JP2015125830A - Air magnesium battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air magnesium battery which is excellent in water repellency, gas permeability and liquid leakage resistance, and capable of reaching the peak of discharge reaction soon, and discharging a current of a constant magnitude for a relatively long time.SOLUTION: In an air magnesium battery 10, a cathode body 20 is constituted of: a first layer consisting of a porous body formed by mixing a conductive carbon material and fluororesin; and a second layer consisting of a porous body bonded to one side of the first layer so as to come into contact with a reaction solution 24 in an outer frame 17, and formed by mixing active carbon and fluororesin.

Description

本発明は、空気や水等の燃料を使用して発電する燃料電池、特に、空気マグネシウム電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell that generates power using a fuel such as air or water, and more particularly to an air magnesium cell.

従来、正極として空気や水等の自然燃料を利用し、負極としてマグネシウム等を利用して発電する燃料電池は公知である。例えば、特許文献1には、触媒粉、活性炭及びフッ素樹脂粉末の混合物をシート化して、該シートの一方面にフッ素樹脂から形成した多孔質膜(撥水膜)を積層してなるカソード体を使用した燃料電池が開示される。   Conventionally, a fuel cell that uses a natural fuel such as air or water as a positive electrode and uses magnesium or the like as a negative electrode is known. For example, Patent Document 1 discloses a cathode body in which a mixture of catalyst powder, activated carbon and fluororesin powder is formed into a sheet, and a porous film (water repellent film) formed from a fluororesin is laminated on one surface of the sheet. A fuel cell used is disclosed.

特開平6−338355号公報JP-A-6-338355

特許文献1に開示された空気電池では、撥水膜を触媒シートに圧着することによって、撥水性及び密着性に優れたカソード体を得ることができる。しかし、撥水膜は比較的に薄く破れ易く、使用中に破断した部位から反応液が漏れ出て充放電を十分に行うことができなくなるという問題があった。     In the air battery disclosed in Patent Document 1, a cathode body excellent in water repellency and adhesion can be obtained by pressure-bonding a water-repellent film to a catalyst sheet. However, the water-repellent film is relatively thin and easily broken, and there is a problem in that the reaction solution leaks from the broken portion during use and charging / discharging cannot be performed sufficiently.

本発明の課題は、従来の技術における空気マグネシウム電池の改良であって、撥水性、通気性及び耐漏液性に優れるとともに、すぐに放電反応のピークに到達して比較的長時間一定の大きさの電流を放電することのできる空気マグネシウム電池の提供に関する。   An object of the present invention is to improve an air magnesium battery in the prior art, which is excellent in water repellency, air permeability and liquid leakage resistance, and immediately reaches the peak of the discharge reaction and has a constant size for a relatively long time. It is related with the provision of the air magnesium battery which can discharge the electric current.

前記課題を解決するために、本発明は、外枠体と、前記外枠体に固定されたカソード体と、前記外枠体の内部に位置するアノード体とを含む空気マグネシウム電池を対象とする。   In order to solve the above problems, the present invention is directed to an air magnesium battery including an outer frame, a cathode body fixed to the outer frame, and an anode body located inside the outer frame. .

本発明に係る空気マグネシウム電池は、前記カソード体は、導電性のカーボン材とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第1層と、前記外枠体内の反応液と接するように前記第1層の一方面に接合された、活性炭とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第2層とから構成されることを特徴とする。   In the air magnesium battery according to the present invention, the cathode body is in contact with the first layer made of a porous body formed by mixing a conductive carbon material and a fluororesin, and the reaction solution in the outer frame body. And a second layer made of a porous body formed by mixing activated carbon and fluororesin and bonded to one surface of the first layer.

本発明の実施態様の一つとして、前記第1層の前記一方面の反対側に位置する他方面に、導電性の金属材料から形成された第3層が接合される。   As one embodiment of the present invention, a third layer made of a conductive metal material is bonded to the other surface of the first layer located on the opposite side of the one surface.

本発明の他の実施態様の一つとして、前記第1層に混合されるフッ素樹脂の混合率は、約10〜50重量%であって、前記第2層に混合されるフッ素樹脂の混合率は、約3〜30重量%である。   As another embodiment of the present invention, the mixing ratio of the fluororesin mixed in the first layer is about 10 to 50% by weight, and the mixing ratio of the fluororesin mixed in the second layer is Is about 3 to 30% by weight.

本発明の他の実施態様一つとして、前記第2層は前記第1層よりもその外形寸法が小さく、かつ、前記第3層は前記第2層よりも幅狭である。   As another embodiment of the present invention, the second layer has a smaller outer dimension than the first layer, and the third layer is narrower than the second layer.

本発明のさらに他の実施態様の一つとして、前記第3層は、多孔質体である。   As still another embodiment of the present invention, the third layer is a porous body.

本発明のさらに他の実施態様の一つとして、前記外枠体は、内部に注入された反応液からなる注液域と、該注液域の上方に位置するスペースと、前記注液域の液面に浮かぶフロートと前記内部の発生ガスを排気するための通気管とを備える通気システムとを有し、前記通気管の一方端は前記外枠体の外面に形成された開口に連結され、前記通気管の他方端は前記フロートを貫通するジョイントに連結されており、前記ジョイントの開口端が前記スペースに位置する。   As still another embodiment of the present invention, the outer frame body includes a liquid injection area composed of a reaction liquid injected into the inside, a space located above the liquid injection area, and the liquid injection area. A ventilation system comprising a float floating on a liquid surface and a ventilation pipe for exhausting the generated gas inside, one end of the ventilation pipe is connected to an opening formed on the outer surface of the outer frame body, The other end of the vent pipe is connected to a joint that penetrates the float, and an open end of the joint is located in the space.

本発明のさらに他の実施態様の一つとして、前記外枠体は、断面凸状であって、内部が互いに連通する幅狭部と幅広部とを有し、前記アノード体と前記カソード体とは、前記幅狭部及び前記幅広部のうちのいずれか一方において互いに対向して位置する。   As still another embodiment of the present invention, the outer frame body has a convex cross section, and has a narrow part and a wide part that communicate with each other, and the anode body and the cathode body, Are positioned opposite to each other in either one of the narrow part and the wide part.

本発明のさらに他の実施態様の一つとして、外枠体の内部において、前記幅狭部と前記幅広部との間に互いに離間対向する一対の内壁が設けられる。   As still another embodiment of the present invention, a pair of inner walls facing each other are provided between the narrow portion and the wide portion inside the outer frame body.

本発明のさらに他の実施態様の一つとして、第1層における平均細孔径が約1〜200nmであって、細孔の容積が0.1〜4.0ml/gである。   In still another embodiment of the present invention, the average pore diameter in the first layer is about 1 to 200 nm, and the pore volume is 0.1 to 4.0 ml / g.

本発明のさらに他の実施態様の一つとして、第2層における平均細孔径が約1〜200nmであって、細孔の容積が0.1〜3.0ml/gである。   In still another embodiment of the present invention, the average pore diameter in the second layer is about 1 to 200 nm, and the pore volume is 0.1 to 3.0 ml / g.

本発明のさらに他の実施態様の一つとして、前記カソード体と前記アノード体とに電気的に接続された光源をさらに有する。   As still another embodiment of the present invention, a light source electrically connected to the cathode body and the anode body is further included.

本発明のさらに他の実施態様の一つとして、前記光源への電気供給の入切を操作可能な操作部をさらに有する。   As still another embodiment of the present invention, the apparatus further includes an operation unit operable to turn on / off the electric power supply to the light source.

本発明に係る空気マグネシウム電池によれば、カソード体は、導電性のカーボン材とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第1層と、外枠体内の反応液と接するように第1層の一方面に接合された、活性炭とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第2層とから構成されており、撥水性及び通気性に優れるとともに、カソード体が第1層又は第2層のみから形成される場合に比して、早期に放電反応のピークに到達して比較的長時間一定の電流を発生させることができる。また、カソード体全体が多孔質体から形成されることによって、比表面積が大きくなって酸素を多く取り込むことができるので、より大きな電流を発生させることができる。   According to the air magnesium battery of the present invention, the cathode body is in contact with the first layer made of the porous body formed by mixing the conductive carbon material and the fluororesin, and the reaction liquid in the outer frame body. And a second layer made of a porous body formed by mixing activated carbon and fluororesin and bonded to one surface of the first layer, and is excellent in water repellency and air permeability and has a cathode body. As compared with the case where is formed only from the first layer or the second layer, the peak of the discharge reaction can be reached early and a constant current can be generated for a relatively long time. Further, since the entire cathode body is formed of a porous body, the specific surface area is increased and a large amount of oxygen can be taken in, so that a larger current can be generated.

