JP2011222236A - Water battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水を注入して発電する水電池に関する。 The present invention relates to a water battery that generates electricity by injecting water.
従来、水を注入することによって発電する水電池は公知である。例えば、特許文献1には、水電池の外形を形成する、金属製の負極外筒体と、活性炭からなる正極活物質と、正極活物質に差し込まれたロッド状の正極集電体と、水を正極活物質に供給するための吸水部材とを含む水電池が開示されている。
Conventionally, water batteries that generate electricity by injecting water are known. For example,
特許文献1に開示された水電池では、円筒状の負極外筒体の底面に形成された注水口から負極外筒体の内部に注入された水が吸水部材を介して正極活物質に浸透し、両電極間に起電力を生じさせることによって、一定時間所要の電流を発生させることができる。
In the water battery disclosed in
本発明の課題は、従来の技術における水電池の改良であって、微量の水分の供給によって所定の起電力を発生させることのできる比較的に薄型で小型の水電池を提供することにある。 An object of the present invention is to improve a water battery in the prior art, and to provide a relatively thin and small water battery that can generate a predetermined electromotive force by supplying a small amount of moisture.
前記課題を解決するために、本発明が対象とするのは、縦方向及び横方向と、正極端子を有する正極電極板と、負極端子を有する負極電極板と、前記正極電極板と前記負極電極板との間に位置する正極活物質とを含む水電池である。 In order to solve the above problems, the present invention is directed to a vertical direction and a horizontal direction, a positive electrode plate having a positive terminal, a negative electrode plate having a negative terminal, the positive electrode plate, and the negative electrode. It is a water battery containing the positive electrode active material located between plates.
本発明が特徴とするところは、電気絶縁性及び透水性の外包シートをさらに含み、前記正極電極板と前記負極電極板との間において、前記正極電極板の内面に当接する前記正極活物質の層と、前記正極活物質の層と前記負極電極板の内面との間に位置する電気絶縁体の層とが介在し、前記正極電極板と前記負極電極板の両外面が前記外包シートによって被包されていることにある。 The present invention is characterized by further comprising an electrically insulating and water-permeable outer sheet, and the positive electrode active material contacting the inner surface of the positive electrode plate between the positive electrode plate and the negative electrode plate. And a layer of an electrical insulator positioned between the positive electrode active material layer and the inner surface of the negative electrode plate, and both outer surfaces of the positive electrode plate and the negative electrode plate are covered by the outer sheet. It is in the package.
本発明における他の実施態様の一つは、前記外包シートが第1面及びそれに対向する第2面を有し、前記正極電極板、前記負極電極板及び前記正極活物質がそれぞれ前記横方向に所与寸法離間して前記外包シートの前記第1面に配置されており、前記外包シートにおける前記縦方向へ延びる複数の折曲線に沿って前記外包シートを折り曲げることによって、前記正極電極板と前記正極活物質とが互いに当接して重なり合い、かつ、前記正極活物質と前記負極電極板とが前記外包シートの一部を介して重なり合っており、前記正極電極板と、前記正極活物質及び前記負極電極板とが積層された状態で前記外包シートに被包されている。 In another embodiment of the present invention, the outer sheet has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the positive electrode active material are respectively in the lateral direction. The positive electrode plate and the positive electrode plate are disposed on the first surface of the outer sheet at a given distance, and by folding the outer sheet along a plurality of folding lines extending in the longitudinal direction of the outer sheet. The positive electrode active material is in contact with and overlapped with each other, and the positive electrode active material and the negative electrode plate overlap with each other through a part of the outer sheet, and the positive electrode plate, the positive electrode active material, and the negative electrode The electrode plate is encapsulated in the outer sheet in a stacked state.
本発明における他の実施態様の一つは、前記外包シートが、前記縦方向へ延びる第1及び第2側縁と、前記第1及び第2側縁と並行に延びる第1〜第3折曲線とを有し、前記外包シートの前記第1面が、前記第1側縁と前記第1折曲線との間に画成された第1区域と、前記第1折曲線と前記第2折曲線との間に画成された第2区域と、前記第2折曲線と前記第3折曲線との間に画成された第3区域と、前記第3折曲線と前記第2側縁との間に画成された第4区域とに区分されており、前記第1区域には、接着剤を介して前記正極活物質が固定されており、
前記第2区域には、前記正極電極板が配置されており、前記第3区域には、前記負極電極板が配置されており、前記第4区域には、前記第2側縁に沿って延びる接着域が形成されている。
In another embodiment of the present invention, the outer sheet has first and second side edges extending in the longitudinal direction, and first to third folding lines extending in parallel with the first and second side edges. A first area defined between the first side edge and the first folding curve, and the first folding curve and the second folding curve. A second section defined between the second folding line and the third folding line, a third section defined between the second folding line and the third folding line, and the third folding line and the second side edge. The positive electrode active material is fixed to the first area via an adhesive, and is divided into a fourth area defined between the four areas.
