バイポーラー電池用プレートおよびバイポーラー電池
本発明は、特にバイポーラー電池（１０）用のプレート（２０）に関し、このプレート（２０）は、ベースグラファイト材料（２）、ベース材料（２）の第１の表面（４）に適用された正極活性物質（３）およびベース材料（２）の第１の表面にある反対の第２の表面（６）に適用された負極活性物質（５）を含むタイプであり、この正極活性物質（３）は、二酸化鉛、導電性カーボンファイバーおよびガラス微小球を含む組成物を有し、そしてこの負極活性物質（５）は、海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含む組成物を有する。本発明は、複数のプレート（２０）によって形成されたバイポーラー電池（１０）をさらに記載し、それぞれのプレート（２０）は、グラファイトベース材料（２）、ベース材料（２）の第１の表面（４）に適用された正極活性物質（３）およびベース材料（２）の第１の表面（４）と反対にある第２の表面（６）に適用された負極活性物質（５）を含み、複数のプレート（２０）の正極活性物質（３）は、二酸化鉛、導電性カーボンファイバーおよびガラス微小球を含む組成物を有し、そして複数のプレート（２０）の負極活性物質（５）は、海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含む組成物を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、バイポーラー電池上で使用されるプレートに関し、このプレートは、グラファイトコアを含む複合材料のベース材料を含み、そして、反応表面積を拡大することができる添加物を含む、かなりな層の正極活性物質および負極活性物質を有する。本発明はさらに、複数のこれらのプレートによって形成され、そして従来技術で公知である類似の電池に対してより大きな出力を示す、バイポーラー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラー電池において、１枚の同じプレートが、すぐ前のプレートの正極面と相互作用する負極面、およびすぐ次のプレートの負極面と相互作用する正極の反対面を有するように、分配プレート（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ）は相互に対して平行かつ連続して並べられており、「サンドイッチ」型の構造で積み重なったセルを形成する。セル中の電極の片側または片面がアノードとして機能し、そして次のセル中のこの同じ電極の反対側または反対面がカソードとして機能するので、これらのプレートはまた二重電極として知られている。アノードおよびカソードの面は、電子伝導体によって分離されている。
【０００３】
鉛酸電池によって、鉛から誘導され、そして硫酸溶液からなる電解質中に並べられた活性物質を含むアノードおよびカソードを含む、バイポーラーであることができるか、またはできない電池と理解される。帯電すると、この正極板またはアノードは、活性物としての酸化鉛（ＰｂＯ）を含み、酸化鉛を二酸化鉛（ＰｂＯ２）に転化させる。概して、この活性物は、合金鉛でできた金属グリッド上に固定される。負極プレートまたはカソードは、活性物として、酸化鉛（ＰｂＯ）および膨張剤（ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ａｇｅｎｔ）を含み、酸化鉛を海綿状（ｓｐｏｎｇｙ）鉛（Ｐｂ）に転化させる。この活性物はまた、合金鉛の金属グリッド上に固定されている。
【０００４】
鉛酸電池のプレートは、低オーム抵抗、微小孔性であり、そして酸で満たされた場合に良好なイオン伝導性を有する電子絶縁材料で製造されたセパレーターとして機能する多孔質材料によって分離されている。このセパレーターの目的は、短絡を許容せず、そして同時にプレート間の最小間隔を保つことに加えて、素子の最小内部抵抗およびプレート間の距離を減少させることである、セパレーターは、直接の接触を防ぐプレート（アノードおよびカソード）の間に位置する。プレートが浸けられている電解溶液は、蒸留水または脱塩水で希釈された硫酸の溶液から成る。
【０００５】
バイポーラー鉛酸電池は、既に従来技術から公知であり、そしてより経済的な様式で、より鉛を使用しないで、より軽い電池を得、そして同時に、電池による大きなエネルギー密度および寿命を提供する目的で、この電池を構成するプレートまたは電極について多くの研究がなされてきた。
【０００６】
文献ＰＩ８３０５９５７および文献ＰＩ８３０５９６１は、上記の例を示す。これらの文献は、鉛酸タイプの電池が、積み重なって、交互に並べられかつセパレーター材を挿入された正極板および負極板を含むことを記載する。この電池を構成する電極素子は、正極活性物質または負極活性物質を有する連続的で、かつ鉛または鉛合金でできた、離間したグリッドで形成されている。これらの電極は、積層加工した構造を形成するように、相互に積み重なった薄い鉛のプレートからなる。この場合は、プレートの重量および電池の製造コストを低下させない複数の鉛プレートで形成されているが、このプレートは、さらに純粋な鉛できている。
【０００７】
プレートまたは電極の組成を変更して、文献米国特許第５、５３２、０８３号明細書は、複数の配向されたカーボンファイバーを含むポリマー材料でできた電池の電極を記載する。このタイプの電極の構成の目的は、より大きな可撓性を達成することである。
