JPS59163765A - 金属−ハロゲン二次電池 - Google Patents

金属−ハロゲン二次電池

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JPS59163765A
JPS59163765A JP58038684A JP3868483A JPS59163765A JP S59163765 A JPS59163765 A JP S59163765A JP 58038684 A JP58038684 A JP 58038684A JP 3868483 A JP3868483 A JP 3868483A JP S59163765 A JPS59163765 A JP S59163765A
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halogen
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carbon fiber
electrode
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JP58038684A
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Shokei Shimada
島田 将慶
Yasuhiro Iizuka
飯塚 康広
Tetsuo Fukatsu
鉄夫 深津
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Toyobo Co Ltd
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Toyobo Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属−ハロゲン2次電池に関するものであり、
さらに詳しくは特定の多孔質炭素繊維紙状物を正極に適
用した2次電池に関するものである。
1973年のエネルギー危機以来エネルギー問題が広く
各層で認識される様になって来た。新しいエネルギー源
の開発と同時に発生したエネルギーを有効に利用するエ
ネルギーの変換、貯蔵、輸送N利用を含めたシステムの
開発も重要となって来ている。貯蔵を例にとれば、将来
電源構成で大きな比重を占めると予想されている原子力
、石炭火力等の大型発電では一定の出力を保って定常発
電することが高い効率を保つ上で必要であり・夜間の余
剰電力を適切に貯蔵して昼間の需要増大時にこれを放出
し、需要の変動に対応させる(ロードレベリング)こと
のできる電力貯蔵技術への要求る。電力貯蔵の方法には
、実用化されてはいるが送電によるロスがあり、立地に
制約の加わって来ている揚水発電の他に、新型2次電池
、フライホイール、圧縮空気、超電導等の各欄の方法が
検討されている。
就中、新型電池による電気化学操作が有力であり、ここ
当分の間輸送を含めた解決システムとして揚水発電に替
る最も実現性の高い方式と考えられている。又新型2次
電池は、太陽光、風力、波力等の自然エネルギーを利用
した発電のバックアップ装置、或いは電気自動車電池と
しても期待が寄せられている。上記目的に適用できる2
次電池として一鉛蓄電池・ナトリウム−硫黄電池・リチ
ウム−硫化鉄電池1金属−ハ四ゲン電池〜レドックス7
0−形電池等が開発されている。この中でも亜鉛−ハロ
ゲン電池は・液循環型でありN電池出力を調整しやすい
こと、低温作動水浴液系電池で保守管理が容易なこと、
電池容量を液槽容量にて簡単に調整できること1両極活
物質は資源的に豊富であり〜かつ安価であること、理論
エネルギー密度が高いこと、電池反応が簡単なため電池
構成が単純で安価な材料を用いて作れること等の秀れた
特徴をもつため近年急速に開発が進められている。しか
し金属−ハロゲン電池を実用化するためには、いくつか
の解決しなければならない問題点を存在し、その中でも
放電時正極におけるハロゲンの還元反応をいかにして、
じん速かつ有効に反応させるかが1直接電池のエネルギ
ー効率に影響するため、重要な技術的課題となっている
。従来正極電極として用いられているpt板にかわる安
価な例としては、導電性粉末カーボンと粉末樹脂との混
合物を加熱プレス成形した薄板状カーボンプラスチック
電極板や炭素焼結板があるが・これらの%極では放電が
進み正極活物質の濃度が下ってくると、電位の落ち込み
が奢るしく、充放電のエネルギー効率は低い値にとどま
っていた。特に高電流密度放電で著しい電位の低下が認
められた。
本発明者等はかかる在来のカーボンプラスチック電極や
炭素焼結板に付随する種々の欠点を改善すべく鋭意研究
の結果本発明に到達した。
即ち\本発明は正極として直径30〜100OAの範囲
の細孔容積をO,lCC/i2以上有する多孔質炭素繊
維を含み、繊維密度が0,19/CC以上の紙状物を前
記のカーボンプラスチック電極板や炭素焼結板等の如き
電極基材の表面に接合したものを用いることを特徴とす
る金属−ハロゲン2次電池である。
前記カーボンプラスチック電極や炭素焼結板におけるハ
ロゲンの還元反応が進まないのは1電極表面が平滑で実
