(57)【要約】【課題】空気極側の空気導入口からの電解液溶媒の蒸発を極めて高いレベルで抑制することができる空気電池を提供する。【解決手段】正極として機能する空気極と、負極と、電解液と、空気極、負極および電解液を収容する電池ケースとを備えた空気電池であって、電池ケースの前記空気極側には、空気導入口が設けられ、電池の不使用時には空気導入口に液体を供給し、使用時には液体を抜き出す機能を有する液体供給手段を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極として機能する空気極と、負極と、電解液と、前記空気極、負極および電解液を収容する電池ケースとを備えた空気電池であって、
前記電池ケースの前記空気極側には、空気導入口が設けられ、
電池の不使用時には前記空気導入口に液体を供給し、使用時には前記液体を抜き出す機能を有する液体供給手段を備えたことを特徴とする空気電池。
【請求項２】
前記液体は、前記空気極と前記負極との間に介在する前記電解液と同一の物質であることを特徴とする請求項１に記載の空気電池。
【請求項３】
前記液体は、前記空気極と前記負極との間に介在する前記電解液の溶媒と同一の物質であることを特徴とする請求項１に記載の空気電池。
【請求項４】
前記空気極は、前記空気導入口側部分が撥溶媒性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気電池に係り、特に、空気電池の劣化を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気電池は、正極活物質として空気中の酸素を利用するため、電池内に正極活物質を充填する必要が無く、その分、負極活物質を充填できるため、化学電池の中では極めて大きい容量を有し、様々な用途で利用されている。
【０００３】
空気電池の負極には、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、鉄等の化学的に卑な金属（下記式においてＭと表記）が用いられ、正極（空気極）には、炭素や金属、合金等を多孔質とし、酸素還元触媒が塗布されたガス拡散電極が用いられる。空気中の酸素がこのガス拡散電極に取り込まれることにより、下記に示す放電反応が進行する。
負極：Ｍ→Ｍｎ＋＋ｎｅ−
正極：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−
【０００４】
空気電池は、上記のような空気中の酸素を必要とする動作原理であるため、密閉構造とすることが困難であり、空気極側は、大気中に開放された構造となっている。そのため、空気電池の不使用時には、周囲の環境が高温低湿である場合に電解液または電解液溶媒が蒸発し、消耗してしまう問題があった。また、電解液にアルカリ系水溶液を使用する場合には、空気中の二酸化炭素が取り込まれて中和されてしまう問題もあった。結果として、空気電池の放置劣化を招くこととなっていた。
【０００５】
このような問題に対して、電池の不使用時において、空気電池に酸素を取り入れるための空気導入口に弾性材料からなるカバーを押圧することにより、空気電池内部と外気とを遮断する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１３４６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記技術においては、手動でカバーを着脱する場合はその作業が煩雑であり、自動で開閉する場合は自動開閉システムの構築が複雑となり、いずれの場合もコストが嵩むという問題がある。
【０００８】
また、カバーの開閉繰り返し回数やカバー使用時間が増大すると、カバーに用いる弾性材料は外部から繰り返し力を受けるために変形し、劣化の原因となる。そのため、長期間のカバーの使用に対して、密閉性が維持されないという問題がある。
【０００９】
さらに、単なる物理的なシール密閉では、電解液溶媒の蒸発を抑制する機構が存在せず、長時間に亘って使用した場合や高温雰囲気で使用した場合に、溶媒蒸気の流出は完全には防ぐことができない。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、空気極側の空気導入口からの電解液溶媒の蒸発を極めて高いレベルで抑制することができる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】
【００１１】
