(57)【要約】【課題】利便性を向上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、キャスタ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を含む電池部と、
キャスタ部と
を備えたマグネシウム空気電池。
【請求項２】
ハンドル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】
前記外装部に、前記外装部内に電解液を供給するための電解液供給孔が設けられた請求項１〜２の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項４】
前記電解液供給孔は、持ち上げられた状態で重心を通る鉛直線上に位置するように設けられた請求項３に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項５】
前記電解液供給孔の大きさは、石油燃焼機器用注油ポンプの吐出ホースの先端が挿入可能なサイズである請求項３〜４の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項６】
前記電解液供給孔は、漏斗状である請求項３〜５の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項７】
前記電解液供給孔に挿脱可能な漏斗をさらに備えた請求項３〜５の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項８】
前記電解液供給孔にフィルタが設けられた請求項３〜７の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項９】
前記外装部の底面部に、前記外装部に収容された前記電解液を排出するための電解液排出孔が設けられた請求項１〜８の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項１０】
前記電池部は、単電池または複数の単電池を接続した組電池である請求項１〜９の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【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。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、例えば災害時などの非常用電源などとして使用され、持ち運びやすくするなど利便性を向上させ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、利便性を向上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】
【０００６】
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を含む電池部と、キャスタ部とを備えたマグネシウム空気電池である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、利便性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１はマグネシウム空気電池の構成例を示す断面図である。
【図２】図２Ａはマグネシウム空気電池の一部を拡大した断面図である。図２Ｂはマグネシウム空気電池の一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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（マグネシウム空気電池の第１の例）
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。
【００１０】
１.一の実施の形態
本発明の一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はマグネシウム空気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。
【００１１】
［電池部の構成］
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、負極２１および外装部２３を含む電池部２０と、キャスタ部４１と、ハンドル部４２とを備える。外装部２３の一部は、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２５に浸された状態とされる。
【００１２】
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。
【００１３】
正極：Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-→４ＯＨ-
負極：２Ｍｇ→２Ｍｇ2+＋４ｅ-
全体：２Ｍｇ＋Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ →２Ｍｇ（ＯＨ）2↓
【００１４】
（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。
【００１５】
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。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。
【００１６】
（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。
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
（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の一部が、正極集電体２２により構成されている。なお、外装部２３の一部ではなく、外装部２３の内部に正極集電体２２を設けるようにしてもよい。この場合、正極集電体２２と外装部２３の一部により電解液２５および負極２１を収容するための空間が形成される。
【００２０】
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。外装部２３としては、透明性のプラスチック容器など、透明なものを用いることが好ましい。これにより、外装部２３を透して外部から内部を視認することができ、電解液２５の量などの電池内部の状態を容易に把握することができる。なお、外装部２３の一部のみを透明部として、透明部を透して電池内部の状態を視認できるようにしてもよい。
【００２１】
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。電池部２０は、典型的には、例えば、蓋部３３が上側、底面部３２が下側になるような配置で使用される。
【００２２】
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。
【００２３】
（排出孔）
電解液２５を排出しやすくするため、電池部２０の下側となる外装部２３の底面部３２に、電解液２５を排出するための電解液排出孔である排出孔３２ａが設けられている。
【００２４】
（キャスタ部）
底面部３２には、持ち運び、移動を容易にするため、１以上のキャスタ部４１（図の例では２つのキャスタ部４１）が取り付けられている。キャスタ部４１は、例えば、２つの支持板と２つの支持板に回転自在に支持された車輪とを有するものなどである。
【００２５】
（供給孔）
蓋部３３には、電解液２５を外装部２３内に供給するための電解液供給孔である供給孔３３ｃが設けられている。供給孔３３ｃの大きさは、電解液２５の供給が容易になる観点から、例えば、市販の給油ポンプ（例えばＪＩＳ規格：ＪＩＳ Ｓ ２０３７で規定される石油燃焼機器用注油ポンプの吐出ホースの先端を挿入可能なサイズであることが好ましい。
【００２６】
供給孔３３ｃは、ハンドル部４２を持って電池が持ち上げられた状態で電池の重心を通る鉛直線上に位置するように設けられていることが好ましい。電池が持ち上げられた状態で、供給孔３３ｃの位置が安定化し、電解液２５を供給しやすくできるからである。
【００２７】
供給孔３３ｃに、フィルタを設けるようにしてもよい。フィルタは、電解液２５に含まれるゴミ等の固体成分を除去するために設けられる。フィルタとしては、例えばろ紙、不織布等を用いることができる。例えば、電解液２５として、海水、泥水等を用いる場合に、海水、泥水等に含まれるゴミ等の固体成分をフィルタにより除去することで、内部にゴミ等の固体成分が入ることを防止することができる。
【００２８】
電解液２５を外装部２３内に供給しやすくできる観点から、図２Ａに示すように、供給孔３３ｃは漏斗状であることが好ましい。なお、供給孔３３ｃに挿脱可能な漏斗３３ｄを用いてもよい。この場合、図２Ｂに示すように、漏斗３３ｄの逆円錐部から伸びる足を、供給孔３３ｃに入れて、逆円錘部の開口に対して電解液２５を投入し、漏斗３３ｄを通して外装部２３の内部の空間に電解液２５を導入する。
【００２９】
蓋部３３には、負極端子３５を外部に導出するための孔３３ｂが設けられている。円柱状の負極２１の他端に接続された負極端子３５が、孔３３ｂを通り外部に導出されている。
【００３０】
（ハンドル部）
ハンドル部４２は、電池の持ち運びが容易になるように電池部２０に取り付けられている。例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、ハンドル部４２として、逆Ｕ形部材等が蓋部３３に取り付けられている。
【００３１】
（効果）
一の実施の形態では、キャスタ部４１を備えることによって、マグネシウム空気電池の持ち運び、移動を容易にする。その結果、利便性を向上できる。
【００３２】
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、製造プロセスなど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、製造プロセスなどを用いてもよい。例えば、電池部２０は電極を複数積層した積層構造、電極を巻回した巻回構造を有するものであってもよい。電池部２０は単電池を複数個並列および／または直列に接続して組電池を構成したものであってもよい。この場合、組電池を構成する複数の単電池のそれぞれが、ハンドル部４２を備えていてもよいし、組電池からなる１の電池部２０に対して、ハンドル部４２を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
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
３３ｂ・・・孔
３３ｃ・・・供給孔
３４・・・負極ソケット
３４ａ・・・収容空間
３５・・・負極端子
４０・・・電池部
４１・・・キャスタ部
４２・・・ハンドル部
【図１】
2016072186.tif 000003
【図２】
2016072186.tif 000004