(57)【要約】【課題】金属のリサイクルを容易にし得る金属空気電池、及び使用済みの金属空気電池からの金属回収方法を提供する。【解決手段】金属空気電池（１）は、電解液（１３）中の金属イオンを分離する分離機構（１４）を備えている。金属空気電池（１）は、分離機構（１４）として金属イオンを吸着して分離する吸着分離機構を有する。  使用済み金属空気電池（１）からの金属回収方法は、使用済みの金属空気電池（１）から分離機構（１４）を取り出すことにより金属を回収する工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液中の金属イオンを分離する分離機構を備えたことを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
前記分離機構が、金属イオンを吸着して分離する吸着分離機構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】
前記分離機構が、負極に当接した状態で設置され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】
前記分離機構が、正極と負極とにより挟持されてい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】
前記吸着分離機構が、少なくとも一種類以上のイオン交換樹脂を有することを特徴とする請求項２に記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記イオン交換樹脂が、キレート樹脂を有することを特徴とする請求項５に記載の金属空気電池。
【請求項７】
前記キレート樹脂が、イミノジ酢酸基、ポリアミン基及びＮ−メチルグルカミン基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有することを特徴とする請求項６に記載の金属空気電池。
【請求項８】
前記分離機構が、当該金属空気電池から脱離される構造を有し、かつ、キレート化剤として機能する分子構造がポリマーに導入された固定化キレート樹脂を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項９】
前記分離機構が、当該金属空気電池のセパレータに含まれていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項１０】
前記分離機構が、当該金属空気電池の樹脂外装体に含まれていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項１１】
前記分離機構が、塩の添加による金属イオンの沈殿形成によって分離する沈殿形成分離機構を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項１２】
前記分離機構が、多価イオンを含む塩の添加による、金属イオンの沈殿形成によって分離する沈殿形成分離機構を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項１３】
前記分離機構が、硫酸イオン、炭酸イオン及びシュウ酸イオンからなる群より選ばれた少なくとも一種の多価イオンを含む塩の添加による、金属イオンの沈殿形成によって分離する沈殿形成分離機構を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項１４】
前記分離機構が当該金属空気電池の放電開始前に前記電解液に接するように配置された、又は前記分離機構が当該金属空気電池の放電開始以後に前記電解液に接するように配置されたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項１５】
前記金属空気電池がアルミニウム空気電池であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の金属空気電池。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の金属空気電池から金属を回収する方法であって、
使用済みの金属空気電池から前記分離機構を取り出すことにより金属を回収する工程を有することを特徴とする使用済み金属空気電池からの金属回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属空気電池、及び使用済み金属空気電池からの金属回収方法に関する。更に詳細には、本発明は、金属のリサイクルを容易にし得る金属空気電池、及び使用済み金属空気電池からの金属回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属空気電池は、空気中の酸素を活物質として利用するものであるため経済的であり、さらに長期無保守で使用できる電源である。従来の金属空気電池としては、ボタン型空気電池が知られている。ボタン型空気電池は、金属製負極ケースと空気孔を有する金属製正極ケースとをガスケットを介して嵌め合せたケース嵌合体を使用する。そして、このケース嵌合体の内部に、負極、電解液、セパレータ、空気極（正極）及び撥水膜などが配置された構造を有する。また、金属空気電池は、金属を適用して性能向上が図られている。
【０００３】
