(57)【要約】【課題】マグネシウム電池は電解液があると空気中の酸素と反応してしまい、自己放電が大きく、保存性がよくないため、常時は電解液の無い状態で保存し、使用するときだけ電解液を注入する方法がある。しかし、電解液を一旦注入して、放電が始まってしまうと、負荷回路をつながなくとも自己放電で消耗してしまうという問題がある。【解決策】負極となるマグネシウム層、中間のセパレータ層および活性炭素層ならびに正極となる良導体層の4つの層がこの順序で並び、該セパレータ層は電解液で満たされており、該4つの層の内、隣接する任意の２つの層、又は連続して隣接する任意の3つの層で層グループを構成し、残余の層が単独でそれぞれ単独層を構成し、該各層グループ内では、該層グル―プを構成する該各層は相互に常に全体として隙間なく密着し、全ての該層グループ及び該単独層を相対的に移動して、隔離または密着することを繰り返しできる手段を備える。 【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム、セパレータ、活性炭素ならびに良導体からなる各層がこの順序で並んでおり、
任意の隣り合う１つ以上の層をまとめて層グループとして、
層グループ内では、層グループを構成する層同士は常に隙間なく密着しており、
層グループ間では、相対的に移動することが繰り返しできる手段を備えており、
移動前の位置では、全ての層グループは隙間なく正対して、電気的に接触して電池を構成し、
移動後の位置では、層グループ同士は物理的に離隔して、電気的に接触せず、
もって、発電作用を随意に開始または停止に切り替えることが可能であることを特徴とするマグネシウム電池。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム電池であり、
該マグネシウム層を第１の層グループとして負極となし、
該セパレータ、活性炭素、ならびに良導体の各層を第２の層グループとして正極となしたことを特徴とするマグネシウム電池。
【請求項３】
請求項１に記載したマグネシウム電池であって、
１つの層グループは１つの電極基板に積載されており、
複数の電極基板の位置を相対的に移動する手段がリンク機構、もしくは垂直移動機構、もしくは縦扇機構、もしくは転がり機構、もしくは水平移動リンク機構、もしくは扇機構、もしくは該層グループが、向かい合う面に対して略垂直方向または略水平方向に位置を移動することができるその他の機構であることを特徴とするマグネシウム電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム電池および電池システムに関するものである。特に、発電作用の開始および停止が任意に選択できる機構を持ったマグネシウム電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム電池は、エネルギー密度が高く、安全性も高い。材料のマグネシウムは資源的に極めて豊富で安価である。また軽量である。
【０００３】
マグネシウム電池では、発電することで酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムを生成するが、これらは高温とすることで再びマグネシウムに転換することが可能であり、循環型の電池材料として期待されている。
【０００４】
しかし、マグネシウム電池は電解液があると空気中の酸素と反応してしまい、自己放電が大きく、保存性がよくない。
【０００５】
そのため、常時は電解液の無い状態で保存し、使用するときだけ電解液を注入する方法がある。例えば、特開２００６−４８１５に示された注水電池では、正極に塩化銀または塩化鉛、負極にマグネシウムを使用した一次電池であり、電解質溶液を含まない状態で保存され、海水や真水に浸漬することで放電が開始される。
【０００６】
このように、電解液を一旦注入して、放電が始まってしまうと、負荷回路をつながなくとも自己放電で消耗してしまうという問題がある。
【０００７】
また、特表２００５−５２７０６９には、別の例として、保管中に実質的に劣化せず、水を加えるだけで活性化して最小限の遅延で全電力を配給する、開始延期乾電池が開示されている。
【０００８】
この技術は、１つのセルだけではなく複数のセルを活性化することができると述べているが、電解液を一旦注入して、放電が始まってしまうと、上に述べたように負荷回路をつながなくとも自己放電で消耗してしまうという問題は同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許公開公報２００６‐４８１５号
【特許文献２】特許公表公報２００５−５２７０６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、マグネシウム電池において、保有するマグネシウムの全部を一時に使用するのではなく、発電して一部を使用した時、途中の任意の時点で発電作用を停止し、また任意の時点で発電作用を開始することを可能にすることである。
【００１１】
また、第２の課題は、マグネシウム電池を含むパッケージを交換可能として、連続的に発電する事が可能な電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、
マグネシウム、セパレータ、活性炭素ならびに良導体からなる各層がこの順序で並んでおり、
任意の隣り合う１つ以上の層をまとめて層グループとして、
層グループ内では、層グループを構成する層同士は常に隙間なく密着しており、
層グループ間では、相対的に移動することが繰り返しできる手段として、リンク機構、もしくは垂直移動機構、もしくは縦扇機構、もしくは転がり機構、もしくは水平移動リンク機構、もしくは扇機構、もしくは該層グループが、向かい合う面に対して略垂直方向または略水平方向に位置を移動することができるその他の機構を備えており、
移動前の位置では、全ての層グループは隙間なく正対して、電気的に接触して電池を構成し、
移動後の位置では、層グループ同士は物理的に離隔して、電気的に接触せず、
もって、発電作用を随意に開始または停止に切り替えることが可能であることを特徴とするマグネシウム電池。
【００１３】
また特に、該マグネシウム層を第１の層グループとして負極となし、