本発明の第1実施形態における空気マグネシウム電池の斜視図。The perspective view of the air magnesium battery in 1st Embodiment of this invention. (a)カソード体の一部破断平面図、(b)図2(a)のIIB−IIB線に沿う模式的断面図。(A) The partially broken top view of a cathode body, (b) Typical sectional drawing which follows the IIB-IIB line | wire of Fig.2 (a). 図1のIII−III線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the III-III line of FIG. カソード体の変更例の一例を示す図2(b)と同様の模式的断面図。The typical sectional view similar to FIG.2 (b) which shows an example of the example of a change of a cathode body. 第1〜第3層の組成、カソード体の構成を変更した場合における、空気マグネシウム電池の放電電流値の時間的変化の様子を示すグラフ。The graph which shows the mode of the time change of the discharge current value of an air magnesium battery at the time of changing the composition of a 1st-3rd layer, and the structure of a cathode body. 第2実施形態における空気マグネシウム電池の一部破断斜視図。The partially broken perspective view of the air magnesium battery in 2nd Embodiment. 図6のVII−VII線に沿う模式的断面図。FIG. 7 is a schematic sectional view taken along line VII-VII in FIG. 6. 図7のVIII−VIII線に沿う模式的断面図。Typical sectional drawing which follows the VIII-VIII line of FIG. 空気マグネシウム電池の非起電状態における図7と同様の模式的断面図。Typical sectional drawing similar to FIG. 7 in the non-electromotive state of an air magnesium battery. 第3実施形態における空気マグネシウム電池の斜視図。The perspective view of the air magnesium battery in 3rd Embodiment. 図10のXI−XI線に沿う模式的断面図。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 10. 第3実施形態における空気マグネシウム電池の変更例の一例を示す図11と同様の模式的断面図。Typical sectional drawing similar to FIG. 11 which shows an example of the example of a change of the air magnesium battery in 3rd Embodiment. (a)第4実施形態における空気マグネシウム電池の正面図、(b)第4実施形態における空気マグネシウム電池の一部破断側面図。(A) The front view of the air magnesium battery in 4th Embodiment, (b) The partially broken side view of the air magnesium battery in 4th Embodiment.

<第1実施形態>
図1及び2を参照すると、本実施形態に係る空気マグネシウム電池10は、縦断方向Y及び横断方向X、それらに直交する厚さ方向Zとを有し、縦断方向Yにおいて互いに対向する第1及び第2面11,12と、厚さ方向Zにおいて互いに対向する第3及び第4面13,14と、横断方向Xにおいて互いに対向する第5面15及び第6面16とを有する角状の外枠体17を含む。空気マグネシウム電池10は、縦断方向Yの寸法L1が約50〜100mm、厚さ方向Zの寸法W1が約20〜70mm、横断方向Xの寸法W2が約20〜70mmであって、約1.0〜2.0Vの起電力を発生させることができる。空気マグネシウム電池10は、船舶等の大型タンカーに備え付けられた電気機械装置の動力源や災害等の緊急時における電力源としても使用可能であって、かかる場合には、各寸法L1,W1,W2は、数メートル以上の大きさを有し、それらを複合的に組み合わせることによってより大きな電力を発生させることもできる。
<First Embodiment>
1 and 2, an air magnesium battery 10 according to the present embodiment has a longitudinal direction Y and a transverse direction X, and a thickness direction Z perpendicular thereto, and the first and second facing each other in the longitudinal direction Y. A rectangular outer surface having second surfaces 11, 12, third and fourth surfaces 13, 14 facing each other in thickness direction Z, and fifth surface 15 and sixth surface 16 facing each other in transverse direction X. A frame 17 is included. The air magnesium battery 10 has a dimension L1 in the longitudinal direction Y of about 50 to 100 mm, a dimension W1 in the thickness direction Z of about 20 to 70 mm, a dimension W2 in the transverse direction X of about 20 to 70 mm, and about 1.0. An electromotive force of up to 2.0V can be generated. The air magnesium battery 10 can also be used as a power source for an electromechanical device installed in a large tanker such as a ship or a power source in an emergency such as a disaster. In such a case, each dimension L1, W1, W2 Can have a size of several meters or more, and can generate more power by combining them in a composite manner.

外枠体17は、硬質のプラスチック材料から形成されており、第3面13には矩形薄板状のカソード体(空気極)20が位置しており、外枠体17内には、棒状のアノード体21が挿抜可能に挿入される。外枠体17内には、所要量の反応液24が注入可能であって、その内部には、外枠体17内全体の許容容積の約60〜80%の容量の液体が注入されてなる注液域25と、注液域25の上方に位置するスペースSとが形成される。外枠体17の第1面11には中央に開口を有する蓋体26が取り外し可能に螺着されており、開口には、アノード体21の端部21aが挿通された状態で固定される。アノード体21の端部21aには透孔が設けられており、該透孔にはリード線28が取り付けられる。また、カソード体20には、リード線29が取り付けられ、外枠体17の外部に延出している。   The outer frame body 17 is made of a hard plastic material, and a rectangular thin plate-like cathode body (air electrode) 20 is located on the third surface 13. The outer frame body 17 has a rod-shaped anode. The body 21 is inserted so that it can be inserted and removed. A required amount of the reaction liquid 24 can be injected into the outer frame body 17, and a liquid having a capacity of about 60 to 80% of the allowable capacity of the entire outer frame body 17 is injected into the outer frame body 17. A liquid injection area 25 and a space S located above the liquid injection area 25 are formed. A lid body 26 having an opening at the center is detachably screwed to the first surface 11 of the outer frame body 17, and the end 21 a of the anode body 21 is fixed to the opening while being inserted. The end 21a of the anode body 21 is provided with a through hole, and a lead wire 28 is attached to the through hole. A lead wire 29 is attached to the cathode body 20 and extends to the outside of the outer frame body 17.

かかる構成を有する空気マグネシウム電池10において、外枠体17の内部に反応液24が注入されることによって、反応液24が酸化触媒として作用してカソード体20とアノード体21との間にイオン化反応が生じる。イオン化したアノード体21から発生した電子がカソード体20で酸素と反応液24中の水と反応して放電反応が生じて、カソード体20とアノード体21との間に電位差が生じて所定の起電力を発生する。かかる電気化学反応が発生することによって、外枠体17内には水酸化マグネシウムと反応ガス(水素ガス)が生成される。反応液24は、水の他に塩水等の反応液を用いることができる。蓋体26を取り外すことによって、アノード体21が外枠体17内から抜き出されて電気化学反応が終わり起電力を生じなくなる。また、蓋体26を取り外すことによって、外枠体17の内部に水等の液体を注入したり、新たな液体を注入するために内部の液体を排出したりすることができる。アノード体21は、イオン化傾向の比較的に大きな電極活物質、例えば、金属マグネシウム、アルミニウム、亜鉛等を用いることができる。   In the air magnesium battery 10 having such a configuration, when the reaction liquid 24 is injected into the outer frame body 17, the reaction liquid 24 acts as an oxidation catalyst, and an ionization reaction occurs between the cathode body 20 and the anode body 21. Occurs. Electrons generated from the ionized anode body 21 react with oxygen in the cathode body 20 and water in the reaction liquid 24 to cause a discharge reaction, and a potential difference is generated between the cathode body 20 and the anode body 21 to cause a predetermined occurrence. Generate power. By generating such an electrochemical reaction, magnesium hydroxide and a reactive gas (hydrogen gas) are generated in the outer frame body 17. As the reaction solution 24, a reaction solution such as salt water can be used in addition to water. By removing the lid body 26, the anode body 21 is extracted from the outer frame body 17, the electrochemical reaction ends, and no electromotive force is generated. Further, by removing the lid 26, it is possible to inject a liquid such as water into the outer frame 17 or to discharge the internal liquid in order to inject a new liquid. The anode body 21 can use an electrode active material having a relatively large ionization tendency, such as metal magnesium, aluminum, zinc, and the like.

カソード体20は、複数の層が積層されて形成されたものであって、カーボン材等の導電性材料から形成された第1層(電極層)31と、第1層31の一方面31aに取り付けられた活性炭等の正極活物質から形成された第2層(活性層)32と、第1層31の他方面31bに取り付けられた、導電性金属から形成された板状の第3層(集電層)33とから構成される。カソード体20は、第2層32の配置された側が外枠体17内に位置しており、第2層32の表面全体及び第2層32の外周から延出して位置する第1層31の一方面31aが外枠体17内において反応液24に接している。   The cathode body 20 is formed by laminating a plurality of layers, and is formed on a first layer (electrode layer) 31 formed of a conductive material such as a carbon material and one surface 31 a of the first layer 31. A second layer (active layer) 32 formed from a positive electrode active material such as attached activated carbon, and a plate-like third layer (made of conductive metal) attached to the other surface 31b of the first layer 31 ( Current collecting layer) 33. In the cathode body 20, the side on which the second layer 32 is disposed is located in the outer frame body 17, and the first layer 31 is located so as to extend from the entire surface of the second layer 32 and the outer periphery of the second layer 32. One surface 31 a is in contact with the reaction solution 24 in the outer frame body 17.

