JP2015162292A - magnesium primary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金の負極を備えるマグネシウム一次電池に関する。 The present invention relates to a magnesium primary battery including a negative electrode of magnesium or a magnesium alloy.
天災時や風水害時およびAC電源の入手困難な環境で、食塩水や水等の電解液を注入すると発電可能なマグネシウム一次電池として、特に大容量が得られる利点から、マグネシウム空気電池が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。特許文献1には、Mg合金板から成る負極板の周囲に電解質液保持シートを巻き付けて、更に、該電解質液保持シートの外周に炭素繊維シートを巻き付けて構成されるマグネシウム空気電池において、該電解質液保持シートの下端から下方に飛び出したスカート部から電解質液を供給する方式が開示されている。
また、特許文献2には、陽極を構成するMnO2空気電極と、その電極に対向され金属MgあるいはMg合金の陰極と、その陽極と陰極との間に介装されるセパレータと、空気導入多孔質シートと、水溶性紙に内蔵された電解質を有する電解質袋と、から構成される携帯用マグネシウム・空気電池において、電解質を水溶性の紙に包み、水を注ぎ入れると瞬時に水溶性紙が溶解し、電解質が溶解して電解液となる方式が開示されている。
A magnesium-air battery is known as a magnesium primary battery that can generate electricity when injecting electrolytes such as saline and water in natural disasters, storms and floods, and in environments where AC power is difficult to obtain. (For example, refer to
しかし、電解質液保持シートの下端から調合した電解液を供給(注液)する方式では、塩化ナトリウム等の電解質が手元にない場合、電池として作動させることができない。
また、電解質を水溶性の紙に包み、水を供給(注水)する方式では、水を注水した際、水溶性の紙が溶けて一気に電解質が露出するため、一時的に電解液の濃度勾配が大きくなってしまう。そのため、電解質の塩化ナトリウム付近の負極等が部分的に腐食してしまうおそれがある。さらに、多湿空間に保管した場合、水溶性の紙が溶けて電解質が露出し、筐体内の部品や負極等が腐食してしまうおそれがある。
However, the method of supplying (injecting) the electrolytic solution prepared from the lower end of the electrolytic solution holding sheet cannot be operated as a battery unless an electrolyte such as sodium chloride is available.
In addition, in the method of wrapping the electrolyte in water-soluble paper and supplying water (water injection), when water is injected, the water-soluble paper melts and the electrolyte is exposed at once, so the concentration gradient of the electrolyte temporarily changes. It gets bigger. Therefore, there is a possibility that the negative electrode near the sodium chloride of the electrolyte is partially corroded. Furthermore, when stored in a humid space, the water-soluble paper melts and the electrolyte is exposed, which may corrode parts in the housing, the negative electrode, and the like.
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、水を注ぎ入れるだけで作動すると共に、水を注ぎ入れた際の電解液の濃度勾配を抑制可能なマグネシウム一次電池を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a magnesium primary battery that operates only by pouring water and can suppress a concentration gradient of an electrolytic solution when water is poured. It is aimed.
上述した課題を解決するため、本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金の負極を備え、前記負極からマグネシウムイオンが溶出可能な電解液に含まれる電解質を、不織布または織布からなる非水溶性の袋体に包んで筐体内に予め入れてあり、前記筐体内に水を注ぎ入れることによって電池として作動することを特徴とするマグネシウム一次電池を提供する。
この構成によれば、水を注ぎ入れるだけで電池として作動すると共に、水を注ぎ入れた際に袋体内の電解質が徐々に溶け出して電解液の濃度勾配を抑制し、且つ、保管時は袋体により電解質の露出を抑えてマグネシウムまたはマグネシウム合金の負極等の腐食を抑制することができる。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a water-insoluble bag comprising a non-woven fabric or a woven fabric provided with an electrolyte contained in an electrolyte capable of eluting magnesium ions from a negative electrode of magnesium or a magnesium alloy. A magnesium primary battery is provided, which is preliminarily put in a casing and is operated as a battery by pouring water into the casing.
According to this configuration, the battery operates just by pouring water, and when the water is poured, the electrolyte in the bag gradually dissolves to suppress the concentration gradient of the electrolyte, and the bag is stored when stored. The body can suppress the exposure of the electrolyte and suppress the corrosion of the negative electrode of magnesium or a magnesium alloy.
前記電解質の主成分は、塩化ナトリウムが好ましい。この構成によれば、潮解性の観点で電解質が湿度の影響を受け難く、保管時の電解質の露出を抑え、マグネシウムまたはマグネシウム合金の負極等の腐食を抑制し易くなる。
また、前記電解質の質量は、注ぎ入れる水の質量に対して4%〜18%の範囲内が良い。この構成によれば、電解液が抵抗大となって電圧が低下する事態と電解質が飽和して放電量が少なくなる事態とを効率良く避けることができ、電池性能を良好にすることができる。
The main component of the electrolyte is preferably sodium chloride. According to this configuration, the electrolyte is not easily affected by humidity from the viewpoint of deliquescence, and the exposure of the electrolyte during storage is suppressed, and corrosion of the magnesium or magnesium alloy negative electrode or the like is easily suppressed.
The mass of the electrolyte is preferably in the range of 4% to 18% with respect to the mass of water to be poured. According to this configuration, it is possible to efficiently avoid the situation in which the electrolytic solution has a large resistance and the voltage decreases, and the situation in which the electrolyte is saturated and the discharge amount decreases, and the battery performance can be improved.
また、前記袋体は、前記筐体の注水口の直下に設けられるようにしても良い。この構成によれば、注水口からの水で袋体内の電解質を素早く溶かすことができ、注ぎ入れた瞬間から電気を取り出し易くなる。
また、前記電解質は、粉末状若しくは粒状であって、前記電解液の上面付近の浸水する高さに配置されるようにしても良い。この構成によれば、注水によって電解質を効率よく溶解させることができる。
The bag body may be provided directly below the water inlet of the housing. According to this configuration, the electrolyte in the bag can be quickly dissolved with water from the water inlet, and it becomes easy to take out electricity from the moment of pouring.
The electrolyte may be in the form of powder or granules, and may be disposed at a water immersion height near the upper surface of the electrolyte solution. According to this configuration, the electrolyte can be efficiently dissolved by water injection.
また、前記筐体内に、前記水と触れて発泡する発泡部材を有し、前記発泡部材は、マグネシウム金属若しくはマグネシウム合金であるようにしても良い。この構成によれば、水を注ぎ入れた場合に発泡部材により電解液を攪拌することができ、電解液の濃度勾配を抑制することができるとともに、新たに異種類の物質を筐体内に使用する必要が無く、放電反応に影響がでるような物質の発生がない、という効果も得られる。
また、前記発泡部材は、前記電解質より下方に配置固定されるようにしても良い。この構成によれば、濃度が高くなり易い下方にて電解液を攪拌でき、濃度差を効果的に解消することができる。
Further, the casing may have a foaming member that foams when in contact with the water, and the foaming member may be magnesium metal or magnesium alloy. According to this configuration, when water is poured, the electrolytic solution can be stirred by the foaming member, the concentration gradient of the electrolytic solution can be suppressed, and a different kind of substance is newly used in the housing. There is no need, and there is also an effect that there is no generation of a substance that affects the discharge reaction.
The foam member may be disposed and fixed below the electrolyte. According to this configuration, the electrolytic solution can be stirred in a lower portion where the concentration tends to be high, and the concentration difference can be effectively eliminated.
また、前記発泡部材は、粉末状、格子状の溝を設けた平板、前記負極における正極と反対側の面に格子状の溝を設けた構成の少なくともいずれか一つ以上であっても良い。この構成によれば、簡易な構成で発泡作用を生じさせることができる。
また、前記筐体には、セパレータを用いずに前記負極と正極とが配置され、前記負極と前記正極との間に前記袋体が設けられるようにしても良い。この構成によれば、放電反応を効率良く行って電池性能を確保し易くすると共に、負極と正極との間の空きスペースを効率良く利用して袋体を配置することができる。
Further, the foamed member may be at least one of a flat plate provided with a powdery or lattice-like groove, and a structure where a lattice-like groove is provided on the surface of the negative electrode opposite to the positive electrode. According to this configuration, the foaming action can be generated with a simple configuration.
