(57)【要約】  本発明は、電池の性能を維持しつつ、筐体内に水分が混入することを抑制できる空気電池を提供する。空気極と、アルカリ金属を含む負極と、空気極及び負極の間でイオンの伝導を担う電解質層と、を備えた発電部、疎水性及び酸素溶存性を有する酸素溶媒、発電部及び酸素溶媒を収容する筐体、並びに、酸素溶媒に酸素ガスを供給するための酸素供給部、を備えており、酸素供給部と電解質層との間に酸素溶媒が配置されている、空気電池とする。
2010134161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極と、アルカリ金属を含む負極と、前記空気極及び前記負極の間でイオンの伝導を担う電解質層と、を備えた発電部、
疎水性及び酸素溶存性を有する酸素溶媒、
前記発電部及び前記酸素溶媒を収容する筐体、並びに、
前記酸素溶媒に酸素ガスを供給するための酸素供給部、を備えており、
前記酸素供給部と前記電解質層との間に前記酸素溶媒が配置されている、空気電池。
【請求項２】
前記酸素供給部が、前記酸素ガスをバブリングにより供給する酸素供給手段を備えている、請求の範囲第１項に記載の空気電池。
【請求項３】
前記筐体が前記酸素溶媒の流入口及び排出口を有するとともに、前記排出口から前記流入口に前記酸素溶媒を循環させる循環路が前記筐体外部に備えられており、
前記酸素溶媒が前記筐体内及び前記循環路を循環する、請求の範囲第１項または第２項に記載の空気電池。
【請求項４】
前記電解質層が、前記酸素溶媒と相溶せず、かつ前記酸素溶媒より比重が小さく、
前記酸素溶媒の鉛直方向上方において、前記負極が鉛直方向上方に配置されるように前記発電部が備えられている、請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載の空気電池。
【請求項５】
前記電解質と前記酸素溶媒との界面が前記空気極内にある、請求の範囲第４項に記載の空気電池。
【請求項６】
前記酸素供給部が、一端が前記筐体の下部に連結された酸素供給管の他端に備えられており、
前記酸素供給管内に前記酸素溶媒と酸素含有ガスとの界面が形成され、前記酸素供給部が該界面より高い位置に備えられている、請求の範囲第４項または第５項に記載の空気電池。
【請求項７】
前記筐体の上部に排気口が備えられている、請求の範囲第４項から第６項のいずれかに記載の空気電池。
【請求項８】
所定の圧力で開放する調圧弁が前記排気口に備えられている、請求の範囲第７項に記載の空気電池。
【請求項９】
前記筐体内の気体を前記排気口に誘導することができる誘導手段が備えられている、請求の範囲第７項または第８項に記載の空気電池。
【請求項１０】
前記筐体内に複数の前記発電部が収容されている、請求の範囲第１項から第９項のいずれかに記載の空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気電池は、酸素を正極活物質とする電池であり、放電時には空気を外部から取り込んで用いる。そのため、正極及び負極の活物質を電池内に有する他の電池に比べ、電池容器内に占める負極活物質の割合を大きくすることが可能になる。したがって、原理的に放電できる電気容量が大きく、小型化や軽量化が容易という特徴を有している。また、正極活物質として用いる酸素の酸化力は強力であるため、電池起電力が比較的高い。さらに、酸素は資源的な制約がなくクリーンな材料であるという特徴も有するため、空気電池は環境負荷が小さい。このように、空気電池は多くの利点を有しており、携帯機器用電池、電気自動車用電池、ハイブリッド車用電池、燃料電池自動車用電池などへの利用が期待されている。【０００３】
負極に金属を用いる空気電池では、水分が電池内に浸入すると、水分と負極とが反応する虞がある。水分と負極とが反応すると、空気電池が劣化することが予想される。それゆえ、空気電池の劣化を抑制するためには、負極と水分との接触を避けることが重要と考えられる。【０００４】
このような空気電池に関する技術として、例えば特許文献１には、空気電池の非水電解質として室温溶融塩、例えばトリメチルプロピルアンモニウム・ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドを用いて、非水電解質に疎水性を持たせ、負極と水分との接触を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１６３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されている技術のように、非水電解質に疎水性を持たせるとすると、非水電解質には当然にイオン導電性が備えられていなければならないため、非水電解質にイオン導電性及び疎水性を持たせなければならなかった。しかしながら、非水電解質にイオン導電性及び疎水性を両立させることは困難であった。【０００７】