該セパレータ、活性炭素、ならびに良導体の各層を第２の層グループとして正極となしたことを特徴とするマグネシウム電池である。
【００１４】
また、本発明は、
前記のマグネシウム電池を一定の大きさのパッケージとし、
複数の前記パッケージを設置できるラックと、
複数の前記パッケージを組合せて運転が可能である制御装置を備えており、
前記マグネシウム層の消耗した前記パッケージは、個別に適宜交換することができ、
もって、常に運転を継続することができることを特徴とする電池システムである。
【発明の効果】
【００１５】
保有するマグネシウムの全部を一度に使用するのではなく、発電して一部を使用した時、途中の任意の時点で発電作用を停止し、また任意の時点で発電作用を開始することが可能であるマグネシウム電池を提供することである。
【００１６】
また、前記のマグネシウム電池の機構をパッケージ化して、マグネシウムが消耗したパッケージを適宜交換することができ、もって常に継続して運転が可能な電池システムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施例の電極基板の見取図
【図２】第１の実施例の電極構造を示す部分断面図
【図３】第１の実施例の全体構成の概念図
【図４】第１の実施例の別の全体構成の概念図
【図５】第２の実施例の電極基板の図
【図６】第２の実施例の電極構造を示す部分断面図
【図７】第２の実施例の全体構成の概念図
【図８】第３の実施例の全体構成の概念図
【図９】第４の実施例の負電極基板の図
【図１０】第５の実施例の電極基板の図
【図１１】第５の実施例の全体構成の概念図
【図１２】第６の実施例の電極基板の図
【図１３】第６の実施例の全体構成の概念図
【図１４】第７の実施例の電極基板の図
【図１５】第７の実施例の全体構成の概念図
【図１６】電池システムの外形図
【図１７】電池システムの電気ブロック図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
本発明の第１の実施例を、以下に図をもって説明する。図１は電極基板の見取図である。図２は本実施例によるマグネシウム電池の電極の断面図である。図３はマグネシウム電池の全体構成を示す概念図である。図４はマグネシウム電池の別の機構による全体構成を示す概念図である。
【００１９】
説明の中で、上下左右というのは、図において上下左右を指す。実際の配置は、図と異なる姿勢であっても構わない。実施例２以下でも同じである。
【００２０】
図１は複数のマグネシウム電池のセルが２次元に１２個並んでいる様子を示す見取図である。符号は輻輳を避けるために、１つのセルに対応するものにのみ付けてある。図１（ａ）に示す符号を付けた１つの円錐台状の負電極２１と、負電極２１を凸型として作られる凹部の形状をした、図１（ｂ）に示す、符号をつけた１つの正電極３１の組み合わせによって、１つのセルを形成する。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、絶縁物である負電極基板２２には負電極２１を、２次元に、等間隔に並べてある。この図では、凸部を上にして示してある。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、絶縁物である正電極基板３２の上には、凸部である１つずつの負極２１に対して正対する凹部の構造を加工してある。１つずつの個々の正電極３１が１つずつの負電極２１対向するように、２次元方向に見て同じ配置で、同数の正電極３１が並べてある。
【００２３】
負電極２１および正電極３１の配置は、この図１のように平面状の配置に限らず、１個のセル単独や直線状の配置であってもよい。
【００２４】
図２に、図１において一点鎖線で示した平面Ｐに沿った断面を示す。図２（ａ）においては、図１に対して、上下が反対になって凸部が下向きになっている。図２に示すように、負電極２１の表面は固定されているマグネシウム２１１で覆われて層を形成して負電極２１を成している。正電極３１は、正電極基板３２に近い方（図で下方から）から順に、良導体３１３、活性炭素３１２、ならびにセパレータ３１１の層が積層されて固定され、正電極３１を成している。
【００２５】
図示した例ではマグネシウム２１１の層とセパレータ３１１の層の間が負電極と静電気を離隔する境となっているが、マグネシウム２１１の層とセパレータ３１１の層を１つの層グループとして、セパレータ３１１の層と活性炭素３１２の層の間を離隔する構造としてもよい。
【００２６】
この図では、負電極基板２２は負電極２１である凸部を下に向けており、凹部が上を向いている正電極基板３２と正対した位置にある。図２（ａ）に示すように、負電極基板２２と正電極基板３２が離れていると、両電極は物理的に離隔していて、電気的な導通もない。
【００２７】
図２（ａ）で示すように、平行に置かれて離隔していた負電極基板２２と正電極基板３２が、図２（ｂ）で示すように、基板の面に対して垂直方向に近寄ると、それぞれ決められた位置で、凸部である負電極２１が、凹部である正電極３１の穴に挿入されて、全ての両電極の表面同士が物理的に隙間なく接触する。
【００２８】
正電極３１のセパレータ３１１はスポンジ状またはフエルト様の材料で作られていて、電解液（水）またはゼリー状の電解液で満たされている。
【００２９】
図２（ｂ）で示すように、負電極２１である凸部がひとつと、正電極である凹部がしとつが近寄って一体となると、それぞれがマグネシウム電池の１つのセルを形成する。
【００３０】
それぞれのセルの図示しない端子は、所望の電圧または電流を得るために、図示しない配線により、それぞれのセルが直列または並列になるように配線してある。その結果、図１に示す負電極リード線２３と正電極リード線３３に負荷を接続すると、負荷に電流が流れて発電作用を開始して開始する。
【００３１】
負電極基板２２と正電極基板３２が再び離隔すると、電気的な導通が無くなるので、発電作用が停止する。このようにして、開始と停止は、任意に繰り返すことができる。
【００３２】
正負の電極の幾何学的構造が、円錐台とそれを型として作られた穴であるので、円錐台の側面の傾斜が小さいと、僅かな垂直方向の動きで、離隔と接触を切り替えることができる。
【００３３】
