JP2016537787A - 取り出し可能な空気電極を有する電池 - Google Patents

Abstract

本発明は、空気電極（２２）、負電極（３）、および電解質（４）を内部に有するケーシング（１１）を含む再充電可能な電池（１）に関し、空気電極（２２）は、ケーシングから取り出し可能である。再充電可能な電池はまた、空気電極電池のためのカソード室（２）にも関係する。前記カソード室（２）は、空気電極を含み、ケーシングの一部であることなく電池のケーシングに挿入可能である。前記カソード室（２）は、取り外し可能に移動可能である。

Description

本発明は、空気電極を備える電池、より詳しくは、ケースならびにケース内部に空気電極、液体電解質および負電極を備える電池の技術分野に関する。この負電極は、金属電極とすることができる。

金属空気電池は、空気電極を備える電池に属し、空気電極に結合される、例えば亜鉛、鉄またはリチウムに基づく金属負電極を使用する。放電中は、下記の反応が、起こる。
Ｍ → Ｍ^ｎ＋ ＋ ｎ・ｅ⁻ 負電極（金属電極）
Ｏ_２ ＋ ２・Ｈ_２Ｏ ＋ ４・ｅ⁻ → ４・ＯＨ⁻ 正電極（空気電極）

それ故に、酸素が、空気電極において還元され、負電極の金属が、酸化される。通常、水溶性のアルカリ性電解質が、使用される。

これらの金属空気電池は、いくつかの応用を有し、例えば亜鉛空気電池が、補聴器に使用するために販売されている。

高エネルギー密度について知られ、数百Ｗｈ／ｋｇに達する能力がある金属空気型の電気化学的発電装置を作製することを可能にする空気電極の開発および最適化のために、多くの研究が、数十年にわたって行われてきた。

空気電極はまた、アルカリ型燃料電池にも使用される。

空気電極は、電気化学反応のための酸化剤として、どこでもかついつでも量を制限されずに利用できる大気を使用することを可能にする。

空気電極は、一般にアルカリ性溶液である液体電解質と接触する多孔質固体構造である。空気電極と液体電解質との間の界面は、いわゆる「三重接触」界面であり、そこには電極の活性固体材料、気体酸化剤（空気）および液体電解質が、同時に存在する。

亜鉛空気電池のための異なる種類の空気電極の説明は、例えばＶ． Ｎｅｂｕｒｃｈｉｌｏｖ他による、「Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ ａｉｒ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｆｏｒ ｚｉｎｃ−ａｉｒ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ」と題する論文、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ、１９５（２０１０）、１２７１〜１２９１頁において開示される。

金属空気電池が、充電されなければならないとき、電流の方向は、逆にされ、下記の反応が、起こる。
Ｍ^ｎ＋ ＋ ｎ・ｅ⁻→ Ｍ 負電極（金属電極）
４・ＯＨ⁻ → Ｏ_２ ＋ ２・Ｈ_２Ｏ ＋ ４・ｅ⁻ 正電極（空気電極）

それ故に、酸素が、正電極において生成され、金属が、負電極上での反応によって再び堆積される。

これらの電池は、放電段階では大きな問題なしに動作するけれども、それらは、充電段階では安定でなく、充電段階中の金属空気電池の弱点は、空気電極であり、それは、逆方向で（すなわち酸化の下で）使用されるように設計されていない。

実際、空気電極は、多孔質構造を有し、気体（空気からの酸素）、液体（電解質）および固体（電極の活性材料およびオプションとしての触媒）の間の界面、これは、三重接触であるが、この界面において、ボルメトリック電極（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）の形で動作し、その場合電気化学反応は、電極の体積内で起こる。この多孔質構造は、必要な大きい反応表面積をもたらし、従って気体酸素の密度が、液体に対して低いとき、高電流密度をもたらすので重要である。例えば、空気中の酸素のモル密度は、約０．０３ｍｏｌ／Ｌに等しく、一方水は、５５ｍｏｌ／Ｌの密度を有する。

