JP3187696U - 空気電池 - Google Patents

Abstract

【課題】水分を吸収することで膨張する部材、即ち膨潤性部材を用いて、空気電池に供給される電解液を任意の量に調節する機能を備えた空気電池を提供する。
【解決手段】負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケース１０３とからなる空気電池１００は、電解液を内包する電解液内包袋と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材とを備え、膨潤性部材は、水分を吸収して膨張することにより電解液内包袋を押圧する。
【選択図】図１

Description

本考案は、負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池に関する。

負極材（負極活物質）として金属を用い、正極材（正極活物質）として空気中の酸素を用いる、いわゆる空気電池が知られている。

具体的には、例えば負極材として金属マグネシウムを用いたマグネシウム電池が知られている。このマグネシウム電池は、水や食塩水といった電解液を供給することで金属マグネシウムが電子を放出し始め、電池として機能する。

しかしながら、負極材として金属マグネシウム等を用いた空気電池はその負極容量等に応じた適切な電解液量が存在するため、電解液が過剰に供給された場合、かえって電池としての機能が十分に発揮されない現象が生じていた。

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、水分を吸収することで膨張する部材、即ち膨潤性部材を用いて、空気電池に供給される電解液を任意の量に調節する機能を備えた空気電池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は、負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、電解液を内包する電解液内包袋と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材と、を備え、膨潤性部材は、水分を吸収して膨張することにより電解液内包袋を押圧することを特徴とする。

電解液内包袋と膨潤性部材との間に、電解液内包袋側の空間と膨潤性部材側の空間とを分離する弾性隔壁部材をさらに備えても良い。

また、本考案に係る空気電池は、負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、電解液を外部より取り入れ可能な電解液通路部と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材と、を備え、膨潤性部材は、水分を吸収して膨張することにより電解液通路部を閉塞することを特徴とする。

また、本考案に係る空気電池は、負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、電解液を外部より取り入れ可能な孔からなり、撥水性を有する電解液取込口部と、電解液取込口部に挿通され、電解液を吸収可能な吸湿性部材と、ケース内部において吸湿性部材を支持し、吸湿性部材に浸透した電解液を吸収可能な支持部材と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材と、を備え、膨潤性部材が支持部材とケースの内面との間に配置され、水分を吸収して膨張することにより支持部材を移動させて吸湿性部材をケースの内部に収容することを特徴とする。

また、本考案に係る空気電池は、負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、電解液を外部より取り入れ可能な開口部と、開口部に設けられる、撥水性を有する網目状部材と、網目状部材の網目部に挿通され、電解液を吸収可能な吸湿性部材と、ケース内部において吸湿性部材を支持し、吸湿性部材に浸透した電解液を吸収可能な支持部材と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材と、を備え、膨潤性部材が支持部材とケースの内面との間に配置され、水分を吸収して膨張することにより支持部材を移動させて吸湿性部材をケースの内部に収容することを特徴とする。

また、本考案に係る空気電池は、負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、電解液を内包する電解液内包袋と、電解液内包袋に近接して配置され、電解液内包袋側とは反対側からの押圧を電解液内包袋に伝達する弾性部材と、を備えることを特徴とする。

本考案によれば、水分を吸収することで膨張する部材、即ち膨潤性部材を用いて、空気電池に供給される電解液を任意の量に調節する機能を備えた空気電池を提供できる。

本考案の一実施形態に係る空気電池の外観を示した斜視図である。 本考案の一実施形態に係る空気電池の発電要素の構成を示した図である。 本考案の一実施形態に係る空気電池の内部構成を示した断面図である。 本考案の一実施形態に係る空気電池の内部構成を示した断面図である。 本考案の一実施形態に係る空気電池の内部構成を示した断面図である。 本考案の一実施形態に係る空気電池の内部構成を示した断面図である。 本考案の一実施形態に係る空気電池の内部構成を示した断面図である。 本考案の一実施形態に係る空気電池の内部構成を示した断面図である。 本考案の一実施形態に係る空気電池の内部構成を示した断面図である。

以下、図面を参照しながら本考案に係る空気電池の一実施形態を詳細に説明する。

図１は、本考案に係る空気電池１００の外観の例として、図３に示す空気電池１００を斜め方向より示した斜視図である。図示されるように、空気電池１００は、正極端子１０１と、負極端子１０２と、ケース１０３とを備えており、ケース１０３の内部には発電要素１２０が収容されている。なお、発電要素１２０については、後述する。

正極端子１０１は、リード線等（図示せず）を介して発電要素１２０の正極と電気的に接続された端子である。

負極端子１０２は、リード線等（図示せず）を介して発電要素１２０の負極と電気的に接続された端子である。

ケース１０３は、発電要素１２０を内部に収容するためのものであり、矩形断面の立方体の形状として構成されている。ケース１０３の素材としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂やポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、その他アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂といった種々の素材を用いることができ、特に限定されない。

