JPH05217606A - 金属酸化物水素電池 - Google Patents

金属酸化物水素電池

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JPH05217606A
JPH05217606A JP28622092A JP28622092A JPH05217606A JP H05217606 A JPH05217606 A JP H05217606A JP 28622092 A JP28622092 A JP 28622092A JP 28622092 A JP28622092 A JP 28622092A JP H05217606 A JPH05217606 A JP H05217606A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 改善された金属酸化物水素電池は外圧容器
と、容器内に横並び関係に積層された複数のセルモジュ
ールとを含む。各セルモジュールは略長方形を有し、セ
ルモジュールの中央に位置する陽及び陰極を含む。各セ
ルモジュールは剛性プラスチック筺体内にシールされ、
筺体はガスの流れを可能にするが、セルモジュール内に
収容された液体電解液の流れに対しては不浸透であるベ
ントを設けられる。熱伝達部材は隣るセルモジュール間
に配置され、圧力容器の内壁と熱伝達関係で配置される
外円筒形フランジを含む。各筺体の周辺縁はセルモジュ
ールを容器内に位置させるよう各フランジの内面と係合
される。電気的導体は筺体の壁を通ってシールされた関
係で延在し、セルモジュールの端子を電気的回路に接続
する。 【効果】 セルモジュールの電極板は長方形であり製造
時にくずの発生が少なく、安価に製造でき、セルモジュ
ールは圧力容器中央にあって半径方向動きが防止され、
電流路は短かく電気抵抗が少なく効率が増す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】ニッケル酸化物水素電池のような
金属酸化物水素電池は、それらが充電可能であり、極め
て長い寿命を有し、全体放電周期中均一出力を生じるの
で、航空機スタータ電池としての使用と、航空宇宙にお
ける使用とがなされてきた。
【０００２】
【従来の技術】典型的ニッケル酸化物水素電池におい
て、電池セルは圧縮水素ガスを含む外圧容器内にシール
される。電池の放電の際、水素ガスは陰極板の触媒面を
覆う電解液を通って拡散し、単原子形に分解される。単
原子水素はイオン化され、ヒドロキシルイオンと結合し
て水を形成し、電子は各水素イオンの形成の過程中解放
される。更に、ヒドロキシルイオンは水のニッケル酸化
物の利用される酸化含量、その反応により陽極で形成さ
れる。これらの反応の結果として、電子流は外部回路で
発生される。
【０００３】充電の際、反応は逆転し、充電は陰極での
水素の再生及び陽極でのニッケルの再酸化を特徴とす
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】水素ガスにより発生さ
れた実質的圧力に耐えるよう圧力容器は略円筒形であ
り、実際はセルモジュールを適合する円形に形成する。
これはかなりのくずを生じる原料の帯からの切込湾曲又
は円形形状電極板を必要とする。円形セルモジュールを
用いる時、電極への電気的接続は通常電極板の周辺縁で
なされた。周辺縁での電気的接続により電子流路が長く
なり、これにより抵抗が増し、電池の効率が減少する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は円筒形圧力容器
の略長方形セルモジュールを用い、セルモジュールへの
電気的接続をセルモジュールの中央に位置させた、改良
された金属酸化物水素電池に係る。本発明により電池は
外略円筒形圧力容器と、容器内に横並び積層関係で位置
する複数のセルモジュールとを含む。各セルモジュール
は略長方形であり、セルモジュールの中央に位置する陽
及び陰極を含む。各セルモジュールは水酸化カリウム溶
液のような液体電解液を含む。
