JP2012204300A

JP2012204300A - 金属空気電池システム

Info

Publication number: JP2012204300A
Application number: JP2011070607A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kuwabara; 保雄桑原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】水系電解液の水分の蒸発に効率よく対処できる金属空気電池システムを提供することを課題とする。
【解決手段】金属空気電池システムは、活物質として金属を用いる金属極１０と、活物質として用いられる酸素を含む空気が供給される空気極１１と、金属極１０と空気極１１との間に設けられ水系電解液１３を有する電解液部１２とを含む金属空気電池１をもつ。空気供給部４は、システムは、酸素を含む空気を金属空気電池１の空気極１１に供給する。オフガス排出部５は、空気極１１から排出されるオフガスを排出させる。水分供給部は、オフガス排出部５および空気供給部４に接続されており、オフガス排出部５を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、空気供給部４を流れる空気に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は水系電解液を用いる金属空気電池システムに関する。

特許文献１には、正極である空気極とその空気極容器に細孔を設け、空気極と空気極容器の間に、水で解離する官能基を持つ高分子電解質膜を設ける電池が開示されている。これにより空気極からの電解液の蒸発を抑える。特許文献２には、電解液の空気極からの蒸発による電解液の液面をセンサーで検出し、電解液を補充する空気電池システムが開示されている。特許文献３には、空気極のガス拡散層の細孔サイズを596Å以下に抑える空気亜鉛電池が開示されている。これにより、水蒸気の水分子間の衝突がほとんどなくなり、水分子は拡散層構成部材により運動が阻止されやすくなり、電解液からの水蒸気の蒸発が約半分に抑えられる。

特開平5-326037号公報特開2009-32400号公報特開平10-64603号公報

しかしながら上記した特許文献１〜３では、電解液部に収容されている水系電解液の水分がガス状の水分（水蒸気）として次第に蒸発するため、水系電解液の減少が大きいおそれがある。この場合、電池性能の安定化には好ましくない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、水系電解液の水分の蒸発に効率よく対処でき、電池性能の安定化に貢献できる金属空気電池システムを提供することを課題とする。

（１）本発明の様相１に係る金属空気電池システムは、（ｉ）活物質として金属を用いる金属極と、活物質として用いられる酸素を含む空気が供給される空気極と、金属極と空気極との間に設けられ水系電解液を有する電解液部とを含む金属空気電池と、（ｉｉ）酸素を含む空気を金属空気電池の空気極に供給する供給通路をもつ空気供給部と、（ｉｉｉ）空気極から排出されるオフガスを排出させる排出通路をもつオフガス排出部と、（ｉｖ）オフガス排出部および空気供給部に接続され、オフガス排出部を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、空気供給部の供給通路を流れる空気に供給する水分供給部とを具備する。

金属極では、活物質として金属を用いる。空気極では、活物質として用いられる酸素を含む空気が空気供給部から供給される。酸素が活物質として消費された後のオフガスは空気極から排出され、更に、オフガス排出部の排出通路を介して外部に排出される。金属極と空気極との間には、水系電解液を有する電解液部が設けられている。空気極は、液状の電解液が空気極から漏れないように形成されている。空気極は、空気に含まれる酸素を電解液部に透過させる性質を有する。このため、電解液部の電解液に含まれるガス状の水分（水蒸気）が空気極を介して蒸発して金属空気電池の外部に放出されるおそれがある。この場合、電解液の濃度の安定性が低下し、金属空気電池の発電性能の安定性に影響を与えるおそれがある。

そこで本発明によれば、水分供給部はオフガス排出部および空気供給部に接続されている。この水分供給部は、オフガス排出部の排出通路を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、空気供給部の供給通路を流れる空気に供給する。これにより空気極に供給される空気を加湿させることができる。このようにして電解液部の電解液に供給される酸素を含む空気に、水分が補充される。ひいては電解液部の電解液に水分が補充され、電解液の濃度を安定させ、金属空気電池の発電性能の安定化を図ることができる。

