(57)【要約】  本発明は、金属空気電池本体に金属電極をスムーズに挿入することができる金属空気電池を提供する。  本発明の金属空気電池は、少なくとも１つのセルを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極と、前記金属電極を前記電解液槽中に挿入するための電極挿入口と、位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記電解液槽中に前記金属電極を挿入する際に、前記金属電極と前記位置調整部とが接触することにより前記金属電極の位置を調整するように設けられたことを特徴とする。
2014156433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのセルを備え、
前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極と、前記金属電極を前記電解液槽中に挿入するための電極挿入口と、位置調整部とを備え、
前記位置調整部は、前記電解液槽中に前記金属電極を挿入する際に、前記金属電極と前記位置調整部とが接触することにより前記金属電極の位置を調整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２】
前記空気極は、一対の空気極からなり、
前記金属電極は、前記一対の空気極の間の略中央に配置された請求項１に記載の金属空気電池。
【請求項３】
前記位置調整部は、前記電極挿入口の周りの側壁を構成し、
前記側壁は、前記電解液槽の内部に向かうほど前記電極挿入口が狭くなる形状を有する請求項１又は２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
前記位置調整部は、弾性材料からなり電解液槽内部に向かって変形できるように設けられた請求項１又は２に記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記金属電極の一部と嵌合する取付部をさらに有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記取付部は、前記金属電極の側辺端部を覆う請求項５に記載の金属空気電池。
【請求項７】
前記セルは、複数であり、
前記取付部は、導電性を有し、
１つのセルに含まれる前記取付部は、他のセルに含まれる前記空気極又は他のセルに含まれる前記取付部と電気的に接続する請求項５又は６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、燃料となる電極活物質を含む金属電極をアノードとし、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
なお、電極活物質である金属亜鉛（Zn）は、電極反応の進行と共に一旦電解液にZn(OH)42-として溶解し、このイオンが飽和に達するとZnOとして電解液中に沈殿すると考えられる。【０００３】
このような金属空気電池により発電を続けると金属電極に含まれる電極活物質が消費されるため、金属空気電池に新たな電極活物質を供給する必要がある。電極活物質を供給する方法として、複数の金属電極が支持体を介して接続されたアノード複合体を金属空気電池本体に差し込む方法や、金属電極を金属空気電池内部に設置された袋状の構造体に差し込む方法や、ケース状の金属空気電池本体に燃料電池を挿入する方法などが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５０９２６２号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００１／０００９７３５号明細書
【特許文献３】特開平７−４５２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の金属電極の挿入方法では、挿入前に金属空気電池本体と金属電極との位置合わせを高い精度で行う必要があり、金属電極の挿入に時間を要するという問題がある。また、十分な位置合わせを行わないと、挿入時に金属空気電池本体と金属電極とが衝突することにより金属空気電池本体または金属電極が損傷する場合がある。さらに、金属電極を金属空気電池本体に差し込む際に金属電極がたわむ場合があり、このたわみにより、電極間距離が変化するという問題や金属電極を金属空気電池本体にスムーズに差し込めないため金属電極の金属電極本体への挿入を開始してから発電するまでに時間がかかるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属空気電池本体に金属電極をスムーズに挿入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】
【０００６】
本発明は、少なくとも１つのセルを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極と、前記金属電極を前記電解液槽中に挿入するための電極挿入口と、位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記電解液槽中に前記金属電極を挿入する際に、前記金属電極と前記位置調整部とが接触することにより前記金属電極の位置を調整するように設けられた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、少なくとも１つのセルを備え、セルは、電解液を溜める電解液槽と、電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極とを備えるため、電極反応の進行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、金属電極を電解液槽中に挿入するための電極挿入口を備えるため、使用済みの金属電極を電解液槽から抜き出し、新たな金属電極を電解液槽に挿入することにより、金属空気電池に電極活物質を供給することができる。
本発明によれば、電解液槽中に金属電極を挿入する際に金属電極と位置調整部とが接触することにより金属電極の位置を調整するように設けられた位置調整部を有するため、位置調整部において金属電極の位置合わせを行うことができ、金属電極をスムーズに素早く電解液槽に挿入することができる。このことにより、電極活物質を金属空気電池に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池の使いやすさを向上させることができる。また、金属電極の挿入時に金属空気電池が損傷することを抑制することができ、金属空気電池の寿命を延ばすことができる。
本発明によれば、位置調整部を備えることにより、金属電極と空気極との電極間距離を確実に面内で均一にすることができる。このことにより、電流集中を抑制することができ、金属空気電池の放電容量を大幅に向上させることができると共に、金属電極を交換しても金属空気電池が安定した放電特性を有することができる。
【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構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の点線Ａ−Ａにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図３】図２の点線Ｂ−Ｂにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる位置調整部および電極挿入口の概略上面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）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る。
