(57)【要約】【課題】アルミニウム金属材を負極とする電池作用物に用いる電解液の、３成分化学品の成分濃度と電池作用特性との対応をつけて、必要な電気特性に合わせた電解液を調合する。【解決手段】アルミニウム金属材の負極と銅材の正極を挿入した簡易実験用電池作用物に、次亜塩素酸ナトリウム・水酸化ナトリウム・界面活性剤を混合調整した電解液を注入して開路電圧と、負荷時の電圧と電流の時間的推移を測定して、必要な電気特性に対応する３成分化学品電解液の調合条件を決める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池作用物容器に正極部材とアルミニウム金属材の負極を離間して挿入し前記正極部材と前記アルミニウム金属材の負極を浸漬する量の電解液を注入して構成した電池作用物より直流の電圧電流を取り出す方法において、前記電解液を０．３〜１２％の次亜塩素酸ナトリウムと、０．３〜１２％の水酸化ナトリウムと１２％以下の界面活性剤を含む水溶液の電解液とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、アルミニウムを主成分とする金属材を負極として用いた即席の湿式一次電池作用物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  直流の小電力機器の電源として用いる一次電池は、例えば単三形というように外形構造寸法がある範囲で標準化され、電圧や電流の電気的性能の均一性、貯蔵保管性、自己放電の抑制、液漏れガス漏れ防止等の性能を具備させて、工場で量産し販売されている。これらの乾電池やボタン電池等の一次電池は、電池を利用する人が乾電池等を購入し、必要な機器に取りつけ、使用済みとなったら取り出す。この場合電池の利用者が電池の製造や電池の構成そのものに関与はしない。充電のできる二次電池については、利用者側が負荷との接続や充電回路との接続操作は行うが、電池自体の構成物の製造には関与しない。充放電のできる鉛蓄電池では、電池の製造者でない利用者が、電解液を調整し電池に注入し電池作用を発生させ、利用後電解液を交換したり廃棄することはあるが、利用者側で電池の構成物を組立て製造は行なわない。【０００３】  学校等の理化学の実験では、ボルタの電池といわれる電池のように容器中に電解液を入れ、２種類の金属等を電解液中に浸し、この電解液中の２種の電極端に接続された導線の先を、直流の小電力で動作する負荷の電気的端子に接続して、直流の電圧電流を取りだす実験が行なわれる。この場合は利用者が電池を構成して電池作用の実験をしている。備長炭を電池の正極とし、クッキングペーパ等に食塩水を浸して備長炭の正極に巻き、更にその外に電池の負極とするアルミホイルを巻きつけて、アルミ食塩水電池を構成すれば、利用者が必要なときに電池を組み立てて電池を作り、利用するものになる。【０００４】  アルミニウム金属及びアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金は、現在多量に生産され、多種多様な日常生活や家庭用の製品に加工されて安価に多量に供給されている。建築用材、園芸農業機材用具等、また家庭用としては、鍋、洗面器、食器、アルミホイル、料理仕切用型、ガスレンジあるいは換気扇のカバー等アルミニウムを主成分とする金属材の製品は日常の生活周辺に溢れている。従って安価に多量に入手できるアルミニウムを主成分とする金属材製品またはその廃材を、地震等の災害発生時やその他の緊急時に即席の電池作用物の電極として利用したい。【０００５】  アルミニウム金属は、マグネシウムに続いてイオン化傾向の大きく活性度が高い。アルミニウム金属または少量のマグネシウム等を含んだアルミニウム合金等を負極とする電池は、古くから研究されている。アルミニウムまたはアルミニウム合金を負極とする乾電池は、軽量、高電圧、高容量が期待されるが、活性度の高いアルミニウム負極が電解質と反応して、ガス漏れや電解液漏れを起こすことを制御することが難しく、乾電池としても保存寿命が短いという問題があり、亜鉛を負極とするマンガン乾電池のようには普及していない。【０００６】  直流の電池として全ての性能を供え、工場の量産品としての体裁を具備するという制約を外し、ボルタの電池あるいは実験用アルミニウム食塩水電池のように、電池利用者側で電池作用を必要とするときに、利用者が自分で電池作用物の構成を完了させる方式とし、この電池作用物から直流の電圧電流を取り出して、直流電圧の変動がある程度許容できる小電力の直流機器負荷に供給する場合には、乾電池のよう��形状寸法および電圧電力容量等の性能の均一性、安定性や保存性等の一部の制約がなくなる。また実験用ボルタの電池のように開放口を有する容器を用いて構成すると、電池作用物の取りつけ位置や移動の制約はあるが、ガス漏れや液漏れの制約制限を緩めるられる。このような条件で、実験的利用にとどまっているアルミニウム備長炭食塩電池よりも遥かに高い電圧と、大きい電流を持続して発生できれば、停電時や緊急時に乾電池などに替えて、発光素子による照明灯、点滅信号灯、装飾用ライトあるいは、ごく最近の電話器やその他の小電力電子機器の電源として、あるいは２次電池の充電用に利用できる可能性がある。【０００７】  乾電池等に替えて、利用者が電池作用物を必要なときに、即席で組立て調整して電池作用物として利用できるためには、その電池作用物の構成資材のうち消耗劣化する資材が身近な日常の生活環境にある程度多量にあり、容易に入手できることが必要である。アルミニウムが主成分の金属材を負極に用いて電池作用物を構成する場合、アルミニウム金属材及びその廃材は、日常の生活環境には多量にあるので、電池の電極に用いても、消耗劣化したら利用者がいくらでも身辺で代替品を調達できる。特に飲料用のアルミニウムボトルや２ピースアルミニウム缶の空容器は多量にある。【０００８】  アルミニウム金属材を負極として構成する電池作用物のもう一つの消耗資材は電解液である。食塩は家庭の必需品なのでどの家庭でも日常的にある程度の量は保管している。従って非常時でも容易に食塩水電解液は利用できる。しかし、アルミニウム食塩水電池、あるいはアルミ備長炭電池を家庭で構成して、乾電池の替わりとして実用はされていない。災害発生時などの緊急時にも、アルミニウム食塩水電池は実用されてはいない。その理由は、マンガン乾電池などに比べて電気的性能が著しく劣っており、かつ持続性が低いためと思われる。そこで電池作用を必要とする人が、電池作用が必要となったとき、自分で組み立てて実用する電池作用物としては、アルミニウム食塩水電池よりも高い電圧で、ある程度の電流を持続して得られることが必要である。【０００９】  一般的に電池用電解液、電解質は、工業的に諸種の薬品を組み合わせて製造される。主に電気のない海上で使用するために開発された海水または真水を加えて電解液とする海水電池の場合を除いて、電池の電解液は、電池の利用者が必要なときに、水と日用資材から容易に試して製造できるものではない。例えば鉛蓄電池の電解液の希硫酸なども危険物であり、日常生活の周辺にあって容易に入手できる薬品ではない。そこで食塩水に続いて入手が容易な家庭環境にある資材を利用して、電池作用が必要となったときに、アルミニウム金属材を負極として用いて、電池作用物の利用者が食塩水よりも高性能の電池作用を起す電解液を調合する方法を探す必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  アルミニウムを主成分とする金属材を用い、日常生活環境にある資材を電解質・電解液として、地震等の災害発生時、非常時に電池作用を必要とする側の人が、一組の電池作用物で、アルミニウム食塩水電池よりよりも高い１．８Ｖ以上の開路電圧（無負荷電圧）と５ｍＡ以上の負荷電流を少なくとも数時間継続して得られる即席の電池作用を実現したい。【００１１】  アルミニウム金属材を負極とし銅金属材を正極として、この負極と正極を食塩水の電解液に浸漬してボルタ形電池作用物を構成した場合、電池作用物の開路電圧（無負荷電圧）はアルミニウム金属材が純アルミに近いと、０．