JP6326272B2 - Battery case and metal-air battery - Google Patents

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Description

本発明は、電槽及び金属空気電池に関する。   The present invention relates to a battery case and a metal-air battery.

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。金属空気電池は、電極活物質を含み電解液中に配置される金属電極をアノードとし、空気極をカソードとすることにより放電する。
代表的な金属空気電池として、金属亜鉛を電極活物質とする亜鉛空気電池が挙げられる。亜鉛空気電池では、カソードにおいて以下の化学式1のような電極反応が進行すると考えられる。
(化学式1):O2+2H2O+4e-→4OH-
また、アノードにおいて以下の化学式2のような電極反応(亜鉛の溶解反応)が進行すると考えられる。
(化学式2):Zn+4OH-→Zn(OH)4 2-+2e-
化学式2において消費されるOH-イオンは、化学式1の電極反応により供給される。従って、アノード−カソード間距離が小さくなるほど、アノードにOH-イオンが供給されやすくなり、金属空気電池の出力特性が向上する。
なお、化学式2において生成したZn(OH)4 2-は、その濃度が高くなることにより酸化亜鉛又は水酸化亜鉛として電解液中に析出する。
Since metal-air batteries have high energy density, they are attracting attention as next-generation batteries. The metal-air battery is discharged by using a metal electrode containing an electrode active material and disposed in an electrolyte as an anode and an air electrode as a cathode.
As a typical metal-air battery, a zinc-air battery using metal zinc as an electrode active material can be mentioned. In a zinc-air battery, it is considered that an electrode reaction of the following chemical formula 1 proceeds at the cathode.
(Chemical formula 1): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH
Further, it is considered that an electrode reaction (zinc dissolution reaction) as shown in the following chemical formula 2 proceeds at the anode.
(Chemical formula 2): Zn + 4OH → Zn (OH) 4 2− + 2e
The OH - ions consumed in Chemical Formula 2 are supplied by the electrode reaction of Chemical Formula 1. Therefore, as the anode-cathode distance decreases, OH - ions are more easily supplied to the anode, and the output characteristics of the metal-air battery are improved.
In addition, Zn (OH) 4 2− generated in Chemical Formula 2 precipitates in the electrolyte as zinc oxide or zinc hydroxide as its concentration increases.

このような電極反応が進行すると金属電極の電極活物質は消費され徐々に減少し、電極活物質がなくなると、放電は停止する。そこで、金属電極を交換し電極活物質を亜鉛空気電池に供給することにより、金属空気電池を再放電可能にする機械式充電が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、アノード−カソード間に配置したセパレータを移動させる機構を有する金属空気電池が知られている(例えば、特許文献2参照)。
When such an electrode reaction proceeds, the electrode active material of the metal electrode is consumed and gradually decreases, and when the electrode active material runs out, the discharge stops. Therefore, mechanical charging is known in which the metal-air battery can be re-discharged by replacing the metal electrode and supplying the electrode active material to the zinc-air battery (see, for example, Patent Document 1).
Further, a metal-air battery having a mechanism for moving a separator disposed between an anode and a cathode is known (for example, see Patent Document 2).

特開平7−45270号公報JP 7-45270 A 特開2012−89328号公報JP 2012-89328 A

しかし、機械式充電の従来の金属空気電池では、金属電極の取り出しや挿入に伴い、金属電極が電槽に接触し金属空気電池の損傷するおそれや、金属電極の挿入箇所に摩耗が生じるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属電極の取り出しや挿入に伴う損傷や摩耗を抑制することができる電槽を提供する。
However, in the conventional metal-air battery of mechanical charging, there is a risk that the metal electrode may come into contact with the battery case and damage the metal-air battery as the metal electrode is taken out or inserted, or the metal electrode insertion place may be worn. is there.
This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the battery case which can suppress the damage and abrasion accompanying taking out and insertion of a metal electrode.

本発明は、空気極と、対向する側壁の間隔を変える変形機構とを備え、前記空気極は、前記対向する側壁の少なくとも一方に設けられたことを特徴とする電槽を提供する。   The present invention provides a battery case comprising an air electrode and a deformation mechanism that changes a distance between opposing side walls, wherein the air electrode is provided on at least one of the opposing side walls.

本発明によれば、電槽の対向する側壁の少なくとも一方に設けられた空気極を備えるため、対向する側壁間の電槽内に金属電極を挿入することにより金属空気電池を形成することができる。
本発明によれば、対向する側壁の間隔を変える変形機構を備えるため、対向する側壁の間隔が広くなるように電槽を変形させた後、電槽内に金属電極を挿入することができ、また、電槽内から金属電極を取り出すことができる。このことにより、金属電極の挿入、取り出しの際に金属電極と電槽とが接触することを抑制することができ、金属電極や電槽の損傷や摩耗を抑制することができる。また、金属電極の挿入後、対向する側壁の間隔が狭くなるように電槽を変形させ、金属空気電池により放電することができる。このことにより、アノード−カソード間距離を小さくすることができ、イオン伝導抵抗を小さくすることができる。このことにより、金属空気電池の出力特性を向上させることができる。
According to the present invention, since the air electrode is provided on at least one of the opposing side walls of the battery case, the metal-air battery can be formed by inserting the metal electrode into the battery case between the opposing side walls. .
According to the present invention, since the deformation mechanism for changing the distance between the opposing side walls is provided, the metal electrode can be inserted into the battery case after the battery case is deformed so that the distance between the opposing side walls is widened. Further, the metal electrode can be taken out from the battery case. Thereby, it can suppress that a metal electrode and a battery case contact in the case of insertion and extraction of a metal electrode, and can suppress damage and abrasion of a metal electrode or a battery case. Further, after the metal electrode is inserted, the battery case can be deformed so that the interval between the opposing side walls becomes narrow, and the metal-air battery can be discharged. As a result, the distance between the anode and the cathode can be reduced, and the ion conduction resistance can be reduced. As a result, the output characteristics of the metal-air battery can be improved.

本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の電槽および金属極カートリッジの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the battery case and metal electrode cartridge of one Embodiment of this invention. (a)(b)は、本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。(A) (b) is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. (a)(b)は、本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。(A) (b) is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. (a)(b)は、本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。(A) (b) is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. (a)は、本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図であり、(b)は前記金属空気電池の概略側面図である。(A) is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention, (b) is a schematic side view of the said metal air battery. (a)は、本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図であり、(b)は前記金属空気電池の概略側面図である。(A) is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention, (b) is a schematic side view of the said metal air battery. 本発明の一実施形態の電槽および金属極カートリッジの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the battery case and metal electrode cartridge of one Embodiment of this invention. (a)は、本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図であり、(b)は前記金属空気電池の概略側面図である。(A) is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention, (b) is a schematic side view of the said metal air battery. (a)(b)は、本発明の一実施形態の金属空気電池の概略上面図である。(A) (b) is a schematic top view of the metal air battery of one Embodiment of this invention.

本発明の電槽は、空気極と、対向する側壁の間隔を変える変形機構とを備え、前記空気極は、前記対向する側壁の少なくとも一方に設けられたことを特徴とする。
本発明において、電槽とは、金属空気電池の構成部品であり、電解質および金属電極を収容できる電槽である。
The battery case of the present invention includes an air electrode and a deformation mechanism that changes an interval between opposing side walls, and the air electrode is provided on at least one of the opposing side walls.
In the present invention, the battery case is a component of a metal-air battery and is a battery case that can accommodate an electrolyte and a metal electrode.

本発明の電槽において、変形機構は伸縮構造を含むことが好ましい。
このような構成によれば、伸縮構造を伸縮させることにより、対向する側壁の間隔を変えることができる。
本発明の電槽において、対向する側壁の少なくとも一方に押圧部を備え、押圧部は、対向する側壁の間隔を狭くすることにより、電槽中の電解質を押圧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、変形機構により対向する側壁の間隔を狭くすることにより電槽内の電解質を空気極と金属電極との間に供給することができる。また、変形機構により対向する側壁の間隔を広くすることにより金属電極が自己腐食することを抑制することができる。
In the battery case of the present invention, the deformation mechanism preferably includes a telescopic structure.
According to such a structure, the space | interval of the opposing side wall can be changed by expanding / contracting an expansion-contraction structure.
In the battery case of the present invention, it is preferable that at least one of the opposing side walls is provided with a pressing part, and the pressing part is provided so as to press the electrolyte in the battery case by narrowing the interval between the opposing side walls. .
According to such a structure, the electrolyte in a battery case can be supplied between an air electrode and a metal electrode by narrowing the space | interval of the opposing side wall by a deformation | transformation mechanism. Moreover, it can suppress that a metal electrode corrodes by widening the space | interval of the opposing side wall by a deformation | transformation mechanism.

本発明の電槽において、変形機構は、回転軸を有し、回転軸を中心とした回転に伴い変形する機構であることが好ましい。
このような構成によれば、回転軸を中心とした回転により電槽を変形させることにより、対向する側壁の間隔を変えることができる。また、金属電極又は金属極カートリッジと電槽とが接触する際に面内方向にかかる摩擦力を低減することができる。
本発明の電槽において、空気極の内側面を覆う第1セパレータ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、電解質に含まれる負極活物質や負極反応生成物の極微細な粒子が空気極に付着することを抑制できる。また、電槽内に金属電極を挿入する際や電槽内から金属電極を取り出す際に電槽が摩耗することや損傷することを抑制することができる。
In the battery case of the present invention, the deformation mechanism preferably has a rotation axis and is a mechanism that deforms with rotation about the rotation axis.
According to such a structure, the space | interval of the opposing side wall can be changed by changing a battery case by rotation centering on a rotating shaft. Further, it is possible to reduce the frictional force applied in the in-plane direction when the metal electrode or the metal electrode cartridge contacts the battery case.
The battery case of the present invention preferably further comprises a first separator that covers the inner surface of the air electrode.
According to such a structure, it can suppress that the very fine particle | grains of the negative electrode active material and negative electrode reaction product which are contained in electrolyte adhere to an air electrode. Moreover, when inserting a metal electrode in a battery case, or taking out a metal electrode from the inside of a battery case, it can suppress that a battery case is worn out or damaged.

本発明は、本発明の電槽と、電槽に収容された電解質と、電槽に収容された金属電極とを備える金属空気電池も提供する。
また、本発明は、本発明の電槽と、少なくとも一部が電槽に収容された金属極カートリッジとを備え、金属極カートリッジは、金属電極と、電解質を収容した第2セパレータとを備え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、空気極を備える電槽と、電槽に収容された電解質と、電槽に収容された金属電極とを備えるため、金属電極においてアノード反応を進行させることができ、空気極においてカソード反応を進行させることができる。このことにより、金属電極と空気極との間に起電力を生じさせることができ、放電電流を流すことができる。
また、金属極カートリッジを備えることにより、使用済みの金属電極を電槽中から取り出し、新たな金属電極を電槽中に挿入することができ、金属電極を交換することができる。この交換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、金属空気電池により繰り返し放電を行うことができる。また、放電を中止した際に金属電極を電槽中から取り出すことにより電極活物質が自己腐食することを防止することができ、電極活物質を効率よく利用することができる。さらに、放電中に析出される金属酸化物を第2セパレータ内に留めることで、放電後、金属電極と同時に電槽中から金属酸化物を取り除くことができる。
さらに、本発明は、第2セパレータを袋状にした金属空気電池を提供する。第2セパレータを袋状にすることで、変形機構により、電槽の対向する側壁または押圧部から受ける押圧に反発することなく、容易に形状を変えることができるため、空気極と第2セパレータを密着させることができる。
The present invention also provides a metal-air battery including the battery case of the present invention, an electrolyte accommodated in the battery case, and a metal electrode accommodated in the battery case.
Moreover, this invention is equipped with the battery case of this invention, and the metal electrode cartridge in which at least one part was accommodated in the battery case, and a metal electrode cartridge is a metal provided with the 2nd separator which accommodated the metal electrode and electrolyte. An air battery is also provided.
According to the metal-air battery of the present invention, since the battery case includes an air electrode, the electrolyte accommodated in the battery case, and the metal electrode accommodated in the battery case, the anode reaction can proceed in the metal electrode. The cathode reaction can proceed at the air electrode. Thereby, an electromotive force can be generated between the metal electrode and the air electrode, and a discharge current can flow.
Moreover, by providing a metal electrode cartridge, a used metal electrode can be taken out from a battery case, a new metal electrode can be inserted in a battery case, and a metal electrode can be replaced | exchanged. By this exchange, an electrode active material can be supplied to the metal-air battery, and repeated discharge can be performed by the metal-air battery. Moreover, it is possible to prevent the electrode active material from self-corrosion by taking out the metal electrode from the battery case when the discharge is stopped, and the electrode active material can be used efficiently. Furthermore, by keeping the metal oxide deposited during the discharge in the second separator, the metal oxide can be removed from the battery case simultaneously with the metal electrode after the discharge.
Furthermore, this invention provides the metal air battery which made the 2nd separator into the bag shape. By making the second separator into a bag shape, the deformation mechanism can easily change the shape without repelling the pressure received from the opposite side wall or pressing portion of the battery case. It can be adhered.

本発明の金属空気電池において、外部接続端子をさらに備え、外部接続端子は、対向する側壁の間隔を狭くすることにより、金属電極及び空気極のうち少なくとも一方と電気的に接続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、対向する側壁の間隔が狭くなるように電槽を変形させることにより金属空気電池の放電を開始することができ、対向する側壁の間隔が広くなるように電槽を変形させることにより金属空気電池の放電を停止させることができる。このことにより、放電の開始および停止に伴う操作を単純化することができる。また、金属空気電池の誤動作を抑制することができる。また、金属空気電池の安全性を向上させることができる。
本発明の金属空気電池において、対向する側壁の間隔を狭くするように電槽を変形させた状態で、第1及び第2セパレータは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−カソード間距離を安定化することができ、金属空気電池の出力特性を向上させることができる。
The metal-air battery of the present invention further includes an external connection terminal, and the external connection terminal is provided so as to be electrically connected to at least one of the metal electrode and the air electrode by narrowing the interval between the opposing side walls. It is preferable.
According to such a configuration, the discharge of the metal-air battery can be started by deforming the battery case so that the distance between the opposing side walls becomes narrow, and the battery case is set so that the distance between the opposite side walls becomes wide. By deforming, the discharge of the metal-air battery can be stopped. This simplifies the operations associated with the start and stop of discharge. In addition, malfunction of the metal-air battery can be suppressed. Moreover, the safety of the metal-air battery can be improved.
In the metal-air battery of the present invention, it is preferable that the first and second separators are in contact with each other in a state where the battery case is deformed so as to narrow the interval between the opposing side walls.
According to such a configuration, the anode-cathode distance can be stabilized, and the output characteristics of the metal-air battery can be improved.