図３は、このような正負の２つの電極基板を機械的に連結して、自由に停止／開始できる装置の全体構成の概念図を示している。図３では、ハウジング１２だけを、図の手前側を切り落とした断面図としてある。この構造をリンク機構と呼ぶことにする。
【００３４】
正負の電極基板の一組のセットと駆動機構４が、ハウジング１２の底板であるベース１１に固定されている。マグネシウムが大気にふれて、自然に酸化が進まないように、ハウジング１２は気密構造となっており、内部に不活性ガスを封入している。以下の実施例も同じである。
【００３５】
図３において、正負の電極基板は２つのリンク４４によって結合されていることが見て取れる。図３は側面図であり、直接見えない向こう側にも同じリンク機構が有る。すなわち、両電極基板は合計４つのリンク４４によって結合されている。
【００３６】
片側の２つのリンク４４と正負の電極基板によって平行四辺形をなしているので、両側をこのようなリンク４４で支えられた両電極基板は、お互いに離隔、あるいは接近しても、常に平行を保つ。リンク４４の寸法を十分に長くとれば、短い離隔距離においては、両電極基板はその面に対して略垂直に移動する。
【００３７】
正負の電極基板は、バネ２２によって、互いに、その面に対して垂直に引っ張られていて、離隔させる力がかかっていないときは、負電極基板２２のマグネシウム２１１と正電極基板３２セパレータ３１１が、適切な力で互いに押圧している。
【００３８】
図３でハウジング１２の右側に、駆動機構４が配置されており、駆動機構４から、前後進するプッシュロッド４１が出ている。プッシュロッド４１が上側にある負電極基板２２から出ている腕を、図で上方向に押すと、リンク機構により、面の方向に対して略垂直方向に負電極基板２２が移動して、お互いに離隔する。
【００３９】
このようにして、プッシュロッド４１が長く出て、両電極基板が離隔しているときは、発電作用が停止し、プッシュロッド４１が引っ込んで、両電極基板が近づいて接触しているときは、発電作用が開始する。
【００４０】
マグネシウム電池１は、この２つの状態に任意に切り替えることができる。発電作用によって、負電極２１の表面のマグネシウム２１１が消耗してしまうまで、切り替えを繰り返すことができる。
【００４１】
駆動機構４は、人がボタンを押す、外部から信号を受信する、タイマーによって開始するなどによって操作ができる。
【００４２】
駆動機構４は、図で水平方向から負電極基板２２を押してもよい。
【００４３】
駆動機構４は、電気モータあるいはゼンマイなど適宜な動力が使用出来る。手動とすることも可能である。
【００４４】
図３示した例では、マグネシウム２１１の層とセパレータ３１１の層の間だけが離隔するようになっているが、セパレータ３１１の層と活性炭素３１２の層を同時に離隔しても良い。その場合は、層グループを３つの電極基板に分けた３段に重ねた構成とし、リンクの両端だけではなく、リンクの中央にも電極基板を係止して、リンクが回動できるように設置すればよい。
【００４５】
図４に示したのは、別の機構を使ったマグネシウム電池の全体構成の概念である。この例は、両電極基板を接触／離隔する手段だけを図３で示したものと違う機構としたものであって、両電極の構造を含めて電池を構成する他の基本的は同じである。以下に説明する機構を垂直移動機構と呼ぶことにする。
【００４６】
図４（ａ）の平面図に示すように、負電極基板２２の四隅に、基板の面に垂直なガイド穴２１７を配置してある。一方、正電極基板３２の四隅には、負電極基板２２の四隅のガイド穴２１７に対応する位置に、基板の面に垂直な４本のロッド３１７を設置してある。
【００４７】
両電極基板を平行にして、ガイド穴２１７にロッド３１７を挿入すると、上側の負電極基板２２は、常に平行を保ったまま、図４（ｂ）で見て上下に動くことができる。このとき、両電極基板に配置された正負電極である凹凸は、１つずつが正対する。
【００４８】
図４（ｂ）の側面図で見て取れるように、両電極基板の中央部には、電極の配置位置を避けて、電極のある面に溝２２３および溝３２３が加工されている。上下の溝によって形成される穴には、断面の形状が楕円形である回転ロッド１５が、図示しない支持台に支えられて、回転可能に挿入されている。また、回転ロッド１５の一端にはつまみ１６が設置されている。
【００４９】
図４（ｂ）に示されるように、回転ロッド１５の断面の楕円形の長径が図で水平であるとき、回転ロッド１５は両電極基板に接しておらず、負電極２１と正電極３１は、両電極基板の周囲に配置された４本のバネ２１３で引っ張られて、接触している。
【００５０】
図４（ｃ）に示されるように、つまみ１６を持って回転ロッド１５を９０度回転すると、楕円形長径が垂直になり、両電極基板の間を押し広げるので、負電極２１と正電極３１は隔離する。図４（ｂ）および図４（ｃ）では輻輳をさけるためつまみは描いていない。
【００５１】
このようにして、両電極基板を接触させたり、離隔したりできる。その状態に応じて、発電作用を開始したり、停止したりすることができる。
【００５２】
つまみ１６の回転は手動で行うように説明したが、適切な回転駆動装置を使い、人が運転ボタンを押す、外部から運転信号を受信する、タイマーによって開始するなどによっても操作ができる。
【００５３】
電池の姿勢は、図３および図４で描いているような、電極基板が水平である必要は無く、任意の姿勢が可能である。
【実施例２】
【００５４】
本発明の第２の実施例を、以下に図をもって説明する。図５は本実施例によるマグネシウム電池の電極基板の見取図で、図５（ａ）は負電極基板２２の平面図、図５（ｂ）は正電極基板３２の平面図であり、図５（ｃ）および図５（ｄ）は両電極基板を、電極のある側を向かい合わせた、側面図である。図６は電極の部分断面図である。図７はマグネシウム電池の全体の構成の概念図である。図７で説明する機構を転がり機構と呼ぶことにする。
【００５５】
図５（a）および図５（ｃ）から見て取れるように、負電極基板２２である絶縁材２１２の複数の部分を、平面視で同じ大きさの長方形であって、厚み方向に一定の深さに掘り込んである。複数の掘り込み部分２１５は、１列に並んでいる。隣り合う掘り込み部分２１５の間の距離は掘り込み部分２１５の幅より若干大きくしてある。掘り込み部分２１５にマグネシウム２１１のブロックが嵌めこまれて、負電極２１をなしている。
