JP3386801B1 - 鉛蓄電池の電解液組成物 - Google Patents
鉛蓄電池の電解液組成物Info
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Abstract
【要約】
本発明は鉛蓄電池の電解液組成物に関するもので、より
詳しくは、蓄電池の性能と寿命を向上させ、低温におい
ても蓄電池の性能が維持され、電流効率が大きいため短
時間に完充電することができるし、極板の腐蝕がなく白
色硫酸鉛の除去効果があるので蓄電池の寿命が延長さ
れ、白色硫酸鉛による廃蓄電池を再生することができる
鉛蓄電池の電解液組成物を提供する。
詳しくは、蓄電池の性能と寿命を向上させ、低温におい
ても蓄電池の性能が維持され、電流効率が大きいため短
時間に完充電することができるし、極板の腐蝕がなく白
色硫酸鉛の除去効果があるので蓄電池の寿命が延長さ
れ、白色硫酸鉛による廃蓄電池を再生することができる
鉛蓄電池の電解液組成物を提供する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】（発明の属する技術分野）
本発明は鉛蓄電池の電解液組成物に関するものであっ
て、より詳しくは、蓄電池の性能と寿命を向上させて低
温においても蓄電池の性能が維持され、電流効率が大き
いため短時間に完充電することができるし、極板の腐蝕
がなく白色硫酸鉛の除去効果があるので蓄電池の寿命が
延長され、白色硫酸鉛による廃蓄電池を再生することが
できる鉛蓄電池の電解液組成物に関するものである。 【０００２】（従来の技術） 蓄電池として最も古い歴史を有する鉛蓄電池は、時代の
変遷とともに多くの改良が行われてきており、自動車
用、非常電源用および電力負荷平準化のための電力抵抗
用等広範囲な範囲に使用され、現在にも２次電池の総生
産量に約９０％を占めている。 【０００３】鉛蓄電池のアノードプレート(PbO2)、カソ
ードプレート(Pb)および電解質から構成されており、放
電によって二つの極全てが硫酸鉛(PbＳO４)に変わる。
アノードの過酸化鉛(PbO2)は鉛または鉛酸化物を電解酸
化して作り、この活物質は多孔性であって適用面積が大
きく反応がし易く、同時に充・放電による体積の膨張・
収縮で崩壊、脱落しない必要があるが、放電時生成され
る硫酸鉛はアノード活物質の性能阻害に影響を与え蓄電
池の老化に主原因となる。 【０００４】上記の如き問題点を解決するために合成さ
れた改良物質を、アノード活物質に使用して老化抑制に
対する研究が進行されており、電解質特性を改良して老
化抑制効果を改善する方案もあるが、これに対する研究
は不備な実情にある。 【０００５】大韓民国特許公報第83−1674号では鉛蓄電
池から硫酸の量を減らし硫酸マグネシウム、硫酸アルミ
ニウム、硼フッ化アンモニウムを添加した電解液組成方
法が開示されているが、既存の硫酸電解液の問題点を改
善したのに過ぎず、実用化されていない状態であり、大
韓民国特許第127040号には硫酸鉛の発生を防ぐため硫酸
電解液に苛性ソーダ等の化合物を添加した電解液組成物
が開示されているが、主成分である硫酸と苛性ソーダの
中和反応によって実施が疑問視される。 【０００６】（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は上記の如き問題点を改善するためのもの
であって、既存の硫酸電解液から硫酸を排除して蓄電池
の性能と寿命を向上させる鉛蓄電池の電解液組成物を提
供することである。 【０００７】（課題を解決するための手段） 本発明の鉛蓄電池の電解液組成物は、蒸留水100部に硫
酸コバルト（CoSO4)0.5 〜1.7重量部、硫酸マグネシウ
ム(MgSO4)40〜50重量部、塩化アンモニウム(ＮＨ4Ｃl)
0.2〜０．８重量部、塩化アルミニウム(AlＣl3)15〜25
重量部、ニコチン酸０．０５〜１．０重量部からなるこ
