CN103190031B - 镁金属空气电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供镁金属空气电池，其能够将由镁或其合金构成的负极容量充分地用于电池反应，具备可与负极容量对应的正极材料。镁金属空气电池具备至少一个基本电池单元，该基本电池单元包括：由镁或其合金构成的负极、至少含有：作为正极活性物质的吸附空气中的氧的活性碳、无水多价羧酸盐、锰及金属粉的正极侧催化剂层、由叠层于正极侧催化剂层的导电材料构成的正极集电体、以及在负极和正极侧催化剂层之间容许离子通过并将它们分离的分离部件。正极侧催化剂层还可以含有碳黑、金属氯化物及石墨。使用时通过至少在正极侧催化剂层添加有水或金属氯化物水溶液，以在负极和正极集电体之间产生电动势。在多个基本电池单元被串联连接的情况下，在基本电池单元间设置有绝缘体。

Description

镁金属空气电池
技术领域
本发明涉及将空气中的氧及二氧化锰用作正极活性物质的镁金属空气电池。
背景技术
近年来，作为对日本产业竞争力的提高做出贡献的技术之一，举出与下一代汽车及可再生的能量的导入普及相关的下一代电池的开发。作为该下一代电池，除了进一步提高成为现在主流的锂电池的性能以外，也促进了代替锂电池的新的蓄电用电池(二次电池)及发电用电池(一次电池)的研究及开发。
作为代替该锂电池的下一代电池，可举出使用蕴藏量压倒性地超过锂，且环境安全性优异的镁作为资源的电池。
作为有关将镁或其合金用作负极活物质的电池的技术，例如已经提出下面的专利文献1～3、或非专利文献1等所开示的技术。
专利文献1(特开平05-225978号公报)涉及的镁-二氧化锰干电池构成为，在将镁或其合金作为负极活物质、将二氧化锰作为正极活性物质、将过氯酸镁作为主电解液的干电池中，含有以在正极活性物质中含有钡0.4～6.0重量%的γ形晶体为主成分的活性化化学处理二氧化锰。
另外，专利文献2(特开平05-225979号公报)涉及的镁二氧化锰干电池构成为，在将镁或其合金作为负极活物质、将二氧化锰作为正极活性物质、将高氯酸镁作为主电解液的干电池中，作为正极活性物质，含有以γ形晶体为主成分的化学合成二氧化锰，该γ形晶体是对将硫酸锰进行焙烧而得到的锰氧化物进行酸处理而形成。
另外，专利文献3(特开2010-182435号公报)涉及的镁电池构成为，具备由镁构成的负极、和可保持使镁离子从该负极溶出的水系电解液的保液部，上述保液部将多价的羧酸盐的水溶液作为水系电解液进行保持。
另外，非专利文献1所公开的空气镁电池构成为，将空气中的氧用作正极活性物质、将镁用作负极活物质、将食盐水用作电解液。
专利文献
专利文献1:特开平05-225978号公报
专利文献2:特开平05-225979号公报
专利文献3:特开2010-182435号公报
非专利文献
非专利文献1:小林明郎、"空气镁电池的制作和利用"、［online］、东丽株式会社、［平成20年12月17日检索］、网络＜URL：http://www.toray.co.jp/tsf/rika/pdf/rik#008.pdf#search='空气镁电池的制作和利用'＞
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献1及2所公开的镁二氧化锰干电池的情况下，具有不能够充分地抑制在负极表面形成成为电池反应阻碍的钝化膜的反应，难以得到充分的放电容量之类的技术性问题。
另外，在上述专利文献3所公开的镁电池的情况下，具有虽然可以在电池反应中利用由镁构成的负极的电容，但实施例适于在正极使用足够大的电极的半电池，正极材料不能够充分地生成由镁构成的负极的容量之类的技术性问题。
另外，在上述非专利文献1所公开的空气镁电池的情况下，如该图5所示，还具有难以得到充分的放电容量之类的技术性问题。
于是，本发明是为了解决上述现有技术问题而设立的，其目的在于，提供镁金属空气电池，其能够将由镁等构成的负极的容量充分地用于电池反应，并且具备可与由镁等构成的负极容量对应的正极材料。
用于解决课题的手段
根据本发明涉及的一方式，提供镁金属空气电池，其特征在于，具备至少一个基本电池单元，所述基本电池单元包括：
负极，所述负极由镁或镁合金构成；
正极集电体，所述正极集电体与所述负极对向，由导电材料构成；
正极侧催化剂层，所述正极侧催化剂层叠层于所述正极集电体上的所述负极侧的面上，至少含有：作为正极活性物质的吸附空气中的氧的活性碳、无水多价羧酸盐、锰及金属粉；以及
