JPH0821385B2 - 流通−多孔性電極 - Google Patents
流通−多孔性電極Info
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- JPH0821385B2 JPH0821385B2 JP60217781A JP21778185A JPH0821385B2 JP H0821385 B2 JPH0821385 B2 JP H0821385B2 JP 60217781 A JP60217781 A JP 60217781A JP 21778185 A JP21778185 A JP 21778185A JP H0821385 B2 JPH0821385 B2 JP H0821385B2
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
- H01M10/38—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一般的には電気化学装置用の電極構造体に
係り、特に循環電解液を使用する電池装置用の流通−多
孔性電極に関する。
係り、特に循環電解液を使用する電池装置用の流通−多
孔性電極に関する。
（従来の技術） こゝに述べる型式の蓄電池装置は、塩化亜鉛電池装置
のような、１個又は複数個の金属−ハロゲン電池装置を
含む。これらの金属−ハロゲン電池は、一般に、３つの
基本的部分、すなわち、電極集積部、電解液循環装置及
び貯蔵装置から構成される。電極集積部は、通常、複数
個のセルを種種の直列及び並列の組合せに相互に電気的
に接続して、充電／放電電池サイクルにおいて電池端子
に所望の動作電圧電流を得る。各セルは陽極と陰極から
成り、両電極は金属−ハロゲン電解液に接触する。電解
液循環装置は、金属−ハロゲン電解液を貯蔵器から電極
集積部の各セルを通つて循環させるように動作して、電
池サイクル中、電解液が酸化又は還元されるに従つて、
金属及びハロゲンの成分を補充する。密閉された、自蔵
金属−ハロゲン電池装置では、貯蔵装置は、電池装置の
充電中、セルから遊離されたハロゲンガス又はハロゲン
液を含んでおり、その後電池装置の放電中、セルに戻す
ために使用される。塩化亜鉛電池装置では、塩素ガスが
セルの陽極から遊離されて、塩素水和物の形で貯蔵され
る。塩化亜鉛電池装置では、塩素ガスがセルの陽極から
遊離されて、塩素水和物の形で貯蔵される。塩素水和物
は、塩素が氷の結晶中に含まれている凍結水の処理と類
似の処理によつて貯蔵装置によつて形成される固体であ
る。
のような、１個又は複数個の金属−ハロゲン電池装置を
含む。これらの金属−ハロゲン電池は、一般に、３つの
基本的部分、すなわち、電極集積部、電解液循環装置及
び貯蔵装置から構成される。電極集積部は、通常、複数
個のセルを種種の直列及び並列の組合せに相互に電気的
に接続して、充電／放電電池サイクルにおいて電池端子
に所望の動作電圧電流を得る。各セルは陽極と陰極から
成り、両電極は金属−ハロゲン電解液に接触する。電解
液循環装置は、金属−ハロゲン電解液を貯蔵器から電極
集積部の各セルを通つて循環させるように動作して、電
池サイクル中、電解液が酸化又は還元されるに従つて、
金属及びハロゲンの成分を補充する。密閉された、自蔵
金属−ハロゲン電池装置では、貯蔵装置は、電池装置の
充電中、セルから遊離されたハロゲンガス又はハロゲン
液を含んでおり、その後電池装置の放電中、セルに戻す
ために使用される。塩化亜鉛電池装置では、塩素ガスが
セルの陽極から遊離されて、塩素水和物の形で貯蔵され
る。塩化亜鉛電池装置では、塩素ガスがセルの陽極から
遊離されて、塩素水和物の形で貯蔵される。塩素水和物
は、塩素が氷の結晶中に含まれている凍結水の処理と類
似の処理によつて貯蔵装置によつて形成される固体であ
る。
塩化亜鉛電池装置の一般的動作について述べると、電
解液ポンプが、塩化亜鉛電解液を貯蔵器から電極集積部
の陽極すなわち“塩素”電極まで循環させるように動作
する。これらの塩素電極は通常、多孔性黒鉛で製作され
ており、また電解液は塩素電極の孔を通つて、塩素電極
とその対向する陰極すなわち“亜鉛”電極との間の空間
に流れ込む。その後、電解液は対向電極の間を流れ又は
電極集積部のセルから流れ出て、電解液貯蔵器又はポン
プに戻る。
解液ポンプが、塩化亜鉛電解液を貯蔵器から電極集積部
の陽極すなわち“塩素”電極まで循環させるように動作
する。これらの塩素電極は通常、多孔性黒鉛で製作され
ており、また電解液は塩素電極の孔を通つて、塩素電極
とその対向する陰極すなわち“亜鉛”電極との間の空間
に流れ込む。その後、電解液は対向電極の間を流れ又は
電極集積部のセルから流れ出て、電解液貯蔵器又はポン
プに戻る。
塩化亜鉛電池装置の充電中に、金属亜鉛が亜鉛電極基
板上に析出し、また塩素ガスが塩素電極で遊離、すなわ
ち発生される。塩素ガスは、適当な導管に集められて、
その後低温液体と混合されて塩素水和物を形成する。ガ
スポンプは通常、電極集積部から塩素ガスを吸い取つ
て、それを低温液体（すなわち、一般に塩化亜鉛電解
液、又は水）と混合させるのに使用される。
板上に析出し、また塩素ガスが塩素電極で遊離、すなわ
ち発生される。塩素ガスは、適当な導管に集められて、
その後低温液体と混合されて塩素水和物を形成する。ガ
スポンプは通常、電極集積部から塩素ガスを吸い取つ
て、それを低温液体（すなわち、一般に塩化亜鉛電解
液、又は水）と混合させるのに使用される。