【００５６】
図６（ａ）の部分断面図に示すように、掘り込み部分２１５の底にはバネ２１３を置き、その下側に、押出材２１４が配置される。押出材２１４には、バネ２１３によって掘り込み部分２１５から外側（図で下側）に向かって押し出される力が働いている。
【００５７】
押出材２１４の下側に、マグネシウム２１１のブロックを配置してある。マグネシウム２１１のブロックの表面は、押出材２１４に押されて、化学反応によって消耗しても、絶縁材２１２の表面より下に出ることができる。
【００５８】
掘り込み部分２１５の、負極基板３２と垂直な壁面には、平面配線２１６が埋め込まれており、その１つの面は壁面と同一面になっていて、マグネシウム２１１のブロックが、掘り込み部分２１５のどの位置に有っても電気的な接続を保っている。
【００５９】
平面配線２１６は配線１４によって、負電極基板２２において負電極２１のある側と反対側の面にある端子１３と接続されている。
【００６０】
図５（ｂ）に示す正電極基板３２には、負電極基板２２の掘り込み部分２１５と平面視で同じ形状で、同じ配置で、掘り込み部分３１５が配置されている。
【００６１】
図６（ｂ）の部分断面図に示すように、掘り込み部分３１５には、図で下から順に良導体３１３、活性炭素３１２、セパレータ３１１の各層が順に積層されて固定され、正電極３１をなしている。
【００６２】
正電極３１のセパレータ３１１はスポンジ状またはフエルト様の材料で作られていて、電解液（水）またはゼリー状の電解液で満たされている。セパレータ３１１は、正電極基板３２の表面から若干突き出している。
【００６３】
良導体３１３は配線１４によって、正電極基板３２において正電極３１のある側と反対側の面にある端子１３と接続されている。
【００６４】
図５（ｃ）に示したように、正負の２つの電極基板を重ねて、負電極基板２２と正電極基板３２の掘り込み部分に形成されている正電極３１と負電極２１が正対すると、正負の電極が一体となってマグネシウム電池のセルを構成する。図では３つのセルが描かれている。
【００６５】
それぞれの電極は、所望の電圧または電流を得るために、図示しない配線により、セルが直列または並列になるように端子１３を配線してあり、図５（ｃ）に示した２つの電極基板の端に有る負電極リード線２３と正電極リード線３３を負荷に接続すると、電流が流れて、発電作用が開始する状態となる。
【００６６】
図５（ｄ）に示したように、両電極基板を、図で横方向に１つのセルの幅だけずらすと、正負両電極は離隔して、対向しているのは電極と絶縁材となっており、電気的な接触も無い。したがって、発電作用は停止する状態である。
【００６７】
図７は、上記の両電極基板を使ったマグネシウム電池１の全体構成の概念図である。図７（ａ）は側面図であり、図７（ｂ）は正面図である。正負の電極基板の１組のセットを機械的に連結したものと、駆動機構４が、ハウジング１２の内側に収納されており、発電作用の停止／開始を切り替えることができる装置としたものである。
【００６８】
マグネシウムが大気にふれて、自然に酸化が進まないように、ハウジング１２は気密構造となっている。図７では、ハウジング１２だけを、図の手前側を切り落とした断面図としてある。
【００６９】
図５（ａ）に示したように、負電極基板２２は正電極基板３２より幅が広く、その広くなった縁の部分に、コロ４３が転がる溝２２３を加工してある。また、図７（ｂ）から見て取れるように、ハウジング１２の上部である天井板および下部のベース１１にも同様の溝を加工してある。
【００７０】
図７に示すように、負電極基板２２の上下面とハウジング１２の上部である天井板および下部のベース１１との間には、上下に４個ずつ合計８個の円筒形のコロ４３が有って、負電極基板２２はコロ４３に挟まれて、水平方向に自由に移動できる機構となっている。
【００７１】
正電極基板３２はハウジング１２の下部のベース１１に固定されていて、負電極基板２２と正対している。
【００７２】
図で下側のコロ４３の直径は、正電極基板３２の厚みの寸法より僅かに大きく、その結果、両電極基板の間は僅かな隙間が空いており、負電極基板２２は正電極基板３２と摩擦することなく移動が可能である。
【００７３】
図６（ｂ）に示したように、下側にある正電極３１の最上層であるセパレータ３１１は僅かに正電極基板３２の表面から飛び出しているので、両電極基板の間に隙間が有っても上側の負電極２１のマグネシウム２１１と電気的な接触が可能である。
【００７４】
図７（ａ）に示すように、ハウジング１２の、図で右側に駆動機構４が配置されており、ベース１１に固定されている。駆動機構４からプッシュロッド４１が出ていて、両矢印の方向に前後進する。プッシュロッド４１が、図で上側に有る負電極基板２２を水平に押すと、負電極基板２２は水平方向に移動する。
【００７５】
それによって、両電極基板は図５（ｃ）ならびに図５（ｄ）に示したように、お互いの位置を変える。図５（ｄ）に示したように、両電極基板の電極部分が離隔しているときは、発電作用を停止し、図５（ｃ）に示したように、それぞれのセルの両電極が近づいて、電気的に接触しているときは、発電作用を開始する状態となり、開始／停止を自由に切り替えることができる。負極のマグネシウム層が消耗し切るまで繰り返して、切り替えられる。
【００７６】
また、別の方法として、以上に説明した負電極基板２２には、マグネシウム２１１だけを埋め込むのではなく、１つのセルを形成するマグネシウム、セパレータ、活性炭素、良導体をこの順で埋込み、同様に正電極基板３２にセパレータ、活性炭素、良導体だけを埋め込むのではなく、負電極極板２２と同様に、１つのセルを形成するすべての層を埋込んでも良い。
【００７７】
この場合は、２つのセルの間を接触または離間することで、開始／停止を自由に切り替えることができる。
【００７８】
駆動機構は、人がボタンを押す、外部から信号を受信する、タイマーによって開始するなどによって操作ができる。
【００７９】
電池の姿勢は、説明したような水平でなくとも構わない。
【００８０】
駆動機構は、電気モータあるいはゼンマイなど適宜な動力が使用出来る。
【００８１】
この実施例では、マグネシウム２１１のブロックは直線上に並んでいるが、２次元に並べても良い。
