(57)【要約】【課題】組み立てが容易で、正極合剤の量を容易に加減でき、負極金属を交換することで燃料電池としても利用可能な、金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術を提供する。【解決手段】図１で負極金属２と、吸水・保湿を兼ねたセパレータ３と、正極合剤４と、通気性、撥水性を持つ発泡材枠５と、集電体となる集電体６を重ね合わせて、金属-空気電池１を形成する。発泡材枠５が正極合剤４と、電解液の漏出を防ぎ、また、撥水性を持つことで、正極活性物質である酸素を効率よく取り込むことができる。又、発泡材枠５は、その厚みを変えることで、正極合剤４を必要に応じた量に加減することができ、発泡材枠の片面若しくは両面に接着剤を着けてセパレータ３と集電体６に固定でき、組み立てが容易であり、電池の化学反応に伴って溶解する負極金属２とセパレータ３を取り替えが出来るので、繰り返し発電が可能な燃料電池としても利用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極となる金属と、吸水、保湿を兼ねたセパレータと、正極合剤と、それを取り囲むように形成された発泡材枠と、集電体となる金属板とを備え、前記発泡材枠が通気性、撥水性を持つことで、正極合剤と電解液の漏出を防ぐと同時に発泡材枠を通じて正極活性物質である酸素を取り込むことによって、効率よく発電することを特徴とする金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【請求項２】
請求項１の金属-空気電池において、負極金属とセパレータを取り替えることによって、繰り返し発電が可能な燃料電池としても利用できることを特徴とする金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【請求項３】
請求項１の金属-空気電池において、正極合剤が電解質や、反応触媒等をあらかじめ保持し、水や塩水等を注水することで発電可能であることを特徴とする金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組み立てが容易であり、燃料電池としても利用できる金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、マグネシウムや、その合金、又はその他の金属を負極とした、金属-空気電池が知られている。特に、マグネシウムやアルミニウムやその合金を負極として用いた電池の場合、自己放電の問題や、反応生成物を還元し充電することが難しい等の問題により、使用時に電解液を注ぐような形で使用されることが多い（たとえば、特許文献１、２）。このような形態の電池の場合、正極合剤は、活性炭や、炭素、その他反応触媒と、樹脂等によってペースト状に成形されたものや、導電繊維や、導電スポンジ等の発泡体に反応触媒等を樹脂等のバインダーによって保持させるような構造がよく用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６２０７４
【特許文献２】特開２０１２−１３４１６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような正極の構造は、電解液や正極の正極合剤の漏出が起こりやすいことや、反応触媒等を保持するためのバインダーによって、導電性の低下等が起こりやすい。また、従来の金属-空気電池における正極は、電解液等の漏出を防ぐために、ケースに収納されたり、ＰＴＦＥのようなフッ素系樹脂等によって、撥水膜を形成するような工夫がなされている。電池容量の増減は正極合剤量にも左右されてきた。そのため容量の変化に伴う対応が難しくこれを行うために製造コストの上昇や、製造工程や構造の複雑化によって、生産効率の低下や、セルスタックを形成することが難しくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、金属-空気電池の構造において、従来技術に有する問題点を解消すべくなされたもので、組み立てが容易であり、燃料電池としても利用できる金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、負極となる金属と、吸水、保湿を兼ねたセパレータと、正極合剤と、それを取り囲むように形成された発泡材枠と、集電体となる金属板とを備え、前記発泡体が通気性、撥水性を持つことで、正極合剤と電解液の漏出を防ぎ、正極活物質である酸素を取り込むことによって、効率よく発電することを特徴とする金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【０００７】
発砲体の厚みを変えることにより内部に入る正極合剤の量を増減できるため電池容量の増減も容易になる金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【０００８】
また、本発明は、請求項１の金属-空気電池において、負極金属とセパレータを取り替えることによって、繰り返し発電が可能な燃料電池としても利用できることを特徴とする金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【０００９】
