CN111095669A - 金属空气电池、以及氧化皮膜除去方法 - Google Patents

金属空气电池、以及氧化皮膜除去方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种金属空气电池、以及氧化皮膜除去方法，能够减少氧化皮膜除去所需的电力浪费，同时能够适当地除去氧化皮膜。本发明的金属空气电池(1)的特征在于，具有电池主体部(2)、USB端子(8)和控制部(9)，所述电池主体部(2)的金属极和空气极经由电解液对向配置，所述USB端子(8)连接外部负荷，所述控制部(9)电性连接电池主体部和USB端子之间，其中，控制部具有微型电子计算机(14)和氧化皮膜除去用电阻(15)，所述微型电子计算机(14)判断USB端子有无连接外部负荷，当通过微型电子计算机确认外部负荷的连接时，在包括金属极、空气极以及氧化皮膜除去用电阻的电路中流动用于氧化皮膜除去的电流。

Description

金属空气电池、以及氧化皮膜除去方法
技术领域
本发明涉及一种金属空气电池、以及氧化皮膜除去方法。
背景技术
在金属空气电池中，在作为正极的空气极中，将大气中的氧气作为正极活性物质利用，进行该氧气的氧化还原反应。另一方面，在作为负极的金属极中，进行金属的氧化还原反应。金属空气电池的能量密度高，期待作为灾害时等的紧急用电源等而发挥作用。通过向金属空气电池供给电解液而开始发电。
例如，在专利文献1的金属空气电池中，提案有能够除去因氧化反应而形成在金属膜上的钝化膜(氧化皮膜)的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5961315号公报
发明内容
(发明要解决的技术问题)
但是，在专利文献1所记载的发明中，在金属空气电池未连接外部负荷的状态下，强制性地流动钝化膜除去用的电流。
于是，在专利文献1中，即使在金属空气电池未连接外部负荷的未使用状态下，也需要流动钝化膜除去用的电流，浪费电力消耗。
另外，在专利文献1中存在如下情况：即使未完全除去钝化膜，一旦连接外部负荷，便会停止钝化膜除去用的电流的供给，因此，不能适当地进行钝化膜的除去。
本发明是鉴于以上的问题点而完成的，其目的在于提供一种金属空气电池、以及氧化皮膜除去方法，能够减少氧化皮膜除去所需的电力浪费，同时能够适当地除去氧化皮膜。
(用于解决技术问题的技术手段)
本发明的金属空气电池的特征在于，具有电池主体部、外部连接用端子和控制部，所述电池主体部的金属极和空气极经由电解液对向配置，所述外部连接用端子连接外部负荷，所述控制部电性连接所述电池主体部和所述外部连接用端子之间，所述控制部具有监视部和氧化皮膜除去用电阻，所述监视部判别所述外部连接端子有无连接外部负荷，当通过所述监视部确认所述外部负荷的连接时，在包括所述金属极、所述空气极以及所述氧化皮膜除去用电阻的电路中流动用于氧化皮膜除去的电流。
在本发明中，优选的是，在所述控制部上设有电力转换装置，所述电力转换装置转换所述金属极和所述空气极的端子间的电力，并输出至所述外部连接用端子，所述监视部将所述端子间的电池电压和所述电力转换装置的可动作电压进行比较，当所述电池电压低于所述可动作电压时，指示向所述电路供给用于氧化皮膜除去的电流。
在本发明中，优选的是，即使超过预定时间，当所述电池电压低于所述可动作电压时，所述监视部判断为电池的寿命。
在本发明中，优选的是，所述控制部进一步具有氧化皮膜抑制用电阻，在供给所述电解液之后，向包括所述金属极、所述空气极以及所述氧化皮膜抑制用电阻的电路流入用于氧化皮膜抑制的电流。
在本发明中，优选的是，所述控制部设有通知部，所述通知部通知控制状况。
本发明为用于除去在金属极和空气极经由电解液对向配置的电池主体部的所述金属极上生成的氧化皮膜的方法，其特征在于，包括：判断与所述电池主体部电性连接的外部连接用端子上是否连接外部负荷的步骤；当判断为连接有外部负荷时，在所述金属极以及所述空气极的端子间，使氧化皮膜除去用电阻成为导通状态而构成电路，并向所述电路流入用于氧化皮膜除去的电流的步骤。
(发明的效果)
根据本发明的金属空气电池，由于在确认外部负荷的连接之后流入氧化皮膜除去的电流，因此，能够减少氧化皮膜除去所需的电力浪费，同时能够适当地除去氧化皮膜。
附图说明
图1是构成本实施方式的金属空气电池的电池主体部的截面图。
图2是本实施方式的金属空气电池的电路图(框图)。