第1層31は、通気不透液性のカーボン材にフッ素樹脂を所定の比率で混合して生成した多孔質体のシート形状を有するものであって、フッ素樹脂の混合率(重量比)は、約3〜50重量%、好ましくは約10〜50重量%、さらに好ましくは約20〜40重量%である。フッ素樹脂の混合率が50重量%以上の場合には、第1層31全体の絶縁性が高くなり、電極膜としての導電性を十分に発揮できなくなるおそれがあるからである。第1層31に用いるカーボン材としては、例えば、撥水性かつ電気導電性を有する黒鉛やカーボンブラック等を用いることが好ましく、カーボンブラックを使用する場合には、例えば、アセチレンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック等の公知の材料を用いることができる。第1及び第2層31,32に用いるフッ素樹脂としては、せん断力が作用すると繊維状に転化する性質のものが好ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。   The first layer 31 has a porous sheet shape formed by mixing a fluororesin with a predetermined ratio in an air-impermeable and liquid-impermeable carbon material, and the mixing ratio (weight ratio) of the fluororesin is About 3 to 50% by weight, preferably about 10 to 50% by weight, more preferably about 20 to 40% by weight. This is because when the mixing ratio of the fluororesin is 50% by weight or more, the insulation property of the entire first layer 31 becomes high, and the conductivity as the electrode film may not be sufficiently exhibited. As the carbon material used for the first layer 31, for example, graphite or carbon black having water repellency and electric conductivity is preferably used. When carbon black is used, for example, acetylene black, channel black, furnace, and the like are used. Known materials such as black and ketjen black can be used. The fluororesin used for the first and second layers 31 and 32 preferably has a property of being converted into a fiber when a shearing force is applied. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polytrifluoroethylene, polyvinylidene fluoride Etc. can be used.

第1層31における「多孔質体」とは、粒状のカーボン材にバインダーとしてフッ素樹脂を混合してシートを形成した場合、バインダーとして熱可塑性合成樹脂等を使用した場合に比して粒子間の間隙が維持され、通気性が確保されることを意味する。また、第1層31は多孔質体であることによって通気性が確保される一方、フッ素樹脂を混合したものであるから所要の防水性能を有し、反応液の漏出を効果的に防ぐことができる。また、第1層31の「通気不透液性」とは、多孔質体であるとともに、反応液に接する第2層32から反応液が浸出して外部に漏れるのを防ぐ役割を備えることを意味する。このとき、第1層31のフッ素樹脂の配合率が第2層32のフッ素樹脂の配合率に比して高い場合には、より高い防水性機能を発揮することができる。   The “porous body” in the first layer 31 means that when a sheet is formed by mixing a fluorocarbon resin as a binder with a granular carbon material, it is between particles as compared with the case where a thermoplastic synthetic resin or the like is used as a binder. This means that the gap is maintained and air permeability is ensured. In addition, the first layer 31 is a porous body, so that air permeability is ensured. On the other hand, since the first layer 31 is a mixture of fluororesin, it has a required waterproof performance and can effectively prevent leakage of the reaction solution. it can. Further, the “air-impermeable liquid-impervious” of the first layer 31 is a porous body and has a function of preventing the reaction liquid from leaching out from the second layer 32 in contact with the reaction liquid and leaking to the outside. means. At this time, when the blending ratio of the fluororesin of the first layer 31 is higher than the blending ratio of the fluororesin of the second layer 32, a higher waterproof function can be exhibited.

多孔質体である第1層31において、平均細孔径が約1〜200nm、細孔の容積が0.1〜4.0ml/gの範囲内であって、好ましくは、平均細孔径が約20〜50nm,細孔の容積が0.5〜1.0ml/gである。通常、多孔質体の平均細孔径及びその容積が比較的に小さい場合には、表面に表面張力が作用して、液の透過を防止することができる一方、平均細孔径及びその容積が比較的に大きい場合には、水が多孔質体に浸透して酸素が供給されなくなるために、電流値が低下する。また、さらに水が過剰に浸透する場合には、多孔質体より水が漏出するおそれがある。本発明においては、第1層31の平均細孔径及び容積が、かかる範囲内であることによって、細孔を通過して反応液が浸出するのを防止することができ、かつ、細孔からの十分な通気性を確保することができ、これら二律背反の関係にある技術的な効果を両立させることができる。また、第2層32に反応液24が浸透した後も、比較的に長時間所要の電流値を維持することができる。   In the first layer 31 which is a porous body, the average pore diameter is about 1 to 200 nm, the pore volume is in the range of 0.1 to 4.0 ml / g, and preferably the average pore diameter is about 20 ˜50 nm, pore volume is 0.5 to 1.0 ml / g. Usually, when the average pore diameter and the volume of the porous body are relatively small, surface tension acts on the surface to prevent the permeation of the liquid, while the average pore diameter and the volume are relatively small. If it is too large, water penetrates into the porous body and oxygen is not supplied, so that the current value decreases. Further, when water permeates excessively, water may leak from the porous body. In the present invention, when the average pore diameter and volume of the first layer 31 are within such ranges, it is possible to prevent the reaction liquid from leaching through the pores, and from the pores. Sufficient breathability can be ensured, and both technical effects in a trade-off relationship can be achieved. Further, even after the reaction solution 24 has permeated into the second layer 32, the required current value can be maintained for a relatively long time.

第2層32は、活性炭とフッ素樹脂とを所定の比率で混合した粉末状又は複数の開孔が形成されたシート状等の多孔質体であって、第1層31の一方面31aに塗布された導電性の接着剤を介して固定される。フッ素樹脂の混合率(重量比)は、約3〜50重量%,好ましくは約3〜30重量%,さらに好ましくは約5〜20重量%である。かかる混合率が30%以上になると必然的に活性炭の含有量が減少して電気容量が低下し、撥水性が極度に高まって濡れ性が悪化し、活性層として電気特性を発揮できなくなるおそれがあるからである。活性炭は、この種の電極材料として一般的に用いられているものであって、賦活により比表面積が極めて大きくなっていることによって、単位体積当たりの電気容量が大きな電極を形成することができる。第2層32の「多孔質体」とは、活性炭にバインダーとしてフッ素樹脂を混合してシートを形成した場合、バインダーとして熱可塑性合成樹脂等を使用した場合に比して粒子間の間隙が維持され、通気性が確保されるとともに、活性炭表面の細孔構造が維持されて吸着性に優れることを意味する。   The second layer 32 is a porous body such as powder or a sheet having a plurality of apertures formed by mixing activated carbon and fluororesin at a predetermined ratio, and is applied to one surface 31 a of the first layer 31. It is fixed through a conductive adhesive. The mixing ratio (weight ratio) of the fluororesin is about 3 to 50% by weight, preferably about 3 to 30% by weight, and more preferably about 5 to 20% by weight. When the mixing ratio is 30% or more, the content of activated carbon is inevitably reduced, the electric capacity is lowered, the water repellency is extremely increased, the wettability is deteriorated, and the electric characteristics as an active layer may not be exhibited. Because there is. Activated carbon is generally used as an electrode material of this type, and an electrode having a large electric capacity per unit volume can be formed by having an extremely large specific surface area due to activation. The “porous body” of the second layer 32 means that when a sheet is formed by mixing a fluororesin as a binder with activated carbon, a gap between particles is maintained as compared with the case where a thermoplastic synthetic resin or the like is used as a binder. This means that the air permeability is ensured and the pore structure on the surface of the activated carbon is maintained and the adsorptivity is excellent.

多孔質体である第2層32において、平均細孔径が約1〜200nm、細孔の容積が0.1〜3.0ml/gの範囲内であって、好ましくは、平均細孔径が約10〜40nm,細孔の容積が0.2〜1.5ml/gである。第2層32の平均細孔径及び容積が、かかる範囲内であることによって、反応液24の浸透速度を遅くすることができ、電流値のピークの維持時間を比較的に長くすることができる。   In the second layer 32 which is a porous body, the average pore diameter is in the range of about 1 to 200 nm and the pore volume is in the range of 0.1 to 3.0 ml / g. ˜40 nm, pore volume is 0.2˜1.5 ml / g. When the average pore diameter and volume of the second layer 32 are within such ranges, the permeation rate of the reaction solution 24 can be slowed, and the current peak retention time can be made relatively long.

