(57)【要約】      （修正有）【課題】空気二次電池において繰り返しの充電−放電で生じる正極の機能劣化を克服できる新しい炭素系正極材料を提供する。【解決手段】木材や、木材の破片、おがくず、ヤシがらなどのおがくず、破片、小チップを原料として、それらを固形状に加工し、７００℃〜１３５０℃までの温度で炭化して作製した”おが白炭”により、空気二次電池の正極を構成することにより、長期の充電−放電サイクルにおける機能劣化およびガス発生を克服する。【選択図】図２
2013165051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材や、木材の破片、おがくず、ヤシがらなどの“おがくず”、破片、小チップを原料として、それらを固形状に加工し、さらにその固形を、７００℃から１３５０℃までの温度で炭化することを特徴とする、空気二次電池の正極材料の製造手法。
【請求項２】
炭化した“おが白炭”から切り出したバルク形状、おが白炭の粉末、あるいは粉末からセラミック加工した板状などで構成する空気二次電池の正極材料、およびそれを使用した空気二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載の“おが白炭”と電気伝導性と酸素吸着能に優れた活性炭を混合して構成する空気二次電池の正極材料、及びそれを使用した空気二次電池。
【請求項４】
請求項１−３に記載の“おが白炭”に窒素ガス中での放電やスパッタリング装置などで、窒素分子あるいは窒素原子を添加して、正極能力を向上させた空気二次電池の正極、及びそれによる空気二次電池。
【請求項５】
請求項目１−４に記載の正極材料で構成した空気電池において、負極に水素吸蔵合金などの水素極を使用した空気二次電池。
【請求項６】
請求項１−５に記載の空気二次電池のモジュ−ルと、太陽電池などのモジュ−ル、を両者の電池出力を補完する構成、あるいは太陽電池を空気二次電池への充電源として構成する複合電池システム。
【請求項７】
請求項目１から５に記載の空気二次電池のモジュ−ル、あるいは、太陽電池などとの連結による複合型電池システムによる各種照明装置、イルミネ−ション装置、防災装置、および各種電子機器の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電池の正極材料と空気二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  現在、空気電池一次電池は小領域であるが実用電池として開発され、商業ベースで販売されているが、空気二次電池は実用開発に至っていない。空気一次電池の正極として主に用いられている炭素材料は、多孔質かつ電気伝導性を有する活性炭などへＰｔ（白金）等の貴金属触媒を添加した炭化材料が使用されている。【０００３】  空気電池の正極として実用あるいは教材などで使用されている炭化材料には、前述の活性炭系と高温で炭化焼成した備長炭（電気伝導性）などがあるが、それらの共通した特徴は、極めて大きい内部細孔面積（５００−２０００ｍ２／ｇ）を持つことと、電池正極として電気伝導率を有することである。しかし、活性炭をベースとした炭化材料は、酸素気体などの吸着能は優れているが、それ自身では酸素気体（Ｏ２）の電解液へのＯＨ−イオン解離能が少なく、高い触媒能力が要求される場合にはＰｔ等の貴金属触媒を添加することが行われる。【０００４】  一方、高温で炭化した高い硬度をもつ備長炭などの炭化材料は、電池正極としての酸素気体からのＯＨ−イオンへの分解能力が小さく、実用的な電池としては正極機能が不足しており、空気電池などの理科教材などに用いられている。【０００５】  上記の２種類の電気伝導性炭化材料は、大なり小なりの空気電池としての、つまり、正極機能を持つが、全て放電だけの一次電池としての正極であり、実用的な繰り返し性の充電・放電機能をもつ空気二次電池の開発には至っていない。