(57)【要約】【課題】異常放電やガス発生の原因となる転極が起こることを抑制ないし防止しつつ、空気電池スタックの高容量化を実現し得る空気電池システムを提供する。【解決手段】空気電池システムは、正極層、正極層タブ、負極層及び負極層タブを備えた複数の空気電池が積層されかつ電気的に直列接続された構造を有する空気電池スタック、正極側出力端子、負極側出力端子、セル電圧計、スタック電圧計、各空気電池の正極層タブ及び正極側出力端子と他の各空気電池の負極層タブ及び負極側出力端子とを接続可能であるバイパス回路、バイパス回路の電気的な接続を切替可能である開閉器、及び予め取得してある各空気電池の規定セル電圧データ及び空気電池スタックの規定スタック電圧データと各電圧計から入力されるセル電圧データ及びスタック電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に応じて、開閉器を制御する制御装置を具備する。【選択図】図１
2014235957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極層と、正極層に接続された正極層タブと、負極層と、負極層に接続された負極層タブとを備えた複数の空気電池が積層され、かつ、電気的に直列接続された構造を有する空気電池スタックと、
空気電池スタックの正極側に接続された正極側出力端子と、
空気電池スタックの負極側に接続された負極側出力端子と、
各空気電池の正極層タブと負極層タブとの間の電圧を測定するセル電圧計と、
空気電池スタックの正極側出力端子と負極側出力端子との間の電圧を測定するスタック電圧計と、
各空気電池の正極層タブ及び正極側出力端子と他の各空気電池の負極層タブ及び負極側出力端子とを接続可能なバイパス回路と、
バイパス回路の電気的な接続を切替可能な開閉器と、
予め取得してある各空気電池の規定セル電圧データ及び空気電池スタックの規定スタック電圧データと、セル電圧計から入力されるセル電圧データ及びスタック電圧計から入力されるスタック電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に応じて、開閉器を制御する制御装置と、
を具備し、
制御装置が、少なくとも１つの空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックのスタック電圧データが当該空気電池スタックの規定スタック電圧データ以上であると判断したとき、開閉器を制御して、空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池に隣接する他の空気電池同士、又は空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池に隣接する他の空気電池と正極側出力端子又は負極側出力端子との電気的な接続をバイパス回路により直列接続として、空気電池スタックの放電を継続させる
ことを特徴とする空気電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の空気電池システムにおいて、
空気電池スタックが、電解質層と、電解質層の一方の面に配置した正極層と、正極層に接続された正極層タブと、電解質層の他方の面に配置した負極層と、負極層に接続された負極層タブと、正極層の電解質層を配置した面と反対側の面に配置した導電性液密通気部材とを備えた複数の空気電池が積層され、かつ、電気的に直列接続された構造を有し、
一の空気電池における導電性液密通気部材と一の空気電池に隣接する他の空気電池における負極層との間に、酸素含有ガスを流通させる流路を有する構造を有し、かつ、
一の空気電池が、一の空気電池における導電性液密通気部材を介して、一の空気電池に隣接する他の空気電池における負極層と電気的に接続されている構造を有する
ことを特徴とする空気電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の空気電池システムにおいて、
空気電池スタックが、電解質層と、電解質層の一方の面に配置した、正極部材及び正極集電部材を有する正極層と、正極層に接続された正極層タブと、電解質層の他方の面に配置した、負極部材及び負極集電部材を有する負極層と、負極層に接続された負極層タブと、正極層の電解質層を配置した面と反対側の面に配置した液密通気部材と、電気絶縁性を有し、かつ、少なくとも電解質層及び正極層の外周を包囲する外枠部材とを備え、正極層が外枠部材との間に内端部が正極集電部材の周縁部に接触し、かつ、外端部が液密通気部材側に露出する接点部材を有し、接点部材の外端部が、液密通気部材の表面よりも突出し、かつ、少なくとも外枠部材の端面と同一面位置に達する突出量である複数の空気電池が積層され、かつ、電気的に直列接続された構造を有し、
一の空気電池における液密通気部材と一の空気電池に隣接する他の空気電池における負極集電部材との間に、酸素含有ガスを流通させる流路を有する構造を有し、かつ、
一の空気電池における接点部材の外端部と一の空気電池に隣接する他の空気電池の負極集電部材とが接触している構造を有する
ことを特徴とする空気電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の空気電池システムにおいて、
空気電池スタックが、正極層と、正極層に接続された正極層タブと、負極層と、負極層に接続された負極層タブと、正極層及び負極層の外周部に配置した外枠部材とを備え、外枠部材が、正極層と一体的に接合する第１外枠部材と、負極層と一体的に接合する第２外枠部材とを有する複数の空気電池が積層され、かつ、電気的に直列接続された構造を有する
ことを特徴とする空気電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の空気電池システムにおいて、
車両の駆動用電動機への給電、車両の主電池の充電及び車両の補助電池の充電からなる群より選ばれる少なくとも１つを空気電池スタックに実行させる
ことを特徴とする空気電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の空気電池システムにおいて、
空気電池スタックの出力電流を測定するスタック電流計を具備し、
制御装置が、予め取得してある各空気電池の規定セル電圧データ、空気電池スタックの規定スタック電圧データ及び空気電池スタックの規定放電容量データと、セル電圧計から入力されるセル電圧データ、スタック電圧計から入力されるスタック電圧データ、及びスタック電流計から入力されるスタック電流データから算出される積算放電容量データとをそれぞれ対比して得られた結果に応じて、開閉器を制御する制御装置であり、
制御装置が、少なくとも１つの空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックのスタック電圧データが当該空気電池スタックの規定スタック電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックの積算放電容量データが当該空気電池スタックの規定放電容量データ未満であると判断したとき、開閉器を制御して、空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池に隣接する他の空気電池同士、又は空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池に隣接する他の空気電池と正極側出力端子又は負極側出力端子との電気的な接続をバイパス回路により直列接続として、空気電池スタックの放電を継続させて、車両の補助電池の充電を空気電池スタックに実行させる
ことを特徴とする空気電池システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の空気電池システムにおいて、
各空気電池の負極層又は電解質層の機能を不能にするために負極層又は電解質層の全部又は一部を除去又は不活性な状態にする不能化手段を具備し、
制御装置が、予め取得してある各空気電池の規定セル電圧データ及び空気電池スタックの規定スタック電圧データと、セル電圧計から入力されるセル電圧データ及びスタック電圧計から入力されるスタック電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に応じて、開閉器及び不能化手段を制御する制御装置であり、
制御装置が、少なくとも１つの空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックのスタック電圧データが当該空気電池スタックの規定スタック電圧データ以上であると判断したとき、開閉器を制御して、空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池に隣接する他の空気電池同士、又は空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池に隣接する他の空気電池と正極側出力端子又は負極側出力端子との電気的な接続をバイパス回路により直列接続とし、かつ、不能化手段を制御して、空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池の負極層又は電解質層の機能を不能にするために負極層又は電解質層の全部又は一部を除去又は不活性な状態にして、空気電池スタックの放電を継続させる
ことを特徴とする空気電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高容量化を実現するために、内部抵抗の低減を図った空気電池スタックが提案されている（特許文献１参照。）。この空気電池スタックは、正極層と、前記正極層上に積層された電解質層と、前記電解質層上に積層された負極層と、前記正極層上に積層され、前記正極層に対して前記電解質層と逆側に位置する導電性液密通気層とを備える空気電池を複数備える。そして、この空気電池スタックにおいては、第一の空気電池における導電性液密通気層と前記第一の空気電池と隣り合う第二の空気電池における負極層との間に介在し、酸素含有ガスを流通させる流路が設けられている。また、この空気電池スタックにおいては、前記第一の空気電池が、前記導電性液密通気層を介して、前記第二の空気電池における負極層と電気的に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０３９１５９号
【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、特許文献１に記載の空気電池スタックにおいては、放電を継続すると各空気電池の性能や放電状態などのバラツキに起因して異常放電やガス発生の原因となる転極が起こることがあり、更なる改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、異常放電やガス発生の原因となる転極が起こることを抑制ないし防止しつつ、空気電池スタックの高容量化を実現し得る空気電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、複数の空気電池が直列接続された空気電池スタックにおいて、バイパス回路を利用して、異常な空気電池から電流を取り出さないようにすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の空気電池システムは、空気電池スタックと、正極側出力端子と、負極側出力端子と、セル電圧計と、スタック電圧計と、バイパス回路と、開閉器と、制御装置とを具備するものである。そして、空気電池スタックは、正極層と、正極層に接続された正極層タブと、負極層と、負極層に接続された負極層タブとを備えた複数の空気電池が積層され、かつ、電気的に直列接続された構造を有するものである。また、正極側出力端子は、空気電池スタックの正極側に接続されたものである。更に、負極側出力端子は、空気電池スタックの負極側に接続されたものである。また、セル電圧計は、各空気電池の正極層タブと負極層タブとの間の電圧を測定するものである。更にスタック電圧計は、空気電池スタックの正極側出力端子と負極側出力端子との間の電圧を測定するものである。また、バイパス回路は、各空気電池の正極層タブ及び正極側出力端子と他の各空気電池の負極層タブ及び負極側出力端子とを接続可能なものである。更に、開閉器は、バイパス回路の電気的な接続を切替可能なものである。また、制御装置は、予め取得してある各空気電池の規定セル電圧データ及び空気電池スタックの規定スタック電圧データと、セル電圧計から入力されるセル電圧データ及びスタック電圧計から入力されるスタック電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に応じて、開閉器を制御するものである。そして、制御装置は、少なくとも１つの空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックのスタック電圧データが当該空気電池スタックの規定スタック電圧データ以上であると判断したとき、開閉器を制御して、空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池に隣接する他の空気電池同士、又は空気電池のセル電圧データが当該空気電池の規定セル電圧データ未満である異常空気電池に隣接する他の空気電池と正極側出力端子又は負極側出力端子との電気的な接続をバイパス回路により直列接続として、空気電池スタックの放電を継続させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、上記構成を採用したことから、異常放電やガス発生の原因となる転極が起こることを抑制ないし防止しつつ、空気電池スタックの高容量化を実現し得る空気電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムを示す構成概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローの一例を示すフロー図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローの他の一例を示すフロー図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローの更に他の一例を示すフロー図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローの更に他の一例を示すフロー図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態を説明する断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）及び外枠部材の部分を拡大した断面図（Ｃ）である。
【図７】図７は、図６に示す空気電池を分解状態で示す断面図である。
【図８】図８は、図６に示す空気電池が直列接続された構造を有する空気電池スタックを示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の他の例を説明する要部の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の更に他の例を説明する平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の更に他の例を説明する平面図（Ａ）、及び正面図（Ｂ）である。
【図１３】図１３は、図１１に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。
【図１４】図１４は、図１１に示す空気電池が積層された構造を有する空気電池スタックの断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の更に他の例を示す平面図である。
【図１６】図１６は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態を説明する断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）及び外枠部材の部分を拡大した断面図（Ｃ）である。
【図１７】図１７は、図１６に示す空気電池を分解状態で示す断面図である。
【図１８】図１８は、図１６に示す空気電池が直列接続された構造を有する空気電池スタックを示す断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の他の例を説明する要部の断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。
【図２４】図２４は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する各々平面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図２６】図２６は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する平面図（Ａ）、及び正面図（Ｂ）である。
【図２７】図２７は、図２６に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。
【図２８】図２８は、図２６に示す空気電池が積層された構造を有する空気電池スタックの断面図である。
【図２９】図２９は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を示す断面図である。
【図３０】図３０は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を示す各々平面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図３１】図３１は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の一例を示す断面図である。
