(57)【要約】  電力を蓄える電気化学装置であって、側壁（２）と、上部壁（３）と、底部壁（５）と、電解質注入口（７）と、電解質排出口（８）とを有するリアクタ（１）と、前記リアクタ（１）内に配置される、ｘが１からｎの整数である複数の電極Ｅｘとを備え、前記電極は、交互に組み合わされた円錐および錐台の形をとり、各電極のテーパの付いた部分は、リアクタの上部壁（３）または底部壁（５）の方に向かって方向づけられ、錐台は側壁（２）に接し、円錐の頂点は、錐台の開口部を通る軸を画定するように適合されたことを特徴とする、電力を蓄える電気化学装置。
2018522366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁（２）と、上部壁（３）と、底部壁（５）と、電解質注入口（７）と、電解質排出口（８）とを有するリアクタ（１）と、
前記リアクタ（１）内に配置される、ｘが１からｎの整数である複数の電極Ｅｘと、
を備え、
前記電極は、交互に組み合わされた円錐および錐台の形をとり、各電極のテーパの付いた部分は、前記リアクタの前記上部壁（３）または前記底部壁（５）の方に向かって方向づけられ、前記錐台は前記リアクタ（１）の前記側壁（２）に接し、前記円錐の前記頂点は、前記錐台の前記開口部を通る軸を画定するように適合されたことを特徴とする、
電力を蓄える電気化学装置。
【請求項２】
前記電極Ｅｘはアノード面（９）とカソード面（１０）とを備え、前記アノード面（９）と前記カソード面（１０）とは異なる材料から成ることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学装置（１）。
【請求項３】
前記アノード面（９）は、円錐状のらせんを形成するように巻かれた少なくとも１つの金属線で覆われていることを特徴とする、請求項２に記載の電気化学装置。
【請求項４】
前記らせんの前記巻きは、前記アノード面（９）を覆うように結合されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記金属線は鉛から成ることを特徴とする、請求項３および４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記アノード面は、円錐状のらせんを形成するように巻かれた第２の金属線で覆われ、前記第２の金属線はスズから成ることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記電極Ｅｘは同じ面を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記上部壁（３）と前記底部壁（５）とは円錐形であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記電極Ｅｘを形成する前記円錐と、前記上部壁（３）と前記底部壁（５）とは、互いにほぼ平行であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電解質注入口（７）は前記上部壁（３）に配置され、
前記電解質排出口（８）は前記リアクタの前記底部において、前記リアクタの前記底部壁（５）と前記電極Ｅｎとの間に配置され、
ｘが奇数である前記電極Ｅｘは、空間によって前記リアクタ（１）の前記側壁（２）から分離されており、
ｘが偶数である前記補助電極Ｅｘは前記リアクタ（１）の前記側壁（２）に接し、前記円錐の前記頂点のところに開口部を有し、
これにより前記電解質の流路を形成し、前記流路は前記電解質注入口（７）から前記電解質排出口（８）につながり、ｘが奇数である前記電極Ｅｘと前記リアクタ（１）の前記側壁（２）との間と、ｘが偶数である前記電極Ｅｘの前記円錐の前記頂点のところにある前記開口部の中を交互に通過することを特徴とする、
請求項１から９のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項１１】
前記電極Ｅｘは互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気化学装置（１）。
【請求項１２】
