JPWO2015016100A1 - 金属電極カートリッジおよび金属空気電池 - Google Patents
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Abstract
Description
代表的な金属空気電池として、金属亜鉛を電極活物質とする亜鉛空気電池が挙げられる。亜鉛空気電池では、カソードにおいて以下の化学式1のような電極反応が進行すると考えられる。
(化学式1):O2+2H2O+4e-→4OH-
また、アノードにおいて以下の化学式2、3のような電極反応が進行すると考えられる。
(化学式2):Zn+4OH-→Zn(OH)4 2-+2e-
(化学式3):Zn(OH)4 2-→ZnO+2OH-+H2O
このような電極反応が進行すると燃料極の電極活物質は消費されるため、金属空気電池は、電極活物質となる金属を供給するために燃料極を交換することができる構造を有する(例えば、特許文献1参照)。
また、金属空気電池では、大きな出力を得るために直列接続または並列接続した複数の電気化学セルを備えている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、配線部の故障を容易に修理することができる金属電極カートリッジおよび金属空気電池を提供する。
本発明の金属空気電池は、金属空気電池本体と、前記金属空気電池本体に着脱可能に設けられた第1金属電極カートリッジとを備え、前記金属空気電池本体は、第1電解液槽と、第1空気極と、第1空気極と電気的に接続した第1空気極端子とを備え、第1金属電極カートリッジは、第1操作部と、第1操作部から伸びかつ第1電解液槽中に挿入可能に設けられた第1挿入部とを有し、第1挿入部は、電極活物質となる金属を含む第1燃料極を備え、第1操作部は、第1燃料極と電気的に接続した第1燃料極端子と、第1空気極接続部とを備え、第1空気極接続部は、第1内部接続端子と第1外部接続端子とを有し、第1内部接続端子は、第1挿入部を第1電解液槽中に挿入することにより第1空気極端子と接触するように設けられたことを特徴とする。
このような構成によれば、複数のセルにおいて空気極端子の位置にズレが生じた場合でも金属電極カートリッジを金属空気電池本体にスムーズに装着することができる。また、空気極端子または内部接続端子に余計な負荷がかかることを抑制することができ、金属空気電池本体または金属電極カートリッジの寿命を長くすることができる。また、空気極端子の間隔を変更した場合でも、金属電極カートリッジをそのまま使用することができる。
本発明の金属空気電池において、第1操作部は、スイッチと切替可能端子とをさらに備え、前記切替可能端子は、スイッチにより第1燃料極端子または第1外部接続端子と電気的に接続できるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、スイッチにより切替可能端子を燃料極側の端子とすることができる。また、スイッチにより切替可能端子を空気極側の端子とすることができる。このことにより、金属電極カートリッジが金属空気電池本体に装着されることにより構成されるセルの起電力を出力する端子の位置を変更することができ、金属電極カートリッジを直列接続用と並列接続用との切替可能とすることができる。また、金属電極カートリッジを金属空気電池本体に装着したまま、スイッチにより接続方法を変更することができ、金属空気電池の出力調整をすることができる。また、燃料極集電体上にめっき法で燃料極を形成する際に金属電極カートリッジを並列接続用とし、金属空気電池において発電する際に金属電極カートリッジを直列接続用とすることが可能になる。
このような構成によれば、第1金属電極カートリッジおよび第2金属電極カートリッジを金属空気電池本体に装着することにより、金属空気電池に含まれる複数のセルを直列接続または並列接続することができる。
このような構成によれば、第1および第2金属電極カートリッジを一体化することができ、金属電極カートリッジが動くことによる接触抵抗の増加や金属空気電池本体・金属電極カートリッジの損傷を抑制することができる。
本発明の金属空気電池において、第1空気極端子および第1内部接続端子のうち一方はソケット形状を有し、他方はプラグ形状を有することが好ましい。
このような構成によれば、金属電極カートリッジを金属空気電池本体に装着することにより、プラグ形状の端子をソケット形状の端子に挿入することができ、内部接続端子と空気極端子とを接触させることができる。また、金属電極カートリッジの取り付けと共に空気極端子と内部接続端子とを接続することができ、金属電極カートリッジの取り外しと共に空気極端子と内部接続端子との接続を切断することができるため、金属空気電池本体への金属電極カートリッジの着脱が容易になると共に金属電極カートリッジの着脱に伴う配線の接続が容易になる。また、緊急時において、金属電極カートリッジを金属空気電池本体から取り外すことにより容易に電導経路を遮断することができる。
