(57)【要約】【課題】本発明は、電解液中に析出した金属化合物を効率的に除去することができる金属空気電池を提供する。【解決手段】本発明の金属空気電池は、少なくとも１つのセルと、少なくとも１つの脱液機構とを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極とを備え、前記金属電極は、前記電解液中における電池反応の進行に伴い金属化合物からなる析出物に化学変化する金属からなり、前記脱液機構は、前記電解液を含む前記析出物から前記電解液を分離することにより前記金属化合物の脱液物を形成することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのセルと、脱液機構とを備え、
前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極とを備え、
前記金属電極は、前記電解液中における電池反応の進行に伴い金属化合物からなる析出物に化学変化する金属からなり、
前記脱液機構は、前記電解液を含む前記析出物から前記電解液を分離することにより前記金属化合物の脱液物を形成することを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
前記脱液機構は、前記電解液と前記析出物の混合物をろ過し残渣とろ液とに分離する第１フィルター部を有するろ過部を備える請求項１に記載の金属空気電池。
【請求項３】
前記金属化合物の脱液物は、前記残渣である又は前記残渣から形成される請求項２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
第１フィルター部は、前記ろ過部に着脱可能に設けられ、
前記ろ過部は、前記残渣と共に第１フィルターを前記ろ過部から取り外し前記金属化合物の脱液物を回収できるように設けられた請求項３に記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記脱液機構は、前記残渣の量が所定の量を超えたことを検出する検出部を有する請求項４に記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記電解液槽および前記脱液機構は、前記電解液槽内の前記電解液と前記析出物の混合物が前記ろ過部に流入し第１フィルターによりろ過されるように設けられ、かつ、第１フィルターを通過した前記ろ液が前記電解液槽に流入するように設けられた請求項４または５に記載の金属空気電池。
【請求項７】
第１フィルター部は、前記電解液に対する耐薬品性を有するろ材からなる請求項２〜６のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項８】
前記脱液機構は、複数の前記ろ過部を備え、
前記電解液槽および前記脱液機構は、前記電解液槽内の前記電解液と前記析出物の混合物が複数の前記ろ過部に切り替え可能に流入するように設けられた請求項２〜７のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項９】
前記セルは、複数であり、
複数の前記セルは、直列接続または並列接続する請求項２〜７のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項１０】
複数の前記セルおよび前記脱液機構は、複数の前記セルに含まれる前記電解液槽内の前記電解液と前記析出物の混合物が１つの前記ろ過部に流入するように設けられた請求項９に記載の金属空気電池。
【請求項１１】
前記脱液機構は、複数の前記ろ過部を備え、
複数の前記セルおよび前記脱液機構は、各セルに含まれる前記電解液槽内の前記電解液と前記析出物との混合物がそれぞれ異なる前記ろ過部に流入するように設けられた請求項９に記載の金属空気電池。
【請求項１２】
複数の前記セルは、各セルに含まれる前記金属電極が１つの前記電解液槽内に設けられた請求項９または１０に記載の金属空気電池。
【請求項１３】
前記析出物は、粒子状であり、
前記脱液機構は、前記電解液を含む前記析出物を押圧することにより前記金属化合物の脱液物を形成する請求項１に記載の金属空気電池。
【請求項１４】
主要面を有する支持体を含む金属ホルダーをさらに備え、
前記金属電極は、前記主要面上に固定され、
前記金属ホルダーは、前記金属電極および前記支持体を前記電解液槽内に挿入することができるように設けられ、
前記金属電極を構成する金属は、前記金属ホルダーを取り替えることにより前記電解液槽中に供給される請求項１３に記載の金属空気電池。
【請求項１５】
前記脱液機構は、型部材と第１押圧部材とを有する脱液部を含み、
前記型部材および第１押圧部材は、前記電解液を含む前記析出物を挟圧することにより前記脱液物を形成するように設けられ、
前記電解液槽は、底部に開口を有し、
前記電解液槽と前記脱液部は、前記開口を介して連通した請求項１３または１４に記載の金属空気電池。
【請求項１６】
前記型部材または第１押圧部材は、第２フィルター部を含む請求項１５に記載の金属空気電池。
【請求項１７】
前記電解液槽は、前記開口が最低部となるように傾斜した前記底部を有する請求項１５または１６に記載の金属空気電池。
【請求項１８】
前記金属ホルダーは、前記支持体に１点以上で着脱可能に固定されかつ前記脱液機構を構成する第２押圧部材を有し、
第２押圧部材は、前記金属ホルダーを前記電解液槽に挿入するとき、前記電解液槽の底部との間で前記電解液を含む前記析出物を挟圧することにより前記脱液物を形成するように設けられた請求項１４に記載の金属空気電池。
【請求項１９】
前記電解液槽は、第２押圧部材が嵌合する底部を有する請求項１８に記載の金属空気電池。
【請求項２０】
前記電解液槽は、第２押圧部材と前記電解液槽の底部との間で前記電解液を含む前記析出物を挟圧するとき前記電解液を排出する開口と前記開口に設けられた第３フィルター部とを有する請求項１８または１９に記載の金属空気電池。
【請求項２１】
前記電解液槽は、その底部に前記脱液物を排出する排出口を有する請求項１８〜２０のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２２】
前記電解液槽は、その底部に前記支持体から脱離させた第２押圧部材を有し、
前記電解液を含む前記析出物は、新たな前記金属ホルダーを前記電解液槽に挿入するときに前記脱離させた第２押圧部材と新たな前記金属ホルダーに固定された第２押圧部材との間で挟圧され、前記脱液物となる請求項１８〜２１のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２３】
前記電解液槽は、取替え可能な電解液槽ユニットを有し、
前記取替え可能な電解液槽ユニットは、新たな電解液槽ユニットに取り替えることができるように設けられ、
前記電解液を含む前記析出物は、前記新たな電解液槽ユニットを前記電解液槽に挿入することにより前記電解液槽の底部と前記新たな電解液槽ユニットとの間で挟圧され、前記脱液物となる請求項１３または１４に記載の金属空気電池。
【請求項２４】
前記電解液槽は、前記新たな電解液槽ユニットが嵌合する底部を有する請求項２３に記載の金属空気電池。
【請求項２５】
前記金属電極は、金属亜鉛からなり、
前記電解液は、アルカリ性水溶液であり、
前記金属化合物は、酸化亜鉛または水酸化亜鉛を含む請求項１〜２４のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２６】
第１および第２主要面を有するイオン交換部をさらに備え、
前記イオン交換部は、第１主要面が前記電解液に接触し第１主要面に対向する第２主要面が前記空気極と接触するように設けられた請求項１〜２５のいずれか１つに記載の金属空気電池。
【請求項２７】
前記イオン交換部は、アニオン交換膜からなり、
前記空気極は、カーボン担体と前記カーボン担体に担持された空気極触媒とを有する請求項２６に記載の金属空気電池。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか１つに記載された金属空気電池により形成された脱液物を還元処理することにより前記金属電極を構成する金属を製造し、この金属を前記金属電極として前記電解液槽に供給するエネルギーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属空気電池およびエネルギーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アノードを金属電極とし、カソードを空気極とする金属空気電池は、高いエネルギー密度を有するため、次世代の電池として注目されている。
