JP2010157401A - Air cell - Google Patents

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Shigenobu Tsutazumi
重伸 傳住
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air cell wherein loss caused by liquid resistance is properly suppressed. <P>SOLUTION: In this air cell, a porous and insulating separator held from both sides by a positive electrode and a negative electrode is provided between both the electrodes. Since the negative electrode is being continuously pushed against the separator by a pushing means, even if the negative electrode is consumed with the passage of a power generating time, a clearance between the negative electrode and the positive electrode can be maintained regardless of the passage of the power generating time. Thereby, since a distance between the negative electrode and the positive electrode can be always maintained to a minimum distance corresponding to the thickness of the separator, loss resulting from the magnitude of liquid resistance can be always suppressed to the minimum, and good battery characteristics can be exerted for a long period of time. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、空気電池に関し、特に、液抵抗による損失が好適に抑制された空気電池に関するものである。   The present invention relates to an air battery, and more particularly to an air battery in which loss due to liquid resistance is suitably suppressed.

空気電池は、正極活物質として空気中の酸素を用いる電池である(例えば、特許文献1)。この空気電池における負極活物質は、一般的に金属である。空気電池では、正極における酸素の還元反応と、負極における電子放出を伴う金属のイオン化反応との組み合わせによって起電力を得る(発電する)。
特開2008−181853号公報
An air battery is a battery using oxygen in the air as a positive electrode active material (for example, Patent Document 1). The negative electrode active material in this air battery is generally a metal. In an air battery, an electromotive force is generated (power generation) by a combination of an oxygen reduction reaction at the positive electrode and a metal ionization reaction with electron emission at the negative electrode.
JP 2008-181853 A

負極から正極へ向かって電解質液内を移動するイオンの移動距離が長い程、それだけ液抵抗は大きくなり、電池特性が低下する。かかる問題は、特に、導電率が低い電解質液を使用した場合に顕著に生じる。   The longer the moving distance of ions that move in the electrolyte solution from the negative electrode to the positive electrode, the greater the liquid resistance and the lower the battery characteristics. Such a problem is particularly noticeable when an electrolyte solution having a low electrical conductivity is used.

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、液抵抗による損失が好適に抑制された空気電池を提供することを目的としている。   This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and it aims at providing the air battery by which the loss by liquid resistance was suppressed suitably.

この目的を達成するために、請求項1記載の空気電池は、正極活物質として酸素を用いるものであって、多孔性かつ導電性を有する正極と、金属イオンを放出可能な負極と、前記負極と前記正極との間に介在される電解質液と、前記負極と前記正極とにより両側から挟持される多孔性かつ絶縁性のセパレータと、前記負極を前記セパレータに対して押圧する押圧手段と、を備えている。   In order to achieve this object, the air battery according to claim 1 uses oxygen as a positive electrode active material, has a porous and conductive positive electrode, a negative electrode capable of releasing metal ions, and the negative electrode And an electrolyte solution interposed between the positive electrode, a porous and insulating separator sandwiched between the negative electrode and the positive electrode, and a pressing means for pressing the negative electrode against the separator. I have.

請求項2記載の空気電池は、請求項1記載の空気電池において、発電に伴い生成し前記正極に付着した酸素還元種を、該正極を流通する酸素を含む流体を用いて排出する排出手段を備えている。   The air battery according to claim 2 is the air battery according to claim 1, further comprising: a discharge unit that discharges oxygen-reduced species generated by power generation and attached to the positive electrode using a fluid containing oxygen flowing through the positive electrode. I have.

請求項1記載の空気電池によれば、正極と負極との間には、これらの両極によって両側から挟持される多孔性かつ絶縁性のセパレータが設けられている。発電(放電)時における負極の電極反応の結果、負極からは金属イオンが放出されるので、負極は表面から次第に消費されていく。   According to the air battery of the first aspect, the porous and insulating separator sandwiched from both sides by the both electrodes is provided between the positive electrode and the negative electrode. As a result of the electrode reaction of the negative electrode during power generation (discharge), metal ions are released from the negative electrode, so that the negative electrode is gradually consumed from the surface.

ここで、負極は、押圧手段によってセパレータに対して押圧されているので、発電時間(放電時間)の経過に伴って負極が消費されたとしても、負極と正極との離間距離を発電時間の経過とは無関係に維持することができる。   Here, since the negative electrode is pressed against the separator by the pressing means, even if the negative electrode is consumed as the power generation time (discharge time) elapses, the separation distance between the negative electrode and the positive electrode is determined as the power generation time elapses. Can be maintained independently of.

