JPH021355B2 - - Google Patents

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JPH021355B2
JPH021355B2 JP57196803A JP19680382A JPH021355B2 JP H021355 B2 JPH021355 B2 JP H021355B2 JP 57196803 A JP57196803 A JP 57196803A JP 19680382 A JP19680382 A JP 19680382A JP H021355 B2 JPH021355 B2 JP H021355B2
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JP
Japan
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bromine
zinc
positive electrode
electrolyte
efficiency
Prior art date
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Expired - Lifetime
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JP57196803A
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English (en)
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JPS5987781A (ja
Inventor
Eiichi Fujii
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H01M12/085Zinc-halogen cells or batteries
    • 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
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
A 産業上の利用分野 本発明は亜鉛−臭素二次電池の電流効率向上に
係り、詳しくは正極電解液の状態に関するもので
ある。 B 発明の概要 本発明は、容易に従来の作業・装置に付加して
電池を構成することができ、電流効率を向上する
ことのできる亜鉛−臭素二次電池を得るため、完
全放電後且つ充電前の状態で、負極電極面上に金
属亜鉛が析出してなく正極電解液中に正極活物質
の臭素(Br2)が残存している構成としたもので
ある。 C 従来の技術 亜鉛−臭素電池はエネルギー密度が高い観点か
ら近年この実用化が研究されている。例えば第1
図は電解液循環型の亜鉛−臭素二次電池の基本的
構成を示すもので、図中1は単セル、2は正極
室、3は負極室、4は隔膜(セパレータ)、5は
正極、6は負極、7は正極電解液、8は負極電解
液、9は正極液貯槽、10は負極液貯槽、11お
よび12はポンプである。 亜鉛−臭素二次電池は、充電時に正極5におい
て臭素イオンが酸化され、臭素分子となり電解液
中に入る。 2Br-→Br2+2e- また負極6においては次式の反応により亜鉛が
電極表面に析出する。 Zn2++2e-→+Zn 従つて全化学反応は Zn2++2Br-→Br2+Zn となる。 第1図は充電時を示したものであり、放電時は
上記反応と逆方向の化学反応が起こる。これら亜
鉛−臭素電池においては従来からクーロン効率
(電流効率)の向上が望まれていた。 一般に亜鉛−臭素電池の電圧効率を向上せしめ
るためには、正負極間の距離を短くし電圧損失を
小さくするか、又は使用する電解液中に電導度を
向上せしめる支持電解液を添加すること等の手段
により電圧効率は通常問題とならない程、高効率
を維持しうる。 然しながら、亜鉛−臭素電池のエネルギー効率
は上述の電流効率と電圧効率との積で表わされる
ために、いくら電圧効率が高くても、電流効率が
低いと結局、エネルギー効率は悪くなるので亜鉛
−臭素電池における低い電流効率の向上が従来か
らの課題であつた。 従来、亜鉛−臭素電池の電流効率の向上に関す
る因子としては、隔膜、電極、電解液の流速、隔
膜−電極間の距離、電流密度、充電深度等が考え
られている。 先ず、隔膜の作用は、充電時発生する正極室の
臭素を対極の負極室に拡散させない機能を有する
が、安価な多孔質の隔膜はもちろんイオン交換膜
でも完全に拡散を阻止出来ず、従つて自己拡散を
少なくし、電流効率を向上せさるために隔膜の厚
みを厚くする方法が採用される場合があるが、こ
れは逆に膜抵抗を増加し電圧効果を低下せしめる
欠点を有するもので好ましくない。 また、電極としては、特に正極側での放電々位
の高いもの程電流効率も良くなるので、放電々位
向上の為に電極に特殊な工夫をこらす必要があり
経済上有利ではない。 電解液の流速においても、電流効率の点から最
適流速条件を求めることは困難であり、例え最適
流速が求められたとしても、当然負極側の流速も
同じ流速にする必要があり、この流速が負極室に
