(57)【要約】本発明は、磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質およびその応用に関するものである。そして、次のようなステップを含む製造方法で製造した。シリカ含有量４０〜６０ｗｔ％のシリカゾル５〜１５重量分を取る。攪拌しながら１５〜２５重量分の水を加え、ボーメ計でその濃度を測り、濃度を０.６５〜０.８５°Ｂｅにさせる。そして、無機酸を加えることによってｐＨを１〜４にする。この溶液を１０００〜６０００ガウスの磁場中に置いて５〜１０分間磁化し、取り出して攪拌し、回転粘度計でその粘度を測って０.０２ポアズに達した時に，攪拌を止め、蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質が得られた。この産物は普通の電池或いは特殊蓄電池の電解質或いは化成液として利用できる。この産物を利用して作った蓄電池の比エネルギーは５３Ｗ／ｋｇ以上に達し、蓄電池の寿命を大きく高め、標準の動力電池の充一放電回数を３５０回から４００〜１０００回に増やし、かつ、当該蓄電池は、低温と高温に耐えられる性質があり、温度が−５０℃〜＋６０℃でも正常に使える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）シリカ含有量４０〜６０ｗｔ％のシリカゾルを５〜１５重量分を取り出すステップ、
（２）攪拌しながら１５〜２５重量分の水をステップ（１）のシリカゾルに加え、濃度が０．６５〜０．８５°Ｂｅ’になった時点で、水を加えることを停止するステップ、
（３）上記のステップ（２）で得た混合物に無機酸を加えながらそのｐＨ値を測り、ｐＨ値が１〜４になった時点で、無機酸を加えることを停止して、シリケート混合物を得るステップ、
（４）上記のステップ（３）で得たシリケート混合物を１０００〜６０００ガウスの磁場中に置き、５〜１０分間磁化し、磁化したシリケート混合物を得るステップ、および
（５）上記のステップ（４）で得た混合物を攪拌しながら、当該混合物の粘度が０．０２ポアズより小さくなった時点で、攪拌を停止するステップ
を含む製造方法で得たことを特徴とする磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質。
【請求項２】
上記した水は、脱イオン水または蒸留水であることを特徴とする請求項１に記載の磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質。
【請求項３】
上記した無機酸は、塩酸、シュウ酸、及び硫酸のうちのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質。
【請求項４】
上記した攪拌は機械的攪拌を含んで、７００〜１４００rpmの速さで、５〜１０分間攪拌することを特徴とする請求項１に記載の磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質。
【請求項５】
上記した磁場は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁性材料、酸化鉄磁性材料或いはその他の磁性材料で作った丸い桶であることを特徴とする請求項１に記載の磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質。
【請求項６】
請求項１に記載の磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質を普通の蓄電池或いは特殊な蓄電池の電解質或いは化成液に応用すること。
【請求項７】
上記した特殊な蓄電池の電解質或いは化成液は、深海蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質或いは化成液であることを特徴とする請求項６に記載の磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質の応用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電池用シリケート電解質に関し、特に磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質及びその応用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛酸蓄電池が使用する電解質は、普通、蒸留水で濃硫酸を希釈したものを電解質とし、鉛酸蓄電池を製造する時、この酸性電解質を処理するのが難しいため、製造と使用する場合に、及び廃棄によって、環境に大きな汚染をもたらす。また従来の密閉しない鉛酸蓄電池を使用する時には、酸霧が多く排出され、ジョイントを腐蝕し，使用と運送にもきわめて大きな不安全性をもたらす。
