(57)【要約】【課題】複数のセルに容易に注液でき、かつ、液絡の防止に有利な金属空気電池を提供する。【解決手段】金属空気電池１０は、電解液Ｘ又は電解液Ｘの溶媒からなる液体が最先に流入する第１セル１１と、第１セル１１にて第１高さＨ１を超えた前記液体が流入するようにした流路３１Ａにより連結された第２セル１２と、第２セル１２にて第２高さＨ２を超えた前記液体が流入するようにした流路３１Ｂにより連結された第３セル１３とを備え、第１セル１１から離れるほど各流路３１Ａ、３１Ｂの高さＨ１、Ｈ２は低い高さになり、各流路３１Ａ、３１Ｂはそれぞれ独立した流路である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する空気極と金属極とを有するｎ個（ｎは２以上の整数）のセルを備え、電解液又は電解液の溶媒からなる液体が注液される金属空気電池において、
前記ｎ個のセルは、注液口が設けられ液体が注液される第１セルと、これに隣接して、第１セルから所定高さ位置で液体を流入するようにした流路により連結された１個又は複数のセルからなり、第１セルから離れるほど流路の高さは低い高さになり、各流路はそれぞれ独立した流路であることを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
前記液体を次のセルへ流出させる流路は水平又は次のセルへ向かい斜め下方に延びることを特徴とする請求項１に記載の金属空気電池。
【請求項３】
前記液体中で前記空気極と金属極とが、外装体を介することなく対向する面積は、注液後に各セルで揃っていることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
ｎ個目のセルに更に所定高さの位置に形成された流路により連結され第１セルからの液体が流入されるダミーセルを備え、前記ダミーセルへの流路は、ｎ個目のセルへの流路より低いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記ダミーセルは、対向する空気極と金属極とを有し、
前記ダミーセルに液体が流入すると、前記ダミーセルの発電電力を利用して外部への報知を行う報知部を有することを特徴とする請求項４に記載の金属空気電池。
【請求項６】
セルの外装体と前記液路とは一体成型によって形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項７】
セルの外装体は、折り曲げ自在の素材で形成され、
前記外装体の一部を折り曲げて前記流路を形成していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属空気電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対向する空気極と金属極とを有する複数のセルを備え、電解液又は電解液の溶媒からなる液体が注液される金属空気電池が知られている。この種の金属空気電池には、電解液をサイフォン式給排液機構で入れ替え調整するものが提案されている（例えば、特許文献１）。この入れ替え調整は、充放電ごとにサイフォン式給排液機構を用いて電解液を容器に引き出し、電解液の比重を調整後に電池内に供給することが記載されている。
また、電解液を貯留するタンクと、空気電池とを柔軟性を有する配管で接続し、タンクを空気電池に対して上方又は下方にすることによって放電開始／放電停止を切り替える空気電池システムも提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭５７−４３９８２号公報
【特許文献２】特開２０１６−１７０９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１記載のサイフォン式給排液機構を用いた空気電池は、複数のセルを構成する複数の直立管と、これらの上端を連結して一括に給排液する連結管と、連結管に接続された給液槽とで構成されるため、隣接するセル同士の電解液による短絡、つまり、液絡が生じるおそれがある。このため、発電電力を効率的に電池に用いることができない、といったデメリットが生じる。一方、各セルを独立させ、各セルに電解液又は溶媒を注液する構成にすると、注液作業の手間と時間が増大してしまう。
