KR20210044785A - 금속 공기 전지 및 그 사용 방법 - Google Patents

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KR20210044785A
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air
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마사키 다카하시
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후지쿠라 컴퍼지트 가부시키가이샤
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Abstract

교환 작업을 용이화 가능한 동시에, 고출력을 효과적으로 유지하는 것이 가능한 금속 공기 전지 및 그 사용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 금속 공기 전지는, 금속극과, 금속극에 대향하여 배치되는 공기극과, 금속극 및 상기 공기극을 지지하는 하우징을 가지고 구성되는 금속 공기 전지 셀(2)이 복수 개 나란하게 마련된 셀 유닛(1)을 구성하고 있으며, 셀 유닛 통째의 교환을 가능하게 하는 제1 교환 수단으로서의, 예를 들면 손잡이(20)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 교환 작업을 용이화 가능한 동시에, 고출력을 효과적으로 유지하는 것이 가능하다.

Description

금속 공기 전지 및 그 사용 방법
본 발명은 복수의 금속 공기 전지 셀을 구비한 셀 유닛을 가진 금속 공기 전지 및 그 사용 방법에 관한 것이다.
금속 공기 전지란, 양극인 공기극에 있어서, 대기 중의 산소를 양극 활물질로서 이용하여 해당 산소의 산화 환원 반응이 행해진다. 한편, 음극인 금속극에 있어서, 금속의 산화 환원 반응이 행해진다. 금속 공기 전지의 에너지 밀도가 높아 재해 시 등에 있어서 비상용 전원 등의 역할로서 기대되고 있다. 전해액을 금속 공기 전지에 급수하는 것으로 발전이 시작된다.
종래, 이와 같은 금속 공기 전지에 있어서는, 일회용의 1차 전지였지만, 특허문헌 1에는, 금속극을 꺼내어 교환 가능한 금속 공기 전지의 구조가 제안되어 있다.
일본 공개특허 제2004-362869호 공보
그런데, 복수의 금속 공기 전지 셀을 나란하게 마련한 셀 유닛을 구성하면 고출력을 얻는 것이 가능하다.
그렇지만, 특허문헌 1에는 고출력을 유지하기 위하여 셀 유닛에 관한 교환 작업에 대해서는 기재되어 있지 않다.
따라서, 본 발명은 이러한 점에 착안하여 이루어진 것으로, 교환 작업을 용이화 가능한 동시에, 고출력을 효과적으로 유지하는 것이 가능한 금속 공기 전지 및 그 사용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 금속 공기 전지는, 금속극과, 상기 금속극에 대향하여 배치되는 공기극과, 상기 금속극 및 상기 공기극을 지지하는 하우징을 가지고 구성되는 금속 공기 전지 셀이 복수 개 나란하게 마련된 셀 유닛을 구성하고 있고, 상기 셀 유닛 통째의 교환을 가능하게 하는 제1 교환 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 금속 공기 전지는, 금속극과, 상기 금속극에 대향하여 배치되는 공기극과, 상기 금속극 및 상기 공기극을 지지하는 하우징을 가지고 구성되는 금속 공기 전지 셀이 복수 개 나란하게 마련된 셀 유닛을 구성하고 있고, 복수의 상기 금속극은, 상기 하우징에 대해 교환 가능하게 지지되어 있고, 복수의 상기 금속극을 동시에 교환 가능하게 하는 제2 교환 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 공기 전지에 있어서, 상기 셀 유닛 통째의 교환을 가능하게 하는 제1 교환 수단을 추가로 구비하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 교환 수단은, 상기 셀 유닛에 대한 전해액의 액면 높이 보다도 높은 위치에 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 교환 수단에는, 손가락을 걸기 위한 손가락 걸이부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 상기에 기재한 금속 공기 전지의 사용 방법에 있어서, 상기 셀 유닛 통째, 혹은 복수의 상기 금속극을 동시에 교환하면서 발전을 계속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 금속 공기 전지에 따르면, 교환 작업을 용이화 가능한 동시에, 고출력을 효과적으로 유지하는 것이 가능하다.
도 1은 본 실시 형태에 있어서 금속 공기 전지를 구성하는 셀 유닛의 사시도이다.
