(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を溜める第１および第２電解液槽と、第１電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極と、電解液を送液する駆動部と、第１電解液槽と第２電解液槽とを連通させる第１および第２流路とを備え、
前記金属電極は、電池反応の進行に伴い電解液中の金属イオンまたは金属化合物となる金属からなり、
前記駆動部は、第１電解液槽内の電解液を第２電解液槽に第１流路から流入させ、第２電解液槽内の電解液を第１電解液槽に第２流路から流入させるように設けられ、
電解液中の前記金属イオンまたは前記金属化合物を第２電解液槽内で金属化合物からなる析出物として析出させることを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
電解液を溜める第１および第２電解液槽と、第１電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極と、脱液機構とを備え、
前記金属電極は、電池反応の進行に伴い電解液中の金属イオンまたは金属化合物となる金属からなり、
第１及び第２電解液槽は、第１電解液槽内の電解液が第２電解液槽内に移動できるように連通し、
電解液中の前記金属イオンまたは前記金属化合物を第２電解液槽内で金属化合物からなる析出物として析出させ、
前記脱液機構は、電解液を含む前記析出物から電解液を分離することにより金属化合物の脱液物を形成することを特徴とする金属空気電池。
【請求項３】
前記脱液機構は、前記析出物を押圧することにより前記脱液物を形成する請求項２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
前記脱液機構は、前記析出物を析出させる領域の下部に前記析出物を回収する回収部を有する請求項２または３に記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記脱液機構は、型部材と第１押圧部材とを有する脱液部を含み、
前記型部材および第１押圧部材は、電解液を含む前記析出物を挟圧することにより前記脱液物を形成するように設けられ、
第２電解液槽は、底部に開口を有し、
第２電解液槽と前記脱液部は、前記開口を介して連通した請求項２〜４のいずれか１つに金属空気電池。
【請求項６】
前記型部材または第１押圧部材は、第１フィルター部を含む請求項５に記載の金属空気電池。
【請求項７】
第２電解液槽は、前記開口が最低部となるように傾斜した前記底部を有する請求項５または６に記載の金属空気電池。
【請求項８】
前記脱液機構を構成する押圧器をさらに備え、
前記押圧器は、第２電解液槽内に挿入することができるように設けられ、かつ、着脱可能に固定された第２押圧部材を有し、
第２押圧部材は、前記押圧器を第２電解液槽に挿入するとき、第２電解液槽の底部との間で電解液を含む前記析出物を挟圧することにより前記脱液物を形成するように設けられた請求項２〜４のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項９】
第２電解液槽は、第２押圧部材が嵌合する底部を有する請求項８に記載の金属空気電池。
【請求項１０】
第２電解液槽は、第２押圧部材と第２電解液槽の底部との間で電解液を含む前記析出物を挟圧するとき電解液を排出する開口と前記開口に設けられた第２フィルター部とを有する請求項８または９に記載の金属空気電池。
【請求項１１】
第２電解液槽は、その底部に前記脱液物を排出する排出口を有する請求項８〜１０のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項１２】
第２電解液槽は、その底部に前記押圧器から脱離させた第２押圧部材を有し、
前記析出物は、第２押圧部材が固定された新たな前記押圧器を第２電解液槽に挿入するときに前記脱離させた第２押圧部材と新たな前記押圧器に固定された第２押圧部材との間で挟圧され、前記脱液物となる請求項８〜１１のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項１３】
第２電解液槽は、取替え可能な電解液槽ユニットを有し、
前記取替え可能な電解液槽ユニットは、新たな電解液槽ユニットに取り替えることができるように設けられ、
前記析出物は、前記新たな電解液槽ユニットを第２電解液槽に挿入することにより第２電解液槽の底部と前記新たな電解液槽ユニットとの間で挟圧され、前記脱液物となる請求項２〜４のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項１４】
第２電解液槽は、前記新たな電解液槽ユニットが嵌合する底部を有する請求項１３に記載の金属空気電池。
【請求項１５】
第１及び第２電解液槽は、第１電解液槽内の電解液が第２電解液槽に流入し、第２電解液槽内の電解液が第１電解液槽に流入するように連通する請求項２〜１４のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項１６】
第２電解液槽は、冷却部を備え、
前記冷却部は、第２電解槽内の電解液を冷却する請求項１〜１５のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項１７】
熱回収装置をさらに備え、
前記冷却部は、前記熱回収装置の吸熱部分である請求項１６に記載の金属空気電池。
【請求項１８】
前記空気極に接触する集電部材をさらに備え、
第２電解液槽は、第２電解液槽内の電解液が前記集電部材の熱を吸収するように設けられた請求項１６または１７に記載の金属空気電池。
【請求項１９】
第２電解液槽は、電解液濃縮機構を備える請求項１〜１５のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２０】
第１および第２主要面を有するイオン交換部をさらに備え、
前記イオン交換部は、第１主要面が第１電解液槽に溜められた電解液に接触し第１主要面に対向する第２主要面が前記空気極と接触するように設けられた請求項１〜１９のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２１】
主要面を有する支持体を含む金属ホルダーをさらに備え、
前記金属電極は、前記主要面上に固定され、
前記金属ホルダーは、前記金属電極および前記支持体を第１電解液槽内に挿入することができるように設けられ、
前記金属電極を構成する金属は、前記金属ホルダーを取り替えることにより第１電解液槽中に供給される請求項１〜２０のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２２】
前記金属化合物は、金属酸化物または金属水酸化物である請求項１〜２１のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２３】
前記金属電極は、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＣｄおよびＰｄのうち少なくとも１つ以上の金属を含む請求項１〜２２のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２４】
前記金属電極は、金属亜鉛からなり、
前記電解液は、アルカリ性水溶液であり、
前記金属化合物は、酸化亜鉛または水酸化亜鉛を含む請求項１〜２３のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２５】
前記空気極は、カーボン担体と前記カーボン担体に担持された空気極触媒とを有する請求項１〜２４のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか１つに記載された金属空気電池により形成された脱液物を還元処理することにより前記