【０００８】
文献米国特許第５、６４３、６９６号明細書は、鉛酸タイプのバイポーラー電池中で使用される、より軽いコアを有する電池プレートに関する。この場合は、このプレートコアは、好ましくはアルミニウムでできており、一方、このプレートコアにはまた、チタン、スチール、スチール合金、マグネシウムまたは亜鉛を使用できる。次に、このタイプの他の電池におけるように、このコアを負極活性物質および正極活性物質で被覆する。この場合の目的は、より軽い材料でできたコアによりプレートの重量を減少させることであるが、しかし、プレートに適用された活性物質の低出力が観察される。
【０００９】
文献米国特許出願公開第２００４/００７２０７４号明細書はまた、鉛酸タイプの電池において使用される電極を記載し、孔のないポリマーマトリックス中に製造されており、そしてこのマトリックスの表面のいくつかが、正極活性物質および負極活性物質で被覆されている。この場合、目的は、酸化の発生なしに非常に薄い電極を得ることである。
【００１０】
文献米国特許第４、２７５、１３０号明細書において、バイポーラー電池の構成が記載されている。プレートは、積み重ねを形成するように、平行かつ圧迫されて並べられており、そしてこの発明の目的は、必要な伝導度に好適で、かつ腐食に耐性のある抵抗材料の薄くかつより軽いプレートを得ることである。この目的のために、好ましくは５０ｗｔ％の比で、その上に導電性グラファイトファイバーが加えられた主基材として樹脂を含むプレートの組成物が記載される。正極（ＰｂＯ２）および負極（Ｐｂ）活性物質が、この基材の上に適用される。
【００１１】
より軽く、かつ抵抗性のプレートまたは電極の開発をさらに継続して、文献米国特許第７、１０５、２５２号明細書は、活性物質の適用の前に炭素膜の薄層で被覆された電極を開示する。炭素膜の機能は、腐食を低下させることである。他方では、先の文献と同じ出願人である、文献国際公開第２００５/０９６４１８号パンフレットおよび国際公開第２００６/１０５１８８号パンフレットは、カーボンファイバーであることができる導電性粒子を有するポリマー材料の基材で形成された電極を含むバイポーラー電池に関する。
【００１２】
文献欧州特許第１.５０６.５８５号明細書は、熱可塑性材料上で補強した炭素繊維を用いて製造されたバイポーラー電池プレートを参照する。これらのプレートのベースは、より軽く、かつ耐性のあるプレートを得る同じ目的のために、グラファイトでできており、そして熱可塑性である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記に引用した先行技術文献は、そのいくつかが鉛酸タイプのバイポーラー電池を構成するプレートまたは電極の組み立てにおいて有意義である開発を記載するが、これらの文献中に記載された全てのプレートは、高い放電電流、つまり、短期間の機能のための非常に高い出力および当初の高い放電ピークにおける使用するためのものである。これらの特徴は、非常に低い放電電流である場合、つまり、低出力が必要とされる場合、これらの電池の性能を制限する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、バイポーラー電池用のプレートまたは電極を提供することを目的とし、これらのプレートまたは電極は、伝導度を増加させるため、したがって、反応表面積およびまた、これらの活性物質の反応出力を高めるための添加物を添加した、正極活性物質および負極活性物質を含む。
【００１５】
本発明の目的はまた、プレートまたは電極によって形成されたバイポーラー電池を提供することであり、従来の鉛グリッドを除き、正極活性物質および負極活性物質を有し、添加物を加えてあり、長い放電において、３８Ｗｈ/ｋｇ程度のエネルギー密度を有する従来の電池と比較して、太陽/光起電性システムにおける適用のための必須の特徴である、６０Ｗｈ/ｋｇ程度の、より大きなエネルギー容量および密度を提供する。
【００１６】
本発明の目的は、特に、バイポーラー電池１０用のプレート２０であり、このプレート２０は、ベース材料２、ベース材料２の第１の表面４に適用された正極活性物質３および第１の表面４と反対にあるベース材料２の第２の表面６に適用された負極物質５を含むタイプであり、このベース材料２は、その組成物中にグラファイトを含み、この正極活性物質３は、その組成中に、二酸化鉛、カーボンファイバーおよびガラス微小球を含み、そしてこの負極物質５は、その組成物中に、海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含む。
【００１７】
本発明の更なる目的は、複数のプレート２０により形成されたバイポーラー電池であり、それぞれのプレート２０は、ベース材料２、ベース材料２の第１の表面４に適用された正極活性物質３および第１の表面４と反対にあるベース材料２の第２の表面６に適用された負極活性物質５を含み、バイポーラー電池１０のプレート２０のベース材料は、その構成中にグラファイトを含み、正極活性物質３は、二酸化鉛、カーボンファイバーおよびガラス微小球を含み、そして負極活性物質５は、その構成中に海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は、図中に表わされた態様を参照してより詳細に記載されるであろう。図は以下を示す：
