(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１操作部と、前記第１操作部から伸びた第１挿入部とを有し、
前記第１挿入部は、電極活物質となる金属を含む第１燃料極を備え、
前記第１操作部は、少なくとも２つ以上の側面を有し、かつ、前記第１操作部の第１の側面および第２の側面に設けられ前記第１燃料極と電気的に接続された第１燃料極端子と、第１空気極接続部とを備え、
前記第１空気極接続部は、第１内部接続端子と、前記第１操作部の第１の側面および前記第２の側面に設けられた第１外部接続端子とを備えたことを特徴とする金属電極カートリッジ。
【請求項２】
第１操作部と、前記第１操作部から伸びた第１挿入部とを有し、
前記第１挿入部は、電極活物質となる金属を含む第１燃料極を備え、
前記第１操作部は、少なくとも２つ以上の側面を有し、かつ、前記第１操作部の第１の側面に設けられ前記第１燃料極と電気的に接続された第１燃料極端子と、第１空気極接続部とを備え、
前記第１空気極接続部は、第１内部接続端子と、前記第１操作部の第２の側面に設けられた第１外部接続端子とを備え、
前記第１の側面および前記第２の側面のどちらか一方は凹凸を有し、
前記凹凸と同じ形状の凹凸が前記第１燃料極端子または前記第１外部接続端子に設けられていることを特徴とする金属電極カートリッジ。
【請求項３】
前記第１の側面と前記第２の側面が互いに対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属電極カートリッジ。
【請求項４】
金属空気電池本体と、第１金属電極カートリッジとを備えた金属空気電池であって、
前記第１金属電極カートリッジは、第１操作部と、前記第１操作部から伸びた第１挿入部とを有し、
前記第１挿入部は、電極活物質となる金属を含む第１燃料極を備え、
前記第１操作部は、前記第１燃料極と電気的に接続された第１燃料極端子と、第１空気極接続部とを備え、
前記第１空気極接続部は、第１内部接続端子と、第１外部接続端子とを備え、
前記金属空気電池本体は、第１電解液槽と、第１空気極と、前記第１空気極と電気的に接続した第１空気極端子とを備え、
前記第１内部接続端子は、前記第１挿入部を前記第１電解液槽中に挿入することにより前記第１空気極端子と接触するように設けられたことを特徴とする金属空気電池。
【請求項５】
前記第１燃料極端子または前記第１外部接続端子は、前記第１操作部の表面に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記第１操作部は、概略直方体状で、
前記第１燃料極端子は、前記第１操作部の第１の側面に設けられ、
前記第１外部接続端子は、前記第１操作部の第１の側面と対向する第２の側面に設けられたことを特徴とする請求項４または５に記載の金属空気電池。
【請求項７】
前記第１燃料極端子は、前記第２の側面にも設けられ、
前記第１外部接続端子は、前記第１の側面にも設けられていることを特徴とする請求項６に記載の金属空気電池。
【請求項８】
前記第１空気極端子および前記第１内部接続端子のうち一方がソケットとなり、他方がプラグとなっていることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項９】
前記第１操作部は、少なくとも２つ以上の側面を有し、かつ、スイッチと、前記少なくとも２つ以上の側面のうち第１の側面と第２の側面に設けられた切替可能端子と備え、
前記スイッチにより、前記切替可能端子が前記第１燃料極端子または前記第１外部接続端子と電気的に接続できるように設けられたことを特徴とする請求項４又は５に記載の金属空気電池。
【請求項１０】
第２金属電極カートリッジをさらに備え、
前記金属空気電池本体は、第２電解液槽と、第２空気極と、前記第２空気極と電気的に接続した第２空気極端子とをさらに備え、
前記第２金属電極カートリッジは、第２操作部と、前記第２操作部から伸びかつ前記第２電解液槽中に挿入可能に設けられた第２挿入部とを有し、
前記第２挿入部は、電極活物質となる金属を含む第２燃料極を備え、
前記第２操作部は、前記第２燃料極と電気的に接続した第２燃料極端子と、第２空気極接続部とを備え、
前記第２空気極接続部は、第２内部接続端子と第２外部接続端子とを有し、
前記第２内部接続端子は、前記第２挿入部を前記第２電解液槽中に挿入することにより前記第２空気極端子と接触するように設けられ、
前記第１燃料極端子は、前記第１挿入部を前記第１電解液槽中に挿入し前記第２挿入部を前記第２電解液槽中に挿入することにより、前記第２燃料極端子および前記第２外部接続端子のうち一方と接触するように設けられたことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項１１】
前記金属空気電池本体は、第３電解液槽と、第３空気極とをさらに備え、
前記第１金属電極カートリッジは、前記第１操作部から伸びかつ第３電解液槽中に挿入可能に設けられた第３挿入部を有し、
前記第３挿入部は、電極活物質となる金属を含む第３燃料極を備えることを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか一項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、金属空気電池に用いる金属電極カートリッジおよび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、燃料となる電極活物質を含む燃料極をアノードとし、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、カソードにおいて以下の化学式１のような電極反応が進行すると考えられる。
（化学式１）：O2＋２H2O＋４ｅ-→４OH-
また、アノードにおいて以下の化学式２、３のような電極反応が進行すると考えられる。
（化学式２）：Zn＋４OH-→Zn(OH)42-＋２ｅ-
（化学式３）：Zn(OH)42-→ZnO＋２OH-＋H2O
このような電極反応が進行すると燃料極の電極活物質は消費されるため、金属空気電池は、電極活物質となる金属を供給するために燃料極を交換することができる構造を有する（例えば、特許文献１参照）。
また、金属空気電池では、大きな出力を得るために直列接続または並列接続した複数の電気化学セルを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５０９２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の金属空気電池では、燃料極を交換可能に設けるため電気化学セルを直列接続または並列接続するための配線が複雑になる。このため、配線部に故障が生じた場合、修理に時間を要し金属空気電池の稼働を長時間停止する必要がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、配線部の故障を容易に修理することができる金属電極カートリッジおよび金属空気電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１操作部と、第１操作部から伸びた第１挿入部とを有し、第１挿入部は、電極活物質となる金属を含む第１燃料極を備え、第１操作部は、第１燃料極と電気的に接続された第１燃料極端子と、第１空気極接続部とを備え、第１空気極接続部は、第１内部接続端子と、第１外部接続端子とを備えたことを特徴とする金属電極カートリッジを提供する。【０００６】
また、本発明は、第１電解液槽と、第１空気極と、第１空気極と電気的に接続した第１空気極端子とを有する金属空気電池本体とを備え、本発明の金属電極カートリッジの第１挿入部が第１電解液槽中に挿入されたことにより、第１内部接続端子と第１空気極端子が電気的に接続され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】
【０００７】
本発明によれば、交換可能な金属電極カートリッジに外部接続する端子が設けられるため、外部接続する端子において故障（錆び、変形など）が生じた場合、使用している金属電極カートリッジを新たな金属電極カートリッジに取り替えることにより、金属空気電池を容易に修理することができ、金属空気電池をすぐに再稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略上面図である。
【図２】図１の破線Ａ−Ａにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図３】図１の破線Ｂ−Ｂにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図４】金属空気電池本体から各金属電極カートリッジを取り外した際の図１の破線Ａ−Ａにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの操作部の概略上面図であり、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ前記操作部の概略側面図である。