５〜０．７Ｖであり、少量のマグネシウム等が含まれた構造用アルミニウム金属材でもたかだか１．１Ｖ程度である。また負荷を接続して電流を流すと負荷電圧は半分以下に下がってしまう。一組のアルミニウム食塩水電池では、１．６Ｖ以上で発光する赤色発光素子を負荷として接続しても光らない。アルミニウム食塩電池を数個直列に接続しても、白色発光素子を持続して点灯できない。【００１２】  即ちアルミニウム金属材を負極に用いて、実用できる電池作用物を構成し実用できる直流の電圧と電流を得るためには、食塩水よりも遥かに適切な電解液が必要である。工業的に電池用電解液を製造するには、硫酸や硝酸などの酸・アルカリ類の工業用薬品を使うが、これらの薬品類は家庭向けには市販されてなく、現在は環境・安全問題の制約があって、個人では入手困難である。そこで日常生活環境にあり、緊急時、非常時にも利用できて、比較的多量に安価で容易に調達可能な家庭用日常用の多種多様な電解質剤品の中から、アルミニウム金属と組み合わせた電池作用物の電解液として食塩水よりも適切に利用できるものを探さなければならない。【００１３】  日常の生活環境周辺には液体、粉体、固体である各種の電解質である一般商品があり、そのまま、または水に溶解すると酸性やアルカリ性又は中性の電解質液となる多種多様な製品がある。これらの家庭用各種用剤類は、使用上の安全の注意書きが表示された上で日常の商品として多量に安価に市販されている。この導電性のある電解質の液剤、粉末、固形物は、水で希釈したり、水に溶解して利用するように濃縮され、濃縮された原液等が人体に直接触れないように、プラスチックの容器や袋容器に入れられ、さらにこぼれないようにキャップや栓で封止されている。また家庭内では分量して使用し、残った用剤の保管中はこぼれないようにキャップ等で封をしているので、万一水害時に冠水しても内容物はそのまま利用できる状態にある。【００１４】  この日常生活環境にある電解質資材の中からアルミニウム金属材と組み合わせた場合、食塩水よりも遥かに効果的な電解液として使えるものを探した。アルミニウムを主成分とする金属材を負極に用いて直流を取り出すための電解液として適切な用剤を調べるため、実験用簡電池作用物を用意した。長辺６０ｍｍ短辺３５ｍｍ深さ８０ｍｍの上部に開口のある矩形のスチロール容器を電池作用物の容器とし、幅２０ｍｍ×肉厚２ｍｍの少量のマグネシウム等を含む建材用アルミニウム板の負極を用いた。正極には幅２５ｍｍ厚さ０．３ｍｍの銅板の薄い銅板を用いた。電解液を５０ｃｃとすると、負極の浸漬面積は１３平方センチメートル、正極の浸漬面積は１５平方センチメートルとなる。【００１５】  この電池作用物容器に、家庭用の電解質の液体、あるいは水に溶解した電解質剤を電解液として注入し、負極と正極の先を電解液中に挿入して両極間の開路電圧とその時間的推移を調べた。また最初から１．６Ｖ以上で発光する赤色発光素子に電流測定用の直列抵抗１Ωを入れた負荷を接続して電池作用物から得られる電圧電流の推移を測定した。その結果家庭用用剤の中で、アルミニウム金属材と組み合わせた場合、塩素系アルカリ性洗浄剤類のなかに食塩水よりも遥かに効果的な電池作用が発生するものがあることがわかった。【００１６】  負極にアルミニウムが主成分の金属材を用い、銅材を正極として、電解液に次亜塩素酸塩・次亜塩素酸ナトリウムを含む塩素系アルカリ性洗浄剤類を用いると、一組の実験電池作用物で、食塩水を電解液とした場合よりもはるかに高い１．８Ｖを越える開路電圧が得らる。電解液の種類と条件によっては２．０５Ｖを越える開路電圧が得られる場合がある。【００１７】  日常の生活環境で容易に多量に入手可能な工業用の薬品ではない殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類は、昔からあった基礎薬品に種々の化学品物質を添加して、日用剤として安全性や環境に配慮しつつ目的用途に合わせて、多様な製品が開発され販売されてきた。殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類は、基本的な化学品として、過酸化水素の酸化作用を利用するもの、塩化水素（塩酸）の塩素の殺菌作用を利用する塩素系酸性剤系のもの、昔から消毒、漂白に使われていた次亜塩素塩・次亜塩素酸ナトリウム等をもとにした塩素系アルカリ性剤の３つの群あるようである。この３っの基礎化学品系のなかでは塩素系アルカリ性殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類がもっとも多い。このほか洗浄作用を目的とした界面活性剤が主剤の洗浄剤も多種販売されている。【００１８】  実験用簡易電池作用物の電解液として、これらの洗浄剤類を原液のまま、または水と混合して、あるいは複数の洗浄剤を混合して実験してみる。この結果、アルミニウム金属材を負極とする場合、多種の殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類うち塩素系アルカリ性の殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類が、食塩水電解液と比べて、遥かに効果的な電解液となることがわかった。【００１９】  市販の家庭用溶剤の塩素系アルカリ性殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類の製造者側としては、本来この種の洗浄剤類は、金属類を侵す作用があるので、日常の生活環境において、金属類に対して使用することは避けるように注意書きがつけられている。ましてこれらの洗浄剤類は電池用の電解液として最適に合成されたものではなく、なかには逆に金属をなるべく腐蝕しないようにイオンを押さえる化学品を添加した洗浄剤もある。また洗浄剤商品のなかには、本来の目的として洗浄分解する対象物によく付着し、すぐ流れ落ちないような増粘剤が加えられて粘度の高い液体にしたものもある。このよな背景のもとで、電池作用物の利用者が、アルミニウム金属を負極とする電池作用物を組み立てて、非常時に自己責任で、身近にある塩素系アルカリ性の殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類を探して、電解液として注入し、電池作用を発生させようとする。例えば夜間ローソクの替わりに発光素子のライトを点灯させたい場合は、電解液注入後すぐに高電圧になり、数時間は発光素子の発光を持続させる電圧電流を発生させたい。逆に１月間も遠く離れた田圃のあぜ道で、道路境界の安全標識として赤色点滅発光素子を点灯させる場合の電池作用物の電解液には、塩素系アルカリ性の殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類のどの製品が適当か、多種の塩素系アルカリ性の殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類の中から用途目的に合ったものをどのように選べばよいかわからなかった。【００２０】  塩素系アルカリ性洗浄剤類に限定しても、現在は各製造会社から似たような多種他多様の商品が製造販売されている。市販の塩素系アルカリ性の殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤製品商品のラベルに書かれた説明書を調べてみると、それぞれの製品の目的用途に合わせて、共通する次亜塩素塩・次亜塩素酸ナトリウムの他に複数の薬品化学品が色々な含有率で加えられている。従って、多種他多様な塩素系アルカリ性の殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類又はその水溶液で、電解液を調合し、例えば、アルミニウム金属の廃材の１つである飲料用アルミニウム缶を負極に用いる電池作用物の電解液として実用的に利用する場合、塩素系アルカリ性洗浄剤類のなかのあるものは、数分間で開路電圧が２Ｖ以上に上昇し、最初は１．