도 2a는 본 실시 형태에 있어서 셀 유닛을 전해액에 침지시킨 상태를 나타내는 금속 공기 전지의 사시도이고, 도 2b는 셀 유닛의 교환 작업을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1과 일부 다른 셀 유닛의 사시도이다.
도 4는 본 실시 형태에 있어서 금속 공기 전지 셀의 사시도이다.
도 5a는 도 4에 도시한 금속 공기 전지 셀의 정면도이며, 도 5b는 도 5a에 나타낸 금속 공기 전지 셀을 A-A선을 따라서 절단하여 화살표 방향에서 본 단면도이고, 도 5c는 금속 공기 전지 셀의 평면도이며, 도 5d는 금속 공기 전지 셀의 저면도이다.
도 6은 본 실시 형태의 셀 유닛을 전해액에 침지시킨 상태를 나타내는 금속 공기 전지의 단면도이다.
도 7a는 본 실시 형태에 있어서 셀 유닛을 전해액에 침지시킨 상태를 나타내는 금속 공기 전지의 사시도이고, 도 7b는 금속판의 교환 작업을 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태(이하 "실시 형태"라고 약기한다)에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지의 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.
본 발명자는, 금속 공기 전지 셀을 복수 나란하게 마련한 셀 유닛(금속 공기 전지 유닛)을 가진 금속 공기 전지에 있어서, 1차 전지이면서 연속적인 발전을 가능하게 할 수 있도록, 셀 유닛 통째, 혹은 복수의 금속극을 동시에 교환 가능하여 교환의 작업 효율을 향상시킨 구성을 개발하기에 이르렀다.
이하, 도면을 이용하면서 본 실시 형태의 금속 공기 전지를 상세하게 설명하지만, "금속 공기 전지"란 복수의 금속 공기 전지 셀을 나란하게 마련한 셀 유닛 자체를 지칭하는 것이기도 하며, 셀 유닛과 전해액을 수용한 발전조(發電槽)의 조합을 지칭하는 것이기도 하다.
도 1은 본 실시 형태에 있어서, 금속 공기 전지를 구성하는 셀 유닛의 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 셀 유닛(1)은 예를 들면, 5개의 금속 공기 전지 셀(2)을 나란하게 마련하여 구성된다. 다만, 금속 공기 전지 셀(2)의 수를 한정하는 것은 아니다.
본 실시 형태에 있어서 셀 유닛(1)은, 동일한 구조의 금속 공기 전지 셀(2)을 복수 조합시킨 것이다. 본 실시 형태에서는, 복수의 금속 공기 전지 셀(2)이 일체적으로 조합되어 있다. 일체적인 조합 방법으로는, 각 금속 공기 전지 셀(2) 끼리를 접착 등으로 접합하거나, 혹은 요철 결합 등으로 일체화 하여도 좋다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 셀 유닛(1)의 양측면(1b, 1c)에는 "제1 교환 수단"으로서의 예를 들면, 손잡이(20)가 마련되어 있다. 손잡이(20)는 손가락으로 파지 가능한 파지부(손가락 걸이부)(20a)와, 파지부(20a)와 셀 유닛(1)의 양측면(1b, 1c) 사이를 연결하는 완부(腕部)(20b)를 가지고 구성된다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 셀 유닛(1)을, 전해액(10)을 수용한 발전조(11) 내에 담근다. 이때, 전해액(10)은 각 금속 공기 전지 셀(2)에 마련된 공기극과 금속극의 사이에 마련된 액실(후술) 내로 주입된다.
예를 들면, 금속극이 마그네슘인 경우, 금속극의 근방에 있어서는 아래 (1)로 나타낸 산화 반응이 발생한다. 또한, 공기극에 있어서는 아래 (2)로 나타낸 환원 반응이 발생한다. 마그네슘 공기 전지 전체로서는 아래 (3)에 나타낸 반응이 일어나 방전이 행해진다.