代表的な金属空気電池として亜鉛空気電池が挙げられる。図１８は亜鉛空気電池の放電反応を説明するための模式的な断面図である。亜鉛空気電池は、図１８に示すようにアルカリ性電解液１０３中に亜鉛電極１０１を設け、空気極１０５を電解液１０３と接するアニオン交換膜１０６上に設けた構造を有しており、放電反応が進行することにより亜鉛電極１０１と空気極１０５とから電力を出力する。なお、空気極１０５は、一般的にカーボン担体に空気極触媒を担持したものが用いられる。
【０００３】
亜鉛空気電池の放電反応において、亜鉛電極１０１の金属亜鉛がアルカリ性電解液１０３中の水酸化物イオンと反応し、水酸化亜鉛となり亜鉛電極１０１中に電子を放出する。また、この水酸化亜鉛は分解して酸化亜鉛が電解液中に析出する。また、空気極１０５において、電子と水と酸素が反応することにより水酸化物イオンが生成され、この水酸化物イオンは、アニオン交換膜１０６を導電し、アルカリ性電解液１０３に移動する。このような放電反応が進行すると、亜鉛電極１０１の金属亜鉛が消費され、アルカリ性電解液１０３中に酸化亜鉛が溜まっていくこととなる。従って、亜鉛空気電池による電力の出力を維持するためには、亜鉛電極１０１に金属亜鉛を供給し、アルカリ性電解液１０３中に析出した酸化亜鉛を除去する必要がある。
そこで、金属空気電池に金属を供給する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４５２７０号公報
【特許文献２】特表２００５−５０９２６２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、従来の金属空気電池では、電解液中に析出した金属化合物を除去する方法はほとんど提案されていない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電解液中に析出した金属化合物を効率的に除去することができる金属空気電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも１つのセルと、脱液機構とを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極とを備え、前記金属電極は、前記電解液中における電池反応の進行に伴い金属化合物からなる析出物に化学変化する金属からなり、前記脱液機構は、前記電解液を含む前記析出物から前記電解液を分離することにより前記金属化合物の脱液物を形成することを特徴とする金属空気電池を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、少なくとも１つのセルを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極を備えるため、金属電極と空気極とから電力を出力することができる。
本発明によれば、金属電極を構成する金属が電池反応の進行に伴い化学変化した金属化合物からなる析出物と電解液とを分離することにより金属化合物の脱液物を形成する脱液機構を備えるため、電解液槽中の析出物を脱液物として効率的に除去することができる。このことにより、電解液からの金属化合物からなる析出物の除去および金属電極を構成する金属の電解液への供給を低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれるろ過部の説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれるろ過部の説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれるろ過部の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図９】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明の一実施形態の金属空気電池が有する金属ホルダーの概略側面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ａ−Ａにおける金属ホルダーの概略断面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池が有する脱液機構の説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池が有する脱液機構の説明図である。
【図１８】従来の亜鉛空気電池の放電反応を説明するための模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の金属空気電池は、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる空気極と、脱液機構とを備え、前記金属電極は、前記電解液中における電池反応の進行に伴い金属化合物からなる析出物に化学変化する金属からなり、前記脱液機構は、前記電解液を含む前記析出物から前記電解液を分離することにより前記金属化合物の脱液物を形成することを特徴とする。
なお、金属電極を構成する金属が電極反応の進行に伴い化学変化することにより生じる金属化合物の析出物は、例えば、粒子状であり、微粒子、針状の粒子、板状の粒子などであってもよい。
【００１０】
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構は、前記電解液と前記析出物の混合物をろ過し残渣とろ液とに分離する第１フィルター部を有するろ過部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、第１フィルター部により電解液と析出物とを分離することができる。
本発明の金属空気電池において、前記金属化合物の脱液物は、前記残渣である又は前記残渣から形成されることが好ましい。
このような構成によれば、第１フィルター部上に堆積した残渣を回収することにより、金属化合物を回収することができる。
【００１１】
本発明の金属空気電池において、第１フィルター部は、前記ろ過部に着脱可能に設けられ、前記ろ過部は、前記残渣と共に第１フィルターを前記ろ過部から取り外し前記金属化合物の脱液物を回収できるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、残渣を第１フィルター上に堆積させた状態で回収することができ、金属化合物の脱液物を容易に回収することができる。
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構は、前記残渣の量が所定の量を超えたことを検出する検出部を有することが好ましい。
このような構成によれば、検出部が検出した信号により、適切な時期に金属化合物の脱液物を回収することができる。
【００１２】
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽および前記脱液機構は、前記電解液槽内の前記電解液と前記析出物の混合物が前記ろ過部に流入し第１フィルターによりろ過されるように設けられ、かつ、第１フィルターを通過した前記ろ液が前記電解液槽に流入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、電解液を循環させることにより金属化合物の析出物を第１フィルター上に残渣として堆積させることができる。
本発明の金属空気電池において、第１フィルター部は、前記電解液に対する耐薬品性を有するろ材からなることが好ましい。
このような構成によれば、第１フィルターが電解液により腐食されることを防止することができる。
【００１３】
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構は、複数の前記ろ過部を備え、前記電解液槽および前記脱液機構は、前記電解液槽内の前記電解液と前記析出物の混合物が複数の前記ろ過部に切り替え可能に流入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、ろ過部が有する第１フィルター部上に堆積した残渣を回収する際、電解液と析出物の混合物を他のろ過部によりろ過することができ、析出物の除去を続けることができる。
本発明の金属空気電池において、前記セルは、複数であり、複数の前記セルは、直列接続または並列接続することが好ましい。
このような構成によれば、金属空気電池が供給できる電力を大きくすることができる。
【００１４】
本発明の金属空気電池において、複数の前記セルおよび前記脱液機構は、複数の前記セルに含まれる前記電解液槽内の前記電解液と前記析出物の混合物が１つの前記ろ過部に流入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、ろ過部の数を減らすことができ、金属空気電池を小型化することができる。
