(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極と金属極とが配置される外装体を備える金属空気電池において、
前記外装体は、前記外装体に着脱自在な蓋部であって、かつ、前記金属極を包むと共に電池反応により生成される反応生成物を内部に留める袋体が装着される蓋部を有し、
前記蓋部は、前記金属極を保持する保持部と、前記保持部に保持された金属極を、この金属極の倒れを規制可能に挟む一対のリブと、を有することを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
前記保持部は、前記金属極を抜き差し可能に前記蓋部に開口する第１孔部と、前記第１孔部に通された前記金属極に設けられた孔部に引っ掛かって前記金属極を前記蓋部に保持させるフックとを有することを特徴とする請求項１に記載の金属空気電池。
【請求項３】
前記袋体は、前記金属極を出し入れ自在な開口部を有し、
前記外装体は、前記袋体の開口部に連通し、電池反応により生成される内部の反応ガスを抜くための第２孔部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
前記外装体は、前記金属極を着脱自在に保持する保持部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記外装体は、前記空気極を境に分割する分割構造を有し、
分割された一方が、電解液を収容する電解液収容部を構成し、前記電解液収容部と前記空気極との間に、水密を取るためのパッキンが介挿されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記袋体は、不織布、又は樹脂製のメッシュで形成されていることを特徴とする請求項１乃至５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、金属極と空気極とが配置される外装体を備える金属空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属空気電池は、金属極と空気極とを配置した外装体（電槽とも称する）を備えている。この種の金属空気電池には、金属極を構成する亜鉛極を取り替え自在にしたものが提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１では、電槽蓋より垂設した亜鉛極を挿入する構成とし、外装体は、対向窓口に補強桟を形設した有底筐体の前記窓口面に、空気極を装着した一対の取付枠体を液密的に接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公昭５１−２９９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、亜鉛極を電槽蓋より垂設しているため、落下する恐れがある。また、亜鉛極の下部が固定されていないため、振動、衝撃等によって空気極と亜鉛極との極間距離が変わる恐れがあり、その為、所望の電力を得ることができないといった恐れがある。
ところで、金属空気電池の使用後は、外装体の内部に反応生成物が堆積している。そのため、金属極を取り替えて外装体を再利用する際、反応生成物を取り出し、内部を洗浄する作業が必要となり、非常に手間がかかってしまう。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、金属極の落下防止や金属極と空気極との極間距離を一定に保つことを可能とし、また、電池として再利用し易く、且つ、再利用時の洗浄などの手間を低減可能な金属空気電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明は、空気極と金属極とが配置される外装体を備える金属空気電池において、前記外装体は、前記外装体に着脱自在な蓋部であって、かつ、前記金属極を包むと共に電池反応により生成される反応生成物を内部に留める袋体が装着される蓋部を有し、前記蓋部は、前記金属極を保持する保持部と、前記保持部に保持された金属極を、この金属極の倒れを規制可能に挟む一対のリブと、を有することを特徴とする。
【０００６】
上記構成において、前記保持部は、前記金属極を抜き差し可能に前記蓋部に開口する第１孔部と、前記第１孔部に通された前記金属極に設けられた孔部に引っ掛かって前記金属極を前記蓋部に保持させるフックとを有するようにしても良い。
また、上記構成において、前記袋体は、前記金属極を出し入れ自在な開口部を有し、前記外装体は、前記袋体の開口部に連通し、電池反応により生成される内部の反応ガスを抜くための第２孔部を有するようにしても良い。
