JPWO2015093355A1 - 電極構造体、空気電池及び空気電池スタック - Google Patents

電極構造体、空気電池及び空気電池スタック Download PDF

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Abstract

電極構造体は、第１電極ユニットと、第２電極ユニットと、第１の絶縁性枠体とを具備し、各電極ユニットが隣り合う構造を有する。第１電極ユニットは、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の通気面の外表面に空気電池用正極を備える。第２電極ユニットは、導電性基体の外表面に空気電池用負極を備える。第１の絶縁性枠体は、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。

Description

本発明は、電極構造体、空気電池及び空気電池スタックに関する。更に詳細には、本発明は、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得る空気電池用電極構造体、これを具備した空気電池及び空気電池スタックに関する。
空気電池は、空気中の酸素を正極活物質に、アルミニウム（Ａｌ）や鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）などの金属を負極活物質に用いた電池である。そして、空気電池は、電池容器内に正極活物質を備える必要がないため、エネルギー密度が高く、また、小型化や軽量化が可能である。そのため、空気電池は、携帯機器用電源として、更には電動車両などの駆動用電源としての利用が期待されている。また、電解液を電池本体とは別に保管することによって、空気電池の保管中には電池反応が起こらないので、活物質や電解液の消耗や変質が殆どなく、空気電池の半永久的な保存が可能である。そのため、特に、非常用、緊急用の予備電源として空気電池を利用することが注目されている。
このような空気電池の構造としては、略枠状の部材の一方に正極を設置すると共に、この正極に対向するように他方に負極を設置し、これら正極、負極及び枠状部材により形成される空間に電解液を注入して発電する電池（予備電池）が提案されている（特許文献１参照。）。
日本国特表２００５−５２７０６９号公報
このような空気電池を実用する場合、多数の単セルを直列に積層してスタック化し、使用目的に即した出力電圧が得られるようにすることが必要となる。ところが、特許文献１に記載された空気電池では、セル間の導通のために電極端子を押し付けて接触させているため、接触抵抗が大きなものになると共に、小さな電極端子に発電電流が流れるため、オーム損失が大きくなるという問題があった。
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得る電極構造体、これを具備した空気電池及び空気電池スタックを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、下記の（１）〜（４）のいずれかに記載の構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
（１）電極構造体が、所定の第１電極ユニットと、所定の第２電極ユニットと、第１の絶縁性枠体とを具備し、各電極ユニットが、隣り合う構造を有し、第１の絶縁性枠体が、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
（２）電極構造体が、所定の第１電極ユニットと、所定の第２電極ユニットと、所定の第３電極ユニットと、第１の絶縁性枠体とを具備し、各電極ユニットが、隣り合う構造を有し、第１の絶縁性枠体が、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
（３）電極構造体が、２つの所定の第１電極ユニットと、空気電池用負極を備えた第２の絶縁性枠体とを具備し、空気電池用負極が、２つの第１電極ユニットの間に配設された構造を有し、第２の絶縁性枠体が、その枠内に空気電池用負極を備え、隣り合う２つの第１電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う２つの第１電極ユニットの空気電池用正極及び空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う２つの第１電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
（４）電極構造体が、２つの所定の第１電極ユニットと、所定の第４電極ユニットと、空気電池用負極を備えた第２の絶縁性枠体とを具備し、空気電池用負極が、各電極ユニットの間に配設された構造を有し、第２の絶縁性枠体が、その枠内に空気電池用負極を備え、隣り合う各電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う各電極ユニットの空気電池用正極及び空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う各電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
すなわち、本発明の第１の電極構造体は、第１電極ユニットと、第２電極ユニットと、第１の絶縁性枠体と、を具備し、各電極ユニットが隣り合う構造を有するものである。そして、第１電極ユニットは、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の通気面の外表面に空気電池用正極を備える。また、第２電極ユニットは、導電性基体の外表面に空気電池用負極を備える。更に、第１の絶縁性枠体は、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
また、本発明の第２の電極構造体は、第１電極ユニットと、第２電極ユニットと、第１電極ユニットと第２電極ユニットとの間に配設された、少なくとも１つの第３電極ユニットと、第３電極ユニットの個数より１つ多い個数の第１の絶縁性枠体と、を具備し、各電極ユニットが隣り合う構造を有するものである。そして、第１電極ユニットは、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の通気面の外表面に空気電池用正極を備える。また、第２電極ユニットは、導電性基体の外表面に空気電池用負極を備える。更に、第３電極ユニットは、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の通気面の外表面に空気電池用正極を備えると共に、通気面と反対側の面の外表面に空気電池用負極を備える。更にまた、第１の絶縁性枠体は、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
更に、本発明の第３の電極構造体は、２つの第１電極ユニットと、空気電池用負極を備えた第２の絶縁性枠体と、を具備し、空気電池用負極が２つの第１電極ユニットの間に配設された構造を有するものである。そして、第１電極ユニットは、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の通気面の外表面に空気電池用正極を備える。また、第２の絶縁性枠体は、その枠内に空気電池用負極を備え、かつ、隣り合う２つの第１電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う２つの第１電極ユニットの空気電池用正極及び空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う２つの第１電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
また、本発明の第４の電極構造体は、２つの第１電極ユニットと、２つの第１電極ユニットの間に配設された、少なくとも１つの第４電極ユニットと、空気電池用負極を備え、第４電極ユニットの個数より１つ多い個数の第２の絶縁性枠体と、を具備し、空気電池用負極が各電極ユニットの間に配設された構造を有するものである。そして、第１電極ユニットは、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の通気面の外表面に空気電池用正極を備える。また、第４電極ユニットは、内部に通気空間を有し、かつ、対向する位置に通気面を有する基体の各通気面の外表面に空気電池用正極を備え、各通気面の外表面に配設された空気電池用正極同士が電気的に絶縁されている。更に、第２の絶縁性枠体は、その枠内に空気電池用負極を備え、かつ、隣り合う各電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う各電極ユニットの空気電池用正極及び空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う各電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
更に、本発明の空気電池スタックは、上記本発明の第１〜第４のいずれかの電極構造体を具備したものである。
更にまた、本発明の空気電池は、上記本発明の第１又は第３の電極構造体を具備したものである。
本発明によれば、下記の（１）〜（４）のいずれかに記載の構成としたため、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得る電極構造体、これを具備した空気電池及び空気電池スタックを提供することができる。
（１）所定の第１電極ユニットと、所定の第２電極ユニットと、第１の絶縁性枠体と、を具備し、各電極ユニットが、隣り合う構造を有し、第１の絶縁性枠体が、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
（２）所定の第１電極ユニットと、所定の第２電極ユニットと、所定の第３電極ユニットと、第１の絶縁性枠体と、を具備し、各電極ユニットが、隣り合う構造を有し、第１の絶縁性枠体が、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
（３）２つの所定の第１電極ユニットと、空気電池用負極を備えた第２の絶縁性枠体と、を具備し、空気電池用負極が、２つの第１電極ユニットの間に配設された構造を有し、第２の絶縁性枠体が、その枠内に空気電池用負極を備え、隣り合う２つの第１電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う２つの第１電極ユニットの空気電池用正極及び空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う２つの第１電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
（４）２つの所定の第１電極ユニットと、所定の第４電極ユニットと、空気電池用負極を備えた第２の絶縁性枠体と、を具備し、空気電池用負極が、各電極ユニットの間に配設された構造を有し、第２の絶縁性枠体が、その枠内に空気電池用負極を備え、隣り合う各電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、隣り合う各電極ユニットの空気電池用正極及び空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う各電極ユニットと共に電解液収容部を形成している。