以下、本発明の一実施形態について、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。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

電槽の構成及び金属空気電池の構成
図1、図2、図4(a)(b)、図5(a)(b)、図6(a)(b)、図7(a)、図8(a)、図10(a)はそれぞれ本実施形態の金属空気電池の概略断面図である。図3、図9はそれぞれ本実施形態の電槽及び金属極カートリッジの概略断面図である。図7(b)、図8(b)、図10(b)は、それぞれ本実施形態の金属空気電池の概略側面図である。図11(a)(b)はそれぞれ本実施形態の金属空気電池の概略上面図である。
本実施形態の電槽32は、空気極9と、対向する側壁の間隔を変える変形機構12とを備え、空気極9は、前記対向する側壁の少なくとも一方に設けられたことを特徴とする。
本実施形態の金属空気電池30は、電槽32と、電槽32に収容された電解質3と、電槽32に収容された金属電極5とを備える。
以下、本実施形態の電槽32及び金属空気電池30について説明する。
Structure of battery case and structure of metal-air battery FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4 (a) (b), FIG. 5 (a) (b), FIG. 6 (a) (b), FIG. 8 (a) and 10 (a) are schematic cross-sectional views of the metal-air battery of this embodiment, respectively. 3 and 9 are schematic cross-sectional views of the battery case and the metal electrode cartridge of this embodiment, respectively. FIGS. 7B, 8B, and 10B are schematic side views of the metal-air battery of this embodiment, respectively. 11 (a) and 11 (b) are schematic top views of the metal-air battery of this embodiment, respectively.
The battery case 32 of the present embodiment includes the air electrode 9 and the deformation mechanism 12 that changes the interval between the opposing side walls, and the air electrode 9 is provided on at least one of the opposing side walls.
The metal-air battery 30 of this embodiment includes a battery case 32, an electrolyte 3 accommodated in the battery case 32, and a metal electrode 5 accommodated in the battery case 32.
Hereinafter, the battery case 32 and the metal-air battery 30 of this embodiment are demonstrated.

1.金属空気電池
本実施形態の金属空気電池30は、電極活物質となる金属を含む金属電極5を負極(アノード)とし、空気極9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30は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよい。また、本実施形態の金属空気電池30は、金属電極5を交換することにより電極活物質を金属空気電池に供給する機械式充電型の金属空気電池であってもよい。
また、金属空気電池30は、筐体1、空気極9などからなる電槽32と、電槽32に着脱可能な構造を有し、金属電極5、第2セパレータ14などからなる金属極カートリッジ20とから構成されてもよい。
1. Metal-air battery The metal-air battery 30 of the present embodiment is a battery in which the metal electrode 5 containing a metal serving as an electrode active material is a negative electrode (anode) and the air electrode 9 is a positive electrode (cathode). For example, a zinc air battery, a lithium air battery, a sodium air battery, a calcium air battery, a magnesium air battery, an aluminum air battery, and an iron air battery. Further, the metal-air battery 30 of the present embodiment may be a primary battery or a secondary battery. Further, the metal-air battery 30 of the present embodiment may be a mechanical rechargeable metal-air battery that supplies the electrode active material to the metal-air battery by replacing the metal electrode 5.
The metal-air battery 30 has a battery case 32 composed of the casing 1, the air electrode 9 and the like, and a structure that can be attached to and detached from the battery case 32, and a metal electrode cartridge 20 composed of the metal electrode 5, the second separator 14, and the like. May be configured.

2.セル
セル31は、金属空気電池30の構成単位であり、電槽32中に設けられかつアノードとなる金属電極5と、カソードとなる空気極9とからなる電極対を有する。また、セル31は、空気極を含む電槽32と金属電極5とを含む。セル31は、例えば、1つの空気極9と1つの金属電極5とが電解質3を挟むように設けられた電極対を有してもよく、図1に示した金属空気電池30のように2つの空気極9が1つの金属電極5を挟むように設けられた電極対を有してもよい。なお、空気極9と金属電極5とに挟まれる電解質3は、電解液又は固体電解質であってもよく、セパレータに浸み込んだ電解液、セパレータ中の電解液であってもよい。
2. Cell The cell 31 is a structural unit of the metal-air battery 30 and includes an electrode pair provided in the battery case 32 and including a metal electrode 5 serving as an anode and an air electrode 9 serving as a cathode. The cell 31 includes a battery case 32 including an air electrode and a metal electrode 5. The cell 31 may have, for example, an electrode pair in which one air electrode 9 and one metal electrode 5 are provided so as to sandwich the electrolyte 3, and 2 cells like the metal-air battery 30 shown in FIG. One air electrode 9 may have an electrode pair provided so as to sandwich one metal electrode 5. The electrolyte 3 sandwiched between the air electrode 9 and the metal electrode 5 may be an electrolytic solution or a solid electrolyte, or an electrolytic solution immersed in the separator or an electrolytic solution in the separator.

3.セル集合体
セル集合体は、複数のセル31で構成される。セル集合体は、セル31を重ねたスタック構造を有してもよい。また、セル集合体は、セル31に含まれる板状の金属電極5または空気極9が同一面上に位置するように複数のセル31を並べた構造を有してもよい。セル集合体は、複数のセル31が1つの筐体1内に設けられてもよく、それぞれのセル31が筐体1を有してもよい。なお、セル集合体を構成するセルの数は特に限定されず、必要となる発電能力に応じてセルの数量を決定すればよい。
3. Cell aggregate The cell aggregate is composed of a plurality of cells 31. The cell aggregate may have a stack structure in which the cells 31 are stacked. The cell assembly may have a structure in which a plurality of cells 31 are arranged so that the plate-like metal electrode 5 or the air electrode 9 included in the cell 31 is located on the same plane. In the cell aggregate, a plurality of cells 31 may be provided in one housing 1, and each cell 31 may have the housing 1. The number of cells constituting the cell assembly is not particularly limited, and the number of cells may be determined according to the required power generation capacity.

4.電解質、電槽、変形機構
電解質3は、金属電極5と空気極9の間でイオンの伝導を担う電解質である。電解質3としては、電解液、ゲル化電解液、固体電解質又は電解質膜(イオン交換膜)であってもよく、セパレータにしみ込んだ電解液、セパレータ中の電解液であってもよい。
電解質3をゲル化電解液とすることにより、電解液に比べて、金属電極5の交換時に電解質3が漏洩することを抑制することができる。また、電解質3は、液体からゲルに任意のタイミングで変化させてもよい。また、ゲル化電解液は、流動性を有してもよく流動性を有さなくてもよい。
図1に示した実施形態に係る電解質3は、電槽32に収容された電解液3である。電解液3は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する電解液である。
また、電解液3は、電槽32内で電解質粒子を水や有機系溶媒などに溶解させ調製してもよく、外部で調製した電解液3を電槽32に入れてもよい。また、電解液3は電槽32内でゲル化してもよく、外部でゲル化した電解液3を電槽32に入れてもよい。また、ゲル化した電解液3は、成形した後電槽32に入れてもよい。
図10に示した実施形態に係る電解質3は、第1セパレータ15及び第2セパレータ14を構成するアニオン交換膜などのイオン交換膜もしくは電解質を含浸した固体、ゲル、高分子の分子篩などである。なお、電解質3を第1セパレータ15又は第2セパレータ14とする場合、第1セパレータ15又は第2セパレータ14は、電極活物質層6と接触するように設けられる。このことにより、電極活物質層6と第1又は第2セパレータ15、14との界面においてアノード反応を進行させることができる。また、図10に示した金属空気電池30のように第1セパレータ15及び第2セパレータ14を電解質3として機能させると、金属空気電池30を液体を使わない構成とすることができ、金属空気電池30の安全性を向上させることができる。
また、固体系電解質としては、無機固体電解質または有機固体電解質に分別できる。無機固体電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス、イオン伝導性ガラス、イオン性結晶などが挙げられる。また、有機固体電解質としては、高分子化合物(例えば、ポリエチレンオキサイドなど)に電解質塩(例えば、亜鉛塩やリチウム塩など)を分散させた有機固体電解質や、イオン交換膜などが挙げられる。イオン交換膜としては、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)など等が挙げられる。
電解液3は、電槽32内に溜めること、または電槽32内を流通させることができる。電解液3の種類は、金属電極5に含まれる電極活物質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)であってもよい。
例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解液3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、ナトリウム空気電池の場合、電解液3には塩化ナトリウム水溶液などの中性水溶液を用いることができる。
また、リチウム空気電池またはナトリウム空気電池では、リチウムあるいはナトリウムなどを含む金属極が水との接触により激しい反応を伴うため、電解質膜など等を介して電解質水溶液を使用することができる。
4). Electrolyte, Battery Case, Deformation Mechanism The electrolyte 3 is an electrolyte responsible for ion conduction between the metal electrode 5 and the air electrode 9. The electrolyte 3 may be an electrolytic solution, a gelled electrolytic solution, a solid electrolyte or an electrolyte membrane (ion exchange membrane), an electrolytic solution soaked in the separator, or an electrolytic solution in the separator.
By using the electrolyte 3 as a gelled electrolyte, it is possible to suppress leakage of the electrolyte 3 when the metal electrode 5 is replaced as compared with the electrolyte. Further, the electrolyte 3 may be changed from a liquid to a gel at an arbitrary timing. Moreover, the gelled electrolyte may have fluidity or may not have fluidity.
The electrolyte 3 according to the embodiment shown in FIG. 1 is an electrolytic solution 3 accommodated in a battery case 32. The electrolytic solution 3 is an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent and has ionic conductivity.
Moreover, the electrolyte solution 3 may be prepared by dissolving electrolyte particles in water or an organic solvent in the battery case 32, or the electrolyte solution 3 prepared outside may be put in the battery case 32. Further, the electrolytic solution 3 may be gelled in the battery case 32, or the electrolytic solution 3 that is gelled outside may be put in the battery case 32. Moreover, you may put the gelatinized electrolyte solution 3 in the battery case 32, after shape | molding.
The electrolyte 3 according to the embodiment shown in FIG. 10 is an ion exchange membrane such as an anion exchange membrane constituting the first separator 15 and the second separator 14 or a solid, gel, or polymer molecular sieve impregnated with an electrolyte. When the electrolyte 3 is the first separator 15 or the second separator 14, the first separator 15 or the second separator 14 is provided in contact with the electrode active material layer 6. As a result, the anode reaction can proceed at the interface between the electrode active material layer 6 and the first or second separator 15, 14. Further, when the first separator 15 and the second separator 14 are made to function as the electrolyte 3 as in the metal-air battery 30 shown in FIG. 10, the metal-air battery 30 can be configured not to use a liquid. The safety of 30 can be improved.
The solid electrolyte can be classified into an inorganic solid electrolyte or an organic solid electrolyte. Examples of the inorganic solid electrolyte include ion conductive ceramics, ion conductive glass, and ionic crystals. Examples of the organic solid electrolyte include an organic solid electrolyte in which an electrolyte salt (eg, zinc salt or lithium salt) is dispersed in a polymer compound (eg, polyethylene oxide), an ion exchange membrane, or the like. Examples of the ion exchange membrane include perfluorosulfonic acid, perfluorocarboxylic acid, styrene vinyl benzene, quaternary ammonium solid polymer electrolyte membrane (anion exchange membrane) and the like.
The electrolytic solution 3 can be stored in the battery case 32 or can be circulated in the battery case 32. The type of the electrolytic solution 3 is different depending on the type of the electrode active material contained in the metal electrode 5, but may be an electrolytic solution (aqueous electrolyte solution) using a water solvent.
For example, in the case of a zinc-air battery, a lithium-air battery, an aluminum-air battery, or an iron-air battery, an alkaline aqueous solution such as a sodium hydroxide aqueous solution or a potassium hydroxide aqueous solution can be used as the electrolyte solution 3. In the case of an air battery, the electrolyte solution 3 can be a neutral aqueous solution such as a sodium chloride aqueous solution.
Further, in a lithium air battery or a sodium air battery, a metal electrode containing lithium or sodium causes a violent reaction due to contact with water, and therefore an aqueous electrolyte solution can be used via an electrolyte membrane or the like.

また、電解液3は、電槽32内部の第2セパレータ14内に溜められてもよい。この場合、第2セパレータ14を袋状とし、電解液3をゲル化電解液とすることができる。このことにより、第2セパレータ14中に電解液3を溜めることができ、第2セパレータ14からの電解液3の漏洩を抑制することができる。例えば、図6(a)(b)に示した金属空気電池30では、第2セパレータ14中にゲル化電解液3が溜められている。また、第2セパレータ14中の電解液3は、負極活物質である金属粉末が混合されたゲル化電解液であってもよい。
また、電解液3は、金属電極5を電槽32内に挿入した後、電槽32内又は第2セパレータ14内に注入してもよい。
Further, the electrolytic solution 3 may be stored in the second separator 14 inside the battery case 32. In this case, the 2nd separator 14 can be made into a bag shape, and the electrolyte solution 3 can be used as a gelatinization electrolyte solution. As a result, the electrolytic solution 3 can be stored in the second separator 14, and leakage of the electrolytic solution 3 from the second separator 14 can be suppressed. For example, in the metal-air battery 30 shown in FIGS. 6A and 6B, the gelled electrolyte 3 is stored in the second separator 14. Further, the electrolytic solution 3 in the second separator 14 may be a gelled electrolytic solution in which metal powder that is a negative electrode active material is mixed.
The electrolytic solution 3 may be injected into the battery case 32 or the second separator 14 after the metal electrode 5 is inserted into the battery case 32.

