(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒状の容器本体と、
前記容器本体に着脱可能に取り付けられた蓋体と、
前記容器本体内に固定配置された、空気極を構成する円筒状正極体と、
前記円筒状正極体と実質的に共通の中心軸を有するように当該円筒状正極体内に配置された、金属極を構成する複数の部分円筒状負極体と、
前記蓋体の内面に装着された負極端子と、
前記負極端子に各々の一端側が接続固定されるとともに、各々の他端側が前記部分円筒状負極体の各々の一端側に接続固定されている複数の板バネ状集電体とを備えてなり、
隣り合う前記部分円筒状負極体の間にはスリット状の隙間が形成されていることを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
前記円筒状正極体内に配置されている前記部分円筒状負極体の数が２〜６であ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】
前記円筒状正極体内に配置されている前記部分円筒状負極体の数が３または４であ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４】
前記円筒状正極体内に配置されている前記部分円筒状負極体の数が４であ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５】
前記円筒状正極体と前記部分円筒状負極体とのクリアランスが１．０〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記円筒状正極体と前記部分円筒状負極体とのクリアランスが１．５〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の金属空気電池。
【請求項７】
隣り合う前記部分円筒状負極体の間に形成された前記スリット状の隙間の幅が１．０〜１０．０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の金属空気電池。
【請求項８】
前記円筒状正極体の内周面の面積に対する前記部分円筒状負極体の外周面の合計面積の比が０．６２〜０．９７であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の金属空気電池。
【請求項９】
前記部分円筒状負極体を構成する金属がマグネシウムまたはマグネシウム合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか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、金属からなる負極体と、空気極を構成する正極体とを備えた金属空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属空気電池であるマグネシウム空気電池として、有底角筒状の容器本体と、容器本体に着脱可能に取り付けられた蓋体と、容器本体の一面に固定配置された板状の正極体と、蓋体に固定されるとともに容器本体の内部に挿入される円柱状（ロッド状）の負極体とを備えてなるものが知られている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４６４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、携帯電話の充電などの用途に供される金属空気電池には、ある程度高い出力（最大電力）が望まれる。
しかしながら、上記特許文献１のような構造のマグネシウム空気電池では、電極の面積、特に、正極体に対向する負極体の表面積が狭く、また、正極体と負極体との離間距離が大きいことから、十分に高い出力を得ることができない。
【０００５】
一方、金属空気電池には、ある程度長い時間にわたり所期の出力による放電が持続することが望まれる。特に、負極体（マグネシウム合金）が消費される前に、電池反応による反応生成物によって反応の持続性が損なわれたり、当該反応生成物によって構成部品が破損したりすることは避けなければならない。
【０００６】
本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の第１の目的は、従来公知の金属空気電池より高い出力（最大電力）を得ることができる金属空気電池を提供することにある。