よって、負極と正極との間の距離を、常時、セパレータの厚さに応じた最小限の距離に留めることができるので、液抵抗の大きさに起因する損失を常時最小限に抑制することができる。従って、発電時間の経過に伴う電池特性の低下が抑制され、長時間に亘って良好な電池特性を発揮させることができるという効果がある。   Therefore, since the distance between the negative electrode and the positive electrode can always be kept at the minimum distance according to the thickness of the separator, the loss due to the magnitude of the liquid resistance can always be suppressed to the minimum. it can. Therefore, there is an effect that the deterioration of the battery characteristics with the lapse of the power generation time is suppressed, and good battery characteristics can be exhibited for a long time.

請求項2記載の空気電池によれば、請求項1記載の空気電池の奏する効果に加えて、次の効果を奏する。排出手段によって、発電に伴い生成し正極に付着した酸素還元種が排出されるので、発電に伴って生じた酸素還元種の付着による反応効率の低下を抑制することができ、長時間に亘って良好な電池特性を発揮させることができるという効果がある。なお、排出手段による酸素還元種の排出は、正極を流通する酸素を含む流体を用いて行われるので、正極への正極活物質(酸素)の供給と併用して酸素還元種の排出を行うことができる。   According to the air battery of Claim 2, in addition to the effect which the air battery of Claim 1 show | plays, there exists the following effect. Since the oxygen reduction species generated by the power generation and attached to the positive electrode are discharged by the discharge means, it is possible to suppress a decrease in reaction efficiency due to the adhesion of the oxygen reduction species generated by the power generation, and for a long time. There is an effect that good battery characteristics can be exhibited. Since the oxygen reducing species is discharged by the discharge means using a fluid containing oxygen flowing through the positive electrode, the oxygen reducing species should be discharged together with the supply of the positive electrode active material (oxygen) to the positive electrode. Can do.

また、排出手段によって、正極に付着した酸素還元種が排出されるので、酸素還元種の付着の影響を受けないように正極を厚くする必要がないので、正極の厚さを薄くできるという効果がある。正極の厚さを薄くできることにより、多孔性及び導電性を有する正極の孔に浸入した電解質液に起因する液抵抗を小さくすることができるので、液抵抗による損失が抑制され、良好な電池特性を持つ空気電池の提供が可能となる。   In addition, since the oxygen reducing species attached to the positive electrode is discharged by the discharging means, it is not necessary to increase the thickness of the positive electrode so as not to be affected by the attachment of the oxygen reducing species, so that the thickness of the positive electrode can be reduced. is there. By reducing the thickness of the positive electrode, it is possible to reduce the liquid resistance caused by the electrolyte solution that has penetrated into the pores of the positive electrode having porosity and conductivity, so that loss due to the liquid resistance is suppressed, and good battery characteristics are achieved. An air battery can be provided.

以下、本発明の空気電池について添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の空気電池(空気電池100)を示す模式図である。図1に示すように、本発明の空気電池100は、空気中の酸素を正極活物質とする電池であり、正極としての空気極11と、負極としての金属電極12と、両電極11,12間に介在する電解液13と、電解液13を貯留する液槽としての電解液槽14と、空気極11と金属電極12との間に挟持されるセパレータ15と、金属電極12をセパレータ15へと押し付ける押し付け部材16と、空気極11へ空気を供給する空気流路18とを有している。   Hereinafter, an air battery of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an air battery (air battery 100) of the present invention. As shown in FIG. 1, an air battery 100 of the present invention is a battery using oxygen in the air as a positive electrode active material, and includes an air electrode 11 as a positive electrode, a metal electrode 12 as a negative electrode, and both electrodes 11, 12. Electrolytic solution 13 interposed therebetween, electrolytic solution tank 14 as a liquid tank for storing electrolytic solution 13, separator 15 sandwiched between air electrode 11 and metal electrode 12, and metal electrode 12 to separator 15 And an air flow path 18 for supplying air to the air electrode 11.