本実施形態の電槽32は、金属空気電池30の構成部品であり、電解質3および金属電極5を収容できる電槽である。また、電槽32は、筐体1と空気極9を含む構造を有してもよい。この場合、筐体1は容器形状を有することができ、空気極9は、容器形状の筐体1の側壁部に組み込むことができる。
電槽32は、電解液槽として電解質3を収容してもよく、電解質3を収容した第2セパレータ14を電槽32の内部に収容してもよい。また、電槽32は、その中に金属電極5又は第2セパレータ14を取り出し可能に設置することができる構造を有する。具体的には、電槽32は、金属極挿入口を有することができ、この金属極挿入口から金属極カートリッジ20に含まれる金属電極5及び第2セパレータ14を電槽32の内部に挿入できるように設けられる。
The battery case 32 of this embodiment is a component of the metal-air battery 30 and is a battery case that can accommodate the electrolyte 3 and the metal electrode 5. The battery case 32 may have a structure including the housing 1 and the air electrode 9. In this case, the housing 1 can have a container shape, and the air electrode 9 can be incorporated in the side wall portion of the container-shaped housing 1.
The battery case 32 may contain the electrolyte 3 as an electrolytic solution tank, and may contain the second separator 14 containing the electrolyte 3 inside the battery case 32. Moreover, the battery case 32 has a structure in which the metal electrode 5 or the 2nd separator 14 can be installed so that extraction is possible. Specifically, the battery case 32 can have a metal electrode insertion port, and the metal electrode 5 and the second separator 14 included in the metal electrode cartridge 20 can be inserted into the battery case 32 from the metal electrode insertion port. It is provided as follows.

電槽32は、電解液3を溜める又は流通させる電解槽であってもよい。また、電槽32は、電解液室を有することができる。また、電解液3がゲル化電解液である場合、電槽32は、ゲル化電解液を収容する電解槽であってもよい。また、電槽32は、複数の電解液室を有してもよい。
また、電槽32に含まれる筐体1は、複数の部材が組み合わされた構造を有してもよい。また、筐体1は剛性を有してもよい。このことにより、金属空気電池32の取り扱いを容易にすることができる。また、筐体1が複数の部材から構成されるとき、複数の部材はそれぞれ剛性を有してもよい。
The battery case 32 may be an electrolytic cell for storing or circulating the electrolyte solution 3. Moreover, the battery case 32 can have an electrolyte solution chamber. Further, when the electrolytic solution 3 is a gelled electrolytic solution, the battery case 32 may be an electrolytic cell that accommodates the gelled electrolytic solution. The battery case 32 may have a plurality of electrolyte chambers.
Further, the housing 1 included in the battery case 32 may have a structure in which a plurality of members are combined. Moreover, the housing | casing 1 may have rigidity. As a result, the metal-air battery 32 can be easily handled. Moreover, when the housing | casing 1 is comprised from a some member, a some member may have rigidity, respectively.

筐体1の材料は、電解液に対して耐食性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ酢酸ビニル、ABS樹脂、塩化ビニリデン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、またはこれらの混成樹脂などである。   The material of the housing 1 is not particularly limited as long as the material has corrosion resistance to the electrolytic solution. For example, polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate, ABS resin, vinylidene chloride, polyacetal Polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyphenylene ether, polystyrene, fluororesin, epoxy resin, or a hybrid resin thereof.

電槽32は、対向する側壁の間隔を変える変形機構12を備える。また、空気極9は、この側壁に設けられ、金属電極5は、対向する側壁の間に設けられる。従って、変形機構12により対向する側壁の間隔を変えることにより、金属電極5と空気極9との間隔i(以下、電極間隔iという)を変えることができる。この変形機構12は、電槽32を構成する筐体1などに設けることができる。
なお、電極間隔iは、金属電極5の主要面と、この面に対向する空気極9の主要面の間隔をいう。例えば、図1、2、7に示した金属空気電池30のように、金属電極5の主要面と空気極9の主要面とが実質的に平行な場合、電極間隔iはこの平行な2つの主要面の間隔である。また、例えば、図8に示した金属空気電池30のように、金属電極5の主要面と空気極9の主要面とが平行でない場合、2つの主要面の最短距離が電極間隔iである。
The battery case 32 includes the deformation mechanism 12 that changes the interval between the opposing side walls. The air electrode 9 is provided on the side wall, and the metal electrode 5 is provided between the opposing side walls. Therefore, the distance i between the metal electrode 5 and the air electrode 9 (hereinafter referred to as the electrode distance i) can be changed by changing the distance between the opposing side walls by the deformation mechanism 12. The deformation mechanism 12 can be provided in the housing 1 constituting the battery case 32 or the like.
The electrode interval i refers to the interval between the main surface of the metal electrode 5 and the main surface of the air electrode 9 facing this surface. For example, when the main surface of the metal electrode 5 and the main surface of the air electrode 9 are substantially parallel as in the metal-air battery 30 shown in FIGS. The distance between the major surfaces. Further, for example, when the main surface of the metal electrode 5 and the main surface of the air electrode 9 are not parallel as in the metal-air battery 30 shown in FIG. 8, the shortest distance between the two main surfaces is the electrode interval i.

変形機構12は、電槽32を変形させ電極間隔iを変えることができる機構であれば特に限定されないが、例えば、伸縮構造16、軸回転構造であってもよい。金属空気電池30に複数の電極間隔iがある場合、変形機構12は、複数の電極間隔iのうち少なくとも1つの電極間隔iを変えることができればよい。
変形機構12である伸縮構造16としては、例えば、筐体1が第1筐体1aと第2筐体1bとから構成され、第1筐体1aの一部が第2筐体1bの内部に設けられた空間に入り込むテレスコピック構造(入れ子構造)が挙げられる。また、伸縮構造16は、例えば、筐体1が第1筐体1aと第2筐体1bとから構成され、第2筐体1bがガイド部を有し、第1筐体1aがガイド部に導かれて移動することにより伸縮する構造(片持ち構造)であってもよく、ラチス構造であってもよく、蛇腹構造39であってもよく、積層スライド構造であってもよい。
Although the deformation | transformation mechanism 12 will not be specifically limited if it is a mechanism which can deform | transform the battery case 32 and can change the electrode space | interval i, For example, the expansion-contraction structure 16 and the shaft rotation structure may be sufficient. When the metal-air battery 30 has a plurality of electrode intervals i, the deformation mechanism 12 only needs to change at least one electrode interval i among the plurality of electrode intervals i.
As the elastic structure 16 that is the deformation mechanism 12, for example, the housing 1 is composed of a first housing 1a and a second housing 1b, and a part of the first housing 1a is placed inside the second housing 1b. A telescopic structure (nested structure) entering the provided space can be mentioned. In the telescopic structure 16, for example, the housing 1 is composed of a first housing 1 a and a second housing 1 b, the second housing 1 b has a guide portion, and the first housing 1 a serves as the guide portion. A structure (cantilever structure) that expands and contracts by being guided and moved, a lattice structure, a bellows structure 39, or a laminated slide structure may be used.

例えば、図1〜3、図5(a)(b)、図6(a)(b)に示した金属空気電池30では、筐体1が第1筐体1aと第2筐体1bとから構成され、第2筐体1bが内部空間を有し、第1筐体1aの一部がこの内部空間に入り込む伸縮構造16(テレスコピック構造)を有している。なお、図1〜3などでは、電槽32の底部にのみ伸縮構造16を示しているが、電槽32の側部にも伸縮構造16は設けられる。
また、例えば、図4(a)(b)に示した金属空気電池30では、筐体1は、蛇腹構造39を有している。
なお、図1、図4(a)、図5(a)、図6(a)は、電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30の概略断面図である。
図2は、図1に示した金属空気電池30を電極間隔iが広くなるように変形させた状態の金属空気電池30の概略断面図であり、図3は、図2に示した金属空気電池30の金属極カートリッジ20を交換する際の電槽32及び金属極カートリッジ20の概略断面図である。図4(b)は、図4(a)に示した金属空気電池30を電極間隔iが広くなるように変形させた状態の金属空気電池30の概略断面図であり、図5(b)は、図5(a)に示した金属空気電池30を電極間隔iが広くなるように変形させた状態の金属空気電池30の概略断面図であり、図6(b)は、図6(a)に示した金属空気電池30を電極間隔iが広くなるように変形させた状態の金属空気電池30の概略断面図である。
For example, in the metal-air battery 30 shown in FIGS. 1 to 3, FIGS. 5A and 5B, and FIGS. 6A and 6B, the case 1 is composed of a first case 1 a and a second case 1 b. The second housing 1b has an internal space, and a part of the first housing 1a has a telescopic structure 16 (telescopic structure) that enters the internal space. 1 to 3 and the like show the stretchable structure 16 only at the bottom of the battery case 32, the stretchable structure 16 is also provided at the side of the battery case 32.
Further, for example, in the metal-air battery 30 shown in FIGS. 4A and 4B, the housing 1 has a bellows structure 39.
1, FIG. 4 (a), FIG. 5 (a), and FIG. 6 (a) are schematic cross-sectional views of the metal-air battery 30 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is narrowed. is there.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 30 in a state where the metal-air battery 30 shown in FIG. 1 is deformed so that the electrode interval i is wide. FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a battery case 32 and a metal electrode cartridge 20 when replacing 30 metal electrode cartridges 20. FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 30 in a state in which the metal-air battery 30 shown in FIG. 4A is deformed so that the electrode interval i is wide, and FIG. FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 30 in a state where the metal-air battery 30 shown in FIG. 5A is deformed so that the electrode interval i is wide, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 30 in a state where the metal-air battery 30 shown in FIG.

変形機構12である軸回転構造は、例えば、図7,8に示したように、筐体1が第1筐体1aと第2筐体1bとから構成され、第1筐体1aと第2筐体1bとの接続部に回転軸25が設けられ、第2筐体1bが第1筐体1aに対し回転運動をすることにより筐体1が変形する構造であってもよい。また、第1筐体1aと第2筐体1bは、蛇腹構造などの伸縮構造16により接続されていてもよい。この伸縮構造16は、軸回転運動に伴い伸縮できるように設けることができる。なお、回転軸25は、筐体1の一部であってもよく、筐体1と別の部材であってもよい。
第1筐体1aと第2筐体1bは、取り外しが可能な接続箇所と、回転軸25の両方により接続されていてもよい。このことにより、前記接続箇所を取り外し、第2筐体1bを第1筐体1aに対し第1回転方向に回転運動させ電極間隔iが広くなるように筐体1を変形させることができる。また、第2筐体1bを第1筐体1aに対し第2回転方向に回転運動させ電極間隔iが狭くなるように筐体1を変形させ、前記接続箇所で第1筐体1aと第2筐体1bとを接続することができる。このような構成により、電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30の形状を安定化させることができ、安定して放電させることができる。
取り外しが可能な接続箇所は、例えば、第1筐体1aと第2筐体1bのどちらか一方に設けた凸部が、他方に設けた凹部に嵌合する構造であってもよい。また、第1筐体1aと第2筐体1bにそれぞれ磁石を設け、磁石の引力により第1及び第2筐体1a、1bが接続する構造であってもよい。
例えば、図7〜10に示した金属空気電池30は、筐体1が第1筐体1aと第2筐体1bとから構成され、第1筐体1aの外側面下部と第2筐体1bの内側面下部との結合部に回転軸25が設けられ、第1筐体1aに対し第2筐体1bが回転運動することができる構造を有している。また、電槽32の側面に第1筐体1aと第2筐体1bとを接続する伸縮構造を設けてもよい。
なお、図7(a)(b)及び図10(a)(b)は、電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30の概略断面図および概略側面図である。
図8(a)(b)は、図7(a)(b)に示した金属空気電池30を電極間隔iが広くなるように変形させた状態の金属空気電池30の概略断面図及び概略側面図であり、図9は、図8(a)(b)に示した金属空気電池30の金属極カートリッジ20を交換する際の金属空気電池30の概略断面図である。
For example, as shown in FIGS. 7 and 8, the shaft rotation structure that is the deformation mechanism 12 includes a housing 1 that includes a first housing 1 a and a second housing 1 b, and the first housing 1 a and the second housing 1 b. A structure in which the rotating shaft 25 is provided at a connection portion with the housing 1b and the housing 1 is deformed by the second housing 1b rotating with respect to the first housing 1a may be employed. Further, the first housing 1a and the second housing 1b may be connected by an elastic structure 16 such as a bellows structure. This stretchable structure 16 can be provided so that it can be stretched and contracted with the rotational movement of the shaft. The rotating shaft 25 may be a part of the housing 1 or may be a member different from the housing 1.
The 1st housing | casing 1a and the 2nd housing | casing 1b may be connected by both the connection location which can be removed, and the rotating shaft 25. FIG. As a result, the connecting portion can be removed, and the housing 1 can be deformed so that the second housing 1b is rotated in the first rotation direction relative to the first housing 1a to increase the electrode interval i. Further, the second housing 1b is rotated in the second rotation direction with respect to the first housing 1a, and the housing 1 is deformed so that the electrode interval i is narrowed. The housing 1b can be connected. With such a configuration, the shape of the metal-air battery 30 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is narrowed can be stabilized, and can be stably discharged.
The detachable connection location may be, for example, a structure in which a convex portion provided in one of the first housing 1a and the second housing 1b fits into a concave portion provided in the other. Moreover, the structure which provides a magnet in the 1st housing | casing 1a and the 2nd housing | casing 1b respectively, and the 1st and 2nd housing | casing 1a, 1b connects by the attractive force of a magnet may be sufficient.
For example, in the metal-air battery 30 shown in FIGS. 7 to 10, the casing 1 is composed of a first casing 1a and a second casing 1b, and the lower portion of the outer surface of the first casing 1a and the second casing 1b. A rotating shaft 25 is provided at a joint with the lower part of the inner side surface of the first casing 1a, and the second casing 1b can rotate with respect to the first casing 1a. Moreover, you may provide the expansion-contraction structure which connects the 1st housing | casing 1a and the 2nd housing | casing 1b to the side surface of the battery case 32. FIG.
7A, 7B, and 10A, 10B are a schematic cross-sectional view and a schematic side view of the metal-air battery 30 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is narrowed. It is.
FIGS. 8A and 8B are a schematic cross-sectional view and a schematic side view of the metal-air battery 30 in a state where the metal-air battery 30 shown in FIGS. 7A and 7B is deformed so that the electrode interval i is widened. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 30 when the metal electrode cartridge 20 of the metal-air battery 30 shown in FIGS. 8A and 8B is replaced.

