JP2023007594A - 金属空気電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力の貯蔵が可能で効率的に充放電を行うことのできる金属空気電池システムを提供する。
【解決手段】金属空気電池システムは、チャンバと、チャンバに収容された電極装置とを有するセルを備え、電極装置は、第１電極と、第１電極の径方向外側で第１電極を囲むように設けられた筒形状の第２電極と、第２電極の径方向外側で第２電極を囲むように設けられた筒形状の第３電極とを備え、少なくとも第１電極の外周面と第３電極の内周面との間を電解液が流通するように構成され、第１電極と第２電極と第３電極との組み合わせは、金属を含む負極と充電用正極と放電用正極との組み合わせである。
【選択図】図１

Description

本開示は、金属空気電池システムに関する。

金属を負極活物質として使用するとともに酸素（空気）を正極活物質として使用する金属空気電池システムが公知である。特許文献１には、電解液中に浸漬された円筒形状の燃料極、補助極及び空気極が同心円状に配置された円筒型の３電極式の金属空気電池システムが記載されている。この金属空気電池システムは、燃料極と補助極とを使用して充電を行うとともに燃料極と空気極とを使用して放電を行う二次電池としての使用と、保持構造を有した補助極に亜鉛ペレットを投入して、補助極と空気極とを使用して発電を行う燃料電池としての使用とが可能である。

特開２０１５－１７０４００号公報

金属空気電池システムにおいて電力の貯蔵が必要な場合には、電解液をタンクに貯蔵し、ポンプで電解液を循環供給することが行われている。しかしながら、特許文献１の金属空気電池システムでは、電解液は循環供給されるように構成されておらず、仮に電解液が循環供給されるように構成すると、補助極に投入した亜鉛ペレットが電解液に同伴して流れ去ってしまうおそれがあるので、特許文献１の金属空気電池システムに対して電解液が循環供給されるように変更することは想定されておらず、また、このような変更は簡単にできるものではない。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、電力の貯蔵が可能で効率的に充放電を行うことのできる金属空気電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る金属空気電池システムは、チャンバと、前記チャンバに収容された電極装置とを有するセルを備える金属空気電池システムであって、前記電極装置は、第１電極と、前記第１電極の径方向外側で前記第１電極を囲むように設けられた筒形状の第２電極と、前記第２電極の径方向外側で前記第２電極を囲むように設けられた筒形状の第３電極とを備え、少なくとも前記第１電極の外周面と前記第３電極の内周面との間を電解液が流通するように構成され、前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極との組み合わせは、金属を含む負極と充電用正極と放電用正極との組み合わせである。

本開示の金属空気電池システムによれば、断面が同心状になるように電極を配置することで、内側と外側の電極面積差が得られることから、外側に配置した電極の運用時の電流密度を中央の電極に比べて低減することが可能となる。この効果を利用し抵抗損失の低減が必要な電極を外側に配置することでシステムとしての抵抗を低減できるので、効率的に充放電を行うことができ、また、電解液をセルに循環供給するので、電力の貯蔵が可能である。

本開示の実施形態１に係る金属空気電池システムの構成模式図である。 本開示の実施形態１に係る金属空気電池システムの変形例の構成模式図である。 本開示の実施形態１に係る金属空気電池システムの３電極式セルの構成を示す断面模式図である。 本開示の実施形態２に係る金属空気電池システムの３電極式セルの構成を示す断面模式図である。 本開示の実施形態３に係る金属空気電池システムの３電極式セルの構成を示す断面模式図である。 本開示の実施形態３に係る金属空気電池システムの変形例の３電極式セルの構成を示す断面模式図である。 本開示の実施形態３に係る金属空気電池システムの別の変形例の一部の構成模式図である。 本開示の実施形態４に係る金属空気電池システムの３電極式セルの構成を示す断面模式図である。 本開示の実施形態４に係る金属空気電池システムの変形例の３電極式セルの構成を示す断面模式図である。 本開示の実施形態５に係る金属空気電池システムの３電極式セルの構成を示す断面模式図である。 本開示の実施形態６に係る金属空気電池システムの３電極式セルの構成を示す断面模式図である。

以下、本開示の実施形態による金属空気電池システムについて、図面に基づいて説明する。以下で説明する実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

（実施形態１）
＜本開示の実施形態１に係る金属空気電池システムの構成＞
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る金属空気電池システム１は、円筒型の３電極式のセル２を備えている。セル２の内部に電解液を流通させるために、電解液の循環ライン３の両端がセル２に接続されており、循環ライン３には、電解液を貯留する電解液タンク４と、ポンプ５とが設けられている。

電解液としては、水に電解質を溶解させた水系電解液、又は、有機溶媒等の非水溶液に電解質を溶解させた非水電解質のいずれも使用可能である。水系電解液としては例えば、カリウム、ナトリウム、リチウム、バリウム、マグネシウム等の水酸化物、塩化物、リン酸塩、ホウ酸塩、硫酸塩等を電解質とした水溶液を使用することができる。すなわち、水溶液の電気伝導率を付与するための指示塩であれば、電解質として使用することができる。非水電解液としては例えば、環状又は鎖状カーボネート、環状又は鎖状エステル、環状又は鎖状エーテル、スルホン化合物、イオン液体等の液体に、アルカリ金属等からなる指示塩を溶解させたものを使用することができる。

セル２は、第１電極１１と、第１電極１１の径方向外側で第１電極１１を囲むように設けられた筒形状の第２電極１２と、第２電極の径方向外側で第２電極１２を囲むように設けられた筒形状の第３電極１３とを含み軸線方向に延びる形状を有する電極装置１０を備えている。ここで、「囲む」とは、第１電極１１及び第２電極１２のそれぞれの長さ方向における少なくとも一部分を第２電極１２及び第３電極１３のそれぞれが内部に収容する構成を意味する。すなわち、第１電極１１と第２電極１２と第３電極１３とは、それらの軸方向に垂直な断面が同心状（これらの電極が円筒形であれば同心円状）になるように設けられている。実施形態１では、第１電極１１は負極１１ａであり、第２電極１２は、金属空気電池システム１の充電中に負極１１ａと共に使用される充電用正極１２ａであり、第３電極１３は、金属空気電池システム１の放電中に負極１１ａと共に使用される放電用正極１３ａである。

負極１１ａは、金属、例えば亜鉛で製造された筒形状の電極であってもよいし、ステンレスやアルミニウム等の他の金属で製造された筒形状の本体の表面に亜鉛をメッキした電極であってもよい。後者の場合、負極１１ａの表面のうち、少なくとも充電用正極１２ａに対向する外表面に亜鉛がメッキされていればよい。尚、負極１１ａに含まれる金属として亜鉛に限定するものではない。電解液の種類（例えば、水系電解液／非水系電解液の違い）に応じて、鉄、アルミニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、銅、マグネシウム等又はこれらの合金を使用することができる。充電用正極１２ａは、非酸化性の多孔質金属材料、例えばニッケル又はニッケル合金又はステンレスでメッシュ状に製造された筒形状を有する電極を使用することができる。