そこで本発明は、電池の性能を維持しつつ、筐体内に水分が混入することを抑制できる空気電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、空気極と、アルカリ金属を含む負極と、空気極及び負極の間でイオンの伝導を担う電解質層と、を備えた発電部、疎水性及び酸素溶存性を有する酸素溶媒、発電部及び酸素溶媒を収容する筐体、並びに、酸素溶媒に酸素ガスを供給するための酸素供給部、を備えており、酸素供給部と電解質層との間に酸素溶媒が配置されている、空気電池とする。【０００９】
本発明において「酸素供給部」とは、筐体に空気などの酸素含有ガスを取り入れられる開口部を意味する。酸素供給部は、電解質層と離間して設けられていれば設置場所や設置数は特に限定されない。酸素供給部と電解質層とが離間しており、酸素供給部と電解質層との間に疎水性を有する酸素溶媒が配置されていることで、酸素供給部から電解質層に水分が入ることを抑止することができる。【００１０】
本発明の空気電池において、酸素供給部が、酸素ガスをバブリングにより供給する酸素供給手段を備えていることが好ましい。かかる形態とすることによって、放電反応に伴い酸素溶媒中の溶存酸素が減少する場合でも、酸素溶媒中に酸素を急速に供給することができる。【００１１】
本発明の空気電池において、筐体が酸素溶媒の流入口及び排出口を有するとともに、排出口から流入口に酸素溶媒を循環させる循環路が筐体外部に備えられており、酸素溶媒が筐体内及び循環路を循環する形態とすることができる。かかる形態とすることによって、酸素溶媒に溶存した酸素を効率よく利用することができる。【００１２】
本発明の空気電池において、電解質層が、酸素溶媒と相溶せず、かつ酸素溶媒より比重が小さく、酸素溶媒の鉛直方向上方において、負極が鉛直方向上方に配置されるように発電部が備えられている形態とすることができる。かかる形態の場合、電解質と酸素溶媒との界面が空気極内にあることが好ましい。また、酸素供給部が、一端が筐体の下部に連結された酸素供給管の他端に備えられており、該酸素供給管内に酸素溶媒と酸素含有ガスとの界面が形成され、酸素供給部が該界面より高い位置に備えられていることが好ましい。かかる形態とすることによって、酸素供給部から酸素溶媒が漏出することが抑制される。また、筐体の上部に排気口が備えられていることが好ましく、所定の圧力で開放する調圧弁が該排気口に備えられていることがより好ましく、筐体内の気体を排気口に誘導することができる誘導手段が備えられていることがさらに好ましい。【００１３】
本発明の空気電池において、筐体内に複数の発電部が収容されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電池の性能を維持しつつ、筐体内に水分が混入することを抑制できる空気電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】空気電池１０の形態例を示す断面図である。
【図２】空気電池２０の形態例を示す断面図である。
【図３】空気電池３０の形態例を示す断面図である。
【図４】空気電池４０の形態例を示す断面図である。
【図５】誘導手段の形態例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１…空気極
２…負極
３…電解質層
４…発電部
５…酸素溶媒
６…筐体
６ａ…流入口
６ｂ…排出口
７…隔壁
８…循環路
９…酸素供給部
１１…酸素供給手段
１０…空気電池
２０…空気電池
３０…空気電池
３１…空気極
３２…負極
３３…電解質層
３４…発電部
３５…酸素溶媒
３６…筐体
３７…酸素供給管
３９…酸素供給部
４０…空気電池
４２…負極（誘導手段）
４３…電解質層
４４…発電部
４６…筐体
【発明を実施するための形態】
【００１７】