塩化亜鉛電池装置の放電中には、貯蔵コンテーナに温
かい液体を循環させるなどによる温度上昇によつて、塩
素水和物が分解される。それにより回復される塩素ガス
は、電解液循環装置を経て電極集積部に戻されて、こゝ
で塩素電極により還元される。同様に、金属亜鉛が亜鉛
電極基板から溶解されて、電池端子に電力が得られる。
かい液体を循環させるなどによる温度上昇によつて、塩
素水和物が分解される。それにより回復される塩素ガス
は、電解液循環装置を経て電極集積部に戻されて、こゝ
で塩素電極により還元される。同様に、金属亜鉛が亜鉛
電極基板から溶解されて、電池端子に電力が得られる。
塩化亜鉛電池の充電／放電サイクルの経過により、電
解液の濃度は、電極集積部のセル中の電極で起る電気化
学反応の結果によつて変化する。充電開始時に、電解液
の塩化亜鉛の濃度は、通常2.0モルである。サイクルの
充電部分が進行するに従つて、電解液から亜鉛及び塩素
イオンが消失して、電解液濃度は徐々に減少する。電池
装置が十分に充電されるとき、電解液濃度は、通常0.5
モルまで減少する。その後、電池装置の放電に従つて、
電解液濃度は徐々に上昇して、電池装置が完全、又は十
分に放電されるとき、元の2.0モルの濃度に戻る。
解液の濃度は、電極集積部のセル中の電極で起る電気化
学反応の結果によつて変化する。充電開始時に、電解液
の塩化亜鉛の濃度は、通常2.0モルである。サイクルの
充電部分が進行するに従つて、電解液から亜鉛及び塩素
イオンが消失して、電解液濃度は徐々に減少する。電池
装置が十分に充電されるとき、電解液濃度は、通常0.5
モルまで減少する。その後、電池装置の放電に従つて、
電解液濃度は徐々に上昇して、電池装置が完全、又は十
分に放電されるとき、元の2.0モルの濃度に戻る。
塩化亜鉛電池装置の構造及び動作についての、より詳
細な説明は、共通に譲渡された次の特許、すなわちシモ
ンズ（Simons）の米国特許第3,713,888号名称“固体ハ
ロゲン水和物を使用する電気エネルギに対する処理";シ
モンズの米国特許第5,809,578号名称“電池においてハ
ロゲン水和物を形成し貯蔵する処理";カル等（Carr et
al）の米国特許第3,909,298号名称“多孔電極を含む電
池とその使用法";カルの米国特許第4,100,332号名称
“くし形複極式電極素子とその電池集積部”に示されて
いる。このような装置については、カリホルニヤ、パロ
アルトの電力研究協会（Electric Power Research Inst
itute,Palo Alto,California）で作成した、1980年５
月、中間報告書EM−1417、“事業用塩化亜鉛電池の開
発”及び1979年４月、中間報告書FM−1051“事業用塩化
亜鉛電池の開発”などのように譲受人によつて準備し刊
行された報告書にも記述されている。前述した特定の教
示はこゝに引用して記載に組入れる。
細な説明は、共通に譲渡された次の特許、すなわちシモ
ンズ（Simons）の米国特許第3,713,888号名称“固体ハ
ロゲン水和物を使用する電気エネルギに対する処理";シ
モンズの米国特許第5,809,578号名称“電池においてハ
ロゲン水和物を形成し貯蔵する処理";カル等（Carr et
al）の米国特許第3,909,298号名称“多孔電極を含む電
池とその使用法";カルの米国特許第4,100,332号名称
“くし形複極式電極素子とその電池集積部”に示されて
いる。このような装置については、カリホルニヤ、パロ
アルトの電力研究協会（Electric Power Research Inst
itute,Palo Alto,California）で作成した、1980年５
月、中間報告書EM−1417、“事業用塩化亜鉛電池の開
発”及び1979年４月、中間報告書FM−1051“事業用塩化
亜鉛電池の開発”などのように譲受人によつて準備し刊
行された報告書にも記述されている。前述した特定の教
示はこゝに引用して記載に組入れる。
本発明は、循環電解液を使用する電気化学装置用の改
良した多孔性電極（構造体）で特に塩化亜鉛電池装置で
利点のあるものを対象とする。塩化亜鉛電池装置用の従
来の単極式多孔性電極（構造体）は、一般に２個の電極
部材を備えており、２個の電極部材は、その２個の部材
間に内部空胴を形成するように、非伝導フレームで分離
されるか又はそのような輪郭につくられる。これら２つ
の方法のうちの１つの方法は、共通譲渡されたカル等の
米国特許第4,241,150号、名称“酸化体電極の縁端効果
の制御方法”に詳細述べてあるので、こゝに引用して記
載に組入れる。これら方法のうちの他の方法についての
詳細は、前述した、1980年５月の報告書“事業用塩化亜
鉛電池の開発”に述べてある。これら従来の方法には、
それぞれ利点があるが、一つの欠点は、それらが比較的
彎曲及び破損を受けやすいことである。これら従来の方
法による内部空胴をもつものは、電極部材の表面積の実
質的の部分は、横に働らく力に対して支持されてない。
従つて、内部空胴から多孔性電極部材を通つて流れる電
解液は、両方の電極を外側に彎曲させる傾向をもつ。こ
れら従来設計の２電極部材を補強するための努力は払わ
れたが、それらの努力は電極中心で２個の電極を接続す
るピンを使用するというような、電極の中心だけを補強
することに限られていた。
良した多孔性電極（構造体）で特に塩化亜鉛電池装置で
利点のあるものを対象とする。塩化亜鉛電池装置用の従
来の単極式多孔性電極（構造体）は、一般に２個の電極
部材を備えており、２個の電極部材は、その２個の部材