（２）本発明の様相２に係る金属空気電池システムによれば、上記様相において、水分供給部は、オフガス排出部の排出通路の少なくとも一部で形成された吸湿通路と、空気供給部の供給通路の少なくとも一部で形成された加湿通路と、吸湿通路および加湿通路を仕切り且つ水分を保持可能な水分保持部材とを有する。水分供給部は、オフガス排出部の排出通路の少なくとも一部で形成された吸湿通路を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、空気供給部の供給通路の少なくとも一部で形成された加湿通路を流れる空気に水分を供給させて、空気極に供給させる空気を加湿させることができる。このため電解液部の電解液に供給される酸素を含む空気に水分が補充される。ひいては電解液部の水系電解液から水蒸気が蒸発するときであっても、電解液部の電解液に水分が良好に補充される。従って、電解液部に収容されている水系電解液の濃度を安定させ、金属空気電池の電池性能の安定化を図ることができる。

（３）本発明の様相３に係る金属空気電池システムによれば、上記様相において、空気極は、水系電解液に対しては透過バリヤ性をもち且つガス状の酸素を透過できる複数の細孔をもつ多孔質体を備えている。空気極は液状の水系電解液に対しては透過バリヤ性をもつため、液状の水系電解液が空気極を介して吐出されることが抑制されている。空気極は、ガス状の酸素を透過できる複数の細孔をもつため、空気極の内部に酸素を浸透させることができる。但し、水系電解液からの水蒸気（ガス状の水分）が空気極の細孔から外部に吐出され、水系電解液の濃度の安定性が低下するおそれがある。この点本様相によれば、水分供給部は、オフガス排出部の排出通路を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、空気供給部の供給通路を流れる空気に供給する。これにより空気極に供給される空気に水分を与え、空気極に供給される空気を加湿させることができる。このため電解液部の電解液に供給される空気に水分が補充される。ひいては電解液部において蒸発が進行する水系電解液に水分が補充され、電解液部の水系電解液の濃度を安定させ、金属空気電池の電池性能の安定化を図ることができる。

本発明によれば、水分供給部は、オフガス排出部の排出通路を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、空気供給部の供給通路を流れる空気に供給する。これにより空気極に供給される空気に水分を加湿させることができる。このため電解液部の電解液に供給される空気に水分が補充される。ひいては電解液部の水系電解液に水分が補充され、水系電解液の濃度を安定させ、金属空気電池の電池性能の安定化を図ることができる。

更に、水分が蒸発する電解液に水分を補充するための水タンクが設けられる場合には、その水タンクを廃止させたり、水タンクを小型化、簡素化を図り得る。

実施形態１に係り、金属空気電池システムを示す構成図である。亜鉛空気電池の概念を模式的に示す断面図である。亜鉛空気電池の空気極付近の概念を模式的に示す図である。リチウム空気電池の概念を模式的に示す断面図である。リチウム空気電池の空気極付近の概念を模式的に示す図である。実施形態３に係り、金属空気電池を示す構成図である。実施形態４に係り、水分保持部材の概念を示す図である。実施形態６に係り、金属空気電池システムを示す構成図である。

金属極は活物質として金属を用いる。金属としては、亜鉛、リチウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄等が挙げられる。空気極は、活物質として用いられる酸素を含む空気が供給される。電解液部は金属極と空気極との間に設けられており、イオン伝導性をもつ水系電解液を収容する。空気供給部は、酸素を含む空気を金属空気電池の空気極に供給する供給通路をもつ。オフガス排出部は、空気極から排出されるオフガスを排出させる排出通路をもつ。オフガスは、金属空気電池の空気極から吐出されるガスを意味する。水分供給部は、オフガス排出部および空気供給部に接続されており、オフガス排出部の排出通路を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、空気供給部の供給通路を流れる空気に供給する。

（実施形態1）
以下、本発明の実施形態１について図１〜図３を参照して説明する。図１は金属空気電池１（二次電池）のシステム構成図を示す。金属空気電池１としては、水系電解液１３を用いる亜鉛空気電池、リチウム空気電池が挙げられるが、要するに水系電解液を用いる金属空気電池であれば良い。

