JPH0777134B2

JPH0777134B2 - 空気電池

Info

Publication number: JPH0777134B2
Application number: JP1085392A
Authority: JP
Inventors: 興義岡村; 一明中浦; 愛仁玉乃井
Original assignee: 興亜石油株式会社
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH02265175A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、空気電池に関し、特に軽量でかつ電力特性に
すぐれたほぼ全面開放型の空気電池およびその電解液用
容器に関する。

〔発明の背景〕

従来の空気電池は、基本的に負極と正極と電解液とで構
成され、電解液が空気電池の外部に流出しないように、
電池の容器を密封している。

このような空気電池においては、一対の正極と負極によ
って単電池を構成し、１つの容器に複数の単電池を直列
または並列に接続し配置されている。

この場合、１つの単電池とこれに隣接する単電池とを直
列接続すると、当該一方の単電池の正極とその隣の単電
池の負極とが電解液を介して導通するので、空気電池内
でリークが発生し、このため空気電池の出力電圧がいき
おい低下する。

このように、従来の構造の空気電池においては、１つの
空気電池内部においては、単電池を相互に直列接続する
ことはできず、高い電圧を供給し得る空気電池とするた
めには制限があった。

また、従来の空気電池は、強固な密封容器を使用してい
るので、その容器の重量がかなりのパーセンテージを占
め、空気電池全体の重量が増大するという問題がある。
また、従来の空気電池は、電解液が下方に向くように設
置して使用することを前提にしているので、空気電池が
転倒したり、空気電池を傾けて使用する場合には、電解
液が適切に負極、正極に供給されなくなり、したがっ
て、電力が発生されなくなる場合があるという問題があ
る。

本発明は、いかなる使用態様においても電池内に充填さ
れている電解液が外部に流出することがなく軽量かつ電
力特性にすぐれ、しかも１つの空気電池内部で単電池を
直列接続してもリークが発生することはなくしたがって
出力電圧の増大化が図られた開放型の空気電池を提供す
ることを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明による空気電池は、ほぼ全面開放型の空気電池で
あって、電解液を吸収しかつ保持し得る吸水性材料を具
備してなることを基本的特徴とするものである。

より詳しくは、本発明による空気電池は、複数の通気窓
が設けられたケースと、該ケース内に収納された複数の
単電池と、該ケース底部に設けられ、電解液を吸収しか
つ保持し得る吸水性材料が充填された電解液槽とを具備
し、前記電解液槽が、複数の槽に分割されており、分割
された一つの槽に対して一つの単電池を対応させるよう
に配置し、互いに異なる槽から電解液の供給を受ける単
電池同志を直列に接続してなることを特徴とするもので
ある。

このように本発明においては、空気電池の電解液用容器
に少なくとも１つの仕切を設けることにより電解液槽を
複数の槽に分割したので、空気電池内部で、単電池を直
列接続してもリークすることはなく、したがって出力電
圧が高い空気電池を得ることができる。

さらに本発明の好ましい態様においては、前記単電池
は、一対の負極と正極とをセパレータを介して組み合わ
せた構造を有し、このセパレータが、電解液を吸収しか
つ保持し得る吸水性材料によって形成されており、前記
電解液槽の吸水性材料と上記セパレータとが少なくとも
部分的に接触するように構成されている。このような構
成にすることによって、電解液槽内の電解液は毛細管現
象を利用して適切にセパレータに供給される。さらに両
者（すなわち電解液槽とセパレータ）が吸水性材料から
なるので、充填された電解液は吸水性材料内に保持され
て電池外に流出するのを防止することができる。

〔実施例〕

本発明においては、空気電池の電解液を吸収しかつ保持
する吸水性材料を充填した電解液槽を電池内に設けたの
で、電解液を空気電池の外部に流出させるおそれはな
く、電池を密閉状態にする必要はない。したがって通気
性にすぐれた開放型の電池とすることができ、空気電池
全体の重量を軽量化することができる。したがって、い
かなる使用態様においても電池内に充填されている電解
液が外部に流出することがなく、しかも軽量で電力特性
にすぐれた開放型の空気電池を提供することができる。

