DE69015068T2

DE69015068T2 - Luftbatterie.

Info

Publication number: DE69015068T2
Application number: DE69015068T
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Koa Oil Co Ltd Nakaura; Okiyoshi Koa Oil Co Lt Okamura; Yoshihito Koa Oil Co L Tamanoi
Original assignee: Koa Oil Co Ltd
Current assignee: Koa Oil Co Ltd
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1990-03-31
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2010-04-01
Also published as: ATE115777T1; EP0417324A4; EP0417324A1; EP0417324B1; DE69015068D1; WO1990012428A1; US5240785A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Luftzelle, insbesondere auf eine Luftzelle von dem Typ, der an allen Oberflächen offen ist und der ein geringes Gewicht hat und exzellente Eigenschaften bezüglich ihres elektrischen Leistungsvermögens aufweist.
Konventionelle Luftzellen sind im wesentlichen aus einer Kathode, einer Anode und einem Elektrolyt aufgebaut, und die Behälter dieser Zellen sind abgedichtet, um ein Auslaufen des Elektrolyten aus den Luftzellen zu vermeiden.
Für solche konventionellen Luftzellen wird ein sicherer abgedichteter Behälter verwendet, so daß das Gewicht des Behälters einen beträchtlichen Anteil am Gesamtgewicht der Luftzelle einnimmt, und somit entsteht das Problem der Erhöhung des Gesamtgewichts der Luftzelle. Weiterhin sind konventionelle Luftzellen unter der Annahme entworfen, daß die Luftzelle normalerweise nur in Betrieb ist, wenn sie in einer solchen Anordnung angebracht ist, daß sich der Elektrolyt nach unten hin sammelt. Wenn entsprechend die Luftzelle hingelegt oder in einer geneigten Stellung verwendet wird, wird der Elektrolyt nicht richtig der Kathode oder der Anode zugeführt, und somit kann ein Problem der Störung der Erzeugung von elektrischer Leistung hervorgerufen werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftzelle vom offenen Typ zu schaffen, in der der eingefüllte Elektrolyt in keinen Situationen der Verwendung der Luftzelle aus der Zelle ausfließt und die ein leichtes Gewicht und eine exzellente Eigenschaft bezüglich der elektrischen Leistungserzeugung hat.
Entsprechend schafft die Erfindung eine Luftzelle, die aufweist:
ein Gehäuse;
eine Vielzahl von einzelnen Zellen, die in dem Gehäuse angeordnet sind, wobei jede der einzelnen Zellen eine Kathode, eine Anode und eine Trenneinrichtung aufweist, die zwischen der Kathode und der Anode angeordnet und diese miteinander vereint; und
einen Elektrolytabschnitt, der am Boden des Gehäuses vorgesehen ist, wobei ein wasserabsorbierendes Material, das in der Lage ist, einen in dem Elektrolytabschnitt vorhandenen Elektrolyten zu absorbieren und zurückzuhalten;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftzelle im wesentlichen an allen Oberflächen offen ist, die eine Vielzahl von Fenstern durch das Gehäuse zur Luftventilation haben;
ein Abstandshalter zwischen nebeneinanderliegenden einzelnen Zellen der Vielzahl von einzelnen Zellen angeordnet ist, wobei der Abstandshalter eine Platte aufweist, die unebene Vorder- und Rückflächen aufweist; und
eine Öffnung des Elektrolytabschnitts durch die Fenster des Gehäuses zu der Außenatmosphäre hin offen ist, wobei die Trenneinrichtung mit dem wasserabsorbierenden Material, das in dem Elektrolytabschnitt vorgesehen ist, in Kontakt ist.
Der Elektrolyt in dem Elektrolytabschnitt wird der Trenneinrichtung am besten durch eine Kapillarwirkung zugeführt. Weiterhin sollten sowohl der Elektrolyt als auch die Trenneinrichtung absorbierende Materialien aufweisen, so daß der geladene Elektrolyt innerhalb der absorbierenden Materialien zurückgehalten wird und ein Entweichen des Elektrolyts von der Zelle verhindert werden kann.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Gehäuse 10 in der Ausführungsform zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der einzelnen Zelle 30 in der Ausführungsform zeigt;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Abstandshalter 40 in der Ausführungsform zeigt;