図1は本実施形態の金属空気電池の概略上面図である。図2は図1の破線A−Aにおける金属空気電池の概略断面図であり、図3は図1の破線B−Bにおける金属空気電池の概略断面図である。図4は、金属空気電池本体に各金属電極カートリッジの燃料極を挿入する際の図1の破線A−Aにおける金属空気電池の概略断面図である。図5(a)は本実施形態の金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジの操作部の概略上面図であり、図5(b)(c)はそれぞれ前記操作部の概略側面図である。
以下、本実施形態の金属空気電池35について説明する。
本実施形態の金属空気電池35は、電極活物質となる金属を含む燃料極5を負極(アノード)とし、空気極9を正極(カソード)とする電池である。例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。また、本実施形態の金属空気電池35は、一次電池であってもよい。
また、金属空気電池35は、電解液槽2、空気極9、空気極端子18などからなる金属空気電池本体37と、金属空気電池本体37に着脱可能な構造を有する金属電極カートリッジ6とから構成される。
セル4は、金属空気電池35の構成単位であり、アノードとなる燃料極5とカソードとなる空気極9からなる電極対を有する。セル4は、1つの空気極9と1つの燃料極5とが電解液3を挟むように設けられてもよく、図1〜3に示した金属空気電池35のように2つの空気極9が1つの燃料極5を挟むように設けられてもよい。
また、金属空気電池35は、1つのセルを含む単セル構造であってもよく、図1〜3に示した金属空気電池35のように複数のセル4を有するスタック構造であってもよい。
金属空気電池35がスタック構造を有する場合、複数のセル4は、直列接続してもよく、並列接続してもよい。図1〜3に示した金属空気電池35では、3つのセル4a、4b、4cが直列接続している。
なお、セル4と外部配線との接続方法および複数のセル4間の接続方法については後述する。
電解液槽2は、電解液3を溜める電解槽であり、電解液に対して耐食性を有する。また、電解液槽2は、その中に燃料極5を設置することができる構造を有する。また、金属空気電池35が複数のセル4を有する場合、それぞれのセル4が別々の電解液槽2を有してもよく、それぞれのセル4の電解液槽2が流路により連通していてもよく、それぞれのセル4が1つの電解液槽2を共有してもよい。なお、図1〜3に示した金属空気電池35では、電解液槽2の底部および側壁の一部が筐体1であり、電解液槽2の側壁の一部がイオン交換膜8である。
電解液槽2を構成する筐体1の材料は、電解液3に対して耐食性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ酢酸ビニル、ABS、塩化ビニリデン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などである。
例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いることができ、マグネシウム空気電池の場合、電解液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
また、電解液槽2が固体電解質からなる隔壁を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。
空気極9は、カソードとなる電極である。空気極9では、大気中の酸素ガスと水と電子から水酸化物イオン(OH-)を生成する。空気極9は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された空気極触媒からなる。このことにより、空気極触媒上において、酸素ガスと水と電子を共存させることが可能になり、電極反応を進行させることが可能になる。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液から供給されてもよい。
また、空気極9は、空気極触媒を担持した多孔性担体を導電性多孔性基材に塗布することにより作製されてもよい。例えば、空気極9は、空気極触媒を担持したカーボンをカーボンペーパーやカーボンフェルトに塗布することにより作製することができる。なお、この導電性多孔性基材を空気極集電体10として機能させてもよい。
また、空気極集電体10の形状は、例えば、板状、メッシュ状、パンチングメタルなどとすることができる。
また、空気極集電体10と、多孔性担体又は導電性多孔性基材とを接合する方法としては、フレームを介してネジ止めにより圧着する方法や、導電性接着剤を用いて結合させる方法などが挙げられる。