図２および図３は亜鉛空気電池（二次電池）の構成例を示す。この場合、負極である金属極１０の負極活物質には金属亜鉛（または亜鉛合金）を用いる。金属極１０と空気極１１との間には電解液部１２が設けられている。電解液部１２に収容されている水系電解液１３としては、一般的には水酸化カリウム（KOH）等のアルカリ性水溶液を用いられる。空気極１１は、正極活物質として酸素を用いる正極となる。ここで、正極である空気極１１は、空気中の酸素を正極活物質として取込み、空気極１１における電極触媒上で、水（Ｈ_２０）と酸素（１／２Ｏ_２）から水酸基（ＯＨ⁻）を形成する。

図３は金属亜鉛電池の空気極１１付近の概念を模試的に示す。枠体１４に空気極１１が保持されている。枠体１４は、空気を空気極１１に通路１５ａを介して供給させる空気マニホルド入口１６と、空気極１１の空気を通路１５ｃを介して排出させる空気マニホルド出口１７と、水系電解液１３が流れる水系電解液マニホルド入口１８と、水系電解液１３が流れる水系電解液マニホルド出口１９とを備える。亜鉛空気電池（二次電池）では、負極である金属極１０での放電反応および正極での放電反応は次のようである。

負極での放電反応： Zn → Zn⁺ ＋ e- 充電は矢印が反対方向（←）
正極での放電反応： 1/2O₂ + H₂O＋ 2e- → 2OH^-充電は矢印が反対方向（←）
両極間での電圧は約1.4Vとなる。なお、図示されていないが、充電用に空気極１１と別に第３電極を別途設ける場合もある。

空気極１１における電極反応は酸素（1/2O₂）および水（H₂O）が関与しており、発電（または充電）に伴い、水系電解液１３の濃度は変動することになる。発電体として機能する金属空気電池１の設計に依存してくるが、電解液の濃度変化に伴うｐHの変動により使用される材料（特に固体電解質）の耐薬品性（ｐHの範囲）から、発電可能なエネルギーが制約されるおそれがある。

そこで図１に示すシステムにおいては、電解液循環系３が設けられている。すなわち、電解液循環系３は、ラジエータ３０と、水系電解液１３を収容する電解液タンク３１と、電解液タンク３１に液相状の水を補給する水タンク３２と、電解液タンク３１において濃度調整された水系電解液１３を金属空気電池１に供給させる電解液ポンプ３３（電解液搬送源）とを有する。かかる構成においては、発電に伴うｐHの変化を少なくするため水系電解液１３の量を収容する電解液タンク３１が設けられている。そして、金属空気電池１の電解液部１２に存在する水系電解液１３をラジエータ３０により放熱させた後、電解液タンク３１に帰還させる。その後、電解液ポンプ３３の駆動により電解液タンク３１の水系電解液１３を帰還通路３４を介して金属空気電池１の電解液部１２に帰還させる。このように金属空気電池１の電解液部１２に収容されている水系電解液１３を循環させることにより、水系電解液を調整し、発電エネルギーを増やすシステム構成としている。このように、発電に伴う発熱の熱量を放熱するための熱交換器として機能するラジエータ３０と水系電解液１３の循環用の電解液ポンプ３３とが、電解液循環系３に設けられている。

本実施形態によれば、図１に示すように、金属空気電池システムは、金属空気電池１の他に、酸素を含む空気を金属空気電池１の空気極１１に供給する供給通路４０をもつ空気供給部４と、空気極１１から排出される排出空気で形成されたオフガスを排出させる排出通路５０をもつオフガス排出部５と、水分供給部として機能する加湿器６とを備える。加湿器６は、オフガス排出部５および空気供給部４に接続されている。加湿器６は水分保持部材６０をもつ。供給通路４０には空気ポンプ６２（空気供給源）が設けられている。

更に説明を加える。水分供給部として機能する加湿器６は、オフガス排出部５の排出通路５０の少なくとも一部で形成された吸湿通路６３と、空気供給部４の供給通路４０の少なくとも一部で形成された加湿通路６４と、吸湿通路６３および加湿通路６４に対面するように吸湿通路６３および加湿通路６４を仕切り且つ水分を保持可能な水分保持部材６０と、基体６５とを有する。基体６５は、吸湿通路６３および加湿通路６４を有すると共に、水分保持部材６０を保持する。

