(57)【要約】【課題】析出物質による三相界面の増減に伴う性能低下を防止することにより、低コストで高エネルギ密度を有する空気電池を提供する。【解決手段】本発明の空気電池（１）は、正極（２）及び負極（３）が有機電解液（５）に浸漬して構成されている。電流センサ（７）の検出値によって電池性能が低下した場合には、有機電解液（５）の液圧及び正極（２）に供給される空気圧の少なくとも一方を制御することにより、三相界面を移動して電池性能を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気に含まれる酸素を正極活物質として使用する正極と、金属イオンを放出し、液槽に充填した有機電解液に浸漬してなる負極とを備える空気電池であって、
前記正極及び前記負極間を流れる電流量を検出する電流検出部と、
前記空気を前記正極に供給する空気供給部と、
前記有機電解液の液圧及び前記正極に供給される空気圧の少なくとも一方の圧力を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記電流検出部の検出量に基づいて、前記圧力を制御することを特徴とする空気電池。
【請求項２】
前記制御部は、放電中において前記電流検出部の検出量が予め設定された閾値より小さい場合に、前記液圧が前記空気圧に比べて大きくなるように前記圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載の空気電池。
【請求項３】
前記制御部は、充電中において前記電流検出部の検出量が予め設定された閾値より大きい場合に、前記液圧が前記空気圧に比べて小さくなるように前記圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載の空気電池。
【請求項４】
前記空気供給部に隣接され、該空気供給部に供給される空気を貯留する空気槽と、
前記空気槽の空気圧を調整する第１のポンプ装置と、
前記液槽に連通することにより、前記有機電解液の一部を貯留する電解液溜と、
前記電解液溜に貯留された有機電解液の液圧を調整する第２のポンプ装置と
を備え、
前記制御部は、前記第１のポンプ装置の駆動状態を制御することによって、前記空気槽を介して、前記空気供給部から供給される空気圧を制御すると共に、前記第２のポンプ装置の駆動状態を制御することによって、前記電解液溜を介して、前記液槽に貯留された有機電解液の液圧を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の空気電池。
【請求項５】
前記空気供給部に隣接され、該空気供給部に供給される空気を貯留する空気槽と、
前記空気槽の空気圧を調整する第１のポンプ装置と、
前記液槽に連通することにより前記有機電解液の一部を貯留すると共に、一定圧力に維持された電解液溜と
を備え、
前記制御部は、前記第１のポンプ装置の駆動状態を制御することによって、前記空気槽を介して、前記空気供給部から供給される空気圧を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の空気電池。
【請求項６】
前記電解液溜は、前記液槽に連通することにより前記有機電解液の一部を貯留する第１の空間と、前記第１の空間とダイヤフラムを介して設けられ、一定圧力に保持された第２の空間とを含んでなることを特徴とする請求項５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、空気に含まれる酸素を正極活物質として使用する正極と、金属イオンを放出する負極とを液槽に充填した電解液に浸漬してなる空気電池の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の動力源としては、ガソリンや軽油などの化石燃料を燃焼することにより動力を発生する内燃機関が一般的であった。このような内燃機関では、限りある化石燃料の消費、及び、燃焼によって発生するＣＯ２などの温室効果ガスによる環境影響を伴うため、電気エネルギによって駆動可能な電動機を動力源として搭載した、いわゆる電気自動車の普及が進められている。電気自動車には電気エネルギを蓄えるための電池が搭載されており、一般的に、ノートパソコンや携帯電話などの電気製品においても使用されているリチウムイオン電池が広く用いられている。
【０００３】
リチウムイオン電池を用いた電気自動車は、航続距離を確保するために大量のリチウムイオン電池を搭載する必要がある。そのため、車重が増加してしまい、電気自動車の大きなメリットである燃費性能が妨げられてしまうことや、高価なリチウムイオン電池の大量に用いることによる、コストアップが課題となっている。このような問題を解決するために、リチウムイオン電池に代えて、より優れたエネルギ密度を有する次世代の電池の開発が望まれている。