Fig. 5A ist eine Längsansicht in Schnittdarstellung entlang der Linie V-V von Fig. 4, und Fig. 5B ist eine Draufsicht auf Fig. 4;
Fig. 6A ist eine Queransicht in Schnittdarstellung entlang der Linie VI-VI von Fig. 4, und Fig. 6B ist eine Ansicht von Fig. 4 von der rechten Seite;
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die in Fig. 1 gezeigten einzelnen Zellen in Reihe geschaltet sind und zwei Bäder vorgesehen sind, um einen Elektrolyten aufzunehmen;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die lediglich einen unteren Teil des Gehäuses 10 in den in den Figuren 1 und 7 gezeigten Ausführungsformen zeigt;
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die in Fig. 1 gezeigten einzelnen Zellen in Reihe geschaltet sind und vier Bäder unabhängig vorgesehen sind, um einen Elektrolyten aufzunehmen;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht eines Elektrolyten, der von mehreren der in Reihe geschalteten Zellen geteilt wird; und
Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Änderung einer Ausgangsspannung in dem Fall zeigt, daß ein Laststrom von 1A beibehalten wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Elektrolytbad, das ein wasserabsorbierendes Material zum Absorbieren und Zurückhalten des Elektrolyten (der elektrolytischen Lösung) einer Luftzelle aufgenommen hat, in einer Zelle vorgesehen, wobei das Auslaufen des Elektrolyten aus der Luftzelle verhindert wird, ohne daß ein Abdichten der Zelle notwendig ist. Die Luftzelle kann dementsprechend vom Typ einer offenen Zelle hergestellt werden, die eine ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit hat, und das Gesamtgewicht der Luftzelle kann verringert werden. Dementsprechend ist eine Luftzelle vom offenen Typ vorgesehen, die das Auslaufen eines in der Zelle geladenen Elektrolyten in allen Situationen ihrer Verwendung verhindern kann, und die ein geringes Gewicht und exzellente Eigenschaften bezüglich ihres elektrischen Leistungsvermögens aufweist.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dieser Ausführungsform sind einzelne Zellen 30, 30a, 30b und 30c, Abstandshalter 40, 40a und 40b, und ein wasserabsorbierendes Material 50 in dem Gehäuse 10 der Luftzelle angeordnet, und ein Elektrolyt 60 ist in dem wasserabsorbierenden Material 50 absorbiert und wird von ihm zurückgehalten.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Gehäuse 10 der vorher genannten Ausführungsform zeigt. An der Vorderseite des Gehäuses 10 und den oberen und rechten Seiten sind Fenster 13, 14 und 15 für eine Ventilation vorgesehen, wobei von diesen Fenstern Luft in das Gehäuse eingeführt und den einzelnen Zellen 30, 30a, 30b und 30c zugeführt wird. Fenster sind auch auf der Rückseite und den linken Seiten des Gehäuses 10 vorgesehen. Ein Plusanschluß 11 und ein Minusanschluß 12 sind an der rechten Seite des Gehäuses 10 vorgesehen. Wie oben beschrieben, hat die Luftzelle der vorliegenden Erfindung ein Zellengehäuse, das im wesentlichen an allen Oberflächen vom offenen Typ ist.
Wie in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Fig. 1 dargestellt ist, sind vorgesehen eine Unterteilung 23, die Bäder 21 und 22, die durch die Unterteilung 23 unterteilt werden, ein wasserabsorbierendes Material 50, das in Abschnitten vorgesehen ist, die im folgenden als "Bäder" 21 und 22 bezeichnet werden, und ein Elektrolyt 60, der in dem absorbierenden Material 50 an dem unteren Teil des Gehäuses 10 absorbiert worden ist. Als das absorbierende Material kann ein Material verwendet werden, das einen Elektrolyten absorbieren und zurückhalten kann. Insbesondere können Zellstoffe, synthetische Fasern, natürliche Fasern und dergleichen verwendet werden.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der einzelnen Zelle 30 in der oben beschriebenen Ausführungsform zeigt. In dieser Verbindung weist die einzelne Zelle 30 eine Anode 31, eine Trenneinrichtung 32, einen Stromkollektor 33 und eine Kathode 34 auf.