また、上記構成において、前記外装体は、前記金属極を着脱自在に保持する保持部を有するようにしても良い。
【０００８】
また、上記構成において、前記外装体は、前記空気極を境に分割する分割構造を有し、分割された一方が、電解液を収容する電解液収容部を構成し、前記電解液収容部と前記空気極との間に、水密を取るためのパッキンが介挿されるようにしても良い。
また、上記構成において、前記袋体は、不織布、又は樹脂製のメッシュで形成されるようにしても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属極の着脱が容易で、且つ、反応生成物の除去が容易である。従って、電池として再利用し易く、且つ、再利用時の洗浄などの手間を低減することができる。更に、金属極の倒れを規制するリブを設けることで金属極と空気極との極間距離を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る金属空気電池の斜視図である。
【図２】金属空気電池の分解斜視図である。
【図３】金属空気電池の蓋部の断面構造を周辺構成と共に示した図である。
【図４】蓋部を周辺構成と共に示した図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】金属空気電池ユニットの一例を示した図である。
【図６】図５に示す金属空気電池ユニットの最も端の蓋部などを外した状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る金属空気電池１０の斜視図であり、図２は、金属空気電池１０の分解斜視図である。
この金属空気電池１０は、電槽となる中空箱状の外装体２１を備え、この外装体２１内に、極板を構成する空気極２２と金属極２３とが対向配置される。この金属空気電池１０は、外装体２１内に電解液が注液されることによって、空気極２２と金属極２３との間に電解液が満たされ、発電を開始する一次電池である。この発電時には、空気極２２が正極として機能し、金属極２３が負極として機能する。
【００１２】
本実施形態では、金属空気電池１０内に一枚の金属極２３を配置し、この金属極２３を間に挟むように金属極２３との間に間隔を空けて２枚の空気極２２を配置した構成である。図１及び以下に述べる各図において、空気極２２と金属極２３との並び方向をＸ方向で示し、このＸ方向に対して水平面内で直交する方向をＹ方向で示し、上下方向をＺ方向で示している。
【００１３】
空気極２２は、外部の空気を外装体２１内に通気可能にする通気性、及び、電解液を漏らさない非透水性を有する部品である。この空気極２２は、集電体を構成する矩形状の銅メッシュの両面に、触媒層を構成する触媒シートを圧迫（プレス）等により一体化して形成される。なお、非透水性については、非透水性を有するシートを別途設けて確保するようにしても良い。なお、空気極２２は上記構成に限らず、公知の構成を広く適用可能である。
【００１４】
金属極２３は、空気極２２と対向するように外装体２１の内部に支持されている。この金属極２３には、マグネシウム合金が用いられ、空気極２２と平行に配置されている。この空気電池２０の電解液には、塩化ナトリウム水溶液が使用される。これにより、電解液に海水を用いたり、水道水に塩を混合した液体を用いることができ、電解液の調達が容易である。なお、外装体２１の内部に、電解質である塩化ナトリウムを収容した袋体を予め配置し、水道水などの水を注液すれば発電するように構成しても良い。
【００１５】
外装体２１は、空気極２２と金属極２３の並び方向（Ｘ方向）に分割可能な中空箱形状の外装体本体（電槽本体とも称する）３１と、外装体本体３１の上方開口を覆う着脱自在な蓋部（電槽蓋とも称する）３３とを備えている。
外装体本体３１及び蓋部３３は、合成樹脂等の樹脂材料で形成され、長期の使用に耐える耐久性を有している。なお、樹脂材料に限らず、再利用に耐える外装体２１に好適な材料を広く適用可能である。
【００１６】
また、外装体本体３１の上端の両端部には上方に突出する凸部が形成され、蓋部３３の両端には前記凸部が係合する凹み部が形成され、前記凸部と凹み部とが互いに係合する係合構造（図１中、符号３２で示す箇所）となっている。この係合構造３２により外装体本体３１と蓋部３３とが正確に位置決めされ、前記蓋部は上下方向へ着脱自在な構造となっている。外装体本体３１は、電解液を収容する空間を形成する電解液収容部３５と、この電解液収容部３５との間に各空気極２２を挟んで装着される一対の側板部３７とを備えている。
【００１７】
電解液収容部３５は、上方が開口する直方体の有底箱形状に形成され、Ｘ方向両側面には空気極２２で覆われる開口部３５Ａを有している。なお、この開口部３５Ａは、空気極２２の外形状よりも若干小さい開口部に形成され、十字形状の桟３５Ｂにより４つの開口部に分割されている。この桟３５Ｂにより、空気極２２の変形を抑えると共に電解液収容部３５の剛性を高めることができる。