それ故に、一般に、空気電極は、Ｃａｂｏｔによって販売されるＶｕｌｃａｎ（登録商標） ＸＣ７２などの、高表面積を有する炭素粒から製造される。炭素の表面積はまた、空気電極へのその組み込みの前に、ＣＯ_２などの気体との反応によってさらに増加されることもある。炭素粒は次いで、Ｄｕｐｏｎｔによって販売されるフッ素化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などの疎水性フッ素化ポリマーを使用して、空気電極を形成するために凝集される。文献ＷＯ２０００／０３６６７７は、金属空気電池のためのそのような電極を述べる。

活性材料の濃度は、はるかにより高いので、この大きい反応表面積は、充電段階中の正電極における逆酸化反応に必要でない。それどころか、空気電極の多孔質構造は、壊れやすいという欠点を有し、空気電極の多孔質構造は、酸素への液体電解質の酸化のために使用されるとき、気体酸素の放出によって機械的に破壊されることが、本発明者らによって見いだされた。実際、気体酸素の生成によって空気電極内に発生する水圧は、空気電極を構成する炭素粒間の結合の破壊を引き起こすのに十分である。

本発明者らはまた、マンガンまたはコバルト酸化物などの、酸素還元反応のエネルギー収率を改善するために空気電極に追加される触媒が、酸素還元に必要な電位において安定でないことにも気付いた。さらに、腐食が、酸素の存在下で炭素の酸化によって起こり、高電位において加速される。

これを克服するために、幾人かの著者は、２つの電気的に結合された層で構成される二機能性電極において酸素放出触媒と相まってより耐性のある酸素還元触媒を使用する（例えば米国特許第５，３０６，５７９号を参照のこと）。残念ながら、これらの二機能性電極は、これらの電極の構造が、長時間にわたり生成される気体の放出に耐えられず、触媒が、安定でなく、炭素が、充電中に印可される電位において腐食するので、短い寿命および限られたサイクル数を有する。

充電段階中の空気電極のこれらの劣化は、その寿命を著しく低減し、再充電可能な金属空気蓄電池の商業的開発を妨げる主な理由の１つである。

結果として、空気電極の寿命は、放電および充電モードで交互に使用される電池／蓄電池のための金属電極の寿命よりも短い。しかしながら、金属電極が、なお使用可能であるときに、電池／蓄電池を廃棄しなければならないことは、浪費ということになる。

一般に、空気電極における充電中の気体の放出と関連する問題は、空気電極を備えるいかなる電池についても見いだされる。

国際公開第２０００／０３６６７７号 米国特許第５，３０６，５７９号明細書 国際公開第２０１０／１２８２４２号 国際公開第２０１２／１５６６３９号

Ｖ． Ｎｅｂｕｒｃｈｉｌｏｖ他、「Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ ａｉｒ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｆｏｒ ｚｉｎｃ−ａｉｒ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ、１９５（２０１０）、１２７１〜１２９１頁

それ故に、本発明の目的の１つは、上で述べられた現況技術の少なくとも１つの欠点を克服することである。

この目的を達成するために、本発明は、空気電極を備え、電池ケースへの取り出し可能な挿入に適した、空気電極を有する電池のためのカソード室を提案する。空気電極は、平板の形であり、カソード室は、液密である。カソード室は、空気電極を電池の正端子に接続するための電気的接続と、空気入口および空気出口を有する中空カートリッジであって、少なくとも１つの平坦面が空気電極によって少なくとも部分的に形成される中空カートリッジとをさらに備える。

それ故に、空気電極は、取り出し可能なカソード室内に含まれる。それ故に、空気電極が、その寿命の終わりにあるとき、負電極、特に金属空気電池の金属電極を簡単なやり方で使用し続けることが可能である。実際、空気電極を交換するために、電池／蓄電池アセンブリを分解する必要がない。

カソード室の他のオプションの特徴および非制限的な特徴は、次の通りである。

変形として、カソード室は、特に負電極が、金属から作られるとき、負電極の圧迫を制限するために、カートリッジの空気電極によって少なくとも部分的に形成されるその面上にリムをさらに備える。

カソード室は有利には、中空カートリッジの別の面を少なくとも部分的に形成する平板の形の追加の空気電極をさらに備え、その別の面は、空気電極によって少なくとも部分的に形成される面と向かい合っている。