Further, the negative electrode and the positive electrode may be arranged in the casing without using a separator, and the bag may be provided between the negative electrode and the positive electrode. According to this configuration, it is possible to efficiently perform the discharge reaction to easily secure the battery performance, and it is possible to arrange the bag body by efficiently using the empty space between the negative electrode and the positive electrode.
また、前記筐体には、セパレータを用いずに前記負極と正極とが配置され、前記負極と前記筐体の内側壁との間に前記袋体が設けられるようにしても良い。この構成によれば、電解質が、放電反応領域である負極と正極との間の空間に直ぐに移動することを避けることができ、放電反応領域での濃度ムラを抑え、濃度ムラに起因する放電反応への影響を抑えることができる。
また、前記筐体は、前記注水口が設けられる蓋部を備え、前記蓋部に前記袋体が取り付けられるようにしても良い。この構成によれば、袋体の取り付けが容易になる。
Further, the negative electrode and the positive electrode may be disposed in the casing without using a separator, and the bag may be provided between the negative electrode and the inner wall of the casing. According to this configuration, the electrolyte can be prevented from immediately moving to the space between the negative electrode and the positive electrode, which is the discharge reaction region, and the concentration unevenness in the discharge reaction region is suppressed, and the discharge reaction caused by the concentration unevenness is suppressed. The influence on can be suppressed.
Moreover, the said housing | casing may be provided with the cover part in which the said water inlet is provided, and you may make it the said bag body attach to the said cover part. According to this configuration, the bag body can be easily attached.
また、本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金製の負極を配置した筐体を備え、前記筐体内に、前記負極からマグネシウムイオンが溶出可能な電解液に含まれる電解質と、前記電解液の溶媒としての水に触れて発泡する発泡部材を有し、前記発泡部材は、マグネシウム金属若しくはマグネシウム合金であり、前記筐体内に水を注ぎ入れることによって電池として作動することを特徴とするマグネシウム一次電池を提供する。この構成によれば、水を注ぎ入れるだけで電池として作動すると共に、水を注ぎ入れた際に発泡部材により電解液を攪拌することができ、電解液の濃度勾配を抑制することができる。 Further, the present invention includes a housing in which a negative electrode made of magnesium or a magnesium alloy is disposed, and an electrolyte contained in an electrolytic solution in which magnesium ions can be eluted from the negative electrode in the housing, and a solvent for the electrolytic solution Provided is a magnesium primary battery comprising a foaming member that foams by contact with water, wherein the foaming member is made of magnesium metal or a magnesium alloy, and operates as a battery by pouring water into the housing. . According to this configuration, the battery can be operated only by pouring water, and the electrolytic solution can be stirred by the foamed member when water is poured, so that the concentration gradient of the electrolytic solution can be suppressed.
本発明によれば、水を注ぎ入れるだけで作動すると共に、水を注ぎ入れた際の電解液の濃度勾配を抑制可能なマグネシウム一次電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while operating by only pouring water, the magnesium primary battery which can suppress the concentration gradient of the electrolyte solution at the time of pouring water can be provided.
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。
図1は、本発明の一実施形態に係るマグネシウム空気電池10(マグネシウム一次電池)の斜視図である。
マグネシウム空気電池10は、図1に示すように、合成樹脂材料で形成された薄型直方体形状の筐体(支持枠体)11を備え、筐体11外に露出する矩形状の空気極13と、筐体11内に収容される矩形状のマグネシウム極(金属極)15(図3)とを備えている。本構成のマグネシウム空気電池10は、空気極13が正極として作用し、マグネシウム極15が負極として作用する一次電池である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a magnesium air battery 10 (magnesium primary battery) according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the magnesium-
図2は、空気極13を周辺構成と共に示した分解斜視図である。
空気極13は、空気極本体31と、絶縁性多孔質シート33と、網状支持体35とを積層して一体に形成され、開口部23Aを有する空気極側パネル23を介して筐体11の一方の側面に取り付けられている。なお、空気極13は、空気極側パネル23の開口部23Aを通じて外に露出すると共に、筐体11の一方の側面に形成された不図示の開口部を通じて筐体11内にも露出し、通気性と非透水性とを有している。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the
The
空気極本体31は、所定粘度に調整された導電材料スラリーを集電体に塗布した後に焼成して形成される。具体的には、導電材としてケッチェンブラック粉末を用い、これと水とを攪拌混合した後、これらをバインダーとして用いられるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の水性分散液に投入し、攪拌混合することにより所定の粘度の導電材料スラリーを調合する。そして、このスラリーを厚さ1.1mmの発泡ニッケルからなる集電体に塗布した後、100℃で乾燥し、270℃で焼成して、空気極本体となる。
集電体の周囲は予めコイニングされ、その一部に上方に延出して正極端子19が接続されるタブ部31A(図2)が形成されている。
The air electrode
The periphery of the current collector is coined in advance, and a
導電材料としては、上記したケッチェンブラック等のカーボンブラックの他に、カーボンウィスカー、グラファイト、グラファイトウィスカー、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー、カーボンナノホーン等の炭素材料、銅やアルミニウム等の金属材料、ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料を使用することができる。
また、触媒として、酸素の還元・酸化反応を効率良く行うための触媒が好ましく、上記した白金の他に、コバルトや二酸化マンガン等の金属や酸化物等を使用しても良い。
また、バインダーとしては、上記したPTFEの他に、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂や、スチレン−ブタジエンゴム等のゴム類、カルボキシメチルセルロース等のセルロース類等を使用することができる。
さらに、集電体としては、上記した発泡ニッケル等の発泡金属の他に、メッシュ状金属等の金属多孔体や、カーボン繊維を用いたカーボンペーパー等を使用することができる。
As the conductive material, in addition to the carbon black such as Ketjen Black, carbon whisker, graphite, graphite whisker, activated carbon, carbon nanotube, carbon nanowire, carbon nanohorn and other carbon materials, copper, aluminum and other metal materials, Organic conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used.
Moreover, as a catalyst, a catalyst for efficiently performing oxygen reduction / oxidation reaction is preferable, and in addition to the above-described platinum, a metal such as cobalt or manganese dioxide, an oxide, or the like may be used.
As the binder, in addition to the above-mentioned PTFE, fluorine-based resins such as polyvinylidene fluoride, rubbers such as styrene-butadiene rubber, celluloses such as carboxymethylcellulose, and the like can be used.
Further, as the current collector, a metal porous body such as a mesh-like metal, carbon paper using carbon fibers, or the like can be used in addition to the foam metal such as nickel foam.
