JP6035690B2 - 空気電池システム - Google Patents
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Description
本発明は、金属極(負極)/電解液/空気極(正極)の構造を有する空気電池を有する空気電池システムに関する。
この種の従来技術として、「積層型電池」とした名称において特許文献1に開示された構成のものがある。
特許文献1に開示された積層型電池は、電解質を介して互いに対面する第1電極及び第2電極とを備えたセルを2個以上積層したセル積層体と、該セル積層体の各セルの該第1電極に導通する第1端子と、該セル積層体の各セルの該第2電極に導通すると共に隣設するセルの該第1端子と接触する第2端子とで構成され、各該セルの第1端子及び第2端子の一方は平坦端子面を備え、各該セルの第1端子及び第2端子の他方は、2個以上並設され且つ該平坦端子面に圧接するバネ性を有する分割端子板からなる端子板群を備えたものである。
特許文献1に開示された積層型電池は、電解質を介して互いに対面する第1電極及び第2電極とを備えたセルを2個以上積層したセル積層体と、該セル積層体の各セルの該第1電極に導通する第1端子と、該セル積層体の各セルの該第2電極に導通すると共に隣設するセルの該第1端子と接触する第2端子とで構成され、各該セルの第1端子及び第2端子の一方は平坦端子面を備え、各該セルの第1端子及び第2端子の他方は、2個以上並設され且つ該平坦端子面に圧接するバネ性を有する分割端子板からなる端子板群を備えたものである。
ところで、上記特許文献1に開示されている積層型電池では、電極が消耗しきるまで電解質を液室に収容しているために、発電の必要がなくなっても、発電を適時に停止させることができないものである。
そこで本発明は、発電を適時に停止させられるとともに、電解液に起因する各種損傷要因を取り除くことができる空気電池システムの提供を目的としている。
上記課題を解決するための本発明は、電解質材を貯留する電解質材貯留容器、溶媒材を貯留する溶媒材貯留容器、及び空気電池スタックを有する空気電池システムにおいて、発電を開始するときに、電解質材と溶媒材を混合して電解液を生成させる電解液生成手段と、生成した電解液を空気電池スタックに送給する電解液送給手段と、発電を停止するか否かを判定する停止判定手段と、発電を停止すると判定したときに、各空気電池スタックに滞留している電解液を前記各空気電池スタックの外部に排出する電解液排出手段とを設けたものである。
上記の構成では、発電を停止するか否かを判定し、発電を停止すると判定したときに、空気電池スタックに滞留している電解液を前記各空気電池スタックの外部に排出させている。これにより、発電を適時に停止させられるとともに、空気電池スタックに滞留している電解液に起因する各種損傷要因を取り除くことができる。
本発明によれば、発電を適時に停止させられるとともに、電解液に起因する各種損傷要因を取り除くことができる。
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第一の実施形態に係る空気電池システムの構成を示すブロック図、図2は、その空気電池システムの一部をなす空気電池スタックの構成を詳細に示す拡大断面図である。また、図3は、その空気電池スタックをなす空気電池の断面図、図4(A)は、その空気電池の一部をなす正極アセンブリの断面図、(B)は、その空気電池の一部をなす負極アセンブリの断面図である。なお、図2に示す矢印は、電解液の流れを示している。
本発明の第一の実施形態に係る空気電池システムA1は、図1に示すように、電解液貯留容器1、空気電池スタックB、排液貯留容器2及びコントローラCを主要の構成としたものである。
電解液貯留容器1は、8M-KOH水溶液等の電解液Wを貯留しておくものであり、この電解液貯留容器1と空気電池スタックBとの間には、電解液貯留容器1に貯留している電解液Wを空気電池スタックBに送給するための電解液送給路(以下、「送給パイプ」という。)1aが連結されている。
上記の送給パイプ1aには電磁バルブ3が配設されており、その電磁バルブ3は、後述するコントローラCの出力側に接続され、適時に開閉駆動されるようになっている。
上記電磁バルブ3を開駆動することにより、電解液貯留容器1に貯留されている電解液Wが空気電池スタックBに注入されるようになる。
