V. Magnesium Fuel Cell Technology
5.1 Self-Discharging
5.2 Kohama MgFC technology
5.3 Present Status of MgFC
5.4 Resistive to Disaster
5.5 Major Advantages of MgFC
5.2 Kohama MgFC technology
Kohama MgFC technology may be defined as below.
1. In an MgFC, a negative electrode is made of a magnesium alloy containing aluminum and calcium, and an electrolytic solution into which magnesium ions emanating from the negative electrode elute. (← Claim 1)
2.In the MgFC (defined above), the aluminum contained in the magnesium alloy ranges from ≧3 wt% to ≦ 9 wt%, and the calcium contained therein ranges from ≧ 1 wt% to ≦ 3 wt%. (← Claim 2)
3. In the MgFC (defined above), the electrolytic solution is preferably one selected from among sodium chloride solution, sodium hydroxide solution, sodium bicarbonate solution, and sodium percarbonate solution. (← Claim 3)
The magnesium alloy thus composed has at least the following advantageous features.
Feature-1: Kohama MgFC, which uses the flame-retardant magnesium alloy for its negative electrode, successfully solved the self-discharge problem inherent to the conventional MgFC. Five samples having respectively different compositions were prepared. Those samples were immersed in a 18 (wt) % salt water. Weight decreases of those samples were measured. In the sample 1 (having the magnesium alloy containing 6 wt% of aluminum and 2 wt% of calcium), the magnesium alloy was little eluted into the salt water. The result shows that where the sample 1 is applied to the negative electrode of the MgFC, no self-discharge will occur in the battery.
Feature-2: 1) The magnesium alloy has a satisfactory reactivity. 2) It has an ability to control combustion (reaction). The characteristic 1) indicates that it is suitable for the battery material. The characteristic 2) indicates that it is suitable for the industrial material. Those contradictive characteristics of the magnetic alloy synergically operate to provide an excellent battery material.
The reason why the magnesium alloy has such characteristics:
"The alloy containing aluminum and magnesium has a bilateral structure consisting of two phases, i.e., a metal Mg phase (solid solution) and an Al2Ca compound phase. "The compound phase is relatively inactive. The reactivity of the alloy is macroscopically low. The fact is empirically confirmed. Where the bilateral structure is sufficiently fine, the corrosion reaction (elution reaction) is uniform as a whole and gently progresses. The above fact will contribute to the reactivity and the reaction control. It appears that the parent phase of the magnesium alloy having high reactivity and the reaction control by the second phase being inactive cooperate to provide the good performance of the negative electrode."
Feature-3: The Kohama magnesium alloy is capable of producing electricity of about 80% of the theoretical electric capacity of the magnesium alloy. This is experimentally confirmed. The theoretical electric capacity of pure magnesium is 2.2Ah/g. The magnesium alloy contains 92 wt% of magnesium, for example. The electric capacity of the magnesium alloy is 1.63 AH/g.
An experiment was conducted under the following conditions.
Negative electrode: magnesium alloy containing 6 wt% of aluminum and 2 wt% of calcium
Positive electrode current collector: carbon felt
Electrolytic solution: 18 wt% salt water
The experiment results: decreased amount of the magnesium alloy = 0.601g, current amount per 1 g = 1630mAh/g, and electric power = 476mWh/g
Feature-4: The MgFC is capable of stably producing electricity for a long time. An experiment was conducted. In the experiment, an MgFC was manufactured, and current was fed from the MgFC to a motor. The MgFC was roughly specified as follows:
Negative electrode: magnesium alloy containing 6 wt% of aluminum and 2 wt% of calcium
Positive electrode current collector: carbon felt
Electrolytic solution: 18 wt% salt water
A plate-like magnesium alloy was used. One side of the magnesium alloy plate is covered with a tape, while the other side is exposed to the electrolyte. The experiment result showed that the MgFC using the magnesium alloy continuously produces electricity more safely and longer than the MgFC not using the magnesium alloy. (Written based JPA No. 2012-234799)
As already described, the magnesium to be utilized is produced by the Kohama smelting process based on solar energy. The smelted magnesium functions as a carrier carrying solar energy. Electrically, a flow of the free electrons takes the flow of current in the MgFC. The phenomenon indicates that the smelted-magnesium stores electricity. The fact disproved the popular opinion that it is impossible to store electricity. Thus, magnesium can safely store, transport, and utilize electricity. This is a revolutionary form of energy utilization. The fact is significant.
