JP3175210U - 水電池 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで容易に製造することができ、使用が簡単であり、かつ保存、携帯に便利な水電池を提供する。
【解決手段】水電池は、液体を内部に注入するための注入口を有する、可撓性の防水シートから構成された袋状収容体と、この注入口を閉止するための閉止部材と、袋状収容体内に収容された複数の電池セルと、複数の電池セルに電気的に接続され、袋状収容体の内部から外部に引き出される出力リード線とを備えている。
【選択図】図１

Description

本考案は、正極及び負極にイオン化傾向の異なる異種電極を用い、電解液に水又は塩水等の液体を用いる水電池に関する。

イオン化傾向が互いに異なる異種電極を水や海水中に浸漬して起電力を得る水電池や海水電池は従来から良く知られており、この種の水電池や海水電池において、より高い性能を得るための提案も多数なされている。

例えば、特許文献１には、不溶性生成物の蓄積をなくして安定した放電特性を得るために、各セルから排出されたガスを１カ所に集めて排出するように構成した海水電池が開示されている。

特許文献２には、正極及び負極間距離を一定に保ちこれによって高性能かつ経済的な電池を得るために、セパレータに多孔板を用い、波形の塩化銀正極板を用いた海水電池が開示されている。

特許文献３には、活性炭で満たされた下部容器及び水で満たされた上部容器を有し、陽極及び陰極のそれぞれの一端は活性炭に接触すべく下部容器を貫通して伸長するように構成される水電池が開示されている。

実公昭４８−０４４１７０号公報 特開昭５０−０３５６２９号公報 実用新案登録第３１６２４３３号公報

しかしながら、従来の海水電池によると、電解液として多量の海水を要すると共に、内部に貯留した海水中に正極及び負極を浸漬しておく必要があるため、取り回し及び取り扱いが難しく、簡便に持ち運びし、作動させることができなかった。また、長期間の保存が困難であった。

また、特許文献３に記載したような使用時のみ水を供給して起電する水電池が近年急速に普及しており、このような水電池によれば、長期間の保存が可能であるが、使用時に内部に水を貯留するために、硬質材料からなる剛性の容器が使用されているため、コストが高く、重量があると共に省スペース性が欠けており、保存、携帯に不便であるという問題点があった。

従って、本考案は従来技術の上述した問題点を解消するものであり、本考案の目的は、低コストで容易に製造することができる水電池を提供することにある。

本考案の他の目的は、電池容量に比してコンパクトかつ軽量に構成することができる水電池を提供することにある。

本考案のさらに他の目的は、省スペース性に優れ、保存及び携帯に便利な水電池を提供することにある。

本考案によれば、水電池は、液体を内部に注入するための注入口を有する、可撓性の防水シートから構成された袋状収容体と、注入口を閉止するための閉止部材と、袋状収容体内に収容された複数の電池セルと、複数の電池セルに電気的に接続され、袋状収容体の内部から外部に引き出される出力リード線とを備えている。

複数の電池セルを可撓性の防水シートから構成された袋状収容体内に収容することにより、製造が容易であると共に低コストで製造することができる。また、容器が可撓性の防水シートであるため、複数の電池セルによって電池容量を増大させても軽量かつコンパクトであり、省スペース性に優れるため、保存及び携帯に非常に便利である。もちろん、使用時のみ液体を注入すればよいため、長期間の保存ができる。

可撓性の防水シートは、樹脂フィルムと金属箔とを積層した多層フィルムであることが好ましい。

注入口は、袋状収容体の一面に設けられた貫通孔であり、閉止部材は、繰り返し使用可能な防水性の粘着シートであることが好ましい。これにより、注入口の形成が容易にでき、繰り返し使用可能、かつ注水作業が簡単になる。

複数の電池セルの各々は、正極を構成する炭素化布と、炭素化布に電気的に接続された正極引出し電極と、炭素化布に密着して設けられた塩含有布と、塩含有布に密着して設けられた吸水性を有する紙シートと、紙シートに密着して設けられていると共に負極を構成しており、正極よりイオン化傾向が高い材料で形成された金属板と、金属板に電気的に接続された負極引出し電極と、炭素化布、正極引出し電極、塩含有布、紙シート、金属板及び負極引出し電極を互いに圧着するカバー部材とを備えており、塩含有布は、複数層織綿布に塩を含浸させた布で構成されていることが好ましい。