上記電磁バルブ3を開駆動することにより、電解液貯留容器1に貯留されている電解液Wが空気電池スタックBに注入されるようになる。
本実施形態において示す空気電池スタックBは、図2,3に示すように、三つの空気電池D…を水平方向において並列させたものである。なお、本実施形態においては、説明を簡略化するために三つの空気電池D…を例示しているが、実際にはさらに多くの空気電池D…からなる。
空気電池Dは、正極アセンブリ20、スペーサ30及び負極アセンブリ10を互いに接着連結してなるものである。
負極アッセンブリ10は、負極支持枠体11と、この負極支持枠体11内に配設された負極12及び集電板13とを有している。
負極アッセンブリ10は、負極支持枠体11と、この負極支持枠体11内に配設された負極12及び集電板13とを有している。
負極支持枠体11は、ポリプロピレン等、耐アルカリ性樹脂材料より所要の高さにし、かつ、平面視において概正方枠形に形成した枠体11aと、この枠体11a内に突出して形成された取付け片11bとを有する。
枠体11aの互いに対向する二つの枠材には、空気を内外に流通させるための空気流通口(図示しない)が互いに対向する位置に横長にして形成されている。
枠体11aの互いに対向する二つの枠材には、空気を内外に流通させるための空気流通口(図示しない)が互いに対向する位置に横長にして形成されている。
負極12は、取付け片11bにより区画された空間内に取付け片11bと一体にして固定されている。
この負極12は、亜鉛、アルミ、マグネシウム又はそれらの合金よりなる金属材で形成されており、電解液Wと電気化学的反応により腐食され(負極反応)、電子を下記の集電体13を通じて正極アセンブリ20に通じることができるものである。
この負極12は、亜鉛、アルミ、マグネシウム又はそれらの合金よりなる金属材で形成されており、電解液Wと電気化学的反応により腐食され(負極反応)、電子を下記の集電体13を通じて正極アセンブリ20に通じることができるものである。
集電体13は、詳細を後述する正極アセンブリ20と電気的に導通させ、かつ、空気流路を形成するものであり、支持板13aの一側面に、上記した空気流通口と直交させ、かつ、互いに一定の間隔にして複数配列されている。
この集電体13は、上記した支持板13aとロウ付け、電気溶接,レーザ溶接等の手法により、電気的,機械的に接合させている。
この集電体13は、上記した支持板13aとロウ付け、電気溶接,レーザ溶接等の手法により、電気的,機械的に接合させている。
本実施形態においては、複数のリブ部を有する集電体13を、負極支持枠体11の一側面に、上記空気流通口と直交させ、かつ、互いに一定の間隔にして配列することにより、これらの間に空気流路αが区画形成されるようにしている。
なお、集電体13としては、通気抵抗が小さい構造であればよいので、他の公知の形状に形成することができることは勿論である。
なお、集電体13としては、通気抵抗が小さい構造であればよいので、他の公知の形状に形成することができることは勿論である。
スペーサ30は、負極支持枠体11と同等の輪郭形状にし、かつ、電解液Wを貯留するための電解液室βを区画形成する厚みにした概正方形の枠として形成されている。
このスペーサ30の、(図示上側)には、電解液Wを電解液室βに流入させるための注入口31aが形成され、また(図示下側)には、電解液室βに貯留されている電解液Wを流出させるための排出口32aが形成されている。
このスペーサ30の、(図示上側)には、電解液Wを電解液室βに流入させるための注入口31aが形成され、また(図示下側)には、電解液室βに貯留されている電解液Wを流出させるための排出口32aが形成されている。
注入口31aには、上記した送給パイプ1aの他端が連結され、排出口32aには排出パイプ2aの一端部が連結され、また、その他端部を排液貯留容器2に連結している。
排出パイプ2aには排出用電磁バルブ4が配設されており、その排出用電磁バルブ4は、コントローラCの出力側に接続され、適時に開閉駆動されるようになっている。
排出用電磁バルブ4を開駆動することにより、空気電池スタックBの電解液室β内に貯留されている電解液Wを外部(排液貯留容器2)に排出することができる。
排出パイプ2aには排出用電磁バルブ4が配設されており、その排出用電磁バルブ4は、コントローラCの出力側に接続され、適時に開閉駆動されるようになっている。