また、電解液収容部３５の下部には、Ｘ方向両側に張り出す張出部３５Ｃが設けられ、各張出部３５Ｃには、側板部３７の下部がそれぞれ揺動自在に連結される。より具体的には、各張出部３５Ｃには、側板部３７から下方に突出する凸部３７Ｔが係合する凹部３５Ｄと、不図示の揺動軸をＹ方向に通す孔部３５Ｅとがそれぞれ形成され、揺動軸を基準にして側板部３７が開閉自在に連結される。
これによって、側板部３７を電解液収容部３５から完全に取り外すことなく、側板部３７と電解液収容部３５との間にパッキン４１及び空気極２２を容易に着脱自在である。
【００１８】
パッキン４１は、電解液収容部３５の４つの開口部３５Ａの周囲を囲むように延在する枠形状に形成され、空気極２２と電解液収容部３５との間に介挿される。このパッキン４１によって、電解液の漏れ（漏液）を防止可能な水密が得られる。このパッキン４１には、電解液などの液体を含むと膨張する発泡パッキン（例えば、ＣＲ系ゴムと特殊樹脂とで構成された水膨張ゴム、水膨張ウレタン、発泡ウレタン、ＥＰＤＭ系ゴムスポンジなど）が使用され、これによって、漏液をより効果的に防ぐことができる。なお、発泡パッキンに限らず、公知の他のパッキンを用いても良い。
また、電解液収容部３５には、パッキン４１の内周縁に略沿って延びる凸条部３５Ｔが設けられており、この凸条部３５Ｔによってパッキン４１を適正位置に配置し易くなる。
【００１９】
一対の側板部３７は、同じ形状に形成されている。これら側板部３７は、空気極２２よりも大型の平板状部材に、空気極２２を外部に露出させる開口部３７Ａを設けることによって形成される。この開口部３７Ａについても、電解液収容部３５の開口部３５Ａと同様に、空気極２２の外形状よりも若干小さい開口部に形成され、十字形状の桟３７Ｂにより４つの開口部に分割され、空気極２２の変形を抑えると共に側板部３７の剛性を高めている。
これら側板部３７には、Ｙ方向に沿って両側に張り出す上下一対の張出部３７Ｃが設けられている。これら張出部３７Ｃには、後述する連結軸４５（図５、図６）をＸ方向に通す孔部３７Ｄが設けられ、連結軸４５を各孔部３７Ｄに通し、両側からナットなどの締結部材で張出部３７Ｃを挟持する。これにより、側板部３７と電解液収容部３５との間に空気極２２及びパッキン４１を挟んだ状態に保持することができる。
【００２０】
蓋部３３は、電解液収容部３５の上端に載置されることにより、電解液収容部３５の上方開口を覆う矩形板状に形成されている。この蓋部３３には、Ｘ方向に間隔を空けて、金属極２３を着脱自在に挟持する第１孔部３３Ａと、第１孔部３３Ａの両側に設けられて内部の反応ガス等を外部に抜くための一対の第２孔部３３Ｂとが形成されている。この蓋部３３には、更に、蓋部３３に保持された金属極２３を包む袋体５１が装着されている。
【００２１】
図３は、蓋部３３の断面構造を周辺構成と共に示した図であり、図４（Ａ）は側面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図３に示すように、第１孔部３３Ａは、蓋部３３を上下に貫通し、金属極２３を上下方向（Ｚ方向）に抜き差しできる長孔形状の開口に形成されている。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、この第１孔部３３Ａは、金属極２３に設けられた孔部２３Ｈに引っ掛かる一対のフック３３Ｆ（図４（Ｂ）参照）を一体に備え、これらフック３３Ｆにより金属極２３を蓋部３３に保持させる。
すなわち、第１孔部３３Ａ及びフック３３Ｆは、蓋部３３に金属極２３を着脱自在に保持する保持部として機能する。
【００２２】
図４（Ｂ）に示すように、各フック３３Ｆは、斜め上方に傾斜するテーパ形状のフックに形成されており、金属極２３を下側から上方にスライドさせた場合にフック３３Ｆを円滑に弾性変形させ、フック３３Ｆを金属極２３を容易に係止させることができる。また、更に金属極２３を上方へスライドさせることにより、フック３３Ｆを上方に弾性変形させ、金属極２３を容易に取り出すことができる。つまり、スプリングバックを利用して金属極２３が着脱自在に固定される。なお、フック３３Ｆの形状は適宜に変更可能である。
【００２３】
同図４（Ｂ）に示すように、蓋部３３には、各孔部３３Ａ、３３Ｂの下方に、第１孔部３３Ａに保持された金属極２３を両側から挟む一対のリブ３３Ｒが一体に設けられている。この一対のリブ３３Ｒは、Ｘ方向にて金属極２３を挟むため、金属極２３のＸ方向への移動を規制することができる。
【００２４】