金属電極を構成する金属を製造し、この金属を前記金属電極として第１電解液槽に供給するエネルギーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属空気電池およびエネルギーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アノードを金属電極とし、カソードを空気極とする金属空気電池は、高いエネルギー密度を有するため、次世代の電池として注目されている。
代表的な金属空気電池として亜鉛空気電池が挙げられる。図１０は亜鉛空気電池の放電反応を説明するための模式的な断面図である。亜鉛空気電池は、図１０に示すようにアルカリ性電解液１０３中に亜鉛電極１０１を設け、空気極１０５を電解液１０３と接するアニオン交換膜１０６上に設けた構造を有しており、放電反応が進行することにより亜鉛電極１０１と空気極１０５とから電力を出力する。なお、空気極１０５は、一般的にカーボン担体に空気極触媒を担持したものが用いられる。
【０００３】
亜鉛空気電池の放電反応において、亜鉛電極１０１の金属亜鉛がアルカリ性電解液１０３中の水酸化物イオンと反応し、水酸化亜鉛となり亜鉛電極１０１中に電子を放出する。また、この水酸化亜鉛は分解して酸化亜鉛が電解液中に析出する。また、空気極１０５において、電子と水と酸素が反応することにより水酸化物イオンが生成され、この水酸化物イオンは、アニオン交換膜１０６を導電し、アルカリ性電解液１０３に移動する。このような放電反応が進行すると、亜鉛電極１０１の金属亜鉛が消費され、アルカリ性電解液１０３中に酸化亜鉛が溜まっていくこととなる。従って、亜鉛空気電池による電力の出力を維持するためには、亜鉛電極１０１に金属亜鉛を供給し、アルカリ性電解液１０３中に析出した酸化亜鉛を除去する必要がある。
そこで、金属空気電池に金属を供給する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４５２７０号公報
【特許文献２】特表２００５−５０９２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の金属空気電池では、電解液から酸化亜鉛などの金属化合物を除去するときに金属化合物とともに電解液を電解液槽から排出する必要があるため、金属化合物の除去時には金属空気電池による電力の供給を停止する必要がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電力の供給を停止せずに金属化合物を除去できる金属空気電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電解液を溜める第１および第２電解液槽と、第１電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極とを備え、前記金属電極は、電池反応の進行に伴い電解液中の金属イオンまたは金属化合物となる金属からなり、第１及び第２電解液槽は、第１電解液槽内の電解液が第２電解液槽内に移動できるように連通し、電解液中の前記金属イオンまたは前記金属化合物を第２電解液槽内で金属化合物からなる析出物として析出させることを特徴とする金属空気電池を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電解液を溜める第１電解液槽と、第１電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極を備えるため、金属電極と空気極とから電力を出力することができる。
本発明によれば、第１電解液槽に設けられた金属電極は電池反応の進行に伴い電解液中の金属イオンまたは金属化合物となる金属からなり、第１及び第２電解液槽は第１電解液槽内の電解液が第２電解液槽内に移動できるように連通するため、第１電解液槽で生成した電解液中の金属イオンまたは金属化合物が第２電解液槽に移動することができる。
本発明によれば、電解液中の金属イオンまたは金属化合物が第２電解液槽内で金属化合物の析出物として析出するため、金属化合物の析出物を第２電解液槽において析出させためることができる。この第２電解液槽にたまった金属化合物の析出物を第２電解液槽において除去することにより、金属化合物の析出物の除去時において第１電解液槽内の電解液を排出する必要はなく、第１電解液槽内の電解液を用いて電池反応の進行を維持し電力を供給し続けることができる。また、第１電解液槽内に金属化合物の析出物がたまるのを抑制することできるため、第１電解液槽への金属電極を構成する金属の供給が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる第２電解液槽および脱液部の概略断面図である。
【図５】本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる第２電解液槽および脱液部の概略断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池が有する脱液機構の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池が有する脱液機構の説明図である。
【図１０】従来の亜鉛空気電池の放電反応を説明するための模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の金属空気電池は、電解液を溜める第１および第２電解液槽と、第１電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極とを備え、前記金属電極は、電池反応の進行に伴い電解液中の金属イオンまたは金属化合物となる金属からなり、第１及び第２電解液槽は、第１電解液槽内の電解液が第２電解液槽内に移動できるように連通し、電解液中の前記金属イオンまたは前記金属化合物を第２電解液槽内で金属化合物からなる析出物として析出させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の金属空気電池において、第１及び第２電解液槽は、第１電解液槽内の電解液が第２電解液槽に流入し、第２電解液槽内の電解液が第１電解液槽に流入するように連通することが好ましい。
このような構成によれば、第１電解液槽内の電解液中の金属イオンまたは金属化合物を電解液と共に第２電解液槽に移動させることができる。また、第２電解液槽において金属化合物からなる析出物を析出させた後の電解液を、第２電解液槽から第１電解液槽に流入させることにより、第１電解槽内の電解液の量を維持することができる。
【００１１】
本発明の金属空気電池において、電解液を送液する駆動部をさらに備え、前記駆動部は、第１電解液槽内の電解液を第２電解液槽に流入させ、第２電解液槽内の電解液を第１電解液槽に流入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、駆動部により、第１電解液槽内の電解液中の金属イオンまたは金属化合物を電解液と共に第２電解液槽に移動させることができる。また、第２電解液槽において金属化合物からなる析出物を析出させた後の電解液を、第２電解液槽から第１電解液槽に流入させることにより、第１電解槽内の電解液の量を維持することができる。
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、冷却部を備え、前記冷却部は、第２電解槽内の電解液を冷却することが好ましい。
このような構成によれば、電解液を冷却することにより、電解液に溶解した金属化合物の飽和溶解度を小さくすることができ、第２電解液槽内で金属化合物からなる析出物を析出させることができる。
【００１２】
本発明の金属空気電池において、熱回収装置をさらに備え、前記冷却部は、前記熱回収装置の吸熱部分であることが好ましい。
