JPH10106551A - 水素吸蔵合金電極 - Google Patents
水素吸蔵合金電極Info
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- JPH10106551A JPH10106551A JP8258262A JP25826296A JPH10106551A JP H10106551 A JPH10106551 A JP H10106551A JP 8258262 A JP8258262 A JP 8258262A JP 25826296 A JP25826296 A JP 25826296A JP H10106551 A JPH10106551 A JP H10106551A
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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
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高エネルギー密度で、酸素ガス吸収能力が高
く、急速充放電性能に優れ、高出力の水素吸蔵合金電極
を提供することを目的とする。 【構成】 水素吸蔵合金粉末の粒子径に対してニッケル
パウダーの粒子径が１／５０以下であり、且つ、水素吸
蔵合金粉末に対してニッケルパウダーが１wt.%〜７wt.%
添加混合されている水素吸蔵合金電極とすることで、上
記目的を達成できる。
く、急速充放電性能に優れ、高出力の水素吸蔵合金電極
を提供することを目的とする。 【構成】 水素吸蔵合金粉末の粒子径に対してニッケル
パウダーの粒子径が１／５０以下であり、且つ、水素吸
蔵合金粉末に対してニッケルパウダーが１wt.%〜７wt.%
添加混合されている水素吸蔵合金電極とすることで、上
記目的を達成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はニッケル−水素電池
の負極である水素吸蔵合金電極に関するものである。
の負極である水素吸蔵合金電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】可逆的に水素を吸蔵・放出可能な水素吸
蔵合金を負極材料として用いるニッケル−水素電池は、
長寿命であり、且つ、無公害及び高エネルギー密度など
の特徴を有することから、ポータブル機器用電源や電気
自動車用電源などの目的で、ニッケル−カドミウム電池
に代わるものとして研究開発が進められ、需要も急増し
ている。
蔵合金を負極材料として用いるニッケル−水素電池は、
長寿命であり、且つ、無公害及び高エネルギー密度など
の特徴を有することから、ポータブル機器用電源や電気
自動車用電源などの目的で、ニッケル−カドミウム電池
に代わるものとして研究開発が進められ、需要も急増し
ている。
【０００３】このニッケル−水素電池の負極には、水素
吸蔵合金に結着剤を混合し、この混合物をパンチングメ
タル等の集電体に塗着してなるものが従来より一般に用
いられている。
吸蔵合金に結着剤を混合し、この混合物をパンチングメ
タル等の集電体に塗着してなるものが従来より一般に用
いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】負極に上記従来の水素
吸蔵合金電極を用い、正極に水酸化ニッケルを主成分と
する電極を用いたニッケル−水素電池では、過充電する
と下記反応式１の如く正極において酸素が発生する。し
かし、この酸素はセパレータを通過して負極に到達し、
下記反応式２の如く水素吸蔵合金Ｍの内部に吸蔵されて
いる水素と反応して水となって消費されるので、通常の
充電条件では電池内圧は上昇しない。
吸蔵合金電極を用い、正極に水酸化ニッケルを主成分と
する電極を用いたニッケル−水素電池では、過充電する
と下記反応式１の如く正極において酸素が発生する。し
かし、この酸素はセパレータを通過して負極に到達し、
下記反応式２の如く水素吸蔵合金Ｍの内部に吸蔵されて
いる水素と反応して水となって消費されるので、通常の
充電条件では電池内圧は上昇しない。