分离部件，所述分离部件设置于所述负极和所述正极侧催化剂层之间，容许离子的通过，并且将所述负极和所述正极侧催化剂层分离；
使用时，通过至少在所述正极侧催化剂层中添加有水或金属氯化物水溶液，以在所述正极集电体和所述负极之间产生电动势。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，活性碳由例如クラレケミカル公司制的商品名：クラレコール(注册商标)YP、BP、クラクティブ(注册商标)CH等高纯度活性碳粉末构成。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，多价羧酸盐包含柠檬酸盐及琥珀酸盐的至少任一种。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，锰包括天然锰及/或电解锰。
在所述的镁金属空气电池中，其特征在于，金属粉由铜粉或镁粉构成。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，正极侧催化剂层中，作为金属粉以相对于活性碳的重量为5%～30%的重量比混合有铜粉或镁粉。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，正极侧催化剂层以重量比2:8～8:2的比例含有活性碳和无水多价羧酸盐。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，正极侧催化剂层的pH为5～11，优选调节为6～8。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，负极由AZ31、AZ61或AZ91构成。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，正极侧催化剂层除含有活性碳、无水多价羧酸盐、锰及金属粉以外，还含有碳黑、金属氯化物及石墨。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，碳黑及石墨以相对于活性碳的重量为10%～50%左右的重量比进行混合。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，使用时，至少在所述正极侧催化剂层添加的水或金属氯化物水溶液的量是以基本电池单元每5cm2一层为1～2ml。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，多个基本电池单元串联构成，在邻接的基本电池单元间插入疏水性绝缘部件。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，绝缘部件为聚氯乙烯(PVC)板或聚乙烯(PE)板。
根据本发明的其他方式，提供镁金属空气电池，其特征在于，具备至少一个基本电池单元，该基本电池单元包括：
负极，所述负极由镁或镁合金构成；
正极集电体，所述正极集电体相对于所述负极从两面对向，由截面为コ字状或U字状的导电材料构成；
正极侧催化剂层，所述正极侧催化剂层叠层于所述正极集电体上的所述负极对向面上，至少含有：作为正极活性物质的吸附空气中的氧的活性碳、无水的多价羧酸盐、锰及金属粉；以及
截面为コ字状或U字状的分离部件，所述分离部件设置于所述负极和所述正极侧催化剂层之间，容许离子的通过，将所述负极和所述正极侧催化剂层分离，
在使用时，通过至少在所述正极侧催化剂层中添加有水或金属氯化物水溶液，以在所述正极集电体和所述负极之间产生电动势。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，正极侧催化剂层除活性碳、无水的多价羧酸盐、锰及金属粉以外，还含有碳黑、金属氯化物及石墨。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，为多个基本电池单元串联构成，在邻接的基本电池单元间插入疏水性的绝缘部件。
在上述镁金属空气电池中，其特征在于，绝缘部件为聚氯乙烯(PVC)板或聚乙烯(PE)板。
发明效果
根据本发明一实施方式，在镁金属空气电池中，通过将叠层于正极集电体上的正极侧催化剂层设定为目前没有的特征的结构，使空气中的氧的反应充分地反映在电池性能提高上，与由镁等构成的负极容量相对应，由此能够得到充分的放电容量。
