JP2015144070A - 金属空気電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池反応を再開させ易くした金属空気電池を提供する。【解決手段】マグネシウム極２２からなる負極と、空気極２３からなる正極とを備える金属空気電池において、マグネシウム極２２と空気極２３とを含む閉回路を選択的に形成する回路である開閉式の短絡回路３１を備えるようにした。【選択図】図１
Description
本発明は、金属空気電池を使用停止して休止させた後に、金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不導体皮膜を除去し、電池反応を再開させる技術に関する。
天災時や風水害時及びＡＣ電源の入手困難な環境で、食塩水などの電解液を注入すると発電可能な金属空気電池が知られている。この種の金属空気電池には、負極を金属極で形成し、正極を空気極で形成し、金属極に、主反応物質である金属元素に加えて他の元素を調合した合金を使用したものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、金属極の自己放電反応による水素ガスの発生を抑制するために、金属極にアルミニウム（Ａｌ）や亜鉛（Ｚｎ）などを添加したマグネシウム合金を使用することが記載されている。
上記の添加元素は、合金の表面に自己反応を阻害し水素の発生を抑制する保護被膜の形成に大きく関与することが知られている。発明者らが検討したところ、保護被覆は電池反応を阻害することがあり、電池を使用停止して休止させた後に再び電池を使用しようとしたときに電池反応が再開し難くなるおそれがあった。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、電池反応を再開させ易くした金属空気電池を提供することを目的としている。
上述した課題を解決するため、本発明は、金属極からなる負極と、空気極からなる正極とを備える金属空気電池において、前記負極と前記正極とを含む閉回路を選択的に形成する回路を備えることを特徴とする。この構成によれば、負極と正極とを含む閉回路を形成して金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不導体皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュさせることができ、電池反応を再開させ易くなる。
前記回路は、前記負極と前記正極との間に設けられる開閉式の短絡回路であっても良い。この構成によれば、簡易な構成で、電池反応を再開させ易くなる。
また、前記回路は、前記負極と前記正極との間に設けられる開閉式の抵抗放電回路であっても良い。この構成によれば、簡易な構成で、電池反応を再開させ易くなる。
この場合、前記抵抗放電回路は、当該回路を流れる電流値が所定値を超えるとスイッチ開となるサーキットプロテクタスイッチであっても良い。この構成によれば、回路の保護などを図り易くなるとともに、スイッチ開にする操作を不要にすることができる。また、放電電力のロスも低減することもできる。
この場合、前記抵抗放電回路は、当該回路を流れる電流値が所定値を超えるとスイッチ開となるサーキットプロテクタスイッチであっても良い。この構成によれば、回路の保護などを図り易くなるとともに、スイッチ開にする操作を不要にすることができる。また、放電電力のロスも低減することもできる。
また、前記負極と前記正極とを備える複数の単位電池が直列接続され、前記複数の単位電池からなる組電池の両端の前記負極と前記正極との間に、前記回路を設けるようにしても良い。この構成によれば、単位電池毎に開閉式の短絡回路を設ける場合に比して、大電流を流し易くなるとともに、部品点数を削減可能である。
また、前記閉回路を流れる電流値を検出する電流検出部を設けるようにしても良い。この構成によれば、金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不導体皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュできたか否かを判断可能な情報を得ることができる。
この場合、前記電流検出部は、検出した電流値に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
この場合、前記電流検出部は、検出した電流値に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
また、前記閉回路を流れる積算電流値を検出する積算電流検出部を設けるようにしても良い。この構成によれば、金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不導体皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュできたか否かを判断可能な情報を得ることができる。
この場合、前記積算電流検出部は、検出した積算電流値に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