第１図は、本発明の一実施例を示す斜視図である。

この実施例においては、空気電池のケース10の内部に、
単電池30、30a、30b、30cと、スペーサ40、40a、40b
と、吸水性材料50が設けられ、この吸水性材料50中には
電解液60が吸収保持されている。

第２図は、上記実施例におけるケース10を示す斜視図で
ある。ケース10の正面、上面、右側面には通気用の窓1
3、14、15が設けられ、これらの窓から空気が電池内部
に導入され、単電池30、30a、30b、30cに供給される。
ケース10の背面、左側面にも、上記と同様に窓が設けら
れている。ケース10の右側面には＋端子11と−端子12と
が設けられている。このように、本発明の空気電池にお
いては、電池ケースがほぼ全面において開放型である。

また第１図に示す本発明の好ましい態様においては、ケ
ース10の下部に、仕切23と、この仕切23によって仕切ら
れた槽21および22と、槽21、22内に設置された吸水性材
料50と、吸水性材料50に吸収された電解液60とが設けら
れている。この場合の吸水性材料としては、電解液を吸
収しかつ保持し得る材料が使用され得る。具体的には、
パルプ材、化学繊維、天然繊維などを用いることができ
る。

第３図は、上記実施例における単電池30の構造を示す説
明図である。この場合、単電池30は、負極31と、セパレ
ータ32と、集電体33と、正極34とで構成されている。

ここで負極31は、マグネシウム合金、または亜鉛合金、
またはアルミニュウム合金等で構成することができる。
負極31は、これらの合金のうちの１つによって構成して
もよく、あるいは複数種類の合金によって構成するよう
にしてもよい。また負極31の端部にはリード線が半田等
で接続され、このリード線が−（マイナス）端子12に接
続されている。

セパレータ32は、撥水処理を行なっていないグラスペー
パー等の吸水性材料で構成され、集電体33と負極31とを
電気的に絶縁するとともに、KC1液やNaC1液からなる電
解液60を電解液槽から毛細管現象によって吸上げ、負極
31と正極34とを湿らせるものである。なお、セパレータ
32の材料としては、グラスペーパーの他にグラス繊維、
紙ペーパーなどの吸水性材料を使用してもよい。

本発明においては、このセパレータ32と第１図に示した
電解液槽21内の吸水性材料50とが、少なくとも部分的に
接触するようにし、電解液の保持および流出防止と、セ
パレータへの適切な供給とを効果的に行うようにした点
に特徴を有している。

また集電体33は、ニッケル、銅等の金属で構成された34
0〜330メッシュの金網（空気が素通りできるように網に
してある）であり、正極34と負極31との間にあって、正
極34に密着している。集電体33の端部にはリード線が半
田等によって接続され、このリード線が＋（プラス）端
子11に接続されている。

正極34は、石油系黒鉛粉末を主成分とする膜によって構
成することができ、多孔性を有し、集電体33に密着して
いる。この正極34は、石油系黒鉛粉末に活性炭を加え、
これにポリテトラフルオルエチレン分散液を加えて混合
し、この混合物を集電体33に薄く塗り、これを加熱する
ことによって製造することができる。また、正極34を集
電体33に膜状に密着させる場合には、静電塗装等の他の
方法によって密着するようにしてもよい。

単電池30を製造する場合、板状の負極31の一端にリード
線を半田付けし、集電体33の一端にもリード線を接続
し、板状のセパレータ32を２つ折りにし、この２つ折り
の間に、負極31を挾み込み、集電体33が密着している正
極（石油系黒鉛粉末を主成分とする膜）34を２つ折りに
し、この中に、負極31を挾み込んだセパレータ32を挿入
する。