【０００４】
次世代の電池の一つとして、正極活物質として空気に含まれる酸素を用いた空気電池が有望視されている。特に負極材料としてリチウム金属を利用したリチウム空気電池は、高いエネルギ密度を有するため、有望視されている。
この種のリチウム空気電池の一例として、例えば特許文献１がある。リチウム空気電池では、放電時に陰極でリチウム金属のイオン化反応が進行するに従って、陰極が細くなり、正極及び陰極間の距離が長くなることによって、放電量が減少してしまう。特許文献１では、電界液に浸漬された正極の位置を移動可能とすることで、時間が経過した際にも、正極及び陰極間の距離が広がることを防止し、電池性能を維持できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７０８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リチウム空気電池では、放電時には、負極でリチウム金属がイオン化することにより電解液中にリチウムイオンが放出されると共に、正極で該放出されたリチウムイオンが空気に含まれる酸素と反応することにより、電極間に電流が流れる。ここで、正極における反応は、正極の反応層に含まれる触媒相（固相）、電解液相（液相）、及び、空気中の酸素（気相）が互いに接触する三相界面にて行われる。すなわち、リチウム空気電池の放電性能を向上させるためには、三相界面を多く確保することが重要である。
しかしながら、有機電解液を用いている場合、正極でリチウムイオンと酸素が反応することで生成されるリチウム酸化物が溶液中に溶解しないため、反応層に析出することとなる。このリチウム酸化物は非導電性を有しているため、反応層に析出すると三相界面を減少させ、放電特性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
一方、充電時には、正極に析出したリチウム酸化物を消費する逆反応によって、充電が行われる。そのため、充電時には三相界面上に十分なリチウム酸化物があることが重要であり、リチウム酸化物が足りない場合には充電特性が低下してしまうという問題が生じる。
【０００８】
特許文献１では、電解液中において陽極を移動可能に構成することによって電極間距離を考慮した性能改善を図っているが、三相界面に析出したリチウム酸化物については何ら考慮していないため、上記問題点を解決することは困難である。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、析出物質による三相界面の増減に伴う性能低下を防止することにより、低コストで高エネルギ密度を有する空気電池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】
【００１０】
本発明に係る空気電池は上記課題を解決するために、空気に含まれる酸素を正極活物質として使用する正極と、金属イオンを放出し、液槽に充填した有機電解液に浸漬してなる負極とを備えた空気電池であって、前記正極及び前記負極間を流れる電流量を検出する電流検出部と、前記空気を前記正極に供給する空気供給部と、前記有機電解液の液圧及び前記正極に供給される空気圧の少なくとも一方の圧力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電流検出部の検出値に基づいて、前記圧力を制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、電流量の検出値に基づいて電池性能が低下したと判断された場合に、有機電解液の液圧及び正極に供給される空気圧の少なくとも一方を制御することによって、有機電解液及び空気が正極の有する触媒上で接触する箇所である三相界面を移動させることによって、正極の反応に伴って生成される金属酸化物の影響を軽減し、良好な電池性能を得ることができる。
【００１２】
本発明の一態様では、前記制御部は、放電中において前記電流検出部の検出値が予め設定された閾値より小さい場合に、前記液圧が前記空気圧に比べて大きくなるように、前記圧力を制御するとよい。
この態様によれば、空気電池が放電状態（放電中）にある際に、電流検出値が低下することによって放電性能が低下したと判断された場合には、圧力制御によって、三相界面の位置が空気供給部に近づくように移動させる。これにより、三相界面を金属酸化物の析出の少ない位置に移動することができ、放電電流の低下を回避することができる。