水分保持部材６０は、固体高分子形燃料電池等において使用される高分子材料で形成された電解質膜が好ましい。電解質膜としては、炭化フッ素系または炭化水素系の高分子系電解質膜で形成することができる。炭化フッ素系としては、プロトン伝導基を有するポリパーフルオロスルホン酸樹脂が例示される。炭化水素系としては、プロトン伝導基を有するポリスチレンスルホン酸樹脂やフェノールスルホン酸樹脂が例示される。水分保持部材６０は、オフガス排出部５の排出通路５０を流れるオフガスと接触することにより、オフガスに含まれる水分を取り出す吸湿機能と、取り出した水分を、空気供給部４の供給通路４０を流れる供給空気に接触して供給空気を加湿させる加湿機能とを有する。

上記した水分保持部材６０として機能することができる電解質膜は、イオン導電性電解質膜としての性質をもつが、その高い親水性により空気中の水分を取込む作用が高い。これを加湿器６の水分保持部材６０として使用すると、水蒸気分圧の高い金属空気電池１から出てきた空気であるオフガスに含まれる水分が電解質膜の膜表面から吸収される。そして、膜の厚み方向に水分が拡散していき、反対側の供給空気側の膜表面に到達する。そこで、水蒸気分圧の低い供給空気への膜水分の蒸発が生じ、供給空気は加湿される。

加湿器６に使用する水分保持部材６０としては、高分子材料で形成された電解質膜以外に、多数の細孔をもつ親水性の多孔質膜も可能である。この場合、親水性膜に凝縮付着した水分は、親水性膜の多孔を通じて親水性膜の反対側に浸透し、加湿器６の供給通路４０を流れる供給空気を加湿させる。水分保持部材６０としては、細かいメッシュ目をもつメッシュ部材も可能である。

上記した空気極１１は、空気に含まれる酸素を取込めるように多孔質な構造をもつ導電性をもつ多孔質体で形成されている。具体的には、撥水処理した導電材料を用い、撥水により水系電解液１３が空気極１１から漏洩することを抑え、空気極１１に供給された空気に含まれる酸素が水系電解液１３に溶け込める構造となっている。導電材料としては、炭素材料、金属材料が例示される。炭素材料としては、黒鉛粉末、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール等が例示される。空気極１１は、多数の細孔をもち、撥水性により液相状の水系電解液１３が空気極１１から漏洩することを抑えることはできる。しかし、水系電解液１３から蒸発して気体となった水蒸気（ガス状の水分）が水系電解液１３から空気極１１を介して外部の空気中に出て行くことを完全に抑えることは、容易ではない。この場合、水系電解液１３の濃度およびｐＨ値の安定性が低下し、電池性能の安定化には好ましくない。

そこで、本実施形態は、上記した空気極１１を介して水系電解液１３の水蒸気（ガス状の水分）が過剰に蒸発して水系電解液１３の水分が過剰に減少することを抑える。即ち、加湿器６の水分保持部材６０は、オフガス排出部５の排出通路５０を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、空気供給部４の供給通路４０を流れる供給空気に供給する。これにより空気極１１に供給される供給空気を加湿させることができる。このため電解液部１２の水系電解液１３に供給される空気に水分が補充される。ひいては電解液部１２の水系電解液１３に水分が補充され、水系電解液１３の濃度を安定させ、金属空気電池１の電池性能の安定化を図ることができる。

ここで、水の蒸発する勢い（化学ポテンシャル）は、その温度における飽和水蒸気圧と、空気中の水蒸気分圧とに支配されている。空気極１１に供給される空気の水蒸気分圧を飽和水蒸気圧に近づけることにより、水蒸気の蒸発を大幅に低減することができる。このため、発電に伴い蒸発した水蒸気を吸収する機能と、空気を加湿させるために液相状またはガス状の水分を保持する機能をもつ水分保持部材６０を用いる。これにより空気供給部４の供給通路４０を流れる供給空気に水分を与え、供給空気を加湿させる。この空気が金属空気電池１の空気極１１からオフガスとして排出された後、さらに蒸発水を含んだ空気となり、水分保持部材６０（水蒸気交換膜）でさらに水蒸気の量を増やして供給空気に水分が与えられる。このサイクルが繰り返されることにより、速やかに供給空気の水分量は飽和水蒸気圧に近づいていく。その後、水蒸気交換が定常的に繰返され、水系電解液１３の水分の蒸発が抑えられた状態が継続される。

