(57)【要約】【課題】本発明は、空気極を介した電解液の漏洩を抑制することができ、かつ、出力の低下を抑制することができる金属空気電池を提供する。【解決手段】本発明の金属空気電池は、電解質水溶液を収容するように設けられた電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつ電極活物質を有しかつアノードとなる金属電極と、空気極触媒を有しかつ前記電解質水溶液に含まれる水が浸透可能に設けられかつカソードとなる多孔性の空気極と、前記電解液槽中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入する投入部とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質水溶液を収容するように設けられた電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつ電極活物質を有しかつアノードとなる金属電極と、空気極触媒を有しかつ前記電解質水溶液に含まれる水が浸透可能に設けられかつカソードとなる多孔性の空気極と、前記電解液槽中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入する投入部とを備えることを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
前記電解液槽中に電解質水溶液または水を注液する注液口をさらに有する請求項１に記載の金属空気電池。
【請求項３】
制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記電解液槽中に電解質水溶液または水を注液してから時間的間隔をおいて前記電解液槽中に前記増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入するように前記投入部を制御する請求項２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
前記金属電極は、板状であり、
前記投入部は、前記金属電極の両側の電解液槽中にそれぞれ前記増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入するように設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記電解液槽内に設けられたケーシングをさらに備え、
前記ケーシングは、前記電解液槽に収容した電解質水溶液と前記増粘剤、ゲル化剤又は固化剤とから生じる粘液、ゲル又は固体を前記電解液槽内から取り出すことができるように設けられた請求項１〜４のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属空気電池は高いエネルギー密度を有するため、次世代の電池として注目されている。金属空気電池は、電極活物質を含み電解液中に配置される金属電極をアノードとし、空気極触媒を有する多孔性の空気極をカソードとすることにより発電する。
代表的な金属空気電池として、金属亜鉛を電極活物質とする亜鉛空気電池が挙げられる。亜鉛空気電池では、カソードに含まれる空気極触媒上において以下の化学式１のようなカソード反応が進行すると考えられる。
（化学式１）：O2＋２H2O＋４ｅ-→４OH-
従って、空気極触媒上にO2およびH2Oが存在する三相界面が多く形成されると、化学式１のカソード反応の反応速度が速くなり金属空気電池の出力特性は向上すると考えられる。
なお、化学式１において、O2は大気中から供給され、H2Oは電解液又は大気中から供給される。
また、アノードにおいて以下の化学式２のようなアノード反応が進行すると考えられる。
（化学式２）：Zn＋４OH-→Zn(OH)42-＋２ｅ-
【０００３】
このような電極反応が進行すると金属電極の電極活物質は消費され徐々に減少していく。また、電解液の金属含有イオン（Zn(OH)42-）濃度は徐々に高くなっていき、そして、飽和に達すると以下の化学式３のような反応が進行し均一核生成または不均一核生成が生じる。そして、生成した核が結晶成長することにより金属酸化物または金属水酸化物の微粒子（析出物）が析出する。
（化学式３）：Zn(OH)42-→ZnO＋２OH-＋H2O
【０００４】
このような金属空気電池において、カソード反応に必要なH2Oは主に電解液から供給されるため、電解液槽内の電解液が空気極の細孔を介して電池外部に漏洩する場合がある。電解液にはアルカリ性水溶液などが用いられるため、電解液が電池外部に漏洩すると金属空気電池の安全性が低下する。
この電解液の漏洩を防止するために、電解液の注入前の電解液槽中にあらかじめ固化剤を組み込んだ亜鉛空気電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。この亜鉛空気電池では電解液を固化することにより、電解液槽中の電解液の流動性を低下させ電解液の漏洩を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５８−５５６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電解液槽中にあらかじめ固化剤を組み込んだ従来の金属空気電池では、金属空気電池による放電中に電解液の固化が進行するため、固化が進行するに伴い電解液槽中におけるイオン拡散速度が低下していく。イオン拡散速度が低下すると、アノード反応に利用できるOH-の量が減少するため金属空気電池の出力は低下する。
また、イオン拡散速度が低下すると、アノード反応により生じるZn(OH)42-などの金属含有イオンの拡散速度が低下し、金属電極に近接する部分の金属含有イオンの濃度が上昇する。このイオン濃度が上昇すると、金属電極の表面上にＺｎＯなどの金属酸化物が析出し、この析出物が金属電極におけるアノード反応を阻害し金属空気電池の出力が低下する。
さらに、電解液槽に電解液を注入してすぐに電解液が固化すると、空気極に電解液が十分に浸透せず、空気極に形成される三相界面は少なくなる。このため、金属空気電池の出力は低下する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、空気極を介した電解液の漏洩を抑制することができ、かつ、出力の低下を抑制することができる金属空気電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電解質水溶液を収容するように設けられた電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつ電極活物質を有しかつアノードとなる金属電極と、空気極触媒を有しかつ前記電解質水溶液に含まれる水が浸透可能に設けられかつカソードとなる多孔性の空気極と、前記電解液槽中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入する投入部とを備えることを特徴とする金属空気電池を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電解質水溶液を収容するように設けられた電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつ電極活物質を有しかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極とを備えるため、金属電極においてアノード反応を進行させることができ、空気極においてカソード反応を進行させることができる。このことにより、金属電極と空気極との間に起電力を生じさせることができる。
