CN109845006B - 一次电池和水分传感器 - Google Patents

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Abstract

提供一种容易操作且能够自然发电的一次电池和使用其的水分传感器。具备配置于负极(3)和负极集电体(4)(负电极)以及正极(1)和正极集电体(2)(正电极)之间的隔膜(5)，所述隔膜(5)通过从电池壳体(7a、7b)露出的部分，利用毛细现象来吸取电解质溶液。

Description

一次电池和水分传感器
技术领域
本发明涉及一次电池和使用一次电池的水分传感器。
背景技术
以往，作为一次性电池，广泛使用碱性电池、锰电池、空气电池。此外，近年来，由于IoT(Internet of Things，物联网)的发展，正在进行可设置于土壤、森林等自然界的任何地方而使用的散布型传感器的开发，针对这些传感器等各种用途的小型高性能锂离子电池也正在广泛普及。
可是，这样的以往的一次电池中，电极处于一直浸渍于电解质溶液的状态，因此会引发自放电。此外，由于使用氢氧化钠水溶液等强碱性溶液、有机电解液作为电解液，因此被指出安全性、环境问题，不容易操作。
因此，目前正在开发能够在使用时从外部注入电解液的电池。例如，根据非专利文献1，仅通过从注入口注入水就可以使用的小型水电池已被商品化。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：“带水电池的防灾商品系列(水電池付防災商品シリーズ)，NOPOPO，灾害时用水电池三件套(災害時用水電池3本セット)”，日本协能电子株式会社，[online]，[2016年10月31日检索]，＜URL:http://www.aps-j.jp/pdf/NWPx3.pdf＞
发明内容
发明所要解决的课题
可是，对于上述小型水电池的情况下，必须使用滴管来注入水，因此难以不泄漏地进行注入。此外，还存在电解液从注入口泄漏的可能性。进一步，必须通过人工来注入水，无法期待利用周边环境的自然水进行自然发电。
本发明是鉴于上述情况做出的，其目的在于提供一种容易操作且能够自然发电的一次电池和使用其的水分传感器。
用于解决课题的方法
为了解决以上课题，权利要求1涉及的一次电池的特征在于，具备正极和负极、以及配置于前述正极与前述负极之间的隔膜，所述隔膜通过从电池壳体露出的部分，利用毛细现象来吸取电解质溶液。
根据本发明，由于具备通过从电池壳体露出的部分并利用毛细现象来吸取电解质溶液的隔膜，因而能够提供使用前不会自放电、使用时所需的电解质溶液量少且没有漏液的担忧、容易操作且能够自然发电的一次电池。
权利要求2涉及的一次电池的特征在于，具备正极和负极、以及配置于前述正极与前述负极之间的含有电解质的隔膜，所述含有电解质的隔膜通过从电池壳体露出的部分，利用毛细现象来吸取水。
根据本发明，由于具备通过从电池壳体露出的部分并利用毛细现象来吸取水的含有电解质的隔膜，因而能够提供使用前不会自放电、使用时所需的水量少且没有漏液的担忧、容易操作且能够自然发电的一次电池。
权利要求3涉及的一次电池的特征在于，在权利要求1或2所述的一次电池中，前述隔膜为依次层叠不含电解质的隔膜、含有电解质的隔膜和不含电解质的隔膜而成的隔膜。
权利要求4涉及的一次电池的特征在于，在权利要求1或2所述的一次电池中，前述负极为镁、锌、铝、铁中的任一金属、或以前述金属为主要成分的合金。
权利要求5涉及的一次电池的特征在于，在权利要求1或2所述的一次电池中，构成前述正极的材料具备具有三维网络结构的伸缩性共连续体的结构。
权利要求6涉及的一次电池的特征在于，在权利要求1或2所述的一次电池中，前述隔膜的露出部分从与前述正极的正极集电体和前述负极的负极集电体的各一部分一并从前述电池壳体露出一侧相反的一侧露出。
权利要求7涉及的一次电池的特征在于，在权利要求1或2所述的一次电池中，进一步具备将前述正极、前述负极和前述隔膜配置于内部的电池壳体，在所述电池壳体设有向前述内部摄入空气的摄入口。