符号33h、34hは、ガス発散用の透孔を示すものである。

なお、単電池30a、30b、30cの構造、製造法は、単電池3
0の場合と同様である。

次に、第４図ないし第６図を参照しながら、本発明で用
いるスペーサについて説明する。

第４図は、上記実施例（第１図）において、単電池間に
配置されるスペーサ40を示す斜視図である。

第5A図は、第４図のＶ−Ｖ線から見た縦断面図であり、
第5B図は、第４図の平面図である。

第6A図は、第４図のVI-VI線から見た横断面図であり、
第6B図は、第４図の右側面図である。

通常、複数の単電池を組み合わせて空気電池を構成する
場合においては、個々の単電池に充分な空気を供給する
必要があることから、１つの単電池とこれに隣接する単
電池との間に、所定の間隔を維持する必要がある。スペ
ーサは、この間隔を維持するために設けられる。このよ
うに所定の間隔を設ける理由は、空気の流通を良好にし
て、これによって単位時間当たりの電池の出力電力を大
きくするためである。したがって、スペーサは、適当な
通気性を確保できるものでなければならない。また、実
際に空気電池を使用している期間中、上記所定間隔を維
持させておくためには、スペーサが所定の強度を有して
いる必要がある。さらに、空気電池は軽量であることが
有利である。発泡材は軽量であるという利点があるが、
電解液に弱いので実用的ではない。そこで発泡材よりも
耐薬品性が高い材料を所定の厚さにし、それに透孔（ス
リット等）を多数設けてスペーサとすることが考えられ
る。しかしながら、充分な強度を維持しつつ通気性をあ
る程度確保するためには、重量は増大し、コスト的にも
高いものとなる。

本発明においては、上記の事情に鑑みて、一枚の板状体
の表裏に凹凸を設けてなるスペーサを用いる。以下この
スペーサについて具体的に説明する。

スペーサ40は、ポリプロピレン等のプラスチックを材料
とし、一枚の板状部45の表裏に凹凸を有し、絶縁性を有
するものであり、表面41側に、凹部42と凸部43と空気の
通路44および441とを有し、その裏面46側に、凹部47と
凸部48と空気の通路49、491とを有する。そして、スペ
ーサ40は真空成型され、上記板状部45の平板部以外は、
上記凹凸部によってやや波形を形成し、表面41側の凹部
42の裏側に凸部48が位置し、表面41側の凸部43の裏側に
凹部47が位置している。

第４図にはスペーサ40の凹凸部が円弧で示してあるが、
これに対応する第５図、第６図の波形は説明の都合上、
台形で示してある。このように、凹部42、47、凸部43、
48は、円弧でも、台形でも、三角形等の他の形状でもよ
い。ただし、スペーサ40が単電池30、30aの間に設けら
れ、単電池30、30a同志の間隔を同じに維持するため
に、両単電池30、30aを常に圧迫することを考えると、
上記凹凸部は点、線でなく面であることが望ましい。

なお、真空成型以外の方法で製造したスペーサ40を使用
してもよい。また、互いに並列接続する２つの単電池の
間にスペーサ40を設置する場合、そのスペーサ40は絶縁
性を有する必要はない。さらに、スペーサ40a、40bの構
造、製造法は、スペーサ40の場合と同様である。

上記のように本発明におけるスペーサは、板状体の表裏
に凹凸を設けたものからなるので、空気電池用のスペー
サとして、充分な通気性を有し、実用上充分な強度を確
実に保持でき、製造コストにおいても有利である。

次に、上記実施例を参照して、本発明の空気電池の動作
について説明する。

通常は、使用時以外においては、正極34ならびに負極31
等にはKC1等からなる電解液60を接触させず（吸水性材
料50に電解液60を供給せず）、使用開始時に適宜供給す
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なものとなる。

そして、超電力を必要とする場合には、ケース10の窓1
3、14、15から、電解液60を所定量、供給する。これに
よって、正極34では次の反応が起こる。

1/20₂+H₂O+2e^-→20H^- または、 O₂+H₂O+2e^-→O₂H^-+OH^- O₂H^-→OH^-+1/20₂ 一方、負極31側においてはMg合金を使用した場合、次の
反応が起こる。