【図６】本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの概略上面図である。
【図７】図６の一点鎖線Ｈ−Ｈにおける金属電極カートリッジの概略断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの概略上面図である。
【図９】（ａ）は図２の点線で囲んだ範囲Ｃにおける金属空気電池の概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線Ｄ−Ｄにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の一実施形態の金属空気電池の一部の概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線Ｅ−Ｅにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の一実施形態の金属空気電池の一部の概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線Ｆ−Ｆにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの操作部の概略上面図であり、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ前記操作部の概略側面図である。
【図１３】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略上面図である。
【図１４】（ａ）は本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの操作部の概略上面図であり、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ前記操作部の概略側面図である。
【図１５】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略上面図である。
【図１６】（ａ）は本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの操作部の概略上面図であり、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ前記操作部の概略側面図である。
【図１７】本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの概略上面図である。
【図１８】図１７の破線Ｇ−Ｇにおける金属電極カートリッジの概略断面図である。
【図１９】本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの概略上面図である。
【図２０】本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの概略上面図である。
【図２１】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略上面図である。
【図２２】本発明の一実施形態の金属空気電池の概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の金属電極カートリッジは、第１操作部と、第１操作部から伸びた第１挿入部とを有し、前記第１挿入部は、電極活物質となる金属を含む第１燃料極を備え、第１操作部は、第１燃料極と電気的に接続された第１燃料極端子と、第１空気極接続部とを備え、第１空気極接続部は、第１内部接続端子と、第１外部接続端子とを備えたことを特徴とする。
本発明の金属空気電池は、金属空気電池本体と、前記金属空気電池本体に着脱可能に設けられた第１金属電極カートリッジとを備え、前記金属空気電池本体は、第１電解液槽と、第１空気極と、第１空気極と電気的に接続した第１空気極端子とを備え、第１金属電極カートリッジは、第１操作部と、第１操作部から伸びかつ第１電解液槽中に挿入可能に設けられた第１挿入部とを有し、第１挿入部は、電極活物質となる金属を含む第１燃料極を備え、第１操作部は、第１燃料極と電気的に接続した第１燃料極端子と、第１空気極接続部とを備え、第１空気極接続部は、第１内部接続端子と第１外部接続端子とを有し、第１内部接続端子は、第１挿入部を第１電解液槽中に挿入することにより第１空気極端子と接触するように設けられたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の金属空気電池において、第１空気極端子または第１内部接続端子は、可動性を有し、かつ、第１挿入部を第１電解液槽中に挿入する際に位置調整され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、複数のセルにおいて空気極端子の位置にズレが生じた場合でも金属電極カートリッジを金属空気電池本体にスムーズに装着することができる。また、空気極端子または内部接続端子に余計な負荷がかかることを抑制することができ、金属空気電池本体または金属電極カートリッジの寿命を長くすることができる。また、空気極端子の間隔を変更した場合でも、金属電極カートリッジをそのまま使用することができる。
本発明の金属空気電池において、第１操作部は、スイッチと切替可能端子とをさらに備え、前記切替可能端子は、スイッチにより第１燃料極端子または第１外部接続端子と電気的に接続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、スイッチにより切替可能端子を燃料極側の端子とすることができる。また、スイッチにより切替可能端子を空気極側の端子とすることができる。このことにより、金属電極カートリッジが金属空気電池本体に装着されることにより構成されるセルの起電力を出力する端子の位置を変更することができ、金属電極カートリッジを直列接続用と並列接続用との切替可能とすることができる。また、金属電極カートリッジを金属空気電池本体に装着したまま、スイッチにより接続方法を変更することができ、金属空気電池の出力調整をすることができる。また、燃料極集電体上にめっき法で燃料極を形成する際に金属電極カートリッジを並列接続用とし、金属空気電池において発電する際に金属電極カートリッジを直列接続用とすることが可能になる。
【００１１】
本発明の金属空気電池において、金属空気電池本体に着脱可能に設けられた第２金属電極カートリッジをさらに備え、前記金属空気電池本体は、第２電解液槽と、第２空気極と、第２空気極と電気的に接続した第２空気極端子とをさらに備え、第２金属電極カートリッジは、第２操作部と、第２操作部から伸びかつ第２電解液槽中に挿入可能に設けられた第２挿入部とを有し、第２挿入部は、電極活物質となる金属を含む第２燃料極を備え、第２操作部は、第２燃料極と電気的に接続した第２燃料極端子と、第２空気極接続部とを備え、第２空気極接続部は、第２内部接続端子と第２外部接続端子とを有し、第２内部接続端子は、第２挿入部を第２電解液槽中に挿入することにより第２空気極端子と接触するように設けられ、第１燃料極端子は、第１挿入部を第１電解液槽中に挿入し第２挿入部を第２電解液槽中に挿入することにより第２燃料極端子および第２外部接続端子のうち一方と接触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、第１金属電極カートリッジおよび第２金属電極カートリッジを金属空気電池本体に装着することにより、金属空気電池に含まれる複数のセルを直列接続または並列接続することができる。
【００１２】
本発明の金属空気電池において、第１燃料極端子は、第１挿入部を第１電解液槽中に挿入し第２挿入部を第２電解液槽中に挿入することにより第２燃料極端子および第２外部接続端子のうち一方と咬合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、第１および第２金属電極カートリッジを一体化することができ、金属電極カートリッジが動くことによる接触抵抗の増加や金属空気電池本体・金属電極カートリッジの損傷を抑制することができる。
本発明の金属空気電池において、第１空気極端子および第１内部接続端子のうち一方はソケット形状を有し、他方はプラグ形状を有することが好ましい。
