KR20020053807A - 재 충전식 니켈-아연 전지 - Google Patents

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Abstract

니켈 기재 양극과 아연 기재 음극을 갖는 재 충전식 전기 화학 전지를 개시한다. 상기 양극은 수산화 니켈 페이스트로 코팅된 니켈 포움과 같은 다공성 니켈 물질을 포함한다. 상기 음극은 겔화된 아연과 수산화 아연 혼합물을 포함한다. 상기 전지는 KOH와 LiOH를 포함하는 전해액을 추가로 포함한다.

Description

재 충전식 니켈-아연 전지{RECHARGEABLE NICKEL-ZINC CELLS}
평판형 전지 형태의 알칼라인 니켈-아연 전지는 일반적으로 공지되어 있으나, 주로 아연 전극의 제한된 수명으로 인해 지금까지 상업적인 중요성을 얻지 못하였다. 아연 전극의 열화는 전극의 형태 변화, 아연 수지상 결정의 성장 및 전극의 부식에 의해 야기된다. 아연의 용해도를 감소시키고 이에 의해 전극의 임의의 형태 변화를 감소시키기 위해서, 알칼리도가 낮고 음극 첨가제로서 KF 및 K2CO3및 Ca(OH)2를 함유하는 전해액을 사용하여 전지를 제조하여 왔다. 평판형의 밀폐된 니켈-아연 전지에서 수지상 결정의 형성은 임의의 생성된 수지상 결정이 상기 시스템 중에 존재하는 산소에 의해 급속하게 산화되기 때문에 대개는 제거된다. 니켈-아연 전지 시스템의 일반적인 특징들이 문헌[M. Klein and F. McLarnon, "Nickel-Zinc Batteries", D. Linden(ed.), Handbook of Batteries, Chapter 29, McGraw-Hill, Inc., NY, 1995]에 요약되어 있으며 Ni-Zn 전지의 역사와 개발은 제이 진드라(J. Jindra, J. Power Sources, 66, 15(1997))에 의해 재 검토되고 있다. 이들 문헌의 내용은 본 발명에 참고로 인용되어 있다.
Ni-Zn 전지 시스템은 하기의 반응식에 따른다:
2NiOOH + Zn + 2H2O ⇔ 2Ni(OH)2+ Zn(OH)2
상기 주 전류-발생 과정 이외에, 다수의 와류 반응들이 일어날 수도 있다. 충전 주기의 끝(즉 대략 70 내지 80%의 충전 상태) 및 전지의 과 충전(니켈 전극의 양호한 충전 허용을 위해 필요함) 중에 산소 방출이 일어나는 것으로 밝혀졌다. 음극에 쉽게 접근할 수 있는 경우 산소를 상기 아연 전극에서 직접적으로 재결합시키거나 또는 보조 전극을 통합시켜 재결합을 향상시킬 수 있다. 주기의 반복 후에, 아연 전극에서 수소 방출이 또한 일어날 수 있다. 생성되는 수소 량을 최소화시키기 위해서, 충분한 과잉의 ZnO를 제공해야 한다. 일반적으로 약 2 내지 3의 Zn:Ni 비를 확립시켜야 한다. 더욱 또한, 알칼리성 매질에서의 아연의 부식을 방지하기 위해서 부식 억제제, 예를 들어 In, Pb, Hg 또는 유기 화합물들을 첨가해야 한다.
니켈-아연 전지에서 상이한 유형의 니켈 전극들, 즉 소결, 비 소결 및 경량의 기판들이 사용된다. 상기와 같은 전극들에 대한 설명이 본 발명에 참고로 인용된 문헌["Handbook of Batteries", David Lindon(ed.), pg. 29.3]에 제공되어 있다. 소결된 니켈 전극은 카보닐 니켈 분말을 니켈 스크린을 함유하는 다공성 각판으로 소결시키고 이어서 활성 수산화 니켈로 충전시킴으로써 제조된다. 전형적으로 소결된 니켈 전극은 1 내지 1.4:1의 불활성 대 활성 니켈 비로 탁월한 주기 수명과 안정성을 제공하나, 매우 무겁다는 단점이 있다. 비 소결된 니켈 전극은 적합한 집전기의 양쪽 면에 적층된 수산화 니켈, 그라파이트 및 가소성 결합제로 이루어진 전극 스트립을 혼련 및 캘린더링시킴으로써 제조된다. 활성 전극 매스가 충전된 섬유 구조를 기본으로 하는 경량의 기판을 적용시키는 것은 전극 중량뿐만 아니라 물질 비용을 감소시키는 이점을 갖는다.
