(57)【要約】  水の浸入を早期に検知することが可能な空気電池を提供する。アルカリ金属を含む負極と、空気極と、空気極及び負極の間でイオンの伝導を担う電解質を有する電解質層と、を備えた発電部、並びに、該発電部を収容する筐体を具備し、該筐体内に、ｐＨ検出手段が備えられている空気電池とする。
2010095229.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を有する電解質層と、を備えた発電部、並びに、前記発電部を収容する筐体、を具備し、
前記筐体内に、ｐＨ検出手段が備えられていることを特徴とする、空気電池。
【請求項２】
前記ｐＨ検出手段にｐＨ指示薬が含まれ、
前記筐体の外側から前記ｐＨ指示薬を目視可能な窓が、前記筐体に備えられることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の空気電池。
【請求項３】
前記ｐＨ指示薬が前記電解質層に混入されていることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の空気電池。
【請求項４】
さらに、前記ｐＨ検出手段によって検出されたｐＨ値が閾値を超えた場合に電子信号を出力する出力手段が備えられることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第３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、ハイブリッド車用電池や携帯機器用電池等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へ、緊急時又は非常時等に水が浸入すると、水と金属とが反応する虞がある。このようにして水と金属とが反応すると、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、空気電池への水の浸入を早期に検知す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、検知した電圧が閾値以下となった場合に低電圧警報を発する空気電池が開示されている。【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０９７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている技術によれば、検知した電圧が閾値以下になると低電圧警報が発せられるため、空気電池の電圧が閾値以下であるか否かを容易に認識することが可能になる。しかしながら、空気電池内に水が浸入しても、空気電池の作動電圧は変動しない。そのため、特許文献１に開示されている技術では、水の浸入を早期に検知することが困難であるという問題があった。【０００７】
そこで本発明は、水の浸入を早期に検知することが可能な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を有する電解質層と、を備えた発電部、並びに、該発電部を収容する筐体を具備し、該筐体内に、ｐＨ検出手段が備えられていることを特徴とする、空気電池である。【０００９】
ここに、本発明において、「ｐＨ検出手段」は、アルカリ金属と筐体内へと浸入した水とが反応してアルカリ性の物質が生成されることに起因するｐＨの変動を検出し得るものであれば、その形態は特に限定されるものではない。本発明におけるｐＨ検出手段の具体例としては、ｐＨメーターやｐＨ指示薬等を挙げることができる。【００１０】
また、上記本発明において、ｐＨ検出手段にｐＨ指示薬が含まれ、筐体の外側からｐＨ指示薬を目視可能な窓が、筐体に備えられることが好ましい。【００１１】
また、ｐＨ検出手段にｐＨ指示薬が含まれ、筐体の外側からｐＨ指示薬を目視可能な窓が筐体に備えられている上記本発明において、ｐＨ指示薬が電解質層に混入されていることが好ましい。【００１２】
また、上記本発明において、さらに、ｐＨ検出手段によって検出されたｐＨ値が閾値を超えた場合に電子信号を出力する出力手段が備えられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の空気電池には、ｐＨ検出手段が備えられている。そのため、アルカリ金属と電池内へと浸入した水とが反応してアルカリ性の物質が生成されることに起因するｐＨの変動を、ｐＨ検出手段によって検出することができる。ｐＨを検出することにより、電池内への水の浸入を早期に検知することができるので、本発明によれば、水の浸入を早期に検知することが可能な空気電池を提供することができる。【００１４】
また、本発明において、ｐＨ検出手段にｐＨ指示薬が含まれ、筐体の外側からｐＨ指示薬を目視可能な窓が筐体に備えられることにより、水の浸入を検知することが容易になる。【００１５】
また、本発明において、負極と接触する電解質層にｐＨ指示薬が混入されていることにより、水の浸入を早期に検知することが容易になる。【００１６】
