JP2014116267A - Air battery, air battery system and method for charging/discharging air battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that, when an air battery has a configuration suitable for increased capacity, reduction in prolonged charging time is difficult.SOLUTION: An air battery of the present invention includes: a positive electrode collector including an air electrode where a positive electrode reaction of oxygen is performed; a negative electrode collector to which metal particles comprising negative electrode metal adhere; a separator separating the air electrode from the negative electrode collector; and a circulation structure circulating a mixed liquid between the positive electrode collector and the negative electrode collector, the mixed liquid including negative electrode particles which contain the negative electrode metal and are dispersed in an electrolyte.

Description

本発明は、空気電池、空気電池システム、および空気電池の充放電方法に関し、特に、大容量化に適した空気電池、空気電池システム、および空気電池の充放電方法に関する。   The present invention relates to an air battery, an air battery system, and a charge / discharge method for an air battery, and more particularly to an air battery, an air battery system, and a charge / discharge method for an air battery suitable for increasing the capacity.

空気電池は、空気中の酸素を正極活物質とし、金属単体または金属化合物を負極活物質として用いた充放電可能な電池である。空気電池は電池容器内に正極活物質を充填する必要が無いため、電池容器内の大部分の領域に負極活物質を充填することができる。その結果、エネルギー密度が高く、小型軽量化が容易である等の利点を有する。そのため、現在広く用いられているリチウム二次電池よりも優れた高容量二次電池として注目を集めている。特に、空気電池の中でも高エネルギー密度であるリチウム空気電池は、次世代電気自動車などへの応用が期待されており、近年盛んに研究開発が行われている。   An air battery is a chargeable / dischargeable battery using oxygen in the air as a positive electrode active material and using a single metal or a metal compound as a negative electrode active material. Since the air battery does not need to be filled with the positive electrode active material in the battery container, the majority of the area in the battery container can be filled with the negative electrode active material. As a result, there are advantages such as high energy density and easy reduction in size and weight. Therefore, it attracts attention as a high-capacity secondary battery that is superior to the lithium secondary batteries that are currently widely used. In particular, lithium air batteries, which have a high energy density among air batteries, are expected to be applied to next-generation electric vehicles and the like, and research and development have been actively conducted in recent years.

このような空気電池の一例が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された関連する空気電池1は、図8に示すように、負極17と、セパレータ6と、正極触媒層4および正極集電体3を有する正極13と、酸素拡散膜2とがこの順に配置された積層体19を有する。並びに、負極17、セパレータ6、および正極13と接触する電解質9を含む発電体20を備える。ここで、酸素拡散膜2の主面の一つは正極集電体3の主面の一つに対向して配置され、酸素拡散膜2の周縁部の少なくとも一部が空気と接した構成としている。   An example of such an air battery is described in Patent Document 1. As shown in FIG. 8, the related air battery 1 described in Patent Document 1 includes a negative electrode 17, a separator 6, a positive electrode 13 having a positive electrode catalyst layer 4 and a positive electrode current collector 3, an oxygen diffusion film 2, and the like. Has a laminate 19 arranged in this order. In addition, a power generation body 20 including an electrolyte 9 in contact with the negative electrode 17, the separator 6, and the positive electrode 13 is provided. Here, one of the main surfaces of the oxygen diffusion film 2 is disposed to face one of the main surfaces of the positive electrode current collector 3, and at least a part of the peripheral edge of the oxygen diffusion film 2 is in contact with air. Yes.

関連する空気電池1においては、酸素拡散膜2の周縁部の少なくとも一部が空気と接するように配置されているので、主面同士を重ね合わせてスタックすることが可能となる。これにより、大容量化を容易に実現することができる、としている。   In the related air battery 1, since at least a part of the peripheral edge portion of the oxygen diffusion film 2 is disposed so as to be in contact with air, the main surfaces can be stacked to be stacked. As a result, the capacity can be easily increased.

特開2011−146339号公報(段落「0006」、「0007」)JP 2011-146339 A (paragraphs “0006” and “0007”) 米国特許第5434020号明細書US Pat. No. 5,434,020 特表2005−509262号公報(段落「0054」)JP 2005-509262 A (paragraph "0054")

上述した関連する空気電池のように、負極活物質としてリチウムを用いたリチウム空気電池は、既存のリチウムイオン電池に比べて10倍以上のエネルギー密度を備えた魅力的な電池である。しかし、例えば電気自動車用途などで、大容量の空気電池を用いた場合には、充電時間が長時間化するという問題がある。   Like the related air battery described above, a lithium air battery using lithium as a negative electrode active material is an attractive battery having an energy density of 10 times or more compared with an existing lithium ion battery. However, when a large capacity air battery is used for an electric vehicle, for example, there is a problem that the charging time is prolonged.

具体的には例えば、現在普及している電気自動車では、1台あたり20キロワット時[kWh]前後のエネルギー容量を積載している。それに対して、同等の重量のリチウム空気電池を搭載した場合には、理想的にはその10倍である200キロワット時[kWh]以上のエネルギー容量を積載することが可能となる。しかしながら、エネルギー容量が200キロワット時[kWh]の電池を、現在の電気自動車の充電で通常行われている充電電力である3キロワット[kW]で充電する場合には、約70時間の充電時間が必要となる。したがって、リチウム空気電池の高エネルギー容量の利点を十分に活かすことが困難である。   Specifically, for example, currently popular electric vehicles have an energy capacity of around 20 kilowatt hours [kWh] per vehicle. On the other hand, when a lithium-air battery having an equivalent weight is mounted, it is possible to load an energy capacity of 200 kWh [kWh] or more, which is ideally ten times that. However, when a battery with an energy capacity of 200 kWh [kWh] is charged with 3 kW [kW], which is the charging power normally used for charging current electric vehicles, a charging time of about 70 hours is required. It becomes. Therefore, it is difficult to fully utilize the advantages of the high energy capacity of the lithium air battery.

一方、このような充電時間の長期化を解決する技術として、亜鉛空気電池などでは従来から機械充電による充電方式が知られている。例えば、特許文献2には図9に示すように、空気極56と負極集電体52をそれぞれ構成する2枚の板の間に、負極活物質としての亜鉛ペレット44を充填し電解液を流し込む構成とした関連する亜鉛空気電池40が記載されている。また、特許文献3には図10に示すように、サポート構造34で支えられた亜鉛金属板からなるアノード構造32を、電解液中に着脱可能な構成とした金属空気型の関連する電気化学セルシステム30が記載されている。   On the other hand, as a technique for solving such a prolonged charging time, a charging method using mechanical charging has been conventionally known for zinc-air batteries and the like. For example, in Patent Document 2, as shown in FIG. 9, the zinc pellet 44 as the negative electrode active material is filled between the two plates constituting the air electrode 56 and the negative electrode current collector 52, respectively, and the electrolyte is poured. A related zinc-air battery 40 is described. Further, in Patent Document 3, as shown in FIG. 10, a metal-air type related electrochemical cell in which an anode structure 32 made of a zinc metal plate supported by a support structure 34 is detachable in an electrolyte solution. A system 30 is described.

しかしながら、上述した関連する亜鉛空気電池の構成では、空気中で反応性の高いリチウム金属などを用いることは困難である。   However, it is difficult to use lithium metal or the like that is highly reactive in the air in the configuration of the related zinc-air battery described above.

このように、関連する空気電池においては、大容量化に適した構成とすると、長時間化する充電時間の短縮を図ることが困難である、という問題があった。   As described above, the related air battery has a problem that it is difficult to shorten the charging time which takes a long time if the configuration is suitable for increasing the capacity.

本発明の目的は、上述した課題である、空気電池においては、大容量化に適した構成とすると、長時間化する充電時間の短縮を図ることが困難である、という課題を解決する空気電池、空気電池システム、および空気電池の充放電方法を提供することにある。   An object of the present invention is an air battery that solves the problem described above, that is, it is difficult to shorten the charging time that takes a long time if the air battery has a configuration suitable for increasing the capacity. And an air battery system and an air battery charge / discharge method.

本発明の空気電池は、酸素の正極反応が行なわれる空気極を備えた正極集電体と、負極金属からなる金属粒子を付着する負極集電体と、空気極と負極集電体を分離するセパレータと、電解液に負極金属を含む負極粒子が分散した混合液体を、正極集電体と負極集電体の間で循環させる循環構造、とを有する。   The air battery of the present invention separates a positive electrode current collector having an air electrode in which a positive electrode reaction of oxygen is performed, a negative electrode current collector to which metal particles made of a negative electrode metal are attached, and an air electrode and a negative electrode current collector. A separator and a circulation structure in which a mixed liquid in which negative electrode particles containing a negative electrode metal are dispersed in an electrolytic solution is circulated between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.

本発明の空気電池の充放電方法は、金属粒子と電解液とを混合することによって金属粒子を分散させた混合液体を作成し、混合液体を、空気極を備えた正極集電体と負極集電体の間で循環させ、空気極から酸素分子に電子を供給して酸素イオンを発生させ、負極集電体によって金属粒子を捕獲し、金属粒子が酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出することによって放電し、金属粒子と酸素イオンを反応させることによって金属酸化物を生成し、金属酸化物を正極集電体と負極集電体の間で循環させ、金属酸化物に電子を供給して酸素イオンを発生させ、金属粒子を負極集電体に析出させることにより充電する。   The charge / discharge method for an air battery according to the present invention creates a mixed liquid in which metal particles are dispersed by mixing metal particles and an electrolyte solution, and the mixed liquid is mixed with a positive electrode current collector and an negative electrode current collector each having an air electrode. It circulates between electrical conductors, supplies electrons to the oxygen molecules from the air electrode to generate oxygen ions, captures the metal particles by the negative electrode current collector, and releases the electrons released when the metal particles combine with the oxygen ions. It discharges by deriving, generates metal oxide by reacting metal particles and oxygen ions, circulates the metal oxide between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, and supplies electrons to the metal oxide Then, oxygen ions are generated and charged by depositing metal particles on the negative electrode current collector.

本発明の空気電池、空気電池システム、および空気電池の充放電方法によれば、大容量化に適した構成とした場合であっても、充電時間の短縮を図ることができる。   According to the air battery, the air battery system, and the charge / discharge method of the air battery of the present invention, the charging time can be shortened even when the configuration is suitable for increasing the capacity.

本発明の第1の実施形態に係る空気電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the air battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る空気電池の構成を示す段面図である。It is a step view which shows the structure of the air battery which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る空気電池の構成を示す段面図である。It is a step view which shows the structure of the air battery which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る空気電池の構成を示す段面図である。It is a step view which shows the structure of the air battery which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る空気電池システムの構成を示す段面図である。It is a step view which shows the structure of the air battery system which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る空気電池システムの別の構成を示す段面図である。It is a step view which shows another structure of the air battery system which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る空気電池システムのさらに別の構成を示す段面図である。It is a step view which shows another structure of the air battery system which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 関連する空気電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a related air battery. 関連する亜鉛空気電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a related zinc air battery. 関連する電気化学セルシステムの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the related electrochemical cell system.

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係る空気電池100の構成を示す断面図である。空気電池100は、酸素の正極反応が行なわれる空気極111を備えた正極集電体110、負極集電体120、空気極111と負極集電体120を分離するセパレータ130、および循環構造140とを有する。負極集電体120は負極金属からなる金属粒子を付着する。循環構造140は、電解液に負極金属を含む負極粒子が分散した混合液体を、正極集電体110と負極集電体120の間で循環させる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an air battery 100 according to the first embodiment of the present invention. The air battery 100 includes a positive electrode current collector 110 including an air electrode 111 in which a positive electrode reaction of oxygen is performed, a negative electrode current collector 120, a separator 130 that separates the air electrode 111 and the negative electrode current collector 120, and a circulation structure 140. Have The negative electrode current collector 120 adheres metal particles made of a negative electrode metal. The circulation structure 140 circulates between the positive electrode current collector 110 and the negative electrode current collector 120 in a mixed liquid in which negative electrode particles containing a negative electrode metal are dispersed in an electrolytic solution.