放電用正極１３ａは例えば、酸素が拡散可能な多孔質性の最外層と、ニッケル等の金属で形成された多孔質性の中間層と、炭素等の導電材に酸素還元触媒が担持された最内層とを含む３層構造を有した電極を使用することができる。酸素還元触媒としては、酸性液環境下では主に白金を活性成分とする触媒（例えば、白金担持カーボン）を使用することができる。また、アルカリ液環境下では、鉄、マンガン、ニッケル、コバルトのような３ｄ遷移金属又はその酸化物を活性成分とする触媒を使用することができる。その他には、酸性液環境下及びアルカリ液環境下のいずれにおいても、ルテニウム、銀、金、イリジウムを活性成分とする触媒も使用可能である。さらに、有機金属錯体や、炭素繊維（例えば、カーボンナノチューブ）、窒素炭化物等を活性成分とする触媒も使用可能である。また、この構成によれば、負極１１ａに対して充電用正極１２ａ及び放電用正極１３ａの電極面積が大きくできることから、充放電時の電流密度を負極１１ａよりも低減できる。これにより、充電用正極１２ａ及び放電用正極１３ａの抵抗による損失を相対的に低減できる効果が期待できる。

金属空気電池システム１はさらに、切替装置７を備えることができる。負極１１ａは、交流直流変換器６に電気的に接続され、充電用正極１２ａ及び放電用正極１３ａは、いずれか一方が交流直流変換器６に通電するように、すなわち、負極１１ａが充電用正極１２ａ又は放電用正極１３ａのいずれか一方に電気的に接続するように切り替え可能な切替装置７を介して交流直流変換器６に接続されている。交流直流変換器６は、負荷８及び交流電源９のそれぞれに電気的に接続することができる。尚、交流電源９の代わりに直流電源を使用するとともに負荷８が直流電流で稼働するものである場合には、交流直流変換器６は必要ない。

切替装置７の構成は特に限定しないが、例えば、放電用正極１３ａ及び負極１１ａ間を電気的に開閉する第１スイッチ７ｃと、負極１１ａ及び充電用正極１２ａ間を電気的に開閉する第２スイッチ７ｄとから構成されてもよい（以下、「スイッチ式の切替装置７」という）。第１スイッチ７ｃ及び第２スイッチ７ｄはメカニカルスイッチに限定されず、半導体スイッチであってもよい。また、図２に示されるように、切替装置７は、放電用正極１３ａから負極１１ａへの方向に電流を流す第１ダイオード７ａと、負極１１ａから充電用正極１２ａへの方向に電流を流す第２ダイオード７ｂとから構成されてもよい（以下、「ダイオード式の切替装置７」という）。ダイオード式の切替装置７は、メカニカルスイッチから構成されるスイッチ式の切替装置７に比べて耐久性及びコスト面で優れており、半導体スイッチから構成されるスイッチ式の切替装置７に比べてコスト面で優れている。尚、充電用正極１２ａが電解液に浸されている状態では充電用正極１２では放電反応は生じないため、ダイオード７ｂを設けなくてもよい（切替装置７はダイオード７ａのみから構成される）。また、充電中における放電用正極１３ａでの反応を考慮する必要がない場合は、ダイオード７ａも設けなくてもよい（すなわち、切替装置７が設けられていない構成）。

図３に示されるように、セル２は、電極装置１０を収容するチャンバ２０を備えている。チャンバ２０は、電極装置１０の一方の端部である第１端部１０ａ側において少なくとも第３電極１３の一方の端部１３ｄ１を内部に収容するように設けられた第１チャンバ部２１と、電極装置１０の他方の端部である第２端部１０ｂ側において少なくとも第３電極１３の他方の端部１３ｄ２を内部に収容するように設けられた第２チャンバ部２２とを備えている。

第１チャンバ部２１は、セル２の軸線方向において互いに対して離れた位置にある第１端面２１ａ及び第２端面２１ｂを含み、第１端面２１ａ及び第２端面２１ｂのそれぞれには、第１開口２３ａ及び第２開口２３ｂが形成されている。第２チャンバ部２２は、セル２の軸線方向において互いに対して離れた位置にある第３端面２２ａ及び第４端面２２ｂを含み、第３端面２２ａ及び第４端面２２ｂのそれぞれには、第３開口２４ａ及び第４開口２４ｂが形成されている。

第２開口２３ｂ及び第４開口２４ｂにはそれぞれ、第１電極１１と第２電極１２と第３電極１３とが挿入され、第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２のそれぞれの内周面と第３電極１３の外周面との間には、これらの間をシールするシール部材２５が設けられている。シール部材２５により、第１開口２３ａ及び第３開口２４ａ間においてチャンバ２０からの電解液のリークを抑制することができる。シール部材２５は、接着剤、熱収縮チューブ、ヒートシール、樹脂溶接等であってもよい。

放電用正極１３ａの内周面、すなわち、負極１１ａに対向する面には、隔膜２６が設けられている。隔膜２６としては、陰イオン交換膜や、高分子又は固体酸化物等から形成される微多孔膜等を使用することができる。陰イオン交換膜の構成としては特に限定しないが、イオン伝導率及び強度が高い高性能な膜を使用することが好ましい。また、微多孔膜の構成としても特に限定せず、様々な用途で市販されているものを使用可能である。水系電解液を使用する場合には水溶液系に適した微多孔膜を使用することが好ましいが、表面を親水基で修飾したり、表面に界面活性剤を付与したり、表面を酸化物粒子との複合化する等の親水性処理を表面に施せば、任意の樹脂製の微多孔膜を使用することができる。

＜本開示の実施形態１に係る金属空気電池システムの動作＞
次に、図１～図３を参照しながら、金属空気電池システム１の動作を説明する。まず、金属空気電池システム１の放電によって、負荷８に電流が流れる動作について説明する。切替装置７を操作して負極１１ａが放電用正極１３ａに電気的に接続するようにした状態でポンプ５を起動し、循環ライン３を介して電解液タンク４から電解液をセル２に供給する。電解液は、セル２を通過した後、循環ライン３を介して電解液タンク４に戻ることで、循環ライン３を循環する。

セル２内では、第１開口２３ａを介して第１チャンバ部２１の内部に流入した電解液は、電極装置１０の第１端部１０ａを介して、負極１１ａの外周面と放電用正極１３ａの内周面との間に形成される流路、すなわち、負極１１ａの外周面と充電用正極１２ａの内周面との間に形成される流路と、充電用正極１２ａの外周面と放電用正極１３ａの内周面との間に形成される流路とのそれぞれに流入し、これらの流路を流通する。これらの流路を流通した電解液は、電極装置１０の第２端部１０ｂを介して、これらの流路から第２チャンバ部２２へ流出し、第３開口２４ａを介して第２チャンバ部２２から流出する。