Ni-Cd 전지와 꽤 유사한, 나선형으로 감긴 니켈 전극/격리판/아연 전극 조립체를 갖는 원통형 전지가 일부 제조사들에 의해 시험적으로 생산되었으나, 상기 전지는 충전 주기 동안 양극과 음극사이의 좁은(개방된) 나선 거리를 가로질러 아연 수지상 결정들이 성장하기 때문에 심각한 단락이 문제가 되었다.
본 발명의 목적들은 주로 밀봉적으로 밀폐될 수 있고 심한 방전 조건 하에서 허용될 수 있는 주기 수명을 나타내는 고 전류, 고 용량의 원통형 소비자용 전지를 제조하는 것이다.
발명의 요약
바람직한 실시태양에서, 본 발명은
내면과 외면을 갖는 일반적으로 원통형인 용기;
상기 용기와 동축으로 접촉하는 일반적으로 원통형인 양극;
상기 양극 내에 함유되어 있고 상기와 동축인 일반적으로 원통형인 음극;
상기 음극과 양극을 물리적으로 분리시키는 격리판; 및
상기 음극과 양극을 전기적으로 접촉시키기 위한 전해액
을 포함하는 재 충전식 전기 화학 전지를 제공하며, 이때
상기 음극은 아연 물질을 포함하고, 상기 양극은 니켈 물질을 포함한다.
추가의 실시태양에서, 상기 양극 물질은 수산화 니켈 페이스트로 코팅된 다공성 니켈 물질을 포함한다.
본 발명은 재 충전식 니켈-아연 알칼라인 전지에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 원통형의 AA-크기 Ni-Zn 전지의 절단면을 나타낸다.
도 2는 상단으로부터 및 3 차원으로 바라본 2 개의 층을 갖는 니켈 전극을 나타낸다.
도 3은 상단으로부터 및 3 차원으로 바라본 니켈 전극의 다수 개(3 개)의 슬리브 관을 나타낸다.
도 4는 주기 함수로서의 하나의 니켈 층을 갖는 전지 A75와 A79의 방전 용량을 나타낸다.
도 5는 주기 함수로서의 2 개의 니켈 층을 갖는 전지 A71과 A86의 방전 용량을 나타낸다.
도 6은 주기 함수로서의 Ni 분말/T-210을 2% 함유하는 전지 A121과 8.6% 함유하는 전지 A79의 방전 용량을 나타낸다.
도 7은 주기 함수로서의 Co 초 미세 분말을 2% 함유하는 전지 A128과 0% 함유하는 전지 A131의 방전 용량을 나타낸다.
바람직한 실시태양에서, 본 발명은 알칼리성 전해액과 격리판을 함유하며 산화 니켈 양극과 아연 음극을 갖는 재 충전식 직류 전지의 제조에 관한 것이다. 양극은 폴리비닐알콜(PVA) 슬러리로 제조된 수산화 니켈 풍부 페이스트로 충전된 니켈 포움 구조로 이루어진다. 수산화 니켈은 한정된 두께의 시트 또는 테이프로 적합하게 압착 또는 압축되고, 하나 이상의 층으로 압연되어 니켈-도금된 강철 통에 삽입된다. 이런 식으로 니켈 전극을 매우 단단한 원통형 양극으로 성형시킨다. 한편으로, 상기 충전된 포움을 정확하게 똑같이 삽입되는 다수 개의 슬리브 관으로 압착시켜 또한 원통형 양극을 제조할 수 있다. 상기와 같은 니켈 기재 양극은 특별하게 낮은 저항과 높은 효율을 나타내어 용량이 완전히 소진된 후에 급격한 컷-오프를 발생시킴으로써 양극 제한된 전지를 확립시킨다.