【図３２】図３２は、（Ａ）が図３１に示す空気電池の正極層の平面図であり、（Ｂ）が図３２（Ａ）中のＡ−Ａ線断面図であり、（Ｃ）が負極層の平面図である。
【図３３】図３３は、図３１に示す空気電池が積層された構造を有する空気電池スタックを示す断面図である。
【図３４】図３４は、本発明の一本実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池における正極層の他の例を示す断面図である。
【図３５】図３５は、（Ａ）が本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池における正極層の他の例を示す平面図であり、（Ｂ）〜（Ｅ）が電極固定構造の例を示す断面図である。
【図３６】図３６は、（Ａ）〜（Ｄ）が本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池における正極層の他の例を示す断面図であり、（Ｅ）が補強材の配置を示す平面図である。
【図３７】図３７は、（Ａ）が本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池における負極層の一例を示す底面図であり、（Ｂ）が当該負極層の断面図である。
【図３８】図３８は、図３７に示す負極層を用いた空気電池が積層された構造を有する空気電池スタックを示す断面図である。
【図３９】図３９は、（Ａ）が本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池における負極層の他の例を示す底面図であり、（Ｂ）が当該負極層の断面図である。
【図４０】図４０は、（Ａ）が本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池における負極層の他の例を示す底面図であり、（Ｂ）が当該負極層の断面図である。
【図４１】図４１は、（Ａ）が本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池における負極層の他の例を示す底面図であり、（Ｂ）が当該負極層の断面図である。
【図４２】図４２は、（Ａ）が本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池における負極層の他の例を示す底面図であり、（Ｂ）が当該負極層の断面図である。
【図４３】図４３は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池が積層された構造を有する空気電池スタックの他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る空気電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムを示す構成概略図である。図１に示すように、空気電池システム１は、空気電池スタックＣと、正極側出力端子２Ａと、負極側出力端子２Ｂと、セル電圧計３と、スタック電圧計４と、バイパス回路５と、開閉器６と、制御装置７とを具備するものである。そして、空気電池スタックＣは、正極層Ａ１と、正極層Ａ１に接続された正極層タブＡ２と、負極層Ａ３と、負極層Ａ３に接続された負極層タブＡ４とを備えた複数の空気電池Ａが積層され、かつ、電気的に直列接続された構造を有するものである。また、正極側出力端子２Ａは、空気電池スタックＣの正極側に接続されたものである。更に、負極側出力端子２Ｂは、空気電池スタックＣの負極側に接続されたものである。また、セル電圧計３は、各空気電池Ａの正極層タブＡ２と負極層タブＡ４との間の電圧を測定するものである。更にスタック電圧計４は、空気電池スタックＣの正極側出力端子２Ａと負極側出力端子２Ｂとの間の電圧を測定するものである。また、バイパス回路５は、各空気電池Ａの正極層タブＡ２及び正極側出力端子２Ａと他の各空気電池Ａの負極層タブＡ４及び負極側出力端子２Ｂとを接続可能なものである。更に、開閉器６は、バイパス回路５の電気的な接続を切替可能なものである。また、制御装置７は、予め取得してある各空気電池Ａの規定セル電圧データ及び空気電池スタックＣの規定スタック電圧データと、セル電圧計３から入力されるセル電圧データ及びスタック電圧計４から入力されるスタック電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に応じて、開閉器６を制御するものである。そして、制御装置７は、少なくとも１つの空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックＣのスタック電圧データが当該空気電池スタックＣの規定スタック電圧データ以上であると判断したとき、開閉器６を制御して、空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満である異常な空気電池Ａに隣接する他の空気電池Ａ同士、又は空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満である異常な空気電池Ａに隣接する他の空気電池Ａと正極側出力端子２Ａ又は負極側出力端子２Ｂとの電気的な接続をバイパス回路により直列接続として、空気電池スタックＣの放電を継続させる。
【００１２】
これにより、空気電池システムは、異常放電や、水素ガスや酸素ガス発生の原因となる転極が起こることを抑制ないし防止しつつ、空気電池スタックの高容量化を実現できる。また、問題なく使用できる他の空気電池によって空気電池スタックを構成することができるため、空気電池スタックに残存する放電容量を有効に利用することができるといった利点もある。更に、このような空気電池システムは、種々の装置やシステムの電源として用いることができるが、高容量化された特性を効果的に発揮することができるという観点から、車両に搭載させることが好ましい。このとき、このような空気電池システムは、例えば、車両の駆動用電動機への給電、車両に搭載されるリチウムイオン二次電池などの主電池の充電、車両に搭載される鉛蓄電池などの補助電池の充電などを空気電池スタックに実行させることができる。
【００１３】
ここで、本発明において「規定セル電圧データ」とは、予備実験などにより空気電池を良好状態で放電させたときのセル電圧を測定して得られたデータ（Ｉ−Ｖ曲線）によって規定することができる。空気電池を良好状態で放電させたときのセル電圧を１００％としたとき、例えば、使用態様に応じて８０〜１００％程度で規定することができる。
【００１４】
また、本発明において「規定スタック電圧データ」とは、予備実験などにより空気電池スタックを良好状態で放電させたときのスタック電圧を測定して得られたデータ（Ｉ−Ｖ曲線）によって規定することができる。空気電池スタックを良好状態で放電させたときのスタック電圧を１００％としたとき、例えば、使用態様に応じて８０〜１００％程度で規定することができる。
【００１５】
更に、図１に示すように、空気電池システム１は、空気電池スタックＣの出力電流を測定するスタック電流計８を具備することが好ましい。また、このような空気電池システム１においては、制御装置７が、予め取得してある各空気電池Ａの規定セル電圧データ、空気電池スタックＣの規定スタック電圧データ及び空気電池スタックＣの規定放電容量データと、セル電圧計３から入力されるセル電圧データ、スタック電圧計４から入力されるスタック電圧データ、及びスタック電流計８から入力されるスタック電流データから算出される積算放電容量データとをそれぞれ対比して得られた結果に応じて、開閉器６を制御することが好ましい。この場合、制御装置７は、少なくとも１つの空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックＣのスタック電圧データが当該空気電池スタックＣの規定スタック電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックＣの積算放電容量データが当該空気電池スタックＣの規定放電容量データ未満であると判断したとき、開閉器６を制御して、空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満である異常な空気電池Ａに隣接する他の空気電池Ａ同士、又は空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満である異常な空気電池Ａに隣接する他の空気電池Ａと正極側出力端子２Ａ又は負極側出力端子２Ｂとの電気的な接続をバイパス回路５により直列接続として、空気電池スタックＣの放電を継続させて、図示しない車両の補助電池の充電を空気電池スタックＣに実行させることが好ましい。
【００１６】
これにより、空気電池システムは、異常放電や、水素ガスや酸素ガス発生の原因となる転極が起こることを抑制ないし防止しつつ、空気電池スタックの高容量化を実現できる。また、このような空気電池システムは、空気電池スタックの出力電圧が低下し、車両に搭載されるリチウムイオン二次電池などの主電池の充電を空気電池スタックに実行させることができない場合であっても、車両に搭載される鉛蓄電池などの補助電池の充電を空気電池スタックに実行させることによって、空気電池スタックに残存する放電容量を更に有効に利用することができる。
【００１７】
また、本発明において「規定放電容量データ」とは、予備実験などにより空気電池スタックを良好状態で放電させたときに出力電流を測定して積算して得られたデータによって規定することができる。空気電池スタックを良好状態で放電させたときの出力電流の積算値を１００％としたとき、例えば、使用態様に応じて８０〜１００％程度で規定することができる。
【００１８】
更に、図１に示すように、空気電池システム１は、各空気電池Ａの電解質層Ａ５の機能を不能にするために電解質層Ａ５の一部である電解液を除去するバルブを有する不能化手段９を具備することが好ましい。また、このような空気電池システム１においては、制御装置７が、予め取得してある各空気電池Ａの規定セル電圧データ及び空気電池スタックＣの規定スタック電圧データと、セル電圧計３から入力されるセル電圧データ及びスタック電圧計４から入力されるスタック電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に応じて、開閉器６及び電解液を除去するバルブを有する不能化手段９を制御することが好ましい。この場合、制御装置７が、少なくとも１つの空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満であり、かつ、空気電池スタックＣのスタック電圧データが当該空気電池スタックＣの規定スタック電圧データ以上であると判断したとき、開閉器６を制御して、空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満である異常な空気電池Ａに隣接する他の空気電池Ａ同士、又は空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満である異常な空気電池Ａに隣接する他の空気電池Ａと正極側出力端子２Ａ又は負極側出力端子２Ｂとの電気的な接続をバイパス回路５により直列接続とし、かつ、バルブを有する不能化手段９を制御して、空気電池Ａのセル電圧データが当該空気電池Ａの規定セル電圧データ未満である異常な空気電池Ａの電解質層５Ｅの機能を不能にするために電解質層の全部又は一部である電解液を除去して、空気電池スタックの放電を継続させることが好ましい。
【００１９】
これにより、空気電池システムは、異常放電や、水素ガスや酸素ガス発生の原因となる転極が起こることを抑制ないし防止しつつ、空気電池スタックの高容量化を実現できる。また、バイパス回路を利用して、電流を取り出さないようにした異常な空気電池について、不能化手段により電解液を除去することにより、自己放電による発熱やガス発生を抑制することができるため、他の空気電池への悪影響を小さく、すなわち、異常な空気電池の過熱による隣接する空気電池の異常放電を抑制することができ、空気電池スタックの容量低下を抑制することができる。
【００２０】
なお、図示しないが、本発明においては、各空気電池の負極層又は電解質層の機能を不能にするために負極層又は電解質層の全部又は一部を中和剤や凝固剤などの不活性化剤を添加することにより不活性な状態にする不能化手段を具備していてもよく、各空気電池の負極層の機能を不能にするために負極層の全部又は一部を除去する不能化手段を具備していてもよい。
【００２１】
ここで、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローについて図面を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローの一例を示すフロー図である。
【００２２】
図２に示すように、放電開始と共に制御フローを開始する。ステップ１（図中では「Ｓ１」と記載する。また、以下の記載においても同様である。）においては、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ１において、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上でないと判断したときは、Ｓ２に進む。Ｓ１において、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上であると判断したときは、Ｓ５に進む。
【００２３】
Ｓ２においては、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ２において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であると判断したときは、Ｓ３に進む。Ｓ２において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上でないと判断したときは、放電終了と共に制御フローを終了する。
【００２４】
Ｓ３においては、制御装置が、異常セルを特定して、Ｓ４に進む。
【００２５】
Ｓ４においては、制御装置が、開閉器を制御して、異常セルのバイパス回路を接続して、Ｓ１に戻る。
【００２６】
Ｓ５においては、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ５において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上でないと判断したときは、Ｓ６に進む。Ｓ５において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であると判断したときは、Ｓ１に戻る。
【００２７】
Ｓ６においては、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であるか否かを判断する。Ｓ６において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であると判断したときは、放電終了と共に制御フローを終了する。Ｓ６において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上でないと判断したときは、Ｓ７に進む。
【００２８】
Ｓ７においては、異常対応を行って、Ｓ１に戻る。なお、本発明において、「異常対応」とは、電解液や溶媒、電解質などの追加供給、酸素含有ガスの流量制御などを意味する。
【００２９】
また、図３は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローの他の一例を示すフロー図である。
【００３０】
図３に示すように、放電開始と共に制御フローを開始する。Ｓ１１においては、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ１１において、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上でないと判断したときは、Ｓ１２に進む。Ｓ１１において、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上であると判断したときは、Ｓ１５に進む。
【００３１】
Ｓ１２においては、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ１２において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であると判断したときは、Ｓ１３に進む。Ｓ１２において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上でないと判断したときは、Ｓ１８に進む。
【００３２】
Ｓ１３においては、制御装置が、異常セルを特定して、Ｓ１４に進む。
【００３３】
Ｓ１４においては、制御装置が、開閉器を制御して、異常セルのバイパス回路を接続して、Ｓ１１に戻る。
【００３４】
Ｓ１５においては、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ１５において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上でないと判断したときは、Ｓ１６に進む。Ｓ１５において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であると判断したときは、Ｓ１１に戻る。
【００３５】