前記上部壁（３）が電極、好ましくはカソード、を形成することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記底部壁（５）が電極、好ましくはアノード、を形成することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は、前記リアクタ（１）の前記電解質注入口（７）と前記電解質排出口（８）とに接続され、閉回路を形成する電解質タンクを備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電気化学装置（１）。
【請求項１５】
前記装置は、複数の電極を有する少なくとも１つの第２のリアクタを備え、前記２つのリアクタは、直列に取り付けられて電気的に接続され、前記第２のリアクタは前記第１のリアクタと前記電解質タンクとの間に配置され、前記第１のリアクタの前記電解質排出口は前記第２のリアクタの前記電解質注入口に接続され、前記第２のリアクタの前記電解質排出口は前記電解質タンクに接続されることを特徴とする、請求項１４に記載の電気化学装置（１）。
【請求項１６】
前記第１の電極（４）は電源の前記負端子に電気的に接続され、前記第２の電極（６）は前記電源の前記正端子に接続されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電気化学装置（１）。
【請求項１７】
前記第１の電極（４）と前記第２の電極（６）とは、電力回収システムに接続されていることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の電気化学装置（１）。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の電気化学装置を準備するステップと、
金属イオンを含む電解質を前記電気化学装置に注入するステップと、
前記第１の電極（４）を電源の前記負端子に電気的に接続し、前記第２の電極（６）を電源の前記正端子に電気的に接続するステップと、
電力を供給することによって前記電気化学装置の前記電極上の前記金属イオンを減少させ、電気分解可能な金属電池を形成するステップと、
を連続的に含むことを特徴とする、電力を蓄える方法。
【請求項１９】
前記電気分解可能な金属電池を形成した後、前記析出した金属を分解して電力を生成する、前記電池を稼働する段階を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属の分解が起きるとき、前記第１の電極（４）と前記第２の電極（６）とは電力回収システムに接続されていることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記電気分解可能な金属電池を形成するために用いられる前記電解質は、前記電池の前記稼働段階で再利用されることを特徴とする、請求項１９および２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記電気分解可能な金属電池を形成した後、前記電解質は前記リアクタ（１）から排出されることを特徴とする、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を蓄える電気化学装置および電力を蓄える方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を大量に蓄える分野には多くの問題がある。小さな容積でありながら、広い範囲の電力および容量で動作することができる、蓄電ユニットを持つことが、必須となる。
【０００３】
電力を蓄える方法として見込みがありそうなのは、電気化学的なプロセスによるものである。今日もっとも効率的で安全な電気化学技術は、非鉄金属を水媒体中で電気分解するものである。より詳しくは、亜鉛やマンガンのような、高いエネルギー量を持つ金属を電気分解するものである。
【０００４】
さらに、この技術は簡単で廉価である。よって、電気分解を可逆的に行うことができれば有益である。
【０００５】