【図１】図１は、本発明の目的である、バイポーラー電池１０の側面図であり；
【図２】図２は、本発明の目的であるバイポーラー電池用プレート２０または電極の断面詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
好ましい態様により、そして図２に示すように、本発明のプレート２０の物体は、図１に具体的に説明するように、特にバイポーラー電池１０上で使用される。この目的のために、プレート２０は、グラファイトフィラーおよび添加物によって形成されたベース複合組成物を構成するベース材料２を含む。グラファイトフィラーは、５〜７μｍのサイズを有する薄く丸い粒子、および７０〜８０μｍのサイズを有する粗く丸い粒子により形成されている。この薄く丸い粒子は、グラファイトフィラーの全重量の３０％に等しい量で存在し、残りは、粗く丸い粒子により形成されている。薄く丸い粒子：粗く丸い粒子は、サイズで、１：１０〜１：１５の比を常に保つことが好ましいことを指摘することは重要である。グラファイトおよび添加物に加えて、このベース材料２は、０.３〜１１ｗｔ％の量のカーボンナノチューブをさらに有する。このカーボンナノチューブの添加は、機械的強度および電気伝導度を、驚くほど向上させかつ均一にすることを可能にする。このベース材料は、２００６年１１月６日に出願された特許文献Ｐｌ０６０４７６８−８の目的であり、そしてその特徴の全てを本明細書中で参照し、そして取り込む。
【００２０】
ベース材料２組成物は、導電性材料でできた軽い重量で、かつ腐食にかなり耐性があるプレート２０を得ることを可能にし、そしてこれは、プレート２０が、酸性電解溶液中に浸されるので、重要な因子である。
【００２１】
このベース材料２は、並置（ｊｕｘｔａｐｏｓｉｔｉｏｎ）、射出（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）または堆積プロセスを通じて作ることができる、鉛または鉛合金被膜１５を有する。鉛または鉛合金を用いたベース材料２の被覆プロセスが、並置または射出によって行われる場合、鉛または鉛合金の層は、少なくとも５０マイクロメートル厚および最大限で５００マイクロメートル厚であることが好ましい。鉛または鉛合金を用いたベース材料２の被膜プロセスが、堆積を通じて行われる場合、鉛または鉛合金の層は、負極側上で少なくとも４０マイクロメートル厚、そして正極側上で最大限で３００マイクロメートル厚であることが好ましい。
【００２２】
ベース材料２上で、プレート２０の第１の表面４の上に、二酸化鉛（ＰｂＯ２）、導電性カーボンファイバーおよびガラス微小球の組成物を含む正極活性物質３を適用する。さらに、ベース材料２上で、プレート２０の第２の表面６上に、海綿状鉛（Ｐｂ）、グラファイト添加物およびガラス微小球の組成物を含む負極活性物質５を適用する。第２の表面６は、同じプレート２０において第１の表面４と反対である。
【００２３】
正極活性物質３および負極活性物質５は、３〜１５ｍｍの範囲の厚さを構成する。
【００２４】
ガラス微小球は、正極物質３および負極物質５のこれらの材料の組成物の孔を開き続ける機能を有する、正極活性物質３の組成物および負極活性物質５の組成物に加えられる添加物を表わす。従って、他の添加物とともに、伝導度が増加し、したがって、電解溶液中のこれらの活性物質の反応は、プレート２０によって形成されたバイポーラー電池の出力を４０％（文献中に記載されたように）〜６０％増加させる。
【００２５】
また、本発明の目的であるバイポーラー電池１０は、先に規定した特徴を有し、そして相互に平行かつ連続して位置し、通常の分離膜により分離された複数のプレート２０により形成されている。
【００２６】
プレート２０は、先に記載した特徴を含み、そして既に記載したように、伝導度の増加および正極活性物質３および負極活性物質５の反応表面の増加により、バイポーラー電池の出力において４０％（文献に記載したように）〜６０％の増加をもたらす。
【００２７】
これらのプレート２０は、ｄ＝１２５０〜１３１０ｇ/ｃｍ３の範囲にある希硫酸によって形成された電解質中に浸される。
【００２８】
従来技術から公知のバイポーラー電池は、概して、高い放電電流の電池、つまり、短い期間の機能の、いわば当初で非常に高い出力であることを指摘する。公知のバイポーラー電池の場合、この電池は、出力および電流のピークで機能する。
【００２９】
本発明の目的のバイポーラー電池１０は、非常に低い放電電流におけるその最高性能を意味する光起電システムにおける使用のための好適な組み立てを含む。このように、据置型電池を特徴付ける低くかつ一定の出力を、当初ピークなしで達成する。バイポーラー電池１０において、プレート２０は、同じプレートがすぐ前のプレートの正極面と相互作用する負極面およびすぐ後ろのプレートの負極面と相互作用するその反対の正極面を有するように、相互に対して平行かつ連続して並べられており、そして「サンドイッチ」型の組み立てで積み重ねを形成するようにコンパクトになっている。
【００３０】