とを特徴とする。なお、これら化合物の混合方法は公知
の方法等を利用することができる。 【０００８】本発明の電解液組成物において、各成分等
の含量範囲の上限は、最高の電気効率を得るためのもの
であり、下限は電解液組成物の性能効率のために限定し
たものである。 【０００９】既存の硫酸蓄電池は、急速充電時、性能低
下および爆発を起こし得るが、本発明の電解液組成物を
使用した蓄電池は電流効率が大きいため短時間に完充電
をすることができるし、極板腐蝕がなく、白色硫酸鉛(P
bSO4)の除去効果があるので蓄電池寿命短縮の原因であ
る白色硫酸鉛の発生を防ぐことにより、蓄電池の寿命が
延長され、白色硫酸鉛による廃蓄電池を再生することが
できる。 【００１０】そして、本発明の電解液組成物の比重は
１．１５〜１．１７で、既存の硫酸電解液(約1.28)より
比重が低いので、本発明の電解液組成物を適用した蓄電
池の場合、その重量減少をなすことができる。 【００１１】また、電気自動車の蓄電池として現在問題
視されている寿命、効率性、急充電を解決することがで
きるので、電気自動車用蓄電池としての適用が可能であ
る。 【００１２】（発明の実施の形態） 電解液組成物の製造 蒸留水100部に硫酸コバルト1.0重量部、硫酸マグネシウ
ム50重量部、塩化アンモニウム0.3重量部、塩化アルミ
ニウム２0重量部、ニコチン酸0.07重量部をそれぞれ添
加して本発明の電解液組成物を製造した。 【００１３】（実験例１） 上記電解液組成物と従来の硫酸電解液を使用して充・放
電特性を測定した。本実験例で使用した充・放電実験装
置を図１に示した。アノード・プレート４個とカソード
・プレート５個から構成された単位セル（電圧４Ｖ、電
流２Ａ）にそれぞれ本発明の電解液と硫酸電解液を注入
し、単位セルから拡張された導線と連結されたポテンシ
オスタット／ガルヴァノスタット(potentiostat／Galva
nostat、MRV−350A、IMACE Co．)で充・放電特性を測定
した。この時蓄電池テスターを使用して電圧値を補正し
た。電解液の温度を維持させ電流変化による放電特性と
温度変化による放電特性を測定した。 【００１４】また、充電と放電時、本発明による電解液
と硫酸電解液の比重変化および連続充・放電に対する鉛
蓄電池の性能低下を測定し、その結果を図２乃至６に示
した。 【００１５】図２におけるように本発明の電解液(ｂ)が
硫酸電解液(ａ)より高い放電容量を表し、図３における
ように本発明の電解液(b)が硫酸電解液(a)より温度が増
加するに従って、高い放電効率を示し、特に0℃におい
て、大きな放電容量差を見せ、低温で本発明の電解液の
放電効率が卓越であった。 【００１６】図４におけるように、充電時は、硫酸電解
液は本発明の電解液より高い比重において早い上昇曲線
を表し、図５におけるように放電時には硫酸電解液が本
発明の電解液より高い比重において降下しはじめ、終末
比重も本発明の電解液よりさらに高く表れた。図６にお
けるように硫酸電解液(a)の場合、充・放電回数を重ね
るに従って、放電容量が急速に減少することがわかっ
た。しかし、本発明の電解液(b)の場合は充・放電回数
に従って、放電容量の変化が殆どなかったし、反って、
充・放電回数に従って、放電容量が少しずつ増加した。 【００１７】（実験例２） 本発明の電解液組成物と従来の硫酸電解液を使用して放
電電圧特性を測定した。放電電圧測定のために6V−10W
負荷(全体抵抗３．６６Ω)である場合は、最大定格が10
Wである2.2の電力抵抗2個と最大定格が10Wである５の電
力抵抗2個を使用し、６V−15W負荷(全体抵抗２．４６
Ω)である場合は、最大定格が10Wである２．２の電力抵
抗3個と最大抵抗が10Wである５の電力抵抗3個を使用し
て負荷回路を作り、毎5分毎、電圧を測定し、その結果
を図７(６V−10W負荷)、図８(６V−15W負荷)、図９(１
