JPH0251876A - 空気電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野］ 本発明は、空気電池に関する。

［従来の技術］ たとえば模型飛行機にモータを取付けた場合。

このモータを駆動する電池としては小型軽量であること
が必要である。一般に、ニッケルＯカドミウム電池が使
用されている。

ある模型ヘリコプタ−に単３型のニッケル・カドミウム
電池を７本（約１７０ｇ）使用すると。

飛行時間が２分程度である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記模型飛行機を農薬散布や測量、写真撮影等に実用化
するには、その飛行時間をさらに長くしたいという要望
がある。この場合、既存の電池では単位重量当りの出力
が小さく、多量に搭載で９ないので、飛行時間が短い。

また、模型ヘリコプタ−に限らず、大きな電力を要する
駆動電源としても上記と同様に、単位重量当りの電力が
少なく、従来よりも長時間、使用じたいという要望を満
足することができないという問題がある。

本発明は、小型軽量で高出力の空気電池を提供すること
を目的とするものである。

［課題を解決する手段］ 本発明は、負極と正極との間であって、上記正極と接触
して集電体を設置したものである。

［作用１ 本発明は、負極と正極との間にあって、上記正極と接触
して集電体を設置したので、空気電池が小型軽量で高出
力で、内部抵抗小さく、高電流の取出しに適している。

［実施例］ 第１図（１）は、本発明の一実施例を示す縦断面図であ
る。

第１図（２）は、第１図（１）に示す空気電池１の半分
について、その各構成部材を左右方向に分離して示した
図である。

本発明の実施例である空気電池１は、グラスペーパー１
０と、正極２０と、集電体３０と、セパレータ４０と、
負極５０と、Ｋｃｌ液６１を蓄える液溜め６０とを有す
る。

グラスペーパー１０は、正極２０の合板であり、撥水処
理が施されている。

正極２０は１石油系黒鉛粉末を主成分とする膜である。

第１図（２）に示すように、グラスペーパー１０の負極
５０側に正極２０を密着させ、この正極２０を複数に分
割しである。

集電体３０は、ニッケル、銅等の金属で構成された２０
０〜３００メツシユの金網（空気液が素通りできるよう
に網にしである）であり、正極２０と負極５０との間に
設置され、正極２０と密着している。

セパレータ４０は、撥水処理を行なっていないグラスペ
ーパー等の吸水材等で構成され、集電体３０と負極５０
とを電気的に絶縁するとともに、Ｋｃｌ液やＮａｃ　ｌ
液（電解液）６１を毛細管現象によって浸透させ、正極
２０と負極５０とを湿らせるものである。なお、セパレ
ータ４０としては、グラスペーパーの代りに紙ペーパー
を使用してもよい。

負極５０は、マグネシュウム合金、または亜鉛合金、ま
たはアルミニュウム合金等で構成されている。これらの
合金はその１つによって負極５０を構成してもよく、そ
のうちの複数の合金によって負極５０を構成するように
してもよい。

ところで、正極２０では次の反応が起こる。

１／２０２　＋　Ｈ２Ｏ”　２ｅ−＋　　２０Ｈ−また
は、 ０２　＋　Ｈ２Ｏ＋　２ｅ−−＋　　０２Ｈ−＋　０Ｈ
０２Ｈ−→　ＯＨ−＋１／２０２ 一方、負極５０ではＮ、合金を使用した場合、次の反応
が起こる。

Ｍｇ　　＋　　２　０Ｈ−＋　　　　ＮｇＯ＋　　Ｈ２
（１＋　　２ｅ−にｇ　＋　２　Ｈ２Ｏ→　ＭｇＣＱＨ
）２＋Ｈ２ｔ　（副尺応）上記の反応は、一般の電池と
同様であり、空気電池１に負荷を接続すると、負荷５０
に発生した電子ｅ”が負荷を経由して正極２０に到達し
、その正極２０において上記のように電子ｅ−が消滅す
る。このようにして、電流が正極から負極５０に流れる
。