このようにしてセル２内を電解液が流通する間、負極１１ａ及び放電用正極１３ａにおいて次の反応が生じる。負極１１ａでは、負極１１ａに含まれる金属、例えば亜鉛と電解液中の水酸化物イオンとが反応して亜鉛酸イオンが生成するとともに電子が負極１１ａに放出され、放電用正極１３ａへ流れる。放電用正極１３ａでは、セル２の外部の空気に含まれる酸素が最外層及び中間層を拡散し、最内層の酸素還元触媒によって、空気と、電解液中の水と、放電用正極１３ａへ流れてきた電子との反応により、水酸化物イオンが生成する。生成した水酸化物イオンは、負極１１ａにおける上記反応に使用される。

放電用正極１３ａの内周面、すなわち放電用正極１３ａの最内層（導電材に酸素還元触媒が担持された層）に隔膜２６である陰イオン交換膜が設けられていると、酸素還元触媒／導電材／イオン伝導体が接触する反応界面（三相界面）で酸素分子が反応して水酸化物イオンが生成する。生成した水酸化物イオンはイオン伝導体を通じて電解液中に移動する。このようにして、酸素還元触媒とイオノマー接触による反応界面が拡張されるとともに抵抗が低減する。また、放電用正極１３ａの内周面に隔膜２６が設けられると、電解液が放電用正極１３ａを介してセル２の外部に漏れたり、放電用正極１３ａの中間層及び最外層を閉塞したりすることを抑制でき、さらに、空気中に含まれる二酸化炭素が電解液に混入することを抑制することで、電解液からの炭酸塩の析出や放電用正極１３ａの中間層及び最外層の閉塞を抑制することができる。従って、放電用正極１３ａにおける反応の過電圧のロスを低減することができ、電解液の変質、劣化、漏れを抑制することができる。

このような動作で電子が負極１１ａから放電用正極１３ａへ流れることにより、放電用正極１３ａから負極１１ａへ直流電流が流れる。交流直流変換器６がこの直流電流を交流電流に変換し、交流電流を負荷８へ供給する。

次に、金属空気電池システム１の充電動作について説明する。切替装置７を操作して負極１１ａが充電用正極１２ａに電気的に接続するようにした状態で電解液を循環する。交流電源９からの交流電流が交流直流変換器６で直流電流に変換され、充電用正極１２ａへ直流電流が流れる。すなわち、電子が負極１１ａへ流れる。負極１１ａでは、電解液中の亜鉛イオンが電子を受け取ることで負極１１ａ上に亜鉛が析出し、金属空気電池システム１の充電が行われる。

このような充電中に亜鉛が負極１１ａの表面に均一に析出すれば何も問題は生じないが、実際は、一部が針状に延びるデンドライトが発生し得る。デンドライトが発生してそれが成長していくと、デンドライトが負極１１ａと充電用正極１２ａとを接続してしまうことがある。そうすると、内部短絡が発生して電池の電圧が０Ｖになるので、充電できなくなってしまう。

このような内部短絡が発生した場合には、スイッチ式の切替装置７が設けられていれば、第１スイッチ７ｃを閉じるとともに第２スイッチ７ｄを開くことによって、負極１１ａが放電用正極１３ａに電気的に接続するようにして、充電状態から放電状態に切り替える。負極１１ａと充電用正極１２ａとがデンドライトによって内部短絡していても、負極１１ａと充電用正極１２ａとは電気的に切り離されるので、負極１１ａと放電用正極１３ａとを使用した放電は可能となる。放電中は、負極１１ａから亜鉛が亜鉛イオンとして電解液中に溶出するので、内部短絡は解消される。

このように、断面が同心状になるように負極１１ａと充電用正極１２ａと放電用正極１３ａとを配置することで、内側と外側の電極面積差が得られることから、外側に配置した充電用正極１２ａ及び放電用正極１３ａの運用時の電流密度を中央の負極１１ａに比べて低減することが可能となる。この効果を利用し抵抗損失の低減が必要な充電用正極１２ａ及び放電用正極１３ａを外側に配置することでシステムとしての抵抗を低減できるので、効率的に充放電を行うことができ、また、電解液をセルに循環供給するので、電力の貯蔵が可能である。

また、スイッチ式の切替装置７を設けることで、負極１１ａと充電用正極１２ａとを使用して充電するとともに負極１１ａと放電用正極１３ａとを使用して放電を行うことにより、充電時に内部短絡が発生しても放電を行うことができるので、充放電を支障なく行うことができ、また、電解液をセル２に循環供給するので、電力の貯蔵が可能である。一方、スイッチ式又はダイオード式いずれかの切替装置７を設けることで、充電及び放電中に、それぞれの逆の反応が正極で起きるリスクを削減でき、効率及び寿命の向上が期待できる。

＜本開示の実施形態１に係る金属空気電池システムの変形例＞
実施形態１では、負極１１ａは筒形状ではないが、負極１１ａも充電用正極１２ａ及び放電用正極１３ａと同様に筒形状であってもよい。この場合には、負極１１ａの内部にも電解液が流れるので、負極１１ａの内周面にも亜鉛が含まれる構成とすることが好ましい。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る金属空気電池システムについて説明する。実施形態２に係る金属空気電池システムは、実施形態１に対して、電極装置１０の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態２に係る金属空気電池システムの構成＞
図４に示されるように、本開示の実施形態２においてセル２は、第１電極１１としての充電用正極１１ｂと、第２電極１２としての負極１２ｂと、第３電極１３としての放電用正極１３ａとを有する電極装置１０を備えている。負極１２ｂは筒形状であり、負極１２ｂの外周面だけではなく内周面にも亜鉛が含まれる構成となっている。また、充電用正極１１ｂは、実施形態１と同様に、メッシュ状に製造された筒形状を有する電極を使用してもよいが、この実施形態２では、非メッシュ状の非筒形状、すなわち棒形状の電極として説明する。その他の構成は実施形態１と同じである。

＜本開示の実施形態２に係る金属空気電池システムの動作＞
実施形態２の動作は実施形態１の動作と同じである。すなわち、実施形態２に係る金属空気電池システム１においても、負極１２ｂと充電用正極１１ｂとを使用して充電するとともに負極１２ｂと放電用正極１３ａとを使用して放電を行うことにより、充電時に内部短絡が発生しても放電を行うことができる。実施形態２も、充電用正極１１ｂと負極１２ｂと放電用正極１３ａとが、断面が同心状に設けられているので、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