絶縁性多孔質シート33は、酸素を透過させ、水分の透過を抑制する撥水性を備える孔径5〜40μmの多孔質膜である。本実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる多孔性のシートが用いられ、この絶縁性多孔質シートを2枚重ねて、焼成した空気極本体31の一方の面に同時に圧着している。絶縁性多孔質シートは、集電体の周囲のコイニングした部分を除く充填塗布面と同じか、それより少し大きめに形成されており、本実施形態での空気極本体31の大きさは、縦100mm、横200mm、厚さ0.5mmに形成されている。
The insulating
また、絶縁性多孔質シート33は、上記したPTFEの他に、例えば、クロロプレン、シリコーン樹脂、ポリトリメチルシリルプロピン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、シリコンポリカーボネート共重合体、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエステル等を使用することができる。
In addition to the PTFE described above, the insulating
網状支持体35は、ステンレススチール製のエキスパンドメタルで形成されている。本実施形態では、網状支持体35は、鉄を主原料としてクロムやニッケルを混ぜた合金であり、幅0.6mmのストランドで、縦1.7mm、横2.2mmの網目を持つ目の細かいものである。網状支持体35は、圧着した絶縁性多孔質シート33の外側の面に配置され、空気極本体31の周囲と共にその周囲を結着材で結着される。これにより、空気極本体31と、絶縁性多孔質シート33と、網状支持体35とは一体に積層されて空気極13が形成される。
The net-
網状支持体35としては、上記したステンレススチール製のエキスパンドメタルの他に、例えば、金属や合金から成る金網や、ポリテトラフルオロエチレン等の比較的厚手の合成樹脂から成るパンチングシート等を使用することができる。
本実施形態では、空気極側パネル23の開口部23Aに、網状支持体35を露出するように空気極13を結着材で取り付けている。なお、この構成に限らず、開口部を持つ2枚の合成樹脂性パネルで空気極13を挟み込む様にして取り付けても良い。
As the net-
In the present embodiment, the
このように、空気と接する面に絶縁性多孔質シート33を介して網状支持体35を配置したので、網状支持体35の材質を腐食等の心配をすることなく選択することができ、設計の自由度を向上させることができると共に、性能向上を図るために空気極13の厚さを薄くしても機械的強度を保持することができる。このため、電解液による加圧や水素ガスによる圧力にも耐えることができ、空気極13の変形や、該変形により電解液の漏れ等も無く、長時間使用することができる空気極13を提供できる。
なお、本実施形態では、空気極13は横長に形成されているが、これに限るものではなく、縦長で用いる等、自由に空気極の形状を設計できる。
As described above, since the
In the present embodiment, the
図3は、マグネシウム空気電池10の内部構造を短側面側から見たもので、その断面内部構造を模式的に示した図である。
筐体11は、上面部が開放し、この上面部は矩形板形状の蓋部27で覆われる。蓋部27の長手方向中央部には、蓋部27を上下に貫通する注水口27Aが設けられ、この注水口27Aにはガス抜き用の弁体29が着脱自在に設けられる。
蓋部27の一端部(図1中右端部)には、マグネシウム極15に接続された負極端子17が設けられ、蓋部27の他端部(図1中左端部)には、空気極13に接続されて当該蓋部27と空気極側パネル23との隙間から延びる正極端子19が形成されている。なお、図3は空気極側パネル23を省略して示している。
FIG. 3 is a diagram showing the internal structure of the magnesium-
The
A
マグネシウム極15は、空気極13と所定距離を離間して対向配置され、接着により筐体11の長側面の内側壁に取り付けられる。なお、マグネシウム極15を、四方枠状のスペーサを介して筐体11に取り付けるようにしても良いし、接着以外の方法で筐体11に取り付けるようにしても良い。
このマグネシウム極15は、所定の組成のマグネシウム合金により形成されている。本実施形態では、マグネシウム極15は、上記した空気極13よりもわずかに小さく、縦90mm、横190mm、厚さ1.4mmに形成されている。なお、図3中、符号HLは、筐体11内に注水されて満たされる電解液の上面を示している。
The
The
このマグネシウム空気電池10を使用する場合、空気極13とマグネシウム極15との間には、マグネシウム極15からマグネシウムイオンが溶出可能な水溶性の電解液が充填される。
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が、特にこれに限定されない。
When using the magnesium-
As the electrolytic solution, a sodium chloride aqueous solution containing sodium ions is used from the viewpoint of high safety and conductivity, but it is not particularly limited thereto.
このように構成されるマグネシウム空気電池10は、空気極13では絶縁性多孔質シート33を通して供給される酸素と電解液に空気極本体31が接触することにより、正極反応(O2+2H2O+4e-→4OH-)が進行し、マグネシウム極15では負極反応(Mg→Mg2++2e-)が進行し、放電が行われる。マグネシウム空気電池10における全反応は、Mg+1/2O2+H2O→Mg(OH)2となる。
The magnesium-
ところで、このマグネシウム空気電池10は、内部に電解液が存在しない状態で保管され、電池として使用するときに電解液が満たされる災害用の一次電池として使用される。
この災害用の一次電池としての機能を向上させるため、本実施形態では、筐体11内に、その注水口27Aの直下に電解質を包んだ袋体51(図3)を予め設けておき、注水口27Aから電解液の溶媒として水を注ぎ入れることにより、袋体51内の電解質が徐々に溶け出して電解液となるように構成されている。なお、図3中、符号Wは、注水口27Aから水を注ぎ入れるときの水の流れを示している。
By the way, the magnesium-
In order to improve the function as a primary battery for disasters, in this embodiment, a bag body 51 (FIG. 3) that encloses an electrolyte is provided in the
上記した袋体51は、不織布または織布からなる非水溶性の素材で形成されており、上下逆さま等の様々な姿勢となっても電解質が外部に露出したり、漏れ出したりしないように、電解質である塩化ナトリウムを包んでいる。
より具体的には、袋体51は、塩化ナトリウムの粒径よりも小さい隙間を有し、固体の塩化ナトリウムは通さない一方、水を通す透水性を有している。具体的には、塩化ナトリウムの粒径は0.4mmが最も出回っているため、袋体51の平均孔径は、前記塩化ナトリウムの粒径よりも小さい0.05mm〜0.3mmが好ましい。
The above-described
More specifically, the
また、袋体51は、ナイロン等の親水性を有する化学繊維を用いることが好ましい。この場合、不織布または織布からなる布地を、ヒートシールによって容易に溶着することができ、袋体51を容易に製作することができる。特に不織布を用いた場合には、大量生産し易く、材料コストも抑え易くなる。また、化学繊維を用いるため、袋体51の平均孔径や強度の微調整がし易く、また、天然繊維を使用する場合と比べて長期に渡って劣化を抑えることができる、といった利点も得られる。
The
このように筐体11内に電解質を包んだ非水溶性の袋体51を仕込んでおくことにより、電解質を水溶性の紙に包んでおく場合と比較して、水を注ぎ入れた際に袋体51から徐々に電解質を溶け出すことができ、電解液の濃度勾配の上昇を抑えることができる。
このため、一気に電解液の濃度勾配が上昇した場合に生じるマグネシウム極15の不均一な反応を回避することができる。しかも、多湿空間に保管した場合に、袋体51が水分で溶けるといったことがないので、電解質の露出を抑制でき、電解質が筐体11内の部品やマグネシウム極15に付着してこれらを腐食させてしまう事態を避けることが可能になる。
In this way, the water-
For this reason, it is possible to avoid the uneven reaction of the
電解質として塩化ナトリウムを使用する場合の質量は、注ぎ入れる水の質量に対して4%〜18%の範囲内が好ましい。発明者等が検証したところ、4%未満だと、電解液の抵抗が大きくなり電圧降下が大きくなってしまうため、電圧が低く、取り出せる電力が少なくなってしまうことを確認した。一方、18%より多いと、放電末期に塩化ナトリウムが飽和状態になって析出し、セル内部の極間等に溜まって放電反応を阻害し、放電できなくなることを確認した。
なお、上記の電解質として塩化ナトリウムを使用する場合は塩化ナトリウム以外を含んでも良い。要は、この場合は電解質の主成分が塩化ナトリウムであれば良く、他の成分を含んでも良い。
The mass in the case of using sodium chloride as the electrolyte is preferably in the range of 4% to 18% with respect to the mass of the poured water. As a result of verification by the inventors, when it is less than 4%, the resistance of the electrolytic solution is increased and the voltage drop is increased, so that it is confirmed that the voltage is low and the power that can be taken out is reduced. On the other hand, when it was more than 18%, sodium chloride was saturated and deposited at the end of discharge, and it was confirmed that the sodium chloride remained in the gap between the cells to inhibit the discharge reaction and could not be discharged.
In addition, when using sodium chloride as said electrolyte, you may include other than sodium chloride. In short, in this case, the main component of the electrolyte may be sodium chloride, and may contain other components.