【００１３】
また他の態様では、前記制御部は、充電中において前記電流検出部の検出値が予め設定された閾値より大きい場合に、前記液圧が前記空気圧に比べて大きくなるように、前記圧力を制御するとよい。
この態様によれば、空気電池が充電状態(充電中)にある際に、電流検出値が増加（すなわち、充電電流が低下）することによって充電性能が低下したと判断された場合には、圧力制御によって、三相界面の位置が空気供給部から離れるように移動させる。これにより、三相界面を反応に必要な金属酸化物が十分ある位置に移動することができ、充電電流の低下を回避することができる。
【００１４】
また、前記空気供給部に隣接され、該空気供給部に供給される空気を貯留する空気槽と、前記空気槽の空気圧を調整する第１のポンプ装置と、前記液槽に連通することにより、前記有機電解液の一部を貯留する電解液溜と、前記電解液溜に貯留された有機電解液の液圧を調整する第２のポンプ装置とを備え、前記制御部は、前記第１のポンプ装置の駆動状態を制御することによって、前記空気槽を介して、前記空気供給部から供給される空気圧を制御すると共に、前記第２のポンプ装置の駆動状態を制御することによって、前記電解液溜を介して、前記液槽に貯留された有機電解液の液圧を制御してもよい。
この態様によれば、有機電解液の液圧及び空気供給部からの空気圧の両者を制御することによって、三相界面の位置制御の自由度が高くすることができ、三相界面を空気電池の性能が良好に確保可能な位置に確実に移動することができる。
【００１５】
また、前記空気供給部に隣接され、該空気供給部に供給される空気を貯留する空気槽と、前記空気槽の空気圧を調整する第１のポンプ装置と、前記液槽に連通することにより前記有機電解液の一部を貯留すると共に、一定圧力に維持された電解液溜とを備え、前記制御部は、前記第１のポンプ装置の駆動状態を制御することによって、前記空気槽を介して、前記空気供給部から供給される空気圧を制御してもよい。
この態様によれば、一定圧力に維持された電解液溜を設けることによって、空気供給部からの空気圧や液槽に充填された電解液圧に意図しない乱れが生じた場合であっても、当該乱れを吸収し、精度のよい三相界面の位置制御を行うことができる。
【００１６】
このとき、前記電解液溜は、前記液槽に連通することにより前記有機電解液の一部を貯留する第１の空間と、前記第１の空間とダイヤフラムを介して設けられ、一定圧力に保持された第２の空間とを含んでなるとよい。
この態様によれば、電解液溜を、液槽と連通した第１の空間と一定圧力に保持された第２空間とが弾性的なダイヤフラムによって隔離した構成にすることで、上記圧力乱れを効果的に吸収することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電流量の検出値に基づいて電池性能が低下したと判断された場合に、有機電解液の液圧及び正極に供給される空気圧の少なくとも一方を制御することによって三相界面を移動させることによって、正極の反応に伴って生成される金属酸化物の影響を軽減し、良好な電池性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施例に係る空気電池の基本的構成を示す断面図である。
【図２】放電時における反応層の近傍を拡大して示す模式図である。
【図３】本実施例に係る空気電池における三相界面の位置制御を示すフローチャートである。
【図４】充放電時における三相界面の移動例を示す模式図である。
【図５】第１実施形態に係る空気電池の構成を示す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る空気電池の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は、本実施例に係るリチウム空気電池装置（以下、適宜「空気電池」と称する）１の基本的構成を示す断面図である。空気電池１は、正極２及び負極３が液槽４に充填された電解液５に浸漬されており、電極間に充放電流Ｉが流れる（図１では一例として放電電流Ｉが流れている様子を示している）。
【００２１】
正極２は、タングステンなどの導電性に優れた材料により棒状に形成された集電体２ａと、該集電体２ａに隣接する反応層２ｂとから構成されている。反応層２ｂでは、後述する空気供給部から空気が供給され、該空気に含まれる酸素によって還元反応が行われる。また反応層２ｂには、還元反応を促進するための触媒２ｃが含まれており、当該触媒２ｃとしては例えば炭素，金，白金，炭素化合物，金化合物，白金化合物等が用いられる。化合物としては、金，白金，ルテニウム，パラジウム，チタン，ジルコニウム，ランタン，ニッケル，モリブデン，イリジウム，コバルト，鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と炭素，金，白金等との化合物等が挙げられる。