本発明の第２の目的は、電池反応による反応生成物によって反応の持続性が損なわれにくく、放電持続性に優れた金属空気電池を提供することにある。
本発明の第３の目的は、電池反応による反応生成物によって構成部品が破損するようなことのない金属空気電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の金属空気電池は、有底円筒状の容器本体と、
前記容器本体に着脱可能に取り付けられた蓋体と、
前記容器本体内に固定配置された、空気極を構成する円筒状正極体と、
前記円筒状正極体と実質的に共通の中心軸を有するように当該円筒状正極体内に配置された、金属極を構成する複数の部分円筒状負極体と、
前記蓋体の内面に装着された負極端子と、
前記負極端子に各々の一端側が接続固定されるとともに、各々の他端側が前記部分円筒状負極体の各々の一端側に接続固定されている複数の板バネ状集電体とを備えてなり、
隣り合う前記部分円筒状負極体の間にはスリット状の隙間が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成の金属空気電池によれば、正極体に対向する負極体の表面積を広く確保することができるとともに、円筒状正極体と部分円筒状負極体とのクリアランスを、容器本体の全周にわたり狭く設定することができる。これにより、高い出力（電流−電圧特性試験における最大電力）を達成することができる。
【０００９】
また、このような構成の金属空気電池によれば、円筒状正極体と部分円筒状負極体との間における電池反応による反応生成物を、隣り合う部分円筒状負極体の間に形成されたスリット状の隙間から容器本体の中心軸側に移行させることができるので、当該反応生成物を容器本体内の全体に分散させることができ、円筒状正極体と部分円筒状負極体との間に反応生成物が早期に堆積して電池反応が阻害されることを防止することができ、この結果、この金属空気電池は、優れた放電持続性を有するものとなる。
【００１０】
更に、このような構成の金属空気電池によれば、円筒状正極体と部分円筒状負極体との間に堆積した反応生成物によっても構成部品（円筒状正極体）が破損するようなことはない。
仮に、正極体および負極体をともに円筒状のものとすると、両者の間に堆積した反応生成物による押圧力によって円筒状正極体が破損することが考えられる。
しかし、本発明の金属空気電池のように、複数の部分円筒状のもので負極体を構成することによれば、正極体と負極体との間に反応生成物が早期に堆積することが防止されるとともに、板バネ状集電体を撓ませることによって部分円筒状負極体の他端側が容器本体の中心軸側に変位し、これによって、反応生成物による円筒状正極体への押圧力が緩和されるので、円筒状正極体が破損することを確実に防止することができる。
【００１１】
（２）本発明の金属空気電池において、前記円筒状正極体内に配置されている前記部分円筒状負極体の数が２〜６であることが好ましい。
【００１２】
（３）本発明の金属空気電池において、前記円筒状正極体内に配置されている前記部分円筒状負極体の数が３または４であることが更に好ましい。
【００１３】
（４）本発明の金属空気電池において、前記円筒状正極体内に配置されている前記部分円筒状負極体の数が４であることが特に好ましい。
【００１４】
（５）本発明の金属空気電池において、前記円筒状正極体と前記部分円筒状負極体とのクリアランスが１．０〜５．０ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
（６）本発明の金属空気電池において、前記円筒状正極体と前記部分円筒状負極体とのクリアランスが１．５〜２．５ｍｍであることが更に好ましい。
【００１６】
（７）本発明の金属空気電池において、隣り合う前記部分円筒状負極体の間に形成された前記スリット状の隙間の幅が１．０〜１０．０ｍｍであることが好ましい。
【００１７】
（８）本発明の金属空気電池において、前記円筒状正極体の内周面の面積に対する前記部分円筒状負極体の外周面の合計面積の比が０．６２〜０．９７であることが好ましい。
【００１８】
（９）本発明の金属空気電池において、前記部分円筒状負極体を構成する金属がマグネシウムまたはマグネシウム合金であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の金属空気電池によれば、従来公知の金属空気電池より高い出力（最大電力）を得ることができる。