国際公開ＷＯ２０１１／０１５７２３には、完全に電気化学的な手段で電力と水素を同時にコジェネレーションする方法について述べられている。この方法は、電気分解できる金属の溶液を電気分解することによって電気を蓄積し、電気分解できる金属−水素電池を形成する段階と、この電池を稼働することにより電気を回収して水素を生成する段階とを含む。
【０００６】
しかし、このような装置では、大量の電力を供給することができるためにはリアクタがかなり大きくなる。
【０００７】
さらに、高出力用途においては、金属の電着が一様でなくなることが多く、これが装置の電気化学的な性能を損なう原因になり、また金属が樹状に結晶化して電極が短絡する可能性もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、先行技術の欠点を改善し、特に大量の電力を蓄積できるようにする装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、電力を蓄える電気化学装置によって達成されうる。その電気化学装置は、側壁と、上部壁と、底部壁と、電解質注入口と、電解質排出口とを有するリアクタと、ｘが１からｎの整数である複数の電極Ｅｘとを備え、電極はリアクタ内に配置され、交互に組み合わされた円錐および錐台の形をとり、各電極のテーパの付いた部分はリアクタの上部壁または底部壁に向かって方向づけられ、錐台はリアクタの側壁に接し、円錐の頂点は、錐台の開口部を通る軸を画定するように適合されている。
【００１０】
本発明の目的は、また以下のステップを連続的に含む、電力を蓄える方法によっても達成されうる。
【００１１】
上述の、電力を蓄える電気化学装置を準備するステップと、
金属イオンを含む電解質を電気化学装置に注入するステップと、
第１の電極を電源の負端子に電気的に接続し、第２の電極を電源の正端子に電気的に接続するステップと、
電気化学装置の電極上の金属イオンを減少させるために電力を供給し、電気分解可能な金属電池を形成するステップ。
【００１２】
他の利点や特徴は、非制限的な例として添付の図面に表されている、本発明の実施形態の以下の記載によってより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による電気化学装置のリアクタの断面概略図である。
【図２】本発明による電気化学装置の補助電極の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、直接的かつ可逆的に電力を蓄える電気化学装置に関する。
【００１５】
図１に示すように、電力を蓄える電気化学装置は、
側壁２と、上部壁３と、底部壁５と、電解質注入口７と、電解質排出口８とを有するリアクタ１と、
リアクタの中に配置される、ｘが１からｎの整数である複数の電極Ｅｘとを備え、電極は交互に組み合わされた円錐（ｃｏｎｅ）および錐台（ｆｒｕｓｔｕｍ）の形をとり、各電極のテーパの付いた部分はリアクタ１の上部壁３または底部壁５の方に向かって方向づけられ、錐台は側壁２に接しており、円錐の頂点は錐台の開口部を通る軸を画定するように適合されている。
【００１６】
リアクタ１は、好ましくは閉じられたリアクタであり、中を電解質が流れる。たとえばリアクタ１は容器である。好ましくは、側壁２は円形である。
【００１７】
リアクタ１は、カバーとも呼ばれる上部壁３により、その上部を閉じられる。
【００１８】
リアクタは、ベースとも呼ばれる底部壁により、その底部を閉じられる。
【００１９】
底部壁５と上部壁３は、好ましくは円錐形である。上部壁３の円錐の頂点と、底部壁５の円錐の頂点とは、軸ＡＡ’を画定する。
【００２０】
円錐形とは、これらの壁が円錐形の表面を呈示するということを意味する。その表面は直線あるいは実質的に直線である曲線で画定され、その直線あるいは実質的に直線である曲線は固定された点、あるいは頂点と、閉じた平坦な曲線を形成する可変点を通る。
【００２１】
好ましくは、閉じた部分は円筒形または卵形である。
【００２２】
円錐は回転錐であって、側壁２が円筒であり、底部壁５と上部壁３の閉じた部分は側壁２の寸法に釣り合った円形であることが有益である。
【００２３】
