JPS60202676A - 亜鉛−臭素電池用の改良電解液 - Google Patents

亜鉛−臭素電池用の改良電解液

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JPS60202676A
JPS60202676A JP59249438A JP24943884A JPS60202676A JP S60202676 A JPS60202676 A JP S60202676A JP 59249438 A JP59249438 A JP 59249438A JP 24943884 A JP24943884 A JP 24943884A JP S60202676 A JPS60202676 A JP S60202676A
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bromide
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    • H01M10/365Zinc-halogen accumulators
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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】 及栗上■五朋公団 本発明は、電解液として、カソード臭素と水不混和性錯
体を形成することのできる錯化置換分を含有する臭化亜
鉛水溶液を有する二次電池に係る。
従来の技術 当業において周知であるように、一方の電極が高い正の
酸化電位を有しかつ他方の電極が強い負または還元電位
を有している電気化学電池(セル)が提案されている。
このような電池の代表的な例は金属ハロゲン電池であり
、この電池において、極めて普通に用いられるアノード
材料は亜鉛でありまた極めて普通に用いられるカソード
ハロゲンは臭素である。かかる金属ハロゲン電池の利点
の中には、電池の理論エネルギー密度が極めて高いこと
がある。例えば、亜鉛臭素電池は、200Wh/Ib 
(すなわちワット時/ポンド)の理論エネルギー密度お
よび約1.85ポルト/セルの電位を持っている。
前記タイプの電気化学電池が多数の欠点を有しているこ
とは既知である。これらの欠点のほとんどは、かかる電
池内で生じうる副反応と関連がある。例えば、充電プロ
セス中に、電池内で遊離臭素が生成される。この遊離臭
素は亜鉛アノードとの電気化学反応に利用され、それに
よって電池の自動放電を生じる。加えて、かなりの量の
遊離臭素が水性相内に存在する場合に、水素ガスが発生
する傾向がある。
米国特許第4,105,829号明細書には、電池の充
電中に電解液からカソードハロゲンを有効に除去するた
めに、錯化剤を含有する電解液循環システムを使用して
いる金属ハロゲン電池が記載されている。基本的には、
錯化置換分または錯化剤は、ハロゲンの存在下において
、水不混和性ハロゲン錯体を形成するようなものである
。この錯体は、分離されて、充電中に電池外に貯蔵され
るが、放電中に電池へ戻される。
前記特許において開示された水性亜鉛臭素電池により有
意な改良が達成されているにも■拘わらず、電池から回
収されるエネルギー量が電池の充電中に得られるものよ
りも少ないので、ががる電池を操作する際にクーロン無
効率が従前通り生じている。クーロン効率におけるこの
ようなロスは、電池内に存在している未錯化の熔解した
臭素と亜鉛元素との反応に帰する。
光凱■皿丞 電池を充電して定格容量にするために電解液内に存在す
る必要のある臭化物イオンに加えて、塩化物イオンを、
電池の充電中に電解液内に存在する遊離臭素の量を減少
するのに充分な量で、電解液に添加する場合に、前記電
池のクーロン効率は、増加しうるということが、今、判
明した。
かくして、本発明の−っの実施の態様において、臭素と
水不混和性錯体を形成することのできる水溶性臭素錯化
剤、約1〜3モル/Ilの臭化亜鉛および約0.5〜1
.75モル/βの塩化亜鉛の水溶液を含んでいる、亜鉛
臭素二次電池のための水性電解液が提供される。
3、発明の詳細な説明 添付図面を参照すれば、代表的な循環式双極亜鉛臭素電
気化学電池lOの略図が示されている。
亜鉛臭素電気化学電池は、分離隔室8および9をそれぞ