図1、図4(a)、図5(a)、図6(a)、図7(a)(b)、図10(a)(b)、図11(a)のように、電極間隔が狭くなるように電槽32を変形させた状態において、金属空気電池30の放電を行うことができる。このことにより、アノード−カソード間距離を短くすることができ、イオン伝導抵抗を小さくすることができる。この結果、金属空気電池30の出力特性を向上させることができる。
また、電極間隔が狭くなるように電槽32を変形させた状態において、第2セパレータ14は第1セパレータ15と接触するように設けることができる。このことにより、アノード−カソード間距離を安定化することができる。また、第2セパレータ14を設けない場合、電極間隔が狭くなるように電槽32を変形させた状態において、金属電極5は第1セパレータ15と接触するように設けることができる。また、第1セパレータ15を設けない場合、電極間隔が狭くなるように電槽32を変形させた状態において、第2セパレータ14は、空気極9と接触するように設けることができる。
As shown in FIG. 1, FIG. 4 (a), FIG. 5 (a), FIG. 6 (a), FIG. 7 (a) (b), FIG. 10 (a) (b), and FIG. In a state where the battery case 32 is deformed so as to be narrow, the metal-air battery 30 can be discharged. As a result, the distance between the anode and the cathode can be shortened, and the ion conduction resistance can be reduced. As a result, the output characteristics of the metal-air battery 30 can be improved.
Further, the second separator 14 can be provided in contact with the first separator 15 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval is narrowed. As a result, the distance between the anode and the cathode can be stabilized. When the second separator 14 is not provided, the metal electrode 5 can be provided in contact with the first separator 15 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval is narrowed. When the first separator 15 is not provided, the second separator 14 can be provided in contact with the air electrode 9 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval is narrowed.

電極間隔が狭くなるように電槽32を変形させた状態において、第2セパレータ14は第1セパレータ15と密着するように設けることができる。また、第2セパレータ14は、金属電極5と密着してもよい。このことにより、電極間隔iを、実質的に第2セパレータ14の厚さと第1セパレータ15の厚さの和とすることができ、アノード−カソード間距離を安定化することができる。この結果、金属空気電池30の放電特性を向上させることができる。また、第2セパレータ14を第1セパレータ15によりしっかりと保持することができるため、金属空気電池30の信頼性を向上させることができる。
また、これらの場合、第1及び第2セパレータ15、14の材料は、絶縁性の多孔質材とすることができる。
なお、放電時に第2セパレータ14と第1セパレータ15とを接触させたとしても、電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させると、第2セパレータ14と第1セパレータ15は非接触になるため、金属極カートリッジ20の取り出しの際に第2セパレータ14と第1セパレータ15が摩耗することを抑制することができ、金属空気電池30が損傷することを抑制することができる。
The second separator 14 can be provided in close contact with the first separator 15 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval is narrowed. Further, the second separator 14 may be in close contact with the metal electrode 5. Thus, the electrode interval i can be substantially the sum of the thickness of the second separator 14 and the thickness of the first separator 15, and the anode-cathode distance can be stabilized. As a result, the discharge characteristics of the metal-air battery 30 can be improved. In addition, since the second separator 14 can be firmly held by the first separator 15, the reliability of the metal-air battery 30 can be improved.
In these cases, the material of the first and second separators 15 and 14 can be an insulating porous material.
Even if the second separator 14 and the first separator 15 are brought into contact with each other at the time of discharge, if the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is widened, the second separator 14 and the first separator 15 are not in contact with each other. Therefore, it is possible to prevent the second separator 14 and the first separator 15 from being worn when the metal electrode cartridge 20 is taken out, and to prevent the metal-air battery 30 from being damaged.

図2、図3、図4(b)、図5(b)、図6(b)、図8(a)(b)、図9のように、電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させた状態において、電槽32内からの金属電極5の取り出し及び電槽32内への金属電極5の挿入を行うことができる。このことにより、金属電極5又は第2セパレータ14が、空気極9又は第1セパレータ15と接触することを抑制して金属電極5の取り出し及び挿入を行うことができる。このことにより、金属電極5の取り出し及び挿入の際に金属空気電池30が損傷することを抑制することができ、金属空気電池30の寿命特性を向上させることができる。また、金属電極5が膨張した場合でも、金属電極5を電槽32内から容易に取り出すことができる。   2, 3, 4 (b), 5 (b), 6 (b), 8 (a), (b), and FIG. 9, the battery case 32 so that the electrode interval i is widened. In the deformed state, the metal electrode 5 can be taken out from the battery case 32 and the metal electrode 5 can be inserted into the battery case 32. Thereby, the metal electrode 5 or the second separator 14 can be prevented from coming into contact with the air electrode 9 or the first separator 15, and the metal electrode 5 can be taken out and inserted. As a result, the metal air battery 30 can be prevented from being damaged when the metal electrode 5 is taken out and inserted, and the life characteristics of the metal air battery 30 can be improved. Even when the metal electrode 5 expands, the metal electrode 5 can be easily taken out from the battery case 32.

電槽32が電解液槽となる場合、電槽32が変形することにより電解液槽の容量が変化するように電槽32が設けられてもよい。例えば、図1の電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30では、電槽32の容量は小さいが、図2の電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30では、電槽32の容量は大きい。
このように、電槽32の変形に伴い電槽32の容量を変化させることにより、電解液3の水位を変化させることができる。このことにより、電極間隔iを広くし金属電極5の挿入又は取り出しを行う際には、図2に示した金属空気電池30のように、電解液3の水位を金属電極5よりも低くすることができ、金属電極5又は第2セパレータ14に付着した電解液3の量を少なくすることができる。このことにより、金属電極5の交換に伴う電解液3の漏洩を抑制することができる。
また、電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30において、電解液3の水位が金属電極5の下部に位置してもよい。このことにより、金属電極5の交換に伴う電解液3の漏洩を抑制することができる。
また、図1に示した金属空気電池30のように、電槽32を変形させ電極間隔iを狭くし電解液3の水位を金属電極5よりも高くすることにより、金属電極5と空気極9との間に電解液3を供給することができ、金属空気電池30を放電可能な状態にすることができる。
When the battery case 32 is an electrolytic solution tank, the battery case 32 may be provided so that the capacity of the electrolytic solution tank is changed by the deformation of the battery case 32. For example, in the metal-air battery 30 in which the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i in FIG. 1 is narrow, the capacity of the battery case 32 is small, but the battery case so that the electrode interval i in FIG. In the metal-air battery 30 in a state where 32 is deformed, the capacity of the battery case 32 is large.
Thus, the water level of the electrolytic solution 3 can be changed by changing the capacity of the battery case 32 as the battery case 32 is deformed. Accordingly, when the electrode interval i is widened and the metal electrode 5 is inserted or removed, the water level of the electrolytic solution 3 is made lower than that of the metal electrode 5 as in the metal-air battery 30 shown in FIG. The amount of the electrolytic solution 3 attached to the metal electrode 5 or the second separator 14 can be reduced. Thereby, the leakage of the electrolyte solution 3 accompanying the replacement of the metal electrode 5 can be suppressed.
Further, in the metal-air battery 30 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is wide, the water level of the electrolytic solution 3 may be positioned below the metal electrode 5. Thereby, the leakage of the electrolyte solution 3 accompanying the replacement of the metal electrode 5 can be suppressed.
Further, like the metal-air battery 30 shown in FIG. 1, the battery case 32 is deformed, the electrode interval i is narrowed, and the water level of the electrolytic solution 3 is made higher than that of the metal electrode 5. The electrolyte solution 3 can be supplied between the two and the metal-air battery 30 can be discharged.

金属空気電池30は、電槽32の変形を補助する変形補助構造を有してもよい。このことにより、電槽32を安定して変形させることができる。また、電槽32が損傷することを抑制することができる。
変形補助構造は、電槽32の変形を補助することができれば特に限定されないが、例えば、図5に示した金属空気電池30に含まれる変形補助部材24a、24bのように、2つの変形補助部材24a、24bが回転軸25aで連結され、一方の変形補助部材24aが回転軸25bで第1筐体1aに連結され、他方の変形補助部材24bが回転軸25cで第2筐体1bに連結された構造であってもよい。このような変形補助構造によれば、回転軸25a、25b、25cを軸とした回転運動により電槽32の変形を補助することができる。また、回転軸25aが設けられた部分を引くことにより、電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させることができ、回転軸25aが設けられた部分を押すことにより、電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させることができる。
なお、図5では、変形補助構造を金属空気電池30の下部に設けているが、変形補助構造は、金属空気電池30の側部に設けられてもよく、金属空気電池30の上部に設けられてもよい。
The metal-air battery 30 may have a deformation assist structure that assists the deformation of the battery case 32. As a result, the battery case 32 can be stably deformed. Moreover, it can suppress that the battery case 32 is damaged.
The deformation assisting structure is not particularly limited as long as it can assist the deformation of the battery case 32. For example, two deformation assisting members like the deformation assisting members 24a and 24b included in the metal-air battery 30 shown in FIG. 24a and 24b are connected by the rotating shaft 25a, one deformation | transformation auxiliary member 24a is connected to the 1st housing | casing 1a by the rotating shaft 25b, and the other deformation | transformation auxiliary member 24b is connected to the 2nd housing | casing 1b by the rotating shaft 25c. The structure may be different. According to such a deformation assisting structure, it is possible to assist the deformation of the battery case 32 by a rotational motion about the rotation shafts 25a, 25b, and 25c. Further, by pulling a portion where the rotation shaft 25a is provided, the battery case 32 can be deformed so that the electrode interval i is narrowed, and by pressing a portion where the rotation shaft 25a is provided, the electrode interval i is reduced. The battery case 32 can be deformed to be wide.
In FIG. 5, the deformation assisting structure is provided at the lower part of the metal air battery 30, but the deformation assisting structure may be provided at the side of the metal air battery 30 or at the upper part of the metal air battery 30. May be.

変形補助構造は、例えば、図4に示した金属空気電池30に含まれるバネ40及び変形防止部材42のように、筐体1に挟持されるようにバネ40を設け、バネ40の弾性を利用して電槽32の変形を補助する構造であってもよい。この場合、バネ40が縮んだ際に電槽32の変形を防止する変形防止部材42を設けることができる。このような変形補助構造によれば、バネ40の力を利用して電槽32の変形を自動化することができる。   For example, the deformation assisting structure is provided with a spring 40 so as to be sandwiched by the housing 1 like the spring 40 and the deformation preventing member 42 included in the metal-air battery 30 shown in FIG. 4, and uses the elasticity of the spring 40. And the structure which assists the deformation | transformation of the battery case 32 may be sufficient. In this case, a deformation preventing member 42 that prevents deformation of the battery case 32 when the spring 40 is contracted can be provided. According to such a deformation assisting structure, the deformation of the battery case 32 can be automated using the force of the spring 40.

電槽32が電解液槽となる場合、金属空気電池30は、例えば、図5(a)(b)に示した金属空気電池30のように、電槽32の内面上に防水シート37を有してもよい。このことにより、電槽32が有する伸縮構造16などから電解液3が漏洩することを抑制することができる。なお、防水シート37は、図5(a)(b)のように電槽32の変形に伴い変形するように設けることができる。   When the battery case 32 serves as an electrolytic solution tank, the metal-air battery 30 has a waterproof sheet 37 on the inner surface of the battery case 32, such as the metal-air battery 30 shown in FIGS. May be. Thereby, it can suppress that the electrolyte solution 3 leaks from the expansion-contraction structure 16 etc. which the battery case 32 has. In addition, the waterproof sheet 37 can be provided so that it may deform | transform with the deformation | transformation of the battery case 32 like FIG.

第2セパレータ14が電解液槽となる場合、金属空気電池30は、電極間隔iが狭くなるように電槽32が変形することにより第2セパレータ14を押圧する押圧部21を有することができる。このことにより、押圧部21により第2セパレータ14を変形させることができ、第2セパレータ14内の電解液3を上側に押し出すことができ、電解液3を金属電極5と空気極9との間に供給することができる。この結果、金属空気電池30を放電可能な状態にすることができる。
また、放電後に電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させることにより、金属電極5と空気極9との間の電解液3を第2セパレータ14の下部に下ろすことができる。このことにより金属電極5の自己腐食が進行することを抑制することができる。
なお、押圧部21は、筐体1の一部であってもよく、筐体1とは別の部材であってもよい。
When the 2nd separator 14 becomes an electrolyte tank, the metal air battery 30 can have the press part 21 which presses the 2nd separator 14 when the battery case 32 deform | transforms so that the electrode space | interval i may become narrow. Accordingly, the second separator 14 can be deformed by the pressing portion 21, the electrolytic solution 3 in the second separator 14 can be pushed upward, and the electrolytic solution 3 is placed between the metal electrode 5 and the air electrode 9. Can be supplied to. As a result, the metal-air battery 30 can be brought into a dischargeable state.
Further, the electrolytic solution 3 between the metal electrode 5 and the air electrode 9 can be lowered to the lower part of the second separator 14 by deforming the battery case 32 so that the electrode interval i becomes wider after the discharge. This can prevent the self-corrosion of the metal electrode 5 from proceeding.
The pressing portion 21 may be a part of the housing 1 or may be a member different from the housing 1.