このような構成によれば、金属電極カートリッジを金属空気電池本体に装着することにより、プラグ形状の端子をソケット形状の端子に挿入することができ、内部接続端子と空気極端子とを接触させることができる。また、金属電極カートリッジの取り付けと共に空気極端子と内部接続端子とを接続することができ、金属電極カートリッジの取り外しと共に空気極端子と内部接続端子との接続を切断することができるため、金属空気電池本体への金属電極カートリッジの着脱が容易になると共に金属電極カートリッジの着脱に伴う配線の接続が容易になる。また、緊急時において、金属電極カートリッジを金属空気電池本体から取り外すことにより容易に電導経路を遮断することができる。
【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は本実施形態の金属空気電池の概略上面図である。図２は図１の破線Ａ−Ａにおける金属空気電池の概略断面図であり、図３は図１の破線Ｂ−Ｂにおける金属空気電池の概略断面図である。図４は、金属空気電池本体に各金属電極カートリッジの燃料極を挿入する際の図１の破線Ａ−Ａにおける金属空気電池の概略断面図である。図５（ａ）は本実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの操作部の概略上面図であり、図５（ｂ）（ｃ）はそれぞれ前記操作部の概略側面図である。
【００１５】
本実施形態の金属空気電池３５は、金属空気電池本体３７と、金属空気電池本体３７に着脱可能に設けられた金属電極カートリッジ６とを備え、金属空気電池本体３７は、電解液槽２と、空気極９と、空気極９と電気的に接続した空気極端子１８とを備え、金属電極カートリッジ６は、操作部１６と、操作部１６から伸びた挿入部１４とを有し、挿入部１４は、電極活物質となる金属を含む燃料極５を備え、操作部１６は、燃料極５と電気的に接続した燃料極端子２５と、空気極接続部１９とを備え、空気極接続部１９は、内部接続端子２０と外部接続端子２１とを有し、内部接続端子２０は、挿入部１４を電解液槽２中に挿入することにより空気極端子１８と接触するように設けられたことを特徴とする。
以下、本実施形態の金属空気電池３５について説明する。
【００１６】
１．金属空気電池
本実施形態の金属空気電池３５は、電極活物質となる金属を含む燃料極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３５は、一次電池であってもよい。
また、金属空気電池３５は、電解液槽２、空気極９、空気極端子１８などからなる金属空気電池本体３７と、金属空気電池本体３７に着脱可能な構造を有する金属電極カートリッジ６とから構成される。
【００１７】
２．セル
セル４は、金属空気電池３５の構成単位であり、アノードとなる燃料極５とカソードとなる空気極９からなる電極対を有する。セル４は、１つの空気極９と１つの燃料極５とが電解液３を挟むように設けられてもよく、図１〜３に示した金属空気電池３５のように２つの空気極９が１つの燃料極５を挟むように設けられてもよい。
また、金属空気電池３５は、１つのセルを含む単セル構造であってもよく、図１〜３に示した金属空気電池３５のように複数のセル４を有するスタック構造であってもよい。
金属空気電池３５がスタック構造を有する場合、複数のセル４は、直列接続してもよく、並列接続してもよい。図１〜３に示した金属空気電池３５では、３つのセル４ａ、４ｂ、４ｃが直列接続している。
なお、セル４と外部配線との接続方法および複数のセル４間の接続方法については後述する。
【００１８】
３．電解液槽、電解液
電解液槽２は、電解液３を溜める電解槽であり、電解液に対して耐食性を有する。また、電解液槽２は、その中に燃料極５を設置することができる構造を有する。また、金属空気電池３５が複数のセル４を有する場合、それぞれのセル４が別々の電解液槽２を有してもよく、それぞれのセル４の電解液槽２が流路により連通していてもよく、それぞれのセル４が１つの電解液槽２を共有してもよい。なお、図１〜３に示した金属空気電池３５では、電解液槽２の底部および側壁の一部が筐体１であり、電解液槽２の側壁の一部がイオン交換膜８である。
電解液槽２を構成する筐体１の材料は、電解液３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。
【００１９】
電解液３は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する液体である。電解液３の種類は、燃料極５を構成する金属の種類によって異なるが、水溶媒を用いた電解液（電解質水溶液）であってもよく、有機溶媒を用いた電解液（有機電解液）であってもよい。
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、電解液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
また、電解液槽２が固体電解質からなる隔壁を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。
【００２０】
また、金属空気電池３５が電解液を流動させる機構を有してもよい。このことにより燃料極５および電解液３中での電池反応を促進することができ、金属空気電池３５の性能を向上させることができる。電解液を流動させる機構としては、ポンプを用いて電解液３を循環させ、電解液槽２内の電解液３を流動させてもよい。また、金属空気電池３５が攪拌機、バイブレーターなどの電解液槽２内の電解液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。
【００２１】
４．空気極、空気極接続端子、イオン交換膜
空気極９は、カソードとなる電極である。空気極９では、大気中の酸素ガスと水と電子から水酸化物イオン（OH-）を生成する。空気極９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からなる。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させることが可能になり、電極反応を進行させることが可能になる。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液から供給されてもよい。
また、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。なお、この導電性多孔性基材を空気極集電体１０として機能させてもよい。
【００２２】
また、空気極９は、図１〜３に示した金属空気電池３５のように、空気極触媒の電荷を集電する空気極集電体１０を備えてもよい。このことにより、セル４の起電力を効率よく外部出力することができる。空気極集電体１０の材料としては、電解液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、集電極は、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１０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。
また、空気極集電体１０と、多孔性担体又は導電性多孔性基材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などが挙げられる。
【００２３】
空気極端子１８は、セル４の起電力を外部出力する際の空気極９側の端子であり、空気極９と電気的に接続する。また、空気極端子１８は、金属空気電池本体３７に設けられる。空気極端子１８は、端子として機能することができれば、空気極集電体１０の一部であってもよい。また、空気極端子１８は、空気極９と接触する部材であってもよく、空気極集電体１０と接触する部材であってもよい。空気極端子１８は、例えば、図１〜４に示した金属空気電池３５のように、空気極集電体１０と接触するように設けることができる。
空気極端子１８は、燃料極５を電解液槽２中に挿入することにより内部接続端子２０と接触するように設けられる。このことにより、セル４の起電力を空気極接続部１９を介して出力することができる。また、空気極端子１８は、ソケット形状を有してもよく、プラグ形状を有してもよい。また、空気極端子１８は、可動性を有し、かつ、挿入部１４を電解液槽２中に挿入する際に位置調整されるように設けられてもよい。このことは、後述する。
【００２４】
１つのセル４に含まれる空気極９は、燃料極５の一方側にのみ設けられてもよく、図２、３のように燃料極５の両側にそれぞれ設けられてもよい。
空気極９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、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９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９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。