Die Anode 31 kann aus einer Magnesiumlegierung, einer Zinklegierung oder einer Aluminiumlegierung aufgebaut sein. Die Anode 31 kann dabei aus irgendeiner dieser Legierungen oder einer Mehrzahl dieser Legierungen aufgebaut sein. Ein Zuführungsdraht ist durch Löten oder mit Hilfe anderer Mittel mit dem Anschluß der Anode 31 verbunden, und der Zuführungsdraht ist weiterhin mit dem -(Minus)-Anschluß 12 verbunden.
Die Trenneinrichtung 32 weist ein wasserabsorbierendes Material wie z. B. ein Glaspapier auf, das nicht mit einem wasserabstossenden Mittel behandelt worden ist, zum elektrischen Isolieren eines Stromkollektors 33 und der Anode 31 voneinander und zum Absorbieren des eine KCl-Lösung oder eine NaCl-Lösung enthaltenden Elektrolyten aus den Elektrolytbädern mittels eines Kapillarphänomens, wodurch die Anode 31 und die Kathode 34 benetzt werden. Bei diesem Aufbau können als Material der Trenneinrichtung 32 auch wasserabsorbierende Materialien wie Glasfasern oder Papierschichten oder dergleichen anstelle des Glaspapiers verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung 32 und das wasserabsorbierende Material 50 in dem in Fig. 1 gezeigten Elektrolytbad 21 wenigstens teilweise miteinander verbunden sind, so daß die Aufnahme des Elektrolyten und das Verhindern des Ausfließens des Elektrolyten realisiert werden können und der Elektrolyt effizient zu der Trenneinrichtung zugeführt werden kann.
Der Stromkollektor 33 ist in Form eines Drahtnetzes oder eines Gitters, das aus einem Metall wie z. B. Nickel, Kupfer oder dergleichen hergestellt ist und eine Maschengröße von 340-330 Maschen hat, so daß die Luft durch den Stromkollektor 33 hindurchgelangen kann. Er ist zwischen der Anode 31 und der Kathode 34 angeordnet und in dichtem Kontakt mit der Kathode 34. Mit dem Stromkollektor 33 ist durch Löten oder mit Hilfe anderer Mittel ein Zuführungsdraht verbunden, und der Zuführungsdraht ist wiederum mit dem +(Plus)-Anschluß 11 verbunden.
Die Kathode 34 kann aus einem Film aufgebaut sein, der als einen Hauptbestandteil ein Petroleumgraphitpulver aufweist, wobei der Film porös ist und in nahem Kontakt mit dem Stromkollektor 33 ist. Die Kathode 34 kann hergestellt sein, indem das Petroleumgraphitpulver mit Aktivkohle geb mischt wird, eine Polytetrafluorethylen-Dispersion zu der Mischung hinzugegeben wird, die resultierende Mischung gerührt wird und anschließend auf dem Stromkollektor 33 in Form eines dünnen Films aufgetragen wird, und der Film erhitzt wird. Wenn die Kathode 34 in einem nahen Kontakt mit dem Stromkollektor 33 in Form eines Films stehen soll, kann sie auch durch eine elektrostatische Auftragung oder andere Verfahren in einen nahen Kontakt gebracht werden.
Wenn die einzelne Zelle 33 hergestellt wird, wird ein Zuführungsdraht durch Löten mit dem Anschluß der Plattenanode 31 verbunden, und der Zuführungsdraht wird auch mit dem Anschluß des Stromkollektors 33 verbunden. Die Trenneinrichtung 32 in der Form einer Platte wird dann gefaltet und die Anode 31 wird zwischen die gefalteten Hälften eingefügt. Die Kathode 34, die in nahem Kontakt mit dem Stromkollektor 33 ist und einen Film aufweist, der als eine Hauptkomponente ein Petroleumgraphitpulver aufweist, wird gefaltet, und die Trenneinrichtung 32, in die die Anode 31 zwischen ihre gefalteten Hälften eingefügt ist, wird in die gefaltete Kathode 34 eingefügt.