この場合、前記積算電流検出部は、検出した積算電流値に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
また、前記閉回路にしてからの経過時間を検出する時間検出部を設けるようにしても良い。この構成によれば、金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不導体皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュできたか否かを判断可能な情報を得ることができる。
この場合、前記時間検出部は、検出した経過時間に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
この場合、前記時間検出部は、検出した経過時間に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
また、本発明は、前記負極は、少なくとも亜鉛を含むマグネシウム合金で形成されるようにしても良い。この構成によれば、亜鉛の影響により電池を休止後に電池反応を再開し難くなる場合に、電池反応を再開させ易くなる。
本発明によれば、金属空気電池の負極表面に形成された不導体皮膜を除去し、電池反応を再開させ易くした金属空気電池を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。
この金属空気電池システム１０は、単位電池（単セルの電池）を構成する複数（本構成では４個）の金属空気電池２１を備えている。各金属空気電池２１は、一対のマグネシウム極（金属極）２２と空気極２３とを備え、空気中の酸素を電気化学反応に利用して発電する一次電池である。この電気化学反応（電池反応）の際、マグネシウム極２２が負極として作用し、空気極２３が正極として作用する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。
この金属空気電池システム１０は、単位電池（単セルの電池）を構成する複数（本構成では４個）の金属空気電池２１を備えている。各金属空気電池２１は、一対のマグネシウム極（金属極）２２と空気極２３とを備え、空気中の酸素を電気化学反応に利用して発電する一次電池である。この電気化学反応（電池反応）の際、マグネシウム極２２が負極として作用し、空気極２３が正極として作用する。
複数の金属空気電池２１は、直列に接続され、両端のマグネシウム極２２と空気極２３とにＤＣ−ＤＣ変換装置（電力変換装置）２５が接続される。これら複数の金属空気電池２１を特に区別して説明する必要がない場合、組電池２１Ａと表記する。
ＤＣ−ＤＣ変換装置２５は、直流電力を異なる直流電力に変換する変換回路２６を備えている。これによって、組電池２１Ａから出力された直流電力は、携帯電話の充電などに適した直流電力に変換されて金属空気電池システム１０から出力される。
ＤＣ−ＤＣ変換装置２５は、直流電力を異なる直流電力に変換する変換回路２６を備えている。これによって、組電池２１Ａから出力された直流電力は、携帯電話の充電などに適した直流電力に変換されて金属空気電池システム１０から出力される。
すなわち、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５は、利用側の機器に合わせた電力に変換する電力変換装置として機能する。従って、例えば、利用側の機器が、携帯電話よりも高い電流値又は電圧値を要求する機器の場合には、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５を変更することによって容易に対応可能である。また、このＤＣ−ＤＣ変換装置２５が、出力電力を様々な電力に切り替える切替機能を具備するように構成しても良い。また、組電池２１Ａにより得られる電力が大きい場合には、交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換装置を具備するように構成しても良い。
この金属空気電池システム１０を使用する場合には、マグネシウム極２２と空気極２３との間に、マグネシウム極２２からマグネシウムイオンが溶出可能な電解液が充填される。
具体的には、電解液は、アニオンとして塩化物イオンを含み、カチオンとしてアルカリ金属イオン（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｆｒ）、アルカリ土類金属イオン（Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａ）の少なくとも１つを含む水溶液が用いられる。本実施形態では、電解液として、安全性及び導電性の高い点からナトリウムイオンを含む塩化ナトリウム水溶液が用いられる。
