JP7756424B2 - Flexible thermochemical battery and flexible thermochemical battery module - Google Patents
Flexible thermochemical battery and flexible thermochemical battery moduleInfo
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Description
本発明は、熱エネルギーを、化学エネルギーを介して電気エネルギー(発電)として利用できる熱化学電池に関し、特にフレキシブル性を付加した熱化学電池に関する。 The present invention relates to a thermochemical battery that can convert thermal energy into electrical energy (power generation) via chemical energy, and in particular to a thermochemical battery that has been made flexible.
熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換するのが熱電であり、熱源があれば連続的に電気を得ることができる。一方、化学反応を利用して電気エネルギーを生み出すのが電池である。熱化学電池は、熱を利用した化学反応により電気を生み出すものであるため、熱を直接電気に変換する熱電交換より得られる電圧が大きいというメリットを有する。 Thermoelectric converts thermal energy directly into electrical energy, and can produce electricity continuously if there is a heat source. On the other hand, batteries generate electrical energy using chemical reactions. Because thermochemical batteries generate electricity through a chemical reaction that uses heat, they have the advantage of being able to produce a higher voltage than thermoelectric conversion, which converts heat directly into electricity.
具体的に、熱化学電池(Thermo-electrochemical cell)としては、熱源のあるところにおいて、熱エネルギーによる化学反応を利用して発電するものがある(非特許文献1、3)。一方、熱化学電池には、熱エネルギーによる化学反応を利用して高温の場所と低温の場所に交互に保持することで電池として使用できるものもある(非特許文献2、3)。前者は半永久的に連続的に発電ができ、後者も熱源のある状態(高温)と熱源のない状態(低温)とに交互に保持することで繰り返し使用可能である。 Specifically, some thermo-electrochemical cells generate electricity by using chemical reactions caused by thermal energy in the presence of a heat source (Non-Patent Documents 1 and 3). On the other hand, some thermo-chemical cells can be used as batteries by using chemical reactions caused by thermal energy to alternately maintain high and low temperature locations (Non-Patent Documents 2 and 3). The former can generate electricity semi-permanently and continuously, while the latter can be used repeatedly by alternately maintaining them in a state with a heat source (high temperature) and a state without a heat source (low temperature).
熱化学電池は、基本的に正極と負極の両電極とその間に存在する水溶液の電解質とからなり、2つの動作形態がある。一方は、非特許文献1、3に記載されたように、両電極間に温度差がある場合に、化学反応の速度差により電解質中にキャリア濃度差が生じ電位差を発生させるものである(以下、発電タイプという)。他方は、非特許文献2、3に記載されたように、種類の異なる電解質を分離材で上下又は左右に仕切るものであって、両電極を含めた全体を熱により温めた場合に、分離材の上下(左右)の化学反応の違いにより電位差を発生させ、低温の場所ではその逆反応を起こして(電流方向が逆方向になる)電位差を発生させるものである(以下、充電タイプという)。いずれの場合も、電解質に接する電極表面でイオンと電子との表面反応が必要であり、電極の選択が必要となる。 A thermochemical battery basically consists of two electrodes, a positive electrode and a negative electrode, and an aqueous electrolyte between them. There are two operating modes. One, as described in Non-Patent Documents 1 and 3, is a type in which, when there is a temperature difference between the two electrodes, a difference in the rate of chemical reactions causes a difference in carrier concentration in the electrolyte, generating a potential difference (hereafter referred to as the power generation type). The other, as described in Non-Patent Documents 2 and 3, is a type in which different types of electrolytes are separated into upper and lower or left and right sections by a separator. When the entire system, including the two electrodes, is heated, a potential difference is generated due to the difference in chemical reactions above and below (left and right) of the separator. In low-temperature locations, the reverse reaction occurs (current flow direction is reversed), generating a potential difference (hereafter referred to as the charging type). In either case, a surface reaction between ions and electrons is required on the electrode surface in contact with the electrolyte, necessitating the selection of an electrode.
例えば、熱化学電池の両電極としては、金属、特に触媒活性の大きい白金等貴金属が用いられる場合が多い(非特許文献4)。また、一方の電極に炭素化フィルムを用いて、他方の電極は白金を用いるものもある(特許文献1)。さらに、本発明者らは、電極として有機導電性膜電極を用いることで白金と同等以上の特性を有する熱化学電池を発明しており、前記発電タイプや充電タイプの熱化学電池として適用可能である(特許文献2)。 For example, metals, particularly precious metals such as platinum, which have high catalytic activity, are often used for both electrodes of thermochemical batteries (Non-Patent Document 4). Some batteries also use a carbonized film for one electrode and platinum for the other (Patent Document 1). Furthermore, the inventors have invented a thermochemical battery that uses an organic conductive film electrode as the electrode, which has properties equal to or better than those of platinum, and can be used as the power generation type or charging type thermochemical battery (Patent Document 2).
このように熱化学電池は、充電等のための配線の必要がなく、十分な電力を連続的に発電できたり、繰り返し使用できたりすることから、便利であり、環境にもやさしい。よって、今後は、熱化学電池を様々な場所に持ち運んでの使用や、移動体への搭載など、適用範囲の拡大が期待される。
一方、熱化学電池は、内部に水溶液の電解質を含んでいることから、当該電解質の漏出を抑制するために剛直な構造であり、広い面や曲面、凹凸のある面などに対応できるものではないため適用範囲が限られる。
As such, thermochemical batteries are convenient and environmentally friendly because they do not require wiring for charging, can generate sufficient power continuously, and can be used repeatedly. Therefore, it is expected that the range of applications of thermochemical batteries will expand in the future, such as being able to be carried around and used in various places and being installed in mobile objects.
On the other hand, thermochemical batteries contain an aqueous electrolyte inside, so they have a rigid structure to prevent leakage of the electrolyte, and they are not suitable for use on large, curved, or uneven surfaces, which limits their range of application.
そこで、本発明の課題は、水溶液の電解質を備える熱化学電池において、電解質の漏出を抑制できるとともに、様々な場所や用途に適用でき、汎用性が高い熱化学電池の提供及び熱化学電池モジュールの提供である。 The objective of the present invention is to provide a thermochemical battery and a thermochemical battery module that are highly versatile and can be used in a variety of locations and for a variety of purposes, while suppressing electrolyte leakage in a thermochemical battery that uses an aqueous electrolyte.
熱化学電池において、低温の熱源から電力を得るには、比較的広範囲の熱源に対応できるように、広い面に適合できる電池が有効であるが、熱化学電池は電解質が水溶液であることから、漏出を抑制するために剛直な構造となる。しかしながら、本発明によれば、水溶液の電解質を内部に備える封止体がフレキシブル性を有し、熱化学電池全体がフレキシブル性を有することで、曲面を有する広い範囲に、また凹凸のある面などにも対応できるものとなる。具体的には、以下の手段により解決される。 In thermochemical batteries, to generate power from a low-temperature heat source, a battery that can adapt to a wide surface is effective so that it can accommodate a relatively wide range of heat sources. However, because thermochemical batteries use an aqueous solution electrolyte, they have a rigid structure to prevent leakage. However, according to the present invention, the sealing body that contains the aqueous solution electrolyte is flexible, and the entire thermochemical battery is flexible, making it possible to adapt to a wide range of curved surfaces and uneven surfaces. Specifically, this problem is solved by the following means.
(1)一対の電極と、前記一対の電極間であって電極に接して存在する水溶液の電解質と、を備え、前記一対の電極に温度勾配差があるときに発電し得る熱化学電池であって、前記水溶液の電解質を内部に有し、フレキシブル性を有する封止体を備えることを特徴とするフレキシブル熱化学電池である。
(2)一対の電極と、前記一対の電極間であって電極に接して存在し、分離材で分離された一対の水溶液の電解質と、を備え、前記一対の水溶液の電解質が所定の温度条件であるときに前記一対の水溶液の電解質と前記一対の電極表面近傍における酸化還元反応により発電し得る熱化学電池であって、前記水溶液の電解質を内部に有し、フレキシブル性を有する封止体を備えることを特徴とするフレキシブル熱化学電池である。
このように、フレキシブル熱化学電池は、連続発電や繰り返しの使用等が可能であり、凹凸のある面などに対応できることから、様々な場所で用いることができる。
(3)前記封止体は、フレキシブル性を有する前記一対の電極と、前記フレキシブル性を有する一対の電極の端部間に配置され、内部に前記水溶液の電解質を含み、フレキシブル性と絶縁性を有するケースと、を備えることを特徴とする(1)又は(2)に記載のフレキシブル熱化学電池である。なお、一対の電極の端部間とは、一対の電極の外縁部間も含む意である。
本構成によれば、電極と当該電極の端部間に配置される絶縁性を有するケースとが、共にフレキシブル性を備えることから、熱化学電池の強度も保持しつつ、柔軟性に優れたものとなる。
(1) A thermochemical battery comprising a pair of electrodes and an aqueous electrolyte present between and in contact with the pair of electrodes, capable of generating electricity when there is a temperature gradient difference between the pair of electrodes, characterized in that the battery has a flexible sealing body containing the aqueous electrolyte therein.
(2) A thermochemical battery comprising a pair of electrodes and a pair of aqueous solution electrolytes present between the pair of electrodes in contact with the electrodes and separated by a separator, capable of generating electricity through an oxidation-reduction reaction between the pair of aqueous solution electrolytes and the pair of aqueous solution electrolytes in the vicinity of the surfaces of the pair of electrodes when the pair of aqueous solution electrolytes are at a predetermined temperature condition, characterized in that the battery is provided with a flexible sealing body containing the aqueous solution electrolytes therein.
As described above, flexible thermochemical batteries are capable of continuous power generation, repeated use, and can be adapted to uneven surfaces, making them suitable for use in a variety of locations.
(3) The flexible thermochemical battery according to (1) or (2), wherein the sealing body comprises the pair of flexible electrodes and a flexible and insulating case disposed between the ends of the pair of flexible electrodes, the case containing the aqueous electrolyte, and the case having flexibility and insulating properties. Note that the term "between the ends of the pair of electrodes" also refers to the area between the outer edges of the pair of electrodes.
According to this configuration, both the electrodes and the insulating case disposed between the ends of the electrodes are flexible, so that the thermochemical battery has excellent flexibility while maintaining its strength.
(4)前記フレキシブル性を有する一対の電極は、カーボンシート又は導電性高分子シートであることを特徴とする(3)に記載の熱化学電池である。
本構成によれば、電極がシート状の電極であることから、取り扱いにも優れ、フレキシブル熱化学電池全体の薄層化や軽量化に繋がる。
(5)前記フレキシブル性と絶縁性を有するケースは、ゴム製であることを特徴とする(3)又は(4)に記載のフレキシブル熱化学電池である。
本構成によれば、ケースがゴム素材により形成されていることから、熱化学電池全体が、より凹凸面にフィットしやすくなる。
(6)前記一対のカーボンシート電極の電解質側の面に、導電性高分子シートを設けたことを特徴とする(4)又は(5)に記載のフレキシブル熱化学電池である。
本構成によれば、電極の電解質側に導電性高分子材を配置することで、水溶液中の電解質の酸化還元反応がより活性化し、電池としての特性が向上する。
(4) The thermochemical battery according to (3), wherein the pair of flexible electrodes is a carbon sheet or a conductive polymer sheet.
According to this configuration, the electrode is in a sheet form, which makes it easy to handle and leads to a thinner and lighter flexible thermochemical battery as a whole.
(5) The flexible thermochemical battery according to (3) or (4), wherein the flexible and insulating case is made of rubber.
According to this configuration, since the case is made of a rubber material, the entire thermochemical battery can more easily fit on an uneven surface.
(6) The flexible thermochemical battery according to (4) or (5), characterized in that a conductive polymer sheet is provided on the electrolyte-side surfaces of the pair of carbon sheet electrodes.
According to this configuration, by disposing the conductive polymer material on the electrolyte side of the electrode, the oxidation-reduction reaction of the electrolyte in the aqueous solution is further activated, improving the characteristics of the battery.
(7)前記電極と前記ケースとの間に、電極とケースとを接着する接着部材を設けたことを特徴とする(3)から(6)のいずれか1つに記載のフレキシブル熱化学電池である。本構成によれば、電極とケースとが強固に接着される。
(8)前記接着部材は、前記電極側の接着剤と、前記ケース側の接着剤と、前記電極側の接着剤と前記ケース側の接着剤との間に設けたフレキシブル性を有する基材と、を備えることを特徴とする(7)に記載するフレキシブル熱化学電池である。本構成によれば、種類の異なる接着剤によりケースと電極との接着が可能となる。
(7) The flexible thermochemical battery according to any one of (3) to (6), further comprising an adhesive member between the electrode and the case, for bonding the electrode and the case together. With this configuration, the electrode and the case are firmly bonded together.
(8) In the flexible thermochemical battery according to (7), the adhesive member comprises an adhesive on the electrode side, an adhesive on the case side, and a flexible substrate provided between the adhesive on the electrode side and the adhesive on the case side. This configuration allows the case and the electrodes to be bonded with different types of adhesives.
(9)前記接着部材は、前記電極側に粘着剤を有する粘着部材と、前記ケースと前記粘着部材との間に設けられ、前記粘着部材とケースとを接着する接着剤と、を備える、又は、前記ケース側に粘着剤を有する粘着部材と、前記電極と前記粘着部材との間に設けられ、前記粘着部材と電極とを接着する接着剤と、を備えることを特徴とする(7)に記載するフレキシブル熱化学電池である。本構成によれば、ケースと電極との接着に種類の異なる接着剤を使用する場合に、電極側又はケース側は粘着部材を利用することで、簡便、容易にケースと電極とを接着できる。
(10)前記フレキシブル性と絶縁性を有するケースはシリコーンゴム製であり、前記フレキシブル性を有する一対の電極はカーボンシート又は導電性高分子シートであり、前記電極側の接着剤又は粘着剤は非シリコーン系接着剤であり、前記ケース側の接着剤又は粘着剤はシリコーン系接着剤であることを特徴とする(8)又は(9)に記載のフレキシブル熱化学電池である。特に耐熱性や耐薬品性に優れ、柔軟度の選択性が大きいシリコーンゴムをケースに使用することで、熱化学電池の耐久性が良好となり、さらに所望のフレキシブル性を実現することが可能となる。また、材質に適した接着剤の選定により、ケースと電極とを強固に接着できる。
(9) In the flexible thermochemical battery according to (7), the adhesive member comprises: an adhesive member having an adhesive on the electrode side; and an adhesive provided between the case and the adhesive member, bonding the adhesive member to the case; or an adhesive member having an adhesive on the case side; and an adhesive provided between the electrode and the adhesive member, bonding the adhesive member to the electrode. According to this configuration, when different types of adhesives are used to bond the case and the electrode, the case and the electrode can be bonded simply and easily by using an adhesive member on the electrode side or the case side.
(10) The flexible thermochemical battery according to (8) or (9), characterized in that the flexible and insulating case is made of silicone rubber, the pair of flexible electrodes are carbon sheets or conductive polymer sheets, the adhesive or pressure-sensitive adhesive on the electrode side is a non-silicone adhesive, and the adhesive or pressure-sensitive adhesive on the case side is a silicone adhesive. Using silicone rubber for the case, which has particularly excellent heat resistance and chemical resistance and a wide range of flexibility options, improves the durability of the thermochemical battery and also enables the desired flexibility to be achieved. Furthermore, by selecting an adhesive appropriate for the material, the case and electrodes can be firmly bonded.
(11)(1)から(10)のいずれか1つに記載のフレキシブル熱化学電池が複数電気的に直列接続されていることを特徴とする熱化学電池モジュールである。当該熱化学電池モジュールにより、低温の熱源の広い面から安定して高電力を得ることができる。
(12)前記直列接続された隣接するフレキシブル熱化学電池同士では、一方のフレキシブル熱化学電池の一対の電極のうち一方の電極と、他方のフレキシブル熱化学電池の一対の電極のうち前記一方の電極とは反対側の電極とが、平面視で一部重複し、当該重複箇所に前記一方の電極と前記反対側の電極とを接続する導電部材を設けたことを特徴とする(11)に記載のフレキシブル熱化学電池モジュールである。隣接する熱化学電池の電極の重複箇所に導電部材を設けることで、導電部材を簡単に接続でき、強度的にも優れる。また、隣接する熱化学電池同士を密接配置できるため、コンパクトかつ高電力のモジュールとなる。
(13)前記フレキシブル熱化学電池の封止体は、フレキシブル性を有する前記一対の電極と、前記フレキシブル性を有する一対の電極の端部間に配置され、内部に前記水溶液の電解質を含み、フレキシブル性と絶縁性を有するケースと、を備え、前記直列接続された隣接するフレキシブル熱化学電池同士では、一方のフレキシブル熱化学電池のケースの隣接側の側壁が他方のフレキシブル熱化学電池のケースの隣接側の側壁を兼ねており、一方のフレキシブル熱化学電池の一対の電極のうち一方の電極と、他方のフレキシブル熱化学電池の一対の電極のうち前記一方の電極とは反対側の電極とを接続する導電部材を、前記側壁内に設けたことを特徴とする(11)または(12)に記載の熱化学電池モジュールである。隣接するフレキシブル熱化学電池間において、ケースの隣接側の側壁が共通していることで、電解液量を多くでき、また電極面の面積を広く取れるため、大型化せずに高電力を得ることができる。また、熱化学電池モジュール全体が簡素な構造となり、軽量化や低コスト化にも繋がる。さらに、導電部材をケースの側壁内に設けることで、導電部材が保護されて耐衝撃性にも優れたものとなる。
(11) A thermochemical battery module comprising a plurality of flexible thermochemical batteries according to any one of (1) to (10) electrically connected in series, which allows stable high power generation from a wide area of a low-temperature heat source.
(12) The flexible thermochemical battery module according to (11), characterized in that, between adjacent flexible thermochemical batteries connected in series, one of the pair of electrodes of one flexible thermochemical battery partially overlaps with the opposite electrode of the pair of electrodes of the other flexible thermochemical battery in a plan view, and a conductive member is provided at the overlapping portion to connect the one electrode to the opposite electrode. By providing a conductive member at the overlapping portion of the electrodes of adjacent thermochemical batteries, the conductive members can be easily connected and the strength is excellent. Furthermore, since adjacent thermochemical batteries can be arranged closely together, the module can be compact and high-power.
(13) The thermochemical battery module according to (11) or (12), characterized in that the sealed body of the flexible thermochemical battery includes a pair of flexible electrodes and a flexible, insulating case disposed between the ends of the pair of flexible electrodes and containing the aqueous electrolyte. Between adjacent series-connected flexible thermochemical batteries, the adjacent sidewall of the case of one flexible thermochemical battery also serves as the adjacent sidewall of the case of the other flexible thermochemical battery. A conductive member is provided within the sidewall, connecting one of the pair of electrodes of one flexible thermochemical battery to the opposite electrode of the other flexible thermochemical battery. The common sidewall of the adjacent cases between adjacent flexible thermochemical batteries allows for a large amount of electrolyte and a large electrode surface area, enabling high power generation without increasing the size. Furthermore, the overall thermochemical battery module has a simple structure, leading to weight and cost savings. Furthermore, by providing the conductive members inside the side walls of the case, the conductive members are protected and the case has excellent impact resistance.
