JPH0364870A - 電解液循環式金属―ハロゲン電池 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電解液循環式金属−ハロゲン電池、特に電池
放置期間中における漏洩電流の発生防止構造に関する。

［従来の技術］ 電解液への溶解度が高く電極反応特性の優れた臭素を正
極活物質とし、亜鉛などの金属を負極活物質とする金属
−ハロゲン電池が開発されており、貯蔵・取扱いの容易
性や高エネルギー密度等多くの利点から例えば電気自動
車用駆動源としての期待を集めている。

第５図に特開昭５７−１９９１６７号公報に開示されて
いる一般的な金属−ハロゲン電池の原理構成を示す。

図示例における負極側金属には亜鉛が用いられており、
正極１０及び負極１２がそれぞれ配設された正極側反応
槽１４及び負極側反応槽１６間で電解液１８を介して次
式で示される電気化学反応が行われる。

（正極）２Ｂｒ″″；：Ｂｒ２＋２ｅ ２＋ （負極）Ｚｎ　　＋２ｅ−；：　　Ｚｎ　　　　−（１
）充電 （全体）Ｚｎ”＋２Ｂｒ−、：！　　Ｚｎ　十Ｂｒ２放
電 このような金属−ハロゲン電池では電解液１８として臭
化亜鉛Ｚ　ｎ　Ｂ　ｒ　２水溶液が用いられ、必要に応
じて電導度向上剤、臭素錯化剤、デンドライト抑制剤等
が添加される。

充電時には反応ｔ１１１４．１６内において前記第１式
に−で示す充電反応が行われ正極１０側では臭素Ｂ　ｒ
　２が生成され電解液１８内に溶解し、他方負極１２側
では亜鉛Ｚｎが析出し負極１２上に亜鉛の析出層が形成
されていく。

また、放電時には−で示す前記充電時と逆の反応が行わ
れ、正極１０側では臭素Ｂ　ｒ　２が還元されて臭素イ
オンＢ「　となって電解液１８中に溶解し、負極１２側
では亜鉛の析出層が酸化されて亜鉛イオンｚｎ２＋とな
って電解液１８中に溶解する。

このような電気反応が行われる反応槽１４゜１６内は充
電時に生成する臭素Ｂ　ｒ　２により自己放電を招くこ
とがないようその内部がセパレータ膜２０により分離さ
れている。

このセパレータ膜２０は自己放電を防止するために電解
液１８中の各種イオンは通すがこれに溶解している臭素
Ｂ　ｒ　２の透過は阻止するものである。セパレータ膜
２０としては、一般にイオン交換膜あるいは多孔質膜が
用いられるが、電池の内部抵抗を小さくするという観点
からは多孔質膜が望ましい。

そして、電解液循環型の電池では、充電時における化学
反応によって得たエネルギーを貯蔵するための正極側電
解液貯蔵槽２２と負極側電解液貯蔵槽２４とを含む。

前記正極側電解液貯蔵槽２２は正極側反応槽１４との間
で配管２６．２８を介して電解液循環経路を形成してお
り、循環経路に設けたポンプ３０により正極側反応槽１
４内において反応した正極側電解液１８ｇを貯蔵槽２２
へ送り出し、貯蔵ｈ！１２２内の電解液１８ａを反応槽
１４に供給している。

ここにおいて、電解液１８内に臭素錯化剤が添加されて
いる場合には、充電時に発生した臭素Ｂ　ｒ　２は錯体
化され、電解液１８に不溶な錯体化合物３２となって析
出し、該錯体化合物３２は貯蔵槽２２の底部を錯体貯蔵
部３４として順次沈澱して貯蔵されていく。

また、この錯体貯蔵部３４と配管２８との間はバルブ３
６を有する錯体供給管３８により連絡されている。そし
て、このバルブ３６は通常解放されており、錯体貯蔵部
３４に沈澱した錯体化合物３２を配管２８を介して正極
側反応槽１４に向けて送り出す。

また、前記負極側電解液貯蔵槽２４は、同様にして負極
側反応槽１６との間で配管４０，４２を介して電解液循
環経路を形成しており、循環経路に設けたポンプ４４を
用い負極側反応槽１６内にて反応した負極側電解液１８
ｂを貯蔵槽２４へ向は送り出し貯蔵槽２４から新たな電
解液１８ｂを反応槽１６に向は供給している。