空気電池の発電部へ水分が浸入して負極と水分が接すると、空気電池が劣化する。ところが、これまでに提案されている空気電池は、空気電池の性能を維持しつつ負極と水分とが接すること抑制することが困難であった。本発明者らは、鋭意研究の結果、疎水性及び酸素溶存性を有する酸素溶媒を、酸素供給部と電解質層との間に配置することにより、電池の性能を維持しつつ筐体内への水分の混入を抑制できることを知見した。筐体内への水分の混入を抑制することにより、空気電池の劣化を抑制することが可能になると考えられる。
【００１８】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。本発明は、筐体内に水分が混入することを抑制できる空気電池を提供することを、主な要旨とする。
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。
【００２０】
１．第１実施形態
図１は、本発明の空気電池１０の形態例を概略的に示す断面図である。図１に示すように、空気電池１０は、空気極１、負極２、並びに、空気極１及び負極２の間に配設された電解質層３を備える発電部４と、酸素溶媒５と、複数の発電部４、４、…及び酸素溶媒５を収容する筐体６と、を具備している。空気電池１０では、疎水性を有する酸素溶媒５が筐体６内に満たされているため、筐体６内に水分が混入することを抑制できる。また、酸素溶媒５は、酸素供給部９と電解質層３との間に配置されており、酸素溶媒５は疎水性に加えて酸素溶存性を備えているため、酸素溶媒５に溶存した酸素を空気極１に供給することができるとともに、負極２まで水分が浸入することを抑制できる。したがって、空気電池１０によれば、電池の性能を維持しつつ、負極２が水分と反応することによる電池の劣化を抑制することができる。なお、図１では空気極１が酸素溶媒５に接するように配置されている形態を示しているが、本発明の空気電池では、酸素溶媒に溶存する酸素を電解質層に取り込むことができる形態であれば、酸素溶媒は空気極に接していなくてもよい。空気極は電解質層に接しているため、酸素溶媒から電解質層に移動した酸素を利用して正極で電池反応を行うことができるからである。以下、空気電池１０について、構成ごとに説明する。
【００２１】
＜発電部４＞
発電部４は、酸素溶媒５に接する側に配置された空気極１、中央に配置された負極２、及び、空気極１と負極２との間に配置された電解質層３を有し、空気極１及び負極２は電解質層３と接触している。また、図１では発電部４の断面を概略的に示しており、発電部４は、負極２を電解質層３、３で挟持し、さらにそれらを正極層１、１で挟持した積層体の形態でもよく、負極２の周りに電解質層３を捲回し、さらにその外周面側に正極層１を巻回した柱状体の形態であっても良い。かかる形態とすることにより、発電部４の単位体積当たりの出力（出力密度）を向上させることが容易になる。空気電池１０において、空気極１、１、…及び負極２、２、…は、電気的に直列に接続されていてもよく、並列に接続されていても良い。
【００２２】
発電部４は、筐体６内において酸素溶媒５に浸されているため、電解質層３に備えられる電解質の揮発を防ぐことができる。さらに、発電部４は空気極１が酸素溶媒５と接するように筐体６内に収容されており、隔壁７によって負極２及び電解質層３は酸素溶媒５に対して隔離されている。そのため、電解質層３に備えられる電解質が酸素溶媒５中に漏洩することが防止される。隔壁７は、負極２及び電解質層３を酸素溶媒５から隔離できるものであって、電池反応を阻害しないものであれば特に限定されない。隔壁７を構成する材料の具体例としては、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを用いることができる。
【００２３】
（空気極１）
空気極１は、導電性材料、触媒、および、これらを結着させる結着材を含有している。また、空気極１には、空気極１の内部または外面に当接して、空気極１の集電を行う空気極集電体が設けられる。
【００２４】
空気極１に含有される導電性材料は、空気電池１０の使用時における環境に耐えることができ、且つ、導電性を有するものであれば、特に限定されるものではない。空気極１に含有される導電性材料としては、カーボンブラックやメソポーラスカーボン等の炭素材料等を例示することができる。また、反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、空気極１における導電性材料の含有量は、１０質量％以上とすることが好ましい。また、充分な触媒機能を発揮し得る形態にする等の観点から、空気極１における導電性材料の含有量は、９９質量％以下とすることが好ましい。
【００２５】