权利要求8涉及的水分传感器的特征在于，具备：正极和负极；配置于前述正极与前述负极之间的含有电解质的隔膜，所述含有电解质的隔膜通过从电池壳体露出的部分，利用毛细现象来吸取水；以及传感器，其依据水的存在来检测因前述隔膜吸取水而产生的前述正极与前述负极之间的导通。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种容易操作且能够自然发电的一次电池和使用其的水分传感器。
附图说明
图1为显示一次电池的构成例的图。
图2为显示一次电池的构成例的图。
图3为显示一次电池的构成例的图。
图4为显示水分传感器的构成例的图。
图5为显示碳纳米纤维的SEM图像的图。
图6为显示放电电压的测定结果的图。
图7为显示放电电压和放电容量的测定结果的图。
图8为显示平均放电电压和放电容量的测定结果的图。
具体实施方式
使用附图对实施本发明的一个实施方式进行说明。
图1为显示本实施方式涉及的一次电池100的构成例的图。将其构成要素示于(a)，将其使用状态示于(b)。一次电池100具备下述要素而构成：正极1和正极集电体2、与正极1和正极集电体2相对地配置的负极3和负极集电体4、配置于正极1与负极3之间的隔膜5、以及被覆这些全部构成要素(1～5)的相对地配置的正极侧壳体7a和负极侧壳体7b。该全部构成要素(1～5、7a、7b)为平板状的形状，各构成要素的相对或绝对大小例如如图1所示。其中，将构成要素(1～5)统称为电池单元6。此外，正极或负极是正或负的电极，电极是指导体或元件，因而正极或负极的词汇本身包括作为物体的要素(例如电极板等电极体)。
隔膜5使正极1与负极3分开，由利用毛细现象来吸取电解质溶液或水的吸水性且绝缘性的材料形成，除了被覆壳体7a、7b的面以外的一部分暴露于大气中。具体地，除了与正极1和正极集电体2接触的上表面以及与负极3和负极集电体4接触的下表面以外的一部分暴露于大气中。图1中，隔膜5中向左侧方向伸出的带状部分表示露出部分。图1中，使隔膜5的一部分从与后述正极集电体2和负极集电体4的各露出部分相反的一侧露出。即，将隔膜5的露出部分设于与正极1和负极2各自的端子相反的一侧。
正极1和正极集电体2为一次电池100的正电极。正极集电体2也具备暴露于大气的部分。具体地，除了与正极1接触的下表面以及与正极侧壳体7a接触的上表面以外的一部分暴露于大气中。图1中，正极集电体2中向右侧方向伸出的带状部分表示露出部分(正电极的端子)。
负极3和负极集电体4为一次电池100的负电极。负极集电体4也具备暴露于大气的部分。具体地，除了与负极3接触的上表面以及与负极侧壳体7b接触的下表面以外的一部分暴露于大气中。图1中，负极集电体4中向右侧方向伸出的带状部分表示露出部分(负电极的端子)。
具备上述构成的一次电池100通过一部分露在电池壳体7a、7b外的隔膜5的露出部分，利用毛细现象来吸取电解质溶液，从而将该电解质溶液摄取至壳体7a、7b内部，通过使摄入的电解质溶液与正极1和负极3接触来开始发电。即，根据图1所示一次电池100，由于具备通过从壳体7a、7b露出的部分并利用毛细现象来吸取电解质溶液的隔膜5，因而能够提供容易操作且能够自然发电的一次电池。
图2为显示一次电池100的另一构成例的图。该一次电池100中，正极1为气体扩散型的正极，负极3为含有镁而构成的负极，隔膜5为含有电解质8而构成的隔膜。除了这些以外的构成与图1所示一次电池100是同样的。
图3为显示一次电池100的另一构成例的图。该一次电池100中，隔膜5为依次层叠不含电解质的隔膜、含有电解质8的隔膜和不含电解质的隔膜而成的层状隔膜。除了这些以外的构成与图1或图2所示一次电池100是同样的。
