JP3226310U - 金属空気電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースを大型化することなく高い起電力を出力でき、スラブの廃棄が容易な金属空気電池を提供する。【解決手段】Ｍｇ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｚｎのいずれかからなる薄板状のアノード体を垂下した負極パネル６０と格子状の窓枠を覆う薄板状のカソード体４２を垂下した複数の正極パネルとを有した複数の電池セル４１からなり、隣接した電池セルのアノード体とカソード体とが交互に向かい合うように配置された電池セルユニット４０と、電池セルユニットを収容すると共に電解液が充填されるケース本体２０と、発電反応で生じた反応ガスの排気口及び電解液の注入口が形成され、ケース本体を開閉可能に覆う蓋体３０と、発電反応で生じたスラブを廃棄するため、ケース本体の下部に挿脱可能に設けられたスラブオフ棒７０と、を備える。【選択図】図２

Description

本考案は、空気（酸素）を正極活物質として使用する金属空気電池に関する。

空気中の酸素や水を自然燃料として利用して発電する金属空気電池は、特許文献１及び２に開示されるように従来より公知である。
特許文献１及び２に記載される金属空気電池は、アノード体を有する負極パネルとカソード体を有する正極パネルとを使用し、アノード体とカソード体を向かい合うようにケース内に配置し、ケース内に電解液を充填して発電反応を生じさせることにより発電を行う構造となっている。

特許第６１７６３６９号公報 実開昭５８−６８６７６号公報

従来の金属空気電池は、高い起電力を出力するためにケースが大型化しており、持ち運びしにくいものとなっている。また、発電の際に発生したスラブをケースから廃棄するための作業が面倒であり、連続した使用に限界がある。

本考案は、ケースを大型化することなく高い起電力を出力でき、スラブの廃棄が容易な金属空気電池を提供することを目的とする。

本考案の金属空気電池は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｚｎのいずれかからなる薄板状のアノード体が垂下した負極パネルと格子状の窓枠を覆う薄板状のカソード体が垂下した正極パネルとを有した複数の電池セルからなり、隣接した電池セルのアノード体とカソード体とが向かい合うように配置された電池セルユニットと、前記電池セルユニットを収容すると共に電解液が充填されるケース本体と、発電反応で生じた反応ガスの排気口及び前記電解液の注入口が形成され、前記ケース本体を開閉可能に覆う蓋体と、発電反応で生じたスラブを廃棄するため、前記ケース本体の下部に挿脱可能に設けられたスラブオフ棒と、を備えていることを特徴とする。

また、本考案は、前記スラブオフ棒は、前記スラブを受け入れる樋状のスラブ受容部を有し、前記スラブ受容部には前記電池セルの間に位置する分離壁が長さ方向に沿って形成されていることを特徴とする。

本考案によれば、ケースを大型化する必要なく高い起電力を出力でき、しかもスラブの廃棄が容易となる効果を有している。

本考案の金属空気電池の全体斜視図である。 本考案の金属空気電池の分解斜視図である。 本考案の金属空気電池の中蓋と電池セルユニットを分離した斜視図である。 本考案の金属空気電池の電池セルユニットから負極パネルを引き出す状態の斜視図である。 本考案の金属空気電池の負極パネルの分解斜視図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ中蓋の底面図、側面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ負極パネルの上方からの斜視図、取手部材を引き出した状態の斜視図である。

本考案の金属空気電池は、アノード体６２を垂下して設けた複数の負極パネル６０と、カソード体４２を垂下して設けた複数の正極パネルとを用い、アノード体６２とカソード体４２とを交互に向かい合うようにケース本体２０内に収容し、ケース本体２０内に電解液を充填して発電するものである。アノード体６２としては、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｚｎの内のいずれかの金属材料が用いられる。アノード体６２としてＭｇを用いた場合の電池の起電反応は、下記の反応によって行われる。

正極： １／２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ →２ＯＨ⁻
負極： Ｍｇ＋２ＯＨ⁻ →Ｍｇ（ＯＨ）_２＋２ｅ⁻
Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ →Ｍｇ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２
電池全体：１／２Ｏ_２＋２Ｍｇ＋３Ｈ_２ →２Ｍｇ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２

図１及び図２に示すように、金属空気電池１は、電池セルユニット４０を収容するケース本体２０と、ケース本体２０の上部を開閉可能に覆う蓋体３０とからなる収容ケース１０を有している。ケース本体２０及び蓋体３０は硬質プラスチック等の非導電性材料によって形成されている。