【０００５】
また、特許文献２記載の構成は、放電開始／放電停止を頻繁に切り替える場合に有効であるが、切り替える必要がない場合には適さず、また、セルとタンクとを独立した柔軟性配管で接続するため、セルが多い程、構造が複雑化する。更に、反応生成物が配管の高さまで堆積してしまうと、電解液の流入、流出に時間がかかる恐れがある。
そこで、本発明は、複数のセルに容易に注液でき、かつ、液絡の防止に有利な金属空気電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、対向する空気極と金属極とを有するｎ個（ｎは２以上の整数）のセルを備え、電解液又は電解液の溶媒からなる液体が注液される金属空気電池において、前記ｎ個のセルは、注液口が設けられ液体が注液される第１セルと、これに隣接して、第１セルから所定高さ位置で液体を流入するようにした流路により連結された１個又は複数のセルからなり、第１セルから離れるほど流路の高さは低い高さになり、各流路はそれぞれ独立した流路であることを特徴とする。
【０００７】
上記構成において、前記液体を次のセルへ流出させる流路は水平又は次のセルへ向かい斜め下方に延びることを特徴とする。
【０００８】
また、上記構成において、前記液体中で前記空気極と金属極とが、外装体を介することなく対向する面積は、注液後に各セルで揃っていることを特徴とする。
【０００９】
また、上記構成において、ｎ個目のセルに更に所定高さの位置に形成された流路により連結され第１セルからの液体が流入されるダミーセルを備え、前記ダミーセルへの流路は、第ｎセルへの流路より低いことを特徴とする。
【００１０】
また、上記構成において、前記ダミーセルは、対向する空気極と金属極とを有し、前記ダミーセルに液体が流入すると、前記ダミーセルの発電電力を利用して外部への報知を行う報知部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記構成において、セルの外装体と前記液路とは一体成型によって形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、上記構成において、セルの外装体は、折り曲げ自在の素材で形成され、前記外装体の一部を折り曲げて前記流路を形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数のセルに容易に注液でき、かつ、液絡の防止に有利な金属空気電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る金属空気電池の断面を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電解液を注液した状態の金属空気電池の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係る金属空気電池の断面を示す図である。
【図４】本発明の実施例３に係る金属空気電池の断面を示す図である。
【図５】本発明の実施例４に係る金属空気電池の断面を示す図である。
【図６】比較例１に係る金属空気電池の断面を示す図である。
【図７】比較例２に係る金属空気電池の断面を示す図である。
【図８】実施例１〜４、及び比較例１、２の容量−電圧特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る金属空気電池の断面を示す図である。
金属空気電池１０は、複数のセル１１、１２、１３（単位電池とも称する）を有する電池モジュールであり、所望の電流値等が得られるように各セル１１〜１３が接続される。実施例１では３個のセル数を直列接続しているが、セル数及び接続方法は適宜に変更してもよい。また、電池モジュールを収納する、電池モジュール収納箱を別途設けても良い。
各セル１１〜１３は、電槽を構成する外装体２１と、外装体２１に対向して配置される２枚の空気極２２Ａ、２２Ｂと、２枚の空気極２２Ａ、２２Ｂの間に配置された金属極２３とを備え、外装体２１内に電解液が注液されることによって発電する一次電池である。発電時には、空気極２２Ａ、２２Ｂが正極として機能し、金属極２３が負極として機能する。図１中、符号２４は、金属極２３から延びる配線を示し、符号２５は、空気極２２Ａ、２２Ｂから延びる配線を示し、ギボシ端子Ｔに夫々の配線２４、２５を接続し、３個のセル１１〜１３を直列接続している。なお、第１セル１１の金属極２３から延びる配線２４、第３セル１３の空気極から延びる配線２５は出力端子として機能する。
