(57)【要約】【課題】金属を腐食させたり液漏れを生じたりすることが少なく、また、例え液漏れが発生してもまったく安全な電極間物質を有し、軽量な電池の実現を課題とする。【解決手段】イオン化傾向が異なる２種類の物質からなる正極１および負極２と、この正極１および負極２の間に設けられた炭素族粒子に水を加えて構成される電極間物質４とで電池を構成する。【選択図】    図１
2004253344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化傾向が異なる２種類の物質からなる正極および負極と、
この正極および負極の間に設けられ炭素族粒子に水を加えて構成される電極間物質と
を具備することを特徴とする電池。
【請求項２】
前記炭素族粒子は、粒子径の異なる２種類以上からなることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記炭素族粒子は、黒鉛、カーボンブラック、黒鉛層間化合物、炭素短繊維、シリコン粉末のうちのいずれかか、またはいずれか２種類以上からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記電極間物質に塩類を加えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電池。
【請求項５】
前記電極間物質に酸類を加えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電池。
【請求項６】
前記電極間物質にアルカリ溶液類を加えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電池。
【請求項７】
前記炭素族粒子にバインダーを含めて整形し固形化した炭素族固形物に水を加えて電極間物質とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電池。
【請求項８】
前記バインダーは、架橋型高分子と、線状高分子化合物と、アルカン系直鎖低分子有機化合物と、無機化合物の複合体からなり、架橋型高分子により全体が三次元網状構造化されていることを特徴とする請求項７に記載の電池。
【請求項９】
前記正極および負極を前記炭素族固形物の形状に合わせて整形して、前記正極および負極と前記炭素族固形物との接触面積を広くすることを特徴とする請求項７に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池に関し、特に炭素族粒子と水からなる中性の電極間物質を用いた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる電池の代表的なものとしてボルタ電池とかダニエル電池などがある。これらは、いずれも正極に銅を、負極に亜鉛を用い、ボルタ電池は電解液に希硫酸を、ダニエル電池は硫酸亜鉛と硫酸銅の水溶液を用いている。また、いわゆる乾電池（ルクランシェ乾電池）は正極に炭素棒を集電体として二酸化マンガンを用い、負極に亜鉛を、電解液として塩化亜鉛を含む塩化アンモニウム飽和水溶液を用いている。
【０００３】
一般に電解液は、イオン導電率が高いことが要求される。例としてダニエル電池を図３にそって説明する。
図の左側の負極室では、電子導電体の亜鉛負極がイオン導電体のＺｎＳＯ４（硫酸亜鉛）水溶液に浸してあり、界面では、
【０００４】
Ｚｎ２＋＋２ｅ−＝Ｚｎ
が成り立つ。
また、図の右側の正極室では、電子導電体の銅正極がイオン導電体のＣｕＳＯ４（硫酸銅）水溶液に浸されており、平衡
【０００５】
Ｃｕ２＋＋２ｅ−＝Ｃｕ
が成り立っている。
【０００６】
負荷を介して両極を電子伝導体でつなぐと、電子エネルギーの高い亜鉛極のほうから銅極のほうに電子が動き、負極でＺｎ→Ｚｎ２＋の溶出、正極でＣｕ２＋→Ｃｕの析出が生じ、それによって負極室のＺｎ２＋濃度が増え、正極室のＣｕ２＋濃度が減るから、電荷のバランスをとるため、ＳＯ４２―イオンが隔壁（陰イオンを通しやすい膜）を通って正極室から負極室に移動し電流のループが生じる。
一般に電子の移動速度は電極内でも外部回路中でも速いので、電池から取り出せる電流の大きさは、それぞれの電極で進む電子授受の速さと、隔壁も含めた電解液中のイオン導電率で決まる（例えば、非特許文献１参照。）。
このために、通常、電池の電解液などの電極間物質には、イオン導電率が高い酸やアルカリ液、金属塩の水溶液などが用いられるのが普通である。ところが、このような電解液は、自身がイオン化して伝導するので、電池の金属容器などを腐食させたり液漏れを生じたりする可能性が高いという問題があった。また、熱的、化学的に安定とはいえないという問題を持っていた。
【０００７】
【非特許文献１】
渡辺正他著「電気化学」丸善株式会社、平成１４年９月１０日、
ｐ．１２１〜ｐ．１２３