图3是示出构成本实施方式的金属空气电池的控制部的动作的流程图。
图4是构成本实施方式的金属空气电池的控制部的时序图。
具体实施方式
以下，对于本发明的一个实施方式(以下，简称为“实施方式”)进行详细说明。此外，本发明并不限定于以下的实施方式，只要在其主旨范围内能够进行各种变形来实施。
如图1所示，构成金属空气电池1的电池主体部2例如具备多个金属空气电池单体22。在图1中，金属空气电池单体22的数量为三个，但是并未对金属空气电池单体22的数量进行限定，可以是一个，可以是两个，也可以是四个以上。
在各金属空气电池单体22中设有空气室10和液室11。就空气室10而言，例如，除了上部10a之外，周围被包围。另一方面，就液室11而言，除了供水口13之外，周围被包围。在图1中，供水口13设置于液室11的下部。空气室10和液室11被隔离开，注入液室11的电解液不会泄漏到空气室10中。此外，图1所示的空气室10以及液室11的构造为一个示例。
如图1所示，各金属空气电池单体22被构成为具有空气极6和金属极7作为电极。空气极6以及金属极7分别支承于构成金属空气电池单体22的框体。如图1所示，空气极6和金属极7通过液室11而对向配置。空气极6的一个面暴露于液室11，空气极6的另一个面暴露于空气室10。并未对空气极6和金属极7的数量进行限定，例如，可以相对于一个空气极6设置一个金属极7，或者可以设置两个以上的空气极6和金属极7。
图1所示的壳体3为能够收容电解液以及电池主体部2的大小的容器。当金属空气电池1未使用时，例如，能够从电池主体部2的上方覆盖图1所示的壳体3。
例如，向图1所示的壳体3内注入电解液5，并且使电池主体部2浸渍在电解液5中。此时，电解液5从各金属空气电池单体22的供水口13被导入各液室11内。电解液5经由供水口13被同时注入各液室11内。此时，如图1所示，电解液5不会流入空气室10。
如图1所示，当向各液室11供给电解液5时，例如，当金属极7为镁时，在金属极7附近发生下述(1)所示的氧化反应。另外，在空气极6中发生下述(2)所示的还原反应。作为镁空气电池整体，发生下述(3)所示的反应并进行放电。
(1)2Mg →2Mg2++4e-
(2)O2+2H2O+4e- →4OH-
(3)2Mg+O2+2H2O →2Mg(OH)2
图1中并未图示，例如，在金属空气电池单体22的上面具有外部连接用端子和控制部(电气系统)，所述外部连接用端子向外部供给电池输出，所述控制部(电气系统)电性连接电池主体部2和外部连接用端子之间。外部连接用端子为连接件、USB端子等，并无特别限定。此外，外部连接用端子的设置位置并不限定于顶部，可以相对于金属空气电池1而任意地设定设置位置。
但是，图1所示的金属空气电池1的构造只是一个示例，也可以形成为如下构造：在金属空气电池单体22的上面侧具有供水口，从该供水口向各金属空气电池单体22内供给电解液5。
图2为本实施方式的金属空气电池的电路图(框图)。如图2所示，金属空气电池1被构成为具有电池主体部2、作为外部连接用端子的USB端子8、控制部9。
如图2所示，控制部9被构成为具有微型电子计算机14、氧化皮膜除去用电阻15、氧化皮膜抑制用电阻16、作为电力转换装置的转换器17和作为通知部的LED18。
氧化皮膜除去用电阻15在控制部9的电路内以能够导通连接电池主体部2的金属极7以及空气极6的方式设置。在氧化皮膜除去用电阻15的导通路径上设有开关元件(未图示)。通过微型电子计算机14能够进行开关元件的开闭控制，当关闭开关元件时，形成氧化皮膜除去用电阻15、电池主体部2的金属极7和空气极6电性连接的第一闭合电路(放电电路)。第一闭合电路为氧化皮膜除去电路，暂时性流入较大的电流。通过使氧化皮膜除去电流流入第一闭合电路，能够使形成在金属极7的表面的氧化皮膜溶解于电解液5，能够适当地除去氧化皮膜。
氧化皮膜抑制用电阻16总是与电池主体部2的金属极7以及空气极6电性连接。因此，总是形成氧化皮膜抑制用电阻16以及电池主体部2的金属极7和空气极6电性连接的第二闭合电路(放电电路)。第二闭合电路为氧化皮膜抑制电路，微弱电流流入第二闭合电路。由此，能够适当地抑制向金属膜表面生成氧化皮膜。
转换器17为DC-DC转换器，在转换器17中，从电池主体部2供给来的电力通过直流电压的转换而输出至USB端子8。转换器17通过规定以上的电压来驱动。
此外，氧化皮膜除去用电阻15以及氧化皮膜抑制用电阻16既可以为电阻元件，也可以为包含电阻成分的二极管等。能够通过电阻值的控制来调整电流值。或者，能够通过微型电子计算机14来控制电流值。
