(57)【要約】  【課題】長い寿命を有する電池を提供する。  【解決手段】電子機器は、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収容部と、収容部内に気泡を発生させる気泡発生部とを備える。【選択図】図２
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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収容部と、
上記収容部内に気泡を発生させる気泡発生部と
を備える電子機器。
【請求項２】
上記気泡により、上記収容部に収容される電解液に対流が発生される請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
上記対流により、上記収容部の底面と上記電解液の液面との間で上記電解液が循環される請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
上記気泡により、上記負極が洗浄される請求項１から３のいずれかに記載の電子機器。
【請求項５】
上記気泡発生部は、上記収容部の底面または該底面の近傍に設けられている請求項１から４のいずれかに記載の電子機器。
【請求項６】
上記気泡発生部は、上記負極の反応を利用して発電された電力により駆動される請求項１から５のいずれかに記載の電子機器。
【請求項７】
上記負極の反応を利用して発電された電力を二次電池に蓄電し、該二次電池に蓄電された電力を上記気泡発生部に供給する制御部をさらに備える請求項１から６のいずれかに記載の電子機器。
【請求項８】
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収容部と、
上記収容部内に気泡を発生させる気泡発生部と
を備える電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池および電子機器に関する。詳しくは、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極を備える電池および電子機器に関する。
【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、空気電池など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。空気電池として、例えば、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ある（例えば、特許文献１参照）。この空気電池の技術分野では、電池の発電効率を上げ、更に電池の寿命を長くす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】
本発明の目的は、電池の発電効率を上げ、更に長い寿命を有する電池およびそれを備える電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、第１の発明は、
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収容部と、
収容部内に気泡を発生させる気泡発生部と
を備える電子機器である。
【０００７】
第２の発明は、
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収容部と、
収容部内に気泡を発生させる気泡発生部と
を備える電池である。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、電池の発電効率を上げ、更に電池の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るラジオ受信機の一構成例を示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示したラジオ受信機の上面の一部を拡大して表す平面図である。図１Ｃは、図１Ａに示したラジオ受信機の底面の一部を拡大して表す斜視図である。
【図２】図２Ａは、負極が電解液槽に入れられた状態における電池の一例を示す概略断面図である。図２Ｂは、負極が電解液槽から出された状態における電池の一例を示す概略断面図である。
【図３】図３Ａは、入出力機構に備えられたスティック部の一構成例を示す斜視図である。図３Ｂは、入出力機構に備えられた孔部の一構成例を示す斜視図である。
【図４】図４は、電解液槽の底面部の一構成例を示す拡大断面図である。
【図５】図５Ａは、本発明の第２の実施形態に係る電子機器の一構成例を示すブロック図である。図５Ｂは、本発明の第２の実施形態の変形例に係る電子機器の一構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は種々の電子機器に適用して好適なものである。本発明が適用可能な電子機器は特に限定されるものではないが、例示するならば、ディスプレイ、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ラジオ受信機、テレビ受像機、懐中電灯などの照明装置、調理機器などが挙げられる。
【００１１】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００１２】
＜第１の実施形態＞
［電子機器の構成］