Mg＋20H^-→MgO＋H₂O+2e^- Mg＋2H₂O→Mg(OH)₂+H₂↑ （副反応）上記の反応は、一般の電池と同様であり、空気電池に負
荷を接続すると、負極31に発生した電子e^-が負荷を経由
して正極34に到達し、その正極34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、負荷を経由して、
電流が正極から負極31に流れる。

上記実施例において、スペーサ40に着目すると、スペー
サ40が単電池30、30aの間に挿入され、単電池30と30aと
の間隔を所定の距離に維持し、スペーサ40に設けられた
通路44、441、49、491を経由して、ケース10の外からの
空気が正極34に充分に供給され、正極34における上記反
応が充分に行なわれる。

スペーサ40における空気の通路は、第４図において、横
方向と縦方向とに設けられている。表面41側における横
方向の空気通路44は第４図から容易に認識できるが、縦
方向における空気通路441は、表面41側の平面部分と凹
部42とを結ぶ部分に形成されている。裏面46側における
横方向の空気通路49は空気通路44と同様であり、縦方向
の空気通路491は、裏面46側の平面部分と凹部47とを結
ぶ部分に形成されている。

また、スペーサ40は、プラスチック等で構成されている
ので軽量、安価であり、しかも凹凸部42、43、47、48に
よって充分な強度を得ることができる。

第７図は、本発明の他の実施例の説明図であり、第１図
に示す実施例の各単電池を直並列に接続し、電解液を収
容する槽を２つ設けた例を示す図である。

なお、第７図においては、説明を簡略にするために、ス
ペーサ40、40a、40bを省略して示してある。第８図は、
第１図、第７図に示す実施例におけるケース10の下部の
みを示す斜視図である。

第７図に示す実施例においては、槽21に吸水性材料50が
収容され、この吸水性材料50に電解液60が吸収保持され
ている。そして、単電池30、30aが吸水性材料50に載置
され、単電池30、30aが互いに並列に接続されている。
また、槽22に吸水性材料50が収容され、この吸水性材料
50に電解液60が吸収されている。そして、単電池30b、3
0cが吸水性材料50上に載置され、単電池30b、30cが互い
に並列に接続されている。また、上記両並列接続された
単電池同志を直列接続している。

なお、槽21、22内にそれぞれ電解液60が収容されている
が、槽21内の電解液と槽22内の電解液とは、仕切23を越
えて継ながってはいないものとする。つまり、仕切23か
ら溢れる程の電解液60を供給していないものとする。

このようにすれば、ケース10内の単電池同志で電解液60
を介して電流が流れ、つまりケース10内で電流がリーク
する（電流が漏れる）ことを防止することができる。す
なわち、第10図に示すように、１つの槽28の中に供給さ
れている電解液60を複数の単電池が共用し、これら単電
池同志が互いに直列に接続されていると、第10図に点線
で示すようなリーク電流が流れる。これに対して、第７
図の場合、互いに直列接続される単電池にそれぞれ供給
する電解液を、異なる槽に収容していているので、電解
液を経由して電流が流れることがなく、上記リーク電流
は発生しない。

第９図は、本発明の他の実施例の説明図であり、第１図
に示す実施例の各単電池を全て直列に接続し、電解液を
収容する槽としてそれぞれ独立して４つ設けた例を示す
図である。

なお、第９図においては、説明を簡略化するために、ス
ペーサ40、40a、40bを省略して示してある。この実施例
では、槽21a、22a、23a、24aが設けられ、これらの槽を
仕切る仕切25a、26a、27aが設けられている。そして、
槽21a、22a、23a、24aのそれぞれの上に、単電池30、30
a、30bおよび30cが載置されている。

このように直列接続する単電池の数（または直列接続す
る単電池の組数）だけ独立した槽が形成されるようにす
ることによって、上記リーク電流は発生しない。もちろ
ん、槽の数は、２、４以外の数であってもよい。

