JP2017135045A - 小型ライト、マグネシウム電池およびマグネシウム電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 取り扱いが簡単な小型のライトと、長時間に亘って点灯状態を維持することができる電池の製造方法を提供すること。【解決の手段】小型ライトであって、中空の胴体部１１と吸水によって電力を発生する電池１を有する。電池１は、マグネシウム板４、セパレータ５、カーボンナノチューブを均等に分散させた導電層を有するカーボンシート６および薄い銅板７からなるセルを複数組積層することで形成している。胴体部１１は底部に水の浸入を許容する吸水孔２６を有し、電池１の端面を吸水孔２６を覆うように近接させて配置したものである。【選択図】図３

Description

本発明は、小型ライト、マグネシウム電池およびマグネシウム電池の製造方法に関するものである。

従来技術として、マグネシウムを電極に用いた電池が知られている。このような電池として、特許文献１記載の携帯型のマグネシウム空気電池がある。この電池は、天災時や風水害時およびＡＣ電源の入手困難な環境で、水、食塩水等の電解液を注入すると瞬時に発電可能な、小型で軽量の携帯用マグネシウム空気電池の提供を可能にするという趣旨のもとに発明されたものである。

特許第５５７６８３０号公報

上記特許文献１記載の発明は、水を供給することによって発電を開始する汎用性のある電池として構成されており、災害等の非常時に有用なものである。一方、日本国内での発生頻度は少なくなったものの、諸外国の中には停電が頻発する国が多数ある。このような国では、停電時に直ぐに使えるように取り扱いが簡単であり、長時間に亘って点灯状態を維持することができる安価な照明具が望まれている。
本発明は当該課題に鑑み発明したものであって、停電時に直ぐに使える、取り扱いが簡単なライトの構造と、長時間に亘って点灯状態を維持することができる電池の製造方法等を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明は以下の構成を有する。すなわち、本発明に係る小型ライトは、
中空の胴体部と当該胴体部内に収容する電池を有し、
前記胴体部は、長手方向に沿って２分割した互いに係脱可能な半体を結合することによって構成されており、
前記電池は、矩形に形成したマグネシウム板、含水可能なセパレータ、カーボンナノチューブを均等に分散させた導電層を有するカーボンシートおよび薄い銅板からなる一組のセルを複数組積層することによって構成した本体部を有し、
前記胴体部は、その上部に前記本体部の一端側に取り付けた光源を表出させるための孔を有するとともに底部に水の浸入を許容する吸水孔を有し、
前記本体部における前記光源を取り付けた側とは反対側の端面を前記吸水孔を覆うように近接させて配置したことを特徴とする。

また、本発明に係るマグネシウム電池は、
矩形に形成したマグネシウム板、含水可能なセパレータ、カーボンナノチューブとカーボンナノチューブでは無いカーボン粉末を均等に分散させた導電層を有するカーボンシートおよび薄い銅板からなる一組のセルを複数組積層した本体部を有し、
当該本体部は、少なくとも一つの側縁を覆うこと無く開放した状態のまま、積層した前記セルを結束したものであることを特徴とする。

また、本発明に係るマグネシウム電池の製造方法は、
矩形に形成したマグネシウム板、含水可能なセパレータ、カーボンナノチューブを均等に分散させた導電層を有するカーボンシートおよび薄い銅板からなる一組のセルを複数組積層したマグネシウム電池の製造方法であって、
前記カーボンシートは、ガラス繊維またはポリエステル繊維若しくはポリエステル樹脂によって形成した不織布からなるシートに導電性ペーストを均一に塗布することによって構成したものであり、
前記導電ペーストは、有機溶剤に乾燥させたカーボンナノチューブを混合した混合液を生成した後に、前記カーボンナノチューブを当該混合液中に分散させる分散化処理を行い、当該分散化処理を行った混合液中に水とカーボン粉末の混練物を混合するとともに定着剤を加えて混練することで生成したものであることを特徴とする。

