JP2019185851A - 空気電池および電灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯性に優れた空気電池を提供する。【解決手段】内部に液体を収容可能なケース体４と、前記ケース体４の内部に設けられそのケース体４内の液体を利用して発電する電池部５とを備える。電池部５は、互いに電気的に接続された複数の電極ユニット21を有する。各電極ユニット21は、正極板22と、負極板23と、これら正極板22と負極板23との間に設けられ電解質を含む不織布24と、正極板22と負極板23との間に水分を導入するための導水手段25とを有する。電池部５は、一の電極ユニット21における正極板22および負極板23の一方の一部が、隣り合う電極ユニット21における正極板22および負極板23の他方に電気的に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、液体を利用することにより発電可能な空気電池および電灯装置に関する。

例えば、災害等の非常時の使用に適した携帯用の薄型の電灯装置は、非常事態に陥らない限りは使用することがない。このような非常時用の電灯装置は、一般的に電池を使用せず、保管期間が長くなる。また、発電可能な状態で元々セットされているような電池は、自然放電する。そのため、自然放電等を考慮すると、定期的に交換する必要があるが、仮に定期的な交換を怠ると必要な場合に点灯できない状態になってしまう可能性がある。

そこで、通常のマンガン電池等に変えて使用時に液体を導入することで発電するいわゆる空気電池を用いることで、定期的な交換が不要になるか、少なくとも通常の電池に比べて交換頻度を非常に少なくできる。

この種の空気電池としては、例えば特許文献１のように、正極と負極との間に、セパレータと空気導入多孔質シートと、電解質袋とが設けられた構成のものが知られている。

特開２０１２−２５６５４７号公報

しかしながら、上述の特許文献１の空気電池は、携帯電話等の携帯機器の充電を想定したものとしては小型であるが、非常用の電灯装置としては、例えば財布等に収容できるようなより小型で携帯性に優れたものが求められていた。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、携帯性に優れた空気電池および電灯装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載された空気電池は、内部に液体を収容可能なケース体と、前記ケース体の内部に設けられそのケース体内の液体を利用して発電する電池部とを備え、前記電池部は、互いに電気的に接続された複数の電極ユニットを有し、前記各電極ユニットは、正極板と、負極板と、これら正極板と負極板との間に設けられ電解質を含む不織布と、前記正極板と前記負極板との間に水分を導入するための導水手段とを有し、前記電池部は、一の電極ユニットにおける正極板および負極板の一方の一部が、隣り合う電極ユニットにおける正極板および負極板の他方に電気的に接続されているものである。

請求項２に記載された空気電池は、請求項１記載の空気電池において、電極ユニットは、正極板と負極板との間に不織布および導水手段が積層され、隣り合う電極ユニット同士は、電極ユニットにおける正極板、負極板、不織布および導水手段の積層方向とは異なる方向に並設して配置され、一の電極ユニットにおける正極板および負極板の一方は、隣り合う電極ユニットへ向けて延在する延在部を有し、この延在部が隣り合う電極ユニットにおける正極板および負極板の他方に電気的に接続されているものである。

請求項３に記載された空気電池は、請求項２記載の空気電池において、延在部は、少なくとも一部が電極ユニットの積層方向に対して傾斜状であるものである。

請求項４に記載された空気電池は、請求項１ないし３いずれか一記載の空気電池において、不織布および導水手段の少なくとも一方は、セパレータとして作用するものである。

請求項５に記載された電灯装置は、請求項１ないし４いずれか一記載の空気電池と、この空気電池におけるケース体に設けられ、電池部に電気的に接続された発光体とを備えるものである。

本発明によれば、電極ユニットが正極板と負極板との間に水分を導入するための導水手段を有するため、小型化しても効率的に発電でき、携帯性を向上できる。

一実施の形態に係る電灯装置の構成を示す断面図である。 同上電灯装置を示す平面図である。 同上電灯装置の電極ユニットを示す断面図である。

以下、本発明の一実施の形態の構成について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１および図２において、１は電灯装置であり、この電灯装置１は、例えば財布等に収納可能なカード型であり、災害等の非常時に有用である。