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構は、複数の前記ろ過部を備え、複数の前記セルおよび前記脱液機構は、各セルに含まれる前記電解液槽内の前記電解液と前記析出物との混合物がそれぞれ異なる前記ろ過部に流入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、セルごとに金属化合物を回収することができる。
【００１５】
本発明の金属空気電池において、複数の前記セルは、各セルに含まれる前記金属電極が１つの前記電解液槽内に設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、電解液を各セルで均一にできるため、各セルの発電特性を均一にすることができる。
本発明の金属空気電池において、前記析出物は、粒子状であり、前記脱液機構は、前記電解液を含む前記析出物を押圧することにより前記金属化合物の脱液物を形成することが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽中の粒子状の金属化合物を脱液物として効率的に除去することができる。
本発明の金属空気電池において、主要面を有する支持体を含む金属ホルダーをさらに備え、前記金属電極は、前記主要面上に固定され、前記金属ホルダーは、前記金属電極および前記支持体を前記電解液槽内に挿入することができるように設けられ、前記金属電極を構成する金属は、前記金属ホルダーを取り替えることにより前記電解液槽中に供給されることが好ましい。
このような構成によれば、金属空気電池に効率的に金属を供給することができ、金属空気電池により安定して発電することができる。
【００１６】
本発明の金属空気電池において、前記脱液機構は、型部材と第１押圧部材とを有する脱液部を含み、前記型部材および第１押圧部材は、前記電解液を含む前記析出物を挟圧することにより前記脱液物を形成するように設けられ、前記電解液槽は、底部に開口を有し、前記電解液槽と前記脱液部は、前記開口を介して連通したことが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽に溜まった金属化合物からなる析出物を電解液槽の底部の開口を介して脱液部に移動させることができ、この電解液を含む析出物を型部材と第１押圧部材により挟圧し、脱液物を形成することができる。このことにより、電解液槽に溜まった金属化合物からなる析出物を脱液物とすることができ、金属化合物からなる析出物を脱液物として金属空気電池から効率的に除去することができる。
本発明の金属空気電池において、前記型部材または第１押圧部材は、第２フィルター部を含むことが好ましい。
このような構成によれば、電解液を含む析出物を挟圧し脱液物を形成するとき、第２フィルター部により金属化合物と分離して電解液を排出することができる。
【００１７】
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽は、前記開口が最低部となるように傾斜した前記底部を有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽に溜まった金属化合物からなる析出物は、底部の開口に集まるように移動することができるため、金属化合物からなる析出物を効率的に電解液槽から排出することができる。
本発明の金属空気電池において、前記金属ホルダーは、前記支持体に１点以上で着脱可能に固定されかつ前記脱液機構を構成する第２押圧部材を有し、第２押圧部材は、前記金属ホルダーを前記電解液槽に挿入するとき、前記電解液槽の底部との間で前記電解液を含む前記析出物を挟圧することにより前記脱液物を形成するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、金属ホルダーを電解液槽に挿入することにより、新たな金属電極を金属空気電池に供給することができ、かつ、電解液を含む析出物から脱液物を形成することができる。また、金属ホルダーが着脱可能に固定された第２押圧部材を有するため、第２押圧部材を利用して、効率的に脱液物の形成および脱液物の排出をすることができる。
【００１８】
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽は、第２押圧部材が嵌合する底部を有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液を含む析出物から効率的に脱液物を形成することができる。
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽は、第２押圧部材と前記電解液槽の底部との間で前記電解液を含む前記析出物を挟圧するとき前記電解液を排出する開口と前記開口に設けられた第３フィルター部とを有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液を含む析出物から脱液物を形成するとき、効率的に電解液を排出することができる。
【００１９】
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽は、その底部に前記脱液物を排出する排出口を有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽の底部を利用して脱液物を形成したとき、この脱液物を効率的に電解液槽から除去することができる。
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽は、その底部に前記支持体から脱離させた第２押圧部材を有し、前記電解液を含む前記析出物は、新たな前記金属ホルダーを前記電解液槽に挿入するときに前記脱離させた第２押圧部材と新たな前記金属ホルダーに固定された第２押圧部材との間で挟圧され、前記脱液物となることが好ましい。
このような構成によれば、第２押圧部材を利用して、効率的に脱液物の形成および脱液物の排出をすることができる。
【００２０】
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽は、取替え可能な電解液槽ユニットを有し、前記取替え可能な電解液槽ユニットは、新たな電解液槽ユニットに取り替えることができるように設けられ、前記電解液を含む前記析出物は、前記新たな電解液槽ユニットを前記電解液槽に挿入することにより前記電解液槽の底部と前記新たな電解液槽ユニットとの間で挟圧され、前記脱液物となることが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽ユニットを取り替える際に金属化合物の脱液物を形成することができ、前記脱液物を電解液槽から排出することができる。
本発明の金属空気電池において、前記電解液槽は、前記新たな電解液槽ユニットが嵌合する底部を有することが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽の底部と新たな電解液槽ユニットとの間で、電解液を含む析出物を挟圧ことができ、脱液物を形成することができる。
【００２１】
本発明の金属空気電池において、前記金属電極は、金属亜鉛からなり、前記電解液は、アルカリ性水溶液であり、前記金属化合物は、酸化亜鉛または水酸化亜鉛を含むことが好ましい。
このような構成によれば、金属亜鉛が電子を放出し酸化亜鉛または水酸化亜鉛に化学変化することにより、金属空気電池の放電反応を進行させることができる。
本発明の金属空気電池において、第１および第２主要面を有するイオン交換部をさらに備え、前記イオン交換部は、第１主要面が前記電解液に接触し第１主要面に対向する第２主要面が前記空気極と接触するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、電解液と空気極とをイオン交換部により隔離することができ、電解液に含まれる電解質が空気極に侵入することによる空気極の機能低下を抑制することができる。また、電解液の溶媒が空気極に過剰に供給されることを抑制することができる。
本発明の金属空気電池において、前記イオン交換部は、アニオン交換膜からなり、前記空気極は、カーボン担体と前記カーボン担体に担持された空気極触媒とを有することが好ましい。
このような構成によれば、空気極触媒において、カーボン担体から供給される電子、大気中から供給される酸素ガス、大気中又はアニオン交換膜から供給される水を共存させることができ、これらから水酸化物イオンを形成ことができる。また、形成された水酸化物イオンは、アニオン交換膜を伝導して電解液に移動できる。これらのことにより、金属空気電池の放電反応を進行させることができる。
【００２２】
本発明は、本発明の金属空気電池により形成された脱液物を還元処理することにより前記金属電極を構成する金属を製造し、この金属を前記金属電極として前記電解液槽に供給するエネルギーシステムも提供する。