また、本発明の金属空気電池は、電池反応による生成物によって反応持続性が損なわれにくいので、放電持続性に優れている。
更に、本発明の金属空気電池においては、電池反応による反応生成物によって構成部品である円筒状正極体が破損するようなことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るマグネシウム空気電池を示す斜視図である。
【図２】図１に示したマグネシウム空気電池において、容器本体から蓋体を脱着して部分円筒状負極体を取り出した状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示したマグネシウム空気電池の構成部品（蓋体・部分円筒状負極体  ・板バネ状集電体）を示す斜視図である。
【図４】図１に示したマグネシウム空気電池において、蓋体と部分円筒状負極体との接続状態を示す斜視図である。
【図５】図１に示したマグネシウム空気電池の正面図である。
【図６Ａ】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図６Ｂ】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】円筒状正極体の積層構成を示す断面図である。
【図８】長時間の放電前後における部分円筒状負極体の形態変化を模式的に示す断面図である。
【図９】実施例および比較例に係る電池について測定した電流−電圧特性試験の結果を示すチャートである。
【図１０】実施例および比較例に係る電池について測定した放電持続性の試験結果を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の金属空気電池の一実施形態に係るマグネシウム空気電池について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図１〜図６（図６Ａおよび図６Ｂ）に示す本実施形態のマグネシウム空気電池１００は、有底円筒状の容器本体１０と、容器本体１０に着脱可能に取り付けられた有頂円筒状の蓋体２０と、容器本体１０内に固定配置された、空気極を構成する円筒状正極体３０と、円筒状正極体３０と実質的に共通の中心軸を有するように当該円筒状正極体３０内に配置された、金属極を構成する部分円筒状負極体４１〜４４と、蓋体２０の内面に装着された円板状の負極端子５０と、負極端子５０に各々の一端側（上側）が接続固定されるとともに、各々の他端側（下側）が部分円筒状負極体４１〜４４の各々の一端側（上側）に接続固定されている板バネ状集電体６１〜６４とを備えてなり、隣り合う部分円筒状負極体の間には、スリット状の隙間が形成されている。
【００２３】
マグネシウム空気電池１００を構成する容器本体１０は有底円筒状の樹脂材料からなる。この容器本体１０内には、円筒状正極体３０および部分円筒状負極体４１〜４４が配置されるとともに、電解液として例えば食塩水が収容されている。
【００２４】
容器本体１０の側壁には開口窓１１が１２箇所に形成されている。これらの開口窓１１によって、円筒状正極体３０（集電体層３３）の外周面を空気と接触させることができる。また、容器本体１０の側周面には、円筒状正極体３０と電気的に接続された正極端子７０（リード接続部）が装着されている。
【００２５】
容器本体１０の外径としては２０〜２００ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば７４ｍｍである。
容器本体１０の内径としては１８〜１９０ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば６８ｍｍである。
容器本体１０の高さとしては３０〜３００ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば２２０ｍｍである。
容器本体１０の側壁に形成された開口窓１１による開口面積（露出面積）としては、開口率が４０％以上となるような面積であることが好ましく、好適な一例を示せば２１７．５ｃｍ2 （＝１８．１２５ｃｍ2 ×１２）である。
【００２６】
マグネシウム空気電池１００を構成する蓋体２０は、有頂円筒状の樹脂材料からなり、容器本体１０に対して着脱可能に設けられている。
図４に示すように、この蓋体２０の内面（内頂面）には、薄板円板状の負極端子５０が装着されている。
【００２７】
マグネシウム空気電池１００を構成する円筒状正極体３０は、容器本体１０内に固定配置された空気極である。