本発明に係る小型ライトは、手で握れる程度の大きさに形成した小型のライトである。電源を構成するマグネシウム電池は、１個のＬＥＤを少なくとも２〜３日点灯させ続ける電力を生成するにもかかわらず、セルを重ねた本体部の肉厚が５ｍｍ程度と薄く、その外形も２．５ｃｍ×５ｃｍ程度である。この小型ライトは、このマグネシウム電池を収容する中空の胴体部と、光源を構成するＬＥＤのみからなる簡素な構造で形成されているため、全体として小型であり極めて軽量に形成されている。
また、小型ライトに使用するマグネシウム電池は、使用時に電解液となる水を供給するものであるから、予め電解液を封入しておく密閉構造は必要なく、電流を生成するマグネシウム板等を単に積層して結束しただけの極めて簡易な構造を有している。すなわち、予め電解液を封入したものではないため、未使用にも関わらず自然放電によってマグネシウムを消費してしまうことは無い。このため、長期間保存しておくことが可能であり、長期間保存した後であっても水を供給するだけで直ちにＬＥＤを点灯させることができるという効果を有するものである。
また、マグネシウム電池を構成するセルの一部に、カーボンナノチューブを均一に分散させた導電層を用いることで、カーボン粉末のみを混合した導電層と比較して、高い電圧を長く維持することができるようになった。このため、本発明に係る小型ライトは、カーボン粉末のみを混合した導電層を有するマグネシウム電池と比較して、長時間に亘って所定の光量を維持することができるという効果を有している。

本発明に係るマグネシウム電池は、前述のように予め電解液を封入しておく密閉構造は不要である。また、自然放電によって未使用時にマグネシウムを消費してしまうことは無く、長期の保存が可能である。また本発明に係るマグネシウム電池は、マグネシウム板等を単に積層して結束しただけの極めて簡易な構造であるため、同一程度の電力を取得できる電池と比較して安価かつ軽量に形成することができるという効果を有している。

本発明に係るマグネシウム電池の製造方法は、マグネシウム板に対してセパレータを介して対向するカーボンシートの製造方法に特徴があり、当該方法でマグネシウム電池を形成することによって、他の方法で形成したものと比較して性能のよいマグネシウム電池を提供できるものとなっている。すなわち、セパレータを介してマグネシウム板と対向するカーボンを主成分とした導電層に、一定量のカーボンナノチューブを均等に分散させることで、マグネシウム電池の性能を高めている。

本発明に係るマグネシウム電池の説明図である。 本発明に係る小型ライトの説明図である。 本発明に係る小型ライトの分解斜視図である。 図２に示したライトのＡ−Ａ断面である。 図２に示したライトにおいて電池が変形した状態のＡ−Ａ断面である。 本発明に係る電池と従来方による電池の起電力の推移を表したグラフである。 図６に示した起電力の測定を行った回路の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図を用いて説明する。図１は本発明に係る電池１の説明図である。電池１は、一例として照明用の光源となるＬＥＤ２を予め装着した光源付きの交換用電池として構成したものである。ＬＥＤ２を装着する電池１の本体部３は、積層した複数組のセル１ａ，１ｂ，１ｃ、１ｄからなる起電部を有している。
一組のセル（１ａ〜１ｄ）は、マグネシウムを素材とするマグネシウム板４、不織布等の通水性を有するシートによって形成したセパレータ５、基材となるシートにカーボンペーストを塗布したカーボンシート６、薄い銅板７の積層体として形成される。

上記マグネシウム板４、セパレータ５、カーボンシート６および銅板７は、ともに矩形の外形を有する同一形状に形成されている。これらを積層させた一組のセル（１ａ〜１ｄ）は、セパレータ５に水を含ませるとマグネシウム板４を負極、カーボンシート６によって取り込まれる空気を正極として起電力を生じる。そして、このような起電力を生じるセル（１ａ〜１ｄ）を複数組積み重ねると、積み重ねた数に比例して発生する電圧を高めた電力を取得できるようになる。また、積層したマグネシウム板４等の表面積に比例して発生する電流量が変化する。すなわち、電圧を増減する場合には積層するセルの数を増減し、電流量を増減する場合にはセルを構成するマグネシウム板４等の表面積を増減させればよく、これらは用途に応じて調節されるものである。