本発明のエネルギーシステムによれば、金属電極を構成する金属をエネルギー貯蔵・運搬媒体として利用することができる。また、本発明のエネルギーシステムに本発明の金属空気電池を用いることにより、エネルギーシステムを維持するコストを低減することができる。
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００２４】
金属空気電池の構成
図１〜４、８〜１３、１６は本実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。
本実施形態の金属空気電池４５は、少なくとも１つのセル４と、少なくとも１つの脱液機構とを備え、セル４は、電解液３を溜める電解液槽１と、電解液槽１中に設けられかつアノードとなる金属電極５と、カソードとなる空気極６とを備え、金属電極５は、前記電解液中における電池反応の進行に伴い金属化合物からなる析出物９に化学変化する金属からなり、脱液機構１０は、電解液３を含む析出物９から前記電解液を分離することにより金属化合物の脱液物１４を形成することを特徴とする。
以下、本実施形態の金属空気電池４５について説明する。
【００２５】
１．金属空気電池
本実施形態の金属空気電池４５は、金属電極５を負極（アノード）とし、空気極６を正極（カソード）とする電池である。例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。また、本実施形態の金属空気電池４５は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、一次電池がより好ましい。本実施形態の金属空気電池４５が一次電池の場合、金属電極５を構成する金属が電解液３中で金属化合物の析出物９に化学変化し、この金属化合物の析出物９を電解液中から除去する必要があるため、本実施形態の金属空気電池４５が備える脱液機構１０をより効果的に利用することができる。
【００２６】
２．セル
セル４は、金属空気電池４５の構成単位であり、アノードとなる金属電極５とカソードとなる空気極６からなる電極対を有する。セル４は、図１〜４、８、１３、１６に示した金属空気電池４５のように、１つの空気極６と１つの金属電極５とが電解液３を挟むように設けられてもよい。また、セル４は、図９〜１２に示した金属空気電池４５のように２つの空気極６が１つの金属電極５を挟むように設けられてもよい。
また、金属空気電池４５は、図１〜４、８、１３、１６に示した金属空気電池４５のように１つのセル４を含む単セル構造であってもよく、図９〜１２に示した金属空気電池４５のように複数のセル４を有するスタック構造であってもよい。
金属空気電池４５がスタック構造を有する場合、複数のセル４は、直列接続してもよく、並列接続してもよい。
【００２７】
３．電解液槽、電解液
電解液槽１は、電解液３を溜める電解槽であり、 電解液に対して耐食性を有する材料からなる。また、電解液槽１は、その中に金属電極５を設置することができる構造を有する。また、金属空気電池４５が複数のセル４を有する場合、図９のようにそれぞれのセル４が別々の電解液槽１を有してもよく、図１０、１１のようにそれぞれのセル４の電解液槽１が流路により連通していてもよく、図１２のようにそれぞれのセル４が１つの電解液槽１を共有してもよい。
また、電解液槽１は、溜めた電解液３に含まれるイオンが空気極６に移動できる構造を有する。このことにより電解液槽１に溜める電解液３を介して金属電極５と空気極６との間をイオンが伝導することができる。
また、電解液槽１は、図１６に示した金属空気電池４５のように、取替え可能な電解液槽ユニット２を有することもできる。この取替え可能な電解液槽ユニット２は、新たな電解液槽ユニット２と取り替えることができるように金属空気電池４５に固定される。
また、電解液槽１は、後述する脱液機構１０を構成することもできる。
【００２８】
電解液３は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する液体である。電解液３の種類は、金属電極５を構成する金属の種類によって異なるが、水溶媒を用いた電解液（電解質水溶液）であってもよく、有機溶媒を用いた電解液（有機電解液）であってもよい。
例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いることができ、マグネシウム空気電池の場合、電解液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
また、電解液槽１が固体電解質からなる隔壁を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。
【００２９】
４．金属電極、金属化合物、金属ホルダー
金属電極５は、電池の放電反応により電子を放出し金属化合物の析出物９（微粒子９、針状の粒子、板状の粒子など）に化学変化する金属からなる。例えば、亜鉛空気電池の場合、金属電極５は金属亜鉛からなり、金属化合物は酸化亜鉛または水酸化亜鉛となる。アルミニウム空気電池の場合、金属電極５は金属アルミニウムからなり、金属化合物は水酸化アルミニウムとなる。鉄空気電池の場合、金属電極５は金属鉄からなり、金属化合物は酸化水酸化鉄または酸化鉄となる。マグネシウム空気電池の場合、金属電極５は金属マグネシウムからなり、金属化合物は水酸化マグネシウムとなる。
また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、金属電極５はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムからなり、金属化合物はこれらの金属の酸化物、水酸化物などとなる。
なお、金属電極５および金属化合物は、これらの例には限定されず、金属空気電池となるものであればよい。また、金属電極５は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、金属電極５は合金からなってもよい。
【００３０】
電池の放電反応の進行による金属電極５を構成する金属から金属化合物の析出物９への化学変化は、金属電極５で生じてもよく、金属電極５および電解液３中の両方で生じてもよい。例えば、金属電極５において、金属が電解液３に含まれるイオンと反応し、前記金属を含むイオンが電解液３中に生成し、この金属を含むイオンが分解することにより、金属化合物の析出物９が生成されてもよい。また、金属電極５において、金属が電解液３に含まれるイオンと反応し、金属化合物の析出物９が生成してもよい。また、金属電極５において、金属が金属イオンとして電解液３中に溶解し、この金属イオンが電解液中で反応して金属化合物の析出物９が生成してもよい。
また、電解液を二種類以上用いる場合、金属電極５において、金属が金属イオンとして第１電解液中に溶解し、この金属イオンが第２電解液中に移動し、金属化合物が生成してもよい。なお、二種類以上の電解液は、固体電解質により仕切ることができる。
【００３１】
金属電極５は、金属ホルダー１５の支持体１６の主要面上に固定することできる。支持体１６は、金属電極５を固定することができれば、形状は限定されないが、例えば、板状、筒状、球状などとすることができる。また、この支持体１６は、例えば、電解液に対して耐食性を有する金属板により形成することができる。このことにより、支持体１６を介して金属電極５から集電することができ、金属電極５と外部回路とを接続することができる。支持体１６の主要面上への金属電極５の固定は、例えば、金属の粒子や塊を支持体１６の表面に押し付けて固定してもよく、支持体１６上にめっき法などにより金属を析出させてもよい。
【００３２】
金属ホルダー１５は、金属電極５および支持体１６を電解液槽１内に挿入することができるように設けられる。このことにより、金属電極５を電解液槽１内に配置することができる。また、放電反応により金属電極５を構成する金属が金属化合物に化学変化し消費され、金属電極５の量が減少した場合、電解液槽１内の金属ホルダー１５を、金属電極５が固定された新たな金属ホルダー１５に取り替えることにより、電解液槽１中の金属電極５の量を維持することができる。このことにより、金属空気電池４５による電力を安定して外部回路に出力することができる。
【００３３】
金属ホルダー１５は、電解液槽１に固定するための蓋部材１７を有することもできる。例えば、図１、１３に示した金属空気電池４５に含まれる金属ホルダー１５のように蓋部材１７を有することができる。このような蓋部材１７を有することにより、金属ホルダー１５の金属空気電池４５への設置が容易になり、また、金属ホルダー１５の金属空気電池４５からの取り外しも容易になる。また、蓋部材１７は、電解液槽１の金属ホルダー１５を挿入する開口を密閉する蓋となる部材であってもよい。このことにより、大気中の成分と電解液３とが反応することを抑制することができる。例えば、電解液にアルカリ性電解液を用いた場合、大気中の二酸化炭素ガスが電解液に溶け込み、アルカリ性電解液を中和することを抑制することができる。