円筒状正極体３０の外周面は、容器本体１０の内周面に当接され、開口窓１１において容器外に露出している。
【００２８】
図７に示すように、円筒状正極体３０は、導電材層３１と集電体層３３とが積層されてなる。
円筒状正極体３０の導電材層３１は、容器本体１０内に収容される電解液（食塩水）と接触する内側層である。
この導電材層３１は、導電性材料をバインダ樹脂により結着させることにより形成することができる。
ここに、導電材層３１を得るために使用する導電性材料としては特に限定されるものではなく、従来公知の金属空気電池の正極体（導電材層）を構成する材料をすべて使用することができるが、好適な導電性材料として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、活性炭およびカーボンナノチューブなどの炭素材料を挙げることができる。
【００２９】
円筒状正極体３０の導電材層３１を形成するために導電性材料と混合されるバインダ樹脂としても特に限定されるものではないが、好適なバインダ樹脂として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）などのフッ素樹脂を挙げることができる。
【００３０】
導電材層３１には、従来公知の空気電池正極用の電極触媒が含有されていてもよい。
導電材層３１に含有させることのできる触媒としては、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属およびその化合物、並びにこれらの合金などを例示することができる。
【００３１】
円筒状正極体３０の集電体層３３は、容器本体１０の開口窓１１から露出して、空気と接する外側層である。
集電体層３３としては、導電性の金属材料からなる金網、エキスパンドメタル、織物、パンチングシートなどを好適に使用することができる。
導電性の金属材料としては、集電体として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅、ニッケルなどを挙げることができる。
【００３２】
円筒状正極体３０の外径は、容器本体１０の内径と実質的に同一であり、好適な一例を示せば６８ｍｍである。
円筒状正極体３０の内径としては１６〜１８８ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば６６ｍｍである。
円筒状正極体３０の高さとしては３０〜３００ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば１７０ｍｍである。
円筒状正極体３０の内周面の面積としては１５〜１７７２ｃｍ2 であることが好ましく、好適な一例を示せば３５２．５ｃｍ2 である。
【００３３】
マグネシウム空気電池１００を構成する部分円筒状負極体４１〜４４は、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる金属極である。
【００３４】
部分円筒状負極体４１〜４４を構成するマグネシウム合金としては、従来公知のマグネシウム空気電池の負極体を構成するものをすべて使用することができる。
具体的には、アルミニウム、亜鉛、マンガン、ケイ素、希土類元素、カルシウム、ストロンチウム、スズ、ゲルマニウム、リチウム、ジルコニウム、ベリリウムから選ばれた少なくとも１種の金属と、マグネシウムとの合金を挙げることができる。
【００３５】
好適なマグネシウム合金としては、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１などのマグネシウムとアルミニウムと亜鉛とを含む合金、ＡＭ６０、ＡＭ８０などのマグネシウムとアルミニウムとマンガンとを含む合金を挙げることができる。
【００３６】
部分円筒状負極体４１〜４４は、円筒状正極体３０内に収容可能なマグネシウムまたはマグネシウム合金からなる円筒体を軸方向に切断して円周方向に４分割することによって作製することができる。
なお、スリット状の隙間を確保するために、分割してなる部分円筒体（中心角＝９０°）の両側部分を切削により適宜除去して、部分円筒状負極体４１〜４４を作製してもよい。
ここに、部分円筒状負極体４１〜４４の中心角（θ）としては７２〜８９°であることが好ましく、更に好ましくは７５〜７７°である。
【００３７】