このような構成によれば、電池反応の進行により生じる熱で温度が上昇した電解液を冷却部により冷却することにより、熱回収装置が電池反応の進行により生じる熱を回収することができ、この熱を利用することができる。また、電池反応の進行により生じる熱を利用することと、金属化合物を回収するために析出物の析出させることを同じ工程で行えるため、低コスト化ができる。また、金属空気電池により電力を供給することができ、かつ、熱回収装置により熱を利用することができるため、総合的なエネルギー利用効率を向上させることができる。
本発明の金属空気電池において、前記空気極に接触する集電部材をさらに備え、第２電解液槽は、第２電解液槽内の電解液が前記集電部材の熱を吸収するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、空気極における電極反応により生じる熱を第２電解液槽内の電解液が吸収することができ、この電解液を冷却部が冷却することができる。このことにより、空気極を効率的に冷却することができる。
【００１３】
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、電解液濃縮機構を備えることが好ましい。
このような構成によれば、第２電解液槽内の電解液に溶解した金属化合物の濃度の高い部分を形成することができ、第２電解液槽内で金属化合物からなる析出物を析出させることができる。
本発明の金属空気電池において、第１および第２主要面を有するイオン交換部をさらに備え、前記イオン交換部は、第１主要面が第１電解液槽に溜められた電解液に接触し第１主要面に対向する第２主要面が前記空気極と接触するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、イオン交換部をイオンが伝導することにより、第１電解液槽中の電解液と空気極との間を電荷が移動することができ、電池反応を進行させることができる。また、電解液と空気極とをイオン交換部により隔離することができ、電解液に含まれる電解質が空気極に侵入することによる空気極の機能低下を抑制することができる。また、電解液の溶媒が空気極に過剰に供給されることを抑制することができる。
本発明の金属空気電池において、主要面を有する支持体を含む金属ホルダーをさらに備え、前記金属電極は、前記主要面上に固定され、前記金属ホルダーは、前記金属電極および前記支持体を第１電解液槽内に挿入することができるように設けられ、前記金属電極を構成する金属は、前記金属ホルダーを取り替えることにより第１電解液槽中に供給されることが好ましい。
このような構成によれば、金属空気電池に効率的に金属を供給することができ、金属空気電池により安定して発電することができる。
【００１４】
本発明の金属空気電池において、脱液機構をさらに備え、前記脱液機構は、電解液を含む前記析出物から電解液を分離することにより金属化合物の脱液物を形成することが好ましい。
このような構成によれば、第２電解液槽中の金属化合物からなる析出物を脱液物として効率的に除去することができる。
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構は、前記析出物を押圧することにより前記脱液物を形成することが好ましい。
このような構成によれば、第２電解液槽中の金属化合物からなる析出物を脱液物として効率的に除去することができる。
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構は、前記析出物を析出させる領域の下部に前記析出物を回収する回収部を有することが好ましい。
このような構成によれば、析出させた析出物が沈殿することにより回収部へ移動することができる。
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構は、型部材と第１押圧部材とを有する脱液部を含み、前記型部材および第１押圧部材は、電解液を含む前記析出物を挟圧することにより前記脱液物を形成するように設けられ、第２電解液槽は、底部に開口を有し、第２電解液槽と前記脱液部は、前記開口を介して連通したことが好ましい。
このような構成によれば、第２電解液槽に溜まった金属化合物からなる析出物を第２電解液槽の底部の開口を介して脱液部に移動させることができ、この析出物を型部材と第１押圧部材により挟圧し、脱液物を形成することができる。このことにより、第２電解液槽に溜まった金属化合物からなる析出物を脱液物とすることができ、金属化合物を脱液物として金属空気電池から効率的に除去することができる。
【００１５】
本発明の金属空気電池において、前記型部材または第１押圧部材は、第１フィルター部を含むことが好ましい。
このような構成によれば、金属化合物からなる析出物を挟圧し脱液物を形成するとき、第１フィルター部により金属化合物と分離して電解液を排出することができる。
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、前記開口が最低部となるように傾斜した前記底部を有することが好ましい。
このような構成によれば、第２電解液槽に溜まった金属化合物からなる析出物は、底部の開口に集まるように移動することができるため、金属化合物からなる析出物を効率的に第２電解液槽から排出することができる。
【００１６】
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構を構成する押圧器をさらに備え、前記押圧器は、第２電解液槽内に挿入することができるように設けられ、かつ、着脱可能に固定された第２押圧部材を有し、第２押圧部材は、前記押圧器を第２電解液槽に挿入するとき、第２電解液槽の底部との間で電解液を含む前記析出物を挟圧することにより前記脱液物を形成するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、押圧器を第２電解液槽に挿入することにより、金属化合物からなる析出物から脱液物を形成することができる。また、押圧器が着脱可能に固定された第２押圧部材を有するため、第２押圧部材を利用して、効率的に脱液物の形成および脱液物の排出をすることができる。
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、第２押圧部材が嵌合する底部を有することが好ましい。
このような構成によれば、金属化合物からなる析出物から効率的に脱液物を形成することができる。
【００１７】
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、第２押圧部材と第２電解液槽の底部との間で電解液を含む前記析出物を挟圧するとき電解液を排出する開口と前記開口に設けられた第２フィルター部とを有することが好ましい。
このような構成によれば、金属化合物からなる析出物から脱液物を形成するとき、効率的に電解液を排出することができる。
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、その底部に前記脱液物を排出する排出口を有することが好ましい。
このような構成によれば、第２電解液槽の底部を利用して脱液物を形成したとき、この脱液物を効率的に第２電解液槽から除去することができる。
【００１８】
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、その底部に前記押圧器から脱離させた第２押圧部材を有し、前記析出物は、第２押圧部材が固定された新たな前記押圧器を第２電解液槽に挿入するときに前記脱離させた第２押圧部材と新たな前記押圧器に固定された第２押圧部材との間で挟圧され、前記脱液物となることが好ましい。
このような構成によれば、第２押圧部材を利用して、効率的に脱液物の形成および脱液物の排出をすることができる。
