JPH024990B2 - - Google Patents

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JPH024990B2
JPH024990B2 JP57190713A JP19071382A JPH024990B2 JP H024990 B2 JPH024990 B2 JP H024990B2 JP 57190713 A JP57190713 A JP 57190713A JP 19071382 A JP19071382 A JP 19071382A JP H024990 B2 JPH024990 B2 JP H024990B2
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JP
Japan
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zinc
negative electrode
bromine
mol
bromide
Prior art date
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JP57190713A
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English (en)
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JPS5981875A (ja
Inventor
Yasuo Ando
Takashi Hashimoto
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
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/365Zinc-halogen accumulators
    • 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】
本発明は電解液循環型、亜鉛−臭素二次電池用
の電解液、さらに詳しくは亜鉛デンドライトの発
生を抑制する負極液の組成に関するものである。 近時エネルギー有効利用の観点から亜鉛−臭素
二次電池が著目され開発されている。例えば第1
図に示す如き電解液循環型の亜鉛−臭素二次電池
が利用されている。第1図はその基本的構成を示
すもので、図中1は単一セル、2は正極室、3は
負極室、4は隔膜(イオン交換膜または多孔質薄
膜のセパレータ)、5は正極、6は負極、7は正
極液、8は負極液、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。 これら電解液循環型の亜鉛−臭素二次電池に和
いては、充電時に、図中で示した負極6面上に
析出する亜鉛は負極面近傍の電界分布の不均一、
負極液の流れの乱れなどから平滑となりにくて樹
枝状晶の所謂デンドライトを形成することが多
く、特に充放電サイクルが増してくると次の問題
が生ずる。即ちこのデンドライト状析出亜鉛は非
常に脆いため、電極から脱落しやすく、電池のエ
ネルギー効率を低下せしめる。また電極から脱落
しなくても、そのまゝデンドライトが樹枝状に成
長し、隔膜4を貫通破壊し、正極5との短絡を起
し最終的に電池の破壊を惹起する原因となる。以
上の欠点を防止するために、ある種の添加剤を負
極液中に添加することによつてデンドライトの発
生及び長を防止する必要があつた。 従来上述のデンドライトの抑制剤としては、非
イオン系界面活性剤、亜鉛メツキ光沢剤等が使用
されていたが、充放電サイクル数が多くかつ長期
間に亘ると安定性に欠ける問題が生じた。特に隔
膜に安価な多孔質薄膜を用いると正極室から臭素
分子が微量ずつ負極室に滲透拡散するため、デン
ドライト抑制剤に対し耐臭素性の問題を生じ易
く、長期間に亘る多数回の充放電サイクル使用に
対して安定した性能を維持することが出来なかつ
た。また耐臭素性のあるものでも第2図に示す如
く負極面に析出した亜鉛表面に不均一な亜鉛の酸
化皮膜の形成によつて、デンドライトの発生を起
こすことが多かつた。 第2図は酸化皮膜の上にデンドライトが発生す
る機構を示す模式図である。第2−イ図は充放電
サイクルの少い間の充電末期における電極表面を
示し、負極6上に金属亜鉛Znが析出する。第2
