JPH0136673B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0136673B2 JPH0136673B2 JP57072111A JP7211182A JPH0136673B2 JP H0136673 B2 JPH0136673 B2 JP H0136673B2 JP 57072111 A JP57072111 A JP 57072111A JP 7211182 A JP7211182 A JP 7211182A JP H0136673 B2 JPH0136673 B2 JP H0136673B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- concentration
- weight
- zinc
- battery
- zno
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
本発明は空気―亜鉛電池の改良に係り、特に近
年、補聴器用として注目されている小型の空気―
亜鉛電池の改良に関するもので、その目的は電解
液組成をある一定範囲内に規定することにより、
過放電耐漏液性、放電特性及び活性化時間の短か
いすぐれた電池を提供することにある。 従来から小型の空気―亜鉛電池は、容積当りの
放電容量が大きく、耐漏液性特に過放電時の漏液
が少なく、保存性にすぐれ、電池を活性化した時
の開路電圧が高いことが要望されてきている。 しかしながら、現状までは電解液にあつてはそ
の基本的な要件のひとつである電気伝導度が重視
され、電導度が最高値を示す約30重量％近くの水
酸化カリウム（KOH）濃度が使用されてきた。 本発明者らは、この電解液組成について鋭意研
究した結果、電導度とは関係ないところに空気―
亜鉛電池にとつて優れた特性を発揮する電解液組
成を見いだすことができた。 すなわち、水酸化カリウム（KOH）、酸化亜鉛
（ZnO）及び水（H2O）を各々重量％で示した第
３図の三成分組成図中、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを結ぶ
線で囲まれた領域内の電解液組成を用いること
で、前記の要望を満足する空気―亜鉛電池の提供
を可能にしたものである。 以下、本発明を実施例により詳述する。 電解液としてKOH、ZnO及びH2Oの三成分か
らなる各種溶液を調整した。具体的な調整方法は
KOHとH2Oからなる一定濃度の水溶液を作り、
これを各種濃度に比重調整した後にZnOを溶解さ
せて各組成となるように再調整した。 調整した電解液の各組成成分濃度（重量％）を
第１表に、また各電解液の全体的な状態を第１図
に示した。
年、補聴器用として注目されている小型の空気―
亜鉛電池の改良に関するもので、その目的は電解
液組成をある一定範囲内に規定することにより、
過放電耐漏液性、放電特性及び活性化時間の短か
いすぐれた電池を提供することにある。 従来から小型の空気―亜鉛電池は、容積当りの
放電容量が大きく、耐漏液性特に過放電時の漏液
が少なく、保存性にすぐれ、電池を活性化した時
の開路電圧が高いことが要望されてきている。 しかしながら、現状までは電解液にあつてはそ
の基本的な要件のひとつである電気伝導度が重視
され、電導度が最高値を示す約30重量％近くの水
酸化カリウム（KOH）濃度が使用されてきた。 本発明者らは、この電解液組成について鋭意研
究した結果、電導度とは関係ないところに空気―
亜鉛電池にとつて優れた特性を発揮する電解液組
成を見いだすことができた。 すなわち、水酸化カリウム（KOH）、酸化亜鉛
（ZnO）及び水（H2O）を各々重量％で示した第
３図の三成分組成図中、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを結ぶ
線で囲まれた領域内の電解液組成を用いること
で、前記の要望を満足する空気―亜鉛電池の提供
を可能にしたものである。 以下、本発明を実施例により詳述する。 電解液としてKOH、ZnO及びH2Oの三成分か
らなる各種溶液を調整した。具体的な調整方法は
KOHとH2Oからなる一定濃度の水溶液を作り、
これを各種濃度に比重調整した後にZnOを溶解さ
せて各組成となるように再調整した。 調整した電解液の各組成成分濃度（重量％）を
第１表に、また各電解液の全体的な状態を第１図
に示した。
【表】
【表】
第１図から明らかな如くKOHが低濃度の領域
