JP7208366B2 - 二次電池システム - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係る二次電池システムの概略を示す図である。図1に示す二次電池システム100は、二次電池1と制御装置90とを備える。二次電池1は、筐体19に収容された反応部10および発生部9と、供給部14とを備える。反応部10は、正極2と、負極3と、隔膜4,5と、アルカリ水溶液6とを備える。二次電池1は、発生部9で発生した気泡8をアルカリ水溶液6中で浮上させることにより反応部10内に収容されたアルカリ水溶液6を流動させる装置であり、フロー電池とも称される。発生部9は、流動装置の一例である。また、図1は、二次電池1がニッケル亜鉛電池である場合の実施形態を示しているが、本発明はニッケル亜鉛電池に限定されない。二次電池1は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、リチウム空気二次電池、ナトリウムイオン二次電池、ナトリウム硫黄電池またはレドックスフロー電池であってもよい。
正極2は、1または複数の正極構造体20を有する。正極構造体20は、正極活物質層30と、集電部材80とを含む。なお、正極構造体20の詳細については後述する。
負極:[Zn(OH)4]2- + 2e- → Zn +4OH-
次に、図2~図4を用いて、正極構造体20について説明する。図2は、正極構造体の一例について説明する図である。図3は、図2のA-A断面図、図4は、図2のB-B断面図である。
式1:α型水酸化ニッケル>β型水酸化ニッケル
式2:α型水酸化ニッケル>β型オキシ水酸化ニッケル
式3:γ型オキシ水酸化ニッケル>β型オキシ水酸化ニッケル
式4:γ型オキシ水酸化ニッケル>β型水酸化ニッケル
図1に戻り、さらに説明する。制御装置90は、二次電池1の充電を制御する。かかる制御装置90は、制御部91と、記憶部92とを有する。
A=(0.5y/(y+1)+1)×26.8 ・・・(2)
y=(0.091×CK+2.160×CZn+3.217)×exp(0.545×CK+13.147×CZn-57.197)×MZn ・・・(3)
図8は、第2の実施形態に係る二次電池システムの概略を示す図である。図8に示す二次電池システム100Aが有する二次電池1は、図1に示す発生部9、供給部14、配管15,16、に代えて、供給部14a、配管15a,16aを備えることを除き、第1の実施形態に係る二次電池1と同様の構成を有している。
2,2A,2B 正極
3,3A,3B,3C 負極
4,5 隔膜
6 アルカリ水溶液
7 粉末
8 気泡
9 発生部
9a 吐出口
10 反応部
14 供給部
17 筐体
18 上板
20 正極構造体
30 正極活物質層
31 活物質
80 集電部材
90 制御装置
91 制御部
100,100A 二次電池システム
Claims (10)
- α型水酸化ニッケルおよびγ型オキシ水酸化ニッケルのうち少なくとも一方を含むニッケル化合物を含有する活物質を有する正極、負極、並びに前記正極および前記負極に接触し、錯イオンを含有するアルカリ水溶液を備える二次電池と、
前記二次電池を制御する制御部と
を備え、
前記錯イオンは、価数と、1dm3当たりのモル量との積が-2.0以下であり、
前記制御部は、アルカリ水溶液中に溶存するカリウムイオンの濃度と、アルカリ水溶液中に溶存する亜鉛成分の濃度と、前記活物質の組成とに基づいて、前記二次電池の充電量〔Ah〕を制御する、二次電池システム。 - 前記制御部は、参照電極を用いて測定される放電状態における電圧値を基準として、
前記ニッケル化合物中のニッケルの総モル量×係数Aで示される前記充電量〔Ah〕が、下記(1)~(3)式を満たす範囲を上限として充電を制御する、請求項1に記載の二次電池システム。
32.83≦A≦38.86 ・・・(1)
A=(0.5y/(y+1)+1)×26.8 ・・・(2)
y=(0.091×CK+2.160×CZn+3.217)×exp(0.545×CK+13.147×CZn-57.197)×MZn ・・・(3)、ただし、
CK:アルカリ水溶液中に溶存するカリウムイオンのモル濃度〔mol・dm-3〕
CZn:アルカリ水溶液中に溶存する亜鉛成分のモル濃度〔mol・dm-3〕
MZn:活物質が含有する金属元素のうち、亜鉛成分の含有量〔mol%〕 - 前記制御部は、前記アルカリ水溶液中に溶存するカリウムイオンの濃度と、前記アルカリ水溶液中に溶存する亜鉛成分の濃度と、前記活物質の組成とに基づいて充電時の電圧を制御する
請求項1または2に記載の二次電池システム。 - 前記ニッケル化合物は、α型水酸化ニッケル、β型水酸化ニッケル、β型オキシ水酸化ニッケルおよびγ型オキシ水酸化ニッケルのうち少なくとも2つ以上含んでおり、前記α型水酸化ニッケル、前記β型水酸化ニッケル、前記β型オキシ水酸化ニッケルおよび前記γ型オキシ水酸化ニッケルの含有率の関係が、下記式のいずれか1つの式を満たす、請求項1~3のいずれか1つに記載の二次電池システム。
式1:α型水酸化ニッケル>β型水酸化ニッケル
式2:α型水酸化ニッケル>β型オキシ水酸化ニッケル
式3:γ型オキシ水酸化ニッケル>β型オキシ水酸化ニッケル
式4:γ型オキシ水酸化ニッケル>β型水酸化ニッケル - 前記活物質はニッケル以外の金属元素をさらに有し、
前記金属元素の含有量が10mol%以下である、請求項1~4のいずれか1つに記載の二次電池システム。 - 前記金属元素は、少なくともマグネシウム、カドミウム、および亜鉛のうち1以上を含有する、請求項5に記載の二次電池システム。
- 前記錯イオンは、ヒドロキシド錯イオンである、請求項1~6のいずれか1つに記載の二次電池システム。
- 前記錯イオンは、Zn、Al、Sn、Ga、Pb、In、Bi、およびGeのうち、1以上を含有する、請求項1~7のいずれか1つに記載の二次電池システム。
- 前記アルカリ水溶液を流動させる流動装置をさらに備える、請求項1~8のいずれか1つに記載の二次電池システム。
- 前記アルカリ水溶液が亜鉛成分を含む、請求項1~9のいずれか1つに記載の二次電池システム。
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