実施形態２では、負極１２ｂ及び放電用正極１３ａ間の電位差を測定する測定器を設け、充電時にこの電位差を監視することで、負極１２ｂ及び放電用正極１３ａ間で内部短絡が生じたことを検知することができる。負極１２ｂ及び放電用正極１３ａ間の内部短絡を検知した場合は、負極１２ｂ及び充電用正極１１ｂを用いて放電を行うことで、内部短絡を解消することができる。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る金属空気電池システムについて説明する。実施形態３に係る金属空気電池システムは、実施形態１に対して、電極装置１０の構成を変更したものである。尚、実施形態３において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態３に係る金属空気電池システムの構成＞
図５に示されるように、本開示の実施形態３においてセル２は、第１電極１１としての放電用正極１１ｃと、第２電極１２としての充電用正極１２ａと、第３電極１３としての負極１３ｃとを有する電極装置１０を備えている。放電用正極１１ｃと充電用正極１２ａと負極１３ｃとのいずれも筒形状を有している。放電用正極１１ｃの外周面、すなわち、負極１３ｃに対向する面には、隔膜２６が設けられている。ただし、実施形態３では（後述する実施形態４も同じ）、放電用正極１１ｃの３層構造は、実施形態１及び２の放電用正極１３ａ（図２参照）と異なり、炭素等の導電材に酸素還元触媒が担持された層は外周面側の最外層であり、酸素が拡散可能な多孔質性の層は内周面側の最内層である。

第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２のそれぞれの内部には、チャンバ２０内における電解液の流れを、放電用正極１１ｃの内部を流れる第１流れＦ１と、放電用正極１１ｃの外部を流れる第２流れＦ２とに隔離する隔離部材３０が設けられている。隔離部材３０は、第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２の内部に設けられたときにセル２の軸線方向における両端に端面３１，３２が設けられるとともに端面３１，３２のそれぞれに開口３１ａ，３２ａが形成された筒形状を有している。一方の開口３２ａに放電用正極１１ｃを挿入し、開口３１ｂの内周縁と放電用正極１１ｃの外周面との間にＯリング等のシール部材３３が設けられている。他方の開口３１ａは、第１開口２３ａ又は第３開口２４ａに面している。

第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２のうち、セル２内を流れる電解液の流れ方向において上流側にある第１チャンバ部２１内に設けられた隔離部材３０の内部の第１流れＦ１の電解液に空気等の酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置３４が設けられている。酸素含有ガス供給装置３４としては例えば、一端が隔離部材３０の内部に位置するとともに他端がセル２の外部に開口するか又は酸素含有ガスのボンベ等に接続された酸素含有ガス供給ライン３５と、酸素含有ガス供給ライン３５に設けられたコンプレッサ３６とを有するバブリング装置を使用することができる。その他の構成は実施形態１と同じである。

＜本開示の実施形態３に係る金属空気電池システムの動作＞
次に、実施形態３に係る金属空気電池システム１の動作について、実施形態１に係る金属空気電池システム１の動作とは異なる部分を中心に説明する。金属空気電池システム１の放電時、セル２内では、第１開口２３ａを介して第１チャンバ部２１の内部に流入した電解液は、開口３１ａを介して隔離部材３０の内部に入り込んだ電解液の流れである第１流れＦ１と、隔離部材３０の外部の電解液の流れである第２流れＦ２とに分かれる。

隔離部材３０の内部には、コンプレッサ３６によって昇圧された酸素含有ガスが酸素含有ガス供給ライン３５を介して供給されることにより、電解液に酸素含有ガスがバブリングされる。これにより、酸素が溶存した電解液が第１流れＦ１として、放電用正極１１ｃの内部を流通する。一方、隔離部材３０の外部の電解液は第２流れＦ２として、放電用正極１１ｃの外周面と充電用正極１２ａの内周面との間に形成される流路と、充電用正極１２ａの外周面と負極１３ｃの内周面との間に形成される流路とを流通する。

第１流れＦ１の電解液は、放電用正極１１ｃの内部から、第２チャンバ部２２内に設けられた隔離部材３０の内部に流出し、開口３１ａを介して隔離部材３０の内部から流出する。一方、第２流れＦ２の電解液は、電極装置１０の第２端部１０ｂを介して、第２チャンバ部２２へ流出する。第２チャンバ部２２内において第１流れＦ１と第２流れＦ２とが合流した電解液は、第３開口２４ａを介して第２チャンバ部２２から流出する。ただし、第１流れＦ１に含まれるガスを分離する等の目的で、第１流れＦ１と第２流れＦ２とを合流させずにそれらを別々に第２チャンバ部２２から流出させてもよい。

このようにしてセル２内を電解液が流通する間、負極１３ｃ及び放電用正極１１ｃにおいて、実施形態１で説明した反応と同様の反応が生じる。ただし、実施形態３では、放電用正極１１ｃを流れる電解液に含まれる酸素が、放電用正極１１ｃの最内層及び中間層を拡散し、最外層の酸素還元触媒によって、空気と、第２流れＦ２の電解液中の水と、放電用正極１１ｃへ流れてきた電子との反応により、水酸化物イオンが生成する。その他の動作は実施形態１と同じであり、隔膜２６を設けることによって得られる作用効果も実施形態１と同じである。

実施形態３においても、放電用正極１１ｃと充電用正極１２ａと負極１３ｃとが、断面が同心状に設けられている点は実施形態１と同じである。また、金属空気電池システム１の充電時に、電子が負極１３ｃへ流れ、負極１３ｃでは、電解液中の亜鉛イオンが電子を受け取ることで負極１３ｃ上に亜鉛が析出する点は、実施形態１と同じである。また、金属空気電池システム１の充電時に、デンドライトが負極１３ｃと充電用正極１２ａとを接続してしまうことにより内部短絡が発生しても、負極１３ｃと放電用正極１１ｃとを使用した放電が可能となる点も実施形態１と同じである。したがって、実施形態３においても、実施形態１で得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。

実施形態３では、電極装置１０において最も外側に配置される第３電極１３が負極１３ｃとなることにより、第１電極１１又は第２電極１２が負極である場合に比べて、負極の面積が相対的に増えることになる。このため、実施形態１に比べて、実施形態３における負極１３ｃの亜鉛の析出量が増えるので、実施形態１に比べて蓄電容量を大きくすることができる。

＜本開示の実施形態３に係る金属空気電池システムの変形例＞
図６に示されるように、実施形態３に係る金属空気電池システム１の変形例におけるセル２では、電極装置１０のうち放電用正極１１ｃのみが第１開口２３ａ及び第３開口２４ａに挿入されている。すなわち、放電用正極１１ｃの両端が、第１開口２３ａ及び第３開口２４ａから第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２の外部へ延びている。第１開口２３ａから第１チャンバ部２１の外部へ延びる放電用正極１１ｃの端部には、酸素含有ガス供給ライン３５の下流端が接続されている。その他の構成は、隔離部材３０（図４参照）が設けられていない点を除き、実施形態３と同じである。

実施形態３のこの変形例では、第２流れＦ２とは隔離されて、酸素含有ガスの流れＦ３が放電用正極１１ｃの内部を流通する。この形態でも、セル２内を電解液及び酸素含有ガスが流通する間、実施形態３と同じ反応によって放電が行われる。また、充電動作についても、実施形態３と同じである。したがって、この変形例においても、実施形態３と同じ作用効果を得ることができる。

