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技術 鉛蓄電池の迅速活性化法およびその装置

出願人 ジェーイーシーサービス有限会社東洋システム株式会社
発明者 庄司秀樹小沢昭弥間瀬俊三
出願日 1998年11月4日 (22年1ヶ月経過) 出願番号 1998-350690
公開日 2000年5月30日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 2000-150004
状態 未査定
技術分野 二次電池(鉛及びアルカリ蓄電池) 二次電池の保守(温度調整,ガス除去)
主要キーワード 特性回復 性能回復 活性化装置 潜水艦 金属鉛 硫酸鉛結晶 炭素微粒子 自動測定
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年5月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

鉛蓄電池充放電に伴う容量の低下を防止し、内部抵抗を低下させ、電池の容量を短時間で増大せしめる。

解決手段

劣化した鉛蓄電池の電解液電槽から取り出し、微粒子炭素またはポリビニルアルコールと混合し、これを再び電槽に戻し、数回充放電を行うことにより、従来2、3ヵ月を要していた特性回復が数日で可能となる。

概要

背景

鉛蓄電池充放電の繰り返しに伴い、正極および負極の電極活物質電気化学反応に伴い、再結晶化を繰り返すことにより、これらの電極活物質粒子が粗大化する結果、電池の容量が減少し、電池の内部抵抗も増大する。本発明者等はこれらの電極活物質の活性化を目的として、微細炭素粒子や特定の有機化合物電解液に添加して充放電を繰り返すことにより、鉛蓄電池の活性が著しく回復できることを見いだし、特公平10−228922、および特公平10−241677として出願した。しかしながらこれらの方法では、劣化した鉛蓄電池の活性を回復するには、何十回も充放電を繰り返す必要があり、即効性欠けるきらいがあった。この傾向は特に大型の電池において顕著であり、例えば商用電力貯蔵潜水艦動力用の大型電池では性能の回復に2、3ヵ月を要した。

概要

鉛蓄電池の充放電に伴う容量の低下を防止し、内部抵抗を低下させ、電池の容量を短時間で増大せしめる。

劣化した鉛蓄電池の電解液を電槽から取り出し、微粒子炭素またはポリビニルアルコールと混合し、これを再び電槽に戻し、数回充放電を行うことにより、従来2、3ヵ月を要していた特性回復が数日で可能となる。

目的

本発明はこれらの従来の方法について、そのメカニズム究明することによって、劣化した鉛蓄電池の性能回復を極めて迅速にできる方法およびその装置を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項

欄名、内容なし(職権)機構を有する鉛蓄電池の迅速活性化装置

請求項9

請求項5ないし請求項8のいずれかにおいて、これら一連の操作を自動的に行う制御機構を有する鉛蓄電池の迅速活性化装置。

請求項10

請求項9において、各放電サイクルにおける放電容量を検出する機構を有する鉛蓄電池の迅速活性化装置。

技術分野

0001

本発明は鉛蓄電池の迅速活性化法およびその装置に関するものであり、特に大型の鉛蓄電池の充放電特性を短時間で著しく改良し、且つその寿命延長することができる方法およびその装置に関するものである。

背景技術

0002

鉛蓄電池は充放電の繰り返しに伴い、正極および負極の電極活物質電気化学反応に伴い、再結晶化を繰り返すことにより、これらの電極活物質粒子が粗大化する結果、電池の容量が減少し、電池の内部抵抗も増大する。本発明者等はこれらの電極活物質の活性化を目的として、微細炭素粒子や特定の有機化合物電解液に添加して充放電を繰り返すことにより、鉛蓄電池の活性が著しく回復できることを見いだし、特公平10−228922、および特公平10−241677として出願した。しかしながらこれらの方法では、劣化した鉛蓄電池の活性を回復するには、何十回も充放電を繰り返す必要があり、即効性欠けるきらいがあった。この傾向は特に大型の電池において顕著であり、例えば商用電力貯蔵潜水艦動力用の大型電池では性能の回復に2、3ヵ月を要した。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明はこれらの従来の方法について、そのメカニズム究明することによって、劣化した鉛蓄電池の性能回復を極めて迅速にできる方法およびその装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0004

本発明は、メジアン径が600ナノメートル以下の炭素微粒子を含む懸濁液、メジアン径が600ナノメートル以下の炭素の微粒子と親水基および疎水基とを同一有機高分子中に含む懸濁液、またはポリビニルアルコールポリビニルピロリドンポリアクリル酸またはそれらのエステルよりなる群の内の少なくとも一つを含む液、のいずれかを添加剤として、鉛電池の電解液に添加する活性化法において、該電解液の大半を電槽から取り出す工程、前記添加剤と前記電解液とを混合し混合液とする工程、前記混合液を電槽に戻す工程、蓄電池充電する工程、とからなることを特徴とする鉛蓄電池の迅速活性化法、および、鉛蓄電池の電槽の上部から下部に向かって延びその下端に開口を有するパイプと電槽の中の電解液を移送する手段とからなる電解液の吸引機構、前記の移送した電解液に添加剤を混合し混合液とする攪拌機構、および前記の混合液を前記の電槽に戻す機構とからなることを特徴とする鉛蓄電池の迅速活性化装置である。