ではZnOが溶解しにくい。従つて酸化亜鉛の不溶
解部分は削除している。この各組成の電解液を用
いて大きさがR44（直径11.6mm、高さ5.4mm）の空
気―亜鉛電池を作成した。試験した電池の構成を
第２図で説明すると、正極１は活性炭50重量部、
550℃で熱処理した二酸化マンガン80重量部、ア
セチレンブラツク20重量部及びポリテトラフルオ
ロエチレン（PTFE）25重量部からなる触媒層２
とニツケル網３とからなり、その厚さは0.45mmで
ある。負極４は汞化亜鉛粉末を主体としたもの
で、亜鉛の理論反応容量が440mAhになる重量と
前記各種の電解液120μと少量の増粘材とで構
成されている。セパレータ５はポリプロピレンの
多孔膜６と含液材７とから構成されている。な
お、８はPTFEの多孔膜、９は正極ケース、１０
は負極封口板、１１は絶縁ガスケツト、１２は支
持紙、１３は正極ケースに設けられた酸素取り入
れ用の空気孔、１４は保存時に空気孔１３を閉塞
し、活性時に開孔するために剥離できる封口紙で
あつて気体、水分の透過しにくい素材で構成され
ている。 第１表に示す各種電解液組成、すなわち51種の
電池の放電性能を180Ωの負荷を使用し、20℃の
環境下で連続放電を行ない終止電圧0.9Vまでに
得られた電気容量で調べた。また過放電漏液は
180Ωの負荷で連続放電を行ない放電開始から30
日後の漏液の有無をクレゾールレツドの変色の有
無によつて調べた。さらに電池の活性化時間をみ
るために封口紙を取り除いた後、１分後の開路電
圧を調べた。このそれぞれの結果を第２表に示し
た。また電解液の各組成成分の濃度領域を明確に
するため、第１図の三成分組成図の部分拡大図を
用意し、これに調査した各電池の特性値を挿入し
て良好な特性を示す領域を盛り込んだ三成分組成
図を第３図として作成した。
ではZnOが溶解しにくい。従つて酸化亜鉛の不溶
解部分は削除している。この各組成の電解液を用
いて大きさがR44（直径11.6mm、高さ5.4mm）の空
気―亜鉛電池を作成した。試験した電池の構成を
第２図で説明すると、正極１は活性炭50重量部、
550℃で熱処理した二酸化マンガン80重量部、ア
セチレンブラツク20重量部及びポリテトラフルオ
ロエチレン（PTFE）25重量部からなる触媒層２
とニツケル網３とからなり、その厚さは0.45mmで
ある。負極４は汞化亜鉛粉末を主体としたもの
で、亜鉛の理論反応容量が440mAhになる重量と
前記各種の電解液120μと少量の増粘材とで構
成されている。セパレータ５はポリプロピレンの
多孔膜６と含液材７とから構成されている。な
お、８はPTFEの多孔膜、９は正極ケース、１０
は負極封口板、１１は絶縁ガスケツト、１２は支
持紙、１３は正極ケースに設けられた酸素取り入
れ用の空気孔、１４は保存時に空気孔１３を閉塞
し、活性時に開孔するために剥離できる封口紙で
あつて気体、水分の透過しにくい素材で構成され
ている。 第１表に示す各種電解液組成、すなわち51種の
電池の放電性能を180Ωの負荷を使用し、20℃の
環境下で連続放電を行ない終止電圧0.9Vまでに
得られた電気容量で調べた。また過放電漏液は
180Ωの負荷で連続放電を行ない放電開始から30
日後の漏液の有無をクレゾールレツドの変色の有
無によつて調べた。さらに電池の活性化時間をみ
るために封口紙を取り除いた後、１分後の開路電
圧を調べた。このそれぞれの結果を第２表に示し
た。また電解液の各組成成分の濃度領域を明確に
するため、第１図の三成分組成図の部分拡大図を
用意し、これに調査した各電池の特性値を挿入し
て良好な特性を示す領域を盛り込んだ三成分組成
図を第３図として作成した。
【表】
【表】
【表】
第２表及び第３図から明らかなように、放電性
能はKOHの濃度、特に水酸基イオン濃度に支配
されている。第３図に亜鉛理論容量の約90％以
上、すなわち400mAh以上の放電容量性能が得ら
れる領域をドツト部分イで示した。KOHの濃度
が概ね33重量％以上の濃度領域では400mAh以上
の放電容量が確保できる。一方過放電漏液は漏液
の無い部分を水平平行線ロで示したようにKOH
が42.5重量％以上の濃度領域で漏液が顕著に認め
られる。これらの関係は定かではないが、次のよ
うな機構が推定される。すなわち、亜鉛の放電反
応は Zn＋2OH→Zn（OH）2＋2e ……(1) Zn＋4OH→ZnO2- 2＋2H2O＋2e ……(2) のふたつが、この電解液組成領域の中で起こるこ
とが推定される。特にKOH濃度が低いと(1)の反