(14)筒型の外枠と、前記外枠の内部を複数の区画に仕切る仕切り部材と、を備え、フレキシブル性と絶縁性を有するケースと、前記ケースの各区画の開口両端を塞ぐ、フレキシブル性を有する各一対の電極と、前記各区画に充填されて前記ケースと電極とにより封止される水溶液の電解質と、前記複数の区画を電気的に直列接続する導電部材であって、前記仕切り部材の内部に設けられ、隣接する区画の一方の区画の開口一端側の電極と他方の区画の開口他端側の電極とを接続する導電部材と、を備え、前記各区画の開口一端側の電極と開口他端側の電極間に温度勾配差があるときに発電し得ることを特徴とするフレキシブル熱化学電池モジュールである。
(15)筒型の外枠と、前記外枠の内部を複数の区画に仕切る仕切り部材と、を備え、フレキシブル性と絶縁性を有するケースと、前記ケースの各区画の開口両端を塞ぐ、フレキシブル性を有する各一対の電極と、前記各区画に充填されて前記ケースと電極とにより封止され、かつ電極面と水平方向に配置された分離材で分離された各一対の水溶液の電解質と、前記複数の区画を電気的に直列接続する導電部材であって、前記仕切り部材の内部に設けられ、隣接する区画の一方の区画の開口一端側の電極と他方の区画の開口他端側の電極とを接続する導電部材と、を備え、前記各区画の各一対の水溶液の電解質が所定の温度条件であるときに前記各一対の水溶液の電解質と前記各一対の電極表面近傍における酸化還元反応によって発電し得ることを特徴とするフレキシブル熱化学電池モジュールである。
(16)前記仕切り部材と、前記一方の区画の開口一端側の電極の導電部材が接続される部分と、前記他方の区画の開口他端側の電極の導電部材が接続される部分と、が平面視で重複することを特徴とする(14)または(15)に記載のフレキシブル熱化学電池モジュールである。
個々の区画からなる熱化学電池をユニット化することで、複数の独立した熱化学電池を接続した熱化学電池モジュールと比べて、熱化学電池間に隙間が生じることなく、面積的にロスする部分もなくなり、熱化学電池モジュールの出力密度が向上する。
(14) A flexible thermochemical battery module comprising: a cylindrical outer frame; partition members that divide the interior of the outer frame into a plurality of compartments; a flexible and insulating case; a pair of flexible electrodes that close both ends of the opening of each compartment of the case; an aqueous electrolyte that fills each compartment and is sealed by the case and the electrodes; and a conductive member that electrically connects the plurality of compartments in series, the conductive member being provided inside the partition member and connecting the electrode on one end of the opening of one of the adjacent compartments to the electrode on the other end of the opening of the other compartment; and capable of generating electricity when there is a temperature gradient difference between the electrode on one end of the opening of each compartment and the electrode on the other end of the opening.
(15) A flexible thermochemical battery module comprising: a cylindrical outer frame and partition members dividing the interior of the outer frame into a plurality of compartments; a flexible and insulating case; a pair of flexible electrodes sealing both ends of the opening of each compartment of the case; a pair of aqueous solution electrolytes filled in each compartment and sealed by the case and the electrodes, separated by a separator arranged horizontally to the electrode surfaces; and a conductive member electrically connecting the plurality of compartments in series, the conductive member being provided inside the partition member and connecting an electrode on one end of an opening of one of the adjacent compartments to an electrode on the other end of the opening of the other compartment; and capable of generating electricity by an oxidation-reduction reaction between the electrolyte of each pair of aqueous solutions and the surfaces of each pair of electrodes when the electrolyte of each pair of aqueous solutions in each compartment is at a predetermined temperature condition.
(16) A flexible thermochemical battery module according to (14) or (15), characterized in that the partition member, the portion to which the conductive member of the electrode on one end of the opening of one compartment is connected, and the portion to which the conductive member of the electrode on the other end of the opening of the other compartment is connected overlap in a planar view.
By unitizing thermochemical batteries consisting of individual compartments, there are no gaps between the thermochemical batteries and no lost area, compared to a thermochemical battery module made up of multiple independent thermochemical batteries connected together, thereby improving the output density of the thermochemical battery module.
本発明に係る熱化学電池は、フレキシブル性を有することで、曲面を有する箇所や凹凸等のある箇所にも配置できることとなり、汎用性に優れ、適用範囲も広がる。また、本発明に係る熱化学電池モジュールは、低温の熱源の広い面にも対応できることで高い電力を得ることも可能である。 The thermochemical battery of the present invention is flexible, allowing it to be placed on curved or uneven surfaces, making it highly versatile and expanding its range of applications. Furthermore, the thermochemical battery module of the present invention can be used on a wide surface of a low-temperature heat source, making it possible to obtain high power.
図1には、発電タイプの電池構成及び発電原理図を表す。
電極(例えば、カーボンシートや導電性高分子シート)1は抵抗(負荷)を介して導通し電解質の両端において電解質3とそれを挟むように接している。
FIG. 1 shows the configuration of a power generating type battery and a diagram of the power generation principle.
Electrodes (for example, carbon sheets or conductive polymer sheets) 1 are electrically connected via a resistor (load) and are in contact with the electrolyte 3 at both ends of the electrolyte so as to sandwich it.
図1(A) に示す様に両端の電極1に温度差がない状態では、電解質内部のイオン濃度が均一なため電位差は生じない。
A、A3-、A4-、e-は、それぞれ一般的原子記号、その原子の3価の陰イオン、その原子の4価の陰イオン、電子を表す。
ここでは、3価と4価のイオンを例示したが、価数については限定するものではない。また、A3- 、A4- としては、CN- 、CN2-、Fe(CN)6
3- 、Fe(CN)6
4- 等がある。イオンとしては、移動によるエネルギー運搬量が大きい式量の大きい方がよりよいと考えられる。ただし、電解質として溶液を用いる場合、イオンが大きすぎると溶けないので兼ね合いとなる。
As shown in FIG. 1A, when there is no temperature difference between the electrodes 1 at both ends, the ion concentration inside the electrolyte is uniform and no potential difference occurs.
A, A 3- , A 4- , and e − represent a general atomic symbol, a trivalent anion of the atom, a tetravalent anion of the atom, and an electron, respectively.
Here, trivalent and tetravalent ions are exemplified, but the valence is not limited. Also, examples of A 3- and A 4- include CN - , CN 2- , Fe(CN) 6 3- , and Fe(CN) 6 4- . It is considered that ions with a large formula weight are better, as they transport a large amount of energy when they move. However, when using a solution as an electrolyte, ions that are too large will not dissolve, so a balance must be struck.
図1(B)に、両端の電極1間に温度差がある場合の例を示す(図では下が高温で上が低温)。上下の電極1表面で、高温側では電解質中のイオン(A4-)が反応し価数が変化したイオン(A3-)と電子(e-)になるため電子が発生(酸化)すると、低温側では電子の流入により電子と価数の変化したイオンが反応し元の価数のイオン(A4-)となる(還元)。
電解質中では、両電極表面での化学反応の差のために、イオンの濃度差が生じ、それによりイオンの相互拡散が生じる。
一方、発生した電子は、この図においては、外部導電線2を高温側電極から低温側に移動するため電力を生じ、高温側が陰極、低温側が陽極となる。このように、発電タイプの電池では、電流方向が一方向となる。
1(B) shows an example where there is a temperature difference between the electrodes 1 at both ends (the bottom is high temperature and the top is low temperature in the figure). On the surface of the upper and lower electrode 1, ions (A 4- ) in the electrolyte react on the high temperature side to become ions (A 3- ) whose valence has changed and electrons (e - ) and electrons are generated (oxidation), and on the low temperature side, electrons flow in and the ions whose valence has changed react to become ions with the original valence (A 4- ) (reduction).
In the electrolyte, differences in chemical reactions at the surfaces of both electrodes create differences in ion concentration, which leads to interdiffusion of ions.
On the other hand, the generated electrons move from the high-temperature electrode to the low-temperature side along the external conductor 2, generating electricity, with the high-temperature side becoming the cathode and the low-temperature side becoming the anode. Thus, in a power-generating battery, the current flows in one direction.
図2、3には、充電タイプの電池構成及び発電原理図を表す。なお、本明細書中、「充電タイプ」との用語は、前記発電タイプの電池(電流方向が一方向のもの)と区別するために使用しているものであり、後述するように、温度によって電流方向が変化する熱化学電池(電流方向が二方向のもの)のことを指している。具体的には、ある温度よりも高温の場合と低温の場合とにおいて電流方向が交互に変わることで繰り返し使用可能なタイプの熱化学電池をいう。
両端の電極1は抵抗(負荷)を介して導通し分離材(イオン透過膜)4に分離された電解質3aと電解質3bがそれぞれ分離材4との反対の一端に接している。
2 and 3 show the configuration of a rechargeable battery and its power generation principle. In this specification, the term "rechargeable" is used to distinguish it from the power generation type battery (where the current flows in one direction), and refers to a thermochemical battery (where the current flows in two directions) in which the current direction changes depending on the temperature, as will be described later. Specifically, this refers to a type of thermochemical battery in which the current direction alternates between temperatures higher and lower than a certain temperature, allowing for repeated use.
The electrodes 1 at both ends are electrically connected via a resistor (load), and electrolytes 3a and 3b separated by a separating material (ion-permeable membrane) 4 are in contact with one end opposite the separating material 4, respectively.
電解質3aと電解質3bは、異なる種類の電解質であるが、それぞれに共通のイオン(陽イオンまたは陰イオン)が存在している(図示例ではA+)。そして、電解質3aと電解質3bは、異なる反応が生じるものであり、また、それぞれの反応速度の温度依存性に差があるものである。例えば、ある温度では、電解質3aの反応速度と電解質3bの反応速度が同じであり(平衡状態)、それ以外の温度では、電解質3aの反応速度と電解質3bの反応速度とに差がある場合であって、平衡状態時よりも高温の場合に電解質3aの反応速度(又は電解質3bの反応速度)が大きく、平衡状態時よりも低温の場合に、電解質3bの反応速度(又は電解質3aの反応速度)が大きい場合が想定される。この場合、平衡状態時よりも高温の場合は電解質3a(又は電解質3b)の反応が優先的に起こり、平衡状態時よりも低温の場合は電解質3b(又は電解質3a)の反応が優先的に起こる。なお、平衡状態時の温度について、多少の温度幅があっても、反応が確認できない程度の温度であれば、平衡状態として考えてもよい。 Although the electrolytes 3a and 3b are different types of electrolytes, they each have a common ion (cation or anion) (A + in the illustrated example). The electrolytes 3a and 3b undergo different reactions, and the temperature dependence of their reaction rates differs. For example, at a certain temperature, the reaction rates of the electrolytes 3a and 3b are the same (equilibrium state), and at other temperatures, the reaction rates of the electrolytes 3a and 3b differ. It is assumed that the reaction rate of the electrolyte 3a (or the reaction rate of the electrolyte 3b) is higher at temperatures higher than the equilibrium state, and the reaction rate of the electrolyte 3b (or the reaction rate of the electrolyte 3a) is higher at temperatures lower than the equilibrium state. In this case, the reaction of the electrolyte 3a (or the electrolyte 3b) occurs preferentially at temperatures higher than the equilibrium state, and the reaction of the electrolyte 3b (or the electrolyte 3a) occurs preferentially at temperatures lower than the equilibrium state. It should be noted that even if there is a certain temperature range at the equilibrium state, the equilibrium state can be considered to be a temperature at which no reaction can be confirmed.
分離材4は、電解質3aと電解質3bの反応が生じた場合に、前記共通イオンを透過する。共通イオンが陽イオンの場合は、分離材4は陽イオン透過膜(陽イオン交換膜)であり、共通イオンが陰イオンの場合は、分離材4は陰イオン透過膜(陰イオン交換膜)となる。 When a reaction occurs between electrolytes 3a and 3b, the separation material 4 allows the common ions to pass through. If the common ions are cations, the separation material 4 is a cation-permeable membrane (cation exchange membrane), and if the common ions are anions, the separation material 4 is an anion-permeable membrane (anion exchange membrane).
A、B、Cはそれぞれ原子記号を一般的に示したものである。
e-は電子を、A+、B-、B2-、C-、C2-は、イオンおよび価数の変化したイオンを示す。
陽イオンとしてはFe2+ 、Fe3+、Cu+、Cu2+、Ag+、Pb2+、Pb4+ 等が考えられ、陰イオンとしてはCN- 、CN2-、Fe(CN)6
3- 、Fe(CN)6
4-等が考えられる。1価、2価等、イオンの価数は、原理を説明するために例として用いたものであり、実際には限定されるもではない。
A, B, and C are general atomic symbols.
e − represents an electron, and A + , B − , B 2− , C − , and C 2− represent ions and ions with changed valence.
Possible cations include Fe 2+ , Fe 3+ , Cu + , Cu 2+ , Ag + , Pb 2+ , Pb 4+ , etc., and possible anions include CN - , CN 2- , Fe(CN) 6 3- , Fe(CN) 6 4- , etc. The valence of the ions, such as monovalent and divalent, is used as an example to explain the principle, and is not actually limited.
図2には、電解質3aと電解質3bの反応速度に差が生じない温度条件(前記平衡状態)における電解質3aと電解質3bの状態を示す。このときは、電解質3aと電解質3bの間でイオン透過は生じず、起電力も生じない。 Figure 2 shows the state of electrolytes 3a and 3b under temperature conditions (the equilibrium state) where there is no difference in the reaction rates of electrolytes 3a and 3b. In this state, no ion transmission occurs between electrolytes 3a and 3b, and no electromotive force is generated.
そして、例えば、平衡状態時の温度よりも高温時に、電解質3aの反応速度が電解質3bの反応速度よりも大きくなる場合、図3(A) に示すように全体を温めると、電解質3a中の酸化反応( A2B → AB + A+ + e- )が優勢となり、A+ と電子が生じる。下側の電極1で生じた電子は外部導電線2から上側の電極1に達する。この環境では、下側の電極1から上側の電極1に電子が流れるため、下側が陰極、上側が陽極となり、発電し、この時に流れる電流を利用できる。またA+は、増加するため電解質3a中で濃度が高くなることで分離材4を通り上側の電解質3bに移動する。電解質3b中では、拡散、透過してきたA+ と上側の電極1に流れてきた電子を利用して、還元反応(AC +A+ + e- → A2C)が生じる。そして、イオンの飽和(電解質3aからA+イオンが電解質3bに移動しなくなった時)により電流は止まる。 For example, if the reaction rate in electrolyte 3a is higher than that in electrolyte 3b at a temperature higher than the equilibrium temperature, heating the entire system as shown in Figure 3(A) causes the oxidation reaction in electrolyte 3a (A 2 B → AB + A + + e - ) to become dominant, generating A + and electrons. Electrons generated at lower electrode 1 reach upper electrode 1 via external conductive wire 2. In this environment, electrons flow from lower electrode 1 to upper electrode 1, making the lower electrode a cathode and the upper electrode an anode, generating electricity and utilizing the current flowing at this time. Furthermore, A + increases in concentration in electrolyte 3a, and moves through separator 4 to upper electrolyte 3b. In electrolyte 3b, a reduction reaction (AC + A + + e - → A 2 C) occurs using the A + that has diffused and permeated and the electrons that have flowed to upper electrode 1. Then, the current stops due to ion saturation (when A + ions no longer move from the electrolyte 3a to the electrolyte 3b).
一方、図3(B)に示すように、平衡状態より低温に保持されると、図3(A)の逆反応が起こるため、図3(A)の逆向きに電流が流れる。すなわち、平衡状態時の温度よりも低温時には、電解質3bの反応速度が電解質3aの反応速度よりも大きくなる。したがって、電解質3b中でA2C→AC +A+ + e-(酸化反応) が生じるため、A+は分離材4を通り下側の電解質3aに移動し、電子は上側の電極1から外部導電線2を介して下側の電極1に流れる。すなわち、上側が陰極となり下側が陽極となり、発電し、図3(A)の場合とは逆向きに電流が流れ、この時に流れる電流を利用できる。この場合も、イオンの飽和により電流は流れなくなる。 On the other hand, as shown in Figure 3(B), when the temperature is maintained lower than the equilibrium state, the reverse reaction of Figure 3(A) occurs, and current flows in the opposite direction to that shown in Figure 3(A). In other words, when the temperature is lower than that of the equilibrium state, the reaction rate of electrolyte 3b is greater than that of electrolyte 3a. Therefore, A 2 C → AC + A + + e - (oxidation reaction) occurs in electrolyte 3b, and A + moves through separator 4 to the lower electrolyte 3a, and electrons flow from the upper electrode 1 to the lower electrode 1 via external conductive wire 2. In other words, the upper side becomes the cathode and the lower side becomes the anode, generating electricity and causing current to flow in the opposite direction to that shown in Figure 3(A), which can be utilized. In this case, too, current stops flowing due to ion saturation.
そして、装置全体を異なる温度環境に保持する(例えば熱源につけたり離したりする)ことで、 図3(A)と図3(B)の工程を交互に行い、繰り返し使用できる。すなわち、装置全体の周囲の温度変化に応じて、発電するものである。 Then, by keeping the entire device in different temperature environments (for example, by connecting it to and disconnecting it from a heat source), the steps in Figure 3(A) and Figure 3(B) can be repeated, allowing for repeated use. In other words, the device generates electricity in response to changes in the ambient temperature of the entire device.
(実施形態1)
図4には、本実施形態のフレキシブル熱化学電池の平面図(図4(A))及びケースの平面図(図4(B))を示し、図5には図4(A)の各方向(矢印A-C方向)から見た場合の側面図を示す。なお、分かりやすいように、ケース部分は断面図としている。また、平面図では下側の電極の図示を省略している。このことは、他の図面にも共通する。そして、図6には、電極とケースとの接合部分の拡大側面図(模式図)を示す。この熱化学電池は前記発電タイプに相当するものである
また、図7には、充電タイプのフレキシブル熱化学電池の側面図(一部断面)を示す。充電タイプの熱化学電池の平面図は、発電タイプの熱化学電池(図4)と同じものとなる。
(Embodiment 1)
FIG. 4 shows a plan view of the flexible thermochemical battery of this embodiment (FIG. 4(A)) and a plan view of the case (FIG. 4(B)), and FIG. 5 shows side views as viewed from each direction (arrows A-C) of FIG. 4(A). For ease of understanding, the case portion is shown in cross section. Also, the lower electrodes are omitted from the plan view. This is also common to the other drawings. FIG. 6 shows an enlarged side view (schematic diagram) of the joint between the electrode and the case. This thermochemical battery corresponds to the power generation type described above. FIG. 7 shows a side view (partial cross section) of a rechargeable flexible thermochemical battery. The plan view of the rechargeable type thermochemical battery is the same as that of the power generation type thermochemical battery (FIG. 4).