例えば図6(b)に示した金属空気電池30では、第2セパレータ14内に電解液3が溜められており、電解液3の液面は金属電極5よりも低くなっている。また、第2セパレータ14の下部の両側に押圧部21a、21bが設けられている。そして、図6(a)に示した金属空気電池30のように電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させると、第2セパレータ14の下部の電解液3が溜められた部分は、押圧部21a、21bにより挟み込まれ、第2セパレータ14内の電解液3は、上向きに押し出され金属電極5と空気極9との間に供給される。そして、金属空気電池30は、放電可能な状態になる。また、放電後、図6(b)のように電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させることにより、金属電極5と電解液3とが接触しないようにすることができ、金属電極5の自己腐食が進行することを抑制することができる。また、第2セパレータ14を電槽32内に残し、金属電極5を電槽32内から取り出す場合、電解液3の漏洩を抑制することができる。
また、電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30において、電解液3の上部が金属電極5の下部に位置してもよい。
For example, in the metal-air battery 30 shown in FIG. 6B, the electrolytic solution 3 is stored in the second separator 14, and the liquid level of the electrolytic solution 3 is lower than that of the metal electrode 5. In addition, pressing portions 21 a and 21 b are provided on both sides of the lower portion of the second separator 14. Then, when the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is narrow as in the metal-air battery 30 shown in FIG. 6A, the portion where the electrolyte 3 is stored below the second separator 14 is The electrolyte 3 in the second separator 14 is sandwiched between the pressing portions 21 a and 21 b and is pushed upward and supplied between the metal electrode 5 and the air electrode 9. And the metal air battery 30 will be in the state which can be discharged. Further, after the discharge, the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is wide as shown in FIG. 6B, so that the metal electrode 5 and the electrolytic solution 3 can be prevented from contacting each other. 5 can be prevented from proceeding. Moreover, when leaving the 2nd separator 14 in the battery case 32 and taking out the metal electrode 5 from the battery case 32, the leakage of the electrolyte solution 3 can be suppressed.
Further, in the metal-air battery 30 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is widened, the upper part of the electrolytic solution 3 may be positioned below the metal electrode 5.

5.金属電極、第2セパレータ、金属極カートリッジ
金属電極5は、アノードとなる電極であり、アノードの電極活物質である金属を含む。また、金属電極5は、電槽32中に取り出し可能に設けられる。
金属電極5は、例えば、電極活物質である金属を含む金属板であってもよい。また、金属電極5は、例えば、金属極集電体7と金属極集電体7上に設けられた電極活物質層6とを有してもよい。金属電極5又は電極活物質層6は、電析金属であってもよく、金属粉末を含む凝集体であってもよい。
金属電極5又は電極活物質層6が前記凝集体である場合、前記凝集体は、ゲル化した電解液3を含んでもよい。この場合、凝集体に含まれる金属粉末が金属電極5又は電極活物質層6となり、凝集体に含まれるゲル化した電解液が電解液3となる。このような構成とすることにより、金属電極5と電解液3との界面を広くすることができ、金属空気電池30の出力を大きくすることができる。
5. Metal electrode, second separator, metal electrode cartridge The metal electrode 5 is an electrode serving as an anode, and includes a metal that is an electrode active material of the anode. Moreover, the metal electrode 5 is provided in the battery case 32 so that extraction is possible.
The metal electrode 5 may be, for example, a metal plate containing a metal that is an electrode active material. The metal electrode 5 may include, for example, a metal electrode current collector 7 and an electrode active material layer 6 provided on the metal electrode current collector 7. The metal electrode 5 or the electrode active material layer 6 may be an electrodeposited metal or an aggregate containing metal powder.
When the metal electrode 5 or the electrode active material layer 6 is the aggregate, the aggregate may include the gelled electrolytic solution 3. In this case, the metal powder contained in the aggregate becomes the metal electrode 5 or the electrode active material layer 6, and the gelled electrolyte contained in the aggregate becomes the electrolyte 3. By setting it as such a structure, the interface of the metal electrode 5 and the electrolyte solution 3 can be enlarged, and the output of the metal air battery 30 can be enlarged.

金属電極5又は電極活物質層6は、多孔質であってもよい。このことにより、反応表面積を増やすことができ、金属空気電池30の出力特性を向上させることができる。多孔質の電極活物質層6は、例えば、金属極集電体7上に、電極活物質である金属の粉と導電材料とバインダーとの混合物を塗布し、プレスを行うことにより形成することができる。導電材料は、電極活物質である金属の粉の表層に不導態膜が形成され導電性が低下した場合でも、電子伝導パスを残すために好ましく用いることができ、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などのカーボンブラック、黒鉛、活性炭などの導電性カーボン粒子を用いることができる。また、バインダーとしては耐薬に優れるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を、好ましく用いることができる。   The metal electrode 5 or the electrode active material layer 6 may be porous. Thereby, the reaction surface area can be increased, and the output characteristics of the metal-air battery 30 can be improved. The porous electrode active material layer 6 can be formed by, for example, applying a mixture of metal powder, which is an electrode active material, a conductive material, and a binder on the metal electrode current collector 7 and performing pressing. it can. The conductive material can be preferably used to leave an electron conduction path even when a non-conductive film is formed on the surface layer of the metal powder that is the electrode active material and the conductivity is lowered, such as acetylene black, furnace black, channel Carbon black such as black and ketjen black, and conductive carbon particles such as graphite and activated carbon can be used. As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE) having excellent chemical resistance can be preferably used.

金属電極5に含まれる電極活物質は、例えば、アノード反応により金属電極5中に電荷を発生させ金属含有イオンとして電解液3に溶解する金属である。例えば、亜鉛空気電池の場合、電極活物質は金属亜鉛であり、電解液3中には水酸化亜鉛または酸化亜鉛が析出する。アルミニウム空気電池の場合、電極活物質は金属アルミニウムであり、電解液3中には水酸化アルミニウムが析出する。鉄空気電池の場合、電極活物質は金属鉄であり、電解液3中には酸化水酸化鉄または酸化鉄が析出する。マグネシウム空気電池の場合、電極活物質は金属マグネシウムであり、電解液3中には水酸化マグネシウムが析出する。
また、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の場合、電極活物質はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムであり、電解液3中にはこれらの金属の酸化物、水酸化物などが析出する。なお、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の場合、金属電極5と電解液3との間に固体電解質膜を有してもよい。このことにより、電極活物質が電解液により腐食されることを抑制することができる。また、この場合、電極活物質は固体電解質膜をイオン伝導した後電解液に溶解する。
固体電解質膜を形成する固体電解質としては、無機固体電解質または有機固体電解質に分別できる。無機固体電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス、イオン伝導性ガラス、イオン性結晶などが挙げられる。また、有機固体電解質としては、高分子化合物(例えば、ポリエチレンオキサイドなど)に電解質塩(例えば、亜鉛塩やリチウム塩など)を分散させた有機固体電解質やイオン交換膜などが挙げられる。 イオン交換膜としては、例えば、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級アンモニウム系などの固体高分子電解質膜(アニオン交換膜)などが挙げられる。
なお、電極活物質は、これらの例には限定されず、金属空気電池で一般的に使用されているものであればよい。また、金属電極5に含まれる電極活物質は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、金属電極5に含まれる電極活物質は合金であってもよい。
電極活物質が金属亜鉛である場合、金属電極5又は電極活物質層6は、例えば、インジウム、ビスマス、アルミニウム、カルシウムなどの添加物質を含んでもよい。このことにより、金属電極5又は電極活物質層6が自己腐食することを抑制することができる。
The electrode active material contained in the metal electrode 5 is, for example, a metal that generates a charge in the metal electrode 5 by an anodic reaction and dissolves in the electrolytic solution 3 as metal-containing ions. For example, in the case of a zinc-air battery, the electrode active material is metallic zinc, and zinc hydroxide or zinc oxide is deposited in the electrolytic solution 3. In the case of an aluminum-air battery, the electrode active material is metallic aluminum, and aluminum hydroxide is deposited in the electrolytic solution 3. In the case of an iron-air battery, the electrode active material is metallic iron, and iron oxide hydroxide or iron oxide is deposited in the electrolytic solution 3. In the case of a magnesium-air battery, the electrode active material is magnesium metal, and magnesium hydroxide is deposited in the electrolytic solution 3.
In the case of a lithium air battery, a sodium air battery, and a calcium air battery, the electrode active materials are metallic lithium, metallic sodium, and metallic calcium, respectively, and the electrolyte 3 contains oxides and hydroxides of these metals. Precipitates. In the case of a lithium air battery, a sodium air battery, or a calcium air battery, a solid electrolyte membrane may be provided between the metal electrode 5 and the electrolytic solution 3. Thereby, it can suppress that an electrode active material is corroded by electrolyte solution. In this case, the electrode active material is dissolved in the electrolytic solution after ion conduction through the solid electrolyte membrane.
The solid electrolyte that forms the solid electrolyte membrane can be classified into an inorganic solid electrolyte or an organic solid electrolyte. Examples of the inorganic solid electrolyte include ion conductive ceramics, ion conductive glass, and ionic crystals. Examples of the organic solid electrolyte include an organic solid electrolyte in which an electrolyte salt (for example, zinc salt or lithium salt) is dispersed in a polymer compound (for example, polyethylene oxide) or an ion exchange membrane. Examples of ion exchange membranes include solid polymer electrolyte membranes (anion exchange membranes) such as perfluorosulfonic acid, perfluorocarboxylic acid, styrene vinyl benzene, and quaternary ammonium.
In addition, an electrode active material is not limited to these examples, What is necessary is just what is generally used with the metal air battery. Moreover, although the electrode active material contained in the metal electrode 5 mentioned the metal which consists of a kind of metal element in said example, the electrode active material contained in the metal electrode 5 may be an alloy.
When the electrode active material is metallic zinc, the metal electrode 5 or the electrode active material layer 6 may include an additive material such as indium, bismuth, aluminum, or calcium. This can suppress the self-corrosion of the metal electrode 5 or the electrode active material layer 6.

金属極集電体7は、導電性を有する。また、金属極集電体7の形状は板状、または板の厚み方向に貫通した孔が設けられた形状、またはエキスパンドメタルやメッシュが好ましい。また、この金属極集電体7は、例えば、電解液3に対して耐食性を有する金属により形成することができる。金属極集電体7の材料は、例えば、ニッケル、金、銀、銅、ステンレスなどである。また、金属極集電体7は、ニッケルめっき処理、金めっき処理、銀めっき処理、銅めっき処理、錫めっき処理された導電性基材などであってもよい。この導電性基材には、鉄、ニッケル、ステンレスなどを用いることができる。
このことにより、アノード反応により金属電極5に生じた電荷を金属極集電体7により集電することができ、発生させた電荷を外部回路に出力することができる。金属極集電体7の主要面上への電極活物質層6の固定は、例えば、電極活物質である金属の粒子や塊を金属極集電体7の表面に押し付けて固定してもよく、金属極集電体7上にめっき法などにより金属を析出させてもよい。なお、金属極集電体7の形状に関して、めっき法で電極活物質を析出させる場合には導電性の観点で板形状が好ましく、金属の粒子や塊を固定させる場合には、粒子や塊の脱落を防止する観点で板に貫通孔が設けられたもの、またはエキスパンドメタルやメッシュが好ましい。
金属極集電体7は、金属極端子11と電気的に接続することができる。このことにより、金属極端子11を介して金属電極5に生じた電荷を外部回路へ出力することができる。また、金属極集電体7は、外部接続端子45と電気的に接続したコネクタ48と電気的に接続することもできる。また、金属極端子11とコネクタ48が電気的に接続してもよい。
The metal electrode current collector 7 has conductivity. The shape of the metal electrode current collector 7 is preferably a plate shape, a shape provided with a hole penetrating in the thickness direction of the plate, or an expanded metal or mesh. In addition, the metal electrode current collector 7 can be formed of, for example, a metal having corrosion resistance with respect to the electrolytic solution 3. The material of the metal electrode current collector 7 is, for example, nickel, gold, silver, copper, stainless steel or the like. The metal electrode current collector 7 may be a nickel-plated, gold-plated, silver-plated, copper-plated or tin-plated conductive substrate. For this conductive substrate, iron, nickel, stainless steel, or the like can be used.
As a result, the charge generated in the metal electrode 5 by the anode reaction can be collected by the metal electrode current collector 7, and the generated charge can be output to an external circuit. The electrode active material layer 6 may be fixed onto the main surface of the metal electrode current collector 7 by, for example, pressing metal particles or a lump as the electrode active material against the surface of the metal electrode current collector 7. Alternatively, a metal may be deposited on the metal electrode current collector 7 by a plating method or the like. In addition, regarding the shape of the metal electrode current collector 7, a plate shape is preferable from the viewpoint of conductivity when the electrode active material is deposited by a plating method, and when fixing metal particles or lump, From the viewpoint of preventing falling off, a plate provided with a through hole, or an expanded metal or mesh is preferable.
The metal electrode current collector 7 can be electrically connected to the metal electrode terminal 11. As a result, the charge generated in the metal electrode 5 via the metal electrode terminal 11 can be output to an external circuit. The metal electrode current collector 7 can also be electrically connected to a connector 48 that is electrically connected to the external connection terminal 45. Further, the metal electrode terminal 11 and the connector 48 may be electrically connected.