图2和图3所示一次电池100中，由于隔膜5中预先含有电解质8，因而无需通过隔膜5的露出部分来吸取电解质溶液，仅靠吸取水(包括自然水)就能够开始发电。即，根据图2和图3所示一次电池100，由于具备通过从壳体7a、7b露出的部分并利用毛细现象来吸取水的含有电解质的隔膜5，因而能够提供容易操作且能够自然发电的一次电池。
接下来，对图1至图3所示一次电池100的构成要素进行说明。
隔膜5只要是具有吸水性的绝缘体即可。例如可以利用咖啡滤纸、厨房用纸、普通纸等。另外，考虑到自然环境，也可以利用由植物纤维制成的纤维素系隔膜等具有一定强度且可自然降解的材料的片。
壳体7a、7b只要是能够将电池单元6保持在内部的材料，其材质和形状就没有限定。例如可以利用层压膜型的壳体。在由可自然降解的材料构成壳体7a、7b的情况下，天然物系、微生物系、化学合成系中的任意材料均可。例如，可以由聚乳酸、聚己内酯、聚羟基烷酸酯、聚乙醇酸、改性聚乙烯醇、酪蛋白、改性淀粉等材料构成。特别优选来自植物的聚乳酸等化学合成系。此外，壳体7a、7b的形状只要是对生物降解性塑料进行加工而得到的形状即可。作为能够应用于壳体7a、7b的材料，除了市售的生物降解性塑料膜以外，还可以利用牛奶盒等中使用的形成有聚乙烯等树脂的被膜的纸、琼脂膜等。
通过将由上述材料构成的正极侧壳体7a和负极侧壳体7b粘接在电池单元6的周缘部，能够将电池单元6密封于壳体内部。作为粘接方法，可列举使用热封、粘接剂等的方法，没有特别限定。当壳体7a、7b难以通过热封来粘接时，优选使用粘接剂。此外，通过在壳体7a、7b中预先设置空气孔，或使周缘部的一部分不粘接而使之开放，即通过在壳体7a、7b壁面的一部分设置向内部摄入空气的摄入口，从而能够摄入空气。
其中，只要不损害用作电池工作的功能，正极1、正极集电体2、负极3、负极集电体4、隔膜5、壳体7a、7b的形状就没有限定。例如，可以以平面观察时为四边形或圆形的片状、或卷成卷的形状来使用。
下面，对正极1和负极3进行详述。正极1可以利用一般熟知的金属空气电池的正极中使用的导电性材料。例如可列举碳材料，但不限定于此。
正极1可以通过将碳粉末用粘合剂成型这样的公知工艺来制作。不过，一次电池100中，重要的是在正极1的内部大量生成反应位点，正极1希望为高比表面积。在通过将碳粉末用粘合剂成型并进行颗粒化来制作正极1的情况下，当进行高比表面积化时，碳粉末彼此的粘合强度降低，结构劣化，从而存在难以稳定地放电、放电容量降低的可能性。因此，例如通过使用具有三维网络结构的正极，无需使用粘合剂，能够提高放电容量。这样的具有三维网络结构的正极可以是该正极(例如后述碳纳米纤维)的平均孔径为5nm～10μm的共连续体，也可以是BET比表面积为20m2/g以上。进一步，该正极即使通过拉伸应力或压缩应力而施加了相对于该正极的荷重方向上的长度伸缩成80％以下的形变，也不会超出弹性区域，恢复至施加应力前的形状为好。
此外，正极1可以负载催化剂。负载的催化剂没有特别限定，例如优选由Fe、Mn、Zn、Cu、Mo中的至少1种金属构成、或由Ca、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo中的至少1种金属所形成的金属氧化物构成。尤其是，作为金属，优选Fe、Mn、Zn，优选由它们中的1种形成的氧化物或由2种以上形成的复合氧化物。特别优选氧化锰(MnO2)。
接下来，对负极3进行说明。负极3由负极活性物质构成。该负极活性物质只要是能够作为一次电池的负极材料使用的材料即可，没有特别限定。例如，可列举从镁、锌、铝、铁中选择的1种以上的金属、或以从这些金属中选择的1种以上金属为主要成分的合金。此外，负极3可以通过公知的方法形成。例如可以将市售的金属或合金的板或箔成型为预定的形状而使用。
