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    • 专利摘要:

    公开号:WO1984001966A1
    申请号:PCT/JP1983/000409
    申请日:1983-11-11
    公开日:1984-05-24
    发明作者:Masahide Ichikawa
    申请人:Masahide Ichikawa；
    IPC主号:C23F1-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 技 術 分 野
    [0002] この発明は、 アルミ二ュ- 厶金属または、 アルミ二ュ- 厶合金を陰極材料として使 用した一次電池で、 特に多孔質化した陰極材料と力-ボンを用いた陽極材料との組合 せの電極を有し、 電解液に酸性液を使用した一次電池。
    [0003] 背 景 技 術
    [0004] 従来—次電池には亜鉛金属の亜鉛金属アマルガム化させたものを陰極材料とするか 、 あるいはリチュ-ム金属を陰極材料と したものが多かった。 その中でアルミニュ- 厶金属を陰極材料と して実用化された一次電池は、 いまだに市場に出されていない。
    [0005] 更に従来の陰 材料てある亜 。、金属ゃリチュ- ム金属を用いて大電力を発生させ得た —次電池は存在しなかった。 .
    [0006] 従来の方法では大電力、 すなわち大電流を—次電池て得るためには、 水銀を亜鉛材 料に塗りアマルガ厶化して陰極材料に使用しなければならない。 だが連続的に大電流 を取り出し始めると、 陰極材料特有の欠点てある不働態作用が発生する。 この現象が 発生すると電池と しての機能は直ちに停 itする。 このようにして一次電池の大電力を 発生させるためには、 陰極材料の材質を変える事により可能性を追求しなくてはなら ないと理解した。
    [0007] そこで、 理論的実験的思索によってアルミニュ- 厶金属または、 アルミニュ- ム合 金が陰極材料として理想的てあると判断した。 しかし従来の電解液ではアルミニュ- 厶金属または、 アルミ二ュ- 厶合金は機能を発揮しない。 しかるに、 これまで新規開 発され、 発表されたアルミ二ュ- 厶金属と空気を利用した一次電池用には、 アルカリ 電解液が使用されているが、 この方法では電極の自巳放電が激しいのて電池としての 実用性はない。
    [0008] ΟΜΡΙ
    [0009] W1PO -一 , '、' Λ· ノ かかる技術情況下において、 アルミニュ-ム金属または、 アルミ二ュ- ム合金を用 いた実用性の高い電池を発明したのである。 その; i ^は電解液を瞹1生とし、 特殊加工 により多孔質化したアルミニュ-ム金属を陰極材料としたところにある。
    [0010] 発 明 の 開 示
    [0011] 本発明は一次電池の電解液と陰極材料に特徴があり、 電解液はネ目反した性質を有す る液体からなる混合電解液て、 —つは不働態作用が生ずる酸性液で、 他の—つほ、 ィ ォン化作用の促進剤となる、 ハロゲン族の化仓物と水の混合液である。
    [0012] 陰極材料は特殊加工により多孔質化されたアルミニュ-厶金属、 またはアルミニュ - ム合金で、 その表面積はスポンジ状に多孔質化されたため実質的に増大されている 。 更に陽極材料には力- ボン電極を用い、 これら特殊電解液と、 多孔質状アルミニュ - 厶金属、 またはアルミニュ- 厶合金からなる陰極材料および、 力 - ボン場極材料の 組合せによる一次電池を開発させたのである。
    [0013] 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0014] 第一図は従来のアルマイ 卜製法の電解方式を示した図、 第二図は本発明の無電解方 式による多孔質状アルミニュ- ム金属、 またはアルミニュ- ム^^の製造方法。
    [0015] 第三図はアルミニュ- ム金属、 またはアルミニュ- ム合金を多孔質化する過程を示 した図。 第四図は本発明の電池て内容は多孔質状アル ミニュ- ム陰極と力- ポン電極 とを'場極とした構造て電解液には酸性液と、 イオン化反応の生ずる液を併用して用い たところの実施例図。
    [0016] 発明を実施するための最良の形態
