JP7111321B1 - 缶型金属空気電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の缶型アルミニウム空気電池は、保管時には、電池全体又は少なくとも電池の反応部を、化学的反応が生じない状態で機械的強度の高い缶容器に詰め込んでいる。使用時に初めて化学的反応を開始させ、最適な状態に維持するように制御しながら電気を取り出している。
(構成)
図1は、本実施形態に係る缶型アルミニウム空気電池10の反応部を示す。図2は、缶型アルミニウム空気電池10の全体構造を示す。
図1に示すように、アルミニウム空気電池10の化学的反応部は、円筒状負極2、円筒状正極(空気極)4、電解液6、及びそれらを封止する封止枠8で構成される。
(1)真空に保持、
(2)不活性ガス(好ましくは窒素ガス)を充填、
(3)電池の電解液の溶質のみを充填、又は、
(4) 電池の電解液の溶質のみを充填し、且つ上記(1)又は(2)を併用する、
等の方法で化学的反応が生じない状態に維持している。これらの方法により、内部に収納された電池素材が酸化・劣化等することを防止して、長期の保管を可能にする。
図1のように、缶型電池10では、円形の天板8a及び底板8bに平行な断面で見ると、円筒状のアルミニウムの負極2が円形内の内側に、空気極の正極4が負極2より外側に配置されている。負極2と正極4の間に電解液6が満たされると、発電が開始される。構造的に、負極2と正極4の間に隙間が開く様にする事により、負極2と正極4が短絡することがないため、セパレータを省略することができる。
(構成)
図2は、缶型アルミニウム空気電池10の全体構造を示す。図2に示すように、缶型電池10の反応部を支持台34に乗せることにより、缶型電池の引出電極15を支持台34上の電子回路基板36の給電端子(+),(-)に簡単に接続できる。
缶型電池10には、単セルのアルミニウム空気電池が搭載されているが、その開放起電力は1.5~1.7V程度である。電子回路基板36に搭載された昇圧回路により、給電端子から出力される起電力を、必要な電圧へ変換する。昇圧回路は、図3に示すコイルL、NMOS FET、ダイオードD及び平滑コンデンサCで構成される。
(1)本実施形態に係る缶型アルミニウム空気電池は、保管時には、電池全体又は少なくとも電池の化学的反応部を反応が生じない状態で缶容器に詰め込んでいる。使用時には、反応を開始させて、反応が最適な状態で継続するように制御を行いながら電気を取り出している。
(1)真空に保持、
(2)不活性ガス(好ましくは窒素ガス)を充填、
(3)電池の電解液の溶質のみを充填、又は、
(4)電池の電解液の溶質のみを充填し、且つ上記(1)又は(2)を併用する、
等の方法で化学的反応が生じない状態に維持している。
(3)保管中は、アルミニウム空気電池の全体又は化学的反応部は、密封された缶容器に詰め込まれているので、携帯するに便利である。更に、電池が外部からの衝撃に強く、完全な状態で保管することができる。
(4)缶容器は、一般的な缶詰の形状・寸法とすることが出来る。このため、取扱いが容易である。複数の缶容器を重ねることにより、複数個の電池をコンパクトに収納することができる。
(5)アルミニウム電極材に、大量生産されているアルミニウムの丸パイプや角パイプを使用することができ、低コスト化が図れる。
(6)従来の空気電池に存在した正極と負極間のセパレータを削減でき、少ない部品数で実現できるため、低コスト化が図れる。
以上、本発明に係る缶型金属空気電池の実施形態を缶型アルミニウム空気電池を例にとって説明したが、これら実施形態は、本発明の例示であって、本発明を何等限定するものではないことを承知されたい。
気密性や機械的強度をある程度犠牲にして、ABS、ポリエチレン、ポリプロピレン、PET等の樹脂の射出成型により安価に製造してもよい。また、これらの缶に高い気密機能や防錆機能を付与するため、缶の内外部を亜鉛やアルミニウム等の金属でメッキしたり蒸着したり、PETやPGA等のガスバリア性の高い樹脂でコーティングしたりしてもよい。
例えば、本実施形態では負極金属にアルミニウムを使用しているが、電解液と反応しイオン化する金属であれば任意の金属(マグネシウム、亜鉛、カルシウム、鉄等或いはこれら合金)を使用することができる。例えば、負極金属にマグネシウムを用いた場合は、電解液に塩化ナトリウムや水酸化カリウム水溶液を使用することができる。負極金属に亜鉛を用いた場合は、電解液に水酸化カリウム水溶液を使用できる。負極金属に鉄を用いた場合は、電解液にアルカリ系水溶液を使用できる。