また、蓋部材１７に金属電極５と外部回路とを接続するための端子を有することもできる。この端子を外部回路と接続することにより、金属空気電池４５の電力を出力することが可能になる。
【００３４】
金属ホルダー１５は、後述する脱液機構１０を構成する第２押圧部材４８を備えてもよい。図１４は、第２押圧部材４８を備え、金属電極５が支持体１６の主要面上に固定された金属ホルダー１５の概略側面図および概略側面図である。第２押圧部材４８は、支持体１６に着脱可能に固定されている。
【００３５】
５．空気極、イオン交換部
空気極６は、大気中の酸素ガスと水と電子から水酸化物イオン（OH-）を生成する電極である。空気極６は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された空気極触媒からなる。このことにより、空気極触媒上において、酸素ガスと水と電子を共存させることが可能になり、電極反応を進行させることが可能になる。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液から供給されてもよい。
１つのセル４に含まれる空気極６は、図１〜４、８、１３、１６のように金属電極５の一方側にのみ設けられてもよく、図９〜１２のように金属電極６の両側にそれぞれ設けられてもよい。
多孔性担体には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
空気極触媒には、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。
また、空気極６に含まれる多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極６は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
【００３６】
空気極６は、大気に直接接するように設けてもよく、空気流路２６に接して設けてもよい。このことにより、空気極６に酸素ガスを供給することができる。また、空気流路２６を設ける場合、空気流路２６に加湿された空気を流すことにより、空気極６に酸素ガスと共に水も供給できる。空気流路２６は、例えば、図１〜３、１３に示した金属空気電池４５に含まれる集電部材２５に設けることができる。このことにより、空気流路２６を形成することができると共に集電部材２５を介して空気極６と外部回路とを接続することができ、金属空気電池４５の電力を外部回路に出力することができる。
また、空気流路２６は、図９〜１２に示した金属空気電池４５のように流路部材２７に設けることができる。流路部材２７は、各セル４の電気的接続方法に応じて導電性材料または絶縁性材料から構成される。
【００３７】
空気極６は電解液槽１に溜める電解液３に接触するように設けてもよい。このことにより、空気極６で生成した水酸化物イオンが容易に電解液３へ移動することができる。また、空気極６における電極反応に必要な水が電解液３から空気極６に供給されやすくなる。
また、空気極６は、電解液槽１に溜める電解液３と接触するイオン交換部８と接触するように設けてもよい。イオン交換部８は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極６で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液へ移動することができる。
イオン交換部８を設けることにより、空気極６と電解液３との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換部８がアニオン交換膜である場合、アニオン交換膜は、固定イオンである陽イオン基を有するため、電解液中の陽イオンは空気極６に伝導することはできない。これに対し、空気極６で生成した水酸化物イオンは陰イオンであるため、電解液へと伝導することができる。このことにより、金属空気電池４５の電池反応が進行させることができ、かつ、電解液３中の陽イオンが空気極６に移動するのを防止することができる。このことにより、空気極６における金属や炭酸化合物の析出を抑制することができる。
【００３８】
また、イオン交換部８を設けることにより、電解液に含まれる水が空気極に過剰に供給されることを抑制することができる。
イオン交換部８としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。
空気極６をイオン交換部８に接触するように設ける場合、例えば、図１〜３、１３のように、空気極６をイオン交換部８の上に形成し、これを電解液槽１と集電部材２５とで挟むように設けることができる。
【００３９】
６．脱液機構、電解液循環機構
脱液機構１０は、電池の放電反応の進行に伴い金属電極５を構成する金属が化学変化した金属化合物の析出物９から電解液を分離排出し金属化合物の脱液物１４を形成する。電解液を含む金属化合物の析出物９から電解液を分離排出する方法は、特に限定されないが、例えば、電解液を含む析出物９を押圧する方法、電解液を含む析出物９をフィルタリングする方法、電解液を含む析出物９を減圧する方法、電解液を含む析出物９を加熱する方法などが挙げられる。特に、電解液を含む析出物９を押圧する方法が好ましい。このことにより、電解液を含む析出物９から容易に電解液を分離排出することができ、脱液物１４を形成することができる。
金属空気電池４５が脱液機構１０を備えることにより、電解液中の金属化合物の析出物９を脱液物１４として効率的に除去することができる。ここでは、金属化合物の微粒子９から脱液物１４を形成する場合について説明するが、金属化合物からなる析出物９の形態は限定されず、板状の粒子、針状の粒子などであってもよい。
脱液物１４とは、含んでいた電解液が除去されて固形化した金属化合物をいう。
脱液機構１０の形態は、特に限定されないが、電解液槽１の外部において金属化合物の微粒子９を脱液し脱液物１４を形成する機構であってもよく、電解液槽１において金属化合物の微粒子９を脱液し脱液物１４を形成する機構であってもよい。また、脱液機構１０の形態は、電解液槽１が取替え可能な電解液槽ユニット２を有する場合に、新たな電解液槽ユニット２を電解液槽１に挿入することにより脱液物１４を形成する機構であってもよい。
【００４０】
まず、電解液槽１の外部において金属化合物の微粒子９を脱液し脱液物１４を形成する機構について説明する。この場合、金属空気電池４５は、例えば、図１〜３に示したように型部材１１と第１押圧部材１２を有する脱液部１３を備えることができる。
型部材１１と第１押圧部材１２は、電解液を含む金属化合物の微粒子９を挟圧することにより脱液物１４を形成するように設けることができる。例えば、図１〜３のように第１押圧部材１２を型部材１１の開口に嵌合するように設けることができる。このことにより、型部材１１と第１押圧部材１２の間に電解液を含む金属化合物の微粒子９を導入し、型部材１１と第１押圧部材１２とで金属化合物の微粒子９を挟圧し、電解液を排出し、金属化合物の脱液物１４を形成することができる。
ここで、型部材１１と第１押圧部材１２との間には遊び（型部材１１と第１押圧部材１２とが密着せず、その間にある程度動きうる隙間）を有してもよい。
【００４１】
また、型部材１１または第１押圧部材１２にフィルター部２１を設けることができる。このことにより、型部材１１と第１押圧部材１２とで金属化合物の微粒子９を挟圧するとき、フィルター部２１において、金属化合物の微粒子９と分離して電解液を排出することができる。
フィルター部２１は、例えば、図１のように第１押圧部材１２に設けられてもよい。この場合、第１押圧部材１２をフィルターとなる材料により形成してもよく、第１押圧部材１２を多孔性材料で形成し、第１押圧部材１２の金属化合物の微粒子９と接する面にフィルター膜を有してもよく、第１押圧部材１２に開口を設けこの開口内にフィルター部２１を設けてもよい。
フィルター部２１は、例えば、図２、３のように型部材１１に設けることもできる。この場合、型部材１１（の一部）をフィルターとなる材料により形成してもよく、型部材１１（の一部）を多孔性材料で形成し、型部材１１の金属化合物の微粒子９と接する面にフィルター膜を有してもよく、型部材１１に開口を設けこの開口内にフィルター部２１を設けてもよい。また、型部材１１の材料に多孔性材料を用いてもよい。このことにより、脱液効果を高くすることができる。例えば、型部材１１の材料に石膏を用いることができる。
【００４２】
