JP3183369U - 空気電池のための収容体 - Google Patents

Abstract

【課題】平板状部材を積層してなる空気電池を収容するための収容体であって、空気電池を挟持するための十分な力を加えることができ、簡素な構造で空気電池を効果的に押圧することで電気エネルギー効率を高め、空気電池の長寿命化を実現する収容体を提供する。
【解決手段】平板状部材を積層してなる空気電池を収容するための収容体２０であって、該収容体２０は４面の側壁２１、２２、２３、２４からなり、且つ、上面２５及び下面２６が開口する筒型形状であり、対向する二組の側壁の内、一組の側壁の内面が開口から見て内方向に弧状に湾曲して形成され、該一組の側壁の対向する内面で空気電池の両側面を押圧する。
【選択図】図１

Description

本考案は、平板状部材を積層してなる空気電池を収容するための収容体に関し、より詳しくは、平板状部材を積層してなる空気電池を内部に収容し、簡素な構造で空気電池を効果的に押圧する収容体に関する。

マグネシウム金属空気電池をはじめとする空気電池は、負極、セパレータ、触媒層及び正極集電体など複数の構成物からなっている。

空気電池として機能させるためにはこれら複数の構成物を分離させずに一体化させた状態で保持しておく必要があり、従来は、紐やテープなどで周囲を縛ることによって固定していた。

しかしながら、紐やテープなどで周囲を縛ることによって固定する方法では強固に保持することは難しく、また、構成物が露出することから電気的に短絡（ショート）する可能性も高かった。

そこで、上記の問題を解決するために、例えば単純な矩形断面の収容体に収容することにより一体化させた状態で保持する方法が提案されていた。

しかしながら、単純な矩形断面の収容体に収容すれば、構成物が露出することによる短絡の発生は防止できるものの、空気電池を挟持するための十分な力を加えることができない。

また、例えばマグネシウム金属空気電池は化学反応が進むにつれて酸化物（反応生成絶縁物）が生成され、次第に起電力が低下してしまうため、酸化物の生成に伴う影響を抑制するために空気電池を強く押圧することが必要であった。

本考案は、以上のような事情に鑑みてなされたものである。即ち、本考案は、平板状部材を積層してなる空気電池を収容するための収容体であって、空気電池を挟持するための十分な力を加えることができ、簡素な構造で空気電池を効果的に押圧することで電気エネルギー効率を高め、空気電池の長寿命化を実現する収容体を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本考案に係る空気電池のための収容体は、
４面の側壁からなり、且つ、上面及び下面が開口する筒型形状であり、対向する二組の側壁の内、一組の側壁の内面が開口から見て内方向に弧状に湾曲して形成され、該一組の側壁の対向する内面で空気電池の両側面を押圧すること、を特徴とする。

内面の曲率が外面の曲率よりも大きくても良い。

ＬＥＤ素子を有する発光体が備える電極端子を収容体の内部に導入させるための電極端子導入溝が上面の開口端部に形成されても良い。

電極端子導入溝は、内方向に湾曲する一組の側壁の開口上端部にそれぞれ形成されても良い。

板形状のベース部材と、電解液を保液可能な保液部材と、ベース部材を収容体の下面に接着するための接着手段とから構成され、ベース部材で収容体の内部に保液部材を封入して空気電池に電解液を供給する電解液給液構造体をさらに備えても良い。

接着手段は粘着性を有するテープであり、二組の側壁の内少なくとも一組の側壁の外面にテープの接着箇所を示す帯状溝部がそれぞれ形成されても良い。

収容体は難燃性プラスチック材料からなっても良い。

本考案によれば、平板状部材を積層してなる空気電池を収容するための収容体であって、空気電池を挟持するための十分な力を加えることができ、簡素な構造で空気電池を効果的に押圧することで電気エネルギー効率を高めて空気電池の長寿命化を実現し、且つ、空気電池の体積が増大した場合でも収容体の膨張を最小限に止める収容体が実現する。