음극은 아연 분말, 산화 아연 및 겔화제, 예를 들어 카르보폴로 이루어진다. 재 충전식 니켈-아연 전지에서, 음극 용량은 양극 용량의 배수로서 선택된다. 격리판은 셀룰로즈 유형이 바람직하다. 전지의 중앙에 위치한 황동 네일은 음의 단자를 이룬다. 상기 음의 집전기에 대한 다른 물질들은 당해 분야의 숙련가들에게 자명할 것이다.
상기 전지는 평판형 전지와 대조적인 원통형 디자인으로 인해 양극의 과도한 팽창이 방지됨을 특징으로 한다. 재충전의 개선을 위해서 특별한 첨가제를 사용함을 추가의 특징으로 한다. 바람직한 실시태양에서, 방출될 수도 있는 임의의 수소 기체를 제거하기 위한 수소 재결합 촉매가 양극에 제공된다. 상기와 같은 촉매는 수은-비 함유 아연 음극에 사용되는 것들을 포함할 수 있다. 가장 바람직한 촉매는 은(Ag)이다. 상기와 같은 실시태양에서, 은 촉매는 수산화 니켈의 약 0.1 내지 0.3 중량%의 양으로 제공될 수 있다. 상기와 같은 Ag 촉매를 당해 분야에 공지된 분무 코팅 방법에 의해 콜로이드 침착물의 형태로 Ni 포움에 혼입시킬 수 있다.
전해액은 바람직하게는 첨가제로서 수산화 리튬을 갖는 수산화 칼륨의 용액이다. 본 발명에 따라 형성된 재 충전식 니켈-아연 전지를 모든 통상적인 원통형 크기(예: AAA, AA, C 및 D)로 제조할 수 있으나 이들로 제한되는 것은 아니다. 더욱이 본 발명의 전지를 밀봉적으로 밀폐시키며 모든 소비자용 전자 장치에 사용할 수 있다.
바람직한 실시태양에서, 집전기로서 전지의 통을 그의 용량 안에서 지원할 수 있도록 양극에 니켈 호일 스트립을 제공한다.
도면의 도 1은 본 발명을 이용하는 원통형의 AA-크기 Ni-Zn 전지의 절단면을 나타낸다. 상기 전지는 재 충전식 직류 전지의 주 구성성분으로서 다공성 산화 니켈 양극(2), 아연 음극(3) 및 격리판(8)을 수용하는 Ni-도금된 강철 통(1)을 포함한다. 양극(2)은 수산화 니켈, 첨가제 및 결합제로 충전된 하나 이상의 다공성 니켈 기판 층을 포함할 수 있으며 전해액 투과성 격리판(8)에 의해 음극(3)과 분리되어 있고, 이때 상기 음극은 아연 분말, 산화 아연 및 겔화제를 포함할 수 있다. 수성 수산화 칼륨 및 리튬으로 이루어질 수 있는 전해액은 격리판(8)을 통해 니켈 양극(2)과 아연 음극(3)을 투과한다. 집전기 네일(7)은 음의 캡(5)에 접속되고 플라스틱 상단 봉인(4)에 삽입되어 있으며, 니켈-아연 전지의 중앙에 위치한다. 안전성을 이유로, 상기 플라스틱 상단 봉인(4)에는 통기 차단 안전 장치 영역(6)이 제공된다.
도 2는 수산화 니켈, 니켈 분말, 코발트 분말 및 결합제(PVA-용액)의 혼합물과 페이스트화된, 2 층의 니켈 포움으로 제조된 니켈 전극의 실시태양으로 예시하며, 매우 단단한 원통형 배열로 성형되어 있다.