熱化学電池5は、水溶液の電解質30と、当該電解質30を内部に含んでフレキシブル性を有する封止体と、を備える。封止体は、水溶液の電解質(電解液ともいう)30の外部への漏出を抑制するものであり、すなわち、液密に封止するものである。封止体は、電解液30を挟んで配置され、フレキシブル性を有する一対の電極10と、一対の電極10の端部間に配置され、電解液を内部に含み、フレキシブル性と絶縁性を有するケース20と、から形成されている。電解質30が水溶液であり、さらに電解質30を充填、包含する封止体が熱化学電池5の外形を成すことで、熱化学電池全体がフレキシブル性を有するため、広い面や曲面、凹凸のある面などに対応できる。なお、フレキシブル性とは柔軟性を意味するが、例えば、指などで外力を加えると容易に変形する性質をいう。以下に、各構成要素について詳述する。 The thermochemical battery 5 comprises an aqueous electrolyte 30 and a flexible sealing body containing the electrolyte 30. The sealing body prevents leakage of the aqueous electrolyte (also called electrolyte solution) 30 to the outside, i.e., provides a liquid-tight seal. The sealing body is formed from a pair of flexible electrodes 10 sandwiching the electrolyte solution 30, and a flexible, insulating case 20 positioned between the ends of the pair of electrodes 10 and containing the electrolyte solution. Because the electrolyte 30 is an aqueous solution and the sealing body that fills and contains the electrolyte 30 forms the outer shape of the thermochemical battery 5, the entire thermochemical battery is flexible, allowing it to adapt to large, curved, or uneven surfaces. Note that flexibility refers to flexibility, but also refers to the property of being easily deformed when external force is applied, for example, with a finger. Each component is described in detail below.
(電解質)
電解質30としては、電力を得られるすべてのレドックス対(酸化還元反応をする2種類のイオンからなる対)が可能であり、すべての水溶液の電解質を用いる熱化学電池に適用できる。したがって、前記発電タイプのみならず、前記充電タイプにも使用できるものである。そして、レドックス対としては、化学安定性の観点から、金属元素又はハロゲン元素を含むことが多い。
(electrolyte)
The electrolyte 30 can be any redox couple (a pair consisting of two types of ions that undergo an oxidation-reduction reaction) that can generate electricity, and can be applied to any thermochemical battery that uses an aqueous electrolyte. Therefore, it can be used not only for the power generation type but also for the charging type. Furthermore, redox couples often contain a metal element or a halogen element from the viewpoint of chemical stability.
例えば、鉄(II)イオンと鉄(III)イオン、コバルト(II)イオンとコバルト(III)イオン、ヨウ化物イオン(I-)と三ヨウ化物イオン、フェロシアン化物イオンとフェリシアン化物イオン、コバルトトリスビピリジン(II)とコバルトトリスビピリジン(III)等がある。これらの中でも、フェロシアン化物イオン(フェロシアン化カリウム、K4Fe(CN)6 )とフェリシアン化物イオン(フェリシアン化カリウム、K3Fe(CN)6)からなるレドックス対を用いると、得られる電圧とイオン伝導度が大きいため、好ましい。 Examples include iron (II) ions and iron (III) ions, cobalt (II) ions and cobalt (III) ions, iodide ions (I − ) and triiodide ions, ferrocyanide ions and ferricyanide ions, cobalt tris(bipyridine) (II) and cobalt tris(bipyridine) (III), etc. Among these, the use of a redox couple consisting of ferrocyanide ions (potassium ferrocyanide, K 4 Fe(CN) 6 ) and ferricyanide ions (potassium ferricyanide, K 3 Fe(CN) 6 ) is preferred because of the large voltage and ionic conductivity that can be obtained.
なお、水溶液の電解質30にはゲル状(半固体状)のものは含まれない。水溶液の電解質の方が、ゲル状のものと比べて、イオン伝導性が良好であり、電池特性にも優れる。
また、熱化学電池の起電力を向上させる等の目的で、電解液30に添加剤を追加してもよい。例えば、塩化グアニジニウム(GdmCl)、ベタイン(Bet、狭義ではトリメチルグリシン)、塩化アミノグアニジン(AdmCl)、塩化メトホルミン(MfmCl)などの添加剤を用いることで、熱起電力が向上する。また、添加剤としては、他に、イオン液体(例えば、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド( [EMIM]Cl )などもある。なお、特に添加剤は使用しても使用しなくてもよいが、これらの中でも、塩化グアニジニウムは、例えばフェロシアン化物イオンを電解質とした場合、フェロシアン化物イオンとの相互作用が大きく起電力が大きくなることから、起電力の向上に好適である。
Note that gel-like (semi-solid) electrolytes are not included in the aqueous electrolyte 30. Aqueous electrolytes have better ionic conductivity and superior battery characteristics than gel-like electrolytes.
Additives may be added to the electrolyte 30 for purposes such as improving the electromotive force of the thermochemical battery. For example, the thermoelectric power can be improved by using additives such as guanidinium chloride (GdmCl), betaine (Bet, or more specifically, trimethylglycine), aminoguanidine chloride (AdmCl), and metformin chloride (MfmCl). Other additives include ionic liquids (e.g., 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ([EMIM]Cl)). While additives may or may not be used, guanidinium chloride is particularly suitable for improving electromotive force when ferrocyanide ions are used as the electrolyte, due to its strong interaction with the ferrocyanide ions, resulting in a large electromotive force.
(ケース)
ケース20は、フレキシブル性と絶縁性を有する材料によって形成される筒型の枠材である。なお、ケース20の形状として、図4(B)に示す例では四角形枠であるが、円形やその他の多角形、曲線と直線を含む形状など特に、限定されない。また、ケース20は、フレキシブル性と絶縁性を有する材料であれば特に限定されず、樹脂や一般的なゴムでもよい。例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴム(以下、シリコーンという)などの各種汎用または特殊合成ゴム等があるが、これらを単独で又は複数用いても良い。
(case)
The case 20 is a cylindrical frame made of a flexible and insulating material. While the example shown in FIG. 4B shows a rectangular frame, the shape of the case 20 is not particularly limited, and may be circular, another polygonal shape, or a shape including curves and straight lines. The case 20 is also not particularly limited as long as it is made of a flexible and insulating material, and may be made of resin or general rubber. Examples of the material include various general-purpose or special synthetic rubbers, such as natural rubber, styrene butadiene rubber, chloroprene rubber, acrylonitrile rubber, butyl rubber, ethylene propylene rubber, urethane rubber, fluororubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, and silicone rubber (hereinafter referred to as silicone), and these may be used alone or in combination.
これらの種類の中では、耐熱性の観点からフッ素ゴムとシリコーンが好適である。例えば、シリコーンは200℃まで使用可能(一時的には300℃まで使用可能)である。また、耐薬品性(電解質との反応性)の観点からも、シリコーンは優れているので、特に好ましい。さらに、シリコーンは、製造時のモノマー(骨格剤)と架橋剤(結合剤)の割合によってフレキシブル性を制御できるため、柔軟度の選択性が大きいといえる。 Of these types, fluororubber and silicone are preferred from the perspective of heat resistance. For example, silicone can be used up to 200°C (temporarily up to 300°C). Silicone is also particularly preferred from the perspective of chemical resistance (reactivity with electrolytes), as it excels. Furthermore, the flexibility of silicone can be controlled by the ratio of monomer (skeleton agent) and crosslinking agent (binder) during production, so there is a wide range of flexibility options available.
そして、ケース20がこのようなフレキシブル性を有する材料により形成されることで、熱化学電池全体の軽量化や低コスト化に繋がる。また、ケース20は封止体の骨組みを形成し、柱としての機能を有しており、ケース20がフレキシブル性を有することで、熱化学電池が、曲面や凹凸のある面に、フィットしやすくなる。 Furthermore, forming the case 20 from such a flexible material leads to weight and cost reductions for the entire thermochemical battery. Furthermore, the case 20 forms the framework of the sealing body and functions as a pillar, and the flexibility of the case 20 makes it easier for the thermochemical battery to fit on curved or uneven surfaces.
(電極)
そして、一対の電極10は、ケース20の底と蓋を兼ねており、図5に示すように、ケース20の開口上端又は下端に接するように、すなわち両端の開口を塞ぐように配置される。
(electrode)
The pair of electrodes 10 serve as both the bottom and the lid of the case 20, and are arranged so as to contact the upper or lower end of the opening of the case 20, i.e., to close the openings at both ends, as shown in FIG.
電極10は、フレキシブル性を有し、電気をよく通す材料(導電性を有する材料)であればよい。例えば、カーボン(炭素)、導電性高分子などの材料が用いられる。特に、カーボンを用いた電極(炭素電極)は耐食性に富むとともに高い電気伝導性があり、安価であることから、好ましい。また、カーボンシート(グラファイトシートやカーボンナノチューブ(CNT)のシート)、導電性高分子シートなどの薄膜やシート状電極を用いると、取り扱いにも優れ、熱化学電池全体の薄層化や軽量化に繋がるので好ましい。また、シート状電極を用いることで、熱化学電池が、広い面や曲面、凹凸のある面に、より一層フィットしやすくなる。前記グラファイトシート、CNTシート、導電性高分子シートなどは単独で用いても複数で用いてもよい。例えば、グラファイトシートに電気特性の高いCNTコーティングを施してもよい。 The electrode 10 may be made of any flexible, electrically conductive material. Examples include carbon and conductive polymers. Carbon electrodes are particularly preferred because they are highly corrosion-resistant, electrically conductive, and inexpensive. Thin-film or sheet-like electrodes, such as carbon sheets (graphite sheets or carbon nanotube (CNT) sheets) and conductive polymer sheets, are also preferred because they are easy to handle and contribute to the overall thinning and weight reduction of the thermochemical battery. The use of sheet-like electrodes also allows the thermochemical battery to fit more easily on large, curved, or uneven surfaces. The graphite sheets, CNT sheets, conductive polymer sheets, and the like may be used alone or in combination. For example, a graphite sheet may be coated with CNT, which has excellent electrical properties.
そして、炭素電極を用いる場合に、当該炭素電極の電解質側の面(ケースとの接合面を除く)に導電性高分子材を配置してもよい。例えば、グラファイトシートやCNTシートの電解質側の面にPEDOT/PSS(ポリ(4-スチレンスルホン酸)をドープしたポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン))等の導電性高分子シートを配置することで、酸化還元反応がより活性化し、電池としての特性が向上するので好ましい。なお、導電性高分子材は、一対の電極10の両方に配置した方が好ましいが、一方の電極10に配置してもよい。 When using carbon electrodes, a conductive polymer material may be placed on the electrolyte-side surface of the carbon electrode (excluding the surface that interfaces with the case). For example, placing a conductive polymer sheet such as PEDOT/PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly(4-styrenesulfonic acid)) on the electrolyte-side surface of a graphite sheet or CNT sheet is preferable, as this further activates the redox reaction and improves the battery's characteristics. Note that while it is preferable to place the conductive polymer material on both of the pair of electrodes 10, it may also be placed on one of the electrodes 10.
また、カーボンシートなどのシート状電極を用いた場合に、シート状電極の表面に導電性高分子膜をコーティングする、又は、導電性高分子シートを付着させることで、電極に導電性高分子材が密着し、導電性が向上する。導電性高分子膜は、シート状電極に導電性高分子フィラーを吹き付けることで、容易に形成できる。また、導電性高分子シートを用いる場合は、貼り付けるだけなので、容易に製造できる。 Furthermore, when using a sheet-type electrode such as a carbon sheet, coating the surface of the sheet-type electrode with a conductive polymer film or attaching a conductive polymer sheet allows the conductive polymer material to adhere to the electrode, improving conductivity. A conductive polymer film can be easily formed by spraying a conductive polymer filler onto the sheet-type electrode. Furthermore, when using a conductive polymer sheet, manufacturing is easy as it can be simply attached.
(外部接続用電極)
そして、上下の電極10には外部接続用電極40が接続しており、当該外部接続用電極40にデバイス(図示せず)を接続することで電気回路を構成できるようになっている。なお、外部接続用電極40はなくてもよく、上下の電極10にデバイスを接続できればよい。また、外部接続用電極40は、フレキシブル性および導電性を有するものであれば、特に限定されないが、導電性カーボン繊維や導電性高分子を含侵させた繊維等、あるいは金属線などを用いるとよい。そして、外部接続用電極40の一端は、上下の電極にそれぞれ接続しており、他端は、デバイスに接続している。外部接続用電極40の電極10やデバイスとの接続方法は、特に限定されず、溶接でもクリップなどの着脱できる固定具でも導電性接着剤による接着でもよい。なお、導電性接着剤としては、アクリル系やエポキシ系やウレタン系などの接着剤に、銅や銀等の導電成分を分散させたものを用いることができる。
(External connection electrode)
External connection electrodes 40 are connected to the upper and lower electrodes 10, and an electrical circuit can be formed by connecting a device (not shown) to the external connection electrodes 40. The external connection electrodes 40 are not necessary; they can be connected to the upper and lower electrodes 10 as long as the device can be connected to them. The external connection electrodes 40 can be made of any flexible and conductive material, including conductive carbon fiber, fibers impregnated with a conductive polymer, or metal wire. One end of the external connection electrodes 40 is connected to the upper and lower electrodes, respectively, and the other end is connected to the device. The method of connecting the external connection electrodes 40 to the electrodes 10 and the device is not particularly limited, and can be welding, a detachable fastener such as a clip, or adhesive bonding with a conductive adhesive. Examples of conductive adhesives that can be used include acrylic, epoxy, or urethane adhesives with conductive components such as copper or silver dispersed therein.
(接着部材)
そして、電極10とケース20との接合部分に接着部材50(図6)を介在させることで、電極10とケース20とが強固に接着し、封止効果が高まる。
接着部材50としては、ケース20と電極10とを接合し、電解液30の漏出が抑制されるものであればよい。例えば、接着剤や、両面又は片面に粘着剤(接着剤)を有する粘着テープ(粘着部材)などを、単独で又は複数組み合わせて用いればよい。そして、ケースや電極の種類に応じて、適する接着剤や接着方法を選択すればよい。
(Adhesive member)
By interposing an adhesive member 50 (FIG. 6) between the electrode 10 and the case 20, the electrode 10 and the case 20 are firmly bonded together, enhancing the sealing effect.
The adhesive member 50 may be any material that can join the case 20 and the electrode 10 and prevent leakage of the electrolyte solution 30. For example, an adhesive or an adhesive tape (adhesive member) having an adhesive (adhesive) on one or both sides may be used alone or in combination. Appropriate adhesives and adhesive methods may be selected depending on the type of case and electrode.
例えば、ケース20の材料として、シリコーンを用いる場合は、アクリル系やエポキシ系やウレタン系などの非シリコーン系の接着剤よりも、接着性が良好なシリコーン系の接着剤を用いることが好ましい。一方、電極10にカーボンシートなどの炭素電極や導電性高分子材を用いた場合は、シリコーン系の接着剤よりも、非シリコーン系の接着剤が適している。 For example, if silicone is used as the material for the case 20, it is preferable to use a silicone-based adhesive, which has better adhesive properties, rather than non-silicone adhesives such as acrylic, epoxy, or urethane-based adhesives. On the other hand, if a carbon electrode such as a carbon sheet or a conductive polymer material is used for the electrode 10, a non-silicone adhesive is more suitable than a silicone-based adhesive.
このように、ケース20の接着に適した接着剤と電極10の接着に適した接着剤とが異なる場合は、ケースと電極との間にフレキシブル性を有する面状の基材(例えば、フィルム状、テープ状、シート状、薄膜など)を挟み、基材の電極側の面と基材のケース側の面にそれぞれに適した接着剤を設けることで、両者を強固に接着できる。 In this way, if the adhesive suitable for bonding the case 20 is different from the adhesive suitable for bonding the electrode 10, the two can be firmly bonded by sandwiching a flexible, planar substrate (e.g., a film, tape, sheet, thin film, etc.) between the case and the electrode, and applying appropriate adhesives to the electrode side of the substrate and the case side of the substrate, respectively.
例えば、市販の片面接着の粘着テープには、アクリル系やウレタン系などの接着剤が塗布されているものが多く、粘着テープの接着面ではない面に、他の接着剤を塗布すれば、異なる種類の接着剤によりケースと電極とを接着することが簡便、容易に行える。 For example, many commercially available single-sided adhesive tapes are coated with acrylic or urethane adhesives, and by applying a different adhesive to the non-adhesive side of the tape, it is possible to simply and easily bond the case and electrode using a different type of adhesive.
図6には、電極10とケース20との接合部分の拡大図を示す。なお、分かりやすいように、各部材を一部離して示している。
例えば、シリコーン製のケース20とグラファイトシートの電極10を用いる場合に、接着部材50として、片面粘着テープ52を用いて、電極10側に粘着テープ52を貼り、粘着テープの接着面でない面側又はケース側に、シリコーン系の接着剤56を塗布してケース側を接着すればよい。なお、本明細書中、粘着テープの接着面にある接着剤を粘着剤というが、接着と粘着は同義である。
6 shows an enlarged view of the joint between the electrode 10 and the case 20. For ease of understanding, the components are shown partially separated.
For example, when using a silicone case 20 and a graphite sheet electrode 10, one can use single-sided adhesive tape 52 as adhesive member 50, affix the adhesive tape 52 to the electrode 10 side, and then apply a silicone-based adhesive 56 to the non-adhesive side of the adhesive tape or to the case side to bond the case side. In this specification, the adhesive on the adhesive surface of the adhesive tape is called an adhesive, but adhesion and adhesion are synonymous.
そして、粘着テープ52の例としては、ポリエステルフィルムにアクリル系粘着剤54を塗布したものがある。グラファイトシートは非シリコーン系の粘着剤でも接着性が良好であり、粘着テープ52を用いることで簡便に接着できる。このことは、CNTシートや導電性高分子シートについても同様である。なお、シリコーン系粘着剤が粘着テープの接着面に塗布されている場合は、上述した場合とは反対に、ケース側に粘着テープを貼り、粘着テープの接着面でない面側に、例えば汎用性の高いアクリル系等の接着剤を塗布してグラファイトシート側を接着すればよい。 An example of adhesive tape 52 is polyester film coated with an acrylic adhesive 54. Graphite sheets have good adhesion even with non-silicone adhesives, and can be easily adhered using adhesive tape 52. The same is true for CNT sheets and conductive polymer sheets. Note that, in cases where a silicone adhesive is applied to the adhesive surface of the adhesive tape, the opposite of the above example can be achieved by attaching the adhesive tape to the case side and then applying a highly versatile acrylic adhesive, for example, to the non-adhesive side of the adhesive tape to adhere the graphite sheet side.