【０００５】 反応式（１） ＯＨ- → １／２Ｈ2 Ｏ ＋ １／４Ｏ2 ＋ ｅ- 反応式（２） Ｏ2 ＋ ４ＭＨ → ４Ｍ ＋ ２Ｈ2 Ｏ しかしながら、水素吸蔵合金の酸素ガス吸収速度が十分
でないため、大電流で充電した場合等においては、負極
での酸素ガスと水素との反応が速やかに進行せず、電池
内圧が上昇する。このため、電池内圧が所定の圧力に達
した時点で電池内部のガスを外部に放出させるため、密
閉型電池には安全弁が設けられている。しかし、この安
全弁からのガスの放出時に電解液の一部も同時に外部に
放出されるため、電解液が減少し、セパレータ中の電解
液が枯渇することにより、セパレータの電導性が低下
し、電池のサイクル寿命が短くなる問題があった。
でないため、大電流で充電した場合等においては、負極
での酸素ガスと水素との反応が速やかに進行せず、電池
内圧が上昇する。このため、電池内圧が所定の圧力に達
した時点で電池内部のガスを外部に放出させるため、密
閉型電池には安全弁が設けられている。しかし、この安
全弁からのガスの放出時に電解液の一部も同時に外部に
放出されるため、電解液が減少し、セパレータ中の電解
液が枯渇することにより、セパレータの電導性が低下
し、電池のサイクル寿命が短くなる問題があった。
【０００６】また、ニッケル−水素電池はニッケル−カ
ドミウム電池に比べ放電時の電圧低下が大きく、特に大
電流時の放電電圧低下が大きいため、高出力が得られな
い問題があった。この原因は水素吸蔵合金電極の反応抵
抗が大きいためと考えられている。
ドミウム電池に比べ放電時の電圧低下が大きく、特に大
電流時の放電電圧低下が大きいため、高出力が得られな
い問題があった。この原因は水素吸蔵合金電極の反応抵
抗が大きいためと考えられている。
【０００７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、高エネルギー密度で、酸素ガス吸収能力が高く、
急速充放電性能に優れ、高出力の水素吸蔵合金電極を提
供するものである。
あり、高エネルギー密度で、酸素ガス吸収能力が高く、
急速充放電性能に優れ、高出力の水素吸蔵合金電極を提
供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、水素吸蔵合金粉末の粒子径に対してニッケル
パウダーの粒子径が１／５０以下であり、且つ、水素吸
蔵合金粉末に対してニッケルパウダーが１wt.%〜７wt.%
添加混合されてなる水素吸蔵合金電極とするものであ
る。
本発明は、水素吸蔵合金粉末の粒子径に対してニッケル
パウダーの粒子径が１／５０以下であり、且つ、水素吸
蔵合金粉末に対してニッケルパウダーが１wt.%〜７wt.%
添加混合されてなる水素吸蔵合金電極とするものであ
る。
【０００９】
【作用】水素吸蔵合金電極の酸素ガス吸収能力を向上さ
せるためには、ニッケルパウダーを添加混合することに
より、水素吸蔵合金粒子表面にニッケルパウダー粒子を
存在させ、水素吸蔵合金の内部に吸蔵されている水素と
反応して水となって消費される反応（反応式２）だけで
なく、ニッケル粉末単体がアルカリ溶液中の水と酸素ガ
スの電気化学的酸素ガス消費反応（下記反応式３）の触
媒として機能する。その結果、正極からの酸素ガスの発
生速度と負極の消費速度とのバランスが保たれ、電池内
圧の上昇が抑制される。
せるためには、ニッケルパウダーを添加混合することに
より、水素吸蔵合金粒子表面にニッケルパウダー粒子を
存在させ、水素吸蔵合金の内部に吸蔵されている水素と
反応して水となって消費される反応（反応式２）だけで
なく、ニッケル粉末単体がアルカリ溶液中の水と酸素ガ
スの電気化学的酸素ガス消費反応（下記反応式３）の触
媒として機能する。その結果、正極からの酸素ガスの発
生速度と負極の消費速度とのバランスが保たれ、電池内
圧の上昇が抑制される。
【００１０】 反応式（３） １／２Ｈ2 Ｏ ＋ １／４Ｏ2 ＋ ｅ- → ＯＨ- また、水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応は合金表面で
希土類酸化物と金属ニッケルとの間において行われ、下
記反応式４〜６に従って進行している。この反応式４を