マグネシウム板４は、肉厚が約０．４ｍｍ程度の金属マグネシウムの板を矩形形状に裁断したものである。本実施例では一例として、マグネシウム板４の外形を２．５ｃｍ×５ｃｍ四方の矩形に形成しており、セル（１ａ〜１ｄ）を構成するセパレータ５、カーボンシート６および銅板７も同一の外形形状に形成している。
セパレータ５は、絶縁性の繊維を主要素とした通水性のある不織布によって形成したシートである。セパレータ５は、マグネシウム板４とカーボンシート６を直接接触しないように隔てる隔壁であり、吸水して水を含むことによって両者間で生じる発電反応を行わせるものである。
カーボンシート６は、金属を含まないガラス繊維等により形成した不織布を基材として、カーボンを主要素とするカーボンペーストを均一に塗布し乾燥させることで導電層を形成したものである。このカーボンシート６の外側に肉厚が０．０５〜０．１ｍｍ程度の薄い銅板７を重ね合わせて密着させている。

ＬＥＤ２の光源部は、本体部３の長手方向の一方である上端縁の中央から突出した位置に配置され、本体部３の上端縁を跨ぐようにしてリードの一方をマグネシウム板４に取り付け、他方を銅板７に取り付けている。
本体部３を構成するセル（１ａ〜１ｄ）は、胴体部１１内の底板２４に当接する部位を除いた外縁を、結束用の粘着シートを用いて表裏に亘るように接着することで一時的な結束を行っている。さらに、このように結束したセル（１ａ〜１ｄ）の結束体の表裏にＬＥＤ２のリードを取り付け、次いで長手方向の両端部を除く本体部３の外周を熱収縮性のフィルム８によって覆い、このフィルム８の収縮力によって各セル（１ａ〜１ｄ）を結束している。このように形成した光源付きの電池１は、次に述べる携帯性を有する小型ライト（以下「ライト」という）１０の筐体（胴体部１１）内に収容して使用するようになっている。

図２はライト１０の外観図を表している。
ライト１０は、手で握れる程度の大きさを有した筒状の胴体部１１と、この胴体部１１の上部に回動可能に取り付けた蓋体１２を有している。蓋体１２は、胴体部１１に対して回動可能となるようにヒンジ連結されており、胴体部１１の上部に設けた発光部を開閉可能に覆うようになっている。
発光部はドーム状に形成した透明カバー１３と、透明カバー１３内に収容されるＬＥＤ２の光源部によって構成され、蓋体１２を開けた状態でＬＥＤ２を発光させることによって周囲を照らすようになっている。

図３は、ライト１０の分解斜視図を表している。ライト１０の胴体部１１は、長手方向に沿って２分割した半体１４と半体１５の接合によって中空の筒状体を構成する。半体１４と半体１５は、互いに係合可能な係合部位を有しており、これらの係合によって接合状体を維持するようになっている。
半体１４は、上部に透明カバー１３の取付台座１６を有し、この取付台座１６には半体１５との係合に用いる係合孔１７と、胴体部１１内部から透明カバー１３内にＬＥＤ２の光源部を表出させるための孔２７を設けている。また、半体１４の下端には、半体１５との係合に用いる係合爪２０を設けている。
さらに、半体１４の中間部には、電池１の側縁に当接して電池１を保持する複数個の突起１８と、面積の広い側面に先端を当接させる複数本のリブ１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）を有している。

半体１５は、上部に係合孔１７と係合させる係合爪２１を有し、下端には中空の胴体部１１の底部を構成する底板２４が一体的に設けられている。底板２４には、半体１４の係合爪２０と係合する係合孔２５と、内部に水を侵入させる複数個の孔２６を設けている。
また、半体１５の中間部には、電池１の側縁に当接して電池１を保持する複数個の突起２２と、面積の広い側面に当接させる複数本のリブ２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）を有している。

半体１４および半体１５の内面に形成した各突起（１８、２２）やリブ（１９、２３）は、電池１の側縁や側面に当接することで、胴体部１１の内部に収容した電池１の移動を拘束し、取付台座１６からＬＥＤ２の光源部を表出させた状態で保持するようになっている。
半体１４の係合孔１７および係合爪２０と半体１５の係合爪２１係合孔２５は、半体１４に対して半体１５を長手方向に沿って下方から摺り合わせるように接合させると互いに係合し、半体１４に対して半体１５を長手方向に沿って下方に移動させると係合を解除するようになっている。