具体的には、電解液は、アニオンとして塩化物イオンを含み、カチオンとしてアルカリ金属イオン（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｆｒ）、アルカリ土類金属イオン（Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａ）の少なくとも１つを含む水溶液が用いられる。本実施形態では、電解液として、安全性及び導電性の高い点からナトリウムイオンを含む塩化ナトリウム水溶液が用いられる。
マグネシウム極２２は、マグネシウムが９６％、アルミニウムが３％、亜鉛が１％のＡＳＴＭ規格のＡＺ３１、又は、ＡＺ６１、ＡＺ９１などが用いられる。なお、ＡＳＴＭ規格によるものに限らず、公知のＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金を用いても良い。また、アルミニウム及び亜鉛以外の元素を添加しても良く、例えば、Ｓｉ，Ｃｕ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒなどの他の元素を添加しても良い。
空気極２３は、銅メッシュ（銅製の金網）に、カーボンとテフロン（登録商標）を混合した素材を、所定厚さのシート状とした後、乾燥、焼成させ、前記銅メッシュと略同等の大きさに裁断したシートを銅メッシュの両面から圧迫し狭持して構成される。これによって、空気極２３は、外部の空気を金属空気電池２１の内部に通気可能とし、内部の電解液は外部に透過不能な非透水性を有する。なお、金属空気電池２１には公知の金属空気電池を広く適用可能である。
本構成の金属空気電池２１において、空気極２３及びマグネシウム極２２のそれぞれの反応は以下の通りである。
（空気極）Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−
（マグネシウム極）
マグネシウムの発電反応：Ｍｇ＋２ＯＨ−→Ｍｇ（ＯＨ）2＋２ｅ−
マグネシウムの自己放電：Ｍｇ＋２Ｈ2Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2＋Ｈ2
亜鉛の発電反応：Ｚｎ＋４ＯＨ−→Ｚｎ（ＯＨ）4 2-＋２ｅ−
電解液中：Ｚｎ（ＯＨ）4 2-→ＺｎＯ＋Ｈ2Ｏ＋２ＯＨ−
アルミニウムの発電反応：Ａｌ＋３ＯＨ−→Ａｌ（ＯＨ）3＋３ｅ−
（マグネシウム極）
マグネシウムの発電反応：Ｍｇ＋２ＯＨ−→Ｍｇ（ＯＨ）2＋２ｅ−
マグネシウムの自己放電：Ｍｇ＋２Ｈ2Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2＋Ｈ2
亜鉛の発電反応：Ｚｎ＋４ＯＨ−→Ｚｎ（ＯＨ）4 2-＋２ｅ−
電解液中：Ｚｎ（ＯＨ）4 2-→ＺｎＯ＋Ｈ2Ｏ＋２ＯＨ−
アルミニウムの発電反応：Ａｌ＋３ＯＨ−→Ａｌ（ＯＨ）3＋３ｅ−
一般に、マグネシウムは反応性が高い材質であるため、上記のように自己放電が生じやすい。
本構成では、上記マグネシウム合金を用いることにより、電池反応で発生する酸化物（例えば、亜鉛酸化物）によって、マグネシウム極２２の表面に自己放電を阻害し水素の発生を抑制する保護被膜（不動態）を形成し、自己放電反応を抑制することができる。
本構成では、上記マグネシウム合金を用いることにより、電池反応で発生する酸化物（例えば、亜鉛酸化物）によって、マグネシウム極２２の表面に自己放電を阻害し水素の発生を抑制する保護被膜（不動態）を形成し、自己放電反応を抑制することができる。
ところが、発明者等の検討によると、保護被膜が電池反応（発電反応）も阻害することがあり、電池を使用停止して休止させた後に再び電池を使用しようとしたときに、電池反応が十分に再開されず、必要な電流を取り出せないことがあることが判った。特に、亜鉛が添加されているときに、電流を取り出せない事態が生じ易かった。
そこで、本実施形態では、金属空気電池２１のマグネシウム極２２と空気極２３との間に、開閉式の短絡回路３１を設けている。この開閉式の短絡回路３１は、直列接続された金属空気電池２１の両端のマグネシウム極２２と空気極２３との間に接続され、ユーザーが手動で開閉可能な手動式のスイッチ（いわゆる手動スイッチ）に構成されている。
そして、この開閉式の短絡回路３１を開から閉へと切り替えることにより、全ての全ての金属空気電池２１の極板２２，２３を含む閉回路、つまり、全ての金属空気電池２１を短絡させる閉回路が形成される。これによって、各金属空気電池２１に一時的に比較的大きな電流を強制的に流し、マグネシウム極２２の表面に形成された保護被膜（不動態膜層に相当）を電解液中に溶解させ、フレッシュな金属表面を露出させることができる。
そして、この開閉式の短絡回路３１を開から閉へと切り替えることにより、全ての全ての金属空気電池２１の極板２２，２３を含む閉回路、つまり、全ての金属空気電池２１を短絡させる閉回路が形成される。これによって、各金属空気電池２１に一時的に比較的大きな電流を強制的に流し、マグネシウム極２２の表面に形成された保護被膜（不動態膜層に相当）を電解液中に溶解させ、フレッシュな金属表面を露出させることができる。
従って、電池を休止させた後に、開閉式の短絡回路３１を開から閉へと一時的に切り替えることにより、金属空気電池２１を簡単にリフレッシュさせることができ、電池反応を再開させ易い状態に戻すことができる。