Symbole 33h und 34h zeigen Perforationenn zum Dispergieren von Gasen an.
Der Aufbau und das Herstellungsverfahren der einzelnen Zellen 30a, 30b und 30c sind ähnlich derjenigen der einzelnen Zelle 30.
Als nächstes wird der in der vorliegenden Erfindung verwendete Abstandshalter mit Bezug auf die Figuren 4 bis 6 beschrieben.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen zwischen die einzelnen Zellen in der vorhergenannten Ausführungsform (Fig. 1) angeordneten Abstandshalter 40 zeigt.
Fig. 5A ist eine Längsansicht in Schnittdarstellung entlang der Linie V-V von Fig. 4, und Fig. 5B ist eine Draufsicht auf Fig. 4.
Fig. 6A ist eine Queransicht in Schnittdarstellung entlang der Linie VI-VI von Fig. 4, und Fig. 6B ist eine rechtseitige Ansicht von Fig. 4.
Im allgemeinen muß, wenn eine Luftzelle aus einer Kombination einer Vielzahl von einzelnen Zellen aufgebaut ist, den jeweiligen einzelnen Zellen eine hinreichende Menge von Luft zugeführt werden. Daher muß ein gewisser Zwischenraum zwischen zwei nebeneinanderliegenden einzelnen Zellen eingehalten werden. Ein Abstandshalter ist vorgesehen, um den Zwischenraum beizubehalten. Der Grund, daß ein derartiger Abstandshalter vorgesehen wird, ist es, die Zuführung eines Luftflusses zu verbessern und somit die Ausgangsleistung der Zelle zu erhöhen. Der Abstandshalter muß dementsprechend einen geeigneten Luftdurchlaß sicherstellen. Während der praktischen Verwendung der Luftzelle muß der Abstandshalter eine gewisse Stärke haben, um den oben beschriebenen vorbestimmten Zwischenraum zwischen den Zellen aufrechtzuerhalten.
Weiterhin hat die Luftzelle üblicherweise ein geringes Gewicht. Aufgeschäumte Materialien sind aufgrund ihrer schlechten Beständigkeit gegen Elektrolyten trotz ihres Vorteils eines geringen Gewichts unpraktisch. Somit wird vorgeschlagen, einen Abstandshalter herzustellen, indem ein Material mit einer besseren Beständigkeit gegenüber Chemikalien als diejenige des aufgeschäumten Materials in einer vorbestimmten Dicke ausgebildet wird und mehrere Perforationen (wie z. B. Schlitze oder dergleichen) vorgesehen werden.
Eine in solcher Weise hergestellte verstärkte Luftzelle führt jedoch zu einer Erhöhung ihres Gewichts und ist ökonomisch gesehen teuer, wenn sie eine hinreichende Stärke sowie ein gewisses Maß des Luftdurchlasses aufrechterhalten soll.
In Anbetracht der oben genannten Tatsachen verwendet die vorliegende Erfindung einen Abstandshalter, der eine Platte aufweist, die Unebenheiten sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite aufweist. Der Abstandshalter wird unten weiter beschrieben.
Der Abstandshalter 40 weist als ein Material Kunststoffe, wie z. B. Polypropylen oder dergleichen, in Form einer Platte 45 auf, deren beide Flächen Unebenheiten (konvexe und konkave) haben, und die eine isolierende Eigenschaft hat. Der Abstandshalter 40 weist konkave Bereiche 42, konvexe Bereiche 43 und Luftpfade 44 und 441 an der Vorderseite 41, und konkave Bereiche 47, konvexe Bereiche 48 und Luftpfade 49 und 491 an der Rückseite 46 auf. Der Abstandshalter 40 wird durch ein Vakuumformverfahren ausgebildet und hat eine aufgrund der oben beschriebenen Unebenheiten ein wenig gewellte Form. Der konkave Bereich 42 auf der Vorderseite 41 entspricht dem konvexen Bereich 48 auf der Rückseite, und der konvexe Bereich 43 auf der Vorderseite 41 entspricht dem konkaven Bereich 47 auf der Rückseite.