このように本実施形態による空気電池100は、負極集電体120および空気極111などからなる発電部/充電部と、負極粒子が分散した混合液体(以下では、「スラリ液体」とも言う)とが完全に分離された構成である。そのため、空気電池100の放電を行った後に、混合液体を新たな混合液体(スラリ液体)と交換することにより、短時間で(典型的には、数秒から数分)機械充電を行なうことが可能となる。   As described above, the air battery 100 according to the present embodiment includes the power generation unit / charging unit including the negative electrode current collector 120 and the air electrode 111 and the mixed liquid in which the negative electrode particles are dispersed (hereinafter, also referred to as “slurry liquid”). Is a completely separated configuration. Therefore, it is possible to perform mechanical charging in a short time (typically several seconds to several minutes) by exchanging the mixed liquid with a new mixed liquid (slurry liquid) after discharging the air battery 100. It becomes.

また、複数の発電部/充電部を電気的に直列または並列に接続して大容量化する場合であっても、混合液体の輸送経路を並列化するだけで機械充電を行なうことが可能である。そのため、大容量化のために複雑な構成とする必要はなく、複雑な操作も不要である。さらに、本実施形態の空気電池100によれば、混合液体の容量だけで空気電池100の容量を決めることができる。そのため、大容量で用いる場合であっても発電部分を増設する必要がない。そのため、密閉型の空気電池よりもさらに高エネルギー密度化を図ることが可能である。   In addition, even when a plurality of power generation units / charging units are electrically connected in series or in parallel to increase the capacity, it is possible to perform mechanical charging only by parallelizing the transport path of the mixed liquid. . Therefore, it is not necessary to have a complicated configuration for increasing the capacity, and complicated operation is not necessary. Furthermore, according to the air battery 100 of the present embodiment, the capacity of the air battery 100 can be determined only by the capacity of the mixed liquid. Therefore, it is not necessary to add a power generation part even when using a large capacity. Therefore, it is possible to achieve higher energy density than a sealed air battery.

また、本実施形態による空気電池100は、上述したように発電部/充電部と混合液体を貯蔵する貯蔵部を分離した構成とすることができるので、貯蔵部を大型化し、系全体のエネルギー密度を高めた利用方法が可能となる。また、負極が粉末状であるため、負極と電解液の界面は大面積となる。そのため大電流放電の設計が容易であることから、本実施形態の空気電池100は特に、大容量、大出力を必要とする移動体などアクチュエータを備えた機器の電源としての使用に適している。   In addition, since the air battery 100 according to the present embodiment can have a configuration in which the power generation unit / charging unit and the storage unit for storing the mixed liquid are separated as described above, the storage unit is enlarged and the energy density of the entire system is increased. It is possible to use with improved In addition, since the negative electrode is in powder form, the interface between the negative electrode and the electrolyte solution has a large area. Therefore, since the design of large current discharge is easy, the air battery 100 according to the present embodiment is particularly suitable for use as a power source for a device including an actuator such as a moving body that requires a large capacity and a large output.

以上述べたように、本実施形態の空気電池100によれば、大容量化に適した構成とした場合であっても、充電時間の短縮を図ることができる。   As described above, according to the air battery 100 of the present embodiment, the charging time can be shortened even when the configuration is suitable for increasing the capacity.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2は、本発明の第2の実施形態による空気電池200の構成を示す段面図である。本実施形態による空気電池200は、第1の実施形態の空気電池100を、特に放電用電池として用いる場合に適した構成としたものである。第1の実施形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a step view showing a configuration of an air battery 200 according to the second embodiment of the present invention. The air battery 200 according to the present embodiment has a configuration suitable for the case where the air battery 100 of the first embodiment is used as a discharge battery. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

空気電池200の正極集電体110が備える空気極111は、酸素分子に電子を供給して負極粒子が分散した混合液体中に酸素イオンを導入する。負極集電体120は、多孔質電導体からなる放電用負極集電体220を含む。循環構造140は、負極粒子としての金属粒子が分散した混合液体を、放電用負極集電体220を通過するように循環させる。そして、放電用負極集電体220は、金属粒子を捕獲し、金属粒子が酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出する。   The air electrode 111 provided in the positive electrode current collector 110 of the air battery 200 supplies electrons to oxygen molecules and introduces oxygen ions into the mixed liquid in which the negative electrode particles are dispersed. The negative electrode current collector 120 includes a discharge negative electrode current collector 220 made of a porous conductor. The circulation structure 140 circulates the mixed liquid in which the metal particles as the negative electrode particles are dispersed so as to pass through the negative electrode current collector 220 for discharge. Then, the discharge negative electrode current collector 220 captures the metal particles and derives electrons that are emitted when the metal particles are combined with oxygen ions.

本実施形態による空気電池200の構成について、図2を用いてさらに詳細に説明する。   The configuration of the air battery 200 according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG.

空気極111は、酸素透過性、撥水性、および導電性を備え、触媒を担持している。放電用負極集電体220は、金属粒子の径よりも小さい開口を有し、かつ電解液を通過させる電気伝導性を有する多孔質からなる。ここで、負極金属としてリチウムを用い、金属粒子はリチウムを主成分とすることができる。   The air electrode 111 has oxygen permeability, water repellency, and conductivity, and supports a catalyst. The discharge negative electrode current collector 220 is made of a porous material having an opening smaller than the diameter of the metal particles and having electrical conductivity through which the electrolytic solution passes. Here, lithium can be used as the negative electrode metal, and the metal particles can be mainly composed of lithium.

セパレータ130は多孔質樹脂などからなり、放電用負極集電体220と空気極111の間に配置している。セパレータは放電用負極集電体220とセパレータ支持体によって支持された構成とすることができる。また、正極集電体110は空気極111の反応面を除いた部分を覆う支持体240によって支持される。   The separator 130 is made of a porous resin or the like, and is disposed between the discharge negative electrode current collector 220 and the air electrode 111. The separator can be configured to be supported by the discharge negative electrode current collector 220 and the separator support. The positive electrode current collector 110 is supported by a support 240 that covers a portion of the air electrode 111 excluding the reaction surface.

支持体240は、放電用負極集電体220の近傍に混合液体を導入するための混合液体流入口241と、セパレータと空気極111の間に放電後の電解液を流出するための反応液流出口242を備え、循環構造140を構成している。なお、支持体240の形状は空気極111と放電用負極集電体220の間に電解液を保持することが可能な形状であれば、円柱形状であっても板状であってもその他の形状であっても良い。   The support 240 has a mixed liquid inflow port 241 for introducing a mixed liquid in the vicinity of the discharge negative electrode current collector 220 and a reaction liquid flow for discharging the discharged electrolytic solution between the separator and the air electrode 111. An outlet 242 is provided to constitute the circulation structure 140. The support 240 may have a cylindrical shape or a plate shape as long as the electrolyte solution can be held between the air electrode 111 and the discharge negative electrode current collector 220. The shape may be sufficient.

正極集電体110および放電用負極集電体220に電力を取り出すための電極端子212、222をそれぞれ接続することが望ましい。なお、少なくとも空気極111と放電用負極集電体220の間の接点は絶縁体で構成する必要がある。また、空気極111の表面にガス拡散透過膜213を備えた構成としてもよい。   It is desirable to connect electrode terminals 212 and 222 for extracting power to the positive electrode current collector 110 and the discharge negative electrode current collector 220, respectively. Note that at least the contact between the air electrode 111 and the discharge negative electrode current collector 220 needs to be formed of an insulator. Further, the gas diffusion permeable membrane 213 may be provided on the surface of the air electrode 111.

次に、本実施形態による空気電池200の動作について説明する。   Next, the operation of the air battery 200 according to the present embodiment will be described.

まず、輸送装置としてのポンプなどの動作によって、支持体240の下部に設けられた混合液体流入口241から混合液体(スラリ液体)が導入される。ここで、負極金属としてリチウムを用いる場合を例に説明すると、電解液と金属リチウム粒子からなるスラリ液体は放電用負極集電体220に達する。このとき、金属リチウム粒子は数μmから数百μm程度の大きさであるので、放電用負極集電体220を構成する多孔質によってトラップされる。一方、電解液を構成する分子や支持塩となるアニオンやカチオン(例えば、リチウムイオンやビス(フルオロスルホニル)イミド等)はたかだか数nm程度の大きさであるため、多孔質のメッシュを透過することが可能である。そのため、金属リチウム粒子のみが放電用負極集電体220にトラップされ、電解液は放電用負極集電体220と空気極111の間に充満し、反応液流出口242から流出する。   First, the mixed liquid (slurry liquid) is introduced from the mixed liquid inlet 241 provided at the lower part of the support 240 by the operation of a pump or the like as a transport device. Here, the case where lithium is used as the negative electrode metal will be described as an example. The slurry liquid composed of the electrolytic solution and the metal lithium particles reaches the negative electrode current collector 220 for discharge. At this time, since the metal lithium particles have a size of about several μm to several hundred μm, they are trapped by the porous material constituting the discharge negative electrode current collector 220. On the other hand, the anions and cations (for example, lithium ions and bis (fluorosulfonyl) imide) that constitute the electrolyte solution and the supporting salt are about several nanometers in size, so that they pass through the porous mesh. Is possible. Therefore, only metallic lithium particles are trapped in the discharge negative electrode current collector 220, and the electrolyte fills between the discharge negative electrode current collector 220 and the air electrode 111, and flows out from the reaction solution outlet 242.

トラップされた金属リチウム粒子は外部負荷を通して電子を空気極111へ送出し、イオン化した後にセパレータを通過して空気極111まで移動する。一方、空気極111の近傍では大気中の酸素が電子を受け取り、リチウムイオンと結合することによってリチウム酸化物となり、反応液流出口242から流出する。すなわち、金属リチウム粒子は負極集電体上に集積され、負極反応が進行することによって、負極集電体と空気極の間に電解液を有するリチウム空気電池が構成されることになる。放電によって金属リチウム粒子が溶解すると、輸送装置によって新しい電解液および金属リチウム粒子を含む混合液体が順次供給され、放電を持続する。   The trapped lithium metal particles send electrons to the air electrode 111 through an external load, and after ionization, pass through the separator and move to the air electrode 111. On the other hand, in the vicinity of the air electrode 111, oxygen in the atmosphere receives electrons and combines with lithium ions to become lithium oxide and flows out from the reaction solution outlet 242. That is, metallic lithium particles are accumulated on the negative electrode current collector, and a negative electrode reaction proceeds to form a lithium-air battery having an electrolyte between the negative electrode current collector and the air electrode. When the metal lithium particles are dissolved by the discharge, a new liquid electrolyte and a mixed liquid containing the metal lithium particles are sequentially supplied by the transport device, and the discharge is continued.

このように本実施形態による空気電池200は、放電用負極集電体220および空気極111などからなる発電部/充電部と、負極粒子が分散した混合液体とが完全に分離された構成である。そのため、空気電池200の放電を行った後に、混合液体を新たな混合液体と交換することにより、短時間で機械充電を行なうことが可能となる。そのため、本実施形態の空気電池200によれば、大容量化に適した構成とした場合であっても、充電時間の短縮を図ることができる。   As described above, the air battery 200 according to the present embodiment has a configuration in which the power generation unit / charging unit including the discharge negative electrode current collector 220 and the air electrode 111 and the mixed liquid in which the negative electrode particles are dispersed are completely separated. . Therefore, after discharging the air battery 200, it is possible to perform mechanical charging in a short time by exchanging the mixed liquid with a new mixed liquid. Therefore, according to the air battery 200 of the present embodiment, the charging time can be shortened even when the configuration is suitable for increasing the capacity.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図3は、本発明の第3の実施形態による空気電池300の構成を示す段面図である。本実施形態による空気電池300は、第1の実施形態の空気電池100を、特に充電用電池として用いる場合に適した構成としたものである。第1の実施形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a step view showing a configuration of an air battery 300 according to the third embodiment of the present invention. The air battery 300 according to the present embodiment has a configuration suitable for the case where the air battery 100 of the first embodiment is used as a charging battery. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

空気電池300の正極集電体110が備える空気極111は、金属粒子と酸素が反応することによって生じる金属酸化物に電子を供給して、電界液中に酸素イオンを発生させる。負極集電体120は、表面に凹凸構造を有する充電用負極集電体320を含む。循環構造140は、負極粒子としての金属酸化物が分散した混合液体を、正極集電体110と充電用負極集電体320の間で循環させる。そして、充電用負極集電体320は、金属粒子を析出させ、酸素イオンから電子を獲得する。   The air electrode 111 provided in the positive electrode current collector 110 of the air battery 300 supplies electrons to the metal oxide generated by the reaction between the metal particles and oxygen to generate oxygen ions in the electric field liquid. The negative electrode current collector 120 includes a charging negative electrode current collector 320 having a concavo-convex structure on the surface. The circulation structure 140 circulates a mixed liquid in which metal oxides as negative electrode particles are dispersed between the positive electrode current collector 110 and the negative electrode current collector 320 for charging. Then, the negative electrode current collector 320 for charging deposits metal particles and acquires electrons from oxygen ions.