【図６】金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の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】金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の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。
【図１０】金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の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る。
【図１１】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１２】金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の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１３】金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の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１４】金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の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る。
【図１５】金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の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１６】図１５の点線で囲んだ範囲Ｄにおける金属空気電池の概略断面図である。
【図１７】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１８】図１７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１９】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２０】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２１】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る。
【図２２】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２３】放電実験の測定結果を示すグラフである。
【図２４】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２５】図２４に示した矢印Ｎからの金属電極および取付部の矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の金属空気電池は、少なくとも１つのセルを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極と、前記金属電極を前記電解液槽中に挿入するための電極挿入口と、位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記電解液槽中に前記金属電極を挿入する際に、前記金属電極と前記位置調整部とが接触することにより前記金属電極の位置を調整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、前記空気極は、一対の空気極からなり、前記金属電極は、前記一対の空気極の間の略中央に配置されたことが好ましい。
このような構成によれば、アノード−カソード間の電流分布を均一にすることができ、特に上下方向での電流分布を均一にすることができる。このことにより、金属空気電池の放電容量を大きくすることができる。
本発明の金属空気電池において、前記位置調整部は、前記電極挿入口の周りの側壁を構成し、前記側壁は、前記電解液槽の内部に向かうほど前記電極挿入口が狭くなる形状を有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽中に金属電極を挿入する際、金属電極と、電極挿入口の周りの側壁を構成する位置調整部とが接触すると、金属電極が側壁上をすべり電極挿入口の中心部へと移動する。このことにより、金属電極を位置調整することができる。
本発明の金属空気電池において、前記位置調整部は、前記電極挿入口の周りに設けられたローラーを有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽中に金属電極を挿入する際、金属電極と、電極挿入口の周りに設けられたローラーとが接触すると、ローラーが回転し、金属電極が電極挿入口の中心部へと移動する。このことにより、金属電極を位置調整することができる。
本発明の金属空気電池において、前記位置調整部は弾性材料からなり、電解液槽内部に向かって変形できるように設けることが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽中に金属電極を挿入する際、金属電極と位置調整部が接触することにより、電解液槽上部からの電解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、金属電極を抜いた後に、位置調整部が電解液槽上部を塞ぐことにより、電解液の漏洩を防ぐことができる。
【００１１】
本発明の金属空気電池において、前記金属電極の一部と嵌合する取付部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、金属電極の一部を取付部に嵌合させることにより、金属電極を電解液槽中に固定することができる。
本発明の金属空気電池において、前記セルは、複数であり、前記取付部は、導電性を有し、１つのセルに含まれる前記取付部は、他のセルに含まれる前記空気極又は他のセルに含まれる前記取付部と電気的に接続することが好ましい。
このような構成によれば、取付部を介して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。また、取付部を接続端子として利用することができるため、金属空気電池の部品数を低減することができ、金属空気電池の製造コストを低減することができる。
本発明の金属空気電池において、取付部は金属電極の側辺端部を覆うことが好ましい。取付部は金属電極の側辺端部の全体を覆ってもよく、側辺端部の一部を覆ってもよい。
このような構成によれば、放電時にアノード端部での電流集中を抑制することができ、アノード全面で均一に放電反応を進行させることができる。このことにより、金属空気電池の放電容量を大きくすることができる。
【００１２】
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。
【００１３】
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断面図である。図２は、図１の点線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２の点線Ｂ−Ｂにおける金属空気電池の概略断面図である。また、図９、１１、１７〜２０は、本実施形態の金属空気電池の概略断面図であり、図６、７、１２、１３、１５は、金属電極を電解液槽に挿入する際の金属空気電池の概略断面図である。