Ｓ１６においては、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であるか否かを判断する。Ｓ１６において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であると判断したときは、放電終了と共に制御フローを終了する。Ｓ１６において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上でないと判断したときは、Ｓ１７に進む。
【００３６】
Ｓ１７においては、異常対応を行って、Ｓ１１に戻る。
【００３７】
Ｓ１８においては、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であるか否かを判断する。Ｓ１８において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上でないと判断したときは、Ｓ１９に進む。Ｓ１８において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であると判断したときは、放電終了と共に制御フローを終了する。
【００３８】
Ｓ１９においては、制御装置が、空気電池スタックに補助電池の充電を実行させて、放電終了と共に制御フローを終了する。
【００３９】
更に、図４は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローの更に他の一例を示すフロー図である。
【００４０】
図４に示すように、放電開始と共に制御フローを開始する。Ｓ２１においては、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ２１において、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上でないと判断したときは、Ｓ２２に進む。Ｓ２１において、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上であると判断したときは、Ｓ２６に進む。
【００４１】
Ｓ２２においては、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ２２において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であると判断したときは、Ｓ２３に進む。Ｓ２２において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上でないと判断したときは、放電終了と共に制御フローを終了する。
【００４２】
Ｓ２３においては、制御装置が、異常セルを特定して、Ｓ２４に進む。
【００４３】
Ｓ２４においては、制御装置が、開閉器を制御して、異常セルのバイパス回路を接続して、Ｓ２５に進む。
【００４４】
Ｓ２５においては、制御装置が、不能化手段を制御して、異常セルを不能化して、Ｓ２１に戻る。
【００４５】
Ｓ２６においては、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ２６において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上でないと判断したときは、Ｓ２７に進む。Ｓ２６において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であると判断したときは、Ｓ２１に戻る。
【００４６】
Ｓ２７においては、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であるか否かを判断する。Ｓ２７において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であると判断したときは、放電終了と共に制御フローを終了する。Ｓ２７において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上でないと判断したときは、Ｓ２８に進む。
【００４７】
Ｓ２８においては、異常対応を行って、Ｓ２１に戻る。
【００４８】
更に、図５は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムにおける制御フローの更に他の一例を示すフロー図である。
【００４９】
図５に示すように、放電開始と共に制御フローを開始する。Ｓ３１においては、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ３１において、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上でないと判断したときは、Ｓ３２に進む。Ｓ３１において、制御装置がセル電圧が規定セル電圧以上であると判断したときは、Ｓ３６に進む。
【００５０】
Ｓ３２においては、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ３２において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であると判断したときは、Ｓ３３に進む。Ｓ３２において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上でないと判断したときは、Ｓ３９に進む。
【００５１】
Ｓ３３においては、制御装置が、異常セルを特定して、Ｓ３４に進む。
【００５２】
Ｓ３４においては、制御装置が、開閉器を制御して、異常セルのバイパス回路を接続して、Ｓ３５に進む。
【００５３】
Ｓ３５においては、制御装置が、不能化手段を制御して、異常セルを不能化して、Ｓ３１に戻る。
【００５４】
Ｓ３６においては、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であるか否かを判断する。Ｓ３６において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上でないと判断したときは、Ｓ３７に進む。Ｓ３６において、制御装置がスタック電圧が規定スタック電圧以上であると判断したときは、Ｓ３１に戻る。
【００５５】
Ｓ３７においては、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であるか否かを判断する。Ｓ３７において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であると判断したときは、放電終了と共に制御フローを終了する。Ｓ３７において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上でないと判断したときは、Ｓ３８に進む。
【００５６】
Ｓ３８においては、異常対応を行って、Ｓ３１に戻る。
【００５７】
Ｓ３９においては、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であるか否かを判断する。Ｓ３９において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上でないと判断したときは、Ｓ４０に進む。Ｓ３９において、制御装置が積算放電容量が規定放電容量以上であると判断したときは、放電終了と共に制御フローを終了する。
【００５８】
Ｓ４０においては、制御装置が、空気電池スタックに補助電池の充電を実行させて、放電終了と共に制御フローを終了する。
【００５９】
以下、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６０】
（第１の形態）
図６は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態を説明する断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）及び外枠部材の部分を拡大した断面図（Ｃ）である。
【００６１】
図６に示すように、空気電池Ａ１１は、円盤状を成すものであって、電解質層１１を間にして、図中で上側の正極層１２と、図中で下側の負極層１３を備えると共に、電気絶縁性を有し且つ少なくとも正極層１２及び電解質層１１の外周を包囲する外枠部材１４を備えている。
【００６２】
正極層１２は、正極部材１２１と、正極部材１２１の片面に配置した正極集電部材１２２と、正極表面に配置した導電性液密通気部材１２３を積層状態に備えている。また、正極集電部材１２２は正極層タブ１２２Ａを有する。図示例では、正極部材１２１の電解質層１１側（図中で下側）に正極集電部材１２２が設けてある。また、負極層１３は、負極部材１３１と、負極表面に配置した負極集電部材１３２を積層状態に備えている。更に、負極集電部材１３２は負極層タブ１３２Ａを有する。
【００６３】
電解質層１１は、例えば、電解液、必要に応じて、多孔質のセパレータを含む。電解液は、例えば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液や非水溶液を適用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の電解液を適用することができる。セパレータには水溶液や非水溶液を貯留するため、微細な孔が所定の割合で形成されている。また、セパレータは、水溶液である電解液に対しては、例えば、撥水処理を行っていないグラスペーパー、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜を好適に用いることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。なお、電解質層自体を、固体あるいはゲル状の電解質としても良い。
【００６４】
正極層１２において、正極部材１２１は、例えば、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、触媒成分を結着するバインダとを含み、多孔質構造が形成されている。代表的には、カーボン材料とバインダー樹脂とで形成した導電性多孔体の内部に、二酸化マンガンなどの触媒を担持させたものである。なお、触媒担体及びバインダは必要に応じて含有される。以下、触媒担体に触媒成分が担持されてなる複合体を「電極触媒」とも称する。
【００６５】
触媒成分としては、具体的には、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）及びアルミニウム（Ａｌ）等の金属並びにこれらの合金などから選択することができる。なお、合金とは、一般に金属元素に１種異常の金属元素又は非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。具体的には、上述の金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものを挙げることができる。なお、合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である協商合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物又は金属と非金属との化合物を形成しているものなどがある。本発明においては、上記のいずれの合金組織であってもよい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
【００６６】
触媒成分の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒成分と同様の形状及び大きさを採用することができる。ただし、触媒成分の形状は、粒状であることが好ましい。また、触媒粒子の平均粒子径は、１〜３０ｎｍであることが好ましい。触媒粒子の平均粒子径がこのような範囲内の値であると、触媒利用率と担持の簡便さとのバランスを適切に制御することができる。なお、触媒利用率は、電気化学反応が進行する電極表面の有効電極面積に関連するものである。
【００６７】
なお、本発明における「触媒粒子の平均粒子径」は、Ｘ線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径や、透過型電子顕微鏡像より調べられる触媒成分の粒子径の平均値として測定することができる。また、触媒担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、及び触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。触媒担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであることが好ましい。触媒担体としては、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。
【００６８】
なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、「炭素原子のみからなる」と「実質的に炭素原子からなる」との双方の意味を含む概念である。なお、「実質的に炭素原子からなる」とは、２〜３質量％程度以下の不純物の混入が許容され得ることを意味する。
【００６９】
触媒担体のＢＥＴ比表面積は、触媒成分を高分散担持させるのに充分な比表面積であればよく、好ましくは２０〜１６００ｍ２／ｇ、より好ましくは８０〜１２００ｍ２／ｇである。触媒担体の比表面積がこのような範囲内の値であると、触媒担体上での触媒成分の分散性と触媒成分の有効利用率とのバランスを適切に制御することができる。
【００７０】
触媒担体のサイズについても特に限定されるものではない。担持の簡便さ、触媒利用率、触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、触媒担体の平均粒子径を５〜２００ｎｍ程度、好ましくは１０〜１００ｎｍ程度とすることが好ましい。電極触媒において、触媒成分の担持量は、電極触媒の全量に対して、好ましくは１０〜８０質量％、より好ましくは３０〜７０質量％である。触媒成分の担持量がこのような範囲内の値であると、触媒担体上での触媒成分の分散度と触媒性能とのバランスが適切に制御され得る。なお、電極触媒における触媒成分の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ）によって測定することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
【００７１】
更に、バインダとしては、特に限定されるものではないが、以下のような材料を挙げることができる。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）及びポリアミド（ＰＡ）が挙げられる。また、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体並びにスチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物も挙げることができる。さらに、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）並びにポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂も挙げられる。その他、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム及びエポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらのバインダは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００７２】
正極集電部材１２２は、正極層における面内方向（面に沿う方向）の導電性を良好に確保するものであって、ステンレス、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、カーボンなどの材料で形成した通気性を有する導電部材である。この正極集電部材は、正極部材の導電性に応じて通気部分の開口率を選択し、金網状の部材である場合には、例えば、５０〜６００メッシュ相当の仕様の中から選択して使用することができる。正極集電部材には、金網状部材のほか、カーボンペーパーも使用可能である。また、正極集電部材１２２には、正極層タブ１２２Ａが接続している。正極層タブ１２２Ａは、例えば、ステンレス、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金などの材料で形成した導電部材である。
【００７３】
導電性液密通気部材１２３は、例えば、導電性撥水層を好適に用いることができる。当該導電性撥水層は、空気電池に含まれている電解液が漏液するのを抑制可能な撥水性を有する一方、ガスが比較的容易に流通可能な多孔質の構造を有する。さらに、当該導電性撥水層は、正極上で三相界面を形成して反応性を向上させるものであると同時に導電性を有しており、かつ、導電経路としても機能する。このような導電性液密通気部材としては、撥水性を有する導電材や、撥水材及び導電材を含むものを挙げることができる。これらは、１種を単独で、２種以上を組み合わせて用いることができる。撥水性を有する導電材の代表例は、導電性高分子材料である。また、撥水材及び導電材を含むものの代表例は、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に導電材としての導電性フィラーが添加された樹脂である。
【００７４】
導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル及びポリオキサジアゾールなどが挙げられる。このような導電性高分子材料は、導電材を添加しなくても十分な導電性を有する。
【００７５】
