JP6154999B2 - 電池用電極体、電池および金属空気電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池用電極体、電池および金属空気電池に関する。

金属からなる電極活物質を有する金属電極をアノードとし、空気極をカソードとする金属空気電池は、高いエネルギー密度を有するため、次世代の電池として注目されている。
金属空気電池を二次電池として用いると充電時に電池内部において金属電極から空気極に向けて樹枝状のデンドライトが生成し短絡の原因となる場合がある。このため、金属空気電池を一次電池として用い、副生成物である金属酸化物などを還元処理することにより、金属からなる電極活物質を製造し金属空気電池に供給するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一次電池として用いられる金属空気電池として亜鉛空気電池が挙げられる。図１３は亜鉛空気電池の放電反応を説明するための模式的な断面図である。亜鉛空気電池は、図１３に示すようにアルカリ性電解液１０３中に電極活物質である金属亜鉛を含む亜鉛電極１０１を設け、空気極１０５を電解液１０３と接するアニオン交換膜１０６上に設けた構造を有しており、放電反応が進行することにより亜鉛電極１０１と空気極１０５とから電気エネルギーを出力する。なお、空気極１０５は、一般的にカーボン担体に空気極触媒を担持したものが用いられる。

亜鉛空気電池の放電反応において、亜鉛電極１０１の金属亜鉛がアルカリ性電解液１０３中の水酸化物イオンと反応し、水酸化亜鉛となり亜鉛電極１０１中に電子を放出する。その後、この水酸化亜鉛は脱水して酸化亜鉛が電解液中に析出する。また、空気極１０５において、電子と水と酸素が反応することにより水酸化物イオンが生成され、この水酸化物イオンは、アニオン交換膜１０６を導電し、アルカリ性電解液１０３に移動する。このような放電反応が進行すると、亜鉛電極１０１の金属亜鉛が消費されるため、亜鉛空気電池に電極活物質である金属亜鉛を供給する必要がある。

また、円筒状の空気極の内部に金属極を配置した金属空気電池が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−４５２７０号公報 特開２０１１−１２９２７３号公報

しかし、従来の金属空気電池を一次電池として用いるシステムでは、製造した金属からなる電極活物質を金属空気電池の設置場所まで運搬する必要があり、運搬中に電極活物質の表面が空気酸化され、金属酸化物が形成される。このため、電極活物質を金属空気電池内に供給する前に金属活物質の表面を酸化させない工夫をする必要がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属からなる電極活物質の表面に金属酸化物が形成されることを容易に抑制することができ、容易に電極活物質を電池に供給することができる電池用電極体を提供する。

本発明は、電極活物質となりうる金属からなるアノードを有し、前記アノードは、底面と上面に開口を有する円柱筒型であり、前記アノードは、前記アノードの内部にカソードを挿入することができ、かつ、前記アノードの内部からカソードを抜き出すことができるように設けられたことを特徴とする電池用電極体を提供する。

本発明によれば、電極活物質となりうる金属からなるアノードを有するため、電極活物質を輸送することができる。このため、輸送・貯蔵するエネルギー担体としてエネルギー密度の高い金属を利用することができるため、エネルギー（金属アノード）を高密度で輸送・貯蔵することができる。
本発明によれば、アノードは、底面と上面に開口を有する円柱筒型であるため、開口を塞ぐことにより、アノードの内部の表面が空気と接触することを抑制することができ、アノードの内部の表面に金属酸化物が形成されることを抑制することができる。

本発明によれば、アノードは、底面と上面に開口を有する円柱筒型であり、アノードは、アノードの内部にカソードを挿入することができ、かつ、アノードの内部からカソードを抜き出すことができるように設けられるため、アノードの内部にカソードを挿入することにより、容易に電池を構成することができ、かつ短時間で電池として動作させることができる。また、アノードを構成する電極活物質が電池反応により消費され、電池の発電量が低下した場合、使用済みの電池用電極体の内部からカソードを抜き出した後、カソードを新たな電池用電極体の内部に挿入することにより、電池に電極活物質を容易に供給することができる。さらに、カソードと対向するアノードの内部の表面に金属酸化物が形成されることを容易に抑制することができるため、電池を短時間で動作させることができ、電池の初期特性を高めることができる。
本発明によれば、前記アノードは、円柱筒型であり内部にカソードが挿入されるため、アノードとカソードとの間のイオン伝導パスを十分に確保することができる。また、アノードとカソードとの間のイオン伝導パスに濃淡が生じることを抑制することができ、電池の出力特性を安定することができる。