Während die Unebenheiten des Abstandshalters 40 in Fig. 4 in der Form von kreisförmigen Bögen dargestellt sind, sind die entsprechenden wellenförmigen Ausbildungen in den Figuren 5 und 6 zur Vereinfachung der Beschreibung in der Form von Trapezoiden dargestellt. Somit können die konkaven Bereiche 42 und 47 und die konvexen Bereiche 43 und 48 in der Form von kreisförmigen Bögen, Trapezoiden oder anderen Formen wie z. B. Dreiecksformen ausgebildet sein. Unter Berücksichtigung des Abstandshalters 40, der zwischen den einzelnen Zellen 30 und 30a angeordnet ist und die beiden einzelnen Zellen 30 und 30a abstützt, um den Zwischenraum zwischen den einzelnen Zellen 30 und 30a bei einem vorbestimmten Abstand aufrechtzuerhalten, ist die obengenannte Unebenheit jedoch vorzugsweise eine Fläche und nicht ein Punkt oder eine Linie. Es kann auch ein Abstandshalter 40 verwendet werden, der durch andere Verfahren als das Vakuumformverfahren ausgebildet worden ist. Wenn der Abstandshalter 40 zwischen zwei Zellen angeordnet ist, die parallel miteinander geschaltet sind, muß der Abstandshalter 40 keine isolierenden Eigenschaften haben. Der Aufbau und das Herstellungsverfahren der Abstandshalter 40a und 40b sind ähnlich denjenigen des Abstandshalters 40.
Wie oben beschrieben, weist der Abstandshalter der vorliegenden Erfindung eine Platte auf, die Unebenheiten an der Vorder- und Rückseite aufweist, so daß er einen hinreichenden Luftdurchlaß als ein Abstandshalter für Luftzellen hat und sicherstellt, daß eine hinreichende Stärke für die praktischen Verwendungen beibehalten wird. Der Abstandshalter hat auch einen Kostenvorteil bei seiner Herstellung.
Als nächstes wird die Wirkung der Luftzelle gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben.
Im allgemeinen sind die Anode 31 und die Kathode 34, wenn die Luftzelle nicht verwendet wird, nicht mit dem KCl oder dergleichen enthaltenden Elektrolyten 60 in Kontakt, d. h., der Elektrolyt 60 ist nicht zu dem wasserabsorbierenden Material 50 zugeführt, und sie werden in geeigneter Weise zum ersten mal zugeführt, wenn die Luftzelle verwendet wird. Dadurch wird die Leistung nicht aufgrund der natürlichen Entladung vor der Verwendung der Zelle verringert, so daß die Stabilität der Zelle in großem Maße verbessert ist und die Verwendbarkeit als elektrische Quelle in einer Notsituation verbessert ist.
Wenn eine elektromotorische Kraft erforderlich ist, wird der Elektrolyt 60 von den Fenstern 13, 14 und 15 des Gehäuses 10 in einer vorbestimmten Menge zugeführt. Somit finden die folgenden Reaktionen an der Kathode 34 statt:
1/2O&sub2; + H&sub2;O + 2e&supmin; -> 2OH&supmin;
oder
O&sub2; + H&sub2;O + 2e&supmin; -> O&sub2;H&supmin; + OH&supmin; O&sub2;H&supmin; + OH&supmin; + 1/2O&sub2;
Wenn andererseits die Anode 31 aus einer Mg-Legierung hergestellt ist, finden die folgenden Reaktionen statt:
Mg + 2OH&supmin; -> MgO + H&sub2;O + 2e&supmin;
Mg + 2HsO -> Mg(OH)&sub2; + H&sub2;I (Nebenreaktion)
Die oben beschriebenen Reaktionen sind ähnlich denjenigen der konventionellen Zellen. Wenn eine Last an die Luftzelle angeschlossen ist, fließen die in der Anode 31 erzeugten Elektronen e&supmin;durch die Last und erreichen die Kathode 34, bei der Elektronen e&supmin; wie oben beschrieben verschwinden. Auf diese Weise fließt der Strom von der Kathode über die Last zu der Anode 31.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Abstandshalter 40 in die Einzelzellen 30 und 30a eingefügt und hält den Zwischenraum zwischen den einzelnen Zellen in einem vorbestimmten Abstand, so daß von außerhalb des Gehäuses 10 eingeführte Luft in einem ausreichenden Maße durch die Luftpfade 44, 441, 49 und 491 zugeführt wird, die in dem Abstandshalter 40 vorgesehen sind, und die oben beschriebenen Reaktionen finden in der Kathode 34 in ausreichendem Maße statt. Die Kathode 34, der Stromkollektor 33 und die Trenneinrichtung 32 haben eine gute Luftdurchlässigkeit, so daß die durch die oben beschriebenen Luftpfade 44, 441, 49 und 491 gelangte Luft auch zu der Anode 31 in einem ausreichenden Maße zugeführt wird, und somit finden die oben beschriebenen Reaktionen an der Anode 31 in ausreichendem Maße statt.