また、本発明において、ｐＨ値が閾値を超えた場合に電子信号を出力する出力手段が備えられることにより、水の浸入を検知することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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。
【符号の説明】
【００１８】
１…空気極
２…負極
２ａ…負極
２ｂ…負極
３…電解質層
４…発電部
５…酸素層
６…筐体
７…窓
８…空間
１０…空気電池
２０…空気電池
２１…筐体
２２…電解液（電解質層）
２３…構造体
２４…窓
２５…酸素層
２６…酸素通路
２７…空間
３０…空気電池
３１…流路
３２…構造体
３３…筐体
３４…容器
３５…ｐＨメーター（ｐＨ検出手段）
３６…出力手段
３７…空気極
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
緊急時又は非常時等に空気電池の発電部へ水が浸入すると、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、水の浸入を早期に検知することが困難であった。本発明者らは、鋭意研究の結果、ｐＨ検知手段が備えられる形態とすることにより、発電部のアルカリ金属と浸入した水とが反応して生成された物質に起因するｐＨの変動を検知することが可能になり、その結果、水の浸入を早期に検知することが可能になることを知見した。水の浸入を早期に検知することにより、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。【００２０】
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、水の浸入を早期に検知することが可能な空気電池を提供することを、主な要旨とする。【００２１】
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。【００２２】
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では、空気電池１０の一部のみを抽出し、拡大して示している。【００２３】
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、空気極１側に配設された酸素層５と、発電部４及び酸素層５を収容する筐体６と、を具備している。空気電池１０において、負極２には、アルカリ金属のイオンを放出、又は、吸蔵・放出可能な物質（アルカリ金属の単体又は化合物。以下において「アルカリ金属」という。）が含有されており、電解質層３にはｐＨ指示薬が混入されている。また、筐体６には、筐体６の外側から電解質層３を目視可能なように窓７が備えられている。窓７には、発電部４の構成材料とは反応しない透明な部材が配置され、筐体６及び窓７によって、発電部４と空気電池１０の外側の空間とが隔てられている。さらに、筐体６の上面と酸素層５との空間８には、酸素含有ガスが充満している。【００２４】
緊急時や非常時等に筐体６の内側へ浸入した水と、負極２に含有されるアルカリ金属とが反応すると、アルカリ性の物質が生成される。例えば、負極２にＬｉが含有される場合、当該Ｌｉと水とが反応することによりＬｉＯＨが生成され、このＬｉＯＨの水溶液はアルカリ性を示す。図１に示すように、負極２と電解質層３とは接触しているため、負極２と水とが反応してアルカリ性の物質が生成されると、電解質層３もアルカリ性になる。上述のように、電解質層３にはｐＨ指示薬が混入されているため、電解質層３がアルカリ性になると、電解質層３に混入されているｐＨ指示薬が変色する。このようにして電解質層３に混入されているｐＨ指示薬が変色すると、その様子は、筐体６に備えられている窓７を通して確認することができる。したがって、空気電池１０によれば、筐体６への水の浸入を、早期に検知することができる。そのため、空気電池１０によれば、電池の劣化・異常・暴走を抑制することができる。以下、空気電池１０について、構成ごとに説明する。【００２５】
＜空気極１＞
空気極１は、導電性材料、触媒、及び、これらを結着させる結着材を含有している。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
＜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）が当接して設けられる。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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、空気極１と同様の方法により作製することができる。【００３４】
＜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。さらに、空気電池１０では、電解質層３に、ｐＨ指示薬が混入されている。電解質層３に混入されるｐＨ指示薬は、アルカリ性になると変色するｐＨ指示薬であれば特に限定されるものではなく、公知のｐＨ指示薬を用いることができる。電解質層３に含有され得るｐＨ指示薬の具体例としては、ＢＴＢ溶液、フェノールフタレイン溶液、チモールブルー、１，３，５−トリニトロベンゼン、リトマス試験紙等を挙げることができる。【００３５】