上記実施例において、正極２０を複数に分割しであるの
で、正極２０は、集電体３０に接触する平面部２１と、
角部２２とを有する。そして、ある正極２０の角部２２
と隣りの正極２０の角部２２どの間に空間がある。

ところで、一般に、ガスの透過量をＱとし、ガスの透過
係数をＰとし、ガスの圧力差をΔＰとし、正極２０の断
面積をＡとし、正極２０の膜圧を文とし、温度をｔとす
ると、次の０式が成立する。

Ｑ＝Ｐ・（ΔＰ／ｉ）・ｔ・Ａ　・・・０式また、ガス
の拡散係数をＤとし、溶解度をＳとすると。

Ｐ＝Ｄ　−Ｓ　　　　　　　　　　　・・・０式が成立
する。

上記実施例において、正極２０の平面部２１における上
記拡散係数りよりも、角部２２における上記拡散係数り
の方が大きいので、上記０式によって、拡散係数りが大
きい角部２２におけるガス透過係数Ｐが大きくなる。し
たがって、■式によって、ガスの透過量Ｑは、平面部２
１よりも角部２２における透過量が多くなる。角部２２
において上記ガスの透過量が多いということは、角部２
２において酸素の透過量が多いことである。

このために、正極２０を１枚の平板で構成するよりも、
正極２０を複数に分割した平板で構成した方が、酸素の
透過量が多くなり、したがって、起電（発電）に寄与す
る正極反応が加速され、起電量Ｃ発′７４量）が多くな
る。

なお２正極２０を複数に分割する代りに、正極２０を１
枚の平板で構成し、それに少なくとも１つの透孔を設け
れば、上記と同様に、単位重量当りの発生電力が大きく
なる。

また、上記実施例において、正極２０の負極５０側に集
電体３０を密着させであるので、負極５０で発生した電
子が正極２０を通過する必要が無い、このために、空気
電池１の内部電圧降下が少なくて済む、つまり、従来は
、空気電池の中央部に負極を設置し、その外側に正極を
設置し、正極の外側にニッケル等の金網を配置しこの金
網を集電体として使用している。この場合、正極の負極
側（正極の内側）で上記反応が発生するので、電子が集
電体から正極に移動し、その正極を通過し、上記電子が
正極を通過するときに０．１Ω程度の電気抵抗を有する
。そして、ＩＯＡ程度の大電流を流すと、このときの電
圧降下が１ｖになる。

ところが、上記実施例においては、正極２０の負極５０
側に集電体３０を密着させであるので、上記反応が発生
している部分（正極２０の負極５０側の部分）に集電体
３０を設置してあり、負極５０で発生した電子が正極２
０を通過せずに直接反応部分に到達する。したがって、
正極を通過することによって発生する内部電圧降下が少
なくなる。この構造は、大電流の場合に特に効果的であ
る。

第２図は、上記実施例において正極２０の面積を変化し
た場合における出力密度を示す図である。

この測定条件は、電解質が２０％Ｋｃｌであり、膜圧が
１８０　ｐｍであり、温度が２４℃である。第２図に示
すように、正極面積が大さい場合における単位面積当り
の発生電力よりも、正極２０の面積が適度に小さい場合
の方が単位面積当りの出力電力が大きくなる。第２図に
おいては、１つの正極２０の大きさを３Ｃ１２程度にし
たときに、単位面積当りの出力電力が最も大きくなる。

第３図は、第１図（２）に示すように正極２０を複数に
分割して製造する方法の説明図である。

まず、上記石油系黒鉛粉末に活性炭を約６＝４の割合で
混合し、ポリテトラフルオルエチレン分散液を加えて混
合する。この混合物が正極２０の基材である。なお、上
記活性炭は触媒として使用される。