また、本発明は、請求項１の金属-空気電池において、正極合剤が電解質や反応触媒等をあらかじめ保持し、水や塩水等を注水することで発電可能であることを特徴とする金属-空気電池における正極合剤の収納方法の技術である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、金属-空気電池の構造において、正極合剤の周りに通気性、撥水性を持つ発泡体を形成する厚さを変えることによって、電解液や、正極合剤の漏出を防ぎながら、正極に効率よく空気を供給することができる。また、その組み立ても容易であるため、負極金属とセパレータを取り替えることで、繰り返し発電可能な燃料電池としても利用できることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例における、基本的な構造を表す分解図である。
【図２】本発明の実施例における、正極合剤、発泡材枠、集電体の基本的な構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例における、導電材枠の入れ方の図である。
【図４】本発明の実施例における、発泡材枠の厚さの違いを表す断面図である。
【図５】本発明の実施例１における、放電特性を表す図である。
【図６】本発明の実施例２における、放電特性を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の最も好ましい実施形態について図１に基づきさらに詳しく説明する。図１は、本発明に係る金属-空気電池の分解図である。図２は使用時の形態で２から６までの部材が接触するように組立てられている。
【００１３】
図１において、２は負極金属であり、この金属としては、マグネシウム、アルミニウム又はそれらの合金を使用することができ、その他に例えば鉄、亜鉛、リチウム、カルシウム、マンガン、コバルト、鉛、クロム等の単体や合金、合成物等の使用も可能である。又、負極金属２は金属粉を固めたものや、メッシュ状のもの等、加工されたものであっても良い。
【００１４】
３は吸水と保湿を兼ねたセパレータであり、例えばコーヒーフィルターやろ紙のような紙、布、不織布、吸水性樹脂等を使用することができる。またこれらに限らず、電解液を吸い上げ、またそれを保持するような材質のものであればいずれも適用が可能である。
【００１５】
４は正極合剤で、例えば、活性炭や炭素の粉末と触媒をペースト状にしたものや、不織布に活性炭や炭素の粉末と触媒を、樹脂等のバインダーによって保持させているもの等が挙げられるが、空気極として形成されているものであれば、どのような形態のものであっても良い。また、周りに発泡材枠が形成されているため、正極合剤を粉体のまま封入することも可能である。
【００１６】
また、正極合剤４には、電解質をあらかじめ混入させることがより好適である。３のセパレータに直接電解液を注入することで発電することも可能であるが、電解質があることによって、電解液を注入するのではなく、水や塩水等を注水することによって発電することも可能となる。この電解質としては、水酸化ナトリウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム等が挙げられるが、水に電離して電解質になる物質であれば、どのような物質でも適用可能である。
【００１７】
５は、発泡材枠であり、例えば発泡プラスチックや発泡スポンジ、導電スポンジ、発泡金属のような、通気性のあるものであればどのような形態のものであっても良いが、活物質となる酸素を効率よく取り込むことや、電解液の漏出を防ぐために、撥水性のものがより好適である。図３は発砲材枠５に正極合剤４を入れ方の図である。図４のＡの７のように薄い発砲材枠５である。図４のＢの８のように厚い発泡材枠５で、正極合剤４の量を増減することができ、これにより電池の点灯時間を調整することが可能である。
【００１８】
６は集電材であり、導電性のものであればいずれも適用可能であるが、導電性が高い銅板がより好適である。
【実施例】
【００１９】
本発明における実施例を以下に説明する。
【００２０】
（実施例１）
負極金属としてマグネシウム板（５０×５０×１〔ｍｍ〕）、セパレータとして市販のコーヒーフィルター、発泡材枠として市販のモルトプレーン、集電体としてＳＵＳ板（５０×５０×１〔ｍｍ〕）を用い、正極合剤として、グラファイト１００重量部、アエチレンブラック２０重量部、二酸化マンガン２００重量部、塩３００重量部を乳鉢で粉砕し、粉体のままセパレータと集電体の間に封入し、電池を作製した。
【００２１】
（実施例２）
電池の作製方法は実施例１と同様とし、その電池を３つ直列に重ねる形でセルスタックを作製した。
【００２２】
本実施例によって作製した金属-空気電池の、水や塩水等を注水した場合の放電特性を以下に示す。また、本実施例によって作製された電池は、注水前後に関わらず、正極合剤、電解液の漏出は見られなかった。
【００２３】
（測定方法）
電子負荷によって、出力電流を１００ｍＡに固定し、放電電圧を測定した。
【００２４】
このことから、本実施例によって製造される金属-空気電池は、発泡材枠によって、電解液、正極合剤の漏出が無く、空気電池として良好に機能することが示された。また、セルスタックも単純に重ね合わせて積層するだけで製造でき、電池自体の構造、組み立て方法も単純であるため、セパレータと負極金属を容易に取り替えることができ、燃料電池のような形でも利用可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
金属空気電池、特に平板構造に使用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  金属ー空気電池
２  負極金属
３  セパレータ
４  正極合剤
５  発泡材枠
６  集電体
７  発泡材枠の厚さ
８  発泡材枠の厚さ
【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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