(1) 2Mg → 2Mg2+ + 4e-
(2) O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
(3) 2Mg + O2 + 2H2O → 2Mg(OH)2
또한, 금속극과 공기극의 산화 환원 반응의 경우에, 생성물(Mg(OH)2)이 생성된다. 방전에 의해, 마그네슘이 점차 감소하고 출력이 저하한다. 그래서, 본 실시 형태에서는 1차 전지이면서, 연속적인 발전을 가능하게 하기 위하여 도 2b에 나타낸 바와 같이, 손잡이(20)를 이용하여 마그네슘이 감소한 오래된 셀 유닛(1)을 전해액(10) 내로부터 위쪽으로 끌어 올린다. 그리고, 대신하여 새로운 셀 유닛(1)을 전해액(10) 내에 침지시킨다. 이에 따라, 연속적인 발전이 가능하게 된다. 셀 유닛(1)의 교환 후에도 발전조(11) 내의 전해액(10)을 그대로 사용하는 것이 가능하다. 또한, 후술하는 금속 공기 전지 셀(2)의 구성에서는, 금속극과 공기극의 산화 환원 반응 시에 생성된 생성물이 발전조(11) 내의 전해액(10) 내로 배출되기 때문에, 발전조(11)에는 예를 들면, 전해액(10)을 환류(還流)시키는 기구를 마련하는 등으로 전해액(10) 환류를 촉진시켜도 좋다.
이와 같이, 도 1에 나타낸 구성의 셀 유닛(1)을 이용하는 것으로, 셀 유닛 통째의 교환이 가능하며, 교환 작업을 용이화 가능하여, 장기간에 걸쳐 고출력을 지속하는 것이 가능하다.
도 1에는 셀 유닛(1)의 측면(1b, 1c)에 각각 손잡이(20)가 마련되어 있지만, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 측면(1b, 1c) 사이를 셀 유닛(1)의 위쪽으로 걸쳐서 연결되도록 손잡이(21)가 마련되어 있어도 좋고, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 셀 유닛(1)의 측면(1b, 1c)에 각각 내측으로 오목하게 요부(손가락 걸이부)(22)가 마련되어 있어도 좋다. 요부(22)에 손가락을 거는 등으로 하여 셀 유닛(1)을 용이하게 교환하는 것이 가능하다.
다음으로, 금속 공기 전지 셀(2)의 구조에 대하여, 도 4 및 도 5를 이용하여 상세히 설명한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 금속 공기 전지 셀(2)은, 금속극(3)과, 공기극(4)과, 금속극(3) 및 공기극(4)을 지지하는 하우징(5)을 가지고 구성된다.
도 5b 및 도 5c에 나타낸 바와 같이, 공기극(4)은 금속극(3)의 양측에 간격을 두고 배치되는 동시에, 하우징(5)의 양측 외면에 노출되어 있다.
도 4 및 도 5a 내지 도 5d에 나타낸 바와 같이, 하우징(5)은 상부(上部)(5a)와, 하부(下部)(5b)와, 상부(5a)와 하부(5b)를 연결하는 전부(前部)(5c), 후부(後部)(5d), 및 측부(側部)(5e, 5f)를 가진다. 하우징(5)은 일체적으로 성형된 것이어도 좋고, 복수로 분할된 각 성형체를 조합시켜서 하우징(5)이 구성되어도 좋다.
하우징(5)의 상부(5a)에는, 슬릿(5g)이 마련되고, 금속극(3)이 이 슬릿(5g) 내에 고정 지지되어 있다. 도 5c에 나타낸 바와 같이, 금속 공기 전지 셀(2)의 하우징(5) 상부(5a)에 형성된 슬릿(5g)의 폭 쪽이 금속극(3)의 폭보다도 넓게 되어 있다. 금속극(3)과 슬릿(5g)의 사이에는 액실(6)에 연결되는 연통공(5k)이 형성되어 있다.
하우징(5)의 측부(5e, 5f)에는 각각 창(5h)이 마련되어 있다(도 5b 참조). 또한, 각 창(5h)의 상측, 하측, 좌측 및 우측의 전체 둘레를 감싸 고정부(5i)가 형성되어 있다. 도 5b에는 창(5h)의 상측 및 하측에 위치하는 고정부(5i)가 도시되어 있지만, 실제로는 창(5h)의 좌측 및 우측에도 고정부(5i)는 존재하며, 창(5h)의 전체 둘레가 고정부(5i)로 둘러싸여 있다.
도 5b에 나타낸 바와 같이, 각 공기극(4)은 각 측부(5e, 5f)의 고정부(5i)에 접착제 등으로 고정되어 있어 각 창(5h)을 막고 있다. 하우징(5)의 측부(5e, 5f)에 각각 마련된 창(5h)이 막히는 것으로, 측부(5e, 5f)에 고정된 공기극(4)의 사이에는 액실(6)이 형성되어 있다. 액실(6)은 전해액(10)의 공급구로서의 관통공(8, 14)을 제외하고 둘러싸여 있다.