このため、リフレッシュ後に短絡回路３１を閉から開へと戻すことにより、電池反応を再開させることができ、十分な電流を直ぐに出力可能となる。これによって、金属空気電池システム１０の出力側に利用側機器を接続すれば、その利用側機器の駆動や充電に適した電力を直ぐに供給することが可能になる。
なお、全ての金属空気電池２１を直列接続させた状態で短絡させるため、個々の金属空気電池毎に開閉式の短絡回路３１を設ける場合に比して、大電流を流し易くなるとともに、部品点数を削減可能である。
このため、リフレッシュ後に短絡回路３１を閉から開へと戻すことにより、電池反応を再開させることができ、十分な電流を直ぐに出力可能となる。これによって、金属空気電池システム１０の出力側に利用側機器を接続すれば、その利用側機器の駆動や充電に適した電力を直ぐに供給することが可能になる。
なお、全ての金属空気電池２１を直列接続させた状態で短絡させるため、個々の金属空気電池毎に開閉式の短絡回路３１を設ける場合に比して、大電流を流し易くなるとともに、部品点数を削減可能である。
さらに、開閉式の短絡回路３１は、図１に示すように、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５内に設けられている。このため、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５の外装体などを利用して短絡回路３１を収容可能であり、短絡回路３１専用の外装体などを不要にすることができる。また、短絡回路３１は、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３との間に介挿される構成であるため、短絡回路３１を備えない従来の金属空気電池システムに、短絡回路３１を容易に追加可能である。
しかも、同図１に示すように、短絡回路３１を、変換回路２６の入力側（金属空気電池側）に設けているので、短絡回路３１を閉に切り替えた場合にできる閉回路上に変換回路が存在せず、その分、閉回路中の抵抗を小さくすることができる。従って、効率良く大電流（短絡電流）を流すことができ、金属空気電池２１をフレッシュさせ易くなる。
しかも、同図１に示すように、短絡回路３１を、変換回路２６の入力側（金属空気電池側）に設けているので、短絡回路３１を閉に切り替えた場合にできる閉回路上に変換回路が存在せず、その分、閉回路中の抵抗を小さくすることができる。従って、効率良く大電流（短絡電流）を流すことができ、金属空気電池２１をフレッシュさせ易くなる。
また、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５内に短絡回路３１を備えるので、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５を取り外せば、短絡回路３１も取り外すことができ、短絡回路３１の着脱が容易である。従って、短絡回路３１の交換・点検などのメンテナンス作業も容易に行い易くなる。
以上説明したように、本実施形態の金属空気電池システム１０は、負極を構成するマグネシウム極２２と正極を構成する空気極２３とを含む閉回路を選択的に形成する回路である開閉式の短絡回路３１を備えるので、マグネシウム極２２の保護被膜（不導体皮膜）の影響などにより電池を休止後に電池反応を再開し難くなる場合でも、電池反応を再開させ易くなる。
しかも、この短絡回路３１は、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３との間に設ければ良く、簡易に設けることができる。従って、部品点数の増大や装置の大型化を抑えることができ、コストアップを抑え易くなる。
また、この開閉式の短絡回路３１は、手動式のスイッチで構成されるため、これによっても、簡易に構成でき、且つ、ユーザーが操作し易い。
しかも、この短絡回路３１は、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３との間に設ければ良く、簡易に設けることができる。従って、部品点数の増大や装置の大型化を抑えることができ、コストアップを抑え易くなる。
また、この開閉式の短絡回路３１は、手動式のスイッチで構成されるため、これによっても、簡易に構成でき、且つ、ユーザーが操作し易い。
なお、本実施形態では、短絡回路３１をＤＣ−ＤＣ変換装置２５の組電池２１Ａ側に設ける場合を説明したが、図２に示すように、短絡回路３１をＤＣ−ＤＣ変換装置２５の出力側に設けるようにしても良いし、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５外に設けるようにしても良い。つまり、短絡回路３１の位置は適宜に変更しても良い。
（第２実施形態）
図３（Ａ）は、第２実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成は同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