また、非導電性高分子材料としては、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）及び低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）などのポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）などのフッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）並びにポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。このような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性又は耐溶媒性を有する。その中でも、オレフィン系樹脂やフッ素系樹脂が好ましい。
【００７６】
上記の導電性高分子材料又は非導電性高分子材料には、必要に応じて導電材を添加することができる。特に、基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電材が必須となる。導電材は、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性に優れた材料として、金属、導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）及びカリウム（Ｋ）からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属若しくはこれらの金属を含む合金又は金属酸化物を含むものを好適例として挙げることができる。
【００７７】
また、導電性カーボンとしては、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、フラーレン及び気相成長炭素からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものを好適例として挙げることができる。
【００７８】
導電材の形状は、特に限定されるものではなく、繊維状導電材や粒状導電材のうち１種を単独で又は２種以上を組み合わせて適用することができる。また、例えば、上述した導電性高分子材料や導電性フィラーに適用されるような材料によって、多孔質導電性層を形成した後、フッ素処理などの撥水処理を施すことによって得られる導電性撥水層を適用することもできる。また、導電性撥水層は、上述したように多孔質であることも要求される。例えば、導電性フィラーに適用されるような材料によって形成される微多孔膜、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料によって形成される不織布などの繊維集合体を適用することができる。他にも、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料によって形成される織布などの繊維構造体を適用することができる。なお、図示の形態においては、導電性液密通気部材として、微多孔カーボンにフッ素処理をした撥水性を有する導電材を含有するものを適用している。
【００７９】
負極層１３において、負極部材１３１は、リチウム（Ｌｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びマグネシウム（Ｍｇ）等の純金属、もしくは合金などの材料から成るものである。なお、当該合金の組織に関しては上述した通りである。
【００８０】
負極集電部材１３２は、電解質層の電解液が外部に漏出するのを阻止し得る材質から成る導電部材であって、例えば、ステンレス、銅、銅合金、金属材料の表面に耐食性を有する金属をメッキしたものなどである。また、負極集電部材１３２には、負極層タブ１３２Ａが接続している。負極層タブ１３２Ａは、ステンレス、銅、銅合金などの材料で形成した導電部材である。
【００８１】
外枠部材１４は、円形のリング状を成している。また、外枠部材１４は、電解質層１１及び正極層１２の外周に加えて、負極層１３の負極部材１３１の外周をも包囲している。このため、負極層１３の負極集電部材１３２は、外枠部材１４と同等の直径を有し、外枠部材１４の負極側の開口部分を閉塞するように設けてある。
【００８２】
外枠部材１４は、ポリプロピレン（ＰＰ）やエンジニアリングプラスチック（いわゆるエンプラ）などの耐電解液性を有する樹脂製であることが好ましく、これにより軽量化も図ることができる。また、外枠部材１４は、機械的強度を持たせるために、樹脂をカーボン繊維やガラス繊維などの強化繊維によって複合化した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を使用することもできる。
【００８３】
図７は、図６に示す空気電池を分解状態で示す断面図である。図７に示すように、空気電池Ａ１１は、正極部材１２１、正極集電部材１２２及び導電性液密通気部材１２３を積層して正極層１２を形成する。その一方で、負極部材１３１と負極集電部材１３２を積層して負極層１３を形成する。そして、外枠部材１４の内側に、正極層１２（又は負極層１３）を装着すると共に、図中に仮想線で示す電解質層１１を設け、その後、外枠部材１４の内側に、負極層１３（又は正極層１２）を装着して、電解質層１１を閉じ込めた状態にする。
【００８４】
上記構成を備えた空気電池Ａ１１は、外枠部材１４の外端部を、導電性液密通気部材１２３の表面よりも外側に突出させているので、外枠部材１４の外端部の内側には、導電性液密通気部材１２３との段差に相当する深さＤの扁平な凹空間を形成している。
【００８５】
そして、上記凹空間に、ばね形状の導電性多孔体１５が収容されている。この導電性多孔体１５は、金属製であって、例えば、銅（Ｃｕ）、ステンレス、ニッケル（Ｎｉ）などの金属を使用することができる。また、その他の金属でも電解液に対する耐食性が確保されるように表面処理を行えば、それを使用することができる。さらに、導電性多孔体１５は、導電性液密通気部材１２３との接触抵抗を低減するために、接触面に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）などのメッキを施すことができる。
【００８６】
図８は、図６に示す空気電池が直列接続された構造を有する空気電池スタックを示す断面図である。図８に示すように、空気電池Ａ１１は、導電性多孔体１５の外端部が正極端子になると共に、その反対側の負極集電部材１３２が負極端子になって、電池同士の直接的な直列接続を実現することができる。すなわち、空気電池Ａ１１は、図８に示すように、複数個を直接的に直列接続して空気電池スタックＣ１を構成し、この際、導電性多孔体１５の外端部が隣接する空気電池Ａ１１の負極集電部材３２に接触する。また、導電性液密通気部材１２３と隣接する空気電池Ａ１１の負極集電部材１３２との間に、上記凹空間による空気流路１６を形成する。
【００８７】
このように、空気電池Ａ１１は、複数個を直接的に直列接続して空気電池スタックＣ１を容易に構成し得るので、空気電池スタックＣ１の小型化や構造の簡略化を実現することができ、車載用の電源としても非常に好適なものとなる。
【００８８】
なお、空気流路１６の厚さは、発電量と酸素の供給形態に依存するが、例えば、１〜１０ｍｍ程度の範囲から適宜選択することができる。また、導電性多孔体１５は、上記の如くばね形状を成して空気流路１６を形成するので、外部から空気流路１６に空気を導入するための溝や孔を適当な箇所に設けておくことが望ましい。
【００８９】
さらに、空気電池Ａ１１は、電池外周部が、電気絶縁性を有する外枠部材１４で構成してあるので、導電性多孔体１５の外端部である正極端子と、負極集電部材１３２である負極端子とが互いに相反する位置関係になる。これにより、短絡し難い構造になり、安全性の高いものとなる。なお、周知のボタン電池のように、一方の極が電池外装部を兼用している構造では、正極と負極の距離が短くなることから、安全性の観点から車載用の電源には不適当である。
【００９０】
また、空気電池Ａ１１は、導電性多孔体１５の外端部の端面と外枠部材１４の端面とを同一面状に連ねてあるので、複数個を接続した際に、導電性多孔体１５及び外枠部材１４の両方が隣接する空気電池Ａ１１に接触することとなり、接触部分の安定性が良好になる。さらに、空気電池Ａ１１は、導電性多孔体１５の外端部を、外枠部材１４の端面を僅かに超える突出量にすることもできる。この場合には、隣接する空気電池Ａ１１に対する導電性多孔体１５の外端部の圧接力が増大し、接触抵抗の低減を図ることができる。
【００９１】
なお、空気電池Ａ１１は、負極集電体１３２の外側面（下面）に、導電性多孔体１５に対応するばね形状の導電性多孔体を設けたりすることも可能である。このような負極集電体１３２側の導電性多孔体によっても、電池同士の直接的な直列接続と、空気流路１６の確保の両立を実現することができる。
【００９２】
図９は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の他の例を説明する要部の断面図である。また、図１０は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。なお、以下の各形態において、先の形態の同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９３】
図９に示すように、空気電池Ａ１１は、導電性液密通気部材１２３と導電性多孔体１５Ａの構成が先の形態と相違している。つまり、導電性液密通気部材１２３としては、図示しないオレフィン系樹脂の不織布とカーボン繊維１２３Ａとを混合したものに対してフッ素処理をした撥水性を有する導電材を含有するものを適用している。また、導電性多孔体１５Ａとしては、メッシュ形状の導電性多孔体を適用している。なお、導電性多孔体としては、例えば、金属粉末焼結体などの粒子集合体を適用することができる。また、例えば、金属繊維、カーボン繊維及び導電性樹脂繊維等の不織布などの繊維集合体並びに金属繊維、カーボン繊維及び導電性樹脂繊維藤の織布やメッシュなどの繊維構造体も適用することができる。さらに、例えば、パンチングメタル、エキスパンドメタルなどの多孔板も適用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知のものを適用することができる。
【００９４】
空気電池Ａ１１は、先の形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、導電性液密通気部材１２３と導電性多孔体１５との接触面積をできるだけ大きく確保することができ、接触抵抗や集中抵抗を小さく抑えることができる。
【００９５】
図１０に示すように、空気電池Ａ１１は、導電性液密通気部材１２３と導電性多孔体１５Ｂの構成が先の形態と相違している。つまり、導電性液密通気部材１２３としては、図示しないオレフィン系樹脂の不織布とカーボン粒子１２３Ｂとを混合したものに対してフッ素処理をした撥水材及び導電材を含有するものを適用している。また、導電性多孔体１５Ｂとしては、メッシュ形状の導電性多孔体を適用している。
【００９６】
空気電池Ａ１１は、先の形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、導電性液密通気部材１２３と導電性多孔体１５との接触面積をできるだけ大きく確保することができ、接触抵抗や集中抵抗を小さく抑えることができる。
【００９７】
図１１は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の更に他の例を説明する平面図である。なお、以下の各形態において、先の形態の同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９８】
図１１に示す空気電池Ａ１２は、先の各形態では円板状であったのに対して、矩形板状を成している。この空気電池Ａ１２は、先の形態と同等の積層構造を有している。このように、矩形板状を成す空気電池Ａ１２の場合には、空気供給量と圧力損失との関係から、平面上の縦横比や導電性多孔体の数及び配置を選択する。
【００９９】
この空気電池Ａ１２にあっても、先の各形態と同様の作用及び効果を得ることができる。なお、空気電池の形態は、各形態で示した円盤状や矩形板状のほか、楕円形状や多角形状にすることも可能であり、これに加えて、単数又は複数の導電性多孔体を配置することができる。
【０１００】
図１２は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の更に他の例を説明する平面図（Ａ）、及び正面図（Ｂ）である。また、図１３は、図１１に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。更に、図１４は、図１１に示す空気電池が積層された構造を有する空気電池スタックの断面図である。
【０１０１】
この空気電池スタックＣ１は、三つの空気電池Ａ１３を上下三段に積み重ねたものである。空気電池Ａ１３は、先の形態と同等の基本構造を有すると共に、その外観が、外枠部材１４、発電体Ｂ１、防護部材１４０（導電性多孔体１５）、負極集電部材１３２、正極層タブ１２２Ａ及び負極層タブ１３２Ａで構成してある。また、この形態では、電解質層１１、正極層１２及び負極層１３からなる構成を発電体Ｂ１としている。外枠部材１４は、上下両面を開口した円筒形に形成されている。
【０１０２】
発電体Ｂ１は、図７に示すように、電解液を含浸したセパレータから成る電解質層１１の一方の面に正極層１２を配設し、他方の面に負極層１３を配設すると共に、正極層１２の外面に液密通気部材１２３を積層したものであり、その電解質層１１の正極層１２寄りには、正極集電部材１２２が配設されている。
【０１０３】
正極集電部材１２２は、外枠部材１４の内径に一致した平面視円形に形成されており、イオンを流通させられる大きさの流通孔を有する導電性の金網等である。
【０１０４】
導電性液密通気部材１２３は、外枠部材１４の内径に一致する外径にした平面視円形に形成されている。換言すると、正極部材１２１の外面１２１ａを被覆するように形成されている。
【０１０５】
防護部材１４０（導電性多孔体１５）は、外部から異物が内部に突入することを阻止して、発電体Ｂ１すなわち正極層１２等を防護するためのものであり、外枠部材１４の内径に一致する外径の平面視円形にした通気性、導電性及び弾性を有する金網である。具体的には、導電性液密通気部材１２３の外面１２３ａを被覆するよう配設されている。
【０１０６】
この形態において示す防護部材１４０（導電性多孔体１５）は、＃６００〜７００メッシュのような超緻密なものであり、導電性液密通気部材１２３よりも開口率を高くしている。
【０１０７】
また、この防護部材１４０（導電性多孔体１５）を導電性液密通気部材１２３に載置したとき、外枠部材１４の上面よりもやや上方に突出する高さＨ２にしている。すなわち、積み重ねた隣り合う他の空気電池Ａ１３の負極集電部材１３２に弾接するようにし、接触面積を増加させているとともに、構成部材に圧縮荷重を与えることができるようにしている。
【０１０８】
また、防護部材１４０の面方向の総開口面積が、導電性液密通気部材１２３の厚さ方向の総開口面積よりも大きく設定している。換言すると、防護部材１４０の図示平面視における開口面積が、導電性液密通気部材１２３の厚さ方向の総開口面積よりも大きく設定されている。
【０１０９】
これにより、防護部材１４０を通じて流通する空気が、導電性液密通気部材１２３の上面に沿って外周縁部に向けて拡散するようにし、防護部材１４０が他の空気電池と隣接するときにも、防護部材１４０の面方向においてガス供給を行なえるようし、発電効率の向上を図っている。
【０１１０】
図１４は、図１１に示す空気電池が積層された構造を有する空気電池スタックの断面図である。図１４に示すように、この形態に係る空気電池スタックＣ１は、空気電池Ａ１３を互いに図示上下多段に積み重ねたものである。なお、図１４には、三つの空気電池を積層させた空気電池スタックを例示しているが、その個数に限るものでない。
【０１１１】
図１４において、最も下側の空気電池Ａ１３ａに空気電池Ａ１３ｂを積み重ねると、空気電池Ａ１３ａの防護部材１４０（導電性多孔体１５）の当接端面１５ａに、空気電池Ａ１３ｂの負極集電部材１３２の下面１３２ａが当接して導通する。また、その負極集電部材１３２の下面１３２ａに当接した防護部材１４０（導電性多孔体１５）が押圧されて弾性変形し、空気電池Ａ１３ａの導電性液密通気部材１２３や正極層１２等に所要の荷重を与えることができ、これらの接触抵抗を低減することができる。
【０１１２】
また、最も外側に位置する二つの空気電池Ａ１３ａ，Ａ１３ｃに挟まれた空気電池Ａ１３ｂは、これの防護部材１４０（導電性多孔体１５）が、図示最も上側に位置する空気電池Ａ１３ｃの負極集電部材１３２の下面１３２ａに当接して弾性的に押圧され、空気電池Ａ１３ａと同様に、導電性液密通気部材１２３や正極層１２等に所要の荷重を与えることができ、これらの接触抵抗を低減することができる。そして、最も外側に位置する空気電池Ａ１３ｃは、防護部材１４０（導電性多孔体１５）によって導電性液密通気部材１２３を被覆しているので、発電体Ｂ１の損傷を防止できる。
【０１１３】
ところで、この形態における空気電池スタックＣ１では、全ての空気電池Ａ１３にそれぞれ防護部材１４０（導電性多孔体１５）を設けた構成について例示したが、図示最も下側に配置した空気電池Ａ１３ａと、これの上側において隣接する空気電池Ａ１３ｂについては、必ずしも防護部材１４０として機能するものを配設する必要はない。すなわち、少なくとも正極層１２が外側となる積層端部（図１４中で上端部）の空気電池Ａ１３ｃに防護部材１４０を配設すればよい。但し、導電性多孔体１５は必要である。
【０１１４】
図１５は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第１の形態の更に他の例を示す平面図である。なお、上述した形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１５】