負極３はタングステンなどの導電性に優れた材料により棒状に形成された集電体３ａと、該集電体３ａに隣接するようにリチウム金属からなる金属層３ｂとから構成されている。
【００２２】
液槽４は撥水性に優れた材料によって形成されたケーシング部材であって、充填された電解液５が外部に漏れ出さないように構成されている。液槽４のうち正極２側には反応層２ｂに供給する空気を取り込むための空気供給部６が設けられている。
空気供給部６は、液槽４の一部の壁面が、空気を透過可能な多孔質材料によって形成されてなり、液槽４の他の壁面と一体的に設けられている。空気供給部６もまた撥水性を有する材料で形成されており、液槽４に充填された電解液５の外部への漏れ出しを防止しつつ、液槽４の外部から導入された空気を反応相２ｂに供給可能に構成されている。
尚、空気供給部６の材料としては、例えば撥水性に優れた多孔質材料であるポーラステフロン（登録商標）が好ましい。
【００２３】
液槽４に充填される電解液５は、電解質を有機溶媒に溶解した有機電解液であって、負極３から放出されるリチウム金属イオンを伝導可能である限りにおいて特に限定されずリチウム空気電池の有機電解液として使用可能な公知の電解液を使用することができる。具体的には、例えばプロピレンカーボネート，エチレンカーボネート，ビニレンカーボネート，４‐フルオロエチレンカーボネート等のカーボネート類等を用いることができる。
【００２４】
ここで、上述の基本的構成を有する空気電池１の放電時における正極２及び負極３における反応について説明する。図１は空気電池１の放電時の様子を示しており、負極２の金属層２ｂを構成するリチウム金属がイオン化することにより、電解液５中にリチウムイオンＬｉ＋が放出される。このような負極２におけるイオン化反応は次式
Ｌｉ  →  Ｌｉ＋  ＋  ｅ−      （１）
により表わされる。
一方、正極２では、負極３から放出された電解液５中のリチウムイオンＬｉ+が空気供給部６から供給された空気に含まれる酸素と反応することによって、還元反応が行われる。このような正極２における還元反応は次式
２Ｌｉ+  ＋  Ｏ２  ＋  ｅ−  →  ２ＬｉＯ      （２）
もしくは
２Ｌｉ+  ＋  ２Ｏ２  ＋  ２ｅ−  →  Ｌｉ２Ｏ２      （３）
により表わされる。
【００２５】
このように空気電池１の放電時には、負極３のイオン化反応、及び、正極２の還元反応によって電子の移動が生じ、電極間に電位差が発生することにより放電電流Ｉが図１に矢印で示す方向に生じる。
尚、空気電池１の充電時には、正極２及び負極３ではそれぞれ（１）（２）（３）の逆反応が生じることとなる。
【００２６】
電極間を流れる充放電電流Ｉは電流センサ７によって検出される。また、液槽４には充填された電解液５の液圧Ｐｌを検出するための液圧センサ８が設けられている。また、空気供給部６には供給される空気の圧力Ｐａを検出するための気圧センサ９が設けられている。
これらセンサの検出値は、空気電池１のコントロールユニットである制御部１０にそれぞれ送信され、後述する各種制御の実施に用いられる。尚、制御部１０は電子演算機などの情報処理装置を広く用いることができる。
【００２７】
ここで、放電時において、正極２では（２）式で示されるように、還元反応の結果としてリチウム酸化物が生じる。空気電池１は電解液５として有機電解液を用いているため、還元反応で生じたリチウム酸化物は有機電解液に溶解することなく、還元反応が行われる正極２の反応層２ｂに析出することとなる。
【００２８】
図２は、放電時における反応層２ｂの近傍を拡大して示す模式図である。まず図２（ａ）は、放電初期時において正極２にリチウム酸化物の析出が殆どない状態を示している。反応層２ｂでは、任意に分布する触媒２ｃの隙間に電解液５が染み込むように侵入し、空気供給部６から供給された空気に含まれる酸素と、負極３から電解液５に放出されたリチウムイオンとが、触媒２ｃの元で還元反応を行う。このような還元反応は、図２で符号２０で示される境界面（すなわち、触媒２ｃ（固相）、電解液５（液相）、及び、酸素（気相）が互いに接触する三相界面）で行われる。
【００２９】
尚、正極２における実際の還元反応は、厳密には三相界面２０上だけでなく、該三相界面から微小範囲（例えば電子到達距離）内においても生じうると考えられるが、以下の説明では、正極２における還元反応は三相界面２０上のみで行われると簡略化して進めることとする。
