(57)【要約】      （修正有）【課題】出力する電流値を増加させることが可能なマグネシウム空気電池の正極及び前記正極の製造方法の提供。【解決手段】マグネシウム空気電池の正極２６０は、複数の層が互いに所定の隙間を有し、かつ、該複数の層が電気的に互いに接続されているように形成された導電性部材２６１と、導電性部材２６１の周面に密着する混合活性炭２６２とから構成される。導電性部材２６１は、導電性薄板を屈曲させて層状にし、各層に切り込みを入れて形成される。混合活性炭２６２は、活性炭とラテックスとを混合することにより、生成される。前記導電性部材２６１は、多孔性材料から構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とするマグネシウム空気電池の正極であって、
複数の層が互いに所定の隙間を有し、かつ、該複数の層が電気的に互いに接続されているように形成された導電性部材と、
前記導電性部材の周面に密着する炭素材料と、
を備えることを特徴とするマグネシウム空気電池の正極。
【請求項２】
前記複数の層のうち少なくとも１つの層は、１または複数の切れ込みを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム空気電池の正極。
【請求項３】
前記導電性部材は、多孔性材料から構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム空気電池の正極。
【請求項４】
前記炭素材料と、前記炭素材料を構成する粒子同士を密着させる結合物質と、が混合された混合炭素材料をさらに備え、
前記混合炭素材料が、前記導電性部材の周面に密着する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池の正極。
【請求項５】
前記結合物質は、ラテックスである、
ことを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム空気電池の正極。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池の正極と、
マグネシウムと、
前記マグネシウム空気電池の正極と前記マグネシウムとの間に介在する電解質と、
を備えることを特徴とするマグネシウム空気電池。
【請求項７】
他の前記マグネシウム空気電池の正極をさらに備え、
前記マグネシウム空気電池の正極が備える前記導電性部材と、他の前記マグネシウム空気電池の正極が備える前記導電性部材とは、互いに電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項８】
前記マグネシウムは、フィルム状の複数のマグネシウムフィルムであって、
前記複数のマグネシウムフィルムは、帯状のフィルム上に所定の間隔で配置され、
前記マグネシウム空気電池の正極は、複数であって、前記マグネシウムフィルムの配列方向にそって、前記マグネシウムフィルムと対応するように配置され、
複数の前記マグネシウム空気電池の正極と、該マグネシウム空気電池の正極にそれぞれ対応するマグネシウムフィルムとから構成される複数のマグネシウム空気電池が直列接続となるように、前記マグネシウム空気電池の正極が備える前記導電性部材と、前記マグネシウムフィルムとが、互いに電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項６または７に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項９】
前記マグネシウムは、互いに同方向に延びる複数の切込部を有する、
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項１０】
前記マグネシウム上において互いに同方向に延びる複数の反応抑制部をさらに備え、
前記反応抑制部は、自身が配置された前記マグネシウム上の領域に存在するマグネシウムのイオン化反応を抑制する、
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項１１】
前記マグネシウムはフィルム状であって、
前記電解質を含む溶液を含浸し、前記マグネシウム空気電池の正極と前記マグネシウムとの間に前記マグネシウムの面に沿って互いに隙間を設けて配置される複数の炭素フェルトをさらに備える、
ことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項１２】
前記マグネシウムは、ワイヤー状である、
ことを特徴とする請求項６または７に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項１３】
空気を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とする、マグネシウム空気電池の正極の製造方法であって、
導電性薄板を１または複数回屈曲させることにより、複数の層が互いに所定の隙間を有するように構成された導電性部材を形成するステップと、
前記導電性部材の周面に炭素材料を密着させるステップと、
を備えることを特徴とするマグネシウム空気電池の正極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とするマグネシウム空気電池の正極、マグネシウム空気電池、及びマグネシウム空気電池の正極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とするマグネシウム空気電池に使用される燃料体の一例として、特許文献１には、カセット型の燃料体が開示されている。具体的には、特許文献１に記載の燃料体では、マグネシウム薄膜の各端部が一対のリールと接続され、リールを回転させることによりマグネシウム薄膜が巻き取られるとともに、リール間のマグネシウム薄膜と、その近傍に位置する正極とが協働して発電する。