空気極端子18は、燃料極5を電解液槽2中に挿入することにより内部接続端子20と接触するように設けられる。このことにより、セル4の起電力を空気極接続部19を介して出力することができる。また、空気極端子18は、ソケット形状を有してもよく、プラグ形状を有してもよい。また、空気極端子18は、可動性を有し、かつ、挿入部14を電解液槽2中に挿入する際に位置調整されるように設けられてもよい。このことは、後述する。
空気極9に含まれる多孔性担体には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
空気極触媒には、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の2種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも2種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。
また、空気極9に含まれる多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極9は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
空気流路12は、例えば、図1〜3に示した金属空気電池35に含まれる流路部材13に設けることができる。
また、流路部材13は、絶縁性材料から構成されてもよい。
また、空気極9は、電解液槽2に溜める電解液3と接触するイオン交換膜8と接触するように設けてもよい。イオン交換膜8は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極9で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液へ移動することができる。
イオン交換膜8を設けることにより、空気極9と電解液3との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換膜8がアニオン交換膜である場合、アニオン交換膜は、固定イオンである陽イオン基を有するため、電解液中の陽イオンは空気極9に伝導することはできない。これに対し、空気極9で生成した水酸化物イオンは陰イオンであるため、電解液へと伝導することができる。このことにより、金属空気電池35の電池反応が進行させることができ、かつ、電解液3中の陽イオンが空気極9に移動するのを防止することができる。このことにより、空気極9における金属や炭酸化合物の析出を抑制することができる。
イオン交換膜8としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第4級アンモニウム系の固体高分子電解質膜(アニオン交換膜)が挙げられる。
金属電極カートリッジ6は、金属空気電池35に含まれる燃料極5を交換するために、金属空気電池本体37に着脱可能に設けられる。
金属電極カートリッジ6は、操作部16と、操作部16から伸びかつ電解液槽2中に挿入可能に設けられた挿入部14とを有する。このため、操作部16を操作することにより、挿入部14を電解液槽2中に挿入したり電解液槽2中から抜き出したりすることができる。また、操作部16は、電解液槽2の蓋として機能してもよい。このことにより、電解液槽2に燃料極5を挿入すると共に電極挿入口を塞ぐことができ、大気中の成分と電解液3とが反応することを抑制することができる。例えば、電解液にアルカリ性電解液を用いた場合、大気中の二酸化炭素ガスが電解液に溶け込み、アルカリ性電解液を中和することを抑制することができる。
金属電極カートリッジ6の形状は特に限定されないが、例えば、図4に示した金属空気電池に含まれる金属電極カートリッジ6a〜6cのようにT字形の断面を有することができる。この断面において、図4のように横に伸びる部分を操作部16とすることができ、縦に伸びる部分を挿入部14とすることができる。また、操作部16および挿入部14は、それぞれ板状であってもよい。また、金属電極カートリッジ6に含まれる操作部16は、例えば、図5(a)〜(c)のような構造を有することができる。
また、金属電極カートリッジ6はL字形の断面を有してもよい。
図6は、本実施形態の金属空気電池35に含まれる金属電極カートリッジ6の概略上面図であり、図7は、図6の一点鎖線H−Hにおける金属電極カートリッジ6の概略断面図である。また、図8は、本実施形態の金属空気電池35に含まれる金属電極カートリッジ6の概略上面図である。
金属電極カートリッジ6は、例えば、図7のように2つの挿入部14a、14bを有することができる。このような金属電極カートリッジ6を用いると、隣接する2つのセル4の燃料極5a、5bを同時に対応する電解液槽2に挿入することが可能になる。なお、複数の挿入部14を有する金属電極カートリッジ6を備える金属空気電池35に含まれる各セル4の電気的接続関係については後述する。
挿入部14を電解液槽2中に挿入すると、燃料極5は電解液3中に配置される。このため、燃料極5の表面において電極反応を進行させることが可能になる。