促進させるために水素吸蔵合金粒子より小さなニッケル
パウダーを添加混合することにより、水素吸蔵合金粒子
表面にニッケルパウダー粒子を存在させ、希土類酸化物
とニッケル層との界面を増加させることにより、反応抵
抗を小さくし、急速充放電性能を向上させることができ
る。これにより特に、放電電圧が上昇し出力が向上す
る。
希土類酸化物と金属ニッケルとの間において行われ、下
記反応式４〜６に従って進行している。この反応式４を
促進させるために水素吸蔵合金粒子より小さなニッケル
パウダーを添加混合することにより、水素吸蔵合金粒子
表面にニッケルパウダー粒子を存在させ、希土類酸化物
とニッケル層との界面を増加させることにより、反応抵
抗を小さくし、急速充放電性能を向上させることができ
る。これにより特に、放電電圧が上昇し出力が向上す
る。
【００１１】 反応式（４） Ｈ2 Ｏ ＋ ｅ- ⇔ Ｈ（ａ） ＋ ＯＨ- 反応式（５） ２Ｈ（ａ） → Ｈ2 反応式（６） Ｈ（ａ） ＋ Ｍ ⇔ ＭＨ なお、Ｈ（ａ）は、吸着原子を意味する。
【００１２】これらの水素吸蔵合金粉末の粒子径に対し
てニッケルパウダーの粒子径が１／５０以下のものが有
効であり、また、水素吸蔵合金粉末に対してニッケルパ
ウダーが１wt.%〜７wt.%の範囲で含有せしめてなる水素
吸蔵合金電極とすることが有効である。
てニッケルパウダーの粒子径が１／５０以下のものが有
効であり、また、水素吸蔵合金粉末に対してニッケルパ
ウダーが１wt.%〜７wt.%の範囲で含有せしめてなる水素
吸蔵合金電極とすることが有効である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、実施例に基づき本発明を説
明する。ＭｍＮｉ3.8 Ａｌ0.3 Ｃｏ0.7 Ｍｎ0.2 の組成
を有する水素吸蔵合金を秤量してるつぼに投入し、高周
波溶解炉により不活性ガス雰囲気下で溶解して水素吸蔵
合金インゴットを作製した。なお、Ｍｍはミッシュメタ
ルであり、希土類元素の混合物である。このようにして
得た原料となる合金インゴットを機械的に粗粉砕した
後、粒子径５０μｍを主体とする粉末とした。これにニ
ッケルパウダーを５wt.%添加混合し、増粘剤を溶解した
水溶液と結着剤を加え混合した。この混合物を集電体で
あるパンチングメタルに塗布し、乾燥した後プレスして
水素吸蔵合金電極を作製した。このとき添加したニッケ
ルパウダーの粒径をそれぞれ０．２μｍ，１μｍとした
ものを本発明電極Ａ，Ｂとし、５μｍとしたものを比較
電極Ａとした。
明する。ＭｍＮｉ3.8 Ａｌ0.3 Ｃｏ0.7 Ｍｎ0.2 の組成
を有する水素吸蔵合金を秤量してるつぼに投入し、高周
波溶解炉により不活性ガス雰囲気下で溶解して水素吸蔵
合金インゴットを作製した。なお、Ｍｍはミッシュメタ
ルであり、希土類元素の混合物である。このようにして
得た原料となる合金インゴットを機械的に粗粉砕した
後、粒子径５０μｍを主体とする粉末とした。これにニ
ッケルパウダーを５wt.%添加混合し、増粘剤を溶解した
水溶液と結着剤を加え混合した。この混合物を集電体で
あるパンチングメタルに塗布し、乾燥した後プレスして
水素吸蔵合金電極を作製した。このとき添加したニッケ
ルパウダーの粒径をそれぞれ０．２μｍ，１μｍとした
ものを本発明電極Ａ，Ｂとし、５μｍとしたものを比較
電極Ａとした。
【００１４】また、粒径５０μｍを主体とする水素吸蔵
合金粉末に０．２μｍのニッケルパウダーを１wt.%添加
したものを本発明電極Ｃ、１０wt.%添加したものを比較
電極Ｃ、無添加のものを比較電極Ｂとして上記と同様に
作製した。
合金粉末に０．２μｍのニッケルパウダーを１wt.%添加
したものを本発明電極Ｃ、１０wt.%添加したものを比較
電極Ｃ、無添加のものを比較電極Ｂとして上記と同様に
作製した。
【００１５】これらの電極をまとめて示すと表１の通り
である。
である。
【００１６】
【表１】
【００１７】これら水素吸蔵合金電極をそれぞれ、対極
として公知の焼結式水酸化ニッケル電極と組合せ、電解
液として比重１．２８の水酸化カリウム水溶液を過剰に
注液して、一定時間放置した後に正極容量が負極容量よ