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れば特に限定されるものではなく、例えば、非水電解液を挙げることができる。電解質層３に用いられる非水電解液の種類は、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い。例えば、リチウム空気電池の非水電解液は、通常、リチウム塩及び有機溶媒を含有する。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４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、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。【００３６】
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、セパレーターに電解液が保持される形態とすることが好ましい。このようなセパレーターとしては、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。【００３７】
＜酸素層５＞
酸素層５は、筐体６内に存在する酸素ガスを、空気極１へと導く機能を担う。酸素層５は、空気極１へと導かれる空気の通り道であり、例えば、空気極１の内部又は外面に当接して、空気極１の集電を行う空気極集電体に備えられる孔が、酸素層５として機能する。すなわち、酸素層５は、空気極集電体５と表現することもできる。【００３８】
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。【００３９】
＜筐体６＞
筐体６には、発電部４及び酸素層５並びに酸素含有ガスが少なくとも収容される。空気電池１０において、筐体６は、電解質層３の状態を筐体６の外側から目視可能な窓７が設けられていれば、その形状は特に限定されるものではない。筐体６の構成材料は、金属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。また、筐体６に収容される（空間８に存在させる）酸素含有ガスは、例えば、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。【００４０】
＜窓７＞
窓７は、発電部４の構成材料と反応せず、且つ、筐体６の外側から電解質層３の状態を目視できる透明な材料によって構成されている。窓７の構成材料例としては、パイレックスガラス（「パイレックス」はコ−ニング社の登録商標。）や石英ガラス等を挙げることができる。【００４１】
空気電池１０に関する上記説明では、発電部４と大気とが筐体６の上面によって隔てられ、発電部４が大気に開放されていない形態を例示したが、本発明の空気電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の空気電池の筐体は、上蓋が備えられない形態とすることも可能である。ただし、例えば、電解質層３に電解液が用いられる場合には、電解液の枯渇を抑制可能な構成とする等の観点から、発電部４が大気に開放されていない形態とすることが好ましい。【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では、空気電池２０の一部のみを抽出し、拡大して示している。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、その説明を省略する。【００４３】
図２に示すように、空気電池２０は、筐体２１と、ｐＨ指示薬が混入された電解液２２と、電解液２２の中に配置された構造体２３、２３と、を有し、筐体２１には、窓２４が備えられている。窓２４は、筐体２１の外側から電解液２２の様子を目視可能な位置に配置されている。筐体２１の内側は密閉空間とされており、筐体２１の上面と電解液２２との間には、酸素含有ガスが充満している。空気電池２０の構造体２３は、酸素層２５を境に発電部４、４が左右対称に配置された構造を有している。電解液２２の上方の空間２７に充満している酸素含有ガスは、酸素層２５、２５と空間２７とを繋ぐ酸素流路２６、２６を通って、酸素層２５、２５へと拡散する。【００４４】
緊急時や非常時等に筐体２１の内側へ浸入した水と、電解液２２の中に配置された負極２、２、…に含有されるアルカリ金属とが反応すると、アルカリ性の物質が生成される。図２に示すように、負極２、２、…と電解液２２とは接触しているため、１つの負極２、又は、複数の負極２、２、…と水とが反応してアルカリ性の物質が生成されると、電解液２２もアルカリ性になる。上述のように、電解液２２にはｐＨ指示薬が混入されているため、電解液２２がアルカリ性になると、電解液２２に混入されているｐＨ指示薬が変色する。このようにして電解液２２に混入されているｐＨ指示薬が変色すると、その様子は、筐体２１に備えられている窓２４を通して確認することができる。したがって、空気電池２０によれば、筐体２１への水の浸入を、早期に検知することができる。そのため、空気電池２０によれば、電池の劣化・異常・暴走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。【００４５】