コネクタ48は、金属電極5及び空気極9と外部接続端子45とを電気的に接続するための接続部である。コネクタ48は、金属電極5及び空気極9のうち少なくとも一方が、電極間隔iが狭くするように電槽32を変形させることにより外部接続端子45と電気的に接続するように設けられる。また、コネクタ48は、電極間隔iを広くするように電槽32を変形させることにより、金属電極5及び空気極9のうち少なくとも一方と、外部接続端子45とが電気的に非接続となるように設けられる。このようなコネクタ48を設けることにより、電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させることにより金属空気電池30の放電を開始することができ、電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させることにより金属空気電池30の放電を停止させることができる。このことにより、放電の開始および停止に伴う操作を単純化することができる。また、金属空気電池30の誤動作を抑制することができる。また、金属空気電池30の安全性を向上させることができる。   The connector 48 is a connection part for electrically connecting the metal electrode 5 and the air electrode 9 to the external connection terminal 45. The connector 48 is provided so that at least one of the metal electrode 5 and the air electrode 9 is electrically connected to the external connection terminal 45 by deforming the battery case 32 so that the electrode interval i is narrowed. Further, the connector 48 deforms the battery case 32 so as to widen the electrode interval i, so that at least one of the metal electrode 5 and the air electrode 9 and the external connection terminal 45 are not electrically connected. Is provided. By providing such a connector 48, the discharge of the metal-air battery 30 can be started by deforming the battery case 32 so that the electrode interval i becomes narrow, and the battery case 32 so that the electrode interval i becomes wide. It is possible to stop the discharge of the metal-air battery 30 by deforming. This simplifies the operations associated with the start and stop of discharge. Further, malfunction of the metal-air battery 30 can be suppressed. Moreover, the safety of the metal-air battery 30 can be improved.

コネクタ48は、筐体1上に設けてもよく、金属極カートリッジ20に設けてもよい。
図11(a)は、電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30の概略上面図であり、図11(b)は、図11(a)に示した金属空気電池30を電極間隔iが広くなるように変形させた状態の金属空気電池30の概略上面図である。
図11(a)(b)に示した金属空気電池30では、筐体1上にコネクタ48が設けられている。コネクタ48は、空気極端子10aと外部接続端子45と電気的に接続している。そして、コネクタ48は、金属極端子11と電気的に接続するための金属極ソケット52と、空気極端子10bと電気的に接続するための空気極ソケット53とを有している。また、金属極端子11は、金属極ソケット52と電気的に接続するための金属極プラグ50を有し、空気極端子10bは、空気極ソケット53と電気的に接続するための空気極プラグ51を有している。
図11(b)のように、電極間隔iが広くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30では、金属極プラグ50および空気極プラグ51は、金属極ソケット52及び空気極ソケット53の外にあり、金属極端子11及び空気極端子10bと外部接続端子45は電気的に接続していない。従って、放電電流は流れることはできず、金属空気電池30の放電は停止している。
図11(a)のように、電極間隔iが狭くなるように電槽32を変形させた状態の金属空気電池30では、金属極プラグ50は金属極ソケット52に挿入され、空気極プラグ51は空気極ソケット53に挿入された状態にあり、空気極端子10と外部接続端子45は電気的に接続し、金属極端子11と外部接続端子45は電気的に接続している。従って、金属電極5及び空気極9と外部接続端子45とを電気的に接続することができ、金属空気電池30の放電電流を流すことができる。
The connector 48 may be provided on the housing 1 or may be provided on the metal electrode cartridge 20.
FIG. 11A is a schematic top view of the metal-air battery 30 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is narrowed, and FIG. 11B is shown in FIG. It is a schematic top view of the metal air battery 30 in a state in which the metal air battery 30 is deformed so that the electrode interval i is widened.
In the metal-air battery 30 shown in FIGS. 11A and 11B, a connector 48 is provided on the housing 1. The connector 48 is electrically connected to the air electrode terminal 10 a and the external connection terminal 45. The connector 48 includes a metal electrode socket 52 for electrical connection with the metal electrode terminal 11 and an air electrode socket 53 for electrical connection with the air electrode terminal 10b. The metal electrode terminal 11 has a metal electrode plug 50 for electrical connection with the metal electrode socket 52, and the air electrode terminal 10 b has an air electrode plug 51 for electrical connection with the air electrode socket 53. have.
As shown in FIG. 11B, in the metal-air battery 30 in which the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i is widened, the metal electrode plug 50 and the air electrode plug 51 are the metal electrode socket 52 and the air electrode. Outside the socket 53, the metal electrode terminal 11 and the air electrode terminal 10b and the external connection terminal 45 are not electrically connected. Therefore, the discharge current cannot flow, and the discharge of the metal-air battery 30 is stopped.
As shown in FIG. 11A, in the metal-air battery 30 in a state where the battery case 32 is deformed so that the electrode interval i becomes narrow, the metal electrode plug 50 is inserted into the metal electrode socket 52, and the air electrode plug 51 is The air electrode terminal 10 and the external connection terminal 45 are electrically connected, and the metal electrode terminal 11 and the external connection terminal 45 are electrically connected. Therefore, the metal electrode 5 and the air electrode 9 and the external connection terminal 45 can be electrically connected, and the discharge current of the metal-air battery 30 can flow.

金属電極5は、蓋部材35、第2セパレータ14などと共に金属極カートリッジ20を構成することができる。金属極カートリッジ20は、例えば板状の蓋部材35に、蓋部材35の主要面と実質的に垂直になるように金属電極5を取り付けた構造を有してもよい。このようなT字状の断面を有する構造を有する金属極カートリッジ20を電槽32に取り付けることにより、蓋部材35を操作部として金属電極5を電槽32内に挿入することができると共に蓋部材35により電槽32に蓋をすることができる。また、金属極カートリッジ20を電槽32から取り外す際、蓋部材35を操作部とすることができる。このように、金属空気電池30に含まれる金属極カートリッジ20を交換することにより、金属電極5を交換することができ、金属空気電池30に電極活物質を供給することができる。
また、金属極カートリッジ20は、第2セパレータ14を電槽32中に残し、金属電極5を電槽32中から取り出せるように設けることもできる。このような構成によると、金属電極5の交換作業を簡素化することができる。
The metal electrode 5 can constitute the metal electrode cartridge 20 together with the lid member 35, the second separator 14, and the like. The metal electrode cartridge 20 may have a structure in which, for example, a metal electrode 5 is attached to a plate-like lid member 35 so as to be substantially perpendicular to the main surface of the lid member 35. By attaching the metal electrode cartridge 20 having such a T-shaped cross section to the battery case 32, the metal electrode 5 can be inserted into the battery case 32 using the cover member 35 as an operating portion and the cover member. The battery case 32 can be covered with 35. Further, when removing the metal electrode cartridge 20 from the battery case 32, the lid member 35 can be used as an operation portion. Thus, by replacing the metal electrode cartridge 20 included in the metal-air battery 30, the metal electrode 5 can be replaced, and the electrode active material can be supplied to the metal-air battery 30.
Further, the metal electrode cartridge 20 can be provided so that the second separator 14 remains in the battery case 32 and the metal electrode 5 can be taken out of the battery case 32. According to such a configuration, the replacement work of the metal electrode 5 can be simplified.

金属極カートリッジ20は、金属電極5を収容するように設けられた第2セパレータ14を有してもよい。第2セパレータ14を設けることにより、金属電極5と空気極9との間にリーク電流が流れることを抑制することができる。また、第2セパレータ14を設けることにより、電槽32内に金属電極5を挿入する際や電槽32内から金属電極5を取り出す際に金属電極5や空気極9が損傷することを抑制することができる。また、第2セパレータ14を設けることにより、負極活物質の微粒子及び負極反応生成物が空気極9に付着することを抑制することができる。また、第2セパレータ14は、電解質3として機能させてもよい。
第2セパレータ14は、例えば、クリップ17などにより、蓋部材35、金属極集電体7又は電極活物質層6に固定することができる。また、第2セパレータ14は、金属電極5と接触するように設けてもよく、第2セパレータ14と金属電極5との間に電解液3が介在するように設けてもよい。また、第2セパレータ14を電解質3として機能させる場合、第2セパレータ14は、金属電極5と接触するように設けられる。例えば、図10に示した金属空気電池30のように第2セパレータ14を設けることができる。
また、第2セパレータ14は、袋状とすることができる。このことにより、第2セパレータ14を電解液3が収容される電解液槽とすることができ、放電後析出した金属酸化物を金属極カートリッジ20とともに取り除き回収することができる。さらに、袋状の第2セパレータ14は、変形機構12によって電槽32の対向する側壁の間隔を短くすることで、電槽32の側壁または押圧部12から受ける押圧に反発することなく、自在に形状を変えることができる。そのため、第2セパレータ14を袋状にすることで、第2セパレータ14と空気極9の密着させることができ、イオン伝導率を向上させることができる。さらに、第2セパレータ14が袋状にすることで、電槽32の側壁からの押圧で金属極カートリッジ20を固定することもできる。
また、第2セパレータ14を電解液槽とすると、金属極カートリッジ20を交換することにより、金属電極5と電解液3の両方を交換することができる。このことにより、金属極カートリッジ20の交換により、アノード反応により金属含有イオン濃度が高くなった電解液3を電槽32内から取り出し、新たな電解液3を電槽32内に供給することができる。また、金属電極5の交換時に電解液3が漏洩することを抑制することができる。
The metal electrode cartridge 20 may have a second separator 14 provided so as to accommodate the metal electrode 5. By providing the second separator 14, it is possible to suppress a leak current from flowing between the metal electrode 5 and the air electrode 9. Further, by providing the second separator 14, the metal electrode 5 and the air electrode 9 are prevented from being damaged when the metal electrode 5 is inserted into the battery case 32 or when the metal electrode 5 is taken out from the battery case 32. be able to. Further, by providing the second separator 14, it is possible to prevent the fine particles of the negative electrode active material and the negative electrode reaction product from adhering to the air electrode 9. Further, the second separator 14 may function as the electrolyte 3.
The second separator 14 can be fixed to the lid member 35, the metal electrode current collector 7, or the electrode active material layer 6 with, for example, a clip 17. The second separator 14 may be provided so as to be in contact with the metal electrode 5, or may be provided so that the electrolytic solution 3 is interposed between the second separator 14 and the metal electrode 5. When the second separator 14 functions as the electrolyte 3, the second separator 14 is provided in contact with the metal electrode 5. For example, the 2nd separator 14 can be provided like the metal air battery 30 shown in FIG.
Moreover, the 2nd separator 14 can be made into a bag shape. Thus, the second separator 14 can be used as an electrolytic bath in which the electrolytic solution 3 is accommodated, and the metal oxide deposited after the discharge can be removed together with the metal electrode cartridge 20 and collected. Furthermore, the bag-like second separator 14 can be freely repelled by the deformation mechanism 12 without repelling the pressure received from the side wall of the battery case 32 or the pressing portion 12 by shortening the interval between the opposing side walls of the battery case 32. The shape can be changed. Therefore, by making the 2nd separator 14 into a bag shape, the 2nd separator 14 and the air electrode 9 can be stuck, and ion conductivity can be improved. Furthermore, when the second separator 14 has a bag shape, the metal electrode cartridge 20 can be fixed by pressing from the side wall of the battery case 32.
If the second separator 14 is an electrolytic solution tank, both the metal electrode 5 and the electrolytic solution 3 can be replaced by replacing the metal electrode cartridge 20. Thereby, by exchanging the metal electrode cartridge 20, the electrolytic solution 3 whose metal-containing ion concentration is increased by the anode reaction can be taken out from the battery case 32, and a new electrolytic solution 3 can be supplied into the battery case 32. . Moreover, it is possible to prevent the electrolyte solution 3 from leaking when the metal electrode 5 is replaced.

第2セパレータ14は、イオン透過性を有し、負極活物質の微粒子および負極反応生成物の透過を抑制できれば特に限定されないが、例えば、多孔性樹脂膜、樹脂繊維の不織布又は分子篩とすることができる。また、第2セパレータ14は、複数枚のセパレータが積層された積層構造を有してもよい。また、第2セパレータ14はイオン交換膜であってもよい。
また、第2セパレータ14を電解質3として機能させる場合、第2セパレータ14の材料は、アニオン交換膜などのイオン交換膜、電解質を含浸した固体又はゲルとすることができる。
第2セパレータ14の材料は、絶縁性材料とすることができる。また、第2セパレータ14の材料は、多孔性の柔軟性材料であってもよい。
また、第2セパレータ14の材料は、多孔性の剛性材料であってもよい。この場合、第2セパレータ14を金属電極5の支持部材として機能させることができる。例えば、電極活物質層6を第2セパレータ14上に設けることができる。このことにより金属極集電体7を省略することが可能である。
第2セパレータ14に用いられる多孔性樹脂膜または樹脂繊維の不織布の材料としては、耐アルカリ性樹脂とすることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン6、ナイロン66、ポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール系材料、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が挙げられる。また、第2セパレータ14の細孔の孔径は特に限定されないが、30μm以下であることが好ましい。電解液3の流通が良くなるように第2セパレータ14は親水化処理されていることが好ましい。
また、第2セパレータ14の細孔内にゲル化電解液を導入してもよい。このことにより、第2セパレータ14を電解液槽とした際に、電解液3の漏洩を抑制することができる。
第2セパレータ14に用いられるイオン交換膜としては、例えば、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級アンモニウム系などの固体高分子電解質膜(アニオン交換膜)が挙げられる。
また、第2セパレータ14には、分子篩を利用することもできる。分子篩は、有機材料、無機材料を問わず、対象とする分子やイオンなど等各物質の大きさに応じて物質を分離する性質を持つ物質を用いることが可能である。分子篩は、一般的な分子篩であれば特に限定されないが、例えば、寒天、アガロース、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース等などの有機材料や、ナトリウム、ケイ素、アルミニウムの酸化物を含む天然沸石、合成沸石材料など無機材料、あるいは有機材料、無機材料を基材とし各種材料により架橋もしくは元素置換した材料等を用いることができる。また、分子篩は、放電中に析出される金属酸化物を透過させない細孔を有するものであることが好ましく、孔径が1μm以下の細孔を有することが特に好ましい。
The second separator 14 is not particularly limited as long as it has ion permeability and can suppress the permeation of fine particles of the negative electrode active material and the negative electrode reaction product. For example, the second separator 14 may be a porous resin film, a nonwoven fabric of resin fibers, or a molecular sieve. it can. The second separator 14 may have a stacked structure in which a plurality of separators are stacked. The second separator 14 may be an ion exchange membrane.
When the second separator 14 functions as the electrolyte 3, the material of the second separator 14 can be an ion exchange membrane such as an anion exchange membrane, a solid impregnated with an electrolyte, or a gel.
The material of the second separator 14 can be an insulating material. Further, the material of the second separator 14 may be a porous flexible material.
The material of the second separator 14 may be a porous rigid material. In this case, the second separator 14 can function as a support member for the metal electrode 5. For example, the electrode active material layer 6 can be provided on the second separator 14. Thus, the metal electrode current collector 7 can be omitted.
The material of the porous resin film or resin fiber nonwoven used for the second separator 14 can be an alkali-resistant resin, such as polyethylene, polypropylene, nylon 6, nylon 66, polyolefin, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol. Examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE). The pore size of the pores of the second separator 14 is not particularly limited, but is preferably 30 μm or less. The second separator 14 is preferably subjected to a hydrophilic treatment so that the flow of the electrolytic solution 3 is improved.
Further, a gelled electrolyte may be introduced into the pores of the second separator 14. Thereby, when the 2nd separator 14 is used as an electrolytic solution tank, the leakage of the electrolytic solution 3 can be suppressed.
Examples of ion exchange membranes used for the second separator 14 include solid polymer electrolyte membranes (anion exchange membranes) such as perfluorosulfonic acid, perfluorocarboxylic acid, styrene vinylbenzene, and quaternary ammonium. Can be mentioned.
Further, a molecular sieve can be used for the second separator 14. As the molecular sieve, regardless of an organic material or an inorganic material, a substance having a property of separating substances according to the size of each substance such as a target molecule or ion can be used. The molecular sieve is not particularly limited as long as it is a general molecular sieve. For example, organic materials such as agar, agarose, polyacrylamide, polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, natural zeolite containing oxides of sodium, silicon, and aluminum, An inorganic material such as a synthetic zeolite material, or an organic material, a material based on an inorganic material and cross-linked or element-substituted with various materials can be used. In addition, the molecular sieve preferably has pores that do not allow the metal oxide deposited during discharge to permeate, and particularly preferably has pores having a pore diameter of 1 μm or less.

