JP2014216065A - マグネシウム空気発電池 - Google Patents

Abstract

【課題】負極および電解液の補填を容易としたマグネシウム空気発電池を提供する。【解決手段】負極１１を純マグネシウム板とし、正極１３をステンレス網とし、正極１３外方を活性炭とバインダーとを混錬した正極触媒層１５により被覆し、水系電解液を保持する保液部材１７を上方または側方開口型の有底容器とし、水系電解液を、キレート作用のある酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、フィチン酸、リン酸および夫々対応するナトリウム塩のうちいずれか一つの組み合わせから生成し、正極触媒層１５を保液部材１７外方に多孔質膜２０を介在させて設置し、水系電解液を保液部材１７内に循環供給し、保液部材１７内に負極を開口１８から挿填し、保液部材１７から負極１１の出入、補填を容易とした。【選択図】図１

Description

本発明は、持続的に発電を行うため、負極および電解液の補填を容易としたマグネシウム空気発電池に関するものである。

従来、この種の一次電池として、マグネシウムからなる負極と、負極からマグネシウムイオンを溶出させる水系電解液を保持する保液部とを備え、保液部はクエン酸塩の水溶液を水系電解液として保持することで、負極と正極との間で持続的に起電力を発生させ、マグネシウム電池の負極容量を持続的に大きくしていた（特許文献１参照）。

特開２０１２−３８６６６号公報

特許文献１のマグネシウム電池によれば、負極の持続性を向上させるだけであるため、永年使用に供することはできないばかりか、電解液中の水分も蒸発し、永年使用に耐えうるものではなかった。

加えて、負極の補填するための配慮が何らなされていなかった。

本発明はこのような欠点に鑑み、持続的に発電を行うため、負極および電解液の補填を容易とすることを目的とする。

本発明に係るは、負極を純マグネシウム板とし、正極をステンレス網とし、正極外方を活性炭とバインダーとを混錬した正極触媒層により被覆し、水系電解液を保持する保液部材を上方または側部開口型の有底容器とし、水系電解液を、キレート作用のある酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、フィチン酸、リン酸および夫々のナトリウム塩のうちいずれか一つの組み合わせから生成し、正極を正極触媒層と共に、保液部材外方に多孔質膜を介在させて設置し、水系電解液を保液部材内に循環供給し、保液部材内に負極を開口から挿填し、保液部材から負極の出入を可能としたことを特徴とするもの、または、保液部材上方開口とは別に、負極を挿填するために保液部材側方に開口部を形成し、この開口部にゲル状シール材を配し、保液部材上方開口から放出される水素回収を容易としたことを特徴とするもの、または、正極を保液部材外部に配するのに代えて、負極と共に保液部材内に複数挿填し、保液部材上部開口から放出される水素の発生量を調整可能としたことを特徴とするものである。

本発明に係るマグネシウム空気発電池によれば、水系電解液を保持する保液部材を上方または側方開口型の有底容器とし、保液部材内に負極を開口から挿填する構造であるため、負極が消耗した際、負極を保持液部材から取出し、新たな負極を装填することができ、負極の補填作業が極めて容易となる。

また、保液部材と正極触媒層との間を多孔質膜にて隔離し、さらに負極を多孔質膜から隔てて電解液中に配置することにより、負極補填を容易とし、この多孔質膜は電解液をシールし、イオンを透過させ、電池性能を持続させることができる。

さらに、水系電解液を保液部材内に循環供給するため、常時十分な電解液を確保できるため、発電効率の低下が少なく、電解液を補填する場合でも極めて容易となる。

また、保液部材の負極を挿填するための開口部にゲル状シール材を配し、この開口部から負極を補填することにより、保液部材上部開口から放出される水素回収が可能となる。

このため、保液部材上方開口から放出される水素回収が極めて容易となる。

また、正極を保液部材外部に配するのに代えて、負極と共に保液部材内に複数挿填する構成とし、両極間の抵抗を可変とすることで、保液部材上部開口から放出される水素の発生量を容易に調整することができる。

本発明に係るマグネシウム空気発電池を示す正面図である。 同、別の例を示す正面図である。 同、側面図である。 同、さらに別の例を示す正面図である。

負極および電解液の補填を容易とし、水素回収後再利用する目的を、純マグネシウム板からなる負極と、ステンレス網からなる正極と、正極外方を被覆する、活性炭とバインダーとを混錬した正極触媒層と、水系電解液を保持する上方または側方開口型の有底容器からなる保液部材と、水系電解液を保液部材内に循環供給する機構と、により実現した。