間に内部空胴を形成するように、非伝導フレームで分離
されるか又はそのような輪郭につくられる。これら２つ
の方法のうちの１つの方法は、共通譲渡されたカル等の
米国特許第4,241,150号、名称“酸化体電極の縁端効果
の制御方法”に詳細述べてあるので、こゝに引用して記
載に組入れる。これら方法のうちの他の方法についての
詳細は、前述した、1980年５月の報告書“事業用塩化亜
鉛電池の開発”に述べてある。これら従来の方法には、
それぞれ利点があるが、一つの欠点は、それらが比較的
彎曲及び破損を受けやすいことである。これら従来の方
法による内部空胴をもつものは、電極部材の表面積の実
質的の部分は、横に働らく力に対して支持されてない。
従つて、内部空胴から多孔性電極部材を通つて流れる電
解液は、両方の電極を外側に彎曲させる傾向をもつ。こ
れら従来設計の２電極部材を補強するための努力は払わ
れたが、それらの努力は電極中心で２個の電極を接続す
るピンを使用するというような、電極の中心だけを補強
することに限られていた。
黒鉛を使用して、塩化亜鉛電池装置の多孔性電極部材
を構成するときは、通常、これらの電極は“活性化”処
理を受けて、これら電極の酸化及び還元の塩素過電圧を
減少させる。代表的な活性化処理の詳細な説明は次の共
通に譲渡された特許、すなわち、ハート（Hart）の米国
特許第4,120,774号、名称“電極過電圧の減少";レーサ
ム等（Laetham et al）の米国特許第4,273,839号、名称
“活性化炭素質電極”に記述されている。これら資料の
特別の教示をここに引用して記載に組入れる。これら活
性化処理の性質から、多孔性黒鉛電極は、通常の電池動
作で遭遇する環境よりも実際上さらにきびしい環境にお
かれる。これら活性化処理の強さと長さに従つて、従来
技術の多孔性電極の彎曲又は破壊に対する傾向は、活性
化環境のきびしさによつて悪化される。当業者が周知の
ように、電極が変形するとセルの形状が変化して、セル
の動作に悪影響を与える。
を構成するときは、通常、これらの電極は“活性化”処
理を受けて、これら電極の酸化及び還元の塩素過電圧を
減少させる。代表的な活性化処理の詳細な説明は次の共
通に譲渡された特許、すなわち、ハート（Hart）の米国
特許第4,120,774号、名称“電極過電圧の減少";レーサ
ム等（Laetham et al）の米国特許第4,273,839号、名称
“活性化炭素質電極”に記述されている。これら資料の
特別の教示をここに引用して記載に組入れる。これら活
性化処理の性質から、多孔性黒鉛電極は、通常の電池動
作で遭遇する環境よりも実際上さらにきびしい環境にお
かれる。これら活性化処理の強さと長さに従つて、従来
技術の多孔性電極の彎曲又は破壊に対する傾向は、活性
化環境のきびしさによつて悪化される。当業者が周知の
ように、電極が変形するとセルの形状が変化して、セル
の動作に悪影響を与える。
（発明の目的と要約） 循環電解液を使用する電気化学装置用の改良した流通
−多孔性電極（構造体）を提供するのが本発明の主目的
である。
−多孔性電極（構造体）を提供するのが本発明の主目的
である。
彎曲、破壊、又は他の変形を行う傾向に抵抗する増大
した機械的強度をもつ流通−多孔性電極を提供するのが
本発明の特別の目的である。
した機械的強度をもつ流通−多孔性電極を提供するのが
本発明の特別の目的である。
向上した電圧特性を得るためのきびしい活性化処理に
耐え、また活性化に必要な時間を減少できる能力をもつ
流通−多孔性電極を提供するのは本発明の別の目的であ
る。
耐え、また活性化に必要な時間を減少できる能力をもつ
流通−多孔性電極を提供するのは本発明の別の目的であ
る。
電極を流通する電解液の流れを制御し、また電極を流
通する電解液の均一な分布を実現する流通−多孔性電極
を提供するのも本発明の他の目的である。
通する電解液の均一な分布を実現する流通−多孔性電極
を提供するのも本発明の他の目的である。
くし形セル素子に容易に使用できて、電極集積部を構
成する基本的構成要素となる、塩化亜鉛電池装置用流通
−多孔性電極を提供するのも本発明の付加目的である。
成する基本的構成要素となる、塩化亜鉛電池装置用流通
−多孔性電極を提供するのも本発明の付加目的である。
前記の目的を達成するために、本発明は、通常２個の
平らな対向面をもつ多孔性電極を備え、各電極は同一極
性の電子転送反応を行う反応面を具備する。多孔性電極
は、電極を通つて循環電解液を分布させるため、対向面
間の電極を少くとも１部を通過する、間隔のある通路装
置を含む。本発明の好適実施例の多孔性電極には、同一
型式の従来電極構造体に使用したものと同一の外形寸法
をもつ単一の導電多孔性部材を使用する。通路装置に
は、複数個の垂直に間隔をもち、多孔性部材の第１側面
から一般に水平に配置される通路を備える。これらの通
路は、通常、円形の断面積をもつて、実質上、多孔性電
極部材の幅を横切つて延びる。
平らな対向面をもつ多孔性電極を備え、各電極は同一極
性の電子転送反応を行う反応面を具備する。多孔性電極
は、電極を通つて循環電解液を分布させるため、対向面
間の電極を少くとも１部を通過する、間隔のある通路装
置を含む。本発明の好適実施例の多孔性電極には、同一
型式の従来電極構造体に使用したものと同一の外形寸法
をもつ単一の導電多孔性部材を使用する。通路装置に
は、複数個の垂直に間隔をもち、多孔性部材の第１側面
から一般に水平に配置される通路を備える。これらの通
路は、通常、円形の断面積をもつて、実質上、多孔性電