图3是示出构成本实施方式的金属空气电池的控制部的动作的流程图。图4是构成本实施方式的金属空气电池的控制部的时序图。
如图3所示，将电解液5供给至电池主体部2(步骤ST1)。此外，便携设备等外部负荷向USB端子8的连接无论在电解液5供给后还是在电解液5供给前都可以。
通过电解液5的供给，微型电子计算机14启动。通过微型电子计算机14的启动，测定金属极7和空气极6的端子间的电压(电池电压)。进一步，微型电子计算机14监视便携设备等外部负荷是否已连接至USB端子8。这些动作在图3的步骤ST2中进行。
在此，如图4的“氧化皮膜抑制电流”所示，在供给电解液后，总是向图2所示的包括氧化皮膜抑制用电阻16的第二闭合电路流入微弱电流(例如0.1A)(参照图4的(1))。通过闭合电路的放电，能够抑制在金属极7的表面生成氧化皮膜。
如图3的步骤ST3所示，在供给电解液后，作为图2所示的通知部的LED18例如亮灯为红色(参照图4的(2))。如图2所示，LED18与微型电子计算机14电性连接，基于来自微型电子计算机14的指令，LED18例如亮灯为红色。红色的亮灯例如显示待机状态。所谓的待机状态是指，供给电解液，能够向USB端子8连接便携设备等外部负荷的状态。此外，在该步骤中或者之后的步骤中可以任意地决定亮灯色，并未对亮灯色进行限定。
在图3的步骤ST4中，通过微型电子计算机14判断便携设备等外部负荷是否已连接至USB端子8。
在图3的步骤ST4中，在判断为未连接外部负荷的情况下，返回至步骤ST3，并且LED18继续亮灯为红色。
在步骤ST4中，在判断为连接有外部负荷的情况下，进入步骤ST5。图4的(3)示出连接有外部负荷的状态。
在图3的步骤ST5中，将图2所示的氧化皮膜除去用电阻15和电池主体部2的金属极以及空气极导通连接而构成第一闭合电路，并且氧化皮膜除去用电流流入第一闭合电路。如上述所记载，在氧化皮膜除去用电阻15的导通路径上设有开关元件，当判断为有外部负荷连接时，微型电子计算机14使开关元件接通，并构成第一闭合电路。流入第一闭合电路的氧化皮膜除去用电流大于氧化皮膜抑制电流。
如图4的时序图所示，氧化皮膜除去电流按照规定时间流动(参照图4的(4))。在氧化皮膜除去电流流动期间，可以使LED18例如以绿色闪烁(参照图4的(5))。通过流入氧化皮膜除去电流并进行放电，能够除去在金属极7的表面生成的氧化皮膜。
接着，在图3的步骤ST6中，通过微型电子计算机14比较电池主体部的端子间电压(电池电压)和转换器17的可动作电压。在判断为电池电压为转换器17的可动作电压以上的情况下(参照图4的(6))，进入步骤ST7。
在图3的步骤ST7中，使转换器17动作，从而进行向USB端子8的输出(参照图4的(7))。此时，在向USB端子8输出期间，例如可以使LED18亮灯为绿色(参照图4的(8))。
如图3的步骤ST8所示，判断在继续向USB端子8连接外部负荷期间，电池电压是否比转换器17的可动作电压大(步骤ST6)。另一方面，在步骤ST8中，在判断为外部负荷未连接于USB端子8的情况下(即，从USB端子8拔除外部负荷)，停止转换器17的动作(步骤ST9)，并使LED18亮灯为红色(返回至步骤ST3)。
接着，在图3的步骤ST6中，当判断为电池电压比转换器17的可动作电压小时，计测氧化皮膜除去电流的时间(总时间)(步骤ST10)。在此时的时间计测未达到预定时间的情况下(步骤ST11)，返回至步骤ST5，再次流动氧化皮膜除去电流。
在步骤ST6中，只要没有判断为电池电压比转换器17的可动作电压大，就总是流动氧化皮膜除去电流，直至达到步骤ST11的预定时间为止。
对于在步骤ST11中达到预定时间的情况进行说明。当图4的(9)所示的氧化皮膜除去电流的时间(图4的(10)所示的计测时间)达到预定时间时(即，计测时间＞预定时间(参照图4的(11)))，停止流动氧化皮膜除去电流，微型电子计算机14判断为电池寿命。另外，当判断为电池的寿命时，如图3的步骤ST12所示，LED18例如以红色闪烁(参照图4的(12))。由此，使用者能够知晓电池的寿命。