図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る電極構造体の一例を示す斜視図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。 図２（Ａ）は、第１の実施形態に係る電極構造体の他の一例を示す斜視図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。 図３（Ａ）は、第１の実施形態に係る電極構造体の更に他の一例を示す斜視図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。 図４は、第２の実施形態に係る電極構造体の一例を示す斜視図である。 図５は、図４に示した電極構造体の分解斜視図である。 図６は、図４に示した電極構造体のＶＩ−ＶＩ線に沿った模式的な断面図である。 図７は、第２の実施形態に係る電極構造体の他の一例を示す斜視図である。 図８は、図７に示した電極構造体の分解斜視図である。 図９は、図７に示した電極構造体のＩＸ−ＩＸ線に沿った模式的な断面図である。 図１０（Ａ）は、第３の実施形態に係る電極構造体の一例を示す斜視図、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。 図１１（Ａ）は、第３の実施形態に係る電極構造体の他の一例を示す斜視図、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。 図１２は、第４の実施形態に係る電極構造体の一例を示す斜視図である。 図１３は、図１２に示した電極構造体の分解斜視図である。 図１４は、図１２に示した電極構造体のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った模式的な断面図である。 図１５は、第４の実施形態に係る電極構造体の他の一例を示す斜視図である。 図１６は、図１５に示した電極構造体の分解斜視図である。 図１７は、図１５に示した電極構造体のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った模式的な断面図である。 実施例１及び比較例１に係る空気電池スタックの発電性能を示すグラフである。 比較例１に係る空気電池スタックの一部を示す模式的な断面図である。 実施例２−１及び実施例２−２に係る空気電池の放電時間の延長効果を示すグラフである。
以下、本発明の一実施形態に係る電極構造体、空気電池及び空気電池スタックについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、本発明において、単に、「導電性基体の外表面」、「導電性基体の一方の外表面」及び「導電性基体の他方の外表面」のように記載した場合における外表面は、ユニット積層方向に平行な導電性基体の外表面でなく、ユニット積層方向に直交する導電性基体の外表面を意味する。なお、ユニット積層方向に直交する導電性基体の外表面は、ユニット積層方向に直交する導電性基体の外表面のみに限定されず、ユニット積層方向にほぼ直交する導電性基体の外表面も含む意味である。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る電極構造体及び空気電池の若干例について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る電極構造体の一例を示す斜視図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。
図１に示すように、本例の電極構造体１は、第１電極ユニット１０と、第２電極ユニット２０と、第１の絶縁性枠体４０と、を具備し、各電極ユニット（１０，２０）が隣り合う構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、内部に通気空間１２ａを有し、かつ、一方に通気部を含む通気面１２ｂを有する箱形の導電性基体１２の通気面１２ｂの外表面の一部に空気電池用正極層１４を備える（以下「第１Ａ電極ユニット１０Ａ」と記載することがある。）。また、第２電極ユニット２０は、内部に通気空間２２ａを有する箱形の導電性基体２２の外表面の一部に空気電池用負極層２６を備える（以下「第２Ａ電極ユニット２０Ａ」と記載することがある。）。更に、第１の絶縁性枠体４０は、隣り合う電極ユニット（１０，２０）の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層２６とが電解液収容部Ｅ側の全面で対向するように、隣り合う電極ユニット（１０，２０）を離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，２０）と共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、本例においては、第１の絶縁性枠体４０は、第１Ａ電極ユニット１０Ａ及び第２Ａ電極ユニット２０Ａが嵌合する段差部（４０ａ，４０ａ）を有する。更に、本例においては、電解液（図示せず。）を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４０ｂと電解液（図示せず。）の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４０ｃとを有する。そして、本例の電極構造体１は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池となる。
このような構成とすることにより、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池においては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。
また、空気電池用負極側の通気空間に空気を供給することにより、放電に伴う電解液温度の上昇を抑制することができる。換言すれば、空気電池の放熱性を向上させることができる。これにより、電解液からの水分の蒸発を抑制することができるため、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
そして、電解液中の腐食生成物の濃度上昇を抑制することができるため、空気電池の放電時間を延長させることができる。
ここで、各構成について詳細に説明する。
上記導電性基体１２としては、空気電池用正極層支持機能と、空気電池用正極層１４に空気などの酸素含有ガスを供給し得る通気空間１２ａ及び通気面１２ｂにより発揮される空気流路機能とを有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、導電性基体１２の外形形状は、矩形板状に限定されるものではなく、円形板状でもよく、更には板状以外の形状でもよい。また、通気空間１２ａは、例えば、金属製の非通気性板材１２１と通気性板材１２２とを同じく金属製のリブ１２３を介して接合し、箱形の導電性基体を形成することによって設けることができる。更に、通気面１２ｂは、例えば、金属製の通気性板材１２２として、通気部となる複数の微細孔を有する発泡金属板やエッチング金属板、パンチング金属板などを適用して設けることが好ましい。
また、上記空気電池用正極層１４としては、酸素を正極活物質とするものであって、例えば、酸素の酸化還元触媒を含み、必要に応じて添加される触媒を担持する導電性の担体を含んでいるものを適用することができる。なお、図示しないが、空気電池用正極層は、通気空間側に電解液収容部に充填される電解液の漏液を抑制ないし防止する液密通気層を有する。本例においては、通気面の外表面に導電性撥水層などの液密通気層（図示せず。）を介して空気電池用正極層が配設されている。導電性撥水層は、電解液に対する液密性（例えば、水密性である。）と、酸素に対する通気性を備え、電解液が外部に漏出するのを抑制ないし防止する一方、空気電池用正極層への酸素供給を可能にする機能を有するものである。例えば、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂やポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂などの撥水性多孔質樹脂と黒鉛などの導電性材料からなるものを好適に用いることができる。
触媒としては、例えば、二酸化マンガンや四酸化三コバルトなどの金属酸化物や、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、これらの合金や酸化物などから選択することができる。
触媒の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒と同様の形状及び大きさを採用することができる。ただし、触媒の形状は、粒状であることが好ましく、触媒粒子の平均粒子径は、１〜３０ｎｍであることが好ましい。触媒粒子の平均粒子径がこのような範囲内の値であると、電気化学反応が進行する有効電極面積に関連する触媒利用率と担持の簡便さとのバランスを適切に制御することができる。
担体は、上記触媒を担持するための担体として、また、触媒と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであることが好ましい。担体としては、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。
担体のサイズについても特に限定されるものではなく、担持の簡便さ、触媒利用率、触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、平均粒子径を５〜２００ｎｍ程度、好ましくは１０〜１００ｎｍ程度とするとよい。
担体に対する触媒の担持量については、触媒とこれを担持した担体の全量に対して、好ましくは１０〜８０質量％、より好ましくは３０〜７０質量％である。触媒の担持量がこのような範囲内の値であると、担体上での触媒の分散度と触媒性能とのバランスが適切なものとなる。
なお、上記した触媒や、これを担持する担体の種類については、上記したものだけに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適宜使用することができることは言うまでもない。
一方、上記導電性基体２２としては、空気電池用負極支持機能を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、導電性基体１２の外形形状は、矩形板状に限定されるものではなく、円形板状でもよく、更には板状以外の形状でもよい。また、通気空間２２ａは、例えば、金属製の非通気性板材２２１と非通気性板材２２１とを同じく金属製のリブ２２３を介して接合し、箱形の導電性基体を形成することによって設けることができる。
また、上記空気電池用負極層２６としては、例えば、標準電極電位が水素より卑な金属単体や、これら金属を含む合金が好適に用いられる。このような金属単体としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）などを挙げることができる。また、合金としては、例えば、これらの金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものを挙げることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