次に、袋体51のレイアウト等を説明する。
まず、本構成のマグネシウム空気電池10は、図3に示すように、セパレータを用いずに空気極13とマグネシウム極15とを配置し、この空気極13とマグネシウム極15との間に袋体51を配置した構成である。この構成によれば、セパレータを用いない分、上記の放電反応を効率良く行うことができると共に、空気極13とマグネシウム極15との間の空きスペースSAを広く確保できる。従って、この空きスペースSAを利用して袋体51を効率良く配置することが可能になる。言い換えれば、別途空きスペースを設けなくても、袋体51を配置でき、マグネシウム空気電池10の大型化が回避可能である。
Next, the layout and the like of the
First, as shown in FIG. 3, the magnesium-
図3に示すように、袋体51は、注水口27Aを有する蓋部27に設けられ、注水口27Aの直下であって、電解液の液面付近の浸水する高さに配置されている。袋体51を注水口27Aの直下に配置すれば、注水口27Aからの水で袋体51内の電解質を素早く溶かすことができ、注水した瞬間に放電反応を開始させて電気を取り出し易くなる。
また、袋体51を蓋部27に取り付けるので、袋体51の取り付けが容易である。この場合、袋体51をマグネシウム極15に接触しないように配置し易く、且つ、袋体51を配置するためにマグネシウム極15や空気極13を設計変更する事態を避けやすくなる。
As shown in FIG. 3, the
Further, since the
また、単一の袋体51を用いる場合に限らず、図4に示すように、袋体51を2箇所に分散配置しても良い。図4に示す構成では、袋体51は注水口27Aの直下に上下に間隔を空けて配置され、一方の袋体51が、注水口27Aを有する蓋部27の注水口27A直下近傍に取り付けられ、他方の袋体51が、筐体11の底部11Tにおける注水口27Aの直下に取り付けられる。
この構成によれば、複数個の袋体51が注水口27Aの直下に間隔を空けて配置されるので、注水口27Aからの水で各袋体51内の電解質を迅速に溶かすことができる。特に注水開始時に電解質を効率良く溶かすことができるので、放電開始のタイミングを早めて電気を取り出し易くなると共に、注水開始時の濃度勾配を低減して部分的な腐食を回避し易くなる。なお、放電を開始した後は水素が発生するため、この水素の発生により電解液がかき混ぜられ、濃度勾配をより一層低減することが可能である。
Moreover, not only when using the
According to this configuration, since the plurality of
また、袋体51を分散配置するため、単一の袋体51を配置する場合と比べて、袋体51の1つあたりの電解質量を少なくすることができ、必要量の電解質を包むための各袋体51を小さくすることができる。従って、空気極13とマグネシウム極15との間の空きスペースSAが狭い場合でも、袋体51を空きスペースSA内に配置し易くなる。また、袋体51が小さくなるため、マグネシウム極15から離間して配置し易くなる。
しかも、袋体51を蓋部27や筐体11の底部11Tに取り付けるので、マグネシウム極15に接触しないように配置し易く、且つ、袋体51を配置するためにマグネシウム極15や空気極13の設計変更をより回避し易くなる。
Moreover, since the
In addition, since the
続いて、実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、以下の実施例や比較例ではマグネシウム空気電池を用いているが、本発明は、電解質に塩化ナトリウムを使用するマグネシウム一次電池に広く適用可能である。例えば、マグネシウム塩化鉛電池、マグネシウム塩化銀電池、マグネシウム二酸化マンガン電池等に適用可能である。 Subsequently, examples and comparative examples will be described. In the following examples and comparative examples, a magnesium air battery is used, but the present invention is widely applicable to a magnesium primary battery using sodium chloride as an electrolyte. For example, it can be applied to a magnesium lead chloride battery, a magnesium silver chloride battery, a magnesium manganese dioxide battery, and the like.
また、上記したように袋体51を2箇所に分散配置する場合は、垂直方向への分散ではなく、水平方向に分散させても良い。この場合、例えば、図1の筐体11を横方向に3分割した分割線の位置に来るように袋体51を配置すると共に、それぞれの袋体15の上部に注水口27A及び弁体29を配置する。
In addition, as described above, when the
(実施例1)
ナイロン製の不織布を用いて、電解液重量に対して10%(注ぎ入れる水の量に対する11%に相当)に相当する33gの塩化ナトリウムを包み、負極であるマグネシウム合金と対向するように、マグネシウム空気電池10の筐体11内の注水口27Aの直下に取り付けた。その後、温度40℃、湿度80%の高温多湿空間に一週間保管後、水を300g注ぎ入れ、電流密度25mA/cm2で放電させたときのセル電圧を測定した。
Example 1
Using a non-woven fabric made of nylon, 33 g of sodium chloride corresponding to 10% of the electrolyte weight (corresponding to 11% of the amount of water to be poured) is wrapped, and the magnesium is opposed to the magnesium alloy as the negative electrode. The
(実施例2)
ナイロン製の不織布を用いて、電解液重量に対して3%(注ぎ入れる水の量に対する3.1%)に相当する9.3gの塩化ナトリウムを包み、負極であるマグネシウム合金と対向するように、マグネシウム空気電池10の筐体11内の注水口27Aの直下に取り付けた。その後、温度40℃、湿度80%の高温多湿空間に一週間保管後、水を300g注ぎ入れ、電流密度25mA/cm2で放電させたときのセル電圧を測定した。
(Example 2)
Using nylon non-woven fabric, 9.3 g of sodium chloride corresponding to 3% (3.1% with respect to the amount of water to be poured) of the electrolyte is wrapped so as to face the magnesium alloy as the negative electrode. The magnesium-
(実施例3)
ナイロン製の不織布を用いて、電解液重量に対して19%(注ぎ入れる水の量に対する23%)に相当する70gの塩化ナトリウムを包み、負極であるマグネシウム合金と対向するように、マグネシウム空気電池10の筐体11内の注水口27Aの直下に取り付けた。その後、温度40℃、湿度80%の高温多湿空間に一週間保管後、水を300g注水し、電流密度25mA/cm2で放電させたときのセル電圧を測定した。
(Example 3)
Using a non-woven fabric made of nylon, 70 g of sodium chloride corresponding to 19% (23% of the amount of water to be poured) with respect to the weight of the electrolyte is wrapped, and the magnesium-air battery is opposed to the magnesium alloy as the negative electrode. It was attached directly below the
(実施例4)
ナイロン製の不織布を用いて、電解液重量に対して10%(注ぎ入れる水の量に対する11%)に相当する33gの塩化ナトリウムを包み、負極であるマグネシウム合金と対向するように、マグネシウム空気電池10の筐体11内の注水口27Aの直下ではない場所に位置する底部11Tに取り付けた。その後、温度40℃、湿度80%の高温多湿空間に一週間保管後、水を300g注ぎ入れ、電流密度25mA/cm2で放電させたときのセル電圧を測定した。
Example 4
Using a non-woven fabric made of nylon, a magnesium-air battery is wrapped with 33 g of sodium chloride corresponding to 10% (11% with respect to the amount of water to be poured) with respect to the weight of the electrolyte so as to face the magnesium alloy as the negative electrode. It was attached to the
(比較例1)
水溶性の紙を用いて、電解液重量に対して10%(注ぎ入れる水の量に対する11%に相当)に相当する33gの塩化ナトリウムを包み、負極であるマグネシウム合金と対向するように、マグネシウム空気電池10の筐体11内の注水口27Aの直下に取り付けた。その後、温度40℃、湿度80%の高温多湿空間に一週間保管後、水を300g注ぎ入れ、電流密度25mA/cm2で放電させたときのセル電圧を測定した。
(Comparative Example 1)
Using water-soluble paper, wrapping 33 g of sodium chloride corresponding to 10% of the electrolyte weight (corresponding to 11% of the amount of water to be poured), and facing the magnesium alloy as the negative electrode The
(比較例2)
マグネシウム空気電池10の筐体11内には電解質を入れず、温度40℃、湿度80%の高温多湿空間に一週間保管後、電解液重量に対して10%の塩化ナトリウム水溶液を300g注液し、電流密度25mA/cm2で放電させたときのセル電圧を測定した。
(Comparative Example 2)
The magnesium-
図5は、実施例1〜4の放電カーブを示している。図5中、符号f1が実施例1の放電カーブを示し、符号f2が実施例2の放電カーブを示し、符号f3が実施例3の放電カーブを示し、f4が実施例4の放電カーブを示している。
また、表1は、放電時のセル電圧に加えて、一週間保管後に塩化ナトリウムが漏出したか否かを目視等で確認した結果、及び、放電末期に塩化ナトリウムが析出したか否かを目視等で確認した結果を併記している。
FIG. 5 shows the discharge curves of Examples 1 to 4. In FIG. 5, symbol f1 indicates the discharge curve of the first example, symbol f2 indicates the discharge curve of the second example, symbol f3 indicates the discharge curve of the third example, and f4 indicates the discharge curve of the fourth example. ing.