【００１４】
本実施形態の金属空気電池４０は、少なくとも１つのセル４を備え、セル４は、電解液３を溜める電解液槽２と、電解液槽２中に設けられかつアノードとなる金属電極５と、カソードとなる少なくとも１つの空気極９と、金属電極５を電解液槽２中に挿入するための電極挿入口２０と、位置調整部１９とを備え、位置調整部１９は、電解液槽２中に金属電極５を挿入する際に、金属電極５と位置調整部１９とが接触することにより金属電極５の位置を調整するように設けられたことを特徴とする。
また、本実施形態の金属空気電池４０は、取付部２３、イオン交換膜８または使用済み活物質回収機構を有してもよい。
以下、本実施形態の金属空気電池４０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４０は、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４０は、一次電池であってもよい。
【００１６】
２．セル
セル４は、金属空気電池４０の構成単位であり、アノードとなる金属電極５とカソードとなる少なくとも１つの空気極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つの金属電極５とが電解液３を挟むように設けられてもよく、図１、２に示した金属空気電池４０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てもよい。
また、金属空気電池４０は、１つのセルを含む単セル構造であってもよく、図１、２に示した金属空気電池４０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４０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、２に示した金属空気電池４０では、３つのセル４が直列接続している。
図１、２に示した金属空気電池４０では、セル４の下部の配線により直列接続されているが、セル４の上部の配線あるいはセル４の側部の配線で直列接続することもできる。
【００１７】
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、その中に金属電極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４０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、２に示した金属空気電池４０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（PVA）、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。
筐体１は、セル４の中央部に接合部を有してもよい。このことにより、２つの部材を接合することにより筐体１を作製することができる。また、接合前に筐体１の部材を加工することにより、電解液槽２の内側となる部分を容易に加工でき、製造コストを低減することができる。たとえば、筐体１を１つの部材で作製すると、部材をくりぬく必要があるが、複数の部材を用いることにより、板状の材料を容易に切削したり、射出成型により筐体１を容易に作製することが可能になる。また、位置調整部１９や取付部２３を容易に設置することができる。
また、例えば、１つのセル４に含まれる筐体１を２つの部材で構成する場合、実質的に同じ形状を有する２つの部材をボルトまたは接着剤などで接合することにより筐体１を作製することができる。
【００１８】
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、電極活物質部６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。
【００１９】
また、金属空気電池４０が電解液を流動させる機構を有してもよい。このことにより金属電極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４０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、図１に示した金属空気電池４０のようにポンプ３１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４０が攪拌機、ワイパー、もしくは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。
【００２０】
４．金属電極
金属電極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、金属電極５は、電極活物質を含む電極活物質部６と、電極活物質部６を支持する導電性の支持部材７とからなってもよい。また、金属電極５は電極活物質部６のみからなってもよい。
電極活物質部６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２８（微粒子、針状の粒子、板状の粒子など）に化学変化する金属である。
例えば、亜鉛空気電池の場合、電極活物質部６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、電極活物質部６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、電極活物質部６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、電極活物質部６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、電極活物質部６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、電極活物質部６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、電極活物質部６は合金からなってもよい。
【００２１】
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２８への化学変化は、電極活物質部６で生じてもよく、電極活物質部６および電解液３中の両方で生じてもよい。例えば、電極活物質部６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２８が生成されてもよい。また、電極活物質部６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２８が生成してもよい。また、電極活物質部６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２８が生成してもよい。
また、電解液を二種類以上用いる場合、電極活物質部６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２８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。
【００２２】