カソード室は有利には、空気電極に隣接して、カートリッジの内部に配置されるハニカム状の機械的補強材を備える。

カソード室は、下部および上部を有することができ、下部は、空気電極を備え、上部は、下部のセクションの下方に少なくとも１つのセクションを有する。

本発明はまた、ケースならびにそのケースの内部に、
− 空気電極、
− 負電極、および
− 電解質を備える再充電可能な電池であって、
空気電極は、上で述べられたようにケースから取り出し可能でありかつカソード室に挿入可能である、再充電可能な電池も提案する。

それ故に、空気電極が、その寿命の終わりに達するとき、空気電極を交換することが、容易である。

電池の他のオプションの特徴および非制限的な特徴は、次の通りである。

負電極が、金属電極であり、電解質が、液体電解質である場合には、カソード室は、ケース内で移動可能である。電池はその時、空気電極と金属電極との間の電気絶縁セパレータおよび柔軟な（フレキシブル）要素を備える。セパレータ、カソード室および金属電極は、柔軟な要素が、空気電極によって少なくとも部分的に形成されるその面を介して金属電極を圧迫するように、柔軟な要素が、カソード室に作用するように配置される。この柔軟な要素は、電池ケースまたはケースの１つの壁に接して配置される圧迫システムとすることができる。

有利には、電池は、上で述べられたように第２の取り出し可能な可動カソード室に組み込まれる第２の空気電極、および第２の空気電極と金属電極との間の第２の電気絶縁セパレータを備える。２つのカソード室および金属電極は、金属電極が、空気電極によって少なくとも部分的に形成されるそれらの面を介して２つのカソード室の間で圧迫されるように配置される。

電池は、電池を充電するための第２の正電極をさらに備えることができる。この場合には、第２の正電極は有利には、カソード室と負電極との間に配置される。電池はその時、充電中に第２の正電極上に生成される酸素バブルの除去を容易にするために、第２の正電極と接触して置かれる少なくとも１つのスペーサをさらに備える。変形として、２つのスペーサが、正電極のそれぞれの側に１つずつ配置されてもよい。それ故に、スペーサは、負電極または空気電極の方を向く第２の正電極の面に接して提供されてもよい。この場合には、電池は、それらをスペーサから保護するために、スペーサと負電極または空気電極との間に配置される少なくとも１つの機械的保護材をさらに備える。

他の目的、特徴および利点は、実例としてかつ非制限的に与えられる図面を参照して、下記の説明の観点から明らかになるであろう。

本発明による電池に使用されるカソード室を示す図である。 空気電極およびハニカム状の機械的補強材を備える図１のカソード室の横断面図である。 ２つの空気電極およびハニカム状の機械的補強材を備える図１のカソード室の横断面図である。 空気電極、ハニカム状の機械的補強材、およびリムを有するカートリッジを備える図１のカソード室の横断面図である。 ケース、金属電極、図２からの２つのカソード室および２つのセパレータを備える、本発明による電池の実施形態を示す図である。 ケース、金属電極、図４からの２つのカソード室および２つのセパレータを備える、本発明による電池の実施形態を示す図である。 ケース、２つの金属電極、図２からの２つのカソード室、図３からのカソード室および４つのセパレータを備える、本発明による電池の実施形態を示す図である。 ケース、２つの金属電極、図２からの２つのカソード室、図３からのカソード室、４つのセパレータおよび圧迫システムを備える、本発明による電池の実施形態を示す図である。 ケース、金属電極、図２からの２つのカソード室、２つの第２の正電極、および４つのセパレータを備える、本発明による電池の実施形態を示す図である。 ケース、金属電極、図２からの２つのカソード室、２つの第２の正電極、４つの機械的保護材、および４つのスペーサを備える、本発明による電池の実施形態を表す図である。 カソード室が、上部および下部を提示し、上部の横断面が、下部からの距離が増加するとともに低減する、本発明による電池を示す図である。 カソード室が、上部および下部を有し、その両方が、長方形であり、上部の横断面が、下部の横断面よりも小さく、それ故にそれらの間の界面に肩部を形成する、本発明による電池を示す図である。