接下来，对电解质8进行说明。电解质8只要是金属离子和氢氧化物离子能够在正极1与负极3之间移动的物质即可。电解质8没有特别限定。例如，优选由氯化钠、氯化钾、氯化镁等氯化物、乙酸、乙酸钠、乙酸钾、无水乙酸镁、四水合乙酸镁等乙酸盐；柠檬酸、柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸镁等柠檬酸盐；碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁等碳酸盐；焦磷酸钠、焦磷酸钾、焦磷酸镁等焦磷酸盐；偏磷酸钠、偏磷酸钾、偏磷酸镁等偏磷酸盐；以及磷酸、碳酸、HEPES(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid，4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸)等构成。
接下来，对正极集电体2和负极集电体4进行说明。正极集电体2可以利用公知的物质。例如可以使用碳片、碳布、Fe、Cu、Al板。关于负极集电体4，也可以使用公知的物质，负极使用金属的情况下，可以不使用负极集电体4，直接从负极3取出端子至外部。
这里，关于正极1和负极3的电极反应，以负极使用镁金属的一次电池100的情况为例进行说明。正极反应是，在具有导电性的正极1的表面，通过与空气中的氧和电解质接触而进行式(1)所示反应。
1/2O2+H2O+2e－→2OH－……(1)
另一方面，负极反应如下：在与由隔膜5供应的电解质接触的负极3中，进行式(2)所示反应，构成负极3的镁释放出电子，以镁离子的形态溶解在电解质中。
Mg→Mg2++2e－……(2)
通过这些反应，能够进行放电。整个反应为式(3)，是生成(析出)氢氧化镁的反应。理论电动势约为2.7V。
Mg+1/2O2+H2O+2e－→Mg(OH)2……(3)
以这种方式，一次电池100中，在正极1的表面进行式(1)所示反应，因此认为在正极1的内部大量生成反应位点较好。
上述构成中，由自然降解材料构成的一次电池100例如在土壤的水分传感器等一次性设备中使用时随着时间流逝而自然降解，因而无需回收电池。此外，由于由来自自然的材料、肥料成分构成，因此除了土壤以外，即使在森林、大海等自然界使用，对环境的负担也极小。
接下来，对上述一次电池100的用途进行说明。这样的一次电池100一般能够用作电源体，本实施方式中对于作为检测有无水分的水分传感器来使用的情况进行说明。图4为显示水分传感器200的构成例的图。水分传感器200具备一次电池100、以及连接于一次电池100的正极集电体2与负极集电体4之间的报警器9而构成。
一次电池100的构成如上所述。相互不直接接触而是分开配置的正极集电体2和负极集电体4分别成为水分传感器200的电极，依据水的存在来感知正极集电体2与负极集电体4之间的导通。即，具备电气式的构成。
在隔膜5的露出部分不存在水分时，正极集电体2与负极集电体4相互绝缘。另一方面，如果由于水分的存在而正极集电体2与负极集电体4之间导通，则报警器9会做出报警动作。报警器9通过用大音量的警报音来通知周围，或者通过发送电波来通知远程设备。报警器9是一个例子，只要是具备水分检测功能的传感器即可。
下面，对至此说明的一次电池100的实施例进行说明。
[实施例1]
实施例1中，制作使用碳纳米纤维作为正极1的图1的一次电池100。
(正极的制作)
首先，对正极1的制作方法进行说明。将市售的碳纳米纤维溶胶[分散介质：水(H2O)，0.4重量％，Sigma-Aldrich制]放入试验管，将该试验管在液氮中浸泡30分钟从而使碳纳米纤维溶胶完全冷冻。使碳纳米纤维溶胶完全冷冻后，将冷冻的碳纳米纤维溶胶取出至茄形烧瓶，将其用冻干机(东京理科器械株式会社制)在10Pa以下的真空中干燥，从而得到含有碳纳米纤维的具有三维网络结构的伸缩性共连续体。图5为该伸缩性共连续体的SEM(ScanningElectron Microscope，扫描电镜)图像。可以理解线状的碳纳米纤维(正极1的材料)以连续且一体相连的结构(共连续体的结构)立体形成的情形。此外，由于分枝、皱缩的波浪状、卷曲状、盘绕状的纤维具有三维网格结构，实现弹簧那样的功能，因而也可以理解该共连续体具有伸缩性。发明人确认到，即使对通过上述制作方法得到的伸缩性共连续体施加拉伸应力或压缩应力，也会恢复至施加应力前的形状。