電極活物質部６は、支持部材７の主要面上に固定することできる。支持部材７は、導電性を有し、電極活物質部６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、この支持部材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。支持部材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、支持部材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、支持部材７を介して電極活物質部６から集電することができ、電極活物質部６と外部回路とを接続することができる。支持部材７の主要面上への電極活物質部６の固定は、例えば、電極活物質である金属の粒子や塊を支持部材７の表面に押し付けて固定してもよく、支持部材７上にめっき法などにより金属を析出させてもよい。
【００２３】
支持部材７は、電解液槽２に金属電極５を挿入する電極挿入口２０を塞ぐ蓋部材１５と連結されていてもよい。このことにより、電解液槽２に金属電極５を挿入すると共に電極挿入口２０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。
さらに、蓋部材１５を設けることにより、電解液槽２中から金属電極５を抜き出すことや、電解液槽２中に金属電極５を挿入することが容易になる。
また、蓋部材１５に金属電極５と外部回路とを接続するための端子を設けることもできる。この端子を外部回路と接続することにより、金属空気電池４０の電力を出力することが可能になる。
【００２４】
５．電極挿入口、第１位置調整部
電極挿入口２０は、金属電極５を電解液槽２中に挿入できるように設けられる。このことにより、金属電極５と共に電極活物質を金属空気電池４０に供給することができる。また、電池反応により電極活物質が消費された後の金属電極５を電極挿入口２０から抜き出し、使用済みの金属電極５を回収することもできる。
このように電極挿入口２０を介して金属電極５を交換することにより、金属空気電池４０に電極活物質を供給することができ、金属空気電池４０を安定して発電させることができる。
なお、金属空気電池４０が複数のセル４を有する場合、金属電極５は、セル４ごとに別々に交換してもよく、複数のセル４についてまとめて交換してもよい。複数のセル４について金属電極５をまとめて交換する場合、複数の金属電極５は、複数の金属電極５が連結された複合体を構成してもよい。このことにより、金属電極５の交換を短時間で行うことができる。
また、電解液槽２内から金属電極５を抜き出した後の金属空気電池を金属空気電池本体４２という。
【００２５】
電極挿入口２０は、例えば、電解液槽２の上部に設けることができる。このことにより、電解液槽２に電解液３を溜めた状態において、金属電極５を電解液槽２中に挿入したり、使用済みの金属電極５を電解液槽２中から抜き出したりすることができ、電極活物質を金属空気電池４０に容易に供給することができる。このことにより、金属空気電池４０を安定して発電させることができる。
電極挿入口２０の側壁は、後述する位置調整部１９ａが構成することができる。このことにより金属電極５が電極挿入口２０を通過する際に金属電極５の位置合わせを行うことができる。また、電極挿入口２０の最も狭くなる部分の形状は、金属電極５の挿入方向に垂直な面における金属電極５の断面と実質的に同じ形状とすることができる。また、電極挿入口２０の最も狭くなる部分の形状は、金属電極５が電極挿入口２０を通過する際に金属電極５が電極挿入口２０に実質的に嵌合するような形状とすることができる。また、金属電極５が板状である場合、金属電極５の厚さと電極挿入口２０の最も狭くなる部分の幅とが実質的に同じであってもよい。なお、金属電極５と電極挿入口２０の側壁との間には、金属電極５が通過するための適切な隙間があってもよい。
このような構成により、電解液槽２への金属電極５の挿入時に、電解液槽２中において金属電極５が配置される位置を定めることができる。このことにより、電解液槽２中の所定の位置に金属電極５を容易に固定することができる。なお、金属電極５は、金属電極５に取り付けた蓋部材１５を金属空気電池本体４２に取り付けることにより電解液槽２中の所定の位置に固定されてもよく、金属電極５の一部が電解液槽２中に設けられた取付部２３に嵌合することにより固定されてもよく、この両方により固定されてもよい。
【００２６】
電極挿入口２０は、金属電極５を電解液槽２内に配置した場合には、蓋部材１５などにより塞がれていてもよい。このことにより、電解液３が漏れ出ること、電解液３の溶媒が蒸発すること、大気中の成分が電解液に溶解することなどを抑制することができる。
また、電極挿入口２０は、金属電極５を抜き出した後の金属空気電池本体４２の状態では、開いた状態となっていてもよい。また、金属空気電池本体４２は、電極挿入口２０を塞ぐ開閉式の蓋を備えてもよい。このことにより、金属空気電池本体４２において、電解液が漏れ出ることなどを抑制することができる。また、この蓋の機能を位置調整部１９ａが備えてもよい。例えば、図１２に示した金属空気電池本体４２のように、位置調整部１９ａが柔軟性を有する材料からなる場合、金属電極５を抜き出した状態では、電極挿入口２０を挟んで設けられた２つの位置調整部１９ａを接触させることができる。このことにより、位置調整部１９ａが金属空気電池本体４２の蓋の機能を有することができる。
【００２７】
第１位置調整部１９ａは、電解液槽２中に金属電極５を挿入する際に金属電極５と位置調整部１９ａとが接触することにより金属電極５の位置を調整するように設けられる。このことにより、電解液槽２中に金属電極５を挿入する際に位置調整部１９ａにおいて金属電極５の位置合わせを行うことができ、金属電極５をスムーズに素早く電解液槽２に挿入することができる。このことにより、電極活物質を金属空気電池４０に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池４０の使いやすさを向上させることができる。また、金属電極５の挿入時に金属空気電池４０が損傷することを抑制することができ、金属空気電池４０の寿命を延ばすことができる。
【００２８】
位置調整部１９ａは、例えば、電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０が狭くなるように電極挿入口２０の側壁を構成する部分、電極挿入口２０の周りに設けられたローラー１８を有する部分、又は弾性材料からなり電解液槽内部に向かって変形できる部分であってもよい。
【００２９】
まず、位置調整部１９ａが電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０が狭くなるように電極挿入口２０の側壁を構成する部分である場合について説明する。
位置調整部１９ａは、電極挿入口２０の周りの側壁を構成し、前記側壁は、電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０が狭くなる形状を有する。位置調整部１９ａは、例えば、図１に示した金属空気電池４０に含まれる位置調整部１９ａのような形状を有することができる。図１〜３に示した金属空気電池４０では、板状の支持部材７の両面上にそれぞれ電極活物質部６が設けられている。また、電極活物質部６が設けられた部分の金属電極５の厚さは、電極挿入口２０の最も狭くなる部分の幅と実質的に同じである。
【００３０】
図４（ａ）は、図１に示した金属空気電池４０に含まれる位置調整部１９ａと電極挿入口２０の上面図である。図４（ａ）のように電極挿入口２０は、長方形であり、長辺側の対向する２つの側壁が位置調整部１９ａで構成されている。なお、位置調整部１９ａは、図４（ｂ）のように短辺側の対向する２つの側壁も位置調整部１９ａで構成されていてもよい。なお、図４は、金属電極５を電解液槽２から抜き出した状態の金属空気電池本体４２における位置調整部１９ａと電極挿入口２０の上面図である。