    [0017] 本発明を詳細に記述するため以下添付図面に従つてこれを說明する。 第一図はアル ミニュ- 厶金属 （A1) を多孔質状にする従来から知られているアルマイ 卜処理の製造 方法を示した図で、 電解液は硫酸 (H2S04) と水 （Hつ 0) との混合液で最も簡単なェ ツチング方法である。 しかしこの製去は多孔質の穴は小さく、 また浅い穴しかあける
    [0018] OMPI ことしか出来ない。 しか 穴あきと同時に表面に厚いアルミ二ュ-厶酸化皮膜 （A1 2o3) が発生するので、 アル ミ二ュ- 厶陰極は不働態化し電池としての作用効杲は不 良である。 第二図はアルミ二'ュ- 厶金属またはアルミニュ-厶仓金を無電解液中て多 孔質状に変化させる方法であって、 電解液はなるべくアル ミニュ-厶陰極に対して不 働態作用を持つ酸性液 〈H )3)等と、 ィォン化作用の促進剤となるハロゲン族の化合 物 ( 01 · Na C1 · Mg 01∑ · Al G U ° i CIク · Pb 01 · H 01 · 0u 01 · ΝΗ Ι · P · H^ CI · NH4F等） との相反する性質を有する液体からなる混合液である。
    [0019] この両液の化学作用でアルミ二ュ- ム金属 （A1) またはアルミ二ュ- 厶合金の素材 表面に、 イオン化 ί乍用の 電池を発生させ、 化学作用でエッチング現象を連続的に 発生するので素材内部まで電解液が浸透し、 スポンジ状に穴をあけていくのである。 この過程を理論的に第二図で説明した。 第三図はアルミ二ュ- ム金属 (A1) または、 アル ミニュ- 厶合金を無電解で多孔質化する過程を示した図で、 更に詳しく説明する と、 アルミ二ュ- ム金属 （A1) または、 アルミニュ- ム合金は空気中に放置するかま たは、 水中に浸すと速やかに素材周囲に存在する酸素 （07) と結合し、 一種の絶縁体 の酸化膜を生じるのである。
    [0020] —般的に知られている方法てはアル力 溶液でのみ、 この絶緣状態の皮膜を化学的に 除去することがてきる。 しかしアルミ二ュ- ム金属 (A1) または、 アルミニュ- ム合 金はアルカ リ溶液中では多孔質化しないて溶解するた'けである。
    [0021] そこで本発明の特徴を詳しく次のように説明する， アルミ二ュ- ム金属 （A1) または 、 アルミ二ュ- ム合金からなる陰極材料を不働態ならしめる 酸性液、 すなわち硝 酸 (H 03) と同陰極材料のイオン化作用を活性化するためのハロゲン族の化合物、 お よび水 （Η„0)からなる混合液が本発明の多孔質状アルミニュ- ム金属 (A1) または、 アルミニュ- 厶合金製造のための電解液である。 第四図は本発明である多,孔質状アル ミニュ- 厶金属 （A1) または、 ァ Jレ ミニュー ム合金を陰極材料と した、 力 - ボン電極
    [0022] BURc 差換え 。 (σ)を陽極材料とした電池の具体実施例図である。 アルミ二ュ- 厶金属 （Μ) または 、 アルミ-ュ- 厶合金を陰極材料として何んら加工せず用いると、 実質有効表面積は 外観て見える表面部分だけなので、 電池としての電流密度が少ない。 陰極材料をスポ ンジ状多孔質化し実質有効表面積を増大させることが本発明の第一要件である。
    [0023] また電池の負荷が接続していない場合、 陰 材科がィォ、ノ化反応で消耗しないこと が電解液に関する第二の要件てある。
    [0024] 更に第三 ίϋの詳細な化学的説明は次の通リである。 図の右側に力- ポソ陽極 (σ) 左側にアルミ二ュ- ム陰極 （A1) その周囲に硝酸 （冊03) と食塩 Cra ci)及び水 （
    [0025] H，0)からなる混合溶液。 これらの両電極 に負荷を接続すると速やかに化学反応が生 じ電流が流れる。 陰極材料であるアルミニュ- ム金霉 (AI) または、 アルミニュ- 厶 合金は、 アルミニュ- ムィォン （ΑΓ )となつて前記電解液中に溶け込み始める。 同 時にアルミニュー ム （A1) 陰極はマイナスに; され生じ'たアルミ二ュ- ムイオン （ Al3+ )は直ちに塩素イオン （G1一） とィ匕合し塩化アルミ二ュ- ム （Al Gl3) となる。 更に両電極の周囲には別種の電解液である硝酸イオン （∞3— ) が存在し、 この強力 な酸化力でアルミ二ュ- ム陰極 (A1) の表面を、 一時的に酸化し不働態化する。 この 結果酸化膜が生じ、 化学反応が停止される。 