The positive electrode plate is disposed in the second area, the negative electrode plate is disposed in the third area, and extends along the second side edge in the fourth area. An adhesive zone is formed.
本発明における他の実施態様の一つは、前記正極電極板のうちの前記外包シートの一部を介して前記負極電極板と対向する側の面に、前記正極活物質が固定されている。 In another embodiment of the present invention, the positive electrode active material is fixed to a surface of the positive electrode plate facing the negative electrode plate through a part of the outer sheet.
本発明における他の実施態様の一つは、前記外包シートが前記正極電極板を挿入して保持するための袋状の保持部を有し、前記保持部を形成する外包シートの一部の内面に前記正極活物質が固定されている。 In another embodiment of the present invention, the outer sheet has a bag-shaped holding part for inserting and holding the positive electrode plate, and an inner surface of a part of the outer sheet forming the holding part The positive electrode active material is fixed to.
本発明における他の実施態様の一つは、前記接着域が前記第4区域の全域またはその一部に間欠的に配置された複数の接合部から形成されている。 In another embodiment of the present invention, the bonding area is formed of a plurality of joint portions that are intermittently arranged in the entire area of the fourth area or a part thereof.
本発明に係る水電池によれば、外包シートによって正極電極板などの各構成材料が積層された状態で被包されているので、従来の筒状の水電池に比べて薄く、かつ、軽量で小型である。また、水電池に微量の水分を供給することによって、各構成材料間に介在された外包シート(または電気絶縁体の層)を通じて正極活物質に水分を拡散させることができ、所要の起電力を速やかに生じさせることができる。 According to the water battery of the present invention, each constituent material such as the positive electrode plate is encapsulated by the outer sheet so that it is thinner and lighter than the conventional tubular water battery. It is small. In addition, by supplying a small amount of moisture to the water battery, moisture can be diffused into the positive electrode active material through the outer sheet (or an electrical insulator layer) interposed between the constituent materials, and the required electromotive force can be reduced. It can be generated promptly.
図1は、本発明の第1実施形態における水電池の斜視図、図2は、水電池を展開した状態における平面図、図3は、水電池の組立工程の一部を示す斜視図、図4は、図1のIV−IV線断面図である。 FIG. 1 is a perspective view of a water battery according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the water battery in a developed state, and FIG. 3 is a perspective view showing a part of the assembly process of the water battery. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
図1及び2に示すとおり、水電池10は、縦方向Y及び横方向Xと、外包シート11と、外包シート11に被包された電荷を集めるための正極電極板12と、負極電極板13と、外包シート11内において正極電極板12と負極電極板13との間に位置する正極活物質14とを含む。図3に示すとおり、正極電極板12と、負極電極板13及び正極活物質14とは、外包シート11に積層された状態で被包されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、水電池10の本体は、縦方向Yへ互いに並行に延びる第1及び第2側縁部16,17と、縦方向Yにおいて離間対向して位置する第1及び第2開口端部18,19とによって画成された略長方形状であって、第1開口端部18から正極電極板12の正極端子12aと負極電極板13の負極端子13aとが縦方向Y外方向へ突出している。正極端子12aと負極端子13aとの間には、それらの導通を防止するための絶縁シール20が配置されており、正極端子12a及び/または負極端子13aに貼り付けられている。また、正極端子12a及び負極端子13aは、ワックスなどを塗布してなる防水処理が施されており、外包シート11から発電に要する所定の水分が吸収される限りにおいて、第1及び第2開口端部18,19は、接着剤またはヒートシール加工によって封止されていてもよい。なお、本実施形態では、水電池10全体の縦方向Yにおける長さ寸法を小さくするために、正極端子12aと負極端子13aとがともに第1開口端部18から縦方向Yの外方へ延びているが、正極端子12aと負極端子13aとが互いに異なる第1及び第2開口端部18,19から縦方向Yの外方へ延びていてもよい。その場合には、正極端子12aと負極端子13aとが互いに重なり合うことはないので、絶縁シール20は不要である。