도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 나타낸 바와 같이, 고정부(5i)의 외주에는 상측을 제외하고 가장자리부(5j)가 형성되어 있다. 즉, 가장자리부(5j)는 고정부(5i)의 하측, 좌측 및 우측을 둘러싸도록 형성되어 있다. 또한, 가장자리부(5j)는 고정부(5i) 보다도 바깥쪽으로 돌출하고 있다. 이 때문에, 가장자리부(5j)와 고정부(5i)의 사이에는 단차가 형성되어 있다. 도 4, 도 5b 및 도 5c에 나타낸 바와 같이, 공기극(4)은 가장자리부(5j)의 표면 보다도 후미진 위치(후방)에 배치되어 있다. 따라서, 공기극(4)과 가장자리부(5j)의 사이에는 위쪽 및 공기극(4)의 앞쪽은 개방된 공간이 형성되어 있다. 이 공간은 복수의 금속 공기 전지 셀(2)을 나란하게 마련시키는 것으로 위쪽만이 개방된 공기실(7)을 구성한다(도 6을 참조하시오).
도 5b 및 도 5d에 나타낸 바와 같이, 하우징(5)의 하부(5b)에는, 액실(6)로 통하는 관통공(8)이 형성되어 있다. 관통공(8)의 폭 치수(T)는, 금속극(3)의 두께 보다 크다. 여기에서, "폭 치수"란 하우징(5) 한 쪽의 측부(5e)로부터 다른 쪽의 측부(5f)를 향하는 방향의 치수를 가리킨다. 도 5b 및 도 5d에 나타낸 바와 같이, 관통공(8)은 금속극(3)의 하단(3a)과 대향하는 위치에 형성된다. 그러므로, 도 5d에 나타낸 바와 같이, 관통공(8)을 통해 금속극(3)의 하단(3a)을 보는 것이 가능하다. 도 5b 및 도 5d에 나타낸 바와 같이, 금속극(3)은 관통공(8)의 폭 치수(T) 중심에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는 금속극(3) 하단(3a)과 관통공(8) 상단(8a)의 위치 관계를 한정하는 것은 아니지만, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 금속극(3)의 하단(3a)은 관통공(8)의 상단(8a) 이상의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 여기에서 "상단(8a) 이상의 위치"란 상단(8a)의 위치 및 상단(8a)의 위쪽 위치를 포함한다. 이에 따라, 금속극(3)과 공기극(4)의 반응에 의해 생성된 생성물을 관통공(8)으로부터 외부로 효과적으로 배출하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에서는 금속극(3)의 좌우 양측에 공기극(4)이 마련되어 있으므로, 금속극(3)의 좌우 양측에서 생성물이 생성된다. 이 때문에, 상기한 바와 같이, 관통공(8)의 폭 치수(T) 중심에 금속극(3)을 배치하는 것으로, 금속극(3)의 좌우 양측으로부터 생성되는 생성물을 적절하게 관통공(8)을 통해 외부로 배출하는 것이 가능해진다.
또한, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 금속극(3)의 하단(3a)은 자유단으로 되어 있다. 이에 따라, 금속극(3)의 하단(3a)을 요동시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 공기극(4)과 금속극(3)의 사이에 생성물이 퇴적되는 경우에, 금속극(3)이 휘어지도록 하는 것이 가능하여, 생성물에 의한 가압력을 완화 가능하고, 금속극(3) 및 공기극(4)의 파손을 억제하는 것이 가능하다.
도 5d에는 관통공(8)의 형상이 직사각형이지만, 직사각형으로 한정하는 것은 아니며, 다른 형상이어도 좋다. 또한, 도 5d에는 관통공(8)의 수가 3개이지만, 관통공(8)의 수를 한정하는 것은 아니다.
관통공(8)은 전해액을 액실(6)까지 공급하는 공급구로서의 기능을 가지는 동시에, 금속극(3)과 공기극(4)의 반응에 의해 생성된 생성물을 셀 유닛(1)의 외부로 배출시키는 기능을 가지고 있다.