なお、第９図の実施例において仕切25a、26a、27aを越
える程の電解液60を供給しなければ、吸水性材料50を省
略しても、上記リーク電流が発生せず、効率的に電力を
取り出すことができる。

一方、第１図、第７図、第９図には、各槽の中に吸水性
材料50が収容され、この吸水性材料50に電解液60が吸収
され保持されている。このようにすることによって、吸
水性材料50中の電解液60が、単電池30のセパレータ32に
吸収され、電解液60が毛細管現象によって、セパレータ
32の上方に吸い上げられ、負極31の全面に供給され、さ
らに正極34の全面にも供給される。

また、もし、ケース10を倒した場合でも、吸水性材料50
の保水力によって、電解液60が他の部分に飛散したり流
出することはない。したがって、ケース10を転倒させた
り、傾けて使用する場合にも問題は生じない。さらに、
本発明においては、ケース10が転倒したとしても、吸水
性材料50が電解液60を保持しているので、セパレータ32
を介して、負極31、正極34に電解液60を供給し続けるこ
とができる。したがって、空気電池が転倒しても、電力
発生が停止することが無い。単電池30,30a,30b,30cの場
合も上記と同様である。

このように、本発明においては、ケース10を密封構造に
する必要がなく、密封構造による空気電池全体が重くな
るという問題も解消される。換言すれば、本発明の空気
電池はほぼ全面開放型であるので、通気性にもすぐれ空
気電池の機能を向上させることができる点においても有
利である。

第11図は、上記実施例において、負荷電流を1Aに維持し
た場合の出力電圧の変化を示す特性図である。

この場合、負極31としてマグネシウム合金を使用してお
り、この図から分かる通り、電解液60中のKC1を15重量
％〜25重量％にした場合に出力電圧が高い。

上記実施例において、電解液60としてKC1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。

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てあるが、石油系黒鉛粉末
以外の原料黒鉛を正極として使用してもよい。

本発明の空気電池は、ほぼ全面開放型であって、かつ電
解液が空気電池の外部に飛び出ることがなく、空気電池
全体の重量を軽くすることができ、しかも空気電池全体
を転倒しても電力を発生させることができるという効果
を奏する。