更に本実施形態によれば、水分が蒸発する水系電解液に水分を補充するための水タンク３２が設けられている。上記したように、加湿器６により水系電解液に水分を補充できるため、水タンク３２の小型化、簡素化を図り得る。場合によっては、水タンク３２の廃止も期待できる。

更に水分保持部材６０を介して熱交換も行われる。即ち、一般的には、金属空気電池１から出た空気であるオフガスの温度は、金属空気電池１の影響を受け、供給通路４０を流れる供給空気の温度よりも高い。加湿器６において、吸湿通路６３のオフガスがもつ熱は、水分保持部材６０を介して加湿器６の供給通路４０に移動する。このため供給通路４０を流れる供給空気の温度は、金属空気電池１から出た空気であるオフガスの温度に近くなる。このため、加湿器６の供給通路４０を流れる供給空気は、金属空気電池１の温度に近い飽和水蒸気圧となって金属空気電池１に供給されることになる。これにより、金属空気電池１における空気極１１からの水分の蒸発が抑制され、水系電解液１３の水減少が抑えられる。なお上記は、放電時での水の蒸発の抑制について説明してきたが、充電時においても同様である。充電時は、空気極１１における電極反応で酸素が生成される。この酸素は、空気極１１を通じて外部の空気中に出て行くことになる。このとき、同様に水系電解液１３に含まれる水分の蒸発は加湿器６を通した循環により抑えられる。

(実施形態２)
図４および図５は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１を準用できる。金属空気電池はリチウム空気電池（二次電池）である。図４および図５はリチウム空気電池（二次電池）の構成例を示す。金属極１０である負極に金属リチウム（またはリチウム合金）を用いる。電解液は２種類用いられる。負極と接する側の第１電解液として、リチウムイオンの伝導性を有する有機電解液７１が用いられる。空気極１１と接する側の第２電解液として、水系電解液１３が用いられる。この水系電解液１３としては、アルカリ性、中性、酸性のいずれも可能である。有機電解液７１と水系電解液１３とは、固体電解質７２で遮られている。この固体電解質７２はリチウムイオンを透過させるものの、水（Ｈ_２Ｏ）を透過させないイオン伝導体である。固体導電体の種類としては、Garnet-type型リチウムイオン伝導体、NASICON型リチウムイオン伝導体、ペロブスカイト型リチウムイオン伝導体等が例示される。

図５はリチウム空気電池の空気極１１の概念を模試的に示す。枠体１４に空気極１１が保持されている。枠体１４は、空気を空気極１１に通路１５ａを介して供給させる空気マニホルド入口１６と、空気極１１の空気を通路１５ｃを介して排出させる空気マニホルド出口１７と、水系電解液１３が流れる水系電解液マニホルド入口１８と、水系電解液１３が流れる水系電解液マニホルド出口１９とを備える。

リチウム空気電池（二次電池）負極での放電反応および正極での放電反応は以下に示す。

金属極１０である負極での放電反応：Li → Li^＋＋e- 充電は矢印が反対方向（←）
正極での放電反応：1/2O₂+H₂O＋2e- → 2OH^- （アルカリ及び中性電解液の場合）充電は矢印が反対方向（←）
正極での放電反応：２H⁺＋1/2O₂＋2e- → H₂O （酸性溶液の場合）充電は矢印が反対方向（←）
正極と負極との間における電圧は、アルカリ（中性）電解液で約3V、酸性電解液で約4Vとなる。

(実施形態３)
図６は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１を準用できる。加湿器６は、金属空気電池１の空気極１１に供給される供給空気が通過する加湿通路６４と、空気極１１から出てきたオフガスが流れる吸湿通路６３と、加湿通路６４および吸湿通路６３を仕切る水分保持部材６０（水蒸気交換膜）と、基体６５とを備える。