上部壁３は第１の主電極４を形成するのが有益である。
【００２４】
第１の実施形態によれば、上部壁３が第１の電極４を形成する。
【００２５】
他の実施形態によれば、上部壁３は第１の電極４の機械的支持体の役割を果たす。第１の電極４はリアクタのカバーで支持されるのが有益である。装置が頑丈になり、また簡単に実装できる。
【００２６】
第１の電極４は、電気化学装置の主アノードまたは主カソードであってもよい。
【００２７】
好ましい動作モードでは、第１の電極４は電気化学装置の主カソードである。
【００２８】
そして、第１の電極４は、直流電源の負端子に接続される。
【００２９】
カバーは導電性であると有益である。カバーは直流電源の負端子に電気的に接続され、電解質に浸されている第１の電極にバイアスをかける。
【００３０】
電解質と接触するように設計されている第１の電極４は、その電気化学反応を強めたり、化学品やガスへの耐性を向上させたりするためにコーティングで覆われていてもよい。
【００３１】
第１の電極４は、酸性の媒体中の酸素により影響され得ない材料から成ることが有益である。たとえば、第１の電極の表面は窒化チタンで覆われてもよいし、導電性のセラミックで被膜された鋼から作られていてもよい。導電性のセラミックは、酸化物ではない。
【００３２】
好ましくは、第１の電極４はステンレス鋼からなる。
【００３３】
底部壁５は、第２の主電極６を形成する。
【００３４】
ある実施形態によれば、底部壁５が第２の電極６となる。
【００３５】
他の実施形態によれば、底部壁５は、第２の電極６の機械的支持体の役割を果たす。
【００３６】
第２の電極は、たとえば鉛で被膜されたステンレス鋼からなる。
【００３７】
好ましくは、第２の電極は電気化学装置の主アノードを形成するアノードである。
【００３８】
リアクタ１の底部壁は、導電性であって、外部の電源の正端子の電位へバイアスされる。
【００３９】
電極Ｅｘは、底部壁５と上部壁３の間に配置される。電極Ｅｘは補助電極とも呼ばれる。
【００４０】
電極Ｅ１は、第１の電極４にもっとも近い補助電極である。これは、第１の電極４からみて近位電極となる。
【００４１】
電極Ｅｎは、第１の電極４からもっとも遠い補助電極である。これは、第１の電極４からみて遠位電極となる。
【００４２】
図１は、４つの補助電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４を有するリアクタの例を示す。遠位電極はＥ４である。
【００４３】
電極Ｅｘの数は、必要な電力に依存する。
【００４４】
図１に示すように、補助電極Ｅｘは完全な円錐または錐台の形であると有益である。円錐形電極の頂点および錐台形の電極の開口部は、軸ＡＡ’に沿って直線上に配列される。円錐の頂点と開口部は、同じ方向に向けられるのが有益である。
【００４５】
好ましくは、頂点および開口部は上部壁３の方向に向けられ、円錐または錐台のテーパの付いた形状は、底部壁５の方向に配置される。
【００４６】
ある実施形態では、ｘが奇数である電極Ｅｘは完全な円錐形であり、ｘが偶数である電極Ｅｘは錐台形である。
【００４７】
ｘが奇数である電極Ｅｘは、空間によってリアクタ１の側壁２から分離されている。
【００４８】
ｘが偶数である電極Ｅｘは、リアクタ１の側壁２に接している。これらの電極は錐台形をしていることにより、円錐形の頂点に流体が流れるのを可能にする。
【００４９】
この実施形態は、特に効率的でコンパクトである。しかし、逆の構成もまた可能である。
【００５０】
好ましい実施形態によれば、リアクタの電解質注入口７が、第１の電極Ｅ１を形成する円錐の頂点において、上部壁３に配置される。
【００５１】
電解質は、たとえば容積式ポンプによって、カバーを介してリアクタ内に注入され、これにより流量や圧力が制御可能になる。
【００５２】
電解質排出口８がリアクタ１の底部において、リアクタ１の電極Ｅｎと底部壁５との間に配置される。
【００５３】
電解質排出口８は、リアクタ１のベースに位置する１以上の開口部で形成することが可能である。
【００５４】
変形例として、電解質注入口７と電解質排出口８を逆にすることが可能である。