空気極１に含有される触媒としては、コバルトフタロシアニン及び二酸化マンガン等を例示することができる。充分な触媒機能を発揮し得る形態にする等の観点から、空気極１における触媒の含有量は、１質量％以上とすることが好ましい。また、反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、空気極１における触媒の含有量は、９０質量％以下とすることが好ましい。
【００２６】
空気極１に含有される結着材としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を例示することができる。空気極１における結着材の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば１０質量％以下とすることが好ましく、１質量％以上５質量％以下とすることがより好ましい。
【００２７】
空気極１は、例えば、カーボンブラック、触媒、及び、結着材からなる塗料を、後述する空気極集電体の表面に、ドクターブレード法にて塗布する等の方法により作製することができる。このほか、カーボンブラック及び触媒を含む混合粉末を熱圧着する等の方法により作製することもできる。
【００２８】
空気電池１０において、空気極集電体は空気極１の集電を行う機能を担う。空気電池１０において、空気極集電体の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されるものではない。空気極集電体の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、及び、カーボン等を例示することができる。このような空気極集電体の形状としては、例えばメッシュ（グリッド）状等を例示することができる。
【００２９】
（負極２）
負極２は、負極活物質として機能するアルカリ金属を含有している。また、負極２には、負極２の内部又は外面に当接して、負極２の集電を行う負極集電体（不図示）が設けられる。
【００３０】
負極２に含有され得るアルカリ金属の単体としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等を例示することができる。また、負極２に含有され得るアルカリ金属の化合物としては、Ｌｉ合金等を例示することができる。空気電池１０がリチウム空気二次電池の場合、高容量化を図りやすい空気電池１０を提供する等の観点からは、Ｌｉが含有されることが好ましい。
【００３１】
負極２は少なくとも負極活物質を含有していれば良く、さらに、導電性を向上させる導電性材料やアルカリ金属等を固定化させる結着材を含有していても良い。反応場の減少及び電池容量の低下を抑制する等の観点から、負極２における導電性材料の含有量は１０質量％以下とすることが好ましい。また、負極２における結着材の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば１０質量％以下とすることが好ましく、１質量％以上５質量％以下とすることがより好ましい。負極２に含有され得る導電性材料及び結着材の種類、使用量等は、空気極１の場合と同様にすることができる。
【００３２】
空気電池１０では、負極２の内部又は外面に当接して、負極集電体が設けられる。負極集電体は、負極２の集電を行う機能を担う。空気電池１０において、負極集電体の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されるものではない。負極集電体の材料としては、銅、ステンレス鋼、及び、ニッケル等を例示することができる。また、負極集電体の形状としては、箔状、板状、及び、メッシュ（グリッド）状等を例示することができる。空気電池１０において、負極２は、例えば空気極１と同様の方法により作製することができる。
【００３３】
（電解質層３）
電解質層３には、空気極１及び負極２の間でイオン（アルカリ金属のイオン）の伝導を担う電解質（液体又は固体）が収容される。
【００３４】