れ通って循環する2種の電解液(アノライトおよびカッ
ライト)を有している。電池1oにおいて、アノライト
は、貯蔵容器ll内に貯蔵され、ポンプ12を経て、隔
室8および一般にアノードループと称されるループ13
を通って循環される。一般に貯蔵容器14内に貯蔵され
ているカッライトは、ポンプ15を経て、隔室9および
カッライトループと一般に称されているループ16を通
ってポンプ輸送される。
セパレータ18は、アニオン(例えば臭化物イオン、ト
リ臭化物イオン)がカソード隔室9がらアノード隔室8
へ動くのを防止するすなわち妨害する膜(隔膜)である
。双極設計の場合、亜鉛の析出のための電極構造体19
および臭素発生のための電極構造体17は、同じ電極構
造体の対辺上にある。
本発明の電解液は、臭素元素の存在下で水不混和性錯体
を形成することのできる錯化成分、臭化亜鉛および塩化
亜鉛の水溶液である。
本発明の電解液内で使用するために適した錯化成分は米
国特許第4,105,829号明細書中に記載されてお
り、この特許は本明細書中に引照されるものとする。本
発明の実施に際し、好ましい鉛化置換分には、臭化N−
メチル、N−エチルピペリジニウム、臭化N−メチル、
N−エチルピロリジウム、臭化N−メチル、N−エチル
ピロリジニウム、臭化N−メチル、N−エチルピペリジ
ニウムおよびそれらの混合物がある。
従来、電解液中に存在する臭化亜鉛の量は、電池を充電
してその定格容量にするのに要する量を実質的に超えた
量、例えば必要量の150%であった。しかし、本発明
によれば、該電解液内に存在する臭化亜鉛の量は、電池
をその定格容量まで実質的に充電するのに充分な量であ
って、どんな場合でもその所要量を超えること25%よ
り多くない。重要なことは、臭化亜鉛の他に、塩化物イ
オンを、電池の充電中に電解液内に存在する遊離臭素の
量を減少せしめるのに充分な量で、電解液に添加するこ
とである。一般に、約0.5〜約1.75モル/βの塩
化物イオンが電解液に添加される。
かくして、該水性電解液中の臭化亜鉛濃度は、一般に約
1〜3モル/l、好ましくは約1.5〜2.5モル/l
の範囲内にあり、また該電解液中の塩化亜鉛濃度は、約
0.5〜1.75モル/β、好ましく゛ は約0.8〜
1.2モル/7!の範囲内にある。
添付図面を再度参照すれば、操作に際し、アノライトお
よびカッライトは、ポンプ12および15によって、そ
れぞれ、電池10を通って循環される。少なくとも、カ
ッライトは本発明に従って記載されているような組成を
有している。電池に電位を印加すると、層20として示
されている亜鉛の析出が電極19上に生じる。臭素もま
た発生する。化学的に不活性な電極構造体17において
発生する臭素は、電解液中で錯化剤と反応し、実質的に
水不混和性の錯体14aを生成する。臭素富化錯体14
aは水よりも重いので、該錯体は、電池を通って再循環
されない。実際に、収容タンク14内のバッフル21は
臭素含有の水性不溶性錯体の隔離を助ける。従って、実
質的に水性相のみが充電期間中電池を通って再循環され
る。しかしながら、放電に際しては、錯体は、水性相内
にまず乳化せしめられ、分散せしめられることによって
、カソードへ逆流される。これは混合手段(図示せず)
によってなし得る。例えば、高剪断または超音波混合装
置が重力分離タンク内に組込まれうる。かかる場合に、
電池の放電に先立って、混合機構の活性化が開始される
。分離タンクの底から水不混和性錯体14aを実質的に
取り出すために、随時、図示されたようなパイプ手段2
2を使用することができる。いずれにしても、臭素相は
、水性相中にエマルジョンとして分布され、電池放電中
に電解液室を通って再循環される。
上記したように、本発明を、分離したアノライト隔室お
よびカッライト隔室を有する単一電池との関係で記載し
たが、各電池がかかる隔室に分離されたまたは分離され
ていない電池の型式で、複数の電池を使用することがで
きるということを容易に認識すべきである。
本発明に従って得られたクーロン効率の改良を示すため
に、次の実施例を示す。
実施例1 この実施例では、3.0Mの臭化亜鉛、0.5 Mの臭
化N−メチル、N−エチルピペリジニウムおよび0.5
Mの臭化N−エチル、N−メチルピロリジニウムを含む
水性電解液系を調整した。この電解液を、直列に連結し