【０００６】各セルモジュールは電気的絶縁材、望まし
くは液体電解液の流れに対し不浸透である熱塑性樹脂か
らなる剛性筺体内にシールされる。高係数の熱伝導性を
有する金属又は他の材料からなる熱伝達部材又はフィン
は、隣るセルモジュール間に位置し、各熱伝達部材は圧
力容器の内壁と熱伝達関係で配置される外円周形フラン
ジを設けられる。熱可塑性筺体の外周はセルモジュール
組立体を容器内に位置させるようフランジの内面を支え
る。
【０００７】ガスの筺体への及びそれからの流れを許容
するよう、各筺体はガスの流れに対し浸透性があるが、
液体電解液の流れに対し不浸透であるベントを設けられ
る。各セルモジュールは外筺体の孔に整列する中央開口
と、セルモジュールの電極を電気回路に接続する為、整
列した孔及び開口を通って延在する電気的導体とで形成
される。
【０００８】シールされたセルモジュール及び熱伝達フ
ィンを横並び積層関係で挟持するよう、螺合された絶縁
ロッドは筺体の整列された中央孔及びセルモジュールの
開口を通って延在し、ロッドの端部はナットを受容す
る。ナットを下方に螺合することで、セルモジュールは
緊密な支持関係で共に挟持されうる。本発明の構造によ
り、セルモジュールの電極板は長方形状を有し、これに
より電極板が最小のくずで帯ストックから切断されるの
を可能にし、従って電池の全体マストを低下させる。
【０００９】各セルモジュールを覆う剛性プラスチック
筺体はセルモジュールをシールし、電解液のセルモジュ
ールからの漏れ又は毛管移行を防ぎ、短かい経路にする
セルモジュール間の短絡を可能にする。更に、剛性であ
る筺体はセルモジュールを圧力容器内に置き又は位置決
めし、セルモジュールを損傷する可能性のある容器内の
セルモジュールの半径方向動きを防ぐのに役立つ。
【００１０】更なる利点として、セルモジュールの陽及
び陰極への接続はセルモジュールの中央部分でなされ、
従って周辺縁接続に比較して短かい電子流路を提供す
る。これは抵抗を減少させ、より効率的電池を提供す
る。他の目的及び利点は以下の説明からわかる。
【００１１】
【実施例】図１はニッケル酸化物水素電池のような充電
可能な金属酸化物水素電池１を示す。電池１は横並びに
積層関係で配置される一連のセルモジュール３を収容す
る外圧容器２からなる。圧力容器２はその開放端がドー
ム形ヘッド５で覆われる略円筒形殻４を含む。殻４とヘ
ッド５はインコネル又はステンレス鋼のような高強度、
耐食金属から形成される内部金属ライナ６と、従来の素
子巻回技術によりライナ６の回りに巻回されうる熱硬化
性樹脂を含浸された繊維材料の外層からなりうる。
【００１２】各セルモジュール３は中央開口９を有し、
吸収層１１により離間される一対の背中合せ陽極１０と
一対の陰極１２とからなりうる。陰極１２は非導電分離
層１３により隣る陽極から分離される。加えて、ガス拡
散スクリーン１４は各陰極１２の外面に位置される。特
に各セルモジュール８は米国特許第４９５７８３０号に
記載の方法で構成されえ、ここで陽極は平らな形又はニ
ッケル水酸化物を含浸された焼結金属板であり、一方陰
極は疎水性重合材を通るスクリーンの一面に結合された
白金黒のような触媒を有する微細網スクリーンの形であ
りうる。水酸化カリウム溶液のような液体電解液は電極
を分離する繊維分離層１３に含浸される。セルモジュー
ルの特定の構造はそれ自体従来型であり、本発明の一部
を構成しない。
【００１３】各セルモジュールは、剛性筺体１５でシー
ルされ望ましくは成形熱可塑性樹脂から形成された、液
体電解液の通路に不浸透であり、電解液の１つのセルモ
ジュールから隣るセルモジュールへの移行し、それによ
りセルモジュールが短絡するのを防ぐ。各筺体１５はシ
ール構造を提供するようその周辺縁部に沿って望ましく
は加熱シーリングにより共に接合される一対のセクショ
ン１６，１７からなる。図２に最も良く示される如く、
セクション１６は平らで、セルモジュール８の開口９を
整列する中央開口を設けられる。セクション１７は又セ
クション１６の開口と整列する中央開口を形成され、開