バイポーラー電池１０はまた、その機能が正極活性物質３と負極活性物質５との間の絶縁を提供すること、ならびに電解質の希硫酸を蓄積し、そして正極板から負極板にくる酸素を伝導することである、ＡＧＭ（吸収性ガラスマット）と呼ばれる、繊維マット７を含む。プレート２０を絶縁し、そしてプレート中および正極活性物質３および負極活性物質５中で内部的に生成された酸素と水素との混合物の出口を封止する目的で、Ｏリング形のシーリング接合（図示されていない）は、プレート２０の第２の表面６近傍に位置する。
【００３１】
２種のプラスチックボード１Ａおよび１Ｂは、プレート２０に加えられ、ボード１Ａは、プレート２０の第１の表面４に固定され、そしてボード１Ｂは、プレート２０の第２の表面６に固定される。このボード１Ａは上の表面上に２つの内径を有し、１つは、安全弁１３であり、そしてもう一方１４は、活性化プロセスの後で閉じられるであろう電解質を注ぐ工程を促進するためである。
【００３２】
鉛または鉛合金被膜はまた、第１の表面４および第２の表面６上のベース材料２に加えられる。
【００３３】
図１に具体的に説明したように、バイポーラー電池１０は、電池１０の正極および負極からなる電気端子１１および１２、および電池１０の内部圧力機器からなる安全弁１３を有する。電池１０は、好ましくはそれぞれのプレート２０に対し安全弁１３を含み、従ってより大きな安全を保証する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、バイポーラー電池上で使用されるプレートに関し、このプレートは、グラファイトコアを含む複合材料のベース材料を含み、そして、反応表面積を拡大することができる添加物を含む、かなりな層の正極活性物質および負極活性物質を有する。本発明はさらに、複数のこれらのプレートによって形成され、そして従来技術で公知である類似の電池に対してより大きな出力を示す、バイポーラー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラー電池において、１枚の同じプレートが、すぐ前のプレートの正極面と相互作用する負極面、およびすぐ次のプレートの負極面と相互作用する正極の反対面を有するように、分配プレート（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ）は相互に対して平行かつ連続して並べられており、「サンドイッチ」型の構造で積み重なったセルを形成する。セル中の電極の片側または片面がアノードとして機能し、そして次のセル中のこの同じ電極の反対側または反対面がカソードとして機能するので、これらのプレートはまた二重電極として知られている。アノードおよびカソードの面は、電子伝導体によって分離されている。
【０００３】
鉛酸電池によって、鉛から誘導され、そして硫酸溶液からなる電解質中に並べられた活性物質を含むアノードおよびカソードを含む、バイポーラーであることができるか、またはできない電池と理解される。帯電すると、この正極板またはアノードは、活性物としての酸化鉛（ＰｂＯ）を含み、酸化鉛を二酸化鉛（ＰｂＯ２）に転化させる。概して、この活性物は、合金鉛でできた金属グリッド上に固定される。負極プレートまたはカソードは、活性物として、酸化鉛（ＰｂＯ）および膨張剤（ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ａｇｅｎｔ）を含み、酸化鉛を海綿状（ｓｐｏｎｇｙ）鉛（Ｐｂ）に転化させる。この活性物はまた、合金鉛の金属グリッド上に固定されている。
【０００４】
鉛酸電池のプレートは、低オーム抵抗、微小孔性であり、そして酸で満たされた場合に良好なイオン伝導性を有する電子絶縁材料で製造されたセパレーターとして機能する多孔質材料によって分離されている。このセパレーターの目的は、短絡を許容せず、そして同時にプレート間の最小間隔を保つことに加えて、素子の最小内部抵抗およびプレート間の距離を減少させることである、セパレーターは、直接の接触を防ぐプレート（アノードおよびカソード）の間に位置する。プレートが浸けられている電解溶液は、蒸留水または脱塩水で希釈された硫酸の溶液から成る。
【０００５】
バイポーラー鉛酸電池は、既に従来技術から公知であり、そしてより経済的な様式で、より鉛を使用しないで、より軽い電池を得、そして同時に、電池による大きなエネルギー密度および寿命を提供する目的で、この電池を構成するプレートまたは電極について多くの研究がなされてきた。
【０００６】
文献ＰＩ８３０５９５７および文献ＰＩ８３０５９６１は、上記の例を示す。これらの文献は、鉛酸タイプの電池が、積み重なって、交互に並べられかつセパレーター材を挿入された正極板および負極板を含むことを記載する。この電池を構成する電極素子は、正極活性物質または負極活性物質を有する連続的で、かつ鉛または鉛合金でできた、離間したグリッドで形成されている。これらの電極は、積層加工した構造を形成するように、相互に積み重なった薄い鉛のプレートからなる。この場合は、プレートの重量および電池の製造コストを低下させない複数の鉛プレートで形成されているが、このプレートは、さらに純粋な鉛できている。
【０００７】
プレートまたは電極の組成を変更して、文献米国特許第５、５３２、０８３号明細書は、複数の配向されたカーボンファイバーを含むポリマー材料でできた電池の電極を記載する。このタイプの電極の構成の目的は、より大きな可撓性を達成することである。
【０００８】
