JP6395225B2 - 電極構造体、空気電池及び空気電池スタック - Google Patents
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Description
まず、第1の実施形態に係る電極構造体及び空気電池の若干例について図面を参照しながら詳細に説明する。
次に、第2の実施形態に係る電極構造体及び空気電池スタックの若干例について図面を参照しながら詳細に説明する。
次に、第3の実施形態に係る電極構造体及び空気電池の若干例について図面を参照しながら詳細に説明する。
次に、第4の実施形態に係る電極構造体及び空気電池スタックの若干例について図面を参照しながら詳細に説明する。
<1>電極ユニットの作製
導電性基体32(12,22)を作製するために、厚み0.1mm×縦100mm×横100mmのニッケル製板材(非通気性板材321(121,221)に相当する。)と、同様のサイズを有し、その中央部の縦90mm×横90mmの範囲に、化学エッチングによって0.2mm径の微細孔をチドリパターンに形成したニッケル製板材(通気性板材322(122,222)に相当する。)を準備し、これら両板材を高さ1.2mmのリブ(リブ323(223,123)に相当する。)により接合して導電性基体32(12,22)とした。
ポリプロピレンを材料として、図5及び図6に示したように、凸状断面を備えた枠体からなり、外側面に電解液の供給口40bと、排出口40cを備え、上下両面に段差部40aを備え、上記サイズの電極ユニットが嵌合するようにした絶縁性枠体40を作製した。
上記構造を備えた電極ユニットを11個、具体的には、第1B電極ユニット10Bを1個、第3A電極ユニット30Aを9個、第2B電極ユニット20Bを1個、絶縁性枠体40を10個用意し、これらを交互に積層し、各電極ユニットの空気電池用正極層と空気電池用負極層とが対向した状態とすることによって、10セルからなる本例の空気電池スタックを得た。なお、積層に際しては、絶縁性枠体40の段差部40aにプライマーを塗布した後、変性アクリルシリコーン系接着剤(セメダイン株式会社製、スーパーX)をディスペンサーにより塗布することによって、各電極ユニット(10B,20B,30A)と絶縁性枠体40とをそれぞれ接合するようにした。
上記同様の材料から成り同一サイズの空気電池用負極層36と、上記同様の材料から成り同一サイズの空気電池用正極層34を備えたセルを10個積層し、図19(簡略化のため、2セルから成る積層構造を示した。)に示すように、各セル間を波形の金属薄板から成る集電体60によって接続して、本例の空気電池スタックを得た。
(1)セル間の集電抵抗
10セルからなり、図19に示すような積層構造を有する本発明外の比較例1の空気電池スタックに矢印Aで示すように0.5MPaの締結圧を加えた場合において、セル間の集電抵抗を測定した結果、500mΩ・cm2であった。これに対して、本発明の範囲に属する実施例1の空気電池スタックにおいては、セル間の集電抵抗が150mΩ・cm2(締結圧:0)に過ぎないことが確認された。
実施例1の空気電池スタックと、比較例1の空気電池スタックの発電性能を比較調査した。このとき、電解液としては、KOHの8M水溶液を用い、温度を室温とし、空気の供給量を毎分60Lとした。得られた結果を図18に示す。図18に示すように、実線で示す本発明の範囲に属する実施例1の空気電池スタックにおいては、例えば、100mA/cm2の電流密度で電圧が約8Vであるのに対して、点線で示す本発明外の比較例1の空気電池スタックにおいては、上記電流密度において3Vの電圧が得られるに過ぎないことが確認された。
<1>電極ユニットの作製
導電性基体12を作製するために、厚み0.1mm×縦100mm×横100mmのニッケル製板材の一部に、空気電池用正極層に空気を供給するための0.2mm経の微細孔を化学エッチングによってチドリパターンに形成したもの(通気性板材122に相当する。)と、厚み1mm×縦100mm×横100mmのアルミニウム製板材(非通気性板材121に相当する。)と、1.2mmの高さのアルミニウム製リブ(リブ123に相当する。)とを用意した。ニッケル製板材とアルミニウム製板材の両板材を高さ1.2mmのリブにより接合して導電性基体12とした。
ポリプロピレンを材料として、図2に示したように、凸状断面を備えた枠体からなり、外側面に電解液の供給口40bと、排出口40cを備え、上下両面に段差部40aを備え、上記サイズの電極ユニットが嵌合するようにした絶縁性枠体40を作製した。
第1A電極ユニット10Aを1個、第2A電極ユニット20Aを1個、絶縁性枠体40を1個用意し、これらを積層し、各電極ユニットの空気電池用正極層と空気電池用負極層とが対向した状態とすることによって、本例の空気電池を得た。なお、積層に際しては、絶縁性枠体40の段差部40aにプライマーを塗布した後、変性アクリルシリコーン系接着剤(セメダイン株式会社製、スーパーX)をディスペンサーにより塗布することによって、各電極ユニット(10A,20A)と絶縁性枠体40とをそれぞれ接合するようにした。