【００２５】
空気極９は、大気に直接接するように設けてもよく、空気流路１２に接して設けてもよい。このことにより、空気極９に酸素ガスを供給することができる。また、空気流路１２を設ける場合、空気流路１２に加湿された空気を流すことにより、空気極９に酸素ガスと共に水も供給できる。空気流路１２へ供給する空気は、例えば、ブロワーにより金属空気電池３５の側部から供給することができる。
空気流路１２は、例えば、図１〜３に示した金属空気電池３５に含まれる流路部材１３に設けることができる。
また、流路部材１３は、絶縁性材料から構成されてもよい。
【００２６】
空気極９は電解液槽２に溜める電解液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９で生成した水酸化物イオンが容易に電解液３へ移動することができる。また、空気極９における電極反応に必要な水が電解液３から空気極９に供給されやすくなる。
また、空気極９は、電解液槽２に溜める電解液３と接触するイオン交換膜８と接触するように設けてもよい。イオン交換膜８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９で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液へ移動することができる。
イオン交換膜８を設けることにより、空気極９と電解液３との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換膜８がアニオン交換膜である場合、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、電解液中の陽イオンは空気極９に伝導することはできない。これに対し、空気極９で生成した水酸化物イオンは陰イオンであるため、電解液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３５の電池反応が進行させることができ、かつ、電解液３中の陽イオンが空気極９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９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。
【００２７】
また、イオン交換膜８を設けることにより、電解液に含まれる水が空気極９に過剰に供給されることを抑制することができる。
イオン交換膜８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。
【００２８】
５．金属電極カートリッジ、燃料極、操作部、燃料極端子、空気極接続部
金属電極カートリッジ６は、金属空気電池３５に含まれる燃料極５を交換するために、金属空気電池本体３７に着脱可能に設けられる。
金属電極カートリッジ６は、操作部１６と、操作部１６から伸びかつ電解液槽２中に挿入可能に設けられた挿入部１４とを有する。このため、操作部１６を操作することにより、挿入部１４を電解液槽２中に挿入したり電解液槽２中から抜き出したりすることができる。また、操作部１６は、電解液槽２の蓋として機能してもよい。このことにより、電解液槽２に燃料極５を挿入すると共に電極挿入口を塞ぐことができ、大気中の成分と電解液３とが反応することを抑制することができる。例えば、電解液にアルカリ性電解液を用いた場合、大気中の二酸化炭素ガスが電解液に溶け込み、アルカリ性電解液を中和することを抑制することができる。
金属電極カートリッジ６の形状は特に限定されないが、例えば、図４に示した金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジ６ａ〜６ｃのようにＴ字形の断面を有することができる。この断面において、図４のように横に伸びる部分を操作部１６とすることができ、縦に伸びる部分を挿入部１４とすることができる。また、操作部１６および挿入部１４は、それぞれ板状であってもよい。また、金属電極カートリッジ６に含まれる操作部１６は、例えば、図５（ａ）〜（ｃ）のような構造を有することができる。
また、金属電極カートリッジ６はＬ字形の断面を有してもよい。
【００２９】
金属電極カートリッジ６は、複数の挿入部１４を有してもよい。このことにより、複数の挿入部１４を対応する電解液槽２に同時に挿入することが可能になり、複数のセル４で同時に発電を開始することができる。このことにより、燃料極５または電解液３の劣化を抑制することができる。なお、各挿入部１４に含まれる燃料極５は、それぞれ異なるセル４の電極となる。
図６は、本実施形態の金属空気電池３５に含まれる金属電極カートリッジ６の概略上面図であり、図７は、図６の一点鎖線Ｈ−Ｈにおける金属電極カートリッジ６の概略断面図である。また、図８は、本実施形態の金属空気電池３５に含まれる金属電極カートリッジ６の概略上面図である。
金属電極カートリッジ６は、例えば、図７のように２つの挿入部１４ａ、１４ｂを有することができる。このような金属電極カートリッジ６を用いると、隣接する２つのセル４の燃料極５ａ、５ｂを同時に対応する電解液槽２に挿入することが可能になる。なお、複数の挿入部１４を有する金属電極カートリッジ６を備える金属空気電池３５に含まれる各セル４の電気的接続関係については後述する。
【００３０】
挿入部１４は、電極活物質となる金属を含む燃料極５を含む。このため、燃料極５を電解液槽２中に挿入したり電解液槽２中から抜き出したりすることが可能になる。従って、電極反応の進行により燃料極５に含まれる電極活物質が消費された金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７から取り外し、新たな燃料極５を有する金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に取り付けることにより金属空気電池３５に電極活物質を供給することが可能になる。
挿入部１４を電解液槽２中に挿入すると、燃料極５は電解液３中に配置される。このため、燃料極５の表面において電極反応を進行させることが可能になる。
挿入部１４は、燃料極５のみから構成されてもよく、燃料極５と燃料極集電体７とから構成されてもよい。
【００３１】
燃料極５は、アノードとなる電極であり、電極活物質である金属を含む。また、燃料極５は、燃料極集電体７上に設けられてもよい。このことにより、電極反応により生じた電荷を効率よく出力することができる。燃料極集電体７は、燃料極５を支持する支持部材として機能してもよい。燃料極集電体７は、電解液に対する耐食性を有し導電性を有する材料からなる。
【００３２】
燃料極５に含まれる電極活物質は、電池の放電反応により電子を放出し金属化合物の析出物（微粒子、針状の粒子、板状の粒子など）などに化学変化する金属である。
例えば、亜鉛空気電池の場合、燃料極５は金属亜鉛からなり、金属化合物は酸化亜鉛または水酸化亜鉛となる。アルミニウム空気電池の場合、燃料極５は金属アルミニウムからなり、金属化合物は水酸化アルミニウムとなる。鉄空気電池の場合、燃料極５は金属鉄からなり、金属化合物は酸化水酸化鉄または酸化鉄となる。マグネシウム空気電池の場合、燃料極５は金属マグネシウムからなり、金属化合物は水酸化マグネシウムとなる。
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、燃料極５はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムからなり、金属化合物はこれらの金属の酸化物、水酸化物などとなる。
なお、電極活物質および金属化合物は、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、燃料極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、燃料極５は合金からなってもよい。
【００３３】
電池の放電反応の進行による電極活物質から金属化合物の析出物への化学変化は、燃料極５で生じてもよく、燃料極５および電解液３中の両方で生じてもよい。例えば、燃料極５において、電極活物質である金属が電解液３に含まれるイオンと反応し、前記金属を含むイオンが電解液３中に生成し、この金属を含むイオンが分解することにより、金属化合物の析出物が生成されてもよい。また、燃料極５において、電極活物質である金属が電解液３に含まれるイオンと反応し、金属化合物の析出物が生成してもよい。また、燃料極５において、電極活物質である金属が金属イオンとして電解液３中に溶解し、この金属イオンが電解液中で反応して金属化合物の析出物が生成してもよい。