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、従来の電池の電極間物質は電池の金属容器などを腐食させたり液漏れを生じたりする可能性が高く、かつ、熱的、化学的に不安定であるという問題を有していた。また、質量あたりのエネルギー密度や体積あたりのエネルギー密度が必ずしも充分ではなく、総じて重くて大きいと言う欠点を持っていた。本発明は、中性で安定な炭素族粒子と水を用いるという方法で、これらの問題を解決し、金属を腐食させたり液漏れを生じたりすることが少なく、また、例え液漏れが発生してもまったく安全な電極間物質を有し、軽量で効率のよい電池の実現を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、電池がイオン化傾向が異なる２種類の物質からなる正極および負極と、この正極および負極の間に設けられ炭素族粒子に水を加えて構成される電極間物質とを具備することを特徴とする。
これにより、中性で金属容器の腐食などのおそれのない電極間物質を有する比較的軽量の電池を容易に実現することができる。
【００１０】
また、前記電極間物質の前記炭素族粒子は、粒子径の異なる２種類以上からなることを特徴とする。
これにより、イオン導電率が高く、内部抵抗が低く、中性で金属容器の腐食などのおそれのない電極間物質を有する比較的軽量の電池を実現することができる。
【００１１】
また、前記電極間物質の前記炭素族粒子は、黒鉛、カーボンブラック、黒鉛層間化合物、炭素短繊維、シリコン粉末のうちのいずれかか、またはいずれか２種類以上からなることを特徴とする。
これにより、粒子径の異なる炭素族粒子を選ぶことが容易になり、イオン導電率が高く、内部抵抗が低く、中性で金属容器の腐食などのおそれのない電極間物質を有する比較的軽量の電池を容易に実現することができる。また、組み合わせによって電池効率を改善することができる。
【００１２】
また、前記電極間物質は、前記炭素族粒子および水にさらに塩類を加えたことを特徴とする。
これにより、内部抵抗が低く、電池としての動作が安定した電池を実現することができる。
【００１３】
また、前記電極間物質は、前記炭素族粒子および水にさらに酸類を加えたことを特徴とする。
これにより、内部抵抗が低く、電池としての動作が安定した電池を実現することができる。
【００１４】
また、前記電極間物質は、前記炭素族粒子および水にさらにアルカリ溶液類を加えたことを特徴とする。
これにより、内部抵抗が低く、電池としての動作が安定した電池を実現することができる。
【００１５】
前記炭素族粒子にバインダーを含めて整形し固形化した炭素族固形物に水を加えて電極間物質とすることを特徴とする。
これにより、取り扱いが容易で軽量に構成可能な電池を実現することができる。この構成は、海水電池などとして用途が広い。
【００１６】
前記バインダーは、架橋型高分子と、線状高分子化合物と、アルカン系直鎖低分子有機化合物と、無機化合物の複合体からなり、架橋型高分子により全体が三次元網状構造化されていることを特徴とする。
これにより、炭素族固形物を強靭に構成することができ、一層、取り扱いを容易にすることができる。
【００１７】
前記正極および負極を前記炭素族固形物の形状に合わせて整形して、前記正極および負極と前記炭素族固形物との接触面積を広くすることを特徴とする。
これにより、正極および負極と炭素族固形物との接触面積を広くすることができるので、電池の内部抵抗を低くし、電流を多く流せる電池を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる電池を添付図面を参照にして詳細に説明する。
【００１９】
図１は、発明者が行った実験での本発明の電池の構成を示す構成図である。
第１回目の実験では、図１において、符号１は銅板からなる正極、符号２はアルミニウム板からなる負極、符号３は２枚重ねたろ紙であり、その面積は約４３ｃｍ２である。このろ紙３に水と試料とを混ぜ合わせた電極間物質（従来の電池の電解質水溶液に当たる）４をスポイド５で染み込ませ、正極１と負極２の間に挟み込んで正極１と負極２とを重ねた上に重みを載せて押さえつけるようにして実験した。
【００２０】
以下に実験結果を示す。この実験で使用した水は昭和化学株式会社製の精製水であり、使用した黒鉛およびカーボンブラックも昭和化学株式会社製のものを用いた。カーボンブラックの平均粒子サイズは２２ｍμである。
（実験１）
１０ｇの水に黒鉛２ｇを溶かした電極間物質４をろ紙３に染み込ませ、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（黒鉛２ｇ／水１０ｇ）
無負荷起電力          ０．７５Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．７５Ｖ〜０．６５Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．４５Ｖ〜０．３７Ｖ
推定内部抵抗          ５００Ω
【００２１】
（実験２）
実験１で用いた電極間物質４に食塩０．５ｇをさらに溶かしてろ紙３に染み込ませ、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（黒鉛２ｇ＋食塩０．５ｇ／水１０ｇ）