応が支配的に進み、濃度が濃い領域では(2)の反応
が支配的に進む。すなわち、KOH濃度の低い領
域では水の消費反応が進み、電解液中のH2Oが
減少するため、放電に寄与する電解液量が低下し
て充分な放電容量が得られにくい。しかし、遊離
の電解液は生じないため、過放電時に空気孔から
の漏液はしにくくなる。一方KOH濃度が高い領
域では、電解液が消費されないため放電が末期ま
で可能で放電容量は増加するが、水が消費されに
くいため、放電中の反応物の体積膨張との相乗作
用で過放電を行なうと空気孔からの漏液が発生す
ると考えられる。 一方、封口紙を取り除いた空気孔開孔後の開路
電圧は、ZnO濃度に支配され、ZnO濃度が薄い場
合には斜線部ハで示す如く1.40V以上を示し、逆
に濃くなると、開路電圧は低下する。この理由は
極めて簡単で、亜鉛の単極電位がほぼZnO濃度に
対応しているためで、ZnOの低濃度領域では亜鉛
の電位は卑になることによる。 一般にZnOの添加は、アルカリ系の密封電池で
はよく行なわれている。これは保存中に発生する
亜鉛からの水素ガス発生を抑制するためで、通常
は４重量％以上の酸化亜鉛を加えるのが一般的で
ある。空気―亜鉛電池では、酸素取り入れのため
の空気孔を封口紙で押える程度の封口状態であ
り、若干の水素ガスが透過することからZnOの濃
度をそれ程高める必要はなく、むしろ酸化亜鉛の
濃度を低減することが開路電圧の観点、すなわち
封口紙を取り除いた後使用可能に至る活性化の時
間が短くなり、電池の使用にあたつては有効にな
る。この活性化の時間を１分内とすれば、ZnOの
濃度は3.5重量％がほぼ最大限界となる。また下
限濃度を0.2重量％としたのは少量のZnOを加え
ることにより、亜鉛からの水素ガス発生が著しく
低減することによる。 これら400mAh以上の放電容量性能と、過放電
漏液の解消、開路電圧の1.40V以上の維持ならび
に電池活性化時間の短縮という特性を総合的に検
討すると、第３図の三成分組成図において点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄを結ぶ線で囲まれた領域内の組成の電
解液を使用した電池は、極めて優秀な総合性能を
示す。また保存性もKOHの濃度が高くなる程、
蒸気圧が低下して乾燥しなくなるため、従来主に
使用されていたKOH濃度約30重量％の溶液より
も向上する。
能はKOHの濃度、特に水酸基イオン濃度に支配
されている。第３図に亜鉛理論容量の約90％以
上、すなわち400mAh以上の放電容量性能が得ら
れる領域をドツト部分イで示した。KOHの濃度
が概ね33重量％以上の濃度領域では400mAh以上
の放電容量が確保できる。一方過放電漏液は漏液
の無い部分を水平平行線ロで示したようにKOH
が42.5重量％以上の濃度領域で漏液が顕著に認め
られる。これらの関係は定かではないが、次のよ
うな機構が推定される。すなわち、亜鉛の放電反
応は Zn＋2OH→Zn（OH）2＋2e ……(1) Zn＋4OH→ZnO2- 2＋2H2O＋2e ……(2) のふたつが、この電解液組成領域の中で起こるこ
とが推定される。特にKOH濃度が低いと(1)の反
応が支配的に進み、濃度が濃い領域では(2)の反応
が支配的に進む。すなわち、KOH濃度の低い領
域では水の消費反応が進み、電解液中のH2Oが
減少するため、放電に寄与する電解液量が低下し
て充分な放電容量が得られにくい。しかし、遊離
の電解液は生じないため、過放電時に空気孔から
の漏液はしにくくなる。一方KOH濃度が高い領
域では、電解液が消費されないため放電が末期ま
で可能で放電容量は増加するが、水が消費されに
くいため、放電中の反応物の体積膨張との相乗作
用で過放電を行なうと空気孔からの漏液が発生す
ると考えられる。 一方、封口紙を取り除いた空気孔開孔後の開路
電圧は、ZnO濃度に支配され、ZnO濃度が薄い場
合には斜線部ハで示す如く1.40V以上を示し、逆
に濃くなると、開路電圧は低下する。この理由は
極めて簡単で、亜鉛の単極電位がほぼZnO濃度に
対応しているためで、ZnOの低濃度領域では亜鉛
の電位は卑になることによる。 一般にZnOの添加は、アルカリ系の密封電池で
はよく行なわれている。これは保存中に発生する
亜鉛からの水素ガス発生を抑制するためで、通常
は４重量％以上の酸化亜鉛を加えるのが一般的で
ある。空気―亜鉛電池では、酸素取り入れのため
の空気孔を封口紙で押える程度の封口状態であ