【０００３】
また、マグネシウム空気電池の正極として、特許文献２には、酸素を吸着する性質を有する活性炭を用いる例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５０１３号公報
【特許文献２】特開２０１２−３８６６６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、マグネシウム空気電池の正極として活性炭を用いる場合、活性炭を電流が流れ、水酸化イオンに電子が供給されなければならない。そして、活性炭同士を十分に接触させて大きな電流を得るため、活性炭をマグネシウムに押し付ける方向に強く圧縮させる必要がある。しかし、特許文献１等に記載のマグネシウム空気電池のように、マグネシウムフィルムを移動させて次々に新しいマグネシウムを正極と反応させるマグネシウム空気電池では、マグネシウムフィルムを移動させるために、マグネシウムフィルムが切れない程度の軽い力で引っ張る必要がある。従って、特許文献１等に記載のマグネシウム空気電池では、活性炭とマグネシウムとを互いに押し付け合うことで、電流の増加を図ることは困難である。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、出力する電流値を増加させることが可能なマグネシウム空気電池の正極、マグネシウム空気電池、及びマグネシウム空気電池の正極の製造方法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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るマグネシウム空気電池の正極は、
空気を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とするマグネシウム空気電池の正極であって、
複数の層が互いに所定の隙間を有し、かつ、該複数の層が電気的に互いに接続されているように形成された導電性部材と、
前記導電性部材の周面に密着する炭素材料と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記複数の層のうち少なくとも１つの層は、１または複数の切れ込みを有してもよい。
【０００９】
前記導電性部材は、多孔性材料から構成されていてもよい。
【００１０】
前記炭素材料と、前記炭素材料を構成する粒子同士を密着させる結合物質と、が混合された混合炭素材料をさらに備え、
前記混合炭素材料が、前記導電性部材の周面に密着してもよい。
【００１１】
前記結合物質は、ラテックスであってもよい。
【００１２】
本発明の第２の観点に係るマグネシウム空気電池は、
本発明の第１の観点に係るマグネシウム空気電池の正極と、
マグネシウムと、
前記マグネシウム空気電池の正極と前記マグネシウムとの間に介在する電解質と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
他の前記マグネシウム空気電池の正極をさらに備え、
前記マグネシウム空気電池の正極が備える前記導電性部材と、他の前記マグネシウム空気電池の正極が備える前記導電性部材とは、互いに電気的に接続されていてもよい。
【００１４】
前記マグネシウムは、フィルム状の複数のマグネシウムフィルムであって、
前記複数のマグネシウムフィルムは、帯状のフィルム上に所定の間隔で配置され、
前記マグネシウム空気電池の正極は、複数であって、前記マグネシウムフィルムの配列方向にそって、前記マグネシウムフィルムと対応するように配置され、
複数の前記マグネシウム空気電池の正極と、該マグネシウム空気電池の正極にそれぞれ対応するマグネシウムフィルムとから構成される複数のマグネシウム空気電池が直列接続となるように、前記マグネシウム空気電池の正極が備える前記導電性部材と、前記マグネシウムフィルムとが、互いに電気的に接続されていてもよい。
【００１５】
前記マグネシウムは、互いに同方向に延びる複数の切込部を有してもよい。
【００１６】
前記マグネシウム上において互いに同方向に延びる複数の反応抑制部をさらに備え、
前記反応抑制部は、自身が配置された前記マグネシウム上の領域に存在するマグネシウムのイオン化反応を抑制してもよい。
【００１７】
前記マグネシウムはフィルム状であって、
前記電解質を含む溶液を含浸し、前記マグネシウム空気電池の正極と前記マグネシウムとの間に前記マグネシウムの面に沿って互いに隙間を設けて配置される複数の炭素フェルトをさらに備えてもよい。
【００１８】
前記マグネシウムは、ワイヤー状であってもよい。
【００１９】
本発明の第３の観点に係るマグネシウム空気電池の正極の製造方法は、
空気を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とする、マグネシウム空気電池の正極の製造方法であって、
導電性薄板を１または複数回屈曲させることにより、複数の層が互いに所定の隙間を有するように構成された導電性部材を形成するステップと、
前記導電性部材の周面に炭素材料を密着させるステップと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、出力する電流値を増加させることが可能なマグネシウム空気電池の正極、マグネシウム空気電池、及びマグネシウム空気電池の正極の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１に係るマグネシウム空気電池システムの使用例を表す図である。