部分円筒状負極体４１〜４４は、隣り合う部分円筒状負極体の間にスリット状の隙間を確保しながら、円筒状正極体３０と実質的に共通の中心軸を有するように（円筒状正極体３０に収容可能な同心円筒体を形成するように）、当該円筒状正極体３０内に等角度間隔で配置されている。
部分円筒状負極体４１〜４４は、円柱状の負極体と比較して、円筒状正極体３０の内周面に対向する表面積を広く確保することができる。
【００３８】
部分円筒状負極体４１〜４４の外径としては１４〜１８６ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば６４ｍｍである。
部分円筒状負極体４１〜４４の内径としては１０〜１７０ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば５７ｍｍである。
部分円筒状負極体４１〜４４の高さとしては３０〜３００ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば１６０ｍｍである。
【００３９】
部分円筒状負極体４１〜４４と、円筒状正極体３０とのクリアランスとしては１．０〜５．０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは１．５〜２．５ｍｍ、好適な一例を示せば２．０ｍｍである。
【００４０】
このクリアランスが過大である場合には、得られる電池が十分に高い出力を有するものとならない。
他方、このクリアランスが過小である場合には、部分円筒状負極体と円筒状正極体との間に短絡が発生するおそれがある。
【００４１】
隣り合う部分円筒状負極体の間に形成された隙間の幅（Ｇ）としては１．０〜１０．０ｍｍであることが好ましく、好適な一例を示せば６．２ｍｍである。
【００４２】
この幅（Ｇ）が過小である場合には、電池反応の反応生成物を容器（電池）全体に十分に分散させることができず、放電持続性を十分に満足するものとならない。
他方、この幅（Ｇ）が過大である場合には、円筒状正極体の内周面に対向する部分円筒状負極体の外周面を広く確保することができず、得られる電池が十分に高い出力を有するものとならない。
【００４３】
ここに、部分円筒状負極体４１〜４４の外周面の面積（４つの合計面積）としては９．３〜１７２０ｃｍ2 であることが好ましく、好適な一例を示せば２７０．４ｃｍ2 である。
円筒状正極体３０の内周面の面積に対する、部分円筒状負極体４１〜４４の外周面の面積（合計面積）の比としては０．６２〜０．９７であることが好ましく、好適な一例を示せば０．７７である。
【００４４】
蓋体２０の内面に装着されてマグネシウム空気電池１００を構成する負極端子５０は、円板状の導電材料からなる。
図１〜図４において、５５は、円板状の負極端子５０と電気的に接続されている舌片部（リード接続部）である。
【００４５】
図４に示すように、マグネシウム空気電池１００を構成する板バネ状集電体６１〜６４は、各々の一端側（上側）において、蓋体２０の内面に装着された負極端子５０に接続固定されるとともに、各々の他端側（下側）において、部分円筒状負極体４１〜４４の各々の一端側（上側）に接続固定されている。
板バネ状集電体６１〜６４の各々を撓ませることにより、部分円筒状負極体４１〜４４の各々の他端側（下側）を、撓み方向（円筒の半径方向）に変位させることができる。
【００４６】
本実施形態のマグネシウム空気電池１００では、部分円筒状負極体４１〜４４の外周面近傍において下記（１）に示す酸化反応が起こり、円筒状正極体３０において下記（２）に示す還元反応が起こり、電池全体として下記（３）に示す反応が起こることにより放電が行われる。
【００４７】
（１）２Ｍｇ                    →  ２Ｍｇ+   ＋  ４ｅ- 
（２）Ｏ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋４ｅ-     →  ４ＯＨ-
（３）２Ｍｇ＋Ｏ2 ＋２Ｈ2 Ｏ    →  ２Ｍｇ（ＯＨ）2 
【００４８】
本実施形態のマグネシウム空気電池１００によれば、円筒状正極体３０に対向する負極体の表面積を広く確保することができるとともに、円筒状正極体３０と部分円筒状負極体４１〜４４とのクリアランスを、容器本体１０の全周にわたって狭く（例えば１．０〜５．０ｍｍに）設定することができる。
これにより、後述する実施例の結果からも明らかなように、本実施形態のマグネシウム空気電池１００によれば、高い出力（電流−電圧特性試験における最大電力）を達成することができる。
【００４９】
