JPH05299125A - 金属−空気電池 - Google Patents

金属−空気電池

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JPH05299125A
JPH05299125A JP4103148A JP10314892A JPH05299125A JP H05299125 A JPH05299125 A JP H05299125A JP 4103148 A JP4103148 A JP 4103148A JP 10314892 A JP10314892 A JP 10314892A JP H05299125 A JPH05299125 A JP H05299125A
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JP
Japan
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air
cavity
battery
piezoelectric
voltage
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JP4103148A
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English (en)
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Kazuo Kobayashi
和夫 小林
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/50Methods or arrangements for servicing or maintenance, e.g. for maintaining operating temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型且つ簡易な構成にて、電極に対して供給
する空気の量を容易に調整することができ、それにより
亜鉛−空気電池の性能をフルに生かす。 【構成】 圧電ポンプ8は内部に空洞14aを有するゴ
ム等の弾性体14に、その空洞14a内へ空気を流入さ
せるための流入弁16a及び空洞14aから空気を流出
させるための流出弁16bを形成すると共に、弾性体1
4の一部として、電圧を印加することにより振動する圧
電セラミックス15を用いて構成されている。この圧電
セラミックス15に電圧を印加すると、その電圧の高さ
に応じて圧電セラミックス15の振動量が変化して前記
空洞14aの容積が変化するため、空洞14a内の空気
の圧力を容易に調整することができ、それにより、空気
拡散層へ供給する空気量を容易に調整することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属−空気電池に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、小型電子機器用の電源用二次電池
としては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素
電池、鉛蓄電池等が用いられてきた。しかしながら、小
型電子機器の普及と使用環境の変化に伴って、さらに高
エネルギー密度を持った電池が必要とされている。その
ような高エネルギー密度を持った電池としてリチウム二
次電池が着目されているが、安全性に問題があり、普及
するに至っていない。
【0003】近年、リチウム二次電池と同等のエネルギ
ー密度を持つ金属−空気電池が、ニッケル−カドミウム
電池に代わる次世代の二次電池として注目されている。
この代表例として、例えば亜鉛−空気電池は、所定量の
空気を正極に供給することにより、正極としての空気極
では次式に示す充放電反応を起こす。
【0004】
【化1】
【0005】一方、負極としての亜鉛極では次式に示す
ような充放電反応が起こる。
【0006】
【化2】
【0007】したがって、亜鉛−空気電池としての全電
池反応は次式に示すようになる。
【0008】
【化3】
【0009】以上示したように、亜鉛−空気電池では、
正極に対して所定量の空気を供給する必要があるので、
一般には空気を供給するための電動ファンを内蔵した構
成となっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電動フ
ァンは小型化が困難なため、電動ファンを含んだ電池全
体の体積の増大が避けられず、見かけ上のエネルギー密
度も小さくなる。また、電動ファンは、図4に示すよう
に、圧力変化に対する空気流量の変化が大きいため、空
気流量のコントロールをきめ細かく行うことができなか
った。そのため、亜鉛−空気電池の正極に対して必要量
の空気を正確に供給することができず、亜鉛−空気電池
の持っている性能をフルに生かすことができなかった。
【0011】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、小型且つ簡易な構成にて、電極
に対して供給する空気の量を容易に調整することがで
き、それにより性能をフルに生かすことのできる金属−
空気電池を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の金属−空気電池は、電極に対して空気を送り
込むための空気供給部として圧電素子の伸縮を利用した
圧電ポンプを備えている。
【0013】
【作用】上記の構成を有する本発明の金属−空気電池で
は、空気供給部としての圧電ポンプが電極に対して空気
を供給する。
【0014】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。
【0015】図1は、本発明を具体化した亜鉛−空気電