極部材の幅を横切つて延びる。
本発明のその他の利点及び特色は添付図面に示した好
適実施例について詳細説明する。
適実施例について詳細説明する。
（実施例） 第１図は、循環電解液を使用する電気化学装置用流通
−多孔性電極10の斜視図である。電極10は、通常、方形
の形をした１個の単位として用いる導電多孔性部材12を
含む。電極部材12には、２個の平らな対向面14及び16を
含み、これらの面のそれぞれは、同一極性の電気化学電
子転送反応用の反応面を備えている。従つて、電極部材
12は、電気化学物質を酸化又は環元するための２個の活
性面をもつ単極式電極という特徴がある。塩化亜鉛電池
装置では、この電気化学物質は塩素であつて、電極部材
12は通常、“塩素”電極又は正電極といわれる。塩化亜
鉛電池装置の充電中、塩素イオンは“塩素”電極で酸化
されて、塩素ガスを発生し、一方、放電中に、溶解され
た塩素がこの電極で還元される。
−多孔性電極10の斜視図である。電極10は、通常、方形
の形をした１個の単位として用いる導電多孔性部材12を
含む。電極部材12には、２個の平らな対向面14及び16を
含み、これらの面のそれぞれは、同一極性の電気化学電
子転送反応用の反応面を備えている。従つて、電極部材
12は、電気化学物質を酸化又は環元するための２個の活
性面をもつ単極式電極という特徴がある。塩化亜鉛電池
装置では、この電気化学物質は塩素であつて、電極部材
12は通常、“塩素”電極又は正電極といわれる。塩化亜
鉛電池装置の充電中、塩素イオンは“塩素”電極で酸化
されて、塩素ガスを発生し、一方、放電中に、溶解され
た塩素がこの電極で還元される。
電極10が使用される特定の電気化学装置に従つて、電
極部材12は、電気化学的に活性でありかつその接触する
電解液及び他の化学物質に対して化学的に抵抗性をもつ
すなわち不活性である適当な導電性材料によつて構成さ
れる。塩化亜鉛電池装置では、ユニオンカーバイド社
（Union Carbide Corp）のPG−60黒鉛、又はエアコスピ
ア（Airco Speer）社の37−Ｇ黒鉛のような多孔性黒鉛
から電極部材12を構成することが好ましい。しかしなが
ら、他の黒鉛及びルテニウム化チタンのような他の導電
多孔性材料も使用することができる。
極部材12は、電気化学的に活性でありかつその接触する
電解液及び他の化学物質に対して化学的に抵抗性をもつ
すなわち不活性である適当な導電性材料によつて構成さ
れる。塩化亜鉛電池装置では、ユニオンカーバイド社
（Union Carbide Corp）のPG−60黒鉛、又はエアコスピ
ア（Airco Speer）社の37−Ｇ黒鉛のような多孔性黒鉛
から電極部材12を構成することが好ましい。しかしなが
ら、他の黒鉛及びルテニウム化チタンのような他の導電
多孔性材料も使用することができる。
第１図から第４図までに示したように、電極部材12に
は、複数個の垂直に間隔をおいて、通常水平に配置され
る通路18を設けて循環電解液を電極を通して分布させ
る。第３図から最もよくわかるように、通路18は、通
常、電極部材12の第１側面20から実質的に電極部材12の
幅を横切つて延びる。電極部材12には、また電極部材の
第１側面20に沿つて形成され、一般に垂直に配置されて
外側に開口するチヤネル22を設けて、通路18に対して循
環電解液を伝達する。チヤネル22には、また、外側に突
出する障壁部分24が付属して形成されており、この障壁
部分24は第５図について後述する母線（bus bar）構造
物と共同して電極部材12の底から電解液の流出を防止す
る働きをする。電極部材12には、また、通常垂直に配置
される換気用通路26が設けてあり、これが各通路18と連
結して通路18内に不溶解ガスが存在するとき、その解放
を容易にする。電極部材12は全体的に多孔性であるの
で、ガス及び液体ともに、通路18から電極部材12の孔を
通つて電極部材の外側対向面14及び16に進行することに
よつて、電極を透過する。しかしながら、電極部材12の
多孔度、電解液の粘性及び電解液に含まれる不溶解ガス
の分量に従つて、換気用通路26は不溶解ガスが電極内部
で捕捉されないことを確実にする働きをする。電極部材
12を通る均一な電解液の分散を容易にするために、換気
用通路26は、電極部材12の第２側面28に極めて接近して
配置することが好ましい。本発明の一形態では、電極部
材12の第２側面28と換気用通路26の終端との間の距離
は、通路18間の距離の約２分の１である。
は、複数個の垂直に間隔をおいて、通常水平に配置され
る通路18を設けて循環電解液を電極を通して分布させ
る。第３図から最もよくわかるように、通路18は、通
常、電極部材12の第１側面20から実質的に電極部材12の
幅を横切つて延びる。電極部材12には、また電極部材の
第１側面20に沿つて形成され、一般に垂直に配置されて
外側に開口するチヤネル22を設けて、通路18に対して循
環電解液を伝達する。チヤネル22には、また、外側に突
出する障壁部分24が付属して形成されており、この障壁
部分24は第５図について後述する母線（bus bar）構造
物と共同して電極部材12の底から電解液の流出を防止す
る働きをする。電極部材12には、また、通常垂直に配置
される換気用通路26が設けてあり、これが各通路18と連
結して通路18内に不溶解ガスが存在するとき、その解放
を容易にする。電極部材12は全体的に多孔性であるの
で、ガス及び液体ともに、通路18から電極部材12の孔を