２V−100Ｗ負荷)、図１０(12V−1５0Ｗ負荷)および表1
に示した。 【００１８】 【表１】図７乃至１０におけるように本発明の電解液の電圧曲線
は、緩慢な形態で放電がなる反面、硫酸電解液は緩慢で
ない特性を示した。また、電圧降下が起こる時間が本発
明の電解液がもっと長くかかった。上記表１から分かる
ように、本発明の電解液が電圧降下するまで所要される
時間が従来の硫酸電解液に比べて大変長かった。 【００１９】（実験例３） 使用年数が2年超えた蓄電池(24V−120A)に本発明の電解
液を充液して従来の硫酸電解液と特性を比較した。整流
器としては不動型120アンペアＤＣを使用して本発明の
電解液の安全性、毒性、腐食性、充放電時間に伴う電
圧、蒸留水補充性、蓄電池極板の白色硫酸鉛状態を測定
し、その結果を表２に示した。 【００２０】 【表２】 本発明の電解液は硫酸電解液より取扱いが容易で人体に
無害であり、臭覚刺激がなく、蓄電池端子および配線に
白色硫酸鉛が発生しなかったし、蒸留水を補充する必要
がないので不純物の潜入が防止された。 【００２１】本実施例で使用された蓄電池は、耐用年数
が2年を超えたものであって、白色硫酸鉛が発生され、
この白色硫酸鉛が全ての極板にひどく化学エネルギーに
良く転換させることができないので極板脱落、蓄電池容
量減退等蓄電池の性能が減退された廃棄の蓄電池である
が、本発明が電解液として充液して実験した結果、20時
間後、白色硫酸鉛がきれいに消滅した。 【００２２】（実験例４） 使用年数が同等な蓄電池(320AH)等に本発明の電解液を
充液して、硫酸電解液が充液された蓄電池と性能を比較
した。蓄電池の効率評価は１／１75の坑道勾配で1.500m
の運行距離を鉱山用蓄電車で運行した回数と鉱山用安全
灯の放電時間等を測定し、整流器としてはシリコン整流
器、鉱山用蓄電車は5トン規格、４V−12AHの鉱山用安全
灯を使用し、その結果を表３及び表４に示した。 【００２３】 【表３】 【００２４】 【表４】 上記表３から見られるように従来の硫酸電解液を充液し
た蓄電池の場合は平均120トンの石炭を採掘したが、本
発明の電解液を充液した蓄電池は平均270トンの石炭を
採掘し、その効率が2倍以上であることを確認した。ま
た、充電時、本発明の電解液が従来の硫酸電解液より回
復が早かったし、放電効率も15％以上高かった。 【００２５】上記表４から見られるように、安全灯に対
する実験で本発明の電解液が従来の硫酸電解液より放電
時、容量が30％増加し、従来の硫酸電解液は平均5ヶ月
使用時、使用年数が完了され放電時間短縮により坑内作
業時に持続的使用が不可能であったが、本発明の電解液
は作業時に延長使用が可能であった。 【００２６】（発明の効果） 上述の如く、本発明の電解液は蓄電池の性能と寿命を向
上させ、低温においても蓄電池の性能が維持され、電流
効率が大きいため短時間に完充電することができるし、
極板の腐蝕がなく、白色硫酸鉛の除去効果があるので蓄
電池寿命の短縮の原因である白色硫酸鉛の発生を防ぐこ
とにより、蓄電池の寿命が延長され、白色硫酸塩による
廃蓄電池を再生できる。 ［図面の簡単な説明］ 【図１】充・放電実験装置の概略図である。 【図２】従来の硫酸電解液と本発明による電解液の電流
変化による放電効果を示したグラフである。 【図３】従来の硫酸電解液と本発明による電解液の温度
変化による放電効果を示したグラフである。 【図４】充電時、従来の硫酸電解液と本発明による電解
液の比重を比較したグラフである。 【図５】放電時、従来の硫酸電解液と本発明による電解
液の比重を比較したグラフである。 【図６】連続充・放電による従来の硫酸電解液と本発明
による電解液の放電効果を示したグラフである。 【図７】6V−10W負荷における従来の硫酸電解液と本発
明による電解液の放電電圧を示したグラフである。 【図８】6V−1５W負荷における従来の硫酸電解液と本発