無負荷起電力          ０．５７Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．５６Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．５５Ｖ
推定内部抵抗          ２０Ω
【００２２】
（実験３）
４０ｇの水にカーボンブラック２ｇを溶かした電極間物質４をろ紙３に染み込ませ、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（カーボンブラック２ｇ／水４０ｇ）
無負荷起電力          ０．９０４Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．６９３Ｖ〜０．３２３Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．２８０Ｖ〜０．２７０Ｖ
推定内部抵抗          ２００Ω
【００２３】
（実験４）
実験３で用いた電極間物質４に食塩０．５ｇをさらに溶かしてろ紙３に染み込ませ、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（カーボンブラック２ｇ＋食塩０．５ｇ／水４０ｇ）
無負荷起電力          ０．６２５Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．６００Ｖ〜０．５９８Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．５７４Ｖ〜０．５６０Ｖ
推定内部抵抗          ６０Ω
【００２４】
（実験５）
４０ｇの水に黒鉛２ｇおよびカーボンブラック２ｇを溶かした電極間物質４をろ紙３に染み込ませ、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（黒鉛２ｇ＋カーボンブラック２ｇ／水４０ｇ）
無負荷起電力          ０．５１２Ｖ〜０．５１５Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．４９９Ｖ〜０．５００Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．４２８Ｖ〜０．４３７Ｖ
推定内部抵抗          １７０Ω
【００２５】
（実験６）
実験５で用いた電極間物質４に食塩０．５ｇをさらに溶かしてろ紙３に染み込ませ、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（黒鉛２ｇ＋カーボンブラック２ｇ＋食塩０．５ｇ／水４０ｇ）
無負荷起電力          ０．５８０Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．５６６Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．５５９Ｖ
推定内部抵抗          １４Ω
【００２６】
（実験７）
黒鉛層間化合物（以下ＧＩＣと略す。）として黒鉛層間にＣｕＣｌ２を挿入したＧＩＣを炭素族粒子として用いて実験を行なった。水１０ｇにＧＩＣ２ｇを溶かしたものを電極間物質４としてろ紙３に染み込ませ、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（ＧＩＣ２ｇ／水４０ｇ）
無負荷起電力          ０．６３４Ｖ〜０．６３７Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．６２８Ｖ〜０．６３１Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．６２６Ｖ〜０．６２７Ｖ
負荷１００Ω          ０．５８７Ｖ〜０．５６５Ｖ
推定内部抵抗          ５Ω〜９Ω
ＧＩＣの場合は、黒鉛やカーボンブラックの場合よりも起電力が高く、負荷をとっても安定した動作を示す。
【００２７】
（実験８）
炭素族粒子にバインダーを含めて整形し固形化し面状発熱体として整形したものの上に、ＧＩＣと水を含ませたろ紙３を置いたものを電極間物質４として、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
｛面状発熱体＋（ＧＩＣ２ｇ／水４０ｇ）｝
無負荷起電力          ０．６２０Ｖ〜０．６２２Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．６１９Ｖ〜０．６２１Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．６０９Ｖ〜０．６１１Ｖ
負荷１００Ω          ０．５６２Ｖ〜０．５６５Ｖ
推定内部抵抗          ９Ω〜１８Ω
【００２８】
（実験９）
実験７で用いたＧＩＣと水の組み合わせに食塩を加えたものを電極間物質４として、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（ＧＩＣ２ｇ＋食塩０．５ｇ／水４０ｇ）