本発明によれば、空気極は空気極触媒を有しかつ多孔性を有しかつ電解液槽内の電解質水溶液に含まれる水が浸透可能に設けられるため、大気から供給されたO2と電解質水溶液から供給されたH2Oとが空気極触媒上に存在する三相界面を形成することができる。
また、電解液槽内の電解質水溶液を増粘、ゲル化または固化させる前に電解質水溶液を空気極に十分に浸透させることができ、空気極に三相界面を多く形成することができる。このことにより、金属空気電池の出力の低下を抑制することができる。
本発明によれば、電解液槽中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入する投入部を備えるため、電解質水溶液に含まれる水を空気極に十分に浸透させた後に投入部により増粘剤、ゲル化剤または固化剤を電解質水溶液中に投入することができ、電解質水溶液を増粘、ゲル化又は固化することができる。このことにより、電解液槽中の電解質水溶液の流動性を低下させることができ、空気極を介した電解質水溶液の漏洩を抑制することができ、金属空気電池の安全性を向上させることができる。
また、金属空気電池による放電が終わった後に電解質水溶液中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入することも可能である。このことにより、放電中における電解質水溶液のイオン伝導性の低下を抑制することができ、金属空気電池の出力の低下を抑制することができる。また、放電後に電解液水溶液を増粘、ゲル化又は固化させ電解質水溶液の流動性を低下させることにより電解質水溶液の漏洩を抑制することができ金属空気電池の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。
【図４】（ａ）は図３の破線で囲んだ範囲Ａの拡大図であり、（ｂ）は比較図である。
【図５】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。
【図７】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。
【図８】図７に示した金属空気電池に含まれるケーシングを電解液槽から取り出した状態の金属空気電池の概略断面図である。
【図９】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の金属空気電池は、電解質水溶液を収容するように設けられた電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつ電極活物質を有しかつアノードとなる金属電極と、空気極触媒を有しかつ前記電解質水溶液に含まれる水が浸透可能に設けられかつカソードとなる多孔性の空気極と、前記電解液槽中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入する投入部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽中に電解質水溶液または水を注液する注液口をさらに有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽中に電解質水溶液または水を注液することにより放電を開始することができる。言い換えると、放電開始前において、電解液槽中に電解質水溶液が存在しない状態で金属空気電池を保存することができる。このため、自己放電による電池の容量の低下を抑制して金属空気電池を保存することができる。
本発明の金属空気電池において、制御部をさらに備え、前記制御部は、前記電解液槽中に電解質水溶液または水を注液してから時間的間隔をおいて前記電解液槽中に前記増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入するように前記投入部を制御することが好ましい。
このような構成によれば、電解質水溶液に含まれる水を空気極に十分浸透させることができ、金属空気電池の出力を大きくすることができる。
【００１２】
本発明の金属空気電池において、前記空気極上に設けられたセパレータをさらに備え、前記空気極および前記セパレータは、前記電解液槽に収容した電解質水溶液に含まれる水が前記セパレータを通過した後前記空気極に浸透するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、電解質水溶液に含まれる電極活物質や析出物の極微細な粒子が空気極に付着することを抑制できる。
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽内に設けられたケーシングをさらに備え、前記ケーシングは、前記電解液槽に収容した電解質水溶液と前記増粘剤、ゲル化剤又は固化剤とから生じる粘液、ゲル又は固体を前記電解液槽内から取り出すことができるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、増粘、ゲル化又は固化した電解質水溶液をケーシングと共に電解液槽から取り出すことができ、電解液槽および空気極を再利用して金属空気電池を再生することができる。
本発明の金属空気電池において、前記金属電極は、板状であり、前記投入部は、前記金属電極の両側の電解液槽中にそれぞれ前記増粘剤、ゲル化剤又は固化剤を投入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽内の電解質水溶液を均等に増粘、ゲル化又は固化することができる。また、電解液槽内の電解質水溶液の増粘速度、ゲル化速度又は固化速度を速くすることができる。
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００１４】
金属空気電池の構成
図１〜３、５〜９はそれぞれ本実施形態の金属空気電池の概略断面図である。
本実施形態の金属空気電池３０は、電解質水溶液３を収容するように設けられた電解液槽２と、電解液槽２中に設けられかつ電極活物質を有しかつアノードとなる金属電極５と、空気極触媒を有しかつ電解質水溶液３に含まれる水が浸透可能に設けられかつカソードとなる多孔性の空気極９と、電解液槽２中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入する投入部２１とを備えることを特徴とする。
以下、本実施形態の金属空気電池３０について説明する。
【００１５】
１．金属空気電池
本実施形態の金属空気電池３０は、電極活物質となる金属を含む金属電極５を負極（アノード）とし、空気極９を正極（カソード）とする電池である。例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。また、本実施形態の金属空気電池３０は、一次電池であってもよい。
