JP6647803B2 - 空気電池システム、及び注液用部品 - Google Patents
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Description
空気電池以外のバッテリへ注液する方法として、車両用のバッテリの各セル単位の電解液がそれぞれ封入された容器をセル数と同数連接したバッテリ用電解液容器を用いる方法が知られている(例えば、特許文献1)。
一方、従来のバッテリ用電解液容器を用いる場合、予め電解液が封入されたバッテリ用電解液容器を用意しなければならず、災害時などに調達することが困難である。そもそも引用文献1は、車両用バッテリとして一般的な鉛蓄電池の電解液である希硫酸を封入する容器であり、食塩水や水道水などの調達容易な液体を利用する空気電池を考慮した技術ではない。
上記構成において、前記挿入部は、前記液体が少なくとも適量の場合に、前記液体の液面が複数の前記空気電池外装体の間に渡って連続する箱形状に形成されるようにしても良い。
また、上記構成において、前記空気電池外装体は、紙を含有するシート材で形成されるようにしても良い。
また、対向する空気極と金属極とを有する複数の空気電池外装体に、電解液、又は電解液の溶媒である液体を注液するための注液用部品において、前記複数の空気電池外装体に挿入される挿入部を有し、前記挿入部は、前記複数の空気電池外装体を水平方向につなぐ空間を形成すると共に前記空間内を視認可能に上方に開口する箱形状に形成され、前記挿入部内の空間を、前記空気電池外装体のそれぞれに連通する室に区画する仕切りを備え、前記仕切りは、隣接する室の間で前記液体を流通させる開口部を有し、前記開口部を塞ぐことによって、前記挿入部内の前記液体が前記空気電池外装体のそれぞれに分離されることを特徴とする。
図1は、本発明の金属空気電池システムの実施形態に係る金属空気電池ユニット1の斜視図である。この金属空気電池ユニット1は、紙製の外箱10を備え、この外箱10に、後述する空気電池20(図2)を位置決めするためのスペーサ30(図2)と、発電電力を所定電力に変換するコンバータ(本構成ではDC/DCコンバータ)40と、空気電池20への注液に用いる注液用トレー(注液用部品)50とが収納されている。
なお、図1、図2及び後述する各図において、X方向は、スペーサ30及び空気電池20の並び方向を示し、Y方向は、X方向に対して水平面内で直交する方向を示し、Z方向は、上下方向を示している。
一対の側壁12Aには、内側に折り曲げ自在な突片13が形成され、各突片13を内側に折り曲げることによってスペーサ30が外箱10に支持される。つまり、各突片13は、スペーサ30に位置決めされた空気電池20間の隙間S1(図2)に入ることで、スペーサ30の係止部30K(図2)に係止し、スペーサ30を位置決めする。
また、他の側壁12Bは、スペーサ30に当接してスペーサ30のX方向への変形を抑え、これにより、空気電池20の膨張や変形を抑える。これら側壁12Bは、突片13が形成されない分、側壁12Aよりも変形し難く、空気電池20の膨張などを効率良く抑えることができる。なお、空気電池20は、電池反応により生じた内部ガスによりX方向に膨張し易いので、この膨張を、突片13のない一対の側壁12Bによって効率良く抑えることができる。
スペーサ30は、図2に示すように、X方向に間隔を開けて上方に開口する2個のポケット(電池収容部)31を有し、これらポケット31に空気電池20を個別に収容することによって、2個の空気電池20を位置決めする。外箱10にはスペーサ30が2個収容されるため、外箱10には合計4個の空気電池20が収容される。
空気電池20は、紙製の外装体(空気電池外装体)21と、空気極22と、金属極23とを備え、外装体21内に電解液を注液することによって発電を開始する一次電池である。発電時には、空気極22が正極として機能し、金属極23が負極として機能する。
図5は、外装体21の斜視図である。外装体21は、紙を含有する1枚のシート材を2つ折りして重ね、その両側縁を接合し、折り曲げ加工して中空箱形状に形成されている。
