(57)【要約】【課題】  本発明は、従来のマグネシウム電池は、短時間で金属マグネシウムの表面に被膜ができてしまうことからどうしても1.2Ｖで１．５Ａ乃至３Ａ程度の電流しか得ることができなかったことから、少なくとも１０Ａの電流を得ることができるマグネシウム電池を用いた循環式マグネシウム発電機の提供を課題とする。【解決手段】  少なくとも電化性を有するカーボンと触媒からなる正極板と、少なくともマグネシウムとアルミニウムからなる負極板と、からなるセルを水槽内に入れ、該水槽内に塩水を循環させる循環式マグネシウム発電機である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電化性を有するカーボンと触媒からなる正極板５２と、
少なくともマグネシウムとアルミニウムからなる負極板５１と、からなるセル５を水槽４内に入れ、
該水槽４内に塩水を循環させることにより構成したことを特徴とする循環式マグネシウム発電機。
【請求項２】
電化性を有するカーボンと二酸化マンガンとフッ素と触媒からなる正極板５２と、
マグネシウムとアルミニウム、ケイ素、鉄、マンガンのＡＬ合金マグネシウムからなる負極板５１と、からなるセル５を水槽４内に入れ、
該水槽４内に塩水を循環させることにより構成したことを特徴とする請求項１記載の循環式マグネシウム発電機。
【請求項３】
電化性を有するカーボンは微粒子化したカーボンを再成形して構成したものであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の循環式マグネシウム発電機。
【請求項４】
正極板５１に用いる触媒は、バナジウム、金、銅、クロム、亜鉛、鉄、コバルト、ルテニウム、ニッケル、モリブデンのいずれか一以上よりなるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の循環式マグネシウム発電機。
【請求項５】
水槽４内に入れたセル５を連結すると共にそれぞれの水槽４内に塩水を循環させるものであり、
この連結したセル５を直列に連結することにより構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の循環式マグネシウム発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム電池を用いた発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム電池は、正極活性物質として酸素と負極活性物質としてマグネシウムを用いて、電解液として食塩水を用いて発電を行うものであり、このマグネシウム電池は自然エネルギーを用いる電池であり電源として着目され始めている。
例えば特開２０１５-４６３１２号や２０１２-１５０１３号、特開２０１５-４６３６８号、特開２０１４-１９２１５７号が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５-４６３１２号
【特許文献２】２０１２-１５０１３号
【特許文献３】特開２０１５-４６３６８号
【特許文献４】特開２０１４-１９２１５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のマグネシウム電池にマグネシウムイオンと水酸化物イオンが結合して金属マグネシウムの表面に被膜ができてしまうものであり、電力量が軽減して放電が止まってしまうものとなる。
従ってこれ等の従来のマグネシウム電池はどうしても1.2Ｖで１．５Ａ乃至３Ａ程度の電流しかえることができなかった。
【０００５】
即ち短時間でマグネシウムが水酸化マグネシウムとなるものであり、大容量を用いても長時間もたないものである。
従って、マグネシウム電池を用いる場合には容量の大きい電源として用いることはできず、例えば携帯電話等の充電用等の極めて限られた用途などにしか用いることはできなかった。
【０００６】
従って、大電流を用いることのでき、かつ容量の大きい発電機の提供が望まれているものである。
このことは、水酸化マグネシウムとなる速度を抑えることによって、長時間もつことのできるマグネシウムを用いた発電機の開発が望まれるものである。
又、特に正極板の改良により、より長時間発電可能な発電機の開発が望まれているものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
係るために請求項１記載の発明は、少なくとも電化性を有するカーボンと触媒からなる正極板と、少なくともマグネシウムとアルミニウムからなる負極板と、からなるセルを水槽内に入れ、該水槽内に塩水を循環させることにより構成した循環式マグネシウム発電機であり、係る発明により前記課題を解決できるものである。
【０００８】
或いは、請求項２に掛かる発明は電化性を有するカーボンと二酸化マンガンとフッ素と触媒からなる正極板と、マグネシウムとアルミニウム、ケイ素、鉄、マンガンのＡＬ合金マグネシウムからなる負極板と、からなるセルを水槽内に入れ、該水槽内に塩水を循環させることにより構成した循環式マグネシウム発電機であって、係る発明を用いてもよい。
【０００９】
更に請求項３に掛かる発明は、電化性を有するカーボンは微粒子化したカーボンを再成形して構成した循環式マグネシウム発電機であり、係る構成を有する発明でもよい。