The main body of the
外包シート11は、電気絶縁性及び透液性のシート材料から作られており、たとえば、透水性の繊維不織布、多孔質のプラスチックフィルムなどから形成されている。
The
また、外包シート11は、図2に示すとおり、その展開状態において、第1面21A及び第2面21Bと、横方向Xにおいて互いに離間対向して縦方向へ延びる第1及び第2側縁22,23と、縦方向Yにおいて互いに離間対向して横方向へ延びる第1及び第2端縁24,25とによって画成された略正方形状であって、第1側縁と第2側縁22,23との間には、縦方向へ延びる第1〜第3折曲線26,27,28が形成されている。外包シート11は、第1及び第2側縁22,23と、第1〜第3折曲線26,27,28とによってその横方向Xにおける幅寸法が4つにほぼ均等に区分されている。具体的には、第1側縁22と第1折曲線26との間に画成された第1区域30と、第1折曲線26と第2折曲線27との間に画成された第2区域31と、第2折曲線27と第3折曲線28との間に画成された第3区域32と、第3折曲線28と第2側縁23との間に画成された第4区域33とに区分されている。なお、外包シート11の第4区域33の第2側縁23側には、縦方向Yに延びる接着域35が形成されている。なお、水電池内部に水分が浸透するのを阻害しない限りにおいて、接着域35は、接着剤ではなく、ヒートシール加工によって接合されていてもよい。
Further, as shown in FIG. 2, the
正極電極板12は、外包シート11の第2区域31に配置された略長方形状の薄板であって、比較的に導電性が強くイオン化傾向の小さい、電気化学的に比較的安定な、例えば、ニッケル、銅、銀等の金属またはこれらの金属を主体とする合金から作られている。
The
負極電極板13は、外包シート11の第3区域32に配置された、正極電極板12とほぼ同形同大の薄板であって、イオン化及び/または酸化傾向が比較的に大きな電極活物質、例えば、金属マグネシウム、アルミニウム、亜鉛などまたはそれらを少なくとも2種以上含む合金から作られている。
The
正極活物質14は、外包シート11の第1区域30にスプレー状に塗布された接着剤を介して固定された粉末状であって、比較的に酸化力が強い酸化物質、例えば、活性炭、二酸化マンガン、酸化鉄、結晶性の酸化銀などの混合物から作られており、混合物の種類や混合比率は、所要の酸化力に応じて自由に設定することができる。また、全体として比較的に薄型の水電池10を形成するために、少ない量で所要の起電力の発生を可能とすべく、活性炭に用いる材料の種類を複数使用したり、炭化する前に予め加工処理したものを用いることもできる。なお、本発明では、正極活物質14は、粉末状であるが、活性炭などの各種粉末をシート状に成形して、第1区域30に接着剤を介して固定してもよい。
The positive electrode
水電池10を図2に示した展開状態から図1の組み立て状態とするためには、まず、図3に示すとおり、第1折曲線26に沿って外包シート11の第1区域30側の部位を内側に折り返して、第1区域30と第2区域31とを互いに対向させ、すなわち、第1区域30に固定された正極活物質14と第2区域31に配置された正極電極板12とを当接した状態で重ね合わせる。次に、第2折曲線27に沿って正極電極板12と正極活物質14とが被包された部位を内側へ折り返し、正極活物質14が固定された第1区域30の第2面21Bと第3区域32に位置する負極電極板13とを当接させて重ね合わせる。最後に、第3折曲案内線28に沿って第4区域33を第2区域31の第2面21Bに向かって折り返し、接着域35を介して第4区域33を第2区域31の第2面21Bに固定することによって、薄型の水電池10を組み立てることができる。
In order to change the
図4に示すとおり、水電池10の内部において、正極電極板12と正極活物質14とは当接した状態であって、正極活物質14は、それが固定された外包シート11を介して負極電極板12と接している。かかる態様を有する水電池10において、外包シート11の第2面21B及び/または第1及び第2開口端部18,19からその内部に水分が浸透したときには、外包シート11の第1区域30を画成する部位を介して正極活物質14に水分が拡散され、拡散された水分が酸化反応触媒として作用して両電極板12,13間にイオン化反応が生じることによって、起電力が発生する。
As shown in FIG. 4, the
本発明にかかる水電池10は、外包シート11によって各構成材料が積層された状態で被包されているので、従来の筒状の水電池に比べて薄く、かつ、軽量で小型である。また、水電池10に比較的に微量の水分が供給された場合であっても、各構成材料間に介在された外包シート11を通じて正極活物質14において水分を拡散させることができ、所要の起電力を速やかに生じさせることができる。
Since the
以下に本発明の実施例を説明する。なお、本実施例は、あくまでも発明の理解を容易にするためのものであり、各種条件は実施例に制限されるものではない。 Examples of the present invention will be described below. In addition, a present Example is for making an understanding of invention easy to the last, and various conditions are not restrict | limited to an Example.