本考案の一実施形態に係る収容体を示した斜視図である。 本考案の一実施形態に係る収容体を示した斜視図である。 図２に係る収容体のＡ−Ａ線断面図である。 図２に係る収容体のＢ−Ｂ線断面図である。 本考案の一実施形態に係る収容体に収容される空気電池の構成概念を示した断面図である。 本考案の一実施形態に係る収容体に収容される空気電池の化学反応が進んだ状態の構成概念を示した断面図である。 空気電池を収容した本考案の一実施形態に係る収容体及び収容体を立設するためのスタンドを示した斜視図である。 ＬＥＤ素子を有する発光体を示した斜視図である。 本考案の一実施形態に係る収容体に発光体を搭載し、且つ、収容体をスタンドに差し込んだ状態を示した斜視図である。 本考案に係る収容体の他の実施形態として、スタンドに代えて、収容体の下面側に接着して用いる電解液給液構造体を示した斜視図である。 本考案に係る収容体の他の実施形態として、空気電池を押圧する突起部を備えた形態を示した斜視図である。

以下、図面を参照しながら本考案に係る収容体の一実施形態を詳細に説明する。

図１は、本考案に係る収容体２０を示した斜視図である。
図示されるように、収容体２０は、側壁２１、側壁２１に対向する側壁２２、側壁２３、及び側壁２３に対向する側壁２４の合計４つの側壁からなっており、上面２５及び下面２６は開口する筒型形状となっている。
収容体２０は任意の材料で構成されて良いが、例えば難燃性プラスチック材料から構成されているとより好ましい。

図２は、本考案に係る収容体２０の上面２５側に電極端子導入溝２７及び電極端子導入溝２８をそれぞれ設けた形態を示した斜視図である。
図示されるように、側壁２３の上面２５側の開口端部及び側壁２４の上面２５側の開口端部には、ＬＥＤ素子４２を有する発光体４１を上面２５に搭載する際に、発光体４２が有する電極端子４３及び電極端子４４を収容体２０の内部に導入させるための電極端子導入溝２７及び電極端子導入溝２８がそれぞれ設けられている。

電極端子導入溝２７及び電極端子導入溝２８は、側壁２３及び側壁２４の内面（２３ｂ・２４ｂ）側中央に位置しており、内部に収容される空気電池３４の負極板３５及び正極集電体３８に電極端子４３及び電極端子４４を接触させるよう傾斜構造となっている。

なお、本実施形態では側壁２１及び側壁２２は側壁２３及び側壁２４よりも横方向の幅が短く、収容体２０は開口側から見たときに長方形状となっているが、各側壁の寸法は内部に収容する空気電池の形状に沿って適宜変更可能であり、本実施形態の形状はあくまで一例を示したものである。

図３は、本考案に係る収容体２０を側壁２１側から示したＡ−Ａ線断面図である。
図示されるように、側壁２３及び側壁２４は、下面２６側の開口端部において内面（２３ｂ・２４ｂ）側を切削してなるガイド機構２９及びガイド機構３０が施されており、開口部の面積が大きくなっていることから空気電池３４を収容体２０の内部に収容し易くなっている。

図４は、本考案に係る収容体２０を上面２５側から示したＢ−Ｂ線断面図である。
図示されるように、側壁２３及び側壁２４は内面（２３ｂ・２４ｂ）が曲率半径３２及び曲率半径３３をもってそれぞれ内方向に弧状に湾曲して形成されており、内面２３ｂ及び内面２４ｂによって、収容体２０の内部に収容する空気電池３４をその両側面から押圧して挟持する構成となっている（参照符合３１部分）。
曲率半径３２及び曲率半径３３は同一の大きさであって良い。

図５は、本考案に係る収容体２０に収容される空気電池３４の構成概念を示した断面図である。
図示されるように、空気電池３４は、負極板１５と、分離部材としてのセパレータ１６と、正極側触媒層１７と、正極集電体１８との組み合わせを一つの単位として構成されている。
本実施形態では、負極としてマグネシウムを用いたマグネシウム金属空気電池を例に挙げ、以下説明する。
なお、収容体２０は複数の空気電池３４を積層させて収容することも可能である。