水分保持部材６０としては、高分子材料で形成された電解質膜、多孔質膜、メッシュ部材で形成することができる。電解質膜は、イオン導電性をもつ電解質膜としての性質を持つが、その高い親水性により空気中の水分を取込む作用が高い。これを加湿器６の水分保持部材６０に使用すると、水蒸気分圧の高い金属空気電池１から出てきた空気であるオフガスが加湿器６の吸湿通路６３を流れると、オフガスが水分保持部材６０に接触するため、オフガスに含まれている水分が膜表面から水分保持部材６０に吸収される。更に、膜の厚み方向に水分が拡散していき、水分保持部材６０のうち反対側の供給空気側の膜表面に到達する。そこで、加湿通路６４を流れる水蒸気分圧の低い供給空気への膜水分の蒸発が生じ、加湿器６の供給通路４０を流れる供給空気は加湿される。水蒸気は金属空気電池１と加湿器６との間を循環しながら水分を増やしていくことになる。このメカニズムにより加湿器６から出て空気極１１に向かう供給空気の湿度が飽和に近づいていく。

また前述したように、水分保持部材６０を介して熱交換も行われるため、供給通路４０を流れる供給空気は、金属空気電池１から出た空気であるオフガスの温度よりも相対的に低めであるものの、次第にオフガスの温度に近くなる。このため、加湿器６の供給通路４０を流れる供給空気は、金属空気電池１の温度に近い飽和水蒸気圧となって金属空気電池１に供給されることになる。これにより、金属空気電池１における空気極１１からの水分の蒸発が抑制され、水系電解液１３の水減少が抑えられる。なお上記は、放電時での水の蒸発の抑制について説明してきたが、充電時においても同様である。充電時は、空気極１１における電極反応で酸素が生成される。この酸素は、空気極１１を通じて外部の空気中に出て行くことになる。このとき、同様に水系電解液１３に含まれる水分の蒸発は加湿器６を通した循環により抑えられる。

(実施形態４)
図７は実施形態４を示す。本実施形態は上記した実施形態と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１を準用できる。水分保持部材６０は、多孔性膜、電解質膜ともに、シート形状だけでなく、中空糸タイプのものも可能である。図７は、加湿器６の構造の一部を示す。加湿器６は、基体６５Ｃと、基体６５Ｃに設けられた中空糸状の水分保持部材６０Ｃとを有する。一般的には、中空糸状の水分保持部材６０Ｃは多数本並設されていることが好ましい。水分保持部材６０Ｃは、空気極１１から排出されたオフガスが流れる内通路で形成された吸湿通路６３と、空気極１１に供給される供給空気が流れる外通路で形成された供給通路４０とを仕切る。前述したように水系電解液１３から蒸発した水蒸気が空気極１１の細孔を介して空気極１１の外部に吐出され、排出通路５０に至り、オフガスとともに排出される。オフガスに含まれる水分は、供給空気に含まれる水分よりも相対的に多い。従って、オフガスの相対湿度は供給空気の相対湿度よりも相対的に高い。ここで、空気極１１から排出されたオフガスは、中空糸膜形状をなす水分保持部材６０Ｃの内周面に接触し、親水性をもつ水分保持部材６０Ｃに水分を与え、吸湿される。

これに対して、空気極１１に供給される供給空気は、中空糸膜形状をなす親水性をもつ水分保持部材６０Ｃの外周面に接触し、水分保持部材６０Ｃにより加湿される。このようにして水分保持部材６０Ｃの厚み方向において水分移動をさせ、オフガスに含まれていた液相状またはガス状の水分を水分保持部材６０Ｃに吸収させ、更に、供給空気に移動させて供給空気を加湿させることができる。

なお、中空糸膜状の水分保持部材６０Ｃについては、内通路の機能および外通路の機能を逆とし、空気極１１から排出されたオフガスが流れる外通路で形成された吸湿通路６３と、空気極１１に供給される供給空気が流れる内通路で形成された供給通路４０とを仕切ることにしても良い。