第3層33は、必要に応じて設けられるものであって、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、チタン等の少なくとも一種の金属材料から形成された箔状、板状、シート状のものであって、第1層31の他方面31bに塗布された導電性の接着剤を介して固定される。第3層33には、ステンレス鋼(SUS)等の導電性金属材料に金、銀等の良導電性金属を被膜した複合材を用いることもでき、また、金属材料をパンチング加工等によって、メッシュ状、ネット状に成形した多孔質体とすることもできる。第3層33を多孔質体(層)に形成した場合には、第1〜第3層31,32,33のすべてが多孔質体から形成されるので通気性に優れ、より多くの酸素を取り込むことができるとともに、第3層33を第1層31の他方面31bに接着の代わりに圧着によって接合することができる。第3層33は、第1層31と第2層32との間に配置することも可能であるが、本実施形態のように、第2層32が位置する一方面31aと反対側の他方面31bに配置することによって、第3層33が反応液24で濡れることはなく、また、第1及び第2層31,32の通気性を阻害することがないので、より高い放電流を得ることができる。なお、第3層33は、多孔質体のほかに、第2層32より幅狭であることによって、第1層31及び第2層32への通気を十分に確保することができる。   The third layer 33 is provided as necessary, and is in the form of a foil, a plate, or a sheet formed from at least one metal material such as copper, nickel, aluminum, stainless steel, and titanium. The first layer 31 is fixed via a conductive adhesive applied to the other surface 31b. For the third layer 33, a composite material in which a conductive metal material such as stainless steel (SUS) is coated with a good conductive metal such as gold or silver can be used, and the metal material is meshed by punching or the like. It is also possible to form a porous body formed into a shape or a net shape. When the third layer 33 is formed in a porous body (layer), all of the first to third layers 31, 32, and 33 are formed from the porous body, so that the air permeability is excellent and more oxygen is consumed. While being able to take in, the 3rd layer 33 can be joined to the other side 31b of the 1st layer 31 by pressure bonding instead of adhesion. The third layer 33 can be disposed between the first layer 31 and the second layer 32, but the other side opposite to the one surface 31a where the second layer 32 is located as in the present embodiment. By disposing in the direction 31b, the third layer 33 is not wetted by the reaction solution 24, and the air permeability of the first and second layers 31 and 32 is not hindered, so that a higher discharge current is obtained. be able to. In addition to the porous body, the third layer 33 is narrower than the second layer 32, so that sufficient ventilation can be secured to the first layer 31 and the second layer 32.

<第1及び第2層の平均細孔径及び細孔容積の測定方法>
第1及び第2層31,32の平均細孔径及び容積については、水銀圧入法による平均細孔径分布(細孔直径7.6nm〜12.6μm)を、CARLO ERBA INSTRUMENTS社製の細孔分布測定器ポロシメーター2000型を使用して測定した。なお、第1及び第2層31,32における平均細孔径及び容積は、カーボン材や活性炭の粒子の大きさや粒子間間隙に依存するところ、平均細孔径および容積が所要の範囲内になるように粒子の大きさや成形条件等を調整する。
<Measuring method of average pore diameter and pore volume of first and second layers>
For the average pore diameter and volume of the first and second layers 31 and 32, the average pore diameter distribution (pore diameter 7.6 nm to 12.6 μm) by mercury porosimetry is used, and the pore distribution measurement made by CARLO ERBA INSTRUMENTS is used. Measured using a porosimeter 2000 model. Note that the average pore diameter and volume in the first and second layers 31 and 32 depend on the size of the carbon material and activated carbon particles and the inter-particle gap, so that the average pore diameter and volume are within the required ranges. Adjust particle size and molding conditions.

図3を参照すると、カソード体20において、第2層32は、反応液24と接する側に配置される。このように第2層32を外枠体17内に配置することによって、第2層32を用いずに直接に第1層31が反応液24と接する場合に比してより放電反応がピークに到達するまでの時間を短くすることができ、より大きな電流を得ることができる。すなわち、カーボン材等に比して活性炭にはより多くの酸素が吸着されており電子と素早く反応することによって、ピークに到達するまでの時間を短くすることができ、かつ、より大きな電流を発生させることができる。また、活性炭とフッ素樹脂とをシート状に成形した第2層32のみの場合には、次第に反応液が第2層32に浸透して内部に空気が流入し難くなることから放電反応が弱くなるおそれがあるところ、外側に通気不透液性の第1層31が配置されることによって、反応液24の浸透を防ぎ、カソード体20全体において効率よく空気を透過させることができるので、第2層32における放電反応の寿命、ひいては、カソード体20の電極としての寿命を長期化させることができる。また、第2層32の外周の外方に位置する第1層31の延出部分の一部35が、注液域25の上方のスペースSに位置している。かかる場合には、内部に充満した発生ガスが該部位35を介して外部に放出され、外枠体17内が高圧になるのを防止しうる。   Referring to FIG. 3, in the cathode body 20, the second layer 32 is disposed on the side in contact with the reaction solution 24. By disposing the second layer 32 in the outer frame body 17 in this way, the discharge reaction has a peak compared to the case where the first layer 31 is in direct contact with the reaction solution 24 without using the second layer 32. The time to reach can be shortened, and a larger current can be obtained. In other words, activated carbon has more oxygen adsorbed than carbon materials, and it reacts quickly with electrons, thereby shortening the time to reach the peak and generating a larger current. Can be made. Further, in the case of only the second layer 32 in which activated carbon and fluororesin are formed into a sheet shape, the reaction solution gradually permeates into the second layer 32, and it becomes difficult for air to flow into the inside, so the discharge reaction is weakened. Where there is a possibility, the first layer 31 that is impermeable to air flow is disposed on the outer side, so that the penetration of the reaction solution 24 can be prevented and air can be efficiently transmitted through the entire cathode body 20. The life of the discharge reaction in the layer 32 and, in turn, the life of the cathode body 20 as an electrode can be prolonged. Further, a part 35 of the extended portion of the first layer 31 located outside the outer periphery of the second layer 32 is located in the space S above the liquid injection area 25. In such a case, it is possible to prevent the generated gas filled inside from being released to the outside through the portion 35 and the inside of the outer frame body 17 from becoming a high pressure.

本実施形態においては、カソード体20を構成する各層の各寸法について言えば、縦断方向Yの寸法L2が約50〜90mm、横断方向Xの寸法W3(幅寸法)が約20〜60mm、厚さ方向Zの寸法が約1.0〜1.5mmである。第2層32は、第1層31よりも全体的に一回り小さく、その縦断方向Yの寸法L3は、約30〜70mm、横断方向Xの寸法W4は、約15〜55mmである。第3層33は第1層31とほぼ同じ縦断方向Yの寸法を有する一方、第1及び第2層31,32に比べて幅狭であって、その横断方向Xの寸法(幅寸法)W5は約15〜30mmである。第3層33が第1及び第2層31,32に比べて幅狭であることによって、第3層33によって第1及び第2層31,32への空気の透過が阻害されることはなく、一定の電流を得ることができる。   In the present embodiment, regarding each dimension of each layer constituting the cathode body 20, the dimension L2 in the longitudinal direction Y is about 50 to 90 mm, the dimension W3 (width dimension) in the transverse direction X is about 20 to 60 mm, and the thickness. The dimension in the direction Z is about 1.0 to 1.5 mm. The second layer 32 is slightly smaller than the first layer 31 as a whole, and the dimension L3 in the longitudinal direction Y is about 30 to 70 mm, and the dimension W4 in the transverse direction X is about 15 to 55 mm. The third layer 33 has substantially the same dimension in the longitudinal direction Y as the first layer 31, but is narrower than the first and second layers 31, 32, and has a dimension (width dimension) W5 in the transverse direction X. Is about 15-30 mm. Since the third layer 33 is narrower than the first and second layers 31 and 32, the third layer 33 does not impede the permeation of air to the first and second layers 31 and 32. A constant current can be obtained.

カソード体20は第1層31と第2層32とが同じ大きさであってもよい。また、本実施形態の構成は、通常の単3形、単1形等の各種の大きさの電池や船舶や半導体工場等における大型の電源供給装置にも利用することができる。   In the cathode body 20, the first layer 31 and the second layer 32 may have the same size. In addition, the configuration of the present embodiment can also be used for batteries of various sizes such as normal AA and AA, and large power supply devices in ships, semiconductor factories, and the like.

図4は、カソード体20の変更例を示すものであって、カソード体20は、第1〜第3層31,32,33が積層された3層構造であって、第2層32の表面側を除く外周が第1層31に被覆されている。かかる構成における第1及び第2層31,32の積層は、第2層32の上にそれよりもひと回り大きな外形を有する第1層31を積層して、それらを圧延することによって形成することができる。本実施例におけるカソード体20においては、第2層32の表面を除く外周が第1層31に被覆されていることによって、第2層32全体に反応液24が浸出するのを防ぐとともに、反応液24が外枠体17の外部へ漏出するのを有効に防止することができる。   FIG. 4 shows a modified example of the cathode body 20. The cathode body 20 has a three-layer structure in which the first to third layers 31, 32, and 33 are stacked, and the surface of the second layer 32. The outer periphery excluding the side is covered with the first layer 31. The lamination of the first and second layers 31 and 32 in such a configuration may be formed by laminating the first layer 31 having a slightly larger outer shape on the second layer 32 and rolling them. it can. In the cathode body 20 in the present embodiment, the outer periphery excluding the surface of the second layer 32 is covered with the first layer 31, thereby preventing the reaction solution 24 from leaching out of the entire second layer 32 and reacting. It is possible to effectively prevent the liquid 24 from leaking out of the outer frame body 17.