ケース本体２０の内部空間Ｓには、複数の電池セル４１を有する電池セルユニット４０と、電池セルユニット４０の上部を覆う中蓋５０とが収容されると共に、内部空間Ｓには、電解液が充填される。電池セル４１には、薄板状のアノード体６２を有する負極パネル６０が配置される。また、電池セル４１はカソード体（空気極）４２を有しており、カソード体４２に空気が供給されると内部空間Ｓに充填された電解液が酸化触媒として作用し、カソード体４２とアノード体６２との間に上述したイオン化反応が生じて所定の起電力が発生する。電解液としては、食塩水を使用することができる。

蓋体３０は背面側のヒンジ部を介してケース本体２０に開閉可能に取り付けられ、前面側の係合孔２１に係止された係止部３１を押して係止を解除することにより開蓋することができる。蓋体３０の上面には、カソード体４２とアノード体６２との電気化学反応によってケース本体２０内に発生した反応ガスを外部に排出するための一対の排気口が形成されている。排気口は排気カバー３２によって覆われている。排気カバー３２は下面に複数の突起を有し、この複数の突起を排気口の周辺に配置された複数の開口に挿入することにより蓋体３０に着脱可能及び起立可能となっている。

蓋体３０の内部には、金属空気電池１の制御回路が設けられており、図１に示すように、蓋体３０の前面には、ＵＳＢポート３３が複数並んで設けられている。ＵＳＢポート３３の下方には、残電池容量を示す複数のＬＥＤランプ３４が配置されており、ＬＥＤランプ３４の点灯数によって残電池容量を確認することができる。これにより電池セル４０の交換時期を知ることができる。

蓋体３０の上面には、ケース本体２０の内部空間Ｓに電解液を注入するための注入口と、注入口を封止するための注入口キャップ３５とが取り付けられている。注入口は蓋体３０の上面の隅部に位置しており、これにより注入口から電解液が垂れてＵＳＢポート３３が濡れて腐食化することを防止できる。ＵＳＢポート３３及びＬＥＤランプ３４は周壁３６に囲まれた領域に配置されており、垂れた電解液がＵＳＢポート３３に入り込むことを防止できる。

ケース本体２０の前面には、電源スイッチ２２が配置されている。電源スイッチ２２の下方には、ケース本体２０に対して挿脱可能となっているスラブオフ棒７０が配置されている。スラブオフ棒７０はケース本体２０の底部に設けられた開口２４と開口２４に連通された電池セルユニット４０の開口４９とを貫通している（図２参照）。スラブオフ棒７０は水栓キャップ７１と、水栓キャップ７１から延出する樋状のスラブ受容部７２を有し、水栓キャップ７１がケース本体２０の周辺から前方へ突出する突出部分に着脱可能に螺合している。スラブ受容部７２は電池セルユニット４０の底部に配置されている。

スラブオフ棒７０のスラブ受容部７２は、長さ方向に沿って並ぶ分離壁７３を有しており、分離壁７３の間に電池セルユニット４０の各電池セル４１が位置する、発電時において、スラブ受容部７２内に各電池セル４１で発生したスラブが受容される。このため電池セルユニット４０の底にスラブが堆積することを防止できる。そして、例えば、ケース本体から電解液を取り除いた後、スラブオフ棒７０をケース本体２０の外部に取り出すことにより、全ての電池セル４１で発生したスラブを廃棄することができる。このため電池セル４１ごとにスラブを取り出して廃棄処理する場合に比べ、素早く廃棄処理を行うことができ、スラブ処理が容易となる。

ケース本体２０の両側面には、ベルト５の取付金具５ａを係止するためのフック６が配置されている。これにより金属空気電池１を吊下げ状態で安全に持ち運ぶことができる。

図２に示すように、ケース本体２０の一方の側面には、外部の空気をケース本体２０に取り込むための通気窓７が設けられ、他方の側面には、ケース本体２０内の空気をギア部に排出するための排気窓８が設けられている。なお、ケース本体２０の内部には、通気窓７から取り入れた空気（酸素）をカソード体４２に供給するための吸気ファンと、空気を排気窓８から排出するための排気ファンとが設けられている。

