CN112534629A - 金属空气电池及其使用方法 - Google Patents

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CN112534629A CN201980051839.9A CN201980051839A CN112534629A CN 112534629 A CN112534629 A CN 112534629A CN 201980051839 A CN201980051839 A CN 201980051839A CN 112534629 A CN112534629 A CN 112534629A
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高桥昌树
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Abstract

本发明提供一种金属空气电池及其使用方法，能够获得高输出，同时能够促进伴随发电而产生的生成物的排出，并且能够实现输出的经时稳定性。本发明的金属空气电池具备金属空气电池单元(1)，所述金属空气电池单元(1)并列设置有多个金属空气电池单体(2)，所述金属空气电池单体(2)具有如下部分而构成：金属极(3)；空气极(4)，其在金属极的两侧对向配置；框体，其支承金属极与空气极，其中，空气极露出于框体的两侧的外面，在各框体内分别形成有液室(6)，在金属空气电池单元中，在各金属空气电池单体之间相对向的空气极之间形成有上方开放的空气室(7)，各金属空气电池单体中形成有贯通孔(6)，所述贯通孔(6)与液室连通，将电解液供给至液室，同时，所述贯通孔(6)能够将通过金属极与空气极的反应而产生的生成物向金属空气电池单元的外部排出。

Description

金属空气电池及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种具备多个金属空气电池单体的金属空气电池及其使用方法。
背景技术
在金属空气电池中，在作为正极的空气极中，利用大气中的氧作为正极活性物质，而进行该氧的氧化还原反应。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，而被期待在灾害时等情况下发挥紧急用电源等的作用。通过将电解液注入金属空气电池而开始发电。
在现有技术中提案有各种各样的金属空气电池的构造(例如，专利文献1至专利文献4)。
根据专利文献1，以如下方式构成：将金属极与空气极组装于单体内，从设置于单体的底面的海水取入口向单体内的单体电解液室注入电解液。
根据专利文献2，在电槽内收容多个安装有空气极与金属极的空气供给箱，而形成多个单体。在电槽中设置有注液口，可以将海水经由注液口注入电槽内。
根据专利文献3，在单体内组装有两组空气极与金属极，并将供水部配置在单体的上面。从供水部注入电解液而发电。
根据专利文献4，将具备固定于保持件上的金属极与空气极的电池放入注入了电解液的容器内使其发电，并使保持件从容器移动，使电池离开电解液，从而停止发电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭52-22526号公报
专利文献2：日本实开昭54-137732号公报
专利文献3：日本特开2017-4644号公报
专利文献4：日本特开2016-76319号公报
发明内容
(发明要解决的技术问题)
对于上述的专利文献中特别是专利文献1以及专利文献2进行考察。在专利文献1中，如图2所示，以划分壁(2)划分单体内部，在中央设置单体电解室(9)，并在单体电解室(9)的两侧形成有空气室(7)。空气室(7)通过单个单体的侧壁(8)划分外壁，能够以单个单体构造发电。当将图2所示的单个单体构造放入海水中时，海水从海水取入口(12)注入单体电解室(9)内，而不会进入所划分的空气室(7)中。这样，由于专利文献1是以单个单体构造将单体电解室(9)与空气室(7)完全地划分成房间，因此，需要作为空气室(7)的外壁的侧壁(8)，此外，为了向空气室(7)内导入足够的空气，需要以足够的大小形成空气室(7)等，并且需要加宽单体宽度(此处的“单体宽度”相当于专利文献1的图2所示的电槽(1)的宽度尺寸)。
因此，当为了获得高输出而考虑并列设置多个单体的构成时，必须减少可并列设置的单体数量以将多个单体的总宽度控制在规定范围内。
也就是说，在专利文献1中，在金属极的两侧配置空气极，并且能够在金属极的两侧引起反应，从而能够期待各个单体的输出，但是无法在节省空间的情况下有效地增加单体数量，从而无法获得足够的高输出。
另外，在专利文献2中，在空气供给体箱体的两侧分别配置空气极和金属极，将其作为一个单体，并将多个单体配置在电槽内。然而，在专利文献2的构成中，由于为仅在金属极的单侧配置了空气极的构成，因此，无法期待高输出。另外，在专利文献2中，生成物会滞留在电槽的底面，且并没有将其清除的办法。因此，生成物会阻碍金属极与空气极之间的反应，输出会随着时间的推移而下降。
进一步，在现有的金属空气电池中，一旦发电结束便无法使用，需要进行处理。也就是说，现有的金属空气电池为一次用尽的一次性电池。
因此，本发明是鉴于以上问题而完成的，其目的在于提供一种能够获得高输出，同时能够促进伴随发电而产生的生成物的排出，并且能够实现输出的经时稳定性的金属空气电池及其使用方法。