また、半体１４と半体１５の接合に伴って、両者に設けていた突出部２８，２９が共同して蓋体１２を回動可能に取り付ける蓋体のヒンジ部３０の受け部を構成するようになっている。蓋体１２のヒンジ部３０は、接合して一体となった受け部（２８，２９）を挟み込むように着脱可能に装着されるものである。ヒンジ部３０は、受け部（２８，２９）に装着すると、両者を結合させるような作用を生じる。このため、蓋体１２を取り付けるとヒンジ部３０が半体１４と半体１５の相対移動を制限し、半体１４と半体１５の接合を解除しにくくする。また、蓋体１２を取り外すとヒンジ部３０による半体１４と半体１５の拘束が解除されるので、両者の相対移動を許容して、半体１４と半体１５の接合を解除可能にする。
ＬＥＤ２を取り付けた電池１は、そのまま使用済みのＬＥＤ付き電池と交換できるようになっており、この交換の際に半体１４と半体１５を分離する必要がある。分離して電池１を交換するには蓋体１２を取り外して半体１４と半体１５を分離し、交換後は半体１４と半体１５を接合させて蓋体１２を取り付けることで、半体１４と半体１５の分離を制限するようになっている。

互いに結合した半体１４と半体１５は、蓋体１２を取り外して互いの配置を長手方向に沿ってずらすことで結合を解除する構造になっている。このため、半体１４と半体１５は内部から外側に向かう力が単に作用しただけでは結合を解除しないようになっている。
電池１は、積層したセル（１ａ〜１ｄ）内のセパレータ５が水を含むとマグネシウムとカーボン間で電気を生成する反応を行う。この際、反応の終了に伴う塩が析出し、マグネシウム板４とカーボンシート６の間隔を広げるようにして電池１が膨張しようとする。胴体部１１は、このような電池１の膨張力を受けても半体１４と半体１５の結合を解除しないようになっている。

また、電池１の膨張を無制限に許容すると、反応が十分に進んでいないまだ起電能力が残存している部位においてマグネシウム板４とカーボンシート６の間隔が広がり、十分な電流が得られないまま電流の生成能力が低下してしまう。これに対抗するため、半体１４および半体１５の内面には、電池１の固定と膨張の抑制を兼ねてリブ１９，２３を設けている。
半体１４の内壁面には、その中央に長手方向に沿ったリブ１９ａを設け、この中央のリブ１９ａの両脇にそれぞれリブ１９ｂ、リブ１９ｃを設けている。３本のリブ１９ａ、１９ｂ、１９ｃは互いに並行に配置され、各リブの側縁は半体１５側に向かって突出し電池１の側面に当接可能となるように配置されている。
また、半体１５の内壁面には、その中央に長手方向に沿ったリブ２３ａを設け、この中央のリブ２３ａの両脇にそれぞれリブ２３ｂ、リブ２３ｃを設けている。３本のリブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃは互いに並行に配置され、各リブの側縁は半体１４側に向かって突出し電池１の側面に当接可能となるように配置されている。

図４は、図２に示したライト１０のＡ−Ａ断面を表している。同図に示すように、電池１は内側に突出している前述した半体１４のリブ１９ａ、１９ｂ、１９ｃと半体１５の３本のリブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃの側縁と、突起２２によって胴体部１１の内部に保持される。電池１の本体部３は、胴体部１１の内部に保持された状態で、底板２４に設けた孔２６を覆うようになっている。
また、半体１４のリブ１９ａ、１９ｂ、１９ｃと半体１５の３本のリブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃのうち、中央のリブ１９ａとリブ２３ａは電池１の本体部３を挟んで互いに対向する配置となっている。しかしながら、両側のリブ１９ｂ、１９ｃとリブ２３ｂ、２３ｃは、電池１の本体部３を挟んで対向しない配置になっている。

電池１の本体部３は、吸水によって電流の生成を始めると、セル（１ａ〜１ｄ）内部にマグネシウム塩が析出し、膨張しようとする。この膨張を無制限に許容するとマグネシウム塩の析出が少ない未反応部分においても隙間が生じ、電流の生成効率が低下する。このため、局部的な膨張を抑制するために、前述した各リブが電池１の本体部３を側面から押さえるようになっている。
また、上述したように両側のリブ１９ｂ、１９ｃとリブ２３ｂ、２３ｃは、電池１の本体部３を挟んで対向しない配置になっている。これは、電池１の本体部が膨張する力が強くなった場合に、図５に示すように電池１の本体部３に当接したリブを利用して僅かに湾曲させることにより胴体部１１に作用する力を軽減し、これにより胴体部１１の変形を抑制するためである。