空気極22は、外部の空気を外装体21内に通気可能にする通気性、及び、電解液を漏らさない非透水性を有する部品である。この空気極22は、集電体を構成する矩形状の銅メッシュの両面に、触媒層を構成する触媒シートを圧迫(プレス)等により一体化して形成される。なお、非透水性については、非透水性を有するシートを別途設けて確保するようにしても良い。なお、空気極22は上記構成に限らず、公知の構成を広く適用可能である。
なお、前記被挿入部27の外装体21への取り付けは、例えば、開口部26を貫通して外装体21の内部に位置する被挿入部27の下部を外側へ折り出し、外装体21内面に当接させ治具を用いて熱融着することで取り付けることが可能である。
金属極23は、空気極22と対向するように外装体21の内部に支持されている。この金属極23には、マグネシウム合金が用いられ、空気極22と平行に配置される。この空気電池20の電解液には、塩化ナトリウム水溶液が使用される。これにより、電解液に海水を用いたり、水道水に塩を混合した液体を用いることができ、調達が容易である。本構成では、外装体21の内部に、電解質である塩化ナトリウムを収容した袋体25(図4)を予め配置しておくことにより、水道水などの水を注液すれば、電解液が生成されて発電を開始できるように構成されている。
なお、前記袋体25は金属極23と外装体21との間に設けることが好ましく、外装体21の内部上端に直接、熱融着することが可能である。
なお、電解質の主成分が塩化ナトリウムであれば良く、他の成分を含んでも良い。また、袋体25を配置せず、外部から電解液そのものを直接注液するようにしても良い。
金属極23に亜鉛を用いた場合には、電解液に水酸化カリウム水溶液を用いるようにすれば良く、金属極23に鉄を用いた場合には、電解液にアルカリ系水溶液を用いるようにすれば良い。また、金属極23にアルミニウムを用いた場合には、水酸化ナトリウム、又は水酸化カリウムを含む電解液を用いるようにすれば良い。これらの場合も、電解質を入れた袋体25を用いて外部から電解質の溶媒だけを注液する構成にしても良いし、袋体25を用いず外部から電解液を注液する構成にしても良い。
図6は、注液用トレー50の斜視図である。また、図7及び図8は、注液用トレー50を異なる方向から見た図であり、図7(A)は正面図、図7(B)は側面図、図7(C)は上面図である。また、図8(A)は図7(B)のA−A断面図、図8(B)は図8(A)のB−B断面図である。
図6に示すように、注液用トレー50は、空気電池20の外装体21の上部角部の一方に開口する開口部26に挿入される挿入部51と、挿入部51の上部から側方に延出する側方延出部53とを一体に備えている。なお、本構成の注液用トレー50は、空気電池20の外装体21と同じシート材(ラミネート紙)を折り曲げ加工することによって形成されている。但し、紙製のシート材に限らず、樹脂などの他の素材で形成しても良い。
この第1挿入部55は、上方に開口する有底の矩形箱形状に形成されるため、図1及び図2に示すように、外部から空間R1内を容易に目視することができる。
この仕切り56の貫通孔56Aは、後述する基準液面LAよりも上方に設けられており、この仕切り56を挟んでいずれか一方側の液面が貫通孔56Aの位置まで上昇すると、仕切り56の他方側の空間に液体(溶媒、又は電解液)を流入させることができる。これにより、仕切り56を挟んだ両側の液面を揃えることができ、また、いずれか一方側の過度な液面上昇(オーバーフロー)を抑えることができる。
複数の外装体21のそれぞれには、上記第2挿入部57が独立して挿入される被挿入部27(図4、図5)が設けられており、これら被挿入部27により第2挿入部57の外装体21への挿入が案内される。この挿入により、第1挿入部55の下端(底板55Aに相当)が貫通孔27Aよりも低い位置まで移動し、被挿入部27の側面に設けられた貫通孔27A(図3、図5)を介して第1挿入部55の空間R1と外装体21の内部とが連通するようになっている。