図１、図４（ａ）に示した位置調整部１９ａでは、位置調整部１９ａが傾斜した２つの側壁２２を有しており、２つの側壁２２は、電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０の幅が狭くなるように設けられている。そして、位置調整部１９ａの側壁下部が、電極挿入口２０の幅が最も狭くなる部分の側壁となっている。
【００３１】
図５（ａ）〜（ｅ）は、位置調整部１９ａの形状などの様々な態様を示した図である。なお、図５（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ金属電極５を電解液槽２から抜き出した状態の金属空気電池本体４２における位置調整部１９ａと電極挿入口２０などの断面図である。図５（ａ）は図１に示した位置調整部１９ａと同様の傾斜角度が一定の側壁２２を有する位置調整部１９ａであり、図５（ｂ）は電解液槽２の内部に向かうに従い側壁２２の傾斜角度が大きくなる位置調整部１９ａであり、図５（ｃ）は上部では側壁２２が一定の傾斜角度を有し下部では側壁２２が電解液槽２の内部に向かうに従い傾斜角度が大きくなる位置調整部１９ａであり、図５（ｄ）は傾斜角度が一定の側壁２２が位置調整部１９ａの下部に設けられた位置調整部１９ａである。このように位置調整部１９ａは様々な形状を有することができる。
また、図５（ｅ）は、側壁２２を構成する表面に緩衝部材４５を有する位置調整部１９ａである。緩衝部材４５を設けることにより、電解液槽２への金属電極５の挿入時に金属電極５または金属空気電池本体４２が損傷することを抑制することができる。
緩衝部材４５の材料としては、電解液に対する耐食性を有し、ゴム状、スポンジ状の柔軟性を有する材料が好ましく、具体的には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、シリコーン、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレンプロピレン、フッ素系樹脂、メラミン樹脂などとすることができる。
また、位置調整部１９ａは、柔軟性や弾性などを有する材料からなってもよい。このことにより、電解液槽２への金属電極５の挿入時に金属電極５または金属空気電池本体４２が損傷することを抑制することができる。
この柔軟性や弾性などを有する材料としては、電解液に対する耐食性を有し、ゴム状、スポンジ状の柔軟性を有する材料が好ましく、具体的には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、シリコーン、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレンプロピレン、フッ素系樹脂、メラミン樹脂などとすることができる。
【００３２】
図６、７は、それぞれ図１〜３に示した金属空気電池４０において使用済みの金属電極５を抜き出した金属空気電池本体４２の電解液槽２に新たな金属電極５を挿入する際の金属空気電池４０の概略断面図である。また、図８は、図７の点線で囲んだ範囲Ｃの拡大図である。
図６に示しているように、新たな金属電極５を電極挿入口２０に挿入する前に、金属電極５を、電極挿入口２０の最も幅の広い部分の上部（図８のＤで示した範囲）に位置するように位置合わせをする。
そして、図７、８に示しているように、金属電極５を電極挿入口２０に差し込んでいくと、金属電極５が電極挿入口２０の側壁２２を構成する位置調整部１９ａに接触する場合がある。側壁２２は、電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０が狭くなる形状を有するため、位置調整部１９ａに接触した金属電極５は、側壁２２上をすべり電極挿入口２０の中心部へと移動する。そして、金属電極５は、電極挿入口２０の最も狭くなる部分（図８のｄで示した範囲）を通過し電解液槽２中へと挿入される。
このように、金属電極５は、電極挿入口２０を通過する際に位置調整部１９ａにより位置調整される。
【００３３】
金属空気電池４０が、このような位置調整部１９ａを有することにより、電解液槽２に金属電極５を挿入する前に金属電極５を電極挿入口２０の最も幅の広い部分の上部に位置合わせをすれば、金属電極５を電解液槽２中に挿入することができる。このため、電解液槽２に金属電極５を挿入する前に高い精度で位置調整を行う必要がなく、金属電極５の位置あわせを行う時間を短縮することができ、金属電極５を電解液槽２中にスムーズに挿入することができる。
また、位置調整部１９ａに接触した金属電極５は、側壁２２上を接触しながらすべり電極挿入口２０の中心部へと移動して電解液槽２中へと挿入されるため、接触により挿入が中断されることはない。このため、金属電極５と位置調整部１９ａが接触したとしても、位置合わせずれにより金属電極が金属空気電池本体に衝突して挿入できない従来の金属空気電池に比べてその衝撃は緩和され、金属電極５や金属空気電池本体４２を損傷することなく金属電極５を電解液槽２中に挿入することができる。
【００３４】
次に、位置調整部１９ａが、電極挿入口２０の周りに設けられたローラー１８を有する場合について説明する。
位置調整部１９ａは、電極挿入口２０の周りに設けられたローラー１８を有する。また、ローラー１８は、金属電極５を電解液槽２中に挿入する際に回転するように設けられる。
位置調整部１９ａは、例えば、図９に示した金属空気電池４０に含まれる位置調整部１９ａのように２つのローラー１８が電極挿入口２０の両側の側壁を構成するように設けることができる。図９に示した金属空気電池４０では、板状の支持部材７の両面上にそれぞれ電極活物質部６が設けられている。また、電極活物質部６が設けられた部分の金属電極５の厚さは、２つのローラー１８の間の電極挿入口２０の最も狭くなる部分の幅と実質的に同じである。
【００３５】
図１０は、図９に示した金属空気電池４０において使用済みの金属電極５を抜き出した金属空気電池本体４２の電解液槽２に新たな金属電極５を挿入する際の金属空気電池４０の一部の概略断面図である。
まず、新たな金属電極５を電極挿入口２０に挿入する前に、金属電極５を電極挿入口２０の最も幅の広い部分の上部（図１０のＧで示した範囲）に位置するように位置合わせしておく。
そして、図１０に示しているように、金属電極５を電極挿入口２０に差し込んでいくと、金属電極５が電極挿入口２０の側壁２２を構成するローラー１８（位置調整部１９ａ）に接触する場合がある。金属電極５がローラー１８に接触すると、ローラー１８は電極挿入口２０側の表面が下側に移動するように回転する。ローラー１８に接触した金属電極５は、ローラー１８が回転することにより電極挿入口２０の中心部へと移動する。そして、金属電極５は、２つのローラー１８の間（図１０のｇで示した範囲）を通過し電解液槽２中へと挿入される。
このように、金属電極５は、電極挿入口２０を通過する際にローラー１８（位置調整部１９ａ）により位置調整される。ローラー１８に接触した金属電極５は、ローラー１８と接触しながら中心部へと移動して電解液槽２中へと挿入されるため、金属電極５とローラー１８（位置調整部１９ａ）が接触したとしても、位置合わせずれにより金属電極が金属空気電池本体に衝突して挿入できない従来の金属空気電池に比べてその衝撃は緩和され、金属電極５を損傷することなく電解液槽２中に挿入することができる。
【００３６】
次に、位置調整部１９ａが、弾性材料からなり電解液槽２内部に向かって変形できる部分である場合について説明する。
位置調整部１９ａは、弾性材料からなり、金属電極５を電解液槽２に挿入する際金属電極５が接触することにより電解液槽２の内部に向かって変形することができる。例えば、図１１に示した金属空気電池４０に含まれる位置調整部１９ａのように、金属電極５の両側に設けられた２つの位置調整部１９ａが電解液槽２の内部に向かって変形しており、金属電極５に接触している。なお、図１１に示した金属空気電池４０では、板状の支持部材７の両面上にそれぞれ電極活物質部が設けられている。