り大きな開放形ニッケル−水素電池とした。このニッケ
ル−水素電池について、２０℃の温度下で、０．１ＣＡ
の電流で水素吸蔵合金電極容量の１５０％まで充電し、
０．２ＣＡで２．５時間放電した後、０．２ＣＡ〜３Ｃ
Ａの電流で１０秒間放電したときの水素吸蔵合金電極の
電位を測定した。なお、ｎＣとは、１／ｎ時間率（充放
電レート）を意味し、０．１Ｃとは１０時間率を意味す
る。
として公知の焼結式水酸化ニッケル電極と組合せ、電解
液として比重１．２８の水酸化カリウム水溶液を過剰に
注液して、一定時間放置した後に正極容量が負極容量よ
り大きな開放形ニッケル−水素電池とした。このニッケ
ル−水素電池について、２０℃の温度下で、０．１ＣＡ
の電流で水素吸蔵合金電極容量の１５０％まで充電し、
０．２ＣＡで２．５時間放電した後、０．２ＣＡ〜３Ｃ
Ａの電流で１０秒間放電したときの水素吸蔵合金電極の
電位を測定した。なお、ｎＣとは、１／ｎ時間率（充放
電レート）を意味し、０．１Ｃとは１０時間率を意味す
る。
【００１８】図１は本発明電極Ａ，Ｂと比較電極Ａの分
極特性を示したものである。本発明電極Ａ，Ｂのように
水素吸蔵合金粉末の粒子径に対しニッケルパウダーの粒
子径を１／５０以下にすることにより、水素吸蔵合金電
極の分極を小さくできる。これは希土類酸化物とニッケ
ルとの接触界面が増加することによるものと考えられ
る。
極特性を示したものである。本発明電極Ａ，Ｂのように
水素吸蔵合金粉末の粒子径に対しニッケルパウダーの粒
子径を１／５０以下にすることにより、水素吸蔵合金電
極の分極を小さくできる。これは希土類酸化物とニッケ
ルとの接触界面が増加することによるものと考えられ
る。
【００１９】図２は本発明電極Ａ，Ｃと比較電極Ｂ，Ｃ
の分極特性を示した。本発明電極Ａ，Ｃ及び比較電極Ｃ
のように水素吸蔵合金粉末にニッケルパウダーを１wt.%
以上添加混合するとにより、水素吸蔵合金電極の分極を
小さくできる。しかし、図３に示すようにニッケルパウ
ダーを過剰に添加すると電極のエネルギー密度が低下す
るため、ニッケルパウダー添加量は１wt.%〜７wt.%が望
ましい。
の分極特性を示した。本発明電極Ａ，Ｃ及び比較電極Ｃ
のように水素吸蔵合金粉末にニッケルパウダーを１wt.%
以上添加混合するとにより、水素吸蔵合金電極の分極を
小さくできる。しかし、図３に示すようにニッケルパウ
ダーを過剰に添加すると電極のエネルギー密度が低下す
るため、ニッケルパウダー添加量は１wt.%〜７wt.%が望
ましい。
【００２０】次に、粒径５０μｍを主体とする水素吸蔵
合金粉末に０．２μｍのニッケルパウダーを５wt.%添加
した本発明電極Ａと、ニッケルパウダーを添加していな
い比較電極Ｂを用いて公称容量１１００ｍＡｈのＡＡサ
イズの密閉型ニッケル−水素電池を作製した。それぞれ
本発明電池Ａ及び比較電池Ｂとする。各電池に内圧測定
用の圧力センサーを取り付け、０．５Ｃ充電を行った時
の内圧特性を図４に示す。図４から明らかなように、比
較電池Ｂでは著しい内圧上昇が生じたのに対して、本発
明電池Ａでは比較電池Ｂに比べ内圧上昇が顕著に抑制さ
れ、ガス吸収特性に優れていることがわかる。
合金粉末に０．２μｍのニッケルパウダーを５wt.%添加
した本発明電極Ａと、ニッケルパウダーを添加していな
い比較電極Ｂを用いて公称容量１１００ｍＡｈのＡＡサ
イズの密閉型ニッケル−水素電池を作製した。それぞれ
本発明電池Ａ及び比較電池Ｂとする。各電池に内圧測定
用の圧力センサーを取り付け、０．５Ｃ充電を行った時
の内圧特性を図４に示す。図４から明らかなように、比
較電池Ｂでは著しい内圧上昇が生じたのに対して、本発
明電池Ａでは比較電池Ｂに比べ内圧上昇が顕著に抑制さ
れ、ガス吸収特性に優れていることがわかる。
【００２１】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、水素吸蔵
合金粉末の粒子径に対してニッケルパウダーの粒子径が
１／５０以下であり、且つ、水素吸蔵合金粉末に対して
ニッケルパウダーが１wt.%〜７wt.%添加混合することに
より、高エネルギー密度で、酸素ガス吸収能力が高く、
急速充放電性能に優れ、高出力の水素吸蔵合金電極を提