また、ケース20にシリコーンなどの撥水性が高いゴムを使用した場合は、ケース20の接着側表面にオゾン処理やプラズマ処理やコロナ処理やフレーム処理などの表面処理を行い、親水性を付与するとよい。親水化処理としては、設備が簡便で特別な原料等の必要がないオゾン処理が、最も簡便、低コストで行えるため、好適である。 Furthermore, if a highly water-repellent rubber such as silicone is used for the case 20, it is advisable to subject the adhesive side surface of the case 20 to surface treatment such as ozone treatment, plasma treatment, corona treatment, or flame treatment to make it hydrophilic. Ozone treatment is the most suitable hydrophilization treatment because it requires simple equipment and no special raw materials, making it the easiest and most cost-effective method.
このように、シリコーンの接着面にオゾン処理などの表面処理を行って親水性を付与することにより、ケース表面と接着剤との接着性をより向上させることができる。なお、ケース20と電極10との双方に適する接着剤が共通する場合は、ケース20と電極10の一方又は両方に一種類の接着剤を塗布して接着してもよいし、また、両面粘着テープを用いれば、簡便である。すなわち、ケース20の材料として、シリコーン以外のゴム素材を用いる場合は、電極10とケース20との接着部材50として、非シリコーン系の接着剤や両面粘着テープを使用すればよい。また、前記表面処理は、他のゴム素材の場合に適用してもよいが、適用しなくても、特に接着性の向上に寄与するものではない。 In this way, by performing a surface treatment such as ozone treatment on the adhesive surface of the silicone to make it hydrophilic, the adhesion between the case surface and the adhesive can be further improved. If a common adhesive is suitable for both the case 20 and the electrode 10, a single type of adhesive may be applied to one or both of the case 20 and the electrode 10 for adhesion, or double-sided adhesive tape may be used for simplicity. In other words, if a rubber material other than silicone is used as the material for the case 20, a non-silicone adhesive or double-sided adhesive tape may be used as the adhesive member 50 between the electrode 10 and the case 20. The surface treatment may also be applied to other rubber materials, but not applying it does not particularly contribute to improved adhesion.
(熱化学電池の製造方法)
次に、図4と図5に基づいて、発電タイプの熱化学電池の製造方法について説明する。本実施形態では、電極10として、グラファイトシートを用い、ケース20をシリコーン製とした場合を例として説明する。
まず、グラファイトシート(大きさ、厚みが同じもの)2枚とレドックス対を含む電解液30を所定量用意する。次に、ケース(枠材)20を作製するが、これらの順番はどちらが先でも構わない。ケース20は、シリコーンの原料を型枠へ流し込み、加熱して固めた後、カットすることで作製できる。具体的には、以下の方法による。
(Method for manufacturing thermochemical battery)
Next, a method for manufacturing a power-generating thermochemical battery will be described with reference to Figures 4 and 5. In this embodiment, a graphite sheet is used as the electrode 10, and the case 20 is made of silicone.
First, two graphite sheets (of the same size and thickness) and a predetermined amount of electrolyte 30 containing a redox couple are prepared. Next, the case (frame material) 20 is made, but the order of these steps does not matter. The case 20 can be made by pouring silicone raw material into a mold, heating it to harden it, and then cutting it. Specifically, the method is as follows.
まず、主剤(シリコーンオイル) と硬化剤(クロスカップリング剤) を所望の割合(1:1~100:1 の範囲で可能)で混合し、一定温度(例えば、25℃程度)で一定時間(例えば、1時間程度)撹拌する。なお、主剤と硬化剤の混合割合は、所望の柔軟度となるように適宜選択すればよい。その後、一定圧力(例えば、50000Pa程度)、一定温度(例えば、25℃程度)の下で、一定時間(例えば、1時間程度)真空引きをして気泡を抜いた後、型枠に入れて、一定温度(例えば、70℃程度)で一定時間(例えば、12時間程度)の条件下、クロスカップリング反応により固化させる。このとき、型枠として帯電防止プラスチック容器などの非帯電容器を用いることで、成型後にシリコーンが剥がれやすくなるので好ましい。そして、その後、ケース20の形状が筒形となるように中央部分をカットすればよい。カットする大きさは、筒型の径方向の厚みが薄いほど、フレキシブル性に富むため、また電解質量を多くできるため、大きい方が好ましいが、強度、上下の電極間の温度差および電極との接着面をある程度確保することを考慮して、素材に応じて適切な大きさとすればよい。 First, the base agent (silicone oil) and curing agent (cross-coupling agent) are mixed in the desired ratio (a range of 1:1 to 100:1 is possible) and stirred for a set time (e.g., about 1 hour) at a constant temperature (e.g., about 25°C). The mixing ratio of the base agent and curing agent can be selected appropriately to achieve the desired flexibility. After that, a vacuum is applied for a set time (e.g., about 1 hour) at a constant pressure (e.g., about 50,000 Pa) and a constant temperature (e.g., about 25°C) to remove air bubbles. The mixture is then placed in a mold and solidified by a cross-coupling reaction at a constant temperature (e.g., about 70°C) for a set time (e.g., about 12 hours). Using a non-static container, such as an anti-static plastic container, as the mold is preferable, as this facilitates peeling of the silicone after molding. The center of the case 20 is then cut to form a cylindrical shape. The smaller the cylindrical diameter, the greater the flexibility and the larger the amount of electrolyte that can be contained, so the larger the cut size is. However, an appropriate size can be selected depending on the material, taking into consideration strength, the temperature difference between the upper and lower electrodes, and ensuring a certain degree of adhesive surface area with the electrodes.
そして、ケース20の全体の大きさは、グラファイトシート電極10と同じか、一回り小さい又は一回り大きい大きさとする。具体的には、グラファイトシート電極10の端部がケース20の上端又は下端に接するような大きさになるようにすればよい。
図示例では、ケース20は電極10の縁部に沿って配置されているが、電極10の端部(中央より端側)に配置されればよい。なお、ケース20を、グラファイトシート電極10の縁端部に配置すると、電解液30と電極10との接触面を広く取れるので好ましい。
The overall size of case 20 is set to be the same as, slightly smaller than, or slightly larger than graphite sheet electrode 10. Specifically, the size should be such that the end of graphite sheet electrode 10 contacts the upper or lower end of case 20.
In the illustrated example, case 20 is arranged along the edge of electrode 10, but it may be arranged at the end (closer to the end than the center) of electrode 10. Note that arranging case 20 at the edge of graphite sheet electrode 10 is preferable because it allows for a wide contact surface between electrolyte 30 and electrode 10.
そして、ケース20の下に、熱化学電池の底となるグラファイトシート電極10を接着する。この接着は、以下のように行う。なお、この接着に先立って、ケース20の接着側表面に、オゾン処理などの表面処理を施すと良い。 Then, the graphite sheet electrode 10, which will form the bottom of the thermochemical battery, is adhered to the bottom of the case 20. This adhesion is performed as follows. Prior to this adhesion, it is advisable to perform a surface treatment such as ozone treatment on the adhesion side surface of the case 20.
まず、グラファイトシート電極10の縁部に片面接着(例えば、アクリル系の粘着剤54)の粘着テープ52を張り付けて、粘着テープの接着面とは反対側の面にシリコーン系接着剤56を塗布し、当該塗布面にケース(シリコーン)20の下端を載せて圧着し、接着させる。このようにすることで、ケース20の開口下端を塞ぐことができる。なお、シリコーン系接着剤56はケース20側に塗布しても良い。また、粘着テープ52によるグラファイトシート電極10とケース20との接着はどちらが先でもよく、ケース20にシリコーン系接着剤56を塗布して粘着テープ52を接着させた後、グラファイトシート電極10を粘着テープ52の接着面に貼り付けてもよい。接着剤56の使用は、塗布に限らず、例えば吹き付けでもよい。このことは、他の実施形態にも共通する。
そして、接着剤56が固まったら、電解液30を気泡が存在しないように注入する。
First, a single-sided adhesive tape 52 (e.g., an acrylic adhesive 54) is attached to the edge of the graphite sheet electrode 10, a silicone adhesive 56 is applied to the surface opposite the adhesive surface of the adhesive tape, and the bottom end of the case (silicone) 20 is placed on the applied surface and pressed to adhere. This seals the bottom end of the opening of the case 20. The silicone adhesive 56 may also be applied to the case 20. The graphite sheet electrode 10 and the case 20 may be bonded together first using the adhesive tape 52. The silicone adhesive 56 may be applied to the case 20 first, and then the adhesive tape 52 may be attached to the graphite sheet electrode 10. The adhesive 56 may be applied by spraying, for example. This also applies to the other embodiments.
Then, once the adhesive 56 has hardened, the electrolyte 30 is poured in so as to avoid the presence of air bubbles.
さらに、粘着テープ52の接着面に、グラファイトシート電極10を貼り付けて、ケース20の上端にシリコーン系接着剤56を全体的に塗布した後、粘着テープ52の接着面とは反対側の面を前記塗布面に圧着し、蓋をする。このように、ケース20と電極10から構成される封止体に電解液30を充填し、液密に封止する。なお、ケース側に粘着テープ52をシリコーン系接着剤56により接着後、グラファイトシート電極10を貼り付けても良い。 Furthermore, the graphite sheet electrode 10 is attached to the adhesive surface of the adhesive tape 52, and after silicone-based adhesive 56 is applied to the entire upper end of the case 20, the surface opposite the adhesive surface of the adhesive tape 52 is pressed against the applied surface and the lid is closed. In this way, the sealed body consisting of the case 20 and electrode 10 is filled with electrolyte 30 and sealed liquid-tight. Alternatively, the graphite sheet electrode 10 may be attached after adhesive tape 52 is attached to the case side with silicone-based adhesive 56.
また、電極10とケース20との接着剤として同じものを使用する場合は、両面粘着テープにより接着させてもよいし、電極10側とケース20側の一方又は両方に接着剤を塗布して両者を接着させてもよい。そして、上下の各電極10の縁部に導電性接着剤(図示せず)により、外部接続用電極40を接続し、当該外部接続用電極40にデバイスを接続すると、電気回路を構成できる。 Furthermore, if the same adhesive is used for the electrode 10 and the case 20, they may be attached using double-sided adhesive tape, or adhesive may be applied to one or both of the electrode 10 and case 20 sides to bond them together. Then, by connecting external connection electrodes 40 to the edges of the upper and lower electrodes 10 using a conductive adhesive (not shown), and connecting a device to the external connection electrodes 40, an electrical circuit can be formed.
また、熱化学電池に、電解質を仕切る分離材(イオン透過膜)34を設置することで、前記充電タイプ(図7)としても使用できる。なお、分離材34としては、フレキシブル性を有するイオン透過膜とすればよく、使用する電解液30の種類によって、適したイオン透過膜を選択すればよい。この場合、ケース21内にイオン透過膜を配置する必要があるが、大きさの等しいケース21a、21bを2つ作製し、これらのケース間にイオン透過膜を挟むことで、容易に作製できる。 Furthermore, by installing a separator (ion-permeable membrane) 34 that separates the electrolyte in the thermochemical battery, it can also be used as the rechargeable type (Figure 7). The separator 34 can be any flexible ion-permeable membrane, and an appropriate ion-permeable membrane can be selected depending on the type of electrolyte 30 used. In this case, the ion-permeable membrane must be placed inside the case 21, but this can be easily done by creating two cases 21a and 21b of equal size and sandwiching the ion-permeable membrane between them.
ケースの作製方法は、発電タイプの熱化学電池と同様の方法でよく、当該方法により同じものを2つ作製してもよいし、大きめに作製した一つのケースを横に2つにカットしても良い。なお、2つのケースの厚み(高さ)や大きさが多少違っていても問題ない。 The case can be made in the same way as for a power-generating thermochemical battery. Two identical cases can be made using this method, or one larger case can be cut horizontally into two. It is not a problem if the thickness (height) or size of the two cases differs slightly.
そして、一方のケース21aの下端に電極(例えばグラファイトシート)10を張り付けて底を塞ぎ、電解液30aを注入してイオン透過膜34をケース上端に張り付けて蓋をする。そして、他方のケース21bをイオン透過膜34の上に貼り付けて、電解液30bを注入して、ケース上端に電極10を張り付けて蓋をする。接着の方法は、発電タイプの熱化学電池5の場合と同様とすればよい。 An electrode (e.g., a graphite sheet) 10 is then attached to the bottom of one case 21a to seal the bottom, electrolyte 30a is poured in, and an ion-permeable membrane 34 is attached to the top of the case to seal the lid. The other case 21b is then attached on top of the ion-permeable membrane 34, electrolyte 30b is poured in, and an electrode 10 is attached to the top of the case to seal the lid. The bonding method can be the same as for the power-generating thermochemical battery 5.
そして、ケース21をシリコーン製とした場合は、ケース21a、21bとイオン透過膜34との接着剤として、シリコーン系接着剤を用いると良い。すなわち、この場合、イオン透過膜34は粘着テープ52の接着面に貼り付けて、ケース21a、21bにはシリコーン系接着剤56を全体的に塗布して、粘着テープ52の接着面とは反対側の面を前記塗布面に圧着する。 If the case 21 is made of silicone, it is recommended to use a silicone adhesive as the adhesive between the cases 21a and 21b and the ion-permeable membrane 34. That is, in this case, the ion-permeable membrane 34 is attached to the adhesive surface of the adhesive tape 52, and the silicone-based adhesive 56 is applied to the entire surface of the cases 21a and 21b, and the surface of the adhesive tape 52 opposite the adhesive surface is pressed against the applied surface.
また、電解液30aと電解液30bとの組み合わせの例として、塩化カリウム溶液(又は硝酸カリウム溶液)と、フェロシアン化カリウムとフェリシアン化カリウムの混合液と、がある。この場合、イオン透過膜34は、陽イオン透過膜となるが(共通イオンがK+)、上下の電解液の電解質の種類によって、陽イオン透過膜と陰イオン透過膜とを適宜選択すれば良い。例えば、上記組み合わせとして、塩化カリウム溶液と、塩化鉄(II)と塩化鉄(III)の混合液とした場合は、陰イオン透過膜となる(共通イオンがCl-)。イオン透過膜は、電解質30a、30bの共通イオンが同じであれば、ケース21の材質によらず、同じものを用いる。 An example of a combination of the electrolytes 30a and 30b is a potassium chloride solution (or potassium nitrate solution) and a mixed solution of potassium ferrocyanide and potassium ferricyanide. In this case, the ion-permeable membrane 34 is a cation-permeable membrane (the common ion is K + ). The cation-permeable membrane and the anion-permeable membrane can be selected appropriately depending on the types of electrolytes in the upper and lower electrolytes. For example, if the combination is a potassium chloride solution and a mixed solution of iron (II) chloride and iron (III) chloride, the resulting membrane is an anion-permeable membrane (the common ion is Cl − ). As long as the common ion of the electrolytes 30a and 30b is the same, the same ion-permeable membrane can be used regardless of the material of the case 21.
(動作)
次に、フレキシブル熱化学電池の動作について説明する。
最初に、発電タイプのフレキシブル熱化学電池5の動作について説明する。
発電タイプのフレキシブル熱化学電池5を熱源、例えば温排水管や温排気管等の上に載置する。この場合、下側の電極10が高温、上側の電極10が低温となる。そして、上記したように、高温側の下側の電極10では電解質30中のイオンが反応し価数が変化したイオンと電子になり、低温側では電子の流入により元の価数のイオンとなる。したがって、熱流は矢印F方向(図5)に下側から上側に向かい、電流は矢印D方向に流れる。このように、デバイスの電池として利用できる。
(operation)
Next, the operation of the flexible thermochemical battery will be described.
First, the operation of the power generating flexible thermochemical battery 5 will be described.
A power-generating flexible thermochemical battery 5 is placed on a heat source, such as a hot drain pipe or a hot exhaust pipe. In this case, the lower electrode 10 is at a high temperature, and the upper electrode 10 is at a low temperature. As described above, ions in the electrolyte 30 react at the lower electrode 10 on the high-temperature side, becoming ions with a changed valence and electrons, while on the low-temperature side, an influx of electrons causes ions to return to their original valence. Therefore, heat flows from bottom to top in the direction of arrow F (FIG. 5), and current flows in the direction of arrow D. In this way, the battery can be used as a device battery.
次に、充電タイプのフレキシブル熱化学電池6の動作について説明する。
充電タイプのフレキシブル熱化学電池6の場合は、熱源、例えば暖かい室内に保持した場合、全体が温まることで(図3(A))、上下のそれぞれで、電解質内での反応と電極表面での反応が起こる。図示例では、優先的に起こる反応により生じた電解液30a側のイオン(例えば、陽イオン)は矢印F方向(図7)に下側から上側の電解液30bに向かい、電流は、矢印D方向に流れ、イオンが飽和するまで発電する。その後、熱化学電池6を異なる温度に置くと、例えば冷たい野外等に保持すると、先とは逆の反応が起こることで、電流の向きが反対方向になり、再びイオンが飽和するまで発電する。
Next, the operation of the rechargeable flexible thermochemical battery 6 will be described.
In the case of a rechargeable flexible thermochemical battery 6, when it is kept in a heat source, for example, a warm room, the entire battery heats up ( FIG. 3A ), causing reactions in the electrolyte and on the electrode surfaces in both the upper and lower parts. In the illustrated example, ions (e.g., cations) in the electrolyte 30a generated by a preferential reaction flow in the direction of arrow F ( FIG. 7 ) from the lower side to the upper electrolyte 30b, and current flows in the direction of arrow D, generating electricity until the ions are saturated. If the thermochemical battery 6 is then placed at a different temperature, for example, outdoors in the cold, the opposite reaction occurs, causing the current to flow in the opposite direction, and electricity is generated again until the ions are saturated.
充電タイプの場合は、上下の電極間に温度差があっても、内部の電解液30a、30bの種類が異なるため、前記温度差による影響は無視できるものであり、発電タイプとは異なる挙動となる。なお、上下に用いる電解液の電解質の種類によって、温度変化時の電流方向は異なるものとなる。
また、充電タイプの熱化学電池では、ケース21a、21bを2つ重ねるため、発電タイプの熱化学電池に比べて若干厚みは増すが、フレキシブル性に何ら影響を与えるものではない。
In the case of the charging type, even if there is a temperature difference between the upper and lower electrodes, the influence of the temperature difference can be ignored because the types of electrolytes 30a and 30b inside are different, and the behavior is different from that of the power generation type. Note that the direction of current when the temperature changes will differ depending on the type of electrolyte used in the upper and lower electrodes.
Furthermore, in the case of a rechargeable thermochemical battery, two cases 21a and 21b are stacked on top of each other, so the thickness is slightly increased compared to a power generating thermochemical battery, but this does not affect flexibility in any way.
以上説明したように、本実施形態に係るフレキシブル熱化学電池5、6は、前記発電タイプ及び前記充電タイプとして使用できることから、熱源があれば、その熱を電気にして保存することができるため、周囲の廃熱の回収手段の一つとして期待できる。
したがって、本実施形態に係るフレキシブル熱化学電池5、6は、連続発電と繰り返しの使用の両方が可能であることから、様々な場所で用いることができる。
As described above, the flexible thermochemical batteries 5 and 6 according to this embodiment can be used as the power generation type and the charging type, and therefore, if there is a heat source, the heat can be converted into electricity and stored, and therefore they are expected to be one of the means for recovering surrounding waste heat.