【図２】（ａ）は実施形態１に係るマグネシウム空気電池用燃料体の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は実施形態１に係るマグネシウム空気電池用燃料体の概略断面図である。
【図３】実施形態１に係るマグネシウム空気電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図４】図３に示す切断線Ｉ−Ｉにおける電池本体部内部の概略断面図である。
【図５】（ａ）は組立前の導電性部材の概略平面図、（ｂ）は組立後の導電性部材の概略斜視図である。
【図６】実施形態２における、図３に示す切断線Ｉ−Ｉにおける電池本体部内部の概略断面図である。
【図７】実施形態２における組立後の導電性部材の概略斜視図である。
【図８】実施形態３におけるマグネシウム空気電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図９】図８に示す切断線ＩＩ−ＩＩにおける電池本体部内部の概略断面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、マグネシウムフィルムの変形例を示す平面図である。
【図１１】本実施形態の変形例に係る炭素フェルトとマグネシウム空気電池用燃料体との配置関係を示す図である。
【図１２】（ａ）は、隙間を設けないで配置した炭素フェルトを用いて実験を行った後のマグネシウムフィルムの写真、（ｂ）は、隙間を設けて配置した炭素フェルトを用いて実験を行った後のマグネシウムフィルムの写真である。
【図１３】（ａ）は、本実施形態の変形例に係るマグネシウム空気電池システムの概略構成図、（ｂ）は、（ａ）の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおけるマグネシウム空気電池ユニットの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
（実施形態１）
図１は本実施形態１に係るマグネシウム空気電池システム２００の使用例を表す図であって、マグネシウム空気電池用燃料体１００を電気機器３００が備えるマグネシウム空気電池システム２００に使用する例を表す図である。
【００２４】
本実施形態に係るマグネシウム空気電池用燃料体１００は、空気を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とするマグネシウム空気電池用の燃料として使用されるものである。
【００２５】
また、本実施形態に係るマグネシウム空気電池システム２００は、マグネシウム空気電池用燃料体１００を負極として発電するマグネシウム空気電池を備え、発電した電力を電気機器３００に供給するシステムである。
【００２６】
電気機器３００は、マグネシウム空気電池システム２００により供給される電力を電源として駆動する機器であり、例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータである。電気機器３００の筐体３１０内には、マグネシウム空気電池システム２００が収容されている。また、電気機器３００の筐体３１０は、マグネシウム空気電池用燃料体１００をマグネシウム空気電池システム２００に供給するための挿入口３２０と、使用後のマグネシウム空気電池用燃料体１００（以下、「使用済燃料体」と呼ぶ）を取り出すための取出口３３０と、が形成されている。
【００２７】
次に、本実施形態に係るマグネシウム空気電池用燃料体１００について詳細に説明する。
【００２８】
図２（ａ）は本実施形態に係るマグネシウム空気電池用燃料体１００の概略構成を示す斜視図、（ｂ）はマグネシウム空気電池用燃料体１００の断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、マグネシウム空気電池用燃料体１００は、中空円筒状のリール４１０に巻かれ、導電性フィルム１１０と、導電性フィルム１１０上に付着したマグネシウムフィルム１２０と、マグネシウムフィルム１２０を覆う透過フィルム１３０と、からロール状に形成されている。
【００２９】
マグネシウム空気電池用燃料体１００は、例えば、導電性フィルム１１０上に、蒸着等によりマグネシウムフィルム１２０を形成した後、マグネシウムフィルム１２０の表面を、酸素や水酸基などマグネシウムと反応するイオンが透過可能な透過フィルム１３０で覆うことにより、形成される。そして、マグネシウム空気電池用燃料体１００は、図２（ａ）に示すように、リール４１０にロール状に巻き取られる。
【００３０】
次に、本実施形態に係るマグネシウム空気電池システム２００について詳細に説明する。
【００３１】
図３は、本実施形態１に係るマグネシウム空気電池システム２００の概略構成を示す模式図である。図３に示すように、マグネシウム空気電池システム２００は、供給部２１０と、電池本体部２２０と、巻取部２３０と、駆動部２４０と、から構成される。
【００３２】
供給部２１０は、マグネシウム空気電池用燃料体１００と連結し、連結したマグネシウム空気電池用燃料体１００のロール軸を中心として回転可能であり、マグネシウム空気電池用燃料体１００を電池本体部２２０を介して巻取部２３０へ送り出すものである。
【００３３】
具体的には、供給部２１０は、図３に示すように、駆動部２４０により時計回りに回転駆動される軸から構成される。供給部２１０の軸は、マグネシウム空気電池用燃料１００が巻回されるリール４１０と着脱可能に構成されている。供給部２１０の軸が、マグネシウム空気電池用燃料体１００が巻回されるリール４１０の中心孔を挿通し、供給部２１０とマグネシウム空気電池用燃料体１００とが連結する。これにより、マグネシウム空気電池用燃料体１００は、供給部２１０とともにロール軸を中心として回転し、電池本体部２２０へ送り出される。