なお、注液用トレー50を引き上げた状態にした場合には、被挿入部27の側面に設けられた貫通孔27Aが第2挿入部57の内面に重なり、貫通孔27Aを塞ぐことができると共に、第1挿入部55内に内在する電解液等の液体を分離することができる。
従って、上記液体が少なくとも適量(適正範囲)の場合、液体が第1挿入部55の空間R1全体に溜まり、液体の液面を外部から容易に目視することができる。従って、外部から適量か否かを容易に確認することができる。なお、第1挿入部55の内面には、不図示の目盛り(例えば、目盛りを示すライン)が設けられ、この目盛りを利用して液面が適正範囲か否かを確認可能である。
そして、上記値KL、KUを基準液面LAに対する許容範囲(つまり、適正範囲の上限値と下限値)にそれぞれ設定しておくことにより、液体(溶媒、又は電解液)の液面が、被挿入部27の貫通孔27Aの下端以上、且つ、仕切り56の貫通孔56A以下の範囲にあれば、適量(適正範囲)と判断することができる。すなわち、本構成では、貫通孔27A、56Aを、適正範囲を示す目盛りに兼用することもできる。
上述の注液後、注液用トレー50は上方に引き上げた状態に保持される。
図9は、注液用トレー50を引き上げた状態の金属空気電池ユニット1を示した図であり、図9(A)は空気電池20の側方から見た図であり、図9(B)は図8(A)のIX−IX断面図である。
注液用トレー50内の液体が各空気電池20に分離するので、隣接する空気電池20の電解液による短絡、つまり、液絡を防止することができる。なお、注液用トレー50は、液密摺接嵌合されている第2挿入部57と被挿入部27の摺接力により引き上げた状態に保持される。
従って、電解液又は溶媒などの液体の注液作業を容易にし、且つ、液量が適切か否かを確認し易くなる。また、液量を目視できるので、水分が蒸発したり、化学反応で減少した場合に、容易に補水することができる。
また、挿入部51は、図6に示したように、複数の外装体21を水平方向につなぐ空間R1を形成する第1挿入部55と、第1挿入部55から下方に延出し、外装体21のそれぞれに独立して挿入される複数の第2挿入部57とを備える。そして、図9(A)などに示したように、第1挿入部55を、前記液体の液面(図9(A)中、基準液面LA)よりも引き上げることによって液体を外装体21のそれぞれに分離させる。これにより、隣接する空気電池20同士の電解液による短絡である液絡を防止することができる。
図10は、引き上げずに挿入部51内の液体を分離させる場合の注液用トレー50の一例を示した図である。ここで、図10(A)が注液用トレー50の斜視図を示し、図10(B)が正面図を示している。なお、図10において、既述した構成と同様の箇所は同一符号を付して示し、重複説明を省略する。
この注液用トレー50は、挿入部51の空間R1を、空気電池20の外装体21の並び方向(X方向)に間隔を空けて仕切る複数(本構成では3個)の仕切り61を備えている。これら仕切り61は、挿入部51の底板55Aから上方に立設し、空間R1を外装体21と同数の室RA、RB、RC、RDに等分割する。
各仕切り61には、隣接する室同士をつなぐ貫通孔(流通用開口部)61Aが形成されている。これら貫通孔61Aにより、隣接する室の間で液体(溶媒、又は電解液)が流通自在となる。このため、注液用トレー50のいずれかの室に流入した液体は、貫通孔61Aを通って他の室へも流入し、全ての室に入る。そして、各室から各外装体21に流入する。また、これら貫通孔61Aにより、各室RA〜RDの液面を均等に揃え易くなる。
以上のように、この注液用トレー50を用いても、複数の外装体21に一括で注液でき、且つ、外装体21毎の液面を容易に目視できるので、電解液又は溶媒などの液体の注液作業を容易にし、且つ、液量が適切か否かを確認し易くなる。また、液量を目視できるので、容易に補水することもできる。
10 外箱
20 空気電池
21 外装体(空気電池外装体)
22 空気極
23 金属極
50 注液用トレー(注液用部品)
