JPH0834109B2 - 電池のカーボンプラスチック電極 - Google Patents
電池のカーボンプラスチック電極Info
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- JPH0834109B2 JPH0834109B2 JP1207506A JP20750689A JPH0834109B2 JP H0834109 B2 JPH0834109 B2 JP H0834109B2 JP 1207506 A JP1207506 A JP 1207506A JP 20750689 A JP20750689 A JP 20750689A JP H0834109 B2 JPH0834109 B2 JP H0834109B2
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Classifications
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
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- Inert Electrodes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は、電解液循環型積層電池に用いるカーボン
プラスチック電極に関する。
プラスチック電極に関する。
B.発明の概要 本発明は、電解液循環型積層電池に用いるカーボンプ
ラスチック電極において、 電極板の配合比として、ポリフッ化ビニリデンを50〜
70重量％、カーボンファイバチョップを10〜30重量％、
残部カーボンブラックとしたことにより、 電極板を強固にし、その使用寿命を延命するようにし
たものである。
ラスチック電極において、 電極板の配合比として、ポリフッ化ビニリデンを50〜
70重量％、カーボンファイバチョップを10〜30重量％、
残部カーボンブラックとしたことにより、 電極板を強固にし、その使用寿命を延命するようにし
たものである。
C.従来の技術 近時、電池電力貯蔵システムの開発が促進されてお
り、その一環として第２図乃び第３図に例示する如き電
解液循環型亜鉛−臭素積層二次電池が開発されている。
り、その一環として第２図乃び第３図に例示する如き電
解液循環型亜鉛−臭素積層二次電池が開発されている。
これは、第２図の構成原理図に示すように、電池本体
１をイオン交換膜または多孔質膜からなるセパレータ２
で陽極室３と陰極室４とに区画し、この両極室にそれぞ
れ電解液を循環させるための送液管5,6を返液管7,8によ
り接続された電解液タンク9,10を設け、臭化亜鉛（ZnBr
2）の電解液をそれぞれの電極室に循環させるようにし
たものである。尚、11は陽極、12は陰極、13,14は共に
送液ポンプ、15は弁である。
１をイオン交換膜または多孔質膜からなるセパレータ２
で陽極室３と陰極室４とに区画し、この両極室にそれぞ
れ電解液を循環させるための送液管5,6を返液管7,8によ
り接続された電解液タンク9,10を設け、臭化亜鉛（ZnBr
2）の電解液をそれぞれの電極室に循環させるようにし
たものである。尚、11は陽極、12は陰極、13,14は共に
送液ポンプ、15は弁である。
しかして、充電時には、電解液が図の矢印の方向に循
環し、陰極12ではZn++＋2e-→Zn、陽極11では2Br-→Br2
＋2eの反応を生じ、陽極11で生成された臭素は分子とな
り、電解液中に混じり、一部溶解し、大部分は陽極液中
の錯化剤によって錯化物となり、陽極室側の電解液タン
ク10内に沈澱して蓄積される。又、放電時には、電解液
が循環した状態で各電極11,12ではそれぞれ前記反応式
と逆の反応を生じ、析出物（Zn,Br2）が各電極11,12上
で消費（酸化，還元）され、電気エネルギーが放出され
るようにしたものである。
環し、陰極12ではZn++＋2e-→Zn、陽極11では2Br-→Br2
＋2eの反応を生じ、陽極11で生成された臭素は分子とな
り、電解液中に混じり、一部溶解し、大部分は陽極液中
の錯化剤によって錯化物となり、陽極室側の電解液タン
ク10内に沈澱して蓄積される。又、放電時には、電解液
が循環した状態で各電極11,12ではそれぞれ前記反応式
と逆の反応を生じ、析出物（Zn,Br2）が各電極11,12上
で消費（酸化，還元）され、電気エネルギーが放出され
るようにしたものである。
また、上述のような構成原理の亜鉛−臭素電池には、
第３図に例示するような実用積層電池本体として多数の
セル積層構造のスタックが用いられている。これは、ス
タック全体を、一側面から他側面にかけて貫挿する複数
のボルト28に、各々ナット29を嵌合して、セル積層体全