【０００６】  空気電池の二次電池化を阻害する要因の一つは、充電過程での大電流による炭素正極材料の機能劣化や、充電電流による電解液からのガス発生の問題が知られており、これらを解決する必要がある。さらに、負極金属（亜鉛金属など）の充電による重量回復が優れていることも必要である。【０００７】  これらの課題の解決に向けて、正極材料の改良・改質、添加する触媒金属の最適化、電解液の最適化などが進められているが、高コスト化の問題も生じ、実用領域の空気二次電池の開発を拒んでいる。また、空気二次電池の不在は、エネルギー密度が高く、環境適合性も優れている空気電池の産業応用を極めて狭い範囲に限定にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−８５７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  発明の課題は、空気電池において繰り返しの充電−放電で生じる正極の機能劣化を克服する新しい炭素正極材料を開発し、それによる安定な空気二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明の電池正極は、前に定義したところの、種々の木材、ヤシガラなどの“おがくず”や小片などを原料とし、それらを固形に加工し、高温で炭化した“おが白炭”を使用して構成する。この炭化材料は、室温近傍において、電気伝導率σが「正の温度係数」を発現する、希少な炭化材料でもある。ほとんどの炭化材料が金属電気伝導性（負の温度係数）である中で、“おが白炭”の正の温度係数は、極めて希少な特性であり、半導体の電気伝導率σの温度係数（正の温度係数）と類似している。この特異な電気伝導性の起源は、“おが白炭”が超微粒の炭化組織（グラフェン）から構成されていることと関係しており、現在も、詳細な電気伝導機構の研究が進められている。【００１１】  “おが白炭”の特徴は、バルク形状、粉末形状、あるいは粉末からのセラミック加工した板状などにおいて、白金（Ｐｔ）などの触媒貴金属を添加しないで、空気電池正極（酸素極）の機能を有することである。このことは、公開特許公報２００５−８５７１９に記載。【００１２】  本発明の炭化材料の第２の特質は、電池の放電過程だけでなく、充電過程においても、正極の炭素組織は安定であり、繰り返しの充電−放電後も、正極としての機能劣化をほとんど生じない。二次電池の正極としての安定性と強靭さは、  本、炭化材料の特徴である超微細なグラフェン粒による炭化材料であること、且つ、活性炭などに匹敵する広い内部細孔面積（６００ｍ２−１０００ｍ２／ｇ）を内包していることに関係している。さらに、白金（Ｐｔ）などの触媒を炭素組織に付加していないことも安定性の理由の一つと考えられる。【００１３】  “おが白炭”正極の他の重要な性質は、充電過程で大量に生成されるＯＨ−イオンを効率よく再吸収（あるいは吸着）させる能力が高く、充電過程で生じる酸素気体の発生を抑制することである。この機能は、電池出力を高めるとともに、安定な充電−放電を行う二次電池正極としての有用な性質である。【００１４】  本発明は、上記した、繰り返しの充電−放電にたいして安定な炭素正極材料（おが白炭）を使用した空気二次電池の正極材料の製造技術、とそれによる空気二次電池の開発が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】  本発明により、未だ実用開発がされていない空気二次電池を製造することを可能とするもので、環境性、資源性に優れた大容量の空気二次電池の産業応用が可能となる。さらに、太陽電池などと連結した充電−放電型の複合電池システムの開拓が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】おが白炭による正極で構成した空気一次電池の放電出力特性。