如以上说明，在本实施方式中，当监视向USB端子8有无外部负荷的连接(图3的步骤ST4)，并判断为连接有外部负荷时，在图3的步骤ST5中，以流动氧化皮膜除去电流的方式进行控制。换言之，如果外部负荷向USB端子8未连接的话，则不会流动氧化皮膜除去电流。这样，由于只有确认了外部负荷的连接才流动用于氧化皮膜除去的电流，如果未连接的话则不会流动电流，因此，能够减少氧化皮膜除去所需的电力浪费。而且，在连接有外部负荷的使用时，能够适当地除去氧化皮膜，并且在使用时能够抑制电池输出的下降。
另外，在本实施方式中，微型电子计算机14对电池电压和转换器17的可动作电压进行比较(图3的步骤ST6)，并判断为电池电压低于转换器17的可动作电压时，再次以流动氧化皮膜除去电流的方式进行控制(图3的步骤ST5)。由此，直至电池电压超过转换器17的可动作电压为止，能够可靠地流动氧化皮膜除去电流从而除去氧化皮膜，并能够使转换器17适当地进行动作。
另外，即使达到了预定时间，当电池电压低于转换器的可动作电压时，微型电子计算机14能够判断为电池的寿命(图3的步骤ST12)。因此，能够在不浪费消耗电力的前提下适当地判断电池的寿命。
另外，在本实施方式中，在供给电解液5之后，能够总是流动氧化皮膜抑制电流(微弱电流)。由此，能够提高氧化皮膜生成的抑制效果。
另外，在本实施方式中，装备有作为通知部的LED18，通过LED18的颜色或者发光方式，能够使使用者知晓对于电池的控制状况。“控制状况”中包括待机期间、氧化皮膜除去期间、向USB端子8的供电期间、达到电池寿命的情况等。作为通知部，即使不通过LED18，通过例如声音或者图像等也能够知晓状况。
在图2所示的金属空气电池1中，虽然USB端子8为一个，但USB端子8也可以为多个。在USB端子8为多个情况下，根据USB端子8的数量来设置转换器17。并且，微型电子计算机14监视向各USB端子8有无外部负荷的连接，另外，对电池电压和各转换器17的可动作电压进行比较。
另外，本实施方式中的金属空气电池1既可以应用镁空气电池也可以应用其他的金属空气电池。
(产业上的利用可能性)
根据本发明的金属空气电池，能够适当地除去金属极表面的氧化皮膜，并且能够防止电池输出的下降。本发明的金属空气电池具备连接外部负荷的USB等外部连接端子，只要是在金属极上容易生成氧化皮膜的状态，都能够有效地应用于任何的构造或者材质的金属空气电池。

Claims (6)

1.一种金属空气电池，其特征在于，
具有电池主体部、外部连接用端子和控制部，所述电池主体部的金属极和空气极经由电解液对向配置，所述外部连接用端子连接外部负荷，所述控制部电性连接所述电池主体部和所述外部连接用端子之间，
所述控制部具有监视部和氧化皮膜除去用电阻，所述监视部判断所述外部连接端子有无连接外部负荷，
当通过所述监视部确认所述外部负荷的连接时，在包括所述金属极、所述空气极以及所述氧化皮膜除去用电阻的电路中流动用于氧化皮膜除去的电流。
2.根据权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于，
在所述控制部上设有电力转换装置，所述电力转换装置转换所述金属极和所述空气极的端子间的电力，并输出至所述外部连接用端子，
所述监视部将所述端子间的电池电压和所述电力转换装置的可动作电压进行比较，当所述电池电压低于所述可动作电压时，指示向所述电路供给用于氧化皮膜除去的电流。
3.根据权利要求2所述的金属空气电池，其特征在于，
即使超过预定时间，当所述电池电压低于所述可动作电压时，所述监视部判断为电池的寿命。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属空气电池，其特征在于，
所述控制部进一步具有氧化皮膜抑制用电阻，在供给所述电解液之后，向包括所述金属极、所述空气极以及所述氧化皮膜抑制用电阻的电路流入用于氧化皮膜抑制的电流。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的金属空气电池，其特征在于，
所述控制部设有通知部，所述通知部通知控制状况。
6.一种金属空气电池的氧化皮膜除去方法，其为用于除去在金属极和空气极经由电解液对向配置的电池主体部的所述金属极上生成的氧化皮膜的方法，其特征在于，包括：
判断与所述电池主体部电性连接的外部连接用端子上是否连接外部负荷的步骤；
当判断为连接有外部负荷时，在所述金属极以及所述空气极的端子间，使氧化皮膜除去用电阻成为导通状态而构成电路，并向所述电路流入用于氧化皮膜除去的电流的步骤。
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