【００１６】
空気極２２Ａ、２２Ｂは、同一の形状及びサイズで形成され、金属極２３の両側にそれぞれ配置される。空気極２２Ａ、２２Ｂは、外部の空気を外装体２１内に通気可能にする通気性、及び電解液を漏らさない非透液性を有する部品である。この空気極２２Ａ、２２Ｂは、集電体を構成する矩形状の銅メッシュの両面に、触媒層を構成する触媒シートを圧迫（プレス）などにより一体化して形成される。この空気極２２Ａ、２２Ｂは、外装体２１に設けられた開口部４０を介して外装体２１内に露出するので、この開口部４０内の領域が実質的に空気極２２Ａ、２２Ｂとして機能する部分となる。
【００１７】
また、前記発電（電池反応）に必要な液体量を満足する高さとは、実質的に空気極２２Ａ、２２Ｂとして機能する部分と、金属極２３が、外装体２１などの物質を介さずに対向している面の最高点（位置エネルギーが最も高くなる点）を指す。
なお、非透液性については、非透液性を有するシートを別途設けて確保しても良い。また、空気極２２Ａ、２２Ｂは上記構成に限らず、公知の構成を広く適用可能である。
上記集電体は、多孔質集電体であり、矩形状の銅メッシュ（銅の網状体）にすることで、良好な通気性を有する。なお、上記集電体は銅に限定されず、鉄、ニッケル及び真鍮等の他の金属でもよい。また、メッシュ（網状体）からなる多孔構造に限定されず、メッシュ以外の通気性を有する多孔構造を広く適用可能である。特に銅メッシュが電池特性とコストの両面において好適である。
【００１８】
上記触媒シートは、導電剤及び/または触媒と有機物バインダとを含む水で混練したペーストを、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のフィルム（以下、ＰＥＴフィルムと言う）で挟み、ローラープレス機でプレスしてシート状にし、乾燥工程を経て作製される。上記導電剤は、カーボンパウダー、銅又はアルミニウム等の金属材料、又はポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等を用いることができる。なお、カーボンパウダーは、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンの粉末が好ましい。上記有機物バインダは、高分子ディスパージョンであり、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）等のフッ素系樹脂、又はポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂が好適である。触媒として、酸素の還元・酸化反応を効率良く行うための触媒が好ましく、白金、コバルトや二酸化マンガン等の金属や酸化物などを使用しても良い。
【００１９】
金属極２３は、不図示の支持部材によって外装体２１内に支持され、各空気極２２Ａ、２２Ｂと対向し、かつ、各空気極２２Ａ、２２Ｂと平行に配置される。この金属極２３にはマグネシウム合金からなる金属板が使用され、電解液には塩化ナトリウム水溶液が使用される。本実施例では、金属空気電池１０としてマグネシウム空気電池を作製した。マグネシウム空気電池は、電解液に海水を用いたり、水道水に塩を混合した液体を用いることができるので、電解液の調達が容易である。
電解液中の塩化ナトリウムの質量は、溶媒の質量に対し４％〜１８％が好ましい。４％未満では電解質不足により、液抵抗が大きく電池としての性能が見込めず、１８％を超えると、放電に伴い電解液が徐々に蒸発し食塩が析出してしまい抵抗となり、電池としての性能が見込めないためである。なお、空気極２２Ａ、２２Ｂ及び金属極２３は上記構成に限らず、公知の構成を広く適用可能である。
【００２０】
各セル１１〜１３の外装体２１は、直方体形状を有する中空の箱体で形成され、合成樹脂等の剛性を有する材料で形成される。これら外装体２１は、水平方向に間隔を空けて配列され、隣接する外装体２１同士が管状の流路３１Ａ、３１Ｂで接続される。流路３１Ａ、３１Ｂは、合成樹脂等の剛性を有する材料で形成される。