排出用電磁バルブ4を開駆動することにより、空気電池スタックBの電解液室β内に貯留されている電解液Wを外部(排液貯留容器2)に排出することができる。
正極アセンブリ20は、図4に示すように、多孔質正極層21と、電気伝導性基板22とからなる。
多孔質正極層21は、活性炭、PTFE及び触媒としての銀,鉄、コバルト等微粒子を、80:15:5の重量比で混練したペーストを乾燥させて形成したフィルム状の触媒層と導電性炭素材とPTFEよりなる撥水層から構成されるものである。
多孔質正極層21は、活性炭、PTFE及び触媒としての銀,鉄、コバルト等微粒子を、80:15:5の重量比で混練したペーストを乾燥させて形成したフィルム状の触媒層と導電性炭素材とPTFEよりなる撥水層から構成されるものである。
電気伝導性板22は、平面視長方形にしたステンレス(SUS304)製のものであり、中央部に化学エッチングによりΦ0.2からなる複数の貫通孔を30個/cm2の密度で穿設開口した開口22aを形成したものである。
上記した負極アッセンブリ10と正極アッセンブリ20とをスペーサ30を介して互いに接着連結することにより、それら正極アセンブリ20と負極アセンブリ10の間に、換言すると、スペーサ30内に電解液室βが区画形成される。換言すると、それら正極アセンブリ20と負極アセンブリ10とが電解液室βを挟む両側に対設した状態になる。
そして、隣接する空気電池D,Dどうしを重ね合わせると、一方の空気電池Dの電気伝導性基板22が、他方の空気電池Dの負極支持枠体11に当接してしっかりと積層した状態になる。
これにより、集電体13との電気的接触,接合を担保することができるとともに、積層した空気電池D…どうしを直列接続した空気電池スタックBを容易に組み立てることができる。
これにより、集電体13との電気的接触,接合を担保することができるとともに、積層した空気電池D…どうしを直列接続した空気電池スタックBを容易に組み立てることができる。
コントローラCは、CPU(Central Processing Unit)やインターフェース回路等からなるものであり、所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。
(1)発電を開始するときに、電解液Wを空気電池スタックBに送給する機能。この機能を「電解質送給手段C1」という。
本実施形態においては、電磁バルブ3を開駆動することにより、電解液貯留容器1内の電解液Wを各空気電池Dの電解液室βに注入している。
「発電を開始するとき」は、外部から発電開始信号がコントローラCに入力されたときである。
(1)発電を開始するときに、電解液Wを空気電池スタックBに送給する機能。この機能を「電解質送給手段C1」という。
本実施形態においては、電磁バルブ3を開駆動することにより、電解液貯留容器1内の電解液Wを各空気電池Dの電解液室βに注入している。
「発電を開始するとき」は、外部から発電開始信号がコントローラCに入力されたときである。
(2)発電を停止するか否かを判定する機能。この機能を「停止判定手段C2」という。
発電を停止するか否かの判定は、外部から発電停止信号がコントローラCに入力されたときであり、例えば発電をする必要がなくなったときに発電停止信号が入力されてくる。
発電を停止するか否かの判定は、外部から発電停止信号がコントローラCに入力されたときであり、例えば発電をする必要がなくなったときに発電停止信号が入力されてくる。
(3)発電を停止すると判定したときに、空気電池スタックBに滞留している電解液Wを外部に排出する機能。この機能を「電解液排出手段C3」という。
本実施形態においては、排出用電磁バルブ4を開駆動することにより、空気電池スタックBに滞留している電解液Wを外部に排出している。
本実施形態においては、排出用電磁バルブ4を開駆動することにより、空気電池スタックBに滞留している電解液Wを外部に排出している。
上述した第一の実施形態に係る空気電池システムによれば、次の効果を得ることができる。
・発電を適時に停止させることができる。
・発電を停止するときに、電解液を外部に排出しているので、電解液に起因する各種損傷要因を取り除くことができる。
・発電を適時に停止させることができる。
・発電を停止するときに、電解液を外部に排出しているので、電解液に起因する各種損傷要因を取り除くことができる。