口に区画するセクション１７の一部はセルモジュール３
を受容するポケット又は拡大部２０を設けられる。図４
に示す如く、ポケット２０はセルモジュールの長方形状
に適合し、一方筺体１５の周辺縁は円形状であり、容器
２の内面に隣って位置される。
【００１４】セルモジュール３及び圧力容器２の内部間
にガスの流れを許容するよう、各筺体１５は図３に示す
如く、１つ又はそれ以上のベント２２を設けられる。通
気２２はガスの流れに対し浸透性があるが、液体電解液
の流れに対し不浸透であり、それゆえ電解液はベントを
通って筺体の外部に流れない。ベント２２はテフロン
（商標：ポリテトラフルオロエチレン）繊維からなる商
品名ゴーテックスの名で販売される材料から形成されう
る。
【００１５】熱をセルモジュール３から圧力容器２へ伝
達するのを助ける為、熱伝達フィン及び部材２３は隣る
シールされたセルモジュール３間に位置される。各熱伝
達部材２３は略円形本体部２４及び容器２の内面に接触
して位置される外円筒形フランジ２５とを含む。フラン
ジ２５はフランジに対して多少の可撓性を提供し、容器
壁がわずかに変形又は円形からずれる場合、フランジが
容器壁に適合するのを可能にする一連の略平行長手方向
スリット２６を形成されうる。
【００１６】熱伝達部材２３は熱セルモジュール３から
圧力容器２への熱伝達を助ける為、高係数の熱伝導性を
有する金属又は他の材料から形成される。図２及び図３
に示す如く、プラスチック又は他の電気的絶縁材から形
成されるガス浸透可能スクリーン２７は筺体１５のセク
ション１６及び熱伝達部材２３の本体２４間に位置され
うる。スクリーン２７はガスの筺体のベント２２への及
びそれからの流れを容易にする。
【００１７】図２に示す如く、筺体１５の周辺縁は熱伝
達部材のフランジ２５の内面を支える。筺体１５は成形
剛性材であるから、セルモジュール３を容器２内に位置
決め又は置くのに役立ち、電池が外部衝撃を受ける場合
セルモジュールが容器内で半径方向に変位するのを防
ぐ。セルモジュール３の端子の電気回路での接続の為、
一対の導体２８及び２９は各セルモジュール３と協働す
る。各導体２８及び２９は、筺体１５の穴又は孔を通っ
て延在する円筒形スリーブ３０と、スリーブ３０から半
径方向に延在し筺体内に位置するフランジ３１とを含
む。導体２８のフランジ３１は櫛部３２を介してセルモ
ジュールの陽極のタブ３３に接続され、一方導体２９の
フランジ３１は同様な櫛部３２によりセルモジュール２
の陰極のタブ３４に接続される。
【００１８】図２に示す如く、各セルモジュールの導体
２８及び２９のフランジ３１はナイロンのような材料か
ら形成される内部電気的絶縁ワッシャ３５及びセラミッ
ク材から形成されうる外部ワッシャ３６により互いに絶
縁される。剛性であるセラミックワッシャ３６は以下に
説明する如く、全体機構が軸方向に圧縮される場合、ナ
イロンワッシャ３５の過剰圧縮を防ぐ。
【００１９】皿バネ又はワッシャ３７のような弾性部材
は各導体２８及び２９の円筒形スリーブ３０の回りに配
置される。各ワッシャ３７の一端は環状形金属座３８を
支え、一方各ワッシャ３７の他端はその穴を画成するプ
ラスチック筺体１５の一部を支え、筺体を各導体のフラ
ンジ３１に対して押す。各フランジ３１の外面はセレー
ションのような筺体１５をフランジ３１に対して機械的
にロックしがちな面偏差を設けられうる。
【００２０】セルモジュールを横並び関係で挟持するよ
う、タイロッド３９は導体２８及び２９の開口を通って
延在する。タイロッド３９は望ましくは中央金属コアか
らなり、テフロンのような材料から形成されうる絶縁外
被を有する。タイロッド３９上に組立てられた導体２８
及び２９により、各陽導体２８の端部は図２に示す如
く、次に隣る陰導体２９の衝合端部と電気的接触をす
る。
【００２１】陽及び陰端子ブラケット４０はタイロッド
３９の端部に取付けられ、ナット４１は図２に示す如
く、タイロッドの端部に螺合される。絶縁ワッシャ４２
はナット４１を端子ブラケット４０から絶縁し、同様に
端子ブラケットをタイロッド３９から絶縁する。ナット