電灯装置１は、空気電池２と、この空気電池２に電気的に接続された発光体３とを備えている。

発光体３は、例えばＬＥＤ等が好適であり、空気電池２に電気的に接続され、その空気電池２が発電する電気が通電することで発光できるものであればよい。

空気電池２は、内部に液体を収容可能なケース体４と、このケース体４内に設けられケース体４内の液体を利用して発電する電池部５とを備えている。

ケース体４は、箱状の外側ケース部材11と、積層した状態でこの外側ケース部材11内に収納された２つの矩形板状の内側板部材12とを有している。

外側ケース部材11は、平面視で矩形状であり、長手方向の一端部が開口され長手方向の他端部および幅方向の両端部が閉塞された箱状である。そして、外側ケース部材11は、長手方向の一端部の開口から液体が供給されて内部にその液体を収容可能である。なお、外側ケース部材11は、図２においては二点鎖線で示している。

内側板部材12は、発光体３を保持するための凹状の発光体保持部13と、電池部５を保持するための凹状の電池保持部14と、長手方向の一端部から電池保持部14へ向けて液体を案内するための凹状の液案内経路15とが一方面に設けられている。

そして、内側板部材12は、発光体保持部13等が設けられた一方面同士が対向するように、一の内側板部材12が外側ケース部材11の内側における一方面に固定され、他の内側板部材12が外側ケース部材11の内側における他方面に他の内側板部材12が固定されている。また、内側板部材12同士は、外側ケース部材11内で一方面側が互いに接離可能である。

このように構成されたケース体４は、例えば、外側ケース部材11の開口された長手方向の一端部を液体に浸漬させた状態にて、内側板部材12を互いに接離させるようにケース体４を厚さ方向へ繰り返し押圧することにより、スポイトのような作用を奏して、液案内経路15を通って電池保持部14（電池部５）へ向けて液体が流入する。

電池部５は、内側板部材12の電池保持部14に保持されるように、略平板状に並設された複数（例えば４つ）の電極ユニット21を有している。また、隣り合う電極ユニット21同士は、電気的に直列に接続されている。

図３に示すように、電極ユニット21は、正極板22と、負極板23と、これら正極板22と負極板23との間に設けられた不織布24および導水手段25とを有している。すなわち、電極ユニット21は、正極板22と、不織布24と、導水手段25と、負極板23とが厚さ方向に順次積層されている。

そして、電池部５における一端部に位置する電極ユニット21の正極板22に接続された図示しない正極端子と、電池部５における他端部に位置する電極ユニット21の負極板23に接続された図示しない負極端子とが発光体３に接続されている。

正極板22は、酸素を陽極活性物質とする空気極であり、陽極集電体の片面または両面に陽極活性物質を配して構成されている。

より具体的には、陽極集電体としては例えば表面に無数の微細な凹凸を有する３次元集電体が好ましく、その３次元集電体上に、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、導電助剤、バインダ、撥水剤および貴金属触媒が設けられた構成が好ましい。

負極板23は、マグネシウム（Ｍｇ）またはＭｇ合金等の金属の鋳造物や圧延材で形成された構成が好ましい。

不織布24は、例えば塩化ナトリウムＮａＣｌや、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）や、導電助剤等の電解質、および、バインダや撥水剤や貴金属触媒等を含んでいる。そして、水等の液体が注水されると不織布24に含まれる電解質がその液体に溶解して電解液となる。

導水手段25は、液案内経路15から供給された液体を正極板22と負極板23との間で拡散させるために吸水性および液拡散性を有するものである。

また、導水手段25は、正極板22と負極板23とを電気的に分離するセパレータとして作用するように絶縁性を有するものが好ましい。

具体的には、導水手段25は、例えば紙等の繊維質シートが好ましい。

また、導水手段25は、液体を拡散させる作用や絶縁作用を考慮すると、正極板22および負極板23より大きく、ケース体４内において正極板22および負極板23より液案内経路15側に突出している構成が好ましい。