更に、上記第１の絶縁性枠体４０は、例えば、樹脂のような電気絶縁性の材料から成るものであって、第１Ａ電極ユニット１０Ａの空気電池用正極層１４と第２Ａ電極ユニット２０Ａの空気電池用負極層２６とが対向するように、第１Ａ電極ユニット１０Ａと第２Ａ電極ユニット２０Ａとを離間して接合し、空気電池用正極層１４と空気電池用負極層２６との間に電解液収納部Ｅを形成するものである。そして、第１の絶縁性枠体４０は、その外側面に電解液（図示せず。）を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４０ｂと、電解液（図示せず。）の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４０ｃとを有する。また、第１の絶縁性枠体４０は、その内側面に第１Ａ電極ユニット１０Ａが嵌合する段差部４０ａと第２Ａ電極ユニット２０Ａが嵌合する段差部４０ａとを有する。これらの段差部（４０ａ，４０ａ）は、第１の絶縁性枠体の内側面に凸部を形成することによって設けることができる。また、これらの段差部（４０ａ，４０ａ）に、第１Ａ電極ユニット１０Ａ及び第２Ａ電極ユニット２０Ａが嵌合することによって、段差部を設けない場合より強固に接合することができる。
また、上記電解液としては、例えば、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの水溶液が用いられるが、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の電解液を適用することができる。
そして、本例の電極構造体１は、電解液収容部Ｅに電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池となる。
また、図２（Ａ）は、第１の実施形態に係る電極構造体の他の一例を示す斜視図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の例において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図２に示すように、本例の電極構造体２は、第１電極ユニット１０と、第２電極ユニット２０と、第１の絶縁性枠体４０と、を具備し、各電極ユニット（１０，２０）が隣り合う構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、内部に通気空間１２ａを有し、かつ、一方に通気部を含む通気面１２ｂを有する箱形の導電性基体１２の通気面１２ｂの外表面の一部に空気電池用正極層１４を備える（以下「第１Ｂ電極ユニット１０Ｂ」と記載することがある。）。また、第２電極ユニット２０は、内部に通気空間２２ａを有する箱形の導電性基体２２の外表面の一部に空気電池用負極層２６を備える（以下「第２Ｂ電極ユニット２０Ｂ」と記載することがある。）。更に、第１の絶縁性枠体４０は、隣り合う電極ユニット（１０，２０）の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層２６とが電解液収容部Ｅ側の一部で対向するように、隣り合う電極ユニット（１０，２０）を離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，２０）と共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、図中、電解液収容部Ｅのうち空気電池用正極層１４と空気電池用負極層２６とで挟まれていない部位をＥ’で示す。また、本例においても、第１の絶縁性枠体４０は、第１Ｂ電極ユニット１０Ｂ及び第２Ｂ電極ユニット２０Ｂが嵌合する段差部（４０ａ，４０ａ）を有する。更に、本例においても、図示しない電解液を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４０ｂと電解液の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４０ｃとを有する。そして、本例の電極構造体２は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池となる。
このような構成とすることにより、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池においては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。
また、空気電池用正極層と空気電池用負極層とが一部で対向し、電解液収容部において、空気電池用正極層と空気電池用負極層とで挟まれていない部位を設けることにより、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
更に、空気電池用正極層と空気電池用負極層とが一部で対向し、電解液収容部において、空気電池用正極層と空気電池用負極層とで挟まれていない部位を設けることにより、このような部位において、空気電池用正極側の通気空間に空気を供給することにより、電解液を冷却することができるため、放電に伴う電解液温度の上昇を抑制することができる。もちろん、空気電池用負極側の通気空間に空気を供給することにより、放電に伴う電解液温度の上昇を抑制することもできる。換言すれば、空気電池の放熱性を向上させることができる。これらにより、電解液からの水分の蒸発を抑制することができるため、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
そして、電解液中の腐食生成物の濃度上昇を抑制することができるため、空気電池の放電時間を延長させることができる。
更に、図３（Ａ）は、第１の実施形態に係る電極構造体の更に他の一例を示す斜視図である。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の例において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図３に示すように、本例の電極構造体３は、第１電極ユニット１０と、第２電極ユニット２０と、第１の絶縁性枠体４０と、を具備し、各電極ユニット（１０，２０）が隣り合う構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、第１Ａ電極ユニット１０Ａから構成される。また、第２電極ユニット２０は、内部に通気空間を有さない導電性基体２３の外表面の一部に空気電池用負極層２６を備える（以下「第２Ｃ電極ユニット２０Ｃ」と記載することがある。）。更に、第１の絶縁性枠体４０は、隣り合う電極ユニット（１０，２０）の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層２６とが電解液収容部Ｅ側の全面で対向するように、隣り合う電極ユニット（１０，２０）を離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，２０）と共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、本例においても、第１の絶縁性枠体４０は、第１Ａ電極ユニット１０Ａ及び第２Ｃ電極ユニット２０Ｃが嵌合する段差部（４０ａ，４０ａ）を有する。更に、図示しない電解液を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４０ｂと電解液の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４０ｃとを有する。そして、本例の電極構造体３は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池となる。
このような構成とすることによっても、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池においては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。
ここで、各構成について詳細に説明する。
上記導電性基体２３としては、空気電池用負極支持機能を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、導電性基体２３の外形形状は、矩形板状に限定されるものではなく、円形板状でもよく、更には板状以外の形状でもよい。なお、導電性基体２３としては、例えば、上述した金属製の非通気性板材２２１自体を適用すればよい。
なお、図示しないが、上述した第１の実施形態においては、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の外表面の全面に空気電池用正極層を備えていてもよく、また、第２電極ユニットの導電性基体の外表面の全面に空気電池用負極層を備えていてもよい。しかしながら、これらの電極ユニットを第１の絶縁性枠体に嵌合させる場合には、嵌合部位は電池反応に寄与させにくく、また、嵌合部位を電池反応に寄与させる場合には、接合強度が低下することがある。そのため、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極層を備えることが好ましく、また、第２電極ユニットの導電性基体の外表面の一部に空気電池用負極層を備えることが好ましい。
また、図示しないが、上述した第１の実施形態においては、第１の絶縁性枠体は、第１電極ユニットが嵌合する段差部と第２電極ユニットが嵌合する段差部とを有することを必須としない。しかしながら、これらを嵌合することによって強固に接合させることができるため、第１電極ユニットが嵌合する段差部と第２電極ユニットが嵌合する段差部とを有することが好ましい。また、図示しないが、第１電極ユニットが嵌合する段差部又は第２電極ユニットが嵌合する段差部のいずれかのみを有する構成であってもよい。
更に、図示しないが、上述した第１の実施形態においては、第１電極ユニットの導電性基体の通気面と反対側の面の外表面の全面又は一部に空気電池用負極層を備えていてもよい。また、図示しないが、上述した第１の実施形態においては、第２電極ユニットの導電性基体の空気電池用負極層を備えた面と反対側の面が通気部を含む通気面であり、その通気面の外表面の全面又は一部に空気電池用正極層を備えていてもよい。
また、上述した第１の実施形態における電解液の供給時期については、当該空気電池を作動させる必要性が生じるまでは、電解液収容部を空のままの状態で保管しておき、空気電池の使用に際して電解液を注入するような注液式とすることが望ましい。このような注液式空気電池とすることにより、保管中における電解液や活物質の消耗や変質、劣化を避けることができ、半永久的な保管が可能となることから、非常用の予備電源として有効活用することができる。また、このとき、電解液を溶媒と電解質とに分けた状態で保管することもでき、これによって電解液タンクの材質的な制約を緩和することができる。
更に、上述した第１の実施形態においては、第１電極ユニットが、導電性基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、第２電極ユニットが、導電性基体の外表面の一部に空気電池用負極を備え、第１の絶縁性枠体が、空気電池用正極及び空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有していることを必須としない。しかしながら、上記所定の第１電極ユニット及び第２電極ユニットを第１の絶縁性枠体で接合する場合、第１の絶縁性枠体が、空気電池用正極及び空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有していることが好ましい。これにより、各電極ユニットを強固に接合することができる。
