CN107431260B

CN107431260B - 镁空气电池

Info

Publication number: CN107431260B
Application number: CN201680021808.5A
Authority: CN
Inventors: 桶本杏子; 矢部孝
Original assignee: United Co Mgr Energy
Current assignee: MGR energy of the United Company
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2036-04-06
Also published as: CN107431260A; US10490870B2; JP6534099B2; JP2016207291A; US20180138566A1; WO2016167164A1

Abstract

本发明提供能够针对任意厚度的镁薄板进行设计，且能够进行燃料体向电池部的供给和回收的镁空气电池。镁空气电池(100)具备：燃料体供给部(200)，其包括含有镁的多个镁燃料体(101)；电池部(300)，其包含电极，所述电极由具有导电性的原材料形成，向氧供给电子；废弃部(400)，其包含燃料体蓄积部(401)，所述燃料体蓄积部(401)对所消耗的镁燃料体(101)进行回收；以及燃料体保持框(303)，其向燃料体供给部(200)、电池部(300)和废弃部(400)移动，能够装卸地保持镁燃料体(101)。

Description

镁空气电池

技术领域

本发明涉及镁空气电池。

背景技术

作为以空气中的氧作为正极活性物质，以镁作为负极活性物质的镁空气电池的一个例子，在专利文献1中公开了墨盒式的镁空气电池。具体而言，在专利文献1所记载的镁空气电池中，通过将镁薄膜的各端部与一对卷轴连接，使卷轴旋转而将镁薄膜卷绕，并且使卷轴之间的镁薄膜与位于其附近的正极协同工作而进行发电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-15013号公报

发明内容

技术问题

在镁空气电池中，镁的厚度影响反应的速度和/或持续时间，是决定电池特性的重要因素之一。为了开发具备各种特性的电池，需要使用各种厚度的镁。但是，如果镁的厚度超过100μm，则难以将镁卷绕成圆筒状。因此，在像专利文献1所记载的镁空气电池那样将镁薄膜卷绕于卷轴的结构中，存在能够使用的镁的厚度被限制在100μm左右的问题。

为了构成能够向电池部供给包含超过100μm那样的镁的任意厚度的镁，并且能够进行所消耗的镁的回收的镁空气电池，需要除了将镁薄膜卷绕于卷轴的结构以外的新的结构。

本发明是鉴于上述课题而完成的，目的在于提供能够针对任意厚度的镁薄板进行设计且能够进行燃料体向电池部的供给和回收的镁空气电池。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的第一观点的镁空气电池的特征在于，具备：