図5は、それぞれ一方面に第3層33が接合された、第1層(電極層)31のみ(比較例1〜3)、第2層(活性層)32のみ(比較例4)、第1層31と第2層32との2層構造(実施例1及び2)からなるカソード体20を使用した場合における、発生した電流値(mA)と経過時間(h)とを示すグラフである。なお、本測定に使用した空気マグネシウム電池10の各寸法についていえば、外枠体17の各寸法L1,W1,W2がそれぞれ、約100mm,約60mm,約60mm,カソード体20の各寸法L2,L3,W3,W4,W5がそれぞれ、約72mm,約60mm,約40mm,約30mm,約20mmである。実施例1,2及び比較例1〜5については、開始から約80時間測定し、比較例6,7については開始から約60時間測定をした。   FIG. 5 shows the first layer (electrode layer) 31 only (Comparative Examples 1 to 3), the second layer (active layer) 32 only (Comparative Example 4), and the third layer 33 bonded to one side. It is a graph which shows the electric current value (mA) and elapsed time (h) which generate | occur | produced when using the cathode body 20 which consists of 2 layer structure (Example 1 and 2) of the 1st layer 31 and the 2nd layer 32. . Regarding the dimensions of the air magnesium battery 10 used in this measurement, the dimensions L1, W1, and W2 of the outer frame body 17 are about 100 mm, about 60 mm, about 60 mm, and the dimensions L2 of the cathode body 20, respectively. L3, W3, W4, and W5 are about 72 mm, about 60 mm, about 40 mm, about 30 mm, and about 20 mm, respectively. About Example 1, 2, and Comparative Examples 1-5, it measured about 80 hours from the start, and about Comparative Examples 6 and 7, it measured about 60 hours from the start.

<実施例1>
実施例1には、77重量%のカーボン材と23重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第1層31と、95重量%の活性炭と5重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第2層32との2層構造から構成されたカソード体を使用した。また、第1層31の平均細孔径は40nm、細孔容積は1ml/g、第2層32の平均細孔径は40nm、細孔容積は1.5ml/gである。
<Example 1>
Example 1 is formed from a mixture of a first layer 31 formed from a mixture of 77 wt% carbon material and 23 wt% fluororesin, and a mixture of 95 wt% activated carbon and 5 wt% fluororesin. In addition, a cathode body composed of a two-layer structure with the second layer 32 was used. The first layer 31 has an average pore diameter of 40 nm and a pore volume of 1 ml / g, and the second layer 32 has an average pore diameter of 40 nm and a pore volume of 1.5 ml / g.

<実施例2>
実施例2には、77重量%のカーボン材と23重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第1層31と、79重量%の活性炭と6重量%のカーボン材と、15重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第2層32との2層構造から構成されたカソード体を使用した。また、第1層31の平均細孔径は40nm、細孔容積は1ml/g、第2層32の平均細孔径は、30nm、細孔容積は1.0ml/gである。
<Example 2>
Example 2 includes a first layer 31 formed from a mixture of 77 wt% carbon material and 23 wt% fluororesin, 79 wt% activated carbon, 6 wt% carbon material, and 15 wt% A cathode body composed of a two-layer structure with a second layer 32 formed by mixing with a fluororesin was used. The average pore diameter of the first layer 31 is 40 nm, the pore volume is 1 ml / g, the average pore diameter of the second layer 32 is 30 nm, and the pore volume is 1.0 ml / g.

<比較例1>
比較例1には、カソード体が95重量%のカーボン材と、5重量%のフッ素樹脂とを混合して形成された第1層31のみからなるカソード体を使用した。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, a cathode body composed only of the first layer 31 formed by mixing 95% by weight of a carbon material and 5% by weight of a fluororesin was used.

<比較例2>
比較例2は、カソード体が77重量%のカーボン材と、23重量%のフッ素樹脂とを混合して形成された第1層31のみからなる。
<Comparative Example 2>
In Comparative Example 2, the cathode body is composed of only the first layer 31 formed by mixing 77% by weight of carbon material and 23% by weight of fluororesin.

<比較例3>
比較例3は、カソード体が50重量%のカーボン材と、50重量%のフッ素樹脂とを混合して形成された第1層31のみからなる。
<Comparative Example 3>
In Comparative Example 3, the cathode body is composed of only the first layer 31 formed by mixing 50% by weight of a carbon material and 50% by weight of a fluororesin.

<比較例4>
比較例4は、カソード体が79重量%の活性炭と、6重量%のカーボン材と、15重量%のフッ素樹脂とを混合して形成された第2層32のみからなる。
<Comparative Example 4>
In Comparative Example 4, the cathode body is composed only of the second layer 32 formed by mixing 79% by weight of activated carbon, 6% by weight of carbon material, and 15% by weight of fluororesin.

<比較例5>
比較例5には、77重量%のカーボン材と23重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第1層31と、40重量%の活性炭と60重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第2層32との2層構造から構成されたカソード体20を使用した。
<Comparative Example 5>
In Comparative Example 5, the first layer 31 formed from a mixture of 77 wt% carbon material and 23 wt% fluororesin, and a mixture of 40 wt% activated carbon and 60 wt% fluororesin is formed. In addition, the cathode body 20 having a two-layer structure with the second layer 32 was used.

<比較例6>
比較例6には、77重量%のカーボン材と23重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第1層31と、79重量%の活性炭と6重量%のカーボン材と、15重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第2層32との2層構造から構成されたカソード体20を使用した。また、第1層31の平均細孔径は40nm、細孔容積は1ml/g、第2層32の平均細孔径は、250nm、細孔容積は4.0ml/gであった。
<Comparative Example 6>
Comparative Example 6 includes a first layer 31 formed from a mixture of 77 wt% carbon material and 23 wt% fluororesin, 79 wt% activated carbon, 6 wt% carbon material, and 15 wt% The cathode body 20 composed of a two-layer structure with the second layer 32 formed by mixing with a fluororesin was used. The average pore diameter of the first layer 31 was 40 nm, the pore volume was 1 ml / g, the average pore diameter of the second layer 32 was 250 nm, and the pore volume was 4.0 ml / g.

<比較例7>
比較例7には、77重量%のカーボン材と23重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第1層31と、79重量%の活性炭と6重量%のカーボン材と、15重量%のフッ素樹脂との混合から形成された第2層32との2層構造から構成されたカソード体20を使用した。また、第1層31の平均細孔径は250nm、細孔容積は5.0ml/g、第2層32の平均細孔径は、250nm、細孔容積は4.0ml/gであった。
<Comparative Example 7>
Comparative Example 7 includes a first layer 31 formed from a mixture of 77 wt% carbon material and 23 wt% fluororesin, 79 wt% activated carbon, 6 wt% carbon material, and 15 wt% The cathode body 20 composed of a two-layer structure with the second layer 32 formed by mixing with a fluororesin was used. The average pore diameter of the first layer 31 was 250 nm, the pore volume was 5.0 ml / g, the average pore diameter of the second layer 32 was 250 nm, and the pore volume was 4.0 ml / g.

図5のグラフに示すとおり、実施例1及び2においては、比較的に早期(開始から約1〜2分)に電流値がピーク値(約200mA)となり、40〜50時間まで安定して高い電流値を発生させることができた。実施例1のピーク値の時間が実施例2のそれよりも短くなっているのは、活性炭を比較的に多く含有させることによって、アノード体21とのイオン化反応が進み、アノード体21が早く消費されたためと考えられる。一方、比較例1〜3においては、アノード体21が消費されるまで、比較的に長時間(約80時間)に亘って一定の電流値を発生することができるが、ピーク値が実施例のピーク値の0.3〜0.7倍であった。比較例4においては、活性炭に水が浸透したために約15時間経過後から次第に電流値が下がり始めて、50時間経過後にはピーク時の約半分の電流値となっていた。比較例5においては、第2層32におけるフッ素樹脂の混合割合が高く、活性炭の割合が大幅に減少して十分な酸素を取り込むことができず電子移動がスムーズに行われなったために、非常に微弱な電流が発生したのみであった。   As shown in the graph of FIG. 5, in Examples 1 and 2, the current value reached a peak value (about 200 mA) relatively early (about 1 to 2 minutes from the start), and was stable and high until 40 to 50 hours. A current value could be generated. The time of the peak value of Example 1 is shorter than that of Example 2 because the ionization reaction with the anode body 21 proceeds by containing a relatively large amount of activated carbon, and the anode body 21 is consumed quickly. This is probably because On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, a constant current value can be generated over a relatively long time (about 80 hours) until the anode body 21 is consumed. It was 0.3 to 0.7 times the peak value. In Comparative Example 4, since the water penetrated into the activated carbon, the current value gradually started to decrease after about 15 hours, and the current value was about half of the peak value after 50 hours. In Comparative Example 5, since the mixing ratio of the fluororesin in the second layer 32 is high, the ratio of the activated carbon is greatly reduced and sufficient oxygen cannot be taken in, and the electron transfer is smoothly performed. Only a weak current was generated.

このように、第1層31と第2層32との2層構造から構成されたカソード体20は、第1層31のみ又は第2層32のみから構成される場合に比して、比較的に早期に所定の大きさのピーク電流まで到達し、第2層32への水の浸透や電流値の低下を招くことなく、比較的に長時間その状態を維持することができる。50時間経過後には、電流値が徐々に下がり始めるが、アノード体21と反応液(水)24とを交換することによって、再びピーク時の電流値を得ることができる。   As described above, the cathode body 20 constituted by the two-layer structure of the first layer 31 and the second layer 32 is relatively less than the case where the cathode body 20 is constituted by only the first layer 31 or only the second layer 32. The peak current of a predetermined magnitude is reached at an early stage, and the state can be maintained for a relatively long time without causing water penetration into the second layer 32 and a decrease in the current value. After 50 hours, the current value starts to gradually decrease, but the peak current value can be obtained again by exchanging the anode body 21 and the reaction liquid (water) 24.