負極板３５は、マグネシウム又はマグネシウムの合金から構成されている。負極板３５は、純粋なマグネシウムから構成しても良いが、その電池反応の速度等を考慮するとマグネシウムの合金を用いるのが好ましい。
マグネシウム合金としては、例えば、マグネシウムとアルミニウムと亜鉛を含むＡＳＴＭ（American Society for Testing and Materials）で定めるＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１などのマグネシウム合金や、マグネシウムとアルミニウムを含むＡＭ６０やＡＭ８０などのマグネシウム合金が用いられる。
マグネシウムとアルミニウムと亜鉛を含むマグネシウム合金としては、アルミニウムを３％、亜鉛を１％含むＡＺ３１よりも、アルミニウムの含有量が多いＡＺ６１の方が望ましく、更にアルミニウムの含有量が多いＡＺ９１の方が、自己放電を抑制する点からより好ましい。

セパレータ３６は、負極板３５と正極側触媒層３７との間に配置され、負極板３５と正極側触媒層３７とを、イオンの通過を許容しつつ分離する部材である。
セパレータ３６は、負極板３５と正極側触媒層３７との短絡を防止するとともに、木目細かく水和性を有し、イオンの通過を許容する水系電解質を保持する水系電解質保持機能を有している。
セパレータ３６としては、上記の要件を満たすものであれば広く種々の材料を用いることができ、例えば、ポリプロピレン繊維、ガラス繊維、ろ紙などを挙げることができる。

正極側触媒層３７は、正極活物質として空気中の酸素を効率良く吸着する活性炭等を含むように構成されている。正極側触媒層３７は、空気中から多くの酸素を取り込むことが可能な不織布等からなるシート状となっている。
正極側触媒層３７に含まれる活性炭としては、公知の種々のものを用いることができる。
活性炭は、その大きい表面積を利用して電気二重層キャパシタ等として使用され、大電流の放電特性に優れているだけでなく、放電による劣化が少なく、しかも安全で環境汚染がないという点で優れている。

正極集電体３８は、導電材料からなり、正極側触媒層３７に積層されて接触されており、正極側触媒層３７へ電子を供給する部材である。
正極集電体３８は、導電体であれば特にその材料は限定されるものではなく、例えば、銅板のような導電率が高い金属板やカーボンシートなどから構成されている。

図６は、本考案に係る収容体２０に収容される空気電池３４の化学反応が進んだ状態の構成概念を示した断面図である。
図示されるように、空気電池３４は電解液が添加されて化学反応が進むと、酸化物３９（反応生成絶縁物）が生成され、酸化物３９の存在が化学反応を妨害することから、空気電池３４の起電力が次第に低下していく。

本実施形態に係る収容体２０は、側壁２３及び側壁２４の内面（２３ｂ・２４ｂ）が空気電池２０をその両側面から押圧して挟持する構成となっている（図４を参照）。
空気電池３４の化学反応が進んで酸化物３９が生成されると、空気電池３４全体の体積が増大（肥大）して空気電池３４の厚みが増していくため、側壁２３及び側壁２４に対して、収容体２０の内方向から外方向へ力が働く。

側壁２３及び側壁２４の内面（２３ｂ・２４ｂ）は内方向に対して弧状に湾曲して形成されていることから、空気電池３４が厚くなるに従って外方向に変形する。
側壁２３及び側壁２４に対して収容体２０の内方向から外方向に向かう力が働くと、内面（２３ｂ・２４ｂ）の表面積が外面（２３ａ・２４ａ）の表面積よりも大きいことから相対的に内面（２３ｂ・２４ｂ）側ほど強く圧縮が生じ、それに対抗する抵抗力が生じる。
この抵抗力は空気電池３４をその両側面から押圧する力として作用し、空気電池３４が厚くなるに従ってその作用はより強くなることから、空気電池３４の化学反応が進んでも効率的に押圧することにより酸化物３４による化学反応の妨害を防止し、発電を効果的に持続させることができる。

また、側壁２３及び側壁２４の外面（２３ａ・２４ａ）が内方向に湾曲していれば、空気電池３４が多少厚くなっても外方向に膨らむことがなく、収容体２０の外形が変形することを最小限に止めることができる。
これは、後述するスタンドを併用した実施形態などにおいて、使用後の収容体２０をスタンドから容易に取り外せるなどの優れた効果を奏する。