本発明による空気電極を有する電池は、図１から図１２を参照して以下で述べられる。一般に、用語「電池」は、本明細書ではエネルギーを化学的な形で貯蔵し、それを電気的な形で元に戻すことを可能にする任意の電気的要素を示すために使用される。それ故に、この用語は、用語「電池（ｃｅｌｌ）」、「燃料電池」、「再生燃料電池」および「蓄電池」を等しく包含する。

そのような電池１は、ケース１１ならびに、そのケースの内部に、取り出し可能な空気電極２２、負電極３および電解質４を備える。

空気電極２２はそれ故に、例えばスライドすることによってケース１１から取り外すことができ、したがって、例えば炭素の凝集粒の構造が損傷を受けすぎているためにその寿命の終わりに達するまたは劣化した場合に交換することができる。空気電極２２はまた、以下でより詳細に述べられることになるように、特に負電極３の圧迫を可能にするために、ケース１１の内部で移動可能とすることもできる。

空気電極２２は好ましくは、電子を伝導する多孔質材料から作られる。この多孔質材料は例えば、カーボンブラックの化合物、コバルトまたはマンガン酸化物に基づく触媒、ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの疎水性結合剤、およびニッケルグリッドの形のコレクタなどの電流コレクタである。アニオン伝導ポリマーは、特に電解質が、水溶性であるとき、特許ＷＯ２０１０／１２８２４２ Ａ１において述べられるように電極に追加されてもよい。このポリマーは、空気中に含有されるＣＯ_２による水溶性電解質の炭酸化を防止する機能を有する。疎水性結合剤は、その電子透過が炭素粒間の接触によって確保される粉末から機械的に統合された多孔質構造を作成し、かつ電解質が液体であるときに電解質が電極を通り抜けるのを防止するために十分に疎水性であるという二重機能を有する。

負電極３は、金属空気電池の場合のように金属電極とすることができる。金属電極の材料は好ましくは、亜鉛、鉄またはリチウムである。この場合には、電解質は、液体電解質である。

電池１は、中空カートリッジ２１および空気電極２２を電池１の正端子に接続するための電気的接続２３を備えるカソード室２をさらに備えることができる（図１から図４を参照のこと）。カソード室２は、電池のケース１１への取り出し可能な挿入に適している。カソード室２は好ましくは、特にカソード室２が、以下で述べられることになるように負電極３を圧迫することを意図されているとき、例えば電池１の液体電解質４に対して液密である。

カートリッジ２１はそれ故に、空気が循環することができる空洞を有する。カートリッジ２１はまた、カートリッジ２１内での空気の循環および空気電極２２との接触のために空気入口２４および空気出口２５も有する。カートリッジ２１に供給するために使用される空気は、処理されていない、または例えば加湿し、乾燥し、脱炭酸化し（ＣＯ_２の除去）もしくは酸素を豊富にするために処理されてもよい。

空気電極２２は、カートリッジ２１の面の１つを少なくとも部分的に形成する平板の形で密封されるやり方でカソード室２に組み込まれる。カートリッジ２１はその時、空気電極２２によって少なくとも部分的に形成される少なくとも１つの平坦面を有する円筒形状を有することができる。この場合には、カートリッジ２１は、円筒の辺心距離に垂直にスライドすることによって取り出し可能とすることができる。

それ故に、取り出し可能な空気電極２２の交換は、単にカソード室２を取り外すことによって容易に行うことができる。

変形として、追加の空気電極２７が、カソード室２に提供されてもよい。この追加の第２の空気電極２７は、第１の空気電極２２によって少なくとも部分的に形成される面と向かい合ってカセット２１の第２の面を少なくとも部分的に形成する（図３を参照のこと）。この場合には、カートリッジ２１は好ましくは、２つの平行な平坦面を有する円筒形状を有する。

カソード室２は、カートリッジ２１を補強するためにカートリッジ２１の内部にハニカム状の機械的補強材２６をさらに備えることができる。この機械的補強材２６は、空気電極２２に隣接する。