0005

本発明者等が以前に発明した鉛蓄電池の活性化剤を例えば300Ah以上の大型の鉛蓄電池に添加した場合、その効果は充放電を数十回繰り返した後にやっと現れ、即効性に乏しい欠点が有った。大型の鉛蓄電池は通常図1に示すように、縦長の電槽に電極セパレーターと電解液を入れた構造が採用されている。商用電力の貯蔵や潜水艦の動力源のような大量の電力を貯蔵するための電池では、その高さが2メートルにも達し、電槽内の電解液の対流は極めて起こりにくい構造となっている。鉛蓄電池の劣化は主として負極のサルフェーション(粗大な硫酸鉛結晶蓄積)であり、一旦生成した粗大結晶は通常の充電条件では金属鉛還元されずそのまま蓄積されて電池容量の低下となる。本発明者等は鉛蓄電池の活性化剤の反応のメカニズムを解析した結果、活性化剤は主として負極に作用して、一旦電解液中に溶出した硫酸鉛が充電時に金属鉛として析出する際にその粒子を微細にする効果があり、この微細な金属鉛の再生には電解液中に添加剤の炭素微粒子や有機高分子がもれなく分敗していることが望ましいことを見いだした。また、添加剤の成分として、希硫酸中で正に帯電した有機高分子化合物コロイドが好ましく、特に重合度が100ないし3000程度のポリビニルアルコールが正極で酸化されにくく、且つ負極での金属鉛の結晶の微細化に特に有効であることを見いだした。

0006

即ち、従来は添加剤を加えても添加剤の液の粘性が高く且つ電極とスペーサーとの間隙が狭いため、元の電解液との混合が極めてゆっくりと起こり、活性化に長時間が必要であり、特に大型の電池では拡散距離が長いために、添加剤の効果に即効性が欠けていた。これを解決するために電解液を一旦電槽から取り出して、所定量の添加剤と混合し、これを再び電槽に戻して充放電を数回繰り返すだけで、負極に生成していた不活性な大きな硫酸鉛の結晶が微細な金属鉛に極めて短期間で再生されることを見いだしたものである。

0007

更に、電解液の温度を40°C以上、好ましくは50ないし70°Cの温度として、硫酸鉛の電解液中への溶解度を高くすることにより、長期間の使用により大きな結晶となり電極反応から除外されていた硫酸鉛を一旦電解液中に溶かし、炭素微粒子や有機高分子が共存する電解液中で充電することにより、数回の充放電で効率良く微細な金属鉛を負極に析出させることを見いだした。また活性化のための充電を行う際の電解液の温度は必ずしも上記の温度に限るものではなく、例えば外部温度が0゜C付近の場合は20゜Cないし40゜Cに、外部温度が20゜C付近の場合は30゜Cないし60゜Cにそれぞれ加熱することで、硫酸鉛の溶解度を高め、より少ない充放電サイクルで活性化を行うことができる。

0008

図1は本発明の一具体例であり、鉛蓄電池1の電槽2中には正極3、負極4、セパレーター5および希硫酸の電解液6が挿入されている。この電槽の上部から下部に達するパイプ7を設け、パイプ7はポンプ8を介して混合用貯槽9につながる。なおポンプ8は必ずしもパイプ7に直接接続されている必要は無く、電槽2内を陽圧にするか、あるいは貯槽9内を陰圧にすることによっても電解液6を電槽2から貯槽9へ移すことができる。貯槽9に移された電解液6は注入口10から加えられた添加剤と攪拌機11で混合されて均一な混合液となる。ここで必要に応じて混合液を所定の温度にヒーター(図示せず)等により加熱することができる。混合液は再びポンプ8等の移送手段によりパイプ7を介して電槽2に戻される。この後正極3と負極4を電源に接続して充放電を2ないし3回繰り返すことにより速やかに鉛蓄電池の電気容量と内部抵抗が新品と同程度に迄回復する。

0009

商用電力の貯蔵や潜水艦に用いられる大型の電池では通常数十個の電池を組み合わせて数百ボルトの電源として用いることが多く、これらの個々の電池に所定量の活性化剤を添加し、且つ個々の電池の温度を管理した状態で活性化するには、電解液の電槽からの抜き取り、添加剤の混合、電槽への混合液の再注入、充放電等の一連の操作を電子制御により自動的に行うのが好ましい。また各放電の際に、電流値と時間を積算して電池の電気容量(Ah)を自動測定するようにすると、添加剤の添加前と、添加後の活性化後の電池容量の差を2、3日で確認することができる。

発明の効果

0010

以上の説明から明らかな通り、本発明の活性化法では、大型の鉛蓄電池の活性化を極めて迅速に行うことが可能であり、例えば商用電源電力貯蔵電気自動車、潜水艦等の電池の再生用として好適な活性化法およびその装置を提供できるものである。

図面の簡単な説明

0011

図1本発明の鉛蓄電池の活性化法の一具体例の模式図である。

--

0012

1、鉛蓄電池2、電槽3、正極
4、負極 5、セパレーター6、電解液
7、パイプ8、ポンプ9、貯槽
10、注入口 11、攪拌機

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