本発明の一実施形態の電池用電極体の構成を示す概略断面図である。 図１の破線Ａ−Ａにおける電池用電極体の概略断面図である。 本発明の一実施形態の電池用電極体の構成を示す概略断面図である。 図３の破線Ｂ−Ｂにおける電池用電極体の概略断面図である。 本発明の一実施形態の電池用電極体の構成を示す概略断面図である。 図５の破線Ｃ−Ｃにおける電池用電極体の概略断面図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。 図７の破線Ｄ−Ｄにおける金属空気電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の電池用電極体を用いて金属空気電池を形成する方法の説明図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。 図１０の破線Ｅ−Ｅにおける金属空気電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の電池用電極体を用いて金属空気電池を形成する方法の説明図である。 亜鉛空気電池の放電反応を説明するための模式的な断面図である。

本発明の電池用電極体は、電極活物質となりうる金属からなるアノードを有し、前記アノードは、底面と上面に開口を有する円柱筒型であり、前記アノードは、前記アノードの内部にカソードを挿入することができ、かつ、前記アノードの内部からカソードを抜き出すことができるように設けられたことを特徴とする。
本発明において、電池用電極体とは、電池に用いられる電極を含み、電極活物質を貯蔵、輸送する構造体である。

本発明の電池用電極体において、前記底面の開口を塞ぐ第１蓋部材および前記上面の開口を塞ぐ第２蓋部材をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、アノードの内部空間と外部とを遮断することができ、内部空間に面するアノードの表面に金属酸化物が形成されることを抑制することができる。
本発明の電池用電極体において、第１蓋部材は、前記アノードの底面を覆い、第２蓋部材は、前記アノードの上面を覆うことが好ましい。
このような構成によれば、アノードの底面または上面が外気に触れることを抑制することができ、アノードと外気とが反応することを抑制することができる。

本発明の電池用電極体において、前記アノードの円柱側面を覆う第１集電部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、アノードの側面が外気に触れることを抑制することができ、アノードと外気とが反応することを抑制することができる。
本発明は、本発明の電池用電極体と、前記アノードの内部に配置されたカソードとを備える電池も提供する。
本発明の電池によれば、アノードの内部にカソードを備えるため、アノードとカソードとの間のイオン伝導パスを十分に確保することができる。また、アノードとカソードとの間のイオン伝導パスに濃淡が生じることを抑制することができ、電池の出力特性を安定することができる。

本発明は、本発明の電池であって、前記カソードは、空気極である金属空気電池も提供する。
本発明の金属空気電池によれば、電極活物質である金属からなるアノードと、カソードである空気極とにより電気エネルギーを生成することができる。
本発明の金属空気電池において、電解液を溜める電解液槽をさらに備え、前記電解液は、前記空気極を包囲し、前記電池用電極体は、前記電解液槽内に挿入することができ、かつ、前記電解液槽内から抜き出すことができるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、電解液槽内に配置する電池用電極体を取り替えることにより金属空気電池に電極活物質を供給することができる。

本発明の金属空気電池において、空気または酸素ガスが流通する空気流路をさらに備え、前記空気極は、前記空気流路を包囲することが好ましい。
このような構成によれば、空気流路を流れる酸素ガスを空気極に供給することができる。
本発明の金属空気電池において、前記空気極を包囲するイオン交換膜をさらに備え、前記イオン交換膜は、第１主要面が前記電解液に接触し第１主要面に対向する第２主要面が前記空気極と接触するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、イオン交換膜を介して電解液と空気極との間にイオンを伝導させることができる。

