(57)【要約】【課題】空気二次電池自体を軽量化しつつ、空気二次電池を効率よく充電することができる空気二次電池用充電器を提供する。【解決手段】放電時に酸素含有ガス中の酸素を還元する正極５と、金属活物質を含む負極６と、正極５と負極６との間に介在する電解質７と、正極５に供給される前の酸素含有ガスから二酸化炭素を選択的に吸収する二酸化炭素吸収材９と、を備えた空気二次電池１に接続可能であり、外部電源４０に接続されて外部電源４０による空気二次電池１の充電を制御する充電制御部３１と、吸収した二酸化炭素を脱離させることにより二酸化炭素吸収材９を再生する再生部３２と、を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電時に酸素含有ガス中の酸素を還元する正極と、金属活物質を含む負極と、前記正極と前記負極との間に介在する電解質と、前記正極に供給される前の前記酸素含有ガスから二酸化炭素を選択的に吸収する二酸化炭素吸収材と、を備えた空気二次電池に接続可能であり、
外部電源に接続されて前記外部電源による前記空気二次電池の充電を制御する充電制御部と、
吸収した二酸化炭素を脱離させることにより前記二酸化炭素吸収材を再生する再生部と、を備えた空気二次電池用充電器。
【請求項２】
前記再生部は、前記二酸化炭素吸収材を加熱するヒータによって構成された請求項１に記載の空気二次電池用充電器。
【請求項３】
前記充電制御部は、前記空気二次電池の充電の際に発熱する構成であって、前記発熱による熱が前記二酸化炭素吸収材に伝達可能に構成されている請求項２に記載の空気二次電池用充電器。
【請求項４】
前記二酸化炭素吸収材が弱アルカリ性溶液である請求項１から３のいずれか一項に記載の空気二次電池用充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気二次電池を充電する空気二次電池用充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池の高容量化に対する要望は増大しており、非常に高いエネルギー密度を有する亜鉛−空気二次電池やリチウム−空気二次電池等、大気中の酸素を正極活物質として利用する空気二次電池が注目されている。
【０００３】
こうした空気二次電池では、放電時に、正極の空気極に酸素を含む空気が供給される。ここで、空気中の二酸化炭素は、正極に供給された後に電解質と反応して難溶性の化合物を生成させることがある。このため、空気極において難溶性の化合物による目詰まりが発生し、空気二次電池の放電効率が低下するという問題があった。これに対して、特許文献１には、空気二次電池システムにおいて、二酸化炭素吸収材と、二酸化炭素吸収材の再生機構とを併せて搭載する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の空気二次電池システムでは、二酸化炭素吸収材によって空気極に供給する空気から二酸化炭素を除去することができるとともに、二酸化炭素吸収材の再生機構を備えることで、二酸化炭素吸収材は再生が可能となり交換は不要となる。しかし、空気二次電池システムが二酸化炭素吸収材の再生機構を備えることで、空気二次電池システムの重量及び占有領域が増大する。そのため、空気二次電池において、エネルギー密度や出力密度が低下するおそれがある。
【０００６】
上記実情に鑑み、空気二次電池自体を軽量化しつつ、空気二次電池を効率よく充電することができる空気二次電池用充電器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る空気二次電池用充電器の特徴構成は、放電時に酸素含有ガス中の酸素を還元する正極と、金属活物質を含む負極と、前記正極と前記負極との間に介在する電解質と、前記正極に供給される前の前記酸素含有ガスから二酸化炭素を選択的に吸収する二酸化炭素吸収材と、を備えた空気二次電池に接続可能であり、外部電源に接続されて前記外部電源による前記空気二次電池の充電を制御する充電制御部と、吸収した二酸化炭素を脱離させることにより前記二酸化炭素吸収材を再生する再生部と、を備えた点にある。
【０００８】
本構成によれば、空気二次電池用充電器が、電池本体の充電を制御する充電制御部と、二酸化炭素吸収材を再生する再生部とを備えており、二酸化炭素吸収材は空気二次電池に備えられている。これにより、空気二次電池において二酸化炭素吸収材を再生する再生部は不要になるため、空気二次電池は重量及び占有領域を小さくすることができコンパクトに構成することができる。また、二酸化炭素吸収材は再生部によって再生が可能であるため、空気二次電池に搭載する二酸化炭素吸収材の容量を小さくすることができる。例えば空気二次電池の充電の都度、二酸化炭素吸収材の再生を行うようにすると、放電時に必要な空気量に見合う二酸化炭素吸収材を搭載するだけで、空気二次電池を繰り返し放電できるようになる。したがって、本構成の空気二次電池用充電器は、空気二次電池自体を軽量化しつつ、空気二次電池を効率よく充電することができる。