特に、請求項４に掛かる発明のように正極板に用いる触媒は、バナジウム、金、銅、クロム、亜鉛、鉄、コバルト、ルテニウム、ニッケル、モリブデンのいずれか一以上よりなる循環式マグネシウム発電機が最適である。
【００１０】
これ等の場合、請求項５に係る発明のように、水槽内に入れたセルを連結すると共にそれぞれの水槽内に塩水を循環させるものであり、この連結したセルを直列に連結することにより構成した循環式マグネシウム発電機を用いることにより効果的に用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１又は請求項２に係る発明により、安定的に発電できる発電機の提供ができ、少なくとも１０Ａの電流を得ることができるマグネシウム電池を用いた発電機を得られるものである。
従って例えば非常用電源として多種の機器に用いることのできる発電機を提供できることとなる。
【００１２】
更に約７２時間程度の耐久性のある発電機の提供ができるものである。
【００１３】
特に請求項３又は請求項４に係る発明を用いることにより水酸化マグネシウム化の時間を遅らせることができ、長時間の発電を可能とするものである。
更に、請求項５に係る発明によればより容量の大きい発電機の提供を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の循環式マグネシウム発電機の一例を示す図。
【図２】本発明の循環式マグネシウム発電機の一例を示す図であり、この発電機を上部より視認した状態の一例を示す図。
【図３】本発明の循環式マグネシウム発電機の一例を示す図であり、この発電機をＡ方向より視認した状態の一例を示す図。
【図４】本発明の循環式マグネシウム発電機のセルの一例を示す図。
【図５】本発明の循環式マグネシウム発電機のセルを分解した状態の一例を示す図。
【図６】電流の負荷開始前後の電圧の変化を示す図。
【図７】電子負荷装置による負荷電流の変化と電圧出力との関係を時間軸で示した図。
【図８】電圧データロガーで記録した１０Ａ負荷時の電圧変化を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明のマグネシウム電池を用いた循環式マグネシウム発電機の一例を示す図であり、セル５を一の水槽４内に入れると共にこの水槽４同士を連結してタンク１から各水槽４内に塩水をパイプを通してポンプ２によって循環させているものであり、コントロールボックス３にて制御して作動させるものである。
従って各水槽４内の各セル５が塩水内に入れられることとなり、この水槽４内で塩水が循環する。
【００１６】
それぞれのセル５は、負極材としてマグネシウム電極からなり、マグネシウムとアルミニウム、ケイ素、鉄、マンガンのＡＬ合金マグネシウムからなる負極板５１を用いる。
【００１７】
もとより、この構成は一例であり、主としてマグネシウムを負極材として用いるものであればよい。
【００１８】
この負極材に対して正極材である正極板５２は、カーボン、二酸化マンガン、フッ素、トルエン、触媒からなる正極板５２を用いる。
この場合特にカーボン微粒子化した電化性のあるカーボンを用いるものである。
これは、微粒子化した電化性を有するカーボンを更に成形することにより水酸化マグネシウムの形成を送らせることを可能とするものである。
【００１９】
更にこの水酸化マグネシウム化を遅らせるものとして、カーボンに二酸化マンガン、フッ素、トルエンと触媒等からなる正極板５２を用いる。
特に微粒子化して再成形することにより全体に適切に混合し、その効果を高めることができるものである。
【００２０】
触媒に関しては遷移元素を原則とする添加材である。
例えばバナジウム、金、銅、クロム、亜鉛、鉄、コバルト、ルテニウム、ニッケル、モリブデンが該当する。
従って少なくともこの中の一以上を触媒として用いるものである。
少なくとも、電化性のあるカーボンと触媒とを含み、二酸化マンガン、フッ素、トルエン等の必要に応じて有する正極板５２を用いるものであれば足りる。
【００２１】
更に、これらを用いて形成したセル５は塩水が循環して発電を行うものである。
例えば計１２個の水槽４内にセル５を一つずつ入れて、これらの水槽４を塩水循環用のパイプで連結して塩水を各水槽内に循環させるものである。
この様に一つの循環システムとして一ユニットを構成し、更にこのユニットを複数又は多数のユニットを連設して一つの発電機を形成するものである。
【００２２】
これ等の各セル５はそれぞれ直列に連設して必要な容量の電流を供給するものである。
この場合例えば水槽４下部にタンク１を有し、水槽４上部から塩水をポンプ２を用いて注入し、更に下部のタンク１から循環した塩水をタンク１内に戻して各水槽４内を塩水が循環するシステムを用いるものであってもよい。
【００２３】
図２は、計１２個の水槽にそれぞれセル５を入れたユニットを１１個おき、コントロールボックス３とつないだ発電機の一例を示す図であり、この発電機を上部より視認した状態の一例を示す図である。
本図に示すように１１のユニットの各１２個の水槽４にそれぞれセルを入れた各機器を直列に連設して発電を行う発電機である。
係る構成をとることにより高アンペア出力を得られることとなり、長時間の発電を可能とするものである。
【００２４】
図３は、この発電機を横方向即ちＡ方向から視認した状態の一例を示す図である。
【００２５】