本発明の金属空気電池において、前記電池用電極体と接触するように設けられた第２集電部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、アノードにおける電極反応により生じた電荷を第２集電部を介して取り出すことができる。
本発明の金属空気電池において、電池用電極体は、アノードの円柱側面を覆う第１集電部を備え、第２集電部は、第１集電部と接触するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、アノードにおける電極反応により生じた電荷を第１集電部および第２集電部を介して取り出すことができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。

電池用電極体の構成
図１、３、５はそれぞれ本実施形態の電池用電極体の構成を示す概略断面図であり、図２は図１の破線Ａ−Ａにおける電池用電極体の概略断面図であり、図４は図３の破線Ｂ−Ｂにおける電池用電極体の概略断面図であり、図６は図５の破線Ｃ−Ｃにおける電池用電極体の概略断面図である。
本実施形態の電池用電極体８は、電極活物質である金属からなるアノード１を有し、アノード１は、円柱筒型であり、底面と上面に開口を有し、アノード１は、アノード１の内部５にカソードを挿入することができ、かつ、アノード１の内部５からカソードを抜き出すことができるように設けられたことを特徴とする。
また、本実施形態の電池用電極体８は、電極体用蓋部材３および第１集電部４を備えてもよい。
以下、本実施形態の電池用電極体８について説明する。

１．アノード
アノード１は、電極活物質である金属からなる。電池用電極体８が、金属空気電池に用いられる場合、電極活物質は、金属亜鉛、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属鉄、金属リチウム、金属ナトリウムなどである。電池用電極体が、アルカリマンガン電池に用いられる場合、電極活物質は、金属亜鉛である。また、電極活物質は、合金であってもよい。
なお、アノード１は、アノード１が十分な強度を有するための添加成分や、電極活物質の腐食を防止するための成分を含んでもよい。

アノード１は、円柱筒型であり、底面と上面に開口を有する。アノード１は、例えば、図１、２に示した電池用電極体８、図３、４に示した電池用電極体８、図５、６に示した電池用電極体８のように円柱筒型とすることができる。
アノード１は、底面、上面および曲面状の側面を有し、側面は、底面または上面に対し実質的に垂直に形成することができる。また、アノード１は、底面または上面に平行な断面が実質的に円であってもよく、実質的に楕円であってもよい。

アノード１は、内部空間５を有する筒型であり、内部空間５は、底面と上面の開口により外部に開かれている。内部空間５の底面または上面と平行な断面は、実質的に円であってもよく、実質的に楕円であってもよい。
また、アノード１は、内部空間５に面する表面に凹凸を有してもよい。このことにより、アノード１の電極反応が生じる表面を広くすることができる。

アノード１は、アノード１の内部にカソードを挿入することができ、かつ、アノード１の内部にカソードを抜き出すことができるように設けられる。このことにより、電池用電極体８を電池に着脱可能とすることができる。カソードは、電池の種類により異なるが、例えば金属空気電池の場合、空気極であり、アルカリマンガン電池の場合、正極活物質を二酸化マンガンとするカソードである。
また、電池をこのような構成とすると、アノード１の内部空間５に面した表面において電極反応を進行させることができ、アノードとカソードとの間のイオン伝導パスを十分に確保することができる。また、アノードとカソードとの間のイオン伝導パスに濃淡が生じることを抑制することができ、電池の出力特性を安定することができる。

２．電極体用蓋部材
電極体用蓋部材３は、アノード１の開口を塞ぐように設けられる。例えば、図１、２に示した電池用電極体８、図３、４に示した電池用電極体８、図５、６に示した電池用電極体８のように、底面用の電極体用蓋部材３ｂが底面の開口を塞ぐように設けられ、上面用の電極体用蓋部材３ａが上面の開口を塞ぐように設けられる。このことにより、アノード１の内部空間５と外部とを遮断することができ、アノード１の内部空間５に面した表面に金属酸化物が形成されることを抑制することができる。
また、電極体用蓋部材３は、内部空間５に窒素ガスなどの不活性ガスが封入されるように設けることができる。このことのより、アノード１の内部空間５に面した表面に金属酸化物が形成されることをさらに抑制することができる。