反応表面積が小さいためハロゲン濃度が低下するとハロ
ゲンの電極表面への・拡散量1吸着量が減少し、いわゆ
る分極が生じるためと考えられる。そこで本発明者らは
1例えば各種方法でカーボンプラスチック電極の表面を
エツチングして表面積を上げたり、粉状カーボンに替え
て粉末、活性炭を用いた電極を試作したが効果は少なか
った。ところが本発明の様に、多孔質炭素繊維より成る
紙状物を例えば前記粉末カーボンプラスチック板あるい
は炭素焼結板よりなる電極基材の表面に接合した電極を
作製し、金属−ハロゲン2次電池に使用し充放電を行っ
たところ\ハロゲン濃度が低下しても正極電位は極めて
高く、又充放電エネルギー効率も著しく向上した。しが
も細孔直径30−100OAの細孔容積を0.1cc/
il+以上有する多孔質又は活性炭素繊維からなり1が
っ繊維密度0.19/CC以上の紙状物を用いたとき、
電圧、電流効率とも秀れた値が得られ、高価な白金板に
劣らない電極性能を示すことが分かった。即ち\直径3
6Aに満たないいわゆるミクロポアの分布が主体となる
と細孔径が小さいのでハロゲン化金属塩の水浴液に溶解
しているハロゲンの細孔内拡散係数が小さく1電極反応
に有効に働かない。又細孔径が100OAを越す分布が
主体となると、多孔質炭素繊維全体の表面積が小さくな
ってしまうので好ましくない。さらに直径30〜100
OAの範囲の細孔容積がo、1oc/9に満たない多孔
質炭素繊維からなる紙状物特に不織布の場合は−さらに
単位体積当りの表面積が小さくなり本発明の効果が得ら
れない。又繊維密度がo、1g7cx、に満たない場合
は繊維間の接触が少なく、電気抵抗が増し九電池の内部
抵抗の増加につながり、電圧効率が低下するので好まし
くない。さらに繊維密度が0.1りんに満たない場合に
は、電極作製時に繊維の脱落が生じ易く加工上も問題が
生じる。紙状物は1織布1編地にくらべて繊維の密度を
上げやすく、従って単位体積当りの反応表面積が最も高
い。
本発明で使用する原料繊維としては、炭化可能なもので
あればよいが、炭化のし易さ1多孔性の発達のさせ易さ
一多孔質炭素繊維の強伸度等の点からセルレース糸、ア
クリル系、フェノール系・石油及び石炭ピッチ系の繊維
が有利に使用できる。
多孔質炭素繊維から成る紙状物とは、繊維密度0.19
/a:以上のペーパー状あるいは不織布状物をいい、多
孔質炭素繊維を用いN次の方法によって作製することが
できる。つまり多孔質炭素繊維といは賦活したものでも
よい。あるいは有機、無機繊維からなる紙状物をまず作
製し、これを炭化1賦活したものでもよい。いずれにせ
よ得られる紙状物は多孔質炭素繊維に富み、紙状物の繊
維密度が0,1(it/CC以上の化学的/物理的に安
定なものである。尚〜賦活法としては水蒸気、炭酸ガス
、酸素による400〜1100℃の賦活条件が採用され
る0 又必要とあれば導電性及び正極での臭素の酸化還元反応
速度を上げることを目的として1100℃以上3000
℃以下の高温処理を行った後、多孔質化を行ってもよい
し、逆に多孔質化を行った後高温処理を行ってもよい。
本発明における多孔質炭素繊維の細孔直径及び細孔容積
は・直径30〜300Aの範囲は常圧下の液体窒素の沸
点における吸着側の窒素ガス吸着等混線を用いてクラン
ストン−オンクレー(0ranston−一部−ey 
)の計算法により求め、直径300〜10001の範囲
は水銀圧入ポロシメーターによって測定したものを用い
、30〜100OAの細孔容積(以000 下TPT    と略す)は両者の和によって算出し0 たものである。なお窒素吸着における多分子吸着層厚(
1)と相対圧(P/Ps)との関係はt (A) = 
4.3 (5/ハ(Ps/P))晋なるフレンケルーハ
ルシ−(Frenkel −Halsey )の式を採
用した。
以下実施例について本発明をさらに詳しく説明するが1
本発明は実施例に限定されるものではない0 比較例 L 導電性カーボン粉末を30重量%となる様に、ポリオレ
フィン系樹脂粉末と均一に混合したものを、樹脂の軟化
点より10℃高めに設定した金型の底に一定厚みになる
様にしいた後、熱プレスして厚さ1.01+@大きさ1
ol角のカーボンプラスチックプレートを作製した。こ
のプレートを陽イオン交換樹脂膜をセパレーターとする
流通型電解槽の一室に設置し正極とし、一方他室には9
9.99%圧延亜鉛板を設置して負極とした。この電解
槽負極室に臭化亜鉛濃度3.0mol/1%塩化カリウ
ム濃度4.0mol/lの一定量の電解液を循環し、一
方正極室には臭化亜鉛と塩化カリウムは負極液と同濃度
だが、臭素3.anal/lを含む電解液を循環させ、
40 mA/dの電流密度で定電流放電を常温にて行な
い\正極電解液中の臭素濃度と、ルギン毛管を有する銀
/塩化銀参照電極にて正極の単極電位を観測した。結果
を第1表に示す。正極に白金板を使用したときの結果も
合せて載せる。
第1表 畠素濃度が2.0〜3.OM/lの値は放電初−中期に
相当し10.4〜o、ayvtは放電末期に相当する。
カーボンプラスチック電極は放電末期における電位の落
ち込みが大きいことが分かる。
実施例 単繊維デニール2.0・長さ3mの再生セルロース短繊