【００５５】
このように、電解質注入口７から電解質排出口８への電解質の流路が形成され（図１では概略的に矢印で表されている）、ｘが奇数である電極Ｅｘとリアクタの側壁の間、そしてｘが偶数である電極Ｅｘの錐台の頂部にある開口の中を交互に通過する。
【００５６】
本実施形態では、電解質は自然に重力に従って流れる。
【００５７】
この構造によって、電解質の流れの良好な循環が得られるようになる。この流れは、各電極の前で恒久的に新たなものになる。
【００５８】
このように構造が完全に対称なことにより、一つの電極から他の電極へ適切に電流を受け渡しできるようになり、漏れ電流をなくすことができるようになる。
【００５９】
また一方で、変形例として非対称な構造も可能であるが、その効率は低下する。
【００６０】
電流の流れを制御して、乱流の減少と関連して、金属の析出がより良好に均一になる。
【００６１】
熱損失が減少し、良好に分配されるという利点もある。
【００６２】
電極Ｅｘの電気化学的な電位は浮遊していると言われている。即ち、リアクタにより支持される電極６と電極３の間に、発電機により供給される総電位差は、各電極Ｅｘ間に自然に分配される。
【００６３】
この「浮遊電位」は、電極間を流れる電解質槽のなかで自然に釣り合う。この電位は、リアクタの容器とカバーの間に印加される電位差および電極Ｅｘの数に依存する。
【００６４】
段階的に、図１および図２に示すように、補助電極Ｅｘはバイポーラ型である。バイポーラとは、電極Ｅｘはアノードとしてもカソードとしても機能できるという意味である。バイポーラ電極は２つの面、アノード面９とカソード面１０を呈示する。
【００６５】
電着の過程で、金属がカソード面に析出し、アノード面には固有（ｎａｔｉｖｅ）の酸素が形成される。
【００６６】
これらの特別な電極は、電気化学的な条件、特にバイポーラという特性に適した材料で設計されることが有益である。たとえば電極は、望ましくは非酸化セラミックなどの導電物で各材料が被膜された、鉛、スズ、ニッケル、またはチタンからなる。セラミックは非酸化物であることが望ましく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）などで形成される。
【００６７】
電極はまた、酸化鉛や、スズと酸化鉛の化合物、または鉛合金から作られる混合バイポーラ電極であってもよい。
【００６８】
アノード面９とカソード面１０とは、違う物質から作られることが有益である。
【００６９】
たとえば、カソード面は鉛、酸化鉛、またはステンレス鋼からなり、これらは被膜されていてもされていなくてもよい。
【００７０】
好ましくは、スズ、酸化鉛、および酸化鉛からなる混合バイポーラ電極上において、蓄電が行われる。
【００７１】
好ましくは、アノード面は少なくとも１つの円錐状のらせんに巻かれた金属線を有する。金属線は、鉛で形成される。他の実施形態では、アノード面は円錐状のらせんを形成するように巻かれた第２の金属線で覆われる。第２の金属線はスズからなる。
【００７２】
さらに好ましくは、アノード面は金属線のセット、たとえばｋ本のストランドからなるケーブルが１以上の円錐状のらせんを形成するように巻かれたケーブルを有する。これをたとえば、「パップス（冠毛状）」円錐状らせんと呼ぶ。この構造により、具体的な交換面が、π（３．１４）×ｋに等しい定数で大きく増加し、固有の酸素の保持という結果を招く。電気化学反応が起きるときに主なガスが放出されることがないという利点がある。
【００７３】
図２に示すように、撚り合わされた金属線の束は筒状の断面を呈示する。あるいは、星形や十字型の断面でもよい。
【００７４】
断面が筒状であることは有益である。
【００７５】
好ましくは、巻かれた金属線の束は、純粋な鉛からなる金属線またはスズの金属線と、前述した金属の酸化物のペーストを混ぜて構成される。らせんを構成する酸化物と撚り合わされた金属線の組立体はまた、保護材（ｓｈｉｅｌｄ）で覆われていてもよい。たとえば、保護材は電極の円錐形に適合するように切断された、電解質に対する多孔質の膜である。ポリエチレン膜を用いることができる。
【００７６】