図１Ａに示すように、本発明の第１の実施形態に係るラジオ受信機１０は、表示部１１と、操作部１２と、スピーカ１３と、電源としての電池２０とを備える。ラジオ受信機１０は、ほぼ直方体形状を有している。ラジオ受信機１０はほぼ長方形状の前面を有し、その長手方向の一端寄りの領域には表示部１１および操作部１２が設けられ、その長手方向の他端から中央に渡る領域にはメッシュ部材１４が設けられている。このメッシュ部材１４の内側には、電池２０およびスピーカ１３が設けられている。スピーカ１３がラジオ受信機１０のほぼ中央に位置し、電池２０がラジオ受信機１０の他端側に位置している。ラジオ受信機１０の背面にはロッドアンテナ１５が設けられている。
【００１３】
図１Ｂに示すように、ラジオ受信機１０の上面のうち、電池２０の上方に対応する位置には、電極取り出しダイヤル１６と、供給孔１７とが設けられている。供給孔１７には、ネジ部材１７ａが嵌め込まれる。電池２０に電解液を供給する際には、供給孔１７からネジ部材１７ａが取り外され、供給孔１７から電池２０に電解液が供給される。
【００１４】
図１Ｃに示すように、ラジオ受信機１０の底面のうち、電池２０の下方に対応する位置には、排出孔１８が設けられている。排出孔１８には、ネジ部材１８ａが嵌め込まれる。電池２０から電解液を排出する際には、排出孔１８からネジ部材１８ａが取り外され、排出孔１８を介して電池２０から電解液が外部に排出される。
【００１５】
表示部１１には、放送局名、現在選択されている放送（例えばＴＶ／ＦＭ／ＡＭ）、現在受信されている周波数、電池残量などの情報が表示される。操作部１２は、電源ボタン、音量ボタン、放送局選択のための“▲”、“▼”ボタンなどの複数の操作ボタンを備えている。
【００１６】
電池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。
【００１７】
正極：Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-→４ＯＨ-
負極：２Ｍｇ→２Ｍｇ2+＋４ｅ-
全体：２Ｍｇ＋Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ →２Ｍｇ（ＯＨ）2↓
【００１８】
［電池の構成］
以下、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂを参照して、電池２０の構成について具体的に説明する。図２Ａ、図２Ｂに示すように、電池２０は、負極２１と、電解液槽２３と、入出機構部２４とを備える。電解液槽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。電解液槽２３の上方に入出機構部２４が設けられ、この入出機構部２４により負極２１が保持される。入出機構部２４は、電解液槽２３に対して負極２１を出し入れ可能に構成されている。ここで、“電解液槽２３から負極２１を出す”とは、負極２１の全体を電解液槽２３から出すことのみならず、電解液槽２３に収容された電解液２５に接触しないような状態で負極２１の一部を電解液槽２３内に残すようにして、負極２１を電解液槽２３から出すことも意味するものとする。電池２０を反応させてラジオ受信機１０に電力を供給する際には、ユーザにより電解液槽２３に電解液２５が供給される。
【００１９】
（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。
【００２０】
負極２１は、例えば、円柱状の棒である。もしくは板状のものであってもよい。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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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、多孔質シート側が電解液槽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、網状支持体が電解液槽２３の外周面側となるように、それらは配置される。
【００２３】
（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。
【００２４】
（電解液槽）
電解液槽２３は、電解液２５を収容するための収容部であり、電解液２５を収容するための中空状の空間を有している。電解液槽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。電解液槽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。
【００２５】
電解液槽２３は、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体３３とを備える。周壁３１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。周壁３１の外周は、大気に開放された状態となっている。なお、ラジオ受信機１０は、その前面に設けられたメッシュ部材１４を介して内部に大気が容易に入り込める構成となっている。
【００２６】
電解液槽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。この排出孔３２ａは、ラジオ受信機１０の底面に設けられた排出孔１８と連結している。