実施例2−1の電極ユニットの作製に際して、第2B電極ユニット20Bが形成する電解液収容部Eと第2B電極ユニット20Bとの界面における面積に対して、第2B電極ユニット20Bに形成された電極層26が占める面積の割合であるQ値を0.6としたこと以外は、実施例2−1と同様の操作を繰り返して、本例の空気電池を得た。
(1)放電性能
実施例2−1及び実施例2−2の空気電池の放電時間の延長効果を比較調査した。このとき、電解液としては、NaClの4M水溶液を用い、温度を室温とし、空気の供給量を毎分60Lとした。得られた結果を図20に示す。
10 第1電極ユニット
10A 第1A電極ユニット
10B 第1B電極ユニット
12,22,23,32 導電性基体
12a,22a,32a,52a 通気空間
12b,32b,52b 通気面
32c 面
14,34,54 空気電池用正極層
26,36,46 空気電池用負極層
20 第2電極ユニット
20A 第2A電極ユニット
20B 第2B電極ユニット
20C 第2C電極ユニット
30 第3電極ユニット
30A 第3A電極ユニット
30B 第3B電極ユニット
40 第1の絶縁性枠体
40a,42a 段差部
40b,42b 供給口
40c,42c 排出口
42 第2の絶縁性枠体
50 第4電極ユニット
50A 第4A電極ユニット
50B 第4B電極ユニット
52 基体
60 集電体
100,101,102,103 電極構造体(空気電池スタック)
121,221,321 非通気性板材
122,222,322,522 通気性板材
123,223,323,523 リブ
E,E’ 電解液収容部
Claims (18)
- 内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面に配設された空気電池用正極とを備えた第1電極ユニットと、
導電性基体の外表面に空気電池用負極を備えた第2電極ユニットと、
第1の絶縁性枠体と、を具備し、
上記各電極ユニットが、隣り合う構造を有し、
上記第1の絶縁性枠体が、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、該隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、該隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している
ことを特徴とする電極構造体。 - 上記第1電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面の一部に配設された空気電池用正極とを備え、
上記第2電極ユニットが、導電性基体の外表面の一部に空気電池用負極を備え、
上記第1の絶縁性枠体が、上記空気電池用正極及び上記空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有している
ことを特徴とする請求項1に記載の電極構造体。 - 内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面に配設された空気電池用正極とを備えた第1電極ユニットと、
導電性基体の外表面に空気電池用負極を備えた第2電極ユニットと、
上記第1電極ユニットと上記第2電極ユニットとの間に配設され、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面に配設された空気電池用正極とを備えると共に、該通気面と反対側の面の外表面に配設された空気電池用負極を更に備えた、少なくとも1つの第3電極ユニットと、
上記第3電極ユニットの個数より1つ多い個数の第1の絶縁性枠体と、を具備し、
上記各電極ユニットが、隣り合う構造を有し、
上記第1の絶縁性枠体が、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、該隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、該隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している
ことを特徴とする電極構造体。 - 上記第1電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面の一部に配設された空気電池用正極とを備え、
上記第2電極ユニットが、導電性基体の外表面の一部に空気電池用負極を備え、
上記第3電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面の一部に配設された空気電池用正極とを備えると共に、該通気面と反対側の面の外表面の一部に配設された空気電池用負極を備え、
上記第1の絶縁性枠体が、上記空気電池用正極及び上記空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有している
ことを特徴とする請求項3に記載の電極構造体。 - 上記第1電極ユニットが、上記空気電池用正極と上記空気電池用負極とが対向する方向における一方の端部のみに配設され、
上記第2電極ユニットが、上記空気電池用正極と上記空気電池用負極とが対向する方向における他方の端部のみに配設されている
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の電極構造体。 - 内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面に配設された空気電池用正極とを備えた、2つの第1電極ユニットと、