挿入部14は、燃料極5のみから構成されてもよく、燃料極5と燃料極集電体7とから構成されてもよい。
例えば、亜鉛空気電池の場合、燃料極5は金属亜鉛からなり、金属化合物は酸化亜鉛または水酸化亜鉛となる。アルミニウム空気電池の場合、燃料極5は金属アルミニウムからなり、金属化合物は水酸化アルミニウムとなる。鉄空気電池の場合、燃料極5は金属鉄からなり、金属化合物は酸化水酸化鉄または酸化鉄となる。マグネシウム空気電池の場合、燃料極5は金属マグネシウムからなり、金属化合物は水酸化マグネシウムとなる。
また、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、燃料極5はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムからなり、金属化合物はこれらの金属の酸化物、水酸化物などとなる。
なお、電極活物質および金属化合物は、これらの例には限定されず、金属空気電池となるものであればよい。また、燃料極5に含まれる電極活物質は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、燃料極5は合金からなってもよい。
また、電解液を二種類以上用いる場合、燃料極5において、電極活物質である金属が金属イオンとして第1電解液中に溶解し、この金属イオンが第2電解液中に移動し、金属化合物が生成してもよい。なお、二種類以上の電解液は、固体電解質により仕切ることができる。
なお、金属化合物の析出物は、使用済み活物質として、使用済み活物質回収機構により回収されてもよい。
このことにより、燃料極集電体7を介して燃料極5から集電することができる。燃料極集電体7の主要面上への燃料極5の固定は、例えば、電極活物質である金属の粒子や塊を燃料極集電体7の表面に押し付けて固定してもよく、燃料極集電体7上にめっき法などにより金属を析出させてもよい。
なお、燃料極5が消費された金属電極カートリッジ6に再び燃料極5をめっき法により形成する場合、挿入部14はめっき溶液に浸漬させることができる。
また、操作部16の形状は特に限定されるものでもなく、金属電極カートリッジ6または金属空気電池35の形状に合わせて、角柱状、または円柱状など形状を適宜変更させてもよい。
燃料極端子25は、燃料極集電体7の一部であってもよく、図1〜4に示した金属空気電池35に含まれる燃料極端子25a〜25cのように操作部16に設けられた燃料極接続部24a〜24cの一部であってもよい。燃料極端子25は、操作部16の表面に露出して設けることが好ましく、例えば、図5(a)(b)、図6〜8に示した操作部16のように操作部16の側面に設けることができる。このことにより、金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37に装着した際に、燃料極端子25と操作部16に隣接する端子または配線とを接触させることができる。
なお、燃料極接続部24は、燃料極集電体7と接触することができる。図1に示した金属空気電池35においては、一点鎖線で囲んだ範囲において燃料極集電体7と燃料極接続部24が接触している。また、燃料極接続部24は、金属などの導電性材料からなる。
また、燃料極接続部24は、1つの部材からなってもよく、電気的に接続した複数の部材からなってもよい。
また、燃料極接続部24の表面は、燃料極端子25を除いて絶縁性材料で覆われてもよい。このことにより、金属空気電池35の安全性を向上させることができる。
このような構成によると、金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37に取り付けることにより、セル4の起電力を外部出力することが可能になる。また、金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37から取り外すことによりセル4における電極反応の進行を中断させることができる。さらに、セル4の起電力を出力する端子において、錆びや変形などの故障が生じたとき、金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37から取り外し新たな金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37に取り付けることにより、すぐにセル4による発電を再開することができる。
燃料極端子25の接続方法などについては後述する。
なお、空気極接続部19は、1つの部材からなってもよく、電気的に接続した複数の部材からなってもよい。また、空気極接続部19は、操作部16の基体15の上に設けられてもよい。また、空気極接続部19は、金属などの導電性材料からなる。
また、空気極接続部19の表面は、内部接続端子20および外部接続端子21を除いて絶縁性材料で覆われてもよい。このことにより、金属空気電池35の安全性を向上させることができる。