【０００３】
現在、市販のコロイド蓄電池という電解質の新型産品がある。たとえば、特許番号ＺＬ９０１０２３５５で開示された高電気容量のコロイド電解質はシリカゾルと硫酸を含む。シリカゾルの主な化学成分はＳｉＯ２・xＨ２Ｏで、その中の硫酸とシリカの比率（ｇ／ｇ）は４．５／１０．５である。このコロイド電解質は高い電気容量を有し、硫酸よりメリットがあるにもかかわらず、この種類のコロイド電解質は大量の硫酸を使うため、その欠点も環境に悪い影響をもたらし、使用と運送にも不便である。次に当該電解質もコロイド電解質であり、コロイダル状になっているから、コロイド電解質を流し込んだ蓄電池は硫酸電解質を流し込んだ同一の蓄電池と比べた場合、コロイド電解質を流し込んだ蓄電池は硫酸電解質を流し込んだ蓄電池の容量の７０％であり、又はもっと低い。したがって、比エネルギーは鉛酸蓄電池より小さいし、内部抵抗は大きいし、使用する時に水をなくして硬化しやすいし、また、性能と寿命両方とも理想的ではない。
【０００４】
本発明の前に、本出願人は一つのナトリウムを含まない複合シリケート電解質を提案した（出願番号ＰＣＴ／ＣＮ９９／００１１６）。その中に述べたナトリウムを含まない複合シリケート電解質は、オルガノシランと硫酸から一定の比率によって調製したものである。この電解質は従来の硫酸を主成分として製造した電解質の欠点を克服したが、次のような問題が現れた。つまり、上述した出願の電解質は、ナトリウムシリケートをゲル化剤として使うため、ゲル化剤を加えた蓄電池に注ぐ時に困難がある。時には、何回にも分けて注入する必要がある。したがって、製造工法も複雑になる。実は、このシリケート電解質にナトリウムを少しも含ませないようにするのは難しい。もし、ナトリウムの含量が０.１％を超えると、この電解質の粘度は増大してペーストになる。使用中における水の揮発につれて、ゲル化とクラッキングが発生し、電解質の性能にとって大きい影響をもたらす。そのため、蓄電池の自放電能力が悪くなり、内部抵抗は大きくなり、また、使用寿命も短くなる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、従来の蓄電池が硫酸を電解質として使うため、環境にひどい汚染をもたらし、また、製造プロセス中に労働者に害をもたらすという問題を克服できる。また、本出願人が提案したナトリウムを含まない複合シリケート電解質は粘度が高いため、蓄電池に注入するのが難しく、製造プロセスが複雑になり、かつ使用中に電解質のゲル化、クラッキングなどというひどい欠点も克服できる。さらに、上記コロイド電解質の流れにくく、内部抵抗の大きいという欠点も克服し、磁化工法で製造した鉛酸蓄電池と同じように比エネルギーが５３Ｗ／ｋｇに達し、寿命を長くし、かつ高温も低温も耐えられる性質を持っている蓄電池用液状の低ナトリウムシリケート電解質を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の目的は次のように実現した。
本発明は、磁化工法で製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質を提供した。当該液状低ナトリウムシリケート電解質は、次のようなステップを含む製造方法で製造した。
１．シリカ含有量４０〜６０ｗｔ％のシリカゾルを５〜１５重量分を取り出す。
２．攪拌しながら１５〜２５重量分の水をステップ１のシリカゾルに加え、ボーメ計で当該混合物の濃度を測って、濃度が０．６５〜０．８５°Ｂｅ’になった時点で、水を加えることを停止する。当該水は、脱イオン水または蒸留水であることが好ましい。
３．無機酸で混合物のｐＨを調節し、上記のステップ２で得た混合物に無機酸を加えながらそのｐＨ値を測り、ｐＨ値が１〜４になった時点で、無機酸を加えることを停止する。当該無機酸は、塩酸、シュウ酸、及び硫酸のうちのいずれか一つを含む。