＜筐体２１＞
筐体２１には、少なくとも、電解液２２、構造体２３、２３、…、及び、酸素含有ガスが収容される。空気電池２０において、筐体２１は、電解液２２の枯渇を抑制するために筐体２１の内側を密閉可能な構造を有し、かつ、電解液２２の状態を筐体２１の外側から目視可能な窓２４が設けられていれば、その形状は特に限定されるものではない。筐体２１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。また、筐体２１に収容される（空間２７に存在させる）酸素含有ガスは、例えば、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。【００４６】
＜電解液２２＞
電解液２２には、ｐＨ指示薬が混入されている。電解液２２に混入可能なｐＨ指示薬としては、電解質層３に含有され得るｐＨ指示薬と同様のものを例示することができる。また、電解液２２の具体例としては、電解質層３に用いることが可能な電解液と同様のものを挙げることができる。【００４７】
＜構造体２３＞
構造体２３は、空気層２５を境に一対の発電部４、４が左右対称に配置されている。かかる形態とすることにより、構造体２３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２０において、電解液２２の中に配置された発電部４、４、…を構成する空気極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。何れの接続形態であっても、負極２、２、…と接触する電解液２２にｐＨ指示薬が混入されているので、１つの負極２、又は、複数の負極２、２、…と水とが反応してアルカリ性の物質が生成されれば、電解液２２に混入させたｐＨ指示薬を変色させることができ、窓２４を通してその様子を確認することができる。【００４８】
＜窓２４＞
窓２４は、筐体２１に収容される電池構成材料と反応せず、且つ、筐体２１の外側から電解液２２の状態を目視できる透明な材料によって構成されている。窓２４は、窓７と同様の材料によって作製することができる。【００４９】
＜酸素層２５＞
酸素層２５は、後述する酸素通路２６を介して供給された酸素含有ガスを、空気極１、１へと導く機能を担う。酸素層２５は、空気極１、１へと導かれる空気の通り道であり、例えば、空気極１、１の外面に当接して、空気極１、１の集電を行う空気極集電体に備えられる孔が、酸素層２５として機能する。すなわち、酸素層２５は、空気極集電体２５と表現することもできる。【００５０】
＜酸素通路２６＞
酸素通路２６は、空間２７に存在している酸素含有ガスを、酸素層２５へと導く酸素の通り道である。このような機能を発揮可能であれば、酸素通路２６の形態は特に限定されるものではない。酸素通路２６は、例えば、筐体２１と同様の材料によって作製された筒状部材によって構成することができる。【００５１】
空気電池２０に関する上記説明では、構造体２３、２３が間隔を開けて配置されている形態を例示したが、本発明の空気電池は当該形態に限定されるものではなく、図２の負極２ａと負極２ｂとが接触している形態や、負極２ａと負極２ｂとが１つの部材によって構成される（構造体２３、２３が一体に構成される）形態とすることも可能である。【００５２】
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では、空気電池３０の一部のみを抽出し、拡大して示している。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、その説明を省略する。また、図３では、一部符号の記載を省略する。なお、図３では、便宜上、流路３１や容器３４、３４等をｐＨメーター３５、３５、…が貫通するように示したが、実際のｐＨメーター３５、３５、…は、例えば、図３の紙面手前側から、電解質層３、３、…へと挿入されるものとする。【００５３】
図３に示すように、空気電池３０は、酸素含有ガスが流通する流路３１、及び、構造体３２、３２、…を収容する筐体３３と、電解液を蓄えた容器３４、３４と、を有している。各構造体３２、３２、…に備えられる電解質層３、３、…には、ｐＨメーター３５、３５、…がそれぞれ挿入され、各ｐＨメーター３５、３５、…は、ｐＨが閾値を超えた場合に電子信号を出力する出力手段３６に接続されている。構造体３２は、左右端に配置された空気極３７、３７、中央に配置された負極２、及び、空気極３７、３７と負極２との間にそれぞれ配置された電解質層３、３を有し、空気極３７、３７及び負極２は電解質層３、３と接触している。容器３４は、２つの構造体３２、３２に備えられる４つの電解質層３、３、…と接続されており、容器３４から電解質層３、３、…へと電解液が供給される。また、空気電池３０において、流路３１を流通する酸素含有ガスは、各構造体３２、３２、…の空気極３７、３７、…へと供給される。【００５４】