【０００９】
本発明の他の特徴構成は、前記再生部は、前記二酸化炭素吸収材を加熱するヒータによって構成された点にある。
【００１０】
本構成によれば、二酸化炭素吸収材を再生する再生部がヒータで構成されているため、二酸化炭素吸収材を確実に加熱して再生することができる。また、再生部のヒータは、空気二次電池の充電時に動作させるものあるため、充電制御部に接続される外部電源の一部を利用して再生部のヒータを動作させることができる。これにより、充電器において、外部電源を用いて空気二次電池の充電と二酸化炭素吸収材の再生とを同時に行うことができる。
【００１１】
本発明の他の特徴構成は、前記充電制御部は、前記空気二次電池を充電する際に発熱する構成であって、前記発熱による熱が前記二酸化炭素吸収材に伝達可能に構成されている点にある。
【００１２】
本構成によれば、充電器において、充電制御部の発熱による熱が二酸化炭素吸収材に伝達可能に構成されている。これにより、充電制御部の発熱による熱を無駄にせずに有効に活用することができる。すなわち、充電器による空気二次電池の充電において、外部電源から供給される電気エネルギーを効率よく利用することができる。
【００１３】
本発明の他の特徴構成は、前記二酸化炭素吸収材が弱アルカリ性溶液である点にある。
【００１４】
空気二次電池に用いられる二酸化炭素吸収材としては、二酸化炭素を吸収する効率や確実性を考慮するとアルカリ性溶液であることが好ましい。ここで、アルカリ性溶液が、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等の強アルカリ性溶液である場合には、空気中の二酸化炭素と水酸化イオンによって生成される炭酸イオンと、強アルカリ性溶液中の陽イオンとが強く結合し、結果として、炭酸塩として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウムが生成される。これらの炭酸塩は安定した化合物であるためアルカリ性溶液中において沈殿する。このため、これらの炭酸塩を含む強アルカリ性溶液を加熱したとしても、炭酸塩を二酸化炭素と水酸化イオンとに分離する反応は起こり難く、二酸化炭素吸収材を再生することは困難である。
【００１５】
一方、弱アルカリ性溶液の場合には、二酸化炭素と水酸化イオンによって生成される炭酸イオンと、弱アルカリ性溶液中の陽イオンとが弱く結合することになる。こうして生成される炭酸塩は弱アルカリ性溶液に溶解した状態であることが多い。このため、炭酸塩を含む弱アルカリ性溶液を加熱した場合に、炭酸塩を二酸化炭素と水酸化イオンとに分離する反応は起こり易い。したがって、二酸化炭素吸収材として弱アルカリ性溶液を用いると、加熱等の簡単な処理によって、二酸化炭素吸収材の再生が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】空気二次電池の全体構成を示す図である。
【図２】空気二次電池に充電器を接続した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
〔空気二次電池〕
図１に示すように、空気二次電池１は、電池本体２と、二酸化炭素吸収部３とを備えて構成されている。電池本体２は、筐体４内に収容されており、正極としての空気極５と、金属活物質を含む負極６と、空気極５と負極６との間に介在する電解質７とを有する。空気極５は放電時に供給される空気（酸素含有ガスの一例）中の酸素を還元する。二酸化炭素吸収部３は、電池本体２の空気極５に二酸化炭素が除去された空気を供給するために設けられており、二酸化炭素吸収材９が洗気瓶としての容器８に充填されている。
【００１９】
〔電池本体〕
電池本体２の筐体４には空気孔（図示しない）が形成されており、この空気孔を通して空気極５に空気が導入される。空気極５の材料としては、例えば多孔質炭素等が挙げられる。負極６の材料としては、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、リチウム等が挙げられる。電解質７としては、強アルカリ性の電解液が通常用いられる。例えば、電解質７として、負極６の材料の塩を含む強アルカリ性の電解液が用いられる。