燃料体供给部，其包括含有镁的多个镁燃料体；

电池部，其包含电极，所述电极由具有导电性的原材料形成，向氧供给电子；

废弃部，其包含燃料体蓄积部，所述燃料体蓄积部对所消耗的上述镁燃料体进行回收；以及

燃料体保持框，其向上述燃料体供给部、上述电池部和上述废弃部移动，能够装卸地保持上述镁燃料体。

上述燃料体保持框可以向上述燃料体供给部移动而接受上述镁燃料体并保持，

上述燃料体保持框可以向上述电池部移动，使上述镁燃料体与上述电极接触而发生反应，

上述燃料体保持框可以向上述废弃部移动，释放上述镁燃料体而使其回收到上述燃料体蓄积部。

上述电极可以具备与上述镁燃料体的表面接触的上部阴极电极和与上述镁燃料体的背面接触的下部阴极电极。

上述燃料体保持框可以具备支承上述镁燃料体的爪。

上述燃料体保持框可以具备能够装卸地保持上述下部阴极电极的爪，

上述燃料体保持框和上述下部阴极电极向上述燃料体供给部和上述电池部移动，能够装卸地保持上述镁燃料体。

上述燃料体保持框可以具备收纳上述镁燃料体的框和与上述镁燃料体电连接的电极部。

上述镁燃料体可以以堆叠于上述燃料体供给部的方式设置。

上述镁燃料体可以具备：

镁薄板，其包含镁；

电解液保持部，其使上述镁薄板的一部分露出，覆盖露出的部分以外的部分；以及

电解液，其被包含在上述电解液保持部中。

上述镁空气电池可以具备多个上述燃料体保持框，

上述电池部包括与上述燃料体保持框的数目相对应的数目的上述电极。

发明效果

根据本发明，能够提供从共用的燃料供给场所连续地向各电池供给可以设计成任意厚度的镁燃料，且能够进行燃料体向电池部的供给和回收的镁空气电池。

附图说明

图1是表示实施方式一的镁空气电池的构成的截面图。

图2是表示镁燃料体的构成的立体图。

图3是表示燃料体保持框的构成的立体图。

图4是表示加压部的例子的侧视图。

图5是表示加压部的例子的侧视图。

图6是表示加压部的例子的侧视图。

图7是表示实施方式一的镁空气电池的构成的截面图。

图8是表示实施方式一的镁空气电池的构成的截面图。

图9是表示实施方式一的镁空气电池的构成的截面图。

图10是表示燃料体保持框的构成的立体图。

图11是表示实施方式二的镁空气电池的构成的截面图。

图12是表示实施方式二的镁空气电池的构成的截面图。

图13是表示实施方式二的镁空气电池的构成的截面图。

图14(a)是表示燃料体保持框和阴极电极的构成的主视图，图14(b)是表示燃料体保持框和阴极电极的构成的俯视图，图14(c)是表示燃料体保持框和阴极电极的构成的侧视图。

符号说明

100、110、120：镁空气电池

101：镁燃料体

102：镁薄板

103：电解液保持部

104：电解液

200：燃料体供给部

201：台

300：电池部

301、321、321a-321c：上部阴极电极

302、322、322a-322c：下部阴极电极

303、313、323、323a-323c：燃料体保持框

304：凹槽

305：框

306：电极部

307、317：爪

308：加压部

400：废弃部

401：燃料体蓄积部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的镁空气电池进行说明。

实施例1

首先，对将镁作为燃料而产生电动势的镁空气电池的例子进行说明。图1是表示镁空气电池100的构成的截面图。如图1所示，镁空气电池100具备燃料体供给部200、电池部300和废弃部400。燃料体供给部200与电池部300相互相邻地设置，电池部300与废弃部400相互相邻地设置。

燃料体供给部200是设置有镁燃料体101，并向电池部300供给镁燃料体101的部分。燃料体供给部200包括镁燃料体101和台201。

图2是表示镁燃料体101的构成的立体图。如图2所示，镁燃料体101利用保持电解液104的电解液保持部103包裹镁薄板102。如图1所示，镁燃料体101以多片堆叠于燃料体供给部200的方式设置。镁的燃料体101作为镁空气电池100的燃料发挥功能。

镁薄板102是短条状的金属镁的薄板。如图2所示，镁薄板102的一端部从电解液保持部103露出，该露出的部分作为阳极电极而发挥功能。

电解液保持部103含浸并保持电解液104。作为形成电解液保持部103的原材料，例如可举出滤纸、无纺布、毛毡、碳毡等，但不限于此。电解液保持部103从未图示的外部补给水。电解液保持部103作为镁空气电池100的隔离件而发挥功能。

电解液保持部103由有柔软性的原材料形成，折弯的部分以带有圆角的方式构成。因此，在镁燃料体101堆叠的状态下，能够向镁燃料体101之间插入燃料体保持框303。

电解液104是能够进行镁燃料体101与后述的上部阴极电极301和下部阴极电极302之间的离子交换的电解液。另外，电解液104中含有的水在上部阴极电极301和下部阴极电极302中还原氧的反应中使用。电解液104例如为氯化钠水溶液，但不限于此。

回到图1，台201是用于设置镁燃料体101的台。通过在台201上堆叠镁燃料体101，从而燃料体供给部200贮藏镁燃料体101。

电池部300是进行氧化还原反应，产生电动势的部分。如图1所示，电池部300设置于燃料体供给部200与废弃部400之间，所述电池部300包括上部阴极电极301、下部阴极电极302、燃料体保持框303和加压部308。