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、取替え可能な電解液槽ユニットを有し、前記取替え可能な電解液槽ユニットは、新たな電解液槽ユニットに取り替えることができるように設けられ、前記析出物は、前記新たな電解液槽ユニットを第２電解液槽に挿入することにより第２電解液槽の底部と前記新たな電解液槽ユニットとの間で挟圧され、前記脱液物となることが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽ユニットを取り替える際に金属酸化物の脱液物を形成することができ、前記脱液物を電解液槽から排出することができる。
本発明の金属空気電池において、第２電解液槽は、前記新たな電解液槽ユニットが嵌合する底部を有することが好ましい。
このような構成によれば、第２電解液槽の底部と新たな電解液槽ユニットとの間で、電解液を含む析出物を挟圧ことができ、脱液物を形成することができる。
本発明の金属空気電池において、前記金属化合物は、金属酸化物または金属水酸化物であることが好ましい。
このような構成によれば、金属化合物を金属化合物からなる析出物として析出させることができる。
【００１９】
本発明の金属空気電池において、前記金属電極は、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＣｄおよびＰｄのうち少なくとも１つ以上の金属を含むことが好ましい。
このような構成によれば、金属電極をアノードとして機能させることができる。
本発明の金属空気電池において、前記金属電極は、金属亜鉛からなり、前記電解液は、アルカリ性水溶液であり、前記金属化合物は、酸化亜鉛または水酸化亜鉛を含むことが好ましい。
このような構成によれば、金属亜鉛が電子を放出し酸化亜鉛または水酸化亜鉛に化学変化することにより、金属空気電池の放電反応を進行させることができる。
本発明の金属空気電池において、
前記空気極は、カーボン担体と前記カーボン担体に担持された空気極触媒とを有することが好ましい。
このような構成によれば、空気極触媒において、カーボン担体から供給される電子、大気中から供給される酸素ガス、大気中又は電解液から供給される水を共存させることができ、これらから水酸化物イオンを形成ことができる。
【００２０】
また、本発明は、本発明の金属空気電池により形成された脱液物を還元処理することにより前記金属電極を構成する金属を製造し、この金属を前記金属電極として第１電解液槽に供給するエネルギーシステムも提供する。
本発明のエネルギーシステムによれば、金属電極を構成する金属をエネルギー貯蔵・運搬媒体として利用することができる。また、本発明のエネルギーシステムに本発明の金属空気電池を用いることにより、エネルギーシステムを維持するコストを低減することができる。また、本発明の金属空気電池を用いることにより、電力を供給している状態で金属化合物からなる析出物を除去できるため、金属化合物からなる析出物を除去する頻度を高くすることができる。このことにより、金属をエネルギー貯蔵・運搬媒体としたエネルギーシステムの物質サイクルシステムを簡素化することができる。また、金属化合物を回収するスピードが高まるため、物質サイクルにおける流通速度を向上させることができる。
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００２２】
金属空気電池の構成
図１〜３、６、８は本実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図であり、図４、５は、本実施形態の金属空気電池に含まれる第２電解液槽および脱液部の概略断面図である。
【００２３】
本実施形態の金属空気電池４５は、電解液を溜める第１および第２電解液槽１、２と、第１電解液槽１中に設けられかつアノードとなる金属電極５と、カソードとなる空気極６とを備え、金属電極５は、電池反応の進行に伴い電解液中の金属イオンまたは金属化合物となる金属からなり、第１及び第２電解液槽１、２は、第１電解液槽１内の電解液が第２電解液槽２内に移動できるように連通し、電解液中の前記金属イオンまたは前記金属化合物を第２電解液槽内で金属化合物からなる析出物として析出させることを特徴とする。
以下、本実施形態の金属空気電池４５について説明する。
【００２４】
１．金属空気電池
本実施形態の金属空気電池４５は、金属電極５を負極（アノード）とし、空気極６を正極（カソード）とする電池である。例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。また、本実施形態の金属空気電池４５は、金属電極５がコバルト、カドミウムまたはパラジウムからなる金属空気電池であってもよい。また、本実施形態の金属空気電池４５は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、一次電池がより好ましい。本実施形態の金属空気電池４５が一次電池の場合、金属電極５を構成する金属が電解液３中で金属化合物からなる析出物に化学変化しこの金属化合物からなる析出物を電解液中から除去する必要があるため、金属化合物からなる析出物７を析出させる第２電解液槽２を有効に利用することができる。
【００２５】
２．第１電解液槽、第２電解液槽、電解液
第１電解液槽１および第２電解液槽２は、それぞれ電解液３を溜める電解槽であり、 電解液に対して耐食性を有する材料からなる。また、第１及び第２電解液槽１、２は、第１電解液槽１内の電解液が第２電解液槽２に流入し、第２電解液槽２内の電解液が第１電解液槽１に流入するように連通することができる。このことにより、第１電解液槽１内の電解液中の金属イオンまたは金属化合物を電解液と共に第２電解液槽２に移動させることができる。また、第２電解液槽２において金属化合物からなる析出物を析出させた後の電解液を、第２電解液槽２から第１電解液槽１に流入させることにより、第１電解槽１内の電解液の量を維持することができる。
例えば、図１、３、６のように第１および第２電解液槽１、２はそれぞれ独立の液槽とし電解液を導通させる配管により連通されていてもよく、図２のように、第１および第２電解液槽１、２は隔壁により仕切られ隔壁の開口により連通されていてもよい。
【００２６】
また、例えば、図１、３、６のように、電解液の流れはポンプ４１などの駆動部４３により生じさせてもよい。駆動部４３を用いることにより、電解液中の金属イオンまたは金属化合物を効率よく第２電解液槽２で析出させることができる。なお、例えば、図２のように駆動部４３を設けなくてもよい。この場合、電池反応の反応熱により生じる電解液の対流により電解液の流れを形成することができる。
【００２７】
第１電解液槽１と第２電解液槽２は、例えば、第１流路２２と第２流路２３により連通することができる。このことにより、第１流路２２と第２流路２３のうち一方で第１電解液槽１内の電解液が第２電解液槽２に流れ込み、他方で、第２電解液槽２内の電解液が第１電解液槽１に流れ込むことができる。また、第１流路２２および第２流路２３はそれぞれ複数であってもよい。例えば、図１〜３、６のように第１流路２２および第２流路２３のうち一方は、電解液の液面付近に設けられ、他方が電解液槽の底部付近に設けられてもよい。このことにより、第１電解液槽１内の電解液中の金属イオンまたは金属化合物を電解液と共に第２電解液槽２に効率よく移動させることができる。また、電解液槽の底部付近に設けられた流路により第１電解液槽１内の電解液を第２電解液槽２に流入させてもよい。このことにより、第１電解液槽１内で金属化合物からなる析出物９が析出した場合でも、金属化合物からなる析出物９をこの流路により第２電解液槽２へと移動させることができる。
【００２８】