明による電解液の放電電圧を示したグラフである。 【図９】１２V−100W負荷における従来の硫酸電解液と
本発明による電解液の放電電圧を示したグラフである。 【図１０】１２V−1５0W負荷における従来の硫酸電解液
と本発明による電解液の放電電圧を示したグラフであ
る。
て、より詳しくは、蓄電池の性能と寿命を向上させて低
温においても蓄電池の性能が維持され、電流効率が大き
いため短時間に完充電することができるし、極板の腐蝕
がなく白色硫酸鉛の除去効果があるので蓄電池の寿命が
延長され、白色硫酸鉛による廃蓄電池を再生することが
できる鉛蓄電池の電解液組成物に関するものである。 【０００２】（従来の技術） 蓄電池として最も古い歴史を有する鉛蓄電池は、時代の
変遷とともに多くの改良が行われてきており、自動車
用、非常電源用および電力負荷平準化のための電力抵抗
用等広範囲な範囲に使用され、現在にも２次電池の総生
産量に約９０％を占めている。 【０００３】鉛蓄電池のアノードプレート(PbO2)、カソ
ードプレート(Pb)および電解質から構成されており、放
電によって二つの極全てが硫酸鉛(PbＳO４)に変わる。
アノードの過酸化鉛(PbO2)は鉛または鉛酸化物を電解酸
化して作り、この活物質は多孔性であって適用面積が大
きく反応がし易く、同時に充・放電による体積の膨張・
収縮で崩壊、脱落しない必要があるが、放電時生成され
る硫酸鉛はアノード活物質の性能阻害に影響を与え蓄電
池の老化に主原因となる。 【０００４】上記の如き問題点を解決するために合成さ
れた改良物質を、アノード活物質に使用して老化抑制に
対する研究が進行されており、電解質特性を改良して老
化抑制効果を改善する方案もあるが、これに対する研究
は不備な実情にある。 【０００５】大韓民国特許公報第83−1674号では鉛蓄電
池から硫酸の量を減らし硫酸マグネシウム、硫酸アルミ
ニウム、硼フッ化アンモニウムを添加した電解液組成方
法が開示されているが、既存の硫酸電解液の問題点を改
善したのに過ぎず、実用化されていない状態であり、大
韓民国特許第127040号には硫酸鉛の発生を防ぐため硫酸
電解液に苛性ソーダ等の化合物を添加した電解液組成物
が開示されているが、主成分である硫酸と苛性ソーダの
中和反応によって実施が疑問視される。 【０００６】（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は上記の如き問題点を改善するためのもの
であって、既存の硫酸電解液から硫酸を排除して蓄電池
の性能と寿命を向上させる鉛蓄電池の電解液組成物を提
供することである。 【０００７】（課題を解決するための手段） 本発明の鉛蓄電池の電解液組成物は、蒸留水100部に硫
酸コバルト（CoSO4)0.5 〜1.7重量部、硫酸マグネシウ
ム(MgSO4)40〜50重量部、塩化アンモニウム(ＮＨ4Ｃl)
0.2〜０．８重量部、塩化アルミニウム(AlＣl3)15〜25
重量部、ニコチン酸０．０５〜１．０重量部からなるこ
とを特徴とする。なお、これら化合物の混合方法は公知
の方法等を利用することができる。 【０００８】本発明の電解液組成物において、各成分等
の含量範囲の上限は、最高の電気効率を得るためのもの
であり、下限は電解液組成物の性能効率のために限定し
たものである。 【０００９】既存の硫酸蓄電池は、急速充電時、性能低
下および爆発を起こし得るが、本発明の電解液組成物を
使用した蓄電池は電流効率が大きいため短時間に完充電
をすることができるし、極板腐蝕がなく、白色硫酸鉛(P
bSO4)の除去効果があるので蓄電池寿命短縮の原因であ
る白色硫酸鉛の発生を防ぐことにより、蓄電池の寿命が
延長され、白色硫酸鉛による廃蓄電池を再生することが
できる。 【００１０】そして、本発明の電解液組成物の比重は
１．１５〜１．１７で、既存の硫酸電解液(約1.28)より