しかし活性力のある塩素ィォン （G1— ) はその強力なイオン化作用力て酸化膜を破壊し、 アルミ二ュ- ム （A1) のイオン化を 再度促進する。 その結果アルミニュ- 厶陰極の表面はスポンジ状の穴が^数にあき、 さらに化学反応が進みアルミ二ュ- ム陰極 (A1) はスポンジ状多孔質化し陰極の実質 的表面積を増大させる。 この作用で起電流も増加し、 エネルキ-密度も上昇する。 一方陽極側の力- ボン電極 (C)は非金属なのでイオン化作用はなくむしろ触媒として の作用をして、 アルミ二ュ- ム陰極 (A1) 側よ り生ずる電子 （e—)が負荷を通じ陽極 側に流れるのて、 周囲の電解液中にある水素イオン （H T )は静電的に中和し、 水素原 子 （H+)に変り陽極表面よ り折出して行くのである。 更に水素原子は一原子と して不安定なのて水素原子同士と互いに共有結合をし、 水素 分子 _ (H2) として安定した形に展開されて行く。 この時別種の電解液てある硝酸ィォ ン （NOg)" は酸素原 0) I個を奪われ、 水分子 （ 0)に変換される。 このよ うな過程 を繰り返し、 連続的に電流を発生し、 電池を機能させることになる。 故にこのような ネ asする性質を有する二種類の溶液から成る電解液によってのみ、 アルミニュ- ム金 属 (A1) または、 アルミ二ュ-厶合金を陰極として使用する一次電池を機能させるこ とができる。 電解液中の塩化物と水との混合物の代りに海水 （Na 01)を利用してもよ し、。 しかるに硝酸 (HN0 の代りにも し硫酸 （H„S04)や塩酸 （H C1) を使用すると、 • 一時的に電気工ネルキ- は発生するがあまり性能は良く ない。 その原因は硝酸 (HN0 Jとは異なりアルミニュ- 厶陰殛の表面は多孔質化できないからである。
    [0026] 産業上利用可能性
    [0027] 上のように本発明の多孔質状アルミ二ュ- 厶金属または、 アルミ二ュ- ム合金は 、 一次電池の陰極材料として利用されるが、 これは、 一種の発電池であり、 大容量の 電気工ネルギ- を取り出すことが可能であるため、 現存する他のいかなる一次電池に はない重大な利用価値を有する。
    [0028] 一定量のアルミニュ- 厶金属を多孔質化することによって、 増大する金属面積を利 用す る。 例えば以下の具体例。
    [0029] 1。 電池用陰極材 2. ケミカルコンデンサ- の極板 3。 空冷用冷却体 4。 水 冷用冷却体 5. 気体ガス等のフィルタ- ό。 防音体吸音体 7。 液体ガス等の吸 着体 8。 その他
    [0030] 差換え
    权利要求:
    Claims ό 請 求 の 範 囲
    ( 1 ) アルミニュ- ム金属または、 アルミニュ- 厶合金素材を電解液で多孔質状に 変ィヒさせる方法であって、 化学作用で素材表面に局部電池を起こし、 ィォン化作用で ェッチング現象が生ずるようにして、 素ネオ内部まて電解液が浸透し、 スポンジ状に穴 をあけていく事を^ [としたアルミニュ-厶金属の多孔質状製造方法。
    ( 2 ) 上記 1 の多孔質状アルミ二ュ- ム金属または、 アルミ二ュ- ム合金を製造す るための電解液であり、 また多孔質状アルミ二ュ- 厶金属または、 アルミ二ュ-ム合 金を陰極材料と る一次電池用の電解液てあつてなるベく不働態作用ある酸性液と、 イオン化作用の促進剤となるハロゲン族化合物を水分に添加し、 混合した溶液である ことが;^の電解液。
    ( 3 ) 上記の多孔質状アルミニュ- 厶金属または、 アルミニュ- ム合金を陰極材料 とし、 また上記 2の電解液を用いる-次電池。
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-05-24| AK| Designated states|Designated state(s): AU BR DK FI NO SU US |
    1984-05-24| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): AT BE CH DE FR GB LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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