本実施形態による空気電池300の構成について、図3を用いてさらに詳細に説明する。   The configuration of the air battery 300 according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG.

空気極111は、酸素透過性、撥水性、および導電性を備え、触媒を担持している。充電用負極集電体320は、発電部の内部表面を溝状に加工した形状が望ましい。   The air electrode 111 has oxygen permeability, water repellency, and conductivity, and supports a catalyst. The charging negative electrode current collector 320 preferably has a shape obtained by processing the inner surface of the power generation unit into a groove shape.

セパレータ130は多孔質樹脂などからなり、充電用負極集電体320と空気極111の間に配置している。また、正極集電体110は空気極111の反応面を除いた周辺部分を覆う支持体340によって支持される。   The separator 130 is made of a porous resin or the like, and is disposed between the charging negative electrode current collector 320 and the air electrode 111. The positive electrode current collector 110 is supported by a support 340 that covers the peripheral portion of the air electrode 111 excluding the reaction surface.

支持体340は、空気極111とセパレータ130の間に放電後の電解液を導入するための反応液流入口341と、充電用負極集電体320とセパレータ130の間に混合液体を導出するための混合液体流出口342を備える。なお、支持体340の形状は空気極111と充電用負極集電体320の間に電解液を保持することが可能な形状であれば、円柱形状であっても板状であってもその他の形状であっても良い。   The support 340 leads the reaction liquid inlet 341 for introducing the electrolytic solution after discharge between the air electrode 111 and the separator 130, and the mixed liquid between the negative electrode current collector 320 for charging and the separator 130. The mixed liquid outlet 342 is provided. Note that the shape of the support 340 may be a columnar shape, a plate shape, or the like as long as the electrolyte solution can be held between the air electrode 111 and the negative electrode current collector 320 for charging. The shape may be sufficient.

また、混合液体を循環させる輸送装置350を、充電用負極集電体320に輸送装置350の振動が伝達する位置に配置することができる。この場合、輸送装置350と支持体340が循環構造140を構成する。具体的には例えば、図3に示すように、輸送装置350としてのピエゾポンプの一面を充電用負極集電体320の裏面側に固定して配置すればよい。   Further, the transport device 350 that circulates the mixed liquid can be disposed at a position where the vibration of the transport device 350 is transmitted to the negative electrode current collector 320 for charging. In this case, the transport device 350 and the support 340 constitute the circulation structure 140. Specifically, for example, as shown in FIG. 3, one surface of the piezo pump as the transport device 350 may be fixed to the back surface side of the charging negative electrode current collector 320.

正極集電体110および充電用負極集電体320に電力を取り出すための電極端子312、322をそれぞれ接続することが望ましい。なお、少なくとも空気極111と充電用負極集電体320の間の接点は絶縁体で構成する必要がある。また、空気極111の表面にガス拡散透過膜213を備えた構成としてもよい。   It is desirable to connect electrode terminals 312 and 322 for extracting electric power to the positive electrode current collector 110 and the charging negative electrode current collector 320, respectively. Note that at least the contact between the air electrode 111 and the charging negative electrode current collector 320 needs to be formed of an insulator. Further, the gas diffusion permeable membrane 213 may be provided on the surface of the air electrode 111.

次に、本実施形態による空気電池300の動作について説明する。   Next, the operation of the air battery 300 according to the present embodiment will be described.

まず、輸送装置350としてのポンプの動作によって、支持体340の上部に設けられた反応液流入口341から、電解液と金属酸化物の混合液体が導入される。ここで、負極金属としてリチウムを用いる場合を例に説明すると、金属酸化物としてのリチウム酸化物はセパレータ130によってトラップされる。一方、電解液は充電用負極集電体320と空気極111の間に充満し、支持体340の下部に設けられた混合液体流出口342から流出する。   First, a mixed liquid of an electrolytic solution and a metal oxide is introduced from a reaction liquid inflow port 341 provided at an upper portion of the support 340 by an operation of a pump as the transport device 350. Here, a case where lithium is used as the negative electrode metal will be described as an example. The lithium oxide as the metal oxide is trapped by the separator 130. On the other hand, the electrolytic solution fills between the charging negative electrode current collector 320 and the air electrode 111 and flows out from the mixed liquid outlet 342 provided at the lower portion of the support 340.

空気極111と充電用負極集電体320の間に電力を供給すると、空気極111近傍のリチウム酸化物が分解され、リチウムが充電用負極集電体320上に析出する。充電用負極集電体320の凹凸構造を有する集電体表面に析出したリチウムは、リチウム金属内部の内圧差とポンプによる振動によってデンドライト状に析出する。ここで、空気極111と充電用負極集電体320の間で微弱放電を行うと、デンドライト結晶の根元部分が溶け出し、デンドライト結晶の粉末が電解液中に放出される。その後、ポンプによって空気電池300の外部に排出される。   When power is supplied between the air electrode 111 and the charging negative electrode current collector 320, lithium oxide in the vicinity of the air electrode 111 is decomposed and lithium is deposited on the charging negative electrode current collector 320. Lithium deposited on the surface of the current collector having a concavo-convex structure of the negative electrode current collector 320 for charging is deposited in a dendrite shape due to an internal pressure difference inside the lithium metal and vibration by a pump. Here, when a weak discharge is performed between the air electrode 111 and the negative electrode current collector 320 for charging, the root portion of the dendrite crystal is melted, and the powder of the dendrite crystal is released into the electrolytic solution. Thereafter, the air is discharged outside the air battery 300 by a pump.

ここで、金属リチウムの析出について、さらに詳細に説明する。上述したように、充電用負極集電体320の集電体表面には、反応生成物であるリチウム酸化物(LiO、LiOなど)が含まれた電解液から金属リチウムが析出する。 Here, the deposition of metallic lithium will be described in more detail. As described above, metallic lithium is deposited from the electrolytic solution containing lithium oxide (LiO, LiO 2, etc.) as a reaction product on the current collector surface of the negative electrode current collector 320 for charging.

金属リチウムの析出に関して、リチウムイオン電池などのリチウム系電池を充電する際に、負極上にリチウムの針状結晶(デンドライト)が析出することが知られている。このデンドライト発生のメカニズムについては、電極表面にメッキされたリチウムが不均一に析出された場合に内部圧力差が生じ、局所的に高圧となった部位の表面が構造的に安定なデンドライト結晶となる、と考えられている。また、デンドライトが生成された状態で弱電流を放電すると、リチウム間の相互作用の小さいデンドライトの根元部分から溶解が始まり、電極表面のリチウムが切り離される。   Regarding the deposition of lithium metal, it is known that when a lithium-based battery such as a lithium ion battery is charged, lithium needle crystals (dendrites) are deposited on the negative electrode. Regarding the mechanism of the dendrite generation, when lithium plated on the electrode surface is deposited non-uniformly, an internal pressure difference occurs, and the surface of the locally high pressure portion becomes a structurally stable dendrite crystal. ,It is believed that. Further, when a weak current is discharged in a state where dendrites are generated, dissolution starts from the root portion of the dendrites where the interaction between lithium is small, and lithium on the electrode surface is cut off.

リチウムは負極集電体の表面を覆って析出するが、負極集電体の表面を凹凸構造とした場合、または負極集電体を加振した場合には、リチウム内部の圧力均衡が急激に破られ、デンドライト結晶が生じる。このとき、定期的に微弱放電を行なうことなどによって、デンドライト結晶を強制的に負極集電体の表面から離脱させることが可能である。   Lithium deposits over the surface of the negative electrode current collector. However, when the surface of the negative electrode current collector has an uneven structure, or when the negative electrode current collector is vibrated, the pressure balance inside the lithium is suddenly broken. Dendrite crystals are formed. At this time, the dendrite crystal can be forcibly detached from the surface of the negative electrode current collector by periodically performing weak discharge.

以上説明したように、本実施形態による空気電池300によれば、金属粒子、例えばリチウム粒子を用いたリチウム金属空気電池であっても、リチウム酸化物が分散した混合液体(スラリ液体)の再生を電気的に行なうことが可能である。すなわち、リチウム金属空気電池の充電を電気的に行うことができる。そのため、充電時間を長時間必要とする電気充電と、液体交換による急速な機械充電を使い分けることが可能になる。   As described above, according to the air battery 300 according to the present embodiment, even a lithium metal air battery using metal particles, for example, lithium particles, can regenerate a mixed liquid (slurry liquid) in which lithium oxide is dispersed. It can be done electrically. That is, the lithium metal air battery can be charged electrically. For this reason, it is possible to selectively use electric charging that requires a long charging time and rapid mechanical charging by liquid exchange.

例えば、本実施形態による空気電池300を電気自動車等に用いる場合、数分間の短い時間で機械充電を行い、リチウム酸化物が分散した混合液体を電力スタンドなどの充電装置内部で長時間かけてリチウム粒子に還元するシステムを構成することができる。または、電力スタンドを使用せずに、電気自動車の内部で長時間かけて充電を行うシステムなどを構築することも可能である。   For example, when the air battery 300 according to the present embodiment is used for an electric vehicle or the like, mechanical charging is performed in a short time of several minutes, and the mixed liquid in which lithium oxide is dispersed is lithium over a long time inside a charging device such as a power stand. A system that reduces to particles can be constructed. Alternatively, it is possible to construct a system that performs charging for a long time inside an electric vehicle without using a power stand.

このように本実施形態による空気電池300は、充電用負極集電体320および空気極111などからなる発電部/充電部と、負極粒子が分散した混合液体とが完全に分離された構成である。そのため、空気電池300の放電を行った後に、混合液体を新たな混合液体と交換することにより、短時間で機械充電を行なうことが可能となる。そのため、本実施形態の空気電池300によれば、大容量化に適した構成とした場合であっても、充電時間の短縮を図ることができる。   As described above, the air battery 300 according to the present embodiment has a configuration in which the power generation unit / charging unit including the charging negative electrode current collector 320 and the air electrode 111 and the mixed liquid in which the negative electrode particles are dispersed are completely separated. . Therefore, after discharging the air battery 300, it is possible to perform mechanical charging in a short time by exchanging the mixed liquid with a new mixed liquid. Therefore, according to the air battery 300 of the present embodiment, the charging time can be shortened even when the configuration is suitable for increasing the capacity.

〔第4の実施形態〕
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図4は、本発明の第4の実施形態による空気電池400の構成を示す段面図である。本実施形態による空気電池400は、第1の実施形態の空気電池100を、特に、放電用電池および充電用電池として用いる場合に適した構成としたものである。第1の実施形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a step view showing a configuration of an air battery 400 according to the fourth embodiment of the present invention. The air battery 400 according to the present embodiment has a configuration suitable when the air battery 100 of the first embodiment is used as a discharge battery and a charge battery. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

空気電池400の正極集電体110が備える空気極111は、酸素分子に電子を供給して負極粒子が分散した混合液体中に酸素イオンを導入する。また、空気極111は金属粒子と酸素が反応することによって生じる金属酸化物に電子を供給して、電界液中に酸素イオンを発生させる。   The air electrode 111 provided in the positive electrode current collector 110 of the air battery 400 supplies electrons to oxygen molecules to introduce oxygen ions into the mixed liquid in which the negative electrode particles are dispersed. The air electrode 111 supplies electrons to the metal oxide generated by the reaction between the metal particles and oxygen to generate oxygen ions in the electrolysis solution.

負極集電体120は、多孔質電導体からなる放電用負極集電体220と、表面に凹凸構造を有する充電用負極集電体320を含む。   The negative electrode current collector 120 includes a discharge negative electrode current collector 220 made of a porous conductor, and a charging negative electrode current collector 320 having a concavo-convex structure on the surface.

循環構造140は、負極粒子としての金属粒子が分散した混合液体を、放電用負極集電体220を通過するように循環させる。このとき放電用負極集電体220は、金属粒子を捕獲し、金属粒子が酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出する。   The circulation structure 140 circulates the mixed liquid in which the metal particles as the negative electrode particles are dispersed so as to pass through the negative electrode current collector 220 for discharge. At this time, the discharge negative electrode current collector 220 captures the metal particles and derives electrons to be emitted when the metal particles are combined with oxygen ions.

