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水素/空気二次電池 外国出願あり

国内特許コード P110002500
整理番号 S2010-1219-N0
掲載日 2011年4月27日
出願番号 特願2010-208630
公開番号 特開2012-064477
登録番号 特許第5626872号
出願日 平成22年9月16日(2010.9.16)
公開日 平成24年3月29日(2012.3.29)
登録日 平成26年10月10日(2014.10.10)
発明者
  • 盛満 正嗣
  • 高野 浩二
出願人
  • 学校法人同志社
  • 九州電力株式会社
発明の名称 水素/空気二次電池 外国出願あり
発明の概要 【課題】充放電サイクル特性と耐久性に優れた空気二次電池を提供すること。
【解決手段】電池容器内に配設される空気極と、空気極に対向して電池容器内に配設される水素吸蔵合金を用いた負極と、空気極と負極との間に配設され電解液を保持する電解液保持体と、を備えた水素/空気二次電池であって、充電反応により減少する電解液の供給又は放電反応により増加する電解液の貯蔵を行う電解液貯蔵部を電池容器内に有し、電解液保持体の少なくとも一部が電解液貯蔵部内の電解液に浸漬している。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



空気電池は、大気中の空気を正極活物質とする電池であり、市販されている亜鉛/空気一次電池がよく知られている。亜鉛/空気一次電池と類似な構造を有する空気電池には、負極活物質にアルミニウムや鉄を用いる電池があり、いずれも一次電池としての機能は確認されているが、実用化には至っていない。

一方、空気電池は機械式充電型の亜鉛/空気二次電池を除いて、二次電池としてはいまだ実用化されていない。機械式充電型の亜鉛/空気二次電池とは、電池内部の反応としては放電だけを行うもので、放電後の亜鉛負極を外部に取り出し、新しい亜鉛負極と取り替えることで再利用できるものである。したがって、一般に知られる二次電池のように、電池内での反応によって再充電することで繰り返し利用できるものではない。上記のような亜鉛、アルミニウム、鉄などを負極活物質に用いる空気電池は、通常アルカリ性の水溶液を電解液として用いている。





一方、アルカリ性水溶液を電解液とする空気電池には、負極活物質に水素を用いる電池も開発されている。

例えば、本発明者らは、ニッケル粉末と、イリジウムを含むパイロクロア型酸化物と、結着剤を混合してなる空気極と、水素吸蔵合金を用いた負極を備えた空気二次電池を(特許文献1)および(非特許文献1)に開示した。以下では、この二次電池を水素/空気二次電池と記す。





水素/空気二次電池の充放電反応は次式によって表される。

放電:4MH+O2→4M+2H2

充電:4M+2H2O→4MH+O2

なお、式中のMは水素吸蔵合金であり、MHは水素を吸蔵した状態の水素吸蔵合金を意味する。

上記の反応式の通り、放電では負極で水素吸蔵合金から水素が放出され、空気極で酸素が還元されて水が生成する。このとき、電解液に用いられているアルカリ性水溶液中で水が増加する。

反対に、充電ではアルカリ性水溶液中の水が分解して、負極では水素が吸蔵され、空気極では酸素が発生する。発生した酸素は空気極内の空隙を通って大気中に放出される。

すなわち、水素/空気二次電池は、水のみを活物質とする二次電池であり、充放電電気量に依存して電解液中の水の物質量が変化することが特徴である。これは水素/空気二次電池に特有の電池反応であり、水素吸蔵合金以外の負極を用いる空気電池や、空気電池以外のすべての一次電池、二次電池で水のみを活物質とするものはない。

例えば、(特許文献2)~(特許文献4)には空気電池が開示さているが、これらは電解液に有機溶媒やイオン液体を用いるものや、負極活物質にリチウムを用いるものであり、電解液中の水を電池の活物質とする空気電池ではなく、後述するように、本発明が解決しようとする課題のポイントである電解液中の水の物質量の変化に関する課題は生じない。

産業上の利用分野



本発明は、大気中の酸素を正極活物質、水素吸蔵合金中の水素を負極活物質、アルカリ性水溶液を電解液とし、放電で水を生成し、充電で水が分解する反応を利用する水素/空気二次電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
電池容器内に配設される空気極と、前記空気極に対向して前記電池容器内に配設される水素吸蔵合金を用いた負極と、前記空気極と前記負極との間に配設され電解液を保持する電解液保持体と、を備えた水素/空気二次電池であって、
充電反応により減少する電解液の供給又は放電反応により増加する電解液の貯蔵を行う電解液貯蔵部を前記電池容器内に前記空気極及び前記負極と分離して形成し、前記電解液保持体の少なくとも一部が前記電解液貯蔵部内の前記電解液に浸漬して、前記電解液の供給と貯蔵が、前記電解液保持体を介して、前記空気極-前記負極間と前記電解液貯蔵部との間で行われることを特徴とする水素/空気二次電池。

【請求項2】
前記空気極が、ニッケルと、イリジウムを含むパイロクロア型酸化物と、結着剤と、を含有してなることを特徴とする請求項1に記載の水素/空気二次電池。

【請求項3】
前記イリジウムを含む前記パイロクロア型酸化物が、ビスマスイリジウム酸化物であることを特徴とする請求項2に記載の水素/空気二次電池。

【請求項4】
前記負極に対向して2つの前記空気極が配設され、前記電解液保持体が前記負極と各々の前記空気極との間にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項1乃至3の内いずれか1項に記載の水素/空気二次電池。

【請求項5】
複数の前記電解液保持体の少なくとも一部が共通の前記電解液貯蔵部内の前記電解液に浸漬していることを特徴とする請求項4に記載の水素/空気二次電池。

【請求項6】
複数の前記電解液保持体が共通の前記電解液貯蔵部内で連結されていることを特徴とする請求項5に記載の水素/空気二次電池。

【請求項7】
前記負極及び前記負極に対向する1つ又は2つの前記空気極の長手方向が水平方向と平行に配置される電極対が、前記電池容器内に複数組積層されていることを特徴とする請求項1乃至6の内いずれか1項に記載の水素/空気二次電池。

【請求項8】
前記負極及び前記負極に対向する1つ又は2つの前記空気極の長手方向が鉛直方向と平行に配置される電極対が、前記電池容器内に複数組並設されていることを特徴とする請求項1乃至6の内いずれか1項に記載の水素/空気二次電池。
産業区分
  • その他電子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010208630thum.jpg
出願権利状態 登録
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