−ロ図は放電初期における電極表面を示し、電極
6の表面より亜鉛イオンZn++が溶出する。第2
−ハ図は多数回の充放電サイクル後の放電末期の
状況を示し、金属亜鉛Zn上に不均一な酸化皮膜
ZnOを形成する。第2−ニ図は酸化皮膜形成後の
充電再開時の状況を示し不均一な酸化皮膜ZnO上
に選択的に金属亜鉛が析出する。第2−ホ図は充
電中期の状況を示し酸化皮膜上に選択的に析出し
た金属亜鉛上にデンドライトの樹枝状晶が発生す
る。即ち耐臭素性のある添加剤を使用した場合、
充放電サイクルが少ない間はデンドライトを形成
しなくても、サイクルを多数重ねるに従つて、放
電時生成された酸化皮膜によつてデンドライトが
形成され、これを防止する必要があつた。 本発明の目的は、前述の如く電解液循環型亜鉛
−臭素二次電池において、デンドライトの発生及
び成長を防止するための電解液の組成を提供する
にある。 本発明者らは、電解液循環型の亜鉛−臭素二次
電池のデンドライトの生成要因を究明し、これに
基いて、ある種の添加剤を負極電解液に添加する
ことによつて、上記発明の目的を達することを見
出し発明に至つたものである。 本発明の亜鉛−臭素電池の電解液は、活物質と
しての臭素と亜鉛を含む臭素亜鉛(ZnBr2)水溶
液中に2価の錫イオン(Sn++)を含有するとと
もに、メチル・エチル・モルホリニウム・ブロマ
イド及びメチル・エチル・ピロリジニウム・ブロ
マイドをそれぞれ0.5mol/含有したことを特
徴とした電解液である。 電解液中に含有される2価の錫イオンは放電時
に形成される亜鉛酸化皮膜の発生を防止し、その
形成に起因するデンドライトの発生を抑止する。 更に、2価の錫イオンとともに電解液中に特定
量含有される特定の複素環式第4級アンモニウム
塩からなる臭素錯化剤、即ちメチル・エチル・モ
ルホリニウム及びメチル・エチル・ピロジニウ
ム・ブロマイドは、隔膜(例えば多孔質膜)を介
し負極室に拡散した臭素(充電時に正極室で発
生)を捕獲するとともに、デンドライトの発生を
抑止するように働く。即ち、本発明では2価の錫
イオンと耐臭素性の臭素錯化剤であるメチル・エ
チル・モルホリニウム及びメチル・エチル・ピロ
リジニウム・ブロマイドを併用することによつて
デンドライトの発生及び成長を防止している。 亜鉛−臭素二次電池の負極電解液組成を、臭化
亜鉛(ZnBr2)をベースとし、これに2価の錫イ
オン(Sn++)を種々添加したもの、ならび、2
価の錫イオン(Sn++)の添加量を種々変えたも
のと、デンドライト抑制効果の大きい臭素錯体形
成剤として A メチル、エチル、モルホリニウム、
【式】およびブロマイド B メチル、エチル、ピロジニウム、
【式】ブロマイド を夫々0.5モル/、添加した負極電解液を調整
し、これらの電解液を用い充電、ならびに充放電
試験を行ない、更にサイクル試験を行ない電極状
況の評価をした結果、Sn++のみを負極電解液に
添加した場合、充放電、サイクル数の少い初期充
電時のデンドライト発生を抑制する点については
Sn++濃度1×10-5モル/〜5×10-4モル/
(ほぼ飽和量)においてある程度の効果があるが、
5×10-6モル/では効果がなかつた。更に5×
10-6モル/〜1×10-5モル/のSn++添加と、
前述のメチル、エチル、モルホリニウム、ブロマ
イド及びメチル、エチル、ピロリジニウム、ブロ
マイドの錯体形成剤を夫々0.5モル宛一定量混合
した場合は、夫々Sn++イオンまたは錯体形成剤
単独の場合に比べて効果がみられた。更にSn++
イオンとメチル、エチル、モルホリニウム、ブロ
マイドを1モル、またはSn++イオンとメチル、
エチル、ピロリジニウム、ブロマイドを1モル加
えた負極電解液でも上記と同様かまたは多少劣る
結果が得られた。次に充電−放電−充電のサイク
ル試験を行なつた結果、錯体形成剤のみを添加し
た負極電解液を用いた電極状況に比して、5×
10-6モル/〜5×10-4モル/のSn++および
夫々0.5モル/を混合した錯体形成剤を加えた
負極電解液を用いた電極状況は格段と良好であ
り、また、初回充電時の電着状況を次回以降の充
電時も維持し得て、錫の2価イオンが効果がある
ことを示した。またその添加量は1×10-5モル/
〜飽和量が望ましく、Sn++としてはSnCl2
SnBr2、SnSO4などを用いることが出来る。 また前述のA、B錯体形成剤夫々を0.5モル/