【図２】おが白炭による正極で構成した空気二次電池の充電−放電出力特性。
【図３】空気二次電池の２０サイクルの充電−放電出力電圧と負極金属（亜鉛）の重量回復率。
【図４】おが白炭の炭化温度に対する空気二次電池の放電特性。
【図５】おが白炭へ窒素原子を添加した正極による空気二次電池の放電特性。
【図６】負極に水素吸蔵金属、正極におが白炭とＮｉＯＯＨを混合した空気二次電池の構成例。
【図７】負極に水素吸蔵合金、正極におが白炭とＮｉＯＯＨを混合した空気二次電池の充電−放電特性。
【図８】空気二次電池モジュ−ルと太陽電池、風力発電などと連結させた複合型電池システムの構成例。
【語句の定義】
【００１７】  本発明のベースとなる空気二次電池の正極材料である“おが白炭”を以下に定義し、説明において呼称する。
“おが白炭”とは木材、ヤシがら、などのおがくず、破片、などを固形圧縮し、さらに、７００℃から１３５０℃の高温条件で炭化した、空気電池正極としての十分な電気伝導性と酸素気体（Ｏ２）の吸着能と電解液へのＯＨ−イオンへの解離能（還元能）を発現する炭素素材。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  本発明を実証していく種々の実験的な手法において、２段階のプロセスをとっている。一つは、二次電池の正極としての十分な機能と充電−放電の繰り返しでの正極の耐久性を得るために、第一ステップとして正極材料であるおが白炭の炭化条件の確立である。ここでは、種々のおが屑から出発し、それらの固形加工、および必要な炭化温度の範囲の決定である。
【００１９】  種々の原料、炭化条件で製造した正極の能力は、それを正極として構成した空気二次電池の充電−放電特性から判断した。この試験では、繰り返しの充電−放電における、負荷への定電流放電での電池出力の回復率と、負極金属（亜鉛）の重量回復率を重点的に調べた。また、正極の重要な課題である充電−放電による炭素組織の亀裂や機能劣化も注視した。
【００２０】  ＜おが白炭の炭化条件＞
本発明の基盤となる“おが白炭”の炭化条件で重要な点は、おが屑の固形加工と、それの炭化温度の決定である。固形への圧縮強度は、おが屑の原料による異なり、本実験では５気圧から１２０気圧の範囲で固形加工を行った。おが屑の種類により、固形加工時の圧力は変化するが、上記の圧力において、高温炭化に必要な硬度が得られることが判った。
【００２１】  白炭正極材料の製造での重要なポイントは、固形加工したおが屑の、炭化温度である。二次電池の能力を発現する条件は本実験から、７００℃−１３５０℃の高温領域でのみ、優れた二次電池正極特性を示す、おが白炭が製造できた。
【００２２】  おが白炭の炭化条件を確立した後、さらなる正極能力の向上のための、おが白炭への窒素（Ｎ）原子、あるいは分子の添加効果を詳細に調べ、顕著な能力向上のための、添加条件を決定した。白炭の炭素壁へのＮ原子の吸着割合は、ＸＰＳ法によるＣ原子のスペクトル強度と、炭素と結合しているＮ原子からのスペクトル強度の比較から、Ｎ原子の添加率（％）を評価した。
【００２３】  第二ステップは、空気二次電池としての正極の機能、耐久性のデ−タを得るための二次電池の構成と充電−放電特性の実験である。ここでは、種々の負極金属を調査したが、電池の負極として実績のある亜鉛による二次電池の実験を主に行った。
亜鉛を主に使用した他の理由は、充電による亜鉛の重量の回復率が９９％以上と優れた特性を示したからである。勿論、負極金属は亜鉛に限定されることはなく、二次電池の負極として安定且つ、良い重量回復率を示す金属であれば本発明の電池に適応可能である。
【００２４】  ＜二次電池の基本構成＞
正極として充填した“おが白炭”は、一次電池および二次電池において全て５０ｇを使用した。電池の充電−放電試験は室温で行っている。電池の一次・二次電池構成での放電能力を向上させるために、“おが白炭”粉末と市販の電気伝導性の活性炭粉末を混錬したものや、それらにＮ処理を施した正極においても、正極の炭化材料の重量は、全て５０ｇに統一している。