前述したように、電池１はセパレータ５が水を含むと発電を開始するものである。本実施例では、ＬＥＤ２を配置した側とは反対側（底側）に相当する長手方向の端部側から水を浸透させるようになっている。
電池１は、底側を除き表裏から側縁部に亘って貼り付けた結束シートによって積層したセルを束ね、その上から長手方向の端部である上端縁と下端縁を除いた電池１の外周を熱収縮性のフィルム８によって覆っている。これにより、セル同士を強く密着させた状態を維持するようになっている。なお、上端縁を除いたのはＬＥＤ２を配置したからであり、下端縁を除いたのは当該部位から水の浸透を行わせるためである。

電池１は、胴体部１１内部の底板２４に設けた複数個の孔２６を下端によって内側から塞ぐような状態で底板に接触し、この状態を維持するように胴体部１１の内部に保持される。
上記の構造により、孔２６に対して胴体部１１の外部から水が浸入すると、侵入した水はすぐに電池１の下端に接触するようになっている。セル（１ａ〜１ｄ）内に積層したセパレータ５は、水が浸透しやすい不織布等で形成されているので、端部に水が接触すると吸水を続けセパレータ５全体が含水した状態になる。これによりマグネシウム板４とカーボンシート６に取り込まれた酸素によって電気を生成する反応が生じる。乾燥などによりセパレータ５の含水量が低下すると電気を生成する反応が低下するが、水を供給すると反応が回復する。このようにして、マグネシウム板４とカーボンシート６間での反応が生じなくなくなるまで電力を生成する。

前述したライト１０は、上記のように胴体部１１内の底面を介して水を供給すると発光を開始するようになっている。水を供給しなければ電池１は電流を発生しないため発光は行われず、ほぼ自然放電もないため長期にわたり発光可能な状態を維持したまま保管できるようになっている。
また、上述したライト１０は電源スイッチを設けておらず、発光を開始すると電池１の消耗若しくは電池１を構成するセル（１ａ〜１ｄ）内が乾燥してしまった場合を除き点灯を持続させる。このため、点灯中に発光が不要なった場合には蓋体１２を閉じることで、光を遮断するようになっている。
なお、ライト１０にＬＥＤ２と電池１を接続した回路の途中に、この回路を開閉するスイッチを設け、発光、消灯の切り替えを行えるようにしても差し支えない。

次に、セル（１ａ〜１ｄ）に用いるカーボンシート６について説明する。カーボンシート６は、ガラス繊維等により形成した金属を含まない不織布の表面に、カーボンを主要素とするカーボンペーストを均一に塗布したものである。このカーボンペーストは、次の工程により生成される。

初めに、カーボンペーストの主要素となるカーボンナノチューブの乾燥を行う。また、後述するカーボン粉末も事前に乾燥を行う。具体的な乾燥方法としては、カーボンナノチューブ若しくはカーボン粉末をガラス瓶等に充填し、これを真空乾燥炉（真空チャンバー）に入れて乾燥させる。この際、好ましくはカーボンナノチューブ若しくはカーボン粉末とともに窒素ガスを封入し、その後真空チャンバーにて乾燥させることが望ましい。
なお、上記のように真空チャンバーを使用して水分を除去する方法の他、槽内の温度を高く設定した恒温槽を用いて乾燥させてもよい。

上記乾燥工程の後、カーボンナノチューブと有機溶剤を混合することによりカーボンナノチューブ混合液を生成する。カーボンナノチューブには、一例としてＮＡＮＯＣＹＬ社製のＮＣ７００（http://www.nanocyl.com/de/content/download/417/2536/file/DM-Qual-05-TDS%20NC7000-V05.pdf）を用いる。このカーボンナノチューブの大きさは、外径が９．５ｎｍであり、長さが１．５μｍ以下である。本発明に用いるカーボンナノチューブには、大凡この大きさに準じたカーボンナノチューブ、又は外径若しくは長さが上記ＮＡＮＯＣＹＬ社製のＮＣ７００よりも小さいものを用いる。これは、カーボンナノチューブの全長が長くなると有機溶剤と混合した際に凝集を起こしてしまい、有機溶剤に対して均一に分散しないからである。これは、各種実験の結果に基づいて見出したものである。