電解質層３に液体の電解質（電解液）が用いられる場合、電解液の形態は、金属イオン伝導性を有するものであり、疎水性の酸素溶媒５と相溶しないものであれば特に限定されるものではない。電解質層３に用いることができる電解液としては、例えば、以下の非水電解液を例示することができる。電解質層３に用いられる電解液の種類は、伝導する金属イオンの種類に応じて、適宜選択することが好ましく、例えば、リチウム空気電池の場合、リチウム塩及び有機溶媒を含有する非水電解液を用いることができる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＯＢ及びＬｉＡｓＦ６等の無機リチウム塩のほか、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等の有機リチウム塩等を例示することができる。また、有機溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシメタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン及びこれらの混合物等を例示することができる。また、溶存酸素が効率良く反応に用いられる形態にする等の観点から、有機溶媒は、酸素溶解性が高い溶媒であることが好ましい。非水電解液におけるリチウム塩の濃度は、例えば０．２ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下とする。なお、本発明の空気電池においては、非水電解液として、例えばイオン性液体等の低揮発性液体を用いることができる。
【００３５】
また、電解質層３に電解液が用いられる場合、電解質層３は、セパレータやゲルポリマーに上記電解液が保持される形態とすることが好ましい。セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜のほか、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を例示することができる。また、ゲルポリマーとしては、アクリレート系高分子化合物や、ポリエチレンオキサイド等のエーテル系高分子化合物及びこれらを含む架橋体や、ポリメタクリレート等のメタクリレート高分子化合物や、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体等のフッ素系高分子化合物等を用いることができる。ゲルポリマーの形態は粒子状等、電解液が保持可能な形態であれば特に限定されるものではない。電解質層３の作製については、特に限定されるものではないが、適切に成形されたセパレータや、ゲルポリマー充填層に、上記電解液を含ませ、セパレータやゲルポリマーに電解液を保持させることにより、所定形状の電解質層３が作製される。
【００３６】
＜筐体６＞
筐体６にはすくなくとも発電部４が収容され、酸素溶媒５で満たされている。また、筐体６には酸素溶媒５の流入口６ａ及び排出口６ｂが備えられており、筐体６外において流入口６ａ及び排出口６ｂは循環路８によって結ばれている。筐体６の構成材料は、空気電池の筐体に使用可能な材料を適宜用いることができる。
【００３７】
＜酸素溶媒５＞
酸素溶媒５は、疎水性と酸素溶存性とを有する液体である。また、酸素溶媒５には、電解質層３に備えられる電解液と相溶しないものを用いる。本発明に用いることができる酸素溶媒５の具体例としては、フッ素溶媒が挙げられる。より具体的には、Ｃ６Ｆ１４、Ｃ７Ｆ１６、Ｃ８Ｆ１８、及びＣ９Ｆ２０などの鎖状のフッ素化カーボン、ＨＦＢ（ヘキサフルオロベンゼン）、並びに、Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３（３Ｍ社製、商品名「７１００」）、Ｃ４Ｆ９ＯＣ２Ｈ５（同「７２００」）、Ｃ６Ｆ１３ＯＣＨ３（同「７３００」）、及びＣ３ＨＦ６−ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ−Ｃ３ＨＦ６（同「７６００」）などのＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）を挙げることができる。
【００３８】
空気電池１０において、酸素溶媒５は図１に示した矢印の方向に流通する。すなわち、酸素溶媒５は流入口６ａから筐体６内に流入し、排出口６ｂから排出されて循環路８を流通して、再び流入口６ａから筐体６内に流入する。また、酸素溶媒５には、循環中に酸素供給部９に備えられた酸素供給手段１１から酸素ガスが供給される。このようにして酸素溶媒５に酸素ガスを供給しつつ循環させることによって、酸素溶媒５に溶存する酸素を効率よく利用することができる。
【００３９】
＜酸素供給部９＞
空気電池１０には、酸素溶媒５に酸素ガスを供給する酸素供給部９が備えられている。酸素供給部９は、酸素溶媒に酸素を供給できる形態であれば特に限定されない。図１では、酸素ガスをバブリングにより供給する酸素供給手段１１が酸素供給部９に備えられる形態を示しているが、本発明はかかる形態に限定されず、単に酸素溶媒５を空気（酸素含有ガス）に触れさせるように設けられた開口部を備える形態としてもよい。