(用于解决技术问题的技术手段)
本发明的金属空气电池，其特征在于，具备金属空气电池单元，所述金属空气电池单元并列设置有多个金属空气电池单体，所述金属空气电池单体具有如下部分而构成：金属极；空气极，其对向配置于所述金属极的两侧；框体，其支承所述金属极以及所述空气极，其中，所述空气极露出于所述框体的两侧的外面，在各金属空气电池单体上分别形成有液室，在组合多个所述金属空气电池单体而成的所述金属空气电池单元上，在各金属空气电池单体之间相对向的所述空气极间形成有上方开放的空气室，在各金属空气电池单体上形成有贯通孔，所述贯通孔与所述液室连通，从而将电解液供给至所述液室，同时，所述贯通孔能够将通过所述金属极与所述空气极的反应而产生的生成物向所述金属空气电池单元的外部排出。
在本发明中，优选的是，所述金属极的下端作为自由端而支承于所述框体，所述贯通孔形成于所述框体的底部，所述金属极的下端与所述贯通孔的上端相对向。
在本发明中，优选的是，所述金属极的下端配置于所述贯通孔的上端以上的位置。
在本发明中，优选的是，所述框体的配置有所述空气极的两侧的侧部具有固定部和框部而构成，所述固定部对所述空气极进行固定，所述框部包围所述固定部的除了上方以外的外周，且比所述固定部突出，所述空气极固定于所述固定部，同时所述金属空气电池单体的所述框部彼此之间对接，形成上方开放的所述空气室。
在本发明中，优选的是，所述金属极或者所述金属空气电池单体能够更换地支承于所述框体，并且从操作性和框体设计的观点出发，更优选的是，所述空气电池单体能够更换地被支承。
在本发明中，优选的是，具有上述记载的金属空气电池单元和能够收容电解液的发电槽，并且，以使得所述金属空气电池单元的下面与所述发电槽的底面之间空出间隙的方式，在所述空气室的开放的上部向上的状态下，将所述金属空气电池单元放入收容有所述电解液的所述发电槽内，所述电解液经由所述贯通孔而注入所述液室内，所述生成物通过所述贯通孔而排出至所述间隙。
在本发明中，优选的是，设置有循环部，所述循环部使所述发电槽内的所述电解液循环。
在本发明中，优选的是，设置有收集部，所述收集部收集排出至所述发电槽内的所述生成物。
本发明的金属空气电池的使用方法，其特征在于，以使得上述记载的金属空气电池单元的下面与所述发电槽的底面之间空出间隙的方式，在所述空气室的开放的上部向上的状态下，将所述金属空气电池单元放入收容有电解液的所述发电槽内，或者向配置有所述金属空气电池单元的发电槽内注入电解液而开始发电。
在本发明中，优选的是，在所述发电槽内形成水流，使所述电解液循环的同时发电。
在本发明中，优选的是，收集排出至所述发电槽的生成物的同时发电。
在本发明中，优选的是，更换所述金属极或者所述金属空气电池单体的同时继续发电。
(发明的效果)
根据本发明的金属空气电池，能够获得高输出，同时能够促进伴随发电而产生的生成物的排出，并且能够抑制输出随着时间的推移而下降。
附图说明
图1为本实施方式的金属空气电池单元的立体图。
图2为本实施方式的金属空气电池单体的立体图。
图3A为图2所示的金属空气电池单体的主视图，图3B为沿着A-A线切断图3A所示的金属空气电池单体并从箭头方向观察到的截面图，图3C为金属空气电池单体的俯视图，图3D为金属空气电池单体的后视图。
图4为本实施方式的金属空气电池的截面图。
图5为用于说明电解液的循环方式的金属空气电池的示意图。
图6为本实施方式的具备沉淀槽的金属空气电池的立体图。
图7为图6所示的沉淀槽内的截面图。
图8为另一实施方式的金属空气电池的立体图。
图9为另一实施方式的金属空气电池的截面图。
图10为另一实施方式的金属空气电池单元的仰视图。
图11为示出恒定电流放电试验中时间与电压的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，对本发明的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，能够在其主旨范围内进行各种变形来实施。
此外，在以下使用附图进行说明的本实施方式中，所谓的“金属空气电池”有时指并列设置有多个金属空气电池单体的金属空气电池单元，有时指金属空气电池单元与收容有电解液的发电槽的组合。
图1为本实施方式的金属空气电池单元的立体图。如图1所示，金属空气电池单元1例如并列设置六个金属空气电池单体2而构成。但是，并不限定金属空气电池单体2的数量。
本实施方式的金属空气电池单元1是组合多个相同构造的金属空气电池单体2而得到的。使用图2以及图3对金属空气电池单体2的构造进行详细描述。
如图2所示，金属空气电池单体2具有如下部分而构成：金属极3、空气极4、支承金属极3以及空气极4的框体5。
如图3B以及图3C所示，空气极4在金属极3的两侧空出间隔而配置，同时露出于框体5的两侧外面。
如图2以及图3A至图3D所示，框体5具有上部5a、下部5b、连接上部5a与下部5b的前部5c、后部5d以及侧部5e、5f。框体5可以一体地成形，也可以通过将分割成多个的各成型体进行组合而构成框体5。
框体5的上部5a、下部5b、前部5c以及后部5d以大致平面形成。但是，在上部5a上设置有狭缝5g，金属极3固定支承于该狭缝5g内。如图3C所示，形成于金属空气电池单体2的框体5的上部5a的狭缝5g的宽度比金属极3的宽度宽。在金属极3与狭缝5g之间形成有与后述的液室6连接的连通孔5k。