緊急時や非常時等に筐体３３の内側へ浸入した水と、負極２、２、…に含有されるアルカリ金属の単体又は化合物とが反応すると、アルカリ性の物質が生成される。上述のように、空気電池３０では、各電解質層３、３、…にｐＨメーター３５、３５、…が挿入されている。そのため、例えば、１つの負極２と水とが反応してアルカリ性の物質が生成されると、当該負極２と接触している電解質層３のｐＨが変動するので、このｐＨの変動をｐＨメーター３５によって検知することができる。空気電池３０では、ｐＨの変動結果が出力手段３６へ向けて出力される。上述のように、出力手段３６は、ｐＨが閾値を超えた場合に電子信号を出力するため、空気電池３０によれば、出力手段３６によって出力された電子信号を通じて、筐体３３への水の浸入を早期に検知することができる。したがって、空気電池３０によれば、電池の劣化・異常・暴走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。【００５５】
＜流路３１＞
流路３１は、空気極３７、３７、…へと導かれる酸素含有ガスの通路である。流路３１は、電解質層３、３、…に備えられる電解液と反応しない多孔質材料や、メッシュ状の筒状部材等によって構成することができる。流路３１を流通させる酸素含有ガスは、例えば、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。【００５６】
＜構造体３２＞
構造体３２は、左右端に配置された空気極３７、３７、中央に配置された負極２、及び、空気極３７、３７と負極２との間にそれぞれ配置された電解質層３、３を有し、空気極３７、３７及び負極２は電解質層３、３と接触している。かかる形態とすることにより、構造体３２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３０において、空気極３７、３７、…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。何れの接続形態であっても、電解質層３、３、…に挿入されたｐＨメーター３５、３５、…及び出力手段３６を通じて、筐体３３の内側への水の浸入を早期に検知することができる。【００５７】
＜筐体３３＞
筐体３３には、少なくとも、流路３１、及び、構造体３２、３２、…が収容される。筐体３３の側面（図３の紙面上側及び下側の側面）には、容器３４、３４の接続部が設けられ、容器３４、３４を取り付けると、筐体３３の内側に収容されている電解質層３、３、…へ向けて、容器３４、３４から電解液が供給可能な状態になる。筐体３３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。【００５８】
＜容器３４＞
容器３４は、電解質層３、３、…へと供給される電解液を蓄えている。容器３４には、筐体３３の側面へと取り付ける際に用いられる接続口が備えられ、筐体３３に容器３４が取り付けられると、当該接続口を介して、電解質層３、３へ向けて電解液が供給される。容器３４は、電解液と反応しない公知の材料によって構成することができる。【００５９】
＜ｐＨメーター３５＞
ｐＨメーター３５は、空気電池３０におけるｐＨ検出手段として機能する。空気電池３０では、ｐＨメーター３５を用いて電解質層３、３、…のｐＨの変動が検知され、検知結果が出力手段３６へと出力される。空気電池３０において、ｐＨメーター３５は、公知のｐＨメーターを適宜用いることができる。【００６０】
＜出力手段３６＞
出力手段３６は、ｐＨメーター３５、３５、…と無線又は有線で接続され、ｐＨメーター３５、３５、…によって検知されたｐＨが閾値を超えている場合に、電子信号を出力する。空気電池３０では、出力手段３６によって出力された電子信号を通じて、筐体３３への水の浸入を早期に認識することができる。【００６１】
＜空気極３７＞
空気極３７は、導電性材料、触媒、及び、これらを結着させる結着材を含有し、空気極３７の内部又は外面に当接して、空気極３７の集電を行う空気極集電体（不図示）が設けられる。空気極３７に含有され得る導電性材料、触媒、及び、結着材の種類や含有量は、空気極１と同様にすることができる。【００６２】
空気電池３０に関する上記説明では、電解質層３、３、…に電解液が備えられる形態を例示したが、本発明の空気電池は当該形態に限定されるものではなく、電解質層３、３、…及び容器３４、３４に固体の電解質が備えられる形態とすることも可能である。【００６３】
また、空気電池３０に関する上記説明では、ｐＨメーター３５、３５、…とともに出力手段３６が備えられる形態を例示したが、本発明の空気電池は当該形態に限定されるものではなく、出力手段３６が備えられない形態とすることも可能である。ただし、筐体３３への水の浸入を容易に認識可能な形態とする等の観点からは、ｐＨメーター３５、３５、…とともに出力手段３６が備えられる形態とすることが好ましい。【００６４】
また、本発明の空気電池に関する上記説明では、ｐＨ検出手段としてｐＨ指示薬が用いられる空気電池１０、２０、及び、ｐＨメーター３５、３５、…が用いられる空気電池３０を例示したが、本発明の空気電池はこれらの形態に限定されるものではない。負極のアルカリ金属と水とが反応して生成されたアルカリ性の物質に起因するｐＨの変動を検知可能なものであれば、その他のｐＨ検出手段を用いることも可能である。また、本発明の空気電池は、複数種類のｐＨ検出手段（例えば、ｐＨ指示薬及びｐＨメーター）を併用した形態とすることも可能である。【００６５】