また、循環構造140は、負極粒子としての金属酸化物が分散した混合液体を、正極集電体110と充電用負極集電体320の間で循環させる。このとき充電用負極集電体320は、金属粒子を析出させ、酸素イオンから電子を獲得する。   The circulation structure 140 circulates the mixed liquid in which the metal oxide as the negative electrode particles is dispersed between the positive electrode current collector 110 and the charging negative electrode current collector 320. At this time, the negative electrode current collector 320 for charging deposits metal particles and acquires electrons from oxygen ions.

本実施形態による空気電池400の構成について、図4を用いてさらに詳細に説明する。   The configuration of the air battery 400 according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG.

空気極111は、酸素透過性、撥水性、および導電性を備え、触媒を担持している。放電用負極集電体220は、金属粒子の径よりも小さい開口を有し、かつ電解液を通過させる電気伝導性を有する多孔質からなる。一方、充電用負極集電体320は発電部の内部表面を溝状に加工した形状が望ましい。   The air electrode 111 has oxygen permeability, water repellency, and conductivity, and supports a catalyst. The discharge negative electrode current collector 220 is made of a porous material having an opening smaller than the diameter of the metal particles and having electrical conductivity through which the electrolytic solution passes. On the other hand, the charging negative electrode current collector 320 preferably has a shape obtained by processing the inner surface of the power generation unit into a groove shape.

セパレータ130は多孔質樹脂などからなり、放電用負極集電体220と空気極111の間に、放電用負極集電体220と近接して配置している。また、正極集電体110は空気極111の反応面を除いた周辺部分を覆う支持体440によって支持される。   The separator 130 is made of a porous resin or the like, and is disposed between the discharge negative electrode current collector 220 and the air electrode 111 in the vicinity of the discharge negative electrode current collector 220. Further, the positive electrode current collector 110 is supported by a support body 440 that covers a peripheral portion of the air electrode 111 excluding the reaction surface.

支持体440は、空気極111とセパレータ130の間に放電後の電解液を導入、導出するための反応液流入流出口441を備える。さらに、放電用負極集電体220と充電用負極集電体320の間に混合液体を導入、導出するための混合液体流入流出口442を備える。なお、支持体440の形状は空気極111と充電用負極集電体320の間に電解液を保持することが可能な形状であれば、円柱形状であっても板状であってもその他の形状であっても良い。   The support 440 includes a reaction solution inflow / outflow port 441 for introducing and deriving the electrolytic solution after discharge between the air electrode 111 and the separator 130. Furthermore, a mixed liquid inflow / outflow port 442 for introducing and deriving the mixed liquid between the discharge negative electrode current collector 220 and the charge negative electrode current collector 320 is provided. Note that the shape of the support 440 may be a columnar shape, a plate shape, or the like as long as the electrolyte solution can be held between the air electrode 111 and the negative electrode current collector 320 for charging. It may be a shape.

また、混合液体を循環させる輸送装置350を、充電用負極集電体320に輸送装置350の振動が伝達する位置に配置することができる。この場合、輸送装置350と支持体440が循環構造140を構成する。   Further, the transport device 350 that circulates the mixed liquid can be disposed at a position where the vibration of the transport device 350 is transmitted to the negative electrode current collector 320 for charging. In this case, the transport device 350 and the support body 440 constitute the circulation structure 140.

正極集電体110、放電用負極集電体220、および充電用負極集電体320に電力を取り出すための電極端子412、222、322をそれぞれ接続することが望ましい。なお、少なくとも空気極111と放電用負極集電体220、および空気極111と充電用負極集電体320との間の接点はそれぞれ絶縁体で構成する必要がある。また、空気極111の表面にガス拡散透過膜213を備えた構成としてもよい。   It is desirable to connect electrode terminals 412, 222, and 322 for extracting power to the positive electrode current collector 110, the discharge negative electrode current collector 220, and the charge negative electrode current collector 320, respectively. Note that at least the contacts between the air electrode 111 and the discharging negative electrode current collector 220 and between the air electrode 111 and the charging negative electrode current collector 320 need to be made of an insulator. Further, the gas diffusion permeable membrane 213 may be provided on the surface of the air electrode 111.

次に、本実施形態による空気電池400の動作について説明する。   Next, the operation of the air battery 400 according to the present embodiment will be described.

本実施形態の空気電池400は、放電時には支持体440の下部に設けられた混合液体流入流出口442から混合液体を導入する。一方、充電時には放電時とは逆に、支持体440の上部に設けられた反応液流入流出口441から電解液と金属酸化物の混合液体を導入する。   The air battery 400 of the present embodiment introduces the mixed liquid from the mixed liquid inflow / outflow port 442 provided at the lower part of the support 440 during discharge. On the other hand, at the time of charging, a mixed liquid of an electrolytic solution and a metal oxide is introduced from a reaction solution inflow / outflow port 441 provided at the upper part of the support 440, contrary to the time of discharging.

さらに具体的に説明すると、本実施形態による空気電池400は、粉末、粒状、またはフィラー状などの微粒子構造を有する負極金属と、負極金属や酸素に対して不活性な電解液を混合した混合液体(スラリ液体)を循環させる。放電時には、スラリ液体中の負極金属をトラップすることによって酸素との反応による発電を行う。一方、充電時には、反応後の生成物から、粉末、粒状、またはフィラー状などの微粒子構造を持った負極金属と酸素を生成する。このような構成により、スラリ液体の循環系のみで充放電を実現し、かつ、スラリ液体を交換することによって高速な機械充電を実現することができる。   More specifically, the air battery 400 according to the present embodiment is a mixed liquid in which a negative electrode metal having a fine particle structure such as powder, granule, or filler is mixed with an electrolyte inactive to the negative electrode metal and oxygen. Circulate (slurry liquid). At the time of discharging, power is generated by reaction with oxygen by trapping the negative electrode metal in the slurry liquid. On the other hand, at the time of charging, negative electrode metal and oxygen having a fine particle structure such as powder, granule, or filler are generated from the product after reaction. With such a configuration, charge / discharge can be realized only by the slurry liquid circulation system, and high-speed mechanical charging can be realized by exchanging the slurry liquid.

本実施形態による空気電池400は、負極金属としてリチウムを用いる場合を例に説明すると、負極リチウムを微粒子構造とし非水系電解液と混合したスラリ液体を用いた構成とすることができる。放電過程では、多孔質構造を持った負極集電体がスラリ液体から負極リチウムをトラップすることによって化学電池構造が形成され、放電動作が行われる。   The air battery 400 according to the present embodiment will be described by taking a case where lithium is used as the negative electrode metal as an example. The air battery 400 may be configured to use a slurry liquid in which the negative electrode lithium has a fine particle structure and is mixed with a nonaqueous electrolytic solution. In the discharging process, the negative electrode current collector having a porous structure traps the negative electrode lithium from the slurry liquid, thereby forming a chemical battery structure and performing a discharging operation.

電気的な充放電と機械充電を両立するために、本実施形態による空気電池400では放電に用いる多孔質負極集電体とは別に、充電のために不均一な表面を有する負極集電体を備えた構成とした。不均一な表面を有する負極集電体は、リチウムのような軟性金属に対して微細な針状結晶(デンドライト)の成長を促進し、針状結晶は電解液中に離脱する。これにより、反応後の電解液から、負極金属と電解液の混合物であるスラリ液体を再生することが可能となる。   In order to achieve both electrical charging and discharging and mechanical charging, the air battery 400 according to the present embodiment uses a negative electrode current collector having a non-uniform surface for charging separately from the porous negative electrode current collector used for discharging. The configuration was provided. The negative electrode current collector having a non-uniform surface promotes the growth of fine needle crystals (dendrites) with respect to a soft metal such as lithium, and the needle crystals are detached into the electrolytic solution. Thereby, it becomes possible to reproduce | regenerate the slurry liquid which is a mixture of a negative electrode metal and electrolyte solution from the electrolyte solution after reaction.

上述したように、本実施形態による空気電池400は、放電用負極集電体220、充電用負極集電体320、および空気極111などからなる発電部/充電部と、負極粒子が分散した混合液体とが完全に分離された構成である。そのため、空気電池400の放電を行った後に、混合液体を新たな混合液体と交換することにより、短時間で機械充電を行なうことが可能となる。そのため、本実施形態の空気電池400によれば、大容量化に適した構成とした場合であっても、充電時間の短縮を図ることができる。   As described above, the air battery 400 according to the present embodiment includes the power generation unit / charging unit including the discharge negative electrode current collector 220, the charge negative electrode current collector 320, the air electrode 111, and the like, and a mixture in which the negative electrode particles are dispersed. The liquid is completely separated from the liquid. Therefore, after discharging the air battery 400, it is possible to perform mechanical charging in a short time by exchanging the mixed liquid with a new mixed liquid. Therefore, according to the air battery 400 of the present embodiment, the charging time can be shortened even when the configuration is suitable for increasing the capacity.

次に、本実施形態による空気電池の充放電方法について説明する。   Next, the charging / discharging method of the air battery according to the present embodiment will be described.

本実施形態の空気電池の充放電方法によれば、まず、金属粒子と電解液とを混合することによって金属粒子を分散させた混合液体を作成する。そして、この混合液体を、空気極を備えた正極集電体と負極集電体の間で循環させる。また、空気極から酸素分子に電子を供給して酸素イオンを発生させる。このとき、負極集電体によって金属粒子を捕獲し、金属粒子が酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出することによって放電する。   According to the charge / discharge method of the air battery of this embodiment, first, a mixed liquid in which metal particles are dispersed is prepared by mixing metal particles and an electrolytic solution. And this mixed liquid is circulated between the positive electrode collector provided with the air electrode, and the negative electrode collector. Further, electrons are supplied from the air electrode to oxygen molecules to generate oxygen ions. At this time, the metal particles are captured by the negative electrode current collector and discharged by deriving electrons emitted when the metal particles are combined with oxygen ions.

また、金属粒子と酸素イオンを反応させることによって金属酸化物を生成し、金属酸化物を正極集電体と負極集電体の間で循環させる。このとき、金属酸化物に電子を供給して酸素イオンを発生させ、金属粒子を負極集電体に析出させることにより充電する。   Further, a metal oxide is generated by reacting metal particles with oxygen ions, and the metal oxide is circulated between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. At this time, charging is performed by supplying electrons to the metal oxide to generate oxygen ions and depositing metal particles on the negative electrode current collector.

上述した構成とすることにより、本実施形態による空気電池の充放電方法によれば、放電および充電過程と金属粒子の供給過程が分離されるので、大容量化に適した構成とした場合であっても、充電時間の短縮を図ることができる。   With the above-described configuration, according to the charge / discharge method of the air battery according to the present embodiment, the discharge and charging process and the supply process of the metal particles are separated. However, the charging time can be shortened.

また、本実施形態の空気電池の充放電方法において、金属粒子を負極集電体に析出させて析出金属構造を作成した後に、析出金属構造から析出金属粒子を作成し、析出金属粒子を電解液と混合させることによって混合液体を作成することとしてもよい。なお、析出金属構造から析出金属粒子を作成する際に、析出金属構造に対し振動を付加する工程を行うことができる。また、このとき、析出金属構造を電極として放電を行うこととしてもよい。   Moreover, in the charge / discharge method of the air battery of this embodiment, after depositing metal particles on the negative electrode current collector to create a deposited metal structure, the deposited metal particles are created from the deposited metal structure, and the deposited metal particles are electrolyzed. It is good also as making a liquid mixture by making it mix with. In addition, when producing the deposited metal particles from the deposited metal structure, a step of adding vibration to the deposited metal structure can be performed. At this time, discharge may be performed using the deposited metal structure as an electrode.

〔第5の実施形態〕
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図5は、本発明の第5の実施形態による空気電池システム1000の構成を示す段面図である。本実施形態による空気電池システム1000は、上述した第1の実施形態から第4の実施形態による空気電池のいずれかである空気電池1100を有する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a step view showing a configuration of an air battery system 1000 according to the fifth embodiment of the present invention. The air battery system 1000 according to this embodiment includes an air battery 1100 that is one of the air batteries according to the first to fourth embodiments described above.

本実施形態の空気電池システム1000は、空気電池1100を収容する容器1110、混合液体容器1200、および反応液容器1300を備える。   The air battery system 1000 of the present embodiment includes a container 1110 that houses the air battery 1100, a mixed liquid container 1200, and a reaction liquid container 1300.