図１５に示すように空気電池Ａ１４は、その外観が、平面視長方形に形成された外枠部材１７１、発電体Ｂ１、防護部材１４０（導電性多孔体１５）、正極層タブ１２２Ａ、図示しない負極集電部材及び負極層タブを有して構成されている。図１５に示す構成からなる空気電池であっても、上述した空気電池Ａ１１〜Ａ１４と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
上述した形態においては、防護部材１４０として金網等の金属製のものを例示したが、樹脂製のものであってもよい。また、最上段に位置する防護部材を樹脂製のものにし、中段に位置する防護部材を金属製製のものにしてもよい。
【０１１７】
上述した形態においては、空気電池スタックを三つの空気電池を積層したものを例として説明したが、それら三つの空気電池を一体にしたモジュールとし、これらのモジュールを二つ以上積層した構造としてもよい。
【０１１８】
この場合、防護部材を、各モジュールの最も外側（図示上側）に位置する空気電池毎に配設する。これにより、各モジュールの最も外側に位置する空気電池の発電体を防護することができる。また、モジュール化することにより、一部の空気電池に故障が生じたとしても、その空気電池を含むモジュールを交換することができる。
【０１１９】
上述した形態においては、防護部材として、通気性、導電性及び弾性を有する金網であって、＃６００〜７００メッシュの金属メッシュ、樹脂メッシュ、エキスパンドメタル又は金属・非金属製の不織布を採用することができる。
【０１２０】
上述した形態においては、電解質層１１として、固体状或いはゲル状の電解質膜を採用することができる。
【０１２１】
上述した形態においては、流路が、内部に導電性多孔体を備え、空気電池における層厚み方向と空気電池スタックにおける導電経路方向とが、略平行に構成されていることが好ましい。
【０１２２】
上述した形態においては、導電性液密通気部材が、導電性及び水密通気性を有する導電性撥水層であることが好ましい。
【０１２３】
上述した形態においては、導電性撥水層が、撥水性を有する導電材、並びに撥水材及び導電材を含むものの少なくとも一方を含有することが好ましい。
【０１２４】
上述した形態においては、導電性撥水層が、微多孔膜、繊維集合体及び繊維構造体からなる群より選ばれる少なくとも１種のものを含有することが好ましい。
【０１２５】
上述した形態においては、導電材が、繊維状導電材及び粒子状導電材の少なくとも一方であることが好ましい。
【０１２６】
上述した形態においては、導電材が、カーボン及び金属の少なくとも一方を含有することが好ましい。
【０１２７】
上述した形態においては、撥水材が、オレフィン系樹脂及びフッ素系樹脂の少なくとも一方を含有することが好ましい。
【０１２８】
上述した形態においては、導電性多孔体が、粒子集合体、繊維集合体、繊維構造体及び多孔板からなる群より選ばれる少なくとも１種のものであることが好ましい。
【０１２９】
上述した形態においては、導電性多孔体が、カーボン及び金属の少なくとも一方を含有することが好ましい。
【０１３０】
上述した形態においては、撥水性を有する導電材及び撥水材の少なくとも一方が、非撥水性材料を撥水処理して得られるものを含有することが好ましい。
【０１３１】
上述した形態においては、撥水処理が、フッ素処理であることが好ましい。
【０１３２】
（第２の形態）
図１６は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態を説明する断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）及び外枠部材の部分を拡大した断面図（Ｃ）である。
【０１３３】
図１６に示すように、空気電池Ａ２１は、円盤状を成すものであって、電解質層２１を間にして、図中で上側の正極層２２と、図中で下側の負極層２３を備えると共に、電気絶縁性を有し且つ少なくとも正極層２２及び電解質層２１の外周を包囲する外枠部材２４を備えている。
【０１３４】
正極層２２は、正極部材２２１と、正極部材２２１の片面に配置した正極集電部材２２２と、正極表面に配置した液密通気部材２２３を積層状態に備えている。また、正極集電部材２２２は正極層タブ２２２Ａを有する。図示例では、正極部材２２１の電解質層２１側（図中で下側）に正極集電部材２２２が設けてある。また、負極層２３は、負極部材２３１と、負極表面に配置した負極集電部材２３２を積層状態に備えている。更に、負極集電部材１３２は負極層タブ２３２Ａを有する。
【０１３５】
また、正極層２２は、断面上において、外枠部材２４との間に、内端部（図中では下端部）が正極集電部材２２２の周縁部に接触し且つ外端部（図中では上端部）が正極表面側に露出する接点部材２５を備えている。接点部材２５は、その外端部が、液密通気部材２２３の表面よりも外側に突出し且つ少なくとも外枠部材２４の端面と同一面位置に達する突出量である。つまり、接点部材２５は、その端面（上面）が、外枠部材２４の端面と同じ又はそれ以上となる突出量であり、図示例の場合は、外端部の端面が外枠部材２４の端面と同一面状に連なっている。
【０１３６】
電解質層２１は、例えば、電解液、必要に応じて、多孔質のセパレータを含む。電解液は、例えば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液や非水溶液を適用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の電解液を適用することができる。セパレータには水溶液や非水溶液を貯留するため、微細な孔が所定の割合で形成されている。また、セパレータは、水溶液である電解液に対しては、例えば、撥水処理を行っていないグラスペーパー、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜を好適に用いることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。なお、電解質層自体を、固体あるいはゲル状の電解質としても良い。
【０１３７】
正極層２２において、正極部材２２１は、例えば、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、触媒成分を結着するバインダとを含み、多孔質構造が形成されている。代表的には、カーボン材料とバインダー樹脂とで形成した導電性多孔体の内部に、二酸化マンガンなどの触媒を担持させたものである。なお、触媒担体及びバインダは必要に応じて含有される。以下、触媒担体に触媒成分が担持されてなる複合体を「電極触媒」とも称する。
【０１３８】
触媒成分としては、具体的には、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）及びアルミニウム（Ａｌ）等の金属並びにこれらの合金などから選択することができる。なお、合金とは、一般に金属元素に１種異常の金属元素又は非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。具体的には、上述の金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものを挙げることができる。なお、合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である協商合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物又は金属と非金属との化合物を形成しているものなどがある。本発明においては、上記のいずれの合金組織であってもよい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
【０１３９】
触媒成分の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒成分と同様の形状及び大きさを採用することができる。ただし、触媒成分の形状は、粒状であることが好ましい。また、触媒粒子の平均粒子径は、１〜３０ｎｍであることが好ましい。触媒粒子の平均粒子径がこのような範囲内の値であると、触媒利用率と担持の簡便さとのバランスを適切に制御することができる。なお、触媒利用率は、電気化学反応が進行する電極表面の有効電極面積に関連するものである。
【０１４０】
なお、本発明における「触媒粒子の平均粒子径」は、Ｘ線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径や、透過型電子顕微鏡像より調べられる触媒成分の粒子径の平均値として測定することができる。また、触媒担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、及び触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。触媒担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであることが好ましい。触媒担体としては、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。
【０１４１】
なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、「炭素原子のみからなる」と「実質的に炭素原子からなる」との双方の意味を含む概念である。なお、「実質的に炭素原子からなる」とは、２〜３質量％程度以下の不純物の混入が許容され得ることを意味する。
【０１４２】
触媒担体のＢＥＴ比表面積は、触媒成分を高分散担持させるのに充分な比表面積であればよく、好ましくは２０〜１６００ｍ２／ｇ、より好ましくは８０〜１２００ｍ２／ｇである。触媒担体の比表面積がこのような範囲内の値であると、触媒担体上での触媒成分の分散性と触媒成分の有効利用率とのバランスを適切に制御することができる。
【０１４３】
触媒担体のサイズについても特に限定されるものではない。担持の簡便さ、触媒利用率、触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、触媒担体の平均粒子径を５〜２００ｎｍ程度、好ましくは１０〜１００ｎｍ程度とすることが好ましい。電極触媒において、触媒成分の担持量は、電極触媒の全量に対して、好ましくは１０〜８０質量％、より好ましくは３０〜７０質量％である。触媒成分の担持量がこのような範囲内の値であると、触媒担体上での触媒成分の分散度と触媒性能とのバランスが適切に制御され得る。なお、電極触媒における触媒成分の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ）によって測定することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
【０１４４】
更に、バインダとしては、特に限定されるものではないが、以下のような材料を挙げることができる。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）及びポリアミド（ＰＡ）が挙げられる。また、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体並びにスチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物も挙げることができる。さらに、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）並びにポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂も挙げられる。その他、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム及びエポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらのバインダは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【０１４５】
正極集電部材２２２は、正極層における面内方向（面に沿う方向）の導電性を良好に確保するものであって、ステンレス、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、カーボンなどの材料で形成した通気性を有する導電部材である。この正極集電部材は、正極部材の導電性に応じて通気部分の開口率を選択し、金網状の部材である場合には、例えば、５０〜６００メッシュ相当の仕様の中から選択して使用することができる。正極集電部材２２２には、金網状部材のほか、カーボンペーパーも使用可能である。また、正極集電部材２２２には、正極層タブ２２２Ａが接続している。正極層タブ２２２Ａは、例えば、ステンレス、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金などの材料で形成した導電部材である。
【０１４６】
液密通気部材２２３は、電解質層の電解液に対して液密性（水密性）を有し、且つ酸素に対して通気性を有する部材である。この液密通気部材２２３は、電解液が外部へ漏出するのを阻止し得るように、フッ素樹脂などの撥水膜を用いており、一方、正極部材２２１に酸素を供給し得るように多数の微細孔を有している。
【０１４７】
負極層２３において、負極部材２３１は、リチウム（Ｌｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びマグネシウム（Ｍｇ）等の純金属、もしくは合金などの材料から成るものである。なお、当該合金の組織に関しては上述した通りである。
【０１４８】
負極集電部材２３２は、電解質層の電解液が外部に漏出するのを阻止し得る材質から成る導電部材であって、例えば、ステンレス、銅、銅合金、金属材料の表面に耐食性を有する金属をメッキしたものなどである。また、負極集電部材２３２には、負極層タブ２３２Ａが接続している。負極層タブ２３２Ａは、ステンレス、銅、銅合金などの材料で形成した導電部材である。
【０１４９】
外枠部材２４は、円形のリング状を成しており、枠内側に、接点部材２５を収容する段差部２４Ａを有している。このとき、接点部材２４が正極層２２の構成部材であるから、段差部２４Ａは、外枠部材２４の正極層側の開口部分に形成してある。また、この形態の外枠部材２４は、電解質層２１及び正極層２２の外周に加えて、負極層２３の負極部材２３１の外周をも包囲している。このため、負極層２３の負極集電部材２３２は、外枠部材２４と同等の直径を有し、外枠部材２４の負極側の開口部分を閉塞するように設けてある。
【０１５０】
外枠部材２４は、ポリプロピレン（ＰＰ）やエンジニアリングプラスチック（いわゆるエンプラ）などの耐電解液性を有する樹脂製であることが好ましく、これにより軽量化も図ることができる。また、外枠部材２４は、機械的強度を持たせるために、樹脂をカーボン繊維やガラス繊維などの強化繊維によって複合化した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を使用することもできる。
【０１５１】
接点部材２５は、この形態では、円形のリング状であって、外枠部材２４の段差部２４Ａに収まる断面積を有している。この接点部材２５は、金属製であって、例えば、銅（Ｃｕ）、ステンレス、ニッケル（Ｎｉ）などの金属を使用することができる。また、その他の金属でも電解液に対する耐食性が確保されるように表面処理を行えば、それを使用することができる。さらに、接点部材２５は、正極集電部材２２２との接触抵抗を低減するために、互いの接触面の少なくとも一方に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）などのメッキを施すことができる。
【０１５２】
図１７は、図１６に示す空気電池を分解状態で示す断面図である。図１７に示すように、空気電池Ａ２１は、正極部材２２１、正極集電部材２２２及び液密通気部材２２３を積層して正極層２２を形成すると共に、接点部材２５の内側に正極層２２を装着する。その一方で、負極部材２３１と負極集電部材２３２を積層して負極層２３を形成する。そして、外枠部材２４の内側に、正極層２２（又は負極層２３）を装着すると共に、図中に仮想線で示す電解質層２１を設け、その後、外枠部材２４の内側に、負極層２３（又は正極層２２）を装着して、電解質層２１を閉じ込めた状態にする。
【０１５３】
上記構成を備えた空気電池Ａ２１は、とくに正極層２２において、正極集電部材２２２及び接点部材２５により通電経路を形成している。また、空気電池Ａ２１は、接点部材２５の外端部を、液密通気部材２２３の表面よりも外側に突出させているので、接点部材２５の外端部の内側には、液密通気部材２２３との段差に相当する深さＤの扁平な凹空間を形成している。
【０１５４】
図１８は、図１６に示す空気電池が直列接続された構造を有する空気電池スタックを示す断面図である。図８に示すように、空気電池Ａ２１は、接点部材２５の外端部が正極端子になると共に、その反対側の負極集電部材２３２が負極端子になって、電池同士の直接的な直列接続を実現することができる。すなわち、空気電池Ａ２１は、複数個を直接的に直列接続して空気電池スタックＣ２を構成し、この際、接点部材２５の外端部が隣接する空気電池Ａ２１の負極集電部材２３２に接触する。また、液密通気部材２２３と隣接する空気電池Ａ２１の負極集電部材２３２との間に、上記凹空間による空気流路２６を形成する。
【０１５５】
このように、空気電池Ａ２１は、複数個を直接的に直列接続して空気電池スタックＣ２を容易に構成し得るので、空気電池スタックＣ２の小型化や構造の簡略化を実現することができ、車載用の電源としても非常に好適なものとなる。