【００２０】
〔二酸化炭素吸収部〕
二酸化炭素吸収部３は、空気に対して二酸化炭素を選択的に吸収する二酸化炭素吸収材９を有し、電池本体２とは別体として設けられている。二酸化炭素吸収材９は例えば弱アルカリ性溶液であって容器（洗気瓶）８に封入されている。二酸化炭素吸収部３は、第１空気供給管１０と、第２空気供給管１１と、二酸化炭素排出管１２とを備えている。第１空気供給管１０は、一端部１０ａが外気に開放されており、他端部１０ｂが容器８内の二酸化炭素吸収材９の液中に設けられている。第２空気供給管１１は、一端部１１ａが容器８内に設けられており、他端部１１ｂが電池本体２の空気極５に接続されている。二酸化炭素排出管１２は、一端部１２ａが容器８内において二酸化炭素吸収材９から離間して設けられており、他端部１２ｂが外気に開放されている。第１空気供給管１０、第２空気供給管１１、及び、二酸化炭素排出管１２は、管路の途中に開閉弁１０ｃ、１１ｃ、１２ｃを夫々有する。
【００２１】
〔二酸化炭素吸収材〕
二酸化炭素吸収材９としては、アルカリ性溶液を用いることができる。ただし、アルカリ性溶液として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等を含む強アルカリ性溶液を用いた場合には、空気中の二酸化炭素との反応により生成される炭酸塩は安定している。このため、二酸化炭素吸収材９を加熱したとしても、二酸化炭素吸収材９から二酸化炭素を脱離して再生することは容易ではない。そのため、本実施形態では、二酸化炭素吸収材９として弱アルカリ性溶液を用いる。
【００２２】
弱アルカリ性溶液となる弱アルカリ性材料は、例えば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）等のアミン系化合物や、アミノ基を有するイオン交換樹脂材料やリチウムジルコネート（Ｌｉ２ＺｒＯ３）等のリチウム複合酸化物等である。これら弱アルカリ性溶液の二酸化炭素吸収材９は、二酸化炭素と反応して炭酸塩を生成しても、その炭酸塩は加熱することで二酸化炭素を脱離することができる。したがって、二酸化炭素吸収材９は加熱により再生し、再使用が可能である。
【００２３】
特に、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）等のアミン系化合物は、室温において液体であり水溶性でもあるため、二酸化炭素吸収材９として容易に使用することができる。液体状態のアミン系化合物は、直接またはその水溶液を容器８に封入するかフィルタ等に含浸させて、これらの容器８内やフィルタに空気を流通させることで、空気中の二酸化炭素を吸収させることができる。
【００２４】
図１に示すように、空気二次電池１は、放電時において、第１空気供給管１０に設けられた開閉弁１０ｃが開放されて外部の空気が二酸化炭素吸収部３に供給される。具体的には、容器８内の二酸化炭素吸収材９（液体）中に空気が供給される。容器８に供給された空気に含まれる二酸化炭素は二酸化炭素吸収材９と中和反応するため、空気中にから二酸化炭素が除去される。二酸化炭素が除去された空気は、開閉弁１１ｃが開状態の第２空気供給管１１を介して電池本体２の空気極５に供給される。
【００２５】
〔空気二次電池用充電器〕
空気二次電池１の充電は、図２に示す空気二次電池用充電器（以下、充電器と称する。）３０を用いて行う。充電器３０は、充電制御部３１と、二酸化炭素吸収材９を再生する再生部３２と、電池本体２に接続する充電用ケーブル３３と、外部電源４０に接続にする電源ケーブル３４と、を備える。充電用ケーブル３３及び電源ケーブル３４は充電制御部３１を介して接続されている。
【００２６】
電源ケーブル３４が外部電源４０に接続されるとともに、充電用ケーブル３３が電池本体２に接続されることで、電池本体２の充電が行われる。このとき、再生部３２は二酸化炭素吸収部３に接続されている。再生部３２は二酸化炭素吸収部３の二酸化炭素吸収材９を収容可能な収容部３５を有する。収容部３５は例えば有底孔形状に形成されており、二酸化炭素吸収部３の容器８は収容部３５に収容される。
【００２７】
再生部３２は、二酸化炭素吸収材９を加熱する加熱機構を有しており、加熱機構は例えばヒータによって構成されている。ヒータは外部電源４０によって動作可能に構成されている。再生部３２の収容部３５はヒータの熱を効率よく容器８に伝達するために、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料で構成される。
【００２８】