上部阴极电极301和下部阴极电极302均由具有导电性的原材料形成，向作为镁空气电池100的正极活性物质的空气中的氧供给电子。应予说明，为了促进还原氧的反应，上部阴极电极301和下部阴极电极302优选表面积大而容易吸附氧。作为形成上部阴极电极301和下部阴极电极302的原材料，考虑例如碳、金属、锰化合物和组合了它们的原材料，但不限于此。其中，关于碳，可以为活性炭、碳粉末、碳纤维、碳纳米管、碳毛毡等形态。

燃料体保持框303作为能够装卸地保持镁燃料体101的框而发挥功能。图3是表示燃料体保持框303的构成的立体图。如图3所示，燃料体保持框303具备：收纳镁燃料体101的程度的大小的凹槽304、包围凹槽304的框305、贯穿框305的电极部306以及爪307。燃料体保持框303被配置为夹在平行地对置设置的上部阴极电极301与下部阴极电极302之间，具备与上部阴极电极301和下部阴极电极302的表面平行地在燃料体供给部200、电池部300与废弃部400之间进行移动的机构。作为使燃料体保持框303移动的机构，可以利用使用了导轨、带、车轮等机构等，但不限于此。

燃料体保持框303在框305的内侧具备能够装卸地支承镁燃料体101的爪307。通过燃料体保持框303在凹槽304中收纳镁燃料体101，爪307支持镁燃料体101的侧面，从而保持镁燃料体101。此时，贯穿框305的电极部306的在框305的内侧露出的部分与镁薄板102的露出的部分电连接。并且，电极部306的在框305的外侧露出的部分作为相对于外部的电极而发挥功能。

加压部308构成为以与上部阴极电极301的表面接触的方式配置于上部阴极电极301的上方，将上部阴极电极301按压于镁燃料体101。

作为加压部308将上部阴极电极301按压于镁燃料体101的机构，可以采用任意机构。例如使用弹簧、马达，可以以从图4(a)的状态变为图4(b)的状态的方式向箭头的方向施加力。另外，可以使用截面为楔形的凸轮，以从图5(a)的状态变为图5(b)的状态的方式与上部阴极电极301的表面平行地向箭头的方向移动加压部308。另外，还可以使用截面为椭圆状的凸轮，以从图6(a)的状态变为图6(b)的状态的方式使加压部308旋转。

废弃部400是消耗的镁燃料体101被废弃的部分。如图1所示，与电池部300相邻地设置，包括燃料体蓄积部401。

燃料体蓄积部401以蓄积所消耗的镁燃料体101的方式构成为箱状。燃料体蓄积部401以在垂直方向上不存在与上部阴极电极301和下部阴极电极302重叠的部分的程度与上部阴极电极301和下部阴极电极302分离，与它们相比设置于靠近下方的位置。

燃料体供给部200、电池部300和废弃部400以利用燃料体保持框303平行移动从而进出的方式并列配置成一列。此外，位于燃料体供给部200的最下段的镁燃料体101配置于在燃料体保持框303移动到燃料体供给部200时保持于该燃料体保持框303内的高度。

接下来，参照图7-图9，对使用镁燃料体101作为镁空气电池100的燃料，使镁空气电池100产生电动势的方法进行说明。图7-图9是表示镁空气电池100的构成的截面图。

首先，如图7所示，燃料体保持框303从电池部300向燃料体供给部200平行移动，插入到燃料体供给部200的底部与最下段的镁燃料体101之间，接受1个镁燃料体101并保持。

接下来，如图8所示，燃料体保持框303在保持有镁燃料体101的状态下向电池部300移动，插入到上部阴极电极301与下部阴极电极302之间。从该状态起，通过利用加压部308从上方按压上部阴极电极301，从而上部阴极电极301和下部阴极电极302强力按压镁燃料体101，反应开始。

在图8的状态中，镁燃料体101分别与上部阴极电极301和下部阴极电极302接触，镁燃料体101的电解液保持部103作为隔离件而发挥功能，被含浸在电解液保持部中的电解液104进行离子的交换。这样，镁空气电池100发生以空气中的氧作为正极活性物质、以镁薄板102中含有的镁作为负极活性物质的氧化还原反应而产生电动势。

镁空气电池100的反应时间取决于镁薄板102的厚度，在镁薄板102的厚度为1mm左右的情况下，持续几十分钟～1小时左右。随着该反应的进行，插入到电池部300中的镁燃料体101逐渐被消耗。