(実施形態５)
本実施形態は上記した実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１を準用する。金属空気電池システムは、酸素を含む空気を金属空気電池１の空気極１１に供給する供給通路４０をもつ空気供給部４と、空気極１１から排出されるオフガスを排出せる排出通路５０をもつオフガス排出部５と、水分供給部として機能する加湿器６とを備える。加湿器６は、オフガス排出部５および空気供給部４に接続されている。加湿器６は水分供給部としての水分保持部材６０をもつ。但し、ラジエータ３０と水系電解液１３の循環用の電解液ポンプ３３とを有する電解液循環系３は設けられていない。

(実施形態６)
図８は実施形態６を示す。本実施形態は上記した実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。本実施形態によれば、空気を金属空気電池１の空気極１１に供給させる空気供給部４には、加湿器６の加湿通路６４を迂回する第１迂回通路７１と、供給用制御弁７２とが設けられている。供給用制御弁７２は三方弁で形成されており、加湿通路６４を流れる単位時間当たりの供給空気の流量と、第１迂回通路７１を流れる単位時間あたり供給空気の流量との比率を適宜調整できる。これにより加湿通路６４を流れる供給空気を加湿器６の水分保持部材６０で加湿させる程度を調整できる。

また、金属空気電池１の空気極１１から排出されるオフガスを排出させるオフガス排出部５には、加湿器６の吸湿通路６３を迂回する第２迂回通路７５と、排出用制御弁７６とが設けられている。排出用制御弁７６は三方弁で形成されており、吸湿通路６３を流れる単位時間当たりのオフガスの流量と、第２迂回通路７５を流れる単位時間あたりオフガスの流量との比率を調整できる。これにより吸湿通路６３を流れるオフガスから加湿器６の水分保持部材６０に吸湿させる程度を調整できる。

なお、場合によっては、空気供給部４には第１迂回通路７１および供給用制御弁７２が設けられているものの、オフガス排出部５には第２迂回通路７５および排出用制御弁７６が設けられていなくても良い。また、オフガス排出部５には第２迂回通路７５および排出用制御弁７６が設けられているものの、空気供給部４には第１迂回通路７１および供給用制御弁７２が設けられていなくても良い。

（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば、加湿器６に要請される加湿能力に応じて、シート状の水分保持部材６０と中空糸膜状の水分保持部材６０とを複数、適宜組合わせて構成することもできる。供給通路４０には空気ポンプ６２（空気供給源）が設けられているが、供給通路４０に風等の空気流が進入する場合には、空気ポンプ６２を廃止しても良い。

１は金属空気電池、１０は金属極、１１は空気極、１２は電解液部、１３は水系電解液、３は電解液循環系、３０はラジエータ、３１は電解液タンク、３２は水タンク、４は空気供給部、４０は供給通路、５はオフガス排出部、５０は排出通路、６は加湿器（水分供給部）、６０は水分保持部材、６２は空気ポンプ、６３は吸湿通路、６４は加湿通路、６５は基体を示す。

Claims

活物質として金属を用いる金属極と、活物質として用いられる酸素を含む空気が供給される空気極と、金属極と空気極との間に設けられ水系電解液を有する電解液部とを含む金属空気電池と、
酸素を含む空気を前記金属空気電池の前記空気極に供給する供給通路をもつ空気供給部と、
前記空気極から排出されるオフガスを排出させる排出通路をもつオフガス排出部と、
前記オフガス排出部および前記空気供給部に接続され、前記オフガス排出部の前記排出通路を流れるオフガスに含まれる水分を取り出し、取り出した水分を、前記空気供給部の前記供給通路を流れる空気に供給する水分供給部とを具備する金属空気電池システム。
請求項１において、前記水分供給部は、前記オフガス排出部の前記排出通路の少なくとも一部で形成された吸湿通路と、前記空気供給部の前記供給通路の少なくとも一部で形成された加湿通路と、前記吸湿通路および前記加湿通路を仕切り且つ水分を保持可能な水分保持部材とを有する金属空気電池システム。
請求項１または２において、前記空気極は、前記水系電解液に対しては透過バリヤ性をもち且つガス状の酸素を透過できる複数の細孔をもつ多孔質体を備えている金属空気電池システム。