【００３０】
一方、図２（ｂ）は空気電池１の放電が進行するに伴って、反応層２ｂに析出物であるリチウム酸化物が蓄積した状態を示している。図２（ａ）を参照して説明したように、リチウム酸化物が析出していない状態では、正極２における還元反応が行われる三相界面２０は広く確保されている。しかしながら、図２（ｂ）に示すように反応層２ｂにリチウム酸化物が蓄積すると、三相界面２０が減少してしまう。これは、リチウム酸化物は絶縁性を有するため、リチウム酸化物が存在する領域では還元反応を行うことができないからである。放電時に電極間を流れる放電流Ｉの大きさは、正極２における単位時間当たりの還元反応量に比例するため、このように三相界面２０が減少すると、還元反応量の低下に伴って放電電流Ｉも低下してしまう。つまり、リチウム酸化物の析出によって三相界面２０が減少して、電池性能（放電特性）が低下してしまう。
【００３１】
また充電時には正極２では上記（２）式の逆反応を行うため、逆に逆反応に必要なリチウム酸化物が少ないと、充電を行うことができない。すなわち、放電時とは逆に、充電時には時間の経過に伴って三相界面２０における析出物が消費されて足りなくなると、充電可能量が減少して、電池性能（充電特性）が低下してしまう。
【００３２】
このように空気電池１の充放電特性は、三相界面２０と密接な関係にある。本実施例に係る空気電池１では、以下に説明するように、充放電電流Ｉの変化に応じて三相界面２０の位置を制御することによって、電池性能を維持することができる。
【００３３】
ここで、反応層２ｂにおける三相界面２０の位置は、液槽４に充填された電解液５の液圧Ｐｌと、空気供給部６から供給される空気の気圧Ｐａとのバランスによって決定されている。従来の空気電池では、三相界面２０の位置は装置構成によって、いわば成り行きで決定されており、時間的にも不変であった。一方、本実施例に係る空気電池１では、以下に説明するように、液圧Ｐｌ及び気圧Ｐａを制御することによって、三相界面２０の位置を移動し、良好な電池性能を得ることができる。
【００３４】
図３は本実施例に係る空気電池１における三相界面２０の位置制御を示すフローチャートである。
まずコントロールユニットである制御部１０は、電流センサ７から電極間を流れる充放電電流の検出値Ｉを取得し（ステップＳ１０１）、該検出値Ｉの符号に基づいて空気電池１が放電状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
空気電池１が放電状態にある場合（ステップS１０１：ＹＥＳ）、制御部１０はステップＳ１０１で取得した電流検出値Ｉ(検出量)が予め規定された閾値Ｉ１より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。閾値Ｉ１は空気電池１の放電特性の低下を判定するための基準電流値であって、三相界面２０にリチウム酸化物が析出することによって放電電流Ｉが低下したとみなせる値として予め実験的、理論的、シミュレーション的手法によって規定されたものである。
【００３５】
検出値Ｉが閾値Ｉ１より小さい場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、制御部１０はリチウム酸化物の析出によって三相界面２０が減少したと判断し、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａの少なくとも一方を制御することにより、三相界面２０を空気供給部６に近づくように移動させる（ステップＳ１０４）。この様子を模式的に示したのが、図４（a）である。
一方、検出値Ｉが閾値Ｉ１以上である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、制御部１０はリチウム酸化物の析出が少なく電池性能が低下するほど三相界面２０が減少していないとして、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａを制御することなく、処理を終了する（ＥＮＤ）。
【００３６】
空気電池１が充電状態にある場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、制御部１０はステップＳ１０１で取得した検出値Ｉが予め規定された閾値Ｉ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。閾値Ｉ２は空気電池１の充電特性の性能低下を判定するための基準電流値であって、三相界面２０に充電時に必要なリチウム酸化物が足りなくなることによって充電電流Ｉが低下したとみなせる値として予め実験的、理論的、シミュレーション的手法によって規定されたものである。