도 3의 실시태양은 3 개 이상의 니켈 포움 슬리브 관이 수산화 니켈 혼합물로 충전된 니켈 전극을 제조한다는 점에서 도 2의 실시태양과 다르다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 따른 격리판은 폴리아미드 합성 부직포에 결합된 고 순도의 재생 셀룰로즈 한 조각을 포함하는 생성물이 적층된 2 개의 중복 층을 포함한다. 그러나, 당해 분야에 공지된 다른 격리판들도 또한 사용할 수 있다.
하기에 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 바람직한 실시태양에 따른 본 발명의 전지 제조 방법은
1) Ni 포움 시트를 제조하고;
2) 상기 Ni 포움에 니켈 분말, 코발트 분말, PVA 용액 및 수산화 나켈의 페이스트를 적용시키고;
3) 한쪽 끝이 개방된 원통형 튜브 형태의 격리판(본 원에서는 "격리판 주머니"라 칭한다)을 제조하고;
4) 상기 격리판 주머니를 굴대 또는 다른 상기와 같은 지지체 상에 놓고;
5) 상기 주머니 둘레에 상기 Ni 포움 시트를 말고;
6) 상기와 같은 Ni 포움 코팅된 주머니를 Ni 도금된 강철 통 안에 넣고;
7) 상기 주머니의 내부에 아연 음극 물질을 충전시킴
을 포함한다.
하기 개시하는 바와 같이, 양극은 바람직하게는 8.6% Ni 분말, 4.3% Co 분말, 30% 폴리비닐알콜(PVA) 용액 및 57.1% 수산화 Ni로 코팅된 니켈 포움을 포함한다. 음극은 바람직하게는 59% 산화 아연, 10% 아연 분말, 0.5% 카르보폴 및 30.5% KOH를 포함한다. 상기 음극은 바람직하게는 겔 페이스트의 형태이다. 바람직한 전해액은 KOH/LiOH 용액이다. 바람직한 실시태양에서, 상기 전해액은 6 내지 9M 범위 농도의 KOH를 포함하며 LiOH가 포화점의 약 1%로 용해되어 있다.
바람직한 실시태양에 따라 제조된 니켈-아연 전지의 충전은 전압 제한된 충전 회로, 일정 전류 충전 또는 1.95 V 이상의 과잉 전류가 우회하는 전자 조절식 범람 회로에 의해 수행된다.
하기의 실시예들은 본 발명을 예시하는 것이며 그의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
도 1에 도시된 바와 같은 배열로 조립된 하나의 니켈 양극 층과 아연 음극으로 이루어진 원통형의 AA-크기 니켈 아연 전지를 제조하였다. 상기 니켈 전극은 8.6%의 니켈 T-210 분말(Inco Technical Services Ltd., Missisauga, Ontario), 4.3%의 코발트 초 미세 분말(UNION MINIERE, INC.-Carolmet Cobalt Products, Laurinburg, N.C.), 30.0%의 PVA-용액(수/에탄올 중의 1.17% PVA) 및 57.1%의 수산화 니켈(Inco Technical Services Ltd., Missisauga, Ontario)의 혼합믈을 블렌딩하여 제조하였다. 약간의 물을 가하여 묽은 현탁액을 수득하였다. 상기 슬러리를 종 방향으로, 스폿 용접한 니켈 호일 집전기(36 ㎜ x 4 ㎜, 0.125 ㎜ 두께, 99.98%, Goodfellow Cambridge Ltd.로부터 입수)가 제공된 38 ㎜ x 36 ㎜의 니켈 포움으로 페이스트화하였다. 페이스트화 공정을 주걱을 사용하여 니켈 포움의 양면에서 수회 수행하여 상기 슬러리가 상기 포움에 완전히 침투되도록 하였다. 축축한 잉여 물질을 상기 포움 표면으로부터 제거하였다. 상기 니켈 전극을 110 ℃에서 1 시간 동안 건조시켰다. 2 개의 상이한 니켈 포움 유형, 즉 1.6 ㎜ 두께의 레텍(Retec) 80 PPI(인치 당 기공 수)(RPM Ventures, ELTEC Systems Corp., OH로부터의 포움) 및 동일한 다공도를 갖는 2.7 ㎜ 두께의 인코(Inco) 포움(Inco Technical Services Ltd., Missisauga, Ontario로부터 입수)을 사용하여 상술한 바와 같은 니켈 전극을 제조하였다.