ここで、金属のリサイクルは、資源の有効活用の観点から重要である。従来、使用済みニッケル水素二次電池からニッケルやコバルト等の金属を回収する方法として、次のような方法が提案されている。まず、使用済みニッケル水素二次電池から分離した電極活物質を硫酸で溶解し、その溶解液に炭酸塩を添加する。そして、希土類元素を炭酸塩として選択的に沈殿させて除去することにより、高純度の金属を含む溶液を得ている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４９８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された使用済みニッケル水素二次電池からの金属回収方法を、回収対象である金属の使用量が少ない金属空気電池に適用した場合には、非常に手間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、金属のリサイクルを容易にし得る金属空気電池及び使用済み金属空気電池からの金属回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様に係る金属空気電池は、電解液中の金属イオンを分離する分離機構を備えることを要旨とする。
【０００８】
本発明の第二の態様に係る、使用済み金属空気電池からの金属回収方法は、使用済みの金属空気電池から上記分離機構を取り出すことにより金属を回収する工程を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の金属空気電池は、電解液中の金属イオンを分離する分離機構を備えている。そのため、予め分離された金属を含む分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係る金属空気電池の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第二実施形態に係る金属空気電池の概略的な構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第三実施形態に係る金属空気電池の概略的な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る金属空気電池について、図面に基づき詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
本実施形態の金属空気電池は、空気中の酸素が正極と接触し、当該酸素を正極活物質として使用する電池である。そして、当該金属空気電池は、電解液中の金属イオンを分離する分離機構を備えたものである。このような構成とすることで、予め分離された金属を含む分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。具体的には、例えば負極に含有される金属が金属イオンとして電解液中に溶解した場合、その金属イオンを分離機構によって分離し、金属空気電池から取り出すことにより、金属を容易に回収することができる。
【００１３】
また、本実施形態の金属空気電池は、分離機構が、電解液中の金属イオンを吸着して分離する吸着分離機構を有するものであることが好ましい。このような構成とすることにより、予め分離された金属を含む吸着分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。なお、本発明において、「分離機構が吸着分離機構を有する構成」には、「分離機構が吸着分離機構である構成」も含む意味に解釈しなければならない。
【００１４】
さらに、本実施形態の金属空気電池は、吸着分離機構が少なくとも一種類以上のイオン交換樹脂を有するものであることが好ましい。このような構成とすることにより、イオン交換樹脂によって予め分離された金属を含む吸着分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。なお、本発明において、「吸着分離機構がイオン交換樹脂を有する構成」には、「吸着分離機構がイオン交換樹脂である構成」も含む意味に解釈しなければならない。
【００１５】
また、本実施形態の金属空気電池は、イオン交換樹脂がキレート樹脂を有するものであることが好ましい。このような構成とすることにより、キレート樹脂によって予め分離された金属を含む吸着分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。なお、本発明において、「イオン交換樹脂がキレート樹脂を有する構成」には、「イオン交換樹脂がキレート樹脂である構成」も含む意味に解釈しなければならない。
【００１６】
さらに、本実施形態の金属空気電池においては、キレート樹脂として、イミノジ酢酸基、ポリアミン基及びＮ−メチルグルカミン基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するものを適用することが好ましい。イミノジ酢酸基を有するキレート樹脂は、インジウム（Ｉｎ）やガリウム（Ｇａ）、鉛（Ｐｂ）などを選択的に取り込むため、このキレート樹脂を取り出すことにより、これらの金属を回収することができる。また、ポリアミン基を有するキレート樹脂は、亜鉛（Ｚｎ）やカドミウム（Ｃｄ）などを選択的に取り込むため、このキレート樹脂を取り出すことにより、これらの金属を回収することができる。さらに、Ｎ−メチルグルカミン基を有するキレート樹脂は、錫（Ｓｎ）やゲルマニウム（Ｇｅ）などを選択的に取り込むため、このキレート樹脂を取り出すことにより、これらの金属を回収することができる。
【００１７】