【０１５６】
なお、空気流路２６の厚さは、発電量と酸素の供給形態に依存するが、例えば、１〜１０ｍｍ程度の範囲から適宜選択することができる。また、接点部材２５は、上記の如くリング状を成して外端部の内側に空気流路２６を形成するので、外部から空気流路２６に空気を導入するための溝や孔を適当な箇所に設けておくことが望ましい。
【０１５７】
さらに、空気電池Ａ２１は、電池外周部が、電気絶縁性を有する外枠部材２４で構成してあるので、接点部材２５の外端部である正極端子と、負極集電部材２３２である負極端子とが互いに相反する位置関係になる。これにより、短絡し難い構造になり、安全性の高いものとなる。なお、周知のボタン電池のように、一方の極が電池外装部を兼用している構造では、正極と負極の距離が短くなることから、安全性の観点から車載用の電源には不適当である。
【０１５８】
さらに、空気電池Ａ２１は、接点部材２５の外端部の端面と外枠部材２４の端面とを同一面状に連ねてあるので、複数個を接続した際に、接点部材２５及び外枠部材２４の両方が隣接する空気電池Ａ２１に接触することとなり、接触部分の安定性が良好になる。また、空気電池Ａ２１は、接点部材２５の外端部を、外枠部材２４の端面を僅かに超える突出量にすることもできる。この場合には、隣接する空気電池Ａ２１に対する接点部材２５の外端部の圧接力が増大し、接触抵抗の低減を図ることができる。
【０１５９】
なお、空気電池Ａ２１は、負極集電体２３２の外側面（下面）に、接点部材２５に対応するリング状の接点部材を設けたり、リング状の突条接点を一体的に形成したりすることも可能である。このような負極集電体２３２側の接点部材や突条接点によっても、電池同士の直接的な直列接続と、空気流路２６の確保の両立を実現することができる。
【０１６０】
図１９は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の他の例を説明する要部の断面図である。また、図２０は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。更に、図２１は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。また、図２２は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。更に、図２３は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。また、図２４は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する要部の断面図である。なお、以下の各形態において、第２の形態の同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１６１】
図１９に示すように、空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同様に、正極層２２が、電解質層２１側に正極集電部材２２２を備えると共に、外枠部材２４が、その枠内側に、接点部材２５を収容する段差部２４Ａを有している。そして、この空気電池Ａ２１は、段差部２４Ａの段差面（平面）と接点部材２５との間で正極集電部材２２２の周縁部を挟持した構造になっている。
【０１６２】
空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、正極集電部材２２２と接点部材２５との接触面積をできるだけ大きく確保することができ、接触抵抗や集中抵抗を小さく抑えることができる。また、外枠部材２４の段差部２４Ａにより、正極集電部材２２２や接点部材２５の位置決めが成されるので、外枠部材２４に対する正極層２２組付け性が良好になる利点もある。
【０１６３】
図２０に示すように、空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同等の基本構成を備えると共に、接点部材２５が、液密通気部材２２３の周縁部を受ける凹部２５Ａを有している。この形態では、接点部材２５の内周側に、段差状の凹部２５Ａが設けてある。
【０１６４】
空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、正極部材２２１よりも液密通気部材２２３の面積が大きくなり、電解質層２１の電解液の漏出をより確実に阻止することができる。また、凹部２５Ａにより、接点部材２５に対する液密通気部材２２３の組付け性が良好になる利点もある。
【０１６５】
図２１に示すように、空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同等の基本構成を備えると共に、接点部材２５が、液密通気部材２２３の表面上に延出したフランジ部２５Ｂを有している。
【０１６６】
空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、フランジ部２５Ｂにより、接点部材２５の外端部の端面面積が大きくなる。これにより、空気電池スタックＣ２を構成した際に、隣接する空気電池Ａ２１の負極集電部材２３２に対する接触面積が大きくなり、電気抵抗を低減することができる。
【０１６７】
また、空気電池Ａ２１は、フランジ部２５Ｂにより、正極層２２を押え付けることができる。これにより、正極層２２の各構成部材間の接触抵抗を低減することができると共に、正極層２２の脱落を防止することもできる。さらに、空気電池Ａ２１は、正極層２２のうちの少なくとも正極部材２２１及び正極集電部材２２２と、フランジ部２５Ｂを有する接点部材２５とを予めアッセンブリ化しておくことができるので、組付け性の向上に貢献することができる。
【０１６８】
図２２に示すように、空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同等の基本構成を備えると共に、接点部材２５が、液密通気部材２２３の周縁部を受ける凹部２５Ａと、液密通気部材２２３の表面上に延出したフランジ部２５Ｂとを有している。
【０１６９】
空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、凹部２５Ａによる効果すなわち電解液の漏出阻止等の効果と、フランジ部２５Ｂによる効果すなわち電気抵抗や接触抵抗の低減等の効果を併せ持つものとなる。また、この形態の場合には、本体部分とフランジ部２５Ｂとを別体にした接点部材２５を用いることもできる。
【０１７０】
図２３に示すように、空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同等の基本構成を備えると共に、接点部材２５が、金属製であって、外端部の端面に表面処理Ｍが施してある。この表面処理Ｍには、とくに限定されないが、高導電性の被膜が好ましく、例えば、ダイヤモンドライクカーボンに代表される硬質炭素被膜などを適用することもできる。
【０１７１】
空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、表面処理Ｍにより、耐食性、耐摩耗性及び良好な導電性を得ることが可能となり、空気電池スタックＣ２を構成した際には、隣接する空気電池Ａ２１との接触抵抗を低減することができる。
【０１７２】
図２４に示すように、空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同等の基本構成を備えると共に、接点部材２５が、金属製であって、外端部の端面に表面処理Ｍが施してあると共に、接点部材２５の内端部と正極集電部材２２２の周縁部とが、少なくとも一部で接合（符号Ｗ）してある。その接合には、溶接や接着等の手段を採用することができる。
【０１７３】
空気電池Ａ２１は、先の第２の形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、表面処理Ｍによる効果に加えて、接点部材２５と正極集電部材２２２とを接合Ｗしたことにより、双方間の接触抵抗を低減することができる。また、接合Ｗにより、正極層２２の各構成部材と接点部材２５を予めアッセンブリ化しておくことができ、組付け性のさらなる向上などに貢献することができる。
【０１７４】
図２５は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する各々平面図（Ａ）（Ｂ）である。図２５（Ａ）に示すように、空気電池Ａ２２は、先の第２の形態では円板状であったのに対して、矩形板状を成している。この空気電池Ａ２２は、先の第２の形態と同等の積層構造を有すると共に、矩形枠状の接点部材２５を備えている。また、図２５（Ｂ）に示すに示すように空気電池Ａ２２は、一対の短辺部分に接点部材２５，２５を配置した構成になっている。このように、矩形板状を成す空気電池Ａ２２の場合には、空気供給量と圧力損失との関係から、平面上の縦横比や接点部材の数及び配置を選択する。
【０１７５】
これらの空気電池Ａ２２にあっても、先の第２の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。なお、空気電池の形態は、上記の円盤状や矩形板状のほか、楕円形状や多角形状にすることも可能であり、これに加えて、単数又は複数の接点部材を配置することができる。
【０１７６】
図２６は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の第２の形態の更に他の例を説明する平面図（Ａ）、及び正面図（Ｂ）である。また、図２７は、図２６に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。更に、図２８は、図２６に示す空気電池が積層された構造を有する空気電池スタックの断面図である。
【０１７７】
この空気電池スタックＣ２は、三つの空気電池Ａ２３を上下三段に積み重ねたものである。空気電池Ａ２３は、先の第２の形態と同等の基本構造を有すると共に、その外観が、外枠部材２４、接点部材２５、発電体Ｂ２、防護部材２４０、正極層タブ２２２Ａ、負極集電部材２３２及び負極層タブ２３２Ａで構成してある。また、この形態では、電解質層２１、正極層２２及び負極層２３からなる構成を発電体Ｂ２としている。
【０１７８】
外枠部材２４は、上下両面を開口した円筒形に形成されており、この外枠部材２４の一方の開口２４ａ寄りには、詳細を後述する接点部材２５を嵌合するための段差部２４Ａが形成されている。段差部２４Ａは、接点部材２５の外径に一致する内径Ｄ１にし、かつ、その接点部材２５の高さにほぼ一致する高さＨ１にした段差として形成されている。
【０１７９】
発電体Ｂ２は、図１７に示すように、電解液を含浸したセパレータから成る電解質層２１の一方の面に正極層２２を配設し、他方の面に負極層２３を配設すると共に、正極層２２の外面に液密通気部材２２３を積層したものであり、その電解質層２１の正極層２２寄りには、正極集電部材２２２が配設されている。
【０１８０】
正極集電部材２２２は、段差部２４Ａの内径に一致した平面視円形に形成されており、イオンを流通させられる大きさの流通孔を有する導電性の金網等である。この正極集電部材２２２は、これの外周縁部が、段差部２４Ａに嵌入した接点部材２５の底壁２５ｃとの間に挟入固定されるようになっている。
【０１８１】
接点部材２５は、導電性を有する金属製のものであり、電解質層２１及び正極層２２とそれぞれ導通接続され、かつ、図示上側において隣接する他の空気電池Ａ２３の負極集電部材２３２に導通接触させるためのものである。
【０１８２】
この形態において示す接点部材２５は、所要の外径にしたリング形にしたものであり、その段差部２４Ａに嵌合したときに、正極集電部材２２２を底壁２５ｃとの間に挟入した状態において、外枠部材２４の開口２４ａと面一となる高さに形成されている。
【０１８３】
液密通気部材２２３は、接点部材２５の内径に一致する外径にした平面視円形に形成されている。換言すると、正極部材２２１の外面２２１ａを被覆するように形成されている。
【０１８４】
防護部材２４０は、外部から異物が内部に突入することを阻止して、発電体Ｂ２すなわち正極層２２等を防護するためのものであり、接点部材２５の内径に一致する外径の平面視円形にした通気性、導電性及び弾性を有する金網である。具体的には、液密通気部材２２３の外面２２３ａを被覆するよう配設されているとともに、外縁部において接点部材２５と導通接触させている。「導通接触」の態様としては、例えば、溶着の他、当接させることによってもよい。
【０１８５】
この形態において示す防護部材２４０は、＃６００〜７００メッシュのような超緻密なものであり、液密通気部材２２３よりも開口率を高くしている。
【０１８６】
また、この防護部材２４０を液密通気部材２２３に載置したとき、接点部材２５の上面よりもやや上方に突出する高さＨ２にしている。すなわち、積み重ねた隣り合う他の空気電池Ａ２３の負極集電部材２３２に弾接するようにし、接触面積を増加させているとともに、構成部材に圧縮荷重を与えることができるようにしている。
【０１８７】
また、防護部材２４０の面方向の総開口面積が、液密通気部材２２３の厚さ方向の総開口面積よりも大きく設定している。換言すると、防護部材２４０の図示平面視における開口面積が、液密通気部材２２３の厚さ方向の総開口面積よりも大きく設定されている。
【０１８８】
これにより、防護部材２４０を通じて流通する空気が、液密通気部材２２３の上面に沿って外周縁部に向けて拡散するようにし、防護部材２４０が他の空気電池と隣接するときにも、防護部材２４０の面方向においてガス供給を行なえるようし、発電効率の向上を図っている。
【０１８９】
この形態に係る空気電池スタックＣは、図１８に示すように、空気電池Ａ２３を互いに図示上下多段に積み重ねたものである。なお、図１８には、三つの空気電池を積層させた空気電池スタックを例示しているが、その個数に限るものでない。
【０１９０】
図１８において、最も下側の空気電池Ａ２３ａに空気電池Ａ２３ｂを積み重ねると、空気電池Ａ２３ａの接点部材２５の当接端面２５ａに、空気電池Ａ２３ｂの負極集電部材２３２の下面２３２ａが当接して導通する。また、その負極集電部材２３２の下面２３２ａに当接した防護部材２４０が押圧されて弾性変形し、空気電池Ａ２３ａの液密通気部材２２３や正極層２２等に所要の荷重を与えることができ、これらの接触抵抗を低減することができる。
【０１９１】
また、最も外側に位置する二つの空気電池Ａ２３ａ，Ａ２３ｃに挟まれた空気電池Ａ２３ｂは、これの防護部材２４０が、図示最も上側に位置する空気電池Ａ２３ｃの負極集電部材２３２の下面２３２ａに当接して弾性的に押圧され、空気電池Ａ２３ａと同様に、液密通気部材２２３や正極層２２等に所要の荷重を与えることができ、これらの接触抵抗を低減することができる。そして、最も外側に位置する空気電池Ａ２３ｃは、防護部材２４０によって液密通気部材２２３を被覆しているので、発電体２３０の損傷を防止できる。
【０１９２】
ところで、この形態における空気電池スタックＣでは、全ての空気電池Ａ２３にそれぞれ防護部材２４０を設けた構成について例示したが、図示最も下側に配置した空気電池Ａ２３ａと、これの上側において隣接する空気電池Ａ２３ｂについては、必ずしも防護部材２４０を配設する必要はない。すなわち、少なくとも正極層２２が外側となる積層端部（図１８中で上端部）の空気電池Ａ２３ｃに防護部材２４０を配設すればよい。
【０１９３】
次に、図２９を参照してさらに他の形態に係る空気電池について説明する。図２９は、空気電池の断面図である。なお、上述した第２の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【０１９４】
この形態に係る空気電池Ａ２４は、上述した空気電池Ａ２３とは異なる構成の接点部材２６０を採用している。同図（Ａ）に示す接点部材２６０は、導電性を有する金属製のものであり、電解質層２１及び正極層２２とそれぞれ電気的に接続され、かつ、隣接する他の空気電池Ａ２４の負極集電部材２３２に導通接触させるためのものである。
【０１９５】
この接点部材２６０は、所要の外径にしたリング形に形成された断面縦長の基部２６０ａと、この基部２６０ａの上部に、防護部材２４０を液密通気部材２２３との間に挟持するための一定幅にした挟持片２６０ｂを内方に向けて形成したものである。
【０１９６】
なお、この接点部材２６０を段差部２４Ａに嵌合したときに、外枠部材２４の上面２４ａと面一となる高さに形成されていることは、上記したものと同様である。上記の構成からなる接点部材２６０を採用することにより、よりしっかりと防護部材２４０を挟持固定することができる。
【０１９７】
なお、上述した第２の形態に限るものではなく、次のような変形が可能である。
上述した第２の形態においては、空気電池として平面視円形のものを例として説明したが、図３０に示すような形状にしてもよい。図３０（Ａ）は、さらに他の形態に係る空気電池の平面図、（Ｂ）は、別の形態に係る空気電池の平面図である。なお、上述した形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【０１９８】
同図（Ａ）に示す形態に係る空気電池Ａ２５は、その外観が、平面視長方形に形成された外枠部材２７１、接点部材２７０，２７０、発電体Ｂ２、防護部材２４０及び図示しない負極集電部材を有して構成されている。接点部材２７０，２７０は、外枠部材２７１の長辺両端部に起立して形成されているものである。
【０１９９】
同図（Ｂ）に示す形態に係る空気電池Ａ２６は、その外観が、平面視長方形に形成された外枠部材２８１、接点部材２８０、発電体Ｂ２、防護部材２４０及び図示しない負極集電部材を有して構成されている。
【０２００】
接点部材２８０は、外枠部材２８１の内周壁面によって区画される空間に嵌合する平面視長方形にした四角枠形のものである。上記図３０（Ａ），（Ｂ）に示す構成からなる空気電池であっても、上述した空気電池Ａ２１〜Ａ２４と同様の効果を得ることができる。