一方、正極２０の合板として使用するグラスペーパー１
０を撥水処理し、その上に型枠６０を載せる。そして、
上記正極２０の基材を流し込み、ローラで転圧する。

その後、スクレーパで、枠型６０からはみ出した上記正
極基材を除去し、型枠６０を取除き、約３８０℃で加熱
する。このようにすることによって、ｉｆ図（２）に示
すように、グラスペーパー１０に複数の正極２０が接合
配置される。

なお、型枠６０として多数の四角形の型を用いると、正
極が縞状に分割された構成になり、高出力の空気電池を
得ることができる。また、型枠６０として、三角形、五
角形、丸型等、四角形以外の型を用いていもよい。

第４図は、上記実施例において２石油系黒鉛粉末中の活
性炭の量を変化した場合における出力密度（単位面積当
りの出力電力）の例を示す図表である。

第４図に示す試験条件は、温度が３４℃、正極２０の寸
法が５ｃｇＸ１ｃｍＸ１８０ＪＬｍであり、ポリテトラ
フルオルエチレン分散液（１４％）の添加量はそれの４
倍力ＩＲ４滴（０，２ｃｃ）、水４滴（０，２ｃｃ）で
あり、電解質溶液は５％Ｎａｃｌである。

また、第４図中のＡは１石油系黒鉛粉末Ａを使用した場
合であり、Ｂは、石油系黒鉛粉末Ｂを使用した場合であ
り、Ｂｏは、上記石油系黒鉛粉末Ｂを触媒処理した場合
であり、Ａｌは、上記石油系黒鉛粉末Ａを２０％Ｋｃｌ
中でテストした場合である。

第４図に示すように、活性炭が３０〜７０％の場合に、
単位面積当りの出力電力が大きくなる。

活性炭の量は、好ましくは３０〜５０％で、より好まし
くは３５〜４５％である。

また、上記実施例を、自動車用バッテリーの性能が低下
したときの非常用電源、模型用の動力源、キャンプ、釣
り等のレジャー用として使用すれば、小型、軽量、高出
力の電池であり、便利である。また１通常は、正極２０
、負極５０等には電解液Ｋｃｌを接触させず、使用開始
時に接触させる。このようにすれば、電池使用前に自然
放電等による電力低下が生じないので、保存性が非常に
良好になり、非常用の電源としても有用である。

上記実施例において、電解液としてＫｃｌ液を使用した
が、海水や他の食塩水等の電解液を使用するようにして
もよい。

第１図（２）に示すように正極２０を複数に分割する代
りに、１つの平板状の正極に多数の透孔を有するもので
あってもよい。

第５図（１）は１本発明の他の実施例を示す図である。

第５図（２）は、第５図（１）に示す実施例の分解図で
ある。

なお、第１図（１）に示す部材と同一の部材については
、同一の符号を付しである。

第５図（１）に示す空気電池１ａは、１枚の平板で構成
された正極２０ａを使用し、透孔５１が複数、設けられ
た負極５０ａを使用している。また、負極５０ａを１つ
だけ設置しである。

このように、透孔５１を複数、設けであるので、発電の
ときに副反応として発生した水素が負極５０ａから離れ
易くなる。水素が負極５０ａから離れ易くなれば１反応
速度の低下を防止でき、発生電力の低下を少なくするこ
とができる。また、負極５０ａが１つだけであるので、
空気電池ｌａの全体の重量が軽くなる。

なお、この透孔５１を大きくすることによって、負極５
０を櫛型にするようにしてもよい。

第６図は、上記２つの実施例と従来の小型電池とについ
て、放電曲線を示したものである。

この場合、負荷抵抗がｌΩであり、測定開始時の電圧を
約１．２Ｖとしである。したがって、出力電圧が１■で
あれば、そのときの出力電流はＩＡである。

第６図において、マンガン乾電池は、数分でＩＶよりも
低下し、Ｎｉ−Ｃｄ電池は、２０ａ分で１■よりも低下
する。一方、第１図に示す空気電池１は、電池全体の重
量が１２°ｇでありながら、７０分を経過して初めてＩ
Ｖよりも低くなり、第５図に示す空気電池１ａは、電池
全体の重量が１２ｇでありながら、５０分程度経過後に
、初めてｉｖよりも低くなる。