また、本実施形態の金属空気電池においては、分離機構が、金属空気電池から脱離容易な構造である固定化キレート樹脂を有するものであることが好ましい。このような構成とすることにより、予め分離された金属を含む固定化キレート樹脂を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。なお、脱離容易な構造としては、例えば、棒状、板状、シート状などの構造であるものを挙げることができる。また、固定化キレート樹脂とは、キレート化剤として機能する分子構造（例えば、上記イミノジ酢酸基、ポリアミン基、Ｎ−メチルグルカミン基など）がポリマーに導入されたものである。つまり、固定化キレート樹脂とは、イミノジ酢酸基、ポリアミン基及びＮ−メチルグルカミン基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基が、キレート樹脂の基材となるポリマーに結合されたものである。
【００１８】
さらに、本実施形態の金属空気電池においては、分離機構が、当該金属空気電池のセパレータに含まれていることが好ましい。このような構成とすることにより、予め分離された金属を含む分離機構を備えたセパレータを取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。なお、本発明において、「分離機構がセパレータに含まれる構成」には、「分離機構がセパレータである構成」も含む意味に解釈しなければならない。
【００１９】
本実施形態の金属空気電池においては、分離機構が、当該金属空気電池の樹脂外装体に含まれていることが好ましい。このような構成とすることにより、予め分離された金属を含む分離機構を備えた外装体を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。
【００２０】
一方、本実施形態の金属空気電池においては、分離機構が、塩の添加による金属イオンの沈殿形成によって分離する沈殿形成分離機構を有するものであることが好ましい。このような構成とすることにより、予め分離された金属を含む沈殿形成分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。なお、本発明において、「分離機構が沈殿形成分離機構を有する構成」には、「分離機構が沈殿形成分離機構である構成」も含む意味に解釈しなければならない。また、このような沈殿形成分離機構としては、例えば、塩の添加を実行する部位と、形成された沈殿物を溜める部位とを有するものを挙げることができる。なお、沈殿を溜める部位は、沈殿物が回収し易い位置に予め設けておけばよい。
【００２１】
また、本実施形態の金属空気電池においては、分離機構が、多価イオンを含む塩の添加による金属イオンの沈殿形成によって分離する沈殿形成分離機構を有するものであることが好ましい。このような構成とすることにより、予め分離された金属を含む沈殿形成分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。なお、多価イオンを含む塩としては、硫酸イオン（ＳＯ４２−）、炭酸イオン（ＣＯ３２−）、シュウ酸イオン（（ＣＯＯ）２２−）など多価イオンを含む塩が好適である。なお、これらの多価陰イオンの対となる陽イオンとしては、溶解性の高いナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）などのアルカリ金属を用いた塩が好ましい。
【００２２】
さらに、本実施形態の金属空気電池においては、分離機構が、金属空気電池の放電開始前に電解液に接するように配置されたものであってもよい。また、分離機構が、金属空気電池の放電開始以後に電解液に接するように配置されたものであってもよい。このような構成とすることによって、予め分離された金属を含む分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。
【００２３】
また、本実施形態の金属空気電池としては、アルミニウム空気電池を好適例として挙げることができるが、これに限定されるものではなく、他の従来公知の金属空気電池に適用することもできる。また、このような金属空気電池は、自動車や列車、船舶などに搭載される大型の金属空気電池とすることが好ましい。この場合、金属のリサイクルを容易にした効果がより発揮されることとなる。
【００２４】
次に、本発明の実施形態に係る使用済み金属空気電池からの金属回収方法について詳細に説明する。本実施形態の使用済み金属空気電池からの金属回収方法は、使用済みの金属空気電池から分離機構を取り出すことにより金属を回収する方法である。上述したような構成の金属空気電池とすることによって、予め分離された金属を含む分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。
【００２５】
ここで、例えばアルミニウム空気電池の場合、アルミニウムと共に負極に添加される金属の種類は限られており、例えば、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などが添加される。このような金属は、所定のキレート樹脂を用いることにより選択的に回収することができる。さらに、アルミニウム空気電池は強アルカリ電解液を用いているため、アルミニウムについても高純度の水酸化アルミニウムとして容易に回収することができる。このような分離機構を用いた方法は、一般的なボーキサイトからのアルミ製錬工程（バイヤー法）で得られた水酸化アルミニウムからガリウムを回収する方法よりも、手間がかからないという利点がある。さらに、金属を選択的に回収したキレート樹脂を酸性液体に浸漬することによって、キレート樹脂から金属だけを取り出すことが可能である。
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら更に詳細に説明する。