内部接続端子20と空気極端子18は、例えば、一方がソケット形状を有し他方がプラグ形状を有することができる。このことにより、金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37に装着することにより、プラグ形状の端子をソケット形状の端子に挿入することができ、内部接続端子20と空気極端子18とを接触させることができる。また、金属電極カートリッジ6の取り付けと共に空気極端子18と内部接続端子20とを接続することができ、金属電極カートリッジ6の取り外しと共に空気極端子18と内部接続端子20との接続を切断することができるため、金属空気電池本体37への金属電極カートリッジ6の着脱が容易になると共に金属電極カートリッジ6の着脱に伴う配線の接続が容易になる。また、緊急時において、金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体から取り外すことにより容易に電導経路を遮断することができる。
図1〜4に示した金属空気電池35では、内部接続端子20a〜20cがソケット形状を有し、空気極端子18a〜18cがプラグ形状を有している。
図9(a)は図2の点線で囲んだ範囲Cにおける金属空気電池35の拡大断面図であり、図9(b)は図9(a)の破線D−Dにおける金属空気電池35の概略断面図である。
内部接続端子20は、図9(a)(b)のようにソケット形状を有することができ、空気極端子18は、図9(a)(b)のようにプラグ形状を有することができる。
図10(a)は、スプリング22を有するソケット形状の内部接続端子20を備えた金属空気電池35の一部の概略断面図であり、図2の点線で囲んだ範囲Cにおける断面図に対応する。また、図10(b)は図10(a)の破線E−Eにおける概略断面図である。
内部接続端子20は、図10(a)(b)のようにスプリングを備えたソケット形状を有することができ、空気極端子18は、図10(a)(b)のようにプラグ形状を有することができる。
空気極端子18または内部接続端子20は、例えば、セル4の積層方向にスライドするように設けることができる。このことにより、空気極端子18と内部接続端子20とのズレを空気極端子18または内部接続端子20がスライドすることにより解消することができる。
金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37に取り付けることにより、セル4の起電力を外部出力することが可能になる。また、金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37から取り外すことによりセル4における電極反応の進行を中断させることができる。さらに、セル4の起電力を出力する端子において、錆びや変形などの故障が生じたとき、金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37から取り外し新たな金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37に取り付けることにより、すぐにセル4による発電を再開することができる。
金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37に装着したとき、燃料極端子25と外部接続端子21とがセル4の出力端子となる。
金属空気電池35が複数のセル4を有し複数のセル4を直列接続させる場合、金属電極カートリッジ6の燃料極端子25が隣接する金属電極カートリッジ6の外部接続端子21と接触するように、燃料極端子25と外部接続端子21とを設けることができる。例えば、図5に示した操作部16のように、概略直方体状を有し、操作部16の第1の側面に燃料極端子25を設け、第1の側面に対向する第2の側面に外部接続端子21に設けることができる。なお、このような金属電極カートリッジ6は、直列接続用金属電極カートリッジとなる。なお、金属空気電池35に装着する複数の直列接続用金属電極カートリッジの構成は実質的に同じであってもよい。このことにより、金属電極カートリッジが互換性を有することができる。この構成によれば、複数の金属電極カートリッジ6を直列あるいは並列に接続する場合に、隣接する金属電極カートリッジ6を並べやすく、燃料極端子25と外部接続端子21の接触面積を大きく、接触抵抗を低くすることができる。
図1に示した金属空気電池35では、図5に示した操作部16を有する金属電極カートリッジ6が3つ金属空気電池本体37に装着されている。図1に示した金属空気電池35において、金属電極カートリッジ6aの燃料極端子25は、出力端子30bと接触している。金属電極カートリッジ6aの外部接続端子21は、金属電極カートリッジ6bの燃料極端子25と接触している。金属電極カートリッジ6bの外部接続端子21は、金属電極カートリッジ6cの燃料極端子25と接触している。また、金属電極カートリッジ6cの外部接続端子21は出力端子30aと接触している。このような構成とすることにより、金属空気電池35に含まれる複数のセル4を直列接続することができ、出力端子30a、30bから金属空気電池35の起電力を出力することができる。