８Ｖ３０ｍＡ以上の電流が取り出せるが、このアルミニウム缶電池のアルミニウム缶の底部はごく薄いので、数十分で溶けて孔が明き溶けてなくなったしまう。またある塩素系アルカリ性洗浄剤を電解液として使用した場合には、開路電圧が１．９Ｖ以上になるのに１日以上かかり、不適当と判断してしまううが、この電解液は、アルミニウム金属材の表面をゆっくりと電池作用に最適な状態に変え、その後アルミニウム金属材の消耗が少ない状態で、小さい電流ながら１月以上も継続して電池作用が続くものもある。電池作用物の利用者が、電解液を補充追加する方法により、なるべく長い時間、電池作用物の負荷電圧と電流を維持したい場合もある。しかし塩素系アルカリ性の洗浄剤類は、もともと電池の電解液として転用することは全く考えられていない。従って、電池作用物の電解液を必要とする利用者からみて、果たして手近かな個別の塩素系アルカリ性の洗浄剤製品が、実際に電池作用物の電解液として使えるかどうか、その電解液を使うと電池作用物から得られる電圧電流の時間的特性が、利用者の望む持続性を持っているかどうか、長い時間かけて実験して結果をみないとわからないので、事実上緊急時、必要時に適切な電解液として実用できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】  家庭用塩素系アルカリ性殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類の標示ラベルに記載されている成分化学品の中で、最も共通しているのが次亜塩素酸塩・次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）と、界面活性剤（アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム及びまたはアルキルアミンオキシド）である。更に第３の成分として水酸化ナトリウムを０．３〜４％含んでいるものがある。ただし、各製造会社の標示には、水酸化ナトリウム含有量はおおむね記載されているが、次亜塩素酸ナトリウムの含有量や界面活性剤の含有量はほとんど記載されていない。【００２２】  アルミニウム金属材と電解液を利用者側が調達して、電池作用物を構成し、乾電池に代替して利用する場合、理想的には、乾電池等のように一定の電圧と大きな負荷電流が、必要なときにすぐ得られ、なるべく長時間持続することが望ましい。電池作用物の利用者が、消耗する負極のアルミニウム金属材と、消耗する電解液を調達する電池作用物は、標準化された乾電池のような形状寸法の制約はないが、その代わり乾電池ような電圧電流特性の均一性は期待できない。しかし塩素系アルカリ性殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類の中のいずれかの用剤は、電池作用物の電解液に利用した場合、うまくすると２．０５Ｖ以上の開路電圧が得られ、負荷電圧が下がるが３０ｍＡ以上の電流が１０時間以上持続して得られるものがある。このだけの性能があれば、アルミニウム食塩水電池と比らべて、遥かに実用的であり、用途によってはマンガン乾電池の代りに使える。そこで、利用者がアルミニウム金属材を調達し、電解液を調合して、電池作用物を構成して直流の電圧電流を得る場合に、利用者が電池作用物に期待する電圧と電流の時間的推移特性と、使用する各社の塩素系アルカリ性殺菌・防黴・消臭・消毒・漂白・洗浄剤類商品との対応を明確にすることが必要である。可能な場合、このアルミニウム金属材を負極とする非常用電池作用物の電解液として最適な専用の塩素系アルカリ性電解液用剤を、洗剤製造会社等で製造し販売してもらうことが望まれる。【００２３】  アルミニウム金属材を負極とし、銅を正極として電池作用物を構成し、この電池作用物の電解液として、塩素系アルカリ性洗浄剤類と水、あるいは複数の塩素系アルカリ性洗浄剤製品を調合して用いる場合、水との混合を含む塩素系アルカリ性洗浄剤の、電池作用物の電解液としての機能作用をより明確に把握するために、実験測定調査を行う。市販のそれぞれの塩素系アルカリ性洗浄剤類製品ラベルに標示されている基本成分、あるいは共通成分を調べた結果、主要な含有成分は、次亜塩素酸ナトリウムと界面活性剤と水酸化ナトリウムの３種類の化学品であることがわかた。そこで先ずこの３種化学品を単独に成分として含有する市販製品を探して入手する。【００２４】  現在は、化学薬品に対する環境・安全上の規制から、ほとんどの化学薬品は個人では入手できないが、食品用にも利用する水酸化ナトリウムだけは薬局で入手可能である。またプールの消毒や農産物野菜の殺菌剤として、次亜塩素酸ナトリウムの水溶液が市販されていた。界面活性剤は、幸いそれ自体が食器の洗浄剤商品として販売されている。この塩素系アルカリ性洗浄剤類の主成分で���る３種の化学品を単独に含む市販品を入手し、水溶液を調合し、あるいは２成分以上の成分混合比率をかえた混合液を調合し、電池作用物の電解液として注入して、電池作用物による電気特性の時間的推移を測定した。【００２５】  電池作用物を用いて、電解液成分化学品に対応する電気特性の時間的推移を測定する場合、実験用電池作用物の負極と正極の材質、容器及び電極の挿入位置など、寸法、構成を同一にすることとしても、単独の化学品電解液の特性を調べるためには、その化学品製品の単一成分の含有量がわかっているか、原液をそのまま使うか、どの程度範囲で濃度の違う水溶液を用意するのかによって、幾とおりもの試料ができる。また単一化学品の濃度の違う電解液が用意できたとして、この電解液を用いたときの電圧、電流及び時間推移の項目のどれをどのように関連付けるか見定めなければならない。例えば、電池作用物の直流電圧の測定に限っても、開路電圧の時間的推移の測定か、最初から負荷を接続した負荷電圧電流特性か、接続する負荷は抵抗値が一定の抵抗器か、その抵抗器の抵抗値レベルはいくつの水準を設定するか、あるいは、負荷は実用性の観点で抵抗値が非直線性である赤色発光素子等を用いるか、電解液の成分がただ１種類の化学品であっても、その水溶液の濃度水準の選び方に始まり、その化学品を用いた電解液の電気特性の測定を含めると、実に多くの組み合わせ選択枝がある。更に２〜３種類の化学品と水の混合合成比率濃度を変えた溶液を電解液としたときの測定調査には、膨大な時間を要することが推定される。【００２６】  市販の塩素系アルカリ性洗浄剤類に含まれる３つの化学品の濃度水準を４とすると、３成分を全て含んでいる電解液だけでも６４通りの試料となり、それぞれの電解液について幾つかの電気特性を測定するとその測定時間とデータ量が膨大となる。そこで先ず１成分化学品の水溶液の電解液で電池作用物の電気特性を測定し、２成分あるいは３成分の化学品の混合調整については、これまでに、別途アルミニウム缶電池の電解液としてなかば実用的に実験した市販の個々の塩素系アルカリ性洗浄剤のラベルに標示されている成分と、電解液として利用した場合の電気特性の傾向、持続性等を参考に、３つの化学品を組合わせた電解液が、アルミニウム金属材を負極として、なるべく短い時間で、高い開路電圧が立ち上がり、そこで負荷を接続した場合、負荷電圧があまり低下しないで、ある程度の電流が得られ、その電流が数時間は持続する条件を探す。または、アルミニウム金属材の負極は電池作用物の消耗資材であるが、実用するうえで無駄な溶解消耗を避けて、なるべく長時間持続させる条件を探す。逆に、数時間で追加補充が必要な成分濃度の電解液は、わかったところで実験対象から除外する。このようして、実験測定条件を収斂させながら測定検証をする。【００２７】  先ず比較のため濃度の違う食塩水を調合して、４つの濃度の違う電解液を作り、実験用簡易電池作用物に注入して、電池作用物の無負荷電圧（以下開路電圧と称する）の推移を測定した。１０分間後の開路電圧は、もっとも濃い３０％の食塩水では０．８Ｖになったが、その他の濃度の食塩水では開路電圧が０．５Ｖであった。この開路電圧は１時間以上放置して���いても変わらない。（表１）（１−Ａ）に濃度を４水準に設定した食塩水電解液の開路電圧の時間的推移を示す。