空気極11は、多孔性及び導電性を有するガス拡散電極であり、酸素還元触媒(例えば、Pt、MnO、ペロブスカイト型酸化物、など)を含有する触媒層を有する一般的なガス拡散電極を使用することができる。 The air electrode 11 is a gas diffusion electrode having porosity and conductivity, and is a general gas diffusion electrode having a catalyst layer containing an oxygen reduction catalyst (for example, Pt, MnO 2 , perovskite oxide, etc.). Can be used.

この空気極11は、多孔性のガス拡散電極であるので、孔内に電解液13が浸入する。よって、空気極11の厚さが厚くなると、空気極11に浸漬した電解液13による液抵抗が増すので、空気極11の薄型化は、液抵抗による影響が低減されて好ましく、例えば、10μm以下であることが好ましい。   Since the air electrode 11 is a porous gas diffusion electrode, the electrolytic solution 13 enters the hole. Therefore, when the thickness of the air electrode 11 is increased, the liquid resistance due to the electrolytic solution 13 immersed in the air electrode 11 is increased. Therefore, the thinning of the air electrode 11 is preferable because the influence of the liquid resistance is reduced, for example, 10 μm or less. It is preferable that

空気極11には、図示されない集電体を介して負荷20に接続される正極端子11’が接続されている。なお、空気極11で生じた電気を集電する集電体は、空気極11の一部として設けられていてもよいし、空気電池100を収容する電池ケース(図示せず)の一部として設けられていてもよい。   The air electrode 11 is connected to a positive electrode terminal 11 ′ connected to the load 20 via a current collector (not shown). A current collector that collects electricity generated at the air electrode 11 may be provided as a part of the air electrode 11 or as a part of a battery case (not shown) that houses the air battery 100. It may be provided.

空気極11は、図示されない空気流入口から流入されて空気流路18を流通する空気(又は酸素)が空気極11に供給される。あるいは、電解液13を循環させる構成とし、空気をバブリングさせることによって酸素量を富化させた電解液13を空気流路18に流すことによって、空気(酸素)を空気極11に供給してもよい。   The air electrode 11 is supplied with air (or oxygen) flowing from an air inlet (not shown) and flowing through the air flow path 18 to the air electrode 11. Alternatively, the electrolytic solution 13 may be circulated, and the air (oxygen) may be supplied to the air electrode 11 by flowing the electrolytic solution 13 enriched by oxygen bubbling through the air flow path 18. Good.

金属電極12は、金属イオンを放出可能な負極活物質を含む反応層と、その反応層において生じた電気を集電する集電体とを有しており、集電体には、負荷20に接続される負極端子12’が接続されている。   The metal electrode 12 includes a reaction layer containing a negative electrode active material capable of releasing metal ions, and a current collector that collects electricity generated in the reaction layer. A negative electrode terminal 12 'to be connected is connected.

ここで、金属電極12の反応層に使用可能な負極活物質としては、例えば、リチウムイオンや、アルミニウムイオンや、マグネシウムイオンや、ナトリウムイオンや、亜鉛イオンや、鉄イオンなどの金属イオンを放出可能な物質(例えば、金属、金属化合物、合金など)を挙げることができるが、空気極11と金属電極12との間を金属イオンが移動して起電力を生じさせるものであれば、特に限定されるものではない。   Here, as a negative electrode active material that can be used for the reaction layer of the metal electrode 12, for example, metal ions such as lithium ions, aluminum ions, magnesium ions, sodium ions, zinc ions, and iron ions can be released. Examples of such materials (for example, metals, metal compounds, alloys, etc.) can be mentioned, but they are not particularly limited as long as metal ions move between the air electrode 11 and the metal electrode 12 to generate an electromotive force. It is not something.

なお、金属電極12の大きさは、空気極11より小さいことが好ましい。金属電極12を空気極11より小さく構成し、両電極11,12の略中心が合うように配設することにより、金属電極12における空気極11側の面における端部への電流の回り込みを促進することができ、それによって、金属電極12における空気極11側の面の放電に伴う消費を均一に近づけることができ、かかる面の平滑性の維持に寄与する。   The metal electrode 12 is preferably smaller than the air electrode 11. The metal electrode 12 is configured to be smaller than the air electrode 11 and disposed so that the centers of both the electrodes 11 and 12 are aligned with each other, thereby facilitating current flow to the end of the surface of the metal electrode 12 on the air electrode 11 side. Accordingly, the consumption associated with the discharge of the surface of the metal electrode 12 on the air electrode 11 side can be made to be uniform, contributing to the maintenance of the smoothness of the surface.