また、実施例2と比較例6,7を比較すると、実施例2と比較例6,7とは、第1層31及び第2層32を構成する材料の混合率が同じであるところ、それらの平均細孔径と細孔容積のみが相違するものである。すなわち、実施例2と比較例6とを比較すると、実施例2の第2層32の平均細孔径が30nm、細孔容積が1ml/gであるのに対し、比較例6の第2層32の平均細孔径が250nm、細孔容積が4ml/gである。グラフを参照すると、比較例6は、実施例2との比較において、時間が経過するにつれて電流値が大きく低下している。これは、第2層32の平均細孔径及び細孔容積が比較的に大きいことから、水が浸透して酸素が供給されなくなったためだと考えられる。   Further, when Example 2 and Comparative Examples 6 and 7 are compared, Example 2 and Comparative Examples 6 and 7 have the same mixing ratio of materials constituting the first layer 31 and the second layer 32. Only the average pore diameter and the pore volume differ. That is, when Example 2 and Comparative Example 6 are compared, the second layer 32 of Example 2 has an average pore diameter of 30 nm and a pore volume of 1 ml / g, whereas the second layer 32 of Comparative Example 6 has Have an average pore diameter of 250 nm and a pore volume of 4 ml / g. Referring to the graph, the current value of Comparative Example 6 is greatly reduced as time passes in comparison with Example 2. This is probably because the average pore diameter and pore volume of the second layer 32 are relatively large, so that water penetrates and oxygen is no longer supplied.

また、比較例7では、第1層31の平均細孔径が250nm、細孔容積が5ml/g、第2層32の平均細孔径が250nm、細孔容積が4ml/gであって、第1及び第2層31,32の平均細孔径と細孔容積とが比較的に大きいものである。そのため、比較例6と同様に、第2層32に水が浸透して時間の経過とともに酸素が供給されずに電流値が低下するとともに、第1層31にも水が浸透して急激に電流値が低下する。このように、これらの比較例と対比すると、実施例2は、平均細孔径及び細孔容積が最適な範囲にあることによって、長時間劣化せずに電気特性を維持することができるといえる。   In Comparative Example 7, the average pore diameter of the first layer 31 is 250 nm, the pore volume is 5 ml / g, the average pore diameter of the second layer 32 is 250 nm, and the pore volume is 4 ml / g. The average pore diameter and pore volume of the second layers 31 and 32 are relatively large. Therefore, as in Comparative Example 6, water penetrates into the second layer 32 and oxygen is not supplied with the passage of time, and the current value decreases. The value drops. Thus, in contrast to these comparative examples, it can be said that Example 2 can maintain electrical characteristics without deterioration for a long time because the average pore diameter and pore volume are in the optimum ranges.

<第2実施形態>
図6,7を参照すると、本実施形態において、空気マグネシウム電池10は、載置面49に載置されており、外枠体17の第3面13と第4面14とにそれぞれ位置する一対のカソード体20A,20Bと、外枠体17内に挿入されたアノード体21と、外枠体17内の発生ガスを排出するための通気システムとを有する。一対のカソード体20A,20Bがアノード体21を挟み込むように配置させることによって、1つのカソード体20Aのみを用いる場合に比して、より大きな電流を発生させることができる。アノード体21は、外枠体17の横断方向Xにおける寸法を2等分する中心線(中心軸)Pよりも第6面16側に位置している。外枠体17内には、その全体の許容容積の約50〜65%の容量の反応液24が注入される。
Second Embodiment
Referring to FIGS. 6 and 7, in this embodiment, the air magnesium battery 10 is mounted on the mounting surface 49 and is a pair positioned on the third surface 13 and the fourth surface 14 of the outer frame body 17. Cathode bodies 20 </ b> A and 20 </ b> B, an anode body 21 inserted in the outer frame body 17, and a ventilation system for discharging the generated gas in the outer frame body 17. By arranging the pair of cathode bodies 20A and 20B so as to sandwich the anode body 21, it is possible to generate a larger current than when only one cathode body 20A is used. The anode body 21 is located closer to the sixth surface 16 than the center line (center axis) P that bisects the dimension in the transverse direction X of the outer frame body 17. A reaction liquid 24 having a capacity of about 50 to 65% of the entire allowable volume is injected into the outer frame body 17.

外枠体17の第1面11の外面に位置する通気用及び貯水用タンク41と、タンク41に連結されるシリコーンゴム等の軟質部材から形成された通気管42とを有する。タンク41は、第1面11に設けられた開口(取付孔)にゴム製の止水シール43を介して挿入される延出部44を有する。タンク41は、延出部44を軸として外枠体17に対して360度回転可能に取り付けられており、使用を重ねることによって延出部44と止水シール43との摺動が繰り返されて後者が摩耗したときには、それを交換することができる。タンク41は、通気管42からタンク41に流れ込んできた発生ガスを排気するための通気孔45と、タンク41内に流れ込んできた反応液24を排出するための排水孔46とを有し、排水孔46は栓47で封止される。タンク41内には、通気孔45と排水孔46との間に分離壁(内壁)48が設けられており、分離壁48の排水孔46側に通気管42に浸入してタンク41に移動した反応液24が貯められる。また、タンク41の内壁と分離壁48の先端部48aとの間にはクリアランス50が形成されており、タンク41の排水孔46側には、金属製のウエイト52が配置される。   It has a ventilation and water storage tank 41 located on the outer surface of the first surface 11 of the outer frame body 17, and a ventilation pipe 42 formed from a soft member such as silicone rubber connected to the tank 41. The tank 41 has an extending portion 44 that is inserted into an opening (attachment hole) provided in the first surface 11 via a rubber water stop seal 43. The tank 41 is attached to the outer frame body 17 so as to be able to rotate 360 degrees about the extending portion 44, and sliding between the extending portion 44 and the water seal 43 is repeated by repeated use. When the latter wears out, it can be replaced. The tank 41 has a vent hole 45 for exhausting the generated gas flowing into the tank 41 from the vent pipe 42 and a drain hole 46 for discharging the reaction liquid 24 flowing into the tank 41. The hole 46 is sealed with a plug 47. In the tank 41, a separation wall (inner wall) 48 is provided between the vent hole 45 and the drain hole 46, and enters the vent pipe 42 on the drain hole 46 side of the separation wall 48 and moves to the tank 41. The reaction liquid 24 is stored. A clearance 50 is formed between the inner wall of the tank 41 and the tip 48 a of the separation wall 48, and a metal weight 52 is disposed on the drain hole 46 side of the tank 41.

図8を参照すると、既述のとおり、タンク41は、外枠体17に回転可能に連結されているところ、ウエイト52が排水孔46側に位置することから、外枠体17の第5面15が上方に位置する態様から上下を逆にして第6面16が上方に位置するように配置したとしても、ウエイト52の自重によってタンク41が回転して排水孔46側が下方に位置する。   Referring to FIG. 8, as described above, the tank 41 is rotatably connected to the outer frame body 17, and the weight 52 is located on the drainage hole 46 side. Even if it arrange | positions so that the 6th surface 16 may be located upside down from the aspect which 15 is located upside down, the tank 41 will rotate by the dead weight of the weight 52, and the drain hole 46 side will be located below.

通気管42の他端には、ゴム製又はプラスチック製のフロート54がその中央部を貫通するジョイント55を介して連結される。フロート54内は中空であって、通気管42の他端側には金属製のウエイト56が配置されている。ウエイト56は、その重量がフロート54の約半分が反応液24の液面24aから露出するように調整されている。ジョイント55のフロート54を貫通する側の端部は先細状であって、開口端55aを有する。本実施形態において、互いに連結されるタンク41、通気管42及びジョイント55は別体から構成されているが、それらの一部又は全部が一体に成形されていてもよい。   A rubber or plastic float 54 is connected to the other end of the vent pipe 42 via a joint 55 penetrating the central portion thereof. The float 54 is hollow, and a metal weight 56 is disposed on the other end side of the vent pipe 42. The weight 56 is adjusted so that about half of the weight of the float 54 is exposed from the liquid surface 24 a of the reaction solution 24. The end of the joint 55 that passes through the float 54 is tapered and has an open end 55a. In the present embodiment, the tank 41, the vent pipe 42, and the joint 55 that are connected to each other are configured separately, but some or all of them may be integrally formed.

本実施形態の場合には、フロート54が液面上に浮き上がってジョイント55の開口端55aがスペースS内に位置していることから、開口端55aからスペースS内の発生ガスの一部が通気管42内に流入してタンク41内に移動し、クリアランス50を通過して外部に放出される。それにより、外枠体17内の圧力を下げることができるので、発電時間の経過とともに多量に発生ガスが発生しても、それによる内圧によって外枠体17がひび割れ等するのを防止することができる。   In the case of the present embodiment, the float 54 floats on the liquid surface, and the opening end 55a of the joint 55 is located in the space S. Therefore, a part of the generated gas in the space S passes through the opening end 55a. It flows into the trachea 42, moves into the tank 41, passes through the clearance 50, and is discharged to the outside. Thereby, since the pressure in the outer frame body 17 can be lowered, even if a large amount of gas is generated with the lapse of power generation time, it is possible to prevent the outer frame body 17 from being cracked by the internal pressure due to the generated gas. it can.