【００４０】
（酸素供給手段１１）
酸素供給手段１１には、ポンプと酸素ガスを流通させる流通管が備えられている。また、該流通管の酸素溶媒５に浸漬された側の端部の側面には、複数の孔が設けられている。したがって、上記ポンプを利用して酸素ガスを上記流通管に流通させ、上記孔から酸素溶媒５内に酸素ガスをバブリングさせて、酸素溶媒５に酸素ガスを溶解させることができる。酸素溶媒５に酸素ガスをバブリングさせて溶解させることによって、発電部４での放電反応に伴い酸素溶媒５中の溶存酸素が減少する場合でも、酸素溶媒５中に酸素を急速に供給することができる。
【００４１】
酸素供給手段１１から酸素溶媒５に供給される酸素ガスとしては、圧力が１．０１×１０５Ｐａ、酸素濃度が９９．９９％の酸素ガス等を用いることができる。また、酸素供給手段１１には、フィルタ（不図示）を設けて、これにより水分や不用なガスを酸素溶媒５内に取り込まれないようにすることもできる。酸素供給手段１１の形状は特に限定されるものではない。また、酸素供給手段１１の材質についても、酸素溶媒５に対して安定である等、空気電池に使用可能な材料を適宜用いることができる。
【００４２】
２．第２実施形態
図２は、本発明の空気電池２０の形態例を概略的に示す断面図である。図２において、空気電池１０と同様の構成を採るものには、図１で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４３】
図２に示すように、空気電池２０は、空気極１、負極２、並びに、空気極１及び負極２の間に配設された電解質層３を備える発電部４、４、…と、酸素溶媒５と、複数の発電部４及び酸素溶媒５を収容する筐体２６と、を具備している。空気電池２０では、疎水性を有する酸素溶媒５が筐体２６内に満たされているため、筐体２６内に水分が混入することを抑制できる。また、発電部４は、空気極１が酸素溶媒５に接するように筐体２６内に収容されており、酸素溶媒５は疎水性に加えて酸素溶存性を備えているため、酸素溶媒５に溶存した酸素を空気極１に供給することができるとともに、負極２まで水分が浸入することを防げる。したがって、空気電池２０によれば、電池の性能を維持しつつ、負極２が水分と反応することによる電池の劣化を抑制することができる。以下、空気電池２０について、構成ごとに説明する。
【００４４】
＜筐体２６＞
筐体２６にはすくなくとも発電部４が収容され、酸素溶媒５で満たされている。また、筐体２６には酸素溶媒５の流入口２６ａ及び排出口２６ｂが備えられている。筐体２６の構成材料は、筐体６と同様の材料を用いることができる。
【００４５】
＜酸素溶媒５＞
空気電池２０における酸素溶媒５は、空気電池１０と同様のものを用いることできる。空気電池２０において、酸素溶媒５は図２に示した矢印の方向に流通する。すなわち、酸素溶媒５は流入口２６ａから筐体２６内に流入し、流路２６ｘ、２６ｘ、…を通って、排出口２６ｂから筐体２６外に排出される。かかる形態とすることによって、空気電池１０に比べて酸素溶媒５が一度に多くの空気極１に接触することができるため、酸素溶媒５内の酸素濃度のむらを少なくすることができる。
【００４６】
＜その他の構成＞
図２には示していないが、空気電池１０と同様に、空気電池２０にも酸素供給部、循環路が備えられていることが好ましい。
【００４７】
３．第３実施形態
図３は、本発明の空気電池３０の形態例を概略的に示す断面図である。図３において、空気電池１０と同様の構成を採るものには、図１で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４８】
図３に示すように、空気電池３０は、空気極３１、負極３２、並びに、空気極３１及び負極３２の間に配設された電解質層３３を備える発電部３４と、酸素溶媒５と、発電部３４及び酸素溶媒５を収容する筐体３６と、を具備している。また、電解質層３３に備えられている電解液の比重は酸素溶媒５の比重より小さく、酸素溶媒５の鉛直方向上方において、負極３２が鉛直方向上方に配置されるように発電部３４が備えられている。さらに、空気電池３０には、酸素溶媒５に酸素ガスを供給する酸素供給部３９が備えられている。
【００４９】