実施形態３のこの変形例では、放電用正極１１ｃの内部に酸素含有ガスを流通させていたが、この形態に限定するものではない。図７に示されるように、酸素を溶存させた電解液を第１流れＦ１として放電用正極１１ｃの内部に流通させてもよい。この形態では、放電用正極１１ｃの両端に、電解液が循環する循環ライン４０の両端が接続され、循環ライン４０には、電解液を貯留する電解液タンク４１と、ポンプ４２とが設けられている。尚、循環ライン４０、電解液タンク４１、ポンプ４２はそれぞれ、循環ライン３（図１参照）、電解液タンク４（図１参照）、ポンプ５（図１参照）とは別に設けられている。

電解液タンク４１には、電解液タンク４１に貯留された電解液中に、酸素含有ガスをバブリングしながら供給するバブリング装置４３が設けられている。これにより、第１流れＦ１の電解液を、酸素が溶存した電解液とすることができる。このように、実施形態３の変形例では、放電用正極１１ｃの内部を流れるのは、酸素を含むガス又は酸素を含む電解液のいずれでもよい。すなわち、放電用正極１１ｃの内部に、酸素を含む流体を流通させることができる。尚、この変形例では、酸素含有ガス供給ライン３５及びコンプレッサ３６を含む構成、又は、循環ライン４０と電解液タンク４１とポンプ４２とバブリング装置４３とを含む構成は、放電用正極１１ｃの内部に酸素を含む流体を流通させる酸素含有流体供給装置３７である。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る金属空気電池システムについて説明する。実施形態４に係る金属空気電池システムは、実施形態３に対して、電極装置１０の構成を変更したものである。尚、実施形態４において、実施形態３の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態４に係る金属空気電池システムの構成＞
図８に示されるように、本開示の実施形態３においてセル２は、第１電極１１としての放電用正極１１ｃと、第２電極１２としての負極１２ｂと、第３電極１３としての充電用正極１３ｂとを有する電極装置１０を備えている。放電用正極１１ｃと負極１２ｂと充電用正極１３ｂとのいずれも筒形状を有している。尚、実施形態４では、充電用正極１３ｂは、実施形態１にようにメッシュ状に製造された筒形状を有する電極ではなく、非メッシュ状の筒形状の電極として説明する。その他の構成は実施形態３と同じである。

＜本開示の実施形態４に係る金属空気電池システムの動作＞
実施形態４の動作は実施形態３の動作と同じであるので、実施形態３と同じ作用効果を得ることができる。また、実施形態４も、充電用正極１１ｂと負極１２ｂと放電用正極１３ａとが、断面が同心状に設けられているので、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

実施形態２と同様に実施形態４でも、負極１２ｂ及び放電用正極１１ｃ間の電位差を測定する測定器を設け、充電時にこの電位差を監視することで、負極１２ｂ及び放電用正極１１ｃ間で内部短絡が生じたことを検知することができる。負極１２ｂ及び放電用正極１１ｃ間の内部短絡を検知した場合は、負極１２ｂ及び充電用正極１３ｂを用いて放電を行うことで、内部短絡を解消することができる。

＜本開示の実施形態４に係る金属空気電池システムの変形例＞
実施形態４でも、実施形態３と同様に、放電用正極１１ｃの内部を流れる電解液の第１流れＦ１に代えて、図９に示されるように、酸素含有ガスの流れＦ３とした変形例が可能である。また、図７に示した構成をこの変形例に適用して、酸素が溶存した電解液を第１流れＦ１とすることもできる。また、実施形態４においてメッシュ状の充電用正極１３ｂを使用する場合には、充電用正極１３ｂの内周面にも隔膜２６を設けることにより、充電用正極１３ｂを介してセル２から電解液が漏れるのを抑制することができる。

（実施形態５）
次に、実施形態５に係る金属空気電池システムについて説明する。実施形態５に係る金属空気電池システムは、実施形態１に対して、電極装置１０の構成を変更したものである。尚、実施形態５において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態５に係る金属空気電池システムの構成＞
図１０に示されるように、本開示の実施形態５においてセル２は、第１電極１１としての負極１１ａと、第２電極１２としての放電用正極１２ｃと、第３電極１３としての充電用正極１３ｂとを有する電極装置１０を備えている。放電用正極１２ｃの内周面、すなわち、負極１１ａに対向する面には、隔膜２６が設けられている。

第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２のそれぞれの内部には、チャンバ２０内における電解液の流れを、放電用正極１２ｃの外周面と充電用正極１３ｂの内周面との間の流路を流れる第１流れＦ１と、負極１１ａの外周面と放電用正極１２ｃの内周面との間の流路を流れる第２流れＦ２とに隔離する隔離部材３０が設けられている。隔離部材３０は、第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２の内部に設けられたときにセル２の軸線方向における両端に端面３１，３２が設けられるとともに端面３１，３２のそれぞれに開口３１ａ，３２ａが形成された筒形状を有している。一方の開口３２ａに放電用正極１２ｃを挿入し、開口３２ａの内周縁と放電用正極１２ｃの外周面との間にＯリング等のシール部材３３が設けられている。他方の開口３１ａは、第１開口２３ａ又は第３開口２４ａに面している。

第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２のうち、セル２内を流れる電解液の流れ方向において上流側にある第１チャンバ部２１内に設けられた隔離部材３０の外部の第１流れＦ１の電解液に空気等の酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置３４が設けられている。実施形態５の酸素含有ガス供給装置３４の構成は、実施形態３と同じとする。その他の構成は実施形態１と同じである。

＜本開示の実施形態５に係る金属空気電池システムの動作＞
実施形態５に係る金属空気電池システム１の動作は、第１流れＦ１が放電用正極１２ｃの外周面と充電用正極１３ｂの内周面との間の流路を流れる流れであるとともに第２流れＦ２が負極１１ａの外周面と放電用正極１２ｃの内周面との間の流路を流れる流れである点を除き、実施形態３の動作の説明が当てはまる。したがって、実施形態５においても、実施形態３で得られる作用効果を得ることができる。また、実施形態５も、負極１１ａと放電用正極１２ｃと充電用正極１３ｂとが、断面が同心状に設けられているので実施形態１で得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。

実施形態５では、第１電極１１が負極１１ａであるとともに第３電極１３が充電用正極１３ｂであるので、実施形態１～４に比べて、負極１１ａと充電用正極１３ｂとの間の距離が大きい。このため、実施形態５では、実施形態１～４に比べて、金属空気電池システム１の充電時に内部短絡が生じにくい。

実施形態２及び４と同様に実施形態５でも、負極１１ａ及び放電用正極１２ｃ間の電位差を測定する測定器を設け、充電時にこの電位差を監視することで、負極１１ａ及び放電用正極１２ｃ間で内部短絡が生じたことを検知することができる。負極１１ａ及び放電用正極１２ｃ間の内部短絡を検知した場合は、負極１１ａ及び充電用正極１３ｂを用いて放電を行うことで、内部短絡を解消することができる。

実施形態５では、放電用正極１２ｃの内周面に隔膜２６が設けられているので、第１流れＦ１の電解液に含まれる酸素が放電用正極１２ｃを介して第２流れＦ２の電解液へ移動することを抑制できる。これにより、第２流れＦ２の電解液中で酸化亜鉛である高抵抗層の生成を抑制することができる。