図３に示すように、これらリブ３３Ｒは、上下方向（Ｚ方向）に延在する縦長状のリブに形成されているので、広い面積で金属極２３のＸ方向への移動を規制することができる。従って、これらリブ３３Ｒにより、金属極２３の倒れを十分に規制することができ、金属極２３と空気極２２との離間距離（極間距離）を一定に保つことができる。
なお、上記リブ３３Ｒは、金属極２３のＹ方向のずれは許容するので、金属極２３と空気極２２との離間距離を変化させない範囲で金属極２３を移動させることができ、金属極２３の着脱作業を容易に行い易くなる。
【００２５】
また、蓋部３３には、リブ３３Ｒの外周を、隙間を空けて囲うように下方に延びる環状の筒部３３Ｓが一体に設けられる。この筒部３３Ｓには、袋体５１の開口部５１Ｋ（図３）が装着されることで、袋体５１が蓋部３３に取り付けられる。図４（Ｂ）に示すように、筒部３３Ｓは、一対の第２孔部３３Ｂに連通する筒に形成されているので、袋体５１の開口部５１Ｋが第２孔部３３Ｂに連通する。
なお、一対の第２孔部３３Ｂは、蓋部３３を上下に貫通する貫通孔である。
【００２６】
袋体５１は、不織布で形成され、電池反応により生成される反応生成物を内部に留め、且つ、電解液は通す袋に形成される。反応生成物は、金属極２３との反応により生成される固体であり、金属極２３にマグネシウム合金を用いた場合は水酸化マグネシウムである。
この袋体５１で金属極２３を包んでいるので、袋体５１内に反応生成物を留めることができ、外装体２１を構成する部材（外装体本体３１、蓋部３３）等への反応生成物の付着を回避、或いは、抑えることができる。従って、外装体２１を再利用する場合に、外装体２１の洗浄の手間を低減することができる。なお、本発明の袋体５１は、空気極２２と金属極２３とを隔離するためのセパレータではない。
【００２７】
上記したように、この袋体５１は、蓋部３３に装着されているので、蓋部３３を取り外せば袋体５１を取り出すことができ、袋体５１の着脱が容易である。また、袋体５１の開口部５１Ｋが、蓋部３３の第２孔部３３Ｂに連通しているので、電池反応により生じた反応ガスを、第２孔部３３Ｂを介してスムーズに上方に排出することができる。
しかも、この袋体５１は、柔軟性を有するとともに薄い素材である不織布で形成されているので、空気極２２と金属極２３との間に空く電解液のスペースを利用して袋体５１を配置できる。従って、袋体５１を設けても、外装体２１の大型化、つまり、金属空気電池１０の大型化を抑えることができる。
【００２８】
なお、袋体５１を不織布で形成しているが、樹脂製のメッシュで形成しても良い。樹脂製のメッシュで形成する場合も、反応生成物を内部に留め、且つ、電解液を通すことができる、などの不織布の場合と同様の機能を得ることができる。  樹脂製のメッシュを使用する場合には、不織布で形成する場合と比べて袋体５１の強度・耐久性を向上させ易い、といったメリットが得られる。なお、上記の機能が得られる範囲で、袋体５１を他の材料で形成しても良い。
【００２９】
以上のようにして、本構成の金属空気電池１０は、金属極２３を上下方向にスライドさせることにより、金属極２３を蓋部３３から容易に着脱することができる。また、側板部３７を開くことにより空気極２２を容易に着脱することもできる。また、蓋部３３を外装体本体３１から取り外すことにより、袋体５１を取り出すことができる。従って、金属極２３及び空気極２２の交換や流用が容易であり、且つ、電池使用後の反応生成物の取り出しも容易である。
これにより、再利用可能な状態の部品の再利用が容易であり、且つ、再利用時の外装体２１の洗浄作業を不要、或いは、軽減することができる。なお、金属極２３や空気極２２は、消耗状態などに応じて適宜に交換すれば良い。袋体５１については、電池の再利用時に必ず交換するようにしても良いし、内部の反応生成物を除去した後に再利用するようにしても良い。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の金属空気電池１０は、空気極２２と金属極２３とが配置される外装体２１を備え、金属極２３は、外装体２１に着脱自在に設けられ、電池反応により生成される反応生成物を内部に留める袋体５１で金属極２３を包んでいるので、金属極２３の着脱が容易で、且つ、反応生成物の除去が容易である。従って、電池として再利用し易く、且つ、再利用時の洗浄などの手間を低減することが可能になる。
また、袋体５１は、金属極２３を出し入れ自在な開口部５１Ｋ（図３）を有し、外装体２１は、袋体５１の開口部５１Ｋに連通する第２孔部３３Ｂを有しているので、電池反応により生じた反応ガスを容易に外部に抜くことができる。
【００３１】
また、外装体２１は、金属極２３を着脱自在に保持する保持部として機能する第１孔部３３Ａ及びフック３３Ｆを有するので、金属極２３の着脱、及び点検などのメンテナンスを容易に行うことができる。