また、本実施形態のマグネシウム空気電池１００によれば、円筒状正極体３０と部分円筒状負極体４１〜４４との間における電池反応による水酸化マグネシウム等の反応生成物をスリット状の隙間から容器本体１０の中心軸側に移行させることができるので、当該反応生成物を電池（容器本体１０）全体に分散させることができ、円筒状正極体３０と部分円筒状負極体４１〜４４との間に反応生成物が早期に堆積することを防止することができる。
これにより、円筒状正極体３０と部分円筒状負極体４１〜４４との間で行われる電池反応が、当該反応生成物によって阻害されることを抑制・防止することができ、この結果、後述する実施例の結果からも明らかなように、本実施形態のマグネシウム空気電池１００は、優れた放電持続性を有するものとなる。
【００５０】
更に、本実施形態のマグネシウム空気電池１００によれば、部分円筒状負極体４１〜４４の各々が、板バネ状集電体６１〜６４の各々を介して蓋体２０（負極端子５０）に固定されているので、円筒状正極体３０と部分円筒状負極体４１〜４４との間に堆積した反応生成物による円筒状正極体３０への押圧力を、板バネ状集電体６１〜６４の各々を撓ませて部分円筒状負極体４１〜４４の他端側（下側）を容器本体１０の中心軸側に変位させることによって緩和することができる。これにより、構成部品である円筒状正極体３０が破損することを有効に防止することができる。
【００５１】
ここに、図８（１）は、本実施形態のマグネシウム空気電池１００を構成する部分円筒状負極体４１および４３の放電前の形態を示しており、同図（２）は、長時間の放電後において、円筒状正極体３０と部分円筒状負極体４１および４３との間に堆積した反応生成物に押圧されて、各々の他端側（下側）が容器本体１０の中心軸側に変位している部分円筒状負極体４１および４３の形態を示している。
【００５２】
部分円筒状負極体に代えて円筒状の負極体を使用した場合には、円筒状正極体と円筒状負極体との間に反応生成物が早期に堆積し、当該反応生成物によって、反応面に電解液が供給されずに反応（放電）が早期に停止してしまう（後述する比較例２〜４参照）。
【００５３】
また、円筒状正極体と円筒状負極体との間に堆積した反応生成物が円筒状正極体の内周面および円筒状負極体の外周面を押圧し、相対的に強度の低い円筒状正極体が破損するおそれがある（後述する比較例２〜４参照）。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものでなく、種々の変更が可能である。
例えば、円筒状正極体内に配置する部分円筒状負極体の数（板バネ状集電体の数）は４に限定されるものではなく適宜変更することができる。ここに、部分円筒状負極体の好適な数としては２〜６とされ、好ましくは３〜４とされる。
なお、部分円筒状負極体の中心角の合計は２８８〜３５６°であることが好ましい。
中心角の合計が過小である場合には、円筒状正極体の内周面に対向する部分円筒状負極体の外周面を広く確保することができず、得られる電池が十分に高い出力を有するものとならない。
他方、中心角の合計が過大である場合には、部分円筒状負極体の間に形成される隙間の幅を十分に確保することができず、得られる金属空気電池は放電持続性を十分に満足するものとならない。
【００５５】
また、本発明の金属空気電池の部分円筒状負極体を構成する金属はマグネシウムまたはマグネシウム合金に限定されるものでなく、従来公知の金属空気電池の負極（金属極）を構成する金属材料をすべて使用することができる。
具体的には、亜鉛、リチウム、鉄、ナトリウム、ベリリウム、アルミニウム、カドミウム、鉛およびこれらの合金を挙げることができる。
【００５６】
本発明の金属空気電池は、携帯電話の充電、小電力家電の駆動用に好適に用いることができる。
【実施例】
【００５７】
＜実施例１＞
下記（１）〜（８）の工程より、図１〜図６（図６Ａおよび図６Ｂ）に示したような構造を有する本発明のマグネシウム空気電池を製造した。
【００５８】
（１）容器本体１０の準備：
外径７４．０ｍｍ、内径６８．０ｍｍ、高さ２２０ｍｍの有底円筒状であって、側壁の１２箇所に２５．０ｍｍ×７２．５ｍｍの開口窓１１が形成されてなる樹脂製の容器本体１０を準備した。
【００５９】
（２）蓋体２０の準備：
上記（１）で準備した容器本体１０に着脱可能で、負極端子５０が内面に装着されている蓋体２０を準備した。
【００６０】
（３）円筒状正極体３０の作製：