【００３４】
電池本体部２２０は、正極と、電解質と、を含み、供給部２１０から送り出されたマグネシウム空気電池用燃料体１００を負極として、正極と協働して発電するマグネシウム空気電池として機能するものである。具体的には、電池本体部２２０は、マグネシウム空気電池用燃料体１００を挟みこんで支持するとともに、巻取部２３０に発電反応後（使用後）のマグネシウム空気電池用燃料体１００を送る。また電池本体部２２０は、電解液の注入口２２１を有する。
【００３５】
電池本体部２２０の電解質は、例えば塩化ナトリウムである。電解液は、電池本体部２２０の注入口２２１から、電池本体部２２０内に供給される。
【００３６】
図４は、図３に示す切断線Ｉ−Ｉにおける電池本体部２２０内部の概略断面図である。図４に示すように、本実施形態に係る電池本体部２２０は、正極２６０と、炭素フェルト２７０と、を内部に収容している。また、正極２６０は、導電性部材２６１と、混合活性炭２６２と、導電性部材２６１及び混合活性炭２６２が収納されるケース２６３と、から構成される。
【００３７】
導電性部材２６１は、混合活性炭２６２へ電子を運ぶ機能を有する。図５（ａ）に、組立前の導電性部材２６１の概略平面図、図５（ｂ）に組立後の導電性部材２６１の概略斜視図を示す。図５（ａ）に示すように、導電性部材２６１は、１枚の略矩形状の導電性薄板から形成される。導電性薄板の材質は、例えば、銅やチタンである。また、図５（ｂ）に示すように、導電性部材２６１は、２つの層が所定の隙間を有し、かつ、互いに電気的に接続されているように構成される。より具体的には、導電性部材２６１は、基部２６１ａと、複数の短冊部２６１ｂと、端子部２６１ｃとから一体的に１枚の導電性薄板から構成される。複数の短冊部２６１ｂの一端部は、基部２６１ａが位置する面から、その面と垂直な方向に屈曲するように構成され、他端部は基部２６１ａと一体的に結合している。また、端子部２６１ｃは、基部２６１ａから突出するように設けられ、正極端子として機能する。
【００３８】
次に、導電性部材２６１の製造方法について説明する。
【００３９】
まず、図５（ａ）に示すように、導電性薄板の一部に複数の短冊部２６１ｂが形成されるように、複数の切り込みを入れる。その後、切り込みの方向と同じ方向を折り曲げ線として、導電性板を略半分に折り曲げる。さらに、図５（ｂ）に示すように、複数の短冊部２６１ｂの端部を上下方向（基部２６１ａと垂直な方向）にランダムに屈曲させることで、導電性部材２６１が作成される。なお、図５（ａ）及び（ｂ）に示す例では、７つの短冊部２６１ｂが形成されるように切り込みが入れられているが、短冊部２６１ｂの数や切り込みの数はこれに限られない。また、導電性薄板を折り曲げる回数も１回に限られない。
【００４０】
このように、導電性部材２６１が複数の短冊部２６１ｂを有するように形成することで、導電性部材２６１と混合活性炭２６２との接触面積を大きくすることができるため、マグネシウム空気電池の出力可能な電流値を大きくすることができる。
【００４１】
図４に戻って、混合活性炭２６２は、活性炭にラテックスが混合されているものである。混合活性炭２６２に含まれる活性炭は、空気中の酸素を正極活物質として、酸素の酸化還元反応を行うために、マグネシウム空気電池の正極として用いられる。図４に示すように混合活性炭２６２は、２つ折りに形成された導電性部材２６１の間や、導電性部材２６１の上下面に密着するように配置されている。
【００４２】
次に、混合活性炭２６２の製造方法について説明する。
【００４３】
まず、水と炭素粉とを、重量比で水：炭素粉＝５０：５０の割合で混ぜて撹拌し、混合液Ａを生成する。そして、混合液Ａとラテックスとを、重量比で混合液Ａ：ラテックス＝３：１の割合で混ぜて撹拌し、混合液Ｂを生成する。また、混合液Ｂと活性炭とを、混合液Ｂ：活性炭＝１２：６の割合で混ぜ合わせることにより混合活性炭２６２が生成される。
【００４４】
以上のように生成された混合活性炭２６２から乾燥して水分が抜けると、ラテックスの弾性作用により混合活性炭２６２が縮むとともに混合活性炭２６２に含まれる活性炭の粒子同士が強く密着する。これにより、混合活性炭２６２に含まれる活性炭の粒子同士の接触面積を大きくすることができるため、マグネシウム空気電池の出力可能な電流値を大きくすることができる。また、ラテックス自体は、導電性を持たないが、炭素粉を溶かした水と混ぜ合わせることにより、導電性を持たせることができる。
【００４５】
なお、ラテックス自体は絶縁体であるため、ラテックスの量が多いと混合活性炭２６２も絶縁状態となる。逆に、ラテックスの量が少ないと活性炭の粒子同士を密着させる力も小さくなる。従って、混合活性炭２６２の導電性と活性炭の粒子同士の密着度の両方を十分に確保することが可能な重量比として、上述した重量比で混合活性炭２６２を生成することが好ましい。なお、上述した重量比は一例であり、炭素の種類や活性炭の粒径等に応じて、好ましい重量比が適宜決定される。また、本実施形態では正極活物質である酸素を吸着する炭素材料として活性炭を用いているが、これに限られない。正極２６０の炭素材料として、例えば、カーボンナノチューブを用いてもよい。また、本実施形態では、活性炭の粒子同士を密着させる結合物質の一例してラテックスを用いているが、この結合物質として使用可能な材料はラテックスに限られない。
【００４６】
炭素フェルト２７０は、活性炭等の炭素の粉末や繊維を含むフェルトであって、マグネシウム空気電池用燃料体１００と、正極２６０との間に介在するように配置される。また、炭素フェルト２７０には、電解質が溶解された電解液が含浸されている。炭素フェルト２７０は、炭素を含まないフェルトと比較して、電解液とともに、十分な量の酸素を保持することができる。