根据本发明的其它实施方式，在镁金属空气电池中，通过以负极为中心将其两侧面设定为如截面为コ字状或U字状的分离部件(隔板)和正极集电体双重包入那样的结构，并且将设置于分离部件和正极集电体之间的正极侧催化剂层设定为目前没有的特征的结构，得到输出电流比所述一实施方式的镁金属空气电池更大的镁金属空气电池。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的镁金属空气电池的概略立体图；
图2是表示本发明实施例1的镁金属空气电池的分解立体图；
图3是表示本发明实施例1的镁金属空气电池的概略剖面图；
图4是将本发明实施例1的镁金属空气电池的多个基本电池单元设定为经由绝缘体串联构成时的分解立体图；
图5是表示本发明实施例2的镁金属空气电池的分解立体图；
图6是本发明实施例2的镁金属空气电池的概略剖面图；
图7是将本发明实施例2的镁金属空气电池的多个基本电池单元设定为经由绝缘体串联构成时的分解立体图；
图8是表示正方晶系二氧化锰和柠檬酸三钠的放电性能的图；
图9是表示正方晶系二氧化锰和氯化钠的放电性能的图；
图10是表示柠檬酸三钠的浓度和放电容量的关系的图；
图11是表示本发明实施例的镁金属空气电池和比较例的放电性能的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。通过附图的全图，相同参照序号表示相同或同等的要素或部件。
实施例1
图1是表示本发明实施例1的镁金属空气电池的概略立体图。该镁金属空气电池1如图1所示，例如具备厚度比较薄的形成为长方体形状的电池主体2，但当然是，该电池主体2的形状不限定于长方体形状，根据使用的场所及部位可以是圆筒形状或板状等任意的形状。另外，在上述电池主体2上，例如，在其一侧面3的下端部设置有正极端子4和负极端子5。另外，当然是，正极端子4及负极端子5的位置不限于电池主体1的一侧面3的下端部，也可以设置于电池主体2的一侧面3的上端部、电池主体2的上端面6、一侧面7及底面8等任意的位置。
在上述镁金属空气电池1的电池主体2的内部，如图2的分解立体图及图3的剖面图所示，以至少叠层一层以上的状态收容有基本电池单元14(14a，14b)。图2表示第一层的基本电池单元14a和第二层的基本电池单元14b沿前后方向串联设置的状态。基本电池单元14的叠层数是任意的，根据在正极端子4和负极端子5之间所要求的输出电压来决定。
基本电池单元14是负极10、作为分离部件的隔板11、正极侧催化剂层12、正极集电体13的组合为一个结构单位。在图2中，第一层的基本电池单元14a的负极10使用配线与负极端子5连接，第二层的基本电池单元14b的正极集电体13使用配线与正极端子4连接。另外，第一层的正极集电体13和第二层的负极10之间通过直接接触成为电连接。另外，将第一层的负极10与负极端子5连接的配线及将第二层(最终层)的正极集电体13与正极端子4连接的配线，也可以用构成这些负极10及正极集电体13的材料形成一体化。
如图1所示，上述负极10、隔板11、正极侧催化剂层12及正极集电体13，例如形成为正面矩形状的平板状，但这些负极10、隔板11、正极侧催化剂层12及正极集电体13的形状为圆筒形状或板状等任意形状，根据该负极10、隔板11、正极侧催化剂层12及正极集电体13的形状，来决定上述电池主体2的形状。
上述负极10、隔板11、正极侧催化剂层12及正极集电体13、尤其是负极10的表面积直接决定从镁金属空气电池1取出的输出电流的值，根据该镁金属空气电池1的输出电流值例如约5mA～1.5A来决定负极10等的表面积。另外，以上述负极10、隔板11、正极侧催化剂层12、正极集电体13为一个构成单位的基本电池单元14的叠层数，决定镁金属空气电池1的输出电压值，根据该镁金属空气电池1要求的输出电压值，来决定基本电池单元14的叠层数。
接着，说明构成上述基本电池单元14的各要素。首先，负极10由镁或镁的合金构成。负极10也可以由纯镁构成，但若考虑该电池反应的速度等，优选使用镁合金。作为镁合金，例如使用由含有镁和铝和锌的ASTM(American Society for Testing and Materials)规定的AZ31、AZ61、AZ91等镁合金，或含有镁和铝的AM60或AM80等镁合金。作为含有镁和铝和锌的镁合金，与含有铝3%、含有锌1%的AZ31相比，优选铝的含量多的AZ61，从抑制自放电的观点来看，更优选铝的含量更多的AZ91。