＜本開示の実施形態５に係る金属空気電池システムの変形例＞
また、実施形態５においても、メッシュ状の充電用正極１３ｂを使用する場合には、充電用正極１３ｂの内周面にも隔膜２６を設けることにより、充電用正極１３ｂを介してセル２から電解液が漏れるのを抑制することができる。

（実施形態６）
次に、実施形態６に係る金属空気電池システムについて説明する。実施形態６に係る金属空気電池システムは、実施形態５に対して、電極装置１０の構成を変更したものである。尚、実施形態６において、実施形態５の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態６に係る金属空気電池システムの構成＞
図１１に示されるように、本開示の実施形態６においてセル２は、第１電極１１としての充電用正極１１ｂと、第２電極１２としての放電用正極１２ｃと、第３電極１３としての負極１３ｃとを有する電極装置１０を備えている。放電用正極１２ｃの外周面、すなわち、負極１３ｃに対向する面には、隔膜２６が設けられている。尚、放電用正極１２ｃの３層構造は、実施形態３及び４の放電用正極１１ｃ（図５参照）の３層構造と同じである。

第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２のそれぞれの内部には、チャンバ２０内における電解液の流れを、充電用正極１１ｂの外周面と放電用正極１２ｃの内周面との間の流路を流れる第１流れＦ１と、放電用正極１２ｃの外周面と負極１３ｃの内周面との間の流路を流れる第２流れＦ２とに隔離する隔離部材３０が設けられている。第１チャンバ部２１及び第２チャンバ部２２のうち、セル２内を流れる電解液の流れ方向において上流側にある第１チャンバ部２１内に設けられた隔離部材３０の内部の第１流れＦ１の電解液に空気等の酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置３４が設けられている。その他の構成は実施形態５と同じである。

＜本開示の実施形態６に係る金属空気電池システムの動作＞
実施形態６に係る金属空気電池システム１の動作は実施形態５と同様に、第１流れＦ１が充電用正極１１ｂの外周面と放電用正極１２ｃの内周面との間の流路を流れる流れであるととともに第２流れＦ２が放電用正極１２ｃの外周面と負極１３ｃの内周面との間の流路を流れる流れである点を除き、実施形態３の動作の説明が当てはまる。したがって、実施形態６においても、実施形態３で得られる作用効果を得ることができる。また、実施形態６も、充電用正極１１ｂと放電用正極１２ｃと負極１３ｃとが、断面が同心状に設けられているので実施形態１で得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。

実施形態５と同様に実施形態６でも、第１電極１１が充電用正極１１ｂであるとともに第３電極１３が負極１３ｃであるので、実施形態１～４に比べて、充電用正極１１ｂと負極１３ｃとの間の距離が大きい。このため、実施形態６では、実施形態１～４に比べて、金属空気電池システム１の充電時に内部短絡が生じにくい。

実施形態６では、電極装置１０において最も外側に配置される第３電極１３が負極１３ｃとなることにより、第１電極１１又は第２電極１２が負極である場合に比べて、負極の面積が相対的に増えることになる。このため、実施形態１に比べて、実施形態６における負極１３ｃの亜鉛の析出量が増えるので、実施形態１に比べて蓄電容量を大きくすることができる。

実施形態５と同様に実施形態６でも、負極１３ｃ及び放電用正極１２ｃ間の電位差を測定する測定器を設け、充電時にこの電位差を監視することで、負極１３ｃ及び放電用正極１２ｃ間で内部短絡が生じたことを検知することができる。負極１３ｃ及び放電用正極１２ｃ間の内部短絡を検知した場合は、負極１３ｃ及び充電用正極１１ｂを用いて放電を行うことで、内部短絡を解消することができる。

実施形態６では、放電用正極１２ｃの外周面に隔膜２６が設けられているので、第１流れＦ１の電解液に含まれる酸素が放電用正極１２ｃを介して第２流れＦ２の電解液へ移動することを抑制できる。これにより、第２流れＦ２の電解液中で酸化亜鉛である高抵抗層の生成を抑制することができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］一の態様に係る金属空気電池システムは、
チャンバ（２０）と、
前記チャンバ（２０）に収容された電極装置（１０）と
を有するセル（２）を備える金属空気電池システム（１）であって、
前記電極装置（１０）は、
第１電極（１１）と、
前記第１電極（１１）の径方向外側で前記第１電極（１１）を囲むように設けられた筒形状の第２電極（１２）と、
前記第２電極（１２）の径方向外側で前記第２電極（１２）を囲むように設けられた筒形状の第３電極（１３）と
を備え、少なくとも前記第１電極（１１）の外周面と前記第３電極（１３）の内周面との間を電解液が流通するように構成され、
前記第１電極（１１）と前記第２電極（１２）と前記第３電（１３）極との組み合わせは、金属を含む負極（１１ａ，１２ｂ，１３ｃ）と充電用正極（１１ｂ，１２ａ，１３ｂ）と放電用正極（１１ｃ，１２ｃ，１３ａ）との組み合わせである。

本開示の金属空気電池システムによれば、断面が同心状になるように電極を配置することで、内側と外側の電極面積差が得られることから、外側に配置した電極の運用時の電流密度を中央の電極に比べて低減することが可能となる。この効果を利用し抵抗損失の低減が必要な電極を外側に配置することでシステムとしての抵抗を低減できるので、効率的に充放電を行うことができ、また、電解液をセルに循環供給するので、電力の貯蔵が可能である。

［２］別の態様に係る金属空気電池システムは、［１］の金属空気電池システムであって、
前記負極（１１ａ，１２ｂ，１３ｃ）が前記充電用正極（１１ｂ，１２ａ，１３ｂ）又は前記放電用正極（１１ｃ，１２ｃ，１３ａ）のいずれか一方に電気的に接続するように切り替える切替装置（７）をさらに備え、
前記切替装置（７）は、
前記放電用正極（１１ｃ，１２ｃ，１３ａ）及び前記負極（１１ａ，１２ｂ，１３ｃ）間を電気的に開閉する第１スイッチ（７ｃ）と、
前記負極（１１ａ，１２ｂ，１３ｃ）及び前記充電用正極（１１ｂ，１２ａ，１３ｂ）間を電気的に開閉する第２スイッチ（７ｄ）と
を備える。

このような構成によれば、負極と充電用正極とを使用して充電するとともに負極と放電用正極とを使用して放電を行うことにより、充電時に内部短絡が発生しても放電を行うことができるので、充放電を支障なく行うことができる。また、充電及び放電中に、それぞれの逆の反応が正極で起きるリスクを削減でき、効率及び寿命の向上が期待できる。

［３］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［２］の金属空気電池システムであって、
前記切替装置（７）は、前記放電用正極（１１ｃ，１２ｃ，１３ａ）から前記負極（１１ａ，１２ｂ，１３ｃ）への方向に電流を流す第１ダイオード（７ａ）を備える。