In addition to the cell voltage at the time of discharge, Table 1 shows a result of visually confirming whether sodium chloride leaked after storage for one week, and whether or not sodium chloride was deposited at the end of discharge. The results confirmed by the above are also shown.
表1に示すように、実施例1〜4では、一週間保管後であっても塩化ナトリウムは漏出しなかった。このことから、仮に、複数個のマグネシウム空気電池をまとめてラッピングして保管し、災害時に全部開放し、一部または全部を直ぐに使用せず、一週間経過した場合を想定しても、使用上問題ないことが判った。
言い換えれば、マグネシウム空気電池を1個ずつラッピングしなくても、上記の想定では使用上問題がなく、まとめてラッピングする分、安価に提供することが可能になる。
また、ラッピングした状態にしておけば、外部の湿度の影響を受け難くなるため、ラッピング状態では、より長期に渡って水分の影響による塩化ナトリウムの漏出を回避できる。これらによって、長期保管に好適なマグネシウム空気電池と言える。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, sodium chloride did not leak even after storage for one week. For this reason, even if it is assumed that a plurality of magnesium-air batteries are wrapped and stored together, fully opened in the event of a disaster, and some or all of them are not used immediately, and a week has passed, It turns out that there is no problem.
In other words, even if the magnesium-air battery is not wrapped one by one, there is no problem in use in the above assumption, and it can be provided at a low cost because it is wrapped together.
Moreover, since it will become difficult to receive the influence of external humidity if it is made into the lapping state, in the lapping state, leakage of sodium chloride due to the influence of moisture can be avoided for a longer period of time. By these, it can be said that it is a magnesium air battery suitable for long-term storage.
また、実施例1、3では、比較例2のような使用時に電解液を注液するマグネシウム空気電池と同等のセル電圧(1.0V以上)が得られた。このことから、使用時に電解液を注液するマグネシウム空気電池と遜色ない電池性能を得ながら、水を用意できれば電池を使用できるので、場所を選ばず使用することができる、という優位性が得られる。
但し、実施例3は、実施例1と比較して塩化ナトリウムが多く、注ぎ入れる水の量に対して18%を超えるため、放電末期に塩化ナトリウムが飽和状態になって析出することが確認された。塩化ナトリウムが析出すると、放電反応を阻害するため、実施例1よりも放電持続時間が若干短くなってしまうが、5水準の中で最も高いセル電圧であった(図5参照)。
Moreover, in Example 1, 3, the cell voltage (1.0V or more) equivalent to the magnesium air battery which injects electrolyte solution at the time of use like the comparative example 2 was obtained. From this, the battery can be used if water can be prepared while obtaining battery performance comparable to a magnesium-air battery that injects an electrolyte during use, so that the advantage that it can be used anywhere is obtained. .
However, since Example 3 has more sodium chloride than Example 1 and exceeds 18% with respect to the amount of water to be poured, it was confirmed that sodium chloride was saturated and precipitated at the end of discharge. It was. When sodium chloride is deposited, the discharge reaction is hindered, so the discharge duration is slightly shorter than in Example 1, but the cell voltage is the highest among the five levels (see FIG. 5).
一方、実施例2は、実施例1と比較して塩化ナトリウムが少なく、注ぎ入れる水の量に対して4%未満であるため、セル電圧が0.7Vと低かった。電圧が低いと、駆動できる電気機器が制約され、電池の用途が制約されてしまう。言い換えれば、電圧が低い電気機器を利用する場合等には実施例2の電池でも良い。 On the other hand, since Example 2 had less sodium chloride than Example 1 and was less than 4% with respect to the amount of water poured, the cell voltage was as low as 0.7V. When the voltage is low, the electric devices that can be driven are restricted, and the use of the battery is restricted. In other words, the battery of Example 2 may be used when using an electric device with a low voltage.
また、実施例4は、実施例1と比較して、塩化ナトリウムを包んだ袋体51の位置が、注水口27Aの直下でないため、電解質をすばやく溶かすことができず、注水した瞬間から電気を取り出しにくい。そのため、セル電圧が1.0Vに達するまで時間が長くかかってしまった。電圧が低いと、駆動できる電気機器が制約され、電池の用途が制約されてしまう。言い換えれば、電圧が低い電気機器を利用する場合等には実施例4の電池でも良い。
Further, in Example 4, compared with Example 1, the position of the
これに対し、比較例1では、一週間保管後に塩化ナトリウムが漏出した。このため、筐体11内の部品や負極等が腐食するおそれがあり、保存性に不利である。
また、比較例2では、保存性及び電池性能は得られるものの、上述したように、電池使用時に電解質を調達する必要があり、使用場所が制約されてしまう。
On the other hand, in Comparative Example 1, sodium chloride leaked after storage for one week. For this reason, there is a possibility that the components, the negative electrode, and the like in the
Further, in Comparative Example 2, although storage stability and battery performance are obtained, as described above, it is necessary to procure an electrolyte when using the battery, and the use place is restricted.
以上説明したように、本実施のマグネシウム空気電池10では、マグネシウム極15からマグネシウムイオンが溶出可能な電解質を、非水溶性の袋体51に包んで筐体11内に予め入れておき、筐体11内に水を注ぎ入れることによって電池として作動させるので、水を注ぎ入れるだけで電池として作動すると共に、水を注ぎ入れた際に袋体51内の電解質が徐々に溶け出して濃度勾配を抑制し、且つ、保管時は袋体51により電解質の露出を抑えてマグネシウム極15等の腐食を抑制することができる。
また、電解質の主成分は塩化ナトリウムであるため、例えば、温度20℃では湿度75%まで潮解性を示さず、湿度の影響を受け難い。これによっても、保管時の電解質の露出を抑え、腐食を抑制し易くなる。
As described above, in the magnesium-
Further, since the main component of the electrolyte is sodium chloride, for example, at a temperature of 20 ° C., it does not show deliquescence up to a humidity of 75% and is hardly affected by humidity. This also suppresses the exposure of the electrolyte during storage and makes it easier to suppress corrosion.
また、電解質の質量は、注ぎ入れる水の質量に対して4%〜18%の範囲内である場合、電解液が抵抗大となって電圧が低下する事態と電解質が飽和して放電量が少なくなる事態とを効率良く避けることができ、電池性能を良好にすることができる。
また、袋体51は、筐体11の注水口27Aの直下に設けられる場合、注水口27Aからの水で袋体51内の電解質を素早く溶かすことができ、注水した瞬間に電気を取り出し易くなる。
また、電解質は、粉末状若しくは粒状であって、電解液の上面付近の浸水する高さに配置されるので、注水によって電解質を効率よく溶解させることができる。
Moreover, when the mass of the electrolyte is in the range of 4% to 18% with respect to the mass of the water to be poured, the electrolyte is saturated and the voltage is lowered and the electrolyte is saturated and the discharge amount is small. Can be efficiently avoided, and battery performance can be improved.