【実施例３】
【００８２】
本発明の第３の実施例を、以下に図をもって説明する。図８はマグネシウム電池の全体の構成の概念図である。図８で示す構造を水平移動リンク機構とすることにする。第３の実施例においては、第２の実施例と同様の箇所が多いので、相違箇所だけを説明する。それ以外は、第２の実施例と同じである。
【００８３】
第３の実施例においては、第２の実施例と同様に、図５（ａ）ならびに図５（ｂ）に示した両電極基板と同様のものを使う。ただし、負電極基板２２は縁の部分が無く、正電極基板３２と同じ平面視である。電極の構造は、いずれの電極基板においても同じである。
【００８４】
図８で示すように、２つの電極基板が４個のリンクで接続されている。この点は、第１の実施例に似ているが、本実施例ではリンクの回転量が大きく、図８（ａ）の両電極基板が正対して接触する状態から、図８（ｂ）に矢印で示したように、負電極基板２２が左側にずれて接触する状態まで移動する。
【００８５】
駆動機構４がハウジング１２に固定設置されており、駆動機構４には図で左方向に突き出すプッシュロッド４１を備えている。プッシュロッド４１は、負電極基板２２を、図８(ｂ)に破線で示す位置まで押して、リンク４４を回転することができる。
【００８６】
図８(ａ)には、正負の２つの電極基板を重ねて、負電極基板２２と正電極基板３２の掘り込み部分に負電極２１と正電極３１が、それぞれ形成されていて、ひとつひとつの正電極３１と負電極２１が正対する状態を示している。それぞれの電極が一体となって１つのマグネシウム電池のセルを構成している。図では３つのセルが破線で描かれている。
【００８７】
この状態のとき、それぞれのセルの両電極が正対して、電気的に接触していて、発電作用が開始する。
【００８８】
図８(ｂ)には、リンク４４が回転して、負電極基板２２が、図で左側の位置に移動した状態を示している。両電極基板の電極部分が離隔して、電気的な接触も無いので、発電作用が停止する。
【００８９】
この他の構成、作用ならびに効果は、第２の実施例に同じである。
【実施例４】
【００９０】
第４の実施例を、図をもって説明する。図９は、本実施例による負電極基板２２を示している。図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）ならびに図９（ｃ）は、図９（ａ）にＡ−Ａ′の位置における断面図である。
【００９１】
第２および第３の実施例では、負電極極板２３は図６（ａ）に示したように、マグネシウム２１１を負電極基板２２の掘り込み部分２１５からバネで押し出す方式を使ったが、本実施例の負電極基板は、図９に断面図を示すように、その方式は使わず、マグネシウム２１１は直接に、絶縁物である負電極極板２３に埋め込まれている。
【００９２】
負電極基板２３は、図９（ａ）に示したように、四隅に配置したバネ２２５を間に挟んで、図９（ｂ）に示したように補助基板２２４と接続されて、２枚の基板の組み合わせ構造になっている。図９（ｂ）は、両基板に両側から力がかかって、バネ２２５が圧縮されている状態を示している。図９（ｃ）は、両基板に力がかかっておらず、バネ２２５がフリーな状態を示している。
【００９３】
本実施例は、このような負電極基板２３と補助基板２２４の組み合わせを、第３の実施例の全体構成の中で、負電極基板と置き換えたものである。
【００９４】
この構造によれば、負電極基板２２と正電極基板３２を正対して、互いに押し付けると、多少の平面度のズレが有っても、バネ２２５の伸縮がそれを吸収して、常に全ての電極が安定に接触する。
【００９５】
この他の構成、作用ならびに効果は、第３の実施例に同じである。
【実施例５】
【００９６】
第５の実施例を、図をもって説明する。図１０は、本実施例による電極基板を示している。図１１は、本実施例によるマグネシウム電池の全体の構成の概念図である。図１１で示す機構を、縦扇機構と呼ぶことにする。
【００９７】
図１０（ａ）は負電極基板２２の平面図であり、図１０（ｂ）は正電極基板３２の平面図である。図５に示した第２の実施例との差は、負電極基板２２の縁が無くなり、一方、両電極基板共に、図で左側が伸びて、電極の無い余分の部分が設けられていることである。
【００９８】
図１０（ａ）で示すように、負電極基板２２の図で左側の端に、軸穴２２６が有り、一方、図１０（ｂ）で示すように、正電極基板２２の図で左側の端の両側に軸受３２１が有り、両電極基板を電極が正対するように向かい合わせると、正電極基板２２の２つの軸受３２１の間に負電極基板がはまり込み、軸穴２２６と軸受３２１が連通するので回転軸１７を挿入して、両基板を一体化できる。
【００９９】
図１０（ｃ）は、このときの状況を、側面から見たものである。負電極基板２２は回転軸１７との間を固定されており、一方、正電極基板３２と回転軸１７との間は自由に回転できるので、回転軸１７を回すと、図で矢印で示したように、回転軸１７を中心に回転する。
【０１００】
図１１に、このような正負の２つの電極基板を機械的に連結して、自由に停止／開始できる装置の全体構成の概念図を示している。図１１（ａ）は平面図であり、図１１（ｂ）は側面図である。
【０１０１】
ハウジング１２に、1セットの両電極基板と駆動機構４が収納されており、正電極基板３２と駆動機構４はハウジング１２のベース１１に固定されている。
【０１０２】
図１１（ａ）で見て取れるように、駆動機構４から出ている回転軸１７が負電極基板の軸穴２２６と軸受３２１を貫通することによって両電極基板は連結されており、負電極基板２２は回転軸１７を中心に回転できる。
【０１０３】
回転軸１７が左回りに回転すると、図１１（ｂ）に破線で示すように、負電極基板２２は位置を変えて、正電極基板３２から離隔する。
【０１０４】
両電極基板の電極部分が接触する状態となる位置では発電作用が開始され、離隔している位置では、発電作用が停止する。
【０１０５】
この他の構成、作用ならびに効果は、第２の実施例に同じである。
【実施例６】
【０１０６】
以上の実施例では、主に負電極をマグネシウム層とし、正電極をセパレータ、活性炭素および良導体の各層の積層とするものの説明であったが、別の構造として、セルを形成する層グループを、マグネシウム層、セパレータ層、活性炭素ならびに良導体層の３つとして、それぞれを１つずつの電極基板に配置してもよい。