【００２７】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係る金属空気電池の概略的な構成を示す断面図である。なお、本実施形態は、分離機構が金属空気電池の放電開始前に電解液に浸漬されて配置された例である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の金属空気電池１は、負極１１と、負極１１と離隔されて設けられている正極１２と、負極１１と正極１２との間に介在する電解液１３と、電解液１３に浸漬されている分離機構１４と、これらを収容する外装体１５とを備える。そして、正極１２の周囲には外装体１５の側壁の端部が一体的に接合されており、正極１２と外装体１５との境界からの電解液の漏出が抑制されている。さらに、負極１１の一端は外装体１５の側壁と接合されている。そして、正極１２の一方の面は空気と接触し、対向する他方の面は電解液１３と接触している。また、負極１１における外装体１５と接合している部分以外は電解液１３中に浸漬されている。
【００２９】
そして、分離機構１４は、正極１２及び負極１１と所定間隔を有して隔離されており、さらに分離機構１４の全体が電解液１３に浸漬した状態となっている。なお、図示しないが、分離機構１４の一部のみが電解液に接するように配置されていてもよく、分離機構１４の一部が外装体１５と接合されていてもよい。
【００３０】
本実施形態においては、予め分離された金属を含む分離機構を取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。以下、各構成について更に詳細に説明する。
【００３１】
＜負極＞
負極１１は、例えば、標準電極電位が水素より卑な金属単体又は合金からなる負極活物質と、性能向上のために添加される金属とを含む。なお、性能向上のために添加される金属は合金化して負極活物質として機能していてもよく、合金化せずに、他の機能を発揮して性能向上に寄与していてもよい。場合によっては、負極は多孔質の材料で形成されていてもよい。
【００３２】
標準電極電位が水素より卑な金属単体としては、例えばリチウム（Ｌｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）などを挙げることができる。また、合金を適用することもできる。このような負極活物質は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００３３】
なお、合金とは、一般に金属元素に一種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものであって、金属的性質を持っているものの総称である。具体的には、上述の金属元素に一種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものを挙げることができる。なお、合金の組織には、成分元素が別個の結晶となる、いわば混合物である共晶合金；成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの；成分元素が金属間化合物又は金属と非金属との化合物を形成しているものなどがある。本実施形態ではいずれの合金組織であってもよい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を用いることができる。
【００３４】
アルミニウム金属空気電池の場合には、添加される金属として、インジウム（Ｉｎ）やガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などを挙げることができる。このような金属は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、金属空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
【００３５】
＜正極＞
正極１２は、例えば触媒成分、必要に応じて、触媒成分を担持する導電性の触媒担体や触媒成分を結合するバインダを含み、多孔質構造が形成されている。以下、触媒担体に触媒成分が担持されてなる複合体を「電極触媒」とも称する。
【００３６】
正極は、空気などの酸素含有ガスが供給される側に図示しない撥水膜を有する。撥水膜は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など撥水性を有する高分子からなる多孔膜が用いられ、電解液が電極触媒を通過して空気極の外へ漏出することを防止する。また、撥水膜は、電極触媒へ空気を供給するための細孔を有する。
【００３７】
触媒成分としては、具体的には、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）等の金属及びこれらの合金などから選択することができる。このような触媒成分は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００３８】
また、合金の組織には、成分元素が別個の結晶となる共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物又は金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあることは、上述した通りである。
【００３９】