另一方面，在燃料体供给部200中，最下段的镁燃料体101被抽出之后，堆叠于其上的镁燃料体依次因重力或机械性的力，例如利用弹簧从上方按压整个镁燃料体的力等向下方移动，以便填补空隙，以与使用前相同的方式堆叠。

如图9所示，如果随着反应的进行而镁燃料体101被完全消耗，则燃料体保持框303在保持镁燃料体101的情况下从电池部300向废弃部400移动。这样，通过燃料体保持框303的爪释放镁燃料体101而使燃料体保持框303释放镁燃料体101，镁燃料体101被回收到废弃部400的燃料体蓄积部401。

其后，燃料体保持框303向电池部300移动，重复图7-图9的过程。

综上，能够将镁燃料体101作为燃料，使镁空气电池100产生电动势。

由于镁空气电池100将反应前的镁燃料体101堆积保存，所以即使是无法卷绕于卷轴的厚度的镁薄板，也可以作为燃料使用。

由于使用的镁燃料体101可以集中补给于燃料体供给部200，所以容易进行燃料的补给。另外，对于消耗的镁燃料体101而言，由于可以对蓄积于废弃部400的镁燃料体101进行集中回收，所以消耗的燃料的回收也变得容易。

实施例2

接下来，对将镁作为燃料而产生电动势的镁空气电池的另一个例子进行说明。对与实施方式一相同或同样的元件使用相同的符号。

实施方式二的镁空气电池110具备电池部310，电池部310具备燃料体保持框313。

图10是表示燃料体保持框313的构成的立体图。如图10所示，燃料体保持框313在框305的外侧部具备爪317。爪317是能够装卸地保持下部阴极电极302的爪。如果爪317保持下部阴极电极302，则下部阴极电极302能够随着燃料体保持框313从电池部310移动。

燃料体保持框313通过与被爪317保持的下部阴极电极302协同工作，即，在凹槽304中收纳镁燃料体101，下部阴极电极302支承镁燃料体101的底面，从而保持镁燃料体101。

接下来，参照图11-图13对使用镁燃料体101作为镁空气电池110的燃料，使镁空气电池110产生电动势的方法进行说明。图11-图13是表示镁空气电池100的构成的截面图。

首先，如图11所示，在燃料体保持框313的爪317保持下部阴极电极302的状态下，燃料体保持框313和下部阴极电极302从电池部310向燃料体供给部200平行移动，插入到燃料体供给部200的底部与最下段的镁燃料体101之间，保持一个镁燃料体101。

接下来，如图12所示，在燃料体保持框313与下部阴极电极302保持镁燃料体101的状态下向电池部310移动，配置于上部阴极电极301下方。从该状态起，通过利用加压部308从上方按压上部阴极电极301，从而上部阴极电极301和下部阴极电极302强力按压镁燃料体101，反应开始。

在图12的状态中，发生氧化还原反应而产生电动势。

如果随着反应的进行而镁燃料体101被完全消耗，则燃料体保持框313的爪317释放下部阴极电极302。然后，如图13所示，燃料体保持框313在不带着下部阴极电极302的情况下从电池部310向废弃部400移动。因此，镁燃料体101从燃料体保持框313的凹槽304落下，镁燃料体101被回收到废弃部400的燃料体蓄积部401。

其后，燃料体保持框313向电池部310移动，重复图11-图13的过程。

综上，能够将镁燃料体101作为燃料，使镁空气电池110产生电动势。

实施例3

接下来，使用图14对具备多个阴极电极的组的镁空气电池的例子进行说明。图14(a)是表示镁空气电池120所具备的电池部320的构成的主视图，图14(b)是表示镁空气电池120所具备的电池部320的构成的俯视图，图14(c)是表示镁空气电池120所具备的电池部320的构成的侧视图。如图14所示，电池部320具备3组上部阴极电极301和下部阴极电极302的组合。该3组的阴极电极分别按照上段、中段、下段的顺序，由上部阴极电极321a、321b、321c、下部阴极电极322a、322b、322c构成，3组都是在上部阴极电极与下部阴极电极之间分别插入有燃料体保持框323a、323b、323c。此时，3个燃料体保持框利用连结柱329a、329b(称为集中连结柱329)在一个边的两端分别在竖向连结，3个燃料体保持框联动地移动。