构成上述负极10的镁或镁合金，例如形成为具有所定的长度(宽度)及高度以及厚度的正面矩形的平板状，其形状如前面已说明的那样，也是任意的，根据电池的外形形状，通过压铸加工等形成为圆筒形状及棒状、或带状等任意的形状。
作为构成上述负极10的材料的镁，在水或金属氯化物的水系电解质的存在下，以Mg→Mg+2＋2e-这种方式离子化生成镁离子时的标准电极电位为-2.37V，为高电压，活性高，容量也大，所以非常适合作为电池的电极材料。
上述隔板11配置于负极10和正极侧催化剂层12之间，是容许离子通过负极10和正极侧催化剂层12，并且将负极10和正极侧催化剂层12分离的部件。隔板11防止负极10和正极侧催化剂层12的短路，同时木理细具有水合性，具有保持容许离子的通过的水系电解质的水系电解质保持作用。
作为隔板11，可以使用各种各样的材料，只要满足上述的主要条件即可，可以举出例如，聚丙烯纤维、玻璃纤维、滤纸等。另外，隔板11构成为：使用时一个基本电池单元14为25cm2面积时，每一层添加有1～2ml左右的适量的水。
正极侧催化剂层12构成为至少含有：高效地吸附空气中的氧的活性碳作为正极活性物质、无水的多价羧酸盐、锰及金属粉。除这些以外，还可以含有碳黑、金属氯化物、石墨。正极侧催化剂层12具备由可从空气中吸收大量的氧的无纺布等构成的板状的基材，该板状基材14至少含有吸附空气中的氧的活性碳作为正极活性物质、无水的多价羧酸盐、锰及金属粉，根据该情况，再涂敷固定还含有碳黑、金属氯化物、石墨的正极侧催化剂而形成。
上述活性碳没有特别的限定，可以使用公知的各种材料。活性碳利用其大的表面积，作为双电层电容器等使用，不仅大电流的放电性能优异，而且没有放电造成的劣化，并且在安全、无环境污染方面也优异。活性碳可以使用例如，クラレケミカル公司制商品名：クラレコール(注册商标)YP、BP、クラクティブ(注册商标)CH等高纯度活性碳粉末。
正极侧催化剂层12优选含有柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸等具有多个羟基的水溶性羧酸。但是，这些羧酸在水中显示酸性，为了促进镁负极的自放电，优选用作将质子的一部分或全部置换为钠Na或钾K的盐。另外，考虑长期稳定保管时，更优选这些中性盐是无水物。具体地说，可以使用无水柠檬酸三钠、无水酒石酸钾钠、或两者的混合物。
正极侧催化剂层12，例如如下操作来制备。首先，将活性碳和无水多价羧酸盐以所定的重量比混合。虽然依赖于使用的多价羧酸的种类，但若大概以2：8～8：2的比例混合，则可以得到希望的结果。作为一个例子，使用无水柠檬酸三钠时，以重量比5：5～7：3混合。图9的曲线表示柠檬酸三钠的浓度和放电容量的关系。接着，作为金属粉相对于活性碳的重量添加5%左右重量的铜(Cu)粉或镁粉，在常温环境下，在混合容器中经过预设定的时间后使用搅拌机进行搅拌，使添加的铜粉氧化，从所谓的铜色(红褐色)变为黑色，形成生成了氧化铜的状态。这时，向上述混合容器中喷雾适量的水。
之后，在上述混合物中相对于上述的活性碳的重量以10%～50%左右的重量比混合天然锰，并且以相对于上述的活性碳的重量为10%～50%左右的重量比混合碳黑、科琴黑(注册商标)及石墨，及根据需要以相对于上述的活性碳的重量约1%左右的重量比混合铝的粉末。将这些材料在混合容器中在常温环境下经过预设定的时间使用搅拌机进行搅拌，生成正极侧催化剂。
作为上述天然锰，举出例如：软锰矿(MnO2)、黑锰矿(Mn3O4)、菱锰矿(MnCO3)、褐锰矿(3Mn2O3·MnSiO3)等。
如图8所示，上述天然锰在提高作为镁金属离子电池1的输出功率的持续性方面有效果。
之后，为了调制如上所述生成的正极侧催化剂的pH，添加氢氧化钠、氢氧化钾、或氢氧化钙等，正极侧催化剂的pH调制为5～12左右。在正极侧催化剂的pH低为2～2.5左右的酸性的情况下，易生成氢而不优选，另一方面，在pH高为12左右的碱性的情况下，易生成镁的氢氧化物而不优选。
上述正极侧催化剂15使用胶粘树脂在碳板等板状基材上涂敷固化，形成有正极侧催化剂层13。上述胶粘树脂可以使用公知的各种树脂，举出例如SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)等。
上述正极侧催化剂层13的板状基材优选与隔板11密接，且具有多孔质性，构成吸附作为正极的氧的部件即氧吸附体。该氧吸附体不是直接使用活性碳等氧吸附物质，该氧吸附体构成为，除活性碳以外至少还含有无水的多价羧酸盐、锰及金属粉。