このような構成によれば、充電用正極が電解液に浸されている状態では、充電及び放電中に、それぞれの逆の反応が正極で起きるリスクを削減でき、効率及び寿命の向上が期待できる。また、上記［２］における切替装置に比べて、耐久性に優れ低コストである切替装置を構成することができる。

［４］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［３］の金属空気電池システムであって、
前記切替装置（７）は、前記負極（１１ａ，１２ｂ，１３ｃ）から前記充電用正極（１１ｂ，１２ａ，１３ｂ）への方向に電流を流す第２ダイオード（７ｂａ）をさらに備える。

このような構成によれば、充電及び放電中に、それぞれの逆の反応が正極で起きるリスクを削減でき、効率及び寿命の向上が期待できる。また、上記［２］における切替装置に比べて、耐久性に優れ低コストである切替装置を構成することができる。

［５］別の態様に係る金属空気電池システムは、［１］～［４］のいずれかの金属空気電池システムであって、
前記電極装置（１０）は、軸線方向に延びる形状を有するとともに前記軸線方向の一方の端部である第１端部（１０ａ）及び前記軸線方向の他方の端部である第２端部（１０ｂ）を含み、
前記チャンバ（２０）は、
前記電極装置（１０）の前記第１端部（１０ａ）側において少なくとも前記第３電極（１３）の一方の端部（１３ｄ１）を内部に収容するように設けられた第１チャンバ部（２１）と、
前記電極装置（１０）の前記第２端部（１０ｂ）側において少なくとも前記第３電極（１３）の他方の端部（１３ｄ２）を内部に収容するように設けられた第２チャンバ部（２２）と
を備え、
前記第１チャンバ部（２１）は、前記軸線方向において互いに対して離れた位置にある第１端面（２１ａ）及び第２端面（２１ｂ）を含み、前記第１端面（２１ａ）及び前記第２端面（２１ｂ）にはそれぞれ、第１開口（２３ａ）及び第２開口（２３ｂ）が形成され、
前記第２チャンバ部（２２）は、前記軸線方向において互いに対して離れた位置にある第３端面（２２ａ）及び第４端面（２２ｂ）を含み、前記第３端面（２２ａ）及び前記第４端面（２２ｂ）にはそれぞれ、第３開口（２４ａ）及び第４開口（２４ｂ）が形成され、
前記第２開口（２３ｂ）及び前記第４開口（２４ｂ）にはそれぞれ、前記電極装置（１０）を構成する前記第１電極（１１）と前記第２電極（１２）と前記第３電極（１３）とが挿入され、前記第１チャンバ部（２１）及び前記第２チャンバ部（２２）のそれぞれの内周面と前記第３電極（１３）の外周面との間には、これらの間をシールするシール部材（２５）が設けられている。

このような構成によれば、第１チャンバ及び第２チャンバのそれぞれの内周面と第３電極の外周面との間に設けられたシール部材によってこれらの間がシールされているので、第１開口及び第３開口間においてチャンバからの電解液のリークを抑制することができる。

［６］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［５］の金属空気電池システムであって、
前記第３電極（１３）は前記放電用正極（１３ａ）である。

このような構成によれば、充電中に負極及び充電用正極間で短絡が生じても、負極及び放電用正極間で放電が可能になる。

［７］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［５］の金属空気電池システムであって、
前記第１電極（１１）は筒形状を有する前記放電用正極（１１ｃ）であり、
前記第１チャンバ部（２１）及び前記第２チャンバ部（２２）のそれぞれの内部には、前記チャンバ（２０）内における前記電解液の流れを、前記放電用正極（１１ｃ）の内部を流れる第１流れ（Ｆ１）と、前記放電用正極（１１ｃ）の外部を流れる第２流れ（Ｆ２）とに隔離する隔離部材（３０）が設けられ、
前記金属空気電池システムは、前記第１流れ（Ｆ１）の電解液に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置（３４）をさらに備える。

このような構成によれば、充電中に負極及び充電用正極間で短絡が生じても、負極及び放電用正極間で放電が可能になる。

［８］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［５］の金属空気電池システムであって、
前記第１電極（１１）は筒形状を有する前記放電用正極（１１ｃ）であり、
前記電極装置（１０）のうち前記放電用正極（１１ｃ）のみが前記第１開口（２３ａ）及び前記第３開口（２４ａ）に挿入され、
前記放電用正極（１１ｃ）の内部に酸素を含む流体を流通させる酸素含有流体供給装置（３７）が設けられている。

このような構成によれば、充電中に負極及び充電用正極間で短絡が生じても、負極及び放電用正極間で放電が可能になる。

［９］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［７］または［８］の金属空気電池システムであって、
前記第２電極（１２）は前記充電用正極（１２ａ）であり、前記第３電極（１３）は前記負極（１３ｃ）である。

このような構成によれば、第１電極又は第２電極が負極である場合に比べて、負極の面積が相対的に増えることになる。このため、負極の金属の析出量が増えるので、蓄電容量を大きくすることができる。

［１０］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［７］または［８］の金属空気電池システムであって、
前記第２電極（１２）は前記負極（１２ｂ）であり、前記第３電極（１３）は前記充電用正極（１３ｂ）である。

このような構成によれば、負極及び放電用正極間の電圧を監視することで、負極及び充電用正極間の内部短絡の事前検知が可能になる。

［１１］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［５］の金属空気電池システムであって、
前記第２電極（１２）は前記放電用正極（１２ｃ）であり、
前記第１チャンバ部（２１）及び前記第２チャンバ部（２２）のそれぞれの内部には、前記チャンバ（２０）内における前記電解液の流れを、前記充電用正極（１１ｂ，１３ｂ）と前記放電用正極（１２ｃ）との間を流れる第１流れ（Ｆ１）と、前記放電用正極（１２ｃ）と前記負極（１１ａ，１３ｃ）との間を流れる第２流れ（Ｆ２）とに隔離する隔離部材（３０）が設けられ、
前記金属空気電池システム（１）は、前記第１流れ（Ｆ１）の電解液に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置（３４）をさらに備える。

このような構成によれば、負極と充電用正極とが隣り合う構成に比べて、負極と充電用正極間の距離が長くなるので、負極及び充電用正極間の内部短絡が生じにくくなるが、仮に充電中に内部短絡が生じたとしても、負極及び放電用正極間で放電が可能になる。また、負極及び放電用正極間の電圧を監視することで、負極及び充電用正極間の内部短絡の事前検知が可能になる。

［１２］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［１１］の金属空気電池システムであって、
前記第１電極（１１）は前記充電用正極（１１ｂ）であり、前記第３電極（１３）は前記負極（１３ｃ）である。

このような構成によれば、第１電極又は第２電極が負極である場合に比べて、負極の面積が相対的に増えることになる。このため、負極の金属の析出量が増えるので、蓄電容量を大きくすることができる。

［１３］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［１１］の金属空気電池システムであって、
前記第１電極（１１）は前記負極（１１ａ）であり、前記第３電極（１３）は前記充電用正極（１３ｂ）である。