아연 전극은 59%의 산화 아연(Merck), 10%의 아연/유형 004F(Union Miniere S.A., Overpelt, Belgium), 0.50%의 카르보폴 940(Nacan, Toronto) 및 30.5%의 7M KOH를 겔 페이스트에 혼합하여 제조하였다. 폴리아미드 합성 부직포(BerecComponents Ltd., Co. Durham)에 결합된 고 순도의 재생 셀룰로즈 한 조각을 포함하는 생성물이 적층된 2 개의 중복 층들을 사용하여 격리판 주머니를 제조하였다. 니켈 전극을 상기 격리판 주머니 둘레에 말아 올리고, 니켈 도금된 강철 통에 삽입하고, 27% KOH-10 g/LiOHxH2O ℓ의 전해액을 충전시키고, 24 시간 동안 침지시켰다. 아연 음극 페이스트를 상기 격리판 주머니에 충전시키고 원통형의 AA-크기 니켈 아연 전지를 도 1에 도시된 바와 같이 음의 캡으로 봉쇄시켰다.
전지 사이클링을 대략 500 분간 1.90 볼트의 일정한 전압으로 테이퍼 충전시킨 다음 800 mV의 컷 오프 전압으로 3.9 오옴에서 방전시켜 수행하였다. 도 4는 주기 수명 함수로서의, 상기 언급한 니켈 포움 유형들로 이루어진 한 층의 니켈 전극과 페이스트화된 아연 전극을 함유하는 원통형의 AA-크기 니켈 아연 전지 A75(레텍 80, 1.6 ㎜ 두께)와 A79(인코, 2.7 ㎜ 두께)의 각 주기에 대한 방전 용량을 나타낸다. 수득된 결과는 100 회 이상의 주기에 대해서 사이클링 동안 비교적 균일한 방전 프로파일과 작은 용량 기울기를 갖는 안정한 방전 양상을 나타낸다. 처음 몇 회의 주기는 상술한 사이클링 조건 하에서 실행되는 형성 주기이다.
실시예 2
양극을 2 개의 니켈 층으로 제조하고 니켈 포움의 적합한 치수가 38 ㎜ x 70 ㎜임을 제외하고 전지를 상술한 바와 같이 조립하였다. 원통형 전지 디자인의 경우에, 상기 조립체는 부피 제한적이며, 따라서 2 개의 층을 갖는 전지는 보다 적은 아연을 함유한다. 본 실시예에 사용된 니켈 포움 유형은 레텍 80 PPI 및 레텍 110 PPI이며, 이들은 모두 1.6 ㎜의 동일한 두께를 갖지만 PPI(인치 당 기공)가 가리키는 바와 같이 상이한 다공도를 갖는다. 2.7 ㎜ 두께의 인코 포움은 그의 큰 두께로 인해 아연 양극이 부족하게 되므로 이중 층 배열에는 사용될 수 없다.
도 5에서, 니켈 전극과 페이스트화된 아연 전극의 2 개 층을 갖는 원통형 AA-크기 니켈 아연 전지 A71(레텍 80)과 A86(레텍 110)의 각 주기에 대한 방전 용량을 나타낸다. 상기 전지들은 처음 20 회의 주기에 대해서 높은 값의 방전 용량(600 내지 500 mAh)을 가졌으나, 단지 1.2의 Zn/Ni 비로 인해 주기가 증가함에 따라 방전 용량이 감소되는 것으로 판명되었다.
실시예 3
상기 2.7 ㎜의 인코 포움보다 2.2 ㎜로 보다 얇지만 상기 포움과 동일한 다공도를 갖는 인코 니켈 포움과 2%의 니켈 T-210 분말 및 63.7%의 수산화 니켈을 사용함을 제외하고 전지 A121을 실시예 1에 개시된 바와 같이 조립하였다. 수산화 니켈 슬러리의 다른 성분들은 실시예 1에서와 동일하였다. 이 경우에, 상기 2.2 ㎜ 두께의 인코 포움에 쉽게 침투되도록 상기 묽은 현탁액에 물을 가할 필요는 없었다.