Die Luftpfade in dem Abstandshalter 40 sind in den Querrichtungen und Längsrichtungen in Fig. 4 vorgesehen. Während der Luftpfad 44 in der Querrichtung auf der Förderseite 41 leicht in Fig. 4 erkannt werden kann, ist der Luftpfad 441 in der Längsrichtung entlang der Linie zwischen dem flachen Teil der Vorderseite 41 und dem konkaven Bereich 42 ausgebildet. Der Luftpfad 49 in der Querrichtung auf der Rückseite 46 ist ähnlich dem Luftpfad 44, und der Luftpfad in der Längsrichtung 491 ist entlang der Linie zwischen dem flachen Teil der Rückseite 46 und dem konkaven Bereich 47 ausgebildet.
Da der Abstandshalter 40 Kunststoffmaterialien oder dergleichen aufweist, hat er ein geringes Gewicht und ist kostengünstig und es kann eine zufriedenstellende Stärke durch das Vorhandensein der Unebenheiten 42, 43, 47 und 48 erreicht werden.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Beispiel zeigt, in dem jeweilige einzelne Zellen in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform seriell-parallel geschaltet sind und zwei Bäder zum Aufnehmen eines Elektrolyten vorgesehen sind.
In Fig. 7 sind die Abstandshalter 40, 40a und 40b zur Vereinfachung der Beschreibung ausgelassen. Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die nur den unteren Teil des Gehäuses 10 in der in den Fig. 1 bis 7 beschriebenen Ausführungsform zeigt.
In der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist ein wasserabsorbierendes Material 50 in dem Bad 21 aufgenommen, und ein Elektrolyt 60 ist in dem wasserabsorbierenden Material 50 absorbiert und aufgenommen. Die einzelnen Zellen 30 und 30a sind auf dem wasserabsorbierenden Material 50 angeordnet, und diese einzelnen Zellen 30 und 30a sind parallel miteinander geschaltet. Ein wasserabsorbierendes Material 50 ist in dem Bad 22 gespeichert, und der Elektrolyt 60 ist in dem wasserabsorbierenden Material 50 absorbiert. Die einzelnen Zellen 30b und 30c sind auf dem wasserabsorbierenden Material 50 angeordnet, und diese einzelnen Zellen sind parallel miteinander geschaltet. Somit sind die oben beschriebenen parallelgeschalteten einzelnen Zellen weiter in Reihe miteinander geschaltet.
In diesem Aufbau sollten die Elektrolyte in den Bädern 21 und 22, während der Elektrolyt 60 in den Bädern 21 und 22 jeweils eingefüllt ist, nicht miteinander außerhalb der Unterteilung 23 in Kontakt gelangen. Mit anderen Worten, der Elektrolyt 60 sollte nicht in einer solchen Menge zugeführt werden, daß er über die Unterteilung 23 hinausfließt.
Auf diese Weise ist es möglich, den Strom zwischen den einzelnen Zellen in dem Gehäuse 10 über den Elektrolyten 60, d.h. einen Leckstrom (Kurzschluß des Stroms) in dem Gehäuse 10, zu vermeiden.. In anderen Worten, wenn, wie in Fig. 10 gezeigt, ein in einem Bad 28 eingeführter Elektrolyt 60 durch eine Vielzahl von einzelnen Zellen geteilt wird, die miteinander in Reihe geschaltet sind, fließt ein Leckstrom, wie durch eine gepunktete Linie in Fig. 10 gezeigt. Andererseits sind im Fall von Fig. 7 in jede der in Reihe geschalteten einzelnen Zellen eingefüllte Elektrolyte individuell in verschiedenen Bädern aufgenommen, so daß der Strom nicht durch den Elektrolyten fließt und ein derartiger Leckstrom, wie er oben auftrat, nicht stattfindet.
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Beispiel zeigt, in dem alle in der Ausführungsform von Fig. 1 gezeigten einzelnen Zellen in Reihe miteinander geschaltet sind, und vier Bäder zum Aufnehmen des Elektrolyten individuell vorgesehen sind.