また、電解液を二種類以上用いる場合、燃料極５において、電極活物質である金属が金属イオンとして第１電解液中に溶解し、この金属イオンが第２電解液中に移動し、金属化合物が生成してもよい。なお、二種類以上の電解液は、固体電解質により仕切ることができる。
なお、金属化合物の析出物は、使用済み活物質として、使用済み活物質回収機構により回収されてもよい。
【００３４】
燃料極５は、燃料極集電体７の主要面上に固定することできる。燃料極集電体７は、導電性を有し、燃料極５を固定することができれば、形状は限定されないが、例えば、板状、筒状、球状、線状、メッシュ状、パンチングメタルなどとすることができる。また、この燃料極集電体７は、例えば、電解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。燃料極集電体７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、燃料極集電体７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、燃料極集電体７を介して燃料極５から集電することができる。燃料極集電体７の主要面上への燃料極５の固定は、例えば、電極活物質である金属の粒子や塊を燃料極集電体７の表面に押し付けて固定してもよく、燃料極集電体７上にめっき法などにより金属を析出させてもよい。
なお、燃料極５が消費された金属電極カートリッジ６に再び燃料極５をめっき法により形成する場合、挿入部１４はめっき溶液に浸漬させることができる。
【００３５】
操作部１６は、燃料極５と電気的に接続した燃料極端子２５を有する。このことにより、セル４の燃料極５側の端子を操作部１６に設けることができる。なお、操作部１６は、基体１５を有することができ、燃料極端子２５は、基体１５上に設けることができる。基体１５は、絶縁性材料からなってもよい。
また、操作部１６の形状は特に限定されるものでもなく、金属電極カートリッジ６または金属空気電池３５の形状に合わせて、角柱状、または円柱状など形状を適宜変更させてもよい。
燃料極端子２５は、燃料極集電体７の一部であってもよく、図１〜４に示した金属空気電池３５に含まれる燃料極端子２５ａ〜２５ｃのように操作部１６に設けられた燃料極接続部２４ａ〜２４ｃの一部であってもよい。燃料極端子２５は、操作部１６の表面に露出して設けることが好ましく、例えば、図５（ａ）（ｂ）、図６〜８に示した操作部１６のように操作部１６の側面に設けることができる。このことにより、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着した際に、燃料極端子２５と操作部１６に隣接する端子または配線とを接触させることができる。
なお、燃料極接続部２４は、燃料極集電体７と接触することができる。図１に示した金属空気電池３５においては、一点鎖線で囲んだ範囲において燃料極集電体７と燃料極接続部２４が接触している。また、燃料極接続部２４は、金属などの導電性材料からなる。
また、燃料極接続部２４は、1つの部材からなってもよく、電気的に接続した複数の部材からなってもよい。
また、燃料極接続部２４の表面は、燃料極端子２５を除いて絶縁性材料で覆われてもよい。このことにより、金属空気電池３５の安全性を向上させることができる。
【００３６】
燃料極端子２５は、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に取り付ける際に、外部配線、出力端子３０、隣接するセル４の燃料極端子２５、隣接するセル４の外部接続端子２１のいずれかと接触することができる。また、燃料極端子２５は、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７から取り外した際に、外部配線、出力端子３０、隣接するセル４の燃料極端子２５、隣接するセル４の外部接続端子２１と非接触とすることができる。
このような構成によると、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に取り付けることにより、セル４の起電力を外部出力することが可能になる。また、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７から取り外すことによりセル４における電極反応の進行を中断させることができる。さらに、セル４の起電力を出力する端子において、錆びや変形などの故障が生じたとき、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７から取り外し新たな金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に取り付けることにより、すぐにセル４による発電を再開することができる。
燃料極端子２５の接続方法などについては後述する。
【００３７】
操作部１６は、内部接続端子２０と外部接続端子２１とを有する空気極接続部１９を備え、内部接続端子２０は、挿入部１４を電解液槽２中に挿入することにより空気極端子１８と接触するように設けられる。このことにより、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着した際に、空気極９と空気極接続部１９とを電気的に接続することができ、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７から取り外した際に空気極９と空気極接続部１９との電気的接続を切断することができる。このことにより、セル４において電気化学反応を進行させる際のセル４の空気極９側の端子を操作部１６に含まれる外部接続端子２１とすることができる。
なお、空気極接続部１９は、1つの部材からなってもよく、電気的に接続した複数の部材からなってもよい。また、空気極接続部１９は、操作部１６の基体１５の上に設けられてもよい。また、空気極接続部１９は、金属などの導電性材料からなる。
また、空気極接続部１９の表面は、内部接続端子２０および外部接続端子２１を除いて絶縁性材料で覆われてもよい。このことにより、金属空気電池３５の安全性を向上させることができる。
【００３８】
内部接続端子２０は、操作部１６の下部に設けることができる。このことにより、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着することにより、内部接続端子２０と空気極端子１８を接続することが可能になる。
内部接続端子２０と空気極端子１８は、例えば、一方がソケット形状を有し他方がプラグ形状を有することができる。このことにより、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着することにより、プラグ形状の端子をソケット形状の端子に挿入することができ、内部接続端子２０と空気極端子１８とを接触させることができる。また、金属電極カートリッジ６の取り付けと共に空気極端子１８と内部接続端子２０とを接続することができ、金属電極カートリッジ６の取り外しと共に空気極端子１８と内部接続端子２０との接続を切断することができるため、金属空気電池本体３７への金属電極カートリッジ６の着脱が容易になると共に金属電極カートリッジ６の着脱に伴う配線の接続が容易になる。また、緊急時において、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体から取り外すことにより容易に電導経路を遮断することができる。
図１〜４に示した金属空気電池３５では、内部接続端子２０ａ〜２０ｃがソケット形状を有し、空気極端子１８ａ〜１８ｃがプラグ形状を有している。
図９（ａ）は図２の点線で囲んだ範囲Ｃにおける金属空気電池３５の拡大断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の破線Ｄ−Ｄにおける金属空気電池３５の概略断面図である。
内部接続端子２０は、図９（ａ）（ｂ）のようにソケット形状を有することができ、空気極端子１８は、図９（ａ）（ｂ）のようにプラグ形状を有することができる。
【００３９】
また、内部接続端子２０または空気極端子１８は、プラグを挟圧するスプリングを備えたソケット形状を有してもよい。このことにより、プラグ形状の端子がソケット形状の端子に挿入された際、ソケット形状の端子によりプラグ形状の端子を挟圧することができ、内部接続端子２０と空気極端子１８とを隙間なく接触させることができる。また、内部接続端子２０と空気極端子１８との間の接触抵抗を小さくすることができる。また、内部接続端子２０と空気極端子１８と強く接続させることができ、金属空気電池本体３７に金属電極カートリッジ６を固定することができる。