また、金属空気電池３０は、電解液槽２、空気極９などからなる金属空気電池本体と、金属空気電池本体に着脱可能な構造を有し、金属電極５、蓋部材３５などからなる金属電極ホルダーとから構成されてもよい。
【００１６】
２．セル
セルは、金属空気電池３０の構成単位であり、電解液槽２（電解液室）中に設けられかつアノードとなる金属電極５と、カソードとなる空気極９とからなる電極対を有する。セルは、例えば、１つの空気極９と１つの金属電極５とが電解質水溶液３を挟むように設けられた電極対を有してもよく、図２に示した金属空気電池３０のように２つの空気極９が１つの金属電極５を挟むように設けられた電極対を有してもよい。
また、セルは、電解液槽２又は電解液室と、電解液槽２中又は電解液室中に設けられかつアノードとなる金属電極５と、カソードとなる空気極９とを備えてもよい。
【００１７】
３．セル集合体
セル集合体は、複数のセルを重ねたスタック構造を有する。セル集合体は、複数のセルが１つの電解液槽２内に設けられてもよく、それぞれのセルが電解液槽２または電解液室を有してもよい。なお、セル集合体を構成するセルの数は特に限定されず、必要となる発電能力に応じてセルの数量を決定すればよい。
また、セル集合体を構成する複数のセルがそれぞれ電解液槽２を有する場合、各セルが有する電解液槽２は共通の筐体１に設けられてもよく、各セルが筐体１を有し、この筐体１に電解液槽２が設けられてもよい。
なお、１つの筐体１に２個または３個のセルを設け、このような筐体１を複数組み合わせることによりセル集合体を形成してもよい。
セル集合体に含まれる複数のセルの電極対は、直列接続してもよく、並列接続してもよい。
【００１８】
４．電解質水溶液、電解液槽
電解質水溶液３は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する水溶液である。電解質水溶液３は、電解液槽２内に溜められる、または電解液槽２内を流通する。電解質水溶液３の種類は、金属電極５に含まれる電極活物質の種類によって異なる。
例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解質水溶液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いることができ、マグネシウム空気電池の場合、電解質水溶液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。
【００１９】
電解質水溶液３は、電解液槽２内に電解質粒子１６を予め入れておき電解液槽２内に水を注液することにより、電解液槽２内において調製してもよい。電解質粒子１６は、例えば、水酸化カリウム粒子、水酸化ナトリウム粒子、塩化ナトリウム粒子などである。電解質粒子１６は、顆粒状であってもよい。このことにより、電解質粒子１６を速やかに水に溶解させることができる。ここでは、電解液槽２内に予め入れておく電解質に、電解質粒子１６を用いているが、電解質の形態は特に限定されず、例えば、板状の電解質であってもよい。
また、予め調製した電解質水溶液３を電解液槽２に注液してもよい。
【００２０】
金属空気電池３０は、電解液槽２中に電解質水溶液３または水６を注液する注液口２８を有してもよい。このことにより、電解液槽２内で電解質水溶液３を調製すること、電解液槽２内に電解質水溶液３を注入すること、または電解液槽２内の電解質水溶液３を循環させることができる。
金属空気電池３０は、注液口２８から電解液槽２中に注液する電解質水溶液３又は水を溜めるタンクを備えてもよい。また、電解液槽２に注液する水又は電解質水溶液３は、外部から供給されるものであってもよい。
また、金属空気電池３０は、電解液槽２に電解質水溶液３又は水６を注液することにより電極反応を進行させる注液型金属空気電池３０であってもよい。
【００２１】
金属空気電池３０は、例えば、図１に示したような構造を有することができる。
図１に示した金属空気電池３０は、金属電極５、空気極９および電解液槽２を備え、電解液槽２中に予め電解質粒子１６を入れてある。また、この金属空気電池３０は、注液口２８を備え、水槽２５内の水６を電解液槽２内に注液できるように設けられている。
図１に示した金属空気電池３０のバルブ２６を開き、電解液槽２内に水６を注液すると、図２に示した金属空気電池３０のように、電解質粒子１６は注液した水に溶け、電解液槽２内において電解質水溶液３が調製される。
電解液槽２内で電解質水溶液３が調製されると、金属電極５において電極活物質とOH-とが反応するアノード反応を進行させることができる。また、電解質水溶液３に含まれる水が空気極９に浸透し空気極９において三相界面を形成することができカソード反応を進行させることができる。
このように、図１、２に示した金属空気電池３０は、電解液槽２に水６を注液することにより電極反応を進行させることができる。
このような注液型金属空気電池は電解液槽２中に電解液が存在しない状態で保存することができるため、自己放電による電池の容量の低下を抑制して保存することができる。このため、注液型金属空気電池は保存性に優れており、優れた非常用電源となる。
【００２２】
電解液槽２は、電解質水溶液３を溜める又は流通させる電解槽であり、電解質水溶液３に対して耐食性を有する。また、電解液槽２は、電解液室を有することができる。
電解液槽２または電解液室は、その中に金属電極５を設置することができる構造を有する。また、電解液槽２は、複数の電解液室を有してもよい。なお、図１に示した金属空気電池３０では、電解液槽２は、筐体１から構成され電解液槽２の内側壁上に空気極９が設けられている。また、筐体１には、空気極９に大気中の酸素を供給するための空孔２３が複数設けられている。
【００２３】
金属空気電池３０が電解液槽２内の電解質水溶液３を流動させる機構を有してもよい。このことにより金属電極５でのアノード反応を促進することができ、金属空気電池３０の性能を向上させることができる。電解質水溶液３を流動させる機構としては、ポンプおよび循環流路を用いて電解質水溶液３を循環させ、電解液槽２内の電解質水溶液３を流動させてもよい。
また、金属空気電池３０が攪拌機、バイブレーターなどの電解液槽２内の電解質水溶液３を物理的に動かすことのできる可動部を備えてもよい。
【００２４】
電解液槽２を構成する筐体１の材料は、耐アルカリ性樹脂などの電解質水溶液に対して耐食性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリビニルアルコール（PVA）、ポリフェニレンエーテル（PPE）、ポリ酢酸ビニル、ABS、塩化ビニリデン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などである。
【００２５】
５．金属電極
金属電極５は、アノードとなる電極であり、アノードの電極活物質である金属を含む。また、金属電極５は、電解液槽２中に取り出し可能に設けられてもよい。
金属電極５は、例えば、電極活物質である金属を含む金属板であってもよく、金属粒子を加圧により成型された板状の金属電極であってもよい。また、金属電極５は、例えば、板状の金属電極集電体と金属電極集電体上に設けられた電極活物質層とを有してもよい。また、金属電極５は、外部回路と接続するための金属極端子１１と電気的に接続してもよい。
