(57)【要約】【課題】残量を把握できるマグネシウム空気電池を提供する。【解決手段】マグネシウム空気電池は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と電解液を収容するための外装部とを有する電池部と、電池部の残量データを表示する残量表示部とを備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と電解液を収容するための外装部とを有する電池部と、
前記電池部の残量データを表示する残量表示部と
を備えたマグネシウム空気電池。
【請求項２】
前記残量データを演算する残量演算部をさらに備えた請求項１に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項３】
前記残量演算部には、前記電池部から検出される検出値が入力され、
入力された前記検出値に基づいて、前記残量データを演算する請求項２に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項４】
前記残量演算部は、前記外装部に対して、最初に前記電解液が供給された時から前記残量データの演算を開始する請求項２〜３の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項５】
前記残量演算部は、前記負極が電解液に接触しない状態の場合には前記残量データの演算を停止する請求項２〜４の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の前記マグネシウム空気電池を用いた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、我が国が電池分野において国際的に主導的な役割を果たすことが期待されており、次世代電池の開発が活発になされている。例えば、次世代電池として、空気電池等の開発が、進められている。
【０００３】
空気電池は、正極活物質として空気中の酸素を使う電池である。この空気電池はさまざまな金属で研究がなされている。例えば、空気電池として、負極に環境安全性に優れているマグネシウムを使用したものが、挙げられる（例えば、特許文献１参照）。マグネシウム空気電池は、例えば災害時等の非常用電源等として使用されることが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３４７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マグネシウム空気電池では、残量を把握することにより利便性を向上することが求められている。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、残量を把握できるマグネシウム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】
上述した課題を解決するために、本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と電解液を収容するための外装部とを有する電池部と、電池部の残量データを表示する残量表示部とを備えたマグネシウム空気電池である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、マグネシウム空気電池の残量を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは電池の構成例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、外装部の周壁の一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．一の実施の形態
２．変形例
なお、以下に説明する実施の形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施の形態等に限定されるものではない。
【００１１】
１.第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態によるマグネシウム空気電池について説明する。図１Ａおよび図１Ｂは電池の構成例の概略を示す断面図である。なお、図１Ａは電解液が供給される前の状態を示し、図１Ｂは電解液が供給された後の状態を示す。
【００１２】
［電池の構成］
以下、図１Ａ、図１Ｂを参照して、電池の構成について具体的に説明する。図１Ａ、図１Ｂに示すように、電池は、電池部２０と、電池部２０の残量を表示するための残量表示部４１とを備える。電池部２０は、負極２１と、外装部２３とを備える。外装部２３の少なくとも一部は、正極集電体２２により構成されている。電池部２０を反応させて外部に電力を供給する際には、図１Ａの状態の電池部２０に対して、ユーザにより外装部２３の内部の空間に電解液２５が供給され、図１Ｂに示すように負極２１の少なくとも一部が電解液に浸された状態とされる。
【００１３】
電池部２０は、いわゆるマグネシウム空気電池であり、空気中の酸素を正極活物質（電子を受け取る物質）とし、マグネシウムを負極活物質（電子を放出する物質）とする。負極のマグネシウムは、電子を放出してマグネシウムイオンとなって電解液中に溶出する。一方、正極では、酸素と水が電子を受け取って水酸化物イオンとなる。電池全体で見ると、マグネシウム、酸素、および水から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）が生成することで両極間に起電力が発生する。正極および負極でのそれぞれの反応式は、以下の通りとなる。
【００１４】
正極：Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-→４ＯＨ-
負極：２Ｍｇ→２Ｍｇ2+＋４ｅ-
全体：２Ｍｇ＋Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ →２Ｍｇ（ＯＨ）2↓
【００１５】
（負極）
負極２１は、負極材（負極活物質）としてマグネシウム（Ｍｇ）またはマグネシウム合金を含んでいる。マグネシウム合金は、例えばマグネシウムを主成分とする合金、すなわちマグネシウムを５０重量％以上含有する合金である。マグネシウム合金としては、例えば、マグネシウムと、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素とを含むものが挙げられ、これらのうちでも特にマグネシウムとカルシウムとを含むもの、またはマグネシウムとカルシウムとアルミニウムとを含むものが好ましい。負極２１の自己放電を抑制できるとともに、長期間に渡って安定的に電流を流すことができるからである。マグネシウム合金の具体例としては、Ｍｇ−Ｃａ系、Ｍｇ−Ａｌ系、Ｍｇ−Ｍｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系などの合金が挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。
【００１６】