上記カーボンナノチューブ混合液を生成する場合、最初にカーボンナノチューブをｎ−メチルピロリドン中に浸漬させ、その後イソプロピルアルコール、またはＮ−ビニルアセトアミドを加えて所定量のカーボンナノチューブ混合液を生成する。最終的なカーボンナノチューブと有機溶剤（ｎ−メチルピロリドンとイソプロピルアルコール又はＮ−ビニルアセトアミド）の混合比は体積比率で０．３：９．７〜３：７である。
ｎ−メチルピロリドンを用いたのは、比較的緩やかに揮発する性質を有し、かつカーボンナノチューブが凝集せずに分散しやすいことを各種実験の結果、見出したことによる。揮発性が緩やかであるということは、環境温度の高低によって揮発量が左右されにくく、カーボンナノチューブ混合液の品質を安定させるという効果を有する。

イソプロピルアルコール又はＮ−ビニルアセトアミドは、混合液中から発生する成分の揮発をさらに遅行させるために加えている。なお、カーボンナノチューブを直接イソプロピルアルコール又はＮ−ビニルアセトアミドに浸漬させると、液中において、親水性と親和性が弱く、カーボンナノチューブが分散されにくく均一な混合に多くの時間を必要としてしまい、生産効率が悪くなる。このため、カーボンナノチューブをｎ−メチルピロリドン中に浸漬した後にイソプロピルアルコール又はＮ−ビニルアセトアミドを加えている。
このように生成した混合液中においてカーボンナノチューブの分散を行わせるには、混練と超音波振動装置の付加を伴う分散化処理が行われる。当該工程を経てカーボンナノチューブ含有ペーストが生成される。

前記カーボンナノチューブ含有ペーストに、カーボン粉末含有ペーストを加えて混合・混練を行う。カーボン粉末含有ペーストは、カーボン粉末と水を体積混合比率２．５：７．５〜７：３の範囲で混合し、擂潰機（ライカイ機）によって混練することによりペースト状にしたものである。
混合した両ペースト中に含まれるカーボンナノチューブとカーボン粉末の体積割合は、大凡０．３：９．７〜３．５：６．５の範囲であり、最適な例として本実施の形態では３：７の体積割合である。

次に、上記カーボンナノチューブ含有ペーストとカーボン粉末含有ペーストを混合・混練したもの（以下「混合ペースト」という）に定着剤を加えて攪拌・混合を行う。定着剤は、本実施の形態ではアクリル系若しくはポリウレタン系の主剤とこれらに加える硬化剤からなる。定着剤は、混合ペーストに含むカーボンナノチューブおよびカーボン粉末を不織布に対して均一に固定する目的で付加するものである。
混合ペーストと定着剤との体積混合比率は８：２〜３：７であり、３０℃〜７０℃の範囲に温度を調節しながら超音波振動を与えて粘度の調整を行い、３本ロール装置若しくはボールミル装置によって粒子を摺り合わせる。３本ロール装置は、文字通り３本のロールを近接して回転させる装置であり、定着剤を加えた混合ペースト（以下「導電ペースト」）をロール間に通すことで、成分の摺り合わせと、分布の均質化を行わせる装置である。

上記工程を経た状態で、大凡４０〜２００メッシュ（１インチあたりの目の数）のシルクスクリーンを用いた印刷手法によって塗布可能な導電ペーストが生成される。この導電ペーストを不織布の大きなシートに対して均一に塗布することで、所定の大きさに裁断可能なカーボンシート６の原反が作製される。
不織布には一例としてガラス繊維（グラスファイバー）によって形成したものを使用する。この不織布に塗布する導電ペーストの塗布量は乾燥重量で８０ｇ〜６４０ｇ／ｍ^２であり、塗布した導電ペーストを１５０℃で１０分の条件で熱風式乾燥炉を用いて乾燥させ、上記のカーボンシート６の原反を作製する。
因みに、本実施の形態では４００ｍｍ×４００ｍｍ四方の不織布に乾燥重量で４８ｇのカーボンペーストを塗布したシートを形成し短冊状に裁断してカーボンシート６を形成した。