図２は、本考案に係る空気電池１００の発電要素１２０の構成を示した図である。図示されるように、発電要素１２０は、負極材１２１と、セパレータ１２２と、触媒層１２３と、正極集電体１２４とから構成され、電解液が供給されることで発電を開始する。

負極材１２１は、金属マグネシウムから構成されている。なお、純粋なマグネシウムから構成しても良いが、電池反応の速度等を考慮すると、マグネシウム合金を用いることがより好ましい。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とを含むＡＳＴＭで定めるＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１等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等のマグネシウム合金を用いることができる。負極材１２１の形状は、板状、メッシュ状、多孔板状、スポンジ状等とすることができ、特に限定されない。

セパレータ１２２は、負極材１２１と触媒層１２３との間に配置され、負極材１２１と触媒層１２３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１２２は、負極材１２１と触媒層１２３との短絡を防止するとともに水和性を有し、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１２２の素材としては、上記要件を満たすものであれば広く種々の素材を用いることができ、例えば、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ガラス繊維、ろ紙等を挙げることができる。

触媒層１２３は、正極活物質としての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。触媒層１２３の素材としては、例えば、空気中から多くの酸素を取り込むことが可能な不織布を挙げることができる。また、触媒層１２３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、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１２４は導電材料から構成されていれば良く、例えば、銅といった導電性が高い金属を挙げることができる。正極集電体１２４の形状は、板状、メッシュ状、多孔板状、スポンジ状等とすることができ、特に限定されない。

なお、発電要素１２０については、用途に応じて適切な電圧や放電容量を確保するため、必要に応じて上述の組み合わせからなる発電要素１２０を複数個積層すること、また、複数個並列に接続することができる。

上述した発電要素１２０を内部に収容した空気電池１００における、発電要素１２０に供給される電解液の量を適切に調節する機能を備えた各形態について、以下、図面を参照しながら説明する。

なお、以下、図３乃至図９の各図において、（Ａ）は膨潤性部材（潤伸乾縮部材）が膨張する前（発電要素１２０が発電を開始する前）、（Ｂ）は膨潤性部材（潤伸乾縮部材）が膨張した後（発電要素１２０が発電を開始した後）をそれぞれ示している。

［膨潤加圧式内包型］
図３は、一実施形態に係る空気電池１００の内部構成を示した断面図である。図示されるように、空気電池１００は、延湿体１４０と、電解液を内包した袋状の電解液内包袋１４１と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材１４２と、刺針１４４とを備えている。

延湿体１４０は、発電要素１２０に接触するように設けられており、ケース１０３の内部空間に浸入した電解液を吸収して発電要素１２０に供給する機能を備えている。延湿体１４０の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

電解液内包袋１４１は、発電要素１２０が発電を開始するために必要な電解液を内部に備えた袋状の部材であり、少なくとも一つ設けられている。電解液内包袋１４１は、刺針１４４に接触することで破れる素材、例えば、ポリエチレンフィルム等によって構成されている。電解液内包袋１４１の内部に備えられる電解液の量は特に限定されず、電解液内包袋１４１の内部を完全に満たすように充填されていても良く、電解液以外に空気や窒素等が併せて充填されていても良い。電解液内包袋１４１は、ケース１０３との接触部が接着されている（接着部１４３）。これにより、電解液内包袋１４１は空気電池１００から脱落することがなく、また、ケース１０３の外部空間と内部空間とが分離された構成となっている。

膨潤性部材１４２は、水分を吸収することで膨張する性質を有する素材を用いて構成されている。水分を吸収することで膨張する性質を有する素材については特に限定されず、高分子ポリマー等種々の素材を用いることができる。膨潤性部材１４２は、ケース１０３の外部空間側から電解液内包袋１４１に近接して設けられており、ケース１０３の外部空間から水分が接触することで膨張し、ケース１０３の内部空間側に電解液内包袋１４１を押圧するよう構成されている。膨潤性部材１４２の大きさについては特に限定されず、電解液内包袋１４１との間の距離、電解液内包袋１４１を押圧するまでの時間や電解液内包袋１４１を押圧する圧力の所望値等に応じて任意に決定して良い。

刺針１４４は、ケース１０３の内部空間側から電解液内包袋１４１に穴を開けるための部材であり、電解液内包袋１４１に近接して設けられている。刺針１４４の形状としては、鋭利な針状の先端部を備えた形状はもちろん、ナイフ状の先端部を備えた形状として構成されていても良い。刺針１４４の素材は特に限定されず、鉄やステンレス鋼といった種々の素材を用いることができる。