体を挟むように押さえるための一対の締付端板16との間
に、例えば30セル積層して構成する。
第３図に例示するような実用積層電池本体として多数の
セル積層構造のスタックが用いられている。これは、ス
タック全体を、一側面から他側面にかけて貫挿する複数
のボルト28に、各々ナット29を嵌合して、セル積層体全
体を挟むように押さえるための一対の締付端板16との間
に、例えば30セル積層して構成する。
すなわち、この積層体は、一方の端板電極18の次に、
セパレータ板21を重ね、次に中間電極23を重ねるという
順序で積層し、最後に他方の端板電極18を重ねて構成す
る。
セパレータ板21を重ね、次に中間電極23を重ねるという
順序で積層し、最後に他方の端板電極18を重ねて構成す
る。
この電極の一つである中間電極23は、下記第１表の如
き構成要素、組成比からなる電極材料であるカーボンプ
ラスチックを用いている。
き構成要素、組成比からなる電極材料であるカーボンプ
ラスチックを用いている。
このような組成のカーボンプラスチック材を平板に形
成して電極板23aとし、その外周に樹脂をインサート射
出成形して枠体23bを成形し、中間電極23を構成する。
成して電極板23aとし、その外周に樹脂をインサート射
出成形して枠体23bを成形し、中間電極23を構成する。
このような電極を用いて積層構成したスタックには、
第３図に示すように、その四隅角部に流液孔である正極
マニホールド24と負極マニホールド25とを穿設する。
第３図に示すように、その四隅角部に流液孔である正極
マニホールド24と負極マニホールド25とを穿設する。
また、各セパレータ板21は、その周囲にパッキンとし
ても機能する枠体21aの両平面部上下にそれぞれ表裏対
称形状にマイクロチャンネル26を設置して成り、その一
側面の実線で示すマイクロチャンネル26は、それぞれ対
角線上の正極マニホールド24から導入した電解液を均一
に広げてセパレータ２の全面に流し、又はこれより液を
回収する。また、他側面の破線で示すマイクロチャンネ
ル26は、負極マニホールド25からの電解液を導入，回収
するものである。
ても機能する枠体21aの両平面部上下にそれぞれ表裏対
称形状にマイクロチャンネル26を設置して成り、その一
側面の実線で示すマイクロチャンネル26は、それぞれ対
角線上の正極マニホールド24から導入した電解液を均一
に広げてセパレータ２の全面に流し、又はこれより液を
回収する。また、他側面の破線で示すマイクロチャンネ
ル26は、負極マニホールド25からの電解液を導入，回収
するものである。
このようにして、各セパレータ板21の両側面部にそれ
ぞれ配置された電極との間において、第２図に例示した
単位電池となるセルを構成し、スタックとしては、この
セルが30個直列接続されるよう構成するものである。
ぞれ配置された電極との間において、第２図に例示した
単位電池となるセルを構成し、スタックとしては、この
セルが30個直列接続されるよう構成するものである。
D.発明が解決しようとする課題 前述のような従来の電池本体を構成する電極は、その
電極板23aにおける電極材料のマトリックス樹脂を高密
度ポリエチレンとし、その導電性向上材料をグラファイ
トとしている。
電極板23aにおける電極材料のマトリックス樹脂を高密
度ポリエチレンとし、その導電性向上材料をグラファイ
トとしている。
このため、電池使用中腐食性の高い正極活物質である
臭素が、マトリックス樹脂である高密度ポリエチレン
と、導電性向上充填材であるグラファイトとの界面より
侵入し、高密度ポリエチレンを酸化劣化させると見ら
れ、さらに電極板23a内に層間化合物を形成して、この
劣化を促進すると見られる。このようなことから、従来
この電池を長期に亘って使用すると、電極板23a内に電
解液中の腐食性物質が侵入し、電極板23aが膨潤し、ワ
ーページ（ふくらみ撓むこと）を生じてしまい、電池の
効率低下をもたらすという問題があった。
臭素が、マトリックス樹脂である高密度ポリエチレン
と、導電性向上充填材であるグラファイトとの界面より
侵入し、高密度ポリエチレンを酸化劣化させると見ら
れ、さらに電極板23a内に層間化合物を形成して、この
劣化を促進すると見られる。このようなことから、従来
この電池を長期に亘って使用すると、電極板23a内に電
解液中の腐食性物質が侵入し、電極板23aが膨潤し、ワ
ーページ（ふくらみ撓むこと）を生じてしまい、電池の
効率低下をもたらすという問題があった。
本発明は上述の点に鑑み、電池を長期に亘って使用し
ても、ワーページを生じないような電極板を新たに提供
することを目的とする。
ても、ワーページを生じないような電極板を新たに提供
することを目的とする。
E.課題を解決するための手段 本発明の電池のカーボンプラスチック電極は、そのマ