第７図は、本発明の他の実施例を示す説明図である。

この例は、複数の空気電池１、■、・・・・・・に電解
液を同時に供給する例であり、槽７２に複数の空気電池
１．１、・・・・・・を立て、Ｋｃｌ液７１を収容する
タンク７０を逆にして立てたものである。このようにす
れば、タンク７０内にＫｃｌ液７１が残っている限り、
Ｋｃｌ液７１が常に空気電池１．１、・・・・・・に供
給される。したがって、電池を使用できる時間が長くな
る。なお、タンク７０を２つ以上設置できるようにして
もよいし、空気電池１．１、・・・・・・を直列接続し
ても並列接続してもよい。

このように、上記実施例は、非常に軽量でありながら、
高電力を長時間発生することができる。

また、上記実施例は、そこに使用されているマグネシウ
ムは海水にも含まれているものであり無害であり、Ｎｉ
−Ｃｄ電池におけるカドミュウム等のような有害な物質
を含まない。

なお、第６図において、空気電池１．１ａの電圧が次第
に低下し、ある時点で電圧が上昇する。

この電圧上昇は、そのときにＫｃｌ液６１を補充したた
めに起こる現象である。Ｋｃｌ液６１は、電池を使用し
ているときに蒸発するものであり、その蒸発によって失
った分を補充すれば、電圧をある程度、回復することが
できる。

上記実施例は、複数の正極２０を作る場合、第３図に示
す工程を実行すれば、その製造が容易であり、第６図に
示すように特性が安定し、しかも使用材料が安価である
ので、空気電池全体のコストが低い、また、第３図に示
すような工程を実行すれば品質のムラが少ない。

なお、上記実施例において石油系黒鉛粉末を正極として
使用した場合について説明しである。しかし、石油系黒
鉛粉末以外の原料黒鉛を正極として使用した場合にも、
その正極を複数に分割すれば、単位重量当りの発電電力
が増加する。また、石油系黒鉛粉末以外の原料黒鉛を正
極として使用した場合にも、負極と正極との間であって
、Ｌ記正極と接触して集電体を設置すれば、単位重量当
りの発電電力が増加する。

［）Ａ明の効果］ 本発明によれば、小型軽量で高出力であるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）は１本発明の一実施例を示す縦断面図であ
る。 第１図（２）は、上記実施例の構成部材を分解して示し
た図である。 第２図は、上記実施例における正極面積に対する出力密
度を示す図表である。 第３図は、上記実施例における正極２０の製造方法の一
例の説明図である。 第４図は、上記実施例における石油系黒鉛粉末中の活性
炭の量に対する出力密度を示す図表である。 第５図（１）は、本発明の他の実施例を示す縦断面図で
ある。 第５図（２）は、第５図（１）に示す実施例の構成部材
を分解して示した図である。 ：５６図は、上記実施例における放電曲線を示す図であ
る。 第７図は、本発明の他の実施例を示す説明図である。 １：空汎ｅ１５し ｌａ・・・空気電池。 Ｏ・・・グラスベーパー ０．２０ａ・・・正極、 Ｏ・・・集電体、 ０・・・セパレータ、 ０１５０ａ・・・負極、 １・・・Ｋｃｌ液。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）負極と正極との間であって、上記正極と接触して
   集電体を設置したことを特徴とする空気電池。
2. （２）請求項（１）において、 負極を構成する導体の形状を櫛形にしたことを特徴とす
   る空気電池。
3. （３）請求項（１）において、 上記正極、セパレータ、負極を濡らす注水タイプである
   ことを特徴とする空気電池。
4. （４）請求項（３）において、 電解質溶液を連続的に補給する液溜めを有することを特
   徴とする空気電池。