混合液体容器1200は、負極粒子としての金属粒子が分散した混合液体1210を収容する。反応液容器1300は、金属粒子と酸素が反応することによって生じる金属酸化物が分散した混合液体である反応液1310を収容する。ここで、混合液体容器1200は、容器1110と負極集電体120の近傍で接続され、反応液容器1300は、容器1110と正極集電体110の近傍で接続される。   The mixed liquid container 1200 contains a mixed liquid 1210 in which metal particles as negative electrode particles are dispersed. The reaction liquid container 1300 contains a reaction liquid 1310 that is a mixed liquid in which metal oxides generated by the reaction between metal particles and oxygen are dispersed. Here, the mixed liquid container 1200 is connected in the vicinity of the container 1110 and the negative electrode current collector 120, and the reaction liquid container 1300 is connected in the vicinity of the container 1110 and the positive electrode current collector 110.

本実施形態による空気電池システム1000の構成について、図5を用いてさらに詳細に説明する。   The configuration of the air battery system 1000 according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG.

混合液体1210は、粉末、粒状、またはフィラー状などの微粒子構造を有する金属粒子、例えばリチウム金属粒子と有機電解液とを混合したスラリ液体である。混合液体容器1200は、電解液に対して耐腐食性を有する材料によって形成されている。なお、反応液容器1300も放電後の電解液である反応液1310に対して耐腐食性を有する材料によって形成されている。   The mixed liquid 1210 is a slurry liquid obtained by mixing metal particles having a fine particle structure such as powder, granule, or filler, for example, lithium metal particles and an organic electrolyte. The mixed liquid container 1200 is made of a material having corrosion resistance to the electrolytic solution. The reaction liquid container 1300 is also formed of a material having corrosion resistance with respect to the reaction liquid 1310 that is the electrolytic solution after discharge.

また、空気電池システム1000は、混合液体を循環させる輸送装置1400を備え、容器1110と混合液体容器1200および反応液容器1300とをそれぞれ接続する接続管1500を有する構成とすることができる。なお、混合液体が空気電池1100以外の領域で大気中の酸素と接触したり、水分子が溶解したりすることがないように、窒素ガスを封入し密閉する等の措置を取ることが望ましい。   In addition, the air battery system 1000 may include a transport device 1400 that circulates the mixed liquid, and may include a connection pipe 1500 that connects the container 1110, the mixed liquid container 1200, and the reaction liquid container 1300, respectively. In addition, it is desirable to take measures such as sealing with nitrogen gas so that the mixed liquid does not come into contact with oxygen in the atmosphere in a region other than the air battery 1100 and water molecules are not dissolved.

さらに、空気電池システム1000は、放電時における電流または電圧降下を計測して輸送装置1400を制御する制御装置1600を備えることとしてもよい。また、放電電流の安定化を行なうために蓄電装置1700を接続することとしてもよい。なお、制御装置1600と空気電池1100、輸送装置1400、および蓄電装置1700は、それぞれ電力線1800で接続される。   Furthermore, the air battery system 1000 may include a control device 1600 that controls a transport device 1400 by measuring a current or voltage drop during discharge. Alternatively, power storage device 1700 may be connected to stabilize the discharge current. Control device 1600 and air battery 1100, transport device 1400, and power storage device 1700 are each connected by power line 1800.

上述した輸送装置1400として、チューブポンプまたはピエゾポンプなどの一般的なポンプを用いることができる。これに限らず、ガス圧や重力を用いて受動的に輸送を行なうこととしてもよい。ポンプを用いて輸送する場合には、接続管1500による輸送経路内に配置すればよい。ただし、金属粒子の析出を促進するため、負極集電体120に輸送装置1400の振動が伝達する位置に配置することがより望ましい。   As the transport device 1400 described above, a general pump such as a tube pump or a piezo pump can be used. It is good also as not only this but transporting passively using gas pressure or gravity. What is necessary is just to arrange | position in the transport route by the connection pipe 1500, when transporting using a pump. However, in order to promote the precipitation of the metal particles, it is more desirable to arrange the metal particles at a position where the vibration of the transport device 1400 is transmitted to the negative electrode current collector 120.

上述した容器1110、接続管1500、および輸送装置1400を構成する材料は、電解液や負極金属と化学反応を起こさない絶縁材料であればよい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、あるいはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン・プロピレン・ジエンマ・モノマー(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。   The material constituting the container 1110, the connecting pipe 1500, and the transport device 1400 described above may be an insulating material that does not cause a chemical reaction with the electrolytic solution or the negative electrode metal. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorine-containing resins such as fluorine rubber, or thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, ethylene / propylene / diene monomer / monomers (EPDM), sulfonated EPDM, Natural butyl rubber (NBR) or the like can be used alone or as a mixture of two or more.

また、容器1110、接続管1500、および空気電池1100を構成する支持体は、必ずしも個別に形成されている必要はなく、一部あるいはすべてを一体成型としたものを用いることができる。また、それらの形状および配置方法は特に限定されるものではない。   Moreover, the support body which comprises the container 1110, the connection pipe 1500, and the air battery 1100 does not necessarily need to be formed separately, and a part or all of them can be integrally molded. Moreover, those shapes and arrangement methods are not particularly limited.

上述の説明では、空気電池システム1000は空気電池1100を一個だけ備える場合について説明したが、図6に示すように、複数個の空気電池1100を電気的に直列または並列に接続した構成としてもよい。図6に示した空気電池システム2000では、3個の空気電池1100を電気的に直列に接続し、混合液体が3個の空気電池1100を並列に流動するように接続管2500を接続した構成とした。このような構成により、空気電池システム2000では単純な構成で電流および電圧を増大することができ、さらなる大容量化を図ることができる。   In the above description, the case where the air battery system 1000 includes only one air battery 1100 has been described. However, as shown in FIG. 6, a plurality of air batteries 1100 may be electrically connected in series or in parallel. . The air battery system 2000 shown in FIG. 6 has a configuration in which three air batteries 1100 are electrically connected in series, and a connecting tube 2500 is connected so that a mixed liquid flows in parallel through the three air batteries 1100. did. With such a configuration, the air battery system 2000 can increase the current and voltage with a simple configuration, and can further increase the capacity.

また、図7に示した空気電池システム3000のように、混合液体容器と反応液容器を一体とした液体容器3250を有する構成としてもよい。ここで、液体容器3250は多孔質材料からなるフィルタ3300を備える。このフィルタ3300は混合液体1210と反応液1310を分離し、電解液のみを循環させることが可能である。   Moreover, it is good also as a structure which has the liquid container 3250 which integrated the liquid mixture container and the reaction liquid container like the air battery system 3000 shown in FIG. Here, the liquid container 3250 includes a filter 3300 made of a porous material. The filter 3300 can separate the mixed liquid 1210 and the reaction liquid 1310 and circulate only the electrolytic solution.

以上説明したように、本実施形態による空気電池システムによれば、大容量化に適した構成とした場合であっても、充電時間の短縮を図ることができる。   As described above, according to the air battery system of the present embodiment, the charging time can be shortened even when the configuration is suitable for increasing the capacity.

以下に、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

まず、本発明を実施するために用いることができる材料について説明する。   First, materials that can be used to carry out the present invention will be described.

電解液には、有機電解液、イオン液体(融解塩)など流動性のある非水系電解液のうち金属リチウムと直接反応を起こさず、電解液として機能するものであれば公知のものを用いることができる。電解液の粘性については、金属リチウムが電解液中に高効率で分散するように粘度調整することが可能である。   As the electrolytic solution, a known nonaqueous electrolytic solution such as an organic electrolytic solution or an ionic liquid (molten salt) may be used as long as it does not directly react with metallic lithium and functions as an electrolytic solution. Can do. The viscosity of the electrolytic solution can be adjusted so that metallic lithium is dispersed with high efficiency in the electrolytic solution.

有機電解液としては例えば、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、Li(CF3SO22N、Li(CF3SO3)、LiN(C25SO22等の公知の支持塩を、非プロトン性で鎖状構造を持たない有機溶媒に溶解したものを使用することができる。 Examples of the organic electrolyte include well-known LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 3 ), LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and the like. Can be used in which the supporting salt is dissolved in an aprotic organic solvent having no chain structure.

このような有機溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等が挙げられる。環状カーボネートとしては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニルカーボネート等がある。鎖状カーボネートとしては、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート等がある。環状エステルカーボネートとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等がある。環状エーテルとしては、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等がある。鎖状エーテルとしては、例えばジメトキシエタン、エチレングリコールジメチルエーテル等がある。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。また、イオン伝導体としては、そのほかにイオン液体などを用いてもよいし、これらを複数混合して用いてもよい。   Examples of such organic solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, cyclic esters, cyclic ethers, chain ethers, and the like. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, and vinyl carbonate. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), and methyl ethyl carbonate. Examples of the cyclic ester carbonate include gamma butyrolactone and gamma valerolactone. Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran. Examples of the chain ether include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether. These may be used alone or in combination. In addition, as the ionic conductor, an ionic liquid or the like may be used, or a plurality of these may be used in combination.

空気極としては例えば、触媒と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極材としたものを用いることができる。この正極材を正極集電体の表面に塗布して乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。また、充電用セルと放電用セルで異なる材料群を用いることもできる。   As an air electrode, for example, a catalyst, a conductive material, and a binder can be mixed, and an appropriate solvent can be added to form a paste-like positive electrode material. The positive electrode material may be applied to the surface of the positive electrode current collector and dried, and may be compressed to increase the electrode density as necessary. Different material groups may be used for the charging cell and the discharging cell.

空気極に用いる導電材には、正極の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(スチール、銅、ニッケル、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。   The conductive material used for the air electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance of the positive electrode. A mixture of one or more of black, carbon black, ketjen black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, metal (steel, copper, nickel, silver, gold, etc.) can be used.

空気極に用いる結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、あるいはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン・プロピレン・ジエンマ(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。   The binder used for the air electrode plays a role of connecting the active material particles and the conductive material particles. For example, a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), or fluororubber. Alternatively, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, ethylene / propylene / dienema (EPDM), sulfonated EPDM, and natural butyl rubber (NBR) can be used alone or as a mixture of two or more. In addition, an aqueous dispersion of cellulose or styrene butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, can also be used.

空気極の反応促進を行なうための触媒は、放電時に空気中の酸素が酸素イオンに還元されるものであれば特に限定されないが、例えば、触媒として、白金等の貴金属粉末のほか、マンガン、ニッケル、コバルトなどの各種金属酸化物(複合酸化物を含む)を用いることができる。また、金属ポルフィリン、金属フタロシアニンなどの有機金属錯体を用いてもよい。   The catalyst for promoting the reaction of the air electrode is not particularly limited as long as oxygen in the air is reduced to oxygen ions during discharge. For example, as a catalyst, in addition to noble metal powder such as platinum, manganese, nickel Various metal oxides (including complex oxides) such as cobalt can be used. Alternatively, an organometallic complex such as metal porphyrin or metal phthalocyanine may be used.

触媒材料、導電材および結着材を分散させる溶剤としては、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、スチレンとブタジエンを主成分とするラテックス(SBRラテックス)などのラテックスで活物質をスラリ化することとしてもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ、形状とすることができる。   Examples of the solvent for dispersing the catalyst material, the conductive material and the binder include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropyl. Organic solvents such as amine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran can be used. Further, a dispersant, a thickener, or the like may be added to water, and the active material may be slurried with a latex such as a latex mainly composed of styrene and butadiene (SBR latex). As the thickener, for example, polysaccharides such as carboxymethyl cellulose and methyl cellulose can be used alone or as a mixture of two or more. Examples of the application method include roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, and the like, and any of these can be used to obtain an arbitrary thickness and shape.