在框体5的侧部5e、5f上分别设置有窗5h(参照图3B)。另外，形成有固定部5i，所述固定部5i包围各窗5h的上侧、下侧、左侧以及右侧的全周。图3B中图示了位于窗5h的上侧以及下侧的固定部5i，但实际上在窗5h的左侧以及右侧也存在固定部5i，并且窗5h的整个周围被固定部5i包围。
如图3B所示，各空气极4通过粘接剂等固定于各侧部5e、5f的固定部5i并堵塞各窗5h。通过堵住分别设置于框体5的侧部5e、5f的窗5h，在固定于侧部5e、5f的空气极4之间形成有液室6。液室6除了后述的作为电解液的供给口的贯通孔8之外被包围。
如图2、图3A、图3B以及图3C所示，在固定部5i的外周，除了上侧之外形成有框部5j。也就是说，框部5j以包围固定部5i的下侧、左侧以及右侧的方式形成。另外，框部5j与固定部5i相比向外侧突出。因此，在框部5j与固定部5i之间形成有高低差。如图2、图3B以及图3C所示，空气极4与框部5j的表面相比配置于更往里的位置(后方)。由此，在空气极4与框部5j之间形成有上方以及空气极4的前方开放的空间。该空间通过使多个金属空气电池单体2并列设置而构成仅上方开放的空气室7(参照图4)。
如图3B以及图3D所示，在框体5的下部5b上形成有连通于液室6的贯通孔8。贯通孔8的宽度尺寸T比金属极3的厚度大。在此，所谓的“宽度尺寸”是指从框体5的一个侧部5e朝向另一个侧部5f的方向的尺寸。如图3B以及图3D所示，贯通孔8形成于与金属极3的下端3a相对向的位置。因此，如图3D所示，通过贯通孔8能够看到金属极3的下端3a。如图3B以及图3D所示，金属极3优选以位于贯通孔8的宽度尺寸T的中心的方式配置。
在本实施方式中，并未限定金属极3的下端3a与贯通孔8的上端8a的位置关系，但如图3B所示，金属极3的下端3a优选配置于贯通孔8的上端8a以上的位置。在此，所谓的“上端8a以上的位置”包括上端8a的位置、以及上端8a的上方的位置。由此，能够使通过金属极3和空气极4的反应而产生的生成物从贯通孔8向外部有效地排出。另外，在本实施方式中，由于在金属极3的左右两侧设置有空气极4，因此，会在金属极3的左右两侧生成生成物。因此，如上所述，通过在贯通孔8的宽度尺寸T的中心配置金属极3，能够使从金属极3的左右两侧生成的生成物经由贯通孔8而适当地向外部排出。
另外，如图3B所示，金属极3的下端3a为自由端。由此，能够使金属极3的下端3a摇动。因此，当在空气极4与金属极3之间堆积有生成物时，能够使金属极3弯曲，能够缓和生成物导致的按压力，从而能够抑制金属极3以及空气极4的破损。
在图3D中，贯通孔8的形状为矩形状，但并不限定于矩形状，也可以为其他的形状。另外，在图3D中，贯通孔8的数量为三个，但并未限定贯通孔8的数量。
贯通孔8具有作为将电解液供给至液室6的供给口的功能，同时也具有使通过金属极3和空气极4的反应而产生的生成物向金属空气电池单元1的外部排出的功能。
这样，只要能够进行电解液的供给与生成物的排出即可，并未将贯通孔8的形成位置限定于框体5的下部5b，例如，也可以将贯通孔8设置于框体5的前部5c或者后部5d。此时，贯通孔8优选配置于前部5c或者后部5d的下侧。所谓的“下侧”为前部5c以及后部5d的高度尺寸的下半部分，优选为高度尺寸的二分之一以下的下侧部分，更优选为高度尺寸的三分之一以下的下侧部分。这样，即使将贯通孔8设置于框体5的前部5c或者后部5d，也可以进行电解液10的供给与生成物的排出。
但是，生成物会因自身重量而在液室6内下降，将贯通孔8形成于框体5的下部5b，能够有效地促进生成物的排出，因此优选。另外，如后述，通过在框体5的下部5b侧产生水流，能够更加促进生成物的排出。
另外，在图3D中，在金属极3的横宽方向(从框体5的前部5c朝向后部5d的方向)以等间隔形成有多个贯通孔8，但也可以形成从图3D所示的左侧的贯通孔8朝向右侧的贯通孔8连通的长的狭缝状的贯通孔8。但是，如果贯通孔8为长的狭缝状的话，金属极3与空气极4的反应所产生的生成物即使暂时经由贯通孔8排出到外部，也容易通过水流等而再次经由贯通孔8而返回到液室6内。由此，如图3D所示，贯通孔8分成多个而形成，生成物的排出效果优异，所以优选。此外，在不存在水流的构成中，也可以为连通各贯通孔8的长的狭缝状。
如图1所示，并列设置多个金属空气电池单体2，同时通过粘接剂等在位于两侧的金属空气电池单体2的框部5j固定外壁部9。如图1以及图4的截面图所示，通过并列设置多个金属空气电池单体2，能够在于各金属空气电池单体2之间相对向的空气极4间形成上方开放的空气室7。另外，通过在位于金属空气电池单元1的最两端的金属空气电池单体2的外侧面分别配置外壁部9，如图4所示，可对位于最左侧的金属空气电池单体2的左侧的空气极4以及位于最右侧的金属空气电池单体2的右侧的空气极4分别设置空气室7。
如图4所示，图1所示的金属空气电池单元1浸入收容有电解液10的发电槽11内。此时，电解液10经由贯通孔8而注入液室6内。另外，如使用图3C所说明的那样，由于在金属极3与框体5的上部5a的狭缝5g之间形成有连接于液室6的连通孔5k，因此，当向液室6内注入电解液10时，由于液室6的空气从连通孔5k排出到外部，由此，能够将电解液10经由贯通孔8而顺利地导入液室6内部。