Further, when the
In addition, since the electrolyte is powdery or granular and is disposed at a height of water immersion near the upper surface of the electrolytic solution, the electrolyte can be efficiently dissolved by water injection.
また、セパレータを用いずにマグネシウム極15と空気極13とが配置され、これらマグネシウム極15と空気極13との間に袋体51が設けられるので、放電反応を効率良く行って電池性能を確保し易くすると共に、マグネシウム極15と空気極13との間の空きスペースSAを効率良く利用して袋体51を配置することができる。
また、袋体51は、水の注水口27Aが設けられる蓋部27に取り付けられるので、袋体51の取り付けが容易である。この場合、袋体51を配置するためにマグネシウム極15や空気極13の設計変更を回避し易くなる。
Further, the
Moreover, since the
この実施形態では、電解質を包んだ袋体51を、筐体11内の上部に設ける場合を説明したが、これに限らず、図6に示すように、袋体51を筐体11内の下部に設けても良い。図6の場合でも注水口27Aの直下に設ける場合よりは効率は落ちるが、注水口27Aからの水で袋体51内の電解質を溶かすことができる。
In this embodiment, the case where the
次に、本発明の他の実施形態に係るマグネシウム空気電池100(マグネシウム一次電池)を説明する。
図7は、マグネシウム空気電池100の内部構造を短側面側から見たもので、その断面内部構造を模式的に示した図である。なお、上記と同様の部分は同一の符号を付している。
このマグネシウム空気電池100は、折り曲げ自在な1枚のシート材を2つ折りして重ね、その両側縁を接合し、折り曲げ加工して形成された中空箱形状の筐体(支持枠体)111を備えている。筐体111には、空気極13が装着されるとともに、空気極13と対向するようにマグネシウム極(金属極)15が収容される。
Next, a magnesium air battery 100 (magnesium primary battery) according to another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram showing the internal structure of the magnesium-
The magnesium-
筐体111は、矩形の底部112と、矩形の前壁部113と、矩形の後壁部114と、左右の側壁部115とを一体に有している。前壁部113には矩形の開口部23Aが設けられ、開口部23Aに空気極13が配置されている。
底部112は、側面部視で下方凸のV字形に形成される。マグネシウム極15の下端は、底部112の傾斜に案内されて下方凸の部分112Aに嵌り、マグネシウム極15の下端が容易に位置決めされる。また、マグネシウム極15の両側には、同一幅の空間SF、SRが設けられる。
The
The bottom 112 is formed in a downwardly convex V-shape when viewed from the side. The lower end of the
筐体111の上面部を覆う蓋部27は、前壁部113及び後壁部114の上端を折り曲げることによって形成される。この場合、前壁部113の上端は、マグネシウム極15と空気極13との離間距離を適正に保つ第1折り曲げ部113F1と、マグネシウム極15を上方から挟み込む第2折り曲げ部113F2―1、113F2−2とを形成するように折り曲げられる。また、後壁部114の上端は、マグネシウム極15と空気極13との離間距離を適正に保つ第1折り曲げ部114R1と、マグネシウム極15を上方から挟み込む第2折り曲げ部114R2―1、114R2−2とを形成するように折り曲げられる。
The
ここで、第2折り曲げ部113F2―1、113F2−2は、筐体11の奥行き方向で異なる位置に設けられ、一方の第2折り曲げ部113F2―1は、マグネシウム極15の手前で折り曲げられ、他方の第2折り曲げ部113F2−2は、マグネシウム極15を超えて折り曲げられた部分である。また、第2折り曲げ部114R2―1、114R2−2についても、筐体11の奥行き方向で異なる位置に設けられ、一方の第2折り曲げ部114R2−2は、マグネシウム極15の手前で折り曲げられ、他方の第2折り曲げ部114R2―1は、マグネシウム極15を超えて折り曲げられた部分である。このようにして、マグネシウム極15の上部を強固に支持することができる。
Here, the second bent portions 113F2-1 and 113F2-2 are provided at different positions in the depth direction of the
上記筐体111は、紙を含有したシート材によって製作される。このシート材には、熱融着性樹脂(例えば、ポリエチレン(PE))で両面がラミネート加工された紙、つまり、ラミネート紙(両面ラミネート紙とも言う。)が用いられている。筐体111にラミネート紙を用いた場合、電解液が外部に染み出す(漏れる)ことがなく、金属缶や樹脂製容器を使用する場合に比して、軽量かつ安価である。
本構成における紙を含有したシート材とは、紙と熱融着性樹脂とをラミネート加工などにより複合化したものである。
シート材中の紙の比率としては、好ましくは50%を超えるようにする。本構成の外装体71は、紙の比率を50%超過とすることで、例えば紙ゴミとして廃棄可能である。紙としては、コートボール、ノーコートボール、板紙、カード紙などの、比較的厚手の強度を有するものが好適に使用できる。熱融着性樹脂としては、シート材を熱融着により接合して、液密な箱形状に形成可能とするものであり、熱融着が可能なものであれば任意の樹脂が使用可能であるが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。熱接着性樹脂の厚さは、十分な熱融着状態を得るために、少なくとも10μm、好ましくは20μm以上とする。外装体の内面側となる面は、密封性をより確実なものとするために、40μm以上の厚さとすることが好ましい。
The
The sheet material containing paper in this configuration is a composite of paper and a heat-fusible resin by laminating or the like.
The ratio of the paper in the sheet material is preferably more than 50%. The exterior body 71 having this configuration can be discarded as, for example, paper waste by setting the paper ratio to exceed 50%. As the paper, paper having a relatively thick strength, such as a coated ball, an uncoated ball, a paperboard, and a cardboard, can be suitably used. As the heat-fusible resin, it is possible to form a liquid-tight box by joining sheet materials by heat-sealing, and any resin can be used as long as it can be heat-sealed. However, it is preferable to use a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-vinyl acetate copolymer. The thickness of the heat-adhesive resin is at least 10 μm, preferably 20 μm or more in order to obtain a sufficient heat-sealed state. The surface on the inner surface side of the exterior body is preferably set to a thickness of 40 μm or more in order to ensure sealing performance.