水電池を作動させる場合、袋状収容体内に給水器から液体を注入すると、袋状収容体の内部にわずかに溜まったその液体が吸水性を有する紙シートを伝わって塩含有布全体を湿潤させ、その布に含有されている塩が液体内に溶出することで、塩含有布及び紙シートが正極及び負極間の電解液媒体として機能する。これにより、負極周辺において水素イオンによる放電反応が生じ、一方、炭素化布の正極では水素イオンに反応せず電子は負極から正極に移動しようとし、起電力が発生する。このように、炭素化布に塩含有布が密着して設けられ、この塩含有布に吸水性を有する紙シートが密着して設けられ、この紙シートにイオン化傾向が高い材料で形成された金属板が密着して設けられているため、わずかな量の液体が紙シートに接するのみで、電池として作動させることができる。また、カバー部材によって、炭素化布、正極引出し電極、塩含有布、紙シート、金属板及び負極引出し電極を互いに圧着させているため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。さらに、カバー部材の取付けにより、炭素化布と正極引出し電極との電気的接続並びに金属板と負極引出し電極との電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業をカバー部材の取付けのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。塩含有布として、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、初期電圧及び初期電流が大幅に高くなる。また、時間経過後の電圧及び電流の低下も非常に小さい。

炭素化布が、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布による原料繊維体を加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布であることが好ましい。このように、炭素化布として特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流をいずれも大幅に高くすることができ、時間経過後の電圧及び電流の低下を共に小さくすることができる。

本考案によれば、容器が可撓性の防水シートであるため、製造が容易であると共に低コストで製造することができ、軽量かつコンパクトであり、省スペース性に優れるため、保存及び携帯に非常に便利である。もちろん、使用時のみ液体を注入すればよいため、長期間の保存ができる。また、使用済みの電池を廃棄する際に、袋状収容体を簡単に破ることができ、かつ電池自体が分解しやすいため、袋状収容体と電池セルの各部分を分別して再資源化や廃棄処分を行うことが容易にできる。

本考案の一実施形態における水電池の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の実施形態における水電池の電池セルの具体的な構造を示す斜視図である。 図１の実施形態における各電池セルの具体的な構造を詳しく示す斜視図（その１）である。 図１の実施形態における各電池セルの具体的な構造を詳しく示す斜視図（その２）である。 電池セルにおける電極面積と電圧及び電流との関係を表す特性図である。 各電池セルにおける電極の数と電圧及び電流との関係を表す特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電流の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 １層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の立ち上がり時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の立ち上がり時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 食塩含有綿布及び食塩未含有綿布を用いた場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 本考案及び市販の炭素化布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電圧の関係を測定した特性図である。 本考案及び市販の炭素化布を用いた場合の食塩含有濃度に対する初期電流の関係を測定した特性図である。 本考案及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 本考案及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係を測定した特性図である。 本考案及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。 本考案及び市販の炭素化布を用い、食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係を測定した特性図である。

以下、本考案に係る水電池の一実施形態を、図を参照して説明する。

図１は本考案の一実施形態として、水電池１００の構成を概略的に示しており、図２は本実施形態における水電池１００の内部に収容される複数の電池セル３０の具体的な構造を示しており、図３及び図４は各電池セル３０の具体的な構造を詳しく示している。