51 挿入部
53 側方延出部
55 第1挿入部
57 第2挿入部
61 仕切り
61A 貫通孔(流通用開口部)
Claims (7)
- 対向する空気極と金属極とを有する複数の空気電池外装体と、
前記複数の空気電池外装体に、電解液、又は電解液の溶媒である液体を注液するための注液用部品とを備え、
前記注液用部品は、前記複数の空気電池外装体に挿入される挿入部を有し、
前記挿入部は、前記複数の空気電池外装体を水平方向につなぐ空間を形成すると共に前記空間内を視認可能に上方に開口する箱形状に形成され、
前記挿入部は、複数の空気電池外装体を水平方向につなぐ空間を形成する第1挿入部と、前記第1挿入部から下方に延出し、前記空気電池外装体のそれぞれに独立して挿入される複数の第2挿入部とを備え、
前記第1挿入部を、前記液体の液面よりも引き上げることによって、前記挿入部内の前記液体が前記空気電池外装体のそれぞれに分離されることを特徴とする空気電池システム。 - 対向する空気極と金属極とを有する複数の空気電池外装体と、
前記複数の空気電池外装体に、電解液、又は電解液の溶媒である液体を注液するための注液用部品とを備え、
前記注液用部品は、前記複数の空気電池外装体に挿入される挿入部を有し、
前記挿入部は、前記複数の空気電池外装体を水平方向につなぐ空間を形成すると共に前記空間内を視認可能に上方に開口する箱形状に形成され、
前記挿入部内の空間を、前記空気電池外装体のそれぞれに連通する室に区画する仕切りを備え、前記仕切りは、隣接する室の間で前記液体を流通させる開口部を有し、前記開口部を塞ぐことによって、前記挿入部内の前記液体が前記空気電池外装体のそれぞれに分離されることを特徴とする空気電池システム。 - 前記挿入部は、前記液体が少なくとも適量の場合に、前記液体の液面が複数の前記空気電池外装体の間に渡って連続する箱形状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の空気電池システム。
- 前記注液用部品は、前記挿入部の上方開口を拡げるように前記挿入部の上部から側方に延出する側方延出部を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の空気電池システム。
- 前記空気電池外装体は、紙を含有するシート材で形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の空気電池システム。
- 対向する空気極と金属極とを有する複数の空気電池外装体に、電解液、又は電解液の溶媒である液体を注液するための注液用部品において、
前記複数の空気電池外装体に挿入される挿入部を有し、
前記挿入部は、前記複数の空気電池外装体を水平方向につなぐ空間を形成すると共に前記空間内を視認可能に上方に開口する箱形状に形成され、
前記挿入部は、複数の空気電池外装体を水平方向につなぐ空間を形成する第1挿入部と、前記第1挿入部から下方に延出し、前記空気電池外装体のそれぞれに独立して挿入される複数の第2挿入部とを備え、
前記第1挿入部を、前記液体の液面よりも引き上げることによって、前記挿入部内の前記液体が前記空気電池外装体のそれぞれに分離されることを特徴とする注液用部品。 - 対向する空気極と金属極とを有する複数の空気電池外装体に、電解液、又は電解液の溶媒である液体を注液するための注液用部品において、
前記複数の空気電池外装体に挿入される挿入部を有し、
前記挿入部は、前記複数の空気電池外装体を水平方向につなぐ空間を形成すると共に前記空間内を視認可能に上方に開口する箱形状に形成され、
前記挿入部内の空間を、前記空気電池外装体のそれぞれに連通する室に区画する仕切りを備え、前記仕切りは、隣接する室の間で前記液体を流通させる開口部を有し、前記開口部を塞ぐことによって、前記挿入部内の前記液体が前記空気電池外装体のそれぞれに分離されることを特徴とする注液用部品。
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