図１を参照して本発明に係るマグネシウム空気発電池について説明する。

本発明に係るマグネシウム空気発電池は、負極１１と、正極１３と、正極触媒層１５と、水系電解液Ｌを保持する保液部材１７と、水系電解液Ｌを保液部材１７内に循環供給する循環機構１９と、からなるものである。

負極１１は、マイナス電極であり、本例において、純マグネシウム板を採用している。

正極１３は、プラス電極であり、本例において、ステンレス網を採用している。

正極触媒層１５は、正極１３外方を被覆するものであり、本例において、活性炭とバインダーとを混錬した素材により成形されている。

保液部材１７は、水系電解液Ｌを保持するものであり、本例において、上方開口部１８を備えた有底容器である。

また、水系電解液Ｌは、本例において、キレート作用のある酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、フィチン酸、リン酸および夫々対応するナトリウム塩のうちいずれか一つの組み合わせから生成したものであり、リンゴ酸とリンゴ酸ナトリウムを採用している。

正極１３を正極触媒層１５と共に、保液部材１７外方に多孔質膜２０を介在させて設置してある。

本例において、多孔質膜２０は セロハン、ポリオレフィン、イオン交換膜であり、コスト面からセロハンが最適である。

各構成要素の設置手順について以下に説明する。

まず、正極触媒層１５により被覆された正極１３を保液部材１７外側縁に設置する。

次に、保液部材１７に水系電解液Ｌを循環機構１９により循環供給する。

次に、保液部材１７内に負極１１を上部開口１８から挿填する。

上記構成により、保液部材１７から負極１１の出入が可能となるため、負極が消耗した際、負極１１の交換が容易となる。

図２、図３を参照して本発明に係るマグネシウム空気発電池の別の例について説明する。なお、図１と同一構成物については同一符号を付してある。

本例のマグネシウム空気発電池は、保液部材１７上方開口１８とは別に、負極１１を挿填するために保液部材１７側方に開口部２２を形成し、この開口部２２にゲル状シール材２１を配し、負極１１を保液部材１７の側方から挿填する構造としてある他は、実施例１と同様の構成である。

本例において、ゲル状シール材２１は、スチレン系エラストマー樹脂である。

本例によれば、保液部材１７の開口１８を上部に配し、水素回収用として細く成形することにより、開口１８から放出される水素の回収が可能となる。

このため、本例のマグネシウム空気発電池は、それ自体を発電池として使用するのみならず、保液部材１７上部開口から回収される水素を、燃料電池に供給して組合せ発電することが可能となる。

図４を参照して本発明に係るマグネシウム空気発電池の別の例について説明する。なお、図１と同一構成物については同一符号を付してある。

本例のマグネシウム空気発電池は、主に水素発生装置として使用する態様のものであり、正極１３を保液部材１７外側縁に配するのに代えて、負極１１と共に保液部材１７内に複数挿填し、負極１１と正極１３との間に抵抗２３を配し、上部開口18を水素回収用に成形してある他は、実施例１と同様の構成である。

本例において、正極１３は２個としてある。

本例によれば、負極１１と正極３との間の抵抗値を可変とすることにより、保液部材１７上部開口１８から放出される水素の発生量を調整することができる。両極間接続スイッチを切にした状態は正極を保有しない場合を示しており、この場合、水素発生量は最小となる。

なお、前記全例において、負極１１は純マグネシウム板であるが、棒材、角材、パイプ材等でも成立することは自明である。

また、正極１３はステンレス網であるが、銅、鉛錫合金、活性炭繊維、カーボンプレート、等も活用できることは自明である。

また、正極触媒層１５は活性炭とバインダーとを混錬した素材であるが、カーボンブラック、マンガン酸化物、等とも混錬し内部抵抗減少を図ることは自明である。

また、水系電解液Ｌはリンゴ酸とリンゴ酸ナトリウム塩を採用しているが、クエン酸、グルコン酸、フィチン酸、リン酸および夫々対応するナトリウム塩のうちいずれか一つの組み合わせたものを採用することは自明である。

また、水系電解液Ｌは電池反応と共に徐々に塩基性に推移して行くが、ＰＨ５程度から適用可能である。

また、実施例３において、正極１３の設置個数は２個であるが、１個でもよく、３個以上とすることは自由である。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は前記実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることはもちろんである。

本発明に係るマグネシウム空気発電池は、それ自体を発電池として使用するのみならず、水素を回収することで燃料電池と組合せ発電することができ、充電用・照明用等一般電源、走行物・可搬機器用電源、送配線のない場所での電源、等に適用できる。