【００４７】
図３に戻って、巻取部２３０は、電池本体部２２０における発電反応後のマグネシウム空気電池用燃料体１００を巻き取り、巻取部２３０から取り外し可能なロール状の使用済燃料体５００を形成するものである。
【００４８】
具体的には、巻取部２３０は、供給部２１０と同様に、図３に示すように、駆動部２４０により時計回りに回転駆動される軸から構成される。巻取部２３０の軸は、使用済用燃料５００が巻回されるリール４２０と着脱可能に構成されている。巻取部２３０の軸は、使用済燃料体５００が巻回されるリール４２０の中心孔を挿通し、巻取部２３０と使用済燃料体５００とが連結する。これにより、発電反応後のマグネシウム空気電池用燃料体１００は、巻取部２３０とともにロール軸を中心として回転して巻き取られ、ロール状の使用済燃料体５００が形成される。
【００４９】
駆動部２４０は、供給部２１０と、巻取部２３０とを回転駆動する。駆動部２４０は、例えば、バネまたは電気モータ等により実現される。なお、電気機器３００が、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の比較的小規模の電気エネルギーを必要とする機器である場合、駆動部２４０としてバネを用い、手動でバネを巻くことにより、供給部２１０と、巻取部２３０とを回転駆動させることが好ましい。または、駆動部２４０として、ノブと、ノブの回転トルクを供給部２１０及び巻取部２３０に伝達する機構とを設け、手動でノブを回転させることにより、供給部２１０と、巻取部２３０とを回転駆動させてもよい。
【００５０】
また、マグネシウム空気電池を使用する電気機器３００において、実際には電力が使用されない待機状態と、電力が使用される使用状態とが繰り返される。このようなときに、駆動部２４０としてバネのみを使用し、供給部２１０と、巻取部２３０とを回転駆動させると、電気機器３００を使用していないときでもマグネシウム空気電池用燃料体１００の巻き取りが行われてしまう。これを防ぐ方法の一例として、電気機器３００が使用する電流やマグネシウム空気電池が発生可能な電流に応じて、周知の無段変速機構により供給部２１０及び巻取部２３０の軸の回転数を変化させてもよい。また、例えば、マグネシウム空気電池用燃料体１００の巻き取り及び停止を切り替えるスイッチの開閉により、所定時間おきにマグネシウム空気電池用燃料体１００が所定距離を移動するように、供給部２１０及び巻取部２３０の回転駆動を制御してもよい。さらには、小さなボタン電池を併用することにより、マグネシウム空気電池が完全に停止している状態から、マグネシウム空気電池用燃料体１００の巻き取りを開始する旨の制御信号を駆動部２４０に伝えることができる。
【００５１】
以上のように構成されるマグネシウム空気電池システム２００によれば、正極２６０の導電性部材２６１と混合活性炭２６２との接触面積を増やすことができるため、マグネシウム空気電池の出力可能な電流値を増加させることができる。
【００５２】
また、活性炭は、ラテックスと混合され、混合活性炭２６２として導電性部材２６１と密着させられる。従って、活性炭の粒子同士がラテックスの弾性作用により強く密着し、活性炭の粒子同士の接触面積を大きくすることができるため、マグネシウム空気電池の出力可能な電流値を増加させることができる。
【００５３】
（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。実施形態１において、図４に示すように、１つの正極２６０と、マグネシウム空気電池用燃料体１００とが、マグネシウム空気電池として機能する例について説明したが、正極２６０と、マグネシウム空気電池用燃料体１００の配置は、図４に示す配置に限られない。本実施形態においては、他の例として、２つの正極２６０と、マグネシウム空気電池用燃料体１００とが、マグネシウム空気電池として機能する例について説明する。なお、以下の説明において、実施形態１と同様の構成には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
図６は、本実施形態における、図３に示す切断線Ｉ−Ｉにおける電池本体部２２０内部の概略断面図である。図６に示すように、本実施形態に係る電池本体部２２０は、２つの正極２６０が、マグネシウム空気電池用燃料体１００を挟むように対向して配置されている。このように、マグネシウム空気電池用燃料体１００を、２つの正極２６０で挟むように構成することにより、１つの正極２６０とマグネシウム空気電池用燃料体１００とから構成されるマグネシウム空気電池と比較して、より大きな出力を得ることができる。
【００５５】
さらに、２つの正極２６０に含まれる導電性部材２６１は、互いに電気的に接続されるように構成されている。図７に、本実施形態に係る組立後の導電性部材２６１の概略斜視図を示す。本実施形態に係る導電性部材２６１は、実施形態１と同様に、１枚の略矩形状の導電性薄板を、導電性薄板の一部に複数の短冊部２６１ｂが形成されるように、複数の切り込みを入れた後、図７に示すように、切り込みの方向と同じ方向を折り曲げ線として、断面が略Ｍ字形となるように折り曲げる。そしてさらに、複数の短冊部２６１ｂの端部を上下方向（基部２６１ａと垂直な方向）にランダムに屈曲させることで、導電性部材２６１が作成される。
【００５６】