另外，如图4所示，在发电槽11的底面11a与金属空气电池单元1的下面1a之间设置有突起部12，并在发电槽11的底面11a与金属空气电池单元1的下面1a之间形成有规定高度的间隙13。因此，金属空气电池单元1的下面1a不会与发电槽11的底面11a接触。突起部12既可以固定于金属空气电池单元1的下面1a，也可以固定于发电槽11的底面11a。或者，还可以在金属空气电池单元1的下面1a以及发电槽11的底面11a两者上配置突起部。在这种情况下，设置于金属空气电池单元1的下面1a以及设置于发电槽11的底面11a的各突起部既可以设置于分别相对向的位置，也可以设置为不相对向。
如图4所示，为了在金属空气电池单元1的下面1a与发电槽11的底面11a之间设置间隙13，也可以使用其他的方法而不配置突起部12。例如，可以将发电槽11的深度尺寸形成得比金属空气电池单元1的高度大，以使得即使在金属空气电池单元1的液室6内充满电解液10，金属空气电池单元1的下面1a也会成为从发电槽11的底面11a浮起的状态。
如图4所示，通过将电解液10注入液室6，例如，当金属极3为镁时，在金属极3的附近产生下述(1)所示的氧化反应。另外，在空气极4中产生下述(2)所示的还原反应。作为镁空气电池整体，产生下述(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
此时，通过电池反应的副反应而产生的氢可以从连通于液室6的连通孔5k(参照图3C)排出到外部。
另外，可以将金属极3与空气极4的氧化还原反应时产生的生成物(Mg(OH)2)经由设置于各金属空气电池单体2的下部的贯通孔8排出到发电槽11的底面11a侧。因此，能够抑制生成物滞留在各金属空气电池单体2的液室6内部，并且能够抑制电极的破损或者电气特性的恶化，从而能够实现长寿命化。
这样，设置于各金属空气电池单体2的贯通孔8具有将电解液10供给至液室6的同时将由于金属极2与空气极4的反应而产生的生成物向金属空气电池单元1的外部排出的作用。
以上，根据本实施方式的金属空气电池，在构成金属空气电池单元1的多个金属空气电池单体2上分别于金属极3的两侧配置空气极4，各空气极4以露出的状态配置于金属空气电池单体2的两侧。并且，通过并列设置各金属空气电池单体2，能够在各金属空气电池单体2的露出的空气极4之间形成上方开放的空气室7。
这样，在本实施方式中，由于在各金属空气电池单体2上不形成周围已完全划分的空气室7，而通过并列设置多个金属空气电池单体2而成为在各金属空气电池单体2的空气极4之间形成空气室7的单体构造，因此，能够较小形成构成各金属空气电池单体2的框体5的宽度(图2所示的前部5c以及后部5d的宽度)。由此，当在规定的宽度尺寸内(此处的“宽度尺寸”为金属空气电池单体2的并列设置方向的尺寸)形成金属空气电池单元1时，可以增加并列设置的金属空气电池单体2的数量，再加上在上述的各单体内将空气极4配置于金属极3的两侧，能够有效地获得高输出。
另外，通过在各金属空气电池单体2的下部5b分别设置有连通于液室6的贯通孔8，并将金属空气电池单元1放入收容有电解液10的发电槽11内，能够将电解液10注入液室6而开始发电。这样，能够简单地对各金属空气电池单体2进行电解液10的注入。
而且，在本实施方式中，通过贯通孔8能够促进伴随发电而产生的生成物的排出。在本实施方式中，如图4所示，当将金属空气电池单元1配置在发电槽11内时，以在金属空气电池单元1的下面1a与发电槽11的底面11a之间空出间隙13的方式进行控制，由此，能够将生成物从金属空气电池单元1的液室6朝向发电槽11的底面11a侧排出。这样，在本实施方式中，能够从各金属空气电池单体2的液室6经由贯通孔8将生成物向外部排出，由此，能够长时间持续进行金属极3与空气极4之间产生的反应，能够将伴随发电而产生的电压长时间保持固定，并且能够促进长寿命化。
在本实施方式中，如图5所示，例如优选在发电槽11的内部配置作为回流部的水流泵20，使电解液10回流。在图5中，使用水流泵20在金属空气电池单元1的下面1a与发电槽11的底面11a之间的间隙13内产生水流，能够使电解液10回流。由此，如图5所示，排出至金属空气电池单元1的下面1a与发电槽11的底面11a之间的间隙13的生成物21不会滞留在发电槽11的底面11a，而会流动扩散至金属空气电池单元1的侧方等。另外，通过在金属空气电池单元1的下面1a与发电槽11的底面11a之间的间隙13内产生水流，能够提高经由贯通孔8排出至间隙13的生成物21的排出速度，从而能够更加有效地减少滞留在各金属空气电池单体2的液室6中的生成物量。
由此，如图5所示，通过使发电槽11内的电解液10中产生水流，能够促进从各金属空气电池单体2的液室6向发电槽11内排出生成物21，可将金属极3用于反应直至最后。这样，在本实施方式中，能够使用金属极3直至最后用尽，能够抑制由于长期放电而导致的输出下降，从而能够更加有效地获得输出的经时稳定性。
另外，优选将金属极3能够更换地支承于框体5，以使得在用尽金属极3等情况下能够将新的金属极3配置在金属空气电池单体2内。由此，进一步，能够有效地获得输出的经时稳定性。例如，构成为将金属极3从金属空气电池单体2的外侧朝向内部滑动地插入，并且一旦插入至规定位置便不能再继续插入。