이와 같이, 전해액의 공급과 생성물의 배출이 가능하다면, 관통공(8)의 형성 위치를 하우징(5)의 하부(5b)로 한정하는 것은 아니다. 도 4에는 하우징(5)의 전부(5c)에 관통공(14)을 마련하고 있다. 도 4에는 복수의 관통공(14)이 전부(5c)의 높이 방향으로 간격을 두고 형성되어 있다. 이러한 관통공(14)은 관통공(8)과 마찬가지로 액실(6)로 통하고 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 하우징(5)의 후부(5d)에도 관통공(14)을 마련하는 것이 가능하다. 하우징(5)의 전부(5c)나 후부(5d)에 마련된 관통공(14)의 적어도 일부는 전부(5c)나 후부(5d)의 하측에 배치하는 것이 바람직하다. "하측"이란 전부(5c) 및 후부(5d)의 높이 치수의 절반 아래, 바람직하게는 높이 치수의 1/2 이하의 하측 부분, 보다 바람직하게는, 높이 치수의 1/3 이하의 하측 부분이다. 이와 같이, 관통공(14)을 하우징(5)의 전부(5c)나 후부(5d)에 마련하여도, 전해액(10)의 공급과 생성물의 배출이 가능하다.
다만, 생성물은 자중에 의해 액실(6) 내를 강하하기 때문에, 관통공(8)을 하우징(5)의 하부(5b)에 형성하는 것이 생성물의 배출을 효과적으로 촉진하는 것이 가능하여 바람직하다. 본 실시 형태에서는 하우징(5)의 하부(5b) 및 전부(5c), 후부(5d)에 각각 관통공(8, 14)을 마련하고 있다.
또한, 도 5d에서는 하우징(5)의 하부(5b)에 마련된 관통공(8)은, 금속극(3)의 가로 폭 방향(하우징(5)의 전부(5c)로부터 후부(5d)를 향하는 방향)으로 등간격으로 복수 형성되어 있지만, 도 5d에 나타낸 좌측의 관통공(8)으로부터 우측의 관통공(8)에 이르기까지 연통하는 긴 슬릿 형상의 관통공(8)이 형성되어 있어도 좋다. 다만, 관통공(8)이 긴 슬릿 형상이라면, 금속극(3)과 공기극(4)의 반응에 의해 생성된 생성물이 일단 관통공(8)을 통해 외부로 빠져나가도, 물의 흐름 등에 의해서는 다시 생성물이 관통공(8)을 통해 액실(6) 내로 되돌아오기 쉬워진다. 따라서, 관통공(8)은 도 5d에 나타낸 바와 같이, 복수로 나누어 형성하는 것이 생성물의 배출 효과에 우수하여 바람직하다. 또한, 물의 흐름이 발생하지 않는 구성에서는 각 관통공(8)을 연통하는 긴 슬릿 형상이어도 좋다.
본 실시 형태에서는, 상기에서 상세하게 설명한 금속 공기 전지 셀(2)을 복수 개 나란하게 마련시켜 일체화 한다. 이 나란하게 마련한 상태에서는 양측에 위치하는 금속 공기 전지 셀(2)의 외측이 개방된 상태로 있기 때문에, 양측면을 막기 위하여 셀 유닛(1)의 양측면(1b, 1c)을 구성하는 판재(9)를 맞붙인다. 또한, 판재(9)에는 도 1에 나타낸 예를 들면, 손잡이(20)가 취부되어 있다. 이에 따라, 도 1에 나타낸 바와 같이, 복수의 금속 공기 전지 셀(2)과, 제1 교환 수단으로서 예를 들면, 손잡이(20)를 가진 셀 유닛(1)이 완성된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 셀 유닛(1)을, 전해액(10)을 수용한 발전조(11) 내에 담그면, 전해액(10)은 관통공(8)이나 관통공(14)을 통해 액실(6) 내로 주입된다. 또한, 도 6에는 관통공(14)을 도시하지 않았다. 또한, 도 5c를 이용하여 설명한 바와 같이, 금속극(3)과, 하우징(5) 상부(5a)의 슬릿(5g)과의 사이에는 액실(6)에 연결되는 연통공(5k)이 형성되어 있으므로, 전해액(10)의 액실(6) 내로의 주입 시, 액실(6)의 공기는 연통공(5k)으로부터 외부로 빠져나가 전해액(10)을, 관통공(8, 14)을 통해 원활하게 액실(6) 내부로 안내하는 것이 가능하다.