上記のようにして作成された導電性部材２６１では、図６及び図７に示すように、２つの正極２６０にそれぞれ含まれる導電部２６１ｄ，２６１ｅと、導電部２６１ｄ，２６１ｅとを電気的に接続する接続部２６１ｆと、が一体となって構成される。導電部２６１ｄ，２６１ｅは、実施形態１に係る導電性部材２６１と同様に機能し、導電部２６１ｄ，２６１ｅ及び接続部２６１ｆを流れる電流は、１つの端子部２６１ｃから取得することができる。
【００５７】
（実施形態３）
次に、実施形態３について説明する。本実施形態３では、実施形態１に係るマグネシウム空気電池システム２００の別の例について説明する。なお、以下の説明において、実施形態１と同様の構成には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５８】
図８は、本実施形態３に係るマグネシウム空気電池システム２００ａの概略構成を示す模式図である。図８に示すように、マグネシウム空気電池システム２００ａは、３つの電池本体部２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃから構成される電池本体群２８０と、実施形態１と同様の供給部２１０、巻取部２３０、及び駆動部２４０と、から構成される。
【００５９】
図９に、図８の切断線ＩＩ−ＩＩにおける電池本体群２８０とマグネシウム空気電池用燃料体１００の要部概略断面図を示す。図９に示すように、電池本体群２８０を構成する３つの電池本体部２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃの中には、それぞれ実施形態１と同様の正極２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃが収容されている。また、本実施形態に係るマグネシウム空気電池用燃料体１００は、帯状の導電性フィルム１１０上に、マグネシウムフィルム１２０が、巻き取り方向（図９において矢印Ａ方向）において所定の間隔で配置されている。このマグネシウムフィルム１２０同士の間隔は、正極２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃ同士の間隔に対応する。
【００６０】
また、正極２６０ａの導電性部材２６１は、正極２６０ｂの負極となるマグネシウムフィルム１２０と電気的に接続される。また、正極２６０ｂの導電性部材２６１は、正極２６０ｃの負極となるマグネシウムフィルム１２０と電気的に接続される。また、正極２６０ａの負極となるマグネシウムフィルム１２０は、負極端子に、正極２６０ｃの導電性部材２６１は、正極端子に接続される。すなわち、正極２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃと、これらの負極となるマグネシウムフィルム１２０とから構成される複数のマグネシウム空気電池が直列接続となるように、正極２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃと、マグネシウムフィルム１２０とが、互いに電気的に接続されている。
【００６１】
従って、本実施形態に係るマグネシウム空気電池システム２００ａにおいて、所定のタイミングで駆動部２４０を回転駆動させ、図９に示す矢印Ａ方向に、マグネシウムフィルム１２０の３つ分の距離を巻き取ることにより、マグネシウム空気電池３つを直列に接続した場合の電圧出力を得ることができる。
【００６２】
なお、上記の実施形態では、電池本体群２８０は、３つの電池本体部２２０から構成される例について説明したが、電池本体群２８０を構成する電池本体部２２０の数は、これに限られず、任意の数の電池本体部２２０により、電池本体群２８０を構成することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態によって限定されるものではない。
【００６４】
例えば、上記の実施形態において、マグネシウム空気電池用燃料体１００は、マグネシウムフィルム１２０からロール状に形成されている例について説明したが、負極として用いられるマグネシウムの形状はフィルム状でなくてもよく、巻き取り可能な構成であれば、その形状は問わない。例えば、負極として、マグネシウムのワイヤーを用いてもよい。マグネシウムのワイヤーは、マグネシウムフィルムに比べて、製造が容易であり、製造コストを下げることができる。また、マグネシウムのワイヤーは、マグネシウムフィルムに比べて、同じ重量でも表面積が大きいため、酸素との反応速度が速く、より大きな電流出力を得ることができる。また、マグネシウムのワイヤーは、マグネシウムフィルムに比べて、引っ張りに対して切れにくいというメリットがある。
【００６５】
また、マグネシウムフィルム１２０は、図１０（ａ）に示すように、互いに同方向に延びる複数の切込部１２１を有していてもよい。これにより、マグネシウムフィルム１２０の表面積を大きくすることができるため、マグネシウム空気電池の出力可能な電流値を増加させることができる。また、マグネシウムフィルム１２０にランダムな方向に切り込みを形成した場合、マグネシウムフィルムの表面積は増えるが、マグネシウムフィルム１２０のうち、反応する部分と反応しない部分との間で余計な回路が形成されることで電流が無駄に費やされる可能性がある。しかし、図１０（ａ）に示すように、同方向に切込部１２１を形成することにより、電気の流れが、切れ込みの方向に限定され、効率的に電流を取り出すことができる。また、マグネシウムフィルム１２０の切込部１２１が形成されていない部分は、一体となって電気的に接続されているため、容易にマグネシウムフィルム１２０から電流を取り出すことができる。なお、切込部１２１を形成する代わりに、障害物を配置し、その障害物が配置された領域のマグネシウムフィルム１２０がイオン化反応をしないようにしてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、複数の線状のマグネシウム１２２を同方向に配置してもよい。これにより、マグネシウム１２２が配置された領域のマグネシウムフィルム１２０は、イオン化反応せずに残り、マグネシウム１２２と、それが配置された領域のマグネシウムフィルム１２０とが共同して電流が流れる通路を確保する。従って、反応が進むにつれて、マグネシウムフィルム１２０のところどころが分断されるような場合でも、有効に電流を取り出すことができる。