電解液13は、金属電極12から放出された金属イオンを伝導可能な液体であれば特に限定されないが、金属電極12の自己放電が抑制されて高いセル電圧を得やすい非水電解質液であることが好ましい。   The electrolytic solution 13 is not particularly limited as long as it is a liquid capable of conducting metal ions released from the metal electrode 12, but is a non-aqueous electrolyte solution in which self-discharge of the metal electrode 12 is suppressed and a high cell voltage is easily obtained. Is preferred.

非水電解質液としては、例えば、室温で液体となる常温溶融塩(以下、「イオン液体」と称する)や、電解質を有機溶媒に溶解した電解液が挙げられる。なお、電解質を有機溶媒に溶解した電解液を構成する電解質(支持塩)としては、空気電池の電解質液として使用可能な公知の電解質を使用することができ、かかる電解質を溶解可能な有機溶媒を、電解質を有機溶媒に溶解した電解液を構成する有機溶媒として使用することができる。   Examples of the non-aqueous electrolyte solution include a room temperature molten salt (hereinafter referred to as “ionic liquid”) that becomes a liquid at room temperature, and an electrolyte solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent. In addition, as an electrolyte (supporting salt) constituting an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent, a known electrolyte that can be used as an electrolytic solution for an air battery can be used, and an organic solvent that can dissolve such an electrolyte is used. , And can be used as an organic solvent constituting an electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent.

特に、電解液13は、イオン液体であることが好ましい。イオン液体は、蒸気圧が低いので、電解液13として使用した場合に、電解液13が空気極11から揮発し難く、電解液13の減少による出力低下を防ぐことができる。また、イオン液体は、空気極11からの揮発を抑制できるだけでなく、難燃性であるので、電解液13として使用することにより、空気電池100の安全性を高めることができる。   In particular, the electrolytic solution 13 is preferably an ionic liquid. Since the ionic liquid has a low vapor pressure, when the ionic liquid is used as the electrolytic solution 13, it is difficult for the electrolytic solution 13 to volatilize from the air electrode 11, and a decrease in output due to a decrease in the electrolytic solution 13 can be prevented. Moreover, since the ionic liquid not only can suppress volatilization from the air electrode 11 but is flame retardant, the safety of the air battery 100 can be enhanced by using the ionic liquid as the electrolytic solution 13.

また、電解液13は、疎水性の非水電解質液であることが好ましい。電解液13を疎水性の非水電解質液とすることにより、空気極11を介して水分が電解液13に混入し難くなるので、系外から混入した水分による電池性能の低下を好適に抑制できる。   Moreover, it is preferable that the electrolyte solution 13 is a hydrophobic nonaqueous electrolyte solution. By making the electrolyte solution 13 a hydrophobic non-aqueous electrolyte solution, it becomes difficult for moisture to be mixed into the electrolyte solution 13 via the air electrode 11, so that a decrease in battery performance due to moisture mixed from outside the system can be suitably suppressed. .

電解液13として好ましい非電解質液としては、フルオロハイドロジェネート系のイオン液体、TFSI(ビストリフルオロメタンスルホニルイミド)系のイオン液体、ジエチルメチルアンモニウム−トリフルオロメタンスルホネートなどの疎水性の非電解質液が適用できる。   As a preferable non-electrolyte solution as the electrolyte solution 13, a hydrophobic non-electrolyte solution such as a fluorohydrogenate ionic liquid, a TFSI (bistrifluoromethanesulfonylimide) ionic liquid, or diethylmethylammonium-trifluoromethanesulfonate is applied. it can.

セパレータ15は、空気極11と金属電極12との間に電解液13を介在させるべく多孔性を有すると共に、空気極11と金属電極12とを絶縁すべく絶縁性を有している。かかるセパレータ15は、多孔性及び絶縁性の両方を兼ね備えていれば、特に限定されるものではなく、例えば、多孔性ポリマーシートや、多孔性のセラミック板などを使用できる。   The separator 15 is porous so that the electrolytic solution 13 is interposed between the air electrode 11 and the metal electrode 12, and has insulation properties to insulate the air electrode 11 and the metal electrode 12. The separator 15 is not particularly limited as long as it has both porosity and insulation properties. For example, a porous polymer sheet, a porous ceramic plate, or the like can be used.