金属空気電池30により放電すると、金属電極5に含まれる電極活物質は、アノード反応により金属電極5中に電荷を発生させ金属含有イオンとして電解液3に溶解する。このため、金属電極5に含まれる電極活物質はアノード反応の進行に伴い徐々に消費されていく。金属電極5に含まれる電極活物質が少なくなると、金属電極5に発生する電荷が少なくなり金属電極5は使用済みとなる。この使用済みの金属電極5を電槽32中から取り出し新たな金属電極5を電槽32中に挿入することにより金属空気電池30による放電を続けることができる。
なお、金属電極5中に発生した電荷は、放電電流として外部出力された後、空気極9におけるカソード反応に利用される。
When discharged by the metal-air battery 30, the electrode active material contained in the metal electrode 5 generates an electric charge in the metal electrode 5 by the anodic reaction and dissolves in the electrolytic solution 3 as metal-containing ions. For this reason, the electrode active material contained in the metal electrode 5 is gradually consumed as the anode reaction proceeds. When the electrode active material contained in the metal electrode 5 decreases, the charge generated in the metal electrode 5 decreases and the metal electrode 5 is used. By discharging the used metal electrode 5 from the battery case 32 and inserting a new metal electrode 5 into the battery case 32, the discharge by the metal-air battery 30 can be continued.
The charge generated in the metal electrode 5 is output to the outside as a discharge current and then used for the cathode reaction in the air electrode 9.

アノード反応により電解液3中に生じた金属含有イオンは、その濃度が飽和濃度を超えると電解液3中に金属酸化物または金属水酸化物の微粒子などとして析出する場合がある。また、金属含有イオンの濃度が不動態膜形成濃度に達すると、金属含有イオンは、金属電極5の表面上に金属酸化物または金属水酸化物の不動態膜として析出する場合がある。従って、負極反応生成物は、電解液中に浮遊する又は電槽32の底に沈降する微粒子として析出する場合と、金属電極5の表面上に付着した不動態膜として析出する場合とがある。   When the concentration of the metal-containing ions generated in the electrolytic solution 3 by the anodic reaction exceeds the saturation concentration, the metal-containing ions may be precipitated in the electrolytic solution 3 as fine particles of metal oxide or metal hydroxide. Further, when the concentration of the metal-containing ions reaches the passive film forming concentration, the metal-containing ions may be deposited on the surface of the metal electrode 5 as a passive film of metal oxide or metal hydroxide. Therefore, the negative electrode reaction product may be deposited as fine particles floating in the electrolytic solution or settled on the bottom of the battery case 32, or may be deposited as a passive film attached on the surface of the metal electrode 5.

負極反応生成物が微粒子として析出し、この微粒子が電解液3中に過剰に存在すると、多孔性の空気極9の細孔に負極反応生成物の微粒子が付着することで酸素ガスの拡散が妨げられたり、セパレータ14、15の細孔に負極反応生成物の微粒子が付着することで、OH-イオンのイオン伝導パスが妨げられたりする結果、金属空気電池30の出力が低下する。このため、電解液3中に負極反応生成物の微粒子が蓄積すると、電解液3中からこの微粒子を除去する必要がある。
負極反応生成物が不動態膜として析出し、この不動態膜が金属電極5の表面の大部分を覆うと、金属電極5の表面におけるアノード反応は阻害され金属空気電池30の出力が低下する。このため、不動態膜が表面を覆った金属電極5を電槽32中から除去し新たな金属電極5を電槽32中に挿入することにより金属空気電池30による放電を続けることができる。
When the negative electrode reaction product is precipitated as fine particles and the fine particles are excessively present in the electrolytic solution 3, the fine particles of the negative electrode reaction product adhere to the pores of the porous air electrode 9, thereby preventing the diffusion of oxygen gas. As a result of the fine particles of the negative electrode reaction product adhering to the pores of the separators 14 and 15, the ion conduction path of OH ions is hindered, resulting in a decrease in the output of the metal-air battery 30. For this reason, when fine particles of the negative electrode reaction product accumulate in the electrolytic solution 3, it is necessary to remove the fine particles from the electrolytic solution 3.
When the negative electrode reaction product is deposited as a passive film and this passive film covers most of the surface of the metal electrode 5, the anode reaction on the surface of the metal electrode 5 is inhibited, and the output of the metal-air battery 30 is reduced. For this reason, it is possible to continue the discharge by the metal-air battery 30 by removing the metal electrode 5 whose surface is covered with the passive film from the battery case 32 and inserting a new metal electrode 5 into the battery case 32.

6.空気極、空気極集電体、第1セパレータ
空気極9は、空気極触媒を含むカソードとなる多孔性の電極である。また、空気極9は、電槽32の対向する側壁の少なくとも一方に設けられる。このため、電槽32内の電解液に含まれる水と、電槽32の外側の大気に含まれる酸素ガスとの両方を空気極に供給することができる。また、カソードにおいて生成した水酸化物イオンが電槽32中へ伝導することができる。また、空気極9は、電槽32の対向する側壁の両方に設けることができる。
なお、空気極9は、電槽32内に設けられた電解液室を仕切る側壁に設けられてもよい。また、空気極9は、容器形状の筐体1の側壁に空気極9を組み込むことにより、電槽32の側壁に設けることができる。
6). Air electrode, air electrode current collector, first separator The air electrode 9 is a porous electrode serving as a cathode containing an air electrode catalyst. The air electrode 9 is provided on at least one of the opposing side walls of the battery case 32. For this reason, both the water contained in the electrolyte solution in the battery case 32 and the oxygen gas contained in the atmosphere outside the battery case 32 can be supplied to the air electrode. Further, hydroxide ions generated at the cathode can be conducted into the battery case 32. The air electrode 9 can be provided on both opposing side walls of the battery case 32.
The air electrode 9 may be provided on a side wall that partitions the electrolyte chamber provided in the battery case 32. Further, the air electrode 9 can be provided on the side wall of the battery case 32 by incorporating the air electrode 9 into the side wall of the container-shaped housing 1.

空気極9は、多孔性のガス拡散層と、ガス拡散層上に設けられた多孔性の空気極触媒層とを有してもよい。また、空気極9の細孔中にゲル層を配置してもよい。
空気極9では、空気極触媒上において電解液3などから供給される水と大気から供給される酸素ガスと電子とが反応し水酸化物イオン(OH-)を生成する(カソード反応)。つまり、空気極9の三相界面においてカソード反応が進行する。
また、空気極9は、空気極9に大気に含まれる酸素ガスが拡散できるように設けられる。例えば、空気極9は、少なくとも空気極9の表面の一部が大気に曝されるように設けることができる。例えば、空気極9の外側の筐体1に空孔23を設け、空孔23を介して空気極9に大気中の酸素ガスが拡散できるようにしてもよい。また、空気極9の外側に空気流路を設け、空気流路を流れる空気に含まれる酸素ガスが空気極9に拡散できるように設けてもよい。この場合、空気流路に加湿された空気を流し、空気流路から空気極9に水を供給してもよい。
The air electrode 9 may have a porous gas diffusion layer and a porous air electrode catalyst layer provided on the gas diffusion layer. Further, a gel layer may be disposed in the pores of the air electrode 9.
In the air electrode 9, water supplied from the electrolytic solution 3 and the like, oxygen gas supplied from the atmosphere, and electrons react on the air electrode catalyst to generate hydroxide ions (OH ) (cathode reaction). That is, the cathode reaction proceeds at the three-phase interface of the air electrode 9.
The air electrode 9 is provided so that oxygen gas contained in the atmosphere can diffuse into the air electrode 9. For example, the air electrode 9 can be provided so that at least a part of the surface of the air electrode 9 is exposed to the atmosphere. For example, a hole 23 may be provided in the housing 1 outside the air electrode 9 so that oxygen gas in the atmosphere can diffuse into the air electrode 9 through the hole 23. Further, an air flow path may be provided outside the air electrode 9 so that oxygen gas contained in the air flowing through the air flow path can diffuse into the air electrode 9. In this case, humidified air may be supplied to the air flow path, and water may be supplied to the air electrode 9 from the air flow path.

空気極触媒層は、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とを含んでもよい。このことにより、空気極触媒上において、酸素ガスと水と電子を共存する三相界面を形成することが可能になり、カソード反応を進行させることが可能になる。また、空気極触媒層は、バインダーを含んでもよい。また、空気極触媒層の細孔中に、水又は電解液をゲル化して形成したゲル層を配置してもよい。
また、空気極触媒層とガス拡散層とから構成される空気極9は、空気極触媒を担持した多孔性担体を導電性多孔性基材(ガス拡散層)に塗布することにより作製されてもよい。例えば、空気極9は、空気極触媒を担持したカーボンをカーボンペーパーやカーボンフェルトに塗布することにより作製することができる。このガス拡散層は、空気極集電体として機能してもよい。また、ガス拡散層は、カーボン繊維と、カーボンブラックと撥水高分子からなるマイクロポーラスレイヤーとから構成されてもよい。撥水性高分子は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。この撥水性高分子は、電解液3の漏洩を防ぐために設けられ、気液分離機能を有する。すなわち、電解液3が電槽32から漏洩するのを防ぎ、かつ空気極触媒層への酸素ガスの供給を妨げない。
空気極9の厚さは、例えば、300μm以上3mm以下とすることができる。
また、空気極9は、空気極端子10と電気的に接続することができる。このことにより、空気極9で生じた電荷を外部回路へと取り出すことができる。
The air electrode catalyst layer may include, for example, a conductive porous carrier and an air electrode catalyst supported on the porous carrier. This makes it possible to form a three-phase interface in which oxygen gas, water, and electrons coexist on the air electrode catalyst, thereby allowing the cathode reaction to proceed. The air electrode catalyst layer may contain a binder. Moreover, you may arrange | position the gel layer formed by gelatinizing water or electrolyte solution in the pore of an air electrode catalyst layer.
The air electrode 9 composed of the air electrode catalyst layer and the gas diffusion layer may be produced by applying a porous carrier carrying the air electrode catalyst to a conductive porous substrate (gas diffusion layer). Good. For example, the air electrode 9 can be produced by applying carbon carrying an air electrode catalyst to carbon paper or carbon felt. This gas diffusion layer may function as an air electrode current collector. The gas diffusion layer may be composed of carbon fibers and a microporous layer made of carbon black and a water repellent polymer. The water repellent polymer is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE). This water-repellent polymer is provided to prevent leakage of the electrolyte solution 3 and has a gas-liquid separation function. That is, the electrolytic solution 3 is prevented from leaking from the battery case 32 and does not hinder the supply of oxygen gas to the air electrode catalyst layer.
The thickness of the air electrode 9 can be, for example, not less than 300 μm and not more than 3 mm.
The air electrode 9 can be electrically connected to the air electrode terminal 10. As a result, the charge generated at the air electrode 9 can be taken out to the external circuit.