【００２５】    ＜電解液＞
電解液は、多くの電池で使用されている、ＫＯＨ、ＮＨ４Ｃｌ、ＮａＯＨ，ＺｎＣｌ２などの水溶液、あるいはそれらの混合溶液で構成した。ここでは、安価、かつ取扱が容易なＮＨ４Ｃｌ−水溶液（２０％）をベースとした電解液での結果を使って説明する。
【００２６】  以下に、本発明の内容を実施例をもとに説明していく。二次電池実験の前に、基礎となる空気一次電池の放電特性から説明する。図１は、バルク形状の“おが白炭”を正極とした空気電池の放電特性を示す。正極の“おが白炭”は、正方形の板状形状に加工し、それに、電流を取り出すための炭素電極を付けた。炭素電極を除く正極重量は５０ｇとした。電解液は２０％のＮＨ４Ｃｌ水溶液を使用した。
【００２７】  負極の亜鉛（Ｚｎ）重量を１５ｇとした電池＃Ａ，および６ｇとした電池＃Ｂの２種類で空気一次電池を構成し、放電特性を比較した。負極金属（亜鉛）を１５ｇ充填した電池（＃Ａ）は、５０ｍＡの定電流放電で、起電力０．８Ｖ程度で定常出力に達し、その後、１５０時間放電後も安定な電池動作を維持した。この放電量は、７５００ｍＡｈで、負極の亜鉛重量は約９ｇが減少しており、まだ６ｇ程度、亜鉛は残存している。
【００２８】  一方、６ｇの亜鉛を充填した空気電池＃Ｂは同様の放電において、９０時間程度の放電時間で、電池出力電圧が急激に低下してくる。この出力低下は、充填した亜鉛の枯渇が始まっていることを示す。負極金属の枯渇が始まると、空気一次電池の出力は急速に減少し、電池能力を失い一次電池としての寿命を終えることになる。図１は、一次電池の放電容量の限界、を理解するための基礎データであり、以下の二次電池の放電特性と対比すべきデータとなる。
【００２９】＜請求項１−４の説明＞
亜鉛を負極金属とする空気二次電池は、以下の放電−充電過程の基本的な化学反応式をベースに議論する。ここではより詳細な反応過程には立ち入らない。
（放電）：Ｚｎ２＋＋２ＯＨ−
→  Ｚｎ（ＯＨ）２（中間生成物）→  ＺｎＯ（固体）＋Ｈ２Ｏ
（充電）：Ｚｎ（ＯＨ）２（中間生成物）  →  Ｚｎ２＋  ＋  ２ＯＨ−
【００３０】  放電過程で生成される中間生成物であるＺｎ（ＯＨ）２は、最終的には、安定なＺｎＯ（固体）へ変化するが、ＺｎＯからの充電は困難であり、中間生成物であるＺｎ（ＯＨ）２からのＺｎ２＋と２ＯＨ−への逆の反応を利用する。ＺＮ２＋は負極であるＺｎ（金属固体）に還元され、ＯＨ−は、正極に吸収されるか、あるいは酸素気体として放出される。  正極に再吸収されるＯＨ−イオンは、外部から補給される酸素気体から生成されるＯＨ−イオンと共に放電電流に寄与することができる。
【００３１】  空気二次電池の電極構成は、一次電池の２電極構成、および、もう一つ炭素棒からなる第二の正極での３電極構成で行った。３電極構成の理由は、おが白炭正極と炭素棒正極での充電−放電特性の顕著な差異を確認するためである。
【００３２】  実験では炭素棒を正極とする、充電特性に比較して、亜鉛負極−おが白炭・正極の２電極構成での充電−放電特性が顕著に優れている結果を得た。この結果は、“おが白炭”正極が、放電過程でも充電過程でも機能劣化の少ない安定した正極であることを示している。  また、充電後の電池出力は大きく向上していた。これは、充電過程で発生した、高濃度ＯＨ−イオンをおが白炭正極が効率的に再吸収、あるいはＯＨ−の白炭へのインターカレーションが生じ、充電後の空気電池の出力を向上させていることが判った。
【００３３】  一方、追加した炭素正極による充電実験では、充電時のガス発生が顕著であり、充電後の電池出力の向上はみられなかった。以下では、安定な充電−放電機能を示した白炭正極−亜鉛負極の２電極電池の結果を使用して説明していく。