無負荷起電力          ０．５８３Ｖ〜０．５８５Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．５８３Ｖ〜０．５８４Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．５７４Ｖ〜０．５７６Ｖ
負荷１００Ω          ０．５３４Ｖ〜０．５３５Ｖ
推定内部抵抗          ８Ω〜１７Ω
【００２９】
（実験１０）
銅板に替えて正極１に銀板を、アルミニウム板に替えて負極２に亜鉛板を用い、その間に水１０ｇにＧＩＣ２ｇを溶かした電極間物質４をろ紙３に染み込ませたものを挟み込んで電極間電圧を測定した。
（ＧＩＣ２ｇ／水１０ｇ）
無負荷起電力          １．１０４Ｖ〜１．１０６Ｖ
負荷１０ｋΩ          １．０９３Ｖ〜１．０９５Ｖ
負荷１ｋΩ            １．０８１Ｖ〜１．０８２Ｖ
負荷１００Ω          ０．９９５Ｖ〜０．９９８Ｖ
推定内部抵抗          １０Ω〜１２Ω
【００３０】
（実験１１）
実験１０で用いたＧＩＣと水の組み合わせた電極間物質４に食塩を加えて、正極（銀板）１と負極（亜鉛板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（ＧＩＣ２ｇ＋食塩０．５ｇ／水１０ｇ）
無負荷起電力          １．０２３Ｖ〜１．０２４Ｖ
負荷１０ｋΩ          １．０２０Ｖ〜１．０２１Ｖ
負荷１ｋΩ            １．０１２Ｖ〜１．０１３Ｖ
負荷１００Ω          ０．９８０Ｖ〜０．９８２Ｖ
推定内部抵抗          ３Ω〜９Ω
【００３１】
（実験１２）
比較例として、１０ｇの水に食塩２ｇを溶かしたものを電極間物質４としろ紙３に染み込ませ、正極（銅板）１と負極（アルミニウム板）２との間に挟み込んで電極間電圧を測定した。
（食塩２ｇ／水１０ｇ）
無負荷起電力          ０．５０Ｖ
負荷１０ｋΩ          ０．４７Ｖ〜０．４３Ｖ
負荷１ｋΩ            ０．３５Ｖ〜０．２０Ｖ
推定内部抵抗          ７６０Ω
【００３２】
図２に正極１に銅電極、負極２にアルミニウム電極を用いた第１回目の実験結果をまとめて示す。
以上の実験で発生している電極間電圧の変動は、時間の経過と電流が流れたことによって電池の条件が変動しているためと考えられる。特に、実験３の場合は実験中にカーボンブラックが水分を吸収して次第に乾燥して行ったことが影響していると考えられる。食塩を入れた場合および炭素族粒子にＧＩＣを用いた場合は、起電力が高く、電池の内部抵抗が低下し、電流による電極間電圧の変動も少なく、動作は安定している。
【００３３】
次に第２回目の実験として、炭素族粒子にシリコン粉末を用いた場合の実験結果を示す。使用した水は昭和化学株式会社製の精製水であり、使用したシリコン粉末、黒鉛およびカーボンブラックも昭和化学株式会社製のものを用いた。シリコン粉末には純度９９．０％のものを用いた。
また、正極１として銀電極を、負極２としてアルミニウム電極を用い、両極間にろ紙３を１枚を挟み、このろ紙３に電極間物質４を含ませ、正負極間の起電力、電極間電圧と、負荷を介して両極間に流れる電流を測定した。ろ紙３の面積は約４５ｃｍ２である。なお、正負極間に挿入する負荷としては１０ｋΩ、１ｋΩの抵抗、赤色ＬＥＤ、ブザーを用いた。今の実験では炭素族粒子として主として金属シリコン粒子を用いた場合について検討した。
【００３４】
（実験１３）
１０ｇの水にシリコン粒子２ｇを溶かした電極間物質４をろ紙３に染み込ませて、これを正極１となる銀板と負極２となるアルミニウム板間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000003
【００３５】
（実験１４）
実験１３の電極間物質４にさらに食塩２ｇを溶かしてろ紙３に染み込ませ、これを正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000004
【００３６】
（実験１５）
実験１３の電極間物質４に、さらに黒鉛２ｇを溶かしてろ紙３に染み込ませ、これを正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000005
【００３７】
（実験１６）
実験１５の電極間物質４にさらに食塩２ｇを溶かしてろ紙３に染み込ませ、これを正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000006
【００３８】
（実験１７）
実験１３の電極間物質４に水１０ｇを加えさらにカーボンブラック２ｇを溶かしてろ紙３に染み込ませ、これを正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000007
【００３９】
（実験１８）