図１に示すように、水電池１００は、袋状収容体１０と、閉止部材２０と、複数の電池セル３０と、正極端子と負極端子を有する出力端子４０とを備えている。

袋状収容体１０は、可撓性シートから三方シールで防水構造の袋状に封止されており、水等の液体を内部に注入するための注入口１１を有する。注入口１１は、例えば、袋状収容体１０の一面に設けられ、繰り返し使用可能な防水性の粘着シートからなる閉止部材２０で閉止されている。また、袋状収容体１０の一面には、出力端子４０及び出力リード線４１を引き出すための貫通孔１２が設けられ、この貫通孔１２は出力端子４０及び出力リード線４１を引き出した状態で、必要に応じて、接着剤等で封止されている。これにより、袋状収容体１０は水密とすることができる。袋状収容体１０は、例えば、アルミ箔等の金属箔に例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ)フィルム又はポリエチレン（ＰＥ)フィルム等の樹脂フィルムをラミネートして形成された防水の可撓性シートをヒートシールで封止して形成したアルミラミネート袋である。防水の可撓性シートとしては、その他に種々のシートを適用可能である。また、袋状収容体１０の３つのシール辺のうちの中央のシール片にフック等に掛けるための穴１３が設けられている。穴１３を設けることにより、この水電池１００をフック等の吊り金具に引っ掛けて作動させることができる。その場合、貫通孔１２を必ずしも密封しなくとも、内部に注水された液体を外部に漏らす心配なく、水電池１００を作動させることができる。

この水電池１００の袋状収容体１０の外形寸法は、内部に収容される電池セルの寸法及び数によって適宜選択されるが、本実施形態では、例えば、長さ方向１６０ｍｍ、幅方向１２０ｍｍ、厚さ方向ＭＡＸ２５ｍｍに設定されている。水電池１００の袋状収容体１０の外観形状も、長方形に限定されるものではなく、円形であっても良いし、楕円形又はその他の任意の形状とすることができる。

水電池１００への給水は、閉止部材２０を一時的に剥がし、例えば、専用の注水器又はスポイト等を用いて、２０ｍＬ程度の水を注入し、給水後、閉止部材２０で注入口１１を再閉止する。また、水電池１００内の液体が減少して起電力が低下した場合は、注入口１１の閉止部材２０を再度外し、注入口１１から液体を新たに注入することにより、起電力は回復する。このように、注入口１１から繰り返して給水操作を行うことができる。

図２に示すように、本実施形態の水電池１００においては、２つの電池セル３０を互いに重畳したものを樹脂テープ３１等で緊縛して固定している。これら２つの電池セル３０の下側には吸水性を有するスポンジ３２が挿入されている。各電池セルの正極リード線及び負極リード線は、互いに並列接続されるように結線しハンダ付けされている。各電池セルの正極リード線及び負極リード線の結線状態は、この例に限定されることなく、必要に応じて種々の結線状態を適用可能である。また、内部に収容する電池セル３０の寸法、個数及び結線形態は、必要とする電圧及び電流容量によって適宜設定される。図２に示したように、２つの電池セル３０を並列の結線を行った場合、水電池１１からは約１．２〜１．４５Ｖ及び約３００〜４００ｍＡの出力が得られる。

各電池セル３０は、図３及び図４に示すように、正極支持板３０ａと、この正極支持板３０ａに固着された正極引出し電極３０ｂと、正極を構成する炭素化布３０ｃと、塩含有布３０ｄと、吸水性を有する紙シート３０ｅと、負極を構成するマグネシウム材料による金属板３０ｆとを備えている。この例において、各正極の寸法は４５ｍｍ×７５ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆを用いた。各負極の寸法は５０ｍｍ×８０ｍｍである。

正極支持板３０ａは例えばプラスチック等の絶縁材料による平板であり、正極引出し電極３０ｂはこの平板の一面又は両面に接着された例えば銅等の導電性金属材料による平板である。

この正極引出し電極３０ｂには、図３（Ａ)に示すように、正極出力リード線４１ａの一端がハンダ付けによって電気的に接続されている。正極引出し電極３０ｂから３つの正極出力リード線４１ａが引き出されている。

正極引出し電極３０ｂが固着された正極支持板３０ａには正極を構成する炭素化布３０ｃが密着して積層されている。より具体的には、図３（Ｂ)に示すように、炭素化布３０ｃは正極支持板３０ａに密着してその縦方向の周囲に巻かれている。本実施形態で用いている炭素化布３０ｃは、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布であり、新日本テックス株式会社が提供するものである。この炭素化布３０ｃは、剛直な炭素繊維を織ったものではなく、炭素化焼成前の出発原料であるセルロース系繊維の糸自体が柔らかく自由な方向性を持っているため、繊維が面方向のみに揃っておらず、厚さ方向にも充分に配合されているため、面方向のみならず厚さ方向にも非常に良好な電導性、誘電特性、熱伝導性及び圧縮強度を有するものである。