図７は、空気電池３４を収容した本考案に係る収容体２０及び収容体２０を立設するためのスタンド４０を示した斜視図である。
図示されるように、スタンド４０は、収容体２０を立設するために用いるものであり、収容体２０の下部を差し込んで用いる。

収容体２０を差し込むための凹部の断面積は、収容体２０の断面積よりもわずかに大きく形成されており、収容体２０を容易に差し込むことが可能となっている。
凹部の深さは適宜選択することが可能であるが、電解液を注いでおくことにより空気電池１５に電解液を供給することができるため、例えば収容体１の高さの４分の１程度の深さを有していると好ましい。
スタンド４０は任意の材料で構成されて良いが、例えば難燃性プラスチック材料から構成されているとより好ましい。

収容体２０は空気電池３４の化学反応が進むに従って変形するが、側壁２３及び側壁２４の外面（２３ａ・２４ａ）が内方向に湾曲していれば収容体２０の外形の変形は上述の通り最小限に止められているため、使用後の収容体２０はスタンド４０から容易に取り外すことができ、スタンド４０を再利用することが可能となっている。

図８は、ＬＥＤ素子４２を有する発光体４１を示した斜視図である。
図示されるように、発光体４１は、ＬＥＤ素子４２を上面に二つ有し、下面に電極端子４３及び電極端子４４を有している。

ＬＥＤ素子４２の数は空気電池３４の出力に応じて適宜選択することが可能であり、砲弾型や表面実装型といったＬＥＤの所謂パッケージについても用途等に応じて適宜選択することが可能である。

発光体４１は、電極端子４３及び電極端子４４を電極端子導入溝２７及び電極端子導入溝２８に沿ってそれぞれ収容体２０の内部に導入し、収容体２０の上面２５側に接着するように搭載する。
発光体４１を収容体２０の上面２５側に搭載すると、電極端子４３は電極端子導入溝２７の傾斜に沿って負極板３５に接触し、電極端子４４は電極端子導入溝２８の傾斜に沿って正極集電体３８に接触することで、空気電池３４と発光体４１とが電気的に結合する。
なお、発光体４１と収容体２０とをより安定的に固定するための手段として、ツメと溝とからなる係止機構（図示せず）を備えても良い。

図９は、本考案に係る収容体２０に発光体４１を搭載し、且つ、収容体２０をスタンド４０に差し込んだ状態を示した斜視図である。
図示されるように、本実施形態によれば、収容体２０の上面２５側に発光体４１を搭載し、且つ、電解液を注いだスタンド４０の凹部に収容体２０を差し込むことにより、置き型の照明器具として使用することが可能となる。

なお、空気電池３４のセパレータ３６自体が水系電解質保持機能を有しているため、スタンド４０を用いなくても照明器具として使用することが可能であるが、スタンド４０を併用することにより、より安定的に電解液を供給することが可能となる。

図１０は、他の実施形態として、スタンド４０に代えて収容体２０の下面２６側に接着して用いる電解液給液構造体４５を示した斜視図である。
図示されるように、電解液給液構造体４５は、板形状のベース部材４６と、保液性を有する保液部材４７と、ベース部材４６を収容体２０の下面２６に接着するための接着手段とから構成されている。
接着手段としては種々の手段を選択することができるが、ここでは粘着性を有するテープを例に挙げ、以下説明する。

ベース部材４６は収容体１の断面と同一の形状であり、上面に保液性を有する保液部材４７が固着されている。
保液部材４７は、水やアルカリ性の水溶液といった電解液を保液（保水）可能な部材、例えばスポンジなどの多孔質材料から構成されている。
テープ４８は、電解液を含んだ保液部材４７を収容体２０の内部に封入した状態で、ベース部材４６を収容体２０の下面２６側に接着させるために用いる。