また、電解液槽１は底部２０に開口を有し、電解液槽１と脱液部１３は開口を介して導通してもよい。このことにより、電解液槽１内の金属化合物の微粒子９を電解液と共に脱液部１３に移動させることできる。図１、２のように電解液槽１中の金属化合物の微粒子９が型部材１１と第１押圧部材１２との間に流入できるように、電解液槽１と脱液部１３が導通してもよく、図３のように電解液槽１中の金属化合物の微粒子９が電解液と共に型部材１１に流入できるように、電解液槽１と脱液部１３が導通してもよい。
電解液槽１と脱液部１３とを結ぶ導通路にバルブ３５を備えることができる。このことにより、電解液槽１から電解液の漏れることを防止することができる。また、金属化合物の微粒子９を挟圧し脱液物１４を形成するとき、金属化合物の微粒子９や電解液が電解液槽１に逆流することを防止することができる。
【００４３】
電解液槽１は、脱液部１３と導通する開口が最低部となるように傾斜した底部２０を有することができる。このことにより、電解液槽１の底に溜まった金属化合物の微粒子９は、最低部となる開口に集まることができ、電解液槽１内の金属化合物の微粒子９を効率的に脱液部１３に移動させることができる。電解液槽１の底部２０は、例えば、図１〜３に示した金属空気電池４５に含まれる電解液槽１のように底部２０に開口を有し、底部２０が最低部となるように傾斜した構造を有することができる。
【００４４】
次に、電解液槽１の外部においてフィルタリングにより金属化合物の析出物９を脱液し脱液物１４を形成する機構について説明する。この場合、金属空気電池４５は、例えば、図４、８〜１２に示したようにフィルター部７を有するろ過部６０を有することができる。
また、金属空気電池４５は、図４、１０、１２のように１つのろ過部６０を有してもよく、図８、９、１１のように複数のろ過部６０を有してもよい。また、金属空気電池４５は、図４のように、１つのセル４に対し１つのろ過部６０を有してもよく、図８のように、１つのセル４に対し複数のろ過部６０を有してもよく、図１０のように複数のセル４に対し１つのろ過部６０を有してもよい。
また、金属空気電池４５は、図４、８〜１２に示したようにポンプ４１により、電解液槽１内とろ過部６０とを電解液が循環するように設けることができる。なお、電解液は、連続的に循環させてもよく、インターバルをおいて循環させてもよい。
【００４５】
ここでは、図４、５を用いて金属化合物の脱液物１４の形成する方法を説明する。
図４に示した金属空気電池４５は電解液循環機構を有し、電解液循環機構は、電解液槽１内の電解液がろ過部６０に流入し、ろ過部６０に流入した電解液はフィルター部７によりろ過され、フィルター部７を通過したろ液はポンプ４１により電解液槽１内へと揚液されるように設けられている。
【００４６】
金属空気電池４５が有するセル４において電池反応が進行すると、電解液槽１内の電解液３中に金属化合物の析出物９が析出する。析出物９は、電解液が循環する流れにより電解液と共にろ過部６０に流入する。ろ過部６０に流入した電解液３および析出物９は、フィルター部７によりろ過され、析出物９は残渣としてフィルター部７上に堆積し、電解液は、フィルター部７を通過する。フィルター部７を通過した電解液は、ポンプ４１により揚液され再び電解液槽１内へと戻る。このような電解液の循環を続けることにより、金属化合物の析出物９は、フィルター部７上に堆積していく。
【００４７】
フィルター部７上に堆積した析出物９の量が所定の量を超えると、まず、バルブ３５ａを閉じ、リークバルブ３５ｂを開ける。このことにより、電解液槽１内の電解液がろ過部６０に流入しなくなり、リークバルブ３５ｂから空気がろ過部６０に流入する。この状態でポンプ４１により揚水を続けると、ろ過部６０内の電解液３が排出され、フィルター部７上に堆積した析出物９から電解液３を分離することができ金属化合物の脱液物１４を形成することができる。また、ポンプ４１による排水だけでは析出物９から十分に電解液を分離することができない場合には、バルブ３５ｄを閉じ、バルブ３５ｃを開け、吸引器６７によりろ過部６０内の空気を吸引することができる。このことにより、十分に電解液が除去された金属化合物の脱液物１４を形成することができる。
【００４８】
形成された金属化合物の脱液物１４は、図５のようにろ過部６０を分解することにより回収することができる。例えば、止め金具６５を第１容器６１ａおよび第２容器６１ｂから取り外し、第１容器６１ａと第２容器６１ｂとを分離する。その後、フィルター部７と共に金属化合物の脱液物１４を第２容器６１ｂから分離することにより、金属化合物の脱液物１４をフィルター部７に担持したまま回収することができる。なお、フィルター部７は、第２容器に着脱可能に設けられている。
脱液物１４を回収した後、新たなフィルター部７または脱液物１４と分離したフィルター部７を第２容器６１ｂに装着させ、ろ過部６０を組み立てる。その後、電解液槽１内の電解液３、ろ過部６０内の電解液３をポンプ４１により循環させることにより、金属化合物の析出物９をフィルター部７上に堆積させることができる。
【００４９】
フィルター部７は、析出物９と電解液３の混合物をろ過し、析出物９を残渣としてフィルター部上に堆積させ、電解液３をろ液として通過させることができるものが用いられる。また、フィルター部７は複数重なった構造を有してもよい。このような構造を有すると、金属化合物の析出物９の回収漏れを抑制し、より効率よく金属化合物を回収することをできる。
フィルター部７に使用する材質（ろ材）としては、電解液に対する耐薬品性があり、金属化合物の析出物９をフィルタリングすることができれば特に限定しないが、例えば、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイソブチレン、ポリアクリロニトリル、メチルペンテン、塩素化ポリエーテル、セラミック、ガラスが挙げられる。
【００５０】
ろ過部６０におけるフィルター部７の取り付け位置、固定法は特に限定しないが、図５に示すように、フィルター部７が第１容器６１ａと第２容器６１ｂに挟まれる構造をとることで、これらを分離してフィルター部７と金属化合物の脱液物１４を外部に取り出すことができる。
また、ろ過部６０は、図６、７に示すように、フィルター部７を設置したフィルター取り付け部材６２を、ろ過部６０の容器６１に着脱可能に設けた構造を有することができる。このことにより、容器６１にフィルター取り付け部材６２を装着させた状態で、電解液３と金属化合物の析出物９との混合物をろ過し金属化合物の脱液物１４を形成し、容器６１からフィルター取り付け部材６２を取り外すことにより金属化合物の脱液物１４を回収することができる。また、脱液物１４を回収した後、再びフィルター取り付け部材６２を容器６１に取り付けろ過部６０によるろ過を行うことができる。このような方法によると金属化合物の析出物９を回収する時間を短縮し、回収に必要なスペースを小さくすることができる。
【００５１】
例えば、図６に示したろ過部６０では、図６（ａ）（ｃ）のように容器６１が開口を有しており、この開口にフィルター取り付け部材６２が挿入することができるように設けられている。また、フィルター取り付け部材６２は、容器６１の開口６１から抜き出すことができるように設けられている。
なお、ろ過部６０がこのような構造を有する場合、シール部を設けることにより電解液３の漏れを抑制することができる。
【００５２】
例えば、図７に示したろ過部６０では、管状の容器６１の側壁に容器６１を貫通する開口が設けられている。この開口にフィルター部７が取り付けられたフィルター取り付け部６２が挿入することができるように設けられている。図７（ａ）のように容器６１にフィルター取り付け部６２ａが取り付けられた状態において電解液３と析出物９との混合物のろ過を行い金属化合物の脱液物１４を形成する。その後、図７（ｂ）のように、新たなフィルター取り付け部６２ｂにより容器６１に取り付けられたフィルター取り付け部６２ａの一方の端を押圧し、図７（ｃ）のようにフィルター取り付け部６２ａをフィルター取り付け部６２ｂに取り替える。このことにより、フィルター取り付け部６２ａのフィルター部７上に形成した金属化合物の脱液物１４を回収することができる。
また、ろ過部６０から取り外したフィルター部７は、金属化合物の脱液物１４を回収した後、交換用フィルター部７として再度使用することもできる。
【００５３】
また、脱液機構１０は、フィルター部７上に残渣として金属化合物の析出物９が多量に堆積し所定の量を超え、フィルタリング能力が低下した際に金属化合物の脱液物１４を回収する時期を検出する検出部６９を備えることができる。この場合、回収時期を決定する指標としては例えば図４、８〜１２に示すようにフィルタリング後の電解液流路に圧力計６８（検出部６９）を備え、金属空気電池４５による放電中およびフィルタリング中に電解液の圧力を検知し、フィルター部７に金属化合物が多量に堆積することで電解液流路を流れる電解液の圧力が低下し、一定値を下回った際に金属化合物の回収のサインを示すことができるようにする。