文献米国特許第５、６４３、６９６号明細書は、鉛酸タイプのバイポーラー電池中で使用される、より軽いコアを有する電池プレートに関する。この場合は、このプレートコアは、好ましくはアルミニウムでできており、一方、このプレートコアにはまた、チタン、スチール、スチール合金、マグネシウムまたは亜鉛を使用できる。次に、このタイプの他の電池におけるように、このコアを負極活性物質および正極活性物質で被覆する。この場合の目的は、より軽い材料でできたコアによりプレートの重量を減少させることであるが、しかし、プレートに適用された活性物質の低出力が観察される。
【０００９】
文献米国特許出願公開第２００４/００７２０７４号明細書はまた、鉛酸タイプの電池において使用される電極を記載し、孔のないポリマーマトリックス中に製造されており、そしてこのマトリックスの表面のいくつかが、正極活性物質および負極活性物質で被覆されている。この場合、目的は、酸化の発生なしに非常に薄い電極を得ることである。
【００１０】
文献米国特許第４、２７５、１３０号明細書において、バイポーラー電池の構成が記載されている。プレートは、積み重ねを形成するように、平行かつ圧迫されて並べられており、そしてこの発明の目的は、必要な伝導度に好適で、かつ腐食に耐性のある抵抗材料の薄くかつより軽いプレートを得ることである。この目的のために、好ましくは５０ｗｔ％の比で、その上に導電性グラファイトファイバーが加えられた主基材として樹脂を含むプレートの組成物が記載される。正極（ＰｂＯ２）および負極（Ｐｂ）活性物質が、この基材の上に適用される。
【００１１】
より軽く、かつ抵抗性のプレートまたは電極の開発をさらに継続して、文献米国特許第７、１０５、２５２号明細書は、活性物質の適用の前に炭素膜の薄層で被覆された電極を開示する。炭素膜の機能は、腐食を低下させることである。他方では、先の文献と同じ出願人である、文献国際公開第２００５/０９６４１８号パンフレットおよび国際公開第２００６/１０５１８８号パンフレットは、カーボンファイバーであることができる導電性粒子を有するポリマー材料の基材で形成された電極を含むバイポーラー電池に関する。
【００１２】
文献欧州特許第１.５０６.５８５号明細書は、熱可塑性材料上で補強した炭素繊維を用いて製造されたバイポーラー電池プレートを参照する。これらのプレートのベースは、より軽く、かつ耐性のあるプレートを得る同じ目的のために、グラファイトでできており、そして熱可塑性である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記に引用した先行技術文献は、そのいくつかが鉛酸タイプのバイポーラー電池を構成するプレートまたは電極の組み立てにおいて有意義である開発を記載するが、これらの文献中に記載された全てのプレートは、高い放電電流、つまり、短期間の機能のための非常に高い出力および当初の高い放電ピークにおける使用するためのものである。これらの特徴は、非常に低い放電電流である場合、つまり、低出力が必要とされる場合、これらの電池の性能を制限する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、バイポーラー電池用のプレートまたは電極を提供することを目的とし、これらのプレートまたは電極は、伝導度を増加させるため、したがって、反応表面積およびまた、これらの活性物質の反応出力を高めるための添加物を添加した、正極活性物質および負極活性物質を含む。
【００１５】
本発明の目的はまた、プレートまたは電極によって形成されたバイポーラー電池を提供することであり、従来の鉛グリッドを除き、正極活性物質および負極活性物質を有し、添加物を加えてあり、長い放電において、３８Ｗｈ/ｋｇ程度のエネルギー密度を有する従来の電池と比較して、太陽/光起電性システムにおける適用のための必須の特徴である、６０Ｗｈ/ｋｇ程度の、より大きなエネルギー容量および密度を提供する。
【００１６】
本発明の目的は、特に、バイポーラー電池１０用のプレート２０であり、このプレート２０は、ベース材料２、ベース材料２の第１の表面４に適用された正極活性物質３および第１の表面４と反対にあるベース材料２の第２の表面６に適用された負極物質５を含むタイプであり、このベース材料２は、その組成物中にグラファイトを含み、この正極活性物質３は、その組成中に、二酸化鉛、カーボンファイバーおよびガラス微小球を含み、そしてこの負極物質５は、その組成物中に、海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含む。
【００１７】
本発明の更なる目的は、複数のプレート２０により形成されたバイポーラー電池であり、それぞれのプレート２０は、ベース材料２、ベース材料２の第１の表面４に適用された正極活性物質３および第１の表面４と反対にあるベース材料２の第２の表面６に適用された負極活性物質５を含み、バイポーラー電池１０のプレート２０のベース材料は、その構成中にグラファイトを含み、正極活性物質３は、二酸化鉛、カーボンファイバーおよびガラス微小球を含み、そして負極活性物質５は、その構成中に海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は、図中に表わされた態様を参照してより詳細に記載されるであろう。図は以下を示す：
【図１】図１は、本発明の目的である、バイポーラー電池１０の側面図であり；