また、第１流路２２および第２流路２３は、共に電解液の液面付近に設けられてもよい。このことにより、金属化合物からなる析出物９を除去するために第２電解液槽２の電解液を排出した場合でも、第１電解液槽１の電解液が排出されるのを防止することができる。また、この場合、第１流路２２および第２流路２３のうち、一方を開口が第１電解液槽１の底部付近および第２電解液槽２の底部付近となるように設けてもよい。このことにより、電解液を効率よく循環させることができる。
第１流路２２および第２流路２３は、それぞれバルブ３５を有することができる。このことにより、金属化合物からなる析出物９の除去時に、第１電解液槽１内の電解液を排出せずに、第２電解液槽２内の電解液のみを排出することができる。
【００２９】
第１電解液槽１は、その中に金属電極５を設置することができる構造を有する。また、第１電解液槽１は、空気極６のイオンが第１電解液槽１に溜めた電解液３に移動できる構造を有する。このことにより第１電解液槽１に溜める電解液３を介して金属電極５と空気極６との間をイオンが伝導することができる。
第２電解液槽２は、前記電解液中の金属イオンまたは金属化合物が第２電解液槽２内で金属化合物からなる析出物として析出するように設けられる。また、第２電解液槽２は、後述する脱液機構１０を構成することもできる。
また、第２電解液槽２は、図８に示した金属空気電池４５のように、取替え可能な電解液槽ユニット４を有することもできる。この取替え可能な電解液槽ユニット４は、新たな電解液槽ユニット４と取り替えることができるように金属空気電池４５に固定される。
【００３０】
第２電解液槽２中で金属化合物からなる析出物９を析出させる方法は、特に限定されないが、例えば、第２電解液槽２中の電解液を冷却することにより金属化合物からなる析出物９を析出させてもよく、第２電解液槽２中の電解液を濃縮することにより金属化合物からなる析出物９を析出させてもよい。また、第２電解液槽２中の電解液のｐＨを変化させて金属化合物からなる析出物９を析出させてもよく、電解液に添加剤を加えて金属化合物からなる析出物９を析出させてもよい。
【００３１】
例えば、図１〜３、６のように第２電解液槽２に冷却部１８を設けることができる。この冷却部１８により電解液を冷却することにより、電解液に溶解した金属化合物の飽和溶解度を小さくすることができ、第２電解液槽２内で金属化合物からなる析出物９を析出させることができる。
金属空気電池４５の放電反応を進行させると、空気極６および金属電極５において電極反応が進行し、反応熱が生じる。この反応熱は、第１電解液槽１内の電解液の温度を上昇させる。このため、第１電解液槽１内の電解液は、金属化合物の飽和溶解度が高くなる。この温度が上昇した電解液を第２電解液槽２に流入させ冷却部１８により冷却し電解液の温度を低下させると、電解液に溶解していた金属化合物は、析出物９として電解液中に析出する。この析出した金属化合物からなる析出物９を第２電解液槽２から除去することにより、金属空気電池４５から金属化合物を除去することができる。第２電解液槽２から金属化合物からなる析出物９を除去する方法は、後述する脱液機構１０を用いて除去してもよく、金属化合物からなる析出物９を電解液と共に排出し、遠心分離やろ過などの方法で除去してもよい。
【００３２】
冷却部１８としては、例えば、冷却水流路などの水冷部、空気中に放熱しやすい構造を有する空冷部、水以外の熱媒体を用いた冷却部とすることができる。
第２電解液槽２に冷却部１８を設け、第２電解液槽２で冷却した電解液を第１電解液槽１に流入させることにより、第１電解液槽１内の電解液の温度が反応熱により上昇しすぎるのを抑制することができる。このことにより、金属電極５における電極反応の進行速度を安定させることができ、金属空気電池４５が電力を安定して出力することができる。
【００３３】
第２電解液槽２に冷却部１８が設けられた場合、第１流路２２および第２流路２３のうち一方は、電解液の液面付近に設けられ、他方が電解液槽の底部付近に設けられ、第１電解液槽１内の電解液が底部付近の流路から第２電解液槽２に流れ込み、第２電解液槽２の電解液が液面付近の流路から第１電解液槽１に流れ込むように設けられてもよい。このことにより、冷却部１８により冷却され温度が低下した電解液を第１電解液槽１内の電解液の液面付近に供給することができ、第１電解液槽１内の電解液に温度むらが生じるのを抑制することができる。このことにより、金属電極５に温度むらが生じるのを抑制することができ、電極反応の進行速度を金属電極５の上部や下部などで実質的に同じにすることができ金属電極５の消費速度にムラが生じるのを抑制できる。
【００３４】
また、冷却部１８は、熱回収装置の吸熱部分とすることができる。例えば、冷却部を水や熱媒体の流路とし、冷却部１８において電解液の熱を吸収した水や熱媒体を用いて、発電を行ってもよく、吸収した熱を温水として利用してもよい。このことにより、金属空気電池４５の電池反応の反応熱を発電や温水に利用することができるため、エネルギー利用効率を向上させることができる。
【００３５】
第２電解液槽２に冷却部１８が設けられた場合、図３のように第２電解液槽２は、第２電解液槽２内の電解液が集電部材２５の熱を吸収するように設けられてもよい。このことにより、空気極６における電極反応により生じる熱を第２電解液槽２内の電解液が吸収することができ、この電解液を冷却部１８が冷却することができる。このことにより、空気極６を効率的に冷却することができる。
【００３６】
第２電解液槽２中の電解液を濃縮することにより金属化合物からなる析出物９を析出させる場合、第２電解液槽２は、電解液濃縮機構を有することができる。電解液濃縮機構は、例えば、第２電解液槽２にガス流路を設け、この流路に流す気体中に電解液の溶媒を気化させ、第２電解液槽２中の電解液を濃縮する機構であってもよく、第２電解液槽２中に溶媒の透過率の高い膜を設けることにより、電解液を濃縮する機構であってもよい。
第２電解液槽２がこのような電解液濃縮機構を備えることにより、第２電解液槽２内の電解液に溶解した金属化合物の濃度を高くすることができる。この濃度を飽和溶解度よりも高くすることにより、第２電解液槽２中で金属化合物を析出させることができる。
【００３７】
電解液３は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する液体である。電解液３の種類は、金属電極５を構成する金属の種類によって異なるが、水溶媒を用いた電解液（電解質水溶液）であってもよく、有機溶媒を用いた電解液（有機電解液）であってもよい。
例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いることができ、マグネシウム空気電池の場合、電解液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
また、第１電解液槽１が固体電解質からなる隔壁を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。
【００３８】
３．金属電極、金属化合物、金属ホルダー
金属電極５は、電池の放電反応により電子を放出し、電解液中の金属イオンまたは金属化合物となる金属からなる。また、電解液中の金属イオンまたは金属化合物は、第２電解液槽２において金属化合物からなる析出物９（微粒子９、針状の粒子、板状の粒子など）として析出する。例えば、亜鉛空気電池の場合、金属電極５は金属亜鉛からなり、金属化合物は酸化亜鉛または水酸化亜鉛となる。アルミニウム空気電池の場合、金属電極５は金属アルミニウムからなり、金属化合物は水酸化アルミニウムとなる。鉄空気電池の場合、金属電極５は金属鉄からなり、金属化合物は酸化水酸化鉄または酸化鉄となる。マグネシウム空気電池の場合、金属電極５は金属マグネシウムからなり、金属化合物は水酸化マグネシウムとなる。
また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、金属電極５はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムからなり、金属化合物はこれらの金属の酸化物、水酸化物などとなる。