Therefore, the flexible thermochemical batteries 5 and 6 according to this embodiment are capable of both continuous power generation and repeated use, and can be used in a variety of locations.
そして、本実施形態に係るフレキシブル熱化学電池5、6は、柔軟性が求められる多様なデバイスに有用である。例えば、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、温湿度センサ、生体貼付型装置のような小型機器やウエアラブル機器の電源や動物管理用機器(位置情報システム(GPS)や体温管理センサ)、植物管理用機器(温湿度センサや日照センサ)の電源にも適用できる。他の実施形態においても、同様である。そして、熱源としては、工場排熱、機器排熱、排気管、排水管、家庭排熱、人体、動物、地熱、太陽熱など、種々のものが想定される。 The flexible thermochemical batteries 5 and 6 according to this embodiment are useful in a variety of devices requiring flexibility. For example, they can be used as power sources for small devices and wearable devices such as mobile phones, audio recording and playback devices, wristwatches, video and still image cameras, temperature and humidity sensors, and body-attachable devices, as well as for animal management devices (GPS (Positioning System) and body temperature management sensors) and plant management devices (temperature and humidity sensors and sunlight sensors). The same applies to other embodiments. Potential heat sources include factory exhaust heat, equipment exhaust heat, exhaust pipes, drainage pipes, household exhaust heat, the human body, animals, geothermal heat, solar heat, and other sources.
なお、本実施形態では、ケース20、21と電極10から構成される封止体自体が熱化学電池の外形をなしているが、ケース20、21と電極10の外側にフレキシブル性を有するカバーなどの他の部材を付加してもよい。カバーが電極10と重なる場合は、熱伝導性の材料(例えば、金属薄膜、熱伝導ポリマー等)を用いるとよい。この場合も、熱化学電池全体がフレキシブル性を有するため、様々な場所において適用できる。 In this embodiment, the sealed body consisting of the cases 20, 21 and the electrodes 10 itself forms the outer shape of the thermochemical battery, but other components such as a flexible cover may be added to the outside of the cases 20, 21 and the electrodes 10. If the cover overlaps the electrodes 10, it is recommended to use a thermally conductive material (e.g., a metal thin film, a thermally conductive polymer, etc.). In this case, too, the entire thermochemical battery is flexible, making it applicable to a variety of locations.
また、フレキシブル熱化学電池を構成するすべての部材がフレキシブル性を有することが好ましいが、フレキシブル性を有しない部分を少しでも含むものを一切排除するものではない。このことは、他の実施形態にも共通する。 Furthermore, while it is preferable that all components constituting a flexible thermochemical battery be flexible, this does not exclude components that include even a small amount of non-flexible parts. This also applies to other embodiments.
(実施形態2)
本実施形態は、熱化学電池を、複数電気的に直列接続した熱化学電池モジュールとしたものである。
実施形態1で示した発電タイプのフレキシブル熱化学電池を、複数電気的に直列接続することで、電圧を増大させることができる。この場合、熱源が各一対の電極の一端側に存在するため、熱流は一方向に制限される。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a plurality of thermochemical cells are electrically connected in series to form a thermochemical cell module.
The voltage can be increased by electrically connecting multiple flexible thermochemical batteries of the power generation type shown in Embodiment 1 in series. In this case, the heat source is located on one end side of each pair of electrodes, so the heat flow is limited to one direction.
図8(A)には2つの熱化学電池5を接続した熱化学電池モジュール60の平面図を示し、図8(B)には、図8(A)の側面図(一部断面)を示す。
これらの図に示すように、2つの熱化学電池5は、隣接する熱化学電池の外部接続用電極40同士を導電部材70によって接続することにより電気的に接続している。導電部材70は、隣接する熱化学電池のうち、一方の熱化学電池の低温側(又は高温側)電極10の外部接続用電極40と他方の熱化学電池の高温側(又は低温側)電極10の外部接続用電極40とを接続しており、隣接する熱化学電池5のケース20の側壁間に配置される。
FIG. 8A shows a plan view of a thermochemical battery module 60 in which two thermochemical batteries 5 are connected, and FIG. 8B shows a side view (partial cross section) of FIG. 8A.
As shown in these figures, two thermochemical batteries 5 are electrically connected by connecting the external connection electrodes 40 of adjacent thermochemical batteries with a conductive member 70. The conductive member 70 connects the external connection electrode 40 of the low-temperature side (or high-temperature side) electrode 10 of one of the adjacent thermochemical batteries to the external connection electrode 40 of the high-temperature side (or low-temperature side) electrode 10 of the other thermochemical battery, and is disposed between the side walls of the cases 20 of the adjacent thermochemical batteries 5.
外部接続用電極40の接続用の導電部材70としては、接続部分のフレキシブル性を害しない導電材であれば差し支えない。また、導電部材70はフレキシブル性および導電性を有するものであれば好ましく、特に限定されず、外部接続用電極40と同様のものでもよい。例えば、金属線や導電性高分子を含侵させた繊維などを用いるとよい。他の実施形態においても同様である。 The conductive member 70 for connecting the external connection electrode 40 may be any conductive material that does not impair the flexibility of the connection portion. Furthermore, the conductive member 70 is preferably flexible and conductive, but is not particularly limited and may be the same as the external connection electrode 40. For example, metal wire or fiber impregnated with a conductive polymer may be used. This also applies to other embodiments.
(熱化学電池モジュールの製造方法)
次に、図8に基づいて、熱化学電池モジュールの製造方法について説明する。
まず、実施形態1と同様な方法で熱化学電池5を2つ作製する。そして、2つの熱化学電池を電気的に接続するための線状の導電部材70を用意し、導電部材70の両端を、導電性接着剤を用いて、それぞれ外部接続用電極40に接続する。この接続は、導電性接着剤に限られず、直接、金属線や繊維同士を結んだり、別の金属線や導電性高分子含侵繊維等を用いたりしてもよい。
また、導電性接着剤には、グラフェン、グラファイト微粒子、カーボンナノチューブ等が混合・分散されていてもよい。導電性接着剤を使用しない場合でも金属線や導電性高分子含侵繊維と外部接続用電極40との接続部に、グラフェン、グラファイト微粒子、カーボンナノチューブ等の集積体が塗布されていてもよい。
なお、導電部材70の強度を高めるために、導電部材70の周囲に保護カバーを設けてもよい。
(Method for manufacturing a thermochemical battery module)
Next, a method for manufacturing a thermochemical battery module will be described with reference to FIG.
First, two thermochemical batteries 5 are fabricated in the same manner as in Embodiment 1. Then, a linear conductive member 70 is prepared to electrically connect the two thermochemical batteries, and both ends of the conductive member 70 are connected to the external connection electrodes 40 using a conductive adhesive. This connection is not limited to the use of a conductive adhesive, and metal wires or fibers may be directly connected to each other, or other metal wires or conductive polymer-impregnated fibers may be used.
The conductive adhesive may contain graphene, graphite particles, carbon nanotubes, etc. Even if no conductive adhesive is used, an aggregate of graphene, graphite particles, carbon nanotubes, etc. may be applied to the connection portion between the metal wire or conductive polymer-impregnated fiber and the external connection electrode 40.
In order to increase the strength of the conductive member 70, a protective cover may be provided around the conductive member 70.
このように、熱化学電池5の外部接続用電極40をそのまま利用して複数接続することで、簡単に熱化学電池モジュール60を作製できる。一方、外部接続用電極40のない熱化学電池を作製して導電部材70のみにより、上下の各電極10の縁部を接続してもよい。
また、隣接する熱化学電池5のケース20の対向面や導電部材70の周囲にシーリング材(図示せず)を用いて、導電部材70の周囲を埋めることで、導電部材70が保護され、かつ、側壁間の隙間を埋めることができる。
In this way, by directly connecting a plurality of external connection electrodes 40 of the thermochemical batteries 5, it is possible to easily fabricate a thermochemical battery module 60. On the other hand, a thermochemical battery without external connection electrodes 40 may be fabricated, and the edges of the upper and lower electrodes 10 may be connected only by the conductive member 70.
In addition, by using a sealing material (not shown) on the opposing surfaces of the cases 20 of adjacent thermochemical batteries 5 and around the conductive member 70, the conductive member 70 can be protected and the gap between the side walls can be filled.
(動作)
以下に、熱化学電池モジュール60の電流の流れについて、説明する。
熱化学電池モジュール60を熱源(例えば、温排水管や温排気管)上に置いた際に、接地側(以下、下側という。)の電極10は高温となり、接地側と反対側(以下、上側という。)の電極10は低温となる。したがって、モジュールを構成する2つの熱化学電池5は、2つとも下側の電極10は高温、上側の電極10は低温となって、熱流は矢印F方向に下側から上側に向かい、電流が上側の電極10から矢印D方向に、導電部材70を介して隣接する熱化学電池5の下側の電極10に流れる。
(operation)
The flow of current in the thermochemical battery module 60 will now be described.
When the thermochemical battery module 60 is placed on a heat source (for example, a hot drain pipe or a hot exhaust pipe), the electrode 10 on the ground side (hereinafter referred to as the lower side) becomes hot, and the electrode 10 on the opposite side to the ground side (hereinafter referred to as the upper side) becomes cold. Therefore, in both of the two thermochemical batteries 5 constituting the module, the lower electrode 10 becomes hot and the upper electrode 10 becomes cold, and heat flows from the lower side to the upper side in the direction of arrow F, and current flows from the upper electrode 10 in the direction of arrow D via the conductive member 70 to the lower electrode 10 of the adjacent thermochemical battery 5.
そして、この流れにより2つの熱化学電池5の間を、直線状(矢印D方向)に電流が流れることになる。また、直列接続された熱化学電池5の一端側と他端側の外部接続用電極40にデバイスを接続することで、直流回路が形成される。外部接続用電極40は、電池の入力側は高温となる下側の電極10と接続され、出力側は低温となる上側の電極10と接続される。 This current causes a linear current to flow (in the direction of arrow D) between the two thermochemical batteries 5. A DC circuit is formed by connecting a device to the external connection electrodes 40 on one end and the other end of the series-connected thermochemical batteries 5. The external connection electrode 40 is connected to the lower electrode 10, which is at a high temperature, on the input side of the battery, and to the upper electrode 10, which is at a low temperature, on the output side.
このように、本実施形態の熱化学電池モジュール60によれば、複数の熱化学電池5が接続されていることで低温の熱源の広い面から安定して高電力を得ることができる。このことは、他の実施形態の熱化学電池モジュールにも共通する。 In this way, with the thermochemical battery module 60 of this embodiment, multiple thermochemical batteries 5 are connected, allowing stable, high-power generation from a wide area of a low-temperature heat source. This is also true for the thermochemical battery modules of other embodiments.
なお、本実施形態では、2つの熱化学電池を接続した例を示しているが、それ以上の数の熱化学電池を接続してもよい。また、同一の熱化学電池を接続する場合に限られず、形状や大きさの異なる熱化学電池を接続しても良い。さらに、直線状に長くする場合に限られず、折れ曲がるように接続することも可能であるため、設置面の形状に合わせて、あらゆる形状や大きさに対応できる。また、充電タイプの熱化学電池にも、同様に適用できる。
(実施形態3)
Although this embodiment shows an example in which two thermochemical batteries are connected, more than two thermochemical batteries may be connected. Furthermore, the invention is not limited to connecting identical thermochemical batteries, but may also connect thermochemical batteries of different shapes and sizes. Furthermore, the invention is not limited to connecting batteries in a straight line, but can also be connected in a bent shape, making it possible to accommodate any shape or size to fit the shape of the installation surface. It is also applicable to rechargeable thermochemical batteries.
(Embodiment 3)
図9(A)には2つの熱化学電池を接続した熱化学電池モジュールの平面図を示し、図9(B)には、図9(A)の側面図(一部断面)を示す。なお、分かりやすいように、ケース側壁内部の導電部材を断面として示している。このことは、他の実施形態においても共通する。
本実施形態の熱化学電池モジュール62は、2つの熱化学電池7を接続した熱化学電池モジュールである点で、実施形態2の熱化学電池モジュールと同様であるが、2つの熱化学電池の隣接するケースの側壁が共通している点で、実施形態2の熱化学電池モジュールと異なる。
Fig. 9(A) shows a plan view of a thermochemical battery module in which two thermochemical batteries are connected, and Fig. 9(B) shows a side view (partial cross section) of Fig. 9(A). For ease of understanding, the conductive member inside the case side wall is shown as a cross section. This is also true for other embodiments.
The thermochemical battery module 62 of this embodiment is similar to the thermochemical battery module of embodiment 2 in that it is a thermochemical battery module in which two thermochemical batteries 7 are connected, but differs from the thermochemical battery module of embodiment 2 in that the side walls of the adjacent cases of the two thermochemical batteries are common.
すなわち、実施形態2の熱化学電池モジュール60は、2つの独立した熱化学電池5を直列に接続したものであるが、本実施形態では、2つの熱化学電池のケースをユニット化して、実施形態2の熱化学電池モジュールと同等の電力を得る構成としている。そして、導電部材により、熱化学電池の外部接続用電極を接続するのではなく、上下一対の電極を接続している。 In other words, while the thermochemical battery module 60 of embodiment 2 is configured by connecting two independent thermochemical batteries 5 in series, in this embodiment the cases of the two thermochemical batteries are unitized to obtain the same amount of power as the thermochemical battery module of embodiment 2. Furthermore, instead of connecting the external connection electrodes of the thermochemical batteries using a conductive member, a pair of upper and lower electrodes are connected.
導電部材72は、隣接する熱化学電池7のうち、一方の熱化学電池7の低温側(又は高温側)電極12aと他方の熱化学電池7の高温側(又は低温側)電極12aとを接続している。 The conductive member 72 connects the low-temperature (or high-temperature) electrode 12a of one adjacent thermochemical battery 7 to the high-temperature (or low-temperature) electrode 12a of the other adjacent thermochemical battery 7.
図示例では、熱化学電池の上下一対の電極12(12a、12b)は、大きさはほぼ同じものであるが、導電部材72の接続する部分(以下、導電接続部という。)12aaのスペースを確保するべく、この部分が広くなるように、大きさが多少異なるものとするとよい。すなわち、図9に示すように、上下一対の電極12は、導電接続部12aaを有する電極12aでは、電流方向(矢印D方向)の辺の長さが、導電接続部を有しない電極12bよりも、長くなっている。 In the illustrated example, the pair of upper and lower electrodes 12 (12a, 12b) of the thermochemical battery are approximately the same size, but to ensure space for the connecting portion 12aa of the conductive member 72 (hereinafter referred to as the conductive connection portion), it is preferable to make the sizes slightly different so that this portion is wider. That is, as shown in Figure 9, of the pair of upper and lower electrodes 12, the length of the side in the current direction (direction of arrow D) of electrode 12a having the conductive connection portion 12aa is longer than that of electrode 12b without the conductive connection portion.
(熱化学電池モジュールの製造方法)
次に、図9に基づいて、熱化学電池モジュール62の製造方法について説明する。実施形態1の場合と同様に、電極12として、グラファイトシートを用い、ケース22をシリコーン製とした場合について説明する。基本的には、実施形態2による方法と同様であるが、グラファイトシート(電極)として、大きさが大きめの電極12aを2枚と小さめの電極12bを2枚、用意する。例えば、短辺の長さは同一で、長辺の長さが異なるものでよい。レドックス対を含む電解液は実施形態1の場合と同じものでよい。
(Method for manufacturing a thermochemical battery module)
Next, a method for manufacturing a thermochemical battery module 62 will be described with reference to FIG. 9 . Similar to the first embodiment, a case will be described in which graphite sheets are used as the electrodes 12 and the case 22 is made of silicone. Basically, the method is the same as the second embodiment, but two larger electrodes 12a and two smaller electrodes 12b are prepared as graphite sheets (electrodes). For example, the short sides may be the same length but the long sides may be different. The electrolyte containing the redox couple may be the same as that in the first embodiment.
そして、熱化学電池7を電気的に接続するための線状の導電部材72を1以上、好ましくは複数、必要な数だけ用意する。これらの導電部材72は、実施形態2の導電部材70と同様のものでよく、また同じ長さのものでよい。そして、導電部材72と熱化学電池との接続は、実施形態2の導電部材70と外部接続用電極40との接続に使われる材料を同様に用いてもよい。なお、導電部材72の数や大きさは、特に限定されないが、ケース22の側壁(後述する仕切り部)の強度を保てるように、また作業性を考慮して、適度な間隔となるように、適切な数や大きさのものとすれば良い。このことは、他の実施形態の熱化学電池モジュールにも共通する。 Then, one or more, preferably multiple, linear conductive members 72 are prepared as needed to electrically connect the thermochemical batteries 7. These conductive members 72 may be similar to the conductive members 70 of embodiment 2 and may be of the same length. The conductive members 72 may be connected to the thermochemical batteries using the same material as that used to connect the conductive members 70 of embodiment 2 to the external connection electrodes 40. The number and size of the conductive members 72 are not particularly limited, but should be an appropriate number and size so as to maintain the strength of the side walls of the case 22 (the partitions described below) and to provide an appropriate spacing, taking workability into consideration. This also applies to the thermochemical battery modules of other embodiments.
そして、ケース(枠材)22の作製は、シリコーン成型用の型枠の大きさと形状を変えることで、基本的に実施形態1のケースと同様の方法とすればよい。この場合、成型後の固化物を長手方向に2箇所カットすることで、内部が仕切り部22aにより2つの区画22bに仕切られたものが形成される。 The case (frame material) 22 can be made in essentially the same way as the case of embodiment 1, by changing the size and shape of the silicone molding mold. In this case, the solidified material after molding is cut in two places longitudinally, forming a part whose interior is divided into two compartments 22b by a partition 22a.
そして、ケース22の下に、熱化学電池7の底となる電極(グラファイトシート)12を接着するが、このとき、大きさの異なる電極12a、12bを並べてケースに接着させる。接着方法は実施形態1と同様とすればよい。そして、ケース22内の仕切り部22aにより仕切られた2つの区画22bに、それぞれ電解液30を注入する。その後、ケース22の上に、電極12を貼り付けて蓋をし、圧着、接着させる。このとき、底部に小さめの電極12bを張り付けた区画では、その上側に大きめの電極12aを張り付けて、底部が大きめの電極12aを張り付けた区画では、その上側に小さめの電極12bを張り付ける。すなわち、大きめの電極12aと小さめの電極12bが上下で互い違いになるように区画22bの上下に配置する。このように配置することで、隣接する一方の区画22bの上側(又は下側)の電極12aの導電接続部12aaと他方の区画22bの下側(又は上側)の電極12aの導電接続部12aaと仕切り部22aとが平面視で重複することとなる。 Then, an electrode (graphite sheet) 12 that will form the bottom of the thermochemical battery 7 is adhered to the bottom of the case 22. At this time, electrodes 12a and 12b of different sizes are aligned and adhered to the case. The adhesion method may be the same as in embodiment 1. Then, electrolyte 30 is poured into each of the two compartments 22b separated by the partition 22a inside the case 22. After that, an electrode 12 is attached to the top of the case 22, the lid is closed, and the electrodes are pressed and adhered. At this time, in the compartment with the smaller electrode 12b attached to the bottom, a larger electrode 12a is attached above it, and in the compartment with the larger electrode 12a attached to the bottom, a smaller electrode 12b is attached above it. In other words, the larger electrodes 12a and the smaller electrodes 12b are arranged above and below the compartments 22b so that they are staggered vertically. By arranging them in this manner, the conductive connection portion 12aa of the upper (or lower) electrode 12a of one adjacent compartment 22b and the conductive connection portion 12aa and partition portion 22a of the lower (or upper) electrode 12a of the other adjacent compartment 22b overlap in plan view.