次に、本発明の第二の実施形態に係る空気電池システムについて、図5を参照して説明する。図5は、本発明の第二の実施形態に係る空気電池システムの構成を示すブロック図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
本発明の第二の実施形態に係る空気電池システムA2は、図5に示すように、溶媒材貯留容器1A、送液ポンプP、電解質材貯留容器5、空気電池スタックB、排液貯留容器2及びコントローラCを主要の構成としたものである。
溶媒材貯留容器1Aは溶媒材として水を貯留しておくものであり、その溶媒材貯留容器1Aと送液ポンプPとの間には、送給パイプ1aが連結されており、その送給パイプ1aには、電磁バルブ3が配設されている。
電磁バルブ3は、後述するコントローラCの出力側に接続されて、適時に開閉駆動されるようになっている。
電磁バルブ3は、後述するコントローラCの出力側に接続されて、適時に開閉駆動されるようになっている。
送液ポンプPは、溶媒材貯留容器1A内の水を電解質貯留容器5に向けて圧送する機能を有するものであり、その送液ポンプPと電解質タンク5との間には連結パイプ5aが配設されている。また、送液ポンプPと空気電池スタックBとは連結パイプ5bが配設されている。
電解質タンク5は、電解質を貯留しておくものであり、上記送液ポンプPにより圧送される水と混合されて電解液が生成される。
電解質タンク5は、電解質を貯留しておくものであり、上記送液ポンプPにより圧送される水と混合されて電解液が生成される。
連結パイプ5bは、空気電池スタックBをなす各空気電池Dの注入口31aに連結されており、電解質タンク5を介して圧送された電解液Wは、空気電池スタックBの電解液室βに注入されるようになっている。
空気電池スタックBの排出口32aには排液パイプ2aの一端部が連結され、また、その他端部を、排液タンク2に連結している。
排液パイプ2aには排出用電磁バルブ4が配設されており、その排出用電磁バルブ4は、コントローラCの出力側に接続され、適時に開閉駆動されるようになっている。
排出用電磁バルブ4を開駆動することにより、電解液室β内に貯留されている電解液Wを外部に排出することができる。
排液パイプ2aには排出用電磁バルブ4が配設されており、その排出用電磁バルブ4は、コントローラCの出力側に接続され、適時に開閉駆動されるようになっている。
排出用電磁バルブ4を開駆動することにより、電解液室β内に貯留されている電解液Wを外部に排出することができる。
本実施形態におけるコントローラCは、所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。
上記電解質送給手段C1に替えて、次の機能を有している。
(4)発電を開始するときに、水と電解質とを混合して電解液Wを生成する機能。この機能を「電解液生成手段C4」という。
本実施形態においては、電磁バルブ3を開駆動することにより、溶媒材貯留容器1A内から水を送液ポンプPに向けて送給し、受給した水を電解質貯留容器5に圧送することによって、水と電解質とを混合して電解液を生成している。
上記電解質送給手段C1に替えて、次の機能を有している。
(4)発電を開始するときに、水と電解質とを混合して電解液Wを生成する機能。この機能を「電解液生成手段C4」という。
本実施形態においては、電磁バルブ3を開駆動することにより、溶媒材貯留容器1A内から水を送液ポンプPに向けて送給し、受給した水を電解質貯留容器5に圧送することによって、水と電解質とを混合して電解液を生成している。
(5)生成した電解液Wを空気電池スタックBに送給する機能。この機能を「電解液送給手段C5」という。
本実施形態においては、生成した電解液Wを送液ポンプPによって電解液室βに圧送注入している。
本実施形態においては、生成した電解液Wを送液ポンプPによって電解液室βに圧送注入している。
次に、本発明の第三の実施形態に係る空気電池システムについて、図6を参照して説明する。図6は、本発明の第三の実施形態に係る空気電池システムの構成を示すブロック図である。なお、上述した各実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