電流を流さない開路電圧の測定では、電極の形状寸法はあまり影響しないが、（表１）の開路電圧の測定値は、絶対値というよりも、電解液成分構成の違いを相対的に比較するための指標として使う。【００２８】  次に最初の化学品として、塩素系アルカリ性洗浄剤に含まれる３つの化学品成分の１つである界面活性剤が含まれているが、塩素系アルカリ性洗浄剤類とは異なる台所の食器用洗浄剤商品の一例である「ジョイ」（プロダクト・アンド・ギャンブル・ファー・イースト・インク社）を用いて、濃度の違う界面活性剤の水溶液を調合し、実験用簡易電池作用物に注入して開路電圧の推移を測定した。このジョイ商品には界面活性剤が３９％含まれている。この界面活性剤は、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウムとアルキルアミンオキシドとポリオキシエチレンアルキルエーテルの３成分が示されている。一般に塩素系アルカリ性洗浄剤類には、界面活性剤としてアルキールエーテル硫酸エステルナトリウムかアルキルアミンオキシドのどちらか１つの界面活性剤が含まれている。界面活性剤の水溶液は、電解質で導電性がある。この界面活性剤商品ジョイの原液及び水溶液を電解液としたときの電池作用物が示す開路電圧は、０．４６〜０．６０Ｖであった。このデータを（表１）（１−Ｂ）に示す。界面活性剤の水溶液では長時間放置しても開路電圧は殆ど変わらない。【００２９】  ２番目の化学品として次亜塩素酸ナトリウム６％水溶液である「ピューラックス」（株式会社オーヤラックス）を用いて、４つの濃度水準の溶液をつくり、簡易電池作用物により開路電圧の推移を測定した。このデータを（表１）（１−Ｃ）に示す。次亜塩素酸ナトリウムの溶液は、自己分解するので、商品の場合濃度をたかくするのは難しく、水溶液は濃度１２％までといわれている。この「ピューラックス」は、次亜塩素酸ナトリウム濃度が６％であった。実験用簡易電池作用物で、「ピューラックス」の水溶液電解液を計ると、開路電圧は１．４Ｖ〜１．８Ｖとなり、マンガン乾電池の電圧より高くなる。また（表１）（１−Ｃ）に示すデータでは、次亜塩素酸ナトリウムの濃度が高いほど開路電圧が高くなった。なおこの電解液中にアルミニウム電極を浸漬したまま放置すると、開路電圧が変動し不安定になり、アルミニウム金属材は腐蝕されて溶けだし泡も発生する。【００３０】  ３番目の化学品である水酸化ナトリウムの結晶を入手して濃度の違う水酸化ナトリウムの水溶液を調合し電解液とした場合、開路電圧は１．２６Ｖから１．３５Ｖであった。このデータを（表１）（１−Ｄ）に示す。水酸化ナトリウムの水溶液では、アルミニウム金属がすぐ溶け始めて泡が発生する。そこで測定が終ったら、負極のアルミニウム金属材も正極の銅板も電解液から引き上げて、直ちに水につけた。【００３１】  食塩と前記３種の化学品について、１成分で濃度が違う水溶液電解液の開路電圧を調べた結果、１．５Ｖを越える高い電圧になるのは次亜塩素酸ナトリウム水溶液だけであった。【００３２】
【表１】
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【００３３】  次は、前記３つの化学品から２種組み合わせて混合調整した水溶液の電解液を、簡易実験用電池作用物に注入して開路電圧を測定する。１つの化学品の水溶液に４つの濃度水準を設定すると、２つの化学品を組み合わせでは１６種類の成分濃度の違う試料となり、３成分の組み合わせが３通りあるので、４８の電解液試料ができる。一般に２つ以上の化学品を混合すると、化学品の間で反応があれば別な化学品ができる。また単一化学品の水溶液電解液の濃度と開路電圧の関係が、複数の化学品の混合調整した場合にも同じ傾向になるとは限らない。しかしながら、アルカリ性塩素系洗浄剤製品に含まれるこの３つの化学品は、あくまで洗浄剤類の洗浄機能の観点から混合調整されてはいるが、商品として製造販売され、有効期限は表示されてなく、消費者側が使いきるまでのある期間は変質や異常は起きないことから、この３つの化学品相互間では、混合調整しても、極端な高濃度で混合しないかぎり、短い期間に別な物質に変質したり、多量のガスを発生し危険になることは起きないと推測される。ただしここで電解液に使用した場合、単独の化学品の水溶液で示した電気的特性が、混合した電解液においても同じ傾向を持つかどうかはわからない。従って２成分以上を混合した場合には、その電解液の特性の見極めは注意深く行う必要がある。このような現象も予測したうえで、１種の化学品水溶液の濃度と開路電圧の関連を参照して、２つの化学品及びその濃度の組み合わせ方を選択して混合した電解液の開路電圧を測定する。【００３４】（表２）は２成分の化学品の濃度を変えて混合した水溶液の電解液による開路電圧の測定値である。（表２）（２−Ａ）は、濃度の違う次亜塩素酸ナトリウム液に一様な量の界面活性剤を加えた水溶液の電解液による開路電圧である。開路電圧は１．３Ｖ以下で、次亜塩素酸ナトリウムの濃度が高いほうが、開路電圧は低くなっている。【００３５】（表２）（２−Ｂ）は次亜塩素酸ナトリウムの濃度を最も高くして、加える水酸化ナトリウム量を変えた電解液の開路電圧である。この２成分化学品の混合電解液が示す開路電圧は、次亜塩素酸ナトリウム単一成分の水溶液電解液による開路電圧（表１）（１−Ｃ）に比べて１０％ほど高くなっている。２成分化学品の電解液のなかで、最も好ましい２種の化学品の組み合わせである。【００３６】  （表２）（２−Ｃ）は、界面活性剤商品液を水で希釈した水溶液に、水酸化ナトリウムの量を変えて溶解した２成分化学品の混合水溶液の電解液による開路電圧である。界面活注剤商品液「ジョイ」は、３９％の界面活性剤を含むので、水を加えて５倍に希釈しすると界面活性剤の含有濃度は８％になる。（表１）（１−Ｂ）に示した界面活性剤単成分の場合に、開路電圧が最も高くなった界面活性剤の希釈量を選んだ。この電解液の示す開路電圧は、水酸化ナトリウム単成分の電解液とあまり変わらない１．３Ｖ前後てある。水酸化ナトリウム単一成分の電解液と同じように、水酸化ナトリウムの濃度が高くなると僅かに開路電圧が低くなっているが、全体的に見るとむしろ水酸化ナトリウムの濃度が変わっても開路電圧はあまり変わらない傾向がある。【００３７】  （表２）（２−Ｄ）に参考として、次亜塩素酸ナトリウムと食塩の２成分水溶液電解液による開路電圧を示した。食塩には、水酸化ナトリウムのような、次亜塩素酸ナトリウム１成分の電解液の開路電圧をより高くする効果はないことがはっきりした。【００３８】
【表２】
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【００３９】  開路電圧の測定の最後は、３種の化学品全部を含む水溶液電解液における開路電圧の測定である。このデータを（表３）（３−Ａ）示す。３成分化学品の、各成分の濃度を４水準とすると、６４の試料電解液になる。（表２）に示した２種化学品の濃度の異なる水溶液電解液の示す開路電圧のデータは、成分の組み合わせ毎に見ると、表の成分濃度の範囲では、開路電圧の値がプラスマイナス２０％以上変わるものはなかった。そこで６４通りの試料水溶液に変えて、３成分化学品の濃度をかえた組み合わせの中から４つの試料電解液で開路電圧を測定したデータを（表３）（３−Ａ）に示す。次亜塩素酸ナトリウムの濃度を高く、界面活性剤の濃度は低く選んだ。水酸化ナトリウム濃度には１０倍の開きをつけたが、開路電圧の測定結果では、この濃度差に依存するような開路電圧値の差は見られなかった。【００４０】
【表３】
2008004517.tif 000005