도 6에서, 원통형의 AA-크기 니켈 아연 전지 A121과 A79(실시예 1)의 각 주기에 대한 방전 용량을 알 수 있다. 또한 하나의 니켈 층으로 제작된 전지 A79와 비교하여, 전지 A121은 보다 활성인 수산화 니켈(57.1% 대신에 63.7%)을 갖는 조성 및 하기 표에 나타낸 바와 같은 보다 많은 양의 페이스트화된 양극 매스로 인해 50 주기까지 150-50 mAh 이상의 방전 용량을 전달한다:
전지 번호 니켈 포움 유형 니켈 양극(g)
A79 인코/2.7 ㎜ 2.88
A121 인코/2.2 ㎜ 4.44
실시예 4
2%(A128) 및 0%(A131)의 코발트(Co) 초 미세 분말과 59.4% 및 61.4%의 수산화 니켈을 사용함을 제외하고 2 개의 전지를 실시예 1에서와 같이 제조하였다. 수산화 니켈 슬러리의 다른 성분들은 실시예 1에서와 동일하였고, 2.2 ㎜ 두께의 인코 포움을 포움 물질로서 사용하였다.
도 7은 원통형의 AA-크기 니켈 아연 전지 A128 및 A131의 각 주기에 대한 방전 용량을 나타낸다. 2%의 코발트를 갖는 전지 A128의 방전 용량은 0%의 코발트를 함유하는 전지 A131의 방전 용량보다 대략 200 mAh 이상 높은데, 그 이유는 코발트의 첨가로 니켈 전극 매스의 전자 전도도가 증가하기 때문이다. 하기의 표는 상기 두 전지의 포움 유형과 니켈 양극 매스를 요약한다.
전지 번호 니켈 포움 유형 니켈 양극(g)
A128(2% Co) 인코/2.2 ㎜ 3.44
A131(0% Co) 인코/2.2 ㎜ 3.51
본 발명을 몇몇 특정한 실시태양들을 참고로 개시하였지만, 본 발명에 대한 다양한 변경들은 첨부된 청구의 범위에 개략된 바와 같은 본 발명의 범위 및 진의로부터 이탈됨 없이 당해 분야의 숙련가들에게 자명할 것이다.

Claims (17)

  1. 내면과 외면을 갖는 일반적으로 원통형인 용기;
    상기 용기와 동축으로 접촉하는 일반적으로 원통형인 양극;
    상기 양극 내에 함유되어 있고 상기 양극과 동축인 일반적으로 원통형인 음극;
    상기 음극과 양극을 물리적으로 분리시키기 위한 격리판; 및
    상기 음극과 양극을 전기적으로 접촉시키기 위한 전해액
    을 포함하는 재 충전식 전기 화학 전지로서,
    상기 음극이 아연 물질을 포함하고, 상기 양극은 니켈 물질을 포함하는 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 양극이 다공성 니켈 물질을 포함하는 전지.
  3. 제 2 항에 있어서, 양극이 니켈 포움을 포함하는 전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 니켈 포움이 니켈 분말과 수산화 니켈을 포함하는 페이스트로 코팅된 전지.
  5. 제 4 항에 있어서, 페이스트가 또한 코발트 성분을 포함하는 전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 코발트가 페이스트의 약 4.3 중량%의 양으로 존재하는 전지.
  7. 제 6 항에 있어서, 양극이 또한 수소 재결합 촉매를 포함하는 전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 수소 재결합 촉매가 은을 포함하는 전지.
  9. 제 8 항에 있어서, 은 촉매가 수산화 니켈 성분의 0.1 내지 0.3 중량%의 양으로 존재하는 전지.
  10. 제 8 항에 있어서, 은 촉매를 콜로이드 침착물로서 니켈 포움에 적용시킨 전지.
  11. 제 10 항에 있어서, 은 촉매를 분무 코팅 방법에 의해 적용시킨 전지.