また、本発明は防災用としているが、防災用に限定するものではない。例えば、遭難信号用の電池やレジャー用の電池等、一般的な電池としても使用することができる。
また、本例では、電解液の溶媒として水を例にとって説明したが、溶媒は汚水や海水でもよく、電解液としては水系だけでなくイオン液体を使用してもよい。更には、注水だけでなく、真空状態に保持している場合は開封時に吸水するようにしてもよい。この機能は、ライフジャケットが着水時膨らむように、電池を着水時に自動的に起動するような場合に有効である。
更には、本発明は、上部から見た形状を丸型で説明しているが、四角形などの任意所望の形状であってもよい。同様に、負極電極は、円筒状でなくても、板状、棒状などでも構わない。負極電極を肉厚とし肉厚部を中空にすることにより、空冷パイプと兼ねても良い。このような複雑な形状であっても、金属の押出や引出方式で製造すれば、低コストで製造することができる。正極表面積は小さくなるが、正極を内側に設置し送風パイプ兼用として使用しても良い。
電解液6の対流は、自然対流としているが、プロペラ等による強制対流を採用してもよい。冷却手段としてファンモータ42による強制冷却を採用しているが、冷却パイプ16のサイズを大きくしたり襞をつけたりして放熱効率を上げることにより、ファンモータ42を削除することもできる。また、缶の外側を冷却する構造とすることにより、冷却パイプを削減することもできる。ファンモータ42の強制冷却により、缶型アルミニウム空気電池を発電効率の良い温度に保つように制御し、発電時間を長くすることも可能である。
当業者が容易になし得る実施形態に関する追加・削除・変更・改良は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
Claims (9)
- 金属を負極に空気極を正極に用いた金属空気電池であって、
前記金属空気電池の全体又は少なくとも化学的反応部を密封する缶容器を備え、
使用時に、前記缶容器の一部を開封し電解液を注入して発電を開始する、缶型金属空気電池。 - 請求項1に記載の缶型金属空気電池において、
前記缶容器内は、真空状態又は不活性ガスが充填された状態にある、缶型金属空気電池。 - 金属を負極に空気極を正極に用いた金属空気電池であって、
前記金属空気電池の全体又は少なくとも化学的反応部を密封する缶容器と、
前記缶容器の内部空間に充填された電解質とを備え、
使用時に、前記缶容器の一部を開封して内部へ溶媒を注入し電解液を生成して発電を開始する、缶型金属空気電池。 - 請求項3に記載の缶型金属空気電池において、
前記缶容器内は、真空状態又は不活性ガスが充填された状態にある、缶型金属空気電池。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の缶型金属空気電池において、
前記負極は、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、カルシウム、及び鉄からなる群から選択された金属又はそれらを含む合金を使用している、缶型金属空気電池。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の缶型金属空気電池において、
前記負極に金属の押出材又は引出材を使用している、缶型金属空気電池。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の缶型金属空気電池において、
前記金属空気電池内部の電解液が、自然対流又は強制対流により缶容器内の反応部を循環する構造である、缶型金属空気電池。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の缶型金属空気電池において、更に、
ファンモータ、温度センサ及びこれらを制御する制御回路を備え、
前記金属空気電池内部の電解液が、前記ファンモータにより強制冷却される、缶型金属空気電池。 - 請求項8に記載の缶型金属空気電池において、
前記制御回路は、前記温度センサからの検出温度に基づき、フィードバック制御により前記ファンモータの回転数を制御して前記化学的反応部の温度を適切な範囲に維持して反応熱による熱暴走を抑えている、缶型金属空気電池。
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