의 삼차원 전지의 실시 형태를 설명하였지만, 더욱이 하기와 같이 실시하는 것도 가능하다.As mentioned above, although embodiment of the three-dimensional battery of this invention was described, it can also be implemented as follows.

① 양극과 음극의 활물질 분립체를 조합시킨 것으로서는 상기 이외에도, 예를 들어 수산화니켈과 카드늄을 조합시키거나 수산화니켈과 철, 수산화니켈과 철카 바이드(Fe3C), 코발트(또는 망간)와 리튬 또는 수산화니켈과 아연을 조합시켜 사용하는 것이 가능하다.① In addition to the above, for example, a combination of the active material powder of the positive electrode and the negative electrode may be combined with nickel hydroxide and cadmium, or nickel hydroxide and iron, nickel hydroxide and iron carbide (Fe 3 C), cobalt (or manganese) and lithium. Alternatively, it is possible to use a combination of nickel hydroxide and zinc.

② 상기 실시 형태에는 단전지(102)를 도전성(내산성 또는 내알칼리성)의 도전부재(107)를 사이에 두고 2개 ~ 6개 직렬로 연결한 구조를 나타내지만, 요구되는 전압에 대응하여 어떠한 갯수로도 직렬로 연결하는 것이 가능하다.(2) In the above embodiment, the structure in which the unit cells 102 are connected in series of two to six in series with the conductive member 107 of conduction (acid resistance or alkali resistance) interposed therebetween, is any number corresponding to the required voltage. It is also possible to connect in series.

③ 전지의 용량에 대하여도 요구되는 전압 용량에 대응하여 셀부재(121)의 용적을 증대하고, 필요에 따라서 교반수단이나 스터드를 설치하는 것에 의하여 대응하는 것이 가능하다.(3) The volume of the cell member 121 can also be increased in response to the required voltage capacity of the battery, and it is possible to cope by providing a stirring means or a stud if necessary.

본 발명은 이상 설명한 것과 같이 구성되어 있으므로, 활물질을 분립체로 하여 셀 중에 분립체를 넣은 고정층식의 전지 및 스케일 업에 따른 여러가지 장점이 생기는 적층형 삼차원 전지에 적합하다.Since this invention is comprised as mentioned above, it is suitable for the fixed bed type battery which put granular material in the cell using an active material as a granular material, and the laminated three-dimensional battery which produces various advantages according to scale up.

Claims (15)