次に、ケース22の仕切り部22aと上下の電極12aに、導電部材72を挿通させるための孔(図示せず)を導電部材の本数分形成し、当該孔に導電部材72を挿通させて、上下の電極12a間を接続する。この際、必要であれば、接着剤で固定する。なお、ケース22の仕切り部(グラファイトシートと接している部分)22aにおいて、電解液30は封止されているため、導電部材72を仕切り部22aの内部に設けても、封止効果に影響することはない。 Next, holes (not shown) for inserting the conductive members 72 are formed in the partition 22a of the case 22 and the upper and lower electrodes 12a, the number of which corresponds to the number of conductive members. The conductive members 72 are then inserted into the holes to connect the upper and lower electrodes 12a. If necessary, they may be fixed in place with adhesive. Note that since the electrolyte 30 is sealed in the partition 22a of the case 22 (the portion in contact with the graphite sheet), placing the conductive members 72 inside the partition 22a does not affect the sealing effect.
そして、各熱化学電池7の小さめの電極12bの縁部に、実施形態1と同様にして、外部接続用電極40を接続する。なお、外部接続用電極40の接続と導電部材72の接続は、どちらが先でも構わない。このことは、他の実施形態の熱化学電池モジュールにも共通する。また、ケース22の形状および区画22bの形状は、円形やその他の多角形、曲線と直線を含む形状など特に、限定されない。そして、電極12の形状や大きさは、隣接する区画22bの上下の電極の導電接続部12aaが平面視で重複しているか、または、近接していればよく、本実施形態に特に限定されない。このことは、導電接続部を有する他の実施形態の熱化学電池モジュールにも共通する。 Then, as in embodiment 1, the external connection electrode 40 is connected to the edge of the smaller electrode 12b of each thermochemical battery 7. It does not matter whether the external connection electrode 40 or the conductive member 72 is connected first. This also applies to thermochemical battery modules of other embodiments. The shape of the case 22 and the shapes of the compartments 22b are not particularly limited and may be circular, other polygonal shapes, or shapes including curves and straight lines. The shape and size of the electrodes 12 are not particularly limited to this embodiment as long as the conductive connection portions 12aa of the upper and lower electrodes of adjacent compartments 22b overlap or are adjacent in plan view. This also applies to thermochemical battery modules of other embodiments that have conductive connection portions.
(動作)
熱化学電池モジュール62の電流の流れについては、実施形態2と同様であり、熱化学電池モジュール62を熱源(例えば、温排水管や温排気管等)上に置いた際に、モジュールを構成する2つの熱化学電池は、2つとも下側の電極12は高温、上側の電極12は低温となって、熱流は矢印F方向に下側から上側に向かう。それに伴い、電流が矢印D方向に、上側の電極12aから導電部材72を介して下側の電極12aに流れる。
(operation)
The current flow in the thermochemical battery module 62 is the same as in the second embodiment, and when the thermochemical battery module 62 is placed on a heat source (for example, a hot drain pipe or a hot exhaust pipe), the lower electrodes 12 of the two thermochemical batteries constituting the module are both at high temperature and the upper electrodes 12 are at low temperature, and heat flows from the bottom to the top in the direction of arrow F. Accordingly, current flows in the direction of arrow D from the upper electrode 12 a to the lower electrode 12 a via the conductive member 72.
そして、この流れにより2つの熱化学電池7の間を、直線状(矢印D方向)に電流が流れることになる。また、直列接続された熱化学電池7の一端側と他端側の外部接続用電極40にデバイスを接続することで、直流回路が形成される。外部接続用電極40は、電池の入力側は高温となる下側の電極12bと接続され、出力側は低温となる上側の電極12bと接続される。 This current causes a linear current to flow (in the direction of arrow D) between the two thermochemical cells 7. A DC circuit is formed by connecting a device to the external connection electrodes 40 on one and the other ends of the series-connected thermochemical cells 7. The external connection electrode 40 is connected on the input side of the battery to the lower electrode 12b, which is at a high temperature, and on the output side to the upper electrode 12b, which is at a low temperature.
このように、本実施形態の熱化学電池モジュール62によれば、隣接する熱化学電池7同士では、一方の熱化学電池の上側の電極12aと、他方の熱化学電池の下側の電極12aとの一部が、平面視で、すなわち電極面と直交する方向から見て重複するものとなっている。そして、導電部材72を、重複する上側の電極12aと下側の電極12aとの間に配置することで、導電部材72を簡単に接続でき、強度的にも優れるものとなる。また、隣接する熱化学電池同士に隙間が生じないことで、コンパクトかつ高電力のモジュールとなる。 As such, in the thermochemical battery module 62 of this embodiment, between adjacent thermochemical batteries 7, the upper electrode 12a of one thermochemical battery partially overlaps the lower electrode 12a of the other thermochemical battery in a plan view, i.e., when viewed perpendicular to the electrode surface. By placing a conductive member 72 between the overlapping upper and lower electrodes 12a, the conductive member 72 can be easily connected and has excellent strength. Furthermore, since there are no gaps between adjacent thermochemical batteries, the module is compact and high-power.
また、導電部材72がケース22の側壁である仕切り部22a内に配置されることで、導電部材72が固定、保護される。したがって、熱化学電池モジュールを曲げた際に導電部材72がケース22ごと曲がるため、耐衝撃性にも強く、耐久性も高いものとなる。そして、隣接するフレキシブル熱化学電池間において、ケース22の隣接側の側壁が共通していることで、電解液量を多くでき、また電極面の面積を広く取れるため、大型化せずに高電力を得ることができる。また、熱化学電池モジュール62全体が簡素かつコンパクトな構造となり、軽量化や低コスト化にも繋がる。そして、複数の熱化学電池を同時に一体型で作製できるため、独立した熱化学電池をそれぞれ作製して接続する手間も削減され、作業性にも優れる。 Furthermore, the conductive member 72 is fixed and protected by being placed within the partition portion 22a, which is the side wall of the case 22. Therefore, when the thermochemical battery module is bent, the conductive member 72 bends along with the case 22, making it highly impact-resistant and durable. Furthermore, since the adjacent side walls of the case 22 are shared between adjacent flexible thermochemical batteries, a larger amount of electrolyte can be used and the electrode surface area can be increased, allowing for high power output without increasing the size. Furthermore, the entire thermochemical battery module 62 has a simple and compact structure, which also leads to weight and cost savings. Furthermore, since multiple thermochemical batteries can be manufactured simultaneously as an integrated unit, the effort required to manufacture and connect independent thermochemical batteries is reduced, resulting in excellent workability.
本実施形態では、2つの熱化学電池をユニット化した例を示しているが、それ以上の数の熱化学電池をユニット化してもよい。また、直線状に長くする場合に限られず、折れ曲がるように接続することも可能であるため、設置面の形状に合わせて、あらゆる形状や大きさに対応できる。なお、熱化学電池の接続を多くすると、接続部分に隙間が生じやすく、面積的にロスする部分が増えるが、本実施形態によれば、熱化学電池の隣接側の側壁が共通していることで、実施形態2の場合と比べて、出力密度(単位面積当たりの出力)が向上する。また、充電タイプの熱化学電池にも、同様に適用できる。なお、本実施形態では、上下の電極の導電接続部12aaが平面視で重複する場合を示したが、上下の電極12aの導電接続部12aaが平面視で重複しない場合でも、導電部材72の長さを調整することで導電部材72を仕切り部22a内に配置して、上下の電極12aを接続すればよい。 While this embodiment illustrates an example in which two thermochemical batteries are unitized, more than one thermochemical battery may be unitized. Furthermore, the batteries are not limited to being linearly elongated, but can also be bent. This allows for a variety of shapes and sizes to be accommodated to the shape of the installation surface. Connecting more thermochemical batteries increases the likelihood of gaps forming at the connections, resulting in increased area loss. However, this embodiment shares a common sidewall on the adjacent sides of the thermochemical batteries, improving output density (output per unit area) compared to the second embodiment. This embodiment can also be used in rechargeable thermochemical batteries. While this embodiment illustrates a case in which the conductive connections 12aa of the upper and lower electrodes 12a overlap in a planar view, even if the conductive connections 12aa of the upper and lower electrodes 12a do not overlap in a planar view, the length of the conductive member 72 can be adjusted to position the conductive member 72 within the partition 22a and connect the upper and lower electrodes 12a.
(実施形態4)
また、独立した熱化学電池を複数電気的に接続する例として、外部接続用電極を用いずに接続することも可能である。
図10(A)には2つの熱化学電池を接続した熱化学電池モジュールの平面図を示し、図10(B)には、図10(A)の側面図を示す。
本実施形態の熱化学電池モジュール64は、2つの独立した熱化学電池8を直列に接続したものである点で、実施形態2の熱化学電池モジュール60と同様であるが、外部接続用電極40を用いずに、直接、隣接する上下の電極14aを接続した点で、異なるものである。
(Embodiment 4)
Furthermore, as an example of electrically connecting a plurality of independent thermochemical cells, it is also possible to connect them without using external connection electrodes.
FIG. 10(A) shows a plan view of a thermochemical battery module in which two thermochemical batteries are connected, and FIG. 10(B) shows a side view of FIG. 10(A).
The thermochemical battery module 64 of this embodiment is similar to the thermochemical battery module 60 of embodiment 2 in that it is configured by connecting two independent thermochemical batteries 8 in series, but differs in that adjacent upper and lower electrodes 14a are connected directly without using external connection electrodes 40.
そして、上下の電極14aの接続を、導電部材74により行い、隣接する熱化学電池8のうち一方の熱化学電池8の上側(又は下側)の電極14aと他方の熱化学電池の下側(又は上側)の電極14aとが平面視で一部重複するように配置している点で、実施形態3の熱化学電池モジュール62と共通している。すなわち、大きめの電極14aと小さめの電極14bをケース20の上下で互い違いに配置している。そして、導電部材74と熱化学電池との接続は、実施形態2の導電部材70と外部接続用電極40との接続に使われる材料を同様に用いてもよい。
また、導電部材74の強度を高めるために、保護カバーを設けてもよいし、隣接する熱化学電池8のケースの対向面や導電部材74の周囲にシーリング材を用いて、側壁間の隙間を埋めてもよい。本実施形態においても、実施形態2及び3と同様の作用効果を奏する。また、充電タイプの熱化学電池にも、同様に適用できる。
The upper and lower electrodes 14a are connected by a conductive member 74, and the upper (or lower) electrode 14a of one of the adjacent thermochemical cells 8 is arranged so as to partially overlap the lower (or upper) electrode 14a of the other thermochemical cell in plan view, which is common to the thermochemical cell module 62 of the third embodiment. That is, the larger electrodes 14a and the smaller electrodes 14b are arranged alternately above and below the case 20. The conductive member 74 and the thermochemical cells may be connected using the same material as that used to connect the conductive member 70 and the external connection electrode 40 of the second embodiment.
Furthermore, a protective cover may be provided to increase the strength of the conductive member 74, or a sealant may be used on the opposing surfaces of the cases of adjacent thermochemical batteries 8 or around the conductive member 74 to fill the gap between the side walls. This embodiment also achieves the same effects as those of embodiments 2 and 3. It can also be applied to a rechargeable thermochemical battery.
(実施形態5)
本実施形態は、実施形態3の熱化学電池モジュールと同様に熱化学電池の隣接するケースの側壁が共通しているものであるが、4つの熱化学電池を接続した熱化学電池モジュールである点で、実施形態3の熱化学電池モジュールと異なる。
(Embodiment 5)
This embodiment, like the thermochemical battery module of embodiment 3, has a common side wall between adjacent cases of thermochemical batteries, but differs from the thermochemical battery module of embodiment 3 in that it is a thermochemical battery module in which four thermochemical batteries are connected.
図11には、本実施形態のフレキシブル熱化学電池モジュールの平面図(図11(A))及びケースの平面図(図11(B))を示し、図12には図11(A)の各方向(矢印A-C方向)から見た場合のフレキシブル熱化学電池の側面図を示す。
これらの図に示すように、4つの熱化学電池9を導電部材76によって電気的に直列接続している。導電部材76は、隣接する熱化学電池9のうち、一方の熱化学電池9の低温側(又は高温側)電極16と他方の熱化学電池9の高温側(又は低温側)電極16とを接続している。導電部材76と熱化学電池との接続は、実施形態2の導電部材70と外部接続用電極40との接続に使われる材料を同様に用いてもよい。そして、熱化学電池9の上下一対の電極16は、大きさはほぼ同じものであるが、導電接続部16aのスペースを確保するべく、この部分が広くなるように、横長とするとよい。そして、上下一対の電極16は、電流方向(矢印D方向、導電接続部16aに流れる方向)の辺が長辺となるように、ケース24の各区画24bに配置する。
Figure 11 shows a plan view of the flexible thermochemical battery module of this embodiment (Figure 11(A)) and a plan view of the case (Figure 11(B)), and Figure 12 shows a side view of the flexible thermochemical battery as viewed from each direction (arrows A-C) in Figure 11(A).
As shown in these figures, four thermochemical batteries 9 are electrically connected in series by conductive members 76. The conductive members 76 connect the low-temperature (or high-temperature) electrode 16 of one adjacent thermochemical battery 9 to the high-temperature (or low-temperature) electrode 16 of the other thermochemical battery 9. The conductive members 76 may be connected to the thermochemical batteries using the same material as that used to connect the conductive members 70 and the external connection electrodes 40 in the second embodiment. The pair of upper and lower electrodes 16 of each thermochemical battery 9 are approximately the same size, but may be elongated horizontally to ensure sufficient space for the conductive connection portions 16a. The pair of upper and lower electrodes 16 are arranged in each compartment 24b of the case 24 so that the long side corresponds to the direction of current (the direction indicated by arrow D, the direction of current flow through the conductive connection portions 16a).
(熱化学電池モジュールの製造方法)
次に、図11と図12に基づいて、熱化学電池モジュール66の製造方法について説明する。実施形態3の場合と同様に、電極16として、グラファイトシートを用い、ケースをシリコーン製とした場合について説明する。基本的には、実施形態3による方法と同様であるが、グラファイトシートとして、大きさが同じ長方形のものを8枚(上下4枚ずつ)用意する。上下の電極16を接続する導電接続部16aは、長方形の長辺端部側に設ければよく、グラファイトシートの大きさを同じにすることで、熱化学電池の作業性や生産性が向上する。なお、実施形態3のように、大きさの違うもの(例えば、短辺の長さは同一で、長辺の長さが異なるもの)を2種類、4枚ずつ用意してもよい。
(Method for manufacturing a thermochemical battery module)
Next, a method for manufacturing a thermochemical battery module 66 will be described with reference to FIGS. 11 and 12 . Similar to the third embodiment, a case in which graphite sheets are used as the electrodes 16 and the case is made of silicone will be described. Basically, the method is the same as the third embodiment, but eight rectangular graphite sheets of the same size (four on each side) are prepared. The conductive connectors 16 a connecting the upper and lower electrodes 16 can be provided on the long side edges of the rectangles. Making the graphite sheets the same size improves the workability and productivity of the thermochemical battery. Alternatively, as in the third embodiment, two types of graphite sheets of different sizes (e.g., sheets with the same short side length but different long side lengths) may be prepared, each with four sheets.
すなわち、導電部材76の設置スペースが確保でき、ケース24の各区画24bの開口を塞ぐことができる形状や大きさのものであれば、特に限定されない。このことは、導電接続部を有する他の熱化学電池モジュールにも共通する。また、レドックス対を含む電解液は実施形態1の場合と同じものでよい。 In other words, there are no particular limitations on the shape or size of the conductive member 76, as long as it can secure installation space for the conductive member 76 and can cover the openings of each compartment 24b of the case 24. This also applies to other thermochemical battery modules that have conductive connections. Furthermore, the electrolyte containing the redox couple may be the same as in embodiment 1.
そして、熱化学電池9を電気的に接続するための線状の導電部材76を1以上、好ましくは複数、必要な数だけ用意する。これらの導電部材76は、実施形態2の導電部材70と同様のものでよく、また同じ長さのものでよい。本実施形態の場合は、4つの熱化学電池を接続することから、3つの接続箇所(導電接続部16a)に導電部材76を配置する必要がある。なお、これらの導電部材76の大きさは数などについては、実施形態3の導電部材の場合と同様に考えればよい。 Then, one or more, preferably multiple, linear conductive members 76 are prepared as needed to electrically connect the thermochemical cells 9. These conductive members 76 may be similar to the conductive members 70 of embodiment 2 and may be of the same length. In this embodiment, since four thermochemical cells are connected, conductive members 76 must be placed at three connection points (conductive connection portions 16a). The size and number of these conductive members 76 can be considered the same as for the conductive members of embodiment 3.
次に、ケース(枠材)24を作製するが、シリコーン成型用の型枠の大きさと形状を変えることで、基本的に実施形態1のケースと同様の方法とすればよい。この場合、成型後の固化物を左右4箇所カットすることで、内部が仕切り部24aにより4つの区画24bに仕切られたものが形成される。 Next, the case (frame material) 24 is made in the same manner as the case of embodiment 1, except for changing the size and shape of the silicone molding mold. In this case, the solidified material after molding is cut in four places on the left and right, forming a case whose interior is divided into four compartments 24b by partitions 24a.
そして、ケース24の下に、熱化学電池9の底となる電極(グラファイトシート)16を接着するが、このとき、隣接する区画24bにおいてグラファイトシートの長方形の短辺の向きと長辺の向きが、互い違いになるように配置する。 Then, an electrode (graphite sheet) 16 that will form the bottom of the thermochemical battery 9 is adhered to the bottom of the case 24, with the graphite sheet arranged so that the short and long sides of the rectangle in adjacent sections 24b are oriented in a staggered pattern.
