JPH0351056B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は水素電極に関し、更に詳しくは、正極
が金属酸化物、水素を負極活動物質とし充放電可
能な金属酸化物・水素電池に用いて有水な水素電
極に関する。

（発明の技術的背景とその問題点〕 金属酸化物・水素電池は、長寿命で基本的には
軽量であるため、一部特殊用途ではあるが、ニツ
ケル・カドミウム電池に代わる蓄電池として使用
されている。

この電池は水素を負極活物質とする。水素は充
電時に電解液を構成する水の電気分解によつて供
給される。通常、充電完了時点においては、水素
は約50Kg／cm²とかなり高圧になる。したがつて、
この電池にあつては、容器は耐圧構造でなければ
ならない。そのため、電池は大型化しかつその重
量は大きくなるという問題を生ずる。

このような問題を解消するために、最近では水
素吸蔵金属を用いることが試みられている。すな
わち、電池内又はパイプラインを介して電池に接
続する他の容器の中に水素吸蔵金属を収納し、充
電時に発生する水素を該金属で吸収して貯蔵し、
また、放電時には貯蔵水素を該金属から放出して
電池反応に共するというものである。このような
方法によれば、電池内の圧力を低くかつ一定の値
（例えば１〜15Kg／cm²）に保持することが可能と
なる。

しかしながら、この方法の場合、圧力問題は改
善されても電池全体の大型化という問題が依然と
して残る。

したがつて、水素吸蔵金属を直接水素電極とし
て使用し、そのことによつて、電池反応と水素吸
蔵を合わせて機能せしめるということが試みられ
ている。これは、水素吸蔵金属から電極体を作成
し、ここに所定の触媒を担持せしめて構成されて
いる。

しかしながら、従来から提案されている水素電
極は、その水素吸蔵能が充分ではなく、また水素
過電圧が高く放電時にあつて大電流を取り出そう
とすると電圧が低下するという不都合な事態が生
じていた。

〔発明の目的〕

本発明は、水素吸蔵能が大でしたがつて電池内
圧が低くなり良好な放電特性を与える新規な構造
の水素電極の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の水素電極は、第１図に例示したよう
に、集電体１の片面に触媒層のシート２を、他の
面には水素吸蔵金属のシート３が配設され全体を
一体化した構造の電極である。すなわち、本発明
の水素電極は、触媒が担持されたニツケル粉末を
耐アルカリ性でかつ撥水性の結着剤で混練して圧
延成形したシートと、水素吸蔵金属粉末を耐アル
カリ性でかつ撥水性の結着剤で混練して圧延成形
したシートを、それぞれ、集電体の両側から圧接
して一体化した構造であることを特徴とする。

本発明にかかる水素吸蔵金属のシートは、水素
吸蔵金属の粉末と結着剤とから構成される。水素
吸蔵金属としては、常温で１〜15Kg／cm²の水素平
衡圧を有するものであれば全て用いることがで
き、例えばLaNi₅、ミツシユメタル合金、Ti−
Ni系合金、Ti−Fe系合金、Ti−Mn係合金をあ
げることができる。

これら金属は粒径200μｍ以下の粉末として使
用される。また、これら金属はそのまま使用して
もよいが、予め水素で活性化してから用いること
が好ましい。

シートの作成に当つては、上記した水素吸蔵金
属の粉末を結着剤と混練し、得られた混練物を常
法にしたがつて圧延成形して所定厚みのシートに
する。このとき、用いる結着剤は、耐アルカリ性
でかつ撥水性のものであれば何であつてもよく、
ポリテトラフルオロエチレン、フツ化炭素、ポリ
エチレンなどをあげることができる。

結着剤の配合量は、用いる水素吸蔵金属の種
類、粒径、吸蔵させるべき水素量、更には水素電
極の操作条件等によつて変化すべきであつて一義
的に定めることはできないが、基本的には水素吸
蔵金属粉末のシートからの脱落を防止しかつ水素
吸蔵能を阻害しない量であることが必要で、通
常、１〜50重量％である。得られたシートは、
0.1〜２mmが適切である。