図１０（ａ）は、スプリング２２を有するソケット形状の内部接続端子２０を備えた金属空気電池３５の一部の概略断面図であり、図２の点線で囲んだ範囲Ｃにおける断面図に対応する。また、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の破線Ｅ−Ｅにおける概略断面図である。
内部接続端子２０は、図１０（ａ）（ｂ）のようにスプリングを備えたソケット形状を有することができ、空気極端子１８は、図１０（ａ）（ｂ）のようにプラグ形状を有することができる。
【００４０】
また、空気極端子１８または内部接続端子２０は、可動性を有し、かつ、挿入部１４を電解液槽２中に挿入する際に位置調整されるように設けられてもよい。このことにより、複数のセル４において空気極端子１８の位置にズレが生じた場合でも金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７にスムーズに装着することができる。また、空気極端子１８または内部接続端子２０に余計な負荷がかかることを抑制することができ、金属空気電池本体３７または金属電極カートリッジ６の寿命を長くすることができる。また、空気極端子１８の間隔を変更した場合でも、金属電極カートリッジ６をそのまま使用することができる。
空気極端子１８または内部接続端子２０は、例えば、セル４の積層方向にスライドするように設けることができる。このことにより、空気極端子１８と内部接続端子２０とのズレを空気極端子１８または内部接続端子２０がスライドすることにより解消することができる。
【００４１】
空気極端子１８および内部接続端子２０のうち一方がソケット形状を有し他方がプラグ形状を有する場合であって、空気極端子１８または内部接続端子２０がスライドできるように設けられた場合、ソケット形状を有する端子がソケットの受け口に向かって間隔が狭くなる内壁を有してもよい。このことにより、プラグ形状を有する端子がソケット形状を有する端子の内壁に接触することにより空気極端子１８または内部接続端子２０を位置調整することができる。
【００４２】
図１１（ａ）は、金属空気電池３５の一部の概略断面図であり、図２の点線で囲んだ範囲Ｃにおける断面図に対応する。また、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の破線Ｆ−Ｆにおける概略断面図である。図１１に示した金属空気電池３５では、内部接続端子２０がソケット形状を有し、空気極端子１８がプラグ形状を有する。また、内部接続端子２０の両側には可動用スペース２８が設けられている。また、内部接続端子２０はスライドガイド２９により、上部において空気極接続部１９ａと接触しながら可動用スペース２８側にスライドできるように設けられている。また、内部接続端子２０は、ソケットの受け口に向かって間隔が狭くなる内壁を有している。内部接続端子２０がこのような構成を有することにより、空気極端子１８と内部接続端子２０とを接続する際に、内部接続端子２０をスライドさせることができ、位置調整することができる。
【００４３】
外部接続端子２１は、金属空気電池本体３７に金属電極カートリッジ６を装着した際にセル４の空気極側の端子となる。このことにより、セル４の空気極９側の端子を操作部１６に設けることができる。外部接続端子２１は、操作部１６の表面に露出させて設けることが好ましく、例えば、図５（ａ）（ｃ）、図６〜８に示した操作部１６のように操作部１６の側面に設けることができる。このことにより、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着した際に、外部接続端子２１と操作部１６に隣接する端子または配線とを接触させることができる。
【００４４】
外部接続端子２１は、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に取り付ける際に、外部配線、出力端子３０、隣接するセル４の燃料極端子２５、隣接するセル４の外部接続端子２１のいずれかと接触することができる。また、外部接続端子２１は、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７から取り外した際に、外部配線、出力端子３０、隣接するセル４の燃料極端子２５、隣接するセル４の外部接続端子２１と非接触とすることができる。
金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に取り付けることにより、セル４の起電力を外部出力することが可能になる。また、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７から取り外すことによりセル４における電極反応の進行を中断させることができる。さらに、セル４の起電力を出力する端子において、錆びや変形などの故障が生じたとき、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７から取り外し新たな金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に取り付けることにより、すぐにセル４による発電を再開することができる。
【００４５】
次に、金属空気電池３５が複数のセル４を有する場合における、複数のセル４の接続方法について説明する。
金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着したとき、燃料極端子２５と外部接続端子２１とがセル４の出力端子となる。
金属空気電池３５が複数のセル４を有し複数のセル４を直列接続させる場合、金属電極カートリッジ６の燃料極端子２５が隣接する金属電極カートリッジ６の外部接続端子２１と接触するように、燃料極端子２５と外部接続端子２１とを設けることができる。例えば、図５に示した操作部１６のように、概略直方体状を有し、操作部１６の第１の側面に燃料極端子２５を設け、第１の側面に対向する第２の側面に外部接続端子２１に設けることができる。なお、このような金属電極カートリッジ６は、直列接続用金属電極カートリッジとなる。なお、金属空気電池３５に装着する複数の直列接続用金属電極カートリッジの構成は実質的に同じであってもよい。このことにより、金属電極カートリッジが互換性を有することができる。この構成によれば、複数の金属電極カートリッジ６を直列あるいは並列に接続する場合に、隣接する金属電極カートリッジ６を並べやすく、燃料極端子２５と外部接続端子２１の接触面積を大きく、接触抵抗を低くすることができる。
図１に示した金属空気電池３５では、図５に示した操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ金属空気電池本体３７に装着されている。図１に示した金属空気電池３５において、金属電極カートリッジ６ａの燃料極端子２５は、出力端子３０ｂと接触している。金属電極カートリッジ６ａの外部接続端子２１は、金属電極カートリッジ６ｂの燃料極端子２５と接触している。金属電極カートリッジ６ｂの外部接続端子２１は、金属電極カートリッジ６ｃの燃料極端子２５と接触している。また、金属電極カートリッジ６ｃの外部接続端子２１は出力端子３０ａと接触している。このような構成とすることにより、金属空気電池３５に含まれる複数のセル４を直列接続することができ、出力端子３０ａ、３０ｂから金属空気電池３５の起電力を出力することができる。
【００４６】
金属空気電池３５が複数のセル４を有し複数のセル４を並列接続させる場合、金属電極カートリッジ６の燃料極端子２５が隣接する金属電極カートリッジ６の燃料極端子２５と接触するように、燃料極端子２５を設け、金属電極カートリッジ６の外部接続端子２１が隣接する金属電極カートリッジ６の外部接続端子２１と接触するように、外部接続端子２１を設けることができる。なお、このような金属電極カートリッジ６は、並列接続用金属電極カートリッジ６となる。なお、金属空気電池３５に装着する複数の並列接続用金属電極カートリッジの構成は実質的に同じであってもよい。このことにより、金属電極カートリッジが互換性を有することができる。
図１２（ａ）は、本実施形態の金属空気電池３５に含まれる操作部１６の上面図であり、図１２（ｂ）（ｃ）は、図１２（ａ）に示した操作部１６の側面図である。図１３は、図１２に示した操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ装着された金属空気電池３５の上面図である。
複数のセル４を並列接続する場合、例えば、図１２に示した操作部１６のように、操作部１６の第１の側面に燃料極端子２５と外部接続端子２１の両方を設け、第１の側面に対向する第２の側面に燃料極端子２５と外部接続端子２１の両方を設けることができる。また、第１の側面の燃料極端子２５を設けた部分に対向する第２の側面の部分に燃料極端子２５を設けることができ、第１の側面の外部接続端子２１を設けた部分に対向する第２の側面の部分に外部接続端子２１を設けることができる。