およびSn++濃度1×10-5モル/〜飽和量を
添加した電解液を用いて充放電(6時間)サイク
ルを20サイクル重ねても初期と同様の電着状況を
示し、2価の錫イオンと臭化錯化剤であるメチ
ル、エチル、モルホリニウム、及びメチル、エチ
ル、ピロリジニウム、ブロマイドを添加すること
の効果が立証された。 次に本発明の実施例を以下に述べる。 実施例 1 第1図に示す如き液循環型亜鉛−臭素二次電池
を用い負極電解液として臭化亜鉛3モル/をベ
ースとして酸化抑止剤としてSn++を5×10-6
ル/から5×10-4モル/と変え、これにデン
ドライト抑制効果の大きい臭素錯体形成剤とし
て、メチル、エチル、モルホリニウム、ブロマイ
ド、およびメチル、エチル、ピロジニウム、ブロ
マイドを所定量(夫々0.5モル/宛)を配合調
製したものを用い、電流密度40mA/cm2で6時間
充電しカーボンプラスチツク電極に亜鉛を電着さ
せ、その電着面の状況により次の基準により評価
を行なつた。 評価基準A:優れている平滑面をもつ。B:少
量の凹凸あり、C:デンドライトが多量ある。な
おAおよびBは実用出来Aが最適である。 この結果を第1表に示す。
【表】 3−1、2は比較例
上表に示すようにSn++のみではデンドライト
の抑制の点からはそれほど効果が期待できない、
なお少量即ち5×10-6モル/(実験番号1−
5)の添加では比較例(実験番号3−1)と同じ
ようにデンドライトが大量発生する結果となつて
いる。 実施例 2 実施例1に引続きさらに同じ組成の電解液を用
い40mA/cm2の電流密度で3時間初回充電の後、
2時間放電し、その後2時間充電するという放充
電の3サイクル試験を行ない、電着面の状況を観
察し評価基準により評価を行なつた。 第2表にこの結果を示す。
【表】 上表に示す如く錯体形成剤A、Bを夫々0.5モ
ル/を添加し更にSn++濃度1×10-5〜5×10-4
モル/を添加した臭化亜鉛電解液を用いると初
回の電着状態を維持させる能力をSn++が有して
いることが判る。 実施例 3 実施例2でAおよびB評価を得た電解液組成
(実験番号1−1c〜4cと2−1c〜4c)にて、電流
密度30mA/cm2で6時間充電その後6時間放電の
サイクルテストを行なつた結果上記組成のもの
は、20サイクルを経過した後も初期と同様の電着
面を保持した。 本発明においては、亜鉛−臭素電池の電解液中
に2価の錫イオンと臭素錯化剤であるメチル・エ
チル・モルホリニウム及びメチル・エチル・ピロ
リジニウム・ブロマイドを含有させたことによつ
て、放電時に負極において亜鉛の酸化皮膜が形成
されるのを防止し、亜鉛−臭素電池におけるデン
ドライトの発生成長をほぼ完全に防止することが
できる。 本発明の電解液を用いれば、充放電サイクルを
多数重ねる場合でも、デンドライトの発生成長を
抑止することができるので、電解液循環型亜鉛−
臭素二次電池の充放電寿命を延長せしめることが
できる。
【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
基本構成を示す模式図、第2図は酸化皮膜の上に
デンドライトが発生する機構を示す模式図であ
る。 1:単一セル、2:正極室、3:負極室、4:
隔膜、5:正極、6:負極、7:正極電解液、
8:負極電解液、9:正極液貯槽、10:負極液
貯槽、11,12:ポンプ、Zn:析出亜鉛、
ZnO:酸化皮膜、ZnD:デンドライト。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電解液循環型亜鉛−臭素電池の負極側に循環
    される電解液において、2価の錫イオンを含有す
    るとともに、メチル・エチル・モルホリニウム・
    ブロマイド及びメチル・エチル・ピロリジニウ
    ム・ブロマイドをそれぞれ0.5mol/含有した
    ことを特徴とする亜鉛−臭素電池の電解液。
JP57190713A 1982-11-01 1982-11-01 亜鉛−臭素電池の電解液 Granted JPS5981875A (ja)

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JPS5981875A JPS5981875A (ja) 1984-05-11
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