正極集電体としては、酸素の拡散を速やかに行わせるため、網状やメッシュ状など多孔体を用いることが好ましく、ステンレス鋼やニッケル、銅などの多孔体の金属板を用いることができる。なお、集電体の酸化を抑制するために、その表面に耐酸化性の金属または合金の被膜を被覆することとしてもよい。また、正極集電体の大気側表面には電解液の気化及び水の浸入を防ぐために、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの撥水性多孔質膜などを圧着し、酸素のみを選択透過させることが可能である。なお、正極集電体を撥水性多孔質膜などの不導体で覆う場合には、ニッケルリボンなどの導体をあらかじめ正極集電体に接続して外部に端子を露出する処置を行なう。   As the positive electrode current collector, a porous body such as a mesh or mesh is preferably used in order to cause oxygen to diffuse quickly, and a porous metal plate such as stainless steel, nickel, or copper can be used. In order to suppress the oxidation of the current collector, the surface thereof may be coated with an oxidation resistant metal or alloy film. In addition, a water-repellent porous membrane such as polytetrafluoroethylene (PTFE) is pressure-bonded to the surface of the positive electrode current collector on the atmosphere side in order to prevent the evaporation of the electrolyte and the infiltration of water, and selectively pass only oxygen. Is possible. When the positive electrode current collector is covered with a non-conductor such as a water repellent porous film, a conductor such as a nickel ribbon is previously connected to the positive electrode current collector to expose the terminal to the outside.

負極集電体材料としては、電池反応に直接影響を及ぼさない導電性材料を用いることができる。例えばステンレス鋼、銅、ニッケル、またはチタンなどを用いることができる。これらの金属の単体またはそれらの合金を用いてもよいし、表面を他の金属や合金で被覆して用いてもよい。こうした金属のほか、酸化物導電体やカーボンなどを用いることもできる。   As the negative electrode current collector material, a conductive material that does not directly affect the battery reaction can be used. For example, stainless steel, copper, nickel, or titanium can be used. These metals alone or alloys thereof may be used, or the surface may be coated with other metals or alloys. In addition to these metals, oxide conductors and carbon can also be used.

また、負極集電体構造を放電用セルとして用いる場合には、負極金属粉末をトラップ可能で電解液を透過可能な網目構造やメッシュ構造、スポンジ構造などの多孔質構造を用いることが出来る。負極金属を十分に利用するためには、負極集電体の目開き、孔径は可能な限り小さいほうが好ましい。具体的には例えば、チタンメッシュ、ニクロムメッシュ、ステンレスメッシュ、カーボンメッシュ、カーボンフェルト、およびこれらに類するものを用いることができる。充電用セルとして用いる場合には、板状の電極表面に対して化学処理や機械処理を施すことによって凹凸構造または溝構造を作成する。   Further, when the negative electrode current collector structure is used as a discharge cell, a porous structure such as a network structure, a mesh structure, or a sponge structure that can trap the negative electrode metal powder and permeate the electrolytic solution can be used. In order to fully utilize the negative electrode metal, it is preferable that the opening and the hole diameter of the negative electrode current collector be as small as possible. Specifically, for example, titanium mesh, nichrome mesh, stainless steel mesh, carbon mesh, carbon felt, and the like can be used. When used as a charging cell, a concavo-convex structure or a groove structure is created by subjecting a plate-like electrode surface to chemical treatment or mechanical treatment.

セパレータは、電解液を通す不導体多孔質膜であって、電解液に対して耐食性を示すものであれば特に限定されない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)多孔質膜またはポリエチレン不織布などを用いることができる。   The separator is not particularly limited as long as it is a non-conductive porous film that allows the electrolytic solution to pass therethrough and exhibits corrosion resistance to the electrolytic solution. For example, a polytetrafluoroethylene (PTFE) porous film or a polyethylene non-woven fabric can be used.

支持体は、内部の形状を保つ強度を有し、電池反応に直接影響を及ぼさない材料であって空気極と負極集電体を絶縁する材料であればよい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の含フッ素樹脂やポリエチレン等の熱可塑性樹脂のような樹脂素材を用いることができる。また、ステンレス鋼、銅、ニッケル、またはチタン等の金属や黒鉛などの伝導性素材の全部または一部を樹脂素材で被覆したもの、または複数の材料を多層構造にしたものを用いてもよい。また、空気極と負極集電体間の絶縁部だけを上記材料で構成し、その他の部位にはステンレス鋼、銅、ニッケル、またはチタン等の金属や黒鉛などの伝導性素材を用いることとしてもよい。   The support may be any material that has the strength to maintain the internal shape and does not directly affect the battery reaction and insulates the air electrode and the negative electrode current collector. For example, a resin material such as a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or a thermoplastic resin such as polyethylene can be used. Alternatively, a metal material such as stainless steel, copper, nickel, or titanium, or a conductive material such as graphite that is entirely or partially coated with a resin material, or a material that has a multilayer structure of a plurality of materials may be used. In addition, only the insulating part between the air electrode and the negative electrode current collector is made of the above material, and other parts may be made of a metal such as stainless steel, copper, nickel, or titanium, or a conductive material such as graphite. Good.

〔実施例1〕
本実施例は上述した第2の実施形態による空気電池200に対応する。本実施例の空気電池は、支持体、液体流路、カーボンペーパ、PTFE多孔質膜、液体流路、空気極、およびガス選択透過膜をこの順に構成し、ポリエーテルケトンケトン(PEEK)を角型に成型した支持体およびシリコーンによって封止する。
[Example 1]
This example corresponds to the air battery 200 according to the second embodiment described above. The air battery of this example is composed of a support, a liquid channel, carbon paper, a PTFE porous membrane, a liquid channel, an air electrode, and a gas permselective membrane in this order. Sealed with a support molded into a mold and silicone.

電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒とLi(CF3SO22N(LiTFSI)支持塩を用いたものを使用した。この電解液にリチウムワイヤを微細粉末状に切断したものを混合し、初回に用いる放電用のスラリ液体とした。 As the electrolytic solution, one using a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) and a Li (CF 3 SO 2 ) 2 N (LiTFSI) supporting salt was used. The electrolyte solution was mixed with lithium wire cut into a fine powder to form a slurry liquid for discharge used for the first time.

放電時には、混合液体が空気電池の下部から上部へ向けて流動するようにポンプを動作させ、放電用負極多孔質へリチウム金属を蓄積し発電を行う。電極は空気極から取り出したニッケルリボンを正極とし、カーボンペーパを負極集電体とする。   At the time of discharge, the pump is operated so that the mixed liquid flows from the lower part to the upper part of the air battery, and lithium metal is accumulated in the discharge negative electrode porous body to generate electric power. The electrode is a nickel ribbon taken out from the air electrode as a positive electrode and carbon paper as a negative electrode current collector.

〔実施例2〕
本実施例は上述した第3の実施形態による空気電池300に対応する。本実施例の空気電池は、銅板、スラリ液体経路、PTFE多孔質膜、スラリ液体経路、空気極、ガス選択透過膜をこの順に構成し、ポリエーテルケトンケトン(PEEK)を角型に成型した支持体およびシリコーンによって封止する。
[Example 2]
This example corresponds to the air battery 300 according to the third embodiment described above. The air battery of this example is composed of a copper plate, a slurry liquid path, a PTFE porous membrane, a slurry liquid path, an air electrode, and a gas permselective membrane in this order, and a support formed by molding polyether ketone ketone (PEEK) into a square shape. Seal with body and silicone.

銅板の平板面のうちスラリ液体と接触する表面に、幅が約50μmで間隔が約100μmの溝加工を行なうことにより充電用負極集電体とする。また銅板の反対側の面に、スラリ液体を流動させるポンプの底部を接着する。   A negative electrode current collector for charging is obtained by performing groove processing with a width of about 50 μm and an interval of about 100 μm on the surface of the copper plate that contacts the slurry liquid. Also, the bottom of the pump that causes the slurry liquid to flow is bonded to the opposite surface of the copper plate.

電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒とLi(CF3SO22N(LiTFSI)支持塩を用いたものを使用した。この電解液にリチウムワイヤを微細粉末状に切断したものを混合し、初回に用いる放電用のスラリ液体とした。 As the electrolytic solution, one using a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) and a Li (CF 3 SO 2 ) 2 N (LiTFSI) supporting salt was used. The electrolyte solution was mixed with lithium wire cut into a fine powder to form a slurry liquid for discharge used for the first time.

充電時には、混合液体が空気電池の上部から下部へ向けて流動するようにポンプを動作させ、放電による反応生成物が空気極近傍に蓄積した状態として充電を行なう。電極は空気極から取り出したニッケルリボンを正極とし、銅板を負極集電体とする。   At the time of charging, the pump is operated so that the mixed liquid flows from the upper part to the lower part of the air battery, and charging is performed with the reaction product accumulated in the vicinity of the air electrode. The electrode is a nickel ribbon taken out from the air electrode as a positive electrode, and a copper plate as a negative electrode current collector.

〔実施例3〕
本実施例は上述した第4の実施形態による空気電池400に対応する。本実施例の空気電池は、銅板、スラリ液体経路、カーボンペーパ、PTFE多孔質膜、スラリ液体経路、空気極、ガス選択透過膜をこの順に構成し、ポリエーテルケトンケトン(PEEK)を角型に成型した支持体およびシリコーンによって封止する。
Example 3
This example corresponds to the air battery 400 according to the fourth embodiment described above. The air battery of this example is composed of a copper plate, a slurry liquid path, carbon paper, a PTFE porous membrane, a slurry liquid path, an air electrode, and a gas permselective membrane in this order. Polyetherketone ketone (PEEK) is square. Sealed with molded support and silicone.

銅板の平板面のうちスラリ液体と接触する表面に、幅が約50μmで間隔が約100μmの溝加工を行なうことにより充電用負極集電体とする。また銅板の反対側の面に、スラリ液体を流動させるポンプの底部を接着する。なお、ポンプは双方向に流動方向を変更可能なものを用いる。   A negative electrode current collector for charging is obtained by performing groove processing with a width of about 50 μm and an interval of about 100 μm on the surface of the copper plate that contacts the slurry liquid. Also, the bottom of the pump that causes the slurry liquid to flow is bonded to the opposite surface of the copper plate. A pump that can change the flow direction in both directions is used.

電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒とLi(CF3SO22N(LiTFSI)支持塩を用いたものを使用した。この電解液にリチウムワイヤを微細粉末状に切断したものを混合し、初回に用いる放電用のスラリ液体とした。 As the electrolytic solution, one using a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) and a Li (CF 3 SO 2 ) 2 N (LiTFSI) supporting salt was used. The electrolyte solution was mixed with lithium wire cut into a fine powder to form a slurry liquid for discharge used for the first time.

放電時には、混合液体が空気電池の下部から上部へ向けて流動するようにポンプを動作させ、放電用負極多孔質へリチウム金属を蓄積し発電を行う。電極は空気極から取り出したニッケルリボンを正極とし、カーボンペーパを負極集電体とする。   At the time of discharge, the pump is operated so that the mixed liquid flows from the lower part to the upper part of the air battery, and lithium metal is accumulated in the discharge negative electrode porous body to generate electric power. The electrode is a nickel ribbon taken out from the air electrode as a positive electrode and carbon paper as a negative electrode current collector.

充電時には、混合液体が空気電池の上部から下部へ向けて流動するようにポンプを動作させ、放電による反応生成物が空気極近傍に蓄積した状態として充電を行なう。電極は空気極から取り出したニッケルリボンを正極とし、銅板を負極集電体とする。   At the time of charging, the pump is operated so that the mixed liquid flows from the upper part to the lower part of the air battery, and charging is performed with the reaction product accumulated in the vicinity of the air electrode. The electrode is a nickel ribbon taken out from the air electrode as a positive electrode, and a copper plate as a negative electrode current collector.

〔実施例4〕
本実施例では、負極金属としてリチウムに換えてアルミニウム粉末を用いた金属空気電池とした。このアルミニウム空気電池を用いて、上述した第5の実施形態による空気電池システム1000に対応する空気電池システムを構成した。
Example 4
In this example, a metal-air battery using aluminum powder instead of lithium as the negative electrode metal was used. An air battery system corresponding to the air battery system 1000 according to the fifth embodiment described above was configured using this aluminum air battery.

容器には市販されているポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製容器を用い、接続管には市販のシリコーンチューブを用いた。また、輸送装置として耐薬品性のあるピエゾポンプを用いた。   A commercially available polytetrafluoroethylene (PTFE) container was used as the container, and a commercially available silicone tube was used as the connecting pipe. In addition, a piezo pump having chemical resistance was used as a transport device.

本実施例のアルミニウム空気電池は、上述した第2の実施形態による空気電池200に対応する構成とした。スラリ液体には、水酸化カリウム(KOH)水溶液とアルミニウム粉末を混合した混合液体を用いた。   The aluminum air battery of this example is configured to correspond to the air battery 200 according to the second embodiment described above. As the slurry liquid, a mixed liquid obtained by mixing an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution and aluminum powder was used.