【０１０７】
図１２は、第６の実施例における３つの電極基板を示している。図１２（ａ）に示しているのは、負電極基板２２であって、マグネシウム２１１を基板の３つの掘り込み部分に挿入したものである。図１２（ｂ）に示しているのは、中間電極基板６０の厚み方向に貫通した３つの開口部にセパレータ３１１を挿入したものである。図１２（ｃ）に示しているのは、正電極基板３２であって、活性炭素ならびに良導体層を積層して正電極基板３２の３つの掘り込み部分に挿入したものである。
【０１０８】
負電極基板２２の幅はＬ１であり、中間電極基板６０の２つの軸受部６１２の内側の幅に等しい。中間電極基板６０の２つの軸受部６１２の外側の幅はＬ２であり、正電極基板３２の２つの軸受部３２４の内側の幅に等しい。
【０１０９】
３つの電極基板の幅の関係は、上記のようであるので、図１２において１点鎖線で連続して示すように、３つの電極基板を重ねれば、お互いに干渉せずに重ねることができる。また、このとき、それぞれの掘り込み部分あるいは厚み方向に貫通した開口部の位置も重なっており、３つの電極基板を重ねることによって、マグネシウム電池のセルを形成する。
【０１１０】
図１２（ｄ）は、当該の３つの電極基板の一端に有る軸穴２２６、軸受６１１，軸受３２１を結合して一体化するための２重回転軸１８の断面図を示すものである。２重回転軸１８は、図で左側が、独立して回転できる内側回転軸１８１ならびに外側回転軸１８２からなり、右側には、外側回転軸１８と同径の先端部１８３をねじ込んで固定することができる。
【０１１１】
２重回転軸１８を、３つの基板の軸穴２２６、軸受６１１、軸受３２１に挿入して、先端部１８３を固定したとき、負電極基板２２の軸穴２２６の直径は外側回転軸１８１の直径よりも小さいので、負電極基板２２は、幅方向の位置で図１２（ｄ）に示す２重回転軸１８の中央部の幅Ｌ１で示す範囲に位置する。
【０１１２】
中間電極基板６０の２つの軸受部６１２は、負電極基板２２の位置によって幅方向の位置を制限され、Ｌ２の範囲からＬ１の範囲を除いた範囲に位置する。同じく、正電極基板３２の２つの軸受部３２４はＬ３の範囲からＬ２の範囲を除いた範囲に位置する。
【０１１３】
２重回転軸１８を、３つの基板の軸穴２２６、軸受６１１，軸受３２１に挿入したとき、負電極基板２２と内側回転軸１８１との間で回転しないように固定し、また、中間電極基板６０と外側回転軸１８２との間で回転しないように固定する。正電極基板３２と外側回転軸１８２の間は固定せず、自由に回転できる。
【０１１４】
これによって、３つの基板は独立に、２重回転軸１８を中心として回転ができる。
【０１１５】
図１３に、このような３つの電極基板を重ねて配置し、機械的に連結して、発電作用を自由に停止／開始できる装置の全体構成の概念図を示している。図１３（ａ）は平面図であり、図１３（ｂ）は側面図である。
【０１１６】
正電極基板３２と駆動機構４はハウジング１２のベース１１に固定されている。駆動機構４は、見やすさのために破線で描いてある。３つの電極基板は、見やすさのため、重なった部分も実線で描いてある。
【０１１７】
図１３（ｂ）に実線で示すように、３つの電極基板が一体となって重なっているとき、全ての層の間は密着してマグネシウム電池を構成するので、発電作用が開始する。一方、破線で示すように、３つの電極基板が位置を変えて扇状に離隔すると、セルを構成する層の２ヶ所で同時に、電気的な接触が切断されるので、発電作用は停止する。
【０１１８】
２重回転軸１８において、内側回転軸１８１と外側回転軸１８２を異なる角度で回転するには、駆動機構４に内蔵した既知の歯車機構を使うことができる。
【０１１９】
このようにして、両電極基板もしくは３つの電極基板同士の位置を変えて、接触または離隔することで、マグネシウム電池のセルは発電作用を運転または停止することができる。
【０１２０】
この他の構成、作用ならびに効果は、第２の実施例に同じである。
【０１２１】
本実施例では、縦扇機構を使って説明したが、他の実施例でも、同じように、３つの電極基板を同時に接触または離隔する構造が可能である。
【０１２２】
また、本実施例では電極基板を３つとする構造を説明したが、マグネシウム、セパレータ、活性炭素、良導体の層を１つずつ、４つの電極基板に配置して、４つの電極基板を同時に接触または離隔する構造としてもよい。
【０１２３】
４つの電極基板を同時に接触または離隔する構造についても、他の実施例にも適用できる。
【実施例７】
【０１２４】
第７の実施例を、図をもって説明する。図１４は、本実施例による電極基板を示している。図１５は、本実施例によるマグネシウム電池の全体の構成の概念図である。図１５に示した構造を扇機構と呼ぶことにする。
【０１２５】
図１４（ａ）は負電極基板２２の平面図であり、図１４（ｂ）は正電極基板３２の平面図である。図１０（ａ）に示した第５の実施例の負電極基板２２との差は、軸穴２２６が電極基板の面に対して水平方向では無く、垂直な方向に空いており、またその隣に、長穴２２７が、同じく基板の面と垂直な方向に空けられていることである。
【０１２６】
また、図１４（ｂ）は正電極基板３２の平面図であり、図１０（ｂ）に示した第５の実施例の正電極基板３２との差は、軸受３２１が無くなり、左側の端で負電極基板２２の軸穴２２６に対応する位置に、回転軸３２２が垂直に設置されていることである。
【０１２７】
図１４（ｃ）に側面図を示すように、負電極基板２２と正電極基板３２は回転軸３２２に軸穴２２６を挿入することにより連結されて、負電極基板２２は図１５（ａ）に実線と破線で示すように回転できる。
【０１２８】
図１５に、このような正負の２つの電極基板を機械的に連結した1セットの両電極基板と駆動機構４がハウジング１２に収納され、発電作用を随意の時に停止または開始できる装置の全体構成の概念図を示している。図１５（ａ）は平面図であり、図１５（ｂ）は側面図である。
【０１２９】
正電極基板３２と駆動機構４はハウジング１２のベース１１に固定されている。
【０１３０】
図１４（ｃ）の側面図に示したように、駆動機構４から出ている横行アーム４５の先端から下側に伸びる駆動ピン４６が負電極基板２２の長穴２２７に挿入されている。駆動ピン４６は正電極基板３２までは届かない。