通つて電極部材の外側対向面14及び16に進行することに
よつて、電極を透過する。しかしながら、電極部材12の
多孔度、電解液の粘性及び電解液に含まれる不溶解ガス
の分量に従つて、換気用通路26は不溶解ガスが電極内部
で捕捉されないことを確実にする働きをする。電極部材
12を通る均一な電解液の分散を容易にするために、換気
用通路26は、電極部材12の第２側面28に極めて接近して
配置することが好ましい。本発明の一形態では、電極部
材12の第２側面28と換気用通路26の終端との間の距離
は、通路18間の距離の約２分の１である。
第４図からよくわかるように、通路18は、通常、電極
部材12の厚さの３分の１以下の円形断面積をもつ。しか
しながら、通路18の形状や断面積の大きさは、電極10の
特定の応用に従つて変化することができる。同様に、電
極部材12には全体で20個の通路18が設けてあるが、これ
ら通路の数もまた電極10の特定の応用によつて変化する
ことができる。本発明の一形態では、通路18の数は５個
から35個までとし、かつこれら通路を等間隔とすること
が好ましい。これら通路の大きさ、数及び間隔は、電極
部材12を通る電解液の分布に影響するので、これら変数
の寸法は、電極部材を通る実質的に均一な電解液の分布
が得られるように選定しなければならない。ほかに、前
記変数の寸法に著しく影響すると予期される他の検討事
項は、電解液循環に及ぼす通路18の水圧効果である。こ
の型式の従来の単極式電極構造体に使用されていた大き
な内部空胴を除去すると電極10を横断する圧力降下が著
しく増加することは、通路18の流通する電解液の圧縮か
ら予期される。しかしながら、本発明による通路では、
電極10を横断する圧力降下にはほとんど影響しないで、
しかも電極部材12を通る電解液の均一な分布が得られる
ことが判明した。
部材12の厚さの３分の１以下の円形断面積をもつ。しか
しながら、通路18の形状や断面積の大きさは、電極10の
特定の応用に従つて変化することができる。同様に、電
極部材12には全体で20個の通路18が設けてあるが、これ
ら通路の数もまた電極10の特定の応用によつて変化する
ことができる。本発明の一形態では、通路18の数は５個
から35個までとし、かつこれら通路を等間隔とすること
が好ましい。これら通路の大きさ、数及び間隔は、電極
部材12を通る電解液の分布に影響するので、これら変数
の寸法は、電極部材を通る実質的に均一な電解液の分布
が得られるように選定しなければならない。ほかに、前
記変数の寸法に著しく影響すると予期される他の検討事
項は、電解液循環に及ぼす通路18の水圧効果である。こ
の型式の従来の単極式電極構造体に使用されていた大き
な内部空胴を除去すると電極10を横断する圧力降下が著
しく増加することは、通路18の流通する電解液の圧縮か
ら予期される。しかしながら、本発明による通路では、
電極10を横断する圧力降下にはほとんど影響しないで、
しかも電極部材12を通る電解液の均一な分布が得られる
ことが判明した。
大きな内部空胴をもつ電極に対する本発明の一つの重
要な利点は、電極部材12を構成するのに使用される導電
多孔性材料の量の実質的増加である。例えば、黒鉛を使
用して電極部材12を構成するとき、電極部材中に含まれ
る黒鉛の量の実質的増加は、通路18の間の領域を充填す
るためについやされる。この黒鉛の増加は、電極構造体
10の機械的強度の著しい増加と電極10の導電率の増加と
いう結合した効果をもたらす。内部空胴が、一般に２個
の独立した電極部材を分離していた従来の電極とは異な
つて、本発明による通路18は、電極全体を通る電気の伝
導を可能とする単一の電極部材として電極が動作するこ
とを可能とする。電極10のこの増加した導電率が、塩化
亜鉛電池セルの多孔電極の電圧特性を向上させることも
また判明した。充電及び放電の両期間中におけるこの電
圧特性の増加の一部分は、電極10を通るより均一な電流
分布と、より強い活性化処理の結果による電極の電気化
学的活性の増加によるものと信じられる。電極10の機械
的強度の増加については、通路18間に存在する黒鉛が、
電極部材12の実質的な全体の高さと幅とにわたつて電極
を支持又は補強する。従つて、電極部材12の外面14及び
16が外側に彎曲しようとする傾向は、通路18の間に用い
られた黒鉛によつて抵抗され又は防止される。
要な利点は、電極部材12を構成するのに使用される導電
多孔性材料の量の実質的増加である。例えば、黒鉛を使
用して電極部材12を構成するとき、電極部材中に含まれ
る黒鉛の量の実質的増加は、通路18の間の領域を充填す
るためについやされる。この黒鉛の増加は、電極構造体
10の機械的強度の著しい増加と電極10の導電率の増加と
いう結合した効果をもたらす。内部空胴が、一般に２個
の独立した電極部材を分離していた従来の電極とは異な
つて、本発明による通路18は、電極全体を通る電気の伝
導を可能とする単一の電極部材として電極が動作するこ
とを可能とする。電極10のこの増加した導電率が、塩化
亜鉛電池セルの多孔電極の電圧特性を向上させることも
また判明した。充電及び放電の両期間中におけるこの電
圧特性の増加の一部分は、電極10を通るより均一な電流
分布と、より強い活性化処理の結果による電極の電気化
学的活性の増加によるものと信じられる。電極10の機械
的強度の増加については、通路18間に存在する黒鉛が、
電極部材12の実質的な全体の高さと幅とにわたつて電極
を支持又は補強する。従つて、電極部材12の外面14及び