また、上述した第１の実施形態においては、空気電池用正極の電極面積が、その空気電池用正極が対向する空気電池用負極の電極面積より大きいことが好ましい。これは空気電池用負極における反応に比して、空気電池用正極における反応の活性が低い傾向を有するためである。そして、このような構成とすることにより、各電極反応の活性の差が電池性能の律速となりにくい。
なお、本発明において、各電極の電極面積とは、各電極層の厚み方向における投影面積であって、電解液収容部に露出している部分の面積を意味する。また、詳しくは後述するが各電極ユニット等が形成する電解液収容部と電極ユニットとの界面における面積に対して、その電極ユニットに形成された電極層が占める面積の割合をＱ値と定義する。例えば、Ｑ値が高いほど、電極に対する電解液量が少なくなることを意味する。また、例えば、電解液収容部と電極ユニットとの界面において、その半分の面積に電極層が形成されている場合には、Ｑ値は０．５となる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電極構造体及び空気電池スタックの若干例について図面を参照しながら詳細に説明する。
図４は、第２の実施形態に係る電極構造体の一例を示す斜視図である。また、図５は、図４に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図６は、図４に示した電極構造体のＶＩ−ＶＩ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図４〜図６に示すように、本例の電極構造体１００は、第１電極ユニット１０と、第２電極ユニット２０と、第１電極ユニット１０と第２電極ユニット２０との間に配設される、２つの第３電極ユニット３０と、３つの第１の絶縁性枠体４０と、を具備し、各電極ユニット（１０，２０，３０）が隣り合う構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、第１Ａ電極ユニット１０Ａから構成される。また、第２電極ユニット２０は、第２Ａ電極ユニット２０Ａから構成される。更に、第３電極ユニット３０は、内部に通気空間３２ａを有し、かつ、一方に通気部を含む通気面３２ｂを有する箱形の導電性基体３２の通気面３２ｂの外表面の一部に空気電池用正極層３４を備えると共に、通気面３２ｂと反対側の面３２ｃの外表面の一部に空気電池用負極層３６を備える（以下「第３Ａ電極ユニット３０Ａ」と記載することがある。）。更にまた、第１の絶縁性枠体４０は、隣り合う電極ユニット（１０，２０，３０）の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層３６と、空気電池用正極層３４と空気電池用負極層３６と、及び空気電池用正極層３４と空気電池用負極層２６とが電解液収容部Ｅ側の全面で対向するように、隣り合う電極ユニット（１０，２０，３０）を離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，２０，３０）と共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、本例においても、第１の絶縁性枠体４０は、第１Ａ電極ユニット１０Ａ、第２Ａ電極ユニット２０Ａ及び第３Ａ電極ユニット３０Ａが嵌合する段差部（４０ａ，４０ａ，４０ａ）を有する。更に、本例においても、図示しない電解液を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４０ｂと電解液の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４０ｃとを有する。そして、本例の電極構造体１００は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池スタックとなる。
このような構成とすることにより、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池スタックにおいては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。
また、図４〜図６においては、４個の電極ユニットを使用し、３つのセルからなるスタックを示したが、上記電極ユニット間に第３電極ユニットと第１の絶縁性枠体を配設することによって、更に多数のセルからなるスタックを構成できることは言うまでもない。このように第３電極ユニットと第１の絶縁性枠体を追加して挟み込むことにより、使用目的に応じた出力性能に調整することができる。また、第３電極ユニットを適用することにより、集電ロスを大幅に低減することができる。
更に、通気空間に空気を供給することにより、空気電池用正極側だけでなく、空気電池用負極側にも空気が供給されるため、放電に伴う電解液温度の上昇を抑制することができる。換言すれば、空気電池スタックの放熱性を向上させることができる。これにより、電解液からの水分の蒸発を抑制することができるため、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
そして、電解液中の腐食生成物の濃度上昇を抑制することができるため、空気電池の放電時間を延長させることができる。
ここで、各構成について詳細に説明する。
上記導電性基体３２としては、空気電池用正極及び空気電池用負極支持機能と、空気電池用正極層３４に空気などの酸素含有ガスを供給し得る通気空間３２ａと通気面３２ｂとにより発揮される空気流路機能とを有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、導電性基体３２の外形形状は、矩形板状に限定されるものではなく、円形板状でもよく、更には板状以外の形状でもよい。また、通気空間３２ａは、例えば、金属製の非通気性板材３２１と通気性板材３２２とを同じく金属製のリブ３２３を介して接合し、箱形の導電性基体を形成することによって設けることができる。更に、通気面３２ｂは、例えば、金属製の通気性板材３２２として、通気部となる複数の微細孔を有する発泡金属板やエッチング金属板、パンチング金属板などを適用して設けることが好ましい。
また、上記空気電池用正極層３４及び空気電池用負極層３６としては、例えば、上記空気電池用層１４及び空気電池用負極層２６と同様の構成とすればよい。
また、図７は、第２の実施形態に係る電極構造体の他の一例を示す斜視図である。また、図８は、図７に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図９は、図７に示した電極構造体のＩＸ−ＩＸ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図７〜図９に示すように、本例の電極構造体１０１は、第１電極ユニット１０と、第２電極ユニット２０と、第１電極ユニット１０と第２電極ユニット２０との間に配設される、２つの第３電極ユニット３０と、３つの第１の絶縁性枠体４０と、を具備し、各電極ユニット（１０，２０，３０）が隣り合う構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、第１Ｂ電極ユニット１０Ｂから構成される。また、第２電極ユニット２０は、第２Ｂ電極ユニット２０Ｂから構成される。更に、第３電極ユニット３０は、内部に通気空間３２ａを有し、かつ、一方に通気部を含む通気面３２ｂを有する箱形の導電性基体３２の通気面３２ｂの外表面の一部に空気電池用正極層３４を備えると共に、通気面３２ｂと反対側の面３２ｃの外表面の一部に空気電池用負極層３６を備える（以下「第３Ｂ電極ユニット３０Ｂ」と記載することがある。）。更にまた、第１の絶縁性枠体４０は、隣り合う電極ユニット（１０，２０，３０）の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層３６と、空気電池用正極層３４と空気電池用負極層３６と、及び空気電池用正極層３４と空気電池用負極層２６とが電解液収容部Ｅ側の一部で対向するように、隣り合う電極ユニット（１０，２０，３０）を離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，２０，３０）と共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、図中、電解液収容部Ｅのうち空気電池用正極層（１４，３４）と空気電池用負極層（２６，３６）とで挟まれていない部位をＥ’で示す。また、本例においても、第１の絶縁性枠体４０は、第１Ｂ電極ユニット１０Ｂ、第２Ｂ電極ユニット２０Ｂ及び第３Ｂ電極ユニット３０Ｂが嵌合する段差部（４０ａ，４０ａ，４０ａ）を有する。更に、本例においても、図示しない電解液を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４０ｂと電解液の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４０ｃとを有する。そして、本例の電極構造体１０１は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池スタックとなる。
このような構成とすることにより、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池スタックにおいては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。
また、図７〜図９においても、４個の電極ユニットを使用し、３つのセルからなるスタックを示したが、上記電極ユニット間に第３電極ユニットと第１の絶縁性枠体を配設することによって、更に多数のセルからなるスタックを構成できることは言うまでもない。このように第３電極ユニットと第１の絶縁性枠体を追加して挟み込むことにより、使用目的に応じた出力性能に調整することができる。また、第３電極ユニットを適用することにより、集電ロスを大幅に低減することができる。
更に、通気空間に空気を供給することにより、空気電池用正極側だけでなく、空気電池用負極側にも空気が供給されるため、放電に伴う電解液温度の上昇を抑制することができる。換言すれば、空気電池スタックの放熱性を向上させることができる。これにより、電解液からの水分の蒸発を抑制することができるため、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
また、空気電池用正極層と空気電池用負極層とが一部で対向し、電解液収容部において、空気電池用正極層と空気電池用負極層とで挟まれていない部位を設けることにより、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
更に、空気電池用正極層と空気電池用負極層とが一部で対向し、電解液収容部において、空気電池用正極層と空気電池用負極層とで挟まれていない部位を設けることにより、このような部位において、通気空間に空気を供給することにより、電解液を冷却することができるため、放電に伴う電解液温度の上昇を抑制することができる。換言すれば、空気電池スタックの放熱性を向上させることができる。これにより、電解液からの水分の蒸発を抑制することができるため、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
そして、電解液中の腐食生成物の濃度上昇を抑制することができるため、空気電池の放電時間を延長させることができる。