この機械的補強材２６は、負電極３が、平板の形の金属電極であり、カソード室２が、例えばケース１１の壁に接して、空気電極２２によって少なくとも部分的に形成されるその面を介して金属電極３を圧迫するように、カソード室２および金属電極３が、配置されるときに特に有利であり、金属電極３が圧迫されるときに空気電極２２の変形を防止する。

そのような実施形態では、電池１は、空気電極２２を金属電極３から電気的に絶縁しかつそれらの間に配置されるセパレータ５を備える。セパレータ５は、電気的に絶縁性でかつイオン伝導性である材料、例えば高分子電解質、すなわち荷電基（ｃｈａｒｇｅｄ ｇｒｏｕｐ）を備えるポリマーから作られる要素である。変形として、それはまた、液体電解質を通すことができる電気絶縁材料、例えばフェルトから作られてもよい。空気電極２２および／または負電極３に付着されるセパレータ５の準備が、なされてもよい。さらに、電池１は、セパレータ５を介して負電極３に接してカソード室２を保持するために、カソード室２に作用する柔軟な要素を備える。

金属電極３を圧迫することは、以下の理由により有利である。金属空気電池の充電段階中は、金属イオンが、負電極において金属に還元され、それは、この負電極の電位が許すときはそこに堆積される。今は、ある条件下では、その金属は、金属電極の表面への付着が不十分である発泡体の形で堆積される。この付着の不十分な発泡体は、電極から剥離することもあり、活性材料の喪失およびその結果として電池容量の低減を引き起こす。本発明者らは、充電段階中に金属電極を圧迫することが、この付着の不十分な発泡体の形成を制限することに気が付いた。さらに、この圧迫はまた、金属電極上への金属の堆積の一様で、均質でかつ高密度の分布を確保することによって、繰り返される充電および放電サイクル中に金属電極が変形することも防止する。

柔軟な要素は、電池のケース１１によって形成されてもよい。ケース１１の内部に置かれる要素は、強制的にその中に挿入される。柔軟な要素はまた、圧迫システム６の形で作成されてもよい。この圧迫システム６は、ケース１１の壁および電池１の別の要素、例えばカソード室２または金属電極３に接して配置される。圧迫システム６は、いったんカソード室２および金属電極３が適所に置かれると、それらの挿入後に、金属電極３の圧迫を確保することを可能にする。圧迫システム６は有利には、柔軟な材料、例えば柔軟な発泡体から作成される。柔軟な発泡体の例は、例えばポリクロロプレン発泡体（またＮｅｏｐｒｅｎｅ（登録商標）とも呼ばれる）、好ましくは名称Ｂｕｌａｔｅｘ（登録商標）、特にＢｕｌａｔｅｘ Ｃ１６６の下で、Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ会社によって販売されているネオプレン発泡体であろう。そのような発泡体の別の例は、製品Ｓｙｌｏｍｅｒ（登録商標） Ｇ、Ｐｌａｓｔｉｆｏｒｍ会社によって販売されているポリウレタン発泡体であろう。発泡体は、好ましくは密閉多孔性発泡体であり、液体電解質から分離される。それは従って、好ましくは柔軟な液密ポーチの中に置かれ、液体電解質と接触しても安定である。例えば、ヒートシール可能な押し出しポリエチレンポーチである。

取り出し可能である圧迫システム６の準備がなされてもよく、それ故にその引き抜きの後、カソード室２をより容易に取り外すことを可能にする。

電池１は、上で述べられたように２つのカソード室２を備えることができる。負電極３として金属電極を備える電池１の場合には、平板の形の金属電極３は、カソード室２の空気電極２２によって少なくとも部分的に形成される面の間で圧迫されてもよい。セパレータ５は、金属電極３を空気電極２２から電気的に絶縁する。

なお別の変形として、カソード室２は、上で述べられたように２つの空気電極２２、２７を備えることができ、電池１は、カソード室２のどちらの側にも１つずつ、かつオプションとして、金属電極の場合には、空気電極２２、２７によって少なくとも部分的に形成される面にそれぞれ接して配置される平板の形の２つの負電極３を備えることができる。後者の場合には、カソード室２は、上で述べられたのと同じ方法で金属電極３の両方を同時に圧迫することができる。