その代わりに、ケーブルは編組線（ｂｒａｉｄ）で置き換えられてもよい。編組線は、各線の間を電解質が浸透できるように作られなければならない。編組線の線材の固定は、各線材の間にわずかな隙間を生じさせる支持くさびによって調整することができる。
【００７７】
好ましくは、図２において示され、軸ＡＡ’と円錐の辺心距離Ｌとで画定される角度ｂは、４５°より大きい。より好ましくは、重力によって酸化物が電極から剥がれるのを防ぐために、角度ｂは５０°より大きい。
【００７８】
らせんの巻きは結合し合って、アノード面９を覆い、各電極の活物質（ａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の量を増加させる利点がある。必要であれば、ケーブルをいくつかの層状に巻いたパップスらせんを互いに積み上げて、さらに交換面を増加させることができる。ケーブルの撚り線はその端部で集められ、半田付けによってアノードの上で互いにそしてケーブルの支持体を形成する下塗り剤（ｕｎｄｅｒｃｏａｔ）と組み合わせることも有益である。
【００７９】
好ましくは、補助電極Ｅｘのアノード面９は鉛または鉛合金のコーティングで覆われ、鉛コーティングは前述のらせんで覆われる。鉛コーティングは、鉛箔のシートでもよい。鉛箔のシートの代わりに、スズ箔のシートを用いてもよい。
【００８０】
円錐型の各補助電極Ｅｘの表面Ｓは、以下の式で定義される。
【００８１】
Ｓ＝π．Ｌ．（Ｒ＋ｒ）
ここで、Ｌは円錐の辺心距離、
Ｒは円錐の外半径、
ｒは円錐の内半径である。
【００８２】
Ｌは、ｂを円錐の頂部の角度とするとＬ＝ｒ／ｓｉｎｂと定義することができるので、以下の式が得られる。
【００８３】
Ｓ＝π．（ｒ／ｓｉｎｂ）．（Ｒ＋ｒ）
もしＲが０．８５ｍ、ｒが０．０５ｍ、ｓｉｎｂが０．７６６であれば、電極の表面は２．９７ｍ２である。
【００８４】
円柱状の容積の中に円錐状または錐台状の補助電極の積層というこの具体的な構成により、極めて小さい容積の中に極めて大きい交換面を形成する。
【００８５】
電極のアノード面を特定の構成にすることにより、即ち金属線を円錐状のらせんを形成するように巻くことにより、交換面はさらに増加する。
【００８６】
バイポーラ電極は極性の全面的な反転が可能であり、化学反応段階で対極としての動作が反転すると極性が反転されてリアクタが発電機として使われる。電気を生成する段階では、化学的攻撃反応はカソード面上に析出した金属に起こり、電流が生成される（電池効果）。
【００８７】
たとえば、高さＨが１．５ｍのリアクタ容器中に円錐形のバイポーラ補助電極（ｘが奇数の補助電極Ｅｘは錐台型、ｘが偶数の補助電極Ｅｘは完全な円錐型）が５１あり、その表面積が約３ｍ２であると、出力される電力ＰはＰ＝Ｅ．Ｉ．となる。Ｅは５３組×２．８５Ｖ≒１５０Ｖであり、Ｉは４００Ａ／ｍ２×３ｍ２＝１２００Ａであるので、電力は約１８０ｋＷである。
【００８８】
従って、バイポーラ補助電極Ｅｘのセットが、アノードして作用する電気化学面とカソードとして作用する電気化学面が互いに向き合いながらコンパクトに積層された形状をとることは有益である。
【００８９】
電気化学装置が稼働している間、電解質は第１段階として、側壁２に到達するまでの間、第１の電極４と電極Ｅ１のアノード面との間を流れる。次に、補助電極Ｅ２に沿って電極Ｅ１のカソード面と電極Ｅ２のアノード面との間を流れる。電極Ｅ２の頂部において、この電極の上面にある開口部を通り、側壁２に達するまでの間、電極Ｅ２のカソード面と電極Ｅ３のアノード面との間を流れ、リアクタの底部に到達するまでの間、これを繰り返す。
【００９０】
バイポーラ電極と円錐形の積層体が連携することにより、一つのバイポーラ電極から他の電極へ電流が理想的に分配されると同時に、析出する金属を含む化学溶液の電解質の流れを重力によって正確に制御して流すことが確実となる。
【００９１】
複数の補助電極Ｅｘは同じ面を持つことが有益である。
【００９２】
アクティブな反応面は、１つのペアから他のペアへかけて、リアクタの上部から底部の外にかけて均一性を維持し、均一な電流密度が得られる。
【００９３】