なお、図示しないが、上述した第２の実施形態においても、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の外表面の全面に空気電池用正極層を備えていてもよく、また、第３電極ユニットの導電性基体の一方の外表面の全面に空気電池用正極層を備え、他方の外表面の全面に空気電池用負極層を備えていてもよく、更に、第２電極ユニットの導電性基体の外表面の全面に空気電池用負極層を備えていてもよい。しかしながら、これらの電極ユニットを第１の絶縁性枠体に嵌合させる場合には、嵌合部位は電池反応に寄与させにくく、また、嵌合部位を電池反応に寄与させる場合には、接合強度が低下することがある。そのため、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極層を備えることが好ましく、また、第３電極ユニットの導電性基体の一方の外表面の一部に空気電池用正極層を備え、他方の外表面の一部に空気電池用負極層を備えることが好ましく、更に、第２電極ユニットの導電性基体の外表面の一部に空気電池用負極層を備えることが好ましい。
また、図示しないが、上述した第２の実施形態においても、第１の絶縁性枠体は、第１電極ユニットや第２電極ユニット、第３電極ユニットが嵌合する段差部を有することを必須としない。しかしながら、これらを嵌合することによって強固に接合させることができるため、第１電極ユニットが嵌合する段差部と第２電極ユニットが嵌合する段差部と第３電極ユニットが嵌合する段差部とを有することが好ましい。また、図示しないが、第１電極ユニットが嵌合する段差部、第２電極ユニットが嵌合する段差部又は第３電極ユニットが嵌合する段差部のいずれかのみを有する構成であってもよい。
更に、上述した第２の実施形態における電解液の供給時期については、当該空気電池スタックを作動させる必要性が生じるまでは、電解液収容部Ｅを空のままの状態で保管しておき、空気電池スタックの使用に際して電解液を注入するような注液式とすることが望ましい。このような注液式空気電池スタックとすることにより、保管中における電解液や活物質の消耗や変質、劣化を避けることができ、半永久的な保管が可能となることから、非常用の予備電源として有効活用することができる。また、このとき、電解液を溶媒と電解質とに分けた状態で保管することもでき、これによって電解液タンクの材質的な制約を緩和することができる。
また、上述した第２の実施形態においては、第１電極ユニットが、導電性基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、第２電極ユニットが、導電性基体の外表面の一部に空気電池用負極を備え、第１の絶縁性枠体が、空気電池用正極及び空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有していることを必須としない。しかしながら、上記所定の第１電極ユニット及び第２電極ユニットを第１の絶縁性枠体で接合する場合、第１の絶縁性枠体が、空気電池用正極及び空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有していることが好ましい。これにより、各電極ユニットを強固に接合することができる。
更に、上述した第２の本実施形態においては、第１電極ユニットが、上記空気電池用正極層と空気電池用負極層とが対向する方向、換言すれば、層厚み方向（若しくはユニット積層方向）における一方の端部のみに配設され、第２電極ユニットが、上記空気電池用正極層と空気電池用負極層とが対向する方向における他方の端部のみに配設されていることが電極構造体の対称性や部材の共通化の観点から好ましい。
また、上述した第２の実施形態においても、空気電池用正極の電極面積が、その空気電池用正極が対向する空気電池用負極の電極面積より大きいことが好ましい。これは空気電池用負極における反応に比して、空気電池用正極における反応の活性が低い傾向を有するためである。そして、このような構成とすることにより、各電極反応の活性の差が電池性能の律速となりにくい。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る電極構造体及び空気電池の若干例について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１０（Ａ）は、第３の実施形態に係る電極構造体の一例を示す斜視図である。また、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図１０に示すように、本例の電極構造体４は、２つの第１電極ユニット１０と、空気電池用負極層４６を備えた第２の絶縁性枠体４２と、を具備し、空気電池用負極層４６が２つの第１電極ユニット１０の間に配設された構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、第１Ａ電極ユニット１０Ａから構成される。また、第２の絶縁性枠体４２は、その枠内に空気電池用負極層４６を備え、かつ、隣り合う２つの第１電極ユニット１０の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層４６とが電解液収容部Ｅ側の全面で対向するように、隣り合う２つの第１電極ユニット１０の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層４６を離間して接合し、かつ、隣り合う２つの第１Ａ電極ユニット１０Ａと共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、本例においては、第２の絶縁性枠体４２は、第１Ａ電極ユニット１０Ａが嵌合する段差部（４２ａ，４２ａ）を有する。更に、本例においては、電解液（図示せず。）を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４２ｂと電解液（図示せず。）の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４２ｃとを有する。そして、本例の電極構造体４は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池となる。
このような構成とすることにより、空気電池用負極層の両面を反応面として利用することができるバイセル構造となり、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池においては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。なお、バイセル構造を有する場合、例えば、図示しない端子を外部に引き出して接続させればよい。
ここで、各構成について詳細に説明する。
上記第２の絶縁性枠体４２は、例えば、樹脂のような電気絶縁性の材料から成るものであって、第１Ａ電極ユニット１０Ａの空気電池用正極層１４と、その枠内に備える空気電池用負極層４６とが対向するように、第１Ａ電極ユニット１０Ａの空気電池用正極層１４と空気電池用負極層４６とを離間して接合し、空気電池用正極層１４と空気電池用負極層４６との間に電解液収納部Ｅを形成するものである。そして、第１の絶縁性枠体４２は、その外側面に電解液（図示せず。）を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４２ｂと、電解液（図示せず。）の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４２ｃとを有する。また、第２の絶縁性枠体４２は、その内側面に第１Ａ電極ユニット１０Ａが嵌合する段差部４２ａを有する。これらの段差部（４２ａ，４２ａ）は、第１の絶縁性枠体の内側面に凸部を形成することによって設けることができる。また、これらの段差部（４２ａ，４２ａ）に、第１Ａ電極ユニット１０Ａが嵌合することによって、段差部を設けない場合より強固に接合することができる。
また、上記空気電池用負極層４６としては、例えば、上記空気電池用負極層２６と同様の構成とすればよい。
また、図１１（Ａ）は、第３の実施形態に係る電極構造体の他の一例を示す斜視図である。また、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示した電極構造体のＣ−Ｃ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、本例の電極構造体５は、２つの第１電極ユニット１０と、空気電池用負極層４６を備えた第２の絶縁性枠体４２と、を具備し、空気電池用負極層４６が２つの第１電極ユニット１０の間に配設された構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、第１Ｂ電極ユニット１０Ｂから構成される。また、第２の絶縁性枠体４２は、その枠内の一部に空気電池用負極層４６を備え、かつ、隣り合う２つの第１電極ユニット１０の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層４６とが電解液収容部Ｅ側の一部で対向するように、隣り合う２つの第１電極ユニット１０の空気電池用正極層１４と空気電池用負極層４６を離間して接合し、かつ、隣り合う２つの第１Ｂ電極ユニット１０Ｂと共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、図中、電解液収容部Ｅのうち空気電池用正極層１４と空気電池用負極層４６とで挟まれていない部位をＥ’で示す。また、本例においても、第２の絶縁性枠体４２は、第１Ｂ電極ユニット１０Ｂが嵌合する段差部（４２ａ，４２ａ）を有する。更に、本例においても、電解液（図示せず。）を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４２ｂと電解液（図示せず。）の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４２ｃとを有する。そして、本例の電極構造体５は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池となる。
このような構成とすることにより、空気電池用負極層の両面を反応面として利用することができるバイセル構造となり、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池においては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。なお、バイセル構造を有する場合、例えば、図示しない端子を外部に引き出して接続させればよい。
また、空気電池用正極層と空気電池用負極層とが一部で対向し、電解液収容部において、空気電池用正極層と空気電池用負極層とで挟まれていない部位を設けることにより、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
更に、空気電池用正極層と空気電池用負極層とが一部で対向し、電解液収容部において、空気電池用正極層と空気電池用負極層とで挟まれていない部位を設けることにより、このような部位において、通気空間に供給する空気により電解液を冷却することができるため、放電に伴う電解液温度の上昇を抑制することができる。換言すれば、空気電池の放熱性を向上させることができる。これにより、電解液からの水分の蒸発を抑制することができるため、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
そして、電解液中の腐食生成物の濃度上昇を抑制することができるため、空気電池の放電時間を延長させることができる。