在上述内容中，更换了金属极3，但也可以在发电结束前后适当更换金属空气电池单体2。这样，通过适当更换金属极3或者金属空气电池单体2，虽然是一次性电池，也能够获得连续性的发电。另外，在本实施方式中，如后述，能够使电解液循环，由此，能够长时间使用杂质少的(反应生成物少的)电解液。这也发挥了辅助连续性的发电效果的作用。此外，从操作性或框体设计的观点出发，更加优选的是金属空气电池单体2能够更换地被支承。也就是说，在更换金属极3时，为了能够仅更换金属空气电池单体2中的金属极3，单体构造容易变得复杂。或者，通过在金属空气电池单体2的上部设置狭缝等而必须形成能够仅取出金属极3的构造，另外，更换时容易混入灰尘等。另一方面，如果更换金属空气电池单体2的话，则能够对各个单体进行整体更换，从而能够提高操作性，并使框体设计容易化。
在图6所示的金属空气电池中，在配置金属空气电池单元1的发电槽11旁边设置有沉淀槽(收集部)30。如图6所示，发电槽11与沉淀槽30之间由隔板31隔开。此外，在隔板31上设置有缺口31a，能够使回流于沉淀槽30内的电解液从缺口31a流入发电槽11内。
如图6以及图7所示，在沉淀槽30中，朝向电解液的回流方向隔开间隔地设置有多个隔壁32，并形成有通过沉淀槽30的外壁、以及隔壁32划分的多个沉淀室30a、30b、30c、30d。从距离缺口31a较远的一侧朝向较近的一侧为第一沉淀室30a、第二沉淀室30b、第三沉淀室30c以及第四沉淀室30d。如图7所示，按照第一沉淀室30a、第二沉淀室30b、第三沉淀室30c以及第四沉淀室30d的顺序，各沉淀室的长度尺寸L变小(在图7中，作为代表，对第一沉淀室30a标注长度尺寸L)。
另外，如图6以及图7所示，隔壁32的高度比沉淀槽30的外壁和隔板(除了缺口31a的位置)31的高度低。
如图6所示，在各隔壁32的上部分别配置有筒状体33。如图6所示，在筒状体33上形成有狭缝33a，并且筒状体33经由狭缝33a而固定支承于隔壁32。
使用未图示的泵等装置将发电槽11内的由于生成物而导致浑浊的电解液输送至第一沉淀室30a。另外，在沉淀槽30内产生水流，以使得电解液从第一沉淀室30a朝向第四沉淀室30d流动。如图7所示，当电解液从第一沉淀室30a向第二沉淀室30b移动时，电解液内所包含的一部分生成物21在第一沉淀室30a内沉淀，并且滞留于第一沉淀室30a的底部。并且，电解液的上清液从第一沉淀室30a被依次输送至第二沉淀室30b、第三沉淀室30c以及第四沉淀室30d，电解液中所包含的生成物21每次都会滞留于各沉淀室的底部。此时，滞留于沉淀室的底部的生成物的量从第一沉淀室30a朝向第四沉淀室30d逐渐减少。因此，最优选的是，将生成物21最容易滞留的第一沉淀室30a的长度尺寸L形成为最长，并且按照第二沉淀室30b、第三沉淀室30c以及第四沉淀室30d的顺序逐渐缩短长度尺寸L，由此，能够提高生成物21的收集效果。
在本实施方式中，在各隔壁32的上部配置有筒状体33，如图7所示，从发电槽11输送至沉淀槽30的电解液10的水面位于比各筒状体33的上部低的位置。此时，电解液10的上清液在筒状体33的内部的流路内回流，因此，能够促进生成物21的沉淀。此外，筒状体33不必须是圆筒，其是用于防止上清液直接移动至邻接的槽的障碍物，其目的在于为了促进沉淀而降低在槽内流动的液体的流速。
这样，在沉淀槽30中，通过使电解液10的上清液回流，并且使尽可能除去生成物21后的电解液10从缺口31a返回至发电槽11，能够更有效地抑制输出随着时间的推移而下降，并且能够实现输出的经时稳定性。另外，如已经记载的内容，在本实施方式中，能够适当更换金属极3或者金属空气电池单体2，再加上长时间使用杂质少的(反应生成物少的)电解液，能够更加有效地连续性发电。
此外，可以取代图6以及图7所示的沉淀槽30或者与沉淀槽30一起另外设置过滤装置(收集部)等来收集生成物21，能够实现延长电解液10的使用寿命。过滤装置可以配置于发电槽内或者配置于与发电槽分开设置的槽内。
当发电结束时，通过从图4的状态提起金属空气电池单元1并将电解液10从各金属空气电池单体2的液室6经由贯通孔8排出，可以简单地停止发电。或者，通过从配置有金属空气电池单元1的状态的发电槽11排出电解液10，也可以停止发电。另外，即使拔出作为负极的金属极也能够停止电池反应。
另外，可以在图1所示的金属空气电池单元1的上面设置未图示的顶部。可以在顶部设置连通于各空气室7的开口，空气可以经由顶部的开口而流入各空气室7。
另外，可以在上述的顶部设置将电池输出向外部供给的外部连接用端子。外部连接用端子为连接器或者USB端子等，并无特别限定。可以设置多个外部连接用端子。例如，可以将便携设备直接连接于金属空气电池单元1上设置的外部连接用端子来进行电力供给。或者，例如，也可以形成将USB集线器等连接基板连接于金属空气电池单元1的外部连接用端子，并经由连接基板向多个便携设备进行电力供给。
根据上述的本实施方式的金属空气电池，在紧急用电源的开发中，特别是从能够通过节省空间而设置多个单体，并且高输出、输出的经时稳定性的观点出发而开发完成了本实施方式。也就是说，在本实施方式的金属空气电池中，通过在金属极的两侧对向配置空气极，同时增加并列设置的单体数量，能够获得高输出。另外，由于更加有效地抑制了输出随着时间的推移而下降，因此能够有效地促进伴随发电而产生的生成物的排出。进一步，即便是一次性电池，也能够更换金属极或者金属空气电池单体，不再像以往那样使用直至用尽，能够连续性发电。