空気極には、ステンレスメッシュにニッケルリボンの陰極電極を超音波接合したのちに、カーボンブラック、プラチナ触媒、およびPTFEディスパージョンを混合したものを薄く塗り乾燥させたものとPTEFガス透過膜を圧着させたものを用いた。この空気極を支持体にエポキシ樹脂を用いて接着した。なお、支持体はポリエーテルケトンケトン(PEEK)を加工して作成した。   To the air electrode, a nickel ribbon cathode electrode is ultrasonically bonded to a stainless steel mesh, and then a mixture of carbon black, platinum catalyst, and PTFE dispersion is thinly applied and dried, and a PTEF gas permeable membrane is pressed. Used. The air electrode was bonded to the support using an epoxy resin. The support was prepared by processing polyether ketone ketone (PEEK).

負極集電体には無処理のカーボンペーパを用い、カーボンペーパとニッケルリボンの陽極電極を支持体で挟み込んだ構造とした。   Untreated carbon paper was used as the negative electrode current collector, and the carbon paper and the anode electrode of the nickel ribbon were sandwiched between the supports.

これらの部品の接点は、液体漏れを防ぐためシリコーンゴムにより封止した。   The contacts of these parts were sealed with silicone rubber to prevent liquid leakage.

本実施例のアルミニウム空気電池の下部から上部へ向けて混合液体が流動するようにポンプを動作させ、電極間での発電が行われるとともに、アルミニウム粉末が順次供給されることを確認した。   The pump was operated so that the mixed liquid flowed from the lower part to the upper part of the aluminum air battery of this example, and it was confirmed that the power generation was performed between the electrodes and the aluminum powder was sequentially supplied.

本発明は上記実施形態および実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.

上記の実施形態および実施例の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。   Part or all of the above embodiments and examples can be described as in the following supplementary notes, but are not limited thereto.

(付記1)酸素の正極反応が行なわれる空気極を備えた正極集電体と、負極金属からなる金属粒子を付着する負極集電体と、前記空気極と前記負極集電体を分離するセパレータと、電解液に前記負極金属を含む負極粒子が分散した混合液体を、前記正極集電体と前記負極集電体の間で循環させる循環構造、とを有する空気電池。   (Additional remark 1) The positive electrode collector provided with the air electrode in which the positive electrode reaction of oxygen is performed, the negative electrode collector which adheres the metal particle which consists of negative electrode metals, and the separator which isolate | separates the said air electrode and the said negative electrode collector And an air battery having a circulating structure in which a mixed liquid in which negative electrode particles containing the negative electrode metal are dispersed in an electrolytic solution is circulated between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.

(付記2)前記空気極は、酸素分子に電子を供給して前記混合液体中に酸素イオンを導入し、前記負極集電体は、多孔質電導体からなる放電用負極集電体を含み、前記循環構造は、前記負極粒子としての前記金属粒子が分散した前記混合液体を、前記放電用負極集電体を通過するように循環させ、前記放電用負極集電体は、前記金属粒子を捕獲し、前記金属粒子が前記酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出する付記1に記載した空気電池。   (Supplementary note 2) The air electrode supplies electrons to oxygen molecules to introduce oxygen ions into the mixed liquid, and the negative electrode current collector includes a negative electrode current collector for discharge made of a porous conductor, The circulation structure circulates the mixed liquid in which the metal particles as the negative electrode particles are dispersed so as to pass through the discharge negative electrode current collector, and the discharge negative electrode current collector captures the metal particles. The air battery according to appendix 1, wherein electrons emitted when the metal particles are combined with the oxygen ions are derived.

(付記3)前記空気極は、前記金属粒子と前記酸素が反応することによって生じる金属酸化物に電子を供給して、前記電界液中に酸素イオンを発生させ、前記負極集電体は、表面に凹凸構造を有する充電用負極集電体を含み、前記循環構造は、前記負極粒子としての前記金属酸化物が分散した前記混合液体を、前記正極集電体と前記充電用負極集電体の間で循環させ、前記充電用負極集電体は、前記金属粒子を析出させ、前記酸素イオンから電子を獲得する付記1に記載した空気電池。   (Supplementary Note 3) The air electrode supplies electrons to a metal oxide generated by a reaction between the metal particles and the oxygen to generate oxygen ions in the electric field liquid. The negative electrode current collector for charging having a concavo-convex structure, wherein the circulating structure is a mixture of the metal oxide as the negative electrode particles dispersed in the positive electrode current collector and the negative electrode current collector for charging. The air battery according to appendix 1, wherein the charging negative electrode current collector deposits the metal particles and acquires electrons from the oxygen ions.

(付記4)前記空気極は、酸素分子に電子を供給して前記混合液体中に酸素イオンを導入し、前記金属粒子と前記酸素が反応することによって生じる金属酸化物に電子を供給して前記電界液中に酸素イオンを発生させ、前記負極集電体は、多孔質電導体からなる放電用負極集電体と、表面に凹凸構造を有する充電用負極集電体を含み、前記循環構造は、前記負極粒子としての前記金属粒子が分散した前記混合液体を、前記放電用負極集電体を通過するように循環させ、前記負極粒子としての前記金属酸化物が分散した前記混合液体を、前記正極集電体と前記充電用負極集電体の間で循環させ、前記放電用負極集電体は、前記金属粒子を捕獲し、前記金属粒子が前記酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出し、前記充電用負極集電体は、前記金属粒子を析出させ、前記酸素イオンから電子を獲得する付記1に記載した空気電池。   (Supplementary Note 4) The air electrode supplies electrons to oxygen molecules, introduces oxygen ions into the liquid mixture, supplies electrons to the metal oxide produced by the reaction between the metal particles and the oxygen, and Oxygen ions are generated in the electrolysis solution, and the negative electrode current collector includes a negative electrode current collector for discharge made of a porous conductor, and a negative electrode current collector for charging having a concavo-convex structure on the surface. The mixed liquid in which the metal particles as the negative electrode particles are dispersed is circulated so as to pass through the negative electrode current collector for discharge, and the mixed liquid in which the metal oxide as the negative electrode particles is dispersed is Circulating between a positive electrode current collector and the charging negative electrode current collector, the discharging negative electrode current collector captures the metal particles, and emits electrons emitted when the metal particles combine with the oxygen ions. Derived, and the negative electrode current collector for charging is Air battery described in Appendix 1, the metal particles to precipitate, to gain electrons from the oxygen ions.

(付記5)前記金属粒子は、リチウムを主成分とする付記1から4のいずれか一項に記載した空気電池。   (Additional remark 5) The said metal particle is an air battery as described in any one of Additional remark 1 to 4 which has lithium as a main component.

(付記6)付記1から5のいずれか一項に記載した空気電池と、前記空気電池を収容する容器と、前記負極粒子としての前記金属粒子が分散した前記混合液体を収容する混合液体容器と、前記金属粒子と前記酸素が反応することによって生じる金属酸化物が分散した前記混合液体を収容する反応液容器、とをさらに備え、前記混合液体容器は、前記容器と前記負極集電体の近傍で接続され、前記反応液容器は、前記容器と前記正極集電体の近傍で接続される空気電池システム。   (Additional remark 6) The air battery as described in any one of additional remarks 1 to 5, the container which accommodates the said air battery, The mixed liquid container which accommodates the said mixed liquid in which the said metal particle as said negative electrode particle was disperse | distributed, A reaction liquid container containing the mixed liquid in which the metal oxide generated by the reaction between the metal particles and the oxygen is dispersed, and the mixed liquid container is in the vicinity of the container and the negative electrode current collector And the reaction solution container is connected in the vicinity of the container and the positive electrode current collector.

(付記7)前記負極集電体は、表面に凹凸構造を有する充電用負極集電体を含み、前記循環構造は、輸送装置と、前記容器と前記混合液体容器および前記反応液容器とをそれぞれ接続する接続管を含み、前記輸送装置は、前記充電用負極集電体に前記輸送装置の振動が伝達する位置に配置している付記6に記載した空気電池システム。   (Supplementary Note 7) The negative electrode current collector includes a negative electrode current collector for charging having a concavo-convex structure on the surface, and the circulation structure includes a transport device, the container, the mixed liquid container, and the reaction liquid container, respectively. The air battery system according to appendix 6, including a connecting pipe to be connected, wherein the transport device is disposed at a position where vibration of the transport device is transmitted to the charging negative electrode current collector.

(付記8)金属粒子と電解液とを混合することによって前記金属粒子を分散させた混合液体を作成し、前記混合液体を、空気極を備えた正極集電体と負極集電体の間で循環させ、前記空気極から酸素分子に電子を供給して酸素イオンを発生させ、前記負極集電体によって前記金属粒子を捕獲し、前記金属粒子が前記酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出することによって放電し、前記金属粒子と前記酸素イオンを反応させることによって金属酸化物を生成し、前記金属酸化物を前記正極集電体と前記負極集電体の間で循環させ、前記金属酸化物に電子を供給して酸素イオンを発生させ、前記金属粒子を前記負極集電体に析出させることにより充電する空気電池の充放電方法。   (Appendix 8) A mixed liquid in which the metal particles are dispersed is prepared by mixing metal particles and an electrolytic solution, and the mixed liquid is placed between a positive electrode current collector and an negative electrode current collector each having an air electrode. Circulate, supply electrons from the air electrode to oxygen molecules to generate oxygen ions, capture the metal particles by the negative electrode current collector, and release electrons when the metal particles combine with the oxygen ions. A metal oxide is produced by reacting the metal particles with the oxygen ions, and the metal oxide is circulated between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. A charge / discharge method for an air battery in which an electron is supplied to an oxide to generate oxygen ions and the metal particles are deposited on the negative electrode current collector.

(付記9)前記金属粒子を前記負極集電体に析出させて析出金属構造を作成した後に、前記析出金属構造から析出金属粒子を作成し、前記析出金属粒子を前記電解液と混合させることによって前記混合液体を作成する付記8に記載した空気電池の充放電方法。   (Appendix 9) After depositing the metal particles on the negative electrode current collector to create a deposited metal structure, the deposited metal particles are created from the deposited metal structure, and the deposited metal particles are mixed with the electrolytic solution. The charge / discharge method of an air battery according to appendix 8, wherein the mixed liquid is prepared.

(付記10)前記析出金属構造から前記析出金属粒子を作成する際に、前記析出金属構造に対し振動を付加する工程、および前記析出金属構造を電極として放電を行う工程の少なくとも一方を行う付記9に記載した空気電池の充放電方法。   (Additional remark 10) At the time of producing the said precipitated metal particle from the said precipitated metal structure, it adds at least one of the process of adding a vibration with respect to the said precipitated metal structure, and the process of discharging using the said precipitated metal structure as an electrode. The charge / discharge method of the air battery described in 2.

(付記11)前記循環構造は、前記放電用負極集電体の近傍に前記混合液体を導入するための混合液体流入口と、前記セパレータと前記空気極の間に放電後の電解液を流出するための反応液流出口を備えた支持体を含む付記2または4に記載した空気電池。   (Additional remark 11) The said circulation structure flows out the electrolyte solution after discharge between the liquid mixture inlet for introducing the said liquid mixture in the vicinity of the said negative electrode collector for discharge, and the said separator and the said air electrode. The air battery as described in appendix 2 or 4, including a support body provided with a reaction liquid outlet.

(付記12)前記循環構造は、前記空気極と前記セパレータの間に放電後の電解液を導入するための反応液流入口と、前記充電用負極集電体と前記セパレータの間に混合液体を導出するための混合液体流出口を備えた支持体を含み、さらに前記混合液体を循環させる輸送装置を含む付記3または4に記載した空気電池。   (Additional remark 12) The said circulation structure is a reaction liquid inlet for introducing the electrolyte solution after discharge between the said air electrode and the said separator, and a liquid mixture between the said negative electrode collector for charging, and the said separator. The air battery according to appendix 3 or 4, further comprising a support having a mixed liquid outlet for leading out, and further including a transport device for circulating the mixed liquid.

(付記13)前記混合液体を循環させる輸送装置と、放電時における電流降下および電圧降下のいずれかを計測して前記輸送装置を制御する制御装置とを有する付記6または7に記載した空気電池システム。   (Additional remark 13) The air battery system as described in additional remark 6 or 7 which has the transport apparatus which circulates the said liquid mixture, and the control apparatus which measures either the electric current drop at the time of discharge, and a voltage drop and controls the said transport apparatus .