このように、この金属−ハロゲン電池は、貯蔵槽２２．
２４内に電解液１８を充分に貯蔵し、該貯蔵電解液１８
を用いて充電時には前記第１式に示す充電反応を行い、
錯体貯蔵部３２に臭素の錯体化合物を貯蔵し負極１２上
に亜鉛の析出層を形成して電力を貯蔵することができる
。

第６図にこのような原理を用いて形成される一般的な金
属−ハロゲン電池の電池スタックの分解斜視図を示す。

この電池スタックは、電極フレーム４８とセパレータフ
レーム５０とが交互に多数積層され、その両端がエンド
ブロック５２（図示例では、一方のみを示す）により閉
止されてなる。

各電極フレーム４８は、その表及び裏面に正または負極
をなす電極部４８ａが形成され、セパレータフレーム５
０を介して両側に位置する電極フレーム４８の一方の電
極部４８ａが正極、そして他方の電極部４８ａが負極を
形成するように構成されている。

他方、セパレータフレーム５ｏには、セパレータ膜５０
ａが担持されている。

そして、一方の電極部４８ａと、セパレータ膜５０ａの
片面との間の空間が一方の反応槽を形成し、セパレータ
膜５０ａの他方の面と次の電極部４８ａとの間の空間が
他側の反応槽を形成し、これらによって電池スタックの
基本機能単位であるセルが構成されている。

そして、この電池スタックのエンドブロック５２を含む
全セルを貫通して正及び負極側反応槽に連通ずる供給側
共通マニホールド５３及び排出側共通マニホールド５４
が形成されている。

従って、各電解液貯蔵槽から供給される電解液１８は、
各供給側共通マニホールド５３を経て各セパレータフレ
ーム５０に形成されたチャンネルｓｏｂをｉす、そのセ
パレータ膜５０ａとの接続部に形成された整流板５０ｃ
によって各反応槽内にまんべんなく平均して導かれて所
定の化学反応に供された後、排出側供給マニホールド５
４を通って再び電解液貯蔵槽に帰還することとなる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、以上のような従来装置では、各セルがそれぞ
れ電気的に直列に接続されているのに対し、電解液１８
のそれぞれの循環経路は、並列接続の状態になっている
。このため、電池非使用時に電池スタック内の隣接する
セル相互がマニホールド５３．５４内に残留する電解液
１８を介して導通し、漏洩電流が発生するという問題が
あった。

これに対処するための方法としては、電池を非使用状態
に放置する際に予め電池スタック内の電解液を抜き取っ
ておくことが考えられる。

ところが、こうした方法では抜き取った電解液を貯蔵す
る分だけ電解液貯蔵槽を拡大しなければならず、エネル
ギ密度が低下すると共に、電池再使用時に反応橘内のエ
ア抜きが必要となるため、始動に時間がかかってしまう
という弊害がある。

また、実開昭６２−１７０６８号公報にはマニホールド
または各チャンネルに各セル間の液絡遮断用コックを配
設する構成が提案されているが、手動操作によりコック
を開閉制御しなければならず、面倒な手間を要する。

更に、実開昭６３−４３３６０号公報では、チャンネル
の途中に液圧に依存して上下方向に移動する電解液遮断
栓を設ける構成が開示されている。

しかし、これによっても、自重を利用して非流通時の液
絡を遮断するので車両の傾斜等が生じると円滑に機能し
なくなる等、作動が不安定であるという問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、簡単な構成により充電状態での電池放置時
に電池スタックの隣接する各セル間に生じる微小電流に
よって発生する分流損を確実に防止可能な電解液循環式
金属−ハロゲン電池を提供することにある。

Ｃ課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、各マニホールドに
摺動自在に支持され、前記各チャンネルに対応して交互
に形成され、該マニホールドとチャンネルとを連通させ
る連通孔及び連通を遮断する遮断部を有する中空筒状コ
ックと、該中空筒状コックの端部とマニホールドの終端
との間に掛けられ、コックを遮断状態に付勢するコック
ばねと、を備えたことを特徴とする。

［作用］ 以上の構成を有する本発明によれば、前記中空筒状コッ
クは、電解液流通期間中は該電解ｌ＆の液圧によってそ
の各連通部が各チャンネルと対向するよう前記コックば
ねの付勢力に抗して移動し、他方電池の非使用時すなわ
ち電解液が非流通状態になるとコックばねの付勢力でそ
の各遮断部が各チャンネルと対向する位置に復帰保持さ
れる。

この結果、電池非使用時には、各セル間のチャンネル同
志の導通が確実に防止される。

［実施例］ 以下図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図に本発明に係る電解液循環式金属−ハロゲン電池
における電池スタックの分解斜視図を示す。なお、図中
前記第６図に係る従来装置と同等の構成要素には同一符
号を付し、その説明を省略する。