In dieser Anordnung sind die Abstandshalter 40, 40a und 40b zur Vereinfachung der Beschreibung in Fig. 9 ausgelassen. In dieser Ausführungsform sind die Bäder 21a, 22a, 23a und 24a vorgesehen, und weiterhin sind die Unterteilungen 25a, 26a und 27a zum Einteilen dieser Bäder vorgesehen. Die einzelnen Zellen 30, 30a, 30b und 30c sind jeweils auf diesen Bädern 21a, 22a, 23a und 24a angeordnet.
Der oben genannte Leckstrom wird verhindert, indem die individuellen Bäder entsprechend der in Reihe zu schaltenden einzelnen Zellen (oder der Anzahl von Sätzen von in Reihe zu schaltenden einzelnen Zellen) ausgebildet werden. Es ist überflüssig zu sagen, daß die Anzahl dieser Bäder auch einen anderen Wert als 2 oder 4 annehmen kann.
Wenn weiterhin die zugeführte Menge des Elektrolyten 60 begrenzt ist, um sicherzustellen, daß er nicht über die Unterteilungen 25a, 26a oder 27a hinausfließt, wird der vorher genannte Leckstrom verhindert (auch wenn ein wasserabsorbierendes Material nicht in dem Bad vorgesehen ist), und die elektrische Leistung kann effizient ausgenommen werden.
Andererseits ist in den Fig. 1, 7 und 9 das wasserabsorbierende Material 50 in den jeweiligen Bädern enthalten, und der Elektrolyt 60 ist in dem wasserabsorbierenden Material 50 absorbiert und aufgenommen. Auf diese Weise wird der Elektrolyt 60 in dem wasserabsorbierenden Material 50 in der Trenneinrichtung 32 der einzelnen Zelle 30 absorbiert, und er wird durch eine Kapillarwirkung zu einem höheren Teil der Trenneinrichtung 32 aufgesogen und schließlich zu all den Oberflächen der Kathode 34 und der Anode 31 zugeführt.
Auch wenn das Gehäuse 10 durch einen Unfall herunterfällt, wird aufgrund der wasseraufnehmenden Kapazität des wasserabsorbierenden Materials 50 verhindert, daß der Elektrolyt 60 zu anderen Teilen verstreut wird oder ausfließt. Entsprechend können Probleme vermieden werden, auch wenn das Gehäuse 10 umgelegt wird oder in einer geneigten Stellung verwendet wird. Entsprechend der vorliegenden Erfindung hält das wasserabsorbierende Material 50 den Elektrolyten 60 auch zurück, wenn das Gehäuse 10 herunterfällt, und der Elektrolyt 60 kann über die Trenneinrichtung 32 der Kathode 34 und der Anode 31 kontinuierlich zugeführt werden. Dementsprechend wird die Erzeugung von elektrischer Leistung nicht aufhören, auch wenn die Luftzelle gewaltsam nach unten fällt.
Auf diese Weise ist eine abgedichtete Struktur des Gehäuses 10 nicht erforderlich, so daß die unerwünschte Erhöhung des Gesamtgewichts der Luftzelle aufgrund der abgedichteten Struktur auch vermieden wird. Mit anderen Worten, die Luftzelle der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen vom in allen Oberflächen offenen Typ und hat somit eine ausgezeichnete Luftdurchlaßeigenschaft und auch einen Vorteil da hingehend, daß die Funktion der Luftzelle verbessert werden kann.
Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Änderung der Ausgangsspannung bei Beibehalten des Laststroms bei 1A in der obigen Ausführungsform zeigt.
In diesem Fall ist die Anode 31 aus einer Magnesiumlegierung hergestellt und, wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, hat sie eine hohe Ausgangsspannung, wenn der Elektrolyt 60 eine KCl-Konzentration in dem Bereich von 15 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent hat.
Während in der oben genannten Ausführungsform die KCl-Lösung als ein Elektrolyt 60 verwendet wurde, können auch andere Elektrolyte wie z.B. Meerwasser oder ähnliche Salzlösungen verwendet werden.
In diesem Zusammenhang wurden die oben genannten Ausführungsformen mit Bezug auf die Fälle beschrieben, in denen ein Petroleumgraphitpulver als eine Anode verwendet wurde, und andere Graphitmaterialien als das Petroleumgraphitpulver können als eine Anode verwendet werden.