以上説明した空気電池１０、２０、３０の種類としては、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カリウム空気電池等を例示することができ、高容量化を図りやすい空気電池を提供する等の観点からは、リチウム空気電池が好ましい。また、空気電池１０、２０、３０の用途としては、車両搭載用途、定置型電源用途、家庭用電源用途、及び、携帯型情報機器等を例示することができる。【００６６】
以上、負極２にアルカリ金属（第１族元素）が含有される空気電池１０、２０、３０について説明したが、本発明の技術思想は、第ＩＩ族元素（例えば、Ｍｇ、Ｃａ等）や第ＩＩＩ族元素（例えば、Ａｌ等）を含有する負極を備えた空気電池にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の空気電池は、電気自動車や携帯型情報機器の動力源等に利用することができる。
【図１】
2010095229.tif 000003
【図２】
2010095229.tif 000004
【図３】
2010095229.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【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】
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を有する電解質層と、を備えた発電部、並びに、前記発電部を収容する筐体、を具備し、
前記電解質層に、非水電解液が用いられているとともに、前記筐体内に、ｐＨ検出手段が備えられていることを特徴とする、空気電池。
【請求項２】
前記ｐＨ検出手段にｐＨ指示薬が含まれ、
前記筐体の外側から前記ｐＨ指示薬を目視可能な窓が、前記筐体に備えられることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の空気電池。
【請求項３】
前記ｐＨ指示薬が前記電解質層に混入されていることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の空気電池。
【請求項４】
さらに、前記ｐＨ検出手段によって検出されたｐＨ値が閾値を超えた場合に電子信号を出力する出力手段が備えられることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の空気電池。
【請求項５】
空気電池の水分検知方法であって、
前記空気電池が、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非水電解液を有する電解質層と、を備えた発電部、並びに、前記発電部を収容する筐体、を具備するとともに、前記筐体内にｐＨ検出手段を備え、前記ｐＨ検出手段によって前記筐体内のｐＨを検出することにより、前記筐体の内部に浸入した水を検知する、空気電池の水分検知方法。
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月27日(2011.5.27)
【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】
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を有する電解質層と、を備えた発電部、並びに、前記発電部を収容する筐体、を具備し、
前記電解質層に、非水電解液が用いられているとともに、前記筐体内に、ｐＨ検出手段が備えられていることを特徴とする、空気電池。
【請求項２】
前記ｐＨ検出手段にｐＨ指示薬が含まれ、
前記筐体の外側から前記ｐＨ指示薬を目視可能な窓が、前記筐体に備えられることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の空気電池。
【請求項３】
前記ｐＨ指示薬が前記電解質層に混入されていることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の空気電池。
【請求項４】
さらに、前記ｐＨ検出手段によって検出されたｐＨ値が閾値を超えた場合に電子信号を出力する出力手段が備えられることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の空気電池。
【請求項５】
空気電池の水分検知方法であって、
前記空気電池が、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非水電解液を有する電解質層と、を備えた発電部、並びに、前記発電部を収容する筐体、を具備するとともに、前記筐体内にｐＨ検出手段を備え、
前記ｐＨ検出手段によって前記筐体内のｐＨを検出することにより、前記筐体の内部に浸入した水を検知する、空気電池の水分検知方法。
【国際調査報告】
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