図9を参照すると、空気マグネシウム電池10において横断方向Xの上下を逆にして配置した場合、すなわち、第5面15を上面、第6面16を下面とした場合には、アノード体21が中心線Pよりも第6面16側に偏倚して位置しており、かつ、反応液24の液面24aがアノード体21に接していないことから、電気化学反応が起こらず起電力が発生しない状態となる。このように、空気マグネシウム電池10の向きを変えるだけで起電力の入切を調整することができる。   Referring to FIG. 9, when the air magnesium battery 10 is disposed upside down in the transverse direction X, that is, when the fifth surface 15 is the upper surface and the sixth surface 16 is the lower surface, the anode body 21 is the center. A state in which the liquid surface 24a of the reaction liquid 24 is not in contact with the anode body 21 because the liquid surface 24a of the reaction liquid 24 is not in contact with the anode body 21 and no electromotive force is generated. It becomes. Thus, the on / off of the electromotive force can be adjusted only by changing the direction of the air magnesium battery 10.

<第3実施形態>
図10,11を参照すると、本実施形態に係る空気マグネシウム電池10は、断面凸状の外枠体17と、その第3面13に位置するカソード体20と、外枠体17内に挿入されたアノード体21と、通気システムとを有する。外枠体17は、アノード体21が挿通された幅狭部60と、幅狭部60の下方に位置する幅広部61とから構成される。幅狭部60と幅広部61との内部は連通されており、外枠体17内には反応液24が注入され、その液面24a上にはフロート54が浮いている。
<Third Embodiment>
Referring to FIGS. 10 and 11, the air magnesium battery 10 according to this embodiment is inserted into the outer frame body 17 having a convex cross section, the cathode body 20 located on the third surface 13 thereof, and the outer frame body 17. An anode body 21 and a ventilation system. The outer frame body 17 includes a narrow portion 60 through which the anode body 21 is inserted, and a wide portion 61 located below the narrow portion 60. The narrow portion 60 and the wide portion 61 communicate with each other, the reaction liquid 24 is injected into the outer frame body 17, and the float 54 floats on the liquid surface 24a.

既述のとおり、アノード体21とカソード体20とにおける電気化学反応によって、外枠体17の内部には水素ガスが発生するほかに、水酸化マグネシウムが沈殿物64として溜まる。該沈殿物64がアノード体21に接触したりそれを被覆するような状態にある場合には、アノード体21のイオン化が妨げられ、所要の起電力を発生させることができなくなるおそれがある。本実施形態の場合には、幅狭部60の内部にアノード体21が位置し、幅狭部60よりもより広い内部スペースを有する幅広部61に沈殿物64が溜まるので、それが堆積してアノード体21に接触することはない。本実施形態においては、通気システムはオプションであるが、外枠体17がかかる形状を有し、かつ、外枠体17に通気システムが配置されることによって、電気化学反応により生じるガスと沈殿物64とによる問題を解決することができる。なお、かかる効果を奏する限りにおいて、アノード体21とカソード体20とは、ともに幅狭部60ではなく幅広部61に位置していてもよい。ただし、電気化学反応が有効に行われるためには、アノード体21とカソード体20との離間寸法Rは、約2〜30mmであることが好ましい。したがって、離間寸法Rが一定の範囲内である必要から、カソード体20及びアノード体21を幅狭部60に配置し、幅広部61をより大きな収容スペースを有するものにしてもよい。   As described above, due to the electrochemical reaction between the anode body 21 and the cathode body 20, hydrogen gas is generated inside the outer frame body 17, and magnesium hydroxide accumulates as a precipitate 64. When the precipitate 64 is in contact with or covers the anode body 21, ionization of the anode body 21 is hindered, and a required electromotive force may not be generated. In the case of the present embodiment, the anode body 21 is located inside the narrow portion 60, and the precipitate 64 accumulates in the wide portion 61 having a wider internal space than the narrow portion 60. There is no contact with the anode body 21. In the present embodiment, the ventilation system is optional, but the outer frame body 17 has such a shape, and the ventilation system is disposed on the outer frame body 17, so that gases and precipitates generated by an electrochemical reaction are generated. 64 can be solved. In addition, as long as there exists such an effect, both the anode body 21 and the cathode body 20 may be located in the wide part 61 instead of the narrow part 60. FIG. However, in order for the electrochemical reaction to be performed effectively, the separation dimension R between the anode body 21 and the cathode body 20 is preferably about 2 to 30 mm. Accordingly, since the separation dimension R needs to be within a certain range, the cathode body 20 and the anode body 21 may be disposed in the narrow portion 60 and the wide portion 61 may have a larger accommodation space.

図12を参照すると、外枠体17内の内部において、幅狭部60と幅広部61との間に互いに離間して対向する一対の内壁68a,68bを設けることもできる。かかる場合には、該内壁68a,68b間に位置する離間部位69を介して沈殿物64が幅広部61に移動し堆積される。離間部位69の幅寸法は幅狭部60の幅寸法よりも小さく、幅狭部60が下方に位置する態様で配置されたとしても、多量の沈殿物64が幅狭部60に移動するおそれはない。   Referring to FIG. 12, a pair of inner walls 68 a and 68 b that are separated from each other and face each other can be provided between the narrow portion 60 and the wide portion 61 inside the outer frame body 17. In such a case, the precipitate 64 moves to the wide portion 61 and is deposited through the separation portion 69 located between the inner walls 68a and 68b. The width dimension of the separation part 69 is smaller than the width dimension of the narrow part 60, and even if the narrow part 60 is arranged in a manner located below, there is a possibility that a large amount of the precipitate 64 moves to the narrow part 60. Absent.

<第4実施形態>
図13(a),(b)を参照すると、本実施形態に係る空気マグネシウム電池10は、発電機能を備えた携帯用ライトであって、外枠体70は、円筒状の本体72と、本体72に取り外し可能に取り付けられた蓋体71とを有する。外枠体70の内部には、円棒状のアノード体73が中心線Pに対して横断方向Xの一方側へ偏倚して位置し、側面には一対のカソード体74が配置されている。外枠体70内には、第2実施形態と同様に、その許容容積の約50〜65%の反応液75が注入されている。蓋体71の内部には、LED,白球電球等の複数の光源76が配置されている。光源76にはアノード体73及びカソード体74から延出するリード線(図示せず)が電気的に接続されており、空気マグネシウム電池10による発電によって点灯する。
<Fourth embodiment>
Referring to FIGS. 13A and 13B, the air magnesium battery 10 according to the present embodiment is a portable light having a power generation function, and an outer frame body 70 includes a cylindrical main body 72, a main body, And a lid 71 detachably attached to 72. Inside the outer frame 70, a rod-shaped anode body 73 is positioned to be deviated to one side in the transverse direction X with respect to the center line P, and a pair of cathode bodies 74 are arranged on the side surfaces. In the outer frame 70, as in the second embodiment, about 50 to 65% of the allowable volume of the reaction liquid 75 is injected. A plurality of light sources 76 such as LEDs and white bulbs are arranged inside the lid 71. A lead wire (not shown) extending from the anode body 73 and the cathode body 74 is electrically connected to the light source 76 and is lit by power generation by the air magnesium battery 10.

外枠体は、握持部77を有する支持フレーム78に回転可能に取り付けられており、操作者が支持フレーム78に対して外枠体70を回転させて上下を逆にすることによって、すなわち、アノード体21が反応液24の液面24aと接しないようすることによって、電池10の起電力が発生しない状態となる。また、本体71には光源76への電気供給の入切を操作する操作部79が配置されており、空気マグネシウム電池10が起電状態にあっても光源76への電気供給を遮断することができる。このように、外枠体70の回転操作による電源の入切(第1電源スイッチ)と、操作部79による電源の入切(第2電源スイッチ)によって、光源76のオン・オフを容易に切り替えることができる。   The outer frame body is rotatably attached to a support frame 78 having a gripping portion 77, and an operator rotates the outer frame body 70 with respect to the support frame 78 to turn it upside down, that is, By preventing the anode body 21 from coming into contact with the liquid surface 24 a of the reaction solution 24, the battery 10 is brought into a state where no electromotive force is generated. The main body 71 is provided with an operation portion 79 for operating on / off of the electric power supply to the light source 76, so that the electric supply to the light source 76 can be cut off even when the air magnesium battery 10 is in an electromotive state. it can. As described above, the light source 76 is easily switched on / off by turning on / off the power by turning the outer frame 70 (first power switch) and turning on / off the power by the operation unit 79 (second power switch). be able to.

空気マグネシウム電池10を構成する各部材としては、前記の材料以外に、この種の物品に用いられる材料を制限なく用いることができる。また、各実施形態における各構成部材の各種寸法は、必要な起電力の大きさに合せて適宜変更することができる。   As each member which comprises the air magnesium battery 10, the material used for this kind of goods other than the said material can be used without a restriction | limiting. Moreover, the various dimensions of each component in each embodiment can be appropriately changed according to the required electromotive force.