おいても最適になるとは言難い。 D 発明が解決しようとする課題 以上述べた以外の残りの隔膜−電極間の距離、
電流密度、充電深度等の因子は、電流効率の向上
のみで決定される訳ではない、それ以上に亜鉛−
臭素電池全体のエネルギー密度の点からも検討さ
れる内容であり、一般的に電流効率の向上のため
ばかりで簡単に決定されない因子である。この様
に亜鉛−臭素電池の電流効率向上対策としては他
の方法で改善する必要が従来から望まれていた。 本発明者は負極室拡散臭素と析出亜鉛による自
己放電以上に、電流効率の因子として充放電時の
正極側の臭素濃度が大きく影響していることを実
験的に見出し本発明に至つたものである。 本発明は、電流効率が向上した亜鉛−臭素二次
電池を得ることを目的とする。 E 課題を解決するための手段 本発明に係る亜鉛−臭素二次電池では、電解液
を循環させる亜鉛−臭素二次電池において、 完全放電後且つ充電前の状態で、負極電極面上
に金属亜鉛が析出してなく正極電解液中に正極活
物質の臭素(Br2)が残存しているものである。 F 作 用 本発明においては、亜鉛−臭素二次電池におい
て、完全放電後且つ充電前の状態で、負極電極面
上に金属亜鉛が析出してなく正極電解液中に正極
活物質の臭素(Br2)が残存しているものであ
る。即ち、従来電解液の組成は活物質である陽イ
オン形成メタルとしての亜鉛の全モル数と、陰イ
オン形成物質としての臭素の全モル数とは、1:
1(Zn:Br2の比以下省略)となつているが、本
発明の亜鉛−臭素二次電池では、亜鉛−臭素電池
組立てを行なつた後又は完全放電後且つ充電前の
正極電解液中に臭素を特定量添加し、亜鉛全モル
数:臭素全モル数=1:1+αとした電池であ
る。 一般的に亜鉛−臭素二次電池の電流効率を決め
る要因としては、正極室で発生し隔膜4を通して
負極室に拡散する臭素と負極電着亜鉛との自己放
電、および、正極側での放電時における電極電位
及び電極と電解液中の臭素との反応状態等が大き
な因子である。 一方、負極側においては、充電時生成する電着
亜鉛の溶解、または電極からの剥離等がない限り
電流効率を低下せしめる要因とならないのが一般
的である。 ところで、本発明において負極室拡散臭素と析
出亜鉛による自己放電以上に、電流効率の因子と
して充放電時の正極側の臭素濃度が大きく影響す
る知見を得た。 詳しくは、例えば、亜鉛−臭素電池において或
る一定条件、即ち片方は臭素(Br2純度97%以
上)をあらかじめ正極電解液に添加し、一方は臭
素未添加の状態で運転した場合、隔膜による自己
拡散からみれば電流効率の向上は充電条件が同一
であれば臭素の有無にかかわらず同一である筈で
ある。また逆に臭素(Br2)を添加した方は充電
初期より負極室と正極室の臭素(Br2)濃度勾配
が高いので、負極室への自己拡散も多くなり、そ
の結果負極の電着亜鉛と自己放電を起こし、電流
効率は臭素(Br2)未添加の場合よりも悪くなる
ものと予想されていた。 然しながら、実験の結果は予期に反して逆に臭
素添加の方が電流効率の向上を示すことを見知し
た。このことは、前述の電流効率の向上の因子と
して正極側、特に放電末期における臭素濃度の影
響が大きいことの証明となつた。 すなわち、電解液に臭化亜鉛(ZnBr2)水溶液
のみを使用した場合、充電時に印加されて正極で
生成する活物質である臭素(Br2)の一部は電解
液の溶媒である水と水和して臭化水和物となり、
正極室、正極液貯槽等を循環する。また、一部電
池の構成材料に吸収される。一方、印加されて負
極で生成する活物質である亜鉛は電極面に析出す
る。ところで、放電時の初期では、正極では循環
液中に臭素(Br2)が豊富にあるため、放電の効
率は問題ないが、放電中期以降では、臭素が正極
電極付近で乏しくなるため、放電の効率が下が
る。 本願では正極電解液が、あらかじめ余分に臭素
(Br2)を含んでおり、充電によつて得られる臭
素(Br2)に加えて充分な臭素(Br2)濃度が得
られるため、放電中期以降であつても正極電極付
近で活物質として利用できる臭素が充分に存在す
ることになり、放電効率の低下が防止される。 以上のことより、亜鉛−臭素電池において亜鉛
臭素電池組立後または完全放電後等の充電前に正
極室電解液に臭素を添加し、好ましくは0.2モ
ル/以上添加し、亜鉛全モル数:臭素全モル数
=1:(1+0.2)以上とすれば、完全放電後の正
極液で臭素(Br2)を0.2モル/以上含有維持す
ることとなり、充放電サイクルの運転において電
流効率を向上させる効果があり、これ以下におい
てはその効果が少なく0.2〜1.0モル/が好まし
い結果が得られることが、実験により確認され
た。 G 実施例 実施例 1 第1図に示す如き構造の亜鉛−臭素二次電池の
単電池において、電極面積400cm2の白金電極を使
用し、電解液として臭化亜鉛(ZnBr2)3モル/
溶液、隔膜として厚み0.4mmの微細多孔質を使
用し、充放電々流密度を20mA/cm2、膜−電極間
距離を1mm、電解液流速を100cm3/分、正極、負
極質液量500cm3、充電時間を8時間、充電深度80
%、カツトオフ電圧0ボルト、動作時の液温25℃
以上の条件で正極側に臭素(純度97%以上)を初
期より未添加、0.2モル/、0.5モル/、1モ