接下来，对一次电池100的制作方法进行说明。
对于正极1，通过冲切将上述伸缩性共连续体切成直径17mm的圆形尺寸而使用。此外，对于正极集电体2，使用碳布，切成在20mm×20mm正方形的一部分具有集电用极耳的形状而使用。
负极3是通过用剪刀将市售的镁合金板AZ31B(厚度300μm，日本金属制)切成在20mm×20mm正方形的一部分具有集电用极耳的形状而制作的。实施例1中，在负极3本身设有集电用的露出部分而替代使用负极集电体4。
对于隔膜5，将电池用的纤维素系隔膜(日本高度纸工业制)切成在20mm×20mm正方形的一部分具有露出于壳体外部而吸取水的部位的形状而使用。
壳体7a、7b使用膜片ECOLOJU(三菱树脂制)。将该片切成平面观察时为30mm×30mm的形状，制作两个切片，一方设为正极侧壳体7a，另一方设为负极侧壳体7b。
然后，在负极侧壳体7b上配置负极3和隔膜5，在其上依次覆盖正极1、正极集电体2和正极侧壳体7a，用封口机以130℃将两块壳体7a、7b的周缘部热封，进行密闭。此时，通过壳体7a、7b周缘部的一部分(例如约10mm)不密封来设置空气孔。这样操作而得到的一次电池100的重量约为0.5g。
(电池的评价)
测定所制作的一次电池100的电池性能。电解质溶液使用将氯化钠(NaCl，关东化学制)按1mol/L的浓度溶解于纯水而得的溶液。
首先，将由露出于壳体外的隔膜5的露出部分吸取作为电解质溶液的1mol/l的NaCl水溶液时正极1与负极3之间的电压变化示于图6。如果由隔膜5吸取电解质溶液，则电压上升，从开始吸取后约200秒时得到稳定的电压。此时的电压约为1.6V。
接下来，实施放电试验。一次电池100的放电试验中，使用市售的充放电测定系统(北斗电工公司制，SD8充放电系统)，按正极1的单位有效面积的电流密度计以2.0mA/cm2进行通电，从开路电压开始进行测定直至电池电压降至0V为止。一次电池100的放电试验中，在25℃恒温槽内(气氛为通常的生活环境)，一边对从壳体7a、7b露出的隔膜5的露出部分供应电解质溶液一边进行测定。放电容量用由共连续体构成的正极1单位重量的值(mAh/g)来表示。将实施例1中的首次放电曲线示于图7。如图7所示，可见，平均放电电压约为1.15V，放电容量约为1050mAh/g。
[实施例2]
实施例2中，对于在实施例1的正极1(含有碳纳米纤维的具有三维网络结构的伸缩性共连续体)中负载催化剂的情况进行说明。以下，作为该催化剂的代表，负载氧化锰(MnO2)。其中，通过将Mn变更为任意金属，可以负载任意氧化物作为催化剂。
将市售的四水合氯化锰(II)(MnCl2·4H2O，关东化学制)溶解于蒸馏水，使其含浸于在通过实施例1的方法制作的“含有碳纳米纤维的具有三维网络结构的伸缩性共连续体”中。接下来，通过慢慢滴加氨水(28％)直至达到pH7.0，进行中和，从而使氢氧化锰析出。将析出物用蒸馏水重复洗涤5次，以使氯不残留。
将得到的负载有氢氧化锰的碳纳米纤维在氩气氛中以500℃热处理6小时，制作负载有氧化锰(MnO2)的碳纳米纤维。然后，通过XRD测定对所制作的负载有氧化锰的碳纳米纤维进行评价。通过XRD测定，能够观察到氧化锰(MnO2，PDF(Powder Diffraction File)No.00-011-079)的峰。确认到负载于共连续体的催化剂是氧化锰单相。
一次电池100的制作和充放电试验方法与实施例1是同样的。将该负载有氧化锰的“含有碳纳米纤维的具有三维网络结构的伸缩性共连续体”用于正极1，实施放电试验。如图7所示，一次电池100的平均放电电压约为1.32V，放电容量约为1700mAh/g。与没有负载氧化锰(MnO2)作为催化剂的实施例1相比平均放电电压高，放电容量也显示出较大的值。
[实施例3]