なお、このような並列接続用金属電極カートリッジ６は、燃料極集電体７上にめっき法により燃料極５を析出させる場合にそのまま利用することができる。
【００４７】
図１３に示した金属空気電池３５では、図１２に示した操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ金属空気電池本体３７に装着されている。図１３に示した金属空気電池３５において、金属電極カートリッジ６ａの一方の燃料極端子２５は、出力端子３０ｂと接触している。金属電極カートリッジ６ａの他方の燃料極端子２５は、金属電極カートリッジ６ｂの一方の燃料極端子２５と接触しており、金属電極カートリッジ６ｂの他方の燃料極端子２５は、金属電極カートリッジ６ｃの一方の燃料極端子２５と接触している。また、金属電極カートリッジ６ａの一方の外部接続端子２１は、出力端子３０ａと接触している。金属電極カートリッジ６ａの他方の外部接続端子２１は、金属電極カートリッジ６ｂの一方の外部接続端子２１と接触しており、金属電極カートリッジ６ｂの他方の外部接続端子２１は、金属電極カートリッジ６ｃの一方の外部接続端子２１と接触している。このような構成とすることにより、金属空気電池３５に含まれる複数のセル４を並列接続することができ、出力端子３０ａ、３０ｂから金属空気電池３５の起電力を出力することができる。
なお、金属空気電池本体３７に直列接続用金属電極カートリッジ６と並列接続用金属電極カートリッジ６の両方を装着してもよい。このことにより、金属空気電池３５の出力を調整することができる。
【００４８】
金属電極カートリッジ６が複数の挿入部１４を有する場合、金属電極カートリッジ６に含まれる各燃料極５は、異なるセル４の電極となる。従って、金属電極カートリッジ６は、複数のセル４の構成要素となる。この複数のセル４は、操作部１６に設けられた空気極接続部１９、燃料極接続部２４、直列接続用接続部４８などにより起電力を出力することができる。
例えば、図６、７に示した金属電極カートリッジ６のように、金属電極カートリッジ６が２つの挿入部１４を有し、この金属電極カートリッジ６が金属空気電池本体３７に装着されることにより並列接続した２つのセル４を構成する場合、操作部１６に含まれる空気極接続部１９は、複数のセル４に含まれる複数の空気極９とそれぞれ内部接続端子２０により電気的に接続することができる。また、外部接続端子２１は、操作部１６の側面に設けることができる。また、操作部１６に含まれる燃料極接続部２４は、２つの挿入部１４に含まれる燃料極集電体７ａ、７ｂと接触することができる。また、燃料極端子２５は、操作部１６の側面に設けることができる。このような構成とすることにより、金属電極カートリッジ６が金属空気電池本体３７に装着されることにより形成される複数のセル４を並列接続することができる。また、図１３に示した金属空気電池３５と同様に複数の金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着した場合でも、金属空気電池３５に含まれるセル４を並列接続することができる。
【００４９】
図８に示した金属電極カートリッジ６では、金属電極カートリッジ６が２つの挿入部１４を有し、この金属電極カートリッジ６が金属空気電池本体３７に装着されることにより直列接続した２つのセル４（第１のセル、第２のセル）を構成する。この場合、操作部１６は、燃料極接続部２４、直列接続用接続部４８、空気極接続部１９を有することができる。燃料極接続部２４は、第１のセルの燃料極集電体７ａと接触し操作部１６の側面に燃料極端子２５を有することができる。直列接続用接続部４８は、第２のセルの燃料極集電体７ｂと接触し第１のセルの空気極９と電気的に接続される内部接続端子２０を有することができる。空気極接続部１９は、第２のセルの空気極９と電気的に接続される内部接続端子２０を有し操作部１６の側面に外部接続端子２１を有することができる。このような構成とすることにより、金属電極カートリッジ６が金属空気電池本体３７に装着されることにより形成される複数のセル４を直列接続することができる。また、図１に示した金属空気電池３５と同様に複数の金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着した場合でも、金属空気電池３５に含まれるセル４を直列接続することができる。
【００５０】
金属空気電池本体３７に複数の金属電極カートリッジ６を装着した際、隣接する２つの金属電極カートリッジ６のうち一方の金属電極カートリッジ６に含まれる燃料極端子２５と他方の金属電極カートリッジ６に含まれる外部接続端子２１とが咬合するように操作部１６を設けてもよく、隣接する２つの金属電極カートリッジ６のうち一方の金属電極カートリッジ６に含まれる燃料極端子２５と他方の金属電極カートリッジ６に含まれる燃料極端子２５とが咬合するように操作部１６を設けてもよく、隣接する２つの金属電極カートリッジ６のうち一方の金属電極カートリッジ６に含まれる外部接続端子２１と他方の金属電極カートリッジ６に含まれる外部接続端子２１とが咬合するように操作部１６を設けてもよい。このことにより、複数の金属電極カートリッジ６を一体化することができ、金属電極カートリッジ６が動くことによる接触抵抗の増加や金属空気電池本体３７・金属電極カートリッジ６の損傷を抑制することができる。
【００５１】
図１４（ａ）は、本実施形態の金属空気電池３５に含まれる操作部１６の概略上面図であり図１４（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図１４（ａ）に示した操作部１６の概略側面図である。図１５は、図１４に示した操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ装着された金属空気電池３５の上面図である。なお、図１５に示した金属空気電池３５では、金属空気電池３５に含まれる３つのセル４は直列接続されている。
図１４に示した操作部１６において、操作部１６の第１の側面に凹凸が形成された燃料極端子２５が設けられ、燃料極端子２５が設けられた第１の側面に対向する第２の側面に凹凸が形成された外部接続端子２１が設けられている。なお、燃料極端子２５の凹部が設けられた第１の側面の部分に対向する第２の側面の部分に外部接続端子２１の凸部が設けられ、燃料極端子２５の凸部が設けられた第１の側面の部分に対向する第２の側面の部分に外部接続端子２１の凹部が設けられている。
【００５２】
図１５に示した金属空気電池３５では、図１４に示した操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ金属空気電池本体３７に装着されている。図１５に示した金属空気電池３５において、金属電極カートリッジ６ａの燃料極端子２５ａは、出力端子３０と接触し咬合している。金属電極カートリッジ６ａの外部接続端子２１ａは、金属電極カートリッジ６ｂの燃料極端子２５ｂと接触し咬合している。金属電極カートリッジ６ｂの外部接続端子２１ｂは、金属電極カートリッジ６ｃの燃料極端子２５ｃと接触し咬合している。また、金属電極カートリッジ６ｃの外部接続端子２１ｃは出力端子３０ａと接触し咬合している。このような構成とすることにより、金属電極カートリッジ６ａ〜６ｃを一体化することができる。また、出力端子３０と燃料極端子２５又は外部接続端子２１とを咬合させることにより、金属電極カートリッジ６ａ〜６ｃと金属空気電池本体３７とを一体化することができる。
【００５３】
操作部１６は、スイッチ４０と切替可能端子３１を備えてもよい。また、切替可能端子３１は、スイッチ４０により燃料極端子５または外部接続端子２１と電気的に接続できるように設けられてもよい。このような構成によると、スイッチ４０により切替可能端子３１を燃料極側の端子とすることができる。また、スイッチ４０により切替可能端子３１を空気極側の端子とすることができる。このことにより、金属電極カートリッジ６が金属空気電池本体３７に装着されることにより構成されるセル４の起電力を出力する端子の位置を変更することができ、金属電極カートリッジ６を直列接続用と並列接続用との切替可能とすることができる。また、金属電極カートリッジ６を金属空気電池本体３７に装着したまま、スイッチにより接続方法を変更することができ、金属空気電池３７の出力調整をすることができる。また、燃料極集電体７上にめっき法で燃料極５を形成する際に金属電極カートリッジ６を並列接続用とし、金属空気電池３７において発電する際に金属電極カートリッジ６を直列接続用とすることが可能になる。
【００５４】
図１６（ａ）は、スイッチ４０を取り付ける前の操作部１６の概略上面図であり、図１６（ｂ）（ｃ）は、それぞれ図１６（ａ）に示した操作部１６の概略側面図である。図１７は、スイッチ４０を取り付けた操作部１６の概略上面図である。図１８は、図１７の破線Ｇ−Ｇにおける金属電極カートリッジ６の概略断面図である。図１９は、スイッチ４０により並列接続用に切り替えた金属電極カートリッジ６の概略上面図であり、図２０は、スイッチにより直列接続用に切り替えた金属電極カートリッジ６の概略上面図である。