正極を構成する炭素化布３０ｃには、塩含有布３０ｄが密着して積層されている。より具体的には、図３（Ｃ)に示すように、塩含有布３０ｄは炭素化布３０ｂに密着してその縦方向の周囲に巻かれている。この塩含有布３０ｄは、本実施形態では、脱脂布を飽和食塩水に含浸させて乾燥させて構成されており、湿潤状態となると、その塩が溶出して電解液媒体として機能する。特に、本実施形態において、塩含有布３０ｄは、後述するように、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたもので構成されている。

塩含有布３０ｄには、吸水性を有する紙シート３０ｅが密着して積層されている。より具体的には、図３（Ｄ)に示すように、紙シート３０ｅは塩含有布３０ｃに密着してその下側を通り正極支持板３０ａに密着するようにＵ字形に巻かれている。この紙シート３０ｅは、密度１％以下の天然パルプからなる紙のシートであり、注水されハウジング内の底部にわずかに溜まった液体を毛細管現象により吸い上げて塩含有布３０ｄ全体を湿潤させ、その布に含有されている食塩が液体内に溶出することで、後述するように、この塩含有布３０ｄ及び紙シート３０ｅが正極及び負極間の電解液媒体として機能する。

紙シート３０ｅには、負極を構成するマグネシウム材料による金属板３０ｆが密着して積層されている。より具体的には、図４（Ａ)に示すように、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆが紙シート３０ｅの片方の面上に密着して積層されている。

金属板３０ｆとしては、正極である炭素化布３０ｃよりイオン化傾向が高い材料であればマグネシウム以外にも、アルミニウム、リチウム等、種々の材料が適用可能である。また、その形状も平板に限定されるものではない。

各金属板３０ｆには、負極引出し電極３０ｇが取り付けられている。本実施形態では、負極引出し電極３０ｇとして、銅等の導電材料による例えばリベットを金属板３０ｆに挿通させて固着したものを用いている。各負極引出し電極３０ｇには、図４（Ａ)に示すように、負極出力リード線４１ｂの一端がハンダ付けによって電気的に接続されている。

図４（Ｂ)に示すように、以上述べた正極支持板３０ａ、正極引出し電極３０ｂ、炭素化布３０ｃ、塩含有布３０ｄ、紙シート３０ｅ、金属板３０ｆ及び負極引出し電極３０ｇを互いに積層した積層体の回りに樹脂テープを巻き付けて緊縛し、カバー部材３０ｈを形成する。これにより、積層体全体がカバー部材３０ｈ内に堅固に圧着固定された電池セル３０が得られる。カバー部材３０ｈによって、正極支持板３０ａ、正極引出し電極３０ｂ、炭素化布３０ｃ、塩含有布３０ｄ、紙シート３０ｅ、金属板３０ｆ及び負極引出し電極３０ｇが堅固に互いに圧着固定されるため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。また、カバー部材３０ｈの形成により、炭素化布３０ｃと正極引出し電極３０ｂとの電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業は樹脂テープを巻き付けてカバー部材３０ｈを形成するのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。なお、樹脂テープに代えて、熱収縮チューブ内に挿入して加熱することにより、この熱収縮チューブを収縮させてカバー部材３０ｈを形成しても良い。

図５はこのような電池セル３０における電極面積と電圧及び電流との関係を表しており、図６は電池セル３０において例えば負極に取り付ける引出し電極の数と電圧及び電流との関係を表している。図５に示すように、電極の面積を変化させても、電圧特性及び電流特性は変化しないが、負極又は正極に取り付ける引出し電極の数を変化させると、特に電流特性が大きく変化する。

前述したように、本実施形態の水電池１００の電池セル構成は、塩含有布３０ｄとして、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、非常に良好な電圧及び電流特性を得ることができる。以下この点について詳細に説明する。