カソード室２のカートリッジ２１は、有利には負電極３が、金属電極であるとき、金属電極３の圧迫を制限するために、空気電極２２によって少なくとも部分的に形成されるその面上にリム２８を備えることができる。

金属電極３が、カソード室２とケース１１の壁との間で圧迫される場合には、カソード室２は、リム２８がケース１１の壁と接触するまで金属電極３をケース１１の壁の方向に圧迫する。

金属電極３が、２つのカソード室２の間で圧迫される場合には、２つのカソード室２の１つだけが、リム２８を有するか、またはカソード室２の両方が、リム２８を有する。第１の場合には、リム２８は、リム２８およびケースの壁について上で述べられたように、リムのない他のカソード室２のカートリッジ２１の面と接触することになる。第２の場合には、は、リム２８は、２つのリム２８が互いに接触するまで２つのカソード室２が金属電極３を圧迫するような方法で、互いに面するようにカートリッジ２１の面上に提供される。

カソード室２が、カートリッジ２１の対向する面を少なくとも部分的に形成する２つの空気電極２２を備える場合には、カートリッジ２１は、面の１つにリム２８を備えるがしかしもう１つにはない、または面の各々にリム２８を備える。リムは、上で述べられたのと同じ方法で作用する。

カソード室２は、下部２_ＩＮＦおよび上部２_ＳＵＰを備えることができ、下部２_ＩＮＦは、空気電極２２を備える。上部２_ＳＵＰは、下部２_ＩＮＦのセクションの下方に空気電極の平面に垂直な少なくとも１つのセクションを有する。それ故に、カソード室２の上部２_ＳＵＰには、より広い空間が、液体電解質４を集めるために、電池１のケース１１の中に提供される。これは、同時に電池１のためにより小型の構成を可能にする。同様に、気体酸素の放出は、電池の内部にバブルを生成し、それが、電解質のレベルを上げるので、カソード室２の上部２_ＳＵＰおよび下部２_ＩＮＦの横断面の差によって生み出される追加の体積は、電解質４が充電段階中に高く上昇しすぎて、あふれ出るのを避けることを可能にする。

例えば、下部２_ＩＮＦは、長方形状を有し、上部２_ＳＵＰは、台形状を有する、言い換えれば、上部のエッジは、下部２_ＩＮＦからの距離が増加するにつれて、上部２_ＳＵＰの横断面が低減するように、斜めに切断される。上部２_ＩＮＦの横断面はその時、一定のままである（図１１を参照のこと）。

別の例では、下部２_ＩＮＦおよび上部２_ＳＵＰは、２つの部分２_ＩＮＦ、２_ＳＵＰの間の界面に肩部を形成する長方形状を有する（図１２を参照のこと）。

電池１は、電池１を充電するための第２の正電極７をさらに備えることができる（図９を参照のこと）。この第２の正電極７は好ましくは、負電極３と空気電極２との間に配置される。例えば液体電解質を通すことができるフェルトの形のセパレータ５は、空気電極２２とこの第２の正電極７との間および／または負電極３と第２の正電極７との間に使用されてもよい。

第２の正電極７はまた、その時第２の正電極７に関してカソード室２の挿入場所に注意を払う必要がないので、空気電極２２の挿入または除去を容易にするために、カソード室２のカートリッジ２１に付着されてもよい。

第２の正電極７は、電池１の充電段階中の空気電極２２に保護を提供する。実際、電池１の充電段階中は、空気電極２２は、正端子およびそれに接続される第２の正電極７から切り離される。それ故に、充電段階中は、空気電極２２は、使用されず、第２の正電極７が、それに取って代わる。空気電極２２および第２の正電極７は、充電の開始時には同時に使用され、充電電圧が、所与の値よりも大きいとき、第２の正電極７だけが、使用されると決められてもよい。第２の正電極７の使用に関係するさらなる詳細は、例えば文書ＷＯ２０１２／１５６６３９において与えられる。