本実施形態に係る空気電池１００は、例えば水中に投げ込まれた場合、まず膨潤性部材１４２が水分を吸収することで膨張を開始する。続いて、膨張した膨潤性１４２が図３（Ｂ）に示すように電解液内包袋１４１をケース１０３の外部空間側から押圧する。続いて、膨潤性部材１４２によってケース１０３の内部空間側に押圧された電解液内包袋１４１が変形し、刺針１４４に接触する。続いて、刺針１４４に接触した部位において電解液内包袋１４１が破れ、電解液がケース１０３の内部空間に放出される。続いて、ケース１０３の内部空間に放出された電解液が延湿体１４０に接触して延湿体１４０に吸収され、発電要素１２０に供給される。最後に、発電要素１２０に電解液が供給されることで発電要素１２０が発電を開始する。

なお、延湿体１４０は発電要素１２０に満遍なく電解液を供給することを主な目的として設けられているものであるため、必ずしも全ての電解液が延湿体１４０を介して発電要素１２０に供給されることは要求されない。即ち、電解液内包袋１４１から放出された電解液が延湿体１４０を介さずに発電要素１２０に接触し、これによって発電要素１２０が発電を開始することを制限するものではない。

［隔壁付膨潤加圧式内包型］
図４は、他の実施形態に係る空気電池１００の内部構成を示した断面図である。図示されるように、空気電池１００は、延湿体１４０と、電解液を内包した袋状の電解液内包袋１４１と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材１４２と、刺針１４４と、膨潤性部材１４２と電解液内包袋１４１との間に配置される弾性隔壁部材１６０とを備えている。

延湿体１４０は、発電要素１２０に接触するように設けられており、ケース１０３の内部空間に浸入した電解液を吸収して発電要素１２０に供給する機能を備えている。延湿体１４０の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

電解液内包袋１４１は、発電要素１２０が発電を開始するために必要な電解液を内部に備えた袋状の部材であり、少なくとも一つ設けられている。電解液内包袋１４１は、刺針１４４に接触することで破れる素材、例えば、ポリエチレンフィルム等によって構成されている。電解液内包袋１４１の内部に備えられる電解液の量は特に限定されず、電解液内包袋１４１の内部を完全に満たすように充填されていても良く、電解液以外に空気や窒素等が併せて充填されていても良い。電解液内包袋１４１は、ケース１０３との接触部が接着されている（接着部１４３）。これにより、電解液内包袋１４１は空気電池１００から脱落することがなく、また、ケース１０３の外部空間と内部空間とが分離された構成となっている。

膨潤性部材１４２は、水分を吸収することで膨張する性質を有する素材を用いて構成されている。水分を吸収することで膨張する性質を有する素材については特に限定されず、高分子ポリマー等種々の素材を用いることができる。膨潤性部材１４２は、ケース１０３の外部空間側から電解液内包袋１４１に近接して設けられており、ケース１０３の外部空間から水分が接触することで膨張し、ケース１０３の内部空間側に電解液内包袋１４１を押圧するよう構成されている。膨潤性部材１４２の大きさについては特に限定されず、電解液内包袋１４１との間の距離、電解液内包袋１４１を押圧するまでの時間や電解液内包袋１４１を押圧する圧力の所望値等に応じて任意に決定して良い。

刺針１４４は、ケース１０３の内部空間側から電解液内包袋１４１に穴を開けるための部材であり、電解液内包袋１４１に近接して設けられている。刺針１４４の形状としては、鋭利な針状の先端部を備えた形状はもちろん、ナイフ状の先端部を備えた形状として構成されていても良い。刺針１４４の素材は特に限定されず、鉄やステンレス鋼といった種々の素材を用いることができる。

弾性隔壁部材１６０は、膨潤性部材１４２と電解液内包袋１４１との間を境界として、膨潤性部材１４２側の空間と電解液内包袋１４１側の空間とを分離するための板状の弾性部材である。弾性隔壁部材１６０の素材としては、例えば、天然ゴムや合成ゴムといった種々の素材を用いることができ、特に限定されない。

本実施形態に係る空気電池１００は、例えば水中に投げ込まれた場合、まず膨潤性部材１４２が水分を吸収することで膨張を開始する。続いて、膨張した膨潤性部材１４２が図４（Ｂ）に示すように弾性隔壁部材１６０をケース１０３の外部空間側から押圧する。続いて、膨潤性部材１４２によってケース１０３の内部空間側に押圧された弾性隔壁部材１６０が変形し、電解液内包袋１４１を押圧する。続いて、弾性隔壁部材１６０によってケース１０３の内部空間側に押圧された電解液内包袋１４１が変形し、刺針１４４に接触する。続いて、刺針１４４に接触した部位において電解液内包袋１４１が破れ、電解液がケース１０３の内部空間に放出される。続いて、ケース１０３の内部空間に放出された電解液が延湿体１４０に接触して延湿体１４０に吸収され、発電要素１２０に供給される。最後に、発電要素１２０に電解液が供給されることで発電要素１２０が発電を開始する。