5.2 Kohama MgFC technology
Kohama MgFC technologyの大きな概念は次のようだ。
１．マグネシウム燃料電池において、負極材がアルミニウム及びカルシウムを含有するマグネシウム合金で構成される、そして電解液には負極材からマグネシウムイオンが溶出する。 (← Claim 1)
２．マグネシウム合金に含まれるアルミニウムは３重量％以上９重量％以下の範囲である。 カルシウムは１重量％以上３重量％以下の範囲である。 (← claim 2)
３．使用する電解液は、塩化ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、及び過炭酸ナトリウム水溶液からなる群から選ばれる少なくとも１つである。 (← Claim 3)
特徴―1： Kohama MgFCは自己放電の問題を解決した。
５種類のサンプル（様々な組成のマグネシウム合金）を１８重量％塩水に浸漬させた後、その重量の減少量を測定した。Ａlを６重量％、Ｃａを２重量含むマグネシウム合金（サンプル１）については、塩水中でほとんど溶解しなかった。実験結果より、サンプル１を電池の負極材として用いることによって、塩水中での負極材の自己放電を防止できることが判明した。
特徴―2：このマグネシウム合金は、1) 適当な反応性を有している、2) 燃焼（反応）を抑制する能力を有している。前者は電池材料に適していることを示している。後者は工業用材料に適していることを示している。このマグネシウム合金はこのように相反する特性を有している。が、これらが相乗的に働き、電池材料として優れた性能を発揮する。この特徴を何故持つかの推測：「アルミニウムとカルシウムを含むマグネシウム合金は、通常は金属Mg相（固溶体）と化合物相（Al2Ca）の２相からなる複層組織を持つ。化合物相が比較的不活性なので、この合金はマクロ的には反応性が低くなる。このことは、経験によって確かめられている。また、この複層組織が十分に微細な場合は、全体として腐蝕反応（溶解反応）は均一になり、穏やかに進行する。このことも、上記の反応性と反応抑制能力に一役買っているものと推測される。つまり、マグネシウム合金の反応性の高い母相と不活性な第２相による反応抑制が、電池の負極材としての優れた性能に大きく寄与していると考えられる。」
特徴―3： Kohama MgFC のマグネシウム合金からは、理論電気容量の約80%の電気を取り出すことが可能。このことは実験的に確認されている。純粋なマグネシウムの理論電気容量は、2.2Ah/gである。マグネシウム合金は、マグネシウムを例えば92重量%含んでいる。このマグネシウム合金の電気容量は1.63Ah/gである。
以下の実験を行った。
負極材 ：Ａｌを６重量％、Ｃａを２重量％含むマグネシウム合金
正極集電体：カーボンフェルト
電解液 ：１８重量％塩水
実験の結果、負極材（マグネシウム合金）の減少量が0.601gであり、マグネシウム合金１ｇ当たりの電流量が1630mAh/gであり、電力量が476mWh/gであった。
特徴―4：長期間に亘って安定的に電気を取り出すことができる。マグネシウム燃料電池を作製してモーターに電流を流す実験を行った。
負極材 ：Alを６重量％、Caを２重量％含むマグネシウム合金
正極集電体：カーボンフェルト
電解液 ：１８重量％塩水
板状のマグネシウム合金の片面をテープで被覆して、マグネシウム合金の一方の面だけを露出したものを負極材として用いた。
この実験結果より、マグネシウム合金を負極材として用いた場合には、従来のマグネシウム合金を用いた場合よりも、長期間に亘って安定的に電気を取り出すことができることが判明した。 少量が0.601gであり、マグネシウム合金１ｇ当たりの電流量が1630mAh/gであり、電力量が476mWh/gであった。(Written based on JPA No. 2012-234799)
すでに述べたようにマグネシウムは太陽光エネルギーを用いた精錬で得る。精錬後のマグネシウムは太陽光エネルギーのキャリアとして機能する。電気的に見ると、精錬されたマグネシウムには太陽光エネルギーが自由電子の形で貯蔵され、MgFCではこの流れが電流（電子）の流れとなる。このことは精錬後のマグネシウムは電気を蓄えることを意味する。また、電気は貯めることができないというこれまでの通説を覆したことになる。マグネシウムは電気を安全に貯蔵し、輸送し、利用することができる。これはまったく新しい形のエネルギー利用形態である。意味は大きい。
>> To be continued to Mg Soleil Project-11
5.1 Self-Discharging
5.2 Kohama MgFC technology
5.3 Present Status of MgFC
5.4 Resistive to Disaster
5.5 Major Advantages of MgFC
5.2 Kohama MgFC technology
Kohama MgFC technology may be defined as below.