収容体２０の側壁に設けられた帯状溝部４９は、テープ４８を貼付する適切な位置を示すために設けられており、テープ４８に合わせた幅で形成されている。

帯状溝部４９は、二組の側壁の内少なくとも一組の側壁の外面に設けられていれば良く、図１０に示される収容体２０では側壁２３及び側壁２４に設けられているが（側壁２４に設けられた帯状溝部については図示せず）、側壁２１及び側壁２２に帯状溝部４９を設け、テープ４８を側壁２１及び側壁２２に貼付する形態としても良い。

本実施形態によれば、保液部材４７に電解液を保液することで、スタンド４０を用いずに、持ち運び可能な照明器具として使用することが可能となる。

図１１は、本考案に係る収容体の他の実施形態として、空気電池を押圧する突起部を備えた形態を示した斜視図である。
図示されるように、収容体２０は、側壁２３及び側壁２４の内面（２３ｂ・２４ｂ）側中央に柱状の突起部５０及び５１を備えており、突起部５０及び５１を空気電池３４に接触させて押圧する構成となっている。

本実施形態によれば、空気電池３４に接触する側壁２３及び側壁２４の内面（２３ｂ・２４ｂ）の面積が限られることから、空気電池１５の化学反応が進んで空気電池１５の厚さが増していったときに空気電池１５をより高い圧力で押圧することができる。
従って、酸化物３９による化学反応の妨害をより効率的に防止し、発電を効果的に持続させることができる。

以上、本考案の好適な実施形態について説明したが、本考案は上記の実施形態に限定されるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能であることは言うまでもない。

本考案に係る収容体により、平板状部材を積層してなる空気電池を収容するための収容体であって、空気電池を挟持するための十分な力を加えることができ、簡素な構造で空気電池を効果的に押圧することで電気エネルギー効率を高めて空気電池の長寿命化を実現することは勿論のこと、構造が簡素であることから安価に生産することが可能である。
そのため、例えば環境負荷が比較的少ないとされるマグネシウム金属空気電池を収容すれば、環境に優しく高効率な照明器具を、広く人々に安価に提供することができる。

２０ 収容体
２１ 側壁
２２ 側壁
２３ 側壁
２３ａ 外面
２３ｂ 内面
２４ 側壁
２４ａ 外面
２４ｂ 内面
２５ 上面
２６ 下面
２７ 電極端子導入溝
２７ 電極端子導入溝
２９ ガイド機構
３０ ガイド機構
３１ 空気電池挟持部
３２ 曲率半径
３３ 曲率半径
３４ 空気電池
３５ 負極板
３６ セパレータ
３７ 正極側触媒層
３８ 正極集電体
３９ 酸化物
４０ スタンド
４１ 発光体
４２ ＬＥＤ素子
４３ 電極端子
４４ 電極端子
４５ 電解液給液構造体
４６ ベース部材
４７ 保液部材
４８ テープ
４９ 帯状溝部
５０ 突起部
５１ 突起部

Claims (7)

1. 平板状部材を積層してなる空気電池を収容するための収容体であって、該収容体は、
   ４面の側壁からなり、且つ、上面及び下面が開口する筒型形状であり、
   対向する二組の側壁の内、一組の側壁の内面が前記開口から見て内方向に弧状に湾曲して形成され、該一組の側壁の対向する内面で前記空気電池の両側面を押圧することを特徴とする空気電池のための収容体。
2. 前記内面の曲率が前記外面の曲率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の空気電池のための収容体。
3. ＬＥＤ素子を有する発光体が備える電極端子を前記収容体の内部に導入させるための電極端子導入溝が前記上面の開口端部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気電池のための収容体。
4. 前記電極端子導入溝が内方向に湾曲する前記一組の側壁の開口上端部にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項３に記載の空気電池のための収容体。
5. 板形状のベース部材と、電解液を保液可能な保液部材と、前記ベース部材を前記収容体の前記下面に接着するための接着手段とから構成され、前記ベース部材で前記収容体の内部に前記保液部材を封入して前記空気電池に電解液を供給する電解液給液構造体をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気電池のための収容体。
6. 前記接着手段は粘着性を有するテープであり、前記二組の側壁の内少なくとも一組の側壁の外面に前記テープの接着箇所を示す帯状溝部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項５に記載の空気電池のための収容体。
7. 前記収容体が難燃性プラスチック材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の空気電池のための収容体。