16が外側に彎曲しようとする傾向は、通路18の間に用い
られた黒鉛によつて抵抗され又は防止される。
本発明の一形態では、通路18及び換気用通路26は、適
当な穴あけ機構によつて電極部材12中に機械的に形成さ
れる。この穴あけ処理は通路内に若干の黒鉛くずを残す
ので、通路は使用前に適当なワイヤブラシを用いて清掃
しかつ消イオン水によつて洗い落すことが好ましい。こ
の機械的処理は、電極10の製造コストに必然的に影響す
るが、このコストは、２電極部材間に内部空胴を設ける
ために従来使用されたプラスチツク又は他の非導電性フ
レームを削除することによつて、少なくとも１部は相殺
されることに留意ありたい。
当な穴あけ機構によつて電極部材12中に機械的に形成さ
れる。この穴あけ処理は通路内に若干の黒鉛くずを残す
ので、通路は使用前に適当なワイヤブラシを用いて清掃
しかつ消イオン水によつて洗い落すことが好ましい。こ
の機械的処理は、電極10の製造コストに必然的に影響す
るが、このコストは、２電極部材間に内部空胴を設ける
ために従来使用されたプラスチツク又は他の非導電性フ
レームを削除することによつて、少なくとも１部は相殺
されることに留意ありたい。
第５図には、本発明による流通−多孔性電極を使用す
るくし形セル素子30の部分的頭部正面図を示した。セル
素子30には、２個の通常、平らな対向面34及び36をもつ
導電性母線部材32を含む。複数個の電極38がプレスばめ
接続又は締めばめ接続によつて、母線部材32の外面に取
付けられる。セル素子30はまた、同様なプレスばめ接続
又は締めばめ接続によつて母線部材32の外面36に取付け
られた複数個の電極40が設けてある。電極38と電極40と
は横方向にずれて配置されて、電気化学装置における隣
接セル素子の両指組合せ形配置を可能としていることに
留意ありたい。隣接セル素子の両指組合せ形配置を示す
ために、隣接セル素子の電極には、それぞれの参照番号
にダツシユをつけて示した。くし形セル素子についての
より詳細な説明は、前述したカルの米国特許第4,100,33
2号、名称“くし形復極式電極素子とその電池集積部”
に示されている。
るくし形セル素子30の部分的頭部正面図を示した。セル
素子30には、２個の通常、平らな対向面34及び36をもつ
導電性母線部材32を含む。複数個の電極38がプレスばめ
接続又は締めばめ接続によつて、母線部材32の外面に取
付けられる。セル素子30はまた、同様なプレスばめ接続
又は締めばめ接続によつて母線部材32の外面36に取付け
られた複数個の電極40が設けてある。電極38と電極40と
は横方向にずれて配置されて、電気化学装置における隣
接セル素子の両指組合せ形配置を可能としていることに
留意ありたい。隣接セル素子の両指組合せ形配置を示す
ために、隣接セル素子の電極には、それぞれの参照番号
にダツシユをつけて示した。くし形セル素子についての
より詳細な説明は、前述したカルの米国特許第4,100,33
2号、名称“くし形復極式電極素子とその電池集積部”
に示されている。
くし形セル素子30における電極38は、それぞれ、第１
図から第４図までに示した電極10に相当する流通−多孔
性電極である。電極40のそれぞれは、電極38の極性に対
向する極性をもつ単一電極部材を具備する。塩化亜鉛電
池装置では、電極40はそれぞれ、ユニオンカーバイド社
のCS階級黒鉛のように、一般に液体及び気体が透過しな
い密度の大きい黒鉛又は細かい粒子の黒鉛から構成され
る。母線部材32もまた密度の大きい黒鉛か又は細かい粒
子の黒鉛で構成することができるが、これらの黒鉛は、
非導電材料で被覆されるか、又は化学的反応を行わない
ように遮蔽されたものが好ましい。
図から第４図までに示した電極10に相当する流通−多孔
性電極である。電極40のそれぞれは、電極38の極性に対
向する極性をもつ単一電極部材を具備する。塩化亜鉛電
池装置では、電極40はそれぞれ、ユニオンカーバイド社
のCS階級黒鉛のように、一般に液体及び気体が透過しな
い密度の大きい黒鉛又は細かい粒子の黒鉛から構成され
る。母線部材32もまた密度の大きい黒鉛か又は細かい粒
子の黒鉛で構成することができるが、これらの黒鉛は、
非導電材料で被覆されるか、又は化学的反応を行わない
ように遮蔽されたものが好ましい。
くし形セル素子30には、また、複数個の供給管42が取
付けてある。供給管42は電極38のチヤネル44（一般的に
は電極10のチヤネル22に相当する）の中に、きちんと収
容されるようになつている。供給管42は電極38のそれぞ
れに循環電解液を伝達する働きをする。しかしながら、
他の適当な導管装置を、適当な応用に使用してこの機能
を果すことができる。供給管42は、適当な非導電材料で
接触する電解液その他の化学物質に対して抵抗性、すな
わち、不活発性の材料で構成することができる。デュポ
ン（Dupont）社のテフロン（テトラフルオレン酸エチレ
ン）を用いて供給管42を構成することが好ましいが使用
できる他の適当な材料には、ペンワルド・キナード（Pe
nwalde Kinard）のポリビニリデンフロライド、ジエネ
ラル・タイア・アンド・ラバ会社ボルトロン（General
Tire and Rubber Corp.,Boltron）のポリ塩化ビニル（4
008−2124）、又は前述した1979年４月の報告書“事業
用塩化亜鉛電池の開発”の33節に述べてあるような材料
がある。電極38のそれぞれには、電極構造体の底から電
解液が流出するのを防止するため、電極10の障壁24に相