負極２１は、例えば、円柱状の棒である。負極２１は、板状のもの等であってもよい。負極２１が、ナノポーラス構造またはメソポーラス構造などの多孔質構造を有していてもよい。必要に応じて、酸化還元電位が負極材よりも貴な金属を含む導体層を負極２１の表面にさらに設けるようにしてもよい。これにより、電流集中や望ましくない位置における負極反応の進行を抑制し、負極材の脱落や欠損を抑制することができる。導体層は、例えば、負極２１の表面のうちの少なくとも正極集電体２２に対向しない領域に設けられる。酸化還元電位が負極材よりも貴な金属としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、水銀（Ｈｇ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）などが挙げられる。円柱状の負極２１の一端は負極ソケット３４に収容されている。負極２１の他端には負極端子３５が接続されている。負極２１は外装部２３の蓋部３３に設けられた抜き出し孔３３ｄから外装部２３に対して出し入れが可能とされている。負極２１を外装部２３から出すことによって電解液２５に接触しない状態として反応を停止することができる。
【００１７】
（正極集電体）
正極集電体２２は、空気電極とも称される部材であり、正極材（正極活物質）としての空気中の酸素に電子を供給する役割を有している。正極集電体２２の材料は、導電性を有する材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、活性炭、炭素繊維、カーボンフェルトなどの炭素質材料、鉄、銅などの金属材料などを用いることができる。正極集電体２２の材料としては、空気中の酸素との接触面積が大きく集電効率に優れているという観点から、炭素粉末を用いることが特に好ましい。
【００１８】
正極集電体２２上に多孔質シートを積層した構成としてもよい。この場合、多孔質シート側が外装部２３の外周面側となるように、それらは配置される。また、正極集電体２２上に多孔質シート、網状支持体を順次積層した構成としてもよい。この場合、網状支持体が外装部２３の外周面側となるように、それらは配置される。
【００１９】
（電解液）
電解液２５は、負極２１で発生したマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）を溶出させるとともに、酸素と反応する水（Ｈ2Ｏ）を正極集電体２２に供給する役割を有している。電解液２５としては、酸性、アルカリ性、あるいは中性の水溶液を用いることができる。例えば、水、塩化ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、および過炭酸ナトリウム水溶液からなる群から選ばれる少なくとも１つを用いることができる。また、フッ化物の水溶液、ハロゲンを含む水溶液、多価カルボン酸の水溶液などを用いることもできる。
【００２０】
（外装部）
外装部２３は、電解液２５および負極２１を収容するための中空状の空間を有している。外装部２３の全体形状としては、例えば、円柱状、四角柱状、六角柱状、八角柱状などの多角柱状、立方体状などが挙げられるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。外装部２３の少なくとも一部が、正極集電体２２により構成されている。
【００２１】
外装部２３としては、プラスチック容器、紙容器、金属容器、セラミック容器などの外装ケースを用いることができる。なお、プラスチックフィルムなどのフィルム状の包材などを用いてもよい。
【００２２】
外装部２３は、例えば、筒状などを有する周壁３１と、その下端を閉鎖する底面部３２と、その上端を閉鎖する蓋部３３とを備える。周壁３１の一部は、正極集電体２２により構成されている。周壁３１の外周は、大気に開放された状態となっている。
【００２３】
外装部２３の底面部３２の内側の面には、負極受け部として負極ソケット３４が設けられている。負極ソケット３４は、円柱状の負極２１の一端が収容される浅い収容空間３４ａを有する。外装部２３の底面部３２には、電解液２５を排出するための排出孔３２ａが設けられている。
【００２４】
蓋部３３には、電解液２５を外装部２３内に供給するための供給孔３３ｃが設けられている。また、蓋部３３には、負極２１を外装部２３に対して出し入れするための抜き出し孔３３ｄが設けられている。
【００２５】
（残量表示部）
図２は、外装部２３の周壁３１の一部を平面図である。残量表示部４１は、電池部２０の残容量、残使用時間等の残量を示すデータ（残量データと適宜称する）を表示するものである。残量表示部４１には、例えば残量演算部（図示省略）から出力された残量データが、表示される。表示される残量データは、例えば、残量を示す数値や残量に応じて増減する目盛り等である。残量表示部４１は、例えば、周壁３１に設けられた液晶パネル等の表示パネル等である。
【００２６】
（残量演算部）
残量演算部は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成され、電池部２０を流れる電流等の検出値を検出する検出部（図示省略）により検出されたデータが入力され、入力されたデータに基づいて、残量が演算される。
【００２７】
残量演算部による残量データの演算方法は、様々な方法を採用することができる。一例として、次のように残量データを演算してもよい。例えば、検出部により電池部２０に流れる電流値を検出し、検出した電流値を残量演算部に入力する。残量演算部は、入力された電流値を積算し、例えば、予め設定された電池部２０の容量値から、積算された電流値に基づいて演算された放電容量値を減ずることで残容量値を演算し、残量表示部４１に出力する。
【００２８】
なお、残量演算部では、例えば、電池部２０に電解液２５が最初に供給された時から、電流値の積算が開始され、負極２１を外装部２３から抜き出した場合等、負極２１が電解液と接触しない状態の場合には、電流値の積算が停止されるようにしてもよい。残容量値に基づいて求めた残使用時間等の残量データを出力してもよい。電流値を積算することに代えて、例えば電力値等を積算するようにしてもよい。
【００２９】
（効果）
本発明の一の実施の形態では、残量表示部４１によって、マグネシウム空気電池の残量を把握することができ、利便性を向上することができる。
【００３０】
（応用例）
上述したマグネシウム空気電池は、ラジオ等の電子機器に対する電源に適用可能である。この場合、マグネシウム空気電池の残量表示部４１により、残量を容易に確認することができるので、利便性に優れている。
【００３１】
２．変形例
本発明は、上述した本発明の実施の形態に限定されるものでは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
２０・・・電池部
２１・・・負極
２２・・・正極集電体
２３・・・外装部
２５・・・電解液
３１・・・周壁
３２・・・底面部
３２ａ・・・排出孔
３３・・・蓋部
３３ｃ・・・供給孔
３４・・・負極ソケット
３４ａ・・・収容空間
３５・・・負極端子
４１・・・残量表示部
【図１】
2016072085.tif 000003
【図２】
2016072085.tif 000004