1. In an MgFC, a negative electrode is made of a magnesium alloy containing aluminum and calcium, and an electrolytic solution into which magnesium ions emanating from the negative electrode elute. (← Claim 1)
2.In the MgFC (defined above), the aluminum contained in the magnesium alloy ranges from ≧3 wt% to ≦ 9 wt%, and the calcium contained therein ranges from ≧ 1 wt% to ≦ 3 wt%. (← Claim 2)
3. In the MgFC (defined above), the electrolytic solution is preferably one selected from among sodium chloride solution, sodium hydroxide solution, sodium bicarbonate solution, and sodium percarbonate solution. (← Claim 3)
The magnesium alloy thus composed has at least the following advantageous features.
Feature-1: Kohama MgFC, which uses the flame-retardant magnesium alloy for its negative electrode, successfully solved the self-discharge problem inherent to the conventional MgFC. Five samples having respectively different compositions were prepared. Those samples were immersed in a 18 (wt) % salt water. Weight decreases of those samples were measured. In the sample 1 (having the magnesium alloy containing 6 wt% of aluminum and 2 wt% of calcium), the magnesium alloy was little eluted into the salt water. The result shows that where the sample 1 is applied to the negative electrode of the MgFC, no self-discharge will occur in the battery.
Feature-2: 1) The magnesium alloy has a satisfactory reactivity. 2) It has an ability to control combustion (reaction). The characteristic 1) indicates that it is suitable for the battery material. The characteristic 2) indicates that it is suitable for the industrial material. Those contradictive characteristics of the magnetic alloy synergically operate to provide an excellent battery material.
The reason why the magnesium alloy has such characteristics:
"The alloy containing aluminum and magnesium has a bilateral structure consisting of two phases, i.e., a metal Mg phase (solid solution) and an Al2Ca compound phase. "The compound phase is relatively inactive. The reactivity of the alloy is macroscopically low. The fact is empirically confirmed. Where the bilateral structure is sufficiently fine, the corrosion reaction (elution reaction) is uniform as a whole and gently progresses. The above fact will contribute to the reactivity and the reaction control. It appears that the parent phase of the magnesium alloy having high reactivity and the reaction control by the second phase being inactive cooperate to provide the good performance of the negative electrode."
Feature-3: The Kohama magnesium alloy is capable of producing electricity of about 80% of the theoretical electric capacity of the magnesium alloy. This is experimentally confirmed. The theoretical electric capacity of pure magnesium is 2.2Ah/g. The magnesium alloy contains 92 wt% of magnesium, for example. The electric capacity of the magnesium alloy is 1.63 AH/g.
An experiment was conducted under the following conditions.
Negative electrode: magnesium alloy containing 6 wt% of aluminum and 2 wt% of calcium
Positive electrode current collector: carbon felt
Electrolytic solution: 18 wt% salt water
The experiment results: decreased amount of the magnesium alloy = 0.601g, current amount per 1 g = 1630mAh/g, and electric power = 476mWh/g
Feature-4: The MgFC is capable of stably producing electricity for a long time. An experiment was conducted. In the experiment, an MgFC was manufactured, and current was fed from the MgFC to a motor. The MgFC was roughly specified as follows:
Negative electrode: magnesium alloy containing 6 wt% of aluminum and 2 wt% of calcium
Positive electrode current collector: carbon felt
Electrolytic solution: 18 wt% salt water
A plate-like magnesium alloy was used. One side of the magnesium alloy plate is covered with a tape, while the other side is exposed to the electrolyte. The experiment result showed that the MgFC using the magnesium alloy continuously produces electricity more safely and longer than the MgFC not using the magnesium alloy. (Written based JPA No. 2012-234799)
As already described, the magnesium to be utilized is produced by the Kohama smelting process based on solar energy. The smelted magnesium functions as a carrier carrying solar energy. Electrically, a flow of the free electrons takes the flow of current in the MgFC. The phenomenon indicates that the smelted-magnesium stores electricity. The fact disproved the popular opinion that it is impossible to store electricity. Thus, magnesium can safely store, transport, and utilize electricity. This is a revolutionary form of energy utilization. The fact is significant.