ここで、本実施形態に係る空気電池１００は弾性隔壁部材１６０を備えていることから、例えば、ケース１０３の外部空間側に高い水圧が存在する場合であっても、弾性隔壁部材１６０を備えていない形態と比較してケース１０３の内部空間に与える影響を抑制することができる。

なお、延湿体１４０は発電要素１２０に満遍なく電解液を供給することを主な目的として設けられているものであるため、必ずしも全ての電解液が延湿体１４０を介して発電要素１２０に供給されることは要求されない。即ち、電解液内包袋１４１から放出された電解液が延湿体１４０を介さずに発電要素１２０に接触し、これによって発電要素１２０が発電を開始することを制限するものではない。

［膨潤止水栓付取込型］
図５は、他の実施形態に係る空気電池１００の内部構成を示した断面図である。図示されるように、空気電池１００は、延湿体１４０と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材１８０と、電解液通路部１８１とを備えている。

延湿体１４０は、発電要素１２０に接触するように設けられており、後述する電解液通路部１８１を通ってケース１０３の内部空間に浸入した電解液を吸収して発電要素１２０に供給する機能を備えている。延湿体１４０の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

膨潤性部材１４２は、水分を吸収することで膨張する性質を有する素材を用いて構成されている。水分を吸収することで膨張する性質を有する素材については特に限定されず、高分子ポリマー等種々の素材を用いることができる。膨潤性部材１８０は電解液通路部１８１に近接して設けられており、電解液通路部１８１を通過する水分が接触することで膨張し、電解液通路部１８１を閉塞するよう構成されている。膨潤性部材１８０の大きさについては特に限定されず、電解液通路部１８１の大きさや電解液通路部１８１の通過を許容する電解液の所望量等に応じて任意に決定して良い。

電解液通路部１８１は、ケース１０３の外部空間から内部空間へ電解液を導くためのものであり、少なくとも一つ設けられている。

本実施形態に係る空気電池１００は、例えば水中に投げ込まれた場合、まず電解液がケース１０３に設けられた電解液通路部１８１を通ってケース１０３の内部空間に浸入する。また、同時に、膨潤性部材１８０が電解液通路部１８１を通る電解液の一部を吸収し、膨張を開始する。続いて、ケース１０３の内部空間に浸入した電解液が延湿体１４０に接触して延湿体１４０に吸収され、発電要素１２０に供給される。最後に、発電要素１２０に電解液が供給されることで発電要素１２０が発電を開始する。

ここで、本実施形態に係る空気電池１００は膨潤性部材１８０を備えていることから、電解液通路部１８１を通る電解液の一部を吸収して膨張した膨潤性部材１８０は、図５（Ｂ）に示すように次第に電解液通路部１８１を閉塞する。従って、ケース１０３の外部空間から内部空間へ浸入する電解液の量は自動的に一定の量に制限されるため、電解液が発電要素１２０に過剰に供給されることがない。

また、本実施形態に係る膨潤性部材１８０及び電解液通路部１８１は、ケース１０３の外側から見た場合に膨潤性部材１８０が直接確認できる形態、即ち、ケース１０３の外部空間から電解液通路部１８１に導かれた電解液が膨潤性部材１８０に直接的に接触し易い形態として構成されている。従って、後述する膨潤逆止水栓付取込型と比較して、ケース１０３の外部空間から内部空間へ浸入する電解液の量を少なく抑える効果を奏する。

なお、延湿体１４０は発電要素１２０に満遍なく電解液を供給することを主な目的として設けられているものであるため、必ずしも全ての電解液が延湿体１４０を介して発電要素１２０に供給されることは要求されない。即ち、ケース１０３の内部空間に浸入した電解液が延湿体１４０を介さずに発電要素１２０に接触し、これによって発電要素１２０が発電を開始することを制限するものではない。

［膨潤逆止水栓付取込型］
図６は、他の実施形態に係る空気電池１００の内部構成を示した断面図である。図示されるように、空気電池１００は、延湿体１４０と、水分を吸収することで膨張する膨潤性部材２００と、電解液通路部２０１とを備えている。

延湿体１４０は、発電要素１２０に接触するように設けられており、後述する電解液通路部２０１を通ってケース１０３の内部空間に浸入した電解液を吸収して発電要素１２０に供給する機能を備えている。延湿体１４０の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

膨潤性部材１４２は、水分を吸収することで膨張する性質を有する素材を用いて構成されている。水分を吸収することで膨張する性質を有する素材については特に限定されず、高分子ポリマー等種々の素材を用いることができる。膨潤性部材２００は電解液通路部２０１に近接して設けられており、電解液通路部２０１を通過する水分が接触することで膨張し、電解液通路部２０１を閉塞するよう構成されている。膨潤性部材２００の大きさについては特に限定されず、電解液通路部２０１の大きさや電解液通路部２０１の通過を許容する電解液の所望量等に応じて任意に決定して良い。