実験１７の電極間物質４にさらに食塩２ｇを溶かしてろ紙３に染み込ませ、これを正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000008
【００４０】
（実験１９）
実験１７の電極間物質４にさらに黒鉛２ｇを溶かしてろ紙３に染み込ませ、これを正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000009
【００４１】
（実験２０）
実験１９の電極間物質４にさらに食塩２ｇを溶かしてろ紙３に染み込ませ、これを正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000010
【００４２】
（実験２１）
実験１６の電極間物質４にさらにＧＩＣ２ｇを溶かしてろ紙３に染み込ませ、これを正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間に挟んだものを３組シリーズに接続して電極間電圧および電流を測定した。
2004253344.tif 000011
【００４３】
図３に正極１に銀板、負極２にアルミニウム板を用い、炭素族粒子としてシリコン粒子を主に用いた第２回目の実験での出力電極間電圧の結果を、図４にこの場合の出力電流の結果をまとめて示した。食塩を含ませた場合および炭素族粒子にＧＩＣを用いた場合は、電池の内部抵抗が低下し、電流による電極間電圧の変動が低下する。また、電極間電圧の変動も少なく、動作が安定したものになっている。
【００４４】
さらに、以上に示した電池構成で、２次電池としての機能の有無を確かめる実験を行なった。まず、先の実験の再現になるが、正極（銀板）１と負極（アルミニウム板）２間にろ紙３を１枚を挟み、このろ紙３に電極間物質を含ませた単位セルを３組シリーズに接続して無負荷での起電力を測定し、さらに、正負極間に負荷として１０ｋΩ、１ｋΩ、１００Ωの抵抗、赤色ＬＥＤ、ブザーを挿入した場合の電極間電圧の変化および電流値の変化を測定した。その後、無負荷の状態で無負荷起電力よりも高い電圧を正負極間に印加して電圧の変化を観測し、充電が行なわれている場合は、放電させてさらに電圧の変化を観測することにした。今回は、炭素族粒子として黒鉛、シリコン粒子およびＧＩＣを用いた場合について検討した。
【００４５】
（実験２２）
まず、黒鉛２ｇを水１０ｇに溶かしたものを電極間物質として用いた場合について述べる。
2004253344.tif 000012
【００４６】
この３セル直列にした電池に充電器で３０分間充電を行なった。
充電電圧と充電電流は表１に示すように変化した。
【００４７】
【表１】
2004253344.tif 000013
【００４８】
３０分後の時点で充電をやめて、無負荷の電極間電圧を測定すると１．４７８Ｖであって、充電機能は認められなかった。
【００４９】
（実験２３）
次に実験２２の電極間物質にさらに食塩２ｇを加えた場合について述べる。
2004253344.tif 000014
【００５０】
この３セル直列にした電池に充電器で３０分間充電を行なった。
充電電圧と充電電流は表２のように変化した。充電を一時とめてその時点での無負荷電極間電圧を測定したものを合わせて示す。
【００５１】
【表２】
2004253344.tif 000015
【００５２】
３０分後の時点で充電をやめ、５分間放置した後、無負荷電極間電圧を測定すると４．０５Ｖであった。ここで、正極、負極間を１ｋΩ抵抗負荷でつないで放電させると、電極間電圧は２．１５Ｖに低下し負荷を流れる電流は２．１３ｍＡであった。さらに５分間の放電を続け、電極間電圧は２．１２４Ｖ、負荷電流は２．１１ｍＡになったところで負荷を取り外すと、無負荷電極間電圧は３．５９Ｖから上昇し続け、負荷を外してから１０分後には３．８５Ｖになった。以後、負荷を外してから１５分後には３．７４Ｖ、２０分後３．６８Ｖ、２５分後３．６４Ｖ、３０分後３．６１Ｖになり、これ以後ほぼ一定の値になる。これにより、この組み合わせの電池では、２次電池としての機能があるものと考えられる。
【００５３】
次に実験２２、実験２３と同様な実験を、炭素族粒子を黒鉛からシリコン粒子に置き換えて実験２４および実験２５で行なった。
（実験２４）
シリコン粒子２ｇを水１０ｇに溶かしたものを電極間物質４として用いた場合について述べる。
2004253344.tif 000016
【００５４】
この３セル直列にした電池に充電器で２０分間充電を行なった。
充電電圧と充電電流は表３に示すように変化した。
【００５５】
【表３】
2004253344.tif 000017
【００５６】
２０分後の時点で充電をやめて、無負荷の電極間電圧を測定すると１．５６Ｖであった。充電電流が少ないこともあるが充電機能は認められなかった。
【００５７】
（実験２５）
次に実験２４の電極間物質４にさらに食塩２ｇを加えた場合について述べる。
2004253344.tif 000018
【００５８】
この３セル直列にした電池に充電器で３０分間充電を行なった。
充電電圧と充電電流は表４のように変化した。充電を一時とめてその時点での無負荷電極間電圧を測定したものを合わせて示す。