이온이 통과하는 부재를 사이에 두고 접속된 2개의 셀의 일방의 셀 내의 전해질 용액 중에, 전자를 방출하는 활물질의 분립체이고, 전자 전도성이 높은 물질을 함유 또는 표면에 전자 전도성이 높은 물질을 코팅하여 이루어지는 분립체가 고정층으로서 장전되고, 타방의 셀 내의 전해질 용액 중에, 전자를 흡수하는 활물질의 분립체이고, 전자 전도성이 높은 물질을 함유 또는 표면에 전자 전도성이 높은 물질을 코팅하여 이루어지는 분립체가 고정층으로서 장전되고, 2개의 셀 내에 활물질인 분립체와 접촉하는 도전체의 집전장치가 설치되고, 상기 고정층에서는 상기 활물질의 분립체를 인접한 활물질의 분립체와 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는 전지.In an electrolyte solution in one cell of two cells connected through a member through which ions pass, a granular material of an active material that emits electrons, and contains a material having high electron conductivity or coating a material having high electron conductivity on its surface. Powder is formed as a fixed layer, and in the electrolyte solution in the other cell, the powder is a powder of an active material that absorbs electrons, and the powder is formed by coating a material having high electron conductivity or coating a material having high electron conductivity on the surface thereof. And a current collector for a conductor that is charged and contacts with the granules as active materials in two cells, and wherein the fixed layer makes the granules of the active materials contact with the granules of adjacent active materials. 제 1 항에 있어서, 활물질의 분립체가 다공체인 것을 특징으로 하는 전지.The battery according to claim 1, wherein the powder of the active material is a porous body. 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 활물질인 분립체와 접촉하는 집전장치가, 봉상, 판상 및 관상의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지.The battery according to claim 1 or 2, wherein the current collector that comes into contact with the granular material as the active material is any of a rod, a plate, and a tubular shape. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 셀 내에 전지내의 반응 온도를 일정하게 하기 위한 전열면을 설치한 것을 특징으로 하는 전지.The battery according to claim 1 or 2, wherein a heat transfer surface for providing a constant reaction temperature in the battery is provided in the cell. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 전열면이 활물질인 분립체와 접촉하는 관상의 집전체 및 판상의 집전체의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지.A battery, wherein the heat transfer surface is any one of a tubular current collector and a plate current collector in contact with the granular material as the active material. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 셀에 각각, 열화한 활물질인 분립체를 셀로부터 뽑아내기 위한 발출수단 및 활물질인 분립체를 셀에 공급하기 위한 공급수단을 접속한 것을 특징으로 하는 전지.The battery according to claim 1 or 2, wherein the cell is connected with extraction means for extracting the deteriorated granular material from the cell and supply means for supplying the granular material, which is an active material, to the cell, respectively. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 발출수단에, 뽑아낸 활물질인 분립체를 재생하는 재생수단 및 활물질인 분립체의 보충을 행하는 메이크 업 수단의 적어도 어느 하나를 접속하여, 재생되거나, 또는 새롭게 바꾸어진 활물질의 분립체가 공급수단으로부터 셀 내에 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 전지.At least one of the regeneration means for regenerating the granulated material which is the extracted active material and the make-up means for replenishing the granular material which is the active material is connected to the extraction means, and the granulated material of the regenerated or newly changed active material is supplied from the cell. A battery characterized by being supplied to the inside. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 발출수단에, 뽑아낸 활물질인 분립체를 열화학반응 또는 전기화학반응에 의하여 충전 상태의 분립체로 변화시키는 반응 수단을 접속하여, 충전 상태로 된 활물질의 분립체가 공급수단으로부터 셀 내로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 전지.The extraction means is connected with a reaction means for changing the granulated material, which is the extracted active material, into a granular material in a charged state by a thermochemical reaction or an electrochemical reaction, so that the granular material of the active material in a charged state is supplied into the cell from the supply means. Battery. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 음극측의 활물질인 분립체가 수소흡장합금의 분립체이고, 양극측의 활물질인 분립체가 수산화니켈의 분립체인 것을 특징으로 하는 전지.The battery according to claim 1 or 2, wherein the granular material which is an active material on the negative electrode side is a granule of hydrogen storage alloy, and the granular material which is an active material on the positive electrode side is a granule of nickel hydroxide. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 음극측의 활물질인 분립체가 수소흡장합금의 분립체이고, 음극측에 도입되는 기체가 수소이며, 양극측의 활물질인 분립체가 수산화니켈의 분립체이고, 양극측에 도입되는 기체가 산소 또는 공기인 것을 특징으로 하는 전지.The granular material as claimed in claim 1 or 2, wherein the granular material as the active material on the negative electrode side is a granule of hydrogen storage alloy, the gas introduced into the negative electrode side is hydrogen, and the granular material as the active material on the positive electrode side is granular material of nickel hydroxide. The gas introduced into the side is oxygen or air. 이온은 통과하지만 전기를 통과시키지 않는 부재를 사이에 두고 접속된 한 벌의 셀상에, 일방의 셀에는 전해질 용액을 충전하는 것과 함께 해당 전해질 용액 중에, 전자를 방출하는 활물질의 분립체이고, 전자 전도성이 높은 물질을 함유 또는 표면에 전자 전도성이 높은 물질을 코팅하여 이루어지는 분립체를 투입하여 고정층을 형성시키고, 타방의 셀에 전해질 용액을 충전하는 것과 함께 해당 전해질 용액 중에, 전자를 흡수하는 활물질의 분립체이고, 전자 전도성이 높은 물질을 함유 또는 표면에 전자 전도성이 높은 물질을 코팅하여 이루어지는 분립체를 투입하여 고정층을 형성시키고, 이들 2개의 고정층을 가지는 단전지의 복수조를, 상기 셀간의 격벽을 겸용하고 또한 상기 분립체에 접촉하는 도전성의 집전부재를 사이에 두고 직렬로 연결하여 일체가 되도록 하고, 양단의 셀에 분립체와 접촉하고 또한 양극전극 및 음극전극을 겸용한 집전체를 설치하며, 상기 고정층에서는 상기 활물질의 분립체를 인접한 활물질의 분립체와 접촉하도록 하여 적층형 삼차원 전지를 구성한 것을 특징으로 하는 전지.One cell is filled with an electrolyte solution and connected to a set of cells connected through a member that passes ions but does not pass electricity, and is a granule of an active material that emits electrons in the electrolyte solution. A powder containing a high substance or coating a substance having high electron conductivity on a surface thereof is added to form a fixed layer, and the other cell is filled with an electrolyte solution, and the active material which absorbs electrons in the electrolyte solution is separated. And a granular material containing a substance having high electron conductivity or coating a substance having high electron conductivity on a surface thereof to form a fixed layer, and a plurality of sets of unit cells having these two fixed layers are formed. By connecting in series with a conductive current collecting member which is also used in contact with the powder To form a sieve, and to contact the granules at both ends of the cell, and to install a current collector that combines the positive electrode and the negative electrode. The battery characterized by the above-mentioned. 셀내에 전해질 용액을 가득 채우고, 전자를 방출하는 활물질의 분립체이고, 전자 전도성이 높은 물질을 함유 또는 표면에 전자 전도성이 높은 물질을 코팅하여 이루어지는 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체와, 전자를 흡수하는 활물질의 분립체이고, 전자 전도성이 높은 물질을 함유 또는 표면에 전자 전도성이 높은 물질을 코팅하여 이루어지는 분립체를 고정층으로서 수납한 다공체의 2개의 다공체를 상기 전해질 용액중에 설치하여 이루어지는 단전지의 복수조를, 상기 셀간의 격벽을 겸용하고 또한 상기 분립체에 접촉하는 도전성의 집전부재를 사이에 두어 직렬로 연결하여 일체가 되도록 하고, 양단의 셀에 분립체와 접촉하고 또한 양극전극 및 음극전극을 겸용한 집전체를 설치하며, 상기 고정층에서는 상기 활물질의 분립체를 인접한 활물질의 분립체와 접촉하도록 하여 적층형 삼차원 전지를 구성한 것을 특징으로 하는 전지.It is a granule of an active material which fills an electrolyte solution in a cell, and discharge | releases an electron, The porous body which accommodated as a fixed layer the granule which contains the substance with high electron conductivity, or coats the substance with high electron conductivity on the surface, and absorbs an electron A plurality of unit cells comprising a porous body of a porous body which is a granular material of an active material and contains a porous material containing a material having high electronic conductivity or coating a material having high electronic conductivity on its surface as a fixed layer in the electrolyte solution. The tank serves as a unit by interposing a partition wall between the cells and a conductive current collecting member in contact with the powder in series so as to be integrated, and in contact with the powder at both ends of the cell. A current collector is used, and in the fixed layer, the powder of the active material is adjacent to the active material. And in contact with the powder and granular material of the battery, characterized in that configured a multi-layer three-dimensional battery. 삭제delete 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 집전부재 또는 집전체로부터 셀내로 향하여 도전성의 스터드를 일체로 돌출되도록 설치한 것을 특징으로 하는 전지. The battery according to claim 12 or 13, wherein a conductive stud is provided so as to protrude integrally from the current collector member or the current collector into the cell.
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