또한, 도 6에는 발전조(11)의 저면(11a)과 셀 유닛(1)의 하면(下面)(1a) 사이에 돌기부(12)가 마련되어 있다. 이에 따라, 발전조(11)의 저면(11a)과 셀 유닛(1)의 하면(1a) 사이에는 소정 높이의 간극(13)이 형성된다. 따라서, 셀 유닛(1)의 하면(1a)이 발전조(11)의 저면(11a)에 접촉하는 것은 아니다.
이때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 교환 수단으로서의, 예를 들면 손잡이(20)는 전해액(10)의 액면 높이 보다도 높은 위치에 마련되어 있다. 이에 따라, 손잡이(20)를 손으로 들고 셀 유닛(1)을 전해액(10)으로부터 용이하게 끌어 올리는 것이 가능하다. 또한, 후술하는 복수의 금속극(3)을 동시에 교환 가능하게 하는 제2 교환 수단으로의, 예를 들면 연결부(30)도, 전해액(10)의 액면 높이 보다도 높은 위치에 마련되어 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 전해액(10)이 액실(6)에 주입되는 것으로, 예를 들면, 금속극(3)이 마그네슘인 경우, 상기에 기재한 산화 환원 반응이 금속극(3)과 공기극(4)의 사이에서 발생하며, 방전이 행해진다.
이때, 전지 반응의 부반응으로서 발생한 수소를 액실(6)로 통하는 연통공(5k)(도 5c를 참조)으로부터 외부로 배출하는 것이 가능하다. 전해액면 이상에 위치하는 관통공(14)으로부터도 외부로 수소를 배출하는 것이 가능하다.
또한, 금속극(3)과 공기극(4)의 산화 환원 반응 시에 생성된 생성물(Mg(OH)2)을 각 금속 공기 전지 셀(2)의 하부에 마련된 관통공(8)이나, 측부에 마련된 관통공(14)을 통해 발전조(11)의 저면(11a) 측으로 배출하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 발전조(11)의 저면(11a)과 셀 유닛(1)의 하면(1a) 사이에 간극(13)이 형성되어 있기 때문에, 생성물을 셀 유닛(1)의 액실(6)로부터 발전조(11)의 저면(11a) 측을 향하여 적절하게 방출하는 것이 가능하다. 이상에 따라, 각 금속 공기 전지 셀(2)의 액실(6) 내부에 생성물이 쌓이는 것을 억제하는 것이 가능하여, 전극의 파손이나 전기 특성의 열화를 억제하는 것이 가능하고, 장수명화(長壽命化)를 도모하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에서는, 상기한 금속극(3)과 공기극(4)의 산화 환원 반응에 따라, 금속극(3)이 감소하는 것에 따른 출력 저하 등에 기초하여 셀 유닛(1) 통째 새로 교환하는 것이 가능하다. 이때, 셀 유닛(1)에는 제1 교환 수단으로서의, 예를 들면 손잡이(20)가 마련되어 있기 때문에, 용이하게 셀 유닛(1) 통째 교환하는 것이 가능하다.
혹은, 본 실시 형태에서는, 복수의 금속극(3)을 동시에 교환 가능한 구성으로 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 1이나 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 금속극(3)의 상단 끼리를 연결한 "제2 교환 수단"으로서의 연결부(30)가 마련되어 있다. 연결부(30)는 세로바(30a) 및 가로바(30b)를 조합시켜서 이루어진 골조 구조이다. 이에 따라, 연결부(30)의 일부에 손가락을 거는 것이 가능하다.
도 7a에 나타낸 바와 같이, 셀 유닛(1)을, 전해액(10)을 수용한 발전조(11) 내에 담근 후, 금속극(3)의 교환 시기에 도 7b와 같이 연결부(30)를 이용하여 복수의 금속극(3)을 동시에 셀 유닛(1)의 하우징(5)으로부터 인출하여 복수의 금속극(3)을 동시에 교환하는 것이 가능하다. 이때, 예를 들면, 복수의 금속극(3)을 금속 공기 전지 셀(2)의 외측으로부터 내부를 향하여 슬라이드 시켜서 삽입 가능하며, 소정 위치까지 삽입한 후 더 이상 삽입할 수 없도록 구성되어 있다. 이와 같이, 복수의 금속극(3)을 교환 가능한 구성에서는, 셀 유닛(1)의 금속극 이외의 부분은 그대로 금속극(3)의 교환 후에도 사용하는 것이 가능하여 경제적이다.