この弾性材料としては、電解液に対する耐食性を有する材料が好ましく、具体的には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、シリコーン、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレンプロピレン、フッ素系樹脂、メラミン樹脂などとすることができる。
【００３７】
図１２は、図１１に示した金属空気電池において、電解液槽２から金属電極５を抜き出した金属空気電池本体４２と、電解液槽２に挿入する新たな金属電極５の概略断面図である。なお、この金属空気電池本体４２では、電極挿入口２０は、２つの位置調整部１９ａが接触することにより塞がれている。このことにより、電解液３の流動などにより金属空気電池本体４２から電解液が漏れ出ることを抑制することができる。さらに、使用済みの金属電極５を金属空気電池本体４２から抜き出す際に、金属電極５に付着した電解液３を位置調整部１９ａによりぬぐい取り電解液３を電解液槽２内に戻すことができるため、金属空気電池４０の安全性を高めることができる。
図１３は、図１１に示した金属空気電池において、電解液槽２に挿入する新たな金属電極５に含まれる電極活物質部６が電極挿入口２０を通過するときの金属空気電池４０の概略断面図である。なお、この際、弾性材料からなる２つの位置調整部１９ａは、金属電極５と接触することにより電解液槽２の内部に向かって変形しており、２つの位置調整部１９ａの間を金属電極５が通過している。
また、図１４は、位置調整部１９ａにより金属電極５の位置が調整されることを説明する説明図である。
【００３８】
図１２のように、新たな金属電極５を電極挿入口２０に挿入する前に、金属電極５を、弾性材料からなる位置調整部１９ａの上部（図１４のＦで示した範囲）に位置するように位置合わせをする。
そして、図１４のように、金属電極５を位置調整部１９ａに接触させると位置調整部１９ａは、電解液槽２の内部に向かって変形する。位置調整部１９ａが変形すると、位置調整部１９ａにより塞がれていた電極挿入口２０が開く。また、位置調整部１９ａが変形すると、金属電極５と接触した位置調整部１９ａの表面が傾斜するため、金属電極５は位置調整部１９ａの表面をすべり、開いた電極挿入口２０の方向に移動する。
金属電極５を電極挿入口２０に差し込んでいくと、２つの位置調整部１９ａの間の電極挿入口２０は金属電極５に押し開けられ、金属電極５は、押し開けられた電極挿入口２０を通過し電解液槽２中へと挿入される。
このように、金属電極５は、電極挿入口２０を通過する際に位置調整部１９ａにより位置調整される。
【００３９】
６．取付部、第２位置調整部
取付部２３は、電解液槽２中に設けられ、金属電極５の一部と嵌合する部分である。取付部２３に金属電極５の一部を嵌合させることにより、電解液槽２中の所定の位置に金属電極５を固定することができる。このことにより、金属空気電池４０が振動などにより損傷することを抑制することができる。また、金属電極５と空気極９との間隔が変動することを抑制することができ、金属空気電池４０の性能を安定化することができる。また、金属電極５の変形を抑制することができる。
【００４０】
取付部２３は、電極活物質部６が嵌合するように設けられてもよく、支持部材７が嵌合するように設けられてもよく、電極活物質部６と支持部材７の両方が嵌合するように設けられてもよいが、取付部２３は、支持部材７が嵌合するように設けられることが好ましい。電極活物質部６は、電極反応により電極活物質が消費されることにより形状が変化するからである。
また、取付部２３は、金属電極５の一部が嵌合する受け口２７を有してもよく、金属電極５が受け口を有し取付部２３がこの受け口に嵌合する突起を有してもよい。受け口２７の形状は、孔状であってもよく、溝状であってもよく、スリット状であってもよい。
取付部２３は、電解液槽２の底に設けられてもよく、電解液槽２の側壁に設けられてもよい。また、この両方に設けられてもよい。
【００４１】
例えば、図１、６、７、９、１１〜１３、１５、１６に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の底に設けられ、一組の取付部２３が受け口２７を挟むように設けられている。また、この受け口２７は、孔状または溝状である。
また、図２、３に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の側壁に設けられ、一組の取付部２３が受け口２７を挟むように設けられている。また、この受け口２７は、溝状である。
また、図１７、１８に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の側壁に設けられ、受け口２７となるスリットが設けられている。なお、図１７は、図２の点線Ｂ−Ｂにおける金属空気電池４０の断面図に対応する。
また、図１８は、図１７の点線Ｅ−Ｅにおける金属空気電池４０の概略断面図である。図１７、１８に示した金属空気電池４０では、金属電極５の支持部材７に耳部が設けられており、この耳部が取付部２３に設けられたスリット状の受け口２７に嵌合している。
また、図１９に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の側壁に設けられ、一組の半円形の取付部２３が受け口２７を挟むように設けられている。この受け口２７は、溝状である。なお、図１９は、図２の点線Ｂ−Ｂにおける金属空気電池４０の断面図に対応する。
さらに、図２０に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の側壁に設けられ、一組のローラー２９が受け口２７を挟むように設けられている。この受け口２７は溝状である。なお、図２０は、図２の点線Ｂ−Ｂにおける金属空気電池４０の断面図に対応する。
【００４２】
取付部２３は、金属などの導電性材料からなることができる。このことにより、金属電極５と取付部２３とを電気的に接続することができる。また、取付部２３は、外部回路、隣接するセル４の空気極９または隣接するセル４の取付部２３と電気的に接続することができる。このことにより、取付部２３を介して複数のセル４を直列接続または並列接続し、起電力を外部回路に出力することができる。また、接続端子と取付部２３とを共通化することができ、製造コストを低減することができる。
また、取付部２３は、電解液槽２に溜める電解液３に対する耐食性を有することができる。このことにより、取付部２３により金属電極５を安定して固定することができる。
【００４３】
取付部２３に第２位置調整部１９ｂを設けてもよい。また、金属電極５に受け口を設ける場合、金属電極５に位置調整部１９ｂを設けてもよい。位置調整部１９ｂは、電解液槽２中に金属電極５を挿入し金属電極５を取付部２３に取り付ける際に、金属電極５と位置調整部１９ｂが接触することにより金属電極５の位置を調整するように設けられる。このことにより、金属電極５を取付部２３に取り付ける際に位置調整部１９ｂにおいて金属電極５の位置合わせを行うことができ、金属電極５をスムーズに取付部２３に取り付けることができる。このことにより、電極活物質を金属空気電池４０に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池４０の使いやすさを向上させることができる。
【００４４】
位置調整部１９ｂは、受け口２７に近づくに従い間隔が狭くなる２つの側壁２４であってもよい。位置調整部１９ｂは、例えば、図１、３、６、７、９、１１〜１３、１５、１６、１７、１９に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３の位置調整部１９ｂのように設けることができる。