【００６６】
また、上記の実施形態において、正極２６０を構成する導電性部材２６１が、複数の短冊部２６１ｂを有する例について説明したが、導電性部材２６１と混合活性炭２６２との接触面積が大きくなるように形成されていれば、その形状は問わない。例えば、導電性部材２６１は、多孔性材料から構成されていてもよい。
【００６７】
また、上記の実施形態において、複数の短冊部２６１ｂが基部２６１ａにおいて一体となるように構成されている例について説明したが、導線性部材２６１の形状はこれに限られない。例えば、導電性薄板から構成される複数の短冊形状の部材が、導線等により互いに電気的に接続されることにより、導電性部材２６１が形成されていてもよい。この場合、複数の短冊形状の部材が、上記の実施形態における複数の短冊部２６１ｂと同様に機能し、導電性部材２６１と混合活性炭２６２との接触面積を大きくすることができる。
【００６８】
また、上記の実施形態において、正極２６０の製造方法として、導電性薄板を屈曲させて導電性部材２６１を形成した後に、混合活性炭２６２を導電性部材２６１の周面に密着させる例について説明したが、正極２６０の製造方法は、これに限られない。例えば、導電性薄板に混合活性炭２６２を塗布した後に屈曲させることにより、混合活性炭２６２が密着した導電性部材２６１を製造してもよい。
【００６９】
また、上記の実施形態において、炭素フェルト２７０が、図４に示すようにマグネシウム空気電池用燃料体１００と正極２６０との間に介在するように配置される例について説明したが、炭素フェルト２７０の配置態様はこれに限られない。図１１に炭素フェルト２７０の別の配置態様の一例を示す。図１１は、本実施形態の変形例に係る炭素フェルト２７０とマグネシウム空気電池用燃料体１００との配置関係を示す図である。図１１において、短冊形の炭素フェルト２７０が、それぞれ隙間を空けて並べられた状態で、マグネシウム空気電池用燃料体１００と接している。このように隙間を空けて炭素フェルト２７０を配置することで、電池サイズが大きくなっても、副反応生成物である水素や、空気中で反応しなかった窒素が電池内に溜まることを防ぐことができ、電池反応の効率が低下することを抑制できる。また、炭素フェルト２７０と接していない領域、すなわち炭素フェルト２７０間の隙間の領域では、マグネシウムが反応せずに残る。従って、他の領域のマグネシウムが電池反応に使用された後も、電流の通り道が確保されるため、長い時間に渡って電流出力を得ることができる。
【００７０】
図１２（ａ）及び（ｂ）に電池反応の実験において使用したマグネシウムフィルム１２０の写真を示す。図１２（ａ）のマグネシウムフィルム１２０は、隙間が設けられていない炭素フェルト２７０と接触させて実験を行った結果である。図１２（ａ）の実験では、マグネシウムフィルム１２０と炭素フェルト２７０とが接触する領域上で電池反応がランダムに起こるため、途中で急速に電圧が低下し、断線した。一方、図１２（ｂ）のマグネシウムフィルム１２０は、隙間が設けられている炭素フェルト２７０と接触させて実験を行った結果である。図１２（ｂ）の実験では、５Ａの電流が３０分以上継続して流れ、安定した電池として機能した。すなわち、図１１に示すように、炭素フェルト２７０を隙間を設けて配置することにより、その隙間に対応して電池反応を起こさないマグネシウムの領域が形成されるため、電池反応を一様に起こすことができ、安定した電池を得ることができる。
【００７１】
また、上記の実施形態において、負極となるマグネシウム空気電池用燃料体１００は、純粋なマグネシウムから形成されるマグネシウムフィルム１２０から構成されるが、負極を構成するフィルムは、純粋なマグネシウムに限られない。ここで、特許文献２に開示されたマグネシウム空気電池では、マグネシウムからなる負極において生成される酸化マグネシウムをクエン酸塩の水溶液で溶かし、新たに現れたマグネシウムの表面と正極との間で反応が起こる。しかし、クエン酸塩の水溶液により酸化マグネシウムを溶かす反応の速度は、マグネシウムのイオン化速度よりも相当遅いため、マグネシウム電池全体における反応速度も、クエン酸塩の水溶液により酸化マグネシウムを溶かす反応の速度に応じて遅くなる。また、別のマグネシウム空気電池の例として、マグネシウムとカルシウムの合金が負極として用いられるものもあるが、この場合においても、カルシウムと水酸化マグネシウムとの反応速度が律速となる。これらのマグネシウム空気電池に対し、本実施形態に係るマグネシウム空気電池では、純粋なマグネシウムから形成されるマグネシウムフィルム１２０を負極として用いるため、マグネシウムのイオン化速度がマグネシウム空気電池全体における反応速度となり、より大きな電流出力を得ることができる。従って、本発明において、負極は純粋なマグネシウムである方が好ましい。
【００７２】
また、上記実施形態に係るマグネシウム空気電池システム２００において、負極となるマグネシウムフィルム１２０は、マグネシウム空気電池用燃料体１００として、供給部２１０から電池本体部２２０内の正極２６０へ送り出され、反応後、使用済燃料体５００として巻取部２３０に巻き取られる。しかし、マグネシウム空気電池システム２００の構成は、このようにマグネシウムフィルム１２０を適宜正極２６０へ送り出す構成に限られない。以下、マグネシウム空気電池システム２００の別の構成例について説明する。