電池本体２の充電時に再生部３２によって二酸化炭素吸収材９が再生される動作を以下に説明する。まず、電池本体２を充電するために、電池本体２に充電用ケーブル３３が接続され、外部電源４０に電源ケーブル３４が接続される。そして、二酸化炭素吸収部３の容器８を再生部３２の収容部３５にセットする。この状態で充電制御部３１によって電池本体２が充電されるとともに、再生部３２によって二酸化炭素吸収材９が再生される。なお、二酸化炭素吸収材９を効率よく加熱するため、収容部３５の深さは、容器８内の二酸化炭素吸収材９の深さよりも深いことが好ましい。
【００２９】
二酸化炭素吸収材９の再生時においては、容器８に接続された３つの流路のうち、第１空気供給管１０及び第２空気供給管１１の開閉弁１０ｃ，１１ｃを閉状態とし、二酸化炭素排出管１２の開閉弁１２ｃを開状態にする。容器８内の二酸化炭素吸収材９は再生部３２に設けられたヒータによって沸騰加熱される。このとき、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材９は、アミン系化合物と水蒸気と二酸化炭素とに分離される。このうち、アミン系化合物と水蒸気とは二酸化炭素排出管１２の管路内で冷却されて液体となるが、二酸化炭素は気体の状態から変化しない。このため、二酸化炭素のみが二酸化炭素排出管１２から外部へ排出される。液体となったアミン系化合物と水蒸気は、二酸化炭素排出管１２の一端部１２ａから二酸化炭素吸収材９に滴下されるので、二酸化炭素吸収材９の容積が減少することはない。
【００３０】
このように、本実施形態の充電器３０は、電池本体２の充電を制御する充電制御部３１と、二酸化炭素吸収材９を再生する再生部３２とを備えている。このため、空気二次電池１には二酸化炭素吸収材９を再生する再生部は不要になる。これにより、空気二次電池１は重量及び占有領域を小さくすることができコンパクトに構成することができる。
【００３１】
また、二酸化炭素吸収材９は充電器３０の再生部３２によって再生が可能であるため、空気二次電池１に搭載する二酸化炭素吸収材９の容量を小さくすることができる。例えば空気二次電池１の充電の都度、二酸化炭素吸収材９の再生を行うようにすると、放電時に必要な空気量に見合う二酸化炭素吸収材９を搭載するだけで、空気二次電池１は繰り返し放電できるようになる。したがって、本実施形態の充電器３０は、空気二次電池１を軽量化しつつ、空気二次電池１を効率よく充電することができる。
【００３２】
〔別実施形態〕
（１）充電器３０において、充電制御部３１は、電池本体２を充電する際に外部電源４０の電力が供給される部位でもある。このため、充電制御部３１を構成する電気部品は、電池本体２を充電する際に発熱する。本実施形態においては、充電制御部３１の発熱による熱が二酸化炭素吸収材９に伝達可能であることが構成されている。例えば、充電制御部３１を構成する回路基板のヒートシンクと収容部３５とが接触している。こうすると、充電制御部３１の発熱による熱を無駄にせずに有効に活用することができると共に、充電制御部３１の過熱を防止することができる。これにより、充電器３０による電池本体２の充電において、外部電源４０から供給される電気エネルギーを効率よく利用することができる。
【００３３】
（２）上記の実施形態では、空気二次電池１が電池本体２と二酸化炭素吸収部３とを個別に設けて構成される例を示したが、空気二次電池１は電池本体２に二酸化炭素吸収部３の構造及び機能を組み込まれたものでもよい。ただし、その場合には、二酸化炭素吸収部３の二酸化炭素吸収材９は充電器３０の再生部３２によって加熱可能に配置される必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、二酸化炭素吸収材を備える空気二次電池を充填する充電器として広く用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１      ：空気二次電池
２      ：電池本体
３      ：二酸化炭素吸収部
５      ：正極（空気極）
６      ：負極
７      ：電解質
８      ：容器（洗気瓶）
９      ：二酸化炭素吸収材
１０    ：第１空気供給管
１１    ：第２空気供給管
１２    ：二酸化炭素排出管
３０    ：空気二次電池用充電器
３１    ：充電制御部
３２    ：再生部
３３    ：充電用ケーブル
３４    ：電源ケーブル
４０    ：外部電源
【図１】
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【図２】
2018125230.tif 000004