図12(a)は、本実施形態の金属空気電池35に含まれる操作部16の上面図であり、図12(b)(c)は、図12(a)に示した操作部16の側面図である。図13は、図12に示した操作部16を有する金属電極カートリッジ6が3つ装着された金属空気電池35の上面図である。
複数のセル4を並列接続する場合、例えば、図12に示した操作部16のように、操作部16の第1の側面に燃料極端子25と外部接続端子21の両方を設け、第1の側面に対向する第2の側面に燃料極端子25と外部接続端子21の両方を設けることができる。また、第1の側面の燃料極端子25を設けた部分に対向する第2の側面の部分に燃料極端子25を設けることができ、第1の側面の外部接続端子21を設けた部分に対向する第2の側面の部分に外部接続端子21を設けることができる。
なお、このような並列接続用金属電極カートリッジ6は、燃料極集電体7上にめっき法により燃料極5を析出させる場合にそのまま利用することができる。
なお、金属空気電池本体37に直列接続用金属電極カートリッジ6と並列接続用金属電極カートリッジ6の両方を装着してもよい。このことにより、金属空気電池35の出力を調整することができる。
例えば、図6、7に示した金属電極カートリッジ6のように、金属電極カートリッジ6が2つの挿入部14を有し、この金属電極カートリッジ6が金属空気電池本体37に装着されることにより並列接続した2つのセル4を構成する場合、操作部16に含まれる空気極接続部19は、複数のセル4に含まれる複数の空気極9とそれぞれ内部接続端子20により電気的に接続することができる。また、外部接続端子21は、操作部16の側面に設けることができる。また、操作部16に含まれる燃料極接続部24は、2つの挿入部14に含まれる燃料極集電体7a、7bと接触することができる。また、燃料極端子25は、操作部16の側面に設けることができる。このような構成とすることにより、金属電極カートリッジ6が金属空気電池本体37に装着されることにより形成される複数のセル4を並列接続することができる。また、図13に示した金属空気電池35と同様に複数の金属電極カートリッジ6を金属空気電池本体37に装着した場合でも、金属空気電池35に含まれるセル4を並列接続することができる。
図14に示した操作部16において、操作部16の第1の側面に凹凸が形成された燃料極端子25が設けられ、燃料極端子25が設けられた第1の側面に対向する第2の側面に凹凸が形成された外部接続端子21が設けられている。なお、燃料極端子25の凹部が設けられた第1の側面の部分に対向する第2の側面の部分に外部接続端子21の凸部が設けられ、燃料極端子25の凸部が設けられた第1の側面の部分に対向する第2の側面の部分に外部接続端子21の凹部が設けられている。
また、図21は、図19に示した操作部16を有する金属電極カートリッジ6が3つ装着された金属空気電池35の上面図である。なお、図21に示した金属空気電池35では、金属空気電池35に含まれる3つのセル4は並列接続されている。図22は、図20に示した操作部16を有する金属電極カートリッジ6が3つ装着された金属空気電池35の上面図である。なお、図22に示した金属空気電池35では、金属空気電池35に含まれる3つのセル4は直列接続されている。
なお、図19〜22では、電気的接続を分かり易くするためにスイッチ40の一部を省略している。
また、スイッチ40を設けていない状態では、切替可能端子31は、燃料極端子25と電気的に切断されており、また、外部接続端子21とも電気的に切断されている。
絶縁部42および導電部43は、スライド部41がスライドすることにより燃料極端子31と切替可能端子31との電気的接続、電気的切断を切り替えることができるように設けることができる。また、絶縁部42および導電部43は、スライド部41がスライドすることにより外部接続端子21と切替可能端子31との電気的接続、電気的切断を切り替えることができるように設けることができる。
また、金属電極カートリッジ6aの外部接続端子21は、金属電極カートリッジ6bの切替可能端子31bbと接触しており、金属電極カートリッジ6bの外部接続端子21は、金属電極カートリッジ6cの切替可能端子31cbと接触している。また、金属電極カートリッジ6cの外部接続端子21は、出力端子30aと接触している。このような構成とすることにより、金属空気電池35に含まれる複数のセル4を並列接続することができ、出力端子30a、30bから金属空気電池35の起電力を出力することができる。
Claims (14)
- 第1操作部と、前記第1操作部から伸びた第1挿入部とを有し、
前記第1挿入部は、電極活物質となる金属を含む第1燃料極を備え、
前記第1操作部は、前記第1燃料極と電気的に接続された第1燃料極端子と、第1空気極接続部とを備え、