本実施例の水電池10は、その縦方向Yの長さ寸法、すなわち、第1及び第2側縁部16,17の縦方向Yの長さ寸法が約10.0mm、第1及び第2開口端部18,19の横方向Xにおける長さ寸法が約5.0mm、また、その厚さ(Z方向の高さ)が約0.3mmである。さらに、表面積が約50mm2の正極電極板12及び負極電極板13と、活性炭等を所定比率で混同してなる約0.05gの正極活物質14とを使用した。
In the
かかる条件において、外包シートの第4区域33の第2面21Bに約100mgの水分を浸透させたところ、正極端子12aと負極端子13aとの間に約5.0mAの電流が10秒間流れた。なお、正極活物質14を0.05g以上用いる場合には、正極電極板12と負極電極板13とは表面積が約50mm2程度又はそれ以上であることが好ましい。なお、所要の大きさの電流を生じさせるために、正極電極板12と負極電極板13との表面積の大きさ、形状は種々変更することができる。特に、5.0mA以下の電流を生じさせる場合には、正極電極板12と負極電極板13との表面積をさらに小さくすることができ、水電池10全体の大きさをより小さくすることによってさらに小型化することができる。
Under such conditions, when about 100 mg of water was permeated into the
なお、本実施形態のほかに、正極電極板12、正極活物質14及び負極電極板13を積層した状態で、正極活物質14と負極電極板13との間に外包シート11とは別体の電気絶縁体の層(セパレータ)を介在させて、外包シート11でそれらを被包した態様、すなわち、図1で示す外形状及び図4で示す断面構造を有するものであれば、一枚の外包シート11を折り曲げて形成したものでなくともよい。
In addition to the present embodiment, in a state where the
図5は、本発明の第2実施形態を示す図2と同様の平面図である。本実施形態における水電池10の基本的構成は、第1実施形態とほぼ同様であるので、相違する点についてのみ以下に説明する。
FIG. 5 is a plan view similar to FIG. 2 showing a second embodiment of the present invention. Since the basic configuration of the
図5に示すとおり、本実施形態では、正極電極板12のうちの積層された状態において第1区域30と対向する側の表面全体に正極活物質14が接着剤を介して固定されている。かかる態様の場合には、正極電極板12の表面に正極活物質14が直接に固定されているので、その(負極電極板13と対向する面の)表面積全体を確実に電気化学反応に用いることができ、発電効率が良い。また、正極活物質14は、外包シート11の第1区域30にも固定されているので、所定量の正極活物質14を外包シート11内で位置ずれさせることなく、その内部に安定的に保持することができる。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the positive electrode
図6は、本発明の第3実施形態を示す図3と同様の水電池10の展開図、図7は、図6のVII−VII線断面図である。本実施形態における水電池10の基本的構成は、第1実施形態とほぼ同様であるので、相違する点について以下に述べる。
FIG. 6 is a development view of the
図6に示すとおり、本実施形態では、外包シート11が袋状に形成された保持部40を有しており、保持部40には正極電極板12が挿入され、保持部40の正極電極板12と対向する側の内面には、正極活物質14が接着剤を介して固定されている。水電池10がかかる態様の場合には、正極電極板12が保持部40内で安定的に保持されるとともに、たとえ、正極電極板12が外力によって湾曲されたとしても、正極電極板12と正極活物質14とが離間することなく、安定的に電気化学反応を生じさせることができる。なお、保持部40は、第1実施形態における外包シート11の第1区域30を第1折曲線26に沿って内側に折り返し、第2区域31と重ね合わせて、第1側縁22と第1面21Aの第2折曲線27近傍と、第1区域30と第2区域31との第2端縁25側の縁部どうしとをヒートシール加工または接着剤を塗布することによって形成してもよい。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the
図8は、本発明の第4実施形態を示す図2と同様の水電池10の展開図である。本実施形態における水電池10の基本的構成は、第1実施形態とほぼ同様であるので、相違する点について以下に述べる。
FIG. 8 is a development view of the
図8に示すとおり、本実施形態では、第4区域33の全面に接着域35が設けられており、接着域35は、ドット状に塗布された接着剤からなる複数の接合部42によって形成されている。かかる実施形態の場合には、接着域35が第4区域33の全面に形成されているので、第4区域33を第2区域31の外面に安定的に固定することができるとともに、接着剤が間欠的に塗布されているので、各接着部42間において水分を水電池10の内部に速やかに浸透させることができる。なお、所要の水分の浸透が可能な限りにおいて、接着域35は第4区域33の全域ではなく、一部に形成されていてもよい。また、各接合部42は接着剤ではなく、ヒートシールによって接合がなされていてもよいし、ドット状ではなく、互いに縦方向Y又は横方向Xに所与寸法離間して延びる複数のラインから形成されていてもよい。
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, an