位置調整部１９ｂを構成する側壁２４は、図１、３などのように傾斜角度が一定の側壁２４であってもよく、図１９のように受け口２７に近づくに従い傾斜角度が大きくなる側壁２４であってもよい。
【００４５】
ここでは、図１５、１６を用いて、位置調整部１９ｂについて説明する。なお、図１５は、図７に示した金属空気電池４０の金属電極５をさらに電解液槽２の内部に挿入した状態の金属空気電池４０の概略断面図であり、図１６は、図１５の点線で囲んだ範囲Ｄの拡大図である。
図７に示した金属空気電池４０の状態からさらに金属電極５を電解液槽２内に挿入していくと、金属電極５が傾斜した側壁２４（位置調整部１９ｂ）に接触する場合がある。側壁２４は、受け口２７に近づくに従い一組の取付部２３の間隔が狭くなるように設けられているため、位置調整部１９ｂに接触した金属電極５は、側壁２４上をすべり受け口２７の中心部へと移動する。そして、金属電極５の受け口２７と嵌合する部分が図１６のｈで示した範囲に移動し、金属電極５は、受け口２７に嵌合する。
このように、金属電極５は、位置調整部１９ｂを構成する側壁２４と接触することにより位置調整される。
【００４６】
従って、金属電極５を電解液槽２内に挿入する際に、金属電極５の受け口２７に嵌合する部分が図１６のＨで示した範囲内に位置すれば、位置調整部１９ｂにより金属電極５を位置調整することにより、金属電極５を取付部２３に嵌合させることができ、金属電極５を固定することができる。
このことにより、金属電極５をスムーズに取付部２３に取り付けることができ、電極活物質を金属空気電池４０に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池４０の使いやすさを向上させることができる。
なお、ここでは、取付部２３を電解液槽２の底に設け、側壁２４の傾斜角度が一定の場合について説明したが、取付部２３を電解液槽２の側壁に設けた場合でも、側壁２４の傾斜角度が受け口２７に近づくに従い傾斜角度が大きくなる場合でも同様に、位置調整部１９ｂにより金属電極５を位置調整することができる。
【００４７】
位置調整部１９ｂは、取付部２３を構成する２つのローラー２９であってもよい。
位置調整部１９ｂは、例えば、図２０、２１に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３の位置調整部１９ｂのように設けることができる。なお、図２１は、図２０に示した金属空気電池４０において金属電極５を電解液槽２内に挿入する際の取付部２３付近の金属空気電池４０の概略断面図である。
ここでは、図２１を用いて、位置調整部１９ｂについて説明する。
図２０に示した金属空気電池４０において、金属空気電池本体４２の電解液槽２内に金属電極５を挿入していくと、金属電極５に含まれる支持部材７がローラー２９（位置調整部１９ｂ）に接触する場合がある。金属電極５がローラー２９に接触すると、ローラー２９は受け口２７側の表面が下側に移動するように回転する。ローラー２９に接触した金属電極５は、ローラー２９が回転することにより受け口２７の中心部へと移動する。そして、金属電極５の受け口２７と嵌合する部分が図２１のｋで示した範囲に移動し、金属電極５は、受け口２７に嵌合する。
このように、金属電極５は、位置調整部１９ｂを構成するローラー２９と接触することにより位置調整される。
【００４８】
従って、金属電極５を電解液槽２内に挿入する際に、金属電極５の受け口２７に嵌合する部分が図２１のＫで示した範囲内に位置すれば、位置調整部１９ｂにより金属電極５を位置調整することにより、金属電極５を取付部２３に嵌合させることができ、金属電極５を固定することができる。
このことにより、金属電極５をスムーズに取付部２３に取り付けることができ、電極活物質を金属空気電池４０に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池４０の使いやすさを向上させることができる。
【００４９】
７．空気極、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。
また、空気極９は、空気極触媒の電荷を集電する集電極を備えてもよい。このことにより、金属空気電池４０が発電することにより生じる電力を効率よく外部出力することができる。流路部材１３に導電性材料を用いることにより、流路部材１３を集電極としてもよく、流路部材１３とは別に集電極を空気極９が有してもよい。集電極の材料としては、電解液に対して耐食性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、集電極の形状は、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、集電極と、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。
【００５０】
１つのセル４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、２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。
【００５１】
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４０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、２に示した金属空気電池４０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、各セル４の電気的接続方法に応じて導電性材料または絶縁性材料から構成される。
【００５２】
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４０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。
【００５３】
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。
【００５４】
８．使用済み活物質回収機構
金属空気電池４０は、電池反応の進行により電極活物質から生成した金属化合物の析出物２８を回収するための使用済み活物質回収機構を備えることができる。
使用済み活物質回収機構は、電解液中の析出物２８を回収することができる機構であれば、特に限定されないが、例えば、電解液槽２内の電解液を循環させる電解液流路２５を設け、電解液を循環させる際に析出物２８を回収する機構であってもよい。
図１に示した金属空気電池４０は、析出物回収槽３０とろ過部３３とを備えた使用済み活物質回収機構を有している。この回収機構では、電解液槽２の電解液３が析出物２８と共に析出物回収槽３０に流入し、析出物回収槽３０において流入した電解液３に含まれる析出物２８が沈殿するように構成されている。また、析出物２８を沈殿させた後の電解液３をポンプ３１により電解液槽２内に流入させるように構成されている。このような構成とすることにより、電解液槽２内で析出した析出物２８を析出物回収槽３０に移動させることができる。
析出物回収槽３０において沈殿させた析出物２８は、図１のように電解液３と共に析出物２８をろ過部３３に流入させ、フィルター３４上の残渣として回収することができる。
【００５５】
放電実験１
実施例１の金属空気電池として、図２２に示したような単セルの金属空気電池を作製し放電実験を行った。また、比較例１の金属空気電池として、位置調整部１９を設けていないこと以外は実施例１の金属空気電池と同様の金属空気電池を作製し放電実験を行った。