ところで、発明者等が検討したところ、大型電池のように電解質の量や注水量が多くなると、電解質を溶かしきるには時間がかかり、また、注水により電解質を溶かしただけでは、上下間で電解液の濃度にムラが発生する。この場合、真水と塩化ナトリウム水溶液の比重の関係から、塩分濃度が高い領域が筐体111の底部112近傍に形成され、空気極13とマグネシウム極15とが対向する電池反応領域では、電解液の濃度が低くなってしまい、電解液をかき混ぜる、マグネシウム空気電池100を振る、等しなければ十分な起電力が得られないおそれがあった。
しかし、マグネシウム空気電池100内をかき混ぜ可能にする電池構造は実用上考えにくい。また、マグネシウム空気電池100を振ることは、電解液の漏れを招く原因となる。また、大型電池等の電池によっては、振ることが容易でない場合も考えられる。
そこで、本構成では、図7に示すように、マグネシウム空気電池100の筐体111内に、電解質を包んだ袋体51に加えて、水と触れて発泡する発泡部材121を配置するようにしている。
By the way, when the inventors examined, when the amount of electrolyte and the amount of water injection increased as in the case of a large battery, it took time to completely dissolve the electrolyte. Unevenness occurs in the concentration of the liquid. In this case, due to the specific gravity of fresh water and sodium chloride aqueous solution, a region with a high salinity concentration is formed in the vicinity of the bottom 112 of the
However, a battery structure that allows the inside of the magnesium-
Therefore, in this configuration, as shown in FIG. 7, in addition to the
より具体的には、袋体51は、空間SR内、つまり、マグネシウム極15と筐体111の内壁面(後壁部114)との間の空間内において、注水口27Aの直下に設けられる。ここで、注水口27Aは、後壁部114の上部を折り曲げて形成した蓋部27の部分(第1折り曲げ部114R1)に切り欠きを設けることによって形成され、この第1折り曲げ部114R1に袋体51が吊り下げ支持されている。なお、第1折り曲げ部114R1だけでは袋体51の支持強度が不足する場合は、後壁部114の他の部分に袋体51を取り付けるようにしても良い。
More specifically, the
発泡部材121は、図7に一例として空間SR内の底部112上に配置した場合を示すように、空間SR内の底部112上であって、注水口27A及び袋体51の直下までの間に配置される。この発泡部材121の素材は、マグネシウム金属若しくはマグネシウム合金であり、この素材から形成した粉末又は粒子、或いは、板状や棒状の部材の少なくともいずれか一つ以上が適用される。板状等の部材を適用する場合、格子状の溝を設ける等して単純形状に比して表面積を増大させることが好ましい。
以上の構成により、水を注ぎ入れた際に、水が発泡部材121に触れた瞬間から発泡作用が生じ、電解液を攪拌させ、電解液の濃度差(濃度勾配)を効果的に抑えることができる。従って、水を注ぎ入れるだけで作動すると共に、水注ぎを入れた際の電解液の濃度勾配を抑制し、且つ、保管時の負極等の腐食を抑制可能なマグネシウム空気電池100を提供することができる。
As shown in FIG. 7 as an example, the
With the above configuration, when water is poured, a foaming action is generated from the moment when the water touches the
しかも、マグネシウム金属若しくはマグネシウム合金製の発泡部材121を用いるので、電池構成部材として、新たに異種類の物質を筐体111内に使用する必要が無く、マグネシウム極15の製造時に生じる加工屑を活用することができる。また、発泡後の反応生成物と、放電による反応生成物とが同じものであるため、放電反応に影響がでるような物質の発生がない。
Moreover, since the
また、電解質は、粉末状、若しくは粒子状であって、これを上記した袋体51に入れ、筐体111内の注水口27A直下で、電解液の液面付近の浸水する高さに配置される。これにより、注水によって電解質の一部が溶解し、続いて発泡用途のマグネシウム金属若しくはマグネシウム合金により発泡作用が生じて、電解液を攪拌し、残りの電解質の溶解と濃度差の解消を図ることができる。
また、電解質を袋体51に入れ、筐体111内の上部に配置することにより、電解質の位置を保持できるとともに、比重差による電解質の溶解が起こり、より短時間で電解質の溶解と濃度差の解消を図ることができる。
The electrolyte is in the form of powder or particles. The electrolyte is placed in the
In addition, by placing the electrolyte in the
また、上記発泡部材121は、電解質の下方の筐体111内に配置固定されるので、比重の関係から電解質の濃度が高い領域(筐体111の下方領域)の電解液を効率良く攪拌することができると同時に、気泡の浮力によって発泡用途のマグネシウム金属若しくはマグネシウム合金が自由に移動してしまうことを回避できる。このため、図7に示したように、マグネシウム極15と筐体111の内壁面(後壁部114)との間の空間SR内に、発泡部材121を配置した場合、発泡用途のマグネシウム金属若しくはマグネシウム合金が、放電反応領域であるマグネシウム極15と空気極13と間の空間SFに移動することを抑えることができる。
In addition, since the
また、発泡用途のマグネシウム金属若しくはマグネシウム合金に、粉末、粒子、或いは、単純形状に比して表面積を増大させた形状の部材の少なくともいずれか一つ以上を用いることにより、水と触れる表面積を効率よく稼ぐことができ、また、発泡し易い縁部を多く確保し易くなる。また、マグネシウムの自己放電反応によって水素が発生し、浮力によって、下方にて濃度が高くなった電解液を、濃度が低くなりやすい上部の領域に移動させ、上部の放電反応領域に移動させることができる。
また、この発泡部材121を、マグネシウム極15に一体に設けるようにしても良い。例えば、図8に示すように、発泡部材121として、マグネシウム極15の空気極13と対向しない側の面に格子状の溝を設けるようにしても良い。この構成によれば、マグネシウム極15に、注ぎ入れた水と触れる表面積を効率よく確保することができ、注水の際に、マグネシウム極15の溝の縁部を利用して発泡作用を効率よく生じさせることができる。
In addition, by using at least one of powder, particles, or a member with an increased surface area compared to a simple shape for magnesium metal or magnesium alloy for foaming purposes, the surface area in contact with water can be improved. It is possible to earn well, and it becomes easy to secure a large number of edges that are easy to foam. In addition, hydrogen is generated by the self-discharge reaction of magnesium, and the electrolytic solution whose concentration is increased downward due to buoyancy can be moved to the upper region where the concentration tends to decrease, and can be moved to the upper discharge reaction region. it can.
Further, the
続いて、実施例及び比較例を挙げて説明する。
また、所定の条件(放電時間60分、電流設定2A、注水開始より3分以内に放電開始)での電圧の立ち上がりを試験し、その結果を図9に示している。
実施例Aは、負極(マグネシウム極15)の正極(空気極13)と反対側の面に格子状の溝を設け、且つ、塩化ナトリウム(電解質)の入った袋体51を、電解液の上面付近の浸水する高さに配置した場合であり、図中、「負・塩上」と表記している。
実施例Bは、塩化ナトリウムの入った袋体51を、電解液の上面付近の浸水する高さに配置し、粉末状の発泡部材121を底部112上に配置した場合であり、図中、「粉下・塩上」と表記している。
Subsequently, examples and comparative examples will be described.
Moreover, the rise of the voltage in a predetermined condition (
In Example A, a bag-
Example B is a case where the
実施例Cは、塩化ナトリウムの入った袋体51と、粉末状の発泡部材121とを底部112上に配置した場合であり、図中、「粉下・塩下」と表記している。
実施例Dは、塩化ナトリウムの入った袋体51を、電解液の上面付近の浸水する高さに配置し、粉末状の発泡部材121を前記袋体51の直下に配置した場合であり、図中、「粉上・塩上」と表記している。
実施例Eは、発泡部材121として、負極(マグネシウム極15)とは別体のマグネシウム合金板を用意し、この発泡部材121を底部112上に配置し、塩化ナトリウムの入った袋体51を、電解液の上面付近の浸水する高さであって、発泡部材121の上方に配置した場合であり、図中、「板下・塩上」と表記している。
Example C is a case where the
Example D is a case in which the
In Example E, a magnesium alloy plate separate from the negative electrode (magnesium electrode 15) is prepared as the
実施例Fは、発泡部材121として、負極(マグネシウム極15)とは別体のマグネシウム合金板を用意し、この発泡部材121を塩化ナトリウムの入った袋体51の直下に配置し、塩化ナトリウムの入った袋体51を電解液の上面付近の浸水する高さに配置した場合であり、図中、「板上・塩上」と表記している。
なお、実施例E、Fの発泡部材121には、格子状の溝を設けたマグネシウム合金板を用い、このマグネシウム合金板の幅は、負極(マグネシウム極15)とほぼ同じ幅とし、高さを負極よりも格段に低いものとし、空間SR内に配置した。
In Example F, a magnesium alloy plate separate from the negative electrode (magnesium electrode 15) is prepared as the
In addition, the foamed
比較例αは、塩化ナトリウム水溶液(電解液)を注液した場合であり(図中、「食塩水」と表記)、比較例βは、塩化ナトリウムの入った袋体51を電解液の上面付近の浸水する高さに配置し、水を注ぎ入れた場合である(図中、「塩上」と表記)。また、比較例γは、塩化ナトリウムの入った袋体51を底部112上に配置し、水を注ぎ入れた場合である(図中、「塩下」と表記)。
Comparative example α is a case where an aqueous sodium chloride solution (electrolyte) is injected (indicated as “saline solution” in the figure), and comparative example β is a
発明者等の検討によれば、立ち上がりの早さは、「実施例Bの粉下・塩上」、「実施例Fの板上・塩上」、「実施例Dの粉上・塩上」、「実施例Eの板下・塩上」、「実施例Aの負・塩上」、「比較例αの食塩水」、「比較例βの塩上」の順であった。
試験結果では、1V到達までの放電時間は、「実施例Bの粉下・塩上」が9分54秒、「実施例Fの板上・塩上」が16分24秒、「実施例Dの粉上・塩上」が16分26秒、「実施例Eの板下・塩上」が17分27秒、「実施例Aの負・塩上」が18分44秒、「比較例αの食塩水」が22分11秒、「比較例βの塩上」が25分53秒であった。
According to the studies by the inventors, the speed of rising is “under powder / salt of Example B”, “on board / salt of Example F”, “on powder / salt of Example D”. In this order, “under the plate and salt of Example E”, “negative and salt of Example A”, “saline solution of Comparative Example α”, and “on the salt of Comparative Example β”.