活性炭とアセチレンブラックと水とＰＴＦＥとを所定の粘度になるように混合してなる組成物をプレス機により圧延し、得られたシートを１５０℃の恒温槽内で乾燥・焼成することにより導電材シートを形成した。
得られた導電材シートを銅製の金網（１６メッシュ）からなる集電体に貼着して、図７に示したような導電材層３１と集電体層３３との積層体とするとともに、導電材層３１が内側、集電体層３３が外側になるように、外径６８．０ｍｍ、内径６６．０ｍｍ、高さ１７０ｍｍの円筒状に形成して円筒状正極体３０を作製した。
【００６１】
（４）部分円筒状負極体４１〜４４の作製：
マグネシウム合金（ＡＺ３１）からなる外径６４．０ｍｍ、内径５７．０ｍｍ、高さ１６０ｍｍの円筒体を軸方向に切断して円周方向に４分割した。
次いで、得られた部分円筒体（中心角＝９０°）の各々の両側部分を約４ｍｍずつ切削除去することにより、中心角７５〜７７°、体積２２．０〜２２．２ｃｍ3 、外周面の表面積６７．４〜６７．８ｃｍ2 の部分円筒状負極体４１〜４４を作製した。
得られた部分円筒状負極体４１〜４４の中心角の合計は３０４°、総体積は８８．５ｃｍ3 、外周面の総表面積は２７０ｃｍ2 （円筒状正極体３０の内周面の面積の７７％）であった。
【００６２】
（５）部分円筒状負極体４１〜４４の蓋体２０への固定：
幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの短冊状の銅板に、その幅方向の中心線上であって、当該銅板の一端から５ｍｍ離間した位置に中心を有する直径約４ｍｍの第１貫通孔を形成するとともに、当該銅板の他端から５ｍｍ離間した位置に中心を有する直径約４ｍｍの第２貫通孔を形成し、更に、当該銅板を、その一端から１０ｍｍの位置で垂直に折り曲げることによりＬ字状の板バネ状集電体６１〜６４を作製した。
次に、得られた板バネ状集電体６１〜６４の各々における折り曲げ面（１０ｍｍ×１０ｍｍ）を、第１貫通孔に締結具を挿通して、蓋体２０の内面に装着された負極端子５０に接続固定するとともに、板バネ状集電体６１〜６４の各々の他端側を、第２貫通孔に締結具を挿通して、上記（４）で得られた部分円筒状負極体４１〜４６の各々の一端側に接続固定することにより、当該部分円筒状負極体４１〜４４の各々を蓋体２０に固定した。
ここに、部分円筒状負極体４１〜４４は、それぞれ、隣に位置する部分円筒状負極体との間にスリット状の隙間が確保されるように、蓋体２０の円周方向に９０°間隔で固定した。
【００６３】
（６）円筒状正極体３０の容器本体１０内への固定配置：
上記（３）で作製した円筒状正極体３０を容器本体１０内に固定配置した。
【００６４】
（７）部分円筒状負極体４１〜４４の容器本体１０内への配置：
上記（４）で作製し、上記（５）で蓋体２０に固定した部分円筒状負極体４１〜４４を容器本体１０内（円筒状正極体３０内）に配置した。
ここに、円筒状正極体３０とのクリアランスが２．０ｍｍとなり、隣り合う部分円筒状負極体の間に形成されるスリット状の隙間の幅（Ｇ）が６．２ｍｍとなるように、部分円筒状負極体４１〜４４の配置位置を調整した。
【００６５】
（８）電解液の充填：
円筒状正極体３０および部分円筒状負極体４１〜４４が配置された容器本体１０内に、円筒状正極体および部分円筒状負極体の全表面が接液できる５００ｍＬの食塩水を充填した。
【００６６】
＜比較例１＞
マグネシウム合金（ＡＺ３１）からなる直径１６．０ｍｍ、高さ１８０ｍｍの円柱ロッド３本を蓋体に固定して負極体として使用したこと以外は実施例１と同様にして比較用のマグネシウム空気電池を製造した。
ここに、３本の円柱状負極体の総体積は１０８．５ｃｍ3 、外周面の総表面積は２７１ｃｍ2 （円筒状正極体の内周面の面積の７７％）であった。
また、円筒状正極体と円柱状負極体との最短距離が２．０ｍｍとなるように円柱状負極体の位置を調整した。
【００６７】
＜比較例２＞
マグネシウム合金（ＡＺ３１）からなる外径６３．０ｍｍ、内径５５．７ｍｍ、高さ１６０ｍｍの円筒体を蓋体に固定して負極体として使用したこと以外は実施例１と同様にして比較用のマグネシウム空気電池を製造した。
ここに、円筒状負極体の体積は１０８．４ｃｍ3 、外周面の表面積は３１７ｃｍ2 （円筒状正極体の内周面の面積の９０％）であった。
また、円筒状正極体と円筒状負極体とのクリアランスが１．５ｍｍとなるように円柱状負極体の位置を調整した。
【００６８】
＜比較例３＞
マグネシウム合金（ＡＺ３１）からなる外径６２．０ｍｍ、内径５４．６ｍｍ、高さ１６０ｍｍの円筒体を蓋体に固定して負極体として使用したこと以外は実施例１と同様にして比較用のマグネシウム空気電池を製造した。