金属電極５に含まれる電極活物質は、アノード反応により金属電極５中に電荷を発生させ金属含有イオンとして電解質水溶液３に溶解する金属である。なお、金属電極５中に発生した電荷は、外部出力された後、空気極９におけるカソード反応に利用される。
電解質水溶液３中の金属含有イオンは、その濃度が飽和濃度を超えると電解質水溶液３中に金属酸化物または金属水酸化物の微粒子など（析出物１７）として析出する。
【００２６】
従って、金属電極５に含まれる電極活物質はアノード反応の進行に伴い徐々に消費されていく。このため、金属電極５に含まれる電極活物質が少なくなると、金属電極５に発生する電荷が少なくなり金属空気電池３０の出力が低下し放電が終了する。また、金属電極５は、使用済みとなる。
また、析出物１７が金属電極５の表面上などに析出するとアノード反応が阻害され金属空気電池３０の出力が低下するため、析出物１７が金属電極５の表面を覆うことにより放電が終了する場合がある。
【００２７】
例えば、亜鉛空気電池の場合、電極活物質は金属亜鉛であり、電解質水溶液中には水酸化亜鉛または酸化亜鉛が析出する。アルミニウム空気電池の場合、電極活物質は金属アルミニウムであり、電解質水溶液中には水酸化アルミニウムが析出する。鉄空気電池の場合、電極活物質は金属鉄であり、電解質水溶液中には酸化水酸化鉄または酸化鉄が析出する。マグネシウム空気電池の場合、電極活物質は金属マグネシウムであり、電解液中には水酸化マグネシウムが析出する。
また、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、電極活物質はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムであり、電解質水溶液中にはこれらの金属の酸化物、水酸化物などが析出する。なお、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、金属電極５と電解質水溶液との間に固体電解質膜を有してもよい。このことにより、電極活物質が電解質水溶液により腐食されることを抑制することができる。また、この場合、電極活物質は固体電解質膜をイオン伝導した後電解質水溶液に溶解する。
なお、電極活物質は、これらの例には限定されず、金属空気電池となるものであればよい。また、金属電極５に含まれる電極活物質は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、金属電極５に含まれる電極活物質は合金であってもよい。特に、金属電極５に含まれる電極活物質が金属亜鉛である場合、金属電極５は、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｃａなどを添加した亜鉛合金を有してもよい。このことにより、金属電極５の自己腐食を抑制することができる。
【００２８】
金属電極集電体は、導電性を有する。また、金属電極集電体の形状は板状、または板の厚み方向に貫通した孔が設けられた形状、またはエキスパンドメタルやメッシュが好ましい。また、この金属電極集電体は、例えば、電解質水溶液に対して耐食性を有する金属板により形成することができる。金属電極集電体の材料は、例えば、ニッケル、金、銀、銅、ステンレスなどである。また、金属電極集電体は、ニッケルめっき処理、金めっき処理、銀めっき処理、銅めっき処理された導電性基材などであってもよい。この導電性基材には、鉄、ニッケル、ステンレスなどを用いることができる。
このことにより、アノード反応により金属電極５に生じた電荷を金属電極集電体により集電することができ、発生させた電荷を外部回路に出力することができる。金属電極集電体の主要面上への電極活物質層の固定は、例えば、電極活物質である金属の粒子や塊を金属電極集電体の表面に押し付けて固定してもよく、金属電極集電体上にめっき法などにより金属を析出させてもよい。また、金属粒子を内部へ充填可能な構造を有する金属集電体、例えば籠状の集電体であってもよい。なお、金属電極集電体の形状に関して、めっき法で電極活物質を析出させる場合には導電性の観点で板形状が好ましく、金属の粒子や塊を固定させる場合には、粒子や塊の脱落を防止する観点で板に貫通孔が設けられたもの、またはエキスパンドメタルやメッシュが好ましい。
【００２９】
金属電極５は、蓋部材３５などと共に金属電極ホルダーを構成することができる。金属電極ホルダーは、金属電極５を電解液槽２内に挿入することができ、使用済みの金属電極５を電解液槽２内から抜き出せるように設けられる。このことにより、金属空気電池３０に電極活物質を供給することができる。
金属電極ホルダーは、例えば、図１に示した金属空気電池３０に含まれる金属電極５と金属極端子１１とから構成されてもよく、図７に示した金属空気電池３０に含まれる金属電極５と金属極端子１１と蓋部材３５とから構成されてもよい。
【００３０】
６．空気極、セパレータ
空気極９は、空気極触媒を有しかつ電解質水溶液３に含まれる水が浸透可能に設けられかつカソードとなる多孔性の電極である。また、空気極９は、ガス拡散層８と、ガス拡散層８上に設けられた空気極触媒層７とを有してもよい。空気極９では、空気極触媒上において主に電解質水溶液３から供給される水と大気から供給される酸素ガスと電子とが反応し水酸化物イオン（OH-）を生成する（カソード反応）。つまり、空気極９の三相界面においてカソード反応が進行する。
また、多孔性の空気極９は、空気極９に大気に含まれる酸素ガスが拡散できるように設けられる。例えば、空気極９は、少なくとも空気極９の表面の一部が大気に曝されるように設けることができる。図１に示した金属空気電池３０では、筐体１に複数の空孔２３を設けており、空孔２３を介して大気に含まれる酸素ガスが空気極９中に拡散できる。また、例えば、空気が流れる空気流路を形成し空気極９に酸素ガスを供給してもよい。
一方、空気極９に大気に含まれる酸素ガスが拡散する経路（細孔など）があるため、この経路を介して電解液槽２中の電解質水溶液３が金属空気電池３０から漏洩する場合がある。
【００３１】
空気極触媒層７は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された空気極触媒とを含んでもよい。このことにより、空気極触媒上において、酸素ガスと水と電子を共存する三相界面を形成することが可能になり、カソード反応を進行させることが可能になる。カソード反応に使われる水は主に電解質水溶液３から供給されるため、空気極触媒層７に水が浸み込んだ領域が広いほど三相界面が形成される領域が広くなると考えられ、金属空気電池３０の出力も大きくなると考えられる。また、空気極触媒層７は、バインダーを含んでもよい。
また、空気極触媒層７とガス拡散層８とから構成される空気極９は、空気極触媒を担持した多孔性担体を導電性多孔性基材（ガス拡散層８）に塗布することにより作製されてもよい。例えば、空気極９は、空気極触媒を担持したカーボンをカーボンペーパーやカーボンフェルトに塗布することにより作製することができる。このガス拡散層８は、空気極集電体として機能してもよい。
空気極９の厚さは、例えば、３００μｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。