比重が低いので、本発明の電解液組成物を適用した蓄電
池の場合、その重量減少をなすことができる。 【００１１】また、電気自動車の蓄電池として現在問題
視されている寿命、効率性、急充電を解決することがで
きるので、電気自動車用蓄電池としての適用が可能であ
る。 【００１２】（発明の実施の形態） 電解液組成物の製造 蒸留水100部に硫酸コバルト1.0重量部、硫酸マグネシウ
ム50重量部、塩化アンモニウム0.3重量部、塩化アルミ
ニウム２0重量部、ニコチン酸0.07重量部をそれぞれ添
加して本発明の電解液組成物を製造した。 【００１３】（実験例１） 上記電解液組成物と従来の硫酸電解液を使用して充・放
電特性を測定した。本実験例で使用した充・放電実験装
置を図１に示した。アノード・プレート４個とカソード
・プレート５個から構成された単位セル（電圧４Ｖ、電
流２Ａ）にそれぞれ本発明の電解液と硫酸電解液を注入
し、単位セルから拡張された導線と連結されたポテンシ
オスタット／ガルヴァノスタット(potentiostat／Galva
nostat、MRV−350A、IMACE Co．)で充・放電特性を測定
した。この時蓄電池テスターを使用して電圧値を補正し
た。電解液の温度を維持させ電流変化による放電特性と
温度変化による放電特性を測定した。 【００１４】また、充電と放電時、本発明による電解液
と硫酸電解液の比重変化および連続充・放電に対する鉛
蓄電池の性能低下を測定し、その結果を図２乃至６に示
した。 【００１５】図２におけるように本発明の電解液(ｂ)が
硫酸電解液(ａ)より高い放電容量を表し、図３における
ように本発明の電解液(b)が硫酸電解液(a)より温度が増
加するに従って、高い放電効率を示し、特に0℃におい
て、大きな放電容量差を見せ、低温で本発明の電解液の
放電効率が卓越であった。 【００１６】図４におけるように、充電時は、硫酸電解
液は本発明の電解液より高い比重において早い上昇曲線
を表し、図５におけるように放電時には硫酸電解液が本
発明の電解液より高い比重において降下しはじめ、終末
比重も本発明の電解液よりさらに高く表れた。図６にお
けるように硫酸電解液(a)の場合、充・放電回数を重ね
るに従って、放電容量が急速に減少することがわかっ
た。しかし、本発明の電解液(b)の場合は充・放電回数
に従って、放電容量の変化が殆どなかったし、反って、
充・放電回数に従って、放電容量が少しずつ増加した。 【００１７】（実験例２） 本発明の電解液組成物と従来の硫酸電解液を使用して放
電電圧特性を測定した。放電電圧測定のために6V−10W
負荷(全体抵抗３．６６Ω)である場合は、最大定格が10
Wである2.2の電力抵抗2個と最大定格が10Wである５の電
力抵抗2個を使用し、６V−15W負荷(全体抵抗２．４６
Ω)である場合は、最大定格が10Wである２．２の電力抵
抗3個と最大抵抗が10Wである５の電力抵抗3個を使用し
て負荷回路を作り、毎5分毎、電圧を測定し、その結果
を図７(６V−10W負荷)、図８(６V−15W負荷)、図９(１
２V−100Ｗ負荷)、図１０(12V−1５0Ｗ負荷)および表1
に示した。 【００１８】 【表１】図７乃至１０におけるように本発明の電解液の電圧曲線
は、緩慢な形態で放電がなる反面、硫酸電解液は緩慢で
ない特性を示した。また、電圧降下が起こる時間が本発
明の電解液がもっと長くかかった。上記表１から分かる
ように、本発明の電解液が電圧降下するまで所要される
時間が従来の硫酸電解液に比べて大変長かった。 【００１９】（実験例３） 使用年数が2年超えた蓄電池(24V−120A)に本発明の電解
液を充液して従来の硫酸電解液と特性を比較した。整流
器としては不動型120アンペアＤＣを使用して本発明の
電解液の安全性、毒性、腐食性、充放電時間に伴う電
圧、蒸留水補充性、蓄電池極板の白色硫酸鉛状態を測定
し、その結果を表２に示した。 【００２０】 【表２】 本発明の電解液は硫酸電解液より取扱いが容易で人体に