【００２７】
蓋体３３の中央には、負極２１を電解液槽２３内に出し入れするための孔部３３ａが設けられている。この孔部３３ａには、電解液槽２３の密閉性を高めるために、Ｏリング３３ｂが設けられている。蓋体３３には、電解液２５を電解液槽２３内に供給するための供給孔３３ｃが設けられており。この供給孔３３ｃは、ラジオ受信機１０の上面に設けられた供給孔１７と連結している。
【００２８】
蓋体３３上には、負極２１の表面に付着した電解液２５を吸収する吸収部材３６が設けられている。吸収部材３６は、例えばリング状を有し、その中央の開口には負極２１が通されている。吸収部材３６としては、例えば、スポンジ、織布、不織布などの繊維、高分子吸水材などのうちの少なくとも一つの吸水剤を用いることができる。例えば、高分子吸水材を織布、不織布などの繊維で包んだものを用いてもよい。このような吸収部材３６が設けられていることで、負極２１を電解液槽２３から取り出す際に、負極２１の表面に付着した電解液２５を除去することができる。したがって、負極反応の進行を抑制し、電池２０を長寿命化することができる。
【００２９】
（入出機構部）
入出機構部２４は、孔部４１と、スティック部４２と、コイルバネ４３とを備える。孔部４１は、ラジオ受信機１０の上面に対して垂直な方向（以下「上下方向」という。）に延設されている。この孔部４１に、負極２１を保持したスティック部４２が上下方向に移動可能に収容されている。スティック部４２が孔部４１に押し込まれると、電解液槽２３内に負極２１が入り込まされ、スティック部４２が押し上げられると、電解液槽２３内から負極２１が取り出される。
【００３０】
図３Ａに示すように、スティック部４２は、負極２１を保持するための保持部材であり、負極２１よりもやや径の大きい円柱状を有している。スティック部４２の一端に円柱状の負極２１の一端を勘合などすることにより、スティック部４２の一端に円柱状の負極２１の一端が保持されている。
【００３１】
図２Ａ、図２Ｂに示すように、スティック部４２内には負極端子３５が設けられており、この負極端子３５が、スティック部４２に保持された負極２１の一端に電気的に接続されている。負極２１が電解液槽２３から出されると、円柱状の負極２１の一端と負極端子３５との接触が解除される構成としてもよい。このような構成とすることで、ラジオ受信機１０の電子回路と負極２１との電気的な接触を切断することができる。したがって、負極反応の進行を抑制し、電池２０を長寿命化することができる。
【００３２】
スティック部４２の周面の一端には２つの突出部４４ａ、４４ｂが設けられている。これら突出部４４ａ、４４ｂは、スティック部４２の周面上の対向する位置に設けられている。一方、スティック部４２の他端には、電極取り出しダイヤル１６が設けられている。スティック部４２は、負極２１が保持された一端側が電解液槽２３側となり、電極取り出しダイヤル１６が設けられた他端側がラジオ受信機１０の上面側となるように、孔部４１内に配置される。
【００３３】
コイルバネ４３はスティック部４２の下方に設けられている。コイルバネ４３の孔部には、スティック部４２により保持された負極２１が通されている。これにより、スティック部４２を孔部４１内に押し入れる際に、スティック部４２に反力が加わるようになっている。コイルバネ４３は、このような反力を生じさせることができる弾性部材の一例であって、コイルバネ４３以外の弾性部材を用いてもよい。
【００３４】
孔部４１は円柱状を有し、その壁面には２つの溝４５ａ、４５ｂが設けられている。溝４５ａ、４５ｂは、孔部４１の壁面の対向する位置に設けられている。溝４５ａ、４５ｂにはそれぞれ、スティック部４２の突出部４４ａ、４４ｂが移動可能に配置される。溝４５ａ、４５ｂを孔部４１の壁面に垂直な方向から見ると、それらの溝４５ａ、４５ｂは、逆Ｌ字状を有している。具体的には、溝４５ａ、４５ｂはそれぞれ、第１の溝５１ａ、５１ｂと、第２の溝５２ａ、５２ｂとを有する。第１の溝５１ａ、５１ｂは、円柱面状の壁面の上下方向に延設されている。一方、第２の溝５２ａ、５２ｂは、円柱面状の壁面の周方向に延設されている。第１の溝５１ａ、５１ｂの下端がそれぞれ、第２の溝５２ａ、５２ｂの一端に連結されている。
【００３５】
（気泡発生ノズル）
図４に示すように、電解液槽２３の底面部３２またはその近傍に、気泡発生部としての気泡発生ノズル６１が設けられている。気泡発生ノズル６１は、底面部３２内に埋設されていてもよいし、底面部３２の表面上に設けられていてもよい。また、底面部３２の表面から所定距離離して設けられていてもよい。気泡発生ノズル６１は、気泡発生装置に繋がれている。気泡発生装置としては、例えば、手動式のエアポンプ（手動式の気泡発生装置）を用いることができる。
【００３６】
気泡発生ノズル６１は、電解液槽２３内に収容される電解液２５に、マイクロバブルまたはナノバブルなどの気泡（バブル）を発生させるためのものである。このような気泡の発生により、負極２１の表面に対する不動態被膜の生成が抑制されて、負極２１の寿命、すなわち電池２０の寿命を長くすることができる。
【００３７】
電池２０の長寿命化の観点からすると、気泡発生ノズル６１により発生された気泡により、電解液槽２３内に収容される電解液２５に対流が発生されることが好ましい。また、発生した対流により、電解液槽２３の底面と電解液２５の液面との間で電解液２５が循環されることが好ましい。また、気泡により、負極２１の表面が洗浄されるようにしてもよい。