(付記14)放電電流の安定化を行なうための蓄電装置を備えた付記6または7に記載した空気電池システム。   (Additional remark 14) The air battery system as described in additional remark 6 or 7 provided with the electrical storage apparatus for stabilizing discharge current.

(付記15)付記1から付記5のいずれか一項に記載した空気電池を複数個備え、複数個の前記空気電池は直列接続および並列接続のいずれかで電気的に接続されており、前記混合液体が複数個の空気電池を並列に流動するように構成された接続管を有する付記6または7に記載した空気電池システム。   (Supplementary Note 15) A plurality of the air batteries according to any one of Supplementary Note 1 to Supplementary Note 5 are provided, and the plurality of air batteries are electrically connected by either serial connection or parallel connection, and the mixing The air battery system according to appendix 6 or 7, wherein the air battery system has a connection pipe configured to allow liquid to flow in parallel through a plurality of air batteries.

(付記16)多孔質材料からなるフィルタを備えた液体容器を有し、前記フィルタは前記混合液体と前記金属酸化物が分散した混合液体である反応液とを分離し、前記電解液のみを循環させる付記6または7に記載した空気電池システム。   (Additional remark 16) It has a liquid container provided with the filter which consists of porous materials, The said filter isolate | separates the reaction liquid which is the mixed liquid and the mixed liquid which the said metal oxide disperse | distributed, and circulates only the said electrolyte solution The air battery system described in Supplementary Note 6 or 7.

100、200、300、400、1100 空気電池
110 正極集電体
111 空気極
120 負極集電体
130 セパレータ
140 循環構造
212、222、312、322、412 電極端子
213 ガス拡散透過膜
220 放電用負極集電体
240、340、440 支持体
241 混合液体流入口
242 反応液流出口
320 充電用負極集電体
341 反応液流入口
342 混合液体流出口
350、1400 輸送装置
441 反応液流入流出口
442 混合液体流入流出口
1000、2000、3000 空気電池システム
1110 容器
1200 混合液体容器
1210 混合液体
1300 反応液容器
1310 反応液
1500、2500 接続管
1600 制御装置
1700 蓄電装置
1800 電力線
3250 液体容器
3300 フィルタ
1 関連する空気電池
2 酸素拡散膜
3 正極集電体
4 正極触媒層
6 セパレータ
9 電解質
13 正極
17 負極
19 積層体
20 発電体
30 関連する電気化学セルシステム
32 アノード構造
34 サポート構造
40 関連する亜鉛空気電池
44 亜鉛ペレット
52 負極集電体
56 空気極
100, 200, 300, 400, 1100 Air battery 110 Positive electrode current collector 111 Air electrode 120 Negative electrode current collector 130 Separator 140 Circulation structure 212, 222, 312, 322, 412 Electrode terminal 213 Gas diffusion permeable film 220 Negative electrode current collector for discharge Electrode 240, 340, 440 Support 241 Mixed liquid inlet 242 Reaction liquid outlet 320 Charging negative electrode current collector 341 Reaction liquid inlet 342 Mixed liquid outlet 350, 1400 Transport device 441 Reaction liquid inlet / outlet 442 Mixed liquid Inflow / outflow port 1000, 2000, 3000 Air battery system 1110 Container 1200 Mixed liquid container 1210 Mixed liquid 1300 Reaction liquid container 1310 Reaction liquid 1500 2500 Connection pipe 1600 Controller 1700 Power storage device 1800 Power line 3250 Liquid container 3300 Luta 1 Relevant air battery 2 Oxygen diffusion membrane 3 Positive electrode current collector 4 Positive electrode catalyst layer 6 Separator 9 Electrolyte 13 Positive electrode 17 Negative electrode 19 Laminate 20 Power generator 30 Related electrochemical cell system 32 Anode structure 34 Support structure 40 Related zinc Air battery 44 Zinc pellet 52 Negative electrode current collector 56 Air electrode

Claims (10)

酸素の正極反応が行なわれる空気極を備えた正極集電体と、
負極金属からなる金属粒子を付着する負極集電体と、
前記空気極と前記負極集電体を分離するセパレータと、
電解液に前記負極金属を含む負極粒子が分散した混合液体を、前記正極集電体と前記負極集電体の間で循環させる循環構造、とを有する
空気電池。
A positive electrode current collector having an air electrode in which a positive electrode reaction of oxygen is performed;
A negative electrode current collector to which metal particles made of a negative electrode metal are attached;
A separator for separating the air electrode and the negative electrode current collector;
An air battery comprising: a circulating structure in which a mixed liquid in which negative electrode particles including the negative electrode metal are dispersed in an electrolytic solution is circulated between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.
前記空気極は、酸素分子に電子を供給して前記混合液体中に酸素イオンを導入し、
前記負極集電体は、多孔質電導体からなる放電用負極集電体を含み、
前記循環構造は、前記負極粒子としての前記金属粒子が分散した前記混合液体を、前記放電用負極集電体を通過するように循環させ、
前記放電用負極集電体は、前記金属粒子を捕獲し、前記金属粒子が前記酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出する
請求項1に記載した空気電池。
The air electrode supplies electrons to oxygen molecules to introduce oxygen ions into the mixed liquid,
The negative electrode current collector includes a negative electrode current collector for discharge made of a porous conductor,
The circulation structure circulates the mixed liquid in which the metal particles as the negative electrode particles are dispersed so as to pass through the negative electrode current collector for discharge,
The air battery according to claim 1, wherein the discharge negative electrode current collector captures the metal particles and derives electrons emitted when the metal particles are combined with the oxygen ions.
前記空気極は、前記金属粒子と前記酸素が反応することによって生じる金属酸化物に電子を供給して、前記電界液中に酸素イオンを発生させ、
前記負極集電体は、表面に凹凸構造を有する充電用負極集電体を含み、
前記循環構造は、前記負極粒子としての前記金属酸化物が分散した前記混合液体を、前記正極集電体と前記充電用負極集電体の間で循環させ、
前記充電用負極集電体は、前記金属粒子を析出させ、前記酸素イオンから電子を獲得する
請求項1に記載した空気電池。
The air electrode supplies electrons to the metal oxide generated by the reaction between the metal particles and the oxygen to generate oxygen ions in the electrolysis solution,
The negative electrode current collector includes a charging negative electrode current collector having an uneven structure on the surface,
The circulating structure circulates the mixed liquid in which the metal oxide as the negative electrode particles is dispersed between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector for charging,
The air battery according to claim 1, wherein the negative electrode current collector for charging deposits the metal particles and acquires electrons from the oxygen ions.
前記空気極は、酸素分子に電子を供給して前記混合液体中に酸素イオンを導入し、前記金属粒子と前記酸素が反応することによって生じる金属酸化物に電子を供給して前記電界液中に酸素イオンを発生させ、
前記負極集電体は、多孔質電導体からなる放電用負極集電体と、表面に凹凸構造を有する充電用負極集電体を含み、
前記循環構造は、前記負極粒子としての前記金属粒子が分散した前記混合液体を、前記放電用負極集電体を通過するように循環させ、
前記負極粒子としての前記金属酸化物が分散した前記混合液体を、前記正極集電体と前記充電用負極集電体の間で循環させ、
前記放電用負極集電体は、前記金属粒子を捕獲し、前記金属粒子が前記酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出し、
前記充電用負極集電体は、前記金属粒子を析出させ、前記酸素イオンから電子を獲得する
請求項1に記載した空気電池。
The air electrode supplies electrons to oxygen molecules, introduces oxygen ions into the mixed liquid, supplies electrons to the metal oxide generated by the reaction between the metal particles and oxygen, and enters the electric field liquid. Generate oxygen ions,
The negative electrode current collector includes a negative electrode current collector for discharge made of a porous conductor, and a negative electrode current collector for charging having an uneven structure on the surface,
The circulation structure circulates the mixed liquid in which the metal particles as the negative electrode particles are dispersed so as to pass through the negative electrode current collector for discharge,
The mixed liquid in which the metal oxide as the negative electrode particles is dispersed is circulated between the positive electrode current collector and the charging negative electrode current collector,
The discharge negative electrode current collector captures the metal particles and derives electrons that are emitted when the metal particles are combined with the oxygen ions,
The air battery according to claim 1, wherein the negative electrode current collector for charging deposits the metal particles and acquires electrons from the oxygen ions.
前記金属粒子は、リチウムを主成分とする
請求項1から4のいずれか一項に記載した空気電池。
The air battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal particles have lithium as a main component.
請求項1から5のいずれか一項に記載した空気電池と、
前記空気電池を収容する容器と、
前記負極粒子としての前記金属粒子が分散した前記混合液体を収容する混合液体容器と、
前記金属粒子と前記酸素が反応することによって生じる金属酸化物が分散した前記混合液体を収容する反応液容器、とをさらに備え、
前記混合液体容器は、前記容器と前記負極集電体の近傍で接続され、
前記反応液容器は、前記容器と前記正極集電体の近傍で接続される
空気電池システム。
An air battery according to any one of claims 1 to 5;
A container for housing the air battery;
A mixed liquid container containing the mixed liquid in which the metal particles as the negative electrode particles are dispersed;
A reaction liquid container containing the mixed liquid in which the metal oxide generated by the reaction between the metal particles and the oxygen is dispersed;
The mixed liquid container is connected in the vicinity of the container and the negative electrode current collector,
The reaction liquid container is connected in the vicinity of the container and the positive electrode current collector.
前記負極集電体は、表面に凹凸構造を有する充電用負極集電体を含み、
前記循環構造は、輸送装置と、前記容器と前記混合液体容器および前記反応液容器とをそれぞれ接続する接続管を含み、
前記輸送装置は、前記充電用負極集電体に前記輸送装置の振動が伝達する位置に配置している
請求項6に記載した空気電池システム。
The negative electrode current collector includes a charging negative electrode current collector having an uneven structure on the surface,
The circulation structure includes a transport device, a connecting pipe that connects the container, the mixed liquid container, and the reaction liquid container, respectively.
The air battery system according to claim 6, wherein the transport device is disposed at a position where vibration of the transport device is transmitted to the charging negative electrode current collector.
金属粒子と電解液とを混合することによって前記金属粒子を分散させた混合液体を作成し、
前記混合液体を、空気極を備えた正極集電体と負極集電体の間で循環させ、
前記空気極から酸素分子に電子を供給して酸素イオンを発生させ、
前記負極集電体によって前記金属粒子を捕獲し、前記金属粒子が前記酸素イオンと結合するときに放出する電子を導出することによって放電し、
前記金属粒子と前記酸素イオンを反応させることによって金属酸化物を生成し、
前記金属酸化物を前記正極集電体と前記負極集電体の間で循環させ、
前記金属酸化物に電子を供給して酸素イオンを発生させ、前記金属粒子を前記負極集電体に析出させることにより充電する
空気電池の充放電方法。
Create a mixed liquid in which the metal particles are dispersed by mixing the metal particles and the electrolyte,
Circulating the mixed liquid between a positive electrode current collector and an negative electrode current collector each having an air electrode;
Supplying electrons from the air electrode to oxygen molecules to generate oxygen ions,
The metal particles are captured by the negative electrode current collector, and discharged by deriving electrons emitted when the metal particles are combined with the oxygen ions,
Producing a metal oxide by reacting the metal particles with the oxygen ions;
Circulating the metal oxide between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector;
A method for charging and discharging an air battery, wherein charging is performed by supplying electrons to the metal oxide to generate oxygen ions and depositing the metal particles on the negative electrode current collector.
前記金属粒子を前記負極集電体に析出させて析出金属構造を作成した後に、前記析出金属構造から析出金属粒子を作成し、前記析出金属粒子を前記電解液と混合させることによって前記混合液体を作成する
請求項8に記載した空気電池の充放電方法。
After the metal particles are deposited on the negative electrode current collector to form a deposited metal structure, the deposited metal particles are created from the deposited metal structure, and the deposited metal particles are mixed with the electrolytic solution to form the mixed liquid. The charge / discharge method of the air battery according to claim 8 to be created.
前記析出金属構造から前記析出金属粒子を作成する際に、
前記析出金属構造に対し振動を付加する工程、および前記析出金属構造を電極として放電を行う工程の少なくとも一方を行う
請求項9に記載した空気電池の充放電方法。
When creating the deposited metal particles from the deposited metal structure,
The charge / discharge method for an air battery according to claim 9, wherein at least one of a step of applying vibration to the deposited metal structure and a step of discharging using the deposited metal structure as an electrode is performed.
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