本発明に係る水電池10は、その機能が発揮される限りにおいて様々な分野に用いることができるが、例えば、使い捨ておむつの内部にセンサ機能を有する超小型機器とともに水電池10を配置し、排出された尿が外包シート11に浸透することによって水電池10が発電してセンサ機能を作動させたり、湿度の変化する限られた空間に水電池10を配置し、該空間が所定以上の湿度に達したときに、発生した水分を吸収して水電池10が発電し、センサ機能を作動させたりすることなどに用いることができる。さらに、図示していないが、本発明に係る水電池10を複数個並列に積層させることによって、1つの水電池10による起電力よりも数倍〜数百倍の起電力を生じさせることもできる。
The
10 水電池
11 外包シート
12 正極電極板
12a 正極端子
13 負極電極板
13a 負極端子
14 正極活物質
21A 外包シートの第1面
21B 外包シートの第2面
22 第1側縁
23 第2側縁
26 第1折曲線
27 第2折曲線
28 第3折曲線
30 第1区域
31 第2区域
32 第3区域
33 第4区域
35 接着域
40 保持部
42 接合部
X 横方向
Y 縦方向
10
Claims (6)
電気絶縁性及び透水性の外包シートをさらに含み、
前記正極電極板と前記負極電極板との間において、前記正極電極板の内面に当接する前記正極活物質の層と、前記正極活物質の層と前記負極電極板の内面との間に電気絶縁体の層とが介在し、前記正極電極板と前記負極電極板の両外面が前記外包シートによって被包されていることを特徴とする前記水電池。 In a water battery comprising a vertical direction and a horizontal direction, a positive electrode plate having a positive electrode terminal, a negative electrode plate having a negative electrode terminal, and a positive electrode active material located between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
Further comprising an electrically insulating and water permeable outer sheet,
Between the positive electrode plate and the negative electrode plate, electrical insulation is provided between the positive electrode active material layer contacting the inner surface of the positive electrode plate, and between the positive electrode active material layer and the inner surface of the negative electrode plate. A body layer is interposed, and both outer surfaces of the positive electrode plate and the negative electrode plate are encapsulated by the outer sheet.
前記外包シートの前記第1面が、前記第1側縁と前記第1折曲線との間に画成された第1区域と、前記第1折曲線と前記第2折曲線との間に画成された第2区域と、前記第2折曲線と前記第3折曲線との間に画成された第3区域と、前記第3折曲線と前記第2側縁との間に画成された第4区域とに区分されており、
前記第1区域には、接着剤を介して前記正極活物質が固定されており、
前記第2区域には、前記正極電極板が配置されており、
前記第3区域には、前記負極電極板が配置されており、
前記第4区域には、前記第2側縁に沿って延びる接着域が形成されている請求項1又は2記載の水電池。 The outer sheet has first and second side edges extending in the longitudinal direction, and first to third folding lines extending in parallel with the first and second side edges,
The first surface of the outer sheet is defined between a first area defined between the first side edge and the first folding curve, and between the first folding curve and the second folding curve. A second zone defined, a third zone defined between the second fold curve and the third fold curve, and a third zone defined between the third fold curve and the second side edge. It is divided into the fourth area,
The positive electrode active material is fixed to the first area via an adhesive,
The positive electrode plate is disposed in the second area,
The negative electrode plate is disposed in the third area,
The water battery according to claim 1, wherein an adhesion area extending along the second side edge is formed in the fourth area.
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