ここに、円筒状負極体の体積は１０８．４ｃｍ3 、外周面の表面積は３１２ｃｍ2 （円筒状正極体の内周面の面積の８９％）であった。
また、円筒状正極体と円筒状負極体とのクリアランスが２．０ｍｍとなるように円柱状負極体の位置を調整した。
【００６９】
＜比較例４＞
マグネシウム合金（ＡＺ３１）からなる外径６１．０ｍｍ、内径５３．５ｍｍ、高さ１６０ｍｍの円筒体を蓋体に固定して負極体として使用したこと以外は実施例１と同様にして比較用のマグネシウム空気電池を製造した。
ここに、円筒状負極体の体積は１０７．９ｃｍ3 、外周面の表面積は３０７ｃｍ2 （円筒状正極体の内周面の面積の８７％）であった。
また、円筒状正極体と円筒状負極体とのクリアランスが２．５ｍｍとなるように円柱状負極体の位置を調整した。
【００７０】
＜試験例１（出力性能）＞
実施例１および比較例１〜４によって得られたマグネシウム空気電池の各々について、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性試験を行って出力性能を評価した。
ここに、電流−電圧の制御には、電子負荷装置「ＰＬＺ６６４ＷＡ」（菊水電子工業（株）製）を使用し、定電流モードで、設定電流値を８００秒間で０Ａから６０Ａまで増加させた。
各々のマグネシウム空気電池の電流−電圧特性（電流−電圧変化および電圧−電力変化）を示すチャートを図９に示し、最大電力、および負極体の単位表面積（外周面の（総）表面積）あたりの最大電力を下記表１に示す。
【００７１】
＜試験例２（放電持続性）＞
実施例１および比較例１、３および４によって得られたマグネシウム空気電池の各々を０．５Ωの抵抗に接続して、放電電流および放電時の電極間電圧の経時変化をデータロガーで測定することにより放電持続性を評価した。
各々のマグネシウム空気電池についての放電電流および放電時の電極間電圧の経時変化を示すチャートを図１０に示し、放電持続時間（２Ａ以上の放電電流を維持した時間）を下記表１に併せて示す。
【００７２】
＜試験例３（正極の破損の有無）＞
実施例１および比較例１〜４によって得られたマグネシウム空気電池の各々について、放電持続性（試験例２）の試験を終了した後の円筒状正極体を目視により観察して、破損（亀裂およびこれに伴う電解液の液漏れ）の発生の有無を確認した。
結果を併せて表１に示す。
【００７３】
【表１】
0006315474.tif 000002
【００７４】
上記表１の結果から、実施例１によって得られたマグネシウム空気電池は、最大電力が高くて放電持続性に優れていることが確認された。
また、６０時間にわたる放電後においても円筒状正極体に破損は認められなかった。
なお、電池反応により生成した水酸化マグネシウム等の反応生成物は、容器本体内の全体に分散されており、また、分散円筒状負極体の各々の他端側は容器本体の中心軸側に変位していた。
【００７５】
これに対して、円柱状の負極体を備えた比較例１により得られたマグネシウム空気電池は、最大電力が低くて出力性能に劣るものであった。
【００７６】
また、円筒状の負極体を備えた比較例３および４により得られたマグネシウム空気電池は放電持続性に劣るものであった。また、比較例２〜４により得られたマグネシウム空気電池では、試験終了後において円筒状正極体と円筒状負極体との間に反応生成物が偏在しており、円筒状正極体には破損が認められた。
【符号の説明】
【００７７】
１００  マグネシウム空気電池
１０  容器本体
１１  開口窓
２０  蓋体
３０  円筒状正極体
３１  導電材層
３３  集電体層
４１〜４４  部分円筒状負極体
５０  負極端子
６１〜６４  板バネ状集電体
７０  正極端子
【図１】
0006315474.tif 000003
【図２】
0006315474.tif 000004
【図３】
0006315474.tif 000005
【図４】
0006315474.tif 000006
【図５】
0006315474.tif 000007
【図６Ａ】
0006315474.tif 000008
【図６Ｂ】
0006315474.tif 000009
【図７】
0006315474.tif 000010
【図８】
0006315474.tif 000011
【図９】
0006315474.tif 000012
【図１０】
0006315474.tif 000013