セパレータ15は、空気極11と金属電極12との間隔(即ち、金属イオンの移動距離)を短くできるよう、その厚さが薄い方が好ましい。よって、好ましいセパレータ15としては、例えば、多孔性ポリマーシートが挙げられる。ここで、多孔性ポリマーシートの例としては、セルロース縮合エステルメンブレンフィルタなどが挙げられる。   The separator 15 is preferably thin so that the distance between the air electrode 11 and the metal electrode 12 (that is, the movement distance of metal ions) can be shortened. Therefore, as a preferable separator 15, a porous polymer sheet is mentioned, for example. Here, examples of the porous polymer sheet include a cellulose condensed ester membrane filter.

図1に示すように、本発明の空気電池100は、金属電極12をセパレータ15に押し付ける押圧手段としての押し付け部材16を有している。なお、図1に示す例では、図面を簡略化する目的で、1つの押し付け部材16のみが図示されているが、押し付け部材16の取り付け数は、複数であってもよい。   As shown in FIG. 1, the air battery 100 of the present invention has a pressing member 16 as pressing means for pressing the metal electrode 12 against the separator 15. In the example illustrated in FIG. 1, only one pressing member 16 is illustrated for the purpose of simplifying the drawing, but the number of pressing members 16 may be plural.

図1に示す例では、押し付け部材16は、一端が金属電極12に取り付けられ、他端が電解液槽14に取り付けられた弾性体(例えば、バネ部材)として構成されている。この押し付け部材16としての弾性体は、弾性体の復元力を利用して金属電極12をセパレータ15に対して押圧し続ける。   In the example shown in FIG. 1, the pressing member 16 is configured as an elastic body (for example, a spring member) having one end attached to the metal electrode 12 and the other end attached to the electrolytic solution tank 14. The elastic body as the pressing member 16 continues to press the metal electrode 12 against the separator 15 using the restoring force of the elastic body.

ところで、金属電極12は、放電(発電)時における電極反応の結果として金属イオンが放出される。そのため、放電時間(発電時間)が経過するにつれて、金属電極12は表面から次第に消費される。かかる金属電極12の消費は、主に、空気極11に対向する面、即ち、セパレータ15に接する面において生じる。よって、放電時間が経過するにつれ、金属電極12と空気極11との離間距離は次第に増加する。   By the way, the metal electrode 12 releases metal ions as a result of an electrode reaction during discharge (power generation). Therefore, as the discharge time (power generation time) elapses, the metal electrode 12 is gradually consumed from the surface. Such consumption of the metal electrode 12 occurs mainly on the surface facing the air electrode 11, that is, the surface in contact with the separator 15. Therefore, as the discharge time elapses, the separation distance between the metal electrode 12 and the air electrode 11 gradually increases.

金属電極12から空気極11までの距離が増加すると、金属電極12から空気極11へ向かって電解液13内を移動するイオンの移動距離が長くなるので、液抵抗が増大し、その結果、電池特性が低下する。金属電極12と空気極11との離間距離の増大に伴う電池特性の低下は、電解液13が、電解質水溶液である場合に比べて導電率の低い非水電解質液である場合に顕著となる。   As the distance from the metal electrode 12 to the air electrode 11 increases, the moving distance of ions that move in the electrolyte solution 13 from the metal electrode 12 toward the air electrode 11 increases, so that the liquid resistance increases, and as a result, the battery Characteristics are degraded. A decrease in battery characteristics accompanying an increase in the separation distance between the metal electrode 12 and the air electrode 11 is significant when the electrolytic solution 13 is a non-aqueous electrolyte solution having a lower electrical conductivity than when the electrolytic solution is an aqueous electrolyte solution.

これに対し、本発明の空気電池100によれば、押し付け部材16が、金属電極12をセパレータ15に対して押圧し続けるので、かかる金属電極12と空気極11との間の距離を、放電時間の経過とは無関係に、最小限であるセパレータ15の厚み程度に維持することができる。   On the other hand, according to the air battery 100 of the present invention, the pressing member 16 continues to press the metal electrode 12 against the separator 15, so that the distance between the metal electrode 12 and the air electrode 11 is set to the discharge time. Regardless of the course of the above, the thickness of the separator 15 can be kept to a minimum.