なお、図示しないが、上述した第３の実施形態においては、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の外表面の全面に空気電池用正極層を備えていてもよい。しかしながら、これらの電極ユニットを第２の絶縁性枠体に嵌合させる場合には、嵌合部位は電池反応に寄与させにくく、また、嵌合部位を電池反応に寄与させる場合には、接合強度が低下することがある。そのため、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極層を備えることが好ましい。
また、図示しないが、上述した第３の実施形態においては、第２の絶縁性枠体は、第１電極ユニットが嵌合する段差部を有することを必須としない。しかしながら、これらを嵌合することによって強固に接合させることができるため、第１電極ユニットが嵌合する段差部を有することが好ましい。
更に、図示しないが、上述した第３の実施形態においては、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の反対側の面が通気部を含む通気面であり、その通気面の外表面の全面又は一部に空気電池用正極層を備えていてもよい。
また、上述した第３の実施形態における電解液の供給時期については、当該空気電池を作動させる必要性が生じるまでは、電解液収容部を空のままの状態で保管しておき、空気電池の使用に際して電解液を注入するような注液式とすることが望ましい。このような注液式空気電池とすることにより、保管中における電解液や活物質の消耗や変質、劣化を避けることができ、半永久的な保管が可能となることから、非常用の予備電源として有効活用することができる。また、このとき、電解液を溶媒と電解質とに分けた状態で保管することもでき、これによって電解液タンクの材質的な制約を緩和することができる。
更に、上述した第３の実施形態においては、第１電極ユニットが、導電性基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、第２の絶縁性枠体が、その枠内の一部に空気電池用負極を備え、空気電池用正極及び空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有していることを必須としない。しかしながら、上記所定の第１電極ユニットを第２の絶縁性枠体で接合する場合、第２の絶縁性枠体が、空気電池用正極及び空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有していることが好ましい。これにより、各電極ユニットを強固に接合することができる。
また、上述した第３の実施形態においては、空気電池用正極の電極面積が、その空気電池用正極が対向する空気電池用負極の電極面積より大きいことが好ましい。これは空気電池用負極における反応に比して、空気電池用正極における反応の活性が低い傾向を有するためであり、このような構成とすることにより、各電極反応の活性の差が電池性能の律速となりにくい。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る電極構造体及び空気電池スタックの若干例について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１２は、第４の実施形態に係る電極構造体の一例を示す斜視図である。また、図１３は、図１２に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図１４は、図１２に示した電極構造体のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図１２〜図１４に示すように、本例の電極構造体１０２は、２つの第１電極ユニット１０と、２つの第１電極ユニット１０の間に配設される、２つの第４電極ユニット５０と、空気電池用負極層４６を備えた３つの第２の絶縁性枠体４２と、を具備し、空気電池用負極層４６が各電極ユニット（１０，５０）の間に配設された構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、第１Ａ電極ユニット１０Ａから構成される。また、第４電極ユニット５０は、内部に通気空間５２ａを有し、かつ、対向する位置に通気面５２ｂを有する基体５２の各通気面５２ｂの外表面に空気電池用正極層５４を備える（以下「第４Ａ電極ユニット５０Ａ」と記載することがある。）。更に、第２の絶縁性枠体４２は、その枠内に空気電池用負極層４６を備え、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，５０）の空気電池用正極層（１４，５４）と空気電池用負極層４６とが電解液収容部Ｅ側の全面で対向するように、隣り合う電極ユニット（１０，５０）の空気電池用正極層（１４，５４）及び空気電池用負極層４６を離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，５０）と共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、本例においても、第２の絶縁性枠体４２は、第１Ａ電極ユニット１０Ａ及び第４Ａ電極ユニット５０Ａが嵌合する段差部（４２ａ，４２ａ）を有する。更に、本例においても、図示しない電解液を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４２ｂと電解液の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４２ｃとを有する。そして、本例の電極構造体１０２は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池スタックとなる。
このような構成とすることにより、空気電池用負極層の両面を反応面として利用することができるバイセル構造となり、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池スタックにおいては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。なお、バイセル構造を有する場合、例えば、図示しない端子を外部に引き出して接続させればよい。
また、図１２〜図１４においては、４個の電極ユニットを使用し、６つのセルからなるスタックを示したが、上記電極ユニット間に第４電極ユニットと空気電池用負極層を備えた第２の絶縁性枠体を配設することによって、更に多数のセルからなるスタックを構成できることは言うまでもない。このように第４電極ユニットと空気電池用負極を備えた第２の絶縁性枠体を追加して挟み込むことにより、使用目的に応じた出力性能に調整することができる。
ここで、各構成について詳細に説明する。
上記基体５２としては、各通気面の外表面に配設された空気電池用正極同士を電気的に絶縁すると共に、空気電池用正極支持機能と、空気電池用正極層５４に空気などの酸素含有ガスを供給し得る通気空間５２ａと通気面５２ｂとにより発揮される空気流路機能とを有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、基体５２の外形形状は、矩形板状に限定されるものではなく、円形板状でもよく、更には板状以外の形状でもよい。また、通気空間５２ａは、例えば、金属製の通気性板材５２２を例えば絶縁性枠体と同じ樹脂製のリブ５２３を介して接合し、箱形の基体を形成することによって設けることができる。更に、通気面５２ｂは、例えば、金属製の通気性板材５２２として、通気部となる複数の微細孔を有する発泡金属板やエッチング金属板、パンチング金属板などを適用して設けることが好ましい。
また、上記空気電池用正極層５４としては、例えば、上記空気電池用正極層１４と同様の構成とすればよい。
また、図１５は、第４の実施形態に係る電極構造体の他の一例を示す斜視図である。また、図１６は、図１５に示した電極構造体の分解斜視図である。更に、図１７は、図１５に示した電極構造体のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図１５〜図１７に示すように、本例の電極構造体１０３は、２つの第１電極ユニット１０と、２つの第１電極ユニット１０の間に配設される、２つの第４電極ユニット５０と、空気電池用負極層４６を備えた３つの第２の絶縁性枠体４２と、を具備し、空気電池用負極層４６が各電極ユニット（１０，５０）の間に配設された構造を有するものである。そして、第１電極ユニット１０は、第１Ｂ電極ユニット１０Ｂから構成される。また、第４電極ユニット５０は、内部に通気空間５２ａを有し、かつ、対向する位置に通気面５２ｂを有する非導電性基体５２の各通気面５２ｂの外表面の一部に空気電池用正極層５４を備える（以下「第４Ｂ電極ユニット５０Ｂ」と記載することがある。）。更に、第２の絶縁性枠体４２は、その枠内の一部に空気電池用負極層４６を有し、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，５０）の空気電池用正極層（１４，５４）と空気電池用負極層４６とが電解液収容部Ｅ側の一部で対向するように、隣り合う電極ユニット（１０，５０）の空気電池用正極層（１４，５４）及び空気電池用負極層４６を離間して接合し、かつ、隣り合う電極ユニット（１０，５０）と共に電解液収容部Ｅを形成している。なお、図中、電解液収容部Ｅのうち空気電池用正極層１４と空気電池用負極層４６とで挟まれていない部位をＥ’で示す。また、本例においても、第２の絶縁性枠体４２は、第１Ｂ電極ユニット１０Ｂ及び第４Ｂ電極ユニット５０Ｂが嵌合する段差部（４２ａ，４２ａ）を有する。更に、本例においても、図示しない電解液を電解液収容部Ｅに供給するための供給口４２ｂと電解液の供給時に電解液収容部Ｅ内の空気などの気体を排出するための排出口４２ｃとを有する。そして、本例の電極構造体１０３は、電解液収容部Ｅに図示しない電解液が充填されることにより、発電可能な空気電池スタックとなる。
このような構成とすることにより、空気電池用負極層の両面を反応面として利用することができるバイセル構造となり、集電抵抗を低減して、出力を向上させ得るものとなる。また、この電極構造体を具備した空気電池スタックにおいては、集電抵抗を低減して、出力を向上させることができる。なお、バイセル構造を有する場合、例えば、図示しない端子を外部に引き出して接続させればよい。
また、図１５〜図１７においては、４個の電極ユニットを使用し、６つのセルからなるスタックを示したが、上記電極ユニット間に第４電極ユニットと空気電池用負極層を備えた第２の絶縁性枠体を配設することによって、更に多数のセルからなるスタックを構成できることは言うまでもない。このように第４電極ユニットと空気電池用負極を備えた第２の絶縁性枠体を追加して挟み込むことにより、使用目的に応じた出力性能に調整することができる。
また、空気電池用正極層と空気電池用負極層とが一部で対向し、電解液収容部において、空気電池用正極層と空気電池用負極層とで挟まれていない部位を設けることにより、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
更に、空気電池用正極層と空気電池用負極層とが一部で対向し、電解液収容部において、空気電池用正極層と空気電池用負極層とで挟まれていない部位を設けることにより、このような部位において、通気空間に供給する空気により電解液を冷却することができるため、放電に伴う電解液温度の上昇を抑制することができる。換言すれば、空気電池スタックの放熱性を向上させることができる。これにより、電解液からの水分の蒸発を抑制することができるため、放電に伴って空気電池用負極金属が電解液中に溶出することにより発生する大量の腐食生成物が、空気電池用正負極間に詰まることを抑制することができる。