実施例１では、外装体２１及び流路３１Ａ、３１Ｂを成型材であるＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂製とし、全てのセル１１〜１３の外装体２１と流路３１Ａ、３１Ｂとを一体成型によって形成している。これにより、部品点数の低減や大量生産に好適である。実際に一体成型するには、型の抜き方向等を考慮した形状にする必要があるため、例えば、外装体２１及び流路３１Ａ、３１Ｂなる完成体を左右に２分割等した各部品を一体成型で形成し、その後に公知の接合方法で接合する方法等を採用すればよい。なお、公知の他の成型材を使用してもよいし、外装体２１及び流路３１Ａ、３１Ｂの形状についても適宜に変更してもよい。
【００２１】
以下の説明において、各セル１１〜１３を区別して表記する場合は、第１セル１１、第２セル１２、第３セル１３とそれぞれ表記する。
図１に示すように、流路３１Ａは、隣接する第１セル１１及び第２セル１２の並び方向に沿って水平に延びて第１及び第２セル１１、１２間に電解液を流す独立した流路に形成される。また、流路３１Ｂは、隣接する第２セル１２及び第３セル１３の並び方向に沿って水平に延びて第２及び第３セル１２、１３間に電解液を流す独立した流路に形成される。
【００２２】
この金属空気電池１０では、セル１１〜１３の並び方向の一端側に位置する第１セル１１の上面に、電解液を注液する注液口１０Ｋが設けられる。一方、他のセル１２、１３には注液口が設けられない。第１セル１１側の流路３１Ａは、第１セル１１から離れた側の流路３１Ｂよりも高い位置に設けられている。
具体的には、流路３１Ａと第１セル１１とが連通する最低高さは、「第１高さＨ１」に設定され、流路３１Ｂと第２セル１１とが連通する最低高さは、「第１高さＨ１」よりも低い「第２高さＨ２」に設定される。
【００２３】
これにより、第１セル１１の外装体２１内に注液された電解液は、第１高さＨ１を超えるまでは隣接する第２セル１２の外装体２１内に流入せず、第１高さＨ１を超えると、流路３１Ａを通って第２セル１２の外装体２１内に流入する。また、第２セル１２の外装体２１内に流入した電解液は、第２高さＨ２を超えるまでは隣接する第３セル１３の外装体２１内に流入せず、第２高さＨ２を超えると、流路３１Ｂを通って隣接する第３セル１３の外装体２１内に流入する。
【００２４】
図２は電解液を注液した状態の金属空気電池１０を示している。説明の便宜上、図２を含む後述する各図において、電解液を符号Ｘ及びハッチングを付して示すと共に、空気極２２Ａ、２２Ｂから延びる配線２４等を省略して示している。
図２に示すように、流路３１Ａにより、第１セル１１の外装体２１内の電解液Ｘの液面Ｕ１は、第１高さＨ１にコントロールされ、流路３１Ｂにより、第２セル１２の外装体２１内の電解液Ｘの液面Ｕ２は、第２高さＨ２にコントロールされる。また、第３セル１３の外装体２１内の電解液の液面Ｕ３は、電解液Ｘの注液量（供給量）を調整することによって、第２高さＨ２を超えない第３高さＨ３にコントロールされる。同図２に示すように、この金属空気電池１０では、隣接するセル１１〜１３同士の電解液Ｘが物理的に離間するので、隣接するセル１１〜１３間の液絡を防止することができる。
【００２５】
この金属空気電池１０において、第１〜第３高さＨ１〜Ｈ３は、各セル１１〜１３で電池反応に必要な電解液量を満足する高さとされる。具体的には、実施例１では、１０％塩化ナトリウム水溶液からなる電解液Ｘを１６５０ｇ用意し、注液口１０Ｋから注液することによって図２に示す状態となる。電解液量としては、第１セル１１は６００ｇ、第２セル１２は５５０ｇ、第３セル１３は５００ｇとなっている。即ち、第１セルの液面高さをＨ１、第２セルの液面高さをＨ２、第３セルの液面高さをＨ３としたとき、Ｈ１−Ｈ２＝Ｈ２−Ｈ３としたが、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３となるような高さとすれば、限定されるものではない。
各高さＨ１〜Ｈ３は空気極２２Ａ、２２Ｂよりも高い位置に設定されるので、空気極２２Ａ、２２Ｂを効率良く利用して発電可能である。但し、各高さＨ１〜Ｈ３は、空気極２２Ａ、２２Ｂよりも高い位置にする必要は必ずしもなく、空気極２２Ａ、２２Ｂのうち空気を供給可能な領域よりも高い位置であればよく、換言すると、実質的に電池反応に寄与する領域よりも高い位置であればよい。