その他の金属化合物の脱液物１４を回収する時期の指標としては、例えば、電解液流路に流量計（検出部６９）を備え、電解液の流量の減少を検知した際に回収表示するようにすることもできる。その他には、検出部６９により金属空気電池４５による放電時間を測定し回収表示をすることもできる。この場合、放電電流量によって金属化合物の生成量が決定されるので、電流量ごとの放電時間によって回収サインを表示できる。ほかにもフィルター部７上に堆積した金属化合物の析出物の厚みを検知するセンサー（検出部６９）を備えて、フィルター部７上に堆積した金属化合物の析出物がある一定の厚みを上回ったら回収サインを表示するようにすることもできる。
【００５４】
また、１つのセル４に対し複数のろ過部６０を設ける場合、セル４の電解液槽１内の電解液３と金属化合物の析出物９との混合物をそれぞれのろ過部６０でろ過できるように電解液流路を設けることができる。このことにより、金属化合物の脱液物１４を金属空気電池４５による放電および電解液３の循環を停止することなく回収することが可能となる。
例えば、金属空気電池４５が図８のように、ろ過部６０ａ、６０ｂを有する場合、バルブ３５ａを開けバルブ３５ｅを閉じることにより、電解液槽１内の電解液３と金属化合物の析出物９との混合物をろ過部６０ａによりろ過することができる。ろ過部６０ａのフィルター部７ａ上に多量の金属化合物の析出物９が堆積し金属化合物の脱液物１４の回収時期がきた場合には、バルブ３５ａを閉じバルブ３５ｅを開けることにより電解液槽１内の電解液３と金属化合物の析出物９との混合物をろ過部６０ｂによりろ過する。この間にろ過部６０ａにおいて金属化合物の脱液物１４を形成し、脱液物１４を回収する。
なお、金属化合物の脱液物１４の回収時期は、検出部６９による回収サインにより知ることができる。
【００５５】
電解液３の流路の切り替えは図８中に示すような分岐を有する流路に設けられたバルブ３５ａ、３５ｂの手動による切り替えまたは、電子制御による自動切り替えをすることで行うことができる。自動切り替えの場合は例えばトランジスタスイッチング回路などを使用して、検出部６９による回収サインと連動させて、金属化合物の脱液物１４の回収時期になったら、自動で流路およびろ過部６０を切り替えるようにすることができる。
【００５６】
金属空気電池４５が図９〜図１２のように複数のセル４を有する場合のろ過部６０による脱液機構について説明する。
この場合、各セル４に対して異なるろ過部６０を設けることができる。例えば、図９に示した金属空気電池４５では、３つのセル４ａ、４ｂ、４ｃを有し、セル４ａで析出した金属化合物を回収するろ過部６０ａ、セル４ｂで析出した金属化合物を回収するろ過部６０ｂ、セル４ｃで析出した金属化合物を回収するろ過部６０ｃを有している。このような構成とすると、例えば、セル４への金属電極５の供給と、そのセル４に対応するろ過部６０からの脱液物１４の回収を同じ時期にすることができる。
なお、複数のろ過部６０を設ける場合、それぞれのろ過部６０に対して検出部６９を設けることができる。
【００５７】
また、複数のセル４に対して１つのろ過部６０を設けることができる。例えば、図１０に示した金属空気電池４５では、３つのセル４ａ、４ｂ、４ｃを有し、この３つのセル４で析出した金属化合物をまとめてろ過部６０で回収することができるように設けられている。このように設けることにより、ろ過部６０の数を減らすことができ、金属空気電池４５を小型化することができる。
【００５８】
また、複数のセル４に対して複数のろ過部６０を設け、電解液３と析出物９の混合物をろ過するろ過部６０を切り替えることができるように脱液機構を設けることができる。例えば、図１１に示した金属空気電池４５では、３つのセル４ａ、４ｂ、４ｃを有し、３セル４ａと繋がったろ過部６０ａ、セル４ｂと繋がったろ過部６０ｂ、セル４ｃ繋がったろ過部６０ｃを有している。そして、セル４ａとろ過部６０ａとを繋ぐ流路と、セル４ｂとろ過部６０ｂとを繋ぐ流路と、セル４ｃとろ過部６０ｃとを繋ぐ流路とが繋がっている。
このような構造によると、複数のろ過部６０の中から金属化合物を回収するものを一部選択し、選択したろ過部６０のフィルタリング能力が低下したら、バルブ３５ａ、３５ｂ、３５ｃの操作により流路を他のろ過部６０へ電解液が流れるように切り替え、電解液が流入しなくなったろ過部６０から金属化合物を回収することにより、発電を停止することなく継続的に金属化合物を回収することが可能となる。
【００５９】
金属空気電池４５が複数のセル４を有する場合、複数のセル４が有する電解液槽１は共通のものであってもよい。例えば、図１２に示した金属空気電池４５では、３つのセル４ａ、４ｂ、４ｃの電解液槽１が共通となっている。
このような構造によれば、電解液を各セル４で均一にできるため、各セル４の発電特性を均一にすることができる。また、システム全体を小型化することも可能となる。
【００６０】
次に、電解液槽１において金属化合物の微粒子９を脱液し脱液物１４を形成する機構について説明する。この場合、金属空気電池４５は、金属ホルダー１５に着脱可能に固定された第２押圧部材４８を有することができる。第２押圧部材４８は、金属ホルダー１５を電解液槽１に挿入するとき、第２押圧部材４８と電解液槽１の底部２０との間で金属化合物の微粒子９を挟圧することにより、脱液物１４を形成することができるように設けられる。第２押圧部材４８の金属ホルダー１５への固定方法は、特に限定されないが、例えば、第２押圧部材４８を金属ホルダー１５に含まれる支持体１６に１点以上で着脱可能に固定することができる。
例えば、金属ホルダー１５に含まれる支持体１６が方形状の場合、第２押圧部材４８は、支持体１６の１つの辺に着脱可能に固定されるように設けることができる。この場合、金属ホルダー１５は、例えば図１４（ａ）（ｂ）のような構造を有することができる。なお、支持体１６が方形状の場合とは、支持体１６が正方形や長方形である場合に限定されず、正方形や長方形の角が丸くなった形状や、正方形や長方形の一辺にくぼみやステップを有する形状なども含む。
【００６１】
電解液槽１は、第２押圧部材４８が嵌合する底部２０を有することができる。電解液槽１の底部２０に第２押圧部材４８が嵌合することにより、電解液槽１の底部２０と第２押圧部材４８との間で金属化合物の微粒子９を挟圧することができ、脱液物１４を形成することができる。ここで、電解液槽１の底部２０と第２押圧部材４８との間には遊び（底部２０と第２押圧部材４８とが密着せず、その間にある程度動きうる隙間）を有してもよい。
また、電解液槽１は、第２押圧部材４８と電解液槽１の底部２０との間で金属化合物の微粒子９を挟圧するとき電解液を排出する開口とこの開口に設けられたフィルター部５０を有することができる。このことにより、脱液物１４を形成するときに、フィルター部５０により金属化合物に微粒子９と電解液を分離して電解液を排出することができる。フィルター部５０は、例えば、図１３のように電解液槽１の底部付近に設けることができる。
【００６２】
電解液槽１は、その底部に金属化合物の脱液物１４を排出する排出口を有することができる。この排出口を介して電解液槽１内から金属化合物の脱液物１４を排出することができる。排出口の形態は、脱液物１４を排出できれば特に限定されないが、例えば、図１３のように電解液槽１が底に開閉式の排出用扉部５２を有し、排出用扉部５２を開けることにより、排出口が脱液物１４を排出できるように設けられてもよい。また、この場合、電解液の漏れを防止するためにシール部材５５を設けることもできる。
【００６３】
図１３に示した金属空気電池４５が有する脱液機構１０について説明する。図１５（ａ）〜（ｄ）は、金属空気電池４５が有する脱液機構１０の説明図である。図１５（ａ）は、図１３に示した金属空気電池４５により電力を出力し、金属電極５を構成する金属が消費されたときの概略断面図である。このとき、金属ホルダー１５に固定された金属電極５の量は減少しており、金属化合物の微粒子９が電解液槽１の底に溜まっている。この後、金属が消費された金属電極５を有する金属ホルダー１５の支持体１６を第２押圧部材４８から離脱させ、第２押圧部材４８を電解液槽１の底に残したまま金属ホルダー１５を電解液槽１から抜脱させる。また、バルブ３５を開け、フィルター部５０により、金属化合物の微粒子９を電解液槽１の底に残したまま、電解液を電解液槽１から排出することができる。このときの金属空気電池４５の断面図が図１５（ｂ）である。このとき、電解液槽１の底には、第２押圧部材４８があり、その上に電解液を含んでいる金属化合物の微粒子９が溜まっている。
【００６４】