空気電池用負極を備えた第2の絶縁性枠体と、を具備し、
上記空気電池用負極が、上記2つの第1電極ユニットの間に配設された構造を有し、
上記第2の絶縁性枠体が、その枠内に上記空気電池用負極を備え、かつ、隣り合う上記2つの第1電極ユニットの上記空気電池用正極と該空気電池用負極とが対向するように、隣り合う該2つの第1電極ユニットの該空気電池用正極及び該空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う該2つの第1電極ユニットと共に電解液収容部を形成している
ことを特徴とする電極構造体。 - 上記第1電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面の一部に配設された空気電池用正極とを備え、
上記第2の絶縁性枠体が、その枠内の一部に上記空気電池用負極を備え、かつ、上記空気電池用正極及び上記空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有している
ことを特徴とする請求項6に記載の電極構造体。 - 内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面に配設された空気電池用正極とを備えた、2つの第1電極ユニットと、
上記2つの第1電極ユニットの間に配設され、内部に通気空間を有し、かつ、対向する位置に通気面を有する箱形の基体と、該箱形の基体の該各通気面の外表面に配設された空気電池用正極とを備え、該各通気面の外表面に配設された該空気電池用正極同士が電気的に絶縁されている、少なくとも1つの第4電極ユニットと、
空気電池用負極を備え、上記第4電極ユニットの個数より1つ多い個数の第2の絶縁性枠体と、を具備し、
上記空気電池用負極が、上記各電極ユニットの間に配設された構造を有し、
上記第2の絶縁性枠体が、その枠内に上記空気電池用負極を備え、かつ、隣り合う上記各電極ユニットの上記空気電池用正極と該空気電池用負極とが対向するように、隣り合う該各電極ユニットの該空気電池用正極及び該空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う該各電極ユニットと共に電解液収容部を形成している
ことを特徴とする電極構造体。 - 上記第1電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する箱形の導電性基体と、該箱形の導電性基体の該通気面の外表面の一部に配設された空気電池用正極とを備え、
上記第4電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、対向する位置に通気面を有する箱形の基体と、該箱形の基体の該各通気面の外表面の一部に配設された空気電池用正極とを備え、該各通気面の外表面に配設された該空気電池用正極同士が電気的に絶縁されており、
上記第2の絶縁性枠体が、その枠内の一部に上記空気電池用負極を備え、かつ、上記空気電池用正極及び上記空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有している
ことを特徴とする請求項8に記載の電極構造体。 - 上記空気電池用正極の電極面積が、該空気電池用正極が対向する上記空気電池用負極の電極面積より大きいことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の電極構造体。
- 上記第1の絶縁性枠体が、上記第1電極ユニット、上記第2電極ユニット又は上記第3電極ユニットが嵌合する段差部を有することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1つの項に記載の電極構造体。
- 上記第2の絶縁性枠体が、上記第1電極ユニット又は上記第4電極ユニットが嵌合する段差部を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の電極構造体。
- 上記第1の絶縁性枠体が、上記第1電極ユニット又は上記第2電極ユニットが嵌合する段差部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の電極構造体。
- 上記第2の絶縁性枠体が、上記第1電極ユニットが嵌合する段差部を有することを特徴とする請求項6又は7に記載の電極構造体。
- 請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の電極構造体を具備したことを特徴とする空気電池スタック。
- 上記電解液収容部に電解液が注液されることによって発電が開始される注液式であることを特徴とする請求項15に記載の空気電池スタック。
- 請求項1、2、6及び7のいずれか1つの項に記載の電極構造体を具備したことを特徴とする空気電池。
- 上記電解液収容部に電解液が注液されることによって発電が開始される注液式であることを特徴とする請求項17に記載の空気電池。
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