４．上記のステップ３で得たシリケート混合物を１０００〜６０００ガウスの磁場中に置き、５〜１０分間磁化する。上記した磁場は、磁性材料で作った丸い桶でもよいし、又は交流磁場或いは直流磁場でもよい。
５．上記のステップ４で得た混合物を攪拌し、その攪拌方式は人工的な攪拌或いは機械的な攪拌を含む。機械的な攪拌の場合は、７００〜１４００rpmの速さで、５〜１０分間攪拌することが好ましく、攪拌によりステップ４で得た混合物の粘度を低くさせ、攪拌しながら回転粘度計でその粘度を測り、０．０２ポアズより小さくなった時点で、攪拌を止め、蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質を得る。
【０００７】
上記で用いた試薬の純度は少なくとも化学純度以上のものが好ましいが、通常は試薬級のものを採用する。尚、上記した磁性材料で作った１０００〜６０００ガウスの磁場を有する丸い桶の材料は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁性材料、酸化鉄磁性材料或いはその他の磁性材料であることが好ましい。
【０００８】
本発明により提供した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質の用途は、普通の蓄電池或いは特殊な蓄電池に使える電解質或いは化成液を含むものであり、例えば、深海蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質或いは化成液として使える。
【０００９】
本発明が提供した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質は、次のような利点がある。
【００１０】
１.本発明によって製造した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質は、その電解質の比率が変わるほか、特に磁化工法を使うため、その粘度が０.０２ポアズより低くなり、流れ易い液状電解質になる。したがって、従来のシリケート電解質の粘度が高いため、蓄電池に注入する時に困難で、特に何回にも分けて注入する必要があり、作り方も複雑であり、また、使用中に電解質が凝固するなどの問題があったが、これらの問題をすべて克服した。
【００１１】
２.本発明によって製造した液状低ナトリウムシリケート電解質を使って作った蓄電池の比エネルギーは、従来の鉛酸蓄電池の３０〜４０Ｗ／ｋｇから５３Ｗ／ｋｇまで大きく高まった。
【００１２】
３.本発明の液状低ナトリウムシリケート電解質は内部抵抗がきわめて低いため、当該液状低ナトリウムシリケート電解質を使って作った蓄電池の寿命を大きく高めた。標準の動力電池の充一放電回数を３５０回から４００〜１０００回に増やせた。
【００１３】
４.本発明の液状低ナトリウムシリケート電解質で作った蓄電池は、低温と高温に耐えられる性質があり、温度が−５０℃〜＋６０℃でも正常に使える。
【００１４】
５.本発明の液状低ナトリウムシリケート電解質はスタート能力を高めたため、放電能力が普通の３〜７Ｃから２５Ｃ〜３０Ｃ以上まで高まった。
【００１５】
６.本発明の液状低ナトリウムシリケート電解質は、製造と使用の時に酸霧がまったく排出されないため、硫酸の環境と労働者に対する影響を徹底的に回避できる。また、硫酸を蓄電池に注入することによるジョイントの腐蝕も回避できるため、電池箱の酸漏も解決された。これは国にも人にも有利で、社会効能が著しい。
【００１６】
７.本発明の液状低ナトリウムシリケート電解質で作った蓄電池は自放電がきわめて小さいので、長期貯蔵には有利である。したがって、貯蔵期を８か月から１８か月まで延長しても使える。
【００１７】
８.電池の標準は１００Ａｈである。
【００１８】
９.本発明の液状低ナトリウムシリケート電解質は、普通および他の蓄電池の電解質或いは化成液として使うことができ、特に深海作業に使った蓄電池の電解質或いは化成液として使うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施例１
１２Ｖ１００Ａｈ３Ｃ（３００Ａ）の鉛蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質の製造。