空気電池３０では、疎水性を有する酸素溶媒５が筐体３６内に満たされているため、筐体３６内に水分が混入することを抑制できる。また、発電部３４は、空気極３１が酸素溶媒５に接するように筐体３６内に収容されており、酸素溶媒５は疎水性に加えて酸素溶存性を備えているため、酸素溶媒５に溶存した酸素を空気極３１に供給することができるとともに、負極３２まで水分が浸入することを防げる。したがって、空気電池３０によれば、電池の性能を維持しつつ、負極３２が水分と反応することによる電池の劣化を抑制することができる。以下、空気電池３０について、構成ごとに説明する。
【００５０】
＜発電部３４＞
発電部３４は、酸素溶媒５に接する側に配置された空気極３１、空気極３１の上面側に備えられた電解質層３３、及び電解質層３３の上面側に備えられた負極３２を有しており、空気極３１及び負極３２は電解質層３３と接触している。図３では発電部３４の断面を概略的に示しており、発電部３４は、空気極３１と負極３２とで電解質層３３を挟持した積層体である。
【００５１】
正極３１を構成する材料としては正極１と同様のものを挙げることができ、正極３１の機能は正極１と同様である。負極３２を構成する材料としては負極２と同様のものを挙げることができ、負極３２の機能は負極２と同様である。電解質層３３を構成する材料としては電解質層３と同様のものを挙げることができ、電解質層３３の機能は電解質層３と同様である。ただし、上記したように電解質層３３に備えられている電解質の比重は酸素溶媒５の比重より小さく、かつ該電解液と酸素溶媒５とは相溶しない。
【００５２】
発電部３４では、電解質層３３に備えられている電解液の比重が酸素溶媒５の比重より小さく、かつ該電解液と酸素溶媒５とが相溶しないため、電解液の下面は酸素溶媒５によって支えられている。また、電解質層３３の他の面は負極２または筐体３６によって覆われている。そのため、電解質層３３に備えられる電解液の揮発を防ぐことができる。また、電解質層３３に備えられる電解液と酸素溶媒５とは相溶しないため、空気電池３０が揺れるなどして一時的に電解液と酸素溶媒５が混ざったとしても、自然に分離する。なお、電解液と酸素溶媒５と界面は、空気極３１内に位置することが好ましい。電解液と酸素溶媒５と界面の位置は、筐体３６に収容される電解液および酸素溶媒５の量や、後述する界面５ａから酸素溶媒５に加えられる圧力を調整することによって調整することができる。
【００５３】
＜筐体３６＞
筐体３６にはすくなくとも発電部３４および酸素溶媒５が収容されており、筐体３６の下部には酸素供給部３９に連通する連結管３７が連結されている。筐体３６の構成材料は、空気電池の筐体に使用可能な材料を適宜用いることができる。
【００５４】
＜酸素供給部３９＞
空気電池３０には、酸素溶媒５に酸素ガスを供給する酸素供給部３９が備えられている。酸素供給部３９は、一端が筐体３６の下部に連結された酸素供給管３７の他端に形成されている。酸素供給管３７と筐体３６との間では酸素溶媒５の流通が可能であり、酸素供給管３７内には酸素溶媒５と酸素含有ガスとの界面５ａが形成されている。界面５ａから酸素溶媒５を介して筐体３６内に酸素を取り込むことが可能である。界面５ａを酸素溶媒５と酸素含有ガスとの界面にするには、例えば、酸素供給部３９を開放することで大気と酸素溶媒５との界面としてもよく、酸素供給部３９に酸素ボンベなどを連結することで酸素ガスと酸素溶媒５との界面としてもよい。また、酸素供給部３９は界面５ａより高い位置に備えられており、酸素供給部３９から酸素溶媒５が漏洩することを防止できる。なお、界面５ａの位置は、筐体３６内の電解液と酸素溶媒５との界面において酸素溶媒５に加えられる圧力（電解液に働く重力などによる圧力）や酸素供給管３７の内径の大きさなどによって変わる。
【００５５】
４．第４実施形態
図４は、本発明の空気電池４０の形態例を概略的に示す断面図である。図４において、空気電池３０と同様の構成を採るものには、図１および図３で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００５６】
図４に示すように、空気電池４０は、空気極３１、負極４２、並びに、空気極３１及び負極４２の間に配設された電解質層４３を備える発電部４４と、酸素溶媒５と、発電部４４及び酸素溶媒５を収容する筐体４６と、を具備している。また、電解質層４３に備えられている電解液の比重は酸素溶媒５の比重より小さく、酸素溶媒５の鉛直方向上方において、負極４２が鉛直方向上方に配置されるように発電部４４が備えられている。さらに、空気電池４０には、酸素溶媒５に酸素ガスを供給する酸素供給部３９が備えられている。さらに、空気電池４０には、後述するように、所定の圧力で開放する調圧弁６１を備えた排気口６０と、排気口６０に気体を誘導することができる誘導手段が備えられている。