電解液通路部２０１は、ケース１０３の外部空間から内部空間へ電解液を導くためのものであり、少なくとも一つ設けられている。

本実施形態に係る空気電池１００は、例えば水中に投げ込まれた場合、まず電解液がケース１０３に設けられた電解液通路部２０１を通ってケース１０３の内部空間に浸入する。また、同時に、膨潤性部材２００が電解液通路部２０１を通る電解液の一部を吸収し、膨張を開始する。続いて、ケース１０３の内部空間に浸入した電解液が延湿体１４０に接触して延湿体１４０に吸収され、発電要素１２０に供給される。最後に、発電要素１２０に電解液が供給されることで発電要素１２０が発電を開始する。

ここで、本実施形態に係る空気電池１００は膨潤性部材２００を備えていることから、電解液通路部２０１を通る電解液の一部を吸収して膨張した膨潤性部材２００は、図６（Ｂ）に示すように次第に電解液通路部２０１を閉塞する。従って、ケース１０３の外部空間から内部空間へ浸入する電解液の量は自動的に一定の量に制限されるため、電解液が発電要素１２０に過剰に供給されることがない。

また、本実施形態に係る膨潤性部材２００及び電解液通路部２０１は、ケース１０３の外側から見た場合に膨潤性部材２００が直接確認できない形態、即ち、ケース１０３の外部空間から電解液通路部２０１に導かれた電解液が膨潤性部材２００に直接的に接触し難い形態として構成されている。従って、前述した膨潤止水栓付取込型と比較して、ケース１０３の外部空間から内部空間へ浸入する電解液の量が多くなる効果を奏する。

なお、延湿体１４０は発電要素１２０に満遍なく電解液を供給することを主な目的として設けられているものであるため、必ずしも全ての電解液が延湿体１４０を介して発電要素１２０に供給されることは要求されない。即ち、ケース１０３の内部空間に浸入した電解液が延湿体１４０を介さずに発電要素１２０に接触し、これによって発電要素１２０が発電を開始することを制限するものではない。

［撥水単孔式取込型］
図７は、他の実施形態に係る空気電池１００の内部構成を示した断面図である。図示されるように、空気電池１００は、延湿体１４０と、撥水孔２２０と、針状吸湿体２２１と、誘湿体２２２と、潤伸乾縮部材２２３とを備えている。

延湿体１４０は、発電要素１２０に接触するように設けられており、後述する誘湿体２２２に浸透した電解液を吸収して発電要素１２０に供給する機能を備えている。延湿体１４０の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

電解液取込部としての撥水孔２２０は、微細な孔であり、少なくとも一つ設けられている。撥水孔２２０には撥水処理が施されているため、水蒸気等の通過は許容しつつも、電解液等の水滴が容易に通過できない構成となっている。

吸湿性部材としての針状吸湿体２２１は、電解液をケース１０３の外部空間から内部空間へ導くための針状の部材であり、撥水孔２２０に挿通されている。針状吸湿体２２１の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

誘湿体２２２は、ケース１０３の内部空間において針状吸湿体２２１と接触するように設けられており、針状吸湿体２２１を支持すると共に、針状吸湿体２２１に浸透した電解液を吸収して延湿体１４０に導く機能を備えている。誘湿体２２２の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

膨潤性部材の一種である潤伸乾縮部材２２３は、水分を吸収することで膨張する性質を有する素材を用いて構成されている。水分を吸収することで膨張する性質を有する素材については特に限定されず、高分子ポリマー等種々の素材を用いることができる。潤伸乾縮部材２２３はケース１０３と誘湿体２２２との間に設けられており、例えば誘湿体２２２に浸透した電解液の一部を吸収した場合やケース１０３の内部空間に存在する水分を吸収した場合には伸び、例えば誘湿体２２２が乾燥したりケース１０３の内部空間が乾燥したりすることで潤伸乾縮部材２２３が乾いた場合には縮む機能を備えている。潤伸乾縮部材２２３が伸びた場合には誘湿体２２２がケース１０３の内側へ移動し、誘湿体２２２に支持された針状吸湿体２２１がケース１０３の内部に移動して収容される。また、反対に潤伸乾縮部材２２３が縮んだ場合には誘湿体２２２がケース１０３の外側へ移動し、誘湿体２２２に支持された針状吸湿体２２１が撥水孔２２０に挿通される。潤伸乾縮部材２２３の形状は、円柱状や四角柱状等とすることができ、特に限定されない。

本実施形態に係る空気電池１００は、例えば水中に投げ込まれた場合、まず針状吸湿体２２１がケース１０３の外部空間に存在する電解液を吸収する。続いて、誘湿体２２２が針状吸湿体２２１に浸透した電解液を吸収する。続いて、誘湿体２２２に浸透した電解液が延湿体１４０に吸収され、発電要素１２０に供給される。最後に、発電要素１２０に電解液が供給されることで発電要素１２０が発電を開始する。