【図２】図２は、本発明の目的であるバイポーラー電池用プレート２０または電極の断面詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
好ましい態様により、そして図２に示すように、本発明のプレート２０の物体は、図１に具体的に説明するように、特にバイポーラー電池１０上で使用される。この目的のために、プレート２０は、グラファイトフィラーおよび添加物によって形成されたベース複合組成物を構成するベース材料２を含む。グラファイトフィラーは、５〜７μｍのサイズを有する薄く丸い粒子、および７０〜８０μｍのサイズを有する粗く丸い粒子により形成されている。この薄く丸い粒子は、グラファイトフィラーの全重量の３０％に等しい量で存在し、残りは、粗く丸い粒子により形成されている。薄く丸い粒子：粗く丸い粒子は、サイズで、１：１０〜１：１５の比を常に保つことが好ましいことを指摘することは重要である。グラファイトおよび添加物に加えて、このベース材料２は、０.３〜１１ｗｔ％の量のカーボンナノチューブをさらに有する。このカーボンナノチューブの添加は、機械的強度および電気伝導度を、驚くほど向上させかつ均一にすることを可能にする。このベース材料は、２００６年１１月６日に出願された特許文献Ｐｌ０６０４７６８−８の目的であり、そしてその特徴の全てを本明細書中で参照し、そして取り込む。
【００２０】
ベース材料２組成物は、導電性材料でできた軽い重量で、かつ腐食にかなり耐性があるプレート２０を得ることを可能にし、そしてこれは、プレート２０が、酸性電解溶液中に浸されるので、重要な因子である。
【００２１】
このベース材料２は、並置（ｊｕｘｔａｐｏｓｉｔｉｏｎ）、射出（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）または堆積プロセスを通じて作ることができる、鉛または鉛合金被膜１５を有する。鉛または鉛合金を用いたベース材料２の被覆プロセスが、並置または射出によって行われる場合、鉛または鉛合金の層は、少なくとも５０マイクロメートル厚および最大限で５００マイクロメートル厚であることが好ましい。鉛または鉛合金を用いたベース材料２の被膜プロセスが、堆積を通じて行われる場合、鉛または鉛合金の層は、負極側上で少なくとも４０マイクロメートル厚、そして正極側上で最大限で３００マイクロメートル厚であることが好ましい。
【００２２】
ベース材料２上で、プレート２０の第１の表面４の上に、二酸化鉛（ＰｂＯ２）、導電性カーボンファイバーおよびガラス微小球の組成物を含む正極活性物質３を適用する。さらに、ベース材料２上で、プレート２０の第２の表面６上に、海綿状鉛（Ｐｂ）、グラファイト添加物およびガラス微小球の組成物を含む負極活性物質５を適用する。第２の表面６は、同じプレート２０において第１の表面４と反対である。
【００２３】
正極活性物質３および負極活性物質５は、３〜１５ｍｍの範囲の厚さを構成する。
【００２４】
ガラス微小球は、正極物質３および負極物質５のこれらの材料の組成物の孔を開き続ける機能を有する、正極活性物質３の組成物および負極活性物質５の組成物に加えられる添加物を表わす。従って、他の添加物とともに、伝導度が増加し、したがって、電解溶液中のこれらの活性物質の反応は、プレート２０によって形成されたバイポーラー電池の出力を４０％（文献中に記載されたように）〜６０％増加させる。
【００２５】
また、本発明の目的であるバイポーラー電池１０は、先に規定した特徴を有し、そして相互に平行かつ連続して位置し、通常の分離膜により分離された複数のプレート２０により形成されている。
【００２６】
プレート２０は、先に記載した特徴を含み、そして既に記載したように、伝導度の増加および正極活性物質３および負極活性物質５の反応表面の増加により、バイポーラー電池の出力において４０％（文献に記載したように）〜６０％の増加をもたらす。
【００２７】
これらのプレート２０は、ｄ＝１２５０〜１３１０ｇ/ｃｍ３の範囲にある希硫酸によって形成された電解質中に浸される。
【００２８】
従来技術から公知のバイポーラー電池は、概して、高い放電電流の電池、つまり、短い期間の機能の、いわば当初で非常に高い出力であることを指摘する。公知のバイポーラー電池の場合、この電池は、出力および電流のピークで機能する。
【００２９】
本発明の目的のバイポーラー電池１０は、非常に低い放電電流におけるその最高性能を意味する光起電システムにおける使用のための好適な組み立てを含む。このように、据置型電池を特徴付ける低くかつ一定の出力を、当初ピークなしで達成する。バイポーラー電池１０において、プレート２０は、同じプレートがすぐ前のプレートの正極面と相互作用する負極面およびすぐ後ろのプレートの負極面と相互作用するその反対の正極面を有するように、相互に対して平行かつ連続して並べられており、そして「サンドイッチ」型の組み立てで積み重ねを形成するようにコンパクトになっている。
【００３０】
バイポーラー電池１０はまた、その機能が正極活性物質３と負極活性物質５との間の絶縁を提供すること、ならびに電解質の希硫酸を蓄積し、そして正極板から負極板にくる酸素を伝導することである、ＡＧＭ（吸収性ガラスマット）と呼ばれる、繊維マット７を含む。プレート２０を絶縁し、そしてプレート中および正極活性物質３および負極活性物質５中で内部的に生成された酸素と水素との混合物の出口を封止する目的で、Ｏリング形のシーリング接合（図示されていない）は、プレート２０の第２の表面６近傍に位置する。