無害であり、臭覚刺激がなく、蓄電池端子および配線に
白色硫酸鉛が発生しなかったし、蒸留水を補充する必要
がないので不純物の潜入が防止された。 【００２１】本実施例で使用された蓄電池は、耐用年数
が2年を超えたものであって、白色硫酸鉛が発生され、
この白色硫酸鉛が全ての極板にひどく化学エネルギーに
良く転換させることができないので極板脱落、蓄電池容
量減退等蓄電池の性能が減退された廃棄の蓄電池である
が、本発明が電解液として充液して実験した結果、20時
間後、白色硫酸鉛がきれいに消滅した。 【００２２】（実験例４） 使用年数が同等な蓄電池(320AH)等に本発明の電解液を
充液して、硫酸電解液が充液された蓄電池と性能を比較
した。蓄電池の効率評価は１／１75の坑道勾配で1.500m
の運行距離を鉱山用蓄電車で運行した回数と鉱山用安全
灯の放電時間等を測定し、整流器としてはシリコン整流
器、鉱山用蓄電車は5トン規格、４V−12AHの鉱山用安全
灯を使用し、その結果を表３及び表４に示した。 【００２３】 【表３】 【００２４】 【表４】 上記表３から見られるように従来の硫酸電解液を充液し
た蓄電池の場合は平均120トンの石炭を採掘したが、本
発明の電解液を充液した蓄電池は平均270トンの石炭を
採掘し、その効率が2倍以上であることを確認した。ま
た、充電時、本発明の電解液が従来の硫酸電解液より回
復が早かったし、放電効率も15％以上高かった。 【００２５】上記表４から見られるように、安全灯に対
する実験で本発明の電解液が従来の硫酸電解液より放電
時、容量が30％増加し、従来の硫酸電解液は平均5ヶ月
使用時、使用年数が完了され放電時間短縮により坑内作
業時に持続的使用が不可能であったが、本発明の電解液
は作業時に延長使用が可能であった。 【００２６】（発明の効果） 上述の如く、本発明の電解液は蓄電池の性能と寿命を向
上させ、低温においても蓄電池の性能が維持され、電流
効率が大きいため短時間に完充電することができるし、
極板の腐蝕がなく、白色硫酸鉛の除去効果があるので蓄
電池寿命の短縮の原因である白色硫酸鉛の発生を防ぐこ
とにより、蓄電池の寿命が延長され、白色硫酸塩による
廃蓄電池を再生できる。 ［図面の簡単な説明］ 【図１】充・放電実験装置の概略図である。 【図２】従来の硫酸電解液と本発明による電解液の電流
変化による放電効果を示したグラフである。 【図３】従来の硫酸電解液と本発明による電解液の温度
変化による放電効果を示したグラフである。 【図４】充電時、従来の硫酸電解液と本発明による電解
液の比重を比較したグラフである。 【図５】放電時、従来の硫酸電解液と本発明による電解
液の比重を比較したグラフである。 【図６】連続充・放電による従来の硫酸電解液と本発明
による電解液の放電効果を示したグラフである。 【図７】6V−10W負荷における従来の硫酸電解液と本発
明による電解液の放電電圧を示したグラフである。 【図８】6V−1５W負荷における従来の硫酸電解液と本発
明による電解液の放電電圧を示したグラフである。 【図９】１２V−100W負荷における従来の硫酸電解液と
本発明による電解液の放電電圧を示したグラフである。 【図１０】１２V−1５0W負荷における従来の硫酸電解液
と本発明による電解液の放電電圧を示したグラフであ
る。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 鉛蓄電池の電解液において、蒸留水１０
０部に硫酸コバルト０．５〜１．７重量部、硫酸マグネ
シウム４０〜５０重量部、塩化アンモニウム０．２〜
０．８重量部、塩化アルミニウム１５〜２５重量部、ニ
コチン酸０．０５〜１．０重量部を含むことを特徴とす
る鉛蓄電池の電解液組成物。
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