【００７３】
図１３（ａ）に、本実施形態の変形例に係るマグネシウム空気電池システム２００ｂの概略構成図、（ｂ）に、（ａ）の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおけるマグネシウム空気電池ユニットの概略断面図を示す。図１３（ａ）に示すように、マグネシウム空気電池システム２００ｂは、３つのマグネシウム空気電池ユニット２９０から構成される。なお、マグネシウム空気電池システム２００ｂを構成するマグネシウム空気電池ユニット２９０の数はこれに限られず、任意の数のマグネシウム空気電池ユニット２９０により、マグネシウム空気電池システム２００ｂを構成しうる。また、図１３（ｂ）に示すように、マグネシウム空気電池ユニット２９０は、マグネシウムフィルム１２０と、マグネシウムフィルム１２０を挟みこむ正極２６０と、マグネシウムフィルム１２０及び正極２６０を収容するケース２９１と、から構成される。また、マグネシウムフィルム１２０及び正極２６０は、水平方向において層を形成するように構成される。
【００７４】
以上のように構成されるマグネシウム空気電池システム２００ｂにおいて、マグネシウム空気電池ユニット２９０の内部に、塩水等の電解液２９２を注入すると、電解液２９２はケース２９１の下部に溜まる。そして、図１３（ｂ）に示すように、電解液２９２に浸ったマグネシウムフィルム１２０及び正極２６０の部分（図１３（ｂ）の領域Ｃ）においてのみ、酸化還元反応が進む。従って、電解液２９２を徐々にマグネシウム空気電池ユニット２９０の内に注入することにより、マグネシウムフィルム１２０を適宜正極２６０へ送り出す上記実施形態に係るマグネシウム空気電池システム２００と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
次に、上記実施形態におけるマグネシウム空気電池システム２００と、本変形例に係るマグネシウム空気電池システム２００ｂとにおいて必要な体積を比較する。以下、マグネシウム空気電池システム２００，２００ｂの両方において、正極２６０とマグネシウムフィルム１２０とが接する表面積をＳ、正極２６０の厚さをＤ、マグネシウムフィルムの厚さをｄとする。この場合、Ｎ個のマグネシウム空気電池ユニット２９０から構成されるマグネシウム空気電池システム２００ｂにおいて使用可能なマグネシウムの総体積は、ＳｄＮである。また、マグネシウム空気電池システム２００ｂ全体が占める体積は、ＳＤＮである。従って、マグネシウムがマグネシウム空気電池システム２００ｂ全体に対して占める割合は、ｄ／Ｄである。具体的に、ｄ＝４０μｍ、Ｄ＝１ｃｍとすると、ｄ／Ｄ＝０．００４である。すなわち、マグネシウム空気電池システム２００ｂは、使用可能なマグネシウムの２５０倍の体積となることが想定される。より具体的には、密度が１．７４ｇ／ｃｍ３のマグネシウム３．６ｋｇを、Ｓ＝２０ｃｍ×２０ｃｍ＝４００ｃｍ２、Ｄ＝１ｃｍであるマグネシウム空気電池ユニット２９０で使用するためには、約１３００個のマグネシウム空気電池ユニット２９０が必要となり、これらを図１３（ａ）の紙面奥方向に沿って並べた場合、その長さは１３ｍにも及ぶ。
【００７６】
一方、巻き取り式のマグネシウム空気電池システム２００において、マグネシウム空気電池システム２００ｂと同体積のマグネシウムを使用するために必要な総体積は、酸化還元反応が行われる正極２６０と、ロール状のマグネシウムフィルム１２０との体積である。具体的には、ロール状のマグネシウムフィルム１２０の半径をＲ、幅をＬとすると、その体積はπＲ２Ｌであるから、密度が１．７４ｇ／ｃｍ３のマグネシウム３．６ｋｇをＬ＝５０ｃｍのロール状に形成すると、その半径Ｒは約３．６ｃｍである。このロール状のマグネシウムフィルム１２０の体積と、酸化還元反応が行われる正極２６０とを合わせた体積が、巻き取り式のマグネシウム空気電池システム２００であるから、上述したマグネシウム空気電池システム２００ｂよりも大幅に小型化が可能であることがわかる。従って、本発明においては、巻き取り式のマグネシウム空気電池システム２００の方が好ましい。
【符号の説明】
【００７７】
１００  マグネシウム空気電池用燃料体
１１０  導電性フィルム
１２０  マグネシウムフィルム
１２０ａ  マグネシウムフィルム体
１２１  切込部
１２２  マグネシウム
１３０  透過フィルム
２００，２００ａ，２００ｂ  マグネシウム空気電池システム
２１０  供給部
２２０、２２０ａ〜２２０ｃ  電池本体部
２２１  注入口
２３０  巻取部
２４０  駆動部
２６０，２６０ａ〜２６０ｃ  正極
２６１  導電性部材
２６１ａ  基部
２６１ｂ  短冊部
２６１ｃ  端子部
２６１ｄ，２６１ｅ  導電部
２６１ｆ  接続部
２６２  混合活性炭
２６３  ケース
２７０  炭素フェルト
２８０  電池本体群
２９０  マグネシウム空気電池ユニット
２９１  ケース
２９２  電解液
３００  電気機器
３１０  筐体
３２０  挿入口
３３０  取出口
４１０，４２０  リール
５００  使用済燃料体
【図１】
2014225429.tif 000003
【図２】
2014225429.tif 000004
【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１３】
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【図１２】
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