【００２６】
この金属空気電池１０では、各高さＨ１〜Ｈ３まで電解液Ｘが満たされた場合に、電解液Ｘ中で空気極２２Ａ、２２Ｂと金属極２３とが対向する面積が各セル１１〜１３で同じ値に揃うように、各極板２２Ａ、２２Ｂ、２３の形状及び位置が設定される。これにより、各極板２２Ａ、２２Ｂ、２３での電流密度等を揃え易くなり、各セル１１〜１３の電流値等の出力特性のばらつきを抑制できる。
【００２７】
同図２に示すように、全てのセル１１〜１３の内部空間は、流路３１Ａ、３１Ｂを介して、第１セル１１に設けた注液口１０Ｋに連通する。これにより、電池反応によって各セル１１〜１３内で発生したガスを注液口１０Ｋから排出できる。つまり、注液口１０Ｋをガス排出口に兼用することができる。なお、専用のガス排出口をセル１１〜１３のいずれかに設けるようにしてもよい。
【００２８】
なお、実施例１では、電解液Ｘを注液する際に最も上流に位置する第１セル１１だけに注液口１１Ｋを設けているが、これに限定されない。例えば、第２セル１２又は第３セル１３に予備的な注液口を設けてもよい。第２又は第３セル１２、１３に予備的に設けた注液口から電解液Ｘを注液しても、電解液Ｘを過剰に入れない限り、隣接するセル１１〜１３同士の電解液Ｘが物理的に離間し、液絡を防止可能である。
【００２９】
ところで、電池反応は主に金属極２３と空気極２２Ａ、２２Ｂとが対向した面で起きる。実施例１では、各セル１１〜１３に２枚の空気極２２Ａ、２２Ｂを設け、その間に金属極２３を設けているので、金属極２３の片面にしか空気極が対向していない構成と比べ、１セルあたりの反応面積を増大でき、電流密度を大きくすることができる。なお、所望の性能が得られる範囲で、各セル１１〜１３を一枚の空気極と金属極とを対向させた構成にしてもよい。
【００３０】
（実施例２）
図３は実施例２に係る金属空気電池１０の断面を示す図である。
この金属空気電池１０は、第３セル１３に隣接するダミーセル１４、及びダミーセル１４の発電電力で発光する発光体５１を設けた点が実施例１と異なる。以下、異なる部分を詳述する。また、以下の説明において、実施例１と同様の構成は同一の符号を付して示す。
【００３１】
ダミーセル１４は、他のセル１１〜１３と略同様に、電槽を構成する外装体２１と、外装体２１に対向して配置される２枚の空気極２２Ａ、２２Ｂと、２枚の空気極２２Ａ、２２Ｂの間に配置された金属極２３とを備えており、外装体２１内に電解液Ｘが注液されることによって発電する一次電池に形成される。
このダミーセル１４は、第３セル１３に隣接し、ダミーセル１４と第３セル１３とは水平方向に延びる独立した流路３１Ｃで連結される。ダミーセル１４及び流路３１Ｃは、ＡＢＳ樹脂等の樹脂材からなり、他のセル１１〜１３及び流路３１Ａ、３１Ｂと一体成型によって形成される。
【００３２】
流路３１Ｃは、第３セル１３とダミーセル１４との間に電解液Ｘを流す流路である。この流路３１Ｃは、他の流路３１Ａ、３１Ｂよりも低い位置に設けられており、この流路３１Ｃと第３セル１３とが連通する最低高さは、第３高さＨ３に設定される。
これにより、第３セル１３の外装体２１内に流入した電解液Ｘ（第１セル１１からの電解液Ｘに相当）は、第３高さＨ３を超えると、流路３１Ｃを通って隣接するダミーセル１４の外装体２１内に流入する。つまり、第３セル１３内の液面Ｕ３を第３高さＨ３以上にするような余剰の電解液Ｘをダミーセル１４に逃がすことができ、第３セル１３の外装体２１内の電解液Ｘの液面Ｕ３が第３高さＨ３にコントロールされる。
【００３３】
図３中のセル１１〜１３の容量は、実施例１のセル１１〜１３の容量と同じである。但し、図３では、１０％塩化ナトリウム水溶液からなる電解液Ｘを１８５０ｇ注液することで、実施例１よりも２００ｇ電解液Ｘを多く注液し、その２００ｇ分の電解液Ｘがダミーセル１４に流入した状態を示している。
発光体５１は、ダミーセル１４の空気極２２Ａ、２２Ｂ及び金属極２３と配線接続され、ダミーセル１４の発電電力で発光する。この発光体５１には、ＬＥＤモジュール等の公知の発光モジュールを適用可能である。この発光体５１は、ダミーセル１４が発電したことを外部に報知する報知部として機能する。
【００３４】