この後、新たな金属電極５が支持体１６の主要面上に固定され、第２押圧部材４８が支持体１６の一辺に固定された金属ホルダー１５を電解液槽１内に挿入する。このとき、第２押圧部材４８は、電解液槽１の底部に嵌合し、電解液槽１の底の第２押圧部材４８と金属ホルダー１５に固定された第２押圧部材４８とで電解液槽１の底に溜まった金属化合物の微粒子９を挟み込むことになる。金属ホルダー１５をさらに押し込むことにより、金属化合物の微粒子９は２つの第２押圧部材４８に挟圧され、金属化合物の微粒子９が含んでいた電解液が、フィルター部５０を介して電解液槽１外へ排出される。電解液が排出された金属化合物の微粒子９は、成型され脱液物１４となる。このときの金属空気電池４５の断面図が図１５（ｃ）である。
【００６５】
この後、排出用扉部５２を開け、排出口から第２押圧部材４８とともに金属化合物の脱液物１４を排出する。このときの金属空気電池４５の断面図が図１５（ｄ）である。このことにより、電解液槽１に溜まった金属化合物の微粒子９を脱液物１４として、電解液槽１から除去することができ、かつ、金属空気電池４５に新たな金属電極５を供給することができる。
その後、排出用扉部５２を閉め、電解液槽１に電解液を供給し、再び金属空気電池４５により電力を出力することができる。
【００６６】
次に、電解液槽１が取替え可能な電解液槽ユニット２を有する場合に、新たな電解液槽ユニット２を電解液槽１に挿入することにより脱液物１４を形成する機構について説明する。この場合、電解液槽１は、取替え可能な電解液槽ユニット２を有し、取替え可能な電解液槽ユニット２は、新たな電解液槽ユニット２に取り替えることができるように設けられ、前記電解液を含む前記金属化合物の微粒子９は、新たな電解液槽ユニット２を電解液槽１に挿入することにより電解液槽１の底部と新たな電解液槽ユニット２との間で挟圧され、脱液物１４となる。
電解液槽ユニット２は、例えば、図１６に示すように電解液槽１の底部と側壁部となる部分を有する部材とすることができる。また、電解液槽ユニット２は、電解液槽１の底となる面と電解液槽ユニット２の下面とが同じ形状になるように設けることができる。このことにより、同じ形状の２つの電解液槽ユニット２を重ねた場合、下に位置する電解液槽ユニット２に上に位置する電解液槽ユニット２を嵌合させることができる。このことにより、２つの電解液槽ユニット２を重ね合わせることにより、その間の金属化合物の微粒子９を挟圧することができ、脱液物１４を形成することができる。また、この場合も上述したフィルター部５０、シール部材５５を設けることができる。
【００６７】
図１６に示した金属空気電池４５が有する脱液機構１０について説明する。図１７（ａ）〜（ｄ）は、金属空気電池４５が有する脱液機構１０の説明図である。図１７（ａ）は、図１６に示した金属空気電池４５により電力を出力し、金属電極５を構成する金属が消費されたときの概略断面図である。このとき、金属ホルダー１５に固定された金属電極５の量は減少しており、金属化合物の微粒子９が電解液槽１の底に溜まっている。この後、金属が消費された金属電極５を有する金属ホルダー１５を電解液槽１から抜脱させる。また、バルブ３５を開け、フィルター部５０により、金属化合物の微粒子９を電解液槽１の底に残したまま、電解液を電解液槽１から排出することができる。このときの金属空気電池４５の断面図が図１７（ｂ）である。このとき、電解液槽１に含まれる電解液槽ユニット２の底部上に電解液を含んでいる金属化合物の微粒子９が溜まっている。
【００６８】
この後、新たな金属電極５が支持体１６の主要面上に固定された金属ホルダー１５および新たな電解液槽ユニット２を電解液槽１内に挿入する。このとき、新たな電解液槽ユニット２は、電解液槽１の底部に嵌合し、電解液槽１の底部と新たな電解液槽ユニット２とで電解液槽１の底に溜まった金属化合物の微粒子９を挟み込むことになる。新たな電解液槽ユニット２および金属ホルダー１５をさらに押し込むことにより、金属化合物の微粒子９は挟圧され、金属化合物の微粒子９が含んでいた電解液が、フィルター部５０を介して電解液槽１外へ排出される。電解液が排出された金属化合物の微粒子９は、成型され脱液物１４となる。このときの金属空気電池４５の断面図が図１７（ｃ）である。
【００６９】
この後、金属空気電池４５に固定されていた電解液槽ユニット２を取外し、電解液槽１内に挿入した新たな電解液槽ユニット２を金属空気電池４５に取り付ける。このときの金属空気電池４５の断面図が図１７（ｄ）である。このことにより、電解液槽１に溜まった金属化合物の微粒子９を脱液物１４として、取り外した電解液槽ユニット２と共に電解液槽１から除去することができる。
その後、電解液槽１に電解液を供給し、再び金属空気電池４５により電力を出力することができる。
【００７０】
金属空気電池４５は、電解液循環機構を有することができる。電解液循環機構は、電解液槽１から排出した電解液を再び電解液槽１に供給する機構である。例えば、図１、１３、１６のように、電解液槽１から排出された電解液を溜める電解液タンク４０を備え、電解液タンク４０に溜めた電解液をポンプにより電解液槽１に供給する機構である。
【００７１】
７．エネルギーシステム
本実施形態の金属空気電池４５は、金属電極５を構成する金属をエネルギー貯蔵・運搬媒体とするエネルギーシステムを構成することができる。エネルギーシステムは、本実施形態の金属空気電池４５により形成された脱液物１４を還元処理することにより金属電極５を構成する金属を製造し、この金属を金属電極５として電解液槽１に供給するシステムである。
たとえば、金属空気電池４５を都市部に設け、金属化合物の還元装置を大規模太陽電池発電所などに設けることができる。都市部において、金属空気電池４５により発電し電気エネルギーを供給する。この際、金属電極５が消費されることにより生じる金属化合物を本実施形態の金属空気電池４５が備える脱液機構１０により脱液物１４として回収する。回収した脱液物１４を大規模太陽電池発電所に設けた還元装置に運搬し、太陽電池発電所の電力により金属化合物を還元処理し、金属を製造する。この製造した金属を都市部に運搬し、金属空気電池４５に金属電極５として供給し、金属空気電池４５により発電する。
このようなエネルギーシステムにより、太陽電池発電所などにおいて電力を金属として貯蔵し、この金属を利用して電力需要の大きい都市部などで発電することができる。また、このようなエネルギーシステムに本実施形態の金属空気電池４５を用いることにより、金属空気電池４５から効率よく金属化合物を回収することができ、エネルギーシステムを維持するためのコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１： 電解液槽    ２：交換可能ユニット    ３：電解液    ４、４ａ、４ｂ、４ｃ：セル    ５、５ａ、５ｂ、５ｃ：金属電極    ６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ：空気極    ７、７ａ、７ｂ、７ｃ：フィルター部    ８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ：イオン交換部    ９：金属化合物の微粒子（金属化合物からなる析出物）    １０：脱液機構    １１：型部材    １２：第１押圧部材    １３：脱液部    １４：金属化合物の脱液物    １５：金属ホルダー    １６：支持体    １７：蓋部材    ２０：底部    ２１：フィルター部    ２５：集電部材    ２６：空気流路    ２７：流路部材    ２８：スペーサー    ３１：ボルト    ３２：ナット    ３５：バルブ    ３６：電解液回収容器    ３８：配管    ４０：電解液タンク    ４１：ポンプ    ４２：電解液供給口    ４５：金属空気電池    ４８：第２押圧部材    ５０：フィルター部    ５２：排出用扉部    ５４：係止部    ５５：シール部材    ５７：排出口    ５８：金属電極供給口    ６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ：ろ過部    ６１：容器    ６１ａ、６１ｃ、６１ｅ：第１容器    ６１ｂ、６１ｄ、６１ｆ：第２容器    ６２、６２ａ、６２ｂ：フィルター取り付け部材    ６３：多孔質部材    ６５：止め金具    ６７、６７ａ、６７ｂ、６７ｃ：吸引器    ６８、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ：圧力計    ６９：検出部
１０１：亜鉛電極    １０３：アルカリ性電解液    １０５：空気極    １０６：アニオン交換膜
【図１】
2013243108.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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