ここで、本実施形態に係る空気電池１００は潤伸乾縮部材２２３を備えていることから、図７（Ｂ）に示すように潤伸乾縮部材２２３が誘湿体２２２に浸透した電解液の一部を吸収して伸びることにより、次第に針状吸湿体２２１がケース１０３の内部に移動して収容される。従って、針状吸湿体２２１が吸収する電解液の量は自動的に一定の量に制限されるため、電解液が発電要素１２０に過剰に供給されることがない。

また、誘湿体２２２が乾燥したりケース１０３の内部空間が乾燥したりすることで潤伸乾縮部材２２３が乾いた場合には潤伸乾縮部材２２３が縮むことにより、次第に針状吸湿体２２１が撥水孔２２０に挿通される。従って、再び針状吸湿体２２１が電解液を吸収することが可能となるため、適切な量の電解液を継続的に取り込むことが可能となる。

［撥水網目式取込型］
図８は、他の実施形態に係る空気電池１００の内部構成を示した断面図である。図示されるように、空気電池１００は、延湿体１４０と、開口部２４０と、筒状吸湿体２４１と、網目状部材２４２と、枠部材２４３と、誘湿体２４４と、潤伸乾縮部材２４５とを備えている。

延湿体１４０は、発電要素１２０に接触するように設けられており、後述する誘湿体２４４に浸透した電解液を吸収して発電要素１２０に供給する機能を備えている。延湿体１４０の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

電解液取込部としての開口部２４０は、少なくとも一つ設けられている。

吸湿性部材としての筒状吸湿体２４１は、毛細管現象によって電解液をケース１０３の外部空間から内部空間へ導くための筒状の部材であり、網目状部材２４２の網目部に挿通されている。筒状吸湿体２４１の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

網目状部材２４２は、開口部２４０に設けられているものである。網目状部材２４２には撥水処理が施されているため、水蒸気等の通過は許容しつつも、電解液等の水滴が容易に通過できない構成となっている。網目状部材２４２の素材は特に限定されず、鉄やステンレス鋼といった種々の素材を用いることができる。

枠部材２４３は、網目状部材２４２を開口部２４０に固定するためのものである。枠部材２４３の素材は特に限定されず、鉄やステンレス鋼といった種々の素材を用いることができる。なお、ケース１０３と一体に成型されていても良い。

誘湿体２４４は、ケース１０３の内部空間において筒状吸湿体２４１と接触するように設けられており、筒状吸湿体２４１を支持すると共に、筒状吸湿体２４１に浸透した電解液を吸収して延湿体１４０に導く機能を備えている。誘湿体２４４の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

膨潤性部材の一種である潤伸乾縮部材２４５は、水分を吸収することで膨張する性質を有する素材を用いて構成されている。水分を吸収することで膨張する性質を有する素材については特に限定されず、高分子ポリマー等種々の素材を用いることができる。潤伸乾縮部材２４５はケース１０３と誘湿体２４４との間に設けられており、例えば誘湿体２４４に浸透した電解液の一部を吸収した場合やケース１０３の内部空間に存在する水分を吸収した場合には伸び、例えば誘湿体２４４が乾燥したりケース１０３の内部空間が乾燥したりすることで潤伸乾縮部材２４５が乾いた場合には縮む機能を備えている。潤伸乾縮部材２４５が伸びた場合には誘湿体２４４がケース１０３の内側へ移動し、誘湿体２４４に支持された筒状吸湿体２４１がケース１０３の内部に移動して収容される。また、反対に潤伸乾縮部材２４５が縮んだ場合には誘湿体２４４がケース１０３の外側へ移動し、誘湿体２４４に支持された筒状吸湿体２４１が網目状部材２４２の網目部に挿通される。潤伸乾縮部材２４５の形状は、円柱状や四角柱状等とすることができ、特に限定されない。

本実施形態に係る空気電池１００は、例えば水中に投げ込まれた場合、まず筒状吸湿体２４１がケース１０３の外部空間に存在する電解液を毛細管現象によって吸収する。続いて、誘湿体２４４が筒状吸湿体２４１に浸透した電解液を吸収する。続いて、誘湿体２４４に浸透した電解液が延湿体１４０に吸収され、発電要素１２０に供給される。最後に、発電要素１２０に電解液が供給されることで発電要素１２０が発電を開始する。

ここで、本実施形態に係る空気電池１００は潤伸乾縮部材２４５を備えていることから、図８（Ｂ）に示すように潤伸乾縮部材２４５が誘湿体２４４に浸透した電解液の一部を吸収して伸びることにより、次第に筒状吸湿体２４１がケース１０３の内部に移動して収容される。従って、筒状吸湿体２４１が吸収する電解液の量は自動的に一定の量に制限されるため、電解液が発電要素１２０に過剰に供給されることがない。