また、空気極９は、空気極端子１０と電気的に接続することができる。このことにより、空気極触媒層７で生じた電荷を外部回路へと取り出すことができる。
【００３２】
金属空気電池３０は、空気極触媒層７に生じた電荷を集電する空気極集電体を備えてもよい。このことにより、空気極触媒層７で生じた電荷を効率よく外部回路へと取り出すことができる。空気極集電体の材料としては、電解質水溶液３に対して耐食性を有すれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、金、銀、銅、ステンレスなどである。また、空気極集電体は、ニッケルめっき処理、金めっき処理、銀めっき処理、銅めっき処理された導電性基材などであってもよい。この導電性基材には、鉄、ニッケル、ステンレスなどを用いることができる。
また、空気極集電体の形状は、例えば、板状、メッシュ状、パンチングメタルなどとすることができる。空気極集電体は、空気極触媒層７とガス拡散層８との間に設けることが、抵抗低減の点で好ましい。
また、空気極集電体と、多孔性担体又は導電性多孔性基材（ガス拡散層８）とを接合する方法としては、フレームを介してネジ止めにより圧着する方法や、導電性接着剤を用いて結合させる方法や、加圧により圧着する方法などが挙げられる。
【００３３】
１つのセルに含まれる空気極９は、金属電極５の一方側にのみ設けられてもよく、図１のように金属電極５の両側にそれぞれ設けられてもよい。
空気極触媒層７に含まれる多孔性担体には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
空気極触媒には、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、ランタン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。
また、空気極触媒層７に含まれるバインダーは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）などである。
また、空気極触媒層７に含まれる多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極触媒層７は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
【００３４】
空気極触媒層７は電解液槽２内の電解質水溶液３に接触するように設けてもよい。このことにより、空気極触媒層７で生成した水酸化物イオンが容易に電解質水溶液３へ移動することができる。また、空気極触媒層７における電極反応に必要な水が電解質水溶液３から空気極触媒層７に供給されやすくなる。
【００３５】
また、空気極触媒層７は、電解液槽２に収容する電解質水溶液３と接触するセパレータ１４と接触するように設けてもよい。セパレータ１４は、多孔性樹脂膜、イオン交換膜または樹脂繊維の不織布とすることができる。セパレータ１４は、電解液槽２内の電解質水溶液３と空気極触媒層７とを仕切るように設けることができる。セパレータ１４を設けることにより、電解質水溶液３が空気極９の細孔を介して金属空気電池３０の外部へ漏洩することを抑制することができ、金属空気電池３０の安全性を向上させることができる。また、電解質水溶液３に含まれる水は、セパレータ１４を通過した後空気極９に浸透するため、空気極９に過剰な水が供給されることを抑制することができる。また、セパレータ１４を設けることにより、電解質水溶液３に含まれる電極活物質や析出物１７の極微細な粒子が空気極触媒層７に付着することを抑制できる。
また、セパレータ１４は、後述するケーシング３３の機能を備えてもよい。つまり、セパレータ１４は、粘液、ゲル又は固体２４と共に電解液槽２内から取り出すことができるように設けることができる。
このことにより、１つの部材がセパレータ１４の機能とケーシング３３の機能を備えることができ、金属空気電池３０を軽量化することができる。
【００３６】
また、セパレータ１４をイオン交換膜とすることにより、空気極触媒層７と電解質水溶液３との間を移動するイオン種を限定することができる。セパレータ１４は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極触媒層７で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解質水溶液へ移動することができる。アニオン交換膜は、固定イオンである陽イオン基を有するため、電解質水溶液３中の陽イオンは空気極触媒層７に伝導することはできない。これに対し、空気極触媒層７で生成した水酸化物イオンは陰イオンであるため、電解質水溶液３へと伝導することができる。このことにより、金属空気電池３０の電池反応が進行させることができ、かつ、電解質水溶液３中の陽イオンが空気極触媒層７に移動するのを防止することができる。このことにより、空気極触媒層７における金属や炭酸化合物の析出を抑制することができる。
【００３７】
セパレータ１４に用いられる多孔性樹脂膜または樹脂繊維の不織布の材料としては、耐アルカリ性樹脂とすることができ、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール系材料、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）が挙げられる。また、セパレータ１４の細孔の孔径は特に限定されないが、３０μｍ以下であることが好ましい。電解質水溶液の流通が良くなるようにセパレータ１４は親水化処理されていることが好ましい。
セパレータ１４に用いられるイオン交換膜としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。
【００３８】
７．投入部
投入部２１は、電解液槽２中に増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を投入する部分である。投入部２１を設けることにより、電解質水溶液３中に増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を投入することができ、電解質水溶液３を増粘、ゲル化又は固化させることができる。このことにより、電解質水溶液３の流動性を低下させることができ、空気極９を介した電解質水溶液３の金属空気電池３０の外部への漏洩を抑制することができる。
投入部２１は、増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に徐々に投入してもよく、電解液槽２中に間欠的に投入してもよく、電解液槽２中に一括で投入してもよい。
増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０の投入量は、例えば、電解液槽２に収容した電解質水溶液３の重量に対して、０．１〜１５重量％とすることができ、より好ましくは５〜１０重量％とすることができる。
増粘剤は、電解質水溶液３の粘度を増加させ電解質水溶液３を粘液化する物質である。ゲル化剤は、電解質水溶液３をゲル化する物質である。また、固化剤は、電解質水溶液３を固体化する物質である。