【０２０１】
上述した形態においては、防護部材２４０として金網等の金属製のものを例示したが、樹脂製のものであってもよい。また、最上段に位置する防護部材を樹脂製のものにし、中段に位置する防護部材を金属製製のものにしてもよい。
【０２０２】
上述した形態においては、空気電池スタックを三つの空気電池を積層したものを例として説明したが、それら三つの空気電池を一体にしたモジュールとし、これらのモジュールを二つ以上積層した構造としてもよい。
【０２０３】
この場合、防護部材を、各モジュールの最も外側（図示上側）に位置する空気電池毎に配設する。これにより、各モジュールの最も外側に位置する空気電池の発電体を防護することができる。また、モジュール化することにより、一部の空気電池に故障が生じたとしても、その空気電池を含むモジュールを交換することができる。
【０２０４】
上述した形態においては、防護部材として、通気性，導電性及び弾性を有する金網であって、＃６００〜７００メッシュの金属メッシュ、樹脂メッシュ、エキスパンドメタル又は金属・非金属製の不織布を採用することができる。
【０２０５】
上述した形態においては、電解質層２１として、固体状或いはゲル状の電解質膜を採用することができる。
【０２０６】
上述した形態においては、接点部材が、液密通気部材の周縁部を受ける凹部を有していることが好ましい。
【０２０７】
上述した形態においては、接点部材が、液密通気部材の表面上に延出したフランジ部を有していることが好ましい。
【０２０８】
上述した形態においては、接点部材が、金属製であって、外端部の端面に表面処理が施してあることが好ましい。
【０２０９】
上述した形態においては、接点部材が、金属製であって、接点部材の内端部と正極集電部材の周縁部とが、少なくとも一部で接合してあることが好ましい。
【０２１０】
上述した形態においては、液密通気部材の外面に、通気性を有し且つ正極層を防護するための防護部材を配設したことが好ましい。
【０２１１】
上述した形態においては、防護部材が、導電性のものであり、且つ電解質層及び正極層と導通接続されていることが好ましい。
【０２１２】
上述した形態においては、接点部材に、防護部材を挟持するための挟持片が形成されており、その挟持片によって液密通気部材との間に挟持固定されていることが好ましい。
【０２１３】
上述した形態においては、防護部材の面方向の総開口面積が、液密通気部材の厚さ方向の総開口面積よりも大きく設定されていることが好ましい。
【０２１４】
上述した形態においては、防護部材は、金属メッシュ、樹脂メッシュ、エキスパンドメタル又は金属・非金属製の不織布であることが好ましい。
【０２１５】
上述した形態においては、少なくとも正極層が外側となる積層端部の空気電池が、液密通気部材の外面に、通気性を有し且つ正極層を防護するための防護部材を備えていることが好ましい。
【０２１６】
上述した形態においては、防護部材が、隣接する空気電池の負極集電部材に弾接していることが好ましい。
【０２１７】
（第３の形態）
図３１は、本発明の一実施形態に係る空気電池システムに適用される空気電池の一例を示す断面図である。また、図３２は、（Ａ）が図３１に示す空気電池の正極層の平面図であり、（Ｂ）が図３２（Ａ）中のＡ−Ａ線断面図であり、（Ｃ）が負極層の平面図である。図３１及び図３２に示すように、空気電池Ａ３１は、矩形板状を成すものである。さらに、空気電池Ａ３１は、正負の電極である正極層３１及び負極層３２と、正極層３１及び負極層３２の外周部に配置した外枠部材（３３１，３３２）を備えている。また、正極層３１は正極層タブ３１Ａを有する。更に、負極層３２は負極層タブ３２Ａを有する。なお、図３１では、図３２（Ａ）に示す正極層３１のＢ−Ｂ線に基づく断面と、図３２（Ｃ）に示す負極層３２のＣ−Ｃ線に基づく断面とを示している。
【０２１８】
外枠部材として、正極層１を一体的に接合した第１外枠部材３３１と、負極層３２を一体的に接合した第２外枠部材３３２とを備えている。そして、第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２同士を溶着等により気密的に接合することにより、正極層３１と負極層３２との間に電解液の収容部３４を形成している。なお、図示は省略したが、第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２のいずれか一方又は両方には、バルブ類を備えた電解液注入部を設けることができる。これにより、注液式の空気電池Ａ３１となる。
【０２１９】
第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２は、電極層（正極層３１及び負極層３２）の厚さよりも大きい厚さを有している。特に、正極層３１と接合した第１外枠部材３３１は、図３２（Ａ）中における上下の辺部分が、図３２（Ｂ）に示すように、正極層表面と同一面状を成すように薄肉になっている。これにより、図３３に示すように、空気電池３１Ａを複数個積層して空気電池スタックＣ３を構成した際に、正極層３１の表面側に、図３２中の矢印で示す面内方向（面に沿う方向）の空気流路Ｆを形成する。
【０２２０】
また、第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２は、電気絶縁性を有することが好ましい。例えば、第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２は、ポリプロピレン（ＰＰ）やエンジニアリングプラスチックなどの耐電解液性を有する樹脂製であることが好ましく、これにより軽量化を図ることもできる。さらに、第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２は、機械的強度をより高めるために、樹脂とカーボン繊維やガラス繊維等の強化繊維とを複合化した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いることもできる。
【０２２１】
正極層３１は空気中の酸素と接触し、当該酸素を正極活物質として使用するものである。具体的には、正極層３１は、ガス拡散層を含む触媒層３１１と、正極層表面（図３１中では電池上面）に配置した液密通気部材（撥水層）３１２とを備えている。触媒層３１１は、導電性の多孔質材料で形成されている。具体的には、触媒層３１１は、例えば、カーボン材料とバインダー樹脂とで形成した導電性多孔体の内部に、二酸化マンガンなどの触媒を担持させたものである。
【０２２２】
撥水層３１２は、電解液に対して液密性を有し、かつ、酸素に対して通気性を有する部材である。この撥水層３１２は、電解液が外部へ漏出するのを阻止し得るように、フッ素樹脂などの撥水膜を用いている。一方、撥水層３１２は、触媒層３１１に酸素を供給し得るように多数の微細孔を有している。
【０２２３】
負極層３２は、負極活物質として機能する金属を含有する負極金属層３２１と、負極層表面（図３１中では電池下面）に配置した負極集電層３２２を備えている。負極活物質として機能する金属は、リチウム（Ｌｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選ばれる純金属であることが好ましい。また、負極活物質として機能する金属は、リチウム（Ｌｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選ばれる少なくとも一つを含有する合金であることが好ましい。本形態では、負極金属層３２１としてアルミニウム（Ａｌ）を用いている。
【０２２４】
負極集電層３２２は、電解液が外部に漏出することを阻止し得る材質から成る導電部材である。負極集電層３２２としては、ステンレス、銅、銅合金、及び金属材料の表面に耐食性を有する金属をメッキした材料からなる群より選ばれる少なくとも一つの材料を用いることが好ましい。負極集電層３２２は、負極金属層３２１よりも耐電解液性の高い材料から成るものであることがより好ましい。本形態では、負極集電層３２２として銅箔を用いている。
【０２２５】
正極層３１と負極層３２との間に介在する電解液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や塩化物を主成分とした水溶液又は非水電解液であることが好ましい。なお、当該電解液は、固体あるいはゲル状の電解質に置換することも可能である。
【０２２６】
ここで、本形態の空気電池Ａ３１は、第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２が樹脂製であり、例えば、射出形成などにより、電極層（正極層３１、負極層３２）の外周部に一体成形してある。これにより、正極層３１及び負極層３２は、その外周部全体が樹脂中に埋設された状態で、各々の外枠部材（３３１，３３２）と一体化している。このような構成により、電極の機械的強度と電解液に対するシール性とを高めることが可能となる。
【０２２７】
より詳細に説明すると、本形態の空気電池Ａ３１における第１外枠部材３３１は、正極層３１の外周部と一体的に接合され、正極層３１と第１外枠部材３３１との接合部より電解液の漏れを防止する構成となっている。具体的には、正極層３１の外周部と第１外枠部材３３１とが接着剤を用いて接合されていてもよい。さらに、正極層３１の外周部を第１外枠部材３３１に埋没させることで接合されていてもよい。また、正極層３１の外周部の一部分と第１外枠部材３３１とが接着剤を用いて接合され、さらに正極層３１の外周部の他の部分を第１外枠部材３３１に埋没させることで接合されていてもよい。このような構成により、正極層３１の外周部が第１外枠部材３３１に支持され、正極層３１の強度を高めることが可能となる。さらに、正極層３１の外周部が第１外枠部材３３１に接合されることで、電解液の漏出も抑制することが可能となる。
【０２２８】
なお、本形態の空気電池Ａ３１では、正極層３１の外周部の少なくとも一部が外枠部材と一体的に接合されている必要がある。ただ、電解液の漏れを防止するという観点から、正極層３１の外周部の全体が外枠部材と一体的に接合されていることが好ましい。また、正極層３１の外周部と外枠部材との接合は、接着剤や埋没させることに限定されず、例えば、溶着により接合してもよい。
【０２２９】
同様に、本形態の空気電池Ａ３１における第２外枠部材３３２は、負極層３２の外周部と一体的に接合され、負極層３２と第２外枠部材３３２との接合部より電解液の漏れを防止する構成となっている。具体的には、負極層３２の外周部と第２外枠部材３３２とが接着剤を用いて接合されていてもよい。さらに、負極層３２の外周部を第２外枠部材３３２に埋没させることで接合されていてもよい。また、負極層３２の外周部の一部分と第２外枠部材３３２とが接着剤を用いて接合され、さらに負極層３２の外周部の他の部分を第２外枠部材３３２に埋没させることで接合されていてもよい。このような構成により、負極層３２の外周部が第２外枠部材３３２に支持され、負極層３２の強度を高めることが可能となる。さらに、負極層３２の外周部が第２外枠部材３３２に接合されることで、電解液の漏出も抑制することが可能となる。
【０２３０】
なお、本形態の空気電池Ａ３１では、負極層３２の外周部の少なくとも一部が外枠部材と一体的に接合されていることが好ましい。ただ、電解液の漏れを防止するという観点から、負極層３２の外周部の全体が外枠部材と一体的に接合されていることがより好ましい。また、負極層３２の外周部と外枠部材との接合は、接着剤や埋没させることに限定されず、例えば、溶着により接合してもよい。
【０２３１】
空気電池Ａ３１は、上述したように、負極層３２が、アルミニウム製の負極金属層３２１と、負極金属層３２１よりも耐電解液性の高い材料である銅箔製の負極集電層３２２とを備えている。そして、負極金属層３２１及び負極集電層３２２のうちの少なくとも負極集電層３２２と第２外枠部材３３２とが一体化されていることが好ましい。なお、図３１及び図３２（Ｃ）では、負極金属層３２１及び負極集電層３２２の両方が第２外枠部材３３２と一体化されている。つまり、負極金属層３２１及び負極集電層３２２の両方の外周部が第２外枠部材３３２に埋没している。
【０２３２】
さらに、空気電池Ａ３１は、負極金属層３２１と負極集電層３２２とが一体化されている。つまり、負極金属層３２１と負極集電層３２２とが積層され、互いに接合されている。しかも、図３１及び図３２（Ｃ）に示すように、負極集電層３２２が、平面視において、負極金属層３２１の外側に外周部を有する大きさになっている。
【０２３３】
上記構成を備えた空気電池Ａ３１は、部品点数が少なく、構造が極めて簡単で薄型なものとなる。そして、空気電池Ａ３１を複数個積層した場合には、例えば、外枠部材（３３１，３３２）に接点部材を設けたり、隣接する空気電池Ａ３１の間に導電部材を挿入したりすることで、配線類を用いることなく、互いに直列接続することが可能となる。その結果、空気電池Ａ３１を積層した空気電池スタックは、自動車等の車両に搭載する電源として非常に好適なものとなる。
【０２３４】
そして、空気電池Ａ３１は、両電極のうちの少なくとも正極層３１と第１外枠部材３３１とが一体的に接合してあるので、正極層３１が第１外枠部材３３１で補強された状態になり、機械的強度と電解液に対するシール性を高めることができる。これにより、空気電池の更なる薄型化を図ることができる。さらに、この薄型化に伴って内部抵抗も減少することから、空気電池Ａ３１の高出力化を図ることもできる。
【０２３５】
また、空気電池Ａ３１を複数個積層した際には、正極層３１が撓んで外周部に応力集中が生じることがある。しかし、上述のように、空気電池Ａ３１は機械的強度及びシール性が高いので、正極層３１の変形に伴って電解液のシール性が損なわれるような恐れを解消することができる。
【０２３６】
図３１に示すように、空気電池Ａ３１では、正極層３１と第１外枠部材３３１だけでなく、負極層３２と第２外枠部材３３２も一体的に接合してある。これにより、負極層３２の機械的強度や電解液に対するシール性が高められる。その結果、負極層３２及び第２外枠部材３３２と正極層３１及び第１外枠部材３３１と組み合わせることで、空気電池Ａ３１の更なる薄型化及び高出力化に貢献することができる。
【０２３７】
また、空気電池Ａ３１は、第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２が樹脂製であり、正負の電極層（３１，３２）の外周部に一体成形してある。そのため、薄くても十分な強度を確保し得ると共に、電解液に対するシール性がより一層高くなり、生産性に優れている。
【０２３８】
さらに空気電池Ａ３１は、負極層３２を構成する負極金属層３２１及び負極集電層３２２のうちの少なくとも負極集電層３２２と第２外枠部材３３２とが一体化してある。これにより、空気電池Ａ３１は、発電に伴って負極金属層３２１が消耗した場合でも、負極集電層３２２により電解液に対するシール性を良好に維持することができる。さらに、空気電池Ａ３１は、負極集電層３２２の材料が負極金属層３２１よりも耐電解液性の高いものであるから、電解液に対するシール性がより一層高められる。
【０２３９】
なお、負極集電層３２２の材料は、必ずしも負極金属層３２１よりも耐電解液性が高いものでなくても使用可能である。つまり、空気電池Ａ３１では発電時間や負極金属層３２１の消耗量が予め分かっており、負極集電層３２２が発電終了後に電解液の漏出を阻止し得るものであればよい。そのため、厚さなどを適宜選択すれば、負極集電層３２２と負極金属層３２１とが同一材料である場合も有り得る。しかし、負極金属層３２１よりも耐電解液性が高い材料から成る負極集電層３２２を用いれば、電解液に対するシール性がより確実になり、安全性の高い空気電池を提供することが可能となる。
【０２４０】
さらに空気電池Ａ３１は、負極層３２において、負極金属層３２１と負極集電層３２２とを一体化している。そのため、負極金属層３２１及び負極集電層３２２が互いに補強し合う状態になると共に、双方間の接触抵抗も低減され、薄くて強度が高いうえに集電ロスの少ない負極層３２を得ることができる。
【０２４１】
空気電池Ａ３１は、負極集電層３２２が、平面視において負極金属層３２１の外側に外周部を有する大きさである。つまり、負極集電層３２２が負極金属層３２１の全体を十分に覆っているので、電解液に対するシール性の更なる向上を実現することができる。また、負極集電層３２２の外周部において、第２外枠部材３３２の内部に埋没する部分が増加することから、電解液の漏れをより抑制することが可能となる。
【０２４２】
図３４〜図４３では、本形態の空気電池の更に他の例を示す。なお、以下の各形態において、本形態と同一の構成部位は同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【０２４３】
図３４に示す空気電池の正極層３１は、第１外枠部材３３１と一体的に接合してある。本形態では、樹脂製の第１外枠部材３３１に正極層３１の外周部を埋設したのに対して、この形態では、第１外枠部材３３１の一部に正極層３１の外周部を組み込んで、接着や溶着などにより接合したものである。この正極層３１を備えた空気電池にあっても、本形態と同様に、正極層３１の機械的強度及び電解液に対するシール性が高められ、空気電池の薄型化や高出力化に貢献し得るものとなる。
【０２４４】
図３５に示す空気電池の正極層３１は、第１外枠部材３３１が、少なくとも一部に、正極層３１を機械的に固定する電極固定構造を備えている。また、正極層３１の撥水層３１２と触媒層３１１との間に、補強層３５を備えている。すなわち、本形態の空気電池は、第１外枠部材３３１及び第２外枠部材３３２が、少なくとも一部に、電極層（３１，３２）を機械的に固定する電極固定構造を備えている構成とし、また、少なくとも正極層３１が、補強層３５を備えている構成とすることができる。