作製した金属空気電池の電解液槽２の容量は５０ｍＬとした。
電解液槽２の対向する２つの内側面に２つの空気極９を設けた。空気極９は、Ｐｔ触媒１ｍｇ／ｃｍ3、ＰＴＦＥ２０重量％を含む厚さ４００μｍ、一辺５ｃｍ角のカーボン層とした。電極面積は、５０ｃｍ2となる。また、空気極９から電荷を集電する空気極集電体５１を設けた。空気極集電体５１には、６０メッシュのニッケルメッシュ電極を用いた。２つの空気極９間の距離は１６ｍｍとした。また、空気極９上にポリプロピレン製、厚さ３０μｍのセパレータ５０を配置した。
【００５６】
支持部材７である厚さ０．２ｍｍニッケル板の両主要面上にそれぞれ、電極活物質部６である一辺５ｃｍ角、厚さ０．５ｍｍの金属亜鉛層（亜鉛純度：９９．９％）を設けて金属電極５を作製した。また、支持部材７には、ポリ塩化ビニル製の蓋部材１５を取り付けた。なお、実施例１の金属空気電池では、蓋部材１５が位置調整部１９間の電極挿入口２０に嵌合するように蓋部材１５に傾斜箇所を設けた。
また、実施例１の金属空気電池では、電解液槽２の上部の電極挿入口２０にポリ塩化ビニル製の位置調整部１９を設けた。位置調整部１９は、図４（ａ）に示したような形状とし、傾斜した側壁２２が水平面に対して６０度傾斜するように調整した。
【００５７】
そして、電解液槽２内に１０ＭのＫＯＨ水溶液を４５ｍＬ注入した後、作製した金属電極５を電極挿入口２０から電解液槽２中に挿入し放電を開始した。
実施例１の金属空気電池では、金属電極５を挿入する際、位置調整部１９がガイドの役割を担い金属電極５は、電解液槽２内にスムーズに移動し、位置調整部１９の傾斜した側壁２２にて衝撃は緩衝された。また、傾斜箇所を有する蓋部材１５が位置調整部１９間の電極挿入口２０に嵌合することにより、金属電極５は、一対の空気極９間の中央に固定された。このときの正極−負極間の抵抗値は６１．３ｍΩであり、開放電圧は１．５９Ｖであった。
比較例１の金属空気電池では、位置調整部１９を設けていないため、金属電極５を挿入する際電極活物質部６が電解液槽２に接触し損傷する場合があることが確認された。また、比較例１の金属空気電池では、金属電極５は、一対の空気極９間の中央に対し片側の空気極９側に６ｍｍずれた位置に固定された。このときの正極−負極間の抵抗値は５９．４ｍΩであり、開放電圧は１．５０Ｖであった。
【００５８】
図２３に実施例１および比較例１の金属空気電池による放電実験の測定結果を示す。放電実験では、電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2として一定電流を流し電圧を測定した。
実施例１の金属空気電池では、約１．２Ｖの電圧で放電することができ、放電時間が約４．９時間で電圧が急激に低下し、放電時間が約５．２時間で電圧が０．６Ｖを下回り放電実験を終了した。実施例１の金属空気電池の放電容量は、９．０Ｗｈであった。
比較例１の金属空気電池では、約１．２Ｖの電圧で放電することができ、放電時間が約３．３時間で電圧が急激に低下し、放電時間が約３．５時間で電圧が０．６Ｖを下回り放電実験を終了した。比較例１の金属空気電池の放電容量は、６．０Ｗｈであった。
【００５９】
以上の結果より、位置調整部１９を設けることにより、２つの空気極９間の略中央に金属電極５を固定することができ、電極活物質部６の損傷を抑制することができると共に金属電極５を電解液槽２中にスムーズに素早く挿入することができることがわかった。
また、実施例１および比較例１の金属空気電池では、正極−負極間の抵抗値は大きな差はなかった。
また、実施例１の金属空気電池は、比較例１の金属空気電池に比べ大幅に大きな放電容量を出力できることがわかった。
【００６０】
放電実験２
実施例２の金属空気電池として、図２２、２４、２５に示したような単セルの金属空気電池を作製し放電実験を行った。なお、図２４は、図２２の破線Ｍ−Ｍにおける金属空気電池の断面図に対応し、図２５は、図２４に示した矢印Ｎからの金属電極５および取付部２３の概略矢視図である。また、実施例２の金属空気電池では取付部２３を設けたが、実施例１の金属空気電池では取付部２３は設けていない。
実施例２の金属空気電池は、取付部２３を設けたこと以外は実施例１と同様に作製した。取付部２３は、図２４、２５に示すように金属電極５の両側辺端部を覆うように設けた。また、取付部２３の材料にはポリ塩化ビニルを使用した。
また、比較例２の金属空気電池として、比較例１と同様の金属空気電池を作製し放電実験を行った。比較例２の金属空気電池には位置調整部１９及び取付部２３を設けていない。
【００６１】
電解液槽２内に１０ＭのＫＯＨ水溶液を４５ｍＬ注入した後、金属電極５を電極挿入口２０から電解液槽２中に挿入し放電を開始した。
実施例２の金属空気電池では、金属電極５を挿入する際、位置調整部１９及び取付部２３がガイドの役割を担い金属電極５は電解液槽２内にスムーズに移動した。また、金属電極５は、側辺端部が取付部２３に覆われることにより一対の空気極９間の中央に固定された。
比較例２の金属空気電池では、金属電極５を電解液槽２内に挿入したところ、金属電極５の中心部は、一対の空気極９間の中央に対し、１ｍｍ片側の空気極９側にずれた位置に固定された。比較例１の金属空気電池では金属電極５の位置が６ｍｍずれたが比較例２では１ｍｍであった。比較例１、２では、位置調整部１９および取付部２３を有していないため、金属電極５の固定箇所が金属電極挿入毎にばらついたために生じた結果である。
【００６２】
放電実験では、電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2として一定電流を流し電圧を測定した。実施例２の金属空気電池による放電実験では、放電容量は９．０Ｗｈであった。比較例２の金属空気電池による放電実験では、放電容量は８．０Ｗｈであった。
放電後の金属電極５を電解液槽２から取り出し表面観察を行ったところ、比較例２では電極活物質部６のエッジ部の金属亜鉛が優先的に消費されていることが観察されたが、実施例２では、電極活物質部６の主要表面で面内均一に金属亜鉛が消費されていることが観察された。
以上の結果より、金属電極５の側辺端部を覆うように取付部２３を設けることにより、金属電極５を電解液槽２中に固定し金属電極５の変形を抑制することができた。また、実施例２における金属電極５の固定位置は、比較例２における金属電極５の固定位置と大きな差はなかったが、実施例２の金属空気電池は、比較例２の金属空気電池に比べ大幅に大きな放電容量を出力することがわかった。
【符号の説明】
【００６３】
１：筐体    ２：電解液槽    ３：電解液    ４：セル    ５：金属電極    ６：電極活物質部    ７：支持部材    ８：イオン交換膜    ９：空気極    １２：空気流路    １３：流路部材    １５：蓋部材    １８：ローラー    １９、１９ａ、１９ｂ：位置調整部    ２０：電極挿入口    ２１：絶縁性部材    ２２：傾斜した側壁    ２３：取付部    ２４：傾斜した側壁    ２５：電解液流路    ２６：電線    ２７：受け口    ２８：金属化合物の析出物    ２９：ローラー    ３０：析出物回収槽    ３１：ポンプ    ３３：ろ過部    ３４：フィルター    ３５：バルブ    ４０：金属空気電池    ４２：金属空気電池本体    ４５：緩衝部材    ５０：セパレータ    ５１：空気極集電体    ５３：空孔
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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