スペーサ８は、充電中に第２の正電極７上に生成される酸素バブルの除去を容易にするように、第２の正電極７を電池の他の要素から距離を置いて維持するために、第２の正電極７と接触して置かれてもよい。例えば、スペーサ８は、第２の正電極７と負電極３との間および／または第２の正電極７と空気電極２２との間に配置される。このスペーサ８は、電解質が、液体であるとき、電解質を通すことができる。このスペーサ８は、例えばプラスチックのグリッドとすることができる。金属電極への圧迫圧力は、スペーサ８を介して加えられてもよい。変形として、正電極７のどちら側にも１つずつ配置される、２つのスペーサ８の準備がなされてもよい。

この場合には、液体電解質を通すことができる機械的保護材９、例えばフェルトが、金属電極３または空気電極２２をスペーサから保護するために、スペーサ８と金属電極３または空気電極２２との間に提供されてもよい。

一般に、可能なカソード室２の数および金属電極３の数は、必要条件に従って適合される。課せられる唯一の制限は、各空気電極２２が、金属電極３にそれらの間にスペーサ５を有して結合されるということである。説明に役立つ実施形態が、以下で述べられ、一緒に組み合わされてもよい。これらの説明に役立つ例は、金属空気電池に言及するけれども、下記の段落は、空気電極を備える他の種類の電池に容易に適合されてもよい。

第１の実施形態（図５）では、電池１は、カートリッジ２１の面の一部を形成する単一空気電極２２、および機械的補強材２６をそれぞれ有する、２つのカソード室２を備える。電池１は、金属電極３をさらに備える。この金属電極３は、２つのカソード室２の間で圧迫されるように２つのカソード室２の間に配置される。

第２の実施形態（図６）では、電池１は、カソード室２の各々がリム２８を備えることを除いて、第１の実施形態と同一である。これらのリム２８は、互いに面するように配置される。

第３の実施形態（図７）では、電池１は、カートリッジ２１の面の少なくとも一部を形成する単一空気電極２２、および機械的補強材２６をそれぞれ有する、２つのカソード室２を備える。電池１は、カートリッジ２１の２つの対向する面の少なくとも一部を形成する２つの空気電極２２を有する、カソード室２をさらに備える。電池１は、２つの金属電極３および４つのセパレータ５をさらに備える。カソード室２、金属電極３およびセパレータ５は、ケースの第１の壁に接する単一空気電極を有する第１のカソード室、第１のセパレータ、第１の金属電極、第２のセパレータ、２つの空気電極を有するカソード室、第３のセパレータ、第２の金属電極、第４のセパレータおよび最後に第１の壁と対向するケースの第２の壁に接する単一空気電極を有する第２のカソード室の順に配置される。

第４の実施形態（図８）では、電池１は、第２のカソード室２の後に第２のカソード室２とケース１１の第２の壁との間に配置される圧迫システム６をさらに備えることを除いて、第３の実施形態と同一である。

第５の実施形態（図９）では、電池１は、２つの第２の正電極７をさらに備えることを除いて、第１の実施形態と同一である。電池の要素は、空気電極を有する第１のカソード室２、第１のセパレータ５、第１の第２の正電極７、第２のセパレータ５、金属電極３、第３のセパレータ５、第２の第２の正電極７、第４のセパレータ５および空気電極を有する第２のカソード室２の順であるように、ケースの内部に配置される。

第６の実施形態（図１０）では、電池１は、セパレータが、スペーサ８および機械的保護材９をそれぞれ備えるアセンブリに置き換えられており、スペーサ８が、第２の正電極７に接して配置され、機械的保護材９が、金属電極３または空気電極２２に接して配置されるという事実を除いて、第５の実施形態に似ている。

１ 電池
２ カソード室
２_ＩＮＦ 下部
２_ＳＵＰ 上部
３ 金属電極
４ 電解質
５ セパレータ
６ 圧迫システム
７ 第２の正電極
８ スペーサ
９ 機械的保護材
１１ ケース
２１ カートリッジ
２２ 空気電極
２３ 電気的接続
２４ 空気入口
２５ 空気出口
２６ 機械的補強材
２７ 空気電極
２８ リム

Claims (13)