４１がタイロッド３９に締めつけられるので、皿ワッシ
ャ３７は筺体１５の各穴の回りに接触する環状領域を生
成し、それにより筺体を各導体２８及び２９に対してき
つくシールするよう圧縮される。このシーリング装置に
より、電解液の筺体の穴を通る移行が除去され、従って
セルモジュール３が乾燥するのを防ぎ、電池の早期故障
を生じる分流の可能性は除去される。
【００２２】本発明の構造によれば、セルモジュール３
は長方形を有し、電極は材料のストック帯から切断され
え、従って、円形又は湾曲形状を有するセルモジュール
と比較してくずが減少する。成形剛性プラスチック筺体
１５は、液体電解液のセルモジュールからの移行を防ぐ
ようセルモジュールをシールするのみならず、セルモジ
ュールを容器内に位置させ、電池が外部衝撃を受ける場
合セルモジュールへの変位及び起こりうる損害を防ぐの
にも役立つという２重機能を果たす。
【図面の簡単な説明】
【図１】部分的切截した本発明の金属酸化物水素電池の
斜視図である。
【図２】電池の拡大部分的長手方向断面図である。
【図３】セルモジュールベントの構造を示す分解拡大断
面図である。
【符号の説明】
１ 電池 ２ 圧力容器 ３，８ セルモジュール ４ 殻 ５ ヘッド ６ ライナ ９ 開口 １０ 陽極 １１ 吸収層 １２ 陰極 １３ 分離層 １４，２７ スクリーン １５ 筺体 １６，１７ セクション ２０ ポケット ２２ ベント ２３ 熱伝達部材 ２４ 本体部 ２５，３１ フランジ ２６ スリット ２８，２９ 導体 ３０ スリーブ ３２ 櫛部 ３４ タブ ３５，３６，３７，４２ ワッシャ ３８ 座 ３９ タイロッド ４０ ブラケット ４１ ナット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール ジェイ カプレリアン アメリカ合衆国 ウィスコンシン 53108 カレドニア ウッドランド ドライブ 2052番地

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 略円筒形外圧容器と、陽端子及び陰端子
    と液体電解液とを含み該端子はセルモジュールの略中央
    に位置し横並び関係で該容器内に配置された平面形状で
    略長方形をなす複数のセルモジュールと、各セルモジュ
    ールを囲み該容器と担持係合で配置された周辺縁を有す
    るシールされた剛性電気的絶縁筺体と、各セルモジュー
    ルの対応する筺体に対する相対運動を防ぐ手段と、該セ
    ルモジュールの端子を電気回路で接続する電気的接続手
    段とからなる金属酸化物水素電池。
  2. 【請求項２】 隣るセルモジュール間に配置され該圧力
    容器と熱伝達関係で配置された略円形周辺縁部を有する
    熱伝達部材を含む請求項１記載の電池。
  3. 【請求項３】 該熱伝達部材は該圧力容器と係合して配
    置された外周辺フランジを有する請求項２記載の電池。
  4. 【請求項４】 該フランジは複数の離間した長手方向に
    延在するスリットを設けられた請求項３記載の電池。
  5. 【請求項５】 該筺体内に配置され、ガスの流れに対し
    浸透性があるが該液体電解液の流れに対し不浸透である
    通気手段を含む請求項１記載の電池。
  6. 【請求項６】 各筺体は平坦関係で配置された周辺縁部
    を有する第１のセクション及び第２のセクションと、該
    周辺縁部をシールするシール手段とからなる請求項１記
    載の電池。
  7. 【請求項７】 該セクションは熱塑性材から形成され、
    該シール手段は熱シールからなる請求項６記載の電池。
  8. 【請求項８】 各セルモジュールは中央開口を設けら
    れ、各筺体は対応するセルモジュールの開口と整列した
    一対の孔を形成され、該電気的導体手段は該整列された
    孔及び開口を通って延在する請求項１記載の電池。
  9. 【請求項９】 横並び積層関係で該セルモジュールを挟
    持するための該整列された孔及び開口内に配置された挟
    持手段を含む請求項８記載の電池。