第２実施形態では、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３の間に、開閉式の抵抗放電回路３３を設けている。この抵抗放電回路３３は、抵抗とスイッチとで構成される。この抵抗放電回路３３によっても、スイッチを開から閉へと一時的に切り替えることによって、組電池２１Ａを含む閉回路を形成することができる。従って、第１実施形態と同様に、簡易な構成で、電池を休止後に一時的に大電流を強制的に流し、電池をリフレッシュさせることができる。これによって、簡易な構成で、電池反応を再開させ易くなる、などの第１実施形態と同様の各種効果を得ることができる。
図３（Ａ）は、第２実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成は同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
第２実施形態では、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３の間に、開閉式の抵抗放電回路３３を設けている。この抵抗放電回路３３は、抵抗とスイッチとで構成される。この抵抗放電回路３３によっても、スイッチを開から閉へと一時的に切り替えることによって、組電池２１Ａを含む閉回路を形成することができる。従って、第１実施形態と同様に、簡易な構成で、電池を休止後に一時的に大電流を強制的に流し、電池をリフレッシュさせることができる。これによって、簡易な構成で、電池反応を再開させ易くなる、などの第１実施形態と同様の各種効果を得ることができる。
図３（Ｂ）は、この抵抗放電回路３３にサーキットプロテクタスイッチ３３Ｓを適用した具体例を示している。サーキットプロテクタスイッチ３３Ｓは、スイッチ３３Ｓを開から閉と切り替えた場合にできる閉回路を流れる電流値が予め定めた閾値を超えると、スイッチ開となるスイッチであり、サーキットプロテクタとも称する。
サーキットプロテクタスイッチ３３Ｓを使用することにより、電流値が許容電流以下に設定された所定値を超える前に自動的にスイッチ開にすることができ、回路の保護などを図り易くなる。また、スイッチ開にする操作を不要にすることができるとともに、無断に放電しなくて良いので、放電電力のロスも低減することもできる。また、サーキットプロテクタスイッチ３３Ｓは広く流通する部品であるため、コストアップ低減にも有利である。
サーキットプロテクタスイッチ３３Ｓを使用することにより、電流値が許容電流以下に設定された所定値を超える前に自動的にスイッチ開にすることができ、回路の保護などを図り易くなる。また、スイッチ開にする操作を不要にすることができるとともに、無断に放電しなくて良いので、放電電力のロスも低減することもできる。また、サーキットプロテクタスイッチ３３Ｓは広く流通する部品であるため、コストアップ低減にも有利である。
なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では、抵抗放電回路３３（サーキットプロテクタスイッチ３３Ｓを含む）を、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５の組電池２１Ａ側に設ける場合を説明したが、図４に示すように、抵抗放電回路３３をＤＣ−ＤＣ変換装置２５の出力側に設けるようにしても良いし、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５外に設けるようにしても良い。つまり、抵抗放電回路３３の位置は適宜に変更しても良い。
（第３実施形態）
図５（Ａ）は、第３実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。第３実施形態は、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５を備えていない金属空気電池システム１０を示している。この金属空気電池システム１０においても、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３の間に、開閉式の短絡回路３１を設けることにより、電池反応を再開させ易くなる、などの第１実施形態と同様の各種効果を得ることができる。
図５（Ａ）は、第３実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。第３実施形態は、ＤＣ−ＤＣ変換装置２５を備えていない金属空気電池システム１０を示している。この金属空気電池システム１０においても、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３の間に、開閉式の短絡回路３１を設けることにより、電池反応を再開させ易くなる、などの第１実施形態と同様の各種効果を得ることができる。
（第４実施形態）
図５（Ｂ）は、第４実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。第４実施形態は、図５（Ａ）の短絡回路３１に代えて、抵抗放電回路３３を設けた構成である。この構成により、第２実施形態と同様の各種効果を得ることができる。また、抵抗放電回路３３にサーキットプロテクタスイッチ３３Ｓを適用しても良い。