本实施方式的金属空气电池可以用作节省空间的紧急用电源，并且还可以应用于办公室、工厂、工厂设施等。
在本实施方式中，各金属空气电池单体2的各电极既可以串联连接也可以并联连接，配线方法并无特别限定。
另外，图6和图7所示的沉淀槽30的构成是一个示例，并不限定于该构成。例如，在图6、图7中，沉淀室为四个，但并未对数量进行限定。另外，可以取代筒状体33或者与筒状体33一起使用另外的回流装置来促进电解液的回流。
另外，在本实施方式的金属空气电池的使用方法中，可以将金属空气电池单元1放入收容有电解液10的发电槽11内而开始发电，或者，也可以事先或者通过使用者的手等将金属空气电池单元1配置在发电槽11内，一边注意不使电解液10进入空气室7一边将电解液10注入发电槽11而开始发电。
另外，在本实施方式中，金属极3或者金属空气电池单体2能够更换地支承于框体5。并且，在本实施方式的金属空气电池的使用方法中，可以一边更换金属极3或者金属空气电池单体2一边继续发电。此外，此处所说的“继续发电”是指与普通的一次性电池相比能够延长发电，即使更换时停止发电，其前后也可以定义为“继续发电”。从更换时的操作性的观点出发，优选能够更换金属空气电池单体2，并且通过金属空气电池单体2的更换能够顺利地继续发电。
对于有别于上述内容的另一实施方式的金属空气电池进行说明。如图8所示，金属空气电池40具有金属空气电池单元42、壳体43而构成。
如图8所示，金属空气电池单元42例如并列设置有三个金属空气电池单体44而构成。并未限定金属空气电池单体44的数量，可以是两个，也可以是四个以上。
金属空气电池单元42通过组合多个相同构造的金属空气电池单体44而得到。后面详述金属空气电池单体44的构造。
如图8所示，在三个金属空气电池单体44的上面安装有顶部53。在顶部53上，例如在上面43a上设置有第一开口部45a。另外，如图8所示，在顶部53的侧面(图1所示的左侧面)形成有第二开口部45b。另外，虽然未图示，但也可以在顶部53的背面或者右侧面设置开口部。
但是，图8所示的第一开口部45a以及第二开口部45b的数量和形成位置到底只是一个示例。也就是说，各开口部可以是一个也可以是多个。另外，也可以为未形成第一开口部45a以及第二开口部45b的至少一者的构成。另外，也可以不设置顶部53，或者也可以取代顶部53而设置其他的构成部件。
图8所示的各开口部45a、45b为空气孔，例如，可以在第二开口部45b的位置设置将电池输出向外部供给的外部连接用端子(未图示)。外部连接用端子为连接器或者USB端子等，并无特别限定。可以设置多个外部连接用端子。例如，可以将便携设备直接连接于金属空气电池单元42上设置的外部连接用端子来进行电力供给。或者，例如，也可以形成将USB集线器等连接基板连接于金属空气电池单元42的外部连接用端子，并经由连接基板向多个便携设备进行电力供给的构成。
如后述，图8所示的壳体43可以作为能够收容电解液的容器发挥作用，当不使用金属空气电池40而保管起来时，例如，将图8所示的壳体43从金属空气电池单元42的上方进行覆盖。由此，可以保护金属空气电池单元42以使得灰尘不会经由开口部45a、45b进入。
另外，当将壳体43从金属空气电池单元42的上方进行覆盖时，能够保持壳体43与金属空气电池单元42之间而形成为一体化的构造。此时，如果预先在壳体3的外侧面安装把手的话，则便于金属空气电池40的便携搬运。
并未限定壳体43的形状，壳体43的外形优选为比金属空气电池单元42大一圈的金属空气电池单元42的相似形状。
图9为将壳体43从图8的状态上下颠倒，并在收容有电解液55的壳体43内放入了金属空气电池单元42的状态的金属空气电池40的截面图。
如图9所示，各金属空气电池单体44具有空气极46、金属极47与框体48而构成。如图9所示，空气极46以及金属极47分别支承于框体48。空气极46与金属极47在横方向(纸面左右方向)上空出规定的间隔而对向配置。
如图9所示，在各金属空气电池单体44的框体48上设置有空气室50和液室51。如图9所示，空气室50的上部构成向外部开放的开口部50a。此外，图9中未图示图8所示的顶部53。将空气从图8所示的顶部53的各开口部45a、45b导入图9所示的空气室50。
此外，在图9所示的实施方式中，图示左侧的金属空气电池单体44与图示正中间的金属空气电池单体44的各空气室50的右侧面分别由相邻的右侧的金属空气电池单体44的框体48的侧面构成。这样，通过邻接的金属空气电池单体44的框体48填补空气室50的侧面的一部分，能够使各金属空气电池单体44薄型化，并且能够实现金属空气电池单元42的小型化，进而能够实现金属空气电池40的小型化。另外，位于图9所示的图示右侧的金属空气电池单体44的空气室50的右侧面新配置形成有侧壁部52。
如图9所示，空气极46配置在空气室50与液室51之间。此时，就空气极46而言，优选其上部和下部以及侧部的各边固定支承于框体48。如图9所示，空气极46以露出于空气室50以及液室51两者的状态配置。
如图9所示，金属极47在液室51内配置于距离空气极46规定距离的位置。如图9所示，就金属极47而言，其上部固定于框体48，下部为自由端(非固定)。