本発明において特徴的なことは、電池スタックのマニホ
ールド内に電解液の流通／非流通によってセパレータの
チャンネルとマニホールドとを連通／遮断を自動切換す
るコックを配設したことであり、これによって電解液の
流れない電池放置時における隣接セル間の導通に起因す
る微小電流の発生を有効に阻止できる。

第１図において、電池スタックの供給側共通マニホール
ド５３及び排出側共通マニホールド５４には、中空筒状
のコック７０が押入配設される。

第２図に中空筒状コック７０の外観斜視図を示す。

中空筒状コック７０の一端にはコックばね７２が係止さ
れており、該コックばね７２の他端が電池スタックのエ
ンドブロック５２の終端部に係止されることになる。

そして、本体７０ａの下方には、各セパレータフレーム
５０のチャンネル５０ｂに対応した連通孔７０ｂと、遮
断部７０ｃとが交互に複数組形成されている。

第３図に以上のような構造の中空筒状コック７０が供給
側共通マニホールド５３内に挿入された状態のスタック
の部分断面を示す。前述したごとく、コックばね７２は
マニホールド５３．５４の終端部、具体的には、エンド
ブロック５２の内壁とコック７０の外端面との間に掛は
渡され、該コック７０を常時図の右方向に付勢している
。

そして、このとき図より明らかなようにチャンネル５０
ｂとマニホールド５３との間は遮断部７０Ｃにより遮断
されており、電池の非使用時にはスタックのセル同士が
導通することはない。

この状態から電池が使用状態におかれて充放電作用が始
まると、電解液か循環し、マニホールド５３内を流れる
電解液の液圧によってコック７０は図の左方向に押され
る。

この結果、コック７０の連通孔７０ｂが各セルのセパレ
ータ５０のチャンネル５０ｂと連通し、反応槽内に電解
液が流入／排出されて所定の充放電反応が実行されるこ
とになる。

そして、充放電期間中は電解液はとぎれることなく電池
の循環経路を充満状態で流れ続けるため、該コック７０
は、第３図の左方向に抑圧された状態で保持されるので
、このコック７０の配設は何ら充放電反応の妨げにはな
らない。

その後、電池の使用が終了して電解液の循環が停止する
と、前記液圧によるコック７０の第３図左方向への押す
力が消滅するため、再びコック７０は、コックばね７２
の付勢力によって第３図の状態に復帰し、各チャンネル
とマニホールド５３との連通は遮断される。

この結果、充電状態で電池を放置した場合でも、各セル
のチャンネル相互が液絡によって導通することがなく、
電池放置中に蓄積された電力が無駄に消費されてしまう
という不都合は生じない。

ところで、上記実施例はコック７０を供給側共通マニホ
ールド５３内に配設した場合であるが、排出側共通マニ
ホールド５４に配設される場合、） 電池を非使用状態で放置してから再始動する場合に、チ
ャンネル５０ｂからマニホールド５４に流出しようとす
る電解液の液圧によってコックばね７２の付勢力に抗し
てコック７０が図の左方向に移動するような構成を採る
必要がある。

このために本発明では、コック７０の遮断部７０Ｃの１
箇所に図のような電角ｑ液トンネル７０ｄを形成し、第
３図のチャンネル５０ｃを下側から上方に向けて流出し
ようとする電解液がこの電解液トンネル７０ｄを通って
コック７０の内部に排出され、徐々にコック７０内が電
解液で満たされて液圧が高まることによって再びコック
７０が図の左方向に押されて連通孔７０ｂとチャンネル
５ｏｂとが完全に連絡するように構成しである。

以上のような本発明によれば、電池スタックの構造自体
はそのままで何ら設計を変更することなく、マニホール
ド５３．５４内に中空筒状コック７０とコックばね７２
を配設するだけで、液圧を有効に利用して自動的に電解
液の流通／非流通に対応して各セル間の導通／遮断が制
御され、本来の電池性能には何ら影響を及ぼすことなく
電池放置時における液絡を確実に阻止可能である。

第４図に本発明の第２実施例を示す。

本実施例の特徴的事項は、マニホールド５３゜５４内に
おけるコック７０の摺動性を高めるため、上記第１実施
例のように直接マニホールド５３゜５４内にコック７０
を挿入配置するのではなく、あらかじめその内部でコッ
ク７０が摺動自在に固定されたコックスリーブ８０をマ
ニホールド５３゜５４内に神大するように構成したこと
である。