電極体用蓋部材３は、内部空間５の気体と外部の気体とを遮断することができる材料で形成されば、特に限定されないが、例えば、ステンレス、鉄、アルミなどからなる。また、電極体用蓋部材３は、金属箔などからなってもよい。
また、電極体用蓋部材３は剛性材料からなってもよい。このことにより、アノード１が破損することを抑制することができる。

また、電極体用蓋部材３は、アノード１の上面または底面の全体を覆うように設けることができる。このことにより、アノード１の上面または底面において、電極活物質が外気と接触することを抑制することができる。このため、電極活物質に金属リチウム、金属ナトリウムなどの空気と反応性の高い金属を用いることができる。

また、電極体用蓋部材３は、アノード１の内部空間５に面した表面を覆うように設けられてもよい。このことにより、アノード１の内部空間５に面した表面に金属酸化物が形成されることをさらに抑制することができる。例えば、図３、４に示した電池用電極体８のように上面用の電極体用蓋部材３が内部空間５に面した表面を覆うことができる。

３．第１集電部
第１集電部４は、アノード１を構成する電極活物質と接触するように設けることができる。このことにより電極反応により生じる電荷を第１集電部を介して外部に取り出すことができる。
第１集電部４は、導電性を有し、電解液に対して耐食性を有する金属からなれば特に限定されないが、例えば、ステンレス、ニッケルなどから構成される。
第１集電部４の形態は、板状であってもよく、金属線が組み合わされた構造であってもよい。第１集電部４がこのような形態を有することにより、アノード１が破損したり、電極反応により電極活物質が消費される際、アノード１の一部が分離することを抑制することができる。

第１集電部４は、板状であり、アノード１の側面を覆うように設けることができる。このことにより、アノード１の側面において、電極活物質が外気と接触することを抑制することができる。このため、電極活物質に金属リチウム、金属ナトリウムなどの空気と反応性の高い金属を用いることができる。

電池
本実施形態の電池は、本実施形態の電池用電極体８と、アノード１の内部に配置されたカソードとを備える。
本実施形態の電池は、例えば、金属空気電池、アルカリマンガン電池などである。本実施形態の電池が金属空気電池の場合、カソードは空気極であり、本実施形態の電池がアルカリマンガン電池の場合、カソードは、二酸化マンガンを電極活物質とするカソードである。

カソードは、アノード１の内部に配置されるため、アノード１の内部空間５に面した表面と、カソードとの間においてイオンを伝導させることができ、アノードとカソードとの間のイオン伝導パスを十分に確保することができる。また、アノードとカソードとの間のイオン伝導パスに濃淡が生じることを抑制することができ、電池の出力特性を安定することができる。

金属空気電池の構成
図７、図１０は、本実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図であり、図８は図７の破線Ｄ−Ｄにおける金属空気電池の概略断面図であり、図１１は図１０の破線Ｅ−Ｅにおける金属空気電池の概略断面図である。また、図１２は図５、６に示した電池用電極体８を用いて図１０に示した金属空気電池を形成する方法の説明図である。

本実施形態の金属空気電池２５は、本実施形態の電池用電極体８と、アノード１の内部に配置されたカソードとを備え、カソードは空気極１４である。
また、本実施形態の金属空気電池２５は、電解液１８を溜める電解液槽１１をさらに備え、電解液１８は、空気極１４を包囲し、電池用電極体８は、電解液槽１１内に挿入することができ、かつ、電解液槽１１内から抜き出すことができるように設けられてもよい。
さらに、本実施形態の金属空気電池２５は、空気流路１５、イオン交換膜１３、第２集電部１０などを備えることができる。
また、本実施形態の金属空気電池２５は、電解液槽１１、空気極１４、空気流路１５、イオン交換膜１３、第２導電部１０などを備えた金属空気電池本体２６と、金属空気電池本体２６に着脱可能に設けられる電池用電極体８とから構成することができる。