本願考案者は、塩含有布３０ｄを１層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布で構成した複数のサンプルの初期の電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。さらに、塩含有布３０ｄを１層織綿布、２層織綿布及び３層織綿布で構成した複数のサンプルの食塩含有濃度に対する電圧及び電流特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。周知のように、この端子電圧は、起電圧と内部抵抗による電圧降下とを加算した値に相当する。

各サンプルの構成は前述した電池セル３０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布３０ｃを用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆを用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。塩含有布３０ｄとしては、１層織、２層織及び３層織の脱脂綿布を用いた。各綿布を飽和食塩水に含浸させて使用している。

図７〜図１２はその測定結果を示しており、図７は食塩含有濃度に対する初期電圧の関係、図８は食塩含有濃度に対する初期電流の関係、図９は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図１０は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図１１は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係、及び図１２は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図７及び図８から分かるように、塩含有布３０ｄを構成する綿布として、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方が初期電圧及び初期電流がいずれも大幅に高くなっており、３層織綿布を用いるとさらに高くなっている。また、図９〜図１２から分かるように、塩含有布３０ｄを構成する綿布として、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方が時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さく、３層織綿布を用いるとさらに小さくなっている。従って、１層織綿布を用いるより、２層織綿布を用いた方がより優れた電気的特性が得られ、３層織綿布を用いるとさらに優れた電気的特性が得られることとなる。換言すれば、塩含有布３０ｄを構成する綿布として、複数層織綿布を使用することが望ましいこととなる。複数層織綿布を用いることにより、各層間により多くの塩成分が含有されるために電気的特性が向上しているものと推察される。

また、図７及び図８から分かるように、複数層織綿布を使用した塩含有布３０ｄにおいて、食塩含有濃度が５％以上であれば充分に大きな初期電圧及び初期電流が得られている。なお、この測定例では、食塩含有濃度が２５％の場合までしか測定されていないが、初期電圧は食塩含有濃度が１５％以上でサチュレートしているため、２５％を超えても良好な特性が得られるものと推察できる。また、初期電流も食塩含有濃度が上昇するにつれて増大しているため、２５％を超えても良好な特性が得られるものと期待できる。さらに、図９〜図１２から分かるように、複数層織綿布を使用した塩含有布３０ｄにおいて、食塩含有濃度が１０％の場合より２０％の場合により良好な時間経過後の電圧及び電流特性が得られている。従って、複数層織綿布を使用した塩含有布３０ｄにおいて、食塩含有濃度が５％以上であれば良好な電圧及び電流特性が得られるものと理解される。

さらに、本願考案者は、塩含有布３０ｄを構成する綿布に食塩を含有させたサンプルと、食塩を含有させないサンプルとの立ち上がり電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。

各サンプルの構成は前述した電池セル３０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布３０ｃを用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆを用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。綿布としては、２層織の脱脂綿布を用いた。綿布に食塩を含有させたサンプルは２０％の食塩水を３ｃｃ注水して使用し、綿布に食塩を含有させないサンプルは水道水を３ｃｃ注水して使用している。

図１３〜図１６はその測定結果を示しており、図１３は立ち上がり時間に対する電圧の関係、図１４は立ち上がり時間に対する電流の関係、図１５は放置時間に対する電圧の関係、及び図１６は放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図１３及び図１４から分かるように、綿布として、塩含有布３０ｄのように食塩を含有する綿布を用いることにより、食塩未含有の綿布を用いる場合より、電圧及び電流がいずれも大きく、しかも、立ち上がりがはるかにに早い。また、図１５及び図１６から分かるように、綿布として、食塩を含有する綿布を用いることにより、食塩未含有の綿布を用いる場合より、時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さくなっている。従って、食塩未含有の綿布を用いるより、食塩含有の綿布を用いた方が優れた電気的特性が得られることとなる。

また、本実施形態において、炭素化布３０ｃとして、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布を使用しているため、非常に良好な電圧及び電流特性を得ることができる。以下この点について詳細に説明する。