供することができるので、その工業的価値は大である。
合金粉末の粒子径に対してニッケルパウダーの粒子径が
１／５０以下であり、且つ、水素吸蔵合金粉末に対して
ニッケルパウダーが１wt.%〜７wt.%添加混合することに
より、高エネルギー密度で、酸素ガス吸収能力が高く、
急速充放電性能に優れ、高出力の水素吸蔵合金電極を提
供することができるので、その工業的価値は大である。
【図１】本発明電極Ａ，Ｂと比較電極Ａの分極特性を示
した図である。
した図である。
【図２】本発明電極Ａ，Ｃと比較電極Ｂ，Ｃの分極特性
を示した図である。
を示した図である。
【図３】電極エネルギー密度とニッケルパウダー添加量
との関係図である。
との関係図である。
【図４】本発明電極を用いた電池Ａと比較電極を用いた
電池Ｂの過充電時の内圧特性を示した図である。
電池Ｂの過充電時の内圧特性を示した図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 水素吸蔵合金粉末の粒子径に対してニッ
ケルパウダーの粒子径が１／５０以下であり、且つ、水
素吸蔵合金粉末に対してニッケルパウダーが１wt.%〜７
wt.%添加混合されていることを特徴とする水素吸蔵合金
電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8258262A JPH10106551A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 水素吸蔵合金電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8258262A JPH10106551A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 水素吸蔵合金電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10106551A true JPH10106551A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=17317798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8258262A Pending JPH10106551A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 水素吸蔵合金電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10106551A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5629470A (en) * | 1979-08-10 | 1981-03-24 | Toshiba Corp | Erroneous operation discriminator circuit in inverter protecting circuit |
| JPS58154953A (ja) * | 1982-03-04 | 1983-09-14 | Fujitsu Ltd | ファクシミリ符号変換方式 |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP8258262A patent/JPH10106551A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5629470A (en) * | 1979-08-10 | 1981-03-24 | Toshiba Corp | Erroneous operation discriminator circuit in inverter protecting circuit |
| JPS58154953A (ja) * | 1982-03-04 | 1983-09-14 | Fujitsu Ltd | ファクシミリ符号変換方式 |
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