本実施形態の金属空気電池２５は、電極活物質である金属からなるアノード１を負極とし、空気極１４を正極（カソード）とする電池である。例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。また、本実施形態の金属空気電池２５は、一次電池であることが好ましい。本実施形態の金属空気電池２５が一次電池の場合、電池用電極体８を金属空気電池２５に組み込むことにより、金属空気電池に電極活物質を供給することができ、金属空気電池２５により継続的に電気エネルギーを生成することができる。

図９は図１、２に示した電池用電極体８を金属空気電池本体２６に組み込むことにより図７に示した金属空気電池２５を形成する方法の説明図である。図１、２、７〜９を用いて金属空気電池２５の形成方法を説明する。なお、図１、２に示した電池用電極体８が有するアノード１は、金属亜鉛、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属鉄などの電極活物質からなる。

金属空気電池本体２６は、円柱状であり、円柱の軸部分に空気流路１５が形成されている。空気流路１５は、例えば、図７〜９のように、管状の流路部材１６ａの内部とその外側に形成することができる。流路部材１６ａの外側の空気流路１５は、その側壁を流路部材１６ａを包囲するように設けられたガス拡散部２１とすることができる。ガス拡散部２１は、カーボンなどからなる導電性および多孔性を有する材料により形成することができる。また、ガス拡散部２１の外側にガス拡散部２１と接触し包囲するように空気極１４を設けることができる。このような構造を有することにより、空気流路１５を流れる空気または酸素ガスが、ガス拡散部２１内を流れ、空気極１５に供給される。また、空気極１５における電極反応により生じた電荷をガス拡散部２１を介して外部に取り出すことができる。

空気極１４の外側に、空気極１４と接触し包囲するようにイオン交換膜１３を設けることができる。このことにより、イオン交換膜１３と空気極１４との間で水酸化イオンの移動が可能になる。また、水がイオン交換膜１３から空気極１４へと供給される。金属空気電池本体２６（金属空気電池２５）がこのような構成を有することにより、空気極１４において、酸素ガスと水酸化イオンと水と電荷による電極反応を進行させることが可能になる。また、空気流路１５に加湿された空気または酸素を流すことにより、空気極１４に水が供給されてもよい。

イオン交換膜１３の外側にイオン交換膜１３を包囲するように電解液１８が溜められる。従って、イオン交換膜１３が電解液槽１１の側壁となる。従って、イオン交換膜１３と電解液１８とは接触し、電解液１８中の水がイオン交換膜１３に供給され、電解液１８中とイオン交換膜１３中との間でイオンが伝導することが可能となる。電解液槽１１のイオン交換膜１３と対向する側壁は、第２集電部１０とすることができる。また、電解液槽１１の底部も第２集電部１０とすることができる。なお、アノード１が外部配線と接続する場合、電解液槽１１のイオン交換膜１３と対向する側壁および電解液槽１１の底部は、導電性を有さない構造材で構成することができる。

電解液槽１１中にイオン交換膜１３を包囲するように設けられたセパレータ１７を設けることができる。セパレータ１７は、絶縁性および多孔性を有する材料からなる。このことにより、電池用電極体８を電解液槽１１内へ挿入する際、および電池用電極体８を電解液槽１１から抜き出す際にイオン交換膜１３が破損することを抑制することができる。なお、セパレータ１７は、イオン交換膜１３に接触するように設けられてもよく、接触しないように設けられてもよい。
電解液槽１１は、第２導電部１０とセパレータ１７との間に電池用電極体８を挿入することができるように設けられる。また、電解液槽１１は、第２導電部１０とセパレータ１７との間に配置された電池用電極体８を抜き出すことができるように設けられる。

このような構成を有する金属空気電池本体２６に図１、２に示したような電池用電極体８を組み込むことにより、金属空気電池２５を形成する。
まず、電池用電極体８が有する上面用の電極体用蓋部材３ａおよび底面用の電極体用蓋部材３ｂをアノード１から取り外す。なお、電極体用蓋部材３でアノード１の開口が塞がれている間は、アノード１の内部空間５は外部と遮断されていたため、内部空間５に面したアノード１の表面は、金属酸化物の形成が抑制されている。