上述氧吸附体通过吸附、还原作为正极的空气中的氧，使正极侧催化剂层13中产生氢氧化物离子。
正极：O2＋2H2O＋4e-→4OH-
最后，上述正极集电体13由导电材料构成，接触叠层于正极侧催化剂层12上，是向该正极侧催化剂层12供给电子的部件。正极集电体13，对其材料没有特别的限定，只要是导电体即可，例如，由如铜板那样的导电率高的金属板或碳板等构成。
在以上的构成中，该实施例的镁金属空气电池可以如下操作来提供镁金属空气电池：将在电池反应中充分地利用由镁等构成的负极的容量，并且具备可与由镁等构成的负极容量对应的正极材料的镁金属空气电池。
即，如上所述构成的镁金属空气电池1，使用时，向电池主体2内部的基本电池单元14的至少正极侧催化剂层12、或同时也向隔板11供给适量的水。向该基本电池单元14供给适量的水，例如，如图1所示，通过在电池主体2内的顶板部分一体化配置预先容纳有水的合成树脂制的容器，并按压设置在电池主体2的上端部的按钮，并用设置于按钮上的针等弄破该合成树脂制容器来执行。但是，向基本电池单元14供给适量的水不限于该方法，也可以构成为通过从设置于电池主体2的上端面的未图示的注水孔直接滴下注入适量的水而进行供给。
在上述镁金属空气电池1中，若向电池主体2内部的基本电池单元14，特别是向正极侧催化剂层12供给了适量的水，正极侧催化剂层12中所含有的无水的多价羧酸盐加水分解，生成多价的羧酸离子。
另外，在上述镁金属空气电池1中，至少向正极侧催化剂层12、或同时还向隔板11供给水时，与该隔板11接触的负极10中的镁以2Mg→2Mg+2＋4e-这种方式离子化，生成有镁离子，并且同时生成的电子(4e-)向负极端子10移动。
另外，多价羧酸的离子螯合结合在溶出的镁离子上并与镁离子结合，因此妨碍镁离子与氢氧离子结合，使镁离子的溶解度快速提高，能够抑制在负极10及正极集电体13的表面生成由氢氧化镁等构成的钝化膜。另外，通过多价羧酸离子的缓冲作用，能够防止水系电解质容易地变为碱性。
另一方面，在正极侧催化剂层12中，空气中所含的氧被活性碳吸附，同时通过正极侧催化剂层12中的二氧化锰产生下述还原反应。
2MnO2＋H2O→Mn2O3＋2OH-
可以认为，在正极侧催化剂层12中，铜粉部分性地氧化，形成以Cu4O3、Cu2O、CuO表示的氧化铜。氧化铜作为氢参与的氧化-还原反应的催化剂发挥作用。
作为整体，认为在正极侧催化剂层12产生以下的反应：
4H+＋O2＋4e→2H2O(酸性区域中的氧消耗反应)
2H+＋2e→H2(酸性区域中的氢产生反应)
2H2O＋O2＋4e→4OH-(碱性区域中的氧消耗反应)
2H2O＋2e→H2＋2OH-(碱性区域中的氢产生反应)
任一个都是通过电化学反应将在负极生成的电子都消耗。各电极反应的产生比例依赖于正极附近的pH及正极的电位。
本发明人试作图1～图3所示的镁金属空气电池1，测定负极的电压及放电容量。
(正极侧催化剂层的制作)
以6：4的重量比混合活性碳和作为无水的多价羧酸盐的柠檬酸三钠，并且经过充分时间混合相对于活性碳的重量为5%的铜粉而制作正极侧催化剂A，之后，在该正极侧催化剂A中以相同的重量比率混合天然锰和电解锰，使得相对于活性碳的重量合计为60%，另外，以相对于活性碳的重量为20%经过充分的时间混合碳黑，制作正极侧催化剂B。最后，在正极侧催化剂B中混合氢氧化钙，将pH调节为5～8，得到最终的正极侧催化剂。
然后，使用胶粘树脂使通过上述过程而得到的正极侧催化剂，在作为基材的碳纸上涂敷粘结预设定的量，制作正极侧催化剂层12。
(负极的制作)
作为负极10，使用镁合金(AZ31)的板材。
(正极的制作)
作为正极集电体13，使用铜板。
(隔板的调节)
在使用镁金属空气电池1时，向隔板11供给15ml的水。
比较例
作为向正极侧催化剂层添加的催化剂，除代替柠檬酸三钠添加氯化钠以外，通过与实施例1同样的方法测定负极的电压及放电容量。图9表示作为催化剂添加了氯化钠后的放电性能。
图11是表示上述实施例1及比较例的放电性能的曲线图。
从图11判断，在本发明的实施例1的情况下，能够实现相当于将镁用作负极时的理论值即2290mAh/g的约80%的1832mAh/g、最大1920mAh/g的放电容量。
与此相反，在比较例的情况下，只能得到500mAh/g以下的放电容量。