如图9所示，在框体48的底部48a上设置有连通至液室51的贯通孔(供水口)56。由此，如图9所示，当将金属空气电池单元42浸入放有电解液55的壳体43内时，电解液55经由贯通孔56同时注入各液室51内。此时，如图9所示，电解液55的水位与空气室50的开口部50a相比位于下侧，电解液55不会流入空气室50内。
此外，在图9所示的实施方式中，贯通孔56设置于框体48的底部48a，但也可以设置于例如框体48的侧部48b，或者设置于底部48a与侧部48b两者。另外，可以将贯通孔56设置于框体48的上部，但在这种情况下，需要使贯通孔56位于比空气室50的开口部50a还下侧的位置。
另外，虽然未图示，但在金属极47的周边设置有将电池反应产生的氢等生成气体从液室51向外部排出的孔。
为了迅速地向各金属空气电池单体44的液室51供给电解液55，优选将贯通孔56设置于框体48的底部48a。另外，如图10所示，在各金属空气电池单体44的底部48a设置多个贯通孔56。此外，并未限定贯通孔56的个数，另外，并未限定贯通孔56的形状，例如，既可以如图10所示为设置有多个小孔的构造，也可以为在各金属空气电池单体44上设置至少一个长孔的贯通孔56的构成。
如图9所示，优选金属极47与设置于框体48的底部48a的贯通孔56对向配置。易于将金属极47与空气极46的氧化还原反应时产生的生成物经由贯通孔56而排出至壳体43侧。从而，能够抑制由于生成物滞留于各金属空气电池单体44内而导致的电极破损或者电气特性恶化。
例如，可以将贯通孔56配置于框体48的侧部48b的下侧，并且将金属极47与贯通孔56对向配置。所谓的“侧部48b的下侧”为侧部48b的高度尺寸的下半部分，优选为高度尺寸的二分之一以下的下侧部分，更优选为高度尺寸三分之一以下的下侧部分。由此，能够获得生成物的排出效果。此外，当将金属空气电池单元42放入壳体43内时，只要壳体43内的电解液55不会到达金属空气电池单元42上部，并且可以将电解液55放入液室51中即可，贯通孔56的位置没有限制。
另外，如图9所示，金属极47的下部为自由端。由此，能够将金属极47与贯通孔56适当地对向配置。另外，通过使金属极47的下部为自由端，能够使金属极47的下部摇动。因此，当在空气极46与金属极47之间堆积生成物时，能够使金属极47弯曲，并且能够减轻生成物导致的按压力，并且能够抑制金属极47以及空气极46的破损。
根据本实施方式的金属空气电池40，如图8所示，并列设置多个具有空气极46和金属极47以及框体48的相同构造的金属空气电池单体44。另外，如图9所示，各金属空气电池单体44的空气室50形成为不仅上部开放，而且远离液室51的一侧的侧部(图示右侧的侧部)也开放的形状。并且，并列设置多个金属空气电池单体44，同时，对于第一端的金属空气电池单体44配置侧壁部52。这样，在本实施方式中，金属空气电池单元42通过组合构成金属空气电池单体44的复合部件与侧壁部52这两种部件而构成。此外，所谓的“复合部件”意指由包括构成金属空气电池单体44的电极以及框体的多个部件构成。
在图8、图9所示的实施方式的金属空气电池40中，与图1等所示的实施方式的金属空气电池同样地，可以增加并列设置的单体数量并且能够获得高输出。也就是说，在本实施方式中，能够通过部件件数减少的简单的构造来形成金属空气电池单元42。另外，在薄型的各金属空气电池单体44上能够适当地形成仅上部开放的空气室50，并且能够实现具备多个金属空气电池单体44的金属空气电池单元42的小型化。另外，由于更加有效地抑制了输出随着时间的推移而下降，因此能够有效地促进伴随发电而产生的生成物的排出。
在本实施方式中，如图9所示，向壳体43注入电解液55，并将金属空气电池单元42浸入壳体43内。此时，电解液55自然地经由贯通孔56进入各金属空气电池单体44的液室51内并填满液室51。这样，使用者可以不直接向各金属空气电池单体44注入电解液55，而仅将金属空气电池单元42放入收容有电解液55的壳体43内即可，因此，能够简略化向各金属空气电池单体44注入电解液55。另外，根据本实施方式，对于多个金属空气电池单体44，能够以简单的构造形成通向各液室51的贯通孔56。
另外，在本实施方式中，通过从图9的状态提起金属空气电池单元42并从各金属空气电池单体44的液室51将电解液55经由贯通孔56排出，可以简单地停止发电。
在本实施方式中，图8所示的壳体43为能够收容电解液55的容器。由此，使用者将图8所示的壳体43颠倒过来，向壳体43内放入电解液55，并且，将金属空气电池单元42浸入壳体43内的电解液55中即发电，因此，当灾害时等紧急情况时能够迅速地使用金属空气电池40。此外，可以预先设置作为放入壳体43内的电解液55的水位的刻度的标记。由此，使用者可以向壳体43内放入适量的电解液55。
在图8至图10所示的金属空气电池40中，可以应用图5至图7所示的发电槽11和沉淀槽30。这样，在金属空气电池40中，能够适当应用图1等所示的金属空气电池的构成的一部分。
另外，本实施方式的金属空气电池既可以应用镁空气电池亦可以应用其他的金属空气电池。
实施例
以下，通过本发明的实施例说明本发明的效果。此外，本发明的实施方式并非由以下的实施例进行任何限定。