トリックス樹脂としてポリフッ化ビニリデンを配合比50
〜70wt％配合し、導電性向上材料としてカーボンファイ
バチョップを10〜30wt％添加するとともに導電性材料と
して残部カーボンブラックで構成したことを特徴とす
る。
トリックス樹脂としてポリフッ化ビニリデンを配合比50
〜70wt％配合し、導電性向上材料としてカーボンファイ
バチョップを10〜30wt％添加するとともに導電性材料と
して残部カーボンブラックで構成したことを特徴とす
る。
F.作用 上述のように構成することにより、マトリックス樹脂
としてのポリフッ化ビニリデンにより電解液中の臭素に
対する耐食性が向上され、導電性向上材料としてのカー
ボンファイバチョップにより導電性の向上作用とともに
電極板中の層間化合物の形成が防止されて強度が高めら
れ、導電性材料としてのカーボンブラックにより電極板
として必要な導電性が付与されるという作用が得られ
る。
としてのポリフッ化ビニリデンにより電解液中の臭素に
対する耐食性が向上され、導電性向上材料としてのカー
ボンファイバチョップにより導電性の向上作用とともに
電極板中の層間化合物の形成が防止されて強度が高めら
れ、導電性材料としてのカーボンブラックにより電極板
として必要な導電性が付与されるという作用が得られ
る。
G.実施例 以下、本発明の電池のカーボンプラスチック電極の一
実施例を第１図を参照しながら説明する。
実施例を第１図を参照しながら説明する。
本例のカーボンプラスチック電極は、電極材料のマト
リックス樹脂を、ポリフッ化ビニリデン（P.V.D.F）と
して、配合比50〜70wt％配合し、電解液中の活物質であ
る臭素に対する耐食性を向上する。
リックス樹脂を、ポリフッ化ビニリデン（P.V.D.F）と
して、配合比50〜70wt％配合し、電解液中の活物質であ
る臭素に対する耐食性を向上する。
さらに、電極の導電性向上材料として、カーボンファ
イバチョップを10〜30wt％添加し、電極中の層間化合物
の形成を避け、かつ、強度を向上するものである。
イバチョップを10〜30wt％添加し、電極中の層間化合物
の形成を避け、かつ、強度を向上するものである。
なお、導電性材料としてのカーボンブラックの配合比
は５〜25wt％が適当である。
は５〜25wt％が適当である。
このカーボンファイバチョップは、炭素繊維複合材料
の製造に適するように短繊維化したもので、本例では、
商品名クレハカーボンファイバーチョップ，炭素グレー
ドＣ−160S,繊維長6.0mm,繊維直径14.5μｍのもの、又
は、炭素グレードＣ−106T、繊維長6.0mm,繊維直径18.0
μｍのもの（呉羽化学工業株式会社製）を使用した。な
お、繊維径が20μｍ以下のもの（チョップ・ストランド
か、ミルド・ファイバーに限る。） 本例では、上述の如き組成による３つのカーボンプラ
スチックの電極板23aを構成し、その効果を試すため、
各種特性試験及び寿命試験を行った。
の製造に適するように短繊維化したもので、本例では、
商品名クレハカーボンファイバーチョップ，炭素グレー
ドＣ−160S,繊維長6.0mm,繊維直径14.5μｍのもの、又
は、炭素グレードＣ−106T、繊維長6.0mm,繊維直径18.0
μｍのもの（呉羽化学工業株式会社製）を使用した。な
お、繊維径が20μｍ以下のもの（チョップ・ストランド
か、ミルド・ファイバーに限る。） 本例では、上述の如き組成による３つのカーボンプラ
スチックの電極板23aを構成し、その効果を試すため、
各種特性試験及び寿命試験を行った。
この試験用の３種（CP−C,CP−D,CP−Ｅ）の電極板23
aは、下記、第２表に示す組成とする。
aは、下記、第２表に示す組成とする。
上記第２表の如き組成で構成した電極板23a（CP−C,C
P−D,CP−Ｅ）と、前述した従来の第１表に示す如き組
成で構成した２種の電極板23a（CP−A,CP−Ｂ）とにつ
いて、それぞれ体積固有抵抗値，と引張強度とを測定
し、その結果の基本特性を第３表に示す。
P−D,CP−Ｅ）と、前述した従来の第１表に示す如き組
成で構成した２種の電極板23a（CP−A,CP−Ｂ）とにつ
いて、それぞれ体積固有抵抗値，と引張強度とを測定
し、その結果の基本特性を第３表に示す。
また、前述の各材料CP−A,CP−B,CP−C,CP−D,CP−Ｅ
について使用寿命を試験した。
について使用寿命を試験した。
これは、各材料を、正極表面活性材として、カーボン
・クロスをラミネートした電極を用いて、５セル電池を
積層し、加速寿命試験を行った。
・クロスをラミネートした電極を用いて、５セル電池を
積層し、加速寿命試験を行った。
その加速因子として、電流密度、電解液温度に負荷を
与え、２サイクルに１回液抜きを行った。また、このと