这样，根据上述实施例1，可以提供能够在电池反应中充分地利用由镁等构成的负极的容量，并且具备可与由镁等构成的负极容量对应的正极材料的镁金属空气电池。
事实证明，通过本发明的正极侧催化剂层，空气中的氧充分地反应，反映在电池性能中，为了证明前述的式是正确的事实，进行了集电板为使用通常的铜箔的构造和使用铜网的实验，结果1.1V的持续时间从42小时提高到54小时，空气中的氧充分地进行了反应。
图4所示的镁金属空气电池是图1～图3所示的镁金属空气电池的改良实施例。在图1～图3所示的、多个基本电池单元14串联连接的镁金属空气电池中，如图3明确的那样，第一层的基本电池单元14a的正极集电体13和第二层的基本电池单元14b的负极10利用接触面18直接接触。正极集电体13例如由铜板构成，负极10由镁或其合金构成，因此种类不同的金属利用接触面18相接，若在其中加入水或电解质溶液，则产生电位差而形成电池(局部电池，原电池)，其结果是，会产生不同种类金属接触腐蚀(局部电流腐蚀，电偶腐蚀)。
图4所示的镁金属空气电池未产生这种腐蚀。具体地说，在第一层的基本电池单元14a的正极集电体13和第二层的基本电池单元14b的负极10之间，安装疏水性的绝缘体20，以正极集电体13和负极10不直接接触的方式构成。疏水性的绝缘体20可以使用例如，聚氯乙烯(PVC)板及聚乙烯(PE)板。该实施例的情况下，第一层的正极集电体13和第二层的负极10通过内部配线16电连接，由此实现第一层的基本电池单元14a和第二层的基本电池单元14b的电串联构成。通过该实施例得到的电特性与图2及图3所示的实施例1的结果一样。在该实施例中，能够高效地防止基于局部电池的腐蚀和放电容量的降低。
实施例2
接着，参照图5及图6说明本发明的实施例2的镁金属空气电池。构成本实施例2的镁金属空气电池的部件或要素，对与上述实施例1的部件或要素相同的部件或要素附加相同的参照号码，在此，省略其说明。本实施例2的特征从图5的概略分解立体图及图6的剖面图可知，以共同的负极10为中心在其两面对称地设置两组隔板11、正极侧催化剂层12及正极集电体13。位于最外侧的正极集电体13弯曲成コ字状或U字状，其两内侧面与负极10的两面对向。在コ字状或U字状的正极集电体13的内侧，同样弯曲成コ字状或U字状的分离部件(隔板)11以包围负极10的方式设置。在隔板11和正极集电体13之间，分别设置有正极侧催化剂层12。
如上所述，在本实施例2中，通过在共同的负极10的两侧设置两组隔板11、正极侧催化剂层12、正极集电体13，与上述实施例1的镁金属空气电池相比较，从每一个基本电池单元14取出的电流容量约为二倍。
图7是将图5及图6所示的实施例2的两个基本电池单元14串联连接成的镁金属空气电池的概略分解立体图。本实施例中，前方第一层的基本电池单元14a和后方第二层的基本电池单元14b，由同种金属构成的正极集电体13彼此邻接，因此不会形成与不同种金属彼此的接触，在基本电池单元14a、14b间不会形成局部电池，在将基本电池单元14a、14b并联连接的情况下，它们之间不一定需要疏水性的绝缘体20。但是，在将基本电池单元14a、14b串联连接的情况下，该绝缘体20成为必须的部件。作为疏水性的绝缘体20，可以使用例如聚氯乙烯(PVC)板或聚乙烯(PE)板。
前方第一层的基本电池单元14a的正极集电体12和后方第二层的基本电池单元14b的负极10，通过内部配线16相互电连接，在前方第一层的基本电池单元14a的负极10和后方第二层的基本电池单元14b的正极集电体13之间产生的电动势，被导入负极端子5和正极端子4并向外部输出。本实施例的镁金属空气电池与上述实施例1相比较，可输出约二倍的电流容量。
如上所述，参照附图说明了本发明的镁金属空气电池的优选的实施方式，当然是，本发明不限定于上述实施方式及实施例，在权利要求书中所定的技术性思想的范围内可适宜变更。
产业上的可利用性
本发明可用于为可再生的能量、且环境安全性优异的下一代电池的开发。
符号说明
1  镁金属空气电池
4  正极端子
5  负极端子
10 负极
11 分离部件(隔板)
12 正极侧催化剂层
13 正极集电体
14 基本电池单元
16 内部配线
20 绝缘体

Claims (18)

1.镁金属空气电池，其特征在于，具备至少一个基本电池单元，所述基本电池单元包括：
负极，所述负极由镁或镁合金构成；
正极集电体，所述正极集电体与所述负极对置，由导电材料构成；