도 1에 나타낸 셀 유닛(1)에는, 셀 유닛 통째 교환 가능하게 하는 제1 교환 수단으로의, 예를 들면 손잡이(20)와, 복수의 금속극(3)을 동시에 교환 가능하게 하는 제2 교환 수단으로의, 예를 들면 연결부(30)가 마련되어 있지만, 적어도 어느 한 편이어도 좋다. 다만, 둘 모두 마련되어 있는 편이, 상황에 따라 셀 유닛 통째의 교환으로 하거나, 금속극(3) 만의 교환으로 하거나를 선택하는 것이 가능하다. 예를 들면, 1회차의 교환 작업은 금속극(3) 만의 교환으로 한 후, 생성물이 셀 유닛(1) 내에 상당량 쌓인 경우에는, 2회차의 교환 작업은 금속극(3) 만의 교환이 아니라 셀 유닛 통째의 교환으로 하는 편이, 고출력을 효과적으로 지속하는 것이 가능하다.
또한, 셀 유닛(1)에는, 각 금속 공기 전지 셀(2)에 관통공(8, 14)을 마련하고, 생성물의 배출을 가능하게 하는 동시에, 제2 교환 수단으로의, 예를 들면 연결부(30)를 필수로 마련하여, 복수의 금속극(3)을 동시에 교환 가능한 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 생성물의 셀 유닛(1)으로부터의 배출과 함께, 간단하게 금속극(3)의 교환이 가능해지고, 고출력을 간단한 방법으로 효과적으로 지속하는 것이 가능하다. 또한, 셀 유닛(1)의 금속극(3) 이외는 그대로 적용 가능하기 때문에 경제적이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 발전을 종료시킬 때는, 도 2a나 도 7a의 상태로부터 셀 유닛(1)을 끌어 올리거나, 혹은 발전조(11)를 끌어내려 각 금속 공기 전지 셀(2)의 액실(6)로부터 전해액(10)을, 관통공(8)을 통해 빼내는 것으로 발전을 간단하게 중지시키는 것이 가능하다. 혹은, 셀 유닛(1)이 배치된 상태의 발전조(11)로부터 전해액(10)을 빼내는 것으로 발전을 중지시켜도 좋다. 또한, 음극으로서의 금속극(3)을 빼내어도 전지 반응을 정지하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 셀 유닛 통째의 교환을 가능하게 하는 제1 교환 수단의 구성이나, 복수의 금속극을 동시에 교환 가능하게 하는 제2 교환 수단의 구성은, 도 1이나 도 3에 나타낸 구성 이외이어도 좋다. 예를 들면, 제1 교환 수단 및 제2 교환 수단에는, 손가락을 거는 손가락 걸이부가 마련되어 있는 것이 간단하게 교환이 가능해지기 때문에 바람직하지만, 손가락 걸이부가 없는 형태이어도 좋다. 예를 들면, 셀 유닛(1)이나 복수의 금속극(3)을 동시에 공구 등에 연결 가능한 구멍 등이 뚫려 있어도 좋다. 이 구멍에 공구를 걸어 셀 유닛(1)이나 복수의 금속극(3)을 매다는 것으로 교환이 가능해진다.
혹은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 셀 유닛(1)을 발전조(11) 내의 전해액(10) 내에 침지시킨 상태에서, 예를 들면, 발전조(11)에 마련된 스위치를 누르면, 셀 유닛(1)이 전해액(10) 내로부터 위쪽으로 들려 올라가고, 전해액(10)의 밖으로 노출된 셀 유닛(1)의 측면을 손으로 들어 교환하는 형태로 하여도 좋다. 이와 같은, 셀 유닛(1)을 위쪽으로 들어 올리는 기구는 예를 들면, 도 6에 나타낸 발전조(11)의 저면(11a)과 셀 유닛(1)의 하면(1a) 사이에 형성된 간극(13)에 마련하는 것이 가능하다.
또한, 도 5에 나타낸 금속 공기 전지 셀(2)의 구성은 일 예로서, 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 5에는 금속극(3)의 양측에 공기극(4)이 배치되지만, 금속극(3)과 공기극(4)은 하나씩이어도 좋다. 혹은, 금속극(3)과 공기극(4)은 각각 복수 씩 마련되어 있어도 좋다.