また、誘湿体２４４が乾燥したりケース１０３の内部空間が乾燥したりすることで潤伸乾縮部材２４５が乾いた場合には潤伸乾縮部材２４５が縮むことにより、次第に筒状吸湿体２４１が撥水孔２２０に挿通される。従って、再び筒状吸湿体２４１が電解液を吸収することが可能となるため、適切な量の電解液を継続的に取り込むことが可能となる。

［指圧式内包型］
図９は、他の実施形態に係る空気電池１００の内部構成を示した断面図である。図示されるように、空気電池１００は、延湿体１４０と、電解液を内包した袋状の電解液内包袋１４１と、刺針１４４と、弾性ボタン部材２６０とを備えている。

延湿体１４０は、発電要素１２０に接触するように設けられており、ケース１０３の内部空間に浸入した電解液を吸収して発電要素１２０に供給する機能を備えている。延湿体１４０の素材としては、フェルトや紙、布やファイバー繊維等種々の素材を用いることができる。

電解液内包袋１４１は、発電要素１２０が発電を開始するために必要な電解液を内部に備えた袋状の部材であり、少なくとも一つ設けられている。電解液内包袋１４１は、刺針１４４に接触することで破れる素材、例えば、ポリエチレンフィルム等によって構成されている。電解液内包袋１４１の内部に備えられる電解液の量は特に限定されず、電解液内包袋１４１の内部を完全に満たすように充填されていても良く、電解液以外に空気や窒素等が併せて充填されていても良い。電解液内包袋１４１は、ケース１０３との接触部が接着されている（接着部１４３）。これにより、電解液内包袋１４１は空気電池１００から脱落することがなく、また、ケース１０３の外部空間と内部空間とを分離した構成となっている。

弾性ボタン部材２６０は、ケース１０３の外部空間側から電解液内包袋１４１に近接して設けられている弾性部材である。弾性ボタン部材２６０は、ケース１０３の外部空間側からの圧力によって変形し、ケース１０３の内部空間側に電解液内包袋１４１を押圧するよう構成されている。弾性ボタン部材２６０の大きさについては特に限定されず、電解液内包袋１４１との間の距離や電解液内包袋１４１を押圧する圧力の所望値等に応じて任意に決定して良い。弾性ボタン部材２６０の素材としては、例えば、天然ゴムや合成ゴムといった種々の素材を用いることができ、特に限定されない。

刺針１４４は、ケース１０３の内部空間側から電解液内包袋１４１に穴を開けるための部材であり、電解液内包袋１４１に近接して設けられている。刺針１４４の形状としては、鋭利な針状の先端部を備えた形状はもちろん、ナイフ状の先端部を備えた形状として構成されていても良い。刺針１４４の素材は特に限定されず、鉄やステンレス鋼といった種々の素材を用いることができる。

本実施形態に係る空気電池１００は、例えば指圧により空気電池１００を作動させる場合、まず図９（Ｂ）に矢印Ｐで示すように弾性ボタン部材２６０をケース１０３の外部空間側から押圧する。続いて、ケース１０３の内部空間側に押圧された弾性ボタン部材２６０が変形し、電解液内包袋１４１を押圧する。続いて、弾性ボタン部材２６０によってケース１０３の内部空間側に押圧された電解液内包袋１４１が変形し、刺針１４４に接触する。続いて、刺針１４４に接触した部位において電解液内包袋１４１が破れ、電解液がケース１０３の内部空間に放出される。続いて、ケース１０３の内部空間に放出された電解液が延湿体１４０に接触して延湿体１４０に吸収され、発電要素１２０に供給される。最後に、発電要素１２０に電解液が供給されることで発電要素１２０が発電を開始する。

ここで、本実施形態に係る空気電池１００が備える弾性ボタン部材２６０は指で押すことにより変形させる形態に限られず、水圧によって変形させる形態としても良い。この場合、弾性ボタン部材２６０の変形特性や弾性ボタン部材２６０と電解液内包袋１４１との距離を予め調節しておくことにより、例えば水中に投げ込まれて所定の水深まで沈んだ場合に電解液内包袋１４１が刺針１４４に接触するよう設定することができる。

なお、延湿体１４０は発電要素１２０に満遍なく電解液を供給することを主な目的として設けられているものであるため、必ずしも全ての電解液が延湿体１４０を介して発電要素１２０に供給されることは要求されない。即ち、電解液内包袋１４１から放出された電解液が延湿体１４０を介さずに発電要素１２０に接触し、これによって発電要素１２０が発電を開始することを制限するものではない。

以上、本考案の好適な実施形態について説明したが、本考案は上記の各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。