【００３４】  二次電池としての充電−放電特性に関する３回までの基礎実験をおこなった  この充電実験で使用した空気電池は、亜鉛充填が１０ｇの空気電池であり、５０ｍＡ，９０時間の放電後に３回の充電−放電特性を調べたものである。
【００３５】  図２は電池への充電を３００ｍＡの定電流条件で１０時間、その後、９０時間放電を、３周期行った結果である。充電電圧（３００ｍＡ）は初期の１．３Ｖから最終での２．０程度まで変化した。放電実験は全て５０ｍＡ（定電流放電）で行った。
【００３６】  １回目の充電後の電池の電圧は充電前のそれより顕著に増加している。２０時間程度の放電では、１．０Ｖ−１．５Ｖの高い出力電圧が発生する。さらに長期放電では、の１Ｖ程度に安定する。３回の充電−放電実験では、全て、初回の充電前の電池出力を上回る放電特性が観測されている。
【００３７】  この３回の充電での電池出力の回復率は充電前のそれと比較して、全て１２０％以上であり、負極の亜鉛の重量回復率は３回とも、９９％以上の高い回復率を示した。充電前の電池出力（５０ｍＡ，０．８Ｖ）より、充電後の２０時間以上の長期で、高い電池出力が発生することは望外の効果であり、この原因は、充電による亜鉛金属の活性化、および充電で発生する高濃度のＯＨ−イオンの正極による吸収効果が働いている。
【００３８】  図３は木材のおが屑からの白炭で正極を構成した空気二次電池の２０回の充電−放電試験の結果である。放電は全て５０ｍＡ定電流放電での電池の出力電圧と負極亜鉛の重量の回復率（％）を調査した。２０回の充電は全て４００ｍＡ，１０時間とした。電池の出力電圧の回復率は初回の充電で出力が１３０％以上に向上するので、１回の充電後の放電出力を基準にして評価した。
【００３９】  ５０ｍＡ放電での電池電圧は２０回のサイクル試験において、９９％以上の優れた回復特性を示していることが判る。また、負極亜鉛の重量回復率も、全て９９％以上の回復率を得た。
【００４０】  ＜おが白炭正極の種類と炭化条件＞
おが白炭正極の機能をさらに向上させる適切な炭化温度を調査するために、木材のおが屑とヤシガラのおが屑を原料として、種々の炭化温度で正極を作製した。種々の温度で炭化したおが白炭を正極とした空気二次電池の電池出力、亜鉛負極の重量回復率を２０回の充電−放電サイクル試験で評価した結果を図４に示す。図４は２０回の充電−放電試験での平均の出力電圧の回復率を炭化温度に対してプロットしている。
【００４１】  図４から、空気二次電池の良好な正極を製造する条件に、炭化温度が重要な条件となっているころが判る。本実験では、木材のおが屑、およびヤシガラのおが屑、から炭化した正極は、７００℃−１３５０℃の温度領域で炭化を行う必要がある。これらの高温炭化を可能にするには、木材・粉末の圧縮による固形化がひつようであるが、本実験では１軸性圧力、およびせん断圧力を４気圧から２５０気圧の範囲で固形整形した。圧力の最適値は原料が木材やヤシガラなどのおが屑により異なり、上記の圧力の範囲内で適正な固形化が必要である。固形プロセスを大規模に行うには回転・押し出し装置などの利用が実用てきであろう。
【００４２】  二次電池の出力回復率が９５％以上を確保できる炭化温度の上限は１３５０℃で、低限温度は７００℃であることが判った。おが屑の原料の種類で炭化温度特性が多少異なるのは、材料の粉末の粒径や固形加工した時の硬度の違いが原因と思われる。
【００４３】  炭化時間は原料のおが屑の量と炭化温度により異なり、原料に適合した適切な炭化時間を選ぶ必要がある。
【００４４】  要するに、空気二次電池の正極として重要なポイントは、炭化温度の条件を７００℃から１３５０℃の範囲で行うことが条件であることが判る。
【００４５】  ＜白炭正極の加工形状＞