金属空気電池30は、空気極9に生じた電荷を集電する空気極集電体8を備えてもよい。このことにより、空気極9で生じた電荷を効率よく、つまり低抵抗で外部回路へと取り出すことができる。また、空気極集電体8は、空気極端子10と電気的に接続することができる。また、空気極集電体8は、コネクタ48と電気的に接続してもよい。
空気極集電体8の材料としては、電解液3に対して耐食性を有すれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、金、銀、銅、ステンレスなどである。また、空気極集電体8は、ニッケルめっき処理、金めっき処理、銀めっき処理、銅めっき処理された導電性基材などであってもよい。この導電性基材には、鉄、ニッケル、ステンレスなどを用いることができる。
また、空気極集電体8の形状は、例えば、板状、メッシュ状、パンチングメタルなどの複数の開口を有する形状とすることができる。空気極集電体8の複数の開口は大気に開放されていてもよい。このことにより、開口を介して大気中の酸素ガスを空気極9に供給することができる。
また、空気極集電体8と、多孔性担体又は導電性多孔性基材(ガス拡散層)とを接合する方法としては、フレームを介してネジ止めにより圧着する方法や、導電性接着剤を用いて結合させる方法などが挙げられる。
The metal-air battery 30 may include an air electrode current collector 8 that collects charges generated in the air electrode 9. As a result, the charge generated in the air electrode 9 can be taken out to an external circuit efficiently, that is, with low resistance. The air electrode current collector 8 can be electrically connected to the air electrode terminal 10. Further, the air electrode current collector 8 may be electrically connected to the connector 48.
The material of the air electrode current collector 8 is not particularly limited as long as it has corrosion resistance with respect to the electrolytic solution 3, and examples thereof include nickel, gold, silver, copper, and stainless steel. Further, the air electrode current collector 8 may be a conductive base material subjected to nickel plating, gold plating, silver plating, or copper plating. For this conductive substrate, iron, nickel, stainless steel, or the like can be used.
Further, the shape of the air electrode current collector 8 may be a shape having a plurality of openings such as a plate shape, a mesh shape, and a punching metal. The plurality of openings of the air electrode current collector 8 may be open to the atmosphere. Thereby, oxygen gas in the atmosphere can be supplied to the air electrode 9 through the opening.
In addition, as a method of joining the air electrode current collector 8 to the porous carrier or the conductive porous substrate (gas diffusion layer), a method of bonding by screwing through a frame, or a conductive adhesive can be used. The method of using and combining is mentioned.

1つのセル31に含まれる空気極9は、金属電極5の一方側にのみ設けられてもよく、図1のように金属電極5の両側にそれぞれ設けられてもよい。
空気極触媒層に含まれる多孔性担体には、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などのカーボンブラック、黒鉛、活性炭など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などの炭素繊維を用いることもできる。
空気極触媒には、例えば、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、ランタン、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、例えば、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、鉄−コバルト−ニッケル合金などが挙げられる。
また、空気極触媒層に含まれるバインダーは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などである。
また、空気極触媒層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、空気極触媒層は、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。
The air electrode 9 included in one cell 31 may be provided only on one side of the metal electrode 5, or may be provided on both sides of the metal electrode 5 as shown in FIG.
Examples of the porous carrier contained in the air electrode catalyst layer include carbon black such as acetylene black, furnace black, channel black, and ketjen black, and conductive carbon particles such as graphite and activated carbon. In addition, carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube, and carbon nanowire can also be used.
Examples of the air electrode catalyst include fine particles made of platinum, iron, cobalt, nickel, palladium, silver, ruthenium, iridium, molybdenum, manganese, lanthanum, these metal compounds, and alloys containing two or more of these metals. Can be mentioned. This alloy is preferably an alloy containing at least two of platinum, iron, cobalt, and nickel. For example, platinum-iron alloy, platinum-cobalt alloy, iron-cobalt alloy, cobalt-nickel alloy, iron-nickel alloy And iron-cobalt-nickel alloy.
The binder contained in the air electrode catalyst layer is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), or the like.
Further, the porous carrier contained in the air electrode catalyst layer may be subjected to a surface treatment so that a cationic group exists as a fixed ion on the surface thereof. As a result, hydroxide ions can be conducted on the surface of the porous carrier, so that the hydroxide ions generated on the air electrode catalyst can easily move.
The air electrode catalyst layer may have an anion exchange resin supported on a porous carrier. Thereby, since hydroxide ions can be conducted through the anion exchange resin, the hydroxide ions generated on the air electrode catalyst are easily moved.

電槽32内部側の空気極9の主要面上に第1セパレータ15を設けることができる。
第1セパレータ15は、電槽32の内側であって空気極9の主要面上に設けることができる。第1セパレータ15を設けることにより、電解液3が空気極9の細孔を介して金属空気電池30の外部へ漏洩することを抑制することができ、金属空気電池30の安全性を向上させることができる。また、電解液3に含まれる水は、第1セパレータ15を通過した後空気極9に浸透するため、空気極9に過剰な水が供給されることを抑制することができる。また、第1セパレータ15を設けることにより、電解液3に含まれる負極活物質や負極反応生成物の極微細な粒子が空気極9に付着することを抑制できる。また、第1セパレータ15を設けることにより、金属電極5と空気極9との間にリーク電流が流れることを抑制することができる。さらに、第1セパレータ15を設けることにより、電槽32内に金属電極5を挿入する際や電槽32内から金属電極5を取り出す際に金属電極5や空気極9が損傷することを抑制することができる。また、第1セパレータ15は、電解質3として機能させてもよい。
また、第1セパレータ15を電解質3として機能させる場合、第1セパレータ15は、金属電極5又は第2セパレータ14と接触するように設けられる。例えば、図10に示した金属空気電池30のように第1セパレータ15を設けることができる。
The first separator 15 can be provided on the main surface of the air electrode 9 inside the battery case 32.
The first separator 15 can be provided on the main surface of the air electrode 9 inside the battery case 32. By providing the first separator 15, the electrolyte 3 can be prevented from leaking outside the metal-air battery 30 through the pores of the air electrode 9, and the safety of the metal-air battery 30 can be improved. Can do. Moreover, since the water contained in the electrolytic solution 3 penetrates into the air electrode 9 after passing through the first separator 15, it is possible to suppress excess water from being supplied to the air electrode 9. Further, by providing the first separator 15, it is possible to prevent the fine particles of the negative electrode active material and the negative electrode reaction product contained in the electrolytic solution 3 from adhering to the air electrode 9. Further, by providing the first separator 15, it is possible to suppress a leak current from flowing between the metal electrode 5 and the air electrode 9. Furthermore, by providing the first separator 15, the metal electrode 5 and the air electrode 9 are prevented from being damaged when the metal electrode 5 is inserted into the battery case 32 or when the metal electrode 5 is taken out from the battery case 32. be able to. Further, the first separator 15 may function as the electrolyte 3.
When the first separator 15 functions as the electrolyte 3, the first separator 15 is provided so as to contact the metal electrode 5 or the second separator 14. For example, the 1st separator 15 can be provided like the metal air battery 30 shown in FIG.

第1セパレータ15は、イオン透過性を有し、負極活物質の微粒子および負極反応生成物の透過を抑制できれば特に限定されないが、例えば、多孔性樹脂膜、イオン交換膜、樹脂繊維の不織布又はゲル化電解液膜とすることができる。また、第1セパレータ15の材料は、絶縁性材料とすることができる。また、第1セパレータ15は、複数枚のセパレータが積層された積層構造を有してもよい。
また、第1セパレータ15を電解質3として機能させる場合、第1セパレータ15の材料は、アニオン交換膜などのイオン交換膜もしくは電解質を含浸した固体、ゲル、高分子の分子篩などとすることができる。
第1セパレータ15に用いられる多孔性樹脂膜または樹脂繊維の不織布の材料としては、耐アルカリ性樹脂とすることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン6、ナイロン66、ポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール系材料、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が挙げられる。また、第1セパレータ15の細孔の孔径は特に限定されないが、30μm以下であることが好ましい。電解液の流通が良くなるように第1セパレータ15は親水化処理されていることが好ましい。また、第1セパレータ15の細孔内にゲル化電解液を導入してもよい。
第1セパレータ15に用いられるイオン交換膜としては、例えば、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。
また、第1セパレータ15には、第2セパレータ14と同じく、分子篩を利用することもできる。
The first separator 15 is not particularly limited as long as it has ion permeability and can suppress permeation of the fine particles of the negative electrode active material and the negative electrode reaction product. For example, the first separator 15 is, for example, a porous resin film, an ion exchange membrane, a resin fiber non-woven fabric or gel. It can be set as a hydrolyzed electrolyte film. The material of the first separator 15 can be an insulating material. The first separator 15 may have a stacked structure in which a plurality of separators are stacked.
When the first separator 15 functions as the electrolyte 3, the material of the first separator 15 can be an ion exchange membrane such as an anion exchange membrane or a solid, gel, or polymer molecular sieve impregnated with an electrolyte.
The material of the porous resin film or resin fiber nonwoven fabric used for the first separator 15 can be an alkali-resistant resin, such as polyethylene, polypropylene, nylon 6, nylon 66, polyolefin, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol. Examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE). The pore size of the pores of the first separator 15 is not particularly limited, but is preferably 30 μm or less. The first separator 15 is preferably subjected to a hydrophilic treatment so as to improve the flow of the electrolytic solution. Further, a gelled electrolyte may be introduced into the pores of the first separator 15.
Examples of the ion exchange membrane used in the first separator 15 include perfluorosulfonic acid, perfluorocarboxylic acid, styrene vinylbenzene, and quaternary ammonium solid polymer electrolyte membranes (anion exchange membranes). It is done.
As the first separator 15, a molecular sieve can be used as in the second separator 14.

1:筐体 1a:第1筐体 1b:第2筐体 3:電解質又は電解液 5:金属電極 6:電極活物質層 7:金属極集電体 8:空気極集電体 9:空気極 10、10a、10b:空気極端子 11:金属極端子 12:変形機構 14:第2セパレータ 15:第1セパレータ 16:伸縮構造 17:クリップ 19:シール部材 20:金属極カートリッジ 21、21a、21b:押圧部 23:空孔 24、24a、24b:変形補助部材 25、25a、25b、25c:回転軸 30:金属空気電池 31:セル 32:電槽 35:蓋部材 37:防水シート 39:蛇腹構造 40:バネ 42:変形防止部材 45:外部接続端子 46:電気コード 48:コネクタ 50:金属極プラグ 51:空気極プラグ 52:金属極ソケット 53:空気極ソケット   1: Housing 1a: First Housing 1b: Second Housing 3: Electrolyte or Electrolyte 5: Metal Electrode 6: Electrode Active Material Layer 7: Metal Electrode Current Collector 8: Air Electrode Current Collector 9: Air Electrode 10, 10a, 10b: Air electrode terminal 11: Metal electrode terminal 12: Deformation mechanism 14: Second separator 15: First separator 16: Expandable structure 17: Clip 19: Seal member 20: Metal electrode cartridge 21, 21a, 21b: Press part 23: Hole 24, 24a, 24b: Deformation auxiliary member 25, 25a, 25b, 25c: Rotating shaft 30: Metal-air battery 31: Cell 32: Battery case 35: Lid member 37: Waterproof sheet 39: Bellows structure 40 : Spring 42: Deformation prevention member 45: External connection terminal 46: Electric cord 48: Connector 50: Metal pole plug 51: Air electrode plug 52: Metal electrode socket 53: Air electrode socket

Claims (9)

第1及び第2空気極と、対向する第1及び第2側壁の間隔を変える変形機構とを備え、
第1空気極は、第1側壁に組み込まれ、第2空気極は第2側壁に組み込まれ、
前記変形機構は、第1空気極が第1側壁に組み込まれ第2空気極が第2側壁に組み込まれ状態で第1及び第2側壁の間隔を変えるように設けられたことを特徴とする電槽。
A first and second air electrode, and a deformation mechanism for changing the distance between the first and second side walls facing each other,
The first air electrode is incorporated into the first side wall , the second air electrode is incorporated into the second side wall,
The deformation mechanism is provided so as to change a distance between the first and second side walls in a state where the first air electrode is incorporated in the first side wall and the second air electrode is incorporated in the second side wall. Tank.
前記変形機構は、伸縮構造を含む請求項1に記載の電槽。   The battery case according to claim 1, wherein the deformation mechanism includes a telescopic structure. 前記対向する第1及び第2側壁の少なくとも一方に押圧部を備え、
前記押圧部は、前記対向する第1及び第2側壁の間隔を狭くすることにより、電槽中の電解質を押圧するように設けられた請求項1又は2に記載の電槽。
A pressing portion is provided on at least one of the opposing first and second side walls,
3. The battery case according to claim 1 , wherein the pressing portion is provided so as to press the electrolyte in the battery case by narrowing a distance between the first and second side walls facing each other.
前記変形機構は、回転軸を有し、前記回転軸を中心とした回転に伴い変形する機構である請求項1〜3のいずれか1つに記載の電槽。   The battery case according to any one of claims 1 to 3, wherein the deformation mechanism has a rotation shaft and is deformed with rotation about the rotation shaft. 第1又は第2空気極の内側面を覆う第1セパレータをさらに備える請求項1〜4のいずれか1つに記載の電槽。 The battery case as described in any one of Claims 1-4 further equipped with the 1st separator which covers the inner surface of a 1st or 2nd air electrode. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の電槽と、前記電槽に収容された電解質と、前記電槽に収容された金属電極とを備える金属空気電池。   A metal-air battery comprising the battery case according to any one of claims 1 to 5, an electrolyte contained in the battery case, and a metal electrode contained in the battery case. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の電槽と、少なくとも一部が前記電槽に収容された金属極カートリッジとを備え、
前記金属極カートリッジは、金属電極と、電解質を収容した第2セパレータとを備える金属空気電池。
The battery case according to any one of claims 1 to 5, and a metal electrode cartridge at least a part of which is accommodated in the battery case,
The metal electrode cartridge is a metal-air battery comprising a metal electrode and a second separator containing an electrolyte.
第2セパレータが袋状である請求項7に記載の金属空気電池。   The metal-air battery according to claim 7, wherein the second separator has a bag shape. 外部接続端子をさらに備え、
前記外部接続端子は、前記対向する第1及び第2側壁の間隔を狭くすることにより、前記金属電極と第1及び第2空気極のうち少なくとも一方と電気的に接続するように設けられた請求項6〜8のいずれか1つに記載の金属空気電池。
Further provided with an external connection terminal,
The external connection terminals, by narrowing the interval between the first and second sidewalls said opposed, provided to at least one electrically connected among said metal electrode and the first and second air electrode The metal-air battery according to any one of claims 6 to 8.
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