本願考案者は、炭素化布３０ｃを本考案の特殊な炭素化布、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢで構成した複数のサンプルの初期の電圧及び電流特性について、並びにその時間経過特性について測定した。さらに、炭素化布３０ｃを本考案の特殊な炭素化布、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢで構成した複数のサンプルの食塩含有濃度に対する電圧及び電流特性について測定した。実際に測定した電圧及び電流値は、サンプルの端子電圧及び端子電流値である。

各サンプルの構成は前述した電池セル３０の構成と同様である。即ち、正極としては、新日本テックス株式会社が提供する、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布を原料繊維体とし、これを加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布３０ｃを用いた。各正極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。負極としては、マグネシウム材料による平板状の金属板３０ｆを用いた。各負極の寸法は２０ｍｍ×５０ｍｍである。塩含有布３０ｄとしては、２層織の脱脂綿布を用い、これを飽和食塩水に含浸させて使用している。

図１７〜図２２はその測定結果を示しており、図１７は食塩含有濃度に対する初期電圧の関係、図１８は食塩含有濃度に対する初期電流の関係、図１９は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図２０は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電圧の関係、図２１は食塩含有濃度が１０％の場合の放置時間に対する電流の関係、及び図２２は食塩含有濃度が２０％の場合の放置時間に対する電流の関係をそれぞれ示している。

図１７及び図１８から分かるように、炭素化布３０ｃとして、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢを用いるよりも本考案の特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流がいずれも大幅に高くなっている。また、図１９〜図２２から分かるように、炭素化布３０ｃとして、市販されている一般的な炭化布Ａ及びＢを用いるよりも本考案の特殊な炭素化布を用いることにより、時間経過後の電圧及び電流の低下が共に小さくなっている。従って、本考案の特殊な炭素化布を用いることにより、非常に優れた電気的特性が得られることとなる。

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、水電池１００への給水は、閉止部材２０を剥がして注入口１１から水等の液体を注入し、給水後、閉止部材２０で再閉止するのみで良いため、給水操作が簡単であり、また、水電池１００を長期に使用しない状態においては、袋状収容体１０内に真水や食塩水や海水等の液体を収容しなければ、持ち運びや保管が非常に容易となり、また、反応がほとんど生じないため、非常に長期間の保存が可能となる。

注入口１１から水電池１００内に少量（例えば１０〜２０ｃｃ）の液体が注入されると、袋状収容体１０内部にわずかに溜まったその液体が吸水性を有するスポンジ３２及び吸水性を有する紙シート３０ｅを伝わって塩含有布３０ｄ全体を湿潤させ、この塩含有布３０ｄに含有されている塩が液体内に溶出することで、塩含有布３０ｄ及び紙シート３０ｅが正極である炭素化布３０ｃと負極である金属板３０ｆとの間の電解液媒体として機能する。これにより、金属板３０ｆ周辺において水素イオンによる放電反応が生じ、一方、炭素化布３０ｃでは水素イオンに反応せず電子は負極である金属板３０ｆから塩含有布３０ｄ及び紙シート３０ｅを通って正極である炭素化布３０ｃに移動しようとし、起電力が発生する。このように、炭素化布３０ｃに塩含有布３０ｄが密着して設けられ、この塩含有布３０ｄに吸水性を有する紙シート３０ｅが密着して設けられ、この紙シート３０ｅにイオン化傾向が高い材料で形成された金属板３０ｆが密着して設けられているため、わずかな量の液体が紙シート３０ｅに接するのみで、電池として作動させることができる。電池の起電力が低下した場合、５ｃｃ程度の液体を追加して注水することにより、起電力は復活する。しかも、塩含有布３０ｄとして、１枚の布が２層以上の複数層織綿布に食塩を含有させたものを用いているため、非常に高い初期電圧及び初期電流を得ることができる。また、長時間経過後の電圧及び電流の低下も非常に小さい。さらに、本実施形態のごとく、炭素化布３０ｃとして特殊な炭素化布を用いることにより、初期電圧及び初期電流をいずれも大幅に高くすることができ、長時間経過後の電圧及び電流の低下を共に大幅に小さくすることができる。