したがって、本発明の空気電池は、小型、軽量、高出力
の電池であり、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、模型飛行機などの動力源、キャンプ、
釣り等のレジャー用の電源など種々の用途に広く利用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す斜視図である。第２図は、上記実施例におけるケース10を示す斜視図で
ある。第３図は、上記実施例における単電池30の構造を示す説
明図である。第４図は、上記実施例におけるスペーサ40を示す斜視図
である。第5A図は、第４図のＶ−Ｖ線から見た縦断面図であり、
第5B図は、第４図の平面図である。第６（１）図は、第４図のVI-VI線から見た横断面図で
あり、第６（２）図は、第４図の右側面図である。第７図は、本発明の他の実施例の説明図であり、第１図
に示す実施例の各単電池を直並列に接続し、電解液を収
容する槽を２つ設けた例を示す図である。第８図は、第１図、第７図に示す実施例におけるケース
10の下部のみを示す斜視図である。第９図は、本発明の他の実施例の説明図であり、第１図
に示す実施例の各単電池を互いに直列に接続し、電解液
を収容する槽としてそれぞれ独立して４つ設けた例を示
す図である。第10図は、１つの槽の中に供給されている電解液を、直
列接続した複数の電池が共用している状態の説明図であ
る。第11図は、上記実施例において、負荷電流を1Aに維持し
た場合の出力電圧の変化を示す特性図である。 10……ケース、21、22……電解液槽、23……仕切、30…
…単電池、32……セパレータ、33……集電体、40……ス
ペーサ、42、47……凹部、43、48……凸部、50……吸収
材、60……電解液。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭47−18017（ＪＰ，Ｕ) 実開昭54−147636（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−105263（ＪＰ，Ｕ) 特公昭50−18574（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の通気窓が設けられたケースと、前記
ケース内に収納され、電解液を吸収しかつ保持し得る吸
水性材料からなるセパレータを介して一対の負極と正極
とを組み合わせた構造を有する複数の単電池と、前記ケース底部に設けられ、電解液を吸収しかつ保持し
得る吸水性材料が充填された電解液槽とを有し、前記セパレータと前記電解液槽内に充填された吸水性材
料とが接触するとともに、この電解液槽内に充填された
吸水性材料ならびに前記複数の単電池の各々は間隔を置
いて配置され、吸水性材料と接触する下面部以外は前記
ケースに設けられた通気窓を介して外気と連通してなる
ことにより、前記吸水性材料への電解液の供給ないし補
充を容易かつ迅速に行えるようにし、前記電解液槽が、複数の槽に分割されており、分割され
た一つの槽に対して一つの単電池を対応させるように配
置し、互いに異なる槽から電解液の供給を受ける単電池
同士を直列に接続してなることを特徴とする、全面開放
型の空気電池。
【請求項２】前記正極とセパレータとの間に集電体が設
けられている、請求項１に記載の空気電池。
【請求項３】前記電解液槽が仕切を有している、請求項
１に記載の空気電池。
【請求項４】複数の通気窓が設けられたケースと、前記
ケース内に収納され、電解液を吸収しかつ保持し得る吸
水性材料からなるセパレータを介して一対の負極と正極
とを組み合わせた構造を有する複数の単電池と、前記ケース底部に設けられ、電解液を吸収しかつ保持し
得る吸水性材料が充填された電解液槽とを有し、前記セパレータと前記電解液槽内に充填された吸水性材
料とが接触するとともに、この電解液槽内に充填された
吸水性材料ならびに前記複数の単電池の各々は間隔を置
いて配置され、吸水性材料と接触する下面部以外は前記
ケースに設けられた通気窓を介して外気と連通してなる
ことにより、前記吸水性材料への電解液の供給ないし補
充を容易かつ迅速に行えるようにし、前記電解液槽が、複数の槽に分割されており、前記複数
に分割された電解液槽において、分割された一つの槽に
対して２以上の単電池を対応させるように配置し、同じ
槽から電解液の供給を受ける単電池同士を並列に接続し
てなることを特徴とする、全面開放型の空気電池。
【請求項５】前記正極とセパレータとの間に集電体が設
けられている、請求項４に記載の空気電池。
【請求項６】前記電解液槽が仕切を有している、請求項
４に記載の空気電池。
【請求項７】複数の通気窓が設けられたケースと、前記
ケース内に収納され、電解液を吸収しかつ保持し得る吸
水性材料からなるセパレータを介して一対の負極と正極
とを組み合わせた構造を有する複数の単電池と、前記ケース底部に設けられ、電解液を吸収しかつ保持し
得る吸水性材料が充填された電解液槽とを有し、前記セパレータと前記電解液槽内に充填された吸水性材
料とが接触するとともに、この電解液槽内に充填された
吸水性材料ならびに前記複数の単電池の各々は間隔を置
いて配置され、吸水性材料と接触する下面部以外は前記
ケースに設けられた通気窓を介して外気と連通してなる
ことにより、前記吸水性材料への電解液の供給ないし補
充を容易かつ迅速に行えるようにし、前記電解液槽が、複数の槽に分割されており、前記複数
に分割された電解液槽において、分割された一つの槽に
対して２以上の単電池を対応させるように配置し、互い
に異なる槽から電解液の供給を受ける単電池同士を直列
に接続し、かつ、同じ槽から電解液の供給を受ける単電
池同士を並列に接続してなることを特徴とする、全面開
放型の空気電池。
【請求項８】前記正極とセパレータとの間に集電体が設
けられている、請求項７に記載の空気電池。
【請求項９】前記電解液槽が仕切を有している、請求項
７に記載の空気電池。