【００３８】
（入出機構部の動作）
スティック部４２をラジオ受信機１０内に押し込み、電極取り出しダイヤル１６を時計回りに９０°回転すると、スティック部４２が有する２つの突出部４４ａ、４４ｂがそれぞれ、第１の溝５１ａ、５１ｂから第２の溝５２ａ、５２ｂに移動する。これにより、スティック部４２がロックされて、スティック部４２が押し込まれた状態に保持される。このようにスティック部４２がラジオ受信機１０内に押し込まれた状態において、操作部１２の電源ボタンを押すと、ラジオ受信機１０に電力が供給される。
【００３９】
スティック部４２がラジオ受信機１０内に押し込まれた状態において、電極取り出しダイヤル１６を反時計回りに９０°回転すると、スティック部４２のロックが解除されて、スティック部４２が上昇して負極２１が電解液槽２３の電解液２５から取り出される。これにより、負極２１の自己放電が抑制される。
【００４０】
スティック部４２が上昇した状態において、スティック部４２をラジオ受信機１０内に再度押し込み、電極取り出しダイヤル１６を時計回りに９０°回転すると、スティック部４２がロックされる。これにより、ラジオ受信機１０に再度電力を供給可能な状態となる。
【００４１】
［効果］
第１の実施形態に係るラジオ受信機１０では、電解液槽２３内に気泡発生ノズル６１を設けているので、電解液槽２３に収容される電解液２５に気泡を発生させて、電解液２５を対流等させることができる。したがって、負極２１の表面に対する不動態被膜の生成を抑制できる。すなわち、電池２０を長寿命化することができる。また、電解液２５内に気泡を送り込み、気泡に含まれる酸素を、正極集電体２２おいて正極活物質として利用することもできる。したがって、電池２０の反応性を向上できる。
【００４２】
また、ラジオ受信機１０を使用しないときには、入出機構部２４により負極２１を電解液槽２３から取出しておくことができる。したがって、負極２１の自己放電を抑制できる。すなわち、電池２０の長寿命化を実現できる。
【００４３】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、気泡発生装置として手動式のものを用いる例について説明したが、気泡発生装置として電動式のものを用いるようにしてもよい。以下、気泡発生装置として電動式のものを用いた例について説明する。
【００４４】
図５Ａに示すように、電子機器１１０は、電池２０と、電子機器本体の電気回路７１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２と、電動式のエアポンプ（電動式の気泡発生装置）７３とを備える。なお、第１の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、電池２０の出力電圧を所定の一定電圧に電力変換し、電気回路７１および電動式のエアポンプ７３に出力する。電気回路７１および電動式のエアポンプ７３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４から供給される電力、すなわち電池２０にて発電された電力に基づき、駆動される。
【００４６】
［変形例］
図５Ｂに示すように、電子機器２１０が、充放電制御部７４および二次電池７５をさらに備えるようにしてもよい。充放電制御部７４は、電池２０にて発電された電力を二次電池７５に一旦蓄電し、この二次電池７５に蓄電された電力を電気回路７１および電動式のエアポンプ７３に供給する。具体的には、充放電制御部７４は、一次電池である電池２０から二次電池７５に対する充電を制御する。また、充放電制御部７４は、二次電池７５から電気回路７１および電動式のエアポンプ７３に対する放電を制御する。二次電池７５としては、非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池を用いることが好ましい。電子機器２１０は、二次電池７５を着脱可能な構成を有していてもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施形態およびその変形例について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００４８】
例えば、上述の実施形態およびその変形例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態およびその変形例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０    ラジオ受信機
１１    表示部
１２    操作部
１３    スピーカ
１６    電極取り出しダイヤル
２０    電解液槽
２１    負極
２２    正極
４１    孔部
４２、６１    スティック部
４３    コイルバネ
６１    気泡発生ノズル
７１    電子機器本体の電気回路
７２    ＤＣ／ＤＣコンバータ
７３    電動式のエアポンプ
７４    充放電制御部
７５    二次電池
【図１】
2016072185.tif 000003
【図２】
2016072185.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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