このように各電極ユニット21が構成された電池部５は、隣り合う電極ユニット21同士が、３軸方向のうち一の電極ユニット21における積層方向とは異なる２軸方向へ延伸するように並設して配置されている。

また、電池部５は、他端部に位置する電極ユニット21以外の電極ユニット21の正極板22が、隣り合う他の電極ユニット21へ向けて延在する延在部27を有している。

延在部27は、正極板22に積層された不織布24、導水手段25および負極板23より他の電極ユニット21側において、一の電極ユニット21の積層方向に対して傾斜状の傾斜部28と、その傾斜部28から隣り合う電極ユニット21の負極板23と平行に延びる先端部29とを有している。

そして、電池部５は、一の電極ユニット21の正極板22における延在部27の先端部29が他の電極ユニット21の負極板23と接することで、隣り合う電極ユニット21同士が電気的に直列に接続される。

次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。

電灯装置１を発光させる際には、ケース体４において外側ケース部材11が開口している一端部を水等の液体に浸漬する。

また、ケース体４の開口側を浸漬した状態で、ケース体４の厚さ方向への押圧を繰り返すことにより、電池保持部14同士が接離してスポイトのように作用し、液案内経路15からケース体４内の電池部５へ向かって液体が流動する。

液案内経路15を通ってケース体４内に流入した液体は、導水手段25に吸収されてその導水手段25を介して正極板22と負極板23との間で電池部５全体に拡散する。

導水手段25によって液体が拡散すると、不織布24に含まれていた電解質が溶解し電解液となって発電し、その電気によって発光体３が発光する。

すなわち、電灯装置１は、例えば非常時等に必要に応じてケース体４内へ液体を注水することで空気電池２が発電し、発光体３が点灯する。

そして、上記一実施の形態によれば、正極板22と負極板23との間に水分を導入するための導水手段25を有するため、正極板22と負極板23との間で電池部５全体に水分を導入できる。そのため、小型化（薄肉化）しても効率的に発電でき、携帯性を向上できる。

また、隣り合う電極ユニット21同士が、電極ユニット21における正極板22、負極板23、不織布24および導水手段25の積層方向とは異なる方向に並設して配置されているため、電池部５を平板状に構成でき携帯性を向上できる。

さらに、正極板22の延在部27が傾斜部28を有するため、複数の電極ユニット21が電気的に接続された電池部５をできるだけ薄く構成でき、携帯性をより向上できる。

また、導水手段25がセパレータとして作用するため、セパレータを別個に設ける必要がなく、よりコンパクトに構成できる。

空気電池２は、ケース体４の内側保持部材12が電池保持部14および液案内経路15を有するとともに、その電池保持部14が電池部５を覆う積層構造となっているため、ケース体４を積層方向（厚さ方向）に繰り返し押圧するだけで、スポイトのように作用して、外部からの水分をケース体４内に供給できる。

導水手段25は、ケース体４内において正極板22および負極板23より液案内経路15側へ突出しているため、液案内経路15からの水分を電池部５へ導入しやすい。

また、導水手段25が正極板22および負極板23より大きいため、セパレータとして正極板22と負極板23とをより確実に電気的に分離できる。

なお、上記一実施の形態では、発光体３と空気電池２とを備えた電灯装置１として説明したが、空気電池２は発光体３以外にも適用できる。

また、空気電池２は、外部からケース体４内に液体が供給され、その液体を利用して電池部５が発電する構成としたが、ケース体４内に液体が収容可能な構成であれば、液体が外部から供給される構成には限定されない。すなわち、例えば、液体が入った状態で密閉された袋体を予めケース体４内に収納しておき、発電する際に、ケース体４を押圧する等して袋体を破砕させケース体４内で袋体から液体を流出させて、その液体を利用して電池部５が発電する構成等にしてもよい。

電池部５は、各電極ユニット21が正極板22等の積層方向とは異なる方向に並設された構成としたがこのような構成には限定されず、各電極ユニット21の配置は適宜変更できる。

電極ユニット21は、正極板22と、不織布24と、導水手段25と、負極板23とが順次積層された構成としたが、このような構成には限定されず、正極板22と負極板23との間に不織布24と導水手段25とが設けられた構成であればよい。