池の構成を示す断面図である。電池セル1は、耐アルカ
リ性に優れたポリプロピレンを用いて形成されており、
その内部には空気拡散層2と、正極3と、セパレータ5
と、負極6とがその順に積層配置されている。本実施例
では、空気拡散層2としては、空気の流動抵抗を少なく
するために何も配置しない。正極3は、正極集電体4で
あるニッケルメッシュにカーボンを圧着して作製し、白
金により触媒活性をもたせている。セパレータ5として
は、レーヨンに5モル/リットルのKOH(水酸化カリ
ウム)を染み込ませたものを使用する。負極6は、負極
集電体7であるニッケル板上に粉末亜鉛を固めたものを
付着させることにより形成されている。前記正極集電体
4には正極端子9が接続され、負極集電体7には負極端
子10が接続されており、正極端子9及び負極端子10
は電池セル1の外部に突出している。
【0016】電池セル1には、空気拡散層2へ空気を供
給するための空気導入孔12が、電池セル1の表面に形
成された空気吸入孔11と連通して設けられている。空
気導入孔12の一部には、空気吸入孔11から吸入され
た空気を空気拡散層2へ所定量流入させるための圧電ポ
ンプ8が設けられている。また、電池セル1には、空気
拡散層2からの排気用の空気排出孔13が形成されてい
る。なお、この空気排出孔13には、空気排出孔13か
ら空気が流入しないように逆流防止用の弁13aが設け
られている。
【0017】次に、図2を用いて、前記圧電ポンプ8の
構成について説明する。
【0018】圧電ポンプ8は内部に空洞14aを有する
ゴム等の弾性体14に、その空洞14a内へ空気を流入
させるための流入弁16a及び空洞14aから空気を流
出させるための流出弁16bを形成すると共に、弾性体
14の一部として、電圧を印加することにより振動する
圧電セラミックス15を用いて構成されている。この圧
電セラミックス15に電圧を印加すると、その電圧の高
さに応じて圧電セラミックス15の振動量が変化して、
図2に破線で示すように前記空洞14a内の容積が変化
するため、空洞14a内の空気圧を容易に調整すること
ができ、それにより、空気拡散層2へ供給する空気量を
容易に調整することができる。また、前記圧電セラミッ
クス15は、図3に示すように、電池セル1に設けられ
た圧電ポンプコントロール用端子17に接続されてお
り、使用時には、圧電ポンプコントロール用端子17に
空気流量コントロール装置(図示せず)を接続し、その
空気流量コントロール装置を使用して圧電セラミックス
15に印加する電圧を調整することができる。
【0019】上述したような構成を有する亜鉛−空気電
池では、圧電セラミックス15に電圧を印加すると、圧
電セラミックス15は振動し、前記空洞14a内の容積
が増減する。すると、空洞14a内の空気は前記流出弁
16bがより空気拡散層2内へ流出すると共に流入弁1
6aより空気が空洞14a内へ流入する。そして、空気
拡散層2内へ流入した空気が前述した化1乃至化3の化
学式に示す化学反応を起こすことにより、電気エネルギ
ーを得る。この電気エネルギーは正極集電体4に接続さ
れた正極端子9及び負極集電体7に接続された負極端子
10を用いて図示しない外部機器へ供給することが可能
である。
【0020】また、図4に示すように、圧電ポンプ8に
よれば圧力変化に対する空気の流量変化は小さいため空
気の流量を容易に調整することができる。そして、この
ような動作を繰り返して、空気拡散層2に空気が必要量
だけ流入し、必要量の電気エネルギーを得ることができ
る。
【0021】なお、上記構成の亜鉛−空気電池を作製し
たところ、その大きさは90×55×7mmであった。
また、そのうち、圧電ポンプ8は10×10×3mmの
大きさを占めており、電池全体の体積に占める圧電ポン
プ8の割合は1%未満となった。
【0022】また、この亜鉛−空気電池の容量を測定す
るため、1A(アンペア)で定電流放電を行った。1A
放電に必要な空気量は、理論計算では17ml/min
(ミリリットル毎分)となるが、有効利用率を考慮にい
れて空気供給量を50ml/minとした。この電池の
開回路状態での端子間電圧は1.2V(ボルト)であ
る。放電中の端子間電圧が0.9Vとなった時点での電
池容量は10Ah(アンペア・時間)であり、小型電子
機器の電源として十分実用的であることを確認した。
【0023】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の金属−空気電池によれば、空気供給部として圧電
素子を用いた圧電ポンプを利用しているので、簡単な構
成で且つ小型化が可能となる。また、圧電ポンプは、圧
力変化に対する空気流量の変化が小さいため、電極へ供
給する空気量を容易にコントロールでき、その結果、金
属−空気電池の性能を十分に生かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した亜鉛−空気電池の構成を示
す断面図である。
【図2】本実施例における圧電ポンプの構成を示す断面
図である。
【図3】本実施例の亜鉛−空気電池の外観を示す斜視図
である。
【図4】圧電ポンプ及び電動ファンの圧力−空気流量の
特性を示す説明図である。
【符号の説明】
3 正極 8 圧電ポンプ 15 圧電セラミックス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極に対して空気を送り込むための空気
    供給部として圧電素子の伸縮を利用した圧電ポンプを備
    えたことを特徴とする金属−空気電池。
JP4103148A 1992-04-22 1992-04-22 金属−空気電池 Pending JPH05299125A (ja)

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