JPS58669B2 - 電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体正極活物質を用いる液体系電池の改良に係
るものであり、正極集電体として加工が容易な金属発泡
体を使用することにより、軽量でしかも分極特性が良く
、高電流密度での動作が可能な電池を提供することを目
的とするものである。

水からの水素発生反応は以下の通りである。

Ｈ２Ｏ＋ｅ−→１／２Ｈ２↑＋０Ｈ− Ｅ＝−０．８２６Ｖ（ただしＰＨ１４） 上記反応を正極反応とすると、その理論電位が−０，８
２６Ｖであり、あまり電位的に貴な反応ではないが、反
応電位が卑な物質、たとえばＬｉ、Ｎａ、Ｍｇなどを負
極活物質として組合わせれば充分実用として供し得る。

従来、この種の電池は第１図に示す様に、負極１と網状
あるいは波板状正極集電体２を電槽３内にセパレーター
４を介在させるごとく配し、電槽３には電解液入口５と
電解液出口６を設けると共に、負極１と網状あるいは波
板状正極集電体２にそれぞれ負極リード線７と正極リー
ド線８を取付けて構成されており、水などを液体正極活
物質および電解液として流通せしめて動作させている。

このためこの種の液体系電池は使用前には負極活物質１
、網状あるいは波板状正極集電体２と電槽３などの付属
品で構成しておき、使用するに当って水を注入して動作
させるため軽量な電池となる。

又、例えば魚雷用電池など水中で使用する場合、水は携
行する必要がないという利点を有している。

しかしながら、反面この種の電池の最大の難点は前記水
素発生反応は比較的分極が大きく、大電流密度とした時
には電極電位の低下が大きいことである。

正極の電流密度を下げれば分極の問題は避けられるが、
負極活物質にＬｉ、Ｎａなどの活性な物質を用いるため
負極活物質が水と直接に反応してしまうことが多くなり
、負極活物質の利用率の低下をきたすので、あまりに電
流密度を下げることは望ましくない。

本発明は従来の網状あるいは波板状正極集電体の代わり
に、孔径が大きい、平均孔径０．３〜２ｍｍの金属発泡
体を正極集電体として用いることにより、上記の分極が
大きいという欠点を解消しようとするものである。

本発明の一実施例を示す第２図において、９は連続気泡
の金属発泡体正極集電体である。

又、他の番号は第１図と同じである。

尚、特にＬｉやＮａを負極１として使用する電池におい
ては、負極１表面の反応生成物皮膜がセパレータとして
働くため、セパレータ４は不要である。

本発明に用いる金属発泡体について以下に記載する。

すなわち該発泡体は多孔率が８０〜９８％で空孔は球形
で全て連通しており、立体的な網状構造を有し、かつ骨
格は中空であるため極めて軽量である。

このような多孔体はポリウレタン樹脂の海綿状発泡体の
表面に無電解メッキ法で導電性を付与した後、電解メッ
キ法により厚み１５μｍ程度の所要金属のメッキを施し
、ついで水素雰囲気炉中で加熱してポリウレタン樹脂を
炭化させ除去することによって得られる。

次に本発明に正極集電体として用いる金属発泡体の備え
るべき条件を列挙する。

１）起電反応の過電圧が低い材質であること。

２）電解液に対し安定で腐食されないこと。

３）連続気泡であって発泡体内を自由に電解液、ガス等
が通過できること。

４）機械的に丈夫であること。

上記条件を満すような材質の金属発泡体は鉄、ニッケル
などである。

このうち鉄が最も安価であり加工もしやすく実用的な材
料である。

平均孔径が０．３〜２ｍｍ位で、発泡体の骨格の太さが
０．２〜１ｍｍ位のものが扱いやすく、特性が良好とな
る。

又、鉄だけでは特性が十分でなければ白金黒、ラネーニ
ッケル、ラネー銀などの適当な触媒なコーティングすれ
ば更に性能は良くなる。

一方、過酸化水素を液体正極活物質としたこの種の電池
の正極起電反応は下記の様に考えられている。

Ｈ２Ｏ２→Ｈ＋＋ＨＯ２− Ｈ０２−＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→３ＯＨ− ＯＨ−＋Ｈ＋→Ｈ２Ｏ 全反応として Ｈ２Ｏ２＋２ｅ−→２ＯＨ Ｅ＝＋０．８７８Ｖ 以上のごとく該反応は水に比べて反応電位は著しく貴で
あり、又、理論的にはガス発生がなくなる。

しかしながら過酸化水素を液体正極活物質としたこの種
の電池において、従来の網状あるいは波板状正極集電体
を用いた電池では、上記の水を液体正極活物質としたも
のの欠点に加えて、理論的には発生しないガスが発生す
る欠点を有している。

これに対し過酸化水素を正極活物質とし、その正極集電
体として金属発泡体を用いた本発明による電池では、ガ
スの発生が見受けられない。

又、液体正極活物質として非水溶液を用いる場合、プロ
ピレンカーボネートに約１モル／ｌの率で過塩素酸リチ
ウム、ナトリウム、マグネシウムなどを溶解したものを
電解液とし、これに正極活物質として塩化チオニル、二
硫化イオウなどの酸化剤を溶解した液体正極活物質を用
いることにより約３Ｖの高電圧が得られる。

しかし、非水溶液を用いた時に取扱いがむつかしく、又
、比較的小さい電流密度でしか使用できず、水溶液に比
較し劣るものではある。

以上本発明の金属発泡体からなる正極集電体による効果
は以下の通りである。

１） 正極集電体として金属発泡体を用いるため、網状
や波板状正極集電体に比べ、同一体積で数倍から数十倍
の表面積を得ることができるので、表面積当りの電流密
度を縦来品と等しい値で放電すれば、同一体積であって
も見掛上の電流密度を上げることが可能である。

又、該発泡体は多孔性炭素板などの多孔性板に比べて孔
径が大きいため、この中を活物質、電解液が流通し、反
応物の供給や生成物の除去が速やかに行なわれ、発泡体
表面から内部まで広く活用できる。

２）同種の能力を有する網状あるいは波板状正極集電体
の１／２〜１１５位にまで軽量化できる。

３）プレス加工だけで所要の形に加工が可能であり、自
由な形状のものを容易に工作できる。

本発明は上記した如く、水溶液又は非水溶液を用いる液
体正極活物質からなる液体系電池において、著しく高性
能化、軽量化を計ることができ、特に水溶液を用いる場
合優れた効果を示し、又、コストダウンも可能であり、
その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の水を液体正極活物質とした電池の縦断面
図、第２図は本発明による水を液体正極活物質とした電
池の縦断面図。 １・・・・・・負極、３・・・・・・電槽、４・・・・
・セパレータ、５・・・・・・電解液入口、６・・・・
・・電解液出口、７・・・・・・負極リード線、８・・
・・・・正極リード線、９・・・・・・金属発泡体正極
集電体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電槽内を流通する液体正極活物質の集電体ととして
   平均孔径が０．３〜２ｍｍの金属発泡体を用い、Ｌｉ、
   Ｎａ、Ｍｇなどの負極活物質からなる液体系電池。 ２ 水が液体正極活物質であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の液体系電池。 ３ 過酸化水素が液体正極活物質であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の液体系電池。