尚、閾値Ｉ１及びＩ２は電池特性に応じて、適宜設定するとよい。
【００３７】
検出値Ｉが閾値Ｉ２より大きい場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、制御部１０は三相界面２０上にリチウム酸化物が不足していると判断し、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａの少なくとも一方を制御することにより、三相界面２０を空気供給部６から離れるように移動させる（ステップＳ１０６）。この様子を模式的に示したのが、図４（ｂ）である。
一方、電流検出値Ｉが閾値Ｉ２以上である場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、制御部１０は三相界面２０上にリチウム酸化物が十分あるため、空気電池１の充電性能が低下していないとして、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａを制御することなく、処理を終了する（ＥＮＤ）。
【００３８】
以上説明したように、本実施例に係る空気電池によれば、充放電電流の検出値Ｉに応じて空気電池１の充放電特性が低下した場合には、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａの少なくとも一方を制御することによって、充放電特性に密接な関係を有する三相界面２０の位置を移動することにより、電池性能を維持することができる。
【００３９】
（第１実施形態）
続いて、上述した空気電池１において、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａを制御するための、具体的な装置構成について説明する。
図５は第１実施形態に係る空気電池１の構成を示す断面図である。この実施形態では、各電極が浸漬される液槽４には電解液溜３０が配管を介して連通しており、液槽４に充填されている電解液５の一部が電解液溜３０に貯留されている。そして、電解液溜３０にはポンプ装置３１が設けられており、電解液溜３０における液圧を加減することによって、液槽４に充填されている電解液５の液圧Ｐｌを調整可能に構成されている。ポンプ装置３１は、制御部１０から送られる制御信号に基づいて制御可能であり、図３を参照して上述した制御に従って、電解液５の液圧Ｐｌが制御できるようになっている。
制御部１０は、電流値Ｉの変化量(例えば１秒間に流れた電流量)に応じて三相界面の移動量を決定する。そして、決定された移動量になるように液圧Ｐｌを制御する。
【００４０】
一方、空気供給部６には、反応層２ｂに供給する酸素を溜める空気槽３２が、液槽４の外側に隣接するように設けられている。該空気槽３２には外部から不図示の導入口を介して導入された空気が溜められており、ポンプ装置３３によって空気槽３２に溜められた空気の気圧Ｐａを制御可能に構成されている。ポンプ装置３３もまた、上記ポンプ装置３２と同様に、制御部１０から送られる制御信号に基づいて制御可能であり、図３を参照して上述した制御に従って、空気供給部６から反応層２ｂに供給される空気の気圧Ｐａが制御できるようになっている。
制御部１０は、電流値Ｉの変化量(例えば１秒間に流れた電流量)に応じて三相界面の移動量を決定する。そして、決定された移動量になるように気圧Ｐａを制御する。
【００４１】
本実施形態では、このような装置構成を有することによって、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部６の気圧Ｐａの両者を制御できるので、三相界面２０の位置制御の自由度を高くすることができ、三相界面２０を空気電池の性能が良好に確保可能な位置に確実に移動することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態に係る空気電池１の構成を示す断面図である。この実施形態では、各電極が浸漬される液槽４には電解液溜４０が配管を介して連通しており、液槽４に充填されている電解液５の一部が電解液溜４０に貯留されている。電解液溜４０はダイヤフラム４１によって、第１の空間４２及び第２の空間４３によって仕切られている。第１の空間４２は、液槽４に連通することにより電解液５の一部が充填されている。第２の空間４３はダイヤフラム４１によって、電解液５が充填された第１の空間４２と仕切られることにより一定圧力に保持されている。ここで第２の空間４３は一定圧力に保持される限りにおいて、真空状態であってもよいし、一定圧力の気体で満たされていてもよい。