本構成では、流路３１Ｃにより、第３セル１３の外装体２１内の電解液Ｘの液面Ｕ３を第３高さＨ３にコントロールし、ダミーセル１４に余剰の電解液Ｘが流入すると、ダミーセル１４が発電を開始して発光体５１が発光する。発光体５１が発光したタイミングで、電解液Ｘの注液作業を停止することで、第１〜第３セル１３に適量の電解液Ｘを貯めた状態で注液作業を停止することができる。つまり、発光体５１によって注液作業を停止するタイミングを知らせることができる。
従って、金属空気電池１０への注液量を事前に計測する作業を不要にしたり、簡略化したりすることが可能となり、注液作業を容易化できる。
【００３５】
（実施例３）
図４は実施例３に係る金属空気電池１０の断面を示す図である。
この金属空気電池１０は、第１セル１１及び第２セル１２の一部をそれぞれ折り曲げて流路３１Ａ及び３１Ｂを形成した点が実施例１と異なる。
各セル１１〜１３は、紙を含有する折り曲げ自在なシート材を折り曲げることによって形成される。シート材は、折り曲げ自在なシート材を広く適用可能であり、実施例３では、熱融着性樹脂（例えば、ポリエチレン（ＰＥ））で少なくとも内面がラミネート加工されたラミネート紙が適用される。ラミネート紙によって電解液Ｘの漏出を防止可能である。なお、折り曲げ自在なシート材に他のシート材を用いてもよい。
【００３６】
図４に示すように、各セル１１〜１３は、上記シート材を二つ折りし、二つ折りによって左右に開放する部分を塞ぐように左右の端部を重ねて接合することによって、前後一対の壁部Ｗ１、Ｗ２、両壁部Ｗ１、Ｗ２の下端間をつなぐ底面部Ｗ３、及び、両壁部Ｗ１、Ｗ２の側縁間をつなぐ不図示の側壁部が形成される。
第１セル１１及び第２セル１２については、各壁部Ｗ１の一部をそれぞれ斜め下方に折り曲げることによって、流路３１Ａ、３１Ｂがそれぞれ形成される。
【００３７】
詳述すると、同図４に示すように、第１セル１１における流路３１Ａの折り曲げ箇所は、第１高さＨ１の位置に設定され、流路３１Ａは、第１高さＨ１から斜め下方に延びて第１セル１１内の電解液Ｘを第２セル１２に流入させる傾斜板形状に形成される。また、第２セル１１における流路３１Ｂの折り曲げ箇所は、第２高さＨ２の位置に設定され、流路３１Ｂは、第２高さＨ２から斜め下方に延びて第２セル１２内の電解液Ｘを第３セル１３に流入させる傾斜板形状に形成される。
これによって、第１セル１１の上方に設けた不図示の注液口１０Ｋから所定量の電解液Ｘを注液することによって、各セル１１〜１３の電解液Ｘの液面が液面Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３にコントロールされる。なお、図４中のセル１１〜１３の容量は、実施例１のセル１１〜１３と同じに設定され、１６００ｇの電解液Ｘを注液するだけで図４に示す状態にすることができる。
このように、各セル１１〜１３を折り曲げ自在な素材で形成し、折り曲げによって流路３１Ａ、３１Ｂを容易に形成することが可能である。
【００３８】
（実施例４）
図５は実施例４に係る金属空気電池１０の断面を示す図である。
この金属空気電池１０は、第１セル１１の周囲に複数（実施例４では２個）の第２セル１２を配置した点が実施例３と異なる。
第１セル１１と各第２セル１２とは独立した流路３１Ａでそれぞれつながる。これにより、各流路３１Ａにより、第１セル１１の外装体２１内の電解液Ｘの液面Ｕ１は、第１高さＨ１にコントロールされると共に、各第２セル１１の外装体２１内の電解液Ｘの液面Ｕ２は略同じ高さとなる。この金属空気電池１０は、１６００ｇの電解液Ｘを注液することによって図５に示す状態となるように各セル１１、１２の容量が設定されている。
実施例４では、第２セル１２を２個とすることにより計３個のセルを備える場合を説明したが、第２セルを３個以上にしてもよい。更に、セル数を増やす場合は、いずれかの第２セル１２の周囲に１又は複数の第３セル１３を配置し、各第２セル１２と各第３セル１３とをそれぞれ独立した流路３１Ｂでつなげるようにすることが好ましい。
【００３９】
次いで、実施例１〜４の金属空気電池１０を比較例と比較する。
図６は比較例１に係る金属空気電池１１０の断面を示す図である。