当する障壁を含んでいることに留意されたい。電極38が
母線部材32に適当に取付けられるとき、これら障壁部分
は母線部材の外面34に接触して電解液の流出を阻止す
る。第５図には、プレスばめ又は締めばめの接続を示し
たが、適当な応用面では、他の適当な取付け技術を使用
することができる。そのほか、母線部材32自体に、電極
38のチャネル44の代りになる適当なチヤネル、又は他の
電解液伝達装置を設けることもできる。
付けてある。供給管42は電極38のチヤネル44（一般的に
は電極10のチヤネル22に相当する）の中に、きちんと収
容されるようになつている。供給管42は電極38のそれぞ
れに循環電解液を伝達する働きをする。しかしながら、
他の適当な導管装置を、適当な応用に使用してこの機能
を果すことができる。供給管42は、適当な非導電材料で
接触する電解液その他の化学物質に対して抵抗性、すな
わち、不活発性の材料で構成することができる。デュポ
ン（Dupont）社のテフロン（テトラフルオレン酸エチレ
ン）を用いて供給管42を構成することが好ましいが使用
できる他の適当な材料には、ペンワルド・キナード（Pe
nwalde Kinard）のポリビニリデンフロライド、ジエネ
ラル・タイア・アンド・ラバ会社ボルトロン（General
Tire and Rubber Corp.,Boltron）のポリ塩化ビニル（4
008−2124）、又は前述した1979年４月の報告書“事業
用塩化亜鉛電池の開発”の33節に述べてあるような材料
がある。電極38のそれぞれには、電極構造体の底から電
解液が流出するのを防止するため、電極10の障壁24に相
当する障壁を含んでいることに留意されたい。電極38が
母線部材32に適当に取付けられるとき、これら障壁部分
は母線部材の外面34に接触して電解液の流出を阻止す
る。第５図には、プレスばめ又は締めばめの接続を示し
たが、適当な応用面では、他の適当な取付け技術を使用
することができる。そのほか、母線部材32自体に、電極
38のチャネル44の代りになる適当なチヤネル、又は他の
電解液伝達装置を設けることもできる。
本発明の他の利点は、流通−多孔性電極10及び38が、
適当な電気化学装置の従来の電極に使用されたものと同
一の外部寸法をもつことである。従つて、大きな電極集
積部を構成するための基本的構成要素としてくし形セル
素子を使用する塩化亜鉛電池装置では、流通−多孔性電
極10及び38をセルの幾何学的構成に影響することなくセ
ル素子に使用できる。しかしながら、適当な応用にあつ
ては、他の寸法及び形状の電極10及び38が使用できる。
適当な電気化学装置の従来の電極に使用されたものと同
一の外部寸法をもつことである。従つて、大きな電極集
積部を構成するための基本的構成要素としてくし形セル
素子を使用する塩化亜鉛電池装置では、流通−多孔性電
極10及び38をセルの幾何学的構成に影響することなくセ
ル素子に使用できる。しかしながら、適当な応用にあつ
ては、他の寸法及び形状の電極10及び38が使用できる。
こゝに開示した実施例は、本発明の前述した目的を達
成するためによく計算されてある。また、当業者は、前
記開示の便益が与えられた今では本発明の精神から逸脱
することなくして、こゝに述べた特定の実施例を変形す
ることができる。そのような変形は、特許請求の範囲に
示した範囲と精神によつてのみ限定される本発明の範囲
内に含まれると考える。
成するためによく計算されてある。また、当業者は、前
記開示の便益が与えられた今では本発明の精神から逸脱
することなくして、こゝに述べた特定の実施例を変形す
ることができる。そのような変形は、特許請求の範囲に
示した範囲と精神によつてのみ限定される本発明の範囲
内に含まれると考える。
第１図は本発明による循環電解液を使用する電気化学装
置用の流通−多孔性電極の斜視図、第２図は第１図に示
した電極の上部正面図、第３図は第１図に示した電極の
側面図で、特に破線によつて本発明による間隔のある通
路装置を示した図、第４図は第１図に示した電極を第３
図の線４−４に沿つて切断した側面図、及び第５図は本
発明による流通−多孔性電極を使用するくし形セル素子
の部分的上部正面図である。 10……流通−多孔性電極 38,40……電極 12……導電性部材 14,16,34,36……平らな対向面 18……通路 20……第１側面 22,44……チヤネル装置 24……障壁部分 26……換気用通路 28……第２側面 30……くし形セル素子 32……母線部材 42……供給管
置用の流通−多孔性電極の斜視図、第２図は第１図に示
した電極の上部正面図、第３図は第１図に示した電極の
側面図で、特に破線によつて本発明による間隔のある通
路装置を示した図、第４図は第１図に示した電極を第３
図の線４−４に沿つて切断した側面図、及び第５図は本
発明による流通−多孔性電極を使用するくし形セル素子
の部分的上部正面図である。 10……流通−多孔性電極 38,40……電極 12……導電性部材 14,16,34,36……平らな対向面 18……通路 20……第１側面 22,44……チヤネル装置 24……障壁部分 26……換気用通路 28……第２側面 30……くし形セル素子 32……母線部材 42……供給管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アツル シヤー アメリカ合衆国ミシガン州デトロイト，ナ ンバー 1117，アンソニー ウエイン ド ライブ 5200
Claims (24)
- 【請求項１】循環電解液を使用する電気エネルギー蓄積