【００４３】
一方、空気供給部６は上述の第１の実施形態と同様であり、反応層２ｂに供給する酸素を溜める空気槽３２が、液槽４の外側に隣接するように設けられている。該空気槽３２には外部から不図示の導入口を介して導入された空気が溜められており、ポンプ装置３３によって空気槽３２に溜められた空気の気圧Ｐａを制御可能に構成されている。ポンプ装置３３もまた、上記ポンプ装置３２と同様に、制御部１０から送られる制御信号に基づいて制御可能であり、図３を参照して上述した制御に従って、空気供給部６から反応層２ｂに供給される空気の気圧Ｐａが制御できるようになっている。
【００４４】
本実施形態によれば、一定圧力に維持された電解液溜４０を設けることによって、空気供給部６からの空気圧や液槽４に充填された電解液圧に意図しない乱れが生じた場合であっても、当該乱れを吸収し、精度のよい三相界面２０の位置制御を行うことができる。特に電解液溜４０を、液槽４と連通した第１の空間４２と一定圧力に保持された第２空間４３とが弾性的なダイヤフラム４１によって隔離した構成にすることで、上記圧力乱れを効果的に吸収することができる。
【００４５】
（第３実施形態）
本実施形態では、電流値に変えて積算電流量を用いる。
空気電池１が放電状態にある場合、制御部１０は取得した電流検出値Ｉの積算量ＩＳが予め規定された積算閾値ＩＳ１より小さいか否かを判定する。積算閾値ＩＳ１は空気電池１の放電特性の低下を判定するための基準電流積算量であって、三相界面２０にリチウム酸化物が析出することによって放電可能量が低下したとみなせる値として予め実験的、理論的、シミュレーション的手法によって規定されたものである。
積算量ＩＳが閾値ＩＳ１より小さい場合、制御部１０はリチウム酸化物の析出によって三相界面２０が減少したと判断し、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａの少なくとも一方を制御することにより、三相界面２０を空気供給部６に近づくように移動させる。この様子を模式的に示したのが、図４（a）である。
一方、積算量ＩＳが積算閾値ＩＳ１以上である場合、制御部１０はリチウム酸化物の析出が少なく電池性能が低下するほど三相界面２０が減少していないとして、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａを制御することなく、処理を終了する。
空気電池１が充電状態にある場合、制御部１０は取得した検出値Ｉの積算量ＩＳが予め規定された積算閾値ＩＳ２より大きいか否かを判定する。積算閾値ＩＳ２は空気電池１の充電特性の性能低下を判定するための基準電流値であって、三相界面２０に充電時に必要なリチウム酸化物が足りなくなることによって充電可能量が低下したとみなせる値として予め実験的、理論的、シミュレーション的手法によって規定されたものである。
尚、閾値Ｉ１及びＩ２は電池特性に応じて、適宜設定するとよい。
積算量ＩＳが積算閾値ＩＳ２より大きい場合、制御部１０は三相界面２０上にリチウム酸化物が不足していると判断し、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａの少なくとも一方を制御することにより、三相界面２０を空気供給部６から離れるように移動させる。この様子を模式的に示したのが、図４（ｂ）である。
一方、積算量ＩＳが積算閾値ＩＳ２以上である場合、制御部１０は三相界面２０上にリチウム酸化物が十分あるため、空気電池１の充電性能が低下していないとして、電解液５の液圧Ｐｌ及び空気供給部の気圧Ｐａを制御することなく、処理を終了する。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、正極活物質として酸素を用いた還元反応を行う正極と金属のイオン化反応により電子を放出する負極とを液槽に貯留された有機電解液に浸漬して構成される空気電池に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  空気電池
２  正極
２ｂ  反応層
３  負極
３ｂ  金属層
４  液槽
５  電解液（有機電解液）
６  空気供給部
７  電流センサ
８  液圧センサ
９  空気圧センサ
１０  制御部
２０  三相界面
【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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【図６】
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