また、カバー部材３０ｈによって、正極支持板３０ａ、正極引出し電極３０ｂ、炭素化布３０ｃ、塩含有布３０ｄ、紙シート３０ｅ、金属板３０ｆ及び負極引出し電極３０ｇを堅固に互いに圧着させているため、負極と正極との距離をほぼ一定に保つことができる。さらに、カバー部材３０ｈの形成により、炭素化布３０ｃと正極引出し電極３０ｂとの電気的接続が可能となり、しかも、この接続作業を樹脂テープの巻き付けでカバー部材３０ｈを形成するのみで確実に実施できるため、作業工程が非常に容易となり、製造コストも安価となる。

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、水電池１００の容器として可撓性防水シートを袋状に封止加工して袋状収容体１０としているため、製造が容易であると共に低コストで製造することができる。しかも、このような袋状収容体１０は、軽量かつコンパクトであり、省スペース性に優れるため、保存及び携帯に非常に便利である。しかも、使用時のみ、注入口１１から液体を注入すれば作動するため、長期間の保存ができ、非常時用の緊急電池として、その利便性は極めて高い。また、使用済みの水電池１００を廃棄する際に、袋状収容体を簡単に破ることができ、かつ電池自体が分解しやすいため、袋状収容体１０と電池セル３０の各部分を分別して再資源化や廃棄処分を行うことが容易にできる。

なお、上述した実施形態においては、出力リード線４１を袋状収容体１０の一面に貫通孔１２を設け、貫通孔１２から引き出す例について説明したが、本考案はこれに限定されるものではなく、例えば、袋状収容体のシール封止部から出力リード線を引き出すようにしてもよい。

また、上述した実施形態において、出力端子４０の形状は、内側の正極と外側の負極とからなるプラグの例について説明したが、本考案はこれに限定されるものではない。

以上述べた実施形態は全て本考案を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本考案は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本考案の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本考案は、長期間の保存ができ、災害等の緊急時に水等の液体を注入するだけで発電できる水電池を低コストで容易に製造し、かつ保存、携帯性を改良する目的に利用できる。

１０ 袋状収容体
１１ 注入口
１２ 貫通孔
１３ 穴
２０ 閉止部材
３０ 電池セル
３０ａ 正極支持板
３０ｂ 正極引出し電極
３０ｃ 炭素化布
３０ｄ 塩含有布
３０ｅ 紙シート
３０ｆ 金属板
３０ｇ 負極引出し電極
３０ｈ カバー部材
３１ 樹脂テープ
３２ スポンジ
４０ 出力端子
４１ 出力リード線
４１ａ 正極出力リード線
４１ｂ 負極出力リード線
１００ 水電池

Claims (5)

1. 液体を内部に注入するための注入口を有する、可撓性の防水シートから構成された袋状収容体と、
   前記注入口を閉止するための閉止部材と、
   前記袋状収容体内に収容された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルに電気的に接続され、前記袋状収容体の内部から外部に引き出される出力リード線とを備えていることを特徴とする水電池。
2. 前記可撓性の防水シートは、樹脂フィルムと金属箔とを積層した多層フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の水電池。
3. 前記注入口は、前記袋状収容体の一面に設けられた貫通孔であり、前記閉止部材は、繰り返し使用可能な防水性の粘着シートであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水電池。
4. 前記複数の電池セルの各々は、正極を構成する炭素化布と、該炭素化布に電気的に接続された正極引出し電極と、前記炭素化布に密着して設けられた塩含有布と、該塩含有布に密着して設けられた吸水性を有する紙シートと、該紙シートに密着して設けられていると共に負極を構成しており、前記正極よりイオン化傾向が高い材料で形成された金属板と、該金属板に電気的に接続された負極引出し電極と、前記炭素化布、前記正極引出し電極、前記塩含有布、前記紙シート、前記金属板及び前記負極引出し電極を互いに圧着するカバー部材とを備えており、前記塩含有布は、複数層織綿布に塩を含浸させた布で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水電池。
5. 前記炭素化布が、セルロース系繊維の糸からなる織布、編布、織編布又は不織布による原料繊維体を加熱炭素化してなる織布、編布、織編布又は不織布の炭素化布であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水電池。

Images