【００５７】
空気電池４０では、疎水性を有する酸素溶媒５が筐体４６内に満たされているため、筐体４６内に水分が混入することを抑制できる。また、発電部４４は、空気極３１が酸素溶媒５に接するように筐体４６内に収容されており、酸素溶媒５は疎水性に加えて酸素溶存性を備えているため、酸素溶媒５に溶存した酸素を空気極３１に供給することができるとともに、負極４２まで水分が進入することを防げる。したがって、空気電池４０によれば、電池の性能を維持しつつ、負極４２が水分と反応することによる電池の劣化を抑制することができる。以下、空気電池４０について、構成ごとに説明する。
【００５８】
＜発電部４４＞
発電部４４は、酸素溶媒５に接する側に配置された空気極３１、空気極３１の上面側に備えられた電解質層４３、及び電解質層４３の上面側に備えられた負極４２を有しており、空気極３１及び負極４２は電解質層４３と接触している。図４では発電部４４の断面を概略的に示しており、発電部４４は、空気極３１と負極４２とで電解質層４３を挟持した積層体である。
【００５９】
負極４２を構成する材料としては負極２と同様のものを挙げることができ、負極４２の機能は負極２と同様である。電解質層４３を構成する材料としては電解質層３と同様のものを挙げることができ、電解質層４３の機能は電解質層３と同様である。ただし、上記したように電解質層４３に備えられている電解液の比重は酸素溶媒５の比重より小さく、かつ該電解液と酸素溶媒５とは相溶しない。
【００６０】
＜筐体４６＞
筐体４６にはすくなくとも発電部４４および酸素溶媒５が収容されている。また、筐体４６には上部に排気口６０が備えられており、排気口６０には所定の圧力で開放する調圧弁６１が備えられている。排気口６０を備えていることによって、充電時に空気極３１から発生した気体を排出することができる。ただし、排気口６０を常に開放しておくと、水分などの不要なものを含んだ外気を筐体４６内に取り込む虞があるため、調圧弁６１が備えられている。筐体４６の内側から調圧弁６１にかかる圧力が所定の圧力に達したときに調圧弁６１が開放される構成とすることによって、充電時に空気極３１から発生した気体を排出することができるとともに、外気を筐体４６に取り込むことを防止できる。なお、筐体４６の構成材料は、空気電池の筐体に使用可能な材料を適宜用いることができる。
【００６１】
＜誘導手段＞
空気電池４０には、排気口６０に気体を誘導することができる誘導手段が備えられている。図４に示した形態では、負極４６が誘導手段を構成している。すなわち、図４に示したように、負極４６を排気口６０に向けて傾斜させることによって、空気極３１から発生した気体が負極４６の下面に沿って、排気口６０に誘導される。このようにして排出する気体を所定の箇所に集めることによって、効率よく排気することができる。
【００６２】
なお、誘導手段は上記形態に限定されず、空気極３１から発生した気体を所定の箇所（排気口付近）に集めることができる手段であれば特に限定されない。誘導手段のその他の例として、図５に示すような形態が考えられる。図５は、誘導手段（負極）の形態例を概略的に示した断面図である。図５（ａ）に示すように、負極６３を、電解質層が備えられる側に底面を有する截頭錐体状に切りかかれた形態とすることによって、排気口６２に気体を誘導することができる。また、図５（ｂ）に示すように負極６５を格子状にすることによっても、排気口６４、６４、…気体を誘導することができる。
【００６３】
以上、現時点において、最も実践的であり、且つ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う空気電池もまた本発明の技術範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の空気電池は、電気自動車や携帯型情報機器等の動力源として利用することができる。
【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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【国際調査報告】
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