成果報告書詳細
管理番号20120000000029
タイトル平成18~22年度成果報告書 系統連系円滑化蓄電システム技術開発 要素技術開発 新型ニッケル水素電池の研究開発
公開日2012/6/27
報告書年度2006 - 2010
委託先名川崎重工業株式会社
プロジェクト番号P06004
部署名スマートコミュニティ部
和文要約本研究開発においては、主として風力発電の出力平滑化システムへの適用を目指して大容量の新型ニッケル水素電池200Ah級モジュールを開発し、電池スタックの高性能・低コスト化並びに耐久性向上を図ることを目的とする。研究開発成果は以下のとおりである。1)高性能・低コスト化技術の開発 a)高性能・低コスト電極の開発:Mn、Coフリーの新規水素貯蔵合金および非水溶性バインダからなる新型負極を開発し、充放電容量が大きく耐久性に優れることを明らかにした。なお体積エネルギー密度が従来品に比べて若干低く改良の余地があることが分かった。 b)電極製造プロセス改良における基礎検討:従来よりも高容量の新規正極活物質としてLPD法によるアルファ型水酸化ニッケルを開発し、工業的製法および実用化の見通しを明らかにした。 c)電池特性の改善:メモリー効果や自己放電などの特性に及ぼす正・負極材料の影響を把握した。またこれらを踏まえて最終的に選定された起電部材や次項の改良セルを適用した200Ah級モジュールを開発し、所期の充放電性能が得られることを確認した。 d)セル構造の改良:インサート成形技術の改良を行い、セル品質の向上およびコストダウンを図った。また10セル積層スタックの温度解析を行い所期の放熱特性を確認するとともに、コスト低減のためより簡便な放熱構造を考案し適用性を確認した。 e)メンテナンスフリー化:長期運転に伴う放電リザーブ増大現象の解明に取り組んだ結果、負極水素吸蔵の合金の酸化の影響もあることが判明し対策を検討した。f)リサイクル技術の検討:電池活物質のリサイクル技術について検討し、リサイクルにより大幅にコスト低減できることが分かった。 2)耐久性向上技術の開発 a)導電マトリクスの耐久性向上:カーボン等従来と異なる導電マトリクスについて検討し、ニッケル水素電池への適用性および耐久性の面での課題を明らかにした。 b)電極・セパレータ微細構造の劣化状況の解明:LPD法によるアルファ型水酸化ニッケルの耐久性を検証し、300サイクル以上にわたり結晶相が安定で且つ高い容量を維持することが分かった。 c)電池性能劣化原因の解明:電極前処理による耐久性向上効果発現のメカニズムを解明し、前処理を行うことによって導電ネットワークが発達しより確実なものになることを明らかにした。 d)長寿命化対策の実施・効果の検証:前項の電極前処理の実用的な方法として、電極を電池に組み込んだ状態で支障なく実施できる条件を見出し、実際の大型電池に適用して効果を検証した。 e)寿命予測技術の構築:これまでに蓄積した長期耐久試験、加速評価試験ならびに各種パラメータ試験のデータをもとに寿命予測技術を構築し、寿命10年以上の見通しを得た。
英文要約Title: Development of an Electric Energy Storage System for Grid-connection with New Energy Resources: Development of Elemental Technologies: Development of an Advanced Nickel-Metal hydride Battery (FY2006-FY2010) Final Report
This technology development aims at improving the performance, prolonging the life and lowering the cost by developing a 200 Ah class module of novel Nickel-Metal hydride Battery. The results are as follows.1-a) Development of high-performance and low-cost electrode: A novel negative electrode comprising the metal hydride alloy without Mn or Co and the water-insoluble binder was developed, which showed relatively higher capacity and superior endurance than that of conventional one. 1-b) Fundamental study on electrode: As a novel active material of positive electrode with significantly higher capacity than that of conventional material, α-phase Ni(OH)2 by liquid phase deposition method (LPD) was developed. 1-c) Improvement of cell performance: The influence of the electrode materials on self-discharge characteristics was determined. The 200 Ah class module, composed of 10 cells using those electrode materials and the improved cell vessels described below, was developed and tested, which showed the desired performance of the efficiency and high rate characteristics. 1-d) Improvement of cell structure: The insert molding process to form cell vessels was modified to improve the dimensional accuracy and to reduce the fabrication cost. The thermal analysis test of the stack was conducted to confirm the heat removal performance. 1-e) Maintenance-free: The increase of the discharge reserve during long term operation was elucidated to indicate the corrosion of the metal hydride alloy as one of the causes of the phenomena. 1-f) The recycle technology of the active material of the battery was investigated, which showed the significant reduction of the battery production cost was possible. 2-a) Novel conducting network including carbon was investigated, which showed the applicability of such network and the issues on the durability. 2-b) Investigation of the degradation of micro-structure: Endurance test of α-Ni(OH)2 active material prepared by LPD method was conducted and no deterioration of the material was observed during 300 cycles operation. 2-c) Elucidation of the causes of the deterioration: The mechanism of the pre-treatment on positive electrode was investigated and determined as it consolidates the conducting networks among active material particles. 2-d) Long life technologies and validation testing: As the practical method of the pre-treatment above, an in situ treatment procedure was investigated and validated effective by the cell/stack tests of actual size. 2-e) Establishment of predictive method of cell life: Based on the long term endurance tests, accelerated estimation and conservation tests with various parameters, a life prediction method of the battery was developed , which showed the endurance more than 10 years.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る