【０２４５】
補強層３５は、導電性及び通気性を有する部材である。そして、補強層３５としては、例えば、パンチングメタルなどの多孔金属板や金属メッシュ、若しくは多孔樹脂板や樹脂メッシュの表面にめっき等の金属被膜を形成したものを用いることができる。
【０２４６】
電極固定構造は、図３５（Ａ）に示す矩形形状の正極層３１において、少なくとも四隅に設ければ所定の機能を得ることができる。つまり、薄型の空気電池では、積層時において正極層３１の中央部が撓むので、特に正極層３１が矩形状である場合には、外周部の四隅に応力集中が生じる。そこで、電極固定構造は、少なくとも第１外枠部材３３１の四隅に設けるのが好ましく、全周に渡って設けることがより好ましい。電極固定構造の具体例を図３５（Ｂ）〜（Ｅ）に示す。
【０２４７】
図３５（Ａ）に示す電極固定構造は、第１外枠部材３３１が上側部材３３１Ａと下側部材３３１Ｂとに分割してある。さらに、上側部材３３１Ａ及び下側部材３３１Ｂの相対する面に、互いに係合可能な凹部３３１Ｃ及び凸部３３１Ｄを相対的に設けている。この電極固定構造は、上側部材３３１Ａと下側部材３３１Ｂとの間に正極層３１の外周部を挟み込んで、凹部３３１Ｃ及び凸部３３１Ｄを互いに係合して、上側部材３３１Ａと下側部材３３１Ｂを接着等により接合する。これにより、正極層３１と第１外枠部材３３１とを一体的に接合して固定する。
【０２４８】
図３５（Ｃ）に示す電極固定構造は、第１外枠部材３３１が、断面が鉤状の外側部材３３１Ｅと、その内側に収容される内側部材３３１Ｆとに分割してある。さらに、正極層３１の外周部に折曲部３１Ａを設けている。この電極固定構造は、外側部材３３１Ｅと内側部材３３１Ｆとの間に正極層３１の折曲部３１Ａを挟み込んで、外側部材３３１Ｅと内側部材３３１Ｆとを接着等により接合する。これにより、正極層３１と第１外枠部材３３１とを一体的に接合して固定する。
【０２４９】
図５（Ｄ）に示す電極固定構造は、正極層３１の外周部と第１外枠部材３３１とに、互いに係合可能な凹凸や穴、突起などの係合部３３１Ｇを設けた構成である。この電極固定構造は、正極層３１及び第１外枠部材３３１を係合部３３１Ｇで係合して、さらに双方を接着等により接合する。これにより、正極層３１と第１外枠部材３３１とを一体的に接合して固定する。
【０２５０】
図５（Ｅ）に示す電極固定構造は、正極層３１の外周部に折曲部３１Ａを設け、正極層３１の外周部に樹脂製の第１外枠部材３３１を一体成形する。これにより、樹脂中に正極層３１の折曲部３１Ａを埋設状態にし、正極層３１と第１外枠部材３３１とを一体的に接合して固定する。
【０２５１】
電極固定構造を有する空気電池は、本形態と同様の作用及び効果を得ることができる。さらに、正極層３１と第１外枠部材３３１とを機械的に連結したうえで双方が一体化される。そのため、薄型でも十分な機械的強度や、電解液に対するシール性を高めることができる。電極固定構造は、電極の製造工程に合わせて好適なものを選択することができる。
【０２５２】
また、本形態の正極層３１を備えた空気電池は、補強層３５によって機械的強度がより高くなる。その結果、積層時における正極層３１の撓みを抑制して、応力集中を大幅に緩和することができ、空気電池の更なる薄型化、高出力化及び軽量化を実現することができる。しかも、導電性を有する補強層３５を設けることで、補強層３５が集電体として機能し、内部抵抗の低減を実現することが可能となる。
【０２５３】
さらに、電極固定構造は、負極層３２と第２外枠部材３３２との接合にも当然採用することができる。その結果、正極側と同様に機械的強度や電解液に対するシール性が高められるので、正極層３１との構成と相まって空気電池の高性能化に貢献し得るものとなる。
【０２５４】
図３６に示す空気電池の正極層３１は、撥水層３１２、ガス拡散層を含む触媒層３１１及び補強層３５が互いに積層された構成を有する。そして、撥水層３１２、触媒層３１１及び補強層３５のうちの少なくとも一層と第１外枠部材３３１とが一体化してある構成である。
【０２５５】
図３６（Ａ）に示す正極層３１は、正極層表面から順に、撥水層３１２、補強層３５及び触媒層３１１を備えている。この正極層３１は、撥水層３１２及び補強層３５の外周部を第１外枠部材３３１と一体化し、補強層３５の下面に触媒層３１１を設けたものである。
【０２５６】
図３６（Ｂ）に示す正極層３１は、正極層表面から順に、撥水層３１２、触媒層３１１及び補強層３５を備えている。この正極層３１は、撥水層３１２の外周部を第１外枠部材３３１と一体化し、この撥水層３１２の下面に触媒層３１１及び補強層３５を設けたものである。
【０２５７】
図３６（Ｃ）に示す正極層３１は、正極層表面から順に、撥水層３１２、補強層３５及び触媒層３１１を備えている。この正極層３１は、補強層３５の外周部を第１外枠部材３３１と一体化し、補強層３５の上面に撥水層３１２を設けると共に、補強層３５の下面に触媒層３１１を設けたものである。
【０２５８】
図３６（Ｄ）に示す正極層３１は、正極層表面から順に、撥水層３１２、補強層３５及び触媒層３１１を備えている。この正極層３１は、全ての層の外周部と第１外枠部材３３１とを一体化したものである。
【０２５９】
ここで、補強層３５は、上述したように、多孔板やメッシュのような通気性部材で形成されることが好ましい。ただ、図３５及び図３６に示す形態では、図３６（Ｅ）に示すように、通気性の無い枠部３５Ａを有する構成とすることが好ましい。これにより、補強層３５は、枠部３５Ａを糊代として用いることで、隣接する撥水層３１２や触媒層３１１への接着性を高めることができる。また、枠部３５Ａと第１外枠部材３３１とを接合することで、双方の密着性やシール性を高めることができる。
【０２６０】
図３６に示す正極層３１を備えた空気電池であっても、本形態と同様に、機械的強度や電解液に対するシール性を著しく高めることができる。さらに、撥水層３１２、触媒層３１１及び補強層３５の間の接触抵抗を一層低減することができ、空気電池の更なる薄型化、高出力化及び軽量化に貢献することができる。
【０２６１】
図３７に示す空気電池の負極層３２は、負極集電層３２２が、複数の空気電池を直列接続した際に、隣接する空気電池の正極層３１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材３２６Ａで形成してある。そして、負極層３２は、負極金属層３２１及び負極集電部材３２６Ａの外周部に、第２外枠部材３３２を一体化している。
【０２６２】
負極集電部材３２６Ａは、その下面に突出する複数の突条３２６ａが所定間隔を設けて並列に配置されている。図３７では、負極集電部材３２６Ａの下面に４本の突条３２６ａが所定間隔を設けて並列に配置されている。これらの突条３２６ａは、図３２に示す空気の流れ方向に沿って形成してある。このような負極集電部材３２６Ａは、金属板をプレス加工したもので、突条３２６ａの反対面は溝状を成している。
【０２６３】
負極層３２は、図３８に示すように、負極層３２に一体化した第２外枠部材３３２と、正極層３１に一体化した第１外枠部材３３１とを気密的に接合して空気電池Ａ３１を構成する。また、正極層３１と負極層３２との間には、電解液の収容部３４を形成する。そして、空気電池Ａ３１を複数個積層して空気電池スタックＣ３を構成する。
【０２６４】
空気電池スタックＣ３においては、空気電池Ａ３１の正極層３１に、その上側に隣接する負極層３２の負極集電部材３２６Ａの突条３２６ａが接触して、突条３２６ａ同士の間に、正極層３１に対する空気流路Ｆを形成する。これにより、負極集電部材３２６Ａは、互いに隣接する正極層３１及び負極層３２の間のスペーサ及びコネクタとして機能する。
【０２６５】
図３９に示す空気電池の負極層３２では、複数の空気電池を直列接続した際に、負極集電層３２２が、隣接する空気電池の正極層３１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材３２６Ｂで形成してある。そして、負極層３２は、負極金属層３２１及び負極集電部材３２６Ｂの外周部に、第２外枠部材３３２を一体化している。
【０２６６】
この形態の負極集電部材３２６Ｂは、断面が波状を成すものである。この負極集電部材３２６Ｂを備えた負極層３２にあっても、本形態と同様に、負極集電部材３２６Ｂが正極層３１に対する空気流路Ｆを形成すると共に、スペーサ及びコネクタとして機能する。
【０２６７】
図４０に示す空気電池の負極層３２では、複数の空気電池を直列接続した際に、負極集電層３２２が、隣接する空気電池の正極層３１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材３２６Ｃで形成してある。そして、負極層３２は、負極金属層３２１及び負極集電部材３２６Ｃの外周部に、第２外枠部材３３２を一体化している。
【０２６８】
この形態の負極集電部材３２６Ｃは、その下面に突出する複数の突部３２６ｂを縦横に配列したものである。この負極集電部材３２６Ｃを備えた負極層３２にあっても、本形態と同様に、負極集電部材３２６Ｃが正極層３１に対する空気流路Ｆを形成すると共に、スペーサ及びコネクタとして機能する。
【０２６９】
図４１に示す空気電池の負極層３２では、複数の空気電池を直列接続した際に、負極集電層３２２が、隣接する空気電池の正極層３１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材３２６Ｄで形成してある。そして、負極層３２は、負極金属層３２１及び負極集電部材３２６Ｄの外周部に、第２外枠部材３３２を一体化している。
【０２７０】
この形態の負極集電部材３２６Ｄは、負極集電層３２２に、下方へ突出する複数の突部を一体成形したものである。そして、負極集電部材３２６Ｄは、負極金属層３２１に接合する平面状の本体部３２６ｃと、本体部３２６ｃから突出した複数のリブ状突部３２６ｄを備えている。図４１では、７本のリブ状突部３２６ｄを備えている。これらのリブ状突部３２６ｄは、所定間隔を設けて並列に配置されている。
【０２７１】
この負極集電部材３２６Ｄを備えた負極層３２にあっても、本形態と同様に、負極集電部材３２６Ｄが正極層３１に対する空気流路を形成すると共に、スペーサ及びコネクタとして機能する。
【０２７２】
図４２に示す空気電池の負極層３２は、隣接する空気電池の正極層３１の表面に空気流路Ｆを形成する負極集電部材３２６Ｅを備えている。この負極集電部材３２６Ｅは、図４１に示す形態と同様に、負極金属層３２１に接合する平面状の本体部３２６ｃと、本体部３２６ｃから突出した複数（図示例では７本）のリブ状突部３２６ｄを備えている。そして、負極集電部材３２６Ｅは、各リブ状突部３２６ｄを貫通させた状態にして本体部３２６ｃに接合する支持層３２７を備えている。
【０２７３】
負極集電部材３２６Ｅを備えた負極層３２にあっても、本形態と同様に、負極集電部材３２６Ｅが、正極層３１に対する空気流路Ｆを形成すると共に、スペーサ及びコネクタとして機能する。また、負極層３２は、支持層３２７により本体部３２６ｃが補強されるので、本体部３２６ｃの更なる薄型化及び軽量化を実現し、さらに負極金属層３２１が消耗した際の負極層３２の撓みを抑制することができる。
【０２７４】
図３７〜図４２に示す空気電池の負極層３２は、空気流路Ｆを得るために厚さ方向に立体化した負極集電部材（３２３Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄ，３２６Ｅ）を採用したので、負極集電部材の形状自体によっても機械的強度を高めることができる。なお、隣接する空気電池Ａ３１同士の間には空気流路Ｆが不可欠であるから、厚さ方向に立体化した負極集電部材を使用しても、空気電池Ａ３１の薄型化を損なう心配は全く無い。また、負極集電部材の採用により、配線類を用いることなく空気電池Ａ３１同士を電気的に接続することができる。これにより、内部抵抗の低減や部品点数の削減を実現することができ、空気電池Ａ３１及び空気電池スタックＣ３の高出力化や低コスト化を図ることができる。
【０２７５】
さらに、図３７及び図３９に示す負極集電部材（３２６Ａ，３２６Ｂ）は、突条３２６ａ同士の間や、波形状の下側の谷部を空気流路Ｆとするのである。そして、突条３２６ａや波形状の下側の山部に多数の孔を形成しておけば、突条３２６ａの裏側の溝状部分や波形状の上側の谷部も空気流路Ｆとして用いることができる。
【０２７６】
図４３に示す空気電池Ａ３１は、正極層３１が、その表面に導電性を有する構成である。図示例の正極層３１は、撥水層３１２の上側に正極集電層３１６を備えたもので、正極集電層３１６により正極層表面に導電性を確保している。この正極集電層３１６は、撥水層３１２に空気を供給するために通気性を有している。具体的には、正極集電層３１６は、補強層３５にように、パンチングメタルなどの多孔金属板や金属メッシュ、多孔樹脂板や樹脂メッシュの表面にめっき等の金属被膜を形成したものなどを用いることができる。
【０２７７】
空気電池Ａ３１は、図４３に示すように、複数個を積層して空気電池スタックＣ３を構成し、隣接する空気電池Ａ３１の間に空気流路Ｆを形成する。このとき、正極集電層３１６は、隣接する負極層３２に接触してスペーサ及びコネクタとして機能する。また、空気電池Ａ３１は、正極集電層３１６を第１外枠部材３３１と一体化してもよい。
【０２７８】
正極層３１を備えた空気電池Ａ３１にあっても、先の各形態と同様に、機械的強度の向上、薄型軽量化、内部抵抗の低減及び高出力化などを図ることができる。なお、本形態の空気電池Ａ３１は、正極層３１の表面に導電性を有するものを含む。したがって、正極層３１は、正極集電層３１６を備えた構成のほか、先の図３８に示すような空気電池スタックＡ３１においては、撥水層３１２が導電性を有するものとなる。
【０２７９】
上述した形態では、正極層及び負極層に第１外枠部材及び第２外枠部材を各々一体化した場合を例示したが、正極層と負極層との間に電解液の収容部を形成したうえで、正極層及び負極層の外周部に単一の外枠部材を一体的に接合することも可能である。
【０２８０】
上述した形態では、第１外枠材及び第２外枠材同士を接合すると共に、正極層と負極層との間に電解液の収容部を形成することが好ましい。
【０２８１】
上述した形態では、外枠部材は、樹脂製であり、さらに正極層及び負極層の少なくともいずれか一方の外周部に一体成形してあることが好ましい。
【０２８２】
上述した形態では、外枠部材は、正極層及び負極層の少なくともいずれか一方を機械的に固定する電極固定構造を備えていることが好ましい。
【０２８３】
上述した形態では、正極層は補強層を備えていることが好ましい。
【０２８４】
上述した形態では、補強層は導電性を有することが好ましい。
【０２８５】
上述した形態では、正極層は、互いに積層された撥水層、触媒層及び補強層を備え、撥水層、触媒層及び補強層のうちの少なくとも一層と外枠部材とが一体的に接合されていることが好ましい。
【０２８６】
上述した形態では、負極層は、負極金属層と、負極金属層よりも耐電解液性の高い材料から成る負極集電層とを備え、負極集電層と外枠材とが一体的に接合されていることが好ましい。
【０２８７】
上述した形態では、負極金属層と負極集電層とが一体化されていることが好ましい。
【０２８８】
上述した形態では、負極集電層は、平面視において、負極金属層の外側に外周部を有する大きさであることが好ましい。
【０２８９】
上述した形態では、負極集電層は、複数の空気電池を直列接続した際に、隣接する空気電池の正極層の表面に空気流路を形成する負極集電部材であることが好ましい。
【０２９０】
上述した形態では、負極集電部材は、負極金属層に接合する平面状の本体部と、本体部から突出した多数の突部と、突部を貫通させた状態にして本体部に接合する支持層とを備えることが好ましい。
【０２９１】
上述した形態では、正極層の表面は導電性を有することが好ましい。
【０２９２】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形が可能であることは、当業者には自明である。
【０２９３】
すなわち、本発明に適用される空気電池及び空気電池スタックは、その構成が各形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することができる。
【符号の説明】
【０２９４】
１  空気電池システム
Ｃ、Ｃ１〜Ｃ３  空気電池スタック
Ａ、Ａ１１〜１４、Ａ２１〜２６、Ａ３１  空気電池
Ａ１、１２、２２、３１  正極層
Ａ２、３１Ａ、１２２Ａ、２２２Ａ  正極層タブ
Ａ３、１３、２３、３２  負極層
Ａ４、３２Ａ、１３２Ａ、２３２Ａ  負極層タブ
Ａ５、１１、２１  電解質層
２Ａ  正極側出力端子
２Ｂ  負極側出力端子
３  セル電圧計
４  スタック電圧計
５  バイパス回路
６  開閉器
７  制御装置
８  スタック電流計
９  不能化手段
１４、２４、１７１、２７１、２８１  外枠部材
１５、１５Ａ、１５Ｂ  導電性多孔体
１６、２６  空気流路
２４Ａ  段差部
２５、２６０、２７０、２８０  接点部材
２５Ａ  凹部
２５Ｂ  フランジ部
３４  収容部
３５  補強層
１２１、２２１  正極部材
１２２、２２２  正極集電部材
１２３  導電性液密通気部材
１２３Ａ  カーボン繊維
１２３Ｂ  カーボン粒子
１３１、２３１  負極部材
１３２、２３２、３２３Ａ、３２６Ｂ、３２６Ｃ、３２６Ｄ、３２６Ｅ  負極集電部材
１４０、２４０  防護部材
２２３  液密通気部材
２６０ｂ 挟持片
３１１  触媒層
３１２  撥水層
３２１  負極金属層
３２２  負極集電層
３２６ｃ  本体部
３２６ｄ  突部
３２７  支持層
３３１  第１外枠部材
３３２  第２外枠部材
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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