補助電極Ｅｘの積層体が同一のアクティブ面を持つことにより、電極対の表面を完全に制御することができるようになり、従ってそれは一定である。
【００９４】
この電極組立体は、きわめて小さな寸法でありながら、大きな反応面を得ることができる。リアクタ１の容積を著しく削減することができる。
【００９５】
おなじリアクタ容積で比較すると、このような装置は、平坦な電極を有する装置よりも大きな電力量を蓄えることができる。
【００９６】
好ましい実施形態によれば、リアクタの側壁２は電気的に絶縁され、第１の電極４と第２の電極６とが電気的に接触しないようになっている。
【００９７】
側壁２が電気的に絶縁されていることにより、電極Ｅｘが互いに電気的に絶縁されるだけでなく、第１の電極４や第２の電極６からも絶縁されることが確実になる。
【００９８】
リアクタの側壁２が電極の機械的支持体としても機能することという利点がある。リアクタの側壁２に配置されたくさび（ｓｈｉｍ）によって電極の位置が均等になる。
【００９９】
くさびは、電気的に絶縁材料で作られていることが望ましい。
【０１００】
リアクタ内の電極Ｅｘは、たとえばリアクタの外側胴部から突出する電気的に絶縁性のリングのサポートによって絶縁される。
【０１０１】
この構成は、リアクタ１が鉛電極を有し、あらゆるガスの放出を伴わない直接蓄電を行うときに、特に用いられる。（リアクタが大気圧下で動作しているとき）。
【０１０２】
くさびは、電極Ｅｘを形成する円錐と、上部壁３と、底部壁５とが互いにほぼ平行になるように構成されるのが好ましい。
【０１０３】
好ましくは、連続する２つの電極Ｅｘの間の距離は、軸ＡＡ’に平行なあらゆる軸のどの点で測ってもほぼ等しい。よって、電位や化学反応がよりよく分配される。
【０１０４】
電極間の距離は、好ましくは抵抗損を著しく減少することができる０．５ｃｍから１．５ｃｍの範囲に設定される。
【０１０５】
可逆的に電力を蓄える方法は、以下の連続的なステップを有する。
【０１０６】
前述した電気化学装置を準備するステップと、
金属イオンを含む電解質を電気化学装置に注入するステップと、
第１の電極を電源の負端子に電気的に接続し、第２の電極を電源の正端子に電気的に接続するステップと、
電力を供給することによって電極上の金属イオンを減少させ、金属電池を形成するステップ。
【０１０７】
電解質は金属イオンを含む。金属イオンは、亜鉛、マンガン、またはニッケルなどでよく、またカドミウムイオンであってもよい。
【０１０８】
好ましくは、電解質は硫酸塩ベースの水溶液である。
【０１０９】
硫酸塩は、金属の硫酸塩であり、鉛、亜鉛、マンガン、またはカドミウムから選択された金属の硫酸塩であると有益である。
【０１１０】
第１の電気化学ステップ、即ちエネルギー蓄積は、電気化学装置の電極上に溶液中の金属を電着させることによって行われる。
【０１１１】
第１のステップでは、溶液中の金属イオンが減少し、金属がバイポーラ電極のカソードに析出する。
【０１１２】
カソード、即ちリアクタの壁上と、入れ子状に重なったバイポーラ電極のカソード面上に金属が電着する段階の間に、アノードには酸素が放出される。
【０１１３】
酸素は、バイポーラ電極のアノード面の金属相を酸化物に変換する。
【０１１４】
電着は電気エネルギーを用いて行われる。
【０１１５】
電力の蓄積は、金属の析出の形で行われる。
【０１１６】
金属の電着が起こるとき、電解質の金属含有量が、徐々に減少する方向で変化する。必要に応じて、金属の硫酸塩を含む水を連続的に電解質、即ちその溶液に加えてもよい。
【０１１７】
電気分解可能な金属電池を作成したのち、方法はこの電池を稼働させる段階になる。稼働段階では、電力を作り出すために、先に析出した金属を分解する。
【０１１８】
金属の化学的攻撃反応が進むにつれ、金属は再び電解質の溶液中に置かれる。金属が分解されると、水中の水素が、同時にアノード側で起こる酸化物の還元により再結合をする。
【０１１９】
バッテリー効果により、リアクタは発電機となる。交換面が大きいことにより、その内部抵抗は減少する。
【０１２０】
第１の電極４および第２の電極６を電力回収システムに接続することにより、電力が回収される。
【０１２１】