本発明の空気電池は、正極として機能する空気極と、負極と、電解液と、空気極、負極および電解液を収容する電池ケースとを備えた空気電池であって、電池ケースの空気極側には、空気導入口が設けられ、電池の不使用時には空気導入口に液体を供給し、使用時には液体を抜き出す機能を有する液体供給手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
本発明にあっては、前記液体は、空気極と負極との間に介在する電解液と同一の物質であることを好ましい態様としている。
【００１３】
本発明にあっては、前記液体は、空気極と負極との間に介在する電解液の溶媒と同一の物質であることを好ましい態様としている。
【００１４】
本発明にあっては、前記空気極は、空気導入口側部分が撥溶媒性を有することを好ましい態様としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、空気電池の不使用時には、空気導入口に液体が供給されて閉塞されるので、酸素を電池から遮断して発電を停止させるばかりか、電解液の溶媒が外部に蒸発して減少することを抑制することができる。結果として、空気電池の不使用時の劣化を抑制することができる。また、電解液がアルカリ性の場合には、空気中の二酸化炭素を吸収することを抑制することもできる。空気電池の使用時には、空気導入口の液体が抜き出されるので、空気導入口が開放され、酸素を電池内に取り込み、放電を開始することができる。
【００１６】
また、液体が電解液と同一または電解液溶媒と同一である態様においては、液体が空気導入口に供給されることで、電池使用中に蒸発して失われた電解液または電解液溶媒を補充することができる。
【００１７】
さらに、空気極の空気導入口側の部分が撥溶媒性を有する態様においては、電解液が電池内部から拡散し難くなり、電池使用中の溶媒の拡散を抑制することができる。また、空気極が直接液体と触れても、電解液の漏れを防ぎ、かつ液体が空気極の空気供給孔を目詰まりさせないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の空気電池の使用時の状態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の空気電池の不使用時の状態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の空気電池の他の実施形態における不使用時の状態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
空気電池の構成
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１および２は、本発明の一実施形態に係る空気電池を模式的に示した断面図である。符号１０は電池ケースであり、電池ケース１０内には、亜鉛、鉄、アルミニウム、マグネシウム等の負極２０と、負極２０の種類に合わせて用いられる電解液３０と、空気中の酸素を取り込むことができるガス拡散電極である空気極（正極）２１とが収められている。電池ケース１０には、酸素を空気極２１に取り込むために開口した空気導入口１１が形成されている。
【００２０】
本発明においては、さらに、本発明の液体３１を空気電池に供給する液体供給手段が設けられている。液体供給手段は、液体３１を保持するタンク４０と、タンク４０内に保持された液体３１のタンク４０〜空気導入口１１間の流路を構成する配管４１と、配管４１途上に設けられ液体３１を空気導入口１１に対して供給あるいは抜き出しを行うポンプ４２とからなる。
【００２１】
空気電池の動作
図１は、空気電池の使用時の状態を示す図である。このときには、液体３１は、タンク４０内に保持され、空気導入口１１は外部に対して開放されている。空気電池は、空気導入口１１から酸素を取り込み、放電反応が進行する。この時の放電反応は、公知の空気電池における放電反応と同じであるので、説明を省略する。このとき、図に示すように、一部の溶媒は、空気導入口１１を経て外部に蒸発し、失われる。
【００２２】
図２は、空気電池の不使用時の状態を示す図である。電池を不使用とする場合には、図１においてポンプ４２を駆動させ、液体３１を空気導入口１１に供給し、図２に示す状態とする。この状態によれば、空気導入口１１を閉塞させることにより、電池外部からの酸素の供給を遮断して電池の放電反応を停止させ、図１の使用状態で一部失われた電解液溶媒を補充することができる。また、電池内部から電解液または電解液溶媒が蒸発することを抑制することができる。
【００２３】
空気電池を再び使用時の状態にするには、図２においてポンプ４２を駆動させ、液体３１を空気導入口１１から抜き出し、再びタンク４０に回収する。これにより空気導入口１１が開放され、酸素が取り込まれて放電反応が進行する。