カーボンシート６の構造として最も重要視されるのは、混入したカーボンナノチューブとカーボン粉末を均一に分散することである。実験によれば、正極となるカーボンシート６にカーボンナノチューブを混入しない場合には発生する電圧が低くなる。また、カーボンシート６に粉末状のカーボンを混入しない場合にも発生する電圧は低くなる。また、定着剤に対するカーボン粉末およびカーボンナノチューブの分散状態が悪い場合、これらが均一に分散している状態と比較して発生電圧は低くなる。

図６は、上記カーボンペーストを塗布したカーボンシート６を使用した電池１の発生電圧（Ａ）と、カーボンナノチューブを含まない一般的なカーボンペーストを塗布した導電シートを使用した電池の発生電圧（Ｂ）を表したグラフである。このグラフは、図７に示す回路において、電池１の両極に接続した６５Ωの抵抗Ｒの両端の電圧を測定した結果を表したものである。

前述したように、電池１はセパレータ５に対して給水を行い、水を含ませることによって起電力を生じる。
本実施の形態に係るカーボンシート６を用いた電池１は、給水（１ｃｃ）と同時に起電力を発生し、一時的に電圧が０．７５（Ｖ）を下回った後に０．７５（Ｖ）以上に回復し、約１時間（１Ｈ）を過ぎたころから、最高電圧である１．１５（Ｖ）に到達し、緩やかに降下しながら約４時間に亘って０．７５（Ｖ）以上の電圧を維持している。なお、低下した電圧は給水した水の消費及び乾燥によるものであり、再び給水を行うと０．７５（Ｖ）以上の電圧を回復する。この電圧変化は、図６の曲線（Ａ）で表している。

一方、従来一般に市販されているカーボンペーストを塗布した導電性シートを用いた電池用セルの場合、給水（１ｃｃ）と同時に起電力を発生し、一時的に電圧が０．５（Ｖ）を下回った後、開始から１時間３０分を経過した頃に約０．７５（Ｖ）まで起電力を回復し、これをピークとして再び電圧が降下を始めた。この従来一般に市販されているカーボンペーストを塗布した導電シートを用いた場合、約０．７５（Ｖ）を超える電圧を発生した時間はごく僅かであった。この電圧変化は、図６の曲線（Ｂ）で表している。

本実施の形態に係るカーボンペーストを用いた電池１は、普段は電池として機能しないが、電解水として作用する水や水に相当する液体物を供給することによって一定の電圧・電流を発生させるものである。そして、低電圧であるものの、電力の発生源となる未反応のマグネシウムが残存している限り（マグネシウムが完全に消費されるまで）発電を続けることが出来るようになっている。
実験結果が示すように、負極となるマグネシウムと正極側のカーボンシートの間に配置するシートが、カーボンナノチューブを含むか否かによって、発生する最大電圧と一定以上の電圧を発生し続ける時間に大きな差があることが解る。

なお、カーボンナノチューブが凝集するなどして分散・分布にムラがある場合、これはカーボンナノチューブの存在しない領域を形成することになるので、凝集にともない発生する電流が減少するものと推測される。また、カーボンシートは空気を取り込んで酸素を供給する作用を行うものであるから、凝集した場合にはその部分において酸素の供給を阻害され発生する電流が減少するものと推測される。
このような推測から、カーボンシートに塗布するペーストの生成には、カーボンナノチューブの凝集が生じない配慮を行っている。

また、従来一般に市販されているカーボンペーストは、カーボンの他にいろいろな金属を含む場合がある。本願発明が想定している電池セルに、このような金属を含むカーボンペーストを使用すると、この金属が反応を起こして起電力の生成を妨げ、また、セル内に発生する金属塩によって電池用セルが想定以上に膨張する場合がある。
電池用セルが膨張すると、反応が進行する部位としない部位が偏在することになり十分な発電量と発電時間が得られなくなってしまう。本発明は、このような問題の発生を抑制する目的から、カーボンペーストにはカーボン粉末やカーボンナノチューブといった炭素成分以外の成分を含まないようにしている。このように、炭素以外の成分をペーストの中に含まないということも本発明の重要な技術的事項となっている。