比較例１の金属空気電池１１０は、３個のセル１１１を備え、各セル１１１のそれぞれに電解液Ｘを注液する構成である。各セル１１１は、２枚の空気極２２Ａ、２２Ｂと１枚の金属極２３とが配置された外装体２１を備えている。この構成の場合、各セル１１〜１３のそれぞれに設けられた注液口１０Ｋから電解液Ｘを注液する必要がある。なお、各セル１１１に供給する電解液Ｘの量は５００ｇであり、各セル１１１は直列接続されている。
【００４０】
図７は比較例２に係る金属空気電池１１０の断面を示す図である。
比較例２の金属空気電池１２０は、３個のセル１１１が共通の流路３１Ｘで接続される点が比較例１と異なる。流路３１Ｘは、各セル１１１の電解液Ｘの液面の高さに設けられ、１つの注液口１０Ｋから注液すれば全てのセル１１１に注液される。これらセル１１１に供給する電解液Ｘの量は１９００ｇであり、各セル１１１は直列接続されている。
【００４１】
図８は実施例１〜４、及び比較例１、２の容量−電圧特性を示す図である。
図８に示すように、実施例１〜４は、比較例１とほぼ同じ電池特性（電池電圧、及び放電容量）が得られた。比較例２は、液絡しているため、電池電圧及び容量が低下していることが明白である。
なお、容量の低下は、短絡によって負極活物質であるマグネシウムが消費されてしまったためと考えられる。実施例２及び３の放電容量が比較例１と比べて増加しているのは、電解液量が増加したためである。また、比較例２の放電開始直後に電圧が高くなる現象は、液絡によって負極表面の不導体被膜が他と比べて早く除去されたためと推測される。
【００４２】
実施例１〜４、及び比較例１、２の注液作業に要した時間を表１に示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１に示すように、計量に要した時間Ａは、実施例２が最も短くなり、比較例１が最も長くなった。実施例２は、実質的に計量作業が不要であるため、注液前に行う作業は所定の容器に電解液Ｘを入れるだけである。これに対し、比較例１は、セル１１１毎に計量する必要があり、他に比して３倍程度の時間がかかる。したがって、注液前にユーザー自身が計量する必要がある場合に、比較例１に比して時間Ａを大幅に短縮可能である。
注液に要した時間Ｂは、実施例４及び３がやや短いものの実施例１〜４及び比較例２で殆ど変わらなかった。実施例４が最も短い理由は、第１セル１１から２つの第２セル１２に電解液Ｘを直接流入させていること、及び流路３１Ａ、３１Ｂが斜め下方に傾斜していることから、電解液Ｘの流れが高速化したものと推測される。
注液作業に要した合計時間（時間Ａ＋時間Ｂ）は、実施例４、実施例３、実施例１、実施例２の順で短くなった。比較例２の合計時間は、実施例１と同じとなり、比較例１の合計時間が最も長くなった。以上の傾向は、セルの数が多いほど顕著となることは明白である。
【００４５】
以上説明したように、各実施例１〜４の金属空気電池１０は、電解液Ｘが最先に流入する第１セル１１と、第１セル１１にて第１高さＨ１を超えた電解液Ｘが流入する第２セル１２と、第２セル１２にて第２高さＨ２を超えた電解液Ｘが流入する第３セル１３とを備えている。そして、第１高さＨ１〜第２高さＨ２のそれぞれは、各セル１１、１２で電池反応に必要な液体量を満足する高さであり、かつ、第１セル１１、第２セル１２及び第３セル１３の順で低い高さであり、さらに、第１及び第２セル１１、１２間の流路３１Ａと、第２セル１２及び第３セル１３間の流路３１Ｂは、それぞれ独立した流路に形成される、といった共通の構成を有することで、第１〜第３セル１１〜１３に容易に注液でき、かつ、液絡の防止が可能になる、といった効果を得ることができる。
【００４６】
上記したように、各実施例１〜４はセル数が３個に限定されず、２個、又は４個以上でもよい。
すなわち、セル数がｎ個（ｎは２以上の整数）の場合、次の条件１〜３を満足するように金属空気電池１０を構成することによって、ｎ個のセルに容易に注液でき、かつ、液絡の防止が可能になる。
条件１）ｎ個のセルは、注液口１０Ｋが設けられ電解液Ｘが注液される第１セル１１と、これに隣接して、第１セル１１から所定高さ位置で電解液Ｘを流入するようにした流路（上記実施例では流路３１Ａ、３１Ｂ）により連結された１個又は複数のセル（上記実施例では第２セル１２、第３セル１３）からなる。