触媒成分の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒成分と同様の形状及び大きさを採用することができる。ただ、触媒成分の形状は粒状であることが好ましい。また、触媒成分としての触媒粒子の平均粒子径は３０ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。触媒粒子の平均粒子径がこのような範囲内にあると、電気化学反応が進行する有効電極面に関連する触媒利用率と触媒担持の簡便さとのバランスを適切に制御することができる。なお、触媒粒子の平均粒子径は、Ｘ線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅から求められる結晶子径として測定することができる。
【００４０】
また、触媒担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、及び触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。触媒担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであることが好ましい。
【００４１】
触媒担体としては、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。なお、「実質的に炭素原子からなる」とは、２〜３質量％程度以下の不純物の混入が許容され得ることを意味する。
【００４２】
触媒担体のＢＥＴ比表面積は、触媒成分を高分散担持させるのに充分な比表面積であればよいが、好ましくは２０〜１６００ｍ２／ｇ、より好ましくは８０〜１２００ｍ２／ｇである。触媒担体の比表面積がこのような範囲内であると、触媒担体上での触媒成分の分散性と触媒成分の有効利用率とのバランスを適切に制御することができる。
【００４３】
触媒担体のサイズについても特に限定されない。ただ、担持の簡便さ、触媒利用率、電極触媒からなる触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、触媒担体の平均粒子径を５〜２００ｎｍ程度、好ましくは１０〜１００ｎｍ程度とするとよい。なお、触媒担体の平均粒子径（メディアン径、Ｄ５０）は、動的光散乱法により求めることができる。
【００４４】
触媒担体に触媒成分が担持されてなる電極触媒において、触媒成分の担持量は、電極触媒の全量に対して、好ましくは１０〜８０質量％、より好ましくは３０〜７０質量％である。触媒成分の担持量がこのような範囲内の値であると、触媒担体上での触媒成分の分散度と触媒性能とのバランスが適切に制御され得る。なお、電極触媒における触媒成分の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ）によって測定することができる。
【００４５】
しかしながら、これらに限定されるものではなく、金属空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
【００４６】
さらに、バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、以下の材料が挙げられる。バインダとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物などの熱可塑性高分子；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）等のフッ素樹脂；ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム；エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドを挙げることができる。このようなバインダは、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００４７】
＜電解液＞
電解液１３は、例えば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液や非水溶液を適用することができる。このような水溶液や非水溶液は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、金属空気電池に適用される従来公知の電解液を適用することができる。
【００４８】
＜分離機構＞
分離機構１４は、例えば、電解液中の金属イオンを分離するものであれば、特に限定されるものではないが、金属イオンを吸着して分離する吸着分離機構を有するものであることが好ましい。吸着分離機構としては、例えば、種々のイオン交換樹脂やイオン交換樹脂の一例であるキレート樹脂を有するものを挙げることができる。キレート樹脂として、例えば、イミノジ酢酸基、ポリアミン基若しくはＮ−メチルグルカミン基又はこれらの任意の組み合わせに係る官能基を有するものを挙げることができる。
【００４９】
インジウム（Ｉｎ）やガリウム（Ｇａ）を含んだアルミニウム金属空気電池の場合には、イミノジ酢酸基を有するキレート樹脂を適用することが好ましいが、これに限定されるものではない。つまり、添加される金属に応じてキレート樹脂を適宜選択して用いることができる。例えば、インジウム（Ｉｎ）に加えて錫（Ｓｎ）を含むものの場合、イミノジ酢酸基を有するキレート樹脂と、Ｎ−メチルグルカミン基を有するキレート樹脂とを両方備えていてもよい。
【００５０】
また、分離機構は、棒状、板状、シート状などの脱離容易な形状や構造である固定化キレート樹脂を有するものを適用することが好ましい。ただ、これらに限定されるものではなく、設けられる空間形状などに応じて、形状や構造を適宜選択して適用することができる。