以上説明した各種の実施例は、種々組み合わせて実施することが出来るものである。また、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々設計変更できることは勿論である。

１ 電池
２ ＬＥＤ
３ 本体部
８ フィルム
１０ ライト
１１ 胴体部
１２ 蓋体
１３ 透明カバー
１４、１５ 半体
１６ 取付台座
１７ 係合孔
１８ 突起
１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ） リブ
２０ 係合爪
２１ 係合爪
２２ 突起
２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ） リブ
２４ 底板
２５ 係合孔
２６ 吸水孔
２７ 孔

Claims (10)

1. 中空の胴体部と当該胴体部内に収容する電池を有し、
   前記胴体部は、長手方向に沿って２分割した互いに係脱可能な半体を結合することによって構成されており、
   前記電池は、矩形に形成したマグネシウム板、含水可能なセパレータ、カーボンナノチューブを均等に分散させた導電層を有するカーボンシートおよび薄い銅板からなる一組のセルを複数組積層することによって構成した本体部を有し、
   前記胴体部は、その上部に前記本体部の一端側に取り付けた光源を表出させるための孔を有するとともに底部に水の浸入を許容する吸水孔を有し、
   前記本体部における前記光源を取り付けた側とは反対側の端面を前記吸水孔を覆うように近接させて配置したことを特徴とする小型ライト。
2. 前記本体部は、前記吸水孔に近接した端面を除く他の部位において、各セルを結束していることを特徴とする請求項１記載の小型ライト。
3. 前記胴体部を構成する一方の半体に、前記本体部の中央に当接する直線状のリブと、前記本体部の側部付近に当接する直線状のリブを設け、
   前記胴体部を構成する他方の半体にも、前記本体部の中央に当接する直線状のリブと、前記本体部の側部付近に当接する直線状のリブを設け、
   双方の半体に設けた前記各中央のリブを、前記本体部を挟んで対向するように配置するとともに、
   双方の半体に設けた前記本体部の側部付近に当接する直線状のリブを、前記本体部を挟んで対向しないように配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の小型ライト。
4. 前記胴体部を構成する一方の半体と他方の半体は、長手方向に沿った相対的な移動によって、両者の結合および結合の解除を行うように構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の小型ライト。
5. 前記カーボンシートに設けた導電層は、カーボンナノチューブとカーボンナノチューブでは無いカーボン粉末を均等に分散させた層であり、炭素以外に導電性の金属元素を含まないことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の小型ライト。
6. 矩形に形成したマグネシウム板、含水可能なセパレータ、カーボンナノチューブとカーボンナノチューブでは無いカーボン粉末を均等に分散させた導電層を有するカーボンシートおよび薄い銅板からなる一組のセルを複数組積層した本体部を有し、
   当該本体部は、少なくとも一つの側縁を覆うこと無く開放した状態のまま、前記複数組積層したセルを結束したものであることを特徴とするマグネシウム電池。
7. 前記本体部の両側面に、発光ダイオードのリードをそれぞれ取り付けたことを特徴とする請求項６記載のマグネシウム電池。
8. 矩形に形成したマグネシウム板、含水可能なセパレータ、カーボンナノチューブを均等に分散させた導電層を有するカーボンシートおよび薄い銅板からなる一組のセルを複数組積層したマグネシウム電池の製造方法であって、
   前記カーボンシートは、ガラス繊維またはポリエステル繊維若しくはポリエステル樹脂によって形成した不織布からなるシートに導電性ペーストを均一に塗布することによって構成したものであり、
   前記導電性ペーストは、有機溶剤に乾燥させたカーボンナノチューブを混合した混合液を生成した後に、当該混合液中に前記カーボンナノチューブを分散させる分散化処理を行い、当該分散化処理を行った混合液中に水とカーボン粉末の混練物を混合するとともに定着剤を加えて混練することで生成したものであることを特徴とするマグネシウム電池の製造方法。
9. 前記カーボンナノチューブは外径が９．５ｎｍ以下であり、長さが１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項８記載のマグネシウム電池の製造方法。
10. 前記カーボン粉末は、平均粒度が３μｍ〜１５μｍである鱗片状の構造を有するものであることを特徴とする請求項８又は９記載のマグネシウム電池の製造方法。