図５（Ｂ）は、第４実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。第４実施形態は、図５（Ａ）の短絡回路３１に代えて、抵抗放電回路３３を設けた構成である。この構成により、第２実施形態と同様の各種効果を得ることができる。また、抵抗放電回路３３にサーキットプロテクタスイッチ３３Ｓを適用しても良い。
（第５実施形態）
図６は、第５実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。
第５実施形態は、積算電流検出部３５を設けている。この積算電流検出部３５は、金属空気電池２１を含む閉回路を流れる電流値を積算して積算電流値を検出する機能と、積算電流値に応じて短絡回路３１をスイッチ開に切り替える自動スイッチ機能とを備えている。
図６は、第５実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。
第５実施形態は、積算電流検出部３５を設けている。この積算電流検出部３５は、金属空気電池２１を含む閉回路を流れる電流値を積算して積算電流値を検出する機能と、積算電流値に応じて短絡回路３１をスイッチ開に切り替える自動スイッチ機能とを備えている。
積算電流値を検出することにより、金属空気電池２１をリフレッシュできたか否かを判断可能な情報を得ることができる。自動スイッチ機能においては、例えば、金属空気電池２１をリフレッシュさせるのに十分な積算電流値に至ると、短絡回路３１をスイッチ開に切り替えるように予め閾値が設定される。これによって、積算電流値が閾値に至ると自動的に開回路に切り替わり、リフレッシュ動作を終了させることができる。従って、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
積算電流検出部３５については公知の構成を広く適用可能である。
また、変形例として、自動スイッチ機能を省略しても良い。この場合、積算電流検出部３５は、検出した積算電流値が所定値に至ると、その旨をユーザーに報知することが好ましい。これにより、ユーザーに対し、スイッチ操作のタイミングを知らせることができる。従って、ユーザーは適切なタイミングでスイッチ操作することができる。なお、ユーザーに報知する装置としては、点灯や表示により情報を伝える表示装置、音により情報を伝える音声出力装置などの公知の報知装置を広く適用可能である。また、短絡回路３１に代えて、抵抗放電回路３３を設けるようにしても良い。
なお、本実施形態では積算電流値を検出し、その値に応じて短絡回路３１のスイッチの切替動作を行ったが、積算電流値に代えて電流値を検出し、その値に応じて短絡回路３１のスイッチの切替動作を行っても良い。
また、変形例として、自動スイッチ機能を省略しても良い。この場合、積算電流検出部３５は、検出した積算電流値が所定値に至ると、その旨をユーザーに報知することが好ましい。これにより、ユーザーに対し、スイッチ操作のタイミングを知らせることができる。従って、ユーザーは適切なタイミングでスイッチ操作することができる。なお、ユーザーに報知する装置としては、点灯や表示により情報を伝える表示装置、音により情報を伝える音声出力装置などの公知の報知装置を広く適用可能である。また、短絡回路３１に代えて、抵抗放電回路３３を設けるようにしても良い。
なお、本実施形態では積算電流値を検出し、その値に応じて短絡回路３１のスイッチの切替動作を行ったが、積算電流値に代えて電流値を検出し、その値に応じて短絡回路３１のスイッチの切替動作を行っても良い。
（第６実施形態）
図７は、第６実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。
第６実施形態は、時間検出部３７を設けている。この時間検出部３７は、閉回路にしてからの経過時間を検出（測定）する機能と、検出した経過時間に応じて短絡回路３１をスイッチ開に切り替える自動スイッチ機能とを備えている。
図７は、第６実施形態に係る金属空気電池システム１０の構成を示した図である。
第６実施形態は、時間検出部３７を設けている。この時間検出部３７は、閉回路にしてからの経過時間を検出（測定）する機能と、検出した経過時間に応じて短絡回路３１をスイッチ開に切り替える自動スイッチ機能とを備えている。
経過時間を検出することにより、金属空気電池２１をリフレッシュできたか否かを判断可能な情報を得ることができる。自動スイッチ機能においては、例えば、金属空気電池２１をリフレッシュさせるのに十分な経過時間に至ると、短絡回路３１をスイッチ開に切り替えるように予め閾値が設定される。これによって、経過時間が閾値に至ると自動的に開回路に切り替わり、適切なタイミングでリフレッシュ動作を終了させることができる。従って、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
時間検出部３７については公知の構成を広く適用可能である。