増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０は、固体状であってもよく、ゲル状であってもよく、液体状であってもよい。
増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０は、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムなどの高吸水性高分子や、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などの水溶性高分子である。
【００３９】
投入部２１は、増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に投入するための開閉可能な開口であってもよい。
また、投入部２１は、内部に増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を収容し、投入部２１の一部が開くことにより収容した増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に投入できるように設けられた部分であってもよい。例えば、投入部２１は、増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を収容したカートリッジを有してもよい。
投入部２１は、例えば、図１〜３に示した金属空気電池３０に含まれる投入部２１のように、電解液槽２の上側に設けることができる。また、投入部２１の底部は、開閉可能な開口であってもよい。このことにより、底部の開口を開けることにより投入部２１が収容した増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に投入することができる。
また、投入部２１の底部は、金属箔、樹脂フィルムなどの破ること又は穴を開けることができる材料から構成されてもよい。このことにより、底部の金属箔、樹脂フィルムなどを破る又は穴を開けることにより投入部２１が収容した増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に投入することができる。また、投入部２１は、底部の金属箔、樹脂フィルムなどを破る又は穴を開ける手段を有してもよい。
【００４０】
内部に増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を収容した投入部２１を設けることにより、電解質水溶液３を大気に曝すことなく増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を電解質水溶液３に投入することができるため、大気中の二酸化炭素などが電解質水溶液３に溶け込むことを抑制することができる。また、増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を電解質水溶液３に投入する際に投入部２１の開口を介して電解質水溶液３が金属空気電池３０の外部へ漏洩することを防止することができ、金属空気電池３０の安全性を向上させることができる。
投入部２１は、ボタンを押すことにより増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に投入するように設けられてもよい。また、投入部２１は、増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を投入部２１の外部から押すことにより増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に投入するように設けられてもよい。また、投入部２１は、制御部による自動制御によりゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に投入するように設けられてもよい。
【００４１】
増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０は、電解液槽２中に電解質水溶液又は水を注液してから時間的間隔をおいて投入部２１により電解液槽２中に投入されてもよい。このことにより、電解質水溶液３を増粘、ゲル化又は固化させる前に電解質水溶液３に含まれる水を空気極９に十分に浸透させることができ、金属空気電池３０の出力を大きくすることができる。また、空気極９を介した電解質水溶液３の漏洩を抑制することができる。
このことを図１〜３を用いて説明する。まず、図１に示した金属空気電池３０のように、電解質粒子１６を電解液槽２内に入れておき、電解液槽２に水を入れていない状態で金属空気電池３０を保存する。このことにより、金属空気電池３０の自己放電が抑制された状態で金属空気電池３０を保存することができる。
【００４２】
その後、図２のように、金属空気電池３０の使用時に注液口２８から電解液槽２内に水を注液し、電解液槽２内で電解質水溶液３を調製する。このことにより、アノードである金属電極５と、カソードである空気極９との間をイオンが伝導できる状態となり、空気極端子１０と金属極端子１１との間に負荷を接続することにより金属空気電池３０による放電が開始される。また、電解質水溶液３に含まれる水が空気極９に浸透し、空気極触媒層７に浸透領域３１が形成される。
電解液槽２内に水を注液してから時間的間隔をおいて投入部２１により電解質水溶液３に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入する。例えば、注液から１時間後に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入することができる。このことにより、図３のように、電解液槽２中の電解質水溶液が増粘、ゲル化又は固化し、粘液、ゲル又は固体２４が形成される。そして、粘液、ゲル又は固体２４が形成されると、電解質水溶液３の空気極９への浸透が抑制されるため、電解質水溶液３が空気極９を介して金属空気電池３０の外部へ漏洩することを抑制することができる。また、電解質水溶液３が増粘、ゲル化又は固化すると、空気極９に供給される水の量が減少するため、浸透領域３１の増加は抑制される。
【００４３】
図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ図３の破線で囲んだ範囲Ａの拡大図である。図４（ａ）は、電解液槽２内に水を注液してから電解質水溶液３中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入するまでの時間的間隔が比較的長い場合の空気極９であり、図４（ｂ）は、電解液槽２内に水を注液してから電解質水溶液３中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入するまでの時間的間隔が比較的短い場合の空気極９である。
図４（ａ）では、時間的間隔が比較的長く電解質水溶液から空気極触媒層７へ供給される水の量が多いため、空気極触媒層７の大部分が水が浸透した浸透領域３１となる。浸透領域３１では空気極触媒上に水と酸素が存在する三相界面が形成されやすいため、浸透領域３１が広いほどカソード反応の反応速度は速くなり、金属空気電池３０の出力は大きくなると考えられる。従って、図４（ａ）のように浸透領域３１が形成されるような時間的間隔をおいて電解質水溶液３中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入することにより、金属空気電池３０の出力を大きくすることができる。