図４に示すように、電池セルユニット４０は硬質プラスチック等の絶縁材料によって形成されたハウジング４３を備えている。ハウジング４３は前面部４３ａと、後面部４３ｂと、両側部４３ｃ、４３ｄと、前後面部４３ａ、４３ｂの間において前後方向に並ぶ分離壁４４と、それらによって隔離された複数の電池セル４１と、一方側部４３ｃの上方に位置する連結板４５と、他方側部４３ｄに位置するサイド壁部４６とを有している。サイド壁部４６は幅方向の外側に延びてさらに上方に屈曲した形状となっている。電池セル４１には、それぞれ負極パネル６０が配置されている。サイド壁部４６には、締結ナット５２を操作するための操作具９を収納するためのスペースが設けられている。

ハウジング４３の前後面部４３ａ、４３ｂと分離壁４４とには、格子状の複数の窓を有する窓枠が設けられていて、窓枠の内側または外側には、それを覆うように薄板状のカドード体（空気極）４２が垂下して取り付けられている。カソード体４２は電気伝導率の良好な金属、例えば金、銀、銅と、これらの合金と、活性炭、塩化銀、ステンレス等が用いられる。カソード体４２は、単層から形成することができるが、起電力及び集電性能を向上させるために、例えばカーボン材等の導電性材料から形成された第１層（電極層）と、第１層の一方面に取り付けられた活性炭等の正極活物質から形成された第２層（活性層）と、第１層の他方面に取り付けられた導電性金属からなる板状の第３層（集電層）とからなる複数層によって形成することもできる。

図５に示すように、負極パネル６０は、基部６１と、基部６１から垂下したアノード体６２とを有する。アノード体６２は、薄板状であって、イオン化傾向の大きなＭｇ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｚｎが用いられる。

負極パネル６０の基部６１は、上面側から下面側へ凹となり、幅方向に延びる配置凹部６３と、下面からさらに下方へ延びる一対の固定部６４とを有している。固定部６４は上下方向に貫通した貫通孔を有し、この貫通孔には、アノード体６２のうちの上方に延びる突出部分６２ａが挿入されている。基部６１の配置凹部６３には、幅方向へ延びる銅、銀等の導電性材料で形成された薄板帯状の負極端子板６５が配置されている。負極端子板６５の両端には、透孔が位置し、これを貫通するねじ６６ａが固定部６４に挿入されたアノード体６２の突出部分６２ａにまで延びて負極端子板６５とアノード体６２とが相互に締結している。

負極端子板６５はねじ６６ａの幅方向の外側であって上方へ屈曲した部分の先端に位置する負極端子６６を有している。負極端子６６は透孔を有し、基部６１の両端壁に形成された開口を通過して基部６１からさらに幅方向の外側に延出している。

絶縁材料から形成された連結板４５には、複数の接続端子４７が前後方向へ並んで配置されている。接続端子４７は連結板４５を貫通した状態で配置されており、各接続端子４７の上端に負極パネル６０の負極端子６６が接触すると共に、各接続端子４７の下端に負極パネル６０に隣接する正極パネルのカソード体４２の正極端子が接続され、複数の電池セル４１は電気的に直列接続される。この場合、並列接続されても良く、直列接続と並列接続とを併用しても良い。

図６に示すように、中蓋５０の底面５０ｂには、中蓋５０とは別体に形成された軟質合成樹脂からなる弾性を有した押し当て部５１が位置している。押し当て部５１は負極端子６６よりも僅かに大きな略円形状となっている。金属空気電池１の組み立て工程において、中蓋５０をハウジング４３の上面から上方に突出する複数の螺旋凸部４８に締結ナット５２を締結することで電池セルユニット４０に固定する際に、押し当て部５１が負極端子６６に押し当てられて負極端子６６と接続端子４７とを強く圧接させることができることから負極パネル６０の負極端子６６の浮き上がりを防止することができる。

図３に示すように、中蓋５０は電池セルユニット４０の上面から上方に突出する複数の螺旋凸部４８と、中蓋５０の両側部に位置する凹部に配置された締結ナット５２とによって電池セルユニット４０に固定されている。締結ナット５２は中蓋５０の両側部に２つずつ配置されている。従来、この種の金属空気電池においては、負極端子を接続端子に圧接するために負極端子６６の直上にそれと同数の締結ナット５２を配置して締結する必要があったが、中蓋５０の底面５０ｂに弾性を有する押し当て部５１を設け、その弾性によって負極端子６と接続端子４７とを圧接しているため、固定ボルトの数を減らしても、使用中に負極端子６６が接続端子４７から浮き上がることを防止することができる。
このように締結ナット５２の数を少なくすることによって素早く中蓋５０の取付け及び取り外し操作を行うことができ、金属空気電池１の組み立て時や負極パネル６０の交換時における手間を軽減することができる。