INDUSTRIELLE VERWENDBARKEIT

Die Luftzelle der vorliegenden Erfindung ist von einem im wesentlichen offenen Typ und hat Eigenschaften dahingehend, daß das Verstreuen oder Auslassen des Elektrolyten zum Außenraum der Luftzelle erfolgreich vermieden wird, und daß das Gesamtgewicht der Luftzelle verringert werden kann und eine elektrische Leistung erzeugt werden kann, auch wenn die Luftzelle vollständig nach unten gefallen ist.
Dementsprechend ist die Luftzelle der vorliegenden Erfindung eine Zelle, die eine kompakte Größe, ein geringes Gewicht und eine hohe Leistung hat, und somit kann sie in großem Umfang für verschiedene Anwendung verwendet werden, z.B. als eine elektrische Quelle in einem Notfall, wenn die Leistung einer Batterie für ein Automobil verringert ist, eine Leistungsquelle für ein Modellflugzeug, oder eine elektrische Quelle für Freizeitvergnügen, z.B. Campen, Angeln oder dergleichen.

Claims

1. Eine Luftzelle, die aufweist:

ein Gehäuse (10);

eine Vielzahl von einzelnen Zellen (30), die in dem Gehäuse (10) angeordnet sind, wobei jede der einzelnen Zellen eine Kathode (34), eine Anode (31) und eine Trenneinrichtung (32) aufweist, die zwischen der Kathode (34) und der Anode (31) angeordnet ist und diese miteinander vereint; und

einen Elektrolytabschnitt (21), der am Boden des Gehäuses (10) vorgesehen ist, wobei ein wasserabsorbierendes Material (50), das in der Lage ist, einen in dem Elektrolytabschnitt (21) vorhandenen Elektrolyten zu absorbieren und aufzunehmen;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Luftzelle im wesentlichen an allen Oberflächen offen ist, die eine Vielzahl von Fenstern (13, 14, 15) durch das Gehäuse (10) zur Luftventilation haben;

ein Abstandshalter (40) zwischen nebeneinanderliegenden einzelnen Zellen der Vielzahl von einzelnen Zellen angeordnet ist, wobei der Abstandshalter (40) eine Platte aufweist, die unebene Vorder- und Rückflächen aufweist; und

eine Öffnung des Elektrolytabschnitts (21) durch die Fenster (13, 14, 15) des Gehäuses (10) zu der Außenatmosphäre hin offen ist, wobei die Trenneinrichtung (32) mit dem wasserabsorbierenden Material (50), das in dem Elektrolytabschnitt (21) vorgesehen ist, in Kontakt ist.

2. Eine Luftzelle nach Anspruch 1, wobei ein Stromabnehiner (33) zwischen der Anode (31) und der Trenneinrichtung (32) vorgesehen ist.

3. Eine Luftzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektrolytabschnitt (21) eine Teilungseinrichtung (23, 25a, 26a, 27a) hat.

4. Eine Luftzelle nach Anspruch 3, wobei der Elektrolytabschnitt in eine Vielzahl von Abschnitten (21a, 22a, 23a, 24a) unterteilt ist, die derartig angeordnet sind, daß eine einzelne Zelle einem der eingeteilten Abschnitte entspricht, und daß einzelne Zellen, von denen jede eine Zuführung eines Elektrolyten von einem unterschiedlichen Abschnitt hat, in Reihe miteinander geschaltet sind.

5. Eine Luftzelle nach Anspruch 3, wobei der Elektrolytabschnitt in eine Vielzahl von Abschnitte (21, 22) unterteilt ist, die derartig angeordnet sind, daß zwei oder mehr einzelne Zellen einem der eingeteilten Abschnitte entsprechen und einzelne Zellen, die eine Zuführung eines Elektrolyten von einem gemeinsamen Abschnitt haben, parallel zueinander geschaltet sind.

6. Eine Luftzelle nach Anspruch 3, wobei der Elektrolytabschnitt in eine Vielzahl von Abschnitten (21a, 22a, 23a, 24a) unterteilt ist, wobei einzelne Zellen, von denen jede eine Zuführung eines Elektrolyten von einem unterschiedlichen Abschnitt hat, in Reihe miteinander geschaltet sind, und einzelne Zellen, die eine Zuführung eines Elektrolyten von einem gemeinsamen Abschnitt haben, parallel zueinander geschaltet sind.

7. Eine Luftzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, wobei eine konvexe Oberfläche einer Fläche des Abstandshalters (40) eine entsprechende konkave Oberfläche an der entgegengesetzten Fläche hat.

8. Eine Luftzelle nach Anspruch 1, wobei wasserabsorbierende Materialien in den jeweiligen eingeteilten Elektrolytabschnitten (21) nicht in einem Zustand des Kontakts miteinander sind.

9. Eine Luftzelle nach Anspruch 1, wobei das wasserabsorbierende Material (50) und/oder die Trenneinrichtung (22) ein Element oder eine Mischung von zwei oder mehr Elementen aus der Gruppe aufweisen, die aus Zellstoff, synthetischen Fasern, natürlichen Fasern, Asbest und Glaspapier besteht.