きの運転条件は下記第４表に示す通りであり、その寿命
試験の結果は第１図に示す通りである。
与え、２サイクルに１回液抜きを行った。また、このと
きの運転条件は下記第４表に示す通りであり、その寿命
試験の結果は第１図に示す通りである。
この第３表に示す結果より、本例のカーボンプラスチ
ック電極板は、その従来のものに比し、1kgf/mm2を大き
く上回る程その強度が増加していることが理解される。
ック電極板は、その従来のものに比し、1kgf/mm2を大き
く上回る程その強度が増加していることが理解される。
また、第１図に示すように、その使用寿命も100サイ
クルを大きく上回る程延命していることが理解される。
クルを大きく上回る程延命していることが理解される。
H.発明の効果 以上詳述したように、本発明の電池のカーボンプラス
チック電極によれば、そのマトリックス樹脂としてポリ
フッ化ビニリデンを配合比50〜70wt％配合し、導電性向
上材料としてカーボンファイバチョップを10〜30wt％添
加するとともに導電性材料として残部カーボンブラック
として構成したことにより、ポリフッ化ビニリデンによ
り電解液中の臭素に対する耐食性が向上し、導電性向上
材料としてのカーボンファイバチョップによって電極板
中の層間化合物の形成に起因する強度の低下現象が防止
され、且つ導電性材料としてのカーボンブラックにより
電極板として必要な導電性が付与され、その結果として
電極板の強度を増し、その使用寿命を延ばすという効果
がある。
チック電極によれば、そのマトリックス樹脂としてポリ
フッ化ビニリデンを配合比50〜70wt％配合し、導電性向
上材料としてカーボンファイバチョップを10〜30wt％添
加するとともに導電性材料として残部カーボンブラック
として構成したことにより、ポリフッ化ビニリデンによ
り電解液中の臭素に対する耐食性が向上し、導電性向上
材料としてのカーボンファイバチョップによって電極板
中の層間化合物の形成に起因する強度の低下現象が防止
され、且つ導電性材料としてのカーボンブラックにより
電極板として必要な導電性が付与され、その結果として
電極板の強度を増し、その使用寿命を延ばすという効果
がある。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の電池のカーボンプラスチック電極の特
性説明線図、第２図は従来の亜鉛−臭素電池の原理の概
略説明線図、第３図はその要部である電池本体部分の拡
大分解斜視図である。 １……電池本体、18……端板電極、23……中間電極。
性説明線図、第２図は従来の亜鉛−臭素電池の原理の概
略説明線図、第３図はその要部である電池本体部分の拡
大分解斜視図である。 １……電池本体、18……端板電極、23……中間電極。
Claims (1)
- 【請求項１】電解液循環型積層電池に用いるカーボンプ
ラスチック電極において、 上記電極板の配合比として、ポリフッ化ビニリデンを50
〜70重量％、カーボンファイバチョップを10〜30重量
％、残部カーボンブラックとしたことを特徴とする電池
のカーボンプラスチック電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1207506A JPH0834109B2 (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | 電池のカーボンプラスチック電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1207506A JPH0834109B2 (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | 電池のカーボンプラスチック電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0371568A JPH0371568A (ja) | 1991-03-27 |
| JPH0834109B2 true JPH0834109B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=16540850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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1989
- 1989-08-10 JP JP1207506A patent/JPH0834109B2/ja not_active Expired - Fee Related
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