また、外装体２１は、着脱自在な蓋部３３を有し、蓋部３３に、金属極２３を着脱自在に保持する上記保持部が設けられるとともに、袋体５１の開口部５１Ｋに連通する第２孔部３３Ｂが設けられ、この蓋部３３に袋体５１が装着されるので、蓋部３３を取り外せば、金属極２３及び袋体５１を取り外すことができ、これらの着脱及びメンテナンスをより容易に行い易くなる。
【００３２】
また、蓋部３３に、この蓋部３３に保持された金属極２３の倒れを規制するリブ３３Ｒを設けているので、金属極２３の倒れを回避でき、金属極２３と空気極２２との極間距離を一定に保つことができる。
また、外装体２１は、空気極２２を境に分割する分割構造を有し、分割された一方が、電解液を収容する電解液収容部３５を構成し、電解液収容部３５と空気極２２との間に、水密を取るためのパッキン４１（図２）が介挿されるので、空気極２２の着脱が容易で、且つ、電解液の漏れも抑え易くなる。
【００３３】
また、袋体５１は、不織布、又は樹脂製のメッシュで形成されるので、反応生成物を内部に留め、且つ、電解液を通す袋を低コストで得やすく、且つ、空気極２２と金属極２３との間に空くスペースを利用して袋体５１を配置し易くなる。
【００３４】
本発明の金属空気電池１０は、単独で使用しても良いが、複数の金属空気電池１０同士を連結して大容量化した金属空気電池（以下、「金属空気電池ユニット」と言う）１００を構成しても良い。
図５及び図６は金属空気電池ユニット１００の一例を示した図である。なお、図６は、図５に示す金属空気電池ユニット１００の最も端の蓋部３３などを外した状態を示した図である。
図５に示すように、複数の金属空気電池１０をＸ方向に並べ、各金属空気電池１０の側板部３７の４隅に形成された張出部３７Ｃのそれぞれに連結軸４５を貫通させることによって、金属空気電池１０同士をコンパクトに連結することができる。また、この連結構造によれば、金属空気電池１０側には、連結軸４５を通す部分（張出部３７Ｃ）を形成するだけで良いので、金属空気電池１０側の構造を簡易化できる。また、この連結構造は、金属空気電池１０の連結数の変更も容易である。
【００３５】
また、この金属空気電池ユニット１００は、側板部３７を揺動自在に連結しない構成（図２に示す孔部３５Ｅから揺動軸を除いた構成）にすることで、各側板部３７を連結軸４５に沿わせて移動させることができる。
これにより、図６に示すように、連結軸４５を取り外すこと無く、所望の側板部３７（図６中、符号３７Ｘを付して示す）を電解液収容部３５（図６中、符号３５Ｘを付して示す）から離れる側に移動させることができる。従って、空気極２２を容易に着脱できる。このようにして、同図６に示すように、蓋部３３を取り外して反応生成物の除去、袋体５１の着脱、金属極２３の着脱、空気極２２の着脱などを容易に行うことができ、また、各部の点検等のメンテナンス作業も容易に行うことができる。
【００３６】
なお、図５及び図６中、符号４７Ｓは、隣接する金属空気電池１０間に配置されるように連結軸４５に通した環状のスペーサである。これらスペーサ４７Ｓにより、金属空気電池１０間に、外部空気を空気極２２に供給する隙間を確保できる。また、このスペーサ４７Ｓの厚さ調整により上記隙間の調整が容易である。
また、図５及び図６中、符号４８は、最も端の金属空気電池１０の空気極２２を覆う覆い部材（ガード部材）である。この覆い部材４８により、最も端の空気極２２をガードすることができる。また、各金属空気電池１０における側板部３７の間には、各金属空気電池１０の金属極２３の上部（蓋部３３から突出する部分）や空気極２２の上部（図２で示す空気極２２の折曲がり部分）にそれぞれ接続され延出する配線等を覆うカバー部品４９が取り付けられる。また、このカバー部品４９内に、任意の電気回路を収容しても良いし、このカバー部品４９に代えて、他の部品を配置しても良い。
【００３７】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形、及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  金属空気電池
２１  外装体
２２  空気極
２３  金属極
３１  外装体本体
３３  蓋部
３３Ａ  第１孔部（保持部）
３３Ｂ  第２孔部
３３Ｆ  フック（保持部）
３３Ｒ  リブ
３５  電解液収容部
３７  側板部
４１  パッキン
５１  袋体
【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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