【００２４】
以上説明した本発明の空気電池によれば、電池の不使用状態が長期間に及んでも、酸素の取り込みを遮断し、電解液溶媒の蒸発を抑制し、電池特性（出力特性、放電容量、サイクル特性）の低下を抑制することができる。また、図１に示すＣＯ２の取り込みにより従来、アルカリ系電解液の場合においては中和による劣化を受けていたが、この劣化も抑制することができる。本発明によれば、電池の使用／不使用の状態に応じて液体をタンクと空気導入口の間を行き来させることで効率的かつ実用的なシステムが成立する。
【００２５】
空気電池の変更例
図３に、本発明の空気電池の他の実施形態を示す。図３の空気電池は、配管４１に接続された外部ケース５０に収容されている。この外部ケース５０は、剛性のあるタンクや柔軟性のある袋状の形態等、特に限定されない。
【００２６】
このような実施形態によれば、空気電池の周囲全体が液体３１で満たされた上に外部ケース５０によって保持されているので、液体３１による密閉状態をより確実なものとすることができる。図１および２の空気電池においては、液体３１が外部に露出しているので、例えば振動が加わる環境で空気電池が使用された場合、液体３１が飛散して密閉状態が破られるおそれがあるが、本実施形態によれば、空気電池にどのような力が加わっても、密閉状態が破られることを防止することができる。
【００２７】
空気電池の構成要素
空気極（正極）
従来の空気極は、通常は三相界面を形成するために電解液側にのみ撥溶媒処理をしているが、本発明においては、両面に処理を行うことが好ましい。すなわち、空気極を構成するガス拡散電極の、空気導入口側に面する部分に撥溶媒性（疎溶媒性）を持たせることが好ましい。撥溶媒性（疎溶媒性）とは、電解液が水系の場合は撥水性（疎水性）を意味し、電解液が有機系の場合は撥油性（疎油性）を意味する。電解液が水系の場合には、電解液側、空気側の両面に撥水処理（テフロン（登録商標）コーティング等）が施され、片側（電解液側）に酸素還元触媒が塗布され、十分に気体を透過し電気伝導度の高い素材（カーボンや発泡金属等）で構成される。電解液に有機溶媒を使用する場合には、撥油処理（親水性処理）とし、電極の素材や触媒の塗布に関しては電解質が水溶液の場合と同様である。
【００２８】
このように空気極の空気導入口側の部分が撥溶媒性を有する態様においては、当該部分の濡れ性が低下することから、電解液が電池内部から撥溶媒性部分へ拡散し難くなり、電池使用中の溶媒の外部への蒸発を抑制することができる。また、液体が空気導入口に満たされ、空気極が直接液体と触れても、電解液の漏れを防ぎ、かつ液体が空気極の微細な酸素供給孔を目詰まりさせず、液体を空気導入口から除去後も、空気極上にある微細な酸素供給孔を目詰まりさせない。
【００２９】
負極
酸化されやすい、水素よりもイオン化傾向の大きい卑な金属（Ｌｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ等）が使用される。
【００３０】
電解液
イオン伝導度の高い水溶液、もしくは有機系溶媒を用いた溶液が使用される。
【００３１】
液体
本発明においては、液体３１は、電解液３０と同質のものが選択されると好ましい。例えば、亜鉛空気電池、鉄空気電池などの場合には電解液３０としてアルカリ系水溶液が使用されるので、液体３１としては、当該アルカリ系水溶液または水を選択することが好ましく、必要に応じて他の成分を添加した水が主成分である他の水溶液を選択することもできる。また、リチウム空気電池などの場合は有機系電解液が使用されるので、液体３１として、当該有機系電解液またはその電解液を構成する有機溶媒を選択することが好ましく、必要に応じて他の成分を添加した当該有機溶媒が主成分である他の溶液を選択することもできる。ここで、他の成分とは、例えば、凍結防止添加剤等、必要な機能を持たせた材料である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、空気電池の不使用期間が長期に亘っても、また、使用状態と不使用状態が数多く繰り返されても、不使用時には溶媒の蒸発を確実に抑制し、電池特性の劣化を抑制することができ、極めて有望である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…電池ケース、
１１…空気導入口、
２０…負極、
２１…正極（空気極）、
３０…電解液、
３１…液体、
４０…タンク、
４１…配管、
４２…ポンプ、
５０…外部ケース。
【図１】
2013110065.tif 000003
【図２】
2013110065.tif 000004
【図３】
2013110065.tif 000005