像燃料体保持框323a、323b、323c那样，这样的3个构成元件具有同样的结构、功能，以同样的方式进行动作。因此，在本说明书中，以3个为代表，有时像燃料体保持框323那样省略说明。

如图14(c)所示，连结柱329a与连结柱329b之间的间隔L2比上部阴极电极321和下部阴极电极322的长边的长度L1长。由此，连结柱329能够在不干扰上部阴极电极321和/或下部阴极电极322的情况下使燃料体保持框323向燃料体供给部200或废弃部400移动。

所连结的燃料体保持框323a、323b、323c在燃料体供给部200中被插入到3个堆叠的镁燃料体101中，分别保持1片镁燃料体101a、101b、101c。

另外，所连结的燃料体保持框323a、323b、323c在废弃部400中，分别释放消耗的镁燃料体101，镁燃料体101被回收到废弃部400的燃料体蓄积部401。

即使电极的数目增加，由于使用的镁燃料体101从1个燃料体供给部200供给，所以集中补给到燃料体供给部200即可，燃料的补给变得容易。同样，由于所消耗的镁燃料体101被蓄积于1个废弃部400，所以对蓄积于废弃部400的镁燃料体101进行集中回收即可，所消耗的燃料的回收也变得容易。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。

镁薄板102是金属镁的薄板，但不限于此。例如，镁薄板102只要溶出镁离子即可，可以由包含镁的合金、镁化合物、在表面形成了锌薄膜的金属镁等形成。

另外，在实施方式3中，镁空气电池120具备3组电极，但不限于此。例如可以构成为具备2组或4组以上，根据求出的电流、电压而具备任意数目的电极的组。

Claims

1.一种镁空气电池，其特征在于，具备：

燃料体供给部，其包括含有镁的多个镁燃料体；

废弃部，其包含燃料体蓄积部，所述燃料体蓄积部对所消耗的所述镁燃料体进行回收；以及

燃料体保持框，其在所述燃料体供给部、所述电池部和所述废弃部之间顺序移动且重复该移动，能够装卸地保持所述镁燃料体，

所述燃料体保持框在所述燃料体供给部接受并保持所述镁燃料体，在所述电池部保持所述镁燃料体的状态下使所述镁燃料体与所述电极接触而发生反应，在所述废弃部释放所述镁燃料体而使其回收到所述燃料体蓄积部。

2.根据权利要求1所述的镁空气电池，其特征在于，所述电极具备与所述镁燃料体的表面接触的上部阴极电极和与所述镁燃料体的背面接触的下部阴极电极。

3.根据权利要求1或2所述的镁空气电池，其特征在于，所述燃料体保持框具备支承所述镁燃料体的爪。

4.根据权利要求2所述的镁空气电池，其特征在于，所述燃料体保持框具备能够装卸地保持所述下部阴极电极的爪，

在所述燃料体保持框通过所述爪保持所述下部阴极电极的状态下，所述下部阴极电极随着所述燃料体保持框从所述电池部向所述燃料体供给部移动或从所述燃料体供给部返回到所述电池部，能够装卸地保持所述镁燃料体。

5.根据权利要求1、2、4中任一项所述的镁空气电池，其特征在于，所述燃料体保持框具备收纳所述镁燃料体的框和与所述镁燃料体电连接的电极部。

6.根据权利要求1、2、4中任一项所述的镁空气电池，其特征在于，所述镁燃料体以堆叠于所述燃料体供给部的方式设置。

7.根据权利要求1、2、4中任一项所述的镁空气电池，其特征在于，所述镁燃料体具备：

镁薄板，其包含镁；

电解液保持部，其使所述镁薄板的一部分露出，覆盖露出的部分以外的部分；

电解液，其被包含在所述电解液保持部中。

8.根据权利要求1、2、4中任一项所述的镁空气电池，其特征在于，所述镁空气电池具备多个所述燃料体保持框，

所述电池部包括与所述燃料体保持框的数目相对应的数目的所述电极。