図５及び図７に示すように、負極パネル６０は幅方向へ延びる取手部材６７を有している。取手部材６７はシリコン、軟質ゴム、軟質合成樹脂等の絶縁かつ軟質材料によって薄板帯状に形成されている。取手部材６７は中央に位置する把持部６７ａと、両側に位置して透孔を有する連結端部６７ｂとを有している。把持部６７ａと連結端部６７ｂとの間には、取手部材６７に局部的に剛性を付与するために上方へ突出する突起６８が設けられている。負極パネル６０の基部６１の配置凹部６３に形成された負極端子板６５は、幅方向において離間して位置する幅狭部分６５ａを有し、取手部材６７の連結端部６７ｂに幅狭部分６５ａが挿通されることによって取手部材６７は負極端子板６５に連結されている。

図４及び図７に示すように、取手部材６７が負極端子板６５に連結された状態において、把持部６７ａは負極端子板６５から上方へ僅かに離間している。電池セルユニットｆ４０内に負極パネル６０が収容された状態において、取手部材６７の把持部６７ａと負極端子板６５とが互いに重なるように接触している場合には、取手部材６７を把持し難いところ、使用者は取手部材６７の把持部６７ａを容易に把持することができる。使用者が把持部６７ａを把持して引き上げた時には、取手部材６７の連結端部６７ｂが負極端子板６５の幅狭部分６５ａに摺動しながら互いに接近するように移動し、把持部６７ａはさらに上方へ離間した状態となって、より簡易に引き出し操作を行うことができる。
使用者が負極パネル６０を引き出してアノード体６２を交換した後に、把持部６７ａを把持して負極パネル６０を電池セル４１内に再度差し込んで使用者が把持部６７ａから手を離すと、取手部材６７が上方へ引っ張る力から開放される。それによって取手部材６７の連結端部６７ｂは、自動的に幅狭部分６５ａを摺動しながら互いに離間するように幅方向の外側へ移動する。

以上の構造の金属茎電池１を使用する場合には、まず、注入口キャップ３５を取り外して注入口から電解液を注入してケース本体２０内に充填する。電解液は注入口から内部空間Ｓに延びる通液チューブ７５を介して電池セルユニット４０内に移動する。所定量の電解液が注入されることによって電池セルユニット４０内には電解液域が形成され、電気セルユニット４０の前後面部４０ａ、４０ｂ及び分離壁４４の窓枠に取り付けられたカソード体４２と、各電池セル４１に挿入された負極パネル６０のアノード体６２とが向かい合うように対向して位置する。

電解液の注入後、電源スイッチ２２をＯＮすることによって金属空気電池１の回路が閉じて、換気機構が作動し、収納ケース１０内に通気窓７から空気が取り込まれてカソード体４２に空気が供給されると共に、電解液が酸化触媒として作用してカソード体４２とアノード体６２との間にイオン化反応が生じる。すなわち、イオン化したアノード体６２から発生した電子がカソード体４２で酸素と電解液中の水と反応して放電反応が生じ、カソード体４２とアノード体６２との間に電位差が生じて起電力が発生する。電池セルユニット４０内で発生した水素等の反応ガスは、排気チューブ７６を介して蓋体３０の排気口から外部に放出される。これにより、ケース（ケース本体２０）を大型化することなく高い起電力を出力できる。

１ 金属空気電池
１０ 収容ケース
４０ 電池セルユニット
４１ 電池セル
４２ カソード体
５０ 中蓋
６０ 負極パネル
６２ アノード体
６５ 負極端子板
６６ 負極端子

Claims (2)

1. Ｍｇ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｚｎのいずれかからなる薄板状のアノード体が垂下した負極パネルと格子状の窓枠を覆う薄板状のカソード体が垂下した正極パネルとを有した複数の電池セルからなり、隣接した電池セルのアノード体とカソード体とが向かい合うように配置された電池セルユニットと、
   前記電池セルユニットを収容すると共に電解液が充填されるケース本体と、
   発電反応で生じた反応ガスの排気口及び前記電解液の注入口が形成され、前記ケース本体を開閉可能に覆う蓋体と、
   発電反応で生じたスラブを廃棄するため、前記ケース本体の下部に挿脱可能に設けられたスラブオフ棒と、
   を備えていることを特徴とする金属空気電池。
2. 前記スラブオフ棒は、前記スラブを受け入れる樋状のスラブ受容部を有し、前記スラブ受容部には前記電池セルの間に位置する分離壁が長さ方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１記載の金属空気電池。

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