図４は、セル５の一例を示す図である。ケース５０内にＡＬ合金マグネシウムからなる負極板５１と、この両面方向にカーボンの正極板５２を有し、更にその両側にカバー５３を有する。
カバー５３には多数の孔を有している。
【００２６】
正極板５２は、ケースとカバーとによってペフを介して挟まれている。
この様に正極板５２は、負極板５１の両側方向でそれぞれケースとカバーとによって定置されているものであり、カバー５３の孔によって外側方向は満遍なく塩水が接するものとなる。
【００２７】
又、負極板５１にはマイナスの負極集電板５１０を有しており、正極板５２にはプラスの正極集電板５２０を有している。
この様なセル５は、水槽４内に入れられてこの水槽４内を塩水が循環して、セル５に満遍なく塩水が接するものとなる。
【００２８】
この水槽４内のセル５はその周囲を塩水で満たすものであり、更に塩水をポンプ２等を用いて循環させることによりセル５内部に電解液として塩水が循環し、この塩水と負極板５１とにより発電するものである。
【００２９】
図５は、セル５の分解図を示す。
本図に示すようにセル５は、ＡＬ合金マグネシウムよりなる負極板５１とその両側方向に位置している電位性カーボンを主とする正極板５２を有しているものであり、正極板５２には正極集電板５２０を有している。
又負極板５１には負極集電板５１０を有しており、電解液中で発生した電流を茲に通すものである。
【００３０】
このＡＬ合金マグネシウムの負極板５１は、ケース５０内に収納されており、ケースの両外側には電位性カーボンを主とする正極板５２が、ペフ５４を介してカバー５３により定置されている。
【００３１】
尚、カバー５３は螺子５３０によってきっちりと装着しているものである。
このカバー５３には水槽内の塩水がカバー５３によって取り付けられている正極板５２の外側にも塩水が満遍なく接するように孔が多数あけられている。
【００３２】
この様に構成したセル５を水槽４内に入れた各水槽４を連設して各水槽４内に塩水を循環させるものである。
この様な構成をとることによって１．２Ｖのまま１０Ａの電流をすくなくとも７２時間得られるものとなる。
【００３３】
又セル５を多数直列に連設することにより容量を大きくすることができ、従来のように携帯電話等の充電用等の極めて限られた用途等に限ることなく他のより電流を必要する充電用に用いることができるものである。
特に少なくとも７２時間発電できるものであり、非常用の電源のみならず多様な用途に用いることのできる発電機に用いることができるものである。
【実施例】
【００３４】
正極は、電化性を有するカーボンと二酸化マンガンとフッ素とトルエンと触媒からなる正極板５２を用いるものであって、正極板溶液に使っている有効面積として１２２８平方センチメートルを有する。
負極はマグネシウム電極で、マグネシウムとアルミニウム、ケイ素、鉄、マンガンのＡＬ合金マグネシウムからなる負極板５１を用いる。
【００３５】
この負極板51は、厚さは６．５ミリメートルで溶液中の体積が約３９０立方センチメートルであり、溶液はＮａＣｌ水溶液１０ｗｔ％であり、又セル容積は、約１８８０立方センチメートルとなる。
更に推定塩水量約１４００ミリリットルであって、沈殿槽（タンク）は、底面５.５センチメートル×４４センチメートル、高さ１７センチメートルで、セル排出受け側から３４センチメートルの高さに高さ１４センチメートルの仕切りを有する。
【００３６】
更に測定装置として電子負荷装置として菊水製ＰＬＺ１６４Ｗを用い、電圧データロガーとして日本シンテック製ＮＳＬ-Ｖ１２を用いた。
【００３７】
まず、セル内に直接給水し、定電流負荷１０Ａを加え１０秒毎の電圧を記録し、寿命を観察した。
電解液である溶液は、４５分おきに３０分間循環させた。
その結果、次の電流の負荷開始前後の電圧の変化を観測し、その変化を図６に示す。
【００３８】
図６に示すように予めセル内に塩水を注入し、マグネシウム板である負極板５１を挿入したところ、安定的に２．０９Ｖの負荷電圧を測定し、０秒の１０Ａ負荷開始と共に正常の１.２Ｖ程度の値を示した。
【００３９】
次に図７に電子負荷装置による負荷電流と電圧出力との関係を時間軸で示す。
本図に示す通り、約７０時間を超えたあたりで電子負荷装置による１０Ａ負荷がかけられなくなった。
特に、７４．８時間で急激な電圧低下がみられた。
【００４０】
尚、７８時間で循環装置配管が沈殿物で詰まったため循環システムを停止している。
１０Ａ負荷は８４時間可能であった。
【００４１】
図８は、電圧データロガーで記録した１０Ａ負荷時の電圧変化を示した図である。
電圧負荷装置では接続線の抵抗による電圧低下が生じるためこちらの方がより正確な電圧を示すものと考えられる。
【符号の説明】
【００４２】
１    タンク
２    ポンプ
３    コントロールボックス
４    水槽
５    セル
５１    負極板
５１０  負極集電板
５２    正極板
５２０  正極集電板
５３    カバー
５３０  螺子
【図１】
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【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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