또한, 도 1에 나타낸 셀 유닛(1)의 상면에는, 도시하지 않은 천정부가 마련되어 있어도 좋다. 천정부에는 각 공기실(7)로 통하는 개구가 마련되어 있어, 천정부의 개구를 매개로 하여 각 공기실(7)에 공기가 흐르도록 하여도 좋다.
또한, 상기한 천정부에는, 전지 출력을 외부로 공급하는 외부 접속용 단자가 설치되어 있어도 좋다. 외부 접속용 단자는 커넥터이거나 USB 단자 등이며, 특별히 한정하는 것은 아니다. 외부 접속용 단자는 복수 개 마련하는 것이 가능하다. 예를 들면, 휴대 기기를 직접 셀 유닛(1)에 마련된 외부 접속용 단자에 연결하여 전력 공급하는 것이 가능하다. 혹은, 예를 들면, USB 허브 등의 접속 기판을 셀 유닛(1)의 외부 접속용 단자에 연결하고, 접속 기판을 매개로 하여 복수의 휴대 기기에 전력 공급하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
본 실시 형태에서는, 각 금속 공기 전지 셀(2)의 각 전극을 직렬 연결하여도, 병렬 연결하여도 좋고, 배선 방법을 특별히 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 금속 공기 전지의 사용 방법에서는, 셀 유닛 통째, 혹은 복수의 금속극을 동시에 교환하면서 발전을 계속하는 것이 가능하다. 또한, 여기에서 말하는 "발전의 계속"이란, 통상의 1차 전지에 비해 발전을 연장하는 것이 가능한 것을 의미하며, 교환 시에 발전을 정지하여도 그 전후에 있어서 "발전이 계속"되고 있다고 정의된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 금속 공기 전지는, 마그네슘 공기 전지이어도, 다른 금속 공기 전지이어도 적용 가능하다.
본 발명의 금속 공기 전지에 따르면, 교환 작업을 용이화 가능한 동시에, 고출력을 효과적으로 유지하는 것이 가능한 비상용 전원으로서 사용하는 것이 가능하다.
본 출원은 2018년 8월 24일 출원된 일본 특허출원 제2018-157020호에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함되어 있다.
1 : 셀 유닛 1a : 하면
1b, 1c : 측면 2 : 금속 공기 전지 셀
3 : 금속극 3a : 하단
4 : 공기극 5 : 하우징
5a : 상부 5b : 하부
5c : 전부 5d : 후부
5e, 5f : 측부 5g : 슬릿
5h : 창 5i : 고정부
5j : 가장자리부 5k : 연통공
6 : 액실 7 : 공기실
8, 14 : 관통공 8a : 상단
9 : 판재 10 : 전해액
11 : 발전조 11a : 저면
12 : 돌기부 13 : 간극
20, 21 : 손잡이 20a : 파지부
20b : 완부 22 : 요부
30 : 연결부 30a : 세로바
30b : 가로바

Claims (6)

  1. 금속극과,
    상기 금속극에 대향하여 배치되는 공기극과,
    상기 금속극 및 상기 공기극을 지지하는 하우징을 가지고 구성되는 금속 공기 전지 셀이 복수 개 나란하게 마련된 셀 유닛을 구성하고 있고,
    상기 셀 유닛 통째의 교환을 가능하게 하는 제1 교환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지.
  2. 금속극과,
    상기 금속극에 대향하여 배치되는 공기극과,
    상기 금속극 및 상기 공기극을 지지하는 하우징을 가지고 구성되는 금속 공기 전지 셀이 복수 개 나란하게 마련된 셀 유닛을 구성하고 있고,
    복수의 상기 금속극은, 상기 하우징에 대해 교환 가능하게 지지되어 있고,
    복수의 상기 금속극을 동시에 교환 가능하게 하는 제2 교환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀 유닛 통째의 교환을 가능하게 하는 제1 교환 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교환 수단은, 상기 셀 유닛에 대한 전해액의 액면 높이 보다도 높은 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교환 수단에는, 손가락을 걸기 위한 손가락 걸이부를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재한 금속 공기 전지의 사용 방법에 있어서,
    상기 셀 유닛 통째, 혹은 복수의 상기 금속극을 동시에 교환하면서 발전을 계속하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지의 사용 방법.
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