図示例において、電池スタックの一端側からエンドブロ
ック５２及び各セルを貫通して図の左側からコックスリ
ーブ８０が押入固定されている。

そして、このコックスリーブ８０の内部に前記第１実施
例と同様の中空筒状コック７０が摺動自在に挿入配置さ
れており、その一方の該端部とコックスリーブ８０の終
端との間にコックばね７２が掛は渡されている。

そして、本実施例においては、コックスリーブ８０の下
面には各チャンネル５０ｂの幅に一致する連通孔８０ａ
が形成されている。コックスリーブ８０は、マニホール
ド５３．５４内に固定されているので、この連通孔８０
ａの位置は変わらない。

この結果、本実施例では、チャンネル５０ｂがコックス
リーブ８０の連通孔８０ａによって上方に延長した形と
なり、上述した液圧によるマニホールド５３．５４とチ
ャンネル５０ｂとの連通／遮断作用は、コック７０とコ
ックスリーブ８０の連通孔８０ａとの間で行われること
になる。

これによれば、液圧とコックばね８４の付勢力によるコ
ック７０の摺動作用は、コックスリーブ８０に対して作
用するので、より滑らかな連通／遮断効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によ・れば、電池スタックの
マニホールド内に中空筒状コックを挿入し、その外端面
とマニホールドの終端とに掛は渡されたコックばねの付
勢力及びマニホールド内を流通する電解液の液圧との作
用によって電池の使用／非使用時に対応してスタックの
各セル間の導通／遮断制御が自動的に行われるように構
成したので、電池放置時に電解液を排出したり、マニホ
ールドやチャンネルの形状を変更するなどの面倒な処理
を必要とすることなく、極めて簡単な構成で電池放置時
における各セル間の液絡による微小電流の発坐が有効に
抑制され、不必要に電力が消費されてしまうという問題
は確実に解決されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電池スタックの分解斜視図、 第２図は本発明に係る中空筒状コックの外観斜視図、 第３図は本発明におけるｍ地スタックのマニホールド内
に中空筒状コックを抑大した状態の部分断面図、 第４図は本発明の第２実施例を示す電池スタックの部分
断面図、 第５図は、一般の金属−ハロゲン電池の原理構成図、 第６図は、従来の金属−ノ＼ロゲン電池の電通スタック
の分解斜視図である。 ４８　・・・　電極フレーム ４８ａ　　・・・　電極部 ５０　・・・　セバレータフレーム ５０ａ　　　・・・ ５０ｂ　　　・・・ ５３．５４ ７０　　・・・ ７０ｂ　　　・・・ ７０ｃ　　　・・・ ７２ｃ　　　・・・ セパレータ膜 チャンネル ・・・　マニホールド 中空筒状コック 連通孔 遮断部 コックばね

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セパレータ膜が装着されたセパレータフレームと表及び
   裏面が正または負極をなす電極部を形成する電極フレー
   ムとを交互に複数個積層することにより複数のセルを構
   成する電池スタックと、該スタックに正及び負極側電解
   液を循環させるよう供給側配管及び排出側配管を介して
   該スタックに接続された電解液貯蔵槽と、を含み、 前記スタックには全セルを貫通する供給側共通マニホー
   ルド及び排出側共通マニホールドと、各セパレータ膜両
   面で前記両マニホールドにそれぞれ連通する供給側チャ
   ネル及び排出側チャンネルと、が形成され、該各マニホ
   ールド及びチャンネルによりスタック内における電解液
   の循環経路が形成される電解液循環式金属−ハロゲン電
   池において、 前記各マニホールドに摺動自在に支持され、前記各チャ
   ンネルに対応して交互に形成されマニホールドとチャン
   ネルとを連通させる連通孔及び連通を遮断する遮断部を
   有する中空筒状コックと、前記中空筒状コックの端部と
   マニホールドの終端との間に掛けられ、中空筒状コック
   を遮断状態に付勢するコックばねと、を備え、 前記中空筒状コックは、電解液流通期間中は該電解液の
   液圧によりその各連通部が各チャンネルと対向するよう
   前記コックばねの付勢力に抗して移動し、電解液非流通
   状態になるとコックばねの付勢力によりその各遮断部が
   各チャンネルと対向する位置に復帰保持され、電池非使
   用時における各セル間のチャンネル同志の導通を防止す
   ることを特徴とする電解液循環式金属−ハロゲン電池。