  10. 【請求項１０】 略円筒形外圧容器と、陽端子及び陰端
    子と液体電解液とを含み該端子はセルモジュールの略中
    央に位置し横並び積層関係で該容器内に配置された平面
    形状で略長方形をなす複数のセルモジュールと、略円形
    周辺縁を有し各セルモジュールを囲むシールされた剛性
    プラスチック筺体と、隣るセルモジュール間に配置され
    平らな本体及び該容器の内面と熱伝達関係で配置された
    外部長手方向に延在する周辺フランジとを有する熱伝達
    部材と、各筺体の周辺縁は各熱伝達部材のフランジと係
    合関係で配置され、各セルモジュールは中央開口を有
    し、各筺体は該セルモジュールの該開口と整列した一対
    の孔を有し、該端子を電気的回路に接続する整列した孔
    及び開口を通って延在する電気的接続手段とからなる金
    属酸化物水素電池。
  11. 【請求項１１】 各筺体は夫々平坦状関係で配置された
    周辺縁部を有する一対のセクションと、該縁部をシール
    するシーリング手段とから形成される請求項１０記載の
    電池。
  12. 【請求項１２】 少なくとも１つの該セクションは各セ
    ルモジュールを受容するよう略長方形ポケットを設けら
    れている請求項１１記載の電池。
  13. 【請求項１３】 第１の該セクションに配置され、ガス
    の流れに対し浸透性があるが液体電解液の流れに対し不
    浸透である通気手段を含む請求項１１記載の電池。
  14. 【請求項１４】 該第１のセクションは該熱伝達部材の
    本体の隣りに配置され、該電池は又該第１のセクション
    と該本体の間に配置されたガス浸透可能なスペーサを含
    む請求項１３記載の電池。
  15. 【請求項１５】 横並び積層関係で該セルモジュールを
    挟持する該整列された孔及び開口内に配置された挟持手
    段を含む請求項１０記載の電池。
  16. 【請求項１６】 該挟持手段は絶縁ロッドと、該ロッド
    の少なくとも一端に配置され、該セルモジュールを該ロ
    ッドに軸方向に付勢し、それにより該セルモジュールを
    積層関係に挟持するよう構成された手段とからなる請求
    項１５記載の電池。
  17. 【請求項１７】 略円筒形外圧容器と、横並び積層関係
    で、該容器内に配置され、陽端子及び陰端子と、液体電
    解液とを含み、該端子はセルモジュールの略中央に位置
    する、平面形状で略長方形をなす複数のセルモジュール
    と、各セルモジュールを囲み、該容器の内面に近接関係
    で配置された略円形周辺縁と、セルモジュールを受容す
    る略長方形ポケットを有するシールされた剛性プラスチ
    ック筺体と、該筺体内に配置され、ガスの流れに対し浸
    透性があるが、液体電解液に対し不浸透である通気手段
    と、該セルモジュールの端子を電気回路で接続する電気
    的接続手段とからなる金属酸化物水素電池。
JP28622092A 1991-10-28 1992-10-23 金属酸化物水素電池 Expired - Lifetime JP3354971B2 (ja)

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US07/783,004 US5168017A (en) 1991-10-28 1991-10-28 Metal oxide-hydrogen battery having rectangular modules in a cylindrical pressure vessel
US783004 1991-10-28

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JPH05217606A true JPH05217606A (ja) 1993-08-27
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