り、若干の水素ガスが透過することからZnOの濃
度をそれ程高める必要はなく、むしろ酸化亜鉛の
濃度を低減することが開路電圧の観点、すなわち
封口紙を取り除いた後使用可能に至る活性化の時
間が短くなり、電池の使用にあたつては有効にな
る。この活性化の時間を１分内とすれば、ZnOの
濃度は3.5重量％がほぼ最大限界となる。また下
限濃度を0.2重量％としたのは少量のZnOを加え
ることにより、亜鉛からの水素ガス発生が著しく
低減することによる。 これら400mAh以上の放電容量性能と、過放電
漏液の解消、開路電圧の1.40V以上の維持ならび
に電池活性化時間の短縮という特性を総合的に検
討すると、第３図の三成分組成図において点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄを結ぶ線で囲まれた領域内の組成の電
解液を使用した電池は、極めて優秀な総合性能を
示す。また保存性もKOHの濃度が高くなる程、
蒸気圧が低下して乾燥しなくなるため、従来主に
使用されていたKOH濃度約30重量％の溶液より
も向上する。
第１図はKOH―ZnO―H2O系電解液の三成分
組成図、第２図は本発明の実施例における空気―
亜鉛電池の構成を示す半截側面図、第３図は各組
成の電解液を用いた電池の特性値を挿入した三成
分組成図である。 １……正極、４……負極、５……セパレータ、
９……正極ケース、１３……酸素取り入れ用の空
気孔。
組成図、第２図は本発明の実施例における空気―
亜鉛電池の構成を示す半截側面図、第３図は各組
成の電解液を用いた電池の特性値を挿入した三成
分組成図である。 １……正極、４……負極、５……セパレータ、
９……正極ケース、１３……酸素取り入れ用の空
気孔。
Claims (1)
- １ 正極活物質に酸素、負極活物質に亜鉛、電解
液に水酸化カリウム、酸化亜鉛及び水の三成分か
らなる液をそれぞれ用い、電池ケースに酸素取り
入れ孔を有した電池であつて、前記電解液として
水酸化カリウム、酸化亜鉛及び水を各々重量％で
示した第３図の三成分組成図中、点Ａ（水酸化カ
リウム33.25重量％、酸化亜鉛0.2重量％、水66.55
重量％）、点Ｂ（33.25重量％、3.5重量％、63.25重
量％）、点Ｃ（38.60重量％、3.5重量％、57.90重量
％）、点Ｄ（39.92重量％、0.2重量％、59.88重量
％）を結ぶ線で囲まれた領域内の組成を用いた空
気―亜鉛電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57072111A JPS58188067A (ja) | 1982-04-28 | 1982-04-28 | 空気−亜鉛電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57072111A JPS58188067A (ja) | 1982-04-28 | 1982-04-28 | 空気−亜鉛電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58188067A JPS58188067A (ja) | 1983-11-02 |
| JPH0136673B2 true JPH0136673B2 (ja) | 1989-08-01 |
Family
ID=13479937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57072111A Granted JPS58188067A (ja) | 1982-04-28 | 1982-04-28 | 空気−亜鉛電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58188067A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115172946B (zh) * | 2022-09-08 | 2023-03-24 | 香港理工大学深圳研究院 | 电解液、二次锌空气电池及制备方法 |
-
1982
- 1982-04-28 JP JP57072111A patent/JPS58188067A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58188067A (ja) | 1983-11-02 |
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