おが白炭の製造条件が把握できたので、白炭の正極としての形状に関して実験を進めた。バルク型から、白炭粉末形状と粉末をバインダーに溶解させて、高温でセラミック加工した板状の正極を作製し、二次電池の正極としての特性を調査した。種々の白炭の形状（粉末、セラミック板状など）、および白炭粉末と活性炭粉末を混錬させた正極での二次電池特性の結果を表１にまとめた。評価した特性は充電容量と放電容量の比と、負極亜鉛の重量の回復率である。試験は２０回充電−放電サイクル試験での平均値を評価している。
【００４６】
【表１】
2013165051.tif 000003
【００４７】表１から、おが白炭はバルク型の正極のみでなく、白炭粉末、白炭−活性炭粉末の混合、あるいはセラミック板状加工した形状でも優れた二次電池正極として機能することが判る。この実験はおが白炭による実用的な空気二次電池の製造において有用な知見となる。
【００４８】  ＜Ｎ分子添加効果＞
以下に９５０℃で、木材のおが屑から炭化した空気二次電池正極への、窒素原子の添加による正極機能の顕著な向上効果について、実験結果に基づいて説明する。
おが白炭の正極能力は、通常の水蒸気やＣＯ２ガスによる  賦活においても２−３割の機能向上は確認されたが、窒素（Ｎ）分子（あるいは窒素原子）、あるいは  ＢＮなどのようなＮ化合物の白炭の炭素組織への添加により、正極機能の向上が確認できた。
【００４９】  Ｎ分子（Ｎ原子）の白炭への添加は、窒素雰囲気での放電や、直流スパッタリング装置において行った。添加は全て室温で、５分から６０分程度の時間で室温にて行っている。Ｎ原子の添加は、Ｎ化合物、ボロンナイトライド（ＢＮ）、でも行った。ＢＮ添加では、真空中での電子ガン蒸着の方法で添加した。
【００５０】  白炭の炭素組織へのＮ原子の添加量はＸＰＳ分析により評価した。  スパッタ法では５分程度のＮ添加では、白炭の表面炭素（Ｃ）原子数にたいして数％の割でＮ原子が結合しており、６０分のＮ添加では、３０％程度までＮ添加が進んでいた。ＢＮ蒸着は、５分から４５分間で行った。  これらのＢＮの白炭への蒸着は、二次電池の正極能力、特に、放電時の出力電圧（５０ｍＡ放電）を４０％以上に向上させる働きが検証できた。
【００５１】  炭素組織に添加したＮ原子（分子）効果を図４に示す。図４の横軸は、Ｎ添加後に数分のアニ−ルをしてからＸＰＳにより決定したＣ原子に対するＮ原子の付着割合（％）である。縦軸は二次電池の放電出力電圧（５０ｍＡ）をＮ添加なしのケ−スで規格化した比率（％）を表している。Ｎ添加効果は、Ｎ単体でも、ＢＮなどの化合物でも、空気二次電池の出力向上に顕著な寄与をすることが判明した。
【００５２】  炭素数へのＮ分子、あるいはＮ原子添加割合が数％の領域でも明確な正極能力の向上が認められる。Ｎ添加率がさらに増加すると、正極能力は最大で１４０％程度まで向上する。このＮ添加の条件（温度、Ｎ添加プロセスなど）は最適化できていはいないが、さらに条件を選定することで１５０％程度まで機能の向上が期待できる。
【００５３】  白炭へのＮ添加処理は、大電流動作を要求される空気二次電池などで威力を発揮する重要な白炭正極の性質と言える。  また、添加するＮ分子などはＰｔなどの高価な触媒と異なり、本空気二次電池の特徴である、低コスト生産を阻害することはない。
【００５４】  本おが白炭正極の能力をさらに向上するためのＰｔなどの添加は、もちろん可能であるが、本白炭正極はそのままの状態でも実用水準の電池正極の能力を有しているが、少量のＰｔ触媒の添加で、顕著な正極機能向上が実現されうることを付記しておく。
【００５５】  以下に、負極に水素吸蔵合金を用い、正極に本発明のおが白炭とＮｉＯＯＨ等を混合した酸素極による空気二次電池に関しする説明を行う。
本電池の基本構成は図６に示している。この電池では、Ｈ＋イオンは負極の水素吸蔵合金（実験ではＰｄを使用）から放出され、ＯＨ−イオンは外部の酸素気体、および白炭内部に蓄積されているＯＨ−イオンを利用する。