【００５９】
【表４】
2004253344.tif 000019
【００６０】
３０分後の時点で充電をやめ、５分間放置した後、無負荷電極間電圧を測定すると２．７３５Ｖであった。ここで、正極、負極間を１ｋΩ抵抗負荷でつないで放電させると、電極間電圧は１．４０Ｖに低下し負荷を流れる電流は１．４８ｍＡであった。さらに５分間の放電を続け、電極間電圧は１．７０Ｖ、負荷電流は１．７０ｍＡになったところで負荷を取り外すと、無負荷電極間電圧は２．０４０Ｖになった。電極間電圧は負荷を外してから５分後には１．９３０、１０分後には１．９８０Ｖ、２０分後１．９４Ｖ、３０分後１．８９Ｖになった。これにより、２次電池としての機能が多少あるものと考えられる。
【００６１】
次に、炭素族粒子としてＧＩＣを用い、ＧＩＣ２ｇを水２０ｇに溶かしたもので実験を行なった。
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この組み合わせの電池を充電電圧４．４４Ｖで充電したが、充電電圧を除去したとたんに電極間電圧は２Ｖ以下に戻ってしまい、充電できないことが確かめられた。さらに食塩を加えた組み合わせにおいても充電できないことが確かめられた。
【００６２】
これらの実験でわかるように、黒鉛、カーボンブラック、シリコン粒子、ＧＩＣなどの炭素族粒子と水という中性の物質の組み合わせからなる電極間物質を用いて電池反応を生み出すことができた。この電極間物質の中で実際にどのような反応が起きているかの確認は難しいが、発明者は水素イオンＨ＋と水酸化物イオンＯＨ−とが電極間物質中で電荷移動を行っており、正極で水素ガスが発生し、負極でアルミニウムが溶融して水酸化アルミニウムが発生するような反応が起きていると推察している。炭素族粒子がこのようなイオン伝導と反応にどのような役割を果たしているかは明らかではないが、イオン化を促す役割、イオン導電体としての役割、イオンの移動を助ける役割、あるいは正極１お呼び負極２での電荷授受を容易にする役割を果たしているものと考えられる。１次電池としては、炭素族粒子にＧＩＣを用いた場合によい結果が得られている。この原因も今のところ明らかではないが、ＧＩＣの層構成や層間物質がイオン伝導に好ましい影響を与えているものと考えられる。食塩を追加することによって電圧が安定するのは、イオン提供物質が増えることで、内部抵抗を低下する役割、ろ紙３の乾燥を防ぐ働きをするものと考えられる。したがって、酸類やアルカリ溶液類を加えても同様の効果をはたすものと考えられる。
一方、２次電池としての機能は、ＧＩＣ以外の炭素族粒子に食塩を含めた構成のものが優れている。食塩を加えることによって、内部抵抗が低下するため、充電効率が向上しているものと考えられる。一方、内部抵抗の比較的小さいＧＩＣを用いたものに２次電池としての機能が現れないのは別の理由によるものであろうが、この考察は今後の検証にかかるものである。
【００６３】
このようにして得られた実験電池を１次電池として用いる場合、シリーズに接続することによって、１〜２Ｖ程度の電圧は比較的容易に得られ、赤色ＬＥＤランプを点灯させたり、ブザーを鳴らす程度の負荷は充分取れることがわかった。今後、電極構成などを改良することにより、充分実用に適する電池を実現することができるものと考えられる。また、この電池は炭素族粒子を乾燥した状態で保存し、必要なときに水を加えるだけで起電力が得られ、電極間物質が中性で金属容器の腐食などのおそれがないので、使用に際して安全面では何の不安もなく、緊急用の海水電池などとして非常に有効であると考えられる。
また、これらの実験電池の中に、２次電池としての機能を示すものがあるのには驚かされるが、今後充分な解析の元に検討を進めることで広範な応用分野が開けるものと期待できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電池は、イオン化傾向が異なる２種類の物質からなる正極および負極と、炭素族粒子に水を加えて得られる電極間物質とで構成されるので、構造が簡単で、軽量に実現することができ、重量あたりのエネルギー密度、体積あたりのエネルギー密度が大きくできる可能性があるとともに、使用上非常に安全であり、使用後、廃棄したとしても公害などを引き起こす恐れがないという長所も有するなどの効果があり、今後改良を加えることによって、従来の電池にはない広範な用途が実現できるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の実験構成を示す図。
【図２】本発明の実験結果を示すグラフ。
【図３】本発明の実験結果を示すグラフ。
【図４】本発明の実験結果を示すグラフ。
【図５】従来の電池（ダニエル電池）の構成を示す図。
【符号の説明】
１      正極
２      負極
３      ろ紙
４      電極間物質
５      スポイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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