このような構成によれば、断面が同心状になるように電極を配置することで、内側と外側の電極面積差が得られることから、外側に配置した電極の運用時の電流密度を中央の電極に比べて低減することが可能となる。この効果を利用し抵抗損失の低減が必要な電極を外側に配置することでシステムとしての抵抗を低減できるので、効率的に充放電を行うことができ、また、電解液をセルに循環供給するので、電力の貯蔵が可能である。

［１４］さらに別の態様に係る金属空気電池システムは、［１］～［１３］のいずれかの金属空気電池システムであって、
前記放電用正極（１１ｃ，１２ｃ，１３ａ）は、前記負極（１１ａ，１２ｂ，１３ｃ）に対向する面に隔膜（２６）を備える。

このような構成によれば、負極と充電用正極と放電用正極とのそれぞれの位置に応じて、放電用正極における反応の過電圧のロスを低減することと、電解液の変質及び劣化を抑制することと、放電用正極からの電解液の漏れを抑制することと、負極と酸素含有ガスの接触による高抵抗層の生成を抑制することとのいずれかが可能となる。

１ 金属空気電池システム
２ セル
７ 切替装置
７ａ 第１ダイオード
７ｂ 第２ダイオード
７ｃ 第１スイッチ
７ｄ 第２スイッチ
１０ 電極装置
１０ａ 第１端部
１０ｂ 第２端部
１１ 第１電極
１１ａ 負極
１１ｂ 充電用正極
１１ｃ 放電用正極
１２ 第２電極
１２ａ 充電用正極
１２ｂ 負極
１２ｃ 放電用正極
１３ 第３電極
１３ａ 放電用正極
１３ｂ 充電用正極
１３ｃ 負極
１３ｄ１ （第３電極の）一方の端部
１３ｄ２ （第３電極の）他方の端部
２０ チャンバ
２１ 第１チャンバ部
２１ａ 第１端面
２１ｂ 第２端面
２２ 第２チャンバ部
２２ａ 第３端面
２２ｂ 第４端面
２３ａ 第１開口
２３ｂ 第２開口
２４ａ 第３開口
２４ｂ 第４開口
２５ シール部材
２６ 隔壁
３０ 隔離部材
３４ 酸素含有ガス供給装置
３７ 酸素含有流体供給装置
Ｆ１ 第１流れ
Ｆ２ 第２流れ

Claims (14)

1. チャンバと、
   前記チャンバに収容された電極装置と
   を有するセルを備える金属空気電池システムであって、
   前記電極装置は、
   第１電極と、
   前記第１電極の径方向外側で前記第１電極を囲むように設けられた筒形状の第２電極と、
   前記第２電極の径方向外側で前記第２電極を囲むように設けられた筒形状の第３電極と
   を備え、少なくとも前記第１電極の外周面と前記第３電極の内周面との間を電解液が流通するように構成され、
   前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極との組み合わせは、金属を含む負極と充電用正極と放電用正極との組み合わせである金属空気電池システム。
2. 前記負極が前記充電用正極又は前記放電用正極のいずれか一方に電気的に接続するように切り替える切替装置をさらに備え、
   前記切替装置は、
   前記放電用正極及び前記負極間を電気的に開閉する第１スイッチと、
   前記負極及び前記充電用正極間を電気的に開閉する第２スイッチと
   を備える、請求項１に記載の金属空気電池システム。
3. 前記負極が前記充電用正極又は前記放電用正極のいずれか一方に電気的に接続するように切り替える切替装置をさらに備え、
   前記切替装置は、前記放電用正極から前記負極への方向に電流を流す第１ダイオードを備える、請求項１に記載の金属空気電池システム。
4. 前記切替装置は、前記負極から前記充電用正極への方向に電流を流す第２ダイオードをさらに備える、請求項３に記載の金属空気電池システム。
5. 前記電極装置は、軸線方向に延びる形状を有するとともに前記軸線方向の一方の端部である第１端部及び前記軸線方向の他方の端部である第２端部を含み、
   前記チャンバは、
   前記電極装置の前記第１端部側において少なくとも前記第３電極の一方の端部を内部に収容するように設けられた第１チャンバ部と、
   前記電極装置の前記第２端部側において少なくとも前記第３電極の他方の端部を内部に収容するように設けられた第２チャンバ部と
   を備え、
   前記第１チャンバ部は、前記軸線方向において互いに対して離れた位置にある第１端面及び第２端面を含み、前記第１端面及び前記第２端面にはそれぞれ、第１開口及び第２開口が形成され、
   前記第２チャンバ部は、前記軸線方向において互いに対して離れた位置にある第３端面及び第４端面を含み、前記第３端面及び前記第４端面にはそれぞれ、第３開口及び第４開口が形成され、
   前記第２開口及び前記第４開口にはそれぞれ、前記電極装置を構成する前記第１電極と前記第２電極と前記第３電極とが挿入され、前記第１チャンバ部及び前記第２チャンバ部のそれぞれの内周面と前記第３電極の外周面との間には、これらの間をシールするシール部材が設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属空気電池システム。
6. 前記第３電極は前記放電用正極である、請求項５に記載の金属空気電池システム。
7. 前記第１電極は筒形状を有する前記放電用正極であり、
   前記第１チャンバ部及び前記第２チャンバ部のそれぞれの内部には、前記チャンバ内における前記電解液の流れを、前記放電用正極の内部を流れる第１流れと、前記放電用正極の外部を流れる第２流れとに隔離する隔離部材が設けられ、
   前記金属空気電池システムは、前記第１流れの電解液に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置をさらに備える、請求項５に記載の金属空気電池システム。
8. 前記第１電極は筒形状を有する前記放電用正極であり、
   前記電極装置のうち前記放電用正極のみが前記第１開口及び前記第３開口に挿入され、
   前記放電用正極の内部に酸素を含む流体を流通させる酸素含有流体供給装置が設けられている、請求項５に記載の金属空気電池システム。
9. 前記第２電極は前記充電用正極であり、前記第３電極は前記負極である、請求項７または８に記載の金属空気電池システム。
10. 前記第２電極は前記負極であり、前記第３電極は前記充電用正極である、請求項７または８に記載の金属空気電池システム。
11. 前記第２電極は前記放電用正極であり、
    前記第１チャンバ部及び前記第２チャンバ部のそれぞれの内部には、前記チャンバ内における前記電解液の流れを、前記充電用正極と前記放電用正極との間を流れる第１流れと、前記放電用正極と前記負極との間を流れる第２流れとに隔離する隔離部材が設けられ、
    前記金属空気電池システムは、前記第１流れの電解液に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置をさらに備える、請求項５に記載の金属空気電池システム。
12. 前記第１電極は前記充電用正極であり、前記第３電極は前記負極である、請求項１１に記載の金属空気電池システム。
13. 前記第１電極は前記負極であり、前記第３電極は充電用正極である、請求項１１に記載の金属空気電池システム。
14. 前記放電用正極は、前記負極に対向する面に隔膜を備える、請求項１～１３のいずれか一項に記載の金属空気電池システム。
    

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