次に、触媒層のシートは、触媒を表面に担持し
たニツケル粉末と上記した結着剤とから構成され
る。

ニツケル粉末は触媒担体として機能しその粒径
は100μｍ以下であることが好ましい。担持され
る触媒としては、白金、ポラジウム、銀、炭素な
どがあげられるが、とくに白金が好ましい。その
担持量は、ニツケル粉末１ｇに対し10^-5ｇである
ことが必要でこれより少ないと触媒効果が発揮さ
れない。担持量の上限は格別限定される必要はな
い。

触媒のニツケル粉末への担持は、例えば所定の
触媒成分を溶解する溶液（例えば塩化白金酸溶
液）にニツケル粉末を浸漬してその表面に該溶液
を付着せしめるという方法で容易に行なうことが
できる。

シートの作成に用いる結着剤は、水素吸蔵金属
のシートの作成に用いた結着剤でよい。結着剤の
配合量は、得られたシートの多孔度ができるだけ
大きくなるような量でかつ触媒担持のニツケル粉
末の脱落防止に有効な量であり、通常、１〜30重
量％である。

シートの厚みは、電極反応を有効に進行せしめ
るに充分な量の触媒を保持できる厚みであること
が必要で、しかも可能な限り薄い方がよい。通
常、0.05〜１mmが適当である。

本発明にかかる集電体は、耐アルカリ性の金属
で構成される。ニツケルが好適である。集電体の
形状は、後述するように、上記したシートをそれ
ぞれ該集電体の両面に配設して全体を圧接して一
体化したとき、各シートが該集電体を介して互い
に密着できるような形状のもの、具体的には、ネ
ツト状、エキスパンド状のものである。その厚み
は通常の0.05〜0.2mmである。本発明の水素電極
は、集電体を水素吸蔵金属のシートと触媒層のシ
ートとで挟み、全体を適宜な圧力で圧着し一体化
して製造される。圧着持、それぞれのシートは、
塑性変形して集電体の多孔部分で互いに密着する
ことになる。

なお、触媒層のシートは、電解液との濡れの度
合いによつてその反応速度が変化する。そして該
シートの濡れの度合いは、シートに配合されてい
る結着剤の量によつて影響を受ける。したがつ
て、触媒層のシート中の結着剤の量が、撥水性の
点で不足している場合には、シートを作成した時
点又は電極を構成した時点のいずれかの時点で、
シート又は電極を結着剤の分散液中に浸漬して更
に撥水性を付与するか又は非酸化性雰囲気下で熱
処理して撥水性を向上せしめればよい。両方の処
理を行なつてもよい。

〔発明の実施例〕

平均粒径50μｍのLaNi₅の粉末40重量部を、粒
径5μｍのPTFE60％を含む分散液（比重1.5）15
重量部に加えて混練した。混練物をロール圧延し
て厚み0.6mmのシートとした。これを室温で乾燥
した。多孔度30％、PTFE18重量％の水素吸蔵金
属のシートが得られた。

つぎに、平均粒径5μｍのニツケル粉末10ｇを、
白金濃度４％の塩化白金酸水溶液10ｇに加えて、
塩化白金酸の橙色が消えるまで充分撹拌した。得
られた粉末を流水で洗浄し、再び上記した塩化白
金酸水溶液10ｇに加え、撹拌した。この操作を合
計３回行なつた後、酸性がきえるまで流水で充分
洗浄し、最後に乾燥した。白金のニツケル粉末へ
の担持量は0.1重量％であつた。得られた粉末を、
水素吸蔵金属のシートを作成したときと同様の方
法で、厚み0.2mmの触媒層シートとした。多孔度
40％、PTFE量15重量％であつた。

ついで、厚み0.12mm、60メツシユのニツケルネ
ツトの両面に、上記したシートをそれぞれを重ね
て、全体を圧着した。第１図に例示したような一
体化構造の電極が得られた。厚み0.7mm。集電体
１にリード線を付設して本発明の水素電極とし
た。