なお、金属電極５および金属化合物は、これらの例には限定されず、金属空気電池となるものであればよい。また、金属電極５は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、金属電極５は合金からなってもよい。
【００３９】
金属電極５は、金属ホルダー１５の支持体１６の主要面上に固定することできる。支持体１６は、金属電極５を固定することができれば、形状は限定されないが、例えば、板状、筒状、球状などとすることができる。また、この支持体１６は、電解液に対して耐食性を有する金属板により形成することができる。このことにより、支持体１６を介して金属電極５から集電することができ、金属電極５と外部回路とを接続することができる。支持体１６の主要面上への金属電極５の固定は、例えば、金属の粒子や塊を支持体１６の表面に押し付けて固定してもよく、支持体１６上にめっき法などにより金属を析出させてもよい。
【００４０】
金属ホルダー１５は、金属電極５および支持体１６を第１電解液槽１内に挿入することができるように設けられる。このことにより、金属電極５を第１電解液槽１内に配置することができる。また、放電反応により金属電極５を構成する金属が電解液中の金属イオンまたは金属化合物となり消費され、金属電極５の量が減少した場合、第１電解液槽１内の金属ホルダー１５を、金属電極５が固定された新たな金属ホルダー１５に取り替えることにより、第１電解液槽１中の金属電極５の量を維持することができる。このことにより、金属空気電池４５による電力を安定して外部回路に出力することができる。
【００４１】
金属ホルダー１５は、第１電解液槽１に固定するための蓋部材１７を有することもできる。例えば、図１〜３、６に示した金属空気電池４５に含まれる金属ホルダー１５のように蓋部材１７を有することができる。このような蓋部材１７を有することにより、金属ホルダー１５の金属空気電池４５への設置が容易になり、また、金属ホルダー１５の金属空気電池４５からの取り外しも容易になる。また、蓋部材１７は、第１電解液槽１の金属ホルダー１５を挿入する開口を密閉する蓋となる部材であってもよい。このことにより、大気中の成分と電解液３とが反応することを抑制することができる。例えば、電解液にアルカリ性電解液を用いた場合、大気中の二酸化炭素ガスが電解液に溶け込み、アルカリ性電解液を中和することを抑制することができる。
また、蓋部材１７は金属電極５と外部回路とを接続するための端子を有することもできる。この端子を外部回路と接続することにより、金属空気電池４５の電力を出力することが可能になる。
【００４２】
４．空気極、イオン交換部
空気極６は、大気中の酸素ガスと水と電子から水酸化物イオン（OH-）を生成する電極である。空気極６は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された空気極触媒からなる。このことにより、空気極触媒上において、酸素ガスと水と電子を共存させることが可能になり、電極反応を進行させることが可能になる。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液から供給されてもよい。
多孔性担体には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
空気極触媒には、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。
また、空気極６に含まれる多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極６は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
【００４３】
空気極６は、大気に直接接するように設けてもよく、空気流路２６に接して設けてもよい。このことにより、空気極６に酸素ガスを供給することができる。また、空気流路２６を設ける場合、空気流路２６に加湿された空気を流すことにより、空気極６に酸素ガスと共に水も供給できる。空気流路２６は、例えば、図１〜３、６に示した金属空気電池４５に含まれる集電部材２５に設けることができる。このことにより、空気流路２６を形成することができると共に集電部材２５を介して空気極６と外部回路とを接続することができ、金属空気電池４５の電力を外部回路に出力することができる。
また、集電部材２５は、図３のように第２電解液槽２と接触するように設けられてもよい。
【００４４】
空気極６は第１電解液槽１に溜める電解液３に接触するように設けてもよい。このことにより、空気極６で生成した水酸化物イオンが容易に電解液３へ移動することができる。また、空気極６における電極反応に必要な水が電解液３から空気極６に供給されやすくなる。
また、空気極６は、第１電解液槽１に溜める電解液３と接触するイオン交換部８と接触するように設けてもよい。イオン交換部８は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極６で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液へ移動することができる。
イオン交換部８を設けることにより、空気極６と電解液３との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換部８がアニオン交換膜である場合、アニオン交換膜は、固定イオンである陽イオン基を有するため、電解液中の陽イオンは空気極６に伝導することはできない。これに対し、空気極６で生成した水酸化物イオンは陰イオンであるため、電解液へと伝導することができる。このことにより、金属空気電池４５の電池反応が進行させることができ、かつ、電解液３中の陽イオンが空気極６に移動するのを防止することができる。このことにより、空気極６における金属や炭酸化合物の析出を抑制することができる。
【００４５】
また、イオン交換部８を設けることにより、電解液に含まれる水が空気極６に過剰に供給されることを抑制することができる。
イオン交換部８としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。
空気極６をイオン交換部８に接触するように設ける場合、例えば、図１〜３、６のように、空気極６をイオン交換部８の上に形成し、これを第１電解液槽１と集電部材２５とで挟むように設けることができる。
【００４６】
５．脱液機構、電解液循環機構
脱液機構１０は、第２電解液槽２で析出させた金属化合物からなる析出物９から電解液を分離排出し金属化合物の脱液物１４を形成する。電解液を含む金属化合物の析出物９から電解液を分離排出する方法は、特に限定されないが、例えば、電解液を含む析出物９を押圧する方法、電解液を含む析出物９をフィルタリングする方法、電解液を含む析出物９を減圧する方法、電解液を含む析出物９を加熱する方法などが挙げられる。特に、電解液を含む析出物９を押圧する方法が好ましい。このことにより、電解液を含む析出物９から容易に電解液を分離排出することができ、脱液物１４を形成することができる。
金属空気電池４５が脱液機構１０を備えることにより、電解液中の金属化合物からなる析出物９を脱液物１４として効率的に除去することができる。ここでは、金属化合物の微粒子９から脱液物１４を形成する場合について説明するが、金属化合物からなる析出物９の形態は限定されず、板状の粒子、針状の粒子などであってもよい。
脱液物１４とは、含んでいた電解液が除去されて固形化した金属化合物をいう。
また、脱液機構１０は、析出物９を析出させる領域の下部に析出物９を回収する回収部２７を設けることができる。このことにより、析出させた析出物９が沈殿することにより回収部へ移動させることができる。また、析出物３が沈殿することにより対流が生じ第１電解液槽１と第２電解液槽２との間の電解液の流通を促進することができる。回収部１７は、例えば、図１、６、８のように設けることができる。