電池装置用の流通−多孔性電極であって、 通常２個の平らな対向面を具備し、その各々が同一極性
の電子転送反応を行う反応面であり、実質的全域が多孔
性に構成されている多孔性電極が、前記対向面の間で前
記多孔性電極の実質的に全幅方向にわたって、前記多孔
性電極を通過する前記循環電解液を分散させるため、間
隔をおいて設けられた通路装置を備えたことを特徴とす
る流通−多孔性電極。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記多孔
性電極を、１個の導電多孔性部材で構成する流通−多孔
性電極。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記通路
装置に複数個の垂直に間隔をおいて、通常水平に配置さ
れ、前記多孔性部材の第１側面から延びる通路を備える
流通−多孔性電極。 - 【請求項４】特許請求の範囲第３項において、前記通路
が通常円形断面をもつ流通−多孔性電極。 - 【請求項５】特許請求の範囲第４項において、前記通路
に前記循環電解液を伝達するために、前記第１側面に沿
って形成されるチャネル装置を前記多孔性電極が含んで
なる流通−多孔性電極。 - 【請求項６】特許請求の範囲第５項において、前記通路
内に不溶解気体が存在するときその開放を容易にするた
め、前記通路に連結して、前記多孔性部材の第２側面か
ら所定の距離を隔てて、通常、垂直にもうける換気装置
を、前記多孔性電極が含む流通−多孔性電極。 - 【請求項７】特許請求の範囲第６項において、前記通路
装置に少くとも20個の通常、等間隔の通路を含む流通−
多孔性電極。 - 【請求項８】特許請求の範囲第７項において、前記多孔
性部材を黒鉛で構成する流通−多孔性電極。 - 【請求項９】循環電解液として塩化亜鉛電解液を用い
る、特許請求の範囲第１項記載の流通−多孔性電極。 - 【請求項１０】特許請求の範囲第９項において、前記電
極を１個の導電多孔性部材で構成する流通−多孔性電
極。 - 【請求項１１】特許請求の範囲第10項において、前記通
路装置に、複数個の垂直に間隔をおいて、通常、水平に
配置されて、前記多孔性部材の第１側面から延びる通路
を備える流通−多孔性電極。 - 【請求項１２】特許請求の範囲第11項において、前記通
路が通常円形断面を有する流通−多孔性電極。 - 【請求項１３】特許請求の範囲第12項において、前記循
環電解液を前記通路に伝達するために、前記第１側面に
沿って形成されるチャネル装置を前記多孔性電極に含ん
でなる流通−多孔性電極。 - 【請求項１４】特許請求の範囲第13項において、前記通
路に存在する不溶解気体の開放を容易にするため、前記
通路に連結して前記多孔性部材の第２側面から所定の距
離を隔てて、通常、垂直に配置される換気装置を前記多
孔性電極に含んでなる流通−多孔性電極。 - 【請求項１５】特許請求の範囲第14項において、前記通
路装置には、少くとも20個の、通常等間隔の通路を含む
流通−多孔性電極。 - 【請求項１６】特許請求の範囲第15項において、前記多
孔性部材を黒鉛で構成する流通−多孔性電極。 - 【請求項１７】複数個のくし形セル素子で各セル素子が
導電性母線部材を含むもの、前記導電性母線部材の第１
面に取付けられる複数個の、間隔をもった通常、並列の
第１電極、及び前記第１面に対向する前記導電性母線部
材の第２面に取付ける複数個の間隔をもった通常、並列
の第２電極を具備する塩化亜鉛電池装置において、前記
第１電極及び前記第２電極を横方向にずらせて、隣接く
し形セル素子の両指組合せ形配置を可能とする前記第１
電極用の改良電極を、 通常２個の平らな対向面を具備し、その各々が同一極性
の電子転送反応を行う反応面であり、実質的全域が多孔
性に構成されている多孔性電極が、前記対向面の間で前
記多孔性電極の実質的に全幅方向にわたって、前記多孔
性電極を通過する前記循環電解液を分散させるため、間
隔をおいて設けられた通路装置を備えた流通−多孔性電
極としたことを特徴とする塩化亜鉛電池装置。 - 【請求項１８】特許請求の範囲第17項において、前記多
孔性電極を１個の導電多孔性部材で構成する塩化亜鉛電
池装置。 - 【請求項１９】特許請求の範囲第18項において、前記通
路装置に、複数個の垂直に間隔をおいて、通常水平に配
置されて、前記多孔性部材の第１側面から延びる通路を
備える塩化亜鉛電池装置。 - 【請求項２０】特許請求の範囲第19項において、前記通
路が、通常、円形断面をもつ塩化亜鉛電池装置。 - 【請求項２１】特許請求の範囲第20項において、前記多
孔性電極に、前記循環電解液を前記通路に伝達するため
の前記第１側面に沿って形成されるチャネル装置を含む
塩化亜鉛電池装置。 - 【請求項２２】特許請求の範囲第21項において、前記通
路に存在する不溶解気体の開放を容易にするため、前記
通路に連結して前記多孔性部材の第２側面から所定の距
離を隔てて、通常、垂直に配置される換気装置を前記多
孔性電極が含んでなる塩化亜鉛電池装置。 - 【請求項２３】特許請求の範囲第22項において、前記通
路装置には、少くとも20個の通常、等間隔の通路を含む
塩化亜鉛電池装置。 - 【請求項２４】特許請求の範囲第23項において、前記多
孔性部材を黒鉛で構成する塩化亜鉛電池装置。
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1985
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