  12. 제 1 항에 있어서, 용기가 니켈 도금된 강철 통이고, 이때 상기 니켈 도금이 상기 용기의 내면에 적용되어 양극과 접촉하는 전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 양극이 니켈 호일 집전기를 또한 포함하고, 이때 상기 집전기가 상기 양극 내에 축으로 배치된 니켈 호일 스트립을 포함하는 전지.
  14. 제 1 항에 있어서, 전해액이 KOH와 LiOH의 용액을 포함하는 전지.
  15. 제 1 항에 있어서, 음극이 아연 분말, 산화 아연 분말 및 겔화제의 혼합물을 포함하는 전지.
  16. 제 15 항에 있어서, 음극이 겔의 형태로 존재하는 전지.
  17. 제 16 항에 있어서, 음극 물질이 양극의 양극 용량의 2 배 이상인 음극 용량을 제공하는 양으로 존재하는 전지.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2380952A1 (en) * 2002-04-08 2003-10-08 Jeffrey Phillips High rate, thin film, bipolar nickel zinc battery having oxygen recombination facility
US6991875B2 (en) 2002-08-28 2006-01-31 The Gillette Company Alkaline battery including nickel oxyhydroxide cathode and zinc anode
CN100521302C (zh) * 2003-08-18 2009-07-29 鲍尔热尼系统公司 制造镍锌电池的方法
JP4514588B2 (ja) * 2004-11-30 2010-07-28 ソニー株式会社 単三形アルカリ電池
CN100373680C (zh) * 2005-03-14 2008-03-05 河南环宇集团有限公司 动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池
US8703330B2 (en) * 2005-04-26 2014-04-22 Powergenix Systems, Inc. Nickel zinc battery design
WO2009123888A1 (en) 2008-04-02 2009-10-08 Powergenix Systems, Inc. Cylindrical nickel-zinc cell with negative can
US8722226B2 (en) 2008-06-12 2014-05-13 24M Technologies, Inc. High energy density redox flow device
US11909077B2 (en) 2008-06-12 2024-02-20 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US9786944B2 (en) 2008-06-12 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
JP5944830B2 (ja) * 2009-12-16 2016-07-05 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 高エネルギー密度レドックスフロー装置
WO2012097457A1 (en) * 2011-01-21 2012-07-26 Liu, Hao Cylindrical shaped ion-exchange battery
CN102306848A (zh) * 2011-08-24 2012-01-04 黄小鸿 一种高能电池电解液的配方
US8993159B2 (en) 2012-12-13 2015-03-31 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
US9362583B2 (en) 2012-12-13 2016-06-07 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
US20160308219A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-20 Intel Corporation Randomly shaped three dimensional battery cell with shape conforming conductive covering
CN106848407A (zh) * 2017-02-27 2017-06-13 安徽桑瑞斯环保新材料有限公司 一种用于可再充电碱性电化学电池的碱性电池电解质
CN113437369B (zh) * 2021-05-25 2022-06-03 武汉理工大学 一种基于重构外延相的镍锌微电池及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4552821A (en) * 1983-06-30 1985-11-12 Duracell Inc. Sealed nickel-zinc battery
HU208596B (en) * 1987-10-27 1993-11-29 Battery Technologies Inc Rechargeable electrochemical cell
US5043234A (en) * 1987-10-27 1991-08-27 Battery Technologies Inc. Recombination of evolved oxygen in galvanic cells using transfer anode material
EP0512565B1 (en) * 1991-05-10 1997-04-16 Japan Storage Battery Company Limited Prismatic sealed alkaline storage battery with nickel hydroxide electrode
US5626988A (en) * 1994-05-06 1997-05-06 Battery Technologies Inc. Sealed rechargeable cells containing mercury-free zinc anodes, and a method of manufacture
EP0975036A4 (en) * 1997-01-30 2005-11-23 Sanyo Electric Co BATTERY OF ACCUMULATORS TO ALCALIS BLINDEE
JPH11167933A (ja) * 1997-12-02 1999-06-22 Sanyo Electric Co Ltd 密閉型アルカリ亜鉛蓄電池

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