脱液機構１０の形態は、特に限定されないが、第２電解液槽２の外部において金属化合物の微粒子９を脱液し脱液物１４を形成する機構であってもよく、第２電解液槽２において金属化合物の微粒子９を脱液し脱液物１４を形成する機構であってもよい。また、脱液機構１０の形態は、第２電解液槽２が取替え可能な電解液槽ユニット４を有する場合に、新たな電解液槽ユニット４を第２電解液槽２に挿入することにより脱液物１４を形成する機構であってもよい。
【００４７】
まず、第２電解液槽２の外部において金属化合物の微粒子９を脱液し脱液物１４を形成する機構について説明する。この場合、金属空気電池４５は、例えば、図１〜５に示したように型部材１１と第１押圧部材１２を有する脱液部１３を備えることができる。
型部材１１と第１押圧部材１２は、電解液を含む金属化合物の微粒子９を挟圧することにより脱液物１４を形成するように設けることができる。例えば、図１〜５のように第１押圧部材１２を型部材１１の開口に嵌合するように設けることができる。このことにより、型部材１１と第１押圧部材１２の間に電解液を含む金属化合物の微粒子９を導入し、型部材１１と第１押圧部材１２とで金属化合物の微粒子９を挟圧し、電解液を排出し、金属化合物の脱液物１４を形成することができる。
ここで、型部材１１と第１押圧部材１２との間には遊び（型部材１１と第１押圧部材１２とが密着せず、その間にある程度動きうる隙間）を有してもよい。
【００４８】
また、型部材１１または第１押圧部材１２に第１フィルター部２１を設けることができる。このことにより、型部材１１と第１押圧部材１２とで金属化合物の微粒子９を挟圧するとき、第１フィルター部２１において、金属化合物の微粒子９と分離して電解液を排出することができる。
第１フィルター部２１は、例えば、図１〜３のように第１押圧部材１２に設けられてもよい。この場合、第１押圧部材１２をフィルターとなる材料により形成してもよく、第１押圧部材１２を多孔性材料で形成し、第１押圧部材１２の金属化合物の微粒子９と接する面にフィルター膜を有してもよく、第１押圧部材１２に開口を設けこの開口内に第１フィルター部２１を設けてもよい。
第１フィルター部２１は、例えば、図４、５のように型部材１１に設けることもできる。この場合、型部材１１（の一部）をフィルターとなる材料により形成してもよく、型部材１１（の一部）を多孔性材料で形成し、型部材１１の金属化合物の微粒子９と接する面にフィルター膜を有してもよく、型部材１１に開口を設けこの開口内に第１フィルター部２１を設けてもよい。また、型部材１１の材料に多孔性材料を用いてもよい。このことにより、脱液効果を高くすることができる。例えば、型部材１１の材料に石膏を用いることができる。
【００４９】
また、第２電解液槽２は底部２０に開口を有し、第２電解液槽２と脱液部１３は開口を介して導通してもよい。このことにより、第２電解液槽２内の金属化合物の微粒子９を電解液と共に脱液部１３に移動させることできる。図１〜４のように第２電解液槽２中の金属化合物の微粒子９が型部材１１と第１押圧部材１２との間に流入できるように、第２電解液槽２と脱液部１３が導通してもよく、図５のように第２電解液槽２中の金属化合物の微粒子９が電解液と共に型部材１１に流入できるように、第２電解液槽２と脱液部１３が導通してもよい。
第２電解液槽２と脱液部１３とを結ぶ導通路にバルブ３５を備えることができる。このことにより、第２電解液槽２から電解液の漏れることを防止することができる。また、金属化合物の微粒子９を挟圧し脱液物１４を形成するとき、金属化合物の微粒子９や電解液が第２電解液槽２に逆流することを防止することができる。
【００５０】
第２電解液槽２は、脱液部１３と導通する開口が最低部となるように傾斜した底部２０を有することができる。このことにより、第２電解液槽２の底に溜まった金属化合物の微粒子９は、最低部となる開口に集まることができ、第２電解液槽２内の金属化合物の微粒子９を効率的に脱液部１３に移動させることができる。第２電解液槽２の底部２０は、例えば、図１〜５に示した金属空気電池４５に含まれる第２電解液槽２のように底部２０に開口を有し、底部２０が最低部となるように傾斜した構造を有することができる。
【００５１】
次に、第２電解液槽２において金属化合物の微粒子９を脱液し脱液物１４を形成する機構について説明する。この場合、金属空気電池４５は、押圧器６３を有することができる。
押圧器６３に着脱可能に固定された第２押圧部材４８を有することができる。第２押圧部材４８は、押圧器６３を第２電解液槽２に挿入するとき、第２押圧部材４８と第２電解液槽２の底部２０との間で金属化合物の微粒子９を挟圧することにより、脱液物１４を形成することができるように設けられる。
第２押圧部材４８の押圧器６３への固定方法は、特に限定されないが、例えば、第２押圧部材４８を押圧器６３に含まれる金属板６０に１点以上で着脱可能に固定することができる。
【００５２】
第２電解液槽２は、第２押圧部材４８が嵌合する底部２０を有することができる。第２電解液槽２の底部２０に第２押圧部材４８が嵌合することにより、第２電解液槽２の底部２０と第２押圧部材４８との間で金属化合物の微粒子９を挟圧することができ、脱液物１４を形成することができる。ここで、第２電解液槽２の底部２０と第２押圧部材４８との間には遊び（底部２０と第２押圧部材４８とが密着せず、その間にある程度動きうる隙間）を有してもよい。
また、第２電解液槽２は、第２押圧部材４８と第２電解液槽２の底部２０との間で金属化合物の微粒子９を挟圧するとき電解液を排出する開口とこの開口に設けられた第２フィルター部５０を有することができる。このことにより、脱液物１４を形成するときに、第２フィルター部５０により金属化合物に微粒子９と電解液を分離して電解液を排出することができる。第２フィルター部５０は、例えば、図６のように第２電解液槽２の底部付近に設けることができる。
【００５３】
第２電解液槽２は、その底部に金属化合物の脱液物１４を排出する排出口を有することができる。この排出口を介して第２電解液槽２内から金属化合物の脱液物１４を排出することができる。排出口の形態は、脱液物１４を排出できれば特に限定されないが、例えば、図６のように第２電解液槽２が底に開閉式の排出用扉部５２を有し、排出用扉部５２を開けることにより、排出口が脱液物１４を排出できるように設けられてもよい。また、この場合、電解液の漏れを防止するためにシール部材５５を設けることもできる。
【００５４】
図６に示した金属空気電池４５が有する脱液機構について説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、金属空気電池４５が有する脱液機構の説明図である。図７（ａ）は、金属化合物の微粒子を第２電解液槽２において析出させ、第２電解液槽２の底に金属化合物の微粒子が溜まっているときの第２電解液槽２の概略断面図である。この後、押圧器６３を第２押圧部材４８から離脱させ、第２押圧部材４８を第２電解液槽２の底に残したまま押圧器６３を第２電解液槽２から抜脱させる。また、バルブ３５を開け、第２フィルター部５０により、金属化合物の微粒子９を第２電解液槽２の底に残したまま、電解液を第２電解液槽２から排出することができる。このときの第２電解液槽２の断面図が図７（ｂ）である。このとき、第２電解液槽２の底には、第２押圧部材４８があり、その上に電解液を含んでいる金属化合物の微粒子９が溜まっている。
【００５５】
この後、第２押圧部材４８が固定された新たな押圧器６３を第２電解液槽２内に挿入する。このとき、第２押圧部材４８は、第２電解液槽２の底部に嵌合し、第２電解液槽２の底の第２押圧部材４８と押圧器６３に固定された第２押圧部材４８とで第２電解液槽２の底に溜まった金属化合物の微粒子９を挟み込むことになる。押圧器６３をさらに押し込むことにより、金属化合物の微粒子９は２つの第２押圧部材４８に挟圧され、金属化合物の微粒子９が含んでいた電解液が、第２フィルター部５０を介して第２電解液槽２外へ排出される。電解液が排出された金属化合物の微粒子９は、成型され脱液物１４となる。このときの第２電解液槽２の断面図が図７（ｃ）である。