好ましくは、装置は、リアクタ１の電解質注入口４と電解質排出口８とに接続され、閉じた回路を形成する電解質タンクを備える。電気分解可能な金属電池を形成するために使われる電解質は、この電池の稼働段階で再利用される。
【０１２２】
電着段階の間、電解質は次第に貯蔵タンクに貯蔵される。そしてこのタンクは、電力生成段階の供給源として機能する。
【０１２３】
電着段階のあと、即ち電池が形成されたあと、電解質はリアクタ１から排出されることが有益である。電解質が排出されることにより、あらゆる電流が流れる可能性がもはやなくなり、回路が開かれることを意味する。この操作により、蓄えられたエネルギーを使用していない期間に、電池の電気が自己放電することを防ぐことができる。
【０１２４】
電解質がタンクから排出され、析出された金属ともはや接していないようになれば、析出された金属は安定する。析出物は、酸化することなく、内部に電着の過程で消費した電力を蓄えたまま、かなり長い期間保たれる。
【０１２５】
機器の電源が切られるたびに、電解質が排出されると有益である。この操作はリアクタの構成によってきわめて簡単に行うことができるが、それにより、蓄電池の自己放電という周知の問題を防ぐことができる。
【０１２６】
側壁は、望ましくはリアクタの底部に位置する排出装置を有する。二重側壁を使用することもできる。２つのうちの内壁には各電極Ｅｘのベースに逆止め弁が備えられ、排出をより効率的に行える。
【０１２７】
電気分解可能な金属電池を形成するために用いられる電解質は、電池の稼働段階で再利用される。
【０１２８】
先の操作で作られた電解質は、電池としての稼働が行われたときに再度閉じたループを流れる。この分解ステップの初期における酸の含有量は高く、金属含有量は低い。分解が起きると、金属が再び溶液中に置かれる。
【０１２９】
たとえば、鉛の場合、発電の過程で、硫酸鉛溶液が、後に再利用するために再生される。
【０１３０】
選択された構成によって、電解質の流れは制御され、電力が直接蓄えられたり、あるいは電気の形として電力が直接生成されたりすることのいずれかが可能となる。
【０１３１】
いくつかのリアクタが直列または並列に、電気的に接続されてもよい。
【０１３２】
好ましくは、装置は少なくとも第２のリアクタを備え、２つのリアクタは直列に取り付けられ、電気的に接続される。
【０１３３】
２つのリアクタは、流体連通している。第２のリアクタは第１のリアクタと電解質タンクとの間に配置され、第１のリアクタの電解質排出口は第２のリアクタの電解質注入口に接続され、第２のリアクタの電解質排出口は、電解質タンクに接続されている。
【０１３４】
第２のリアクタもまた、複数の電極を有している。第２のリアクタは第１のリアクタと同一のものであるという利点がある。
【０１３５】
電気化学装置を動作させるための電気的な接続は、きわめて簡単なものであるという利点がある。
【０１３６】
エネルギーを蓄える段階では、リアクタは直流発電機によって給電されるが、金属を分解する段階では、リアクタそのものも制御された発電機として機能する。
【０１３７】
金属電着段階では、第１の電極は発電機の負端子に接続され、アノードとなる第２の電極は、発電機の正端子に接続される。
【０１３８】
化学的攻撃反応が起きると、リアクタは発電機として機能する。そして、１以上の電力回収システムに電気的に接続される。
【０１３９】
外部の直流電源が電着に必要な外部電力を提供し、この接続によって、電流を逆向きに流すことが可能になる。
【０１４０】
このきわめてコンパクトな装置は、少ない容積の中に高密度の活性表面を呈する。この装置は、大気温度に近い選択された温度で動作し、大きく向上した熱交換効率を示し、化学分解反応によって電力を部分的にそして直接回収するという利点を持つ。
【０１４１】
この方法によれば、たとえばオフピーク時間中に得られる電力を蓄え、たとえばピーク時間中に高効率で蓄えられた電力を回収する。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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