その結果、金属電極12と空気極11との間に介在される電解液13の液抵抗による損失も常時最小限に抑制されるので、放電時間の経過に伴う空気電池100の電池性能の低下を抑制することができる。   As a result, since the loss due to the liquid resistance of the electrolyte 13 interposed between the metal electrode 12 and the air electrode 11 is always suppressed to the minimum, the battery performance of the air battery 100 decreases with the passage of the discharge time. Can be suppressed.

なお、図1に示す例では、押し付け部材16を弾性体(例えば、バネ部材)とし、かかる弾性体の復元力を利用して金属電極12をセパレータ15に押し付ける構成としたが、押し付け部材16を電動アクチュエータとして構成してもよい。   In the example shown in FIG. 1, the pressing member 16 is an elastic body (for example, a spring member), and the metal electrode 12 is pressed against the separator 15 using the restoring force of the elastic body. You may comprise as an electric actuator.

押し付け部材16を電動アクチュエータとして構成した場合には、必要に応じて、金属電極12をセパレータ15に押し付ける押圧力を適宜制御することが可能となる。例えば、押し付け部材16としての電動アクチュエータを複数設けると共に、電池ケース(図示せず)に金属電極12の表面形状を外部から検出可能な窓を設け、窓を介してレーザセンサなどを用いて外部から検出された金属電極12の表面形状に応じて、各電動アクチュエータの押圧力を制御することによって、セパレータ15の一部分に押圧力が集中することを防ぐことが可能となる。   When the pressing member 16 is configured as an electric actuator, the pressing force for pressing the metal electrode 12 against the separator 15 can be appropriately controlled as necessary. For example, a plurality of electric actuators as pressing members 16 are provided, and a window capable of detecting the surface shape of the metal electrode 12 from the outside is provided in a battery case (not shown), and a laser sensor or the like is provided from the outside through the window. By controlling the pressing force of each electric actuator in accordance with the detected surface shape of the metal electrode 12, it is possible to prevent the pressing force from concentrating on a part of the separator 15.

ところで、上述した通り、空気極11と金属電極12との離間距離が短い程、電解液13の液抵抗による損失が小さくなる。しかしながら、空気極11と金属電極12との距離が近い程、発電反応に伴って生じた酸素還元種である酸化物(例えば、Alや、Liなど)が空気極11に付着し易くなる。空気極11に酸素還元種が付着し、触媒層における反応部位が酸素還元種により覆われると、その分、反応効率が低下する。特に、電解液13が非水電解質液である場合には、電解液13に対する酸素還元種の溶解度が低くなる傾向にあるため、空気極11への酸化還元種の付着が顕著となる。 By the way, as above-mentioned, the loss by the liquid resistance of the electrolyte solution 13 becomes small, so that the separation distance of the air electrode 11 and the metal electrode 12 is short. However, as the distance between the air electrode 11 and the metal electrode 12 is shorter, oxides (for example, Al 2 O 3 , Li 2 O 2, etc.) that are oxygen-reduced species generated by the power generation reaction are generated in the air electrode 11. It becomes easy to adhere. When the oxygen reducing species adhere to the air electrode 11 and the reaction site in the catalyst layer is covered with the oxygen reducing species, the reaction efficiency decreases accordingly. In particular, when the electrolytic solution 13 is a nonaqueous electrolytic solution, the solubility of the oxygen-reducing species in the electrolytic solution 13 tends to be low, so that the attachment of the redox species to the air electrode 11 becomes significant.

また、上述した通り、液抵抗による影響を低減できるという点において、空気極11の厚さは薄い程に好ましいが、その一方で、空気極11の厚さを薄くすると、酸素還元種の付着による反応効率の低下が顕著に生じる。   In addition, as described above, the thickness of the air electrode 11 is preferably as thin as possible because the influence of the liquid resistance can be reduced. On the other hand, when the thickness of the air electrode 11 is reduced, the oxygen reducing species is attached. The reaction efficiency is significantly reduced.

そこで、本発明の空気電池100は、空気電池100による発電(放電)に伴って空気極11の表面に付着した酸素還元種を、空気極11を流通する空気(即ち、正極活物質である酸素を含む流体)を用いて系外へ排出する図示されない排出手段を有している。   Therefore, the air battery 100 of the present invention uses oxygen reducing species adhering to the surface of the air electrode 11 as a result of power generation (discharge) by the air battery 100 as air flowing through the air electrode 11 (that is, oxygen as a positive electrode active material). And a discharge means (not shown) for discharging out of the system.