そして、電解液中の腐食生成物の濃度上昇を抑制することができるため、空気電池スタックの放電時間を延長させることができる。
なお、図示しないが、上述した第４の実施形態においても、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の外表面の全面に空気電池用正極層を備えていてもよく、また、第４電極ユニットの基体の通気面の外表面の全面に空気電池用負極層を備えていてもよい。しかしながら、これらの電極ユニットを第２の絶縁性枠体に嵌合させる場合には、嵌合部位は電池反応に寄与させにくく、また、嵌合部位を電池反応に寄与させる場合には、接合強度が低下することがある。そのため、第１電極ユニットの導電性基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極層を備えることが好ましく、また、第４電極ユニットの基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極層を備えることが好ましい。
また、図示しないが、上述した第４の実施形態においても、第２の絶縁性枠体は、第１電極ユニットや第４電極ユニットが嵌合する段差部を有することを必須としない。しかしながら、これらを嵌合することによって強固に接合させることができるため、第１電極ユニットが嵌合する段差部と第４電極ユニットが嵌合する段差部とを有することが好ましい。また、図示しないが、第１電極ユニットが嵌合する段差部や第４電極ユニットが嵌合する段差部のいずれかのみを有する構成であってもよい。
更に、上述した第４の実施形態における電解液の供給時期については、当該空気電池スタックを作動させる必要性が生じるまでは、電解液収容部Ｅを空のままの状態で保管しておき、空気電池スタックの使用に際して電解液を注入するような注液式とすることが望ましい。このような注液式空気電池スタックとすることにより、保管中における電解液や活物質の消耗や変質、劣化を避けることができ、半永久的な保管が可能となることから、非常用の予備電源として有効活用することができる。また、このとき、電解液を溶媒と電解質とに分けた状態で保管することもでき、これによって電解液タンクの材質的な制約を緩和することができる。
また、上述した第４の実施形態においては、第１電極ユニットが、導電性基体の通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、第４電極ユニットが、上記所定の基体の各通気面の外表面の一部に空気電池用負極を備え、第２の絶縁性枠体が、その枠内の一部に空気電池用負極を備え、空気電池用正極及び空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有していることを必須としない。しかしながら、上記所定の第１電極ユニットや第４電極ユニットを第２の絶縁性枠体で接合する場合、第２の絶縁性枠体が、空気電池用正極及び空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有していることが好ましい。これにより、各電極ユニットを強固に接合することができる。
更に、上述した第４の実施形態においては、空気電池用正極の電極面積が、その空気電池用正極が対向する空気電池用負極ので電極面積より大きいことが好ましい。これは空気電池用負極における反応に比して、空気電池用正極における反応の活性が低い傾向を有するためであり、このような構成とすることにより、各電極反応の活性の差が電池性能の律速となりにくい。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。
（実施例１）
＜１＞電極ユニットの作製
導電性基体３２（１２，２２）を作製するために、厚み０．１ｍｍ×縦１００ｍｍ×横１００ｍｍのニッケル製板材（非通気性板材３２１（１２１，２２１）に相当する。）と、同様のサイズを有し、その中央部の縦９０ｍｍ×横９０ｍｍの範囲に、化学エッチングによって０．２ｍｍ径の微細孔をチドリパターンに形成したニッケル製板材（通気性板材３２２（１２２，２２２）に相当する。）を準備し、これら両板材を高さ１．２ｍｍのリブ（リブ３２３（２２３，１２３）に相当する。）により接合して導電性基体３２（１２，２２）とした。
上記により得られた導電性基体３２，２２のニッケル製非通気性板材側（図６における下面側である。）の表面に、空気電池用負極層３６，２６として、厚み０．１ｍｍ×縦９４ｍｍ×横９４ｍｍのサイズの亜鉛板を導電性接着剤によって貼り付けた。このとき、最下段となる電極ユニット１２には、空気電池用負極層を設けていないものを使用した（図６参照。）。
一方、導電性基体３２，１２のニッケル製通気性板材側（図６における上面側である。）の表面には、エッチングによる微細孔形成領域の上に、導電性撥水層と、その上に空気電池用正極層３４，１４とを焼き付けた。なお、上記導電性撥水層は、アセチレンブラック（電気化学工業株式会社製、ＨＳ１００）１．５重量部と、黒鉛（日本黒鉛工業株式会社製、ＳＰ２０）３．５重量部と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）５重量部から成るものとした。また、空気電池用正極層３４，１４については、アセチレンブラック（電気化学工業株式会社製、ＨＳ１００）２．５重量部と、黒鉛（日本黒鉛工業株式会社製、ＳＰ２０）２．５重量部と、ケッチェンブラック１．０重量部と、ＭｎＯ２（二酸化マンガン：日本重化学工業株式会社製）２重量部と、コロイダルシリカ１重量部と、ＰＴＦＥ１重量部から成るものとした。このとき、最上段の電極ユニット２２には、空気電池用正極層を設けていないものを使用した（図６参照。）。
＜２＞絶縁性枠体の作製
ポリプロピレンを材料として、図５及び図６に示したように、凸状断面を備えた枠体からなり、外側面に電解液の供給口４０ｂと、排出口４０ｃを備え、上下両面に段差部４０ａを備え、上記サイズの電極ユニットが嵌合するようにした絶縁性枠体４０を作製した。
＜３＞空気電池スタックの組み立て
上記構造を備えた電極ユニットを１１個、具体的には、第１Ｂ電極ユニット１０Ｂを１個、第３Ａ電極ユニット３０Ａを９個、第２Ｂ電極ユニット２０Ｂを１個、絶縁性枠体４０を１０個用意し、これらを交互に積層し、各電極ユニットの空気電池用正極層と空気電池用負極層とが対向した状態とすることによって、１０セルからなる本例の空気電池スタックを得た。なお、積層に際しては、絶縁性枠体４０の段差部４０ａにプライマーを塗布した後、変性アクリルシリコーン系接着剤（セメダイン株式会社製、スーパーＸ）をディスペンサーにより塗布することによって、各電極ユニット（１０Ｂ，２０Ｂ，３０Ａ）と絶縁性枠体４０とをそれぞれ接合するようにした。
（比較例１）
上記同様の材料から成り同一サイズの空気電池用負極層３６と、上記同様の材料から成り同一サイズの空気電池用正極層３４を備えたセルを１０個積層し、図１９（簡略化のため、２セルから成る積層構造を示した。）に示すように、各セル間を波形の金属薄板から成る集電体６０によって接続して、本例の空気電池スタックを得た。
〔性能評価〕
（１）セル間の集電抵抗
１０セルからなり、図１９に示すような積層構造を有する本発明外の比較例１の空気電池スタックに矢印Ａで示すように０．５ＭＰａの締結圧を加えた場合において、セル間の集電抵抗を測定した結果、５００ｍΩ・ｃｍ２であった。これに対して、本発明の範囲に属する実施例１の空気電池スタックにおいては、セル間の集電抵抗が１５０ｍΩ・ｃｍ２（締結圧：０）に過ぎないことが確認された。
（２）発電性能
実施例１の空気電池スタックと、比較例１の空気電池スタックの発電性能を比較調査した。このとき、電解液としては、ＫＯＨの８Ｍ水溶液を用い、温度を室温とし、空気の供給量を毎分６０Ｌとした。得られた結果を図１８に示す。図１８に示すように、実線で示す本発明の範囲に属する実施例１の空気電池スタックにおいては、例えば、１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で電圧が約８Ｖであるのに対して、点線で示す本発明外の比較例１の空気電池スタックにおいては、上記電流密度において３Ｖの電圧が得られるに過ぎないことが確認された。
（実施例２−１）
＜１＞電極ユニットの作製
導電性基体１２を作製するために、厚み０．１ｍｍ×縦１００ｍｍ×横１００ｍｍのニッケル製板材の一部に、空気電池用正極層に空気を供給するための０．２ｍｍ経の微細孔を化学エッチングによってチドリパターンに形成したもの（通気性板材１２２に相当する。）と、厚み１ｍｍ×縦１００ｍｍ×横１００ｍｍのアルミニウム製板材（非通気性板材１２１に相当する。）と、１．２ｍｍの高さのアルミニウム製リブ（リブ１２３に相当する。）とを用意した。ニッケル製板材とアルミニウム製板材の両板材を高さ１．２ｍｍのリブにより接合して導電性基体１２とした。
上記により得られた導電性基体１２のニッケル製通気性板材側（図２における上面側である。）の表面には、エッチングによる微細孔形成領域の上に、導電性撥水層と、その上に空気電池用正極層１４とを焼き付けて、本例で用いる第１Ｂ電極ユニット１０Ｂを得た（但し、電極面積は異なる。）。なお、上記導電性撥水層は、アセチレンブラック（電気化学工業株式会社製、ＨＳ１００）１．５重量部と、黒鉛（日本黒鉛工業株式会社製、ＳＰ２０）３．５重量部と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）５重量部から成るものとした。また、空気電池用正極層１４については、アセチレンブラック（電気化学工業株式会社製、ＨＳ１００）２．５重量部と、黒鉛（日本黒鉛工業株式会社製、ＳＰ２０）２．５重量部と、ケッチェンブラック１．０重量部と、ＭｎＯ２（二酸化マンガン：日本重化学工業製）２重量部と、コロイダルシリカ１重量部と、ＰＴＦＥ１重量部から成るものとした。
導電性基体２２を作製するために、厚み０．１ｍｍ×縦１００ｍｍ×横１００ｍｍのニッケル製板材（非通気性板材２２１に相当する。）と、厚み１ｍｍ×縦１００ｍｍ×横１００ｍｍのアルミニウム製板材（非通気性板材２２１に相当する。）と、１．２ｍｍの高さのアルミニウム製リブ（リブ２２３に相当する。）とを用意した。ニッケル製板材とアルミニウム製板材の両板材を高さ１．２ｍｍのリブにより接合して導電性基体２２とした。
上記により得られた導電性基体２２のニッケル製非通気性板材側（図２における下面側である。）の表面に、空気電池用負極層２６として、厚み１ｍｍのマグネシウム合金板を導電性接着剤で貼り付けて、本例で用いる第２Ｂ電極ユニット２０Ｂを得た（但し、電極面積は異なる。）。なお、第２Ｂ電極ユニット２０Ｂが形成する電解液収容部Ｅと第２Ｂ電極ユニット２０Ｂとの界面における面積に対して、第２Ｂ電極ユニット２０Ｂに形成された電極層２６が占める面積の割合であるＱ値は０．８とした。
＜２＞絶縁性枠体の作製
ポリプロピレンを材料として、図２に示したように、凸状断面を備えた枠体からなり、外側面に電解液の供給口４０ｂと、排出口４０ｃを備え、上下両面に段差部４０ａを備え、上記サイズの電極ユニットが嵌合するようにした絶縁性枠体４０を作製した。
＜３＞空気電池の組み立て
第１Ａ電極ユニット１０Ａを１個、第２Ａ電極ユニット２０Ａを１個、絶縁性枠体４０を１個用意し、これらを積層し、各電極ユニットの空気電池用正極層と空気電池用負極層とが対向した状態とすることによって、本例の空気電池を得た。なお、積層に際しては、絶縁性枠体４０の段差部４０ａにプライマーを塗布した後、変性アクリルシリコーン系接着剤（セメダイン株式会社製、スーパーＸ）をディスペンサーにより塗布することによって、各電極ユニット（１０Ａ，２０Ａ）と絶縁性枠体４０とをそれぞれ接合するようにした。
（実施例２−２）