图11示出恒定电流放电试验的实验结果。实验中使用的金属空气电池单元采用并列设置三个金属空气电池单体而得到的图1所示的构造。各金属空气电池单体的构成与图2以及图3一样。另外，金属极与空气极之间的间隔为4mm。在实施例1中，未使电解液中产生水流。另一方面，在实施例2中，使电解液中产生水流。
如图11所示的实验结果所示，可知产生水流的实施例2与未产生水流的实施例1相比，能够抑制输出随着时间的推移而下降。通过这样产生水流，电解液更容易从金属空气电池单体的内部排出至外部，能够更加有效地持续金属极与空气极之间的反应。
另外，准备以下所示的三个样品。
实施例1：有贯通孔+无循环
实施例2：有贯通孔+有循环
比较例1：无贯通孔
此外，各样品的金属极与空气极之间的间隔统一为4mm。
以下的表1所示的输出的“经时稳定性”的◎表示输出稳定直到最后的状态，○表示输出大致稳定直到最后的状态，×表示输出随着时间的推移而下降的状态。另外，表1所示的“输出时间”的◎表示能够确保如规定的输出时间的状态，○表示大致能够确保如规定的输出时间的状态，×表示输出时间短的状态。
[表1]
比较例 实施例1 实施例2
贯通孔 无 有 有
循环 - 无 有
经时稳定性 × ○ ◎
输出时间 × ○ ◎
如表1所示，实施例1以及实施例2中输出的经时稳定性以及输出时间均为◎或者○，获得了良好的结果。此外，在实施例1与实施例2中，添加了循环的实施例2与实施例1相比，输出的经时稳定性以及输出时间均为良好的结果(参照实施例1以及实施例2)。另一方面，可知在没有贯通孔的比较例1中，输出的经时稳定性以及输出时间均为×，无法获得节省空间化且稳定的输出，作为紧急用电源逊色于实施例1和实施例2。
(产业上的可利用性)
根据本发明的金属空气电池，能够作为高输出且输出的经时稳定性优异的紧急用电源使用。
本申请基于2018年8月6日申请的特愿2018-147530，其内容全部包含于本文中。

Claims (12)

1.一种金属空气电池，其特征在于，具备金属空气电池单元，所述金属空气电池单元并列设置有多个金属空气电池单体，
所述金属空气电池单体具有如下部分而构成：
金属极；
空气极，其在所述金属极的两侧对向配置；
框体，其支承所述金属极与所述空气极，
其中，所述空气极露出于所述框体的两侧的外面，
在各金属空气电池单体中分别形成有液室，在组合多个所述金属空气电池单体而成的所述金属空气电池单元上，在各金属空气电池单体之间相对向的所述空气极间形成有上方开放的空气室，
在各金属空气电池单体中形成有贯通孔，所述贯通孔与所述液室连通，将电解液供给至所述液室，同时，所述贯通孔能够将通过所述金属极与所述空气极的反应而产生的生成物向所述金属空气电池单元的外部排出。
2.根据权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于，
所述金属极的下端作为自由端而支承于所述框体，所述贯通孔形成于所述框体的底部，所述金属极的下端与所述贯通孔的上端相对向。
3.根据权利要求2所述的金属空气电池，其特征在于，
所述金属极的下端配置于所述贯通孔的上端以上的位置。
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，
所述框体的配置有所述空气极的两侧的侧部具有固定部和框部而构成，所述固定部对所述空气极进行固定，所述框部包围所述固定部的除了上方以外的外周，且比所述固定部突出，
所述空气极固定于所述固定部，同时
所述金属空气电池单体的所述框部彼此之间对接，从而形成上方开放的所述空气室。
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，
所述金属极或者所述金属空气电池单体能够更换地支承于所述框体。
6.一种金属空气电池，其特征在于，具有根据权利要求1至5中任一项所述的金属空气电池单元和能够收容电解液的发电槽，
以使得所述金属空气电池单元的下面与所述发电槽的底面之间空出间隙的方式，在所述空气室的开放的上部向上的状态下，将所述金属空气电池单元放入收容有所述电解液的所述发电槽内，所述电解液经由所述贯通孔而注入所述液室内，所述生成物通过所述贯通孔而排出至所述间隙。
7.根据权利要求6所述的金属空气电池，其特征在于，
设置有循环部，所述循环部使所述发电槽内的所述电解液循环。
8.根据权利要求6或7所述的金属空气电池，其特征在于，
设置有收集部，所述收集部收集排出至所述发电槽内的所述生成物。
9.一种金属空气电池的使用方法，其特征在于，
以使得根据权利要求1至5中任一项所述的金属空气电池单元的下面与所述发电槽的底面之间空出间隙的方式，在所述空气室的开放的上部向上的状态下，将所述金属空气电池单元放入收容有电解液的发电槽内，或者向配置有所述金属空气电池单元的发电槽内注入电解液而开始发电。
10.根据权利要求9所述的金属空气电池的使用方法，其特征在于，
在所述发电槽内形成水流，使所述电解液循环的同时发电。
11.根据权利要求9或10所述的金属空气电池的使用方法，其特征在于，
收集排出至所述发电槽的生成物的同时发电。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的金属空气电池的使用方法，其特征在于，
更换所述金属极或者所述金属空气电池单体的同时继续发电。
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