また、電極ユニット21は、正極板22の延在部27が傾斜部28を有し、延在部27の一部である傾斜部28のみが積層方向に対して傾斜状に構成された構成としたが、このような構成には限定されず、隣り合う電極ユニット21同士が電気的に接続されている構成であればよい。すなわち、傾斜部28を有さずに延在部が段差状である構成や、延在部全体が電極ユニット21の積層方向に対して傾斜している構成や、ケース体４に対して一の電極ユニット21全体が傾斜状に積層されている構成等にしてもよく、正極板22および負極板23とは別個の導電性部材を介して電極ユニット21同士が電気的に接続されている構成等にしてもよい。

また、電極ユニット21では、発電に伴って負極板23の酸化が進行するので正極板22が隣り合う電極ユニット21側へ延伸する構成が好ましいが、このような構成には限定されず、一の電極ユニット21における正極板22および負極板23の一方が、隣り合う他の電極ユニット21の正極板22および負極板23の他方と電気的に接続された構成であればよい。

導水手段25は、紙等の繊維質シートである構成には限定されず、電池部５へ水分を導入できる構成であればよく、例えば液案内経路15のように空間的に電池部５へ水分を導入する構成等でもよい。

また、導水手段25は、正極板22および負極板23より大きい構成には限定されず、形状や大きさは適宜変更でき、例えば導水手段25の一部が液案内経路15からケース体４外部へ露出する構成等にしてもよい。

電極ユニット21は、導水手段25がセパレータとして作用する構成としたが、このような構成には限定されず、不織布24および導水手段25の少なくとも一方がセパレータとして作用する構成や、不織布24および導水手段25とは別個にセパレータが設けられた構成にしてもよい。

ケース体４は、外側ケース部材11内に内側板部材12が設けられた構成としたが、このような構成には限定されず、内部に液体を供給可能な構成であれば、例えば内側板部材12が設けられていない構成等でもよい。

また、外側ケース部材11は、箱状である構成としたが、このような構成には限定されず、例えば袋状等にしてもよい。

さらに、外側ケース部材11は、長手方向の一端部が開口されその他の端部が閉塞された構成としたが、このような構成には限定されず、短手方向の一端部が開口されその他の端部が閉塞された構成等にしてもよい。

１ 電灯装置
２ 空気電池
３ 発光体
４ ケース体
５ 電池部
21 電極ユニット
22 正極板
23 負極板
24 不織布
25 導水手段
27 延在部
28 傾斜部

Claims (5)

1. 内部に液体を収容可能なケース体と、
   前記ケース体の内部に設けられそのケース体内の液体を利用して発電する電池部とを備え、
   前記電池部は、互いに電気的に接続された複数の電極ユニットを有し、
   前記各電極ユニットは、正極板と、負極板と、これら正極板と負極板との間に設けられ電解質を含む不織布と、前記正極板と前記負極板との間に水分を導入するための導水手段とを有し、
   前記電池部は、一の電極ユニットにおける正極板および負極板の一方の一部が、隣り合う電極ユニットにおける正極板および負極板の他方に電気的に接続されている
   ことを特徴とする空気電池。
2. 電極ユニットは、正極板と負極板との間に不織布および導水手段が積層され、
   隣り合う電極ユニット同士は、電極ユニットにおける正極板、負極板、不織布および導水手段の積層方向とは異なる方向に並設して配置され、
   一の電極ユニットにおける正極板および負極板の一方は、隣り合う電極ユニットへ向けて延在する延在部を有し、
   この延在部が隣り合う電極ユニットにおける正極板および負極板の他方に電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１記載の空気電池。
3. 延在部は、少なくとも一部が電極ユニットの積層方向に対して傾斜状である
   ことを特徴とする請求項２記載の空気電池。
4. 不織布および導水手段の少なくとも一方は、セパレータとして作用する
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の空気電池。
5. 請求項１ないし４いずれか一記載の空気電池と、
   この空気電池におけるケース体に設けられ、電池部に電気的に接続された発光体とを備える
   ことを特徴とする電灯装置。

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