なお、接着方法は実施形態1と同様とすればよい。そして、ケース24内の仕切り部24aにより仕切られた4つの区画に、それぞれ電解液30を注入する。その後、ケース24の上に、電極16を貼り付けて蓋をし、圧着、接着させる。このとき、上下の電極16は、縦横の配置が、互い違いになるように配置する。このように配置することで、隣接する一方の区画24bの上側(又は下側)の電極16の導電接続部16aと他方の区画24bの下側(又は上側)の電極16の導電接続部16aと仕切り部24aとが平面視で重複することとなる。 The bonding method may be the same as in embodiment 1. Then, electrolyte 30 is poured into each of the four compartments separated by partitions 24a inside the case 24. After that, electrodes 16 are attached to the top of the case 24, the lids are closed, and the case is pressed and bonded. At this time, the upper and lower electrodes 16 are arranged so that their vertical and horizontal orientations are staggered. By arranging them in this manner, the conductive connection portion 16a of the upper (or lower) electrode 16 of one adjacent compartment 24b and the conductive connection portion 16a and partition 24a of the lower (or upper) electrode 16 of the other compartment 24b overlap in a planar view.
次に、ケース24の仕切り部24aと上下の電極16に、導電部材76を挿通させるための孔(図示せず)を導電部材の本数分形成し、当該孔に導電部材76を挿通させて、上下の電極16間を接続する。この接続は、実施形態3と同様であるので説明は省略する。この作業を各区画24bにおいて行う。そして、熱化学電池モジュール66の入力側と出力側の電極16に、実施形態1と同様に外部接続用電極40を接続する。なお、ケース24の形状および区画24bの形状は、円形やその他の多角形、曲線と直線を含む形状など、特に限定されない。 Next, holes (not shown) for inserting the conductive members 76 are formed in the partition 24a of the case 24 and the upper and lower electrodes 16, the number of which corresponds to the number of conductive members, and the conductive members 76 are inserted into the holes to connect the upper and lower electrodes 16. This connection is the same as in embodiment 3, so a description thereof will be omitted. This operation is performed in each compartment 24b. Then, external connection electrodes 40 are connected to the input and output electrodes 16 of the thermochemical battery module 66, as in embodiment 1. The shapes of the case 24 and the compartments 24b are not particularly limited and may be circular, other polygonal shapes, or shapes including curves and straight lines.
(動作)
熱化学電池モジュール66の電流の流れについては、実施形態2-4と同様であるが、熱化学電池モジュールを熱源(例えば、温排水管や温排気管等)上に置いた際に、モジュールを構成する4つの熱化学電池9は、4つとも下側の電極16は高温、上側の電極16は低温となって、熱流は矢印F方向(図12)に下側から上側に向かう。それに伴い、電流が矢印D方向に、上側の電極16から導電部材76を介して下側の電極16に流れる。
(operation)
The current flow in the thermochemical battery module 66 is the same as in Embodiments 2-4, but when the thermochemical battery module is placed on a heat source (for example, a hot drain pipe or a hot exhaust pipe), the lower electrodes 16 of all four thermochemical batteries 9 constituting the module become hot and the upper electrodes 16 become cold, and heat flows from the bottom to the top in the direction of arrow F ( FIG. 12 ). Accordingly, current flows in the direction of arrow D from the upper electrode 16 to the lower electrode 16 via the conductive member 76.
そして、この流れにより4つの熱化学電池9の間を、平面視でコの字型(矢印D方向)に電流が流れることになる(図11)。また、直列接続された熱化学電池9の一端側と他端側の外部接続用電極40にデバイスを接続することで、直流回路が形成される。外部接続用電極40は、電池の入力側は高温となる下側の電極16と接続され、出力側は低温となる上側の電極16と接続される。 This current causes current to flow between the four thermochemical cells 9 in a U-shape (in the direction of arrow D) when viewed from above (Figure 11). Furthermore, a DC circuit is formed by connecting a device to the external connection electrodes 40 on one and the other ends of the series-connected thermochemical cells 9. The external connection electrode 40 is connected on the input side of the battery to the lower electrode 16, which is at a high temperature, and on the output side to the upper electrode 16, which is at a low temperature.
本実施形態の熱化学電池モジュールによれば、実施形態3の場合と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態では、4つの熱化学電池9をユニット化した例を示しているが、それ以上の熱化学電池をユニット化して二次元的に広げてもよい。例えば、熱化学電池を3×3の配列としたり、平面視で段形状としたり、ジグザク状にしたり、設置面の形状や大きさに合わせてケースの形状や大きさを変えることで、あらゆる形状や大きさに対応できる。また、充電タイプの熱化学電池にも、同様に適用できる。なお、上下の電極16の導電接続部16aが平面視で重複しない場合でも、導電部材76の長さを調整することで導電部材76を仕切り部24a内に配置して、上下の電極16を接続してもよい。 The thermochemical battery module of this embodiment achieves the same effects as in embodiment 3. While this embodiment shows an example in which four thermochemical batteries 9 are unitized, more than two thermochemical batteries may be unitized and spread two-dimensionally. For example, the thermochemical batteries may be arranged in a 3x3 configuration, stepped or zigzag in plan view, or any shape or size can be accommodated by changing the shape and size of the case to match the shape and size of the installation surface. This can also be applied to rechargeable thermochemical batteries. Even if the conductive connection portions 16a of the upper and lower electrodes 16 do not overlap in plan view, the length of the conductive member 76 may be adjusted to position the conductive member 76 within the partition portion 24a to connect the upper and lower electrodes 16.
(実施例1)
熱化学電池(発電タイプ)を以下の方法により作製した。
電極10として、グラファイトシート(パナソニック株式会社製、EYGS091210、面積4.5cm2、厚さ約0.1mm)を2枚用意した。また、電解液30として、フェロシアン化カリウム(K4Fe(CN)6 )(富士フィルム和光純薬株式会社製)とフェリシアン化カリウム(K3Fe(CN)6)(富士フィルム和光純薬株式会社製)を、次いで、塩化グアニジニウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)を、各化合物のモル濃度(mol/L)が以下の比率になるように混合及び攪拌した。
フェロシアン化カリウム(K4Fe(CN)6 ):フェリシアン化カリウム(K3Fe(CN)6):塩化グアニジニウム(CH6ClN3)=0.4M:0.4M:1.0M
Example 1
A thermochemical battery (power generating type) was fabricated in the following manner.
Two graphite sheets (EYGS091210, manufactured by Panasonic Corporation, area 4.5 cm 2 , thickness approximately 0.1 mm) were prepared as electrodes 10. Furthermore, potassium ferrocyanide (K 4 Fe(CN) 6 ) (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and potassium ferricyanide (K 3 Fe(CN) 6 ) (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed and stirred as electrolyte 30, followed by guanidinium chloride (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) so that the molar concentrations (mol/L) of the compounds were as follows:
Potassium ferrocyanide (K 4 Fe(CN) 6 ): potassium ferricyanide (K 3 Fe(CN) 6 ): guanidinium chloride (CH 6 ClN 3 ) = 0.4 M: 0.4 M: 1.0 M
次に、原料としてPDMS(ポリジメチルシロキサン、東レ・ダウコーニング株式会社製、 SILPOT184、2液混合型)を用いて、シリコーンゴム製のケース20を作製した。まず、主剤と硬化剤を10:1の割合で混合し、25℃の温度条件下で1時間撹拌した。その後、50000Pa、25℃の条件下で、1時間真空引きを行った。次いで、生成物を四角形状の容器(アズワン株式会社製、ABS非帯電角形ケース、10型、外形194mm×104mm×26mm)に入れて、70℃で12時間静置させることで固化させた。 Next, a silicone rubber case 20 was fabricated using PDMS (polydimethylsiloxane, manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd., SILPOT 184, two-component mixture type) as the raw material. First, the base resin and curing agent were mixed in a 10:1 ratio and stirred for one hour at a temperature of 25°C. A vacuum was then applied for one hour at 50,000 Pa and 25°C. The product was then placed in a rectangular container (ABS non-charged rectangular case, type 10, external dimensions 194 mm x 104 mm x 26 mm, manufactured by AS ONE Corporation) and allowed to stand at 70°C for 12 hours to solidify.
そして、固化物を容器から取り出し、所定の大きさ(30mm×60mm)にカットした後、中央部分をカットして四角形状の筒形のケースを作製した。さらに、ケースの両端面には、表面改質装置(株式会社あすみ技研製、ASM401N)を用いて空気中室温下、オゾンによる表面処理を行った。 The solidified material was then removed from the container and cut to the specified size (30 mm x 60 mm), after which the center was cut off to create a rectangular cylindrical case. Furthermore, both end surfaces of the case were subjected to a surface treatment with ozone in air at room temperature using a surface modification device (ASM401N, manufactured by Asumi Giken Co., Ltd.).
そして、グラファイトシートの縁部に、アクリル系粘着剤の粘着テープ(株式会社3M 製、スコッチ(登録商標)、VHB(登録商標)アクリルフォーム構造用接合テープ、Y―4920)を張り合わせて、粘着テープの粘着剤とは反対側の面にシリコーン系接着剤(コニシ株式会社製、MPX-1)を塗布し、ケースの下面(底側となる面)を接着させた。
次に、調整済みの電解液でケース内を満たし、先の方法と同様に、シリコーン系接着剤と粘着テープを用いてグラファイトシートでケースの上面に蓋をした。
An adhesive tape with an acrylic adhesive (Scotch (registered trademark), VHB (registered trademark) acrylic foam structural bonding tape, Y-4920, manufactured by 3M Corporation) was then attached to the edge of the graphite sheet, and a silicone adhesive (MPX-1, manufactured by Konishi Co., Ltd.) was applied to the surface of the adhesive tape opposite the adhesive, and the underside (the surface that would become the bottom) of the case was adhered to it.
Next, the case was filled with the prepared electrolyte, and the top of the case was covered with a graphite sheet using silicone adhesive and adhesive tape, in the same manner as in the previous method.
作製した熱化学電池の全体の大きさは30mm×60mm、厚さ約4mm(電解質部分寸法:15mm×30mm、厚さ3.5mm)であった。 The overall size of the thermochemical battery produced was 30 mm x 60 mm, with a thickness of approximately 4 mm (electrolyte part dimensions: 15 mm x 30 mm, thickness 3.5 mm).
図13には、当該熱化学電池を折り曲げたときの写真を示す。このように、本実施例のフレキシブル熱化学電池は、指で簡単に曲げることができ、この状態で1か月以上保持した場合においても、電解液の漏出は確認されなかった。したがって、フレキシブル熱化学電池を、曲面や凹凸面を有する平面のみならず、人の腕やパイプなどにも巻いて使用することができる。 Figure 13 shows a photograph of the thermochemical battery when bent. As shown, the flexible thermochemical battery of this example can be easily bent with fingers, and even when kept in this state for more than a month, no leakage of electrolyte was observed. Therefore, the flexible thermochemical battery can be used not only on flat surfaces with curved or uneven surfaces, but also by wrapping it around a person's arm, a pipe, etc.
(実施例2)
ケース20の材料を天然ゴム(和気産業株式会社製、GS―09)と特殊合成ゴム(非シリコーン系)(和気産業株式会社製、環境配慮型ゴム、KGS―021)として、熱化学電池(発電タイプ)を作製した。ケース20の材料以外の条件、すなわち電極の種類、電解液の組成は実施例1と同じとした。天然ゴムと特殊合成ゴムは、それぞれ市販されているシート状のものの中央部分をカットして四角形状の筒形のケースを作製した。グラファイトシートは、各ケースの大きさに合うようにカットした。このときのケースの大きさは、天然ゴム製が、外形50mm×50mm、特殊合成ゴム製が、外形30mm×40mmであった。
Example 2
Thermochemical batteries (power generation type) were fabricated using natural rubber (GS-09, manufactured by Wake Sangyo Co., Ltd.) and special synthetic rubber (non-silicone type) (KGS-021, environmentally friendly rubber, manufactured by Wake Sangyo Co., Ltd.) as the materials for the case 20. Conditions other than the material of the case 20, i.e., the type of electrodes and the composition of the electrolyte, were the same as in Example 1. Square cylindrical cases were fabricated by cutting the center of commercially available sheets of natural rubber and special synthetic rubber. The graphite sheet was cut to fit the size of each case. The size of the natural rubber case was 50 mm x 50 mm, and the size of the special synthetic rubber case was 30 mm x 40 mm.
また、ケース20の接着面の表面処理は行わず、電極10とケース20の接着に両面粘着テープ(株式会社3M、スコッチ(登録商標)、KPS-100、アクリル系接着剤使用)を用いた以外は実施例1と同様な方法により熱化学電池を作製した。作製した熱化学電池の大きさは天然ゴム製が50mm×50mm、厚さ約4mm(電解質部分寸法:30mm×30mm、厚さ3.5mm)であり、特殊合成ゴム製が30mm×40mm、厚さ約4mm(電解質部分寸法:10mm×20mm、厚さ3.5mm)であった。また、電解液量は、それぞれの電解質部分寸法を満たす量とした。両熱化学電池とも、フレキシブル性を有しており多少の曲げでは電解液の漏出は確認されなかったが、実施例1のシリコーン製ケースの熱化学電池と同程度(図13)まで曲げると、電解液の漏出や亀裂が確認された。したがって、実施例1のシリコーン製ケースの熱化学電池の方がフレキシブル性は良好であるといえる。 Thermochemical batteries were fabricated in the same manner as in Example 1, except that the adhesive surface of the case 20 was not surface-treated and double-sided adhesive tape (3M Corporation, Scotch®, KPS-100, acrylic adhesive) was used to attach the electrode 10 to the case 20. The dimensions of the fabricated thermochemical batteries were 50 mm x 50 mm and approximately 4 mm thick (electrolyte dimensions: 30 mm x 30 mm, 3.5 mm thick) for the natural rubber battery and 30 mm x 40 mm and approximately 4 mm thick (electrolyte dimensions: 10 mm x 20 mm, 3.5 mm thick) for the special synthetic rubber battery. The amount of electrolyte was adjusted to meet the respective electrolyte dimensions. Both thermochemical batteries were flexible, and no electrolyte leakage was observed with slight bending. However, when bent to the same extent as the thermochemical battery with the silicone case of Example 1 (Figure 13), electrolyte leakage and cracks were observed. Therefore, it can be said that the thermochemical battery with the silicone case of Example 1 has better flexibility.
図14には、実施例1及び実施例2の熱化学電池の出力特性の測定結果を示す。横軸は電圧(mV)、縦軸は出力密度(μW/cm2)を示している。また、黒丸のプロットは実施例1のシリコーン製ケースの熱化学電池の場合を示し、黒三角のプロットは実施例2の天然ゴム製ケースの熱化学電池の場合を示し、四角のプロットは実施例2の特殊合成ゴム製ケースの熱化学電池の場合を示している。 14 shows the measurement results of the output characteristics of the thermochemical batteries of Examples 1 and 2. The horizontal axis represents voltage (mV), and the vertical axis represents output density (μW/cm 2 ). The black circles represent the results for the thermochemical battery with a silicone case of Example 1, the black triangles represent the results for the thermochemical battery with a natural rubber case of Example 2, and the squares represent the results for the thermochemical battery with a special synthetic rubber case of Example 2.
熱源として、ホットプレートを用いて高温側温度を28℃、低温側は自然放冷(室温25℃)とした。出力測定は、熱化学電池の電極10に、測定器(ケースレーインスツルメンツ株式会社製、ソースメータ(登録商標)2400)に接続した外部導電線2(図1)を直接接触させて行った。なお、外部抵抗は使用しなかった。また、測定時間は1分とした。
図14に示すように、温度差がわずか3℃でも、0.25~1.6μW/cm2程度の出力が得られていることが確認できた。この程度の出力があれば、数個をつなげて、かつ昇圧回路を利用して温湿度センサ用電源として利用できる。
A hot plate was used as a heat source, with the high-temperature side temperature set to 28°C and the low-temperature side allowed to cool naturally (room temperature 25°C). The output was measured by directly contacting the electrodes 10 of the thermochemical battery with external conductive wires 2 (FIG. 1) connected to a measuring instrument (Keithley Instruments, Inc., SourceMeter® 2400). No external resistor was used. The measurement time was 1 minute.
As shown in Figure 14, it was confirmed that an output of approximately 0.25 to 1.6 μW/ cm² could be obtained even with a temperature difference of only 3°C. With this level of output, several units could be connected together and used as a power source for a temperature and humidity sensor using a boost circuit.
また、この結果から単位面積当たりの出力はシリコーン製ケースの熱化学電池が圧倒的に大きいことが分かった。これは、シリコーンの熱伝導率がかなり小さいため、熱源の接地側の下側の電極から上側の電極には熱が伝わりにくく、上側と下側の電極間で温度差が保持されたためと考えられる。そして、天然ゴム製ケースと特殊合成ゴム製ケースの熱化学電池の場合は、上下の電極の温度差がつきにくく、出力が、実際の温度差による場合に比べて小さくなったことが考えられる。したがって、出力特性の点からもシリコーン製ケースの熱化学電池は良好であるといえる。 These results also showed that the output per unit area was overwhelmingly greater for thermochemical batteries with silicone cases. This is thought to be because silicone has a fairly low thermal conductivity, making it difficult for heat to be transferred from the lower electrode on the grounded side of the heat source to the upper electrode, maintaining a temperature difference between the upper and lower electrodes. In the case of thermochemical batteries with natural rubber cases and special synthetic rubber cases, it is thought that a temperature difference between the upper and lower electrodes was less likely to occur, resulting in lower output than would be the case if it were due to an actual temperature difference. Therefore, it can be said that thermochemical batteries with silicone cases are excellent in terms of output characteristics as well.
(実施例3)
熱化学電池(充電タイプ)を以下の方法により作製した。
分離材34(図7)として、陽イオン交換膜(株式会社アストム製、CIMS)を使用し、電解液30aの組成をフェロシアン化カリウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)とフェリシアン化カリウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)の混合液とし、下記条件となるように調整し、電解液30bの組成を塩化カリウム溶液(富士フィルム和光純薬株式会社製)とした。
電解液30aの組成:フェロシアン化カリウム(K4Fe(CN)6 ):フェリシアン化カリウム(K3Fe(CN)6):塩化グアニジニウム(CH6ClN3)=0.4M:0.4M:1.0M
電解液30bの組成:塩化カリウム溶液 1.0M
なお、電極の種類、ケースの原料、粘着テープ、各接着剤などは、実施例1と同じものを使用した。
Example 3
A thermochemical battery (rechargeable type) was fabricated in the following manner.
A cation exchange membrane (CIMS, manufactured by Astom Corporation) was used as the separation material 34 (FIG. 7), the composition of the electrolyte 30a was a mixed solution of potassium ferrocyanide (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and potassium ferricyanide (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and was adjusted to satisfy the following conditions, and the composition of the electrolyte 30b was a potassium chloride solution (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
Composition of the electrolyte 30a: potassium ferrocyanide (K 4 Fe(CN) 6 ): potassium ferricyanide (K 3 Fe(CN) 6 ): guanidinium chloride (CH 6 ClN 3 ) = 0.4 M: 0.4 M: 1.0 M
Composition of electrolyte 30b: potassium chloride solution 1.0M
The type of electrode, the material of the case, the adhesive tape, the adhesives, etc. were the same as those in Example 1.