た8個の電池を有する試験電池内で使用した。これらの
電池はポリプロピレンバインダー中炭素粉末からなる双
極板を有していた。電極面積は600dであった。−0
R1Grace and Company、Balti
more、MDによって商品名Daraiicのちとに
売られている微孔性膜を電極セパレータとして使用した
。電解液を電極間に循環せしめ、電池を12Aで充電し
て、定格容量の67%、52Ahにした。電池の充電中
に生成した油をカッライト分離タンク内で分離した。電
池の放電中に、錯体を、電解液と共に、磁気的に結合さ
れた遠心ポンプ(臭素錯体は、電池を通って供給される
前に、水性電解液内に乳化されていた)へと通過せしめ
た。サイクル120〜129およびサイクル141〜1
45のクーロン効率は75%であヮた。
実施例2 この実施例では、実施例1記載の電池および手順に従っ
たが、この場合に、水性電解液系は2Mの臭化亜鉛、0
.5Mの臭化N−エチル、N−メチルピロリジニウム、
0.5Mの臭化N−エチル、N−メチルピロリジニウム
およびIMの塩化亜鉛からなっていた。電池のクーロン
効率を、サイクル130〜140および146〜150
0間で測定したところ、この実験では81〜82%であ
ることが判った。
【図面の簡単な説明】
添イ]図面は、本発明の電解液の使用から利益を得るこ
とのできる代表的な循環亜鉛臭素電気化学電池の略図で
ある。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 亜鉛臭素カップルを有する電気化学電池であっ
    て、電池の充電中に亜鉛が析出される電極構造体と、電
    池の充電中にカソード臭素を発生ずる前記電極と対抗の
    電極構造体と、水性電解液とを有し、該電解液が臭素と
    水不混和性錯体を形成することのできる水溶性錯化剤、
    約1〜3モル/lの臭化亜鉛および電池の充電中に該電
    解液内に存在する遊離臭素の量を減少するのに充分な量
    の塩化物イオンを含んでいることを特徴とする該電気化
    学電池。
  2. (2)電解液が約1.5〜2.5モル/ρの臭化亜鉛お
    よび0.5〜1.75モル/Itの塩化物イオンを含ん
    でいる特許請求の範囲第(1)項記載の電池。
  3. (3)電解液が塩化物イオン源として、0.5〜1.7
    5モル/lの塩化亜鉛を含んでいる特許請求の範囲第(
    2)項記載の電池。
  4. (4)電解液が約0.8〜1.2モル/pの塩化亜鉛を
    含んでいる特許請求の範囲第(3ン項記載の電池。
  5. (5) 臭素錯化剤が、臭化N−メチル、N−エチルピ
    ペリジニウム、臭化N−メチル、N−エチルピロリジニ
    ウム、臭化N−メチル、N−エチルピロリジウム、臭化
    N−メチル、N−エチルピペリジニウムおよびその混合
    物から選ばれる特許請求の範囲第(2)項記載の電池。
  6. (6) 電気化学電池の定格容量の実質的に全てを支持
    するのに充分な溶液中臭化物イオンと、臭素と水不混和
    性錯体を形成することができる水溶性錯化剤とを含有し
    ている水性臭化亜鉛電解液を使用して、電気化学電池の
    クーロン効率を増大せしめる方法であって、 電池の充電中に該電解液内に存在する遊離臭素の量を減
    少せしめるのに充分な塩化物イオンを添加することを特
    徴とする該方法。 (’i) 0.5〜1.75モル/lの塩化亜鉛を添加
    する特許請求の範囲第(6)項記載の方法。 +81 0.8〜1.2モル/lの塩化亜鉛を添加する
    特許請求の範囲第(7)項記載の方法。
JP59249438A 1984-03-26 1984-11-26 亜鉛−臭素電池用の改良電解液 Granted JPS60202676A (ja)

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US593317 1984-03-26
US06/593,317 US4491625A (en) 1984-03-26 1984-03-26 Zinc-bromine batteries with improved electrolyte

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