よって、空気極11の表面に付着した酸素還元種が排出手段によって系外に排出されるので、空気極11と金属電極12とを近接させたり、空気極11の厚さを薄くした場合であっても、空気極11への酸素還元種の付着による反応効率の低下を好適に抑制することができる。   Therefore, oxygen-reduced species adhering to the surface of the air electrode 11 are discharged out of the system by the discharge means, and this is the case when the air electrode 11 and the metal electrode 12 are brought close to each other or the thickness of the air electrode 11 is reduced. However, it is possible to suitably suppress a reduction in reaction efficiency due to adhesion of oxygen-reducing species to the air electrode 11.

ここで、排出手段による酸素還元種の排出は、空気極11を流通する空気を用いて行われるので、空気極11への正極活物質の供給と併用して酸素還元種の排出を行うことができる。なお、排出手段により排出された酸素還元種を捕捉するフィルタ手段をさらに有していることが好ましい。   Here, since the oxygen reducing species are discharged by the discharging means using the air flowing through the air electrode 11, the oxygen reducing species can be discharged together with the supply of the positive electrode active material to the air electrode 11. it can. In addition, it is preferable to further have a filter means for capturing oxygen-reduced species discharged by the discharge means.

図示されない排出手段としては、例えば、空気極11へ供給する空気の流量が必要量より多くなるよう調整する空気量調整手段(例えば、ファンやエアポンプなど)を有する構成が挙げられる。また、空気供給手段によって空気の流量を必要量より多くした上で、空気極11にて乱流を生じさせる乱流発生手段(例えば、空気流路18の形状)を設ける構成としてもよい。   As a discharge means (not shown), for example, a configuration having an air amount adjusting means (for example, a fan or an air pump) for adjusting the flow rate of the air supplied to the air electrode 11 to be larger than a necessary amount can be mentioned. In addition, a configuration may be provided in which turbulent flow generating means (for example, the shape of the air flow path 18) that generates turbulent flow in the air electrode 11 is provided after the air supply means has increased the air flow rate from a necessary amount.

ここで、酸素量を富化させた電解液13を空気流路18に流通させ、それによって空気を空気極11に供給する場合、即ち、正極活物質である酸素を含む流体が電解液13である場合には、電解液13の流量が必要量より多くなるよう調整する電解液流量調整手段(例えば、ポンプなど)を排出手段とすることができる。また、電解液流量調整手段によって電解液13の流量を必要量より多くした上で、空気極11にて電解液13の乱流を生じさせる乱流発生手段(例えば、空気流路18の形状)を設ける構成としてもよい。   Here, when the electrolytic solution 13 enriched with oxygen is circulated through the air flow path 18 to supply air to the air electrode 11, that is, the fluid containing oxygen as the positive electrode active material is the electrolytic solution 13. In some cases, an electrolytic solution flow rate adjusting means (for example, a pump) that adjusts the flow rate of the electrolytic solution 13 to be larger than a necessary amount can be used as the discharging means. Further, the flow rate of the electrolytic solution 13 is increased from the necessary amount by the electrolytic solution flow rate adjusting unit, and then the turbulent flow generating unit (for example, the shape of the air flow path 18) that generates the turbulent flow of the electrolytic solution 13 at the air electrode 11. It is good also as a structure which provides.

あるいは、例えば、空気極11に付着した酸素還元種を剥離させる剥離手段(例えば、超音波などのエネルギーを付与する装置)と、空気流路18の表面を静電気により帯電させ、空気極11から剥離された酸素還元種を静電気のクーロン力により空気流路18側に引き寄せる静電吸着手段を設け、空気流路18の表面に帯電した電荷を必要に応じて放電することによって、空気流路18側に引き寄せられた酸素還元種を空気に乗せて系外へ排出する構成を、排出手段としてもよい。なお、静電吸着手段としては、内部に電極を配置して、その電極に電圧を印加することによって、表面に静電気を帯電させる一般的な静電吸着装置を適用できる。   Alternatively, for example, a peeling means (for example, a device that applies energy such as ultrasonic waves) that peels oxygen-reduced species attached to the air electrode 11 and the surface of the air flow path 18 are charged by static electricity and peeled off from the air electrode 11. An electrostatic adsorption means for attracting the reduced oxygen species to the air flow path 18 side by electrostatic coulomb force is provided, and the charge on the surface of the air flow path 18 is discharged as necessary, thereby the air flow path 18 side. A configuration in which the oxygen-reduced species attracted to the air is placed on the air and discharged outside the system may be used as the discharge means. Note that as the electrostatic attraction means, a general electrostatic attraction apparatus can be applied in which an electrode is disposed inside and a voltage is applied to the electrode to charge the surface with static electricity.