また、シリコーンゴム製のケース21として、実施例1と同様に四角形状の筒形のケース(外形30×70mm、電解質部分:面積4.0cm2、厚さ3.5mm)を2つ作製した。なお、各ケース21a、21bの両端面には、実施例1と同様な方法により、表面処理を行った。 Two rectangular cylindrical cases (outer dimensions: 30 × 70 mm, electrolyte area: 4.0 cm 2 , thickness: 3.5 mm) were fabricated as silicone rubber cases 21 in the same manner as in Example 1. Surface treatment was performed on both end surfaces of each of the cases 21 a and 21 b in the same manner as in Example 1.
そして、アクリル系粘着剤の粘着テープとシリコーン系接着剤を用いて、グラファイトシートとケース21aとを接着し、ケース21a内に電解液30aを空隙が生じないように注入して、陽イオン交換膜を先の方法と同様にケース21aの上面に接着して蓋をした。さらに、陽イオン交換膜の上にケース21bを接着してケース21b内に電解液30bを空隙が生じないように注入して、グラファイトシートによりケース21bの上面に蓋をした。作製した熱化学電池の全体の大きさは30mm×70mm、厚さ約8.0mm(電解質部分寸法:面積4.0cm2、厚さ7.0mm)であった。 The graphite sheet and case 21a were then bonded together using acrylic adhesive tape and a silicone adhesive. Electrolyte 30a was poured into case 21a without leaving any voids. A cation exchange membrane was then attached to the top of case 21a in the same manner as above, and the case was then covered. Case 21b was then attached on top of the cation exchange membrane, and electrolyte 30b was poured into case 21b without leaving any voids. The top of case 21b was then covered with a graphite sheet. The overall dimensions of the fabricated thermochemical battery were 30 mm x 70 mm, with a thickness of approximately 8.0 mm (electrolyte portion dimensions: area 4.0 cm2 , thickness 7.0 mm).
本実施例のフレキシブル熱化学電池も、指で簡単に曲げることができ、実施例1のフレキシブル熱化学電池(図13)と同程度曲げても電解液の漏出は確認されなかった。
図15には、熱化学電池の出力特性の測定結果を示す。図15(A)には、時間と温度との関係を示し、図15(B)には、時間と負荷電圧との関係を示す。
出力測定は、熱化学電池の電極10に、測定器(日置電機株式会社製、メモリハイロガーLR8400)に接続した外部導電線2(図2、3)を直接接触させて行った。このときの抵抗は40Ω(オーム)であった。
また、グラファイトシートの熱源(接地面)に対する有効面積は4.0cm2であった。
そして、一定時間(30分)ごとに熱化学電池を5℃と60℃の温度環境下(恒温室)に置くことを繰り返して負荷電圧を測定した。
この結果から、熱化学電池が高温の状態では約40mV、低温の状態では逆向きに30mVの電圧が得られることが分かった。また、熱化学電池が高温の状態と低温の状態とでは電流が逆向きに流れることが確認でき、すなわち、繰り返し使用可能であることが確認できた。
The flexible thermochemical battery of this example could also be easily bent with fingers, and no leakage of electrolyte was observed even when bent to the same extent as the flexible thermochemical battery of Example 1 (FIG. 13).
15A and 15B show the measurement results of the output characteristics of the thermochemical battery, where Fig. 15A shows the relationship between time and temperature, and Fig. 15B shows the relationship between time and load voltage.
The output was measured by directly contacting the external conductive wires 2 (FIGS. 2 and 3) connected to a measuring instrument (Memory Hilogger LR8400, manufactured by Hioki E.E. Corporation) with the electrodes 10 of the thermochemical battery. The resistance at this time was 40 Ω (ohms).
In addition, the effective area of the graphite sheet relative to the heat source (ground surface) was 4.0 cm 2 .
The thermochemical battery was then placed in a temperature environment (temperature-controlled room) of 5° C. and 60° C. at regular intervals (30 minutes) and the load voltage was measured.
These results show that the thermochemical battery can obtain a voltage of approximately 40 mV at high temperatures and 30 mV in the opposite direction at low temperatures. It was also confirmed that the current flows in the opposite direction when the thermochemical battery is in the high-temperature and low-temperature states, which means that the battery can be used repeatedly.
(実施例4)
4つの熱化学電池をユニット化した熱化学電池モジュールを以下の方法により作製した。なお、電極の種類、電解液の組成、ケースの原料、粘着テープ、各接着剤などは、実施例1と同じものを使用した。
電極16として長方形のグラファイトシート(面積4.5cm2、厚さ約0.1mm)を8枚用意した。そして、四角形状の容器として、外形194mm×104mm(実施例1と同じ)のものを使用して、ユニットケース24(外形80mm×80mm、電解質部分20mm×22.5mm、厚さ3.5mm)を実施例1と同様な方法により作製した。なお、このとき、容器から取り出した固化物の左右4箇所カットすることで、2×2に仕切られたユニットケースを作製した。さらに、ケースの両端面には、実施例1と同様な方法でオゾンによる表面処理を行った。
Example 4
A thermochemical battery module was fabricated by unitizing four thermochemical batteries using the following method. The types of electrodes, the composition of the electrolyte, the raw materials for the case, the adhesive tape, and the adhesives were the same as those used in Example 1.
Eight rectangular graphite sheets (area 4.5 cm 2 , thickness approximately 0.1 mm) were prepared as electrodes 16. A rectangular container with an outer diameter of 194 mm × 104 mm (same as in Example 1) was used to fabricate a unit case 24 (outer diameter 80 mm × 80 mm, electrolyte portion 20 mm × 22.5 mm, thickness 3.5 mm) in the same manner as in Example 1. The solidified material removed from the container was cut in four places on the left and right to create a unit case divided into 2 × 2 sections. Furthermore, both end surfaces of the case were surface-treated with ozone in the same manner as in Example 1.
そして、4枚のグラファイトシートを、それぞれ粘着テープとシリコーン系接着剤を用いてケースの下面に接着させた。このとき、隣接するグラファイトシートの長辺の向きと短辺の向きが互い違いになるように、縦と横の向きを変えて配置した。 Then, four graphite sheets were attached to the underside of the case using adhesive tape and silicone adhesive. They were arranged in alternating vertical and horizontal orientations, with the long and short sides of adjacent graphite sheets facing in opposite directions.
次に、電解液30をケース内の4箇所の区画24bにそれぞれ空隙が生じないように注入し、実施例1と同様な方法により、4枚のグラファイトシートで各区画24bのケース24の上面にそれぞれ蓋をした。このとき、各区画24bの上下のグラファイトシートの長辺の向きと短辺の向きが互い違いになるように、縦と横の向きを変えて配置した。 Next, electrolyte 30 was poured into each of the four compartments 24b in the case, ensuring that no voids were formed, and the top surface of the case 24 for each compartment 24b was covered with four graphite sheets using a method similar to that used in Example 1. At this time, the graphite sheets were arranged vertically and horizontally so that the long and short sides of the upper and lower compartments 24b were oriented in a staggered manner.
そして、ケースの仕切り部24aとその上下のグラファイトシートを貫通する孔を7個形成し、当該孔に導電性カーボン繊維(株式会社エポック製、カーボンロービング、G-08-020)76を挿通させて、上下のグラファイトシートの縁部にそれぞれ縫い付ける形で接続した。この作業を3回行った。作製した熱化学電池モジュールの大きさは、80mm×80mm、厚さ約4mm(各電解質部分寸法:20mm×22.5mm、厚さ3.5mm)であった。 Seven holes were then drilled through the case divider 24a and the graphite sheets above and below it. Conductive carbon fibers (Epoch Corporation, carbon roving, G-08-020) 76 were inserted through the holes and sewn to the edges of the upper and lower graphite sheets. This process was repeated three times. The resulting thermochemical battery module measured 80 mm x 80 mm and was approximately 4 mm thick (each electrolyte section dimension: 20 mm x 22.5 mm, thickness: 3.5 mm).
図16には、熱化学電池モジュールの出力特性の測定結果を示す。
高温側温度を37℃、 低温側は自然放冷とした。温度差は3℃であった(自然放冷において34℃)。グラファイトシート4枚分の熱源に対する有効面積は18cm2(4.5cm2×4)であった。実施例1及び実施例2の熱化学電池の場合と同様に、測定には測定器(ケースレーインスツルメンツ株式会社製、ソースメータ(登録商標)2400)を用い、測定時間は1分とした。
FIG. 16 shows the measurement results of the output characteristics of the thermochemical battery module.
The high-temperature side temperature was 37°C, and the low-temperature side was allowed to cool naturally. The temperature difference was 3°C (34°C when allowed to cool naturally). The effective area for the heat source of four graphite sheets was 18 cm2 (4.5 cm2 x 4). As in the thermochemical batteries of Examples 1 and 2, a measuring instrument (SourceMeter (registered trademark) 2400, manufactured by Keithley Instruments Inc.) was used for the measurement, and the measurement time was 1 minute.
図16に示すように、温度差がわずか3℃でも、33μWの出力が得られていることが確認できた。この程度の出力があれば、各種昇圧回路を介して、温度センサとして利用でき、無線で携帯デバイスに温度情報を送信することも可能である。 As shown in Figure 16, it was confirmed that an output of 33 μW was obtained even with a temperature difference of just 3°C. With this level of output, it can be used as a temperature sensor via various boost circuits, and it is also possible to wirelessly transmit temperature information to a mobile device.
本発明に係る熱化学電池によれば、熱源さえあれば充電せずに電源として利用できるため、モバイル機器等の電源として利用できる。また、本発明に係る熱化学電池は、軽量、無害、安価で、かつ凹凸面にもフィットできるため、人体に装着するデジタルヘルスケア機器や動植物管理用機器等の電源にも利用可能性がある。 The thermochemical battery of the present invention can be used as a power source without charging as long as there is a heat source, making it suitable for use as a power source for mobile devices, etc. Furthermore, because the thermochemical battery of the present invention is lightweight, harmless, inexpensive, and can fit on uneven surfaces, it may also be used as a power source for digital healthcare devices worn on the human body, animal and plant management devices, etc.
1 電極
2 導電線
3 電解質
4 分離材
5、6、7、8、9 熱化学電池
10、12、14、16 電極
12a、14a 大きめの電極
12b、14b 小さめの電極
20、21 ケース
22、24 ケース(ユニット)
22a、24a 仕切り部
22b、24b 区画
30 電解質(電解液)
34 分離材(イオン透過膜)
40 外部接続用電極
50 接着部材
52 粘着テープ
54 粘着剤
56 接着剤
60、62、64、66 熱化学電池モジュール
70、72、74、76 導電部材
D 電流方向
F 熱流の方向
1 Electrode 2 Conductive wire 3 Electrolyte 4 Separator 5, 6, 7, 8, 9 Thermochemical cell 10, 12, 14, 16 Electrode 12a, 14a Larger electrode 12b, 14b Smaller electrode 20, 21 Case 22, 24 Case (unit)
22a, 24a Partitions 22b, 24b Compartment 30 Electrolyte (electrolyte solution)
34 Separation material (ion permeable membrane)
40 External connection electrode 50 Adhesive member 52 Adhesive tape 54 Adhesive 56 Adhesive 60, 62, 64, 66 Thermochemical battery module 70, 72, 74, 76 Conductive member D Current direction F Heat flow direction
Claims (16)
前記所定の温度条件は、熱源のある状態と熱源のない状態とに交互に保持される温度条件であり、
前記水溶液の電解質を内部に有し、フレキシブル性を有する封止体を備えることを特徴とするフレキシブル熱化学電池。 A thermochemical battery comprising a pair of electrodes and a pair of aqueous solution electrolytes present between the pair of electrodes in contact with the electrodes and separated by a separator, the thermochemical battery being capable of generating electricity through an oxidation-reduction reaction between the pair of aqueous solution electrolytes and the pair of aqueous solution electrolytes in the vicinity of the surfaces of the pair of electrodes when the pair of aqueous solution electrolytes are under a predetermined temperature condition,
the predetermined temperature condition is a temperature condition in which a state with a heat source and a state without a heat source are alternately maintained;
A flexible thermochemical battery having the aqueous electrolyte therein and comprising a flexible sealing body.
前記水溶液の電解質を内部に有し、フレキシブル性を有する封止体を備え、
前記封止体は、
フレキシブル性を有する前記一対の電極と、
前記フレキシブル性を有する一対の電極の端部間に配置され、内部に前記水溶液の電解質を含み、フレキシブル性と絶縁性を有するケースと、
を備えることを特徴とするフレキシブル熱化学電池。 A thermochemical battery comprising a pair of electrodes and an aqueous electrolyte present between the pair of electrodes and in contact with the electrodes, the thermochemical battery being capable of generating electricity when there is a temperature gradient difference between the pair of electrodes,
a flexible sealing body having the aqueous electrolyte solution therein;
The sealing body is
The pair of electrodes having flexibility;
a flexible and insulating case disposed between the ends of the pair of flexible electrodes, the case containing the aqueous electrolyte solution therein;
A flexible thermochemical battery comprising:
フレキシブル性を有する前記一対の電極と、
前記フレキシブル性を有する一対の電極の端部間に配置され、内部に前記水溶液の電解質を含み、フレキシブル性と絶縁性を有するケースと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル熱化学電池。 The sealing body is
The pair of electrodes having flexibility;
a flexible and insulating case disposed between the ends of the pair of flexible electrodes, the case containing the aqueous electrolyte solution therein;
10. The flexible thermochemical battery of claim 1, comprising:
前記電極側に粘着剤を有する粘着部材と、前記ケースと前記粘着部材との間に設けられ、前記粘着部材とケースとを接着する接着剤と、を備える、又は、
前記ケース側に粘着剤を有する粘着部材と、前記電極と前記粘着部材との間に設けられ、前記粘着部材と電極とを接着する接着剤と、を備える
ことを特徴とする請求項7に記載のフレキシブル熱化学電池。 The adhesive member is
an adhesive member having an adhesive on the electrode side, and an adhesive provided between the case and the adhesive member to bond the adhesive member to the case; or
8. The flexible thermochemical battery according to claim 7, further comprising: an adhesive member having an adhesive on the case side; and an adhesive provided between the electrode and the adhesive member, for bonding the adhesive member and the electrode.
前記フレキシブル性を有する一対の電極はカーボンシート又は導電性高分子シートであり、
前記電極側の接着剤又は粘着剤は非シリコーン系接着剤であり、
前記ケース側の接着剤又は粘着剤はシリコーン系接着剤である
ことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載のフレキシブル熱化学電池。 the flexible and insulating case is made of silicone rubber;
the pair of flexible electrodes are carbon sheets or conductive polymer sheets,
the adhesive or pressure-sensitive adhesive on the electrode side is a non-silicone adhesive;
10. The flexible thermochemical battery according to claim 8, wherein the adhesive or pressure sensitive adhesive on the case side is a silicone adhesive.
前記直列接続された隣接するフレキシブル熱化学電池同士では、一方のフレキシブル熱化学電池のケースの隣接側の側壁が他方のフレキシブル熱化学電池のケースの隣接側の側壁を兼ねており、
一方のフレキシブル熱化学電池の一対の電極のうち一方の電極と、他方のフレキシブル熱化学電池の一対の電極のうち前記一方の電極とは反対側の電極とを接続する導電部材を、前記側壁内に設けたことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の熱化学電池モジュール。 the sealed body of the flexible thermochemical battery comprises the pair of flexible electrodes, and a flexible and insulating case disposed between ends of the pair of flexible electrodes, the case containing the aqueous electrolyte therein,
In the adjacent flexible thermochemical batteries connected in series, the adjacent side wall of the case of one flexible thermochemical battery also serves as the adjacent side wall of the case of the other flexible thermochemical battery,
The thermochemical battery module according to claim 11 or 12, characterized in that a conductive member is provided within the side wall, connecting one of a pair of electrodes of one flexible thermochemical battery to the opposite electrode of a pair of electrodes of the other flexible thermochemical battery.
前記ケースの各区画の開口両端を塞ぐ、フレキシブル性を有する各一対の電極と、
前記各区画に充填されて前記ケースと電極とにより封止される水溶液の電解質と、
前記複数の区画を電気的に直列接続する導電部材であって、前記仕切り部材の内部に設けられ、隣接する区画の一方の区画の開口一端側の電極と他方の区画の開口他端側の電極とを接続する導電部材と、を備え、
前記各区画の開口一端側の電極と開口他端側の電極間に温度勾配差があるときに発電し得ることを特徴とするフレキシブル熱化学電池モジュール。 a flexible and insulating case including a cylindrical outer frame and partition members that divide the interior of the outer frame into a plurality of compartments;
a pair of flexible electrodes that close both ends of an opening of each compartment of the case;
an aqueous electrolyte filled in each compartment and sealed by the case and electrodes;
a conductive member that electrically connects the plurality of compartments in series, the conductive member being provided inside the partition member and connecting an electrode on one end side of an opening of one of the adjacent compartments to an electrode on the other end side of the opening of the other compartment;
A flexible thermochemical battery module capable of generating electricity when there is a temperature gradient difference between the electrode on one end of the opening of each compartment and the electrode on the other end of the opening.
前記ケースの各区画の開口両端を塞ぐ、フレキシブル性を有する各一対の電極と、
前記各区画に充填されて前記ケースと電極とにより封止され、かつ電極面と水平方向に配置された分離材で分離された各一対の水溶液の電解質と、
前記複数の区画を電気的に直列接続する導電部材であって、前記仕切り部材の内部に設けられ、隣接する区画の一方の区画の開口一端側の電極と他方の区画の開口他端側の電極とを接続する導電部材と、を備え、
前記各区画の各一対の水溶液の電解質が所定の温度条件であるときに前記各一対の水溶液の電解質と前記各一対の電極表面近傍における酸化還元反応によって発電し得るフレキシブル熱化学電池モジュールであって、
前記所定の温度条件は、熱源のある状態と熱源のない状態とに交互に保持される温度条件であることを特徴とするフレキシブル熱化学電池モジュール。 a flexible and insulating case including a cylindrical outer frame and partition members that divide the interior of the outer frame into a plurality of compartments;
a pair of flexible electrodes that close both ends of an opening of each compartment of the case;
a pair of aqueous electrolyte solutions filled in each compartment, sealed by the case and the electrodes, and separated by a separator arranged horizontally to the electrode surfaces;
a conductive member that electrically connects the plurality of compartments in series, the conductive member being provided inside the partition member and connecting an electrode on one end side of an opening of one of the adjacent compartments to an electrode on the other end side of the opening of the other compartment;
a flexible thermochemical battery module capable of generating electricity by an oxidation-reduction reaction between the electrolytes of each pair of aqueous solutions in each compartment and the surfaces of each pair of electrodes when the electrolytes are at a predetermined temperature condition,
A flexible thermochemical battery module, wherein the predetermined temperature condition is a temperature condition in which a state with a heat source and a state without a heat source are alternately maintained .
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