【００４１】  ここまでは、塩素系アルカリ性洗浄剤類の主要な３つの化学品の１成分〜３成分を混合調整した水溶液電解の開路電圧を調べてきた。これは、電池作用物に負荷を接続した場合の負荷電圧と負荷電流に対して、好ましい電解液を見つけるための１つの手段であった。次の段階として、電池作用物に負荷を接続して、１〜３成分化学品を混合した電解液の負荷電圧負荷電流の時間的推移を測定する。電解液として混合する３種の化学品から１〜３化学品を選んで、４水準の濃度を組み合わせた水溶液試料を用意する場合は、１つの抵抗値レベルの抵抗器を負荷として接続して、負荷電圧負荷電流の測定をするだけでも、非常に多くの時間を必要とする。そこで全ての電解液試料について、負荷電圧負荷電流特性を網羅的に調査するのでなく、ここで対象とした３成分の化学品を組み合わせた電解液試料の中で、開路電圧の測定結果から推定して、電池作用物に負荷を接続した場合に、高い負荷電圧が得られると思われる水溶液電解液の成分濃度の傾向、少なくとも１〜２ｍＡ以上の負荷電流が得られると推定される電解液の３成分濃度の限界条件を見つけるという目的に絞る。【００４２】  ３種化学品の組み合せの場合、より効果的と思われる各成分の濃度条件を、先に得られた開路電圧のデータを活用して探す。（表４）（４−Ａ）は、１成分化学品の水溶液の中で、最も高い開路電圧が得られた次亜塩素酸ナトリウム１成分の水溶液電解液を用いたときの電池作用物の負荷電圧負荷電流特性である。開路電圧の場合は最も濃度の高い次亜塩素酸ナトリウム６％液において１．７９Ｖであったが、１５１オームの負荷を接続した負荷電圧と負荷電流のデータでも、同じ次亜塩素酸ナトリウム６％液の電解液が最も高い負荷電圧１．０４Ｖで負荷電流７ｍＡを示した。負荷をかけた場合の負荷電圧特性のほうが、次亜塩素酸ナトリウム濃度との関連がはっきりと出ている。１０分間の負荷テスト後の開路電圧は、直ちに１．７９Ｖには戻らなくて１．４２Ｖであった。負荷の有無による電圧の変化、あるいは、負荷に電流を流したとき、電解液が変質する程度が大きいと思われる。【００４３】  （表４）（４−Ｂ）は、２成分の電解液の中で最も高い開路電圧が得られた、次亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを含む水溶液電解液の場合の負荷電圧負荷電流特性である。次亜塩素酸ナトリウムの濃度が１番高い水溶液電解液が、１５１Ωの抵抗器負荷を接続したときに最も高い負荷電圧１．５１Ｖで、大きい負荷電流１０．２ｍＡが得られた。この（４−Ｂ）のデータ中の、次亜塩素酸ナトリウムが０．６％と低い水溶液でも、水酸化ナトリウムが加わることにより、１成分の電解液が示す負荷電圧電流値の３倍の負荷電圧電流が得られている。更に１０分間の負荷テスト後の開路電圧は、４つの濃度水準に設定した４つの電解液の何れにおいても１．９Ｖ以上になっており、１０分間の通電では電解液が大きな劣化はしていないことを示している。【００４４】
【表４】
2008004517.tif 000006
【００４５】  最終過程として、塩素系アルカリ性洗浄剤類の主要成分である次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム及び界面活性剤の３種の化学品を混合調整した水溶液の電解液を用いて、電池作用物に１５１オームの抵抗器を接続して、負荷時の負荷電圧と負荷電流の時間的推移を測定する。３種の化学品の濃度水準を４レベルに設定すると、６４通りの電解液試料ができる。しかし、全ての測定の実施は困難なので、先ずは、この３成分化学品の最適濃度構成に近い電解液を探す。あるいは、最適の濃度構成に近づくおおよその傾向をつかめればよいので、今まで測定した、１〜３成分を含む電解液による開路電圧に関するデータ、及び１〜２成分の電解液における負荷電圧負荷電流のデータを分析し、３成分の電解液でよい結果が見こまれる各成分濃度の水溶液電解液を調合して、負荷電圧負荷電流を測定する。その測定結果をもとに、更に適切な３成分の化学品の濃度構成を検討する。（表５）（５−Ａ）は、次亜塩素酸ナトリウムの濃度を変えた５０ｃｃの水溶液に２ｇｒの水酸化ナトリウムを加え、界面活性剤製品ジョイの原液を１０ｃｃ追加して、６０ｃｃとなった試料電解液の負荷電圧と負荷電流の測定データである。負荷特性測定は、電流が流れるので、正極と負極が電解液に浸漬する面積が増えた場合、測定値が少し高くなるが、同じ表の中のデータでは相対的に比較できる。このデータと界面活性剤を含まない２成分電解液の負荷電圧電流特性（４−Ｂ）を比べると、負荷電圧負荷電流値はほぼ同じて、界面活性剤が加わわった（５−Ａ）のデータでは、次亜塩素酸ナトリウムの濃度の違いによる負荷電圧の差が緩和されている。また負荷特性測定後の開路電圧は１．９Ｖ前後で、界面活性剤の添加による開路電圧低下の作用はあまり強くはない。【００４６】  塩素系アルカリ性洗浄剤類に含まれる、主要化学品３種うち次亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムは水溶液にして、アルミニウム金属材を負極とした電池作用物の電解液として用いるとき、単一成分または２成分を混合した水溶液の電解液では、成分濃度が高い液が高い開路電圧を示し、負荷特性においても高い負荷電圧と大きい電流が得られる。残りの１成分である界面活性剤が加わった水溶液電解液を調べると、界面活性剤を加えた２成分の電解液の開路電圧は、単一成分の開路電圧値よりを大きく低下し、また界面活性剤の濃度が低い電解液の方が反対に開路電圧が高くなる傾向が見られる。負荷を接続した電圧電流特性においても、界面活性剤を加えると、負荷電圧、負荷電流のデータ値が低下した。即ちアルミニウム金属材を負極とする電池作用物の電解液に、界面活性剤を加えることは、短時間の開路電圧のデータ、あるいは負荷電圧負荷電流のデータで見る限り好ましくない。更に界面活性剤が多い電解液では、抵抗器負荷を接続して電流を流し続けると、発生する泡が増加して容器から溢れる。ここまでの調査では、電解液に界面活性剤を加えたときの良い効果はわからない。電解液に界面活性剤を加えることのマイナス効果を補う利点を見出さなければならない。（表５）（５−Ｂ）は３成分の化学品を混合した水溶液電解液において、界面活性剤製品と次亜塩素酸ナトリウムの濃度比率を極端に大きく変えた電解液に��る負荷電圧負荷電流のデータである。界面活性剤の濃度が高く次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度が低い電解液と、界面活性剤の濃度が低く次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度が高い電解液を比較すると、次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度が界面活性剤製品より低い場合は、負荷電圧負荷電流のデータが下がっているが、界面活性剤製品が３０％（５０ｃｃ中の実質界面活性剤１２％）、１０％（５０ｃｃ中の実質界面活性剤４％）の場合は濃度の増加の割に負荷電圧負荷電流の低下は見られない。むしろ界面活性剤製品が１０％の電解液では、界面活性剤を含まない電解液よりも、負荷電圧負荷電流は高くなっている。電解液から発生する泡は、やはり界面活性剤の濃度の高いものが多い。また負荷を外して電極を電解液に入れたまま放置しておくと、負荷を外したにもかかわらずアルミニウム金属材と電解液の反応は進むため、泡は増加を続け、容器上部開口から溢れる。界面活性剤製品を全く加えなかった電解液では、泡の発生はごく僅かであるが、アルミニウムの電極が速く溶けてなくなる。【００４７】  塩素系アルカリ性洗浄剤の３種の化学品次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウムと界面活性剤を混合した場合、最後の界面活性剤が加えることには、利点と、欠点の両面がある。（表５）（５−Ｂ）では、少量の界面活性剤を含む電解液の負荷電圧電流が、全く界面活性剤を含まない電解液よりも高くなっている。しかし一方で界面活性剤が加わると、電極表面で発生するガスのため泡がふきあがる問題がある。（表５）（５−Ｂ）の最後のところに、電流を流した後、そのまま電解液に電極を浸漬した状態で放置したときの開路電圧のデータがある。また電極を一旦引き上げて、電解液だけ半日間放置後、電極を浸漬し負荷をつないで電圧電流を測定した結果、界面活性剤の濃度が一番高い液では負荷電圧電流が大幅に低下した。前日の負荷測定時の泡がこの液だけ残っている。