【００５６】  ここで水の電気分解を効率よく行う必要があり、その機能は白炭に混錬したＮｉＯＯＨが担うことになる。正極（白炭とＮｉＯＯＨ）に外部から空気中の酸素が供給されることにより新たなＯＨイオンが生成され、それにより充放電のサイクル性に優れる空気二次電池が可能となる。
【００５７】  図７は４回までのサイクル試験の結果であり、電池の出力の回復率は９９％を得ている。このサイクル試験においては、Ｈ＋イオンの回収率が重要となるが、２０回のサイクル試験では９８％以上の回復率が検証できた。
【００５８】  この空気二次電池は負極が水素極となり、かつ、大容量電池も可能であることから実用的な二次電池として優れている。２種類の空気二次電池の（亜鉛負極、水素負極）特性を説明してきたが、以下にはそれらの電池モジュ−ルと、他の太陽電池などの電源と連結させた複合電池システムと、それらの産業応用について説明する。
【００５９】  ＜空気二次電池−太陽電池の連結による複合型電池システム＞
本発明の空気二次電池は低コスト且つ大量生産が可能であり、大容量の空気二次電池を製造できる特徴を有している。この充電−放電可能な空気電池は、単独の電池としても有用な電池であるが、太陽電池などと連結させることで環境に優れた再生可能な電池システムを構築することが可能となる。
【００６０】  図８は本空気二次電池モジュールへの充電装置として太陽電池モジュールを連結させた複合電池システムの一例を示す。この複合電池システムでは太陽電池からの時間変動する電流出力は、空気電池への充電過程を経ることで安定化した電流出力を負荷に提供できる。また、太陽光の少ない時間や夜間でも、充電された空気二次電池かから安定な電流を負荷に供給することも可能となる。図８の電子制御スイッチ部は、光強度センサーなどを内蔵し、太陽電池からの充電のタイミグ、および空気電池からの負荷への出力のタイミングを適切に制御する機能を有している。
【００６１】  ここでは複合電池システムの基本構成の一例を示しているが、負荷の種類により、空気電池の下段に、Ｎｉ−Ｈ、Ｌｉイオン電池などの簡易な二次電池モジュールを付加することで、さらに応用性の高い複合電池システムが可能となる。
【００６２】  空気二次電池の優れた充電−放電特性と低コストでの大容量化の利点を利用すると、現在、世界的な規模で開発が進んでいる、各種電力源の供給−蓄積−分配をネットワ−クで制御する、電力のスマートグリッドの電源おおよび大容量充電装置として応用することが可能である。
【００６３】  このネットワークの電力源は、商用電力以外に、規模の異なる大小の電源、例えば、太陽発電、風力発電などがあるが、本空気二次電池の特徴を利用すれば、種々の電源に適合した、大・中・小規模の容量を持つ空気二次電池モジュールが可能である。
【００６４】  種々の電源の充電−放電装置として、Ｐｂ蓄電池などの他の優れたバッテリーなどと併用することにより、効率的、且つ安定な電力供給を可能とするスマートグリッドが実現しうる。
【００６５】  以上、本発明に関する実験の詳細、優れた充電−放電特性を、負極金属が亜鉛、電解液がＮＨ４Ｃｌ系で説明してきたが、おが白炭正極による空気二次電池は、負極金属や電解液を限定しないことはいうまででもない。
【００６６】  また、太陽電池を充電ソースとして連結させた複合電池システムの構成を示したが、太陽電池以外の種々の電源との連携が可能であること、またその複合電池システムが、ＬＥＤ照明装置・イルミネーション装置、各種の防災用照明電源など、極めて多種の応用範囲を有していることも付記しておく。
【図１】
2013165051.tif 000004
【図２】
2013165051.tif 000005
【図３】
2013165051.tif 000006
【図４】
2013165051.tif 000007
【図５】
2013165051.tif 000008
【図６】
2013165051.tif 000009
【図７】
2013165051.tif 000010
【図８】
2013165051.tif 000011