【００４４】
これに対し、図４（ｂ）では、時間的間隔が比較的短く電解質水溶液３から空気極触媒層７へ供給される水の量が少ないため、空気極触媒層７に形成される浸透領域３１は狭くなる。このため、カソード反応の反応速度は遅くなり、金属空気電池３０の出力は小さくなると考えられる。
従って、図４（ａ）のように浸透領域３１が形成されるように時間的間隔を設定することができる。
【００４５】
投入部２１は、タイマーを備えてもよい。また、このタイマーは制御部が有してもよい。このことにより、電解液槽２に電解質水溶液又は水を注液した後、所定の時間が経過した後に投入部２１により電解質水溶液３中に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入することができる。この所定の時間は、セパレータ１４の有無などの金属空気電池３０の構造などから予め計算した時間とすることができる。このような構成とすることにより、金属空気電池３０の出力を大きくすることができ、かつ、空気極９を介した電解質水溶液３の漏洩を抑制することができる。
【００４６】
また、金属空気電池３０は、図５のように増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０の投入を制御する制御部を有してもよい。また、制御部は、金属電極５と空気極９との間の電圧や金属空気電池３０の温度、電解質水溶液３の電気抵抗値などを検知するように設けてもよい。このような構成とすれば、検知した電圧、温度、抵抗値などに応じて電解質水溶液３に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入することができる。例えば、金属電極５と空気極９との間の電圧がピーク電圧となった後に電解質水溶液３に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入してもよく、金属電極５と空気極９との間の電圧が所定の電圧以下に低下した後に電解質水溶液３に増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を投入してもよい。このような構成とすることにより、金属空気電池３０の出力を大きくすることができ、かつ、空気極９を介した電解質水溶液３の漏洩を抑制することができる。
【００４７】
増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０は、金属空気電池３０の放電が終了した後に投入部２１により電解液槽２中に投入されてもよい。このことにより、金属空気電池３０の放電中に電解質水溶液３の増粘、ゲル化又は固化により電解液槽２中におけるイオン伝導性が低下することを防止することができる。
また、放電の終了を制御部で検知し、制御部による投入部２１の制御により増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を電解液槽２中に投入してもよい。
【００４８】
投入部２１は、図１〜３に示した金属空気電池３０のように、電解液槽２の上側に１つ設けられてもよく、図６に示した金属空気電池３０のように電解液槽２の上側に複数設けられてもよい。また、金属空気電池３０に含まれる金属電極５が板状である場合、図６の金属空気電池３０のように金属電極５の両側の電解液槽２中にそれぞれ増粘剤、ゲル化剤または固化剤２０を投入できるように投入部２１を設けることができる。このことにより、電解液槽２内の電解質水溶液３を均等に増粘、ゲル化又は固化することができる。また、電解液槽２内の電解質水溶液３の増粘速度、ゲル化速度又は固化速度を速くすることができる。また、この場合、板状の金属電極５の両側にそれぞれ空気極９を設けることができる。
【００４９】
金属空気電池３０は、電解液槽２内に設けられたケーシング３３を備えてもよい。ケーシング３３は、電解液槽２に収容した電解質水溶液３と増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０とから生じる粘液、ゲル又は固体２４と共に電解液槽２内から取り出すことができるように設けられる。ケーシング３３は、内部容器として電解液槽２内に設けることができ、電解液槽２内の電解質水溶液３を収容するように設けることができる。また、ケーシング３３は金属電極５を収容するように設けることができる。
また、ケーシング３３は、セパレータ１４の機能を有してもよい。
つまり、電解質水溶液３に含まれる水がケーシング３３を通過した後空気極９に浸透するようにケーシング３３を設けることができる。このことにより、空気極９に過剰な水が供給されることを抑制することができ、また、電解質水溶液３に含まれる電極活物質や析出物１７の極微細な粒子が空気極触媒層７に付着することを抑制できる。この場合、ケーシング３３の材料は、多孔性樹脂膜、イオン交換膜または樹脂繊維の不織布とすることができる。
【００５０】
ケーシング３３は、例えば、図７に示した金属空気電池３０のように設けることができる。図７に示した金属空気電池３０の電解液槽２に注液口２８から水を注液し、金属空気電池３０により放電を行うと、金属電極５の電極活物質は消費され電解液槽２の底に使用済み活物質である析出物１７が溜まる。あるいは、電解液槽２内に使用済み活物質である析出物１７が分散する。その後、投入部２１により増粘剤、ゲル化剤又は固化剤２０を電解質水溶液３中に投入し、電解質水溶液３を増粘、ゲル化又は固化させ粘液、ゲル又は固体２４すると、空気極９を介した電解質水溶液の漏洩を抑制することができる。その後、図８に示した金属空気電池３０のように、ケーシング３３を粘液、ゲル又は固体２４と共に電解液槽２内から取り出すことにより、使用済みの金属電極５、使用済み活物質である析出物１７を電解液槽２内から回収することができる。その後、新たな金属電極５をケーシング３３、セパレータ１４、電解質粒子１６などと共に電解液槽２内に挿入することにより、金属空気電池３０を放電前の状態に戻すことができる。
このようにケーシング３３を設けることにより、電解液槽２（筐体１）と空気極９を再利用して金属空気電池３０を再生することができる。
【００５１】
金属空気電池３０は、電解液槽２内の圧力を調整する圧力調整弁３７を有することができる。圧力調整弁３７を設けることにより、電解質水溶液３の増粘、ゲル化又は固化に伴う電解液槽２内の圧力の上昇又は低下を抑制することができ、金属空気電池３０の膨張や収縮を抑制することができる。また、金属空気電池３０の安全性、信頼性を向上させることができる。
また、圧力調整弁３７は、電解液槽３７内が減圧状態とできるように設けることもできる。このことにより、粘液、ゲル又は固体２４中の気泡を脱泡することができる。
【００５２】
放電実験
図１に示したような金属空気電池を作製し、実施例１と比較例１の放電実験を行った。