次に、電極体用蓋部材３を取り外した電池用電極体８を金属空気電池本体２６の第２導電部１０とセパレータ１７との間の電解液槽１１内に挿入する。このことにより、電池用電極体８を金属空気電池本体２６に組み込むことができる。また、アノード１は、電解液槽１１に溜めた電解液１８と接触することができるため、電解液１８に接触するアノード１の表面において電極反応を進行させることができる。

また、電池用電極体８は、アノード１と第２集電部１０とが接触するように電解液槽１１内に挿入することができる。このことにより、アノード１と第２集電部１０とを電気的に接触させることができ、アノード１における電極反応で生じた電荷を第２集電部１０を介して外部に取り出すことができる。なお、ここでは、電解液槽１１内でアノード１と第２集電部１０とを接触させる例を示したが、電極反応で生じた電荷は、アノード１に接続された配線によりアノード１から取り出されてもよい。

次に、電解液槽１１の上部の開口を電池用蓋部材２３で塞ぐことにより、図７、８に示した金属空気電池２５を作製することができる。このような金属空気電池２５においては、電気化学反応に進行により、第２集電部１０とガス拡散部２１との間に起電力を生じさせることができ、電気エネルギーを生成することができる。また、金属空気電池２５に組み込んだアノード１の内部の表面は、金属酸化物が形成されることが抑制されているため、作製した金属空気電池２５は、短時間で動作させることができ、優れた初期特性を有している。

電気化学反応によりアノード１に含まれる電極活物質は消費され金属酸化物などへ化学変化するため、金属空気電池２５により所定の電力量を発電した後、新たに電極活物質を金属空気電池２５に供給する必要がある。
新たな電極活物質を金属空気電池２５に供給する方法を次に説明する。

まず、金属空気電池２５の電池用蓋部材２３を取り外し、電解液槽１１内から使用済みのアノード１を有する電池用電極体８を電解液槽１１内から抜き出す。その後、電解液槽１１に溜めた電解液１８と共に生成した金属酸化物などを電解液槽１１から排出し、新たな電解液を電解液槽１１に溜める。
次に、電極体用蓋部材３を取り外した新たな電池用電極体８を金属空気電池本体２６の第２導電部１０とセパレータ１７との間の電解液槽１１内に挿入する。その後、電解液槽１１の上部の開口を電池用蓋部材２３で塞ぐことにより、金属空気電池２５を電気エネルギー生成可能な状態にすることができる。
このように、電極活物質が消費された金属空気電池２５に新たな電極活物質を供給することができる。

図１２は図５、６に示した電池用電極体８を金属空気電池本体２６に組み込むことにより図１０、１１に示した金属空気電池２５を形成する方法の説明図である。図５、６、１０〜１２を用いて金属空気電池２５の形成方法を説明する。なお、図５、６に示した電池用電極体８が有するアノード１は電極体用蓋部材３と第１集電部４により外気と遮断されているため、金属リチウムや金属ナトリウムなどの空気と反応性が高い電極活物質からなることができる。また、図５、６に示した電池用電極体８が有するアノード１は、金属亜鉛、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属鉄などの電極活物質からなってもよい。

上述したような金属空気電池本体２６に図５、６に示したような電池用電極体８を組み込むことにより、金属空気電池２５を形成する。
まず、電池用電極体８が有する上面用の電極体用蓋部材３ａを残したまま、底面用の電極体用蓋部材３ｂをアノード１から取り外す。なお、電極体用蓋部材３ｂでアノード１の底面の開口が塞がれている間は、アノード１の内部空間５は外部と遮断されていたため、内部空間５に面したアノード１の表面は、金属酸化物の形成が抑制されている。

次に、電極体用蓋部材３ｂを取り外した電池用電極体８を金属空気電池本体２６の第２導電部１０とセパレータ１７との間の電解液槽１１内に挿入する。このことにより、電池用電極体８を金属空気電池本体２６に組み込むことができる。また、アノード１は、電解液槽１１に溜めた電解液と接触することができるため、電解液に接触するアノード１の表面において電極反応を進行させることができる。なお、上面用の電極体用蓋部材３ａは、電池用蓋部材２３となる。