例えば、膨潤性部材１８０や膨潤性部材２００が、乾燥した場合に再び縮む性質を備えている場合、潤伸乾縮部材２２３や潤伸乾縮部材２４５の機能を兼ねることができる。即ち、膨潤性部材１８０や膨潤性部材２００が乾燥した場合に再び電解液を取り込むことが可能な構成とすることができる。

また、ケース１０３は矩形断面の立方体の形状に限定されるものではなく、例えば、円形断面の球体の形状であっても良く、また、寸法についても用途等に応じて適宜選択することができる。

さらに、電解液についても限定されるものではなく、発電要素１２０に発電を開始させる上で適切な電解液を適宜用いることができる。

さらに、発電要素１２０については、負極材１２１を任意に分離可能とする機構（負極材分離機構）を備えてもよい。負極材分離機構を備えた場合、負極材１２１を分離することで発電を止めることができ、また、反対に負極材１２１を元に戻すことで発電を再開することができるため、発電要素１２０の発電を任意に制御することができる。負極材分離機構の具体的な構成としては、例えば、セパレータ１２２が負極材１２１側と触媒層１２３側に分割される構成や、空気電池１００から負極材１２１のみを抜き出すことができる構成が挙げられる。

本考案に係る空気電池１００は、例えば、ライフジャケットに設けられる発光ダイオード（ＬＥＤ）といった発光体の電源や釣具の発光式ウキの電源として用いることができることはもちろん、携帯電話やスマートフォンの充電器として用いることもできる。

１００ 空気電池
１０１ 正極端子
１０２ 負極端子
１０３ ケース
１２０ 発電要素
１２１ 負極材
１２２ セパレータ
１２３ 触媒層
１２４ 正極集電体
１４０ 延湿体
１４１ 電解液内包袋
１４２ 膨潤性部材
１４３ 接着部
１４４ 刺針
１６０ 弾性隔壁部材
１８０ 膨潤性部材
１８１ 電解液通路部
２００ 膨潤性部材
２０１ 電解液通路部
２２０ 撥水孔
２２１ 針状吸湿体
２２２ 誘湿体
２２３ 潤伸乾縮部材
２４０ 開口部
２４１ 筒状吸湿体
２４２ 網目状部材
２４３ 枠部材
２４４ 誘湿体
２４５ 潤伸乾縮部材
２６０ 弾性ボタン部材

Claims (6)

1. 負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、
   電解液を内包する電解液内包袋と、
   水分を吸収することで膨張する膨潤性部材と、を備え、
   前記膨潤性部材は、水分を吸収して膨張することにより前記電解液内包袋を押圧することを特徴とする空気電池。
2. 前記電解液内包袋と前記膨潤性部材との間に、前記電解液内包袋側の空間と前記膨潤性部材側の空間とを分離する弾性隔壁部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空気電池。
3. 負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、
   電解液を外部より取り入れ可能な電解液通路部と、
   水分を吸収することで膨張する膨潤性部材と、を備え、
   前記膨潤性部材は、水分を吸収して膨張することにより前記電解液通路部を閉塞することを特徴とする空気電池。
4. 負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、
   電解液を外部より取り入れ可能な孔からなり、撥水性を有する電解液取込口部と、
   前記電解液取込口部に挿通され、前記電解液を吸収可能な吸湿性部材と、
   前記ケース内部において前記吸湿性部材を支持し、前記吸湿性部材に浸透した前記電解液を吸収可能な支持部材と、
   水分を吸収することで膨張する膨潤性部材と、を備え、
   前記膨潤性部材が前記支持部材と前記ケースの内面との間に配置され、水分を吸収して膨張することにより前記支持部材を移動させて前記吸湿性部材を前記ケースの内部に収容することを特徴とする空気電池。
5. 負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、
   電解液を外部より取り入れ可能な開口部と、
   前記開口部に設けられる、撥水性を有する網目状部材と、
   前記網目状部材の網目部に挿通され、前記電解液を吸収可能な吸湿性部材と、
   前記ケース内部において前記吸湿性部材を支持し、前記吸湿性部材に浸透した前記電解液を吸収可能な支持部材と、
   水分を吸収することで膨張する膨潤性部材と、を備え、
   前記膨潤性部材が前記支持部材と前記ケースの内面との間に配置され、水分を吸収して膨張することにより前記支持部材を移動させて前記吸湿性部材を前記ケースの内部に収容することを特徴とする空気電池。
6. 負極材と、セパレータと、触媒層と、正極集電体と、前記各要素を内部に収容するケースとからなる空気電池であって、該空気電池は、
   電解液を内包する電解液内包袋と、
   前記電解液内包袋に近接して配置され、前記電解液内包袋側とは反対側からの押圧を前記電解液内包袋に伝達する弾性部材と、
   を備えることを特徴とする空気電池。