【０１３１】
横行アーム４５が左右（図１５（ａ）で上下）方向に駆動されると、負電極基板２２は回転して位置を変え、正電極基板３２から離隔する。
【０１３２】
このようにして、両電極基板が接触または離隔することで、負電極２１と正電極３１はセルを形成しまたは形成せず、発電作用を運転または停止する。
【０１３３】
この他の構成、作用ならびに効果は、第２の実施例に同じである。
【０１３４】
以上７つの実施例を説明したが、１つの層間を離隔すること、複数層間を離隔すること、またセル間の離隔することによっても発電作用を運転または停止することが可能であることが判った。
【実施例８】
【０１３５】
図１６に、電池システム５の外形図を示す。上に述べた実施例のいずれかまたは本実施例と異なる任意の、随意に発電作用を運転または停止することが可能なマグネシウム電池１を、ラックの中に収めて一定の大きさの電池パッケージ５１とし、複数の電池パッケージ５１が収納できるラック５２に収納する。
【０１３６】
内部に有るマグネシウムが消耗した電池パッケージ５１は、図１６の一番左側に図示するように、ラック５２から抜き取って交換することができる。
【０１３７】
図１７は、電池システム５の電気ブロック図である。ラック５２の内部には、図示しないコントローラ５３を備えており、各電池パッケージ５１の状態の監視、電圧および電流の制御を行う。コントローラ５３を開始させ、また各電池パッケージ５１を開始させるのに使われる電源５３６は、専用の電池を内蔵している。
【０１３８】
各電池パッケージ５１の出力は接続切替部５３１によって、電気的手段または手動設定により直列または並列接続を切り替えることができて、所望の電池システム５の出力電圧を選択が可能である。
【０１３９】
電圧監視部５３２は各電池パッケージ５１の出力電圧を監視し、その監視結果の信号を制御部５３１に送る。電流監視部５３３は各電池パッケージ５１の出力電流を監視し、その監視結果の信号を制御部５３１に送る。制御部５３１は、それらの信号によって、電池パッケージ５１の状態を監視し、その結果を接続切替部５３４に送って、出力を制御し、またはラック５２に設置された表示部５３５に表示する。
【０１４０】
監視する項目は、例えば、電圧不足、渦電流などである。とくに、両電極の接触または離隔によって、発電作用を開始または停止するときに、電流の突入や遮断により大きな電圧が発生する可能性があるので、限流制御を行う。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
任意の時点で、繰り返して発電したり停止したりすることのできる電池および電池システムとして利用できる。電池の活物質であるマグネシウムは、反応生成物を還元して再使用できる循環型エネルギー資源として利用できる。
【符号の説明】
【０１４２】
１      マグネシウム電池
１１    ベース
１２    ハウジング
１３    端子
１４    配線
１５    回転ロッド
１６    つまみ
１７    回転軸
１８    ２重回転軸
１８１  内側回転軸
１８２  外側回転軸
１８３  先端部
２１    負電極
２１１  マグネシウム
２１２  絶縁材
２１３  バネ
２１４  押出材
２１５  掘り込み部分
２１６  平面配線
２１７  ガイド穴
２２    負電極基板
２２３  溝
２２４  補助基板
２２５  バネ
２２６  軸穴
２２７  長穴
２３    負電極リード線
３１    正電極
３１１  セパレータ
３１２  活性炭素
３１３  良導体
３１４  絶縁材
３１５  掘り込み部分
３１７  ロッド
３２    正電極基板
３２１  軸受
３２２  回転軸
３２３  溝
３２４  軸受部
３３    正電極リード線
４      駆動機構
４１    プッシュロッド
４２    バネ
４３    コロ
４４    リンク
４５    横行アーム
４６    駆動ピン
５    電池システム
５１  電池パッケージ
５２  ラック
５３  コントローラ
５３１  制御部
５３２  電圧監視部
５３３  電流監視部
５３４  接続切替部
５３５  表示部
５３６  電源
６０    中間電極基板
６１１  軸受
６１２  軸受部
【図１】
2014089903.tif 000002
【図２】
2014089903.tif 000003
【図３】
2014089903.tif 000004
【図４】
2014089903.tif 000005
【図５】
2014089903.tif 000006
【図６】
2014089903.tif 000007
【図７】
2014089903.tif 000008
【図８】
2014089903.tif 000009
【図９】
2014089903.tif 000010
【図１０】
2014089903.tif 000011
【図１１】
2014089903.tif 000012
【図１２】
2014089903.tif 000013
【図１３】
2014089903.tif 000014
【図１４】
2014089903.tif 000015
【図１５】
2014089903.tif 000016
【図１６】
2014089903.tif 000017
【図１７】
2014089903.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月4日(2013.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極となるマグネシウム層、中間のセパレータ層および活性炭素層ならびに正極となる良導体層の4つの層がこの順序で並び、
該セパレータ層は電解液で満たされており、
該4つの層の内、隣接する任意の２つの層、又は連続して隣接する任意の3つの層で層グループを構成し、
該層グループに含まれない残余の層が有る場合には、該残余の各該層が単独でそれぞれ単独層を構成し、
該各層グループ内では、該層グループを構成する該各層は相互に常に全体として隙間なく密着し、
全ての該層グループ及び該単独層を相対的に移動して、離隔または密着することが繰り返しできる手段を備え、