また、電池用電極体８は、アノード１と第２集電部１０とが接触するように、または、第１集電部４と第２集電部１０とが接触するように電解液槽１１内に挿入することができる。このことにより、アノード１と第２集電部１０とを電気的に接触させることができ、アノード１における電極反応で生じた電荷を第２集電部１０を介して外部に取り出すことができる。なお、ここでは、電解液槽１１内でアノード１と第２集電部１０とを接触させる例を示したが、電極反応で生じた電荷は、第１集電部１０に接続された配線によりアノード１から取り出されてもよい。

このようにして、図１０、１１に示した金属空気電池２５を作製することができる。このような金属空気電池２５においては、電気化学反応に進行により、第２集電部１０とガス拡散部２１との間に起電力を生じさせることができ、電気エネルギーを生成することができる。また、金属空気電池２５に組み込んだアノード１の内部の表面は、金属酸化物が形成されることが抑制されているため、作製した金属空気電池２５は、短時間で動作させることができ、優れた初期特性を有している。

次に、電極活物質が消費された金属空気電池２５に、新たな電極活物質を供給する方法について説明する。
まず、電解液槽１１内から使用済みのアノード１および蓋部材３ａ（２３）を有する電池用電極体８を電解液槽１１内から抜き出す。その後、電解液槽１１に溜めた電解液１８と共に生成した金属酸化物などを電解液槽１１から排出し、新たな電解液を電解液槽１１に溜める。
次に、底面用の電極体用蓋部材３ｂを取り外した新たな電池用電極体８を金属空気電池本体２６の第２導電部１０とセパレータ１７との間の電解液槽１１内に挿入する。このことにより、金属空気電池２５を電気エネルギー生成可能な状態にすることができる。
このように、電極活物質が消費された金属空気電池２５に新たな電極活物質を供給することができる。

次に、金属空気電池２５の構成要素について説明する。
電解液１８は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する液体である。電解液１８の種類は、アノード１を構成する金属の種類によって異なるが、水溶媒を用いた電解液（電解質水溶液）であってもよく、有機溶媒を用いた電解液（有機電解液）であってもよい。
例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いることができ、マグネシウム空気電池の場合、電解液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
また、電解液槽１１が固体電解質からなる隔壁を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。

空気極１４は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された空気極触媒からなる。多孔性担体には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
空気極触媒には、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。

また、空気極１４に含まれる多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極１４は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。

イオン交換膜１３としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。

１：アノード ３：電極体用蓋部材 ３ａ：電極体用蓋部材（上面用） ３ｂ：電極体用蓋部材（底面用） ４：第１集電部 ５：内部空間 ８：電池用電極体 １０：第２集電部 １１：電解液槽 １３：イオン交換膜 １４：空気極 １５：空気流路 １６：流路部材 １７：セパレータ １８：電解液 ２０：絶縁部 ２１：ガス拡散部 ２３：電池用蓋部材 ２５：金属空気電池 ２６：金属空気電池本体
１０１：亜鉛電極 １０３：アルカリ性電解液 １０５：空気極 １０６：アニオン交換膜

Claims (3)

1. 電極活物質を貯蔵、輸送する構造体である電池用電極体であって、
   前記電池用電極体は、電極活物質となりうる金属からなるアノードと、第１蓋部材と、第２蓋部材とを有し、
   前記アノードは、底面と上面に開口を有する円柱筒型であり、
   前記アノードは、前記アノードの内部にカソードを挿入することができ、かつ、前記アノードの内部からカソードを抜き出すことができるように設けられ、
   第１蓋部材は、前記底面の開口を塞ぎ、
   第２蓋部材は、前記上面の開口を塞ぎ、
   第１及び第２蓋部材は、前記アノードの内部空間と外部とを遮断することを特徴とする電池用電極体。
2. 第１蓋部材は、前記アノードの底面を覆い、
   第２蓋部材は、前記アノードの上面を覆う請求項１に記載の電池用電極体。
3. 前記アノードの円柱側面を覆う第１集電部をさらに備える請求項１又は２に記載の電池用電極体。