電解液を良く観察すると、糊状に変わっていた。このように電解液の流動性が低下すると、電極表面に発生した泡や、アルミニウムと電解液の反応生成物の電解液中へ拡散が妨げられ、当然電池作用物の電圧も下がる。アルミニウムを負極とする電解液には、このような濃度の高い界面活性剤を加えるべきではない。しかし界面活性剤を全く加えなかった電解液では、アルミニウム板が溶けて厚みが減った。負荷に電流を流さない状態でもアルミニウムが溶けていく。界面活性剤を全く加えなかった電解液は、翌日に電圧電流データを測定した後も、電解液は透明であるが、容器の底に比較的多量の黒色酸化物が沈殿している。短い時間に高い電圧と電流を取り出す用途においても、界面活性剤を全く加えない電解液は望ましくない。また電解液の変質も早い。界面活性剤の含有率が中間の電解液においては、界面活性剤の濃度が低いものが、負荷時の電圧電流のデータが最も良い値である。時間が経った後の負荷電圧電流の値は最もよい。界面活性剤製品の液が３０％とやや多い電解液の場合は、時間経過後の負荷電圧電流は、表の中で２番目に高い。この電解液は、１０％の界面活性剤電解液と同じ乳白色でやや粘度が高い。しかしこの２つの電解液には沈殿物はない。（表５）（５−Ｂ）のデータから、アルミニウム金属材を負極とする電池作用物の電解液には、界面活性剤製品で３０％、実質の界面活性剤成分で１２％以下の界面活性剤を必ず加えることが必要であることがわかった。またこの測定とは別な実験において、電池作用物の容器を透明な容器とし、アルミニウムの負極と銅の正極に負荷を接続し、電流が流れる状態で電極表面を観察すると、界面活性剤を含まない電解液では、アルミニウムが電解液と反応してできた黒褐色の生成物が容器底に落下沈殿したり、泡に運ばれて液面に浮いたりする。しかし界面活性剤が含まれている電解液では、アルミニウム電極表面で気泡が発生するが、アルミニウムの反応生成物は電解液中に溶解していくためみえない。電池作用を停止して放置しておくと、アルミニウムの反応成生物は電解液面に浮遊して結晶化するものと容器底面に沈殿する物とにわかれて析出する。電解液の濃度を高くしない限り、アルミニウムを負極とする電池作用物の電解液に界面活性剤を加えることは、アルミニウム電極表面と電解液の反応を促進する効果あると見られる。また電池の正極に使用して表面が黒く酸化したものを濃い電解液につけておくと、酸化物が取れる現象も確認した。これらの関連調査結果を合わせて、アルミニウム金属材を負極とし、次亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを含む水溶液を電解液として使用する場合には、ある程度の界面活性剤を加える必要がある。【００４８】  これらのデータをまとめて、アルミニウム金属材を負極とする電池作用物より、実用上役に立つ電池作用としての負荷電圧と負荷電流を得るためには、次亜塩素酸ナトリウムを１２％〜０．３％、水酸化ナトリウムを１２％〜０．３％、界面活性剤成分を１２％〜０．３％を含む水溶液を電解液として用いるものとする。【００４９】
【表５】
2008004517.tif 000007
【００５０】  ここまで電池作用物の電解液は、市販の１成分だけの化学品を混合調整して水溶液を準備したが、主に水酸化ナトリウムの含有量に着目すれば、既製の家庭用塩素系アルカリ性洗浄剤類の中から、電解液として必要な３成分の化学品を必要な濃度で含む、あるいは前記３成分の化学品を含み、水で希釈すると必要な電解液の成分濃度になる塩素系アルカリ性洗浄剤類を選択し、あるいは２製品以上を混合して利用することができる。家庭用洗浄剤類のなかには、その使用目的、作用機能の向上のため例えば増粘剤、金属凝集剤などが含まれているものもあるが、それらは使わない。界面活性剤の濃度が高いものは、希釈しないと不適当である。市販の塩素系アルカリ性洗浄剤類を利用して、そのまま、混合調整、または水で希釈して、本発明の電池作用物の電解液に転用し、新規、補充、交換利用する場合、水酸化ナトリウムの含有量が、電解液混合調合時の未使用状態で２％以上になる場合は、電池作用物に電解液として注入後直ちに高電圧大電流がえられて、短い時間の使用で終る短時間（ここでは特性パターンＡと称する）用電解液として使用し、水酸化ナトリウムが０．５％以下または、微量で標示されていない市販の塩素系アルカリ性洗浄剤類を原液のままで、または調整して、電解液に利用する場合は、時間をかけてゆっくり電圧が立ちあがり、低電流ながら長時間の電流を得る（特性パターンＣと称する）電池作用物の電解液として調合できる。この中間の電流の時間的持続特性は、特性パターンＢとする。【００５２】  （表６）に、ここで測定の電解液として利用した、電池作用物の電解液構成に必要な３つの化学品と、３つの化学品か含まれていて、原液または、水溶液、混合液を電池作用物の電解液として利用できる市販の塩素系アルカリ性洗浄剤を示す。【００５３】
【表６】
2008004517.tif 000008
【００５４】  ここで電解液成分と電気的特性の関係を測定した電池作用物の正極は、銅金属であるが、別実験で長炭、高温度焼成の竹炭、その他の二酸化マンガン燒結棒等でも可能であった。備長炭・竹炭では電圧が１０％程度低くなるが、電圧の安定性はよい。ここで示した成分濃度条件の電解液を用いて、電池作用物より直流を得る場合、負極のアルミニウム金属材としては、電解液に浸漬できるならば、形状寸法は制約しない。またアルマイト処理をされていてもよいが、アルミニウムの素材面が露出していることが必要である。またアルミホイルなどの純アルミに近いアルミニウム金属よりも、多少のマンガン等が含まれるている構造用アルミニウム材の方が、電池電圧はかなり高くなる。最も手近かなアルミニウム合金製の廃材としては、飲料用２ピースアルミニウム缶が利用できる。【００５５】  この３化学品含有の電解液による電池作用物は、電池の内部抵抗に相当する電解液の電導度があまりよくないので、電池作用物より直流を供給する負荷である電気電子機器の内部抵抗が小さいと、電池作用物の負荷電圧が大きく下がる。また負荷時の電圧は、電解液成分濃度の変化に対応して、低下していく。それゆえこの電解液を用いた電池作用物の負荷として、適しているのは、照明や信号のための、赤色発光素子や白色その他色の発光素子である。赤色発光素子は電池作用物一組で発光できる。白色、青色、緑色の発光素子は、電池作用物２組を直列にするか、直流電圧が１Ｖ以上で、発光素子を点灯できるパルス昇圧電子回路を介して点灯させる。その他、この電解液を用いた電池作用物と組み合わせて使う負荷は、電圧の変動を許容できるもの、あるいは負荷側に電圧の変動を抑制する回路を持っているものが望ましい。
【発明の効果】
【００５６】  この発明のアルミニウム金属材を負極とした電池作用物の電解液は、容易に調達できる家庭用塩素系アルカリ性洗浄剤類の一部の用剤が、アルミニウム金属と反応して食塩水よりも遥かに高い電池作用を示すものがあることに端を発して、塩素系アルカリ性洗浄剤類を分類調査して、電池作用に必要な３つの成分化学品を確定し、水溶液中の３成分の含有量と、アルミニウムを負極とする電池作用物で、電解液として電池作用を発生させる場合、得られる電圧電流の時間的推移との関連を明らかにした。電解液として必要なのは、次亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムと界面活性剤の３成分であり、この成分の水溶液中の濃度と、その水溶液を電解液として使った場合の電池作用物より得られるパターンを大きく３つに区分し、それぞれの電気的特性に対応する電解液用の水溶液を明らかにした。電解液注入後まもなく３０ｍＡ以上の直流を１時間以上継続して得られる電池特性（パターンＡ）、または５ｍＡ以上の直流を２４時間以上継続して得る電池特性（パターンＢ）、または１ｍＡ以上の直流を１個月継続して得る（パターンＣ）というように必要な電池特性に分けて調合した電解液を用意できる。