作製した金属空気電池では、電解液槽２の容量は４０ｍｌとし、電解液槽２の中央部に金属電極５である亜鉛板（一辺５ｃｍ角、厚さ１ｍｍ）を配置した。また、電解液槽２の両内側面に亜鉛板を挟むように一辺５ｃｍ角の空気極９を２つ配置した。また、空気極９上に耐アルカリ性の多孔質樹脂膜からなるセパレータ１４を配置した。
また、電解液槽２内で調製する電解質水溶液の濃度が７Ｍとなるように、電解液槽２内に顆粒状の水酸化カリウム粒子を入れた。
【００５３】
実施例１では、電解液槽２内に純水を注液し電解質水溶液を調製してから１０分が経過した後に電解質水溶液中に高吸水性高分子であるポリアクリル酸ナトリウムを投入し、筐体を適度に傾け動かすことによりポリアクリル酸ナトリウムを液中に均一に分散させた。そして、電解質水溶液がゲル化した後の金属空気電池について、電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2として一定電流を流し、電圧を測定した。
比較例１では、電解液槽２内に純水を注液し電解質水溶液を調製した後、すぐに電解質水溶液中に高吸水性高分子であるポリアクリル酸ナトリウムを投入し、筐体を適度に傾け動かすことによりポリアクリル酸ナトリウムを液中に均一に分散させた。そして、電解質水溶液がゲル化した後の金属空気電池について、電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2として一定電流を流し、電圧を測定した。
放電実験の測定結果を表１に示す。比較例１の金属空気電池のセル電圧が０．９Ｖであったのに対し、実施例１の金属空気電池のセル電圧は１．２Ｖであった。
【００５４】
【表１】
2015103430.tif 000003
【００５５】
実施例１の金属空気電池のセル電圧が比較例１よりも高かった理由としては、実施例１では、電解質水溶液のゲル化前に電解質水溶液に含まれる水が空気極に十分浸透しており、空気極に三相界面が多く形成されたためと考えられる。
また、比較例１では、電解質水溶液のゲル化前に電解質水溶液に含まれる水が空気極に十分浸透しなかったため、セル電圧が低かったと考えられる。
【００５６】
安全性評価実験
放電後の金属空気電池を放置し、電解質水溶液の漏洩を確認する安全性評価実験を行った。
上記の放電実験と同様に放電前の金属空気電池を作製した。
実施例２では、電解液槽２内に純水を注液し電解質水溶液を調製することにより金属空気電池による放電を開始し、放電終了後に電解質水溶液中に高吸水性高分子であるポリアクリル酸ナトリウムを投入した。そして、電解質水溶液をゲル化した後金属空気電池を１週間放置し、電解質水溶液の漏洩の有無を確かめた。
比較例２では、電解液槽２内に純水を注液し電解質水溶液を調製することにより金属空気電池による放電を行った。比較例２では、電解質水溶液中にポリアクリル酸ナトリウムを投入していない。放電後、金属空気電池を１週間放置し、電解質水溶液の漏洩の有無を確かめた。
安全性評価実験の実験結果を表２に示す。比較例２の金属空気電池では、空気極の外部に液滴を視認できたのに対し、実施例２の金属空気電池では電解質水溶液の漏洩は確認されなかった。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
実施例２の金属空気電池は、放電終了後に電解質水溶液をゲル化しているため、電解質水溶液は、空気極を介して電池外部へ漏洩しなかったと考えられる。これに対し、比較例２の金属空気電池は、電解質水溶液をゲル化しなかったため、電解質水溶液が空気極を介して電池外部へ漏洩したと考えられる。
従って、放電終了後に電解質水溶液をゲル化した実施例２の金属空気電池は、安全性が高いことが確認された。
【００５９】
ゲル化実験
電解質水溶液のゲル化に要する時間を測定するゲル化実験を行った。
上記の放電実験と同様に放電前の金属空気電池を作製した。
実施例３では、電解液槽２内に純水を注液し電解質水溶液を調製してから１０分が経過した後に、金属電極５の両側の電解液槽２中にそれぞれ高吸水性高分子であるポリアクリル酸ナトリウムを投入し、筐体を適度に傾け動かすことによりポリアクリル酸ナトリウムを液中に均一に分散させた。そして、電解質水溶液のゲル化に要する時間を測定した。
実施例３の金属空気電池での電解質水溶液のゲル化に要する時間は、実施例１の金属空気電池での電解質水溶液のゲル化に要する時間のおおよそ４分の１であった。
このことにより、金属電極５の両側の電解液槽２中にそれぞれゲル化剤を投入することにより、電解質水溶液のゲル化に要する時間を短くすることができることがわかった。
【００６０】
リサイクル可能金属空気電池作製実験
実施例４として、図７に示したような金属空気電池を作製し、電解質水溶液のゲル化後、ケーシング３３を電解液槽２内から取り外す実験を行った。
作製した金属空気電池では、筐体１又は空気極９と、セパレータ１４との間に多孔性樹脂膜からなるケーシング３３を設けた。その他の構成は、上記の放電実験と同様である。
実施例４では、電解液槽２内に純水を注液し電解質水溶液を調製してから１０分が経過した後に電解質水溶液中に高吸水性高分子であるポリアクリル酸ナトリウムを投入し、筐体を適度に傾け動かすことによりポリアクリル酸ナトリウムを液中に均一に分散させた。
そして、電解液槽２中の電解質水溶液がゲル化した後、図８のように、ケーシング３３をゲル化した電解質水溶液２４および金属電極５と共に電解液槽２内から取り出した。また、ケーシング３３を取り出した後の筐体１および空気極９などは再利用可能な状態であった。
このことにより、ケーシング３３を設けることにより、筐体１および空気極９などを再利用できることがわかった。
また、図１に示したようなケーシング３３を設けていない金属空気電池では、筐体１および空気極９などを再利用するためには、金属電極５を電解液槽２中から取り出す操作と、ゲル化した電解質水溶液２４を電解液槽２中から取り除く操作という２つの手順が必要である。これに対し、実施例４の金属空気電池では、ケーシング３３を電解液槽２から取り出すという１つの手順により、金属電極５とゲル化した電解液２４を電解液槽２中から除去することができ、筐体１および空気極９などを容易に再利用できることがわかった。
【符号の説明】
【００６１】
１：筐体    ２：電解液槽    ３：電解質水溶液    ５：金属電極    ６：水    ７：空気極触媒層    ８：ガス拡散層    ９：空気極    １０：空気極端子    １１：金属極端子    １４：セパレータ    １６：電解質粒子    １７：析出物（使用済み活物質）    ２０：増粘剤、ゲル化剤又は固化剤    ２１：投入部    ２３：空孔    ２４：粘液、ゲル又は固体    ２５：水槽    ２６：バルブ    ２８：注液口    ３０：金属空気電池    ３１：浸透領域    ３３：ケーシング    ３５：蓋部材    ３７：圧力調整弁
【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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【図７】
2015103430.tif 000011
【図８】
2015103430.tif 000012
【図９】
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