ル/添加した4種類の正極液を用い前述の条件
で電流効率、電圧効率、エネルギー効率を測定し
た。 なお、電流効率(%)(クーロン効率)とは、
充電した電気量(電流I1×充電時間H1)に対し
て、放電した電気量(電流I2×充電時間H2)の
割合であり、次式で導き出される。 電流効率(%)=(I2×H2)/(I1×H1)×100 また、電圧効率(%)とは、充電時の電圧(平
均電圧V1)に対する放電時の電圧(平均電圧V2
の割合であり、次式で導き出される。 電圧効率(%)=V2/V1×100 また、エネルギー効率(%)とは、充電時の電
力量(V1×I1×H1)に対する放電した電力量
(V2×I2×H2)の割合であり、次式で導き出され
る。 エネルギー効率(%)=(V2×I2×H2)/(V1×I1×H1
)×100 上述のように、充電時の電流I1と充電時間H1
と電圧V1を測定し、放電時の電流I2と充電時間
H2と電圧V2を測定して、夫々を求めた結果を次
の第1表に示す。
【表】 第1表に示すように、電圧効率は臭素添加量の
有無にかかわらず87.5%で変らないものの、電流
効率は臭素添加した場合約20%の向上を示した。 実施例 2 隔膜として厚み1.2mmの微細多孔膜を使用した
以外実施例1と同様の条件で臭素添加試験を行な
いその比較を次の第2表に示す。
【表】 第2表に示すように、隔膜の厚さが厚くなつた
ため電圧効率は実施例1より低下したが電流効率
は実施例1と同様に臭素添加の場合20%程度臭素
未添加より向上を示した。 実施例 3 隔膜として、陽イオン交換膜(デユポン社製
Nation 117)を使用し他は全て実施例1と同様
に行なつた結果を第3表に示す。
【表】 第3表に示すように、電流効率において臭素添
加により約13%の向上を示した。 以上の実施例の結果より亜鉛−臭素電池の電流
効率は亜鉛全モル数:臭素全モル数=1:(1+
0.2)以上となるよう臭素を0.2モル/以上添加
した正極液を使用すると向上することが確認され
た。 以上のように本発明は、亜鉛全モル数(Zn):
臭素全モル数(Br2)=1:1+αとなるよう電
池組立後または完全放電後に臭素を添加した正極
液を有する亜鉛−臭素電池であり、容易に従来の
装置に付加して電池を構成することができ、電流
効率を向上することができる。その結果エネルギ
ー効率を向上でき、添加臭素のコストを上回るメ
リツトを有する等の効果を有する。 H 発明の効果 以上説明したとおり、本発明の亜鉛−臭素二次
電池は、完全放電後且つ充電前の状態で、負極電
極面上に金属亜鉛が析出してなく正極電解液中に
正極活物質の臭素(Br2)が残存しているもので
ある。即ち、亜鉛全モル数(Zn):臭素全モル数
(Br2)=1:1+αとなるように、電池組立後ま
たは完全放電後且つ充電前の正極電解液に臭素を
添加したものであり、容易に従来の作業・装置に
付加して電池を構成することにより、電流効率を
向上することができる。その結果、エネルギー効
率を向上でき、添加臭素のコストを上回るメリツ
トを有する等の有用な電池が得られるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は電解液循環型の亜鉛−臭素二次電池の
基本的構成を示す模式図である。 1:単セル、2:正極室、3:負極室、4:隔
膜、5:正極、6:負極、7:正極液、8:負極
液、9:正極液貯槽、10:負極液貯槽、11,
12:ポンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電解液を循環させる亜鉛−臭素二次電池にお
    いて、 完全放電後且つ充電前の状態で、負極電極面上
    に金属亜鉛が析出してなく正極電解液中に正極活
    物質の臭素(Br2)が残存していることを特徴と
    する亜鉛−臭素二次電池。 2 前記完全放電後且つ充電前の状態で、正極電
    解液に残存している臭素(Br2)の濃度が、0.2モ
    ル/以上であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の亜鉛−臭素二次電池。
JP57196803A 1982-11-11 1982-11-11 亜鉛―臭素二次電池 Granted JPS5987781A (ja)

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JP57196803A JPS5987781A (ja) 1982-11-11 1982-11-11 亜鉛―臭素二次電池

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JP57196803A JPS5987781A (ja) 1982-11-11 1982-11-11 亜鉛―臭素二次電池

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JP57196803A Granted JPS5987781A (ja) 1982-11-11 1982-11-11 亜鉛―臭素二次電池

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