電池作用物の利用者が、電池作用物に期待する直流の負荷電圧と負荷電流とその持続性のパターンに対応して調合された前記３成分含有の水溶液を選んで、電池作用が必要になったときに電池作用物に注入して、電池作用を得る。前記３成分の水溶液は、この３成分の混合液をそのままあるいは、特定の比率で水で希釈して使う濃縮液として、化学品製造会社により製造販売してもらう。緊急の場合には、電池作用物の利用者が、電池作用物に添付されたマニュアルに従い、前記３成分の化学品を含む日用品の塩素系アルカリ性洗浄剤から、予め示された条件に合う用剤を混合調整して、即席に、前記３パターンに対応した水溶液電解液を選んで、電池作用物に注入して、最適の電池作用を得る。【００５７】  このアルミニウム金属材を負極とする電池座用物の電解液の混合調整条件と、その電解液を用いたときの電池作用物の電圧電流パターンと対応することにより、このアルミニウム金属材を負極とする電池作用物の直流を利用できる負荷の電気電子機器の対象が広がる。このアルミニウム金属材を負極とする電池作用物の電解液に使用する化学品３成分の混合条件は、アルミニウム金属材と電解液を電池作用物の電池作用を必要とする利用者が、主に自己調達するための方法として開発した。しかしより本質的には、アルミニウム金属と反応して電気を発生させる基本的現象に関して、最適な電解液の化学品成分と濃度の条件を明らかにしているので、産業上アルミニウム金属を負極とした、この発明の３化学品とその濃度条件を利用して、新しい範疇のアルミニウム湿式１次電池として工業生産することも可能である。化学会社等で、精密測定機器によりアルミニウム金属表面とこの３化学品の電気化学的作用を調査分析すれば、さらに適切な化学品あるいは、追加添加する物質が見つかり、新しいジャンルのアルミニウムを負極とする湿式１次電池が生まれる可能性がある。【００５８】  日常環境に多量にあるアルミニウム金属を負極に用いて、これも身近に豊富にある日用品の溶剤を使って、食塩水電池では不可能な、マンガン乾電池に近い電池作用を、電池の利用者側で実現できることがわかり、利用する化学品の電解液と電池作用物の電池作用特性が関連づけられた。しかし、一般には既存の乾電池等は量産され安価に多量に供給されているので、乾電池等で間に合う既存の電気電子機器を、そのままアルミニウム金属材を負極とした電池作用物に、手間かけて切りかえる利点はない。乾電池と比べると、負荷の増大に対する電圧の降下が大きいので、そのような特性の電池作用を利用する電気電子機器も限られる。しかし近年は小電力の多様な電子機器が登場している。マンガン乾電池よりは電流が少ないが、身近にある資材で、緊急時に確実に直流を発生させる電解液が明らかになったので、新たなアルミニウム金属材を負極とする湿式１次電池を、工業化生産させることもある。またこの電池作用物の電気的特性を前提に組み合わせて、的確に動作する小電力の電気電子機器も、今後開発されていく可能性がある。電池作用物容器と電解液保管容器と電子機器回路を、最初から最適に一体に構成し、利用者側で負極の飲料用アルミ缶をはめ込んでおく。緊急時、非常時に落下倒立などにより電解液容器の封が外れる構造にしておくと、電解液が電極側に移動し、電解液の組成がここで示すパターンＡ仕様の場合、直ちに電気が発生して信号や警報の電子機器が作動する装置も実現性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】  本発明により調合された電解液を、電池作用物の電解液として利用し、負荷となる直流電気電子機器の必要とする電圧電流特性がわかっており、その負荷機器と組み合わされたアルミニウム金属材を負極とする電池作用物が、予め用意されているものとする。そこで本発明の方法に合わせた電解液を先ず調合する。次亜塩素酸ナトリウムが６〜１２％の水溶液に、結晶状の水酸化ナトリウム化学品を４％〜１２％の含有量になるように溶解し、さらに界面活性剤を実質分で含有量が１２％以下になるように加えて電解液を調合する。この電解液はアルミニウム金属材を負極とする電池作用物の電解液として工場生産し販売する。アルミニウム金属材を負極とする電池作用物より直流を取り出す必要が生じた場合、この３成分化学品が混合調整された電解液を、電池作用物より取り出す直流の電圧電流と持続時間のパターンに合わせて、この電解液を原液のまま、または水酸化ナトリウムの含有量を基準に希釈して、電池作用物容器に注入する。電解液の成分濃度は、電池作用物より取り出したい直流の電圧電流パターンに合わせる。パターンＡすなわち短時間に大きい電圧電流を得る場合の電解液として、次亜塩素酸ナトリウムの含有量が６％前後で、水酸化ナトリウムを２％以上含有し、実質の界面活性剤を１％以下の含有量に押さえた電解液を、電池作用物の高電圧高電流用の電解液として工場生産して提供する。次のパターンＢでは、中間の電圧電流値がある程度持続する電池作用を持つ電解液として、次亜塩素酸ナトリウムの含有量が６％前後で、水酸化ナトリウムの含有量が０．５〜２％、界面活性剤の含有量が多い電解液を、工場生産して提供する。第３のパターンＣは、長時間小電流が得られる電池作用を持つ電解液として、次亜塩素酸ナトリウムの含有量が６〜１２％で水酸化ナトリウムの含有量が０．３〜０．５％、さらに数％の界面活性剤を含有した電解液を工場生産して販売する。電池作用物と対にして、あるいは電池作用物容器に連結して構成された、特定の機能を保有する電池作用物の負荷である直流電気電子機器が必要とする直流のパターンは、その直流電気電子機器で決まるので、直流電気電子機器と組み合わせた電池作用物の製造者が、その電池作用物に必要な前記記載の３つのパターン対応した適切な３成分濃度構成の電解液を電池作用物と合わせて、製造販売することが望ましい。電池作用物の利用者が身辺ある塩素系アルカリ性洗浄剤類のなかから、本発明の電解液を構成する３つの化学品を含有し、電解液に不適合な成分、または混合することができない成分、混合すると危険な成分を含む商品類を除外して、電池作用物の電解液に利用可能な商品群を明示して、前記３つ電池作用パターンに合わせて、利用可能な塩素系アルカリ性洗浄剤類の中の商品グループとその混合調整方法を、電池作用物と、それと対にして負荷とする直流電気電子機器の製造者が、電池作用物容器のラベルに記載しておく。
【実施例１】
【００６０】  図１は、本発明による３成分の水溶液の電解液を電池作用物の電解液として用いて、直流の電圧電流を負荷に取り出すときの、電池作用物と負荷の最も簡単な構成を示す説明図である。【００６１】  図１において電池作用物１はスチロール製の矩形開口を持つ高さが１０ｃｍで短辺３０ｍ長辺６５ｍｍの四角い容器を電池作用物容器２とし、アルミニウムの幅２０ｍｍ厚さ２ｍｍの建材用アルミ板を長さ１２ｃｍに切り出したアルミニウム金属材を負極３とし、厚さが０．３ｍｍで幅２５ｍｍの銅板を長さ１２ｃｍの短冊形にした正極４として、負極３と正極４とを電池作用物容器２の長辺と平行に上下方向は傾けで立てかけ挿入する。負極３と正極４はそれぞれ導線７、８のついたクリップ５、６で挟んで、負荷とする１５０オームの抵抗器と電流を測る１オームの抵抗器を直列にしたものの両端を挟む。例えばクリッブ９、１０で接続する。２つの直列に接続した抵抗器１１、１２は、例えば１５０オーム側の抵抗器１２と１オームの抵抗器１１である。電池作用物１から見た負荷は１５１オームになる。１オームの抵抗器１１は、その両端の電圧をｍＶ電圧計で計り、読み取り電圧値をそのままｍＡに換算する。この電流は電池作用物より流れ出した電流である。電圧計で２つの直列接続した抵抗器の両端の電圧を電池作用物の電圧として測る。【００６２】  電池作用物１を用いて負荷に高い電圧で大きな電流を取り出したい場合、原液をそののまま電池作用物の電解液として使える家庭用塩素系アルカリ性洗浄剤の一つとして「パイプクリーナ」（コメリー社）商品がある。（表６）この「パイプクリーナ」は水酸化ナトリウム４％を含み、含有量の表示はないが、次亜塩素酸ナトリウムと界面活性剤（アルキルアミンオキシド）の３成分の化学品を含み、表示上は他の成分が示されていない。この商品は塩素系アルカリ性洗浄剤の中では珍しく原液のまま、台所や洗面台、風呂場の排水口パイプの洗浄に用いる。