实施例3中，将一次电池100的构成变更为图2的构成，与实施例2同样地一边从隔膜5的露出部分供应电解质溶液一边进行充放电试验。
实施例3中的一次电池100的制作方法与实施例2是同样的。其中，隔膜5中含有电解质8。具体地，通过在电解质溶液浸渍30分钟来负载作为电解质的NaCl，在大气中自然干燥1小时而制得含有电解质的隔膜5。
由露出于壳体外的隔膜5的露出部分吸取自来水后，一边对该露出部分供应电解质溶液一边进行放电试验。一次电池100的平均放电电压约为1.25V，放电容量约为1470mAh/g，放电电压和放电容量均与实施例2的情况相比稍有降低。
[实施例4]
实施例4中，将一次电池100的构成变更为图3的构成，与实施例2同样地一边从隔膜5的露出部分供应电解质溶液一边进行充放电试验。
实施例4中的一次电池100的制作方法与实施例2是同样的。其中，使隔膜5层叠结构化。具体地，通过在电解质溶液浸渍30分钟而负载作为电解质的NaCl，在大气中自然干燥1小时而得到含有电解质的隔膜5，将所得含有电解质的隔膜5用彼此相对的2片不含电解质的隔膜夹持而形成三层结构。
由露出于壳体外的隔膜5的露出部分吸取自来水后，一边对该露出部分供应电解质溶液一边进行放电试验。一次电池100的平均放电电压约为1.30V，放电容量约为1690mAh/g，放电电压和放电容量均与实施例2的情况为同等程度。
另外，使一次电池100放电后设置于土壤中时，约1个月后通过目测能够确认到壳体的降解。表明了通过土壤中微生物而被代谢、降解。
[实施例5～实施例7]
实施例5～实施例7中，分别将负极3所用金属设为市售的金属锌板(厚度200μm，Nilaco制)(实施例5)、铝板(厚度200μm，Nilaco制)(实施例6)、铁板(厚度200μm，Nilaco制)(实施例7)。除此以外，通过与实施例2同样的方法制作一次电池100，一边对隔膜5的露出部分供应电解质溶液一边进行放电试验。均确认到作为一次电池100工作。将其测定结果与实施例1～实施例4一起示于图8。
[比较例1]
公开基于公知的一般的电池单元结构得到的放电试验结果作为比较例供参考。比较例1中，改变隔膜5的形状，将该隔膜5浸渍在电解液中预先润湿，并以该状态放入壳体内，密闭。除此以外，与实施例2是同样的。
隔膜5是将电池用的纤维素系隔膜(日本高度纸工业制)切成20mm×20mm的正方形而使用。没有本实施方式那样的露出于壳体外部的部分。
在负极侧壳体7b上配置负极3和隔膜5，在其上依次覆盖正极1、正极集电体2和正极侧壳体7a，用封口机以130℃将两块壳体7a、7b周缘的三条边热封。在其中注入电解质溶液使隔膜5湿润后，将剩下的一条边热封，从而进行密闭。此时，通过仅将壳体7a、7b周缘部的一部分(约10mm)不密封来设置空气孔。
这样，使用预先用一定量的电解质溶液湿润的隔膜制作的一次电池100的平均放电电压约为1.27V，放电容量约为130mAh/g，放电电压和放电容量均与实施例2相比降低。
[比较例2]
比较例2中，改变隔膜5的形状，通过仅将壳体7a、7b周缘部的一部分(约10mm)不密封来设置空气孔并进行密闭后，注入电解液。除此以外，与实施例2是同样的。
在负极侧壳体7b上配置负极3和隔膜5，在其上依次覆盖正极1、正极集电体2和正极侧壳体7a，用封口机以130℃将两块壳体7a、7b周缘的四条边热封。此时，通过仅将壳体7a、7b周缘部的一部分(约10mm)不密封来设置空气孔。
用滴管将足够量的电解质溶液(3mL)从该空气孔注入，制作一次电池100，所制得的一次电池100的平均放电电压约为0.71V，放电容量约为510mAh/g，电压容量和放电容量均与实施例2相比大幅降低。
由以上结果确认到，本实施方式的负极3使用镁金属的一次电池100即使在未负载催化剂的情况下也显示出约1000mAh/g以上的放电容量，负载有催化剂的情况下，显示出平均放电电压约为1.3V以上、放电容量约为1700mAh/g以上。此外，关于镁以外的金属(例如锌、铝、铁)，也确认到作为电池工作。