1. 空気電極を備え、取り出し可能な方法で電池ケースに挿入されるのに適している、空気電極電池のためのカソード室（２）であって、前記空気電極は、平板の形であり、前記カソード室（２）は液密であり、さらに前記空気電極を電池の正端子に接続するための電気的接続（２３）と、空気入口（２４）および空気出口（２５）を有する中空カートリッジ（２１）であって、少なくとも１つの平坦面が前記空気電極（２２）によって少なくとも部分的に形成される中空カートリッジ（２１）とを備える、カソード室（２）。
2. 前記カートリッジ（２１）の前記空気電極（２２）によって少なくとも部分的に形成されるその面上にリム（２８）をさらに備える、請求項１に記載のカソード室（２）。
3. 前記中空カートリッジ（２１）の別の面を少なくとも部分的に形成する平板の形の追加の空気電極（２７）をさらに備え、前記別の面は、前記空気電極（２２）によって少なくとも部分的に形成される前記面と対向する、請求項１または２に記載のカソード室（２）。
4. 前記空気電極（２２）に接して存在する前記カートリッジ（２１）の内部に配置されるハニカム状の機械的補強材（２６）をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のカソード室（２）。
5. 下部（２_ＩＮＦ）および上部（２_ＳＵＰ）を有し、前記下部（２_ＩＮＦ）は、前記空気電極（２２、２７）を備え、前記上部（２_ＳＵＰ）は、前記下部のセクションの下方に前記空気電極の平面に垂直な少なくとも１つのセクションを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のカソード室（２）。
6. ケース（１１）ならびに前記ケースの内部に、
   − 空気電極（２２）、
   − 負電極（３）、および
   − 電解質を備える再充電可能な電池（１）であって、
   前記空気電極（２２）は、前記ケースから取り出し可能であり、請求項１から５のいずれか一項に記載のカソード室（２）に組み込まれる、再充電可能な電池（１）。
7. 前記負電極は、金属電極であり、前記電解質は、液体電解質であり、その上前記空気電極（２２）と前記金属電極（３）との間の電気絶縁セパレータ（５）および柔軟な要素を備え、
   前記カソード室（２）は、請求項２から６のいずれか一項に記載のもので、前記ケース（１１）内で移動可能であり、
   前記セパレータ（５）、前記カソード室（２）および前記金属電極（３）は、前記柔軟な要素が、前記空気電極（２２）によって少なくとも部分的に形成されるその面を介して前記金属電極（３）を圧迫するように、前記柔軟な要素が前記カソード室（２）に作用するように配置される、請求項６に記載の電池（１）。
8. 前記柔軟な要素は、前記ケース（１１）によって形成されるまたは前記ケースの壁に接して配置される圧迫システム（６）である、請求項７に記載の電池（１）。
9. 第２の移動可能なカソード室（２）に組み込まれ、請求項１から７のいずれか一項に従って取り出し可能である第２の空気電極（２２）、および前記第２の空気電極（２２）と前記金属電極（３）との間の第２のセパレータ（５）をさらに備え、
   前記２つのカソード室（２）、前記金属電極（３）、前記セパレータ（５）および前記柔軟な要素は、前記金属電極（３）が、前記空気電極（２２）によって少なくとも部分的に形成されるそれらの面を介して前記２つのカソード室（２）の間で圧迫されるように配置される、請求項７または８に記載の電池（１）。
10. 前記電池を充電するための第２の正電極（７）をさらに備える、請求項６から９のいずれか一項に記載の電池（１）。
11. 前記第２の正電極（７）は、前記カソード室（２）と前記負電極（３）との間に配置され、前記電池（１）は、充電中に前記第２の正電極（７）上に生成される酸素バブルの除去を容易にするために、前記第２の正電極（７）と接触して置かれる少なくとも１つのスペーサ（８）をさらに備える、請求項１０に記載の電池（１）。
12. 前記正電極（７）のどちら側にも１つずつ置かれる２つのスペーサ（８）を備える、請求項１１に記載の電池（１）。
13. 少なくとも１つのスペーサ（８）は、前記負電極（３）または前記空気電極（２２）の方を向く前記第２の正電極の面に接して提供されてもよく、
    前記スペーサ（８）と前記負電極（３）または前記空気電極（２２）との間に配置される少なくとも１つの機械的保護材（９）をさらに備える、請求項１１または１２に記載の電池（１）。

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