数社から類似の製品が発売されているので、入手は容易である。この３成分の化学品を含む家庭用塩素系アルカリ性洗浄剤を、電池作用物１の電解液２０として利用した場合の負荷電圧電流特性を測定する。この家庭用塩素系アルカリ性洗浄剤を電解液に利用し、固定抵抗器を負荷として、あらためて電解液としての性能を確認すると共に、水酸化ナトリュウムの含有量に着目して水で希釈した場合の、電池作用物の電解液として使える限界を測定した。（表７）にその結果を示す。１回目の負荷試験は、より大きい電流を流すために、抵抗値を７６Ωとして１時間電流を持続させた。「パイプクリーナ」の原液と、水て希釈した３つの水準の試料液を調合し、比較できるデータを得た。（表７）（７−Ａ）によれば、最も高い電圧で大きい電流が得られたのは原液のままの電解液であった。水による希釈液試料の場合は、水酸化ナトリウム含有量が計算上１％以上の水希釈液では、６０分間ではあまり電圧電流が低下しない。水酸化ナトリウムの含有が０．４％と薄くなる１０倍の水による希釈液では、勿論次亜塩素酸ナトリウムと界面活性剤の濃度も１０分の１に希釈されているが、電圧電流値は大変低く、１時間の間に低下が始まっている。ただし１時間後の開路電圧は確認してみると、���つの液間の差異が負荷時の電圧電流の差異に比べて小さい。（表７）（７−Ｂ）には、１回目の抵抗器負荷の測定に続けて、同じ電解液で、引き続き負荷抵抗として１５１Ωを接続して、電圧電流を測定した。負荷電圧は水酸化ナトリウム含有量に対応して低くなるが、水酸化ナトリウムが１％の電解液では、途中から負荷電圧の低下が始まり、水酸化ナトリウムが０．４％の電解液では、負荷電圧電流も低いことに加え、最初から負荷電圧の低下が始まっている。２回目の６０分負荷測定後の開路電圧は、水酸化ナトリウムが０．４％の電解液において大幅に低下している。水酸化ナトリウムが０．４％の電解液は、含有量が明かではないが、次亜塩素酸ナトリウムと界面活性剤の濃度も１０分の１に希釈されているので、小電流の負荷を接続した場合でも、長時間の電池作用電解液としては、限界値の３成分濃度と見られる。水酸化ナトリウムが１％〜２％の２つの電解液では、中程度の電圧と電流をある程度の時間継続して流すパターンＢの電解液として、負極に２ピースアルミニウム缶を使用し、電解液量を１００ｃｃ以上にした場合、２〜３日間１０〜５ｍＡの電流を流す負荷用の電解液として使える。【００６３】
【表７】
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【実施例２】
【００６４】  家庭用塩素系アルカリ性洗浄剤類の中で次亜塩素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムと界面活性剤の３成分化学品だけが含まれている用剤として、最も多くの商品が各社から発売され普及しているのは、「キッチンブリーチ」または「キッチンハイター」などの商品名がつけられた台所用漂白・除菌・除臭に用いる用剤である。これは哺乳瓶の洗浄にも使うが、洗浄剤としては１００倍に希釈して使う。商品ラベルには３成分の化学品の含有量はほとんど表示されていないが、次亜塩素酸ナトリウムは６％程度、水酸化ナトリウムは０．４％以下である。この塩素系アルカリ性洗浄剤を原液のまま、電池作用物の電解液に利用すると、パターンＣの電解液として小電流ながら、１組の電池作用物で赤色点滅素子を一箇月以上点灯させることができる。このキッチン用次亜塩素酸ナトリウム含有洗浄剤を、原液及び水による希釈液を作り、固定抵抗器を負荷として、能力の限界を見極めるための負荷電圧負荷電流の時間推移を測定した。この結果を（表８）に示す。この電解液は、もともと水酸化ナトリウムの含有量が少ないので、電解液として使用する場合、負荷電圧がやや不安定になりやすい。中断しながら、負荷電流を取っていると、短時間間歇動作では、電圧がどんどん低下する。さらに水て希釈した電解液では、累積１時間で負荷電圧は低下する。原液の１．５倍の水を加えた電解液について負荷電圧電流測定の後で、３つの化学品を単独に追加してみると界面活性剤では、殆ど変化は起きなかったが、次亜塩素酸ナトリウムの溶液では２０〜４０％電圧が回復した。また水酸化ナトリウムでは５０％電圧が戻った。このキッチン用次亜塩素酸ナトリウム含有洗浄剤を電解液として利用する場合は、水で希釈しないこととする。この電解液は、少しでも負荷電流を流しつづけていると．負極のアルミニウム表面が電池作用に好ましい状態に変わるため、次第に電圧が高くなり電流多く流れるようになる。アルミニウムの負極の消耗が少な状態で、小さい電流ではあるが電池作用が永続する。同じアルミニウム金属材の負極を使って、「キッチンブリーチ」を入れ替えながら電流を取っていると、数日後に３０ｍＡ以上の電流が流れることもある。この「キッチンブリーチ」は、水で希釈しないで、前述のＣ）パターンの電解液として用いるか、水酸化ナトリウムを１〜２％追加して、Ｂ）パターンの電解液に替えて利用することができる。この「キッチンブリーチ」は次亜塩素酸ナトリウムをほぼ６％程度含有しているので、実施例１に示した、「パイプクリーナ」と混合して水酸化ナトリウム含有量を２％程度になるように調整してパターンＢの電解液にすることができる。「パイプクリーナ」を水で５０％に希釈したものよりも次亜塩素酸ナトリウムの濃度が高いのでより安定なＢ）パターンの電解液になる。【００６５】
【表８】
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【産業上の利用可能性】
【００６６】  本発明の、アルミニウムを負極とした電池作用物から、時間的推移の違う３つのパターンの直流電圧電流を得るために必要な、３成分の化学品と、その濃度を組み合わた電解液との関係が明かになったので、この電池作用物で得られる直流を、電池の代替として利用できる電気電子機器の範囲が広がる。アルミニウム金属を負極に用いた電池作用物そのものも、その電池作用物から得られる直流の特性と、本発明の３成分を特定の濃度で混合調整された電解液との対応が明らかになったので、電池相当品として単独に、あるいは、適合する負荷の電気電子機器と組み合わせて、色々な形状寸法構造の湿式１次電池に発展させることができる。アルミニウム金属材を負極とする電池作用物の電気発生パターンに対応した、電池作用物向けの電解液、あるいは濃縮電解液を、化学品製造会社で製造販売することができる。負極のアルミニウム金属材は、利用者側が調達することにして、電池作用物本体と、接続する非常用、緊急用電気電子機器と、その機器に合った成分を含む電解液をまとめて製造し、非常用品として製造販売してもよい。このアルミニウム金属材を負極とする電池作用物と組み合わせる電解液の調合は、高度の設備や技術を必要とせずに実施できるので、広く海外諸国でも、人里はなれた山間僻地でも、遭難信号灯発灯のため、無人となる仏閣内で照明灯、祭礼灯に電流を供給するため、などの場合、材料を携行しておけば、個人でも実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】アルミニウム金属材を負極とする電池作用物の説明図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００６８】１        電池作用物
２        電池作用物容器
３        負極のアルミニウム板
４        正極の銅板
５        負極側クリップ
６        正極側クリップ
７        負極側導線
８        正極側導線
９        負極側負荷接続クリップ
１０      正極側負荷接続クリップ
１１      電流測定用１オーム抵抗器
１２      負荷とする抵抗器
１３      抵抗器中間導線
２０      電解液ニウム空缶の底部凹部の保護膜
【図１】
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