According to the test results, the discharge time until reaching 1 V was 9 minutes 54 seconds for “Example B under powder / on salt”, 16 minutes 24 seconds for “Example F on board / on salt”, “Example D” No. on powder / salt ”was 16 minutes 26 seconds,“ Under plate / salt on Example E ”was 17
なお、図9に示す試験結果では、塩化ナトリウムの入った袋体51を底部112上に配置しただけの比較例γ、及び、塩化ナトリウムの入った袋体51と粉末状の発泡部材121とを底部112上に配置した実施例Cが、実用の電圧上昇が見られず、放電時間60分では1Vに到達しなかった。また、塩化ナトリウムの一部が溶けずに底部112上に残留した。
但し、図9に示すように、発泡部材121を配置した実施例Cの方が、比較例γと比べて電圧の立ち上がりが早く、且つ、電圧値も高かった。つまり、発泡部材121によって立ち上がり特性が向上していることが明らかである。
In the test results shown in FIG. 9, the comparative example γ in which the sodium chloride-containing
However, as shown in FIG. 9, in Example C in which the foamed
図10は上下の濃度差(下部濃度−上部濃度)を示し、図11は図10の一部(塩上)のみに絞って拡大した図を示している。発明者等が検討したところ、塩化ナトリウムの入った袋体51を底部112上に配置した場合(例えば、比較例γ)、上下の濃度差が大きくなり、液抵抗が大きくなり、電圧が低く、電流が小さくなり易かった。
図11に示すように、上下の濃度差を低くする観点からは、「実施例Eの板下・塩上」が最も有利であり、次いで、「実施例Fの板上・塩上」であり、残りの実施例A〜Dはほぼ同等であった。また、図11の中では「比較例βの塩上」が最も不利であり、このことからも発泡部材121を配置することが有利であることが判る。
FIG. 10 shows the difference between the upper and lower concentrations (lower concentration−upper concentration), and FIG. 11 shows an enlarged view focusing only on a part of FIG. 10 (on the salt). As a result of examination by the inventors, when the
As shown in FIG. 11, from the viewpoint of reducing the difference in concentration between the upper and lower sides, “under board / salt on Example E” is the most advantageous, followed by “on board / on salt in Example F”. The remaining Examples A to D were almost equivalent. Further, in FIG. 11, “on the salt of Comparative Example β” is the most disadvantageous, and it can be seen from this that it is advantageous to dispose the
以上説明したように、本実施の形態では、筐体111内に水と触れて発泡する発泡部材121を有し、この発泡部材121はマグネシウム金属若しくはマグネシウム合金であるため、水を注ぎ入れた際に発泡部材121により電解液を攪拌することができ、電解液の濃度勾配を抑制し、事前の電解液調整作業を不要にできる。しかも、新たに異種類の物質を筐体111内に使用する必要が無く、マグネシウム極15の製造時に生じる加工屑を活用することができ、材料コスト低減にも有利である。また、発泡後の反応生成物と、放電による反応生成物とが同じものであるため、放電反応に影響がでるような物質の発生がない、という効果も得られる。
As described above, in the present embodiment, the
この発泡部材121を電解質より下方に配置固定した場合には、濃度が高くなり易い下方にて電解液を攪拌でき、濃度差を効果的に解消することができる。また、発泡部材121は、粉末状、格子状の溝を設けた平板、負極における正極と反対側の面に格子状の溝を設けた構成の少なくともいずれかであるため、簡易な構成で発泡作用を生じさせることができる。
When the
また、図7及び図8に示すように、筐体111には、セパレータを用いずにマグネシウム極15と空気極13とが配置され、このマグネシウム極15と筐体111の内側壁(後壁部114)との間に袋体51及び発泡部材121が設けられるので、電解質や発泡用途のマグネシウム金属若しくはマグネシウム合金が、放電反応領域であるマグネシウム極15と空気極13と間の空間SFに直ぐに移動することを避けることができ、放電反応領域での濃度ムラを抑えやすくなる。これによって、濃度ムラに起因する放電反応への影響を抑えることができる。
As shown in FIGS. 7 and 8, a
なお、発泡部材121を配置した場合には、上記したように、電解液を積極的に攪拌させることができることから、電解質を上記袋体51に包まずに筐体111内に配置しても、水を注ぎ入れた際の電解液の濃度勾配を抑制することが可能になる。
When the
以上、本発明を実施するための形態について述べたが、本発明は既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、空気極13等の各部の構成は、公知の構成を広く適用可能である。
また、上述の各実施形態では、袋体51を注水口27Aの直下に設ける場合を説明したが、直下から若干ずれた位置でも良く、注水口27Aの直下近傍でも良い。また、注水口27Aの直下及び直下近傍以外であっても、注水口27Aからの水で徐々に電解質を溶け出させることが可能な範囲で、袋体51や発泡部材121の配置位置を変更しても良い。
また、上述の各実施形態では、電解質に塩化ナトリウムを使用する場合を説明したが、これに限らず、アルカリ金属やアルカリ土類金属イオンの塩化物を使用しても良い。
As mentioned above, although the form for implementing this invention was described, this invention is not limited to above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation and a change are possible based on the technical idea of this invention.
For example, as a configuration of each part such as the
Further, in each of the above-described embodiments, the case where the
Moreover, although each above-mentioned embodiment demonstrated the case where sodium chloride was used for electrolyte, it is not restricted to this, You may use the chloride of an alkali metal or an alkaline-earth metal ion.
10、100 マグネシウム空気電池(マグネシウム一次電池)
11、111 筐体
13 空気極(正極)
15 マグネシウム極(負極)
27 蓋部
27A 注水口(注液口)
51 袋体
121 発泡部材
10, 100 Magnesium air battery (magnesium primary battery)
11, 111
15 Magnesium electrode (negative electrode)
27
51
Claims (12)
前記発泡部材は、マグネシウム金属若しくはマグネシウム合金である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マグネシウム一次電池 In the housing, having a foam member that foams by touching the water,
The magnesium primary battery according to claim 1, wherein the foamed member is magnesium metal or a magnesium alloy.
前記蓋部に前記袋体が取り付けられることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載のマグネシウム一次電池。 The housing includes a lid portion provided with the water inlet,
The magnesium primary battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the bag is attached to the lid.
前記筐体内に、前記負極からマグネシウムイオンが溶出可能な電解液に含まれる電解質と、前記電解液の溶媒としての水に触れて発泡する発泡部材を有し、
前記発泡部材は、マグネシウム金属若しくはマグネシウム合金であり、前記筐体内に水を注ぎ入れることによって電池として作動することを特徴とするマグネシウム一次電池。 It has a housing with a negative electrode made of magnesium or magnesium alloy,
In the housing, an electrolyte contained in an electrolyte solution capable of eluting magnesium ions from the negative electrode, and a foaming member that foams by touching water as a solvent of the electrolyte solution,
The said foaming member is magnesium metal or a magnesium alloy, It operate | moves as a battery by pouring water in the said housing | casing, The magnesium primary battery characterized by the above-mentioned.
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