【００３１】
２種のプラスチックボード１Ａおよび１Ｂは、プレート２０に加えられ、ボード１Ａは、プレート２０の第１の表面４に固定され、そしてボード１Ｂは、プレート２０の第２の表面６に固定される。このボード１Ａは上の表面上に２つの内径を有し、１つは、安全弁１３であり、そしてもう一方１４は、活性化プロセスの後で閉じられるであろう電解質を注ぐ工程を促進するためである。
【００３２】
鉛または鉛合金被膜はまた、第１の表面４および第２の表面６上のベース材料２に加えられる。
【００３３】
図１に具体的に説明したように、バイポーラー電池１０は、電池１０の正極および負極からなる電気端子１１および１２、および電池１０の内部圧力機器からなる安全弁１３を有する。電池１０は、好ましくはそれぞれのプレート２０に対し安全弁１３を含み、従ってより大きな安全を保証する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート（２０）が、ベース材料（２）、該ベース材料（２）の第１の表面（４）に適用された正極活性物質（３）および該ベース材料（２）の該第１の表面（４）と反対にある第２の表面（６）に適用された負極活性物質（５）を含むタイプである、特にバイポーラー電池（１０）用の、プレート（２０）であって、該ベース材料（２）がその構成中にグラファイトを含み、該正極活性物質（３）がその組成物中に二酸化鉛、カーボンファイバーおよびガラス微小球を含み、そして該負極物質（５）がその組成物中に海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含むことにより、該プレート（２０）が特徴付けられる、プレート（２０）。
【請求項２】
該ベース材料（２）が、鉛または鉛合金を用いて被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載のプレート（２０）。
【請求項３】
該鉛または鉛合金被膜が、並置または射出プロセスによって適用されることを特徴とする。請求項２に記載のプレート（２０）。
【請求項４】
該鉛または鉛合金被膜が、５０マイクロメートルの最小厚さおよび５００マイクロメートルの最大厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載のプレート（２０）。
【請求項５】
該鉛または鉛合金被膜が、堆積プロセスによって適用されることを特徴とする、請求項２に記載のプレート（２０）。
【請求項６】
該鉛または鉛合金被膜が、該負極側上で、４０マイクロメートルの最小厚さ、および該正極側上で、３００マイクロメートルの最小厚さを有することを特徴とする、請求項５に記載のプレート（２０）。
【請求項７】
該正極活性物質（３）および該負極活性物質（５）が、３〜１５ｍｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプレート（２０）。
【請求項８】
それぞれのプレート（２０）が、ベース材料（２）、該ベース材料（２）の第１の表面（４）上に適用された正極活性物質（３）および該第１の表面（４）と反対にある該ベース材料（２）の第２の表面（６）に適用された負極活性物質（５）を含んで成る、複数のプレート（２０）によって形成されたバイポーラー電池（１０）であって、該プレート（２０）の該ベース材料がグラファイトを含み、該正極活性物質（３）が二酸化鉛、カーボンファイバーおよびガラス微小球を含み、そして該負極活性物質（５）が海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含むことにより、該バイポーラー電池（１０）が特徴付けられる、バイポーラー電池（１０）。
【請求項９】
該電池を構成する該プレート（２０）の該ベース材料（２）が、鉛または鉛合金で被覆されていることを特徴とする、請求項８に記載のバイポーラー電池。
【請求項１０】
該鉛または鉛合金被膜が、並置または射出プロセスによって、製造されることを特徴とする、請求項９に記載のバイポーラー電池。
【請求項１１】
該鉛または鉛合金被膜が、５００マイクロメートルの最小厚さおよび５０マイクロメートルの最大厚さを有することを特徴とする、請求項１０に記載のバイポーラー電池。
【請求項１２】
該鉛または鉛合金被膜が、堆積プロセスによって製造されることを特徴とする、請求項９に記載のバイポーラー電池。
【請求項１３】
該鉛または鉛合金被膜が、該負極側で４０マイクロメートルの最小厚さおよび該正極側で３００の最大厚さを有することを特徴とする、請求項１２に記載のバイポーラー電池。
【請求項１４】
該複数のプレート（２０）の該正極活性物質（３）および該負極活性物質（５）が、３〜１５ｍｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか一項に記載のバイポーラー電池。
【請求項１５】
該プレート（２０）が、相互に平行かつ連続して並べられ、そして積み重ねを形成するようにコンパクトになっていることを特徴とする、請求項８〜１４のいずれか一項に記載のバイポーラー電池。
【請求項１】