以上、説明した通り、本発明の空気電池100によれば、金属電極12をセパレータ15に対して押圧し続ける押し付け部材16を有しているので、金属電極12と空気極11との間の距離を、放電時間の経過とは無関係に、最小限であるセパレータ15の厚み程度に維持することができ、発電時間の経過に伴う電池特性の低下が抑制され、その結果、長時間に亘って良好な電池特性を発揮させることができる。   As described above, according to the air battery 100 of the present invention, since the pressing member 16 that continues to press the metal electrode 12 against the separator 15 is provided, the distance between the metal electrode 12 and the air electrode 11. Can be maintained at the minimum thickness of the separator 15 regardless of the passage of discharge time, and the deterioration of the battery characteristics with the passage of power generation time is suppressed, and as a result, good over a long period of time. Battery characteristics can be exhibited.

また、本発明の空気電池100によれば、空気電池100による発電(放電)に伴って空気極11の表面に付着した酸素還元種が、空気極11を流通する流体(即ち、正極活物質である酸素を含む流体)を用いる排出手段によって系外へと排出されるので、空気極11への酸素還元種の付着による反応効率の低下を好適に抑制することができ、長時間に亘って良好な電池特性を発揮させることができる。   Further, according to the air battery 100 of the present invention, the oxygen-reduced species attached to the surface of the air electrode 11 due to the power generation (discharge) by the air battery 100 is a fluid that flows through the air electrode 11 (that is, the positive electrode active material). Is discharged out of the system by a discharge means using a fluid containing a certain oxygen), so that a reduction in reaction efficiency due to the attachment of oxygen-reducing species to the air electrode 11 can be suitably suppressed and good over a long period of time. Battery characteristics can be exhibited.

また、空気極11の表面に付着した酸素還元種が、空気極11を流通する流体を用いる排出手段によって系外へと排出されるので、空気極11と金属電極12との離間距離を短くできると共に、空気極11を薄く構成することが可能となる。   Further, since the oxygen reducing species adhering to the surface of the air electrode 11 is discharged out of the system by the discharging means using the fluid flowing through the air electrode 11, the separation distance between the air electrode 11 and the metal electrode 12 can be shortened. At the same time, the air electrode 11 can be made thin.

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。   As described above, the present invention has been described based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications can be easily made without departing from the spirit of the present invention. It can be guessed.

本発明の空気電池を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the air battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 空気極(正極)
12 金属電極(負極)
13 電解液(電解質液)
15 セパレータ
16 押し付け部材(押圧手段)
100 空気電池
11 Air electrode (positive electrode)
12 Metal electrode (negative electrode)
13 Electrolytic solution (electrolyte solution)
15 Separator 16 Pressing member (Pressing means)
100 air battery

Claims (2)

正極活物質として酸素を用いる空気電池であって、
多孔性かつ導電性を有する正極と、
金属イオンを放出可能な負極と、
前記負極と前記正極との間に介在される電解質液と、
前記負極と前記正極とにより両側から挟持される多孔性かつ絶縁性のセパレータと、
前記負極を前記セパレータに対して押圧する押圧手段と、を備えていることを特徴とする空気電池。
An air battery using oxygen as a positive electrode active material,
A porous and conductive positive electrode;
A negative electrode capable of releasing metal ions;
An electrolyte solution interposed between the negative electrode and the positive electrode;
A porous and insulating separator sandwiched from both sides by the negative electrode and the positive electrode;
An air battery comprising: a pressing unit that presses the negative electrode against the separator.
発電に伴い生成し前記正極に付着した酸素還元種を、該正極を流通する酸素を含む流体を用いて排出する排出手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の空気電池。
2. The air battery according to claim 1, further comprising discharge means for discharging oxygen-reduced species generated by power generation and attached to the positive electrode using a fluid containing oxygen flowing through the positive electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020503658A (en) * 2016-12-22 2020-01-30 ハイドラ、ライト、インターナショナル、リミテッドHydra Light International Ltd Metal air fuel cell

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