また、変形例として、自動スイッチ機能を省略しても良い。この場合、時間検出部３７は、検出した経過時間が所定値に至ると、その旨をユーザーに報知することが好ましい。これにより、ユーザーに対し、スイッチ操作のタイミングを知らせることができ、ユーザーは適切なタイミングでスイッチ操作することができる。なお、短絡回路３１に代えて、抵抗放電回路３３を設けるようにしても良い。
また、変形例として、自動スイッチ機能を省略しても良い。この場合、時間検出部３７は、検出した経過時間が所定値に至ると、その旨をユーザーに報知することが好ましい。これにより、ユーザーに対し、スイッチ操作のタイミングを知らせることができ、ユーザーは適切なタイミングでスイッチ操作することができる。なお、短絡回路３１に代えて、抵抗放電回路３３を設けるようにしても良い。
以上、本発明を実施するための形態について述べたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、アルミニウムと亜鉛を添加したマグネシウム極２２を備える金属空気電池２１に本発明を適用する場合を説明したが、これに限らず、少なくとも亜鉛を添加したＭｇ−Ｚｎ系合金の金属空気電池に本発明を適用しても良い。
さらに、亜鉛を含まないマグネシウム極を備える金属空気電池や、マグネシウム以外の金属極を備える金属空気電池であっても、本発明を適用しても良い。要は、金属極の素材などにより休止後に電池反応の再開が困難になるおそれのある金属空気電池に、本発明を広く適用可能である。
さらに、亜鉛を含まないマグネシウム極を備える金属空気電池や、マグネシウム以外の金属極を備える金属空気電池であっても、本発明を適用しても良い。要は、金属極の素材などにより休止後に電池反応の再開が困難になるおそれのある金属空気電池に、本発明を広く適用可能である。
１０ 金属空気電池システム
２１ 金属空気電池
２１Ａ 組電池
２２ マグネシウム極（金属極）
２３ 空気極
２５ ＤＣ−ＤＣ変換装置（電力変換装置）
３１ 短絡回路
３３ 抵抗放電回路
３３Ｓ サーキットプロテクタスイッチ
３５ 積算電流検出部
３７ 時間検出部
２１ 金属空気電池
２１Ａ 組電池
２２ マグネシウム極（金属極）
２３ 空気極
２５ ＤＣ−ＤＣ変換装置（電力変換装置）
３１ 短絡回路
３３ 抵抗放電回路
３３Ｓ サーキットプロテクタスイッチ
３５ 積算電流検出部
３７ 時間検出部
本発明は、金属空気電池を使用停止して休止させた後に、金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不動態皮膜を除去し、電池反応を再開させる技術に関する。
上述した課題を解決するため、本発明は、金属極からなる負極と、空気極からなる正極とを備え、電解液を注入して使用される金属空気電池において、前記負極は、電解液の注入前には、表面に不動態被膜が形成されておらず、電解液の注入後に電池反応で発生する酸化物により、表面に不動態被膜が形成される金属極であり、前記負極と前記正極とを含む閉回路を選択的に形成する回路を備えることを特徴とする。この構成によれば、負極と正極とを含む閉回路を形成して金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不動態皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュさせることができ、電池反応を再開させ易くなる。
また、前記閉回路を流れる電流値を検出する電流検出部を設けるようにしても良い。この構成によれば、金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不動態皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュできたか否かを判断可能な情報を得ることができる。
この場合、前記電流検出部は、検出した電流値に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
この場合、前記電流検出部は、検出した電流値に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
また、前記閉回路を流れる積算電流値を検出する積算電流検出部を設けるようにしても良い。この構成によれば、金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不動態皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュできたか否かを判断可能な情報を得ることができる。
この場合、前記積算電流検出部は、検出した積算電流値に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
この場合、前記積算電流検出部は、検出した積算電流値に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