移動前の位置では、全ての該層グループ及び該単独層は全体として隙間なく正対する構成をとり、
移動後の位置では、全ての該層グループ及び該単独層は相互に物理的に離隔する構成をとる
ことを特徴とするマグネシウム電池。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム電池であり、
該マグネシウム層を単独層とし、
該セパレータ層、該活性炭素層、および該良導体層をまとめて層グループとする
ことを特徴とするマグネシウム電池。
【請求項３】
請求項１に記載したマグネシウム電池であって、
該各層グループ及び該各単独層はそれぞれ１つの電極基板に積載されており、
複数の電極基板の位置を相対的に移動する手段は、向かい合う面に対して垂直方向または水平方向または同時に水平方向かつ垂直方向に位置を移動できる機構であること
を特徴とするマグネシウム電池。
【請求項４】
請求項３に記載したマグネシウム電池であって、
該移動のための機構が、リンク機構、垂直移動機構、縦扇機構、転がり機構、水平移動リンク機構、もしくは扇機構である
ことを特徴とするマグネシウム電池。

【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、
負極となるマグネシウム層、中間のセパレータ層および活性炭素層ならびに正極となる良導体層がこの順序で並び、
該セパレータ層は電解液で満たされており、
該各層の任意の隣り合う２つ以上の該各層の１又は複数の組み合わせが１又は複数の層グループ構成し、
該層グループに含まれない残余の層が有る場合には、該残余の層が単独でそれぞれ単独層を構成し、
該各層グループ内では、該層グループを構成する該各層は相互に常に全体として隙間なく密着し、
全ての該層グループ及び該単独層を相対的に移動して、隔離または密着することを繰り返しできる手段を備え、
移動前の位置では、全ての該層グループ及び該単独層は全体として隙間なく正対する構成をとり、
移動後の位置では、全ての該単独層及び該層グループは相互に物理的に離隔する構成をとる
ことを特徴とするマグネシウム電池。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また特に、該マグネシウム層を単独層とし、該セパレータ層、該活性炭素層、および該良導体層を層グループとすることを特徴とするマグネシウム電池である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図示した例ではマグネシウム２１１の層とセパレータ３１１の層の間が負電極と正電極を離隔する境となっているが、マグネシウム２１１の層とセパレータ３１１の層を１つの層グループとして、セパレータ３１１の層と活性炭素３１２の層の間を離隔する構造としてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
図２に示した例では、マグネシウム２１１の層とセパレータ３１１の層の間だけが離隔するようになっているが、セパレータ３１１の層と活性炭素３１２の層を同時に離隔しても良い。この場合、該マグネシウム層と該セパレータ層は単独層を構成し、該活性炭素層は該良導体３１３の層とで層グループを構成する。したがって、上記２つの単独層と１つの層グループを３つの電極基板に分けて３段に重ねた構成とし、リンクの両端だけではなく、リンクの中央にも電極基板を係止して、リンクが回動できるように設置すればよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
以上の実施例では、主に負電極をマグネシウム層とし、正電極をセパレータ、活性炭素および良導体の各層の積層とするものの説明であったが、別の構造として、セルを形成する各層を、マグネシウム層及びセパレータ層を単独層とし、活性炭素ならびに良導体層を層グループとして、それぞれを１つずつの電極基板に配置してもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
また、本実施例では電極基板を３つとする構造を説明したが、マグネシウム、セパレータ、活性炭素、良導体の層を１つづつ、４つの電極基板に配置して、４つの電極基板を同時に接触または離隔する構造としてもよい。
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月12日(2013.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極となるマグネシウム層、中間のセパレータ層および活性炭素層ならびに正極となる良導体層の4つの層がこの順序で並び、
該セパレータ層は電解液で満たされており、
該4つの層の内、隣接する任意の２つの層、又は連続して隣接する任意の3つの層で層グループを構成し、
該層グループに含まれない残余の層が有る場合には、該残余の各該層が単独でそれぞれ単独層を構成し、
該各層グループ内では、該層グループを構成する該各層は相互に常に全体として隙間なく密着し、
全ての該層グループ及び該単独層を相対的に移動して、離隔または密着することが繰り返しできる手段を備え、
移動前の位置では、全ての該層グループ及び該単独層は全体として隙間なく正対する構成をとり、
移動後の位置では、全ての該層グループ及び該単独層は相互に物理的に離隔する構成をとる
ことを特徴とするマグネシウム電池。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム電池であり、
該マグネシウム層を単独層とし、
該セパレータ層、該活性炭素層、および該良導体層をまとめて層グループとする
ことを特徴とするマグネシウム電池。
【請求項３】
請求項１に記載したマグネシウム電池であって、
該各層グループ及び該各単独層はそれぞれ１つの電極基板に積載されており、
複数の電極基板の位置を相対的に移動する手段は、向かい合う面に対して垂直方向または水平方向に位置を移動できる機構であること
を特徴とするマグネシウム電池。
【請求項４】
請求項３に記載したマグネシウム電池であって、
該移動のための機構が、リンク機構、垂直移動機構、縦扇機構、転がり機構、水平移動リンク機構、もしくは扇機構である
ことを特徴とするマグネシウム電池。