本発明の第三の実施形態に係る空気電池システムA3は、図6に示すように、電解液貯留容器1、送液ポンプP、電解質貯留容器5、空気電池スタックB及びコントローラCを主要の構成としたものである。
換言すると、排液貯留容器2を廃する代わりに、排出用電磁バルブ4と電解液貯留容器1との間に電解液Wを返戻させるための返戻パイプ6を配設した構成のものである。
換言すると、排液貯留容器2を廃する代わりに、排出用電磁バルブ4と電解液貯留容器1との間に電解液Wを返戻させるための返戻パイプ6を配設した構成のものである。
返戻パイプ6には、排出用電磁バルブ4から排出された電解液Wを電解液貯留容器1に向けて圧送返戻するための送液ポンプ7が配設されている。
送液ポンプ7は、コントローラCの出力側に接続され、適時に駆動されるようになっている。
送液ポンプ7は、コントローラCの出力側に接続され、適時に駆動されるようになっている。
本実施形態におけるコントローラCは、次の機能を有している。
(6)発電を開始するときには、空気電池スタックBから排出した電解液Wを返戻パイプ(電解液返戻流路)6を介して、電解液貯留容器1に返戻する機能。この機能を「電解液返戻手段C6」という。
本実施形態においては、排出用電磁バルブ4を開駆動するとともに、返戻用ポンプ7を駆動している。
(6)発電を開始するときには、空気電池スタックBから排出した電解液Wを返戻パイプ(電解液返戻流路)6を介して、電解液貯留容器1に返戻する機能。この機能を「電解液返戻手段C6」という。
本実施形態においては、排出用電磁バルブ4を開駆動するとともに、返戻用ポンプ7を駆動している。
この第三の実施形態に係る空気電池システムA3によれば、電解液を繰り返し使用することができる。
また、空気電池スタックBから排出された電解液は返戻パイプに留まり、空気電池スタックBに不時に流入することはない。
また、空気電池スタックBから排出された電解液は返戻パイプに留まり、空気電池スタックBに不時に流入することはない。
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
上記した第三の実施形態に係る空気電池システムA3においては、排液貯留容器を廃する代わりに、循環パイプを設けた構成のものを例示したが、例えば排出電磁バルブ4の排出下流側に排液貯留容器を配するとともに、その排液貯留容器と電解液貯留容器との間に返戻パイプを配設するようにしてもよい。
上記した第三の実施形態に係る空気電池システムA3においては、排液貯留容器を廃する代わりに、循環パイプを設けた構成のものを例示したが、例えば排出電磁バルブ4の排出下流側に排液貯留容器を配するとともに、その排液貯留容器と電解液貯留容器との間に返戻パイプを配設するようにしてもよい。
1 電解液貯留容器
1A 溶媒材貯留容器
6 電解液返戻流路(返戻パイプ)
B 空気電池スタック
C2 停止判定手段
C3 電解液排出手段
C4 電解液生成手段
C5 電解液送給手段
C6 電解液返戻手段
W 電解液
1A 溶媒材貯留容器
6 電解液返戻流路(返戻パイプ)
B 空気電池スタック
C2 停止判定手段
C3 電解液排出手段
C4 電解液生成手段
C5 電解液送給手段
C6 電解液返戻手段
W 電解液
Claims (1)
- 電解質材を貯留する電解質材貯留容器、溶媒材を貯留する溶媒材貯留容器、及び空気電池スタックを有する空気電池システムにおいて、
発電を開始するときに、電解質材と溶媒材を混合して電解液を生成させる電解液生成手段と、
生成した電解液を空気電池スタックに送給する電解液送給手段と、
発電を停止するか否かを判定する停止判定手段と、
発電を停止すると判定したときに、各空気電池スタックに滞留している電解液を前記各空気電池スタックの外部に排出する電解液排出手段とを設けたことを特徴とする空気電池システム。
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2013
- 2013-11-11 JP JP2014551013A patent/JP6035690B2/ja active Active
- 2013-11-11 WO PCT/JP2013/080461 patent/WO2014087811A1/ja active Application Filing
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