また、前記閉回路にしてからの経過時間を検出する時間検出部を設けるようにしても良い。この構成によれば、金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不動態皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュできたか否かを判断可能な情報を得ることができる。
この場合、前記時間検出部は、検出した経過時間に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
この場合、前記時間検出部は、検出した経過時間に応じて回路を開回路にするようにしても良い。この構成によれば、開回路に切り替えるためのユーザー操作を不要にすることができ、且つ、放電電力のロスを低減することができる。
本発明によれば、金属空気電池の負極表面に形成された不動態皮膜を除去し、電池反応を再開させ易くした金属空気電池を提供することができる。
以上説明したように、本実施形態の金属空気電池システム１０は、負極を構成するマグネシウム極２２と正極を構成する空気極２３とを含む閉回路を選択的に形成する回路である開閉式の短絡回路３１を備えるので、マグネシウム極２２の保護被膜（不動態皮膜）の影響などにより電池を休止後に電池反応を再開し難くなる場合でも、電池反応を再開させ易くなる。
しかも、この短絡回路３１は、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３との間に設ければ良く、簡易に設けることができる。従って、部品点数の増大や装置の大型化を抑えることができ、コストアップを抑え易くなる。
また、この開閉式の短絡回路３１は、手動式のスイッチで構成されるため、これによっても、簡易に構成でき、且つ、ユーザーが操作し易い。
しかも、この短絡回路３１は、組電池２１Ａのマグネシウム極２２と空気極２３との間に設ければ良く、簡易に設けることができる。従って、部品点数の増大や装置の大型化を抑えることができ、コストアップを抑え易くなる。
また、この開閉式の短絡回路３１は、手動式のスイッチで構成されるため、これによっても、簡易に構成でき、且つ、ユーザーが操作し易い。
上述した課題を解決するため、本発明は、金属極からなる負極と、空気極からなる正極とを備え、電解液を注入して使用される金属空気電池において、前記負極は、電解液の注入前には、表面に不動態被膜が形成されておらず、電解液の注入後に電池反応で発生する酸化物により、表面に不動態被膜が形成される金属極であり、前記不動態被膜を除去するため負荷を接続していない状態で前記負極と前記正極とを含む閉回路を選択的に形成する回路を備えることを特徴とする。この構成によれば、負極と正極とを含む閉回路を形成して金属空気電池の負極（金属極）表面に形成された不動態皮膜を除去し、負極（金属極）表面をリフレッシュさせることができ、電池反応を再開させ易くなる。
Claims (12)
- 金属極からなる負極と、空気極からなる正極とを備える金属空気電池において、
前記負極と前記正極とを含む閉回路を選択的に形成する回路を備えることを特徴とする金属空気電池。 - 前記回路は、前記負極と前記正極との間に設けられる開閉式の短絡回路であることを特徴とする請求項１に記載の金属空気電池。
- 前記回路は、前記負極と前記正極との間に設けられる開閉式の抵抗放電回路であることを特徴とする請求項１に記載の金属空気電池。
- 前記抵抗放電回路は、当該回路を流れる電流値が所定値を超えるとスイッチ開となるサーキットプロテクタスイッチであることを特徴とする請求項３に記載の金属空気電池。
- 前記負極と前記正極とを備える複数の単位電池が直列接続され、
前記複数の単位電池からなる組電池の両端の前記負極と前記正極との間に、前記回路を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の金属空気電池。 - 前記閉回路を流れる電流値を検出する電流検出部を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属空気電池。
- 前記電流検出部は、検出した電流値に応じて回路を開回路にすることを特徴とする請求項６に記載の金属空気電池。
- 前記閉回路を流れる積算電流値を検出する積算電流検出部を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属空気電池。
- 前記積算電流検出部は、検出した積算電流値に応じて回路を開回路にすることを特徴とする請求項８に記載の金属空気電池。
- 前記閉回路にしてからの経過時間を検出する時間検出部を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属空気電池。
- 前記時間検出部は、検出した経過時間に応じて回路を開回路にすることを特徴とする請求項８に記載の金属空気電池。
- 前記負極は、少なくとも亜鉛を含むマグネシウム合金で形成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の金属空気電池。
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