１１ 負極１３ 正極１５ 正極触媒層１７ 保液部材１８ 上部開口１９ 循環機構２０ 多孔質膜２１ ゲル状シール材２２ 側部開口 Ｌ 水系電解液

特許文献１のマグネシウム電池によれば、負極の持続性を向上を実現しているものの、電解液中の水分が蒸発する場合、永年使用に耐えうるものではなかった。

加えて、負極の補填するための配慮はなされていなかった。

従来、金属一次電池において、負極は放電により消耗するので、電池としては耐用時間が限られる。更に、マグネシウム一次電池については、負極であるマグネシウムを水系電解液によりイオンとして溶出させる際、負極表面に酸化被膜が生成され、反応を持続できなくなる等、負極の持続性が課題で有った。

近年、この被膜生成については、水系電解液を適正に選択する事によりその生成を防止し負極の持続性向上が可能となってきているが、負極を構成するマグネシウムは電池反応により溶出する為、全溶解時には発電停止となり、やはり耐用時間が限られる。

本発明は、被膜を生成させない水系電解液を新たに選択した上、負極材料を任意に供給、取出し出来る構造にする事により、電池反応の継続を随意に可能とするマグネシウム電池を提供する事を目的とする。

また、水素を生成する場合には、これを回収し燃料電池等に接続し活用出来る構造のマグネシウム電池である。

本発明に係るは、負極を純マグネシウム板とし、正極をステンレス網とし、正極外方を活性炭とバインダーとを混錬した正極触媒層により被覆し、水系電解液を保持する容器を上方または側部開口型の有底容器（以下、保液部材と呼ぶ。）とし、水系電解液を、キレート作用のある酸、リンゴ酸、グルコン酸、フィチン酸、リン酸および夫々のナトリウム塩のうちいずれか一つの組み合わせから生成し、正極を正極触媒層と共に、保液部材外方に多孔質膜を介在させて設置し、水系電解液を保液部材内に循環供給し、保液部材内に負極を開口から挿填し、保液部材から負極の出入を可能としたことを特徴とするもの、または、保液部材上方開口とは別に、負極を挿填するために保液部材側方に開口部を形成し、この開口部にゲル状シール材を配し、保液部材上方開口から放出される水素回収を容易としたことを特徴とするもの、または、正極を保液部材外部に配するのに代えて、負極と共に保液部材内に複数挿填し、保液部材上部開口から放出される水素の発生量を調整可能としたことを特徴とするものである。

また、水系電解液Ｌは、本例において、キレート作用のある酸、リンゴ酸、グルコン酸、フィチン酸、リン酸および夫々対応するナトリウム塩のうちいずれか一つの組み合わせから生成したものであり、リンゴ酸とリンゴ酸ナトリウムを採用している。

また、水系電解液Ｌはリンゴ酸とリンゴ酸ナトリウム塩を採用しているが、グルコン酸、フィチン酸、リン酸および夫々対応するナトリウム塩のうちいずれか一つの組み合わせたものを採用することは自明である。

１１ 負極１３ 正極１５ 正極触媒層１７ 有底容器（保液部材）１８ 上部開口１９ 循環機構２０ 多孔質膜２１ ゲル状シール材２２ 側部開口 Ｌ 水系電解液

Claims (3)

1. 負極を純マグネシウム板とし、正極をステンレス網とし、正極外方を活性炭とバインダーとを混錬した正極触媒層により被覆し、水系電解液を保持する保液部材を上方または側方開口型の有底容器とし、水系電解液を、キレート作用のある酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、フィチン酸、リン酸および夫々対応するナトリウム塩のうちいずれか一つの組み合わせから生成し、正極触媒層を保液部材外方に多孔質膜を介在させて設置し、この水系電解液を保液部材内に循環供給し、保液部材内に負極を開口から挿填し、 保液部材から負極の出入、補填を容易としたことを特徴とするマグネシウム発電池。
   
2. 保液部材上方開口とは別に、負極を挿填するために保液部材側方に開口部を形成し、この開口部に保液部材の側部にゲル状シール材を配し、負極を保液部材の側方から挿填し、保液部材の上方開口を細く成形することにより、保液部材の上方開口から放出される水素回収性を向上させたことを特徴とするマグネシウム発電池。
3. 正極を保液部材外部に配するのに代えて、負極と共に保液部材内に複数挿填し、正極と負極との間に抵抗を配し、この抵抗値を変更することにより、保液部材上方開口から放出される水素の発生量を調整可能としたことを特徴とするマグネシウム発電池。

Images