10 空気マグネシウム電池
17,70 外枠体
20,74カソード体
21,73アノード体
24,反応液
24a 液面
25 注液域
31 第1層(電極層)
31a 第1層の一方面
32b 第1層の他方面
32 第2層(活性層)
33 第3層(集電層)
42 通気管
54 フロート
55 ジョイント
55a 開口端
60 幅狭部
61 幅広部
68a,68b 内壁
76 光源
79 操作部
S スペース
10 Air Magnesium Battery 17, 70 Outer frame 20, 74 Cathode body 21, 73 Anode body 24, Reaction liquid 24a Liquid surface 25 Injection area 31 First layer (electrode layer)
31a One side 32b of the first layer 32 The other side 32 of the first layer Second layer (active layer)
33 3rd layer (current collection layer)
42 Vent tube 54 Float 55 Joint 55a Open end 60 Narrow part 61 Wide parts 68a, 68b Inner wall 76 Light source 79 Operation part S Space

前記課題を解決するために、本願の第1及び第2発明は、外枠体と、前記外枠体に固定されたカソード体と、前記外枠体の内部に位置するアノード体とを含む空気マグネシウム電池を対象とする。 In order to solve the above problems, the first and second inventions of the present application provide an air including an outer frame body, a cathode body fixed to the outer frame body, and an anode body positioned inside the outer frame body. Intended for magnesium batteries.

本願の第1発明は、前記カソード体は、導電性のカーボン材とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第1層と、前記外枠体内の反応液と接するように前記第1層の一方面に接合された、活性炭とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第2層とから構成されており、前記外枠体は、内部に注入された反応液からなる注液域と、該注液域の上方に位置するスペースと、前記注液域の液面に浮かぶフロートと前記内部の発生ガスを排気するための通気管とを備える通気システムとを有し、前記通気管の一方端は前記外枠体の外面に形成された開口に連結され、前記通気管の他方端は前記フロートを貫通するジョイントに連結されており、前記ジョイントの開口端が前記スペースに位置することを特徴とする。 In the first invention of the present application, the cathode body is in contact with a first layer made of a porous body formed by mixing a conductive carbon material and a fluororesin, and a reaction solution in the outer frame body. The outer frame body is composed of a second layer made of a porous body formed by mixing activated carbon and fluororesin and bonded to one surface of the first layer, and the outer frame body is a reaction injected into the inside. A ventilation system comprising: a liquid injection area composed of a liquid; a space located above the liquid injection area; a float floating on the liquid surface of the liquid injection area; and a vent pipe for exhausting the generated gas inside the liquid injection area. One end of the vent pipe is connected to an opening formed on the outer surface of the outer frame body, the other end of the vent pipe is connected to a joint that penetrates the float, and the open end of the joint is It is located in the space .

本願の第2発明は、前記カソード体は、導電性のカーボン材とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第1層と、前記外枠体内の反応液と接するように前記第1層の一方面に接合された、活性炭とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第2層とから構成されており、前記外枠体は、断面凸状であって、内部が互いに連通する幅狭部と幅広部とを有し、前記アノード体と前記カソード体とは、前記幅狭部及び前記幅広部のうちのいずれか一方において互いに対向して位置することを特徴とする。
本発明の実施態様の一つとして、前記第1層の前記一方面の反対側に位置する他方面に、導電性の金属材料から形成された第3層が接合される。
In the second invention of the present application, the cathode body is in contact with a first layer made of a porous body formed by mixing a conductive carbon material and a fluororesin, and a reaction solution in the outer frame body. The outer frame body is formed of a porous body formed by mixing activated carbon and fluororesin, which is bonded to one surface of the first layer, and the outer frame body has a convex cross section. A narrow portion and a wide portion that communicate with each other, and the anode body and the cathode body are positioned to face each other in either the narrow portion or the wide portion. Features.
As one embodiment of the present invention, a third layer made of a conductive metal material is bonded to the other surface of the first layer located on the opposite side of the one surface.

Claims (12)

外枠体と、前記外枠体に固定されたカソード体と、前記外枠体の内部に位置するアノード体とを含む空気マグネシウム電池において、
前記カソード体は、導電性のカーボン材とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第1層と、前記外枠体内の反応液と接するように前記第1層の一方面に接合された、活性炭とフッ素樹脂とを混合して形成された多孔質体からなる第2層とから構成される前記空気マグネシウム電池。
In an air magnesium battery including an outer frame, a cathode body fixed to the outer frame, and an anode body located inside the outer frame,
The cathode body has a first layer made of a porous body formed by mixing a conductive carbon material and a fluororesin, and one surface of the first layer so as to be in contact with the reaction liquid in the outer frame body. The said air magnesium battery comprised from the joined 2nd layer which consists of a porous body formed by mixing activated carbon and a fluororesin.
前記第1層の前記一方面の反対側に位置する他方面に、導電性の金属材料から形成された第3層が接合される請求項1に記載の空気マグネシウム電池。   The air magnesium battery according to claim 1, wherein a third layer made of a conductive metal material is joined to the other surface of the first layer located on the opposite side of the one surface. 前記第1層に混合されるフッ素樹脂の混合率は、約10〜50重量%であって、前記第2層に混合されるフッ素樹脂の混合率は約3〜30重量%である請求項1又は2に記載の空気マグネシウム電池。   The mixing ratio of the fluororesin mixed in the first layer is about 10 to 50% by weight, and the mixing ratio of the fluororesin mixed in the second layer is about 3 to 30% by weight. Or the air magnesium battery of 2. 前記第2層は前記第1層よりもその外形寸法が小さく、かつ、前記第3層は前記第2層よりも幅狭である請求項1〜3のいずれかに記載の空気マグネシウム電池。   The air magnesium battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the second layer has a smaller outer dimension than the first layer, and the third layer is narrower than the second layer. 前記第3層は、多孔質体である請求項1〜4のいずれかに記載の空気マグネシウム電池。   The air magnesium battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the third layer is a porous body. 前記外枠体は、内部に注入された反応液からなる注液域と、該注液域の上方に位置するスペースと、前記注液域の液面に浮かぶフロートと前記内部の発生ガスを排気するための通気管とを備える通気システムとを有し、前記通気管の一方端は前記外枠体の外面に形成された開口に連結され、前記通気管の他方端は前記フロートを貫通するジョイントに連結されており、前記ジョイントの開口端が前記スペースに位置する請求項1〜5のいずれかに記載の空気マグネシウム電池。   The outer frame exhausts a liquid injection area composed of a reaction liquid injected into the inside, a space located above the liquid injection area, a float floating on the liquid surface of the liquid injection area, and a gas generated in the inside. A vent system comprising: a vent system comprising: a vent system, wherein one end of the vent pipe is connected to an opening formed in an outer surface of the outer frame body, and the other end of the vent pipe is a joint that penetrates the float The air magnesium battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the air magnesium battery is connected to the joint, and an opening end of the joint is located in the space. 前記外枠体は、断面凸状であって、内部が互いに連通する幅狭部と幅広部とを有し、前記アノード体と前記カソード体とは、前記幅狭部及び前記幅広部のうちのいずれか一方において互いに対向して位置する請求項1〜6のいずれかに記載の空気マグネシウム電池。   The outer frame body is convex in cross section, and has a narrow portion and a wide portion that communicate with each other inside, and the anode body and the cathode body are the narrow portion and the wide portion, respectively. The air magnesium battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the air magnesium battery is positioned so as to face each other. 前記外枠体の内部において、前記幅狭部と前記幅広部との間に互いに離間対向する一対の内壁が設けられる請求項7に記載の空気マグネシウム電池。   The air magnesium battery according to claim 7, wherein a pair of inner walls that are spaced apart from each other and provided between the narrow portion and the wide portion are provided inside the outer frame body. 前記第1層における平均細孔径が約1〜200nmであって、細孔の容積が0.1〜4.0ml/gである請求項1〜8のいずれかに記載の空気マグネシウム電池。   The air magnesium battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the first layer has an average pore diameter of about 1 to 200 nm and a pore volume of 0.1 to 4.0 ml / g. 前記第2層における平均細孔径が約1〜200nmであって、細孔の容積が0.1〜3.0ml/gである請求項1〜9のいずれかに記載の空気マグネシウム電池。   The air magnesium battery according to any one of claims 1 to 9, wherein an average pore diameter in the second layer is about 1 to 200 nm, and a pore volume is 0.1 to 3.0 ml / g. 前記カソード体と前記アノード体とに電気的に接続された光源をさらに有する請求項1〜10のいずれかに記載の空気マグネシウム電池。   The air magnesium battery according to any one of claims 1 to 10, further comprising a light source electrically connected to the cathode body and the anode body. 前記光源への電気供給の入切を操作可能な操作部をさらに有する請求項11に記載の空気マグネシウム電池。   The air magnesium battery according to claim 11, further comprising an operation unit operable to turn on / off the electric supply to the light source.
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