維を、第二リン酸アンモンの水溶液に浸漬後、遠心脱水
、乾燥することによって、第二リン酸アンモンを繊維重
量に対して9.5重量%添着含浸させた後、270υの
不活性ガス気流中で30分加熱し、続いて270℃から
850℃まで約90分を要して昇温し、さらに水蒸気を
40容量%含む窒素ガス流中で、30分及び60分の処
理を行ない夫々多孔質炭素繊維A%Eを得た。多孔質炭
素繊維Aの一部を酢酸マグネシウム水浴液に浸漬し、マ
グネシウムとして対繊維2.1重量%に相当する酢酸マ
グネシウムを含浸させた後、90°Oで乾燥し〜水蒸気
を40容量%含む窒素カス気流中で100℃よりaso
’oまでもたらし・25分保持後、不活性ガス流中で冷
却し、0.I NHOl液で洗浄し1水洗乾燥して多孔
質炭素繊維Cを得た。
以上得られた多孔質炭素縁、に A s B % Oを
夫々単独で70重賞部、ポリプロピレン単繊維30重量
部と少量の増粘剤、結合剤を混合した抄紙原液を作り、
乾燥後熱プレスして目付a o 9/wlの繊維A1E
 x Cを夫々単独に含む混抄紙AP% BPs CP
を製作した。
以上得られた3種の多孔質炭素繊維混抄紙をh前記比較
例1で述べた金型の底に敷き、この上に同じく比較例1
で使用したカーボンプラスチック粉末混合品を均一厚み
にしてのせ・熱プレスして厚す11I111大きさl 
Q Cm角のカーボンプラスチック板の表面に多孔質炭
素繊維混抄紙が接合された榎合電極(正極)を作製した
これら本発明になる電極を正極として用いた亜鉛−臭素
電池の放電実験を比較例1と同様に行ない第2表の如き
結果を得た。
(以下余白) 第2表より本発明Gこ係る正極を用いた場合、放電初期
(Er22.0−3.OMo1jll14度)はいうに
及ばず放電末期(Br20.4−0.8 Mol// 
771度)においても正極電位の落ち込みがなくエネル
ギー効率が安°定に維持されていることがわかる。
比較例 実施例1で用いたと同種の単繊維太さ2.Od、長さ7
6闘の再生セルロース繊維を原料とじ130り/dの目
付の不織布をニードルパンチ法で製造し〜実施例1と同
じ方法で耐炎剤処理及び耐炎化処理を行った後、850
℃で水蒸気賦活を時間を変えて行って、目ft 609
/?% 4 s g74の二種の活性炭素繊維不織布S
、Tを得た。不織布Sについて酢酸マグネシウムの浴液
に浸漬し翫絞り後乾燥してマグネシウムとして3.2重
量%に相当する酢酸マグネシウムを添着させ、水蒸気を
40容量%含む窒素ガス中で100℃より850℃まで
もたらし、1o分間保持した後窒素気流中で冷却して・
敞洗浄翫水洗を行って活性炭素繊維不織布Uを得た。活
性炭素繊維不織布T%Uについて、実施例1と同じ方法
で電極板を作製し、放電実験を行った。
第3表に結果を載せる。カーボンプラスチック電極に比
べて性能は改良されてはいるが電位は低い。又電極作製
時に繊維の脱落が特に多かった。
(以下余白)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 直径30〜100OAの範囲の細孔容積をo、1cl/
    9以上有する多孔質炭素繊維を含み、繊維密度が0.1
    9/CC以上の紙状物を電極基材表面に接合したものを
    正極に用いることを特徴とする金属−ハロゲン二次電池
JP58038684A 1983-03-08 1983-03-08 金属―ハロゲン二次電池 Expired - Lifetime JPH0624121B2 (ja)

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JP58038684A JPH0624121B2 (ja) 1983-03-08 1983-03-08 金属―ハロゲン二次電池

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JPS59163765A true JPS59163765A (ja) 1984-09-14
JPH0624121B2 JPH0624121B2 (ja) 1994-03-30

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59134565A (ja) * 1983-01-24 1984-08-02 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 亜鉛−臭素電池のプラスチツク電極

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59134565A (ja) * 1983-01-24 1984-08-02 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 亜鉛−臭素電池のプラスチツク電極

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JPH0624121B2 (ja) 1994-03-30

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