5.2 Kohama MgFC technology
Kohama MgFC technologyの大きな概念は次のようだ。
１．マグネシウム燃料電池において、負極材がアルミニウム及びカルシウムを含有するマグネシウム合金で構成される、そして電解液には負極材からマグネシウムイオンが溶出する。 (← Claim 1)
２．マグネシウム合金に含まれるアルミニウムは３重量％以上９重量％以下の範囲である。 カルシウムは１重量％以上３重量％以下の範囲である。 (← claim 2)
３．使用する電解液は、塩化ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、及び過炭酸ナトリウム水溶液からなる群から選ばれる少なくとも１つである。 (← Claim 3)
特徴―1： Kohama MgFCは自己放電の問題を解決した。
５種類のサンプル（様々な組成のマグネシウム合金）を１８重量％塩水に浸漬させた後、その重量の減少量を測定した。Ａlを６重量％、Ｃａを２重量含むマグネシウム合金（サンプル１）については、塩水中でほとんど溶解しなかった。実験結果より、サンプル１を電池の負極材として用いることによって、塩水中での負極材の自己放電を防止できることが判明した。
特徴―2：このマグネシウム合金は、1) 適当な反応性を有している、2) 燃焼（反応）を抑制する能力を有している。前者は電池材料に適していることを示している。後者は工業用材料に適していることを示している。このマグネシウム合金はこのように相反する特性を有している。が、これらが相乗的に働き、電池材料として優れた性能を発揮する。この特徴を何故持つかの推測：「アルミニウムとカルシウムを含むマグネシウム合金は、通常は金属Mg相（固溶体）と化合物相（Al2Ca）の２相からなる複層組織を持つ。化合物相が比較的不活性なので、この合金はマクロ的には反応性が低くなる。このことは、経験によって確かめられている。また、この複層組織が十分に微細な場合は、全体として腐蝕反応（溶解反応）は均一になり、穏やかに進行する。このことも、上記の反応性と反応抑制能力に一役買っているものと推測される。つまり、マグネシウム合金の反応性の高い母相と不活性な第２相による反応抑制が、電池の負極材としての優れた性能に大きく寄与していると考えられる。」
特徴―3： Kohama MgFC のマグネシウム合金からは、理論電気容量の約80%の電気を取り出すことが可能。このことは実験的に確認されている。純粋なマグネシウムの理論電気容量は、2.2Ah/gである。マグネシウム合金は、マグネシウムを例えば92重量%含んでいる。このマグネシウム合金の電気容量は1.63Ah/gである。
以下の実験を行った。
負極材 ：Ａｌを６重量％、Ｃａを２重量％含むマグネシウム合金
正極集電体：カーボンフェルト
電解液 ：１８重量％塩水
実験の結果、負極材（マグネシウム合金）の減少量が0.601gであり、マグネシウム合金１ｇ当たりの電流量が1630mAh/gであり、電力量が476mWh/gであった。
特徴―4：長期間に亘って安定的に電気を取り出すことができる。マグネシウム燃料電池を作製してモーターに電流を流す実験を行った。
負極材 ：Alを６重量％、Caを２重量％含むマグネシウム合金
正極集電体：カーボンフェルト
電解液 ：１８重量％塩水
板状のマグネシウム合金の片面をテープで被覆して、マグネシウム合金の一方の面だけを露出したものを負極材として用いた。
この実験結果より、マグネシウム合金を負極材として用いた場合には、従来のマグネシウム合金を用いた場合よりも、長期間に亘って安定的に電気を取り出すことができることが判明した。 少量が0.601gであり、マグネシウム合金１ｇ当たりの電流量が1630mAh/gであり、電力量が476mWh/gであった。(Written based on JPA No. 2012-234799)
すでに述べたようにマグネシウムは太陽光エネルギーを用いた精錬で得る。精錬後のマグネシウムは太陽光エネルギーのキャリアとして機能する。電気的に見ると、精錬されたマグネシウムには太陽光エネルギーが自由電子の形で貯蔵され、MgFCではこの流れが電流（電子）の流れとなる。このことは精錬後のマグネシウムは電気を蓄えることを意味する。また、電気は貯めることができないというこれまでの通説を覆したことになる。マグネシウムは電気を安全に貯蔵し、輸送し、利用することができる。これはまったく新しい形のエネルギー利用形態である。意味は大きい。
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