また、図２１は、図１９に示した操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ装着された金属空気電池３５の上面図である。なお、図２１に示した金属空気電池３５では、金属空気電池３５に含まれる３つのセル４は並列接続されている。図２２は、図２０に示した操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ装着された金属空気電池３５の上面図である。なお、図２２に示した金属空気電池３５では、金属空気電池３５に含まれる３つのセル４は直列接続されている。
なお、図１９〜２２では、電気的接続を分かり易くするためにスイッチ４０の一部を省略している。
【００５５】
切替可能端子３１は、金属電極カートリッジ６を直列接続用と並列接続用との切替可能とすることができるように設けられる。例えば、図１６に示した操作部１６ように、操作部１６の第１の側面に燃料極端子２５と切替可能端子３１ｂを設け、第１の側面に対向する第２の側面に外部接続端子２１と切替可能端子３１ａを設けることができる。また、第１の側面の燃料極端子２５を設けた部分に対向する第２の側面の部分に切替可能端子３１ａを設け、第２の側面の外部接続端子２１を設けた部分に対向する第２の側面の部分に切替可能端子３１ｂを設けることができる。
また、スイッチ４０を設けていない状態では、切替可能端子３１は、燃料極端子２５と電気的に切断されており、また、外部接続端子２１とも電気的に切断されている。
【００５６】
スイッチ４０は、切替可能端子３１と、燃料極端子５または外部接続端子２１とを電気的に接続できるように設けられる。例えば、図１７〜２０のように、操作部１６の上面上にスライド部４１とガイド部４６を備えたスイッチ４０を設けることができる。スライド部４１は、絶縁部４２、導電部４３ａ、４３ｂ、つまみ４４を備え、つまみ４４を動かすことによりガイド部４６に沿ってスライドするように設けることができる。
絶縁部４２および導電部４３は、スライド部４１がスライドすることにより燃料極端子３１と切替可能端子３１との電気的接続、電気的切断を切り替えることができるように設けることができる。また、絶縁部４２および導電部４３は、スライド部４１がスライドすることにより外部接続端子２１と切替可能端子３１との電気的接続、電気的切断を切り替えることができるように設けることができる。
【００５７】
図１７〜図２０に示したスイッチでは、図１９のようにつまみ４４を動かしスライド部４１をスライドさせると、切替可能端子３１ａは導電部４３ａにより燃料極接続部２４と電気的に接続され、空気極接続部１９と電気的に切断される。また、図１９のようにスライド部４１をスライドさせると、切替可能端子３１ｂは導電部４３ｂにより空気極接続部１９と電気的に接続される。従って、切替可能端子３１ａをセル４の燃料極側の端子として機能させることができ、切替可能端子３１ｂをセル４の空気極側の端子として機能させることができる。このようにスライド部４１をスライドさせることにより、金属電極カートリッジ６を並列接続用とすることができる。
【００５８】
図２１に示した金属空気電池３５では、図１９のようにスライド部４１をスライドさせた操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ金属空気電池本体３７に装着されている。図２１に示した金属空気電池３５において、金属電極カートリッジ６ａの燃料極端子２５は、出力端子３０ｂと接触している。金属電極カートリッジ６ａの切替可能端子３１ａａは、金属電極カートリッジ６ｂの上側の燃料極端子２５と接触しており、金属電極カートリッジ６ｂの切替可能端子３１ｂａは、金属電極カートリッジ６ｃの燃料極端子２５と接触している。
また、金属電極カートリッジ６ａの外部接続端子２１は、金属電極カートリッジ６ｂの切替可能端子３１ｂｂと接触しており、金属電極カートリッジ６ｂの外部接続端子２１は、金属電極カートリッジ６ｃの切替可能端子３１ｃｂと接触している。また、金属電極カートリッジ６ｃの外部接続端子２１は、出力端子３０ａと接触している。このような構成とすることにより、金属空気電池３５に含まれる複数のセル４を並列接続することができ、出力端子３０ａ、３０ｂから金属空気電池３５の起電力を出力することができる。
【００５９】
図１７〜図２０に示したスイッチでは、図２０のようにつまみ４４を動かしスライド部４１をスライドさせると、切替可能端子３１ａは導電部４３ａにより空気極接続部１９と電気的に接続され、燃料極接続部２４と電気的に切断される。また、図２０のようにスライド部４１をスライドさせると、切替可能端子３１ｂは空気極接続部１９と電気的に切断される。従って、切替可能端子３１ａをセル４の空気極側の端子として機能させることができる。このようにスライド部４１をスライドさせることにより、金属電極カートリッジ６を直列接続用とすることができる。
【００６０】
図２２に示した金属空気電池３５では、図２０のようにスライド部４１をスライドさせた操作部１６を有する金属電極カートリッジ６が３つ金属空気電池本体３７に装着されている。図２２に示した金属空気電池３５において、金属電極カートリッジ６ａの燃料極端子２５は、出力端子３０ｂと接触している。金属電極カートリッジ６ａの切替可能端子３１ａａは、金属電極カートリッジ６ｂの燃料極端子２５と接触しており、金属電極カートリッジ６ｂの切替可能端子３１ｂａは、金属電極カートリッジ６ｃの燃料極端子２５と接触している。また、金属電極カートリッジ６ｃの外部接続端子２１は、出力端子３０ａと接触している。このような構成とすることにより、金属空気電池３５に含まれる複数のセル４を直列接続することができ、出力端子３０ａ、３０ｂから金属空気電池３５の起電力を出力することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１：筐体    ２：電解液槽    ３：電解液    ４、４ａ、４ｂ、４ｃ：セル    ５、５ａ、５ｂ、５ｃ：燃料極    ６、６ａ、６ｂ、６ｃ：金属電極カートリッジ    ７、７ａ、７ｂ、７ｃ：燃料極集電体    ８、８ａ、８ｂ、８ｃ：イオン交換膜    ９、９ａ、９ｂ、９ｃ：空気極    １０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：空気極集電体    １２：空気流路    １３：流路部材    １４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：挿入部    １５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ：基体    １６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ：操作部    １８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ：空気極端子    １９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ：空気極接続部    ２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：内部接続端子    ２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ：外部接続端子    ２２：スプリング    ２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ：燃料極接続部    ２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ：燃料極端子    ２７：絶縁性部材    ２８：可動用スペース    ２９：スライドガイド    ３０、３０ａ、３０ｂ：出力端子    ３１、３１ａ、３１ｂ：切替可能端子    ３５：金属空気電池    ３７：金属空気電池本体    ４０：スイッチ    ４１：スライド部    ４２：絶縁部    ４３、４３ａ、４３ｂ：導電部    ４４、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ：つまみ    ４６：ガイド部    ４８：直列接続用接続部
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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