次に、第２図に示した金属酸化物・水素電池を
組立てた。図で、１はニツケルネツト（集電体）、
２は触媒層シート、３は水素吸蔵金属含有のシー
トであつて、全体で本発明の水素電極（負極）を
構成する。４はニツケル極（活物質NiOOH）か
ら成る正極、５はセパレータで厚み0.3mmのポリ
アミド不織布である。電解液は８モル／の
KOH溶液を用いた。６，７はそれぞれ負極及び
正極の端子で、ステンレス製の電池容器８から電
気的に独立している。なお、容器８については、
電池構成要素を組込んだ後、全体を密閉した。９
は容器内圧測定用のパイプ、１０は圧力測定器で
ある。

正極４はセパレータ５でＵ字型につつみ、その
外側に水素吸蔵金属含有シート層側を接触させて
負極を配設し、全体をアクリル製のホルダー１１
で密着保持した。正極の容量は300ｍAH、負極
のLaNi₅は500AH相当量のH₂を吸蔵する量であ
る。

この電池を150ｍＡで２時間充電した。充電後、
300ｍＡ（30ｍＡ／cm²）、600ｍＡ（60ｍＡ／cm²）、
1200ｍＡ（120ｍＡ／cm²）でそれぞれ放電させ、そ
のときの放電電圧と放電効率（％）との関係を調
べた。その結果を第３図に示した。図中の曲線
で、Ａは300ｍＡ、Ｂは600ｍＡ、Ｃは1200ｍＡの
場合を示す。図から明らかなように、放電電圧は
あまり低下せず、かつ放電効率も90％以上であり
極めて良好な結果が得られた。

また、150ｍＡ、２時間の充電−300ｍＡの放電
という充放電サイクルを施こし、その最初の１サ
イクルにおける放電特性及びそのときの電池内圧
変化を測定した。その結果を第４図に示した。比
較のため、水素電極として集電体の両面にLaNi₅
層を直接形成しかつその表面ち白金触媒を担持さ
せた従来のものを用いたことを除いては、実施例
と同様の電池を構成しその放電特性、容器内圧の
変化を測定し、その結果を第４図に併記した。図
中、ａは本発明にかかる電池の放電特性、a′は従
来電池の放電特性、ｂは本発明にかかる電池の内
圧変化を表わし、b′は従来電池の内圧変化を表わ
す。図から明らかなように、本発明にかかる電池
にあつては容器内圧は2.5Kg／cm²と一定値を保ち、
しかも優れた放電特性を示している。これに反
し、従来電池にあつては、放電電圧の低下は著し
くしかも充電時における容器内圧の上昇が大き
い。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明の水素電
極は、充電時発生する水素を適正に吸蔵し電池容
器の内圧を低く維持する能力をもち、また電池の
放電電圧を高位に保持する、すなわち、過電圧が
低く水素電極反応を円滑に行なうことができるの
で金属酸化物・水素電池の電池として極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水素電極の１例、第２図は本
発明水素電極を組込んで構成した電池、第３図は
各種の充電電流による本発明にかかる電池の放電
電圧と放電効率との関係図、第４図は150ｍＡ、
２時間の充電時における電池容器内圧の変化及び
300ｍＡでの放電特性を表わす。 １……集電体、２……触媒層シート、３……水
素吸蔵金属含有シート、４……正極、５……セパ
レータ、６，７……端子、８……電池容器、９…
…パイプ、１０……圧力測定器、１１……ホルダ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 触媒が担持されたニツケル粉末を耐アルカリ
   性でかつ撥水性の結着剤で混練して圧延成形した
   シートと、 水素吸蔵金属粉末を耐アルカリ性でかつ撥水性
   の結着剤で混練して圧延成形したシートを、それ
   ぞれ、 集電体の両側から圧接して一体化した構造であ
   ることを特徴とする水素電極。