【００５６】
この後、排出用扉部５２を開け、排出口から第２押圧部材４８とともに金属化合物の脱液物１４を排出する。このときの第２電解液槽２の断面図が図７（ｄ）である。このことにより、第２電解液槽２に溜まった金属化合物の微粒子９を脱液物１４として、第２電解液槽２から除去することができる。
【００５７】
次に、第２電解液槽２が取替え可能な電解液槽ユニット４を有する場合に、新たな電解液槽ユニット４を第２電解液槽２に挿入することにより脱液物１４を形成する機構について説明する。この場合、第２電解液槽２は、取替え可能な電解液槽ユニット４を有し、取替え可能な電解液槽ユニット４は、新たな電解液槽ユニット４に取り替えることができるように設けられ、電解液を含む金属化合物の微粒子９は、新たな電解液槽ユニット４を第２電解液槽２に挿入することにより第２電解液槽２の底部と新たな電解液槽ユニット４との間で挟圧され、脱液物１４となる。
電解液槽ユニット４は、例えば、図８に示すように第２電解液槽２の底部と側壁部となる部分を有する部材とすることができる。また、電解液槽ユニット４は、第２電解液槽２の底となる面と電解液槽ユニット４の下面とが同じ形状になるように設けることができる。このことにより、同じ形状の２つの電解液槽ユニット４を重ねた場合、下に位置する電解液槽ユニット４に上に位置する電解液槽ユニット４を嵌合させることができる。このことにより、２つの電解液槽ユニット４を重ね合わせることにより、その間の金属酸化物の微粒子９を挟圧することができ、脱液物１４を形成することができる。また、この場合も上述した第２フィルター部５０、シール部材５５を設けることができる。
【００５８】
図８に示した金属空気電池４５が有する脱液機構１０について説明する。図９（ａ）〜（ｄ）は、金属空気電池４５が有する脱液機構１０の説明図である。図９（ａ）は、図８に示した金属空気電池４５により電力を出力し、金属電極５を構成する金属が消費されたときの第２電解液槽２の概略断面図である。このとき、金属化合物の微粒子９が第２電解液槽２の底に溜まっている。この後、第２電解液槽２から蓋部材６１を取外し、バルブ３５を開け、第２フィルター部５０により、金属化合物の微粒子９を第２電解液槽２の底に残したまま、電解液を第２電解液槽２から排出することができる。このときの第２電解液槽２の断面図が図９（ｂ）である。このとき、第２電解液槽２に含まれる電解液槽ユニット４の底部上に電解液を含んでいる金属化合物の微粒子９が溜まっている。
【００５９】
この後、新たな電解液槽ユニット４を第２電解液槽２内に挿入する。このとき、新たな電解液槽ユニット４は、第２電解液槽２の底部に嵌合し、第２電解液槽２の底部と新たな電解液槽ユニット４とで第２電解液槽２の底に溜まった金属化合物の微粒子９を挟み込むことになる。新たな電解液槽ユニット４をさらに押し込むことにより、金属化合物の微粒子９は挟圧され、金属化合物の微粒子９が含んでいた電解液が、第２フィルター部５０を介して第２電解液槽２外へ排出される。電解液が排出された金属化合物の微粒子９は、成型され脱液物１４となる。このときの第２電解液槽２の断面図が図９（ｃ）である。
【００６０】
この後、金属空気電池４５に固定されていた電解液槽ユニット４を取外し、第２電解液槽２内に挿入した新たな電解液槽ユニット４を金属空気電池４５に取り付ける。このときの第２電解液槽２の断面図が図９（ｄ）である。このことにより、第２電解液槽２に溜まった金属化合物の微粒子９を脱液物１４として、取り外した電解液槽ユニット４と共に第２電解液槽２から除去することができる。
【００６１】
金属空気電池４５は、電解液循環機構を有することができる。電解液循環機構は、第２電解液槽２から排出した電解液を再び第２電解液槽２に供給する機構である。例えば、図１、図６、図８のように、第２電解液槽２から排出された電解液を溜める電解液タンク４０を備え、電解液タンク４０に溜めた電解液をポンプにより第１電解液槽１に供給し、第１電解液槽１内の電解液を第２電解液槽２に供給する機構である。
【００６２】
６．エネルギーシステム
本実施形態の金属空気電池４５は、金属電極５を構成する金属をエネルギー貯蔵・運搬媒体とするエネルギーシステムを構成することができる。エネルギーシステムは、本実施形態の金属空気電池４５により形成された脱液物１４を還元処理することにより金属電極５を構成する金属を製造し、この金属を金属電極５として第１電解液槽１に供給するシステムである。
たとえば、金属空気電池４５を都市部に設け、金属化合物の還元装置を大規模太陽電池発電所などに設けることができる。都市部において、金属空気電池４５により発電し電気エネルギーを供給する。この際、金属電極５が消費されることにより生じる金属化合物を本実施形態の金属空気電池４５から回収する。回収した金属化合物を大規模太陽電池発電所に設けた還元装置に運搬し、太陽電池発電所の電力により金属化合物を還元処理し、金属を製造する。この製造した金属を都市部に運搬し、金属空気電池４５に金属電極５として供給し、金属空気電池４５により発電する。
このようなエネルギーシステムにより、太陽電池発電所などにおいて電力を金属として貯蔵し、この金属を利用して電力需要の大きい都市部などで発電することができる。また、このようなエネルギーシステムに本実施形態の金属空気電池４５を用いることにより、電力を供給している状態で金属化合物の微粒子を除去できるため、金属化合物の微粒子を除去する頻度を高くすることができる。このことにより、金属をエネルギー貯蔵・運搬媒体としたエネルギーシステムの物質サイクルシステムを簡素化することができる。また、金属化合物を回収するスピードが高まるため、物質サイクルにおける流通速度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１： 第１電解液槽    ２：第２電解液槽    ３：電解液    ４：電解液槽ユニット    ５：金属電極    ６：空気極    ８：イオン交換部    ９：金属化合物の微粒子（金属化合物の析出物）    １０：脱液機構    １１：型部材    １２：押圧部材    １３：脱液部    １４：金属化合物の脱液物    １５：金属ホルダー    １６：支持体    １７：蓋部材    １８：冷却部（熱回収装置）    １９：電解液濃縮機構    ２０：底部    ２１：第１フィルター部    ２２：第１流路    ２３：第２流路    ２５：集電部材    ２６：空気流路    ２８：スペーサー    ２７：回収部    ３１：ボルト    ３２：ナット    ３５：バルブ    ３６：電解液回収容器    ３８：配管    ４０：電解液タンク    ４１：ポンプ    ４２：電解液供給口    ４３：駆動部    ４５：金属空気電池    ４８：第２押圧部材    ５０：第２フィルター部    ５２：排出用扉部    ５４：係止部    ５５：シール部材    ５７：排出口    ６０：金属板    ６１：蓋部材    ６３：押圧器
１０１：亜鉛電極    １０３：アルカリ性電解液    １０５：空気極    １０６：アニオン交換膜
【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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【図９】
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【図１０】
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