プレート（２０）が、ベース材料（２）、該ベース材料（２）の第１の表面（４）に適用された正極活性物質（３）および該ベース材料（２）の該第１の表面（４）と反対にある第２の表面（６）に適用された負極活性物質（５）を含むタイプである、特にバイポーラー電池（１０）用の、プレート（２０）であって、該ベース材料（２）がその構成中にグラファイトを含み、該正極活性物質（３）がその組成物中に二酸化鉛、カーボンファイバーおよびガラス微小球を含み、そして該負極物質（５）がその組成物中に海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含むことにより、該プレート（２０）が特徴付けられる、プレート（２０）。
【請求項２】
該ベース材料（２）が、鉛または鉛合金を用いて被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載のプレート（２０）。
【請求項３】
該鉛または鉛合金被膜が、並置または射出プロセスによって適用されることを特徴とする。請求項２に記載のプレート（２０）。
【請求項４】
該鉛または鉛合金被膜が、５０マイクロメートルの最小厚さおよび５００マイクロメートルの最大厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載のプレート（２０）。
【請求項５】
該鉛または鉛合金被膜が、堆積プロセスによって適用されることを特徴とする、請求項２に記載のプレート（２０）。
【請求項６】
該鉛または鉛合金被膜が、該負極側上で、４０マイクロメートルの最小厚さ、および該正極側上で、３００マイクロメートルの最小厚さを有することを特徴とする、請求項５に記載のプレート（２０）。
【請求項７】
該正極活性物質（３）および該負極活性物質（５）が、３〜１５ｍｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプレート（２０）。
【請求項８】
それぞれのプレート（２０）が、ベース材料（２）、該ベース材料（２）の第１の表面（４）上に適用された正極活性物質（３）および該第１の表面（４）と反対にある該ベース材料（２）の第２の表面（６）に適用された負極活性物質（５）を含んで成る、複数のプレート（２０）によって形成されたバイポーラー電池（１０）であって、該プレート（２０）の該ベース材料がグラファイトを含み、該正極活性物質（３）が二酸化鉛、カーボンファイバーおよびガラス微小球を含み、そして該負極活性物質（５）が海綿状鉛、グラファイト添加物およびガラス微小球を含むことにより、該バイポーラー電池（１０）が特徴付けられる、バイポーラー電池（１０）。
【請求項９】
該電池を構成する該プレート（２０）の該ベース材料（２）が、鉛または鉛合金で被覆されていることを特徴とする、請求項８に記載のバイポーラー電池。
【請求項１０】
該鉛または鉛合金被膜が、並置または射出プロセスによって、製造されることを特徴とする、請求項９に記載のバイポーラー電池。
【請求項１１】
該鉛または鉛合金被膜が、５００マイクロメートルの最小厚さおよび５０マイクロメートルの最大厚さを有することを特徴とする、請求項１０に記載のバイポーラー電池。
【請求項１２】
該鉛または鉛合金被膜が、堆積プロセスによって製造されることを特徴とする、請求項９に記載のバイポーラー電池。
【請求項１３】
該鉛または鉛合金被膜が、該負極側で４０マイクロメートルの最小厚さおよび該正極側で３００の最大厚さを有することを特徴とする、請求項１２に記載のバイポーラー電池。
【請求項１４】
該複数のプレート（２０）の該正極活性物質（３）および該負極活性物質（５）が、３〜１５ｍｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか一項に記載のバイポーラー電池。
【請求項１５】
該プレート（２０）が、相互に平行かつ連続して並べられ、そして積み重ねを形成するようにコンパクトになっていることを特徴とする、請求項８〜１４のいずれか一項に記載のバイポーラー電池。
【図１】
【公表番号】特表２０１０−５３６１２２（Ｐ２０１０−５３６１２２Ａ）
【公表日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１９３１２（Ｐ２０１０−５１９３１２）
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＢＲ２００８／０００２３０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１８６３７
【国際公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（５１００３５４８４）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＢＲ２００８／０００２３０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１８６３７
【国際公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（５１００３５４８４）
【Ｆターム（参考）】
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