前記第1空気極接続部は、第1内部接続端子と、第1外部接続端子とを備えたことを特徴とする金属電極カートリッジ。 - 前記第1燃料極端子または前記第1外部接続端子は、前記第1操作部の表面に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の金属電極カートリッジ。
- 前記第1操作部は、少なくとも2つ以上の側面を有し、
前記第1燃料極端子は、前記第1操作部の第1の側面に設けられ、前記第1外部接続端子は、前記第1操作部の第2の側面に設けられたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属電極カートリッジ。 - 前記第1の側面と前記第2の側面が互いに対向していることを特徴とする請求項3に記載の金属電極カートリッジ。
- 前記第1燃料極端子は、前記第2の側面にも設けられ、かつ、前記第1外部接続端子は前記第1の側面にも設けられたことを特徴とする請求項3または4に記載の金属電極カートリッジ。
- 前記第1の側面および前記第2の側面のどちらか一方は凹凸を有し、
前記凹凸と同じ形状の凹凸が前記第1燃料極端子または前記第1外部接続端子が設けられていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の金属電極カートリッジ。 - 金属空気電池本体と、第1金属電極カートリッジとを備えた金属空気電池であって、
前記第1金属電極カートリッジは、第1操作部と、前記第1操作部から伸びた第1挿入部とを有し、
前記第1挿入部は、電極活物質となる金属を含む第1燃料極を備え、
前記第1操作部は、前記第1燃料極と電気的に接続された第1燃料極端子と、第1空気極接続部とを備え、
前記第1空気極接続部は、第1内部接続端子と、第1外部接続端子とを備え、
前記金属空気電池本体は、第1電解液槽と、第1空気極と、前記第1空気極と電気的に接続した第1空気極端子とを備え、
前記第1内部接続端子は、前記第1挿入部を前記第1電解液槽中に挿入することにより前記第1空気極端子と接触するように設けられたことを特徴とする金属空気電池。 - 前記第1燃料極端子または前記第1外部接続端子は、前記第1操作部の表面に設けられたことを特徴とする請求項7に記載の金属空気電池。
- 前記第1操作部は、概略直方体状で、
前記第1燃料極端子は、前記第1操作部の第1の側面に設けられ、
前記第1外部接続端子は、前記第1操作部の第1の側面と対向する第2の側面に設けられたことを特徴とする請求項7または8に記載の金属空気電池。 - 前記第1燃料極端子は、前記第2の側面にも設けられ、
かつ、前記第1外部接続端子は前記第1の側面にも設けられていることを特徴とする請求項9に記載の金属空気電池。 - 前記第1空気極端子および前記第1内部接続端子のうち一方がソケットとなり、他方がプラグとなっていることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか一項に記載の金属空気電池。
- 前記第1操作部は、スイッチと、前記第1の側面と前記第2の側面の両方に設けられた切替可能端子と備え、
前記スイッチにより、前記切替可能端子が前記第1燃料極端子または前記第1外部接続端子と電気的に接続できるように設けられたことを特徴とする請求項7〜11のいずれか一項に記載の金属空気電池。 - 第2金属電極カートリッジをさらに備え、
前記金属空気電池本体は、第2電解液槽と、第2空気極と、前記第2空気極と電気的に接続した第2空気極端子とをさらに備え、
前記第2金属電極カートリッジは、第2操作部と、前記第2操作部から伸びかつ前記第2電解液槽中に挿入可能に設けられた第2挿入部とを有し、
前記第2挿入部は、電極活物質となる金属を含む第2燃料極を備え、
前記第2操作部は、前記第2燃料極と電気的に接続した第2燃料極端子と、第2空気極接続部とを備え、
前記第2空気極接続部は、第2内部接続端子と第2外部接続端子とを有し、
前記第2内部接続端子は、前記第2挿入部を前記第2電解液槽中に挿入することにより前記第2空気極端子と接触するように設けられ、
前記第1燃料極端子は、前記第1挿入部を前記第1電解液槽中に挿入し前記第2挿入部を前記第2電解液槽中に挿入することにより、前記第2燃料極端子および前記第2外部接続端子のうち一方と接触するように設けられたことを特徴とする請求項7から請求項12のいずれか一項に記載の金属空気電池。 - 前記金属空気電池本体は、第3電解液槽と、第3空気極とをさらに備え、
前記第1金属電極カートリッジは、前記第1操作部から伸びかつ第3電解液槽中に挿入可能に設けられた第3挿入部を有し、
前記第3挿入部は、電極活物質となる金属を含む第3燃料極を備えることを特徴とする請求項7から請求項12のいずれか一項に記載の金属空気電池。
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