条件２）電解液Ｘが前のセルから流入するようにした流路３１Ａ、３１Ｂの高さのそれぞれは、各セルの電池反応に必要な液体量を満足する高さであり、かつ、第１セル１１から離れるほど流路３１Ａ、３１Ｂの高さは低い高さである。
条件３）各セル１１〜１３間の電解液Ｘの流路３１Ａ、３１Ｂは独立した流路である。
【００４７】
また、図１〜図５に示したように、各セル１１〜１３間の流路３１Ａ、３１Ｂは、電解液Ｘを次のセルへ流出させるため水平、又は次のセルへ向かい斜め下方に延びるので、第１セル１１から所定の高さを超えた電解液Ｘをスムーズに隣接する各セル１２、１３に流入させることができる。
【００４８】
また、電解液Ｘ中で空気極２２Ａ、２２Ｂと金属極２３とが、外装体２１を介することなく対向する面積は、注液後に各セル１１〜１３で揃っている。これにより、注液後に隣り合うセル１１〜１３間で電解液Ｘの液面が異なる構成でも、各セル１１〜１３の出力特性のばらつきを抑制でき、出力特性に優れた金属空気電池モジュールを提供し易くなる。
【００４９】
また、図３に示したように、ｎ個目のセルに相当する第３セル１３に更に所定高さの位置に形成された流路３１Ｂにより連結され第１セル１１からの電解液Ｘが流入されるダミーセル１４を備え、ダミーセル１４への流路３１Ｃは、第３セル１３への流路３１Ｂより低いので、第３セル１３で余剰の電解液Ｘをダミーセル１４に逃がすことができる。従って、電解液Ｘの計量作業を不要、若しくは簡略化することができる。
【００５０】
しかも、ダミーセル１４は、対向する空気極２２Ａ、２２Ｂと金属極２３とを有し、ダミーセル１４に電解液Ｘが流入すると、ダミーセル１４の発電電力を利用して外部への報知を行う報知部として機能する発光体５１を備えるので、注液作業を停止するタイミングを報知できる。
なお、光によって報知する構成に限定されず、音又は振動等によって報知可能な公知の構成を広く適用可能である。また、光、音及び振動等を適宜に組み合わせて報知する構成を採用してもよい。
【００５１】
また、図１〜図３に示したように、各セル１１〜１３の外装体２１と液路３１Ａ、３１Ｂとを一体成型によって形成することで、部品点数の低減がし易くなる。
また、図４及び図５に示したように、各セル１１〜１３の外装体２１を折り曲げ自在の素材で形成し、外装体２１の一部を折り曲げて液路３１Ａ、３１Ｂを形成することで、部品点数の低減に加え、液路３１Ａ、３１Ｂを容易に形成し易くなり、コスト低減により有利となる。
【００５２】
上記実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上記説明では、電解液Ｘを注液する場合を説明したが、第１セル１１内に、電解質である塩化ナトリウムを収容した袋体を予め設け、水道水等の溶媒からなる液体を注液するだけで発電するように構成してもよい。
【００５３】
また、金属極２３はマグネシウム合金に限らず、他の素材を用いてもよい。他の素材としては、例えば、亜鉛、鉄、アルミニウムなどの金属、又はこれらのいずれかを含む合金を挙げることができる。金属極２３に亜鉛を用いる場合、電解液Ｘに水酸化カリウム水溶液を用いるようにすればよく、金属極２３に鉄を用いる場合、電解液Ｘにアルカリ系水溶液を用いるようにすればよい。また、金属極２３にアルミニウムを用いる場合には、水酸化ナトリウム、又は水酸化カリウムを含む電解液Ｘを用いるようにすればよい。また、図１〜図５に示す金属空気電池１０に本発明を適用する場合を説明したが、これらに限定されず、金属空気電池１０の構成は適宜に変更してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０、１１０、１２０  金属空気電池
１０Ｋ  注液口
１１、１２、１３、１１１  セル
２１  外装体
２２Ａ、２２Ｂ  空気極
２３  金属極
２４  配線
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｘ  流路
４０  開口部
５１  発光体（報知部）
Ｘ  電解液
Ｈ１  第１高さ
Ｈ２  第２高さ
Ｈ３  第３高さ
Ｕ１〜Ｕ３  液面
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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