実施例２−１の電極ユニットの作製に際して、第２Ｂ電極ユニット２０Ｂが形成する電解液収容部Ｅと第２Ｂ電極ユニット２０Ｂとの界面における面積に対して、第２Ｂ電極ユニット２０Ｂに形成された電極層２６が占める面積の割合であるＱ値を０．６としたこと以外は、実施例２−１と同様の操作を繰り返して、本例の空気電池を得た。
〔性能評価〕
（１）放電性能
実施例２−１及び実施例２−２の空気電池の放電時間の延長効果を比較調査した。このとき、電解液としては、ＮａＣｌの４Ｍ水溶液を用い、温度を室温とし、空気の供給量を毎分６０Ｌとした。得られた結果を図２０に示す。
図２０に示すように、実線で示す各例の空気電池におけるセル電圧が０．４Ｖとなるまでの放電時間を比較すると、Ｑ値が０．６と相対的に低い実施例２−２の方がＱ値が０．８と相対的に高い実施例２−１よりも放電時間が長くなることが分かる。
以上、本発明を若干の実施形態及び例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、図示しないが、第１の実施形態に係る電極構造体を適宜組み合わせて複数の電解液収容部を有する電極構造体（空気電池スタック）とすることもできる。
１，２，３，４，５ 電極構造体（空気電池）
１０ 第１電極ユニット
１０Ａ 第１Ａ電極ユニット
１０Ｂ 第１Ｂ電極ユニット
１２，２２，２３，３２ 導電性基体
１２ａ，２２ａ，３２ａ，５２ａ 通気空間
１２ｂ，３２ｂ，５２ｂ 通気面
３２ｃ 面
１４，３４，５４ 空気電池用正極層
２６，３６，４６ 空気電池用負極層
２０ 第２電極ユニット
２０Ａ 第２Ａ電極ユニット
２０Ｂ 第２Ｂ電極ユニット
２０Ｃ 第２Ｃ電極ユニット
３０ 第３電極ユニット
３０Ａ 第３Ａ電極ユニット
３０Ｂ 第３Ｂ電極ユニット
４０ 第１の絶縁性枠体
４０ａ，４２ａ 段差部
４０ｂ，４２ｂ 供給口
４０ｃ，４２ｃ 排出口
４２ 第２の絶縁性枠体
５０ 第４電極ユニット
５０Ａ 第４Ａ電極ユニット
５０Ｂ 第４Ｂ電極ユニット
５２ 基体
６０ 集電体
１００，１０１，１０２，１０３ 電極構造体（空気電池スタック）
１２１，２２１，３２１ 非通気性板材
１２２，２２２，３２２，５２２ 通気性板材
１２３，２２３，３２３，５２３ リブ
Ｅ，Ｅ’ 電解液収容部
一方、上記導電性基体２２としては、空気電池用負極支持機能を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、導電性基体２２の外形形状は、矩形板状に限定されるものではなく、円形板状でもよく、更には板状以外の形状でもよい。また、通気空間２２ａは、例えば、金属製の非通気性板材２２１と非通気性板材２２１とを同じく金属製のリブ２２３を介して接合し、箱形の導電性基体を形成することによって設けることができる。

Claims (18)

  1. 内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面に空気電池用正極を備えた第１電極ユニットと、
    導電性基体の外表面に空気電池用負極を備えた第２電極ユニットと、
    第１の絶縁性枠体と、を具備し、
    上記各電極ユニットが、隣り合う構造を有し、
    上記第１の絶縁性枠体が、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、該隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、該隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している
    ことを特徴とする電極構造体。
  2. 上記第１電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、
    上記第２電極ユニットが、導電性基体の外表面の一部に空気電池用負極を備え、
    上記第１の絶縁性枠体が、上記空気電池用正極及び上記空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有している
    ことを特徴とする請求項１に記載の電極構造体。
  3. 内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面に空気電池用正極を備えた第１電極ユニットと、
    導電性基体の外表面に空気電池用負極を備えた第２電極ユニットと、
    上記第１電極ユニットと上記第２電極ユニットとの間に配設され、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面に空気電池用正極を備えると共に、該通気面と反対側の面の外表面に空気電池用負極を備えた、少なくとも１つの第３電極ユニットと、
    上記第３電極ユニットの個数より１つ多い個数の第１の絶縁性枠体と、を具備し、
    上記各電極ユニットが、隣り合う構造を有し、
    上記第１の絶縁性枠体が、隣り合う電極ユニットの空気電池用正極と空気電池用負極とが対向するように、該隣り合う電極ユニットを離間して接合し、かつ、該隣り合う電極ユニットと共に電解液収容部を形成している
    ことを特徴とする電極構造体。
  4. 上記第１電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、
    上記第２電極ユニットが、導電性基体の外表面の一部に空気電池用負極を備え、
    上記第３電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備えると共に、該通気面と反対側の面の外表面の一部に空気電池用負極を備え、
    上記第１の絶縁性枠体が、上記空気電池用正極及び上記空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有している
    ことを特徴とする請求項３に記載の電極構造体。
  5. 上記第１電極ユニットが、上記空気電池用正極と上記空気電池用負極とが対向する方向における一方の端部のみに配設され、
    上記第２電極ユニットが、上記空気電池用正極と上記空気電池用負極とが対向する方向における他方の端部のみに配設されている
    ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電極構造体。
  6. 内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面に空気電池用正極を備えた、２つの第１電極ユニットと、
    空気電池用負極を備えた第２の絶縁性枠体と、を具備し、
    上記空気電池用負極が、上記２つの第１電極ユニットの間に配設された構造を有し、
    上記第２の絶縁性枠体が、その枠内に上記空気電池用負極を備え、かつ、隣り合う上記２つの第１電極ユニットの上記空気電池用正極と該空気電池用負極とが対向するように、隣り合う該２つの第１電極ユニットの該空気電池用正極及び該空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う該２つの第１電極ユニットと共に電解液収容部を形成している
    ことを特徴とする電極構造体。
  7. 上記第１電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、
    上記第２の絶縁性枠体が、その枠内の一部に上記空気電池用負極を備え、かつ、上記空気電池用正極及び上記空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有している
    ことを特徴とする請求項６に記載の電極構造体。
  8. 内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面に空気電池用正極を備えた、２つの第１電極ユニットと、
    上記２つの第１電極ユニットの間に配設され、内部に通気空間を有し、かつ、対向する位置に通気面を有する基体の該各通気面の外表面に空気電池用正極を備え、該各通気面の外表面に配設された該空気電池用正極同士が電気的に絶縁されている、少なくとも１つの第４電極ユニットと、
    空気電池用負極を備え、上記第４電極ユニットの個数より１つ多い個数の第２の絶縁性枠体と、を具備し、
    上記空気電池用負極が、上記各電極ユニットの間に配設された構造を有し、
    上記第２の絶縁性枠体が、その枠内に上記空気電池用負極を備え、かつ、隣り合う上記各電極ユニットの上記空気電池用正極と該空気電池用負極とが対向するように、隣り合う該各電極ユニットの該空気電池用正極及び該空気電池用負極を離間して接合し、かつ、隣り合う該各電極ユニットと共に電解液収容部を形成している
    ことを特徴とする電極構造体。
  9. 上記第１電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、通気面を有する導電性基体の該通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、
    上記第４電極ユニットが、内部に通気空間を有し、かつ、対向する位置に通気面を有する基体の該各通気面の外表面の一部に空気電池用正極を備え、該各通気面の外表面に配設された該空気電池用正極同士が電気的に絶縁されており、
    上記第２の絶縁性枠体が、その枠内の一部に上記空気電池用負極を備え、かつ、上記空気電池用正極及び上記空気電池用負極のうち電極面積が小さくない方の電極面積より大きい面積の開口部を有している
    ことを特徴とする請求項８に記載の電極構造体。
  10. 上記空気電池用正極の電極面積が、該空気電池用正極が対向する上記空気電池用負極の電極面積より大きいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の電極構造体。
  11. 上記第１の絶縁性枠体が、上記第１電極ユニット、上記第２電極ユニット又は上記第３電極ユニットが嵌合する段差部を有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つの項に記載の電極構造体。
  12. 上記第２の絶縁性枠体が、上記第１電極ユニット又は上記第４電極ユニットが嵌合する段差部を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の電極構造体。
  13. 上記第１の絶縁性枠体が、上記第１電極ユニット又は上記第２電極ユニットが嵌合する段差部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電極構造体。
  14. 上記第２の絶縁性枠体が、上記第１電極ユニットが嵌合する段差部を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の電極構造体。
  15. 請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の電極構造体を具備したことを特徴とする空気電池スタック。
  16. 上記電解液収容部に電解液が注液されることによって発電が開始される注液式であることを特徴とする請求項１５に記載の空気電池スタック。
  17. 請求項１、２、６及び７のいずれか１つの項に記載の電極構造体を具備したことを特徴とする空気電池。
  18. 上記電解液収容部に電解液が注液されることによって発電が開始される注液式であることを特徴とする請求項１７に記載の空気電池。
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