１.市販の試薬級（商品名：Ｓ-４０型）であるシリカ含有量４０％のシリカゾル５重量分、実際には１．５ｋｇの当該シリカゾルを取り出す。
２.攪拌しながら、蒸留水或いは脱イオン水を上記シリカゾルの中に加えながら、ボーメ計でこの溶液の濃度を測り、ボーメ計の値が０.６５°Ｂｅ’になった時点で、水を加えることを停止し、合わせて４Ｌの蒸留水或いは脱イオン水を加えた。
３.上記ステップ２にて得た混合物に市販の試薬級の９８.３％の硫酸を加え、当該硫酸のd＝１.８３４（１８／４°）であり、硫酸を加えると共に、酸度計でそのｐＨを測り、ｐＨが１.３２になった時点で、硫酸を加えることを停止し、実際には２Ｌの硫酸を加えた。
４.上記ステップ３にて得たものをＮｄ―Ｆｅ―Ｂ磁性材料で作った直径が８００ｍｍ、桶の高さが６００ｍｍである丸い桶の内に置く。当該磁性材料の丸い桶内の磁場強度は３０００〜４０００ガウスの間にある。この混合物を磁場中にて８分間磁化する。
５.上記ステップ４で磁化した混合物を機械で１０分間攪拌し、この場合の攪拌の速さは７００〜１４００rpmであり、混合物の粘度を低くさせる。その粘度を回転粘度計で測って０.０２ポアズより小さくなった時点で、攪拌を止め、１２Ｖ１００Ａｈの鉛蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質を得た。
【００２０】
この実施例によって得た電解質を用いた蓄電池はその電池標準が１００Ａｈであり、鉛蓄電池の比エネルギーが５３Ｗ/ｋｇ以上に達し、大幅に高められた。使用寿命も４００回以上に達し、高温と低温に耐えられる性質があり、温度が−５０℃〜＋６０℃の間でも正常に使用することができ、そしてスタート能力も普通の３−７Ｃの放電能力から３０C以上の放電能力まで高められた。それに、この蓄電池は自放電がきわめて小さく、１８か月まで長く貯蔵しても正常に使用することができる。本実施例の電解質の放電中での電圧の変化は図１に示すようであり、本実施例の電解質の放電中での電流の変化は図２に示すようである。
【００２１】
実施例２
１２Ｖ１２Ａｈの鉛蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート電解質の製造。
１.市販の試薬級であるシリカ含有量６０％のシリカゾル５重量分、実際には５ｋｇの当該シリカゾルを取り出す。
２.攪拌しながら、蒸留水１５Ｌをゆっくり上記のシリカゾルに滴下し、同時にボーメ計で溶液の濃度を測り、ボーメ計の値が０.６５°Ｂｅ’になった時点で、水を加えることを停止する。
３.上記ステップ２にて得た混合物に市販の９８.３％の硫酸を加え、その比重を水で１.５７に調整し、硫酸を加えながら、酸度計でそのｐＨを測り、ｐＨが１.３１になった時点で、硫酸を加えることを停止し、実際には２Ｌの硫酸を加えた。
４.上記ステップ３にて得た物をＮｄ―Ｆｅ―Ｂ磁石で作った直径が８００ｍｍ、桶の高さが８００ｍｍである丸い桶の内に、或いは直流磁場に置く。その磁場強度は４０００〜５０００ガウスである。この混合物を磁場中にて６分間磁化する。
５.上記ステップ４で磁化した混合物を機械で６分間攪拌し、この場合の攪拌の速さは７００〜１４００rpmであり、ステップ４で得た混合物の粘度を低くさせる。その粘度を回転粘度計で測って、０.０２ポアズより小さくなった時点で、攪拌を止め、１２Ｖ１２Ａｈの鉛蓄電池用の低ナトリウムシリケート電解質を得た。
【００２２】
この実施例によって得た電解質を使った蓄電池はその電池標準が１００Ａｈであり、鉛蓄電池の比エネルギーが５３Ｗ/ｋｇ以上に達し、使用寿命も１０００回以上に達した。当該蓄電池は温度−５０℃〜＋６０℃の間でも正常に使用することができ、スタート能力も高まり、放電能力が普通の３−７Ｃの放電能力から３０Ｃ以上の放電能力に高められた。それに、この蓄電池は自放電がきわめて小さいため、１８か月まで長く貯蔵しても正常に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の電解質の放電中での電圧の変化図である。
【図２】本発明の電解質の放電中での電流の変化図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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