进一步，设为公知的一般的电池单元结构的一次电池(比较例1)的情况下，放电容量低至约130mA/g。认为是因为，对于本实施方式涉及的一次电池100，从隔膜5的露出部分随时供应电解质溶液而不会不足，但在比较例1那样的构成的情况下，电解质溶液量不足。
此外，设为公知的一般的其他电池单元结构的一次电池(比较例2)的情况下，放电电压和放电容量均与实施例2相比大幅降低。由于负极3和正极1的两面一直与电解质溶液接触，因而观察到负极1的腐蚀，此外还认为，由于从设于壳体7a、7b周缘部的一部分的空气孔注入了足够量的电解质溶液(3mL)，因而正极1隔膜侧的面和壳体侧的面这两个面会被电解液覆盖，与空气接触的面比实施例2少，从而放电容量降低。此外，关于平均电压的降低，认为是由于正极1、隔膜5和负极3接触不良。
由以上结果表明，本实施方式涉及的一次电池100具有电压和放电容量均优异的性能。
如上所说明，根据本实施方式，由于具备通过从电池壳体露出的部分利用毛细现象来吸取电解质溶液的隔膜5，因而能够提供使用前不会自放电、使用时所需的电解质溶液量少且没有漏液的担忧、容易操作且能够自然发电的一次电池。
此外，根据本实施方式，由于具备通过从电池壳体露出的部分利用毛细现象来吸取水的含有电解质的隔膜5，因而能够提供使用前不会自放电、使用时所需的水量少且没有漏液的担忧、容易操作且能够自然发电的一次电池。
进一步，根据本实施方式，由于在使用前电池壳体内部不含电解质溶液，因而能够抑制一次电池100中负极3的腐蚀等副反应，容易操作。此外，根据本实施方式，由于在使用时吸取电解质溶液或水来进行放电，因而能够增加一次电池100的放电容量。
另外，本发明的一次电池100不限定于本实施方式中说明的构成，显然，在本发明的技术思想范围内，具有本领域通常知识的人员能够进行多种变形和组合。
符号说明
100：一次电池；1：正极(正电极)；2：正极集电体(正电极)；3：负极(负电极)；4：负极集电体(负电极)；5：隔膜；6：电池单元；7a：正极侧壳体；7b：负极侧壳体；8：电解质；9：报警器；200：水分传感器。

Claims (7)

1.一种一次电池，其特征在于，具备：
正极和负极；以及
配置于所述正极与所述负极之间的隔膜，所述隔膜通过从电池壳体露出的部分，利用毛细现象来吸取电解质溶液，
所述隔膜为依次层叠不含电解质的隔膜、含有电解质的隔膜和不含电解质的隔膜而成的隔膜。
2.一种一次电池，其特征在于，具备：
正极和负极；以及
配置于所述正极与所述负极之间的含有电解质的隔膜，所述含有电解质的隔膜通过从电池壳体露出的部分，利用毛细现象来吸取水，
所述隔膜为依次层叠不含电解质的隔膜、含有电解质的隔膜和不含电解质的隔膜而成的隔膜。
3.根据权利要求1或2所述的一次电池，其特征在于，所述负极为镁、锌、铝、铁中的任一金属、或者以所述金属为主要成分的合金。
4.根据权利要求1或2所述的一次电池，其特征在于，构成所述正极的材料具备具有三维网络结构的伸缩性共连续体的结构。
5.根据权利要求1或2所述的一次电池，其特征在于，所述隔膜的露出部分从与所述正极的正极集电体和所述负极的负极集电体的各一部分一并从所述电池壳体露出一侧相反的一侧露出。
6.根据权利要求1或2所述的一次电池，其特征在于，进一步具备将所述正极、所述负极和所述隔膜配置于内部的电池壳体，在所述电池壳体设有向所述内部摄入空气的摄入口。
7.一种水分传感器，其特征在于，具备：
正极和负极；
配置于所述正极与所述负极之间的含有电解质的隔膜，所述含有电解质的隔膜通过从电池壳体露出的部分，利用毛细现象来吸取水；以及
传感器，其依据水的存在来检测因所述隔膜吸取水而产生的所述正极与所述负极之间的导通，
所述隔膜为依次层叠不含电解质的隔膜、含有电解质的隔膜和不含电解质的隔膜而成的隔膜。
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