正极侧催化剂层，所述正极侧催化剂层叠层于所述正极集电体上的所述负极侧的面上，至少含有：作为正极活性物质的吸附空气中的氧的活性碳、无水的多价羧酸盐、锰、及铜粉或镁粉的金属粉；以及
分离部件，所述分离部件设置于所述负极和所述正极侧催化剂层之间，容许离子的通过，并且将所述负极和所述正极侧催化剂层分离；
使用时，通过至少在所述正极侧催化剂层添加有水或金属氯化物水溶液，以在所述正极集电体和所述负极之间产生电动势。
2.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述活性碳由高纯度活性碳粉末构成。
3.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述多价羧酸盐包含柠檬酸盐及琥珀酸盐的至少一种。
4.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述锰包括天然锰及/或电解锰。
5.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述正极侧催化剂层中，作为金属粉以相对于活性碳的重量为5％～30％的重量比混合有铜粉或镁粉。
6.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述正极侧催化剂层以重量比计为2：8～8：2的比率含有活性碳和无水的多价羧酸盐。
7.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述正极侧催化剂层的pH为5～11。
8.如权利要求7所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述正极侧催化剂层的pH调节为6～8。
9.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述负极由ASTM全称American Society for Testing andMaterials，即美国材料与试验协会规定的AZ31、AZ61或AZ91构成。
10.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述正极侧催化剂层还含有碳黑、金属氯化物及石墨。
11.如权利要求10所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述碳黑及石墨以相对于活性碳的重量为10％～50％左右的重量比进行混合。
12.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
使用时，至少向所述正极侧催化剂层添加的水或金属氯化物水溶液的量是以所述基本电池单元每5cm2一层添加1～2ml。
13.如权利要求1所述的镁金属空气电池，其特征在于，
为多个所述基本电池单元串联构成，在邻接的基本电池单元间插入疏水性的绝缘部件。
14.如权利要求13所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述绝缘部件是聚氯乙烯板或聚乙烯板。
15.镁金属空气电池，其特征在于，具备至少一个基本电池单元，所述基本电池单元包括：
负极，所述负极由镁或镁合金构成；
正极集电体，所述正极集电体相对于所述负极从两面对向，由截面字状或U字状的导电材料构成；
正极侧催化剂层，所述正极侧催化剂层叠层于所述正极集电体上的所述负极对向面上，含有作为正极活性物质的吸附空气中的氧的活性碳、无水的多价羧酸盐、锰、及铜粉或镁粉的金属粉；以及
截面字状或U字状的分离部件，所述分离部件设置于所述负极和所述正极侧催化剂层之间，容许离子的通过，将所述负极和所述正极侧催化剂层分离；
使用时，通过至少在所述正极侧催化剂层添加有水或金属氯化物水溶液，以在所述正极集电体和所述负极之间产生电动势。
16.如权利要求15所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述正极侧催化剂层还含有碳黑、金属氯化物及石墨。
17.如权利要求15所述的镁金属空气电池，其特征在于，
其为多个所述基本电池单元串联构成，在邻接的基本电池单元间插入疏水性的绝缘部件。
18.如权利要求17所述的镁金属空气电池，其特征在于，
所述绝缘部件是聚氯乙烯板或聚乙烯板。
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