【００５１】
＜外装体＞
外装体１５は、上記構成や詳しくは後述するセパレータを収容し得るものであって、金属空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。例えば樹脂や金属、これらの複合材からなるものを適用することができる。
【００５２】
［第二実施形態］
図２は、第二実施形態に係る金属空気電池の概略的な構成を示す断面図である。なお、本実施形態は、分離機構が金属空気電池の放電開始前に電解液に浸漬されて配置された例である。また、第一実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図２に示すように、本実施形態の金属空気電池は、分離機構がセパレータに含まれている構成が第一実施形態の金属空気電池と相違している。すなわち、本実施形態の金属空気電池１Ａにおいては、負極１１と正極１２との間にセパレータ１６が設置されており、セパレータ１６が分離機構１４を含んでいる。
【００５４】
本実施形態においては、予め分離された金属を含む分離機構を備えたセパレータを取り出すことにより、使用済みの金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。
【００５５】
なお、図２では、セパレータ１６は、負極１１と正極１２のいずれにも接触している。しかし、セパレータ１６は、負極１１と正極１２の間に配置されていればよく、負極１１及び正極１２に接触している必要はない。ただ、金属は負極１１に含まれているため、セパレータ１６は負極１１に当接していることが好ましい。これにより、負極から溶出した金属がセパレータ１６に接触しやすくなる。その結果、セパレータ１６中の分離機構１４により金属を捕捉しやすくなるため、金属をより確実に分離することが可能となる。
【００５６】
また、セパレータ１６は、正極１２と負極１１とにより挟持されていることが好ましい。正極１２及び負極１１の対向する面同士でセパレータ１６の両面を挟持することにより、金属空気電池に振動が付加されてもセパレータが安定的に保持されるため、電池自体の耐久性を向上させることができる。また、セパレータ１６は、負極１１だけでなく正極１２にも接触している。そのため、正極１２に金属を使用した場合、正極１２から溶出した金属がセパレータ１６に接触しやすくなることから、金属の回収効率を向上させることが可能となる。
【００５７】
＜セパレータ＞
セパレータ１６は、電解液が水溶液である場合、例えば撥水処理を行っていないグラスペーパー、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜を好適に用いることができる。セパレータに含まれる分離機構としては、例えば、固定化キレート樹脂からなる微多孔膜をセパレータに積層されるものを挙げることができる。また、セパレータとして機能する分離機構としては、キレート化剤として機能する分子構造を導入したポリオレフィンからなる微多孔膜を挙げることができる。しかしながら、セパレータの材料は、これらに限定されるものではなく、金属空気電池に適用される従来公知の材料を適宜選択して用いることができる。
【００５８】
［第三実施形態］
図３は、第三実施形態に係る金属空気電池の概略的な構成を示す断面図である。なお、本実施形態は、分離機構の一部である塩が金属空気電池の放電開始以後に電解液に投入されるように配置された例である。また、第一実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図３に示すように、本実施形態の金属空気電池は、分離機構が樹脂製の外装体に含まれている構成が上述した第一実施形態の金属空気電池と相違している。すなわち、本実施形態の金属空気電池１Ｂにおいては、樹脂製の外装体１５が分離機構１４の他の例である塩の添加による沈殿形成によって分離する沈殿形成分離機構を有する。沈殿形成分離機構は、塩１４ａと、塩の添加を実行する部位１４ｂと、形成された沈殿物を溜める部位１４ｃとを有する。
【００６０】
本実施形態においては、塩の添加を実行する部位により、塩が電解液中に投入され、形成された沈殿物が溜める部位に収容される。このように、本実施形態では、金属空気電池の分解及び解体等のリサイクル前に、金属イオンが分離される。そのため、分離された金属を含有する沈殿物を溜める部位を取り出すことにより、使用済み金属空気電池からの金属のリサイクルを容易にし得る。
【００６１】
以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
【００６２】
すなわち、上述した各実施形態に記載した構成は、各実施形態に限定されるものではなく、例えば、分離機構の構成の細部を変更したり、各実施形態の構成を組み合わせたりすることができる。具体的には、外装体に含ませる分離機構として、塩の添加による沈殿形成によって分離する沈殿形成分離機構を有するものを例示したが、例えば上記キレート樹脂を外装体の内部表面に配置してもよい。また、キレート樹脂は金属空気電池の放電開始前に所定の位置に配置されている場合を例示したが、放電開始以後に所定の位置に投入してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  金属空気電池
１１  負極
１２  正極
１３  電解液
１４  分離機構
１４ａ  塩
１５  外装体
１６  セパレータ
【図１】
2013243118.tif 000003
【図２】
2013243118.tif 000004
【図３】
2013243118.tif 000005