TWI830606B - 金屬空氣電池系統 - Google Patents

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Abstract

金屬空氣電池系統，具備：電解液流入的入口腔室；電解液流出的出口腔室；具有連通入口腔室與出口腔室的內部空間的中空的外側電極；以與外側電極同心圓狀插入內部空間內的方式設置的內側電極；外側電極及內側電極的一者為包含金屬的負極，另一者為氧能擴散的多孔質性的正極；在外側電極與內側電極之間，形成電解液從入口腔室向出口腔室流動的流路，流路的流路剖面積從入口腔室側向出口腔室側減少。

Description

金屬空氣電池系統
本揭示係有關於金屬空氣電池系統。 本發明係主張2022年4月11日在日本申請的申請號2022-065252優先權，並援用其內容。
將金屬作為負極活性物質使用並將氧(空氣)作為正極活性物質使用的金屬空氣電池系統為公知。在這種金屬空氣電池系統中，充電時，在負極表面上析出負極活性物質的金屬。此時，在負極表面上根據表面狀態會有電流密度局部變高的部分，在該部分金屬選擇地析出。該金屬與充放電循環的進行一同成長(枝晶(dendrite)產生)成樹枝狀時，因枝晶會貫通分隔器到達正極而產生內部短路。
雖非金屬空氣電池系統，但專利文獻1記載將鋰或鋅或者鋰合金或鋅合金作為負極活性物質使用的充電電池中，在負極與分隔器之間，設置從導電體層、半導體層、或絕緣體層選擇出的一種以上的層的發明。根據該發明，即便枝晶成長與導電體層短路，因為充電時的負極的電流密度減少，枝晶無法再成長，能夠抑制枝晶貫通分隔器到達正極。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特許第2943127號公報
[發明所欲解決的問題]
不過，即便將專利文獻1的發明適用至金屬空氣電池系統，因為無法抑制枝晶的產生，也無法完全抑制枝晶貫通分隔器到達正極。
鑑於上述情事，本揭示的至少1個實施形態，目的為提供能夠抑制枝晶的產生的金屬空氣電池系統。 [解決問題的手段]
為達成上述目的，本揭示的金屬空氣電池系統，具備：電解液流入的入口腔室；前述電解液流出的出口腔室；具有連通前述入口腔室與前述出口腔室的內部空間的中空的外側電極；以與前述外側電極同心圓狀插入前述內部空間內的方式設置的內側電極；前述外側電極及前述內側電極的一者為包含金屬的負極，另一者為氧能擴散的多孔質性的正極；在前述外側電極與前述內側電極之間，形成前述電解液從前述入口腔室向前述出口腔室流動的流路，該流路的流路剖面積從前述入口腔室側向前述出口腔室側減少。 [發明的效果]
流通流路的電解液中的活性種離子的濃度，在電解液的流動方向越向下游側越低，因為根據該種濃度的偏差而向負極的金屬的析出形態變得不均勻，成為枝晶容易產生的環境。相對於此，根據本揭示的金屬空氣電池系統，因為電解液流動的流路的流路剖面積從入口腔室側向出口腔室側減少，流通流路的電解液的流速，在電解液的流動方向越向下游側越大，在下游側的反應難以成為活性離子種的擴散律速狀態，能夠抑制金屬局部地集中析出的區域的產生。其結果，能夠抑制枝晶的產生。
以下，基於圖式說明關於本揭示的實施形態的金屬空氣電池系統。以下說明的實施形態為示出本揭示的一態樣者，並非限定本揭示者，在本揭示的技術思想的範圍內能夠進行任意變更。
(實施形態1) ＜本揭示的實施形態1的金屬空氣電池系統的構造＞ 如圖1所示，本揭示的實施形態1的金屬空氣電池系統1具備電極單元2。電極單元2，具備入口腔室3、出口腔室4、具有連通入口腔室3與出口腔室4的內部空間6的中空的外側電極5、及以與外側電極5同心圓狀插入內部空間6內的狀態固定的內側電極7。在入口腔室3，連接後述電解液用來流入入口腔室3的電解液流入管8的一端。在出口腔室4，連接電解液用來從出口腔室4流出的電解液流出管9的一端。電解液流入管8及電解液流出管9的各自的另一端，連接至儲留電解液的電解液槽10。在電解液流入管8設置泵11。
作為電解液，能夠使用在水中使電解質溶解的水系電解液、或在有機溶劑等的非水溶液中使電解質溶解的非水電解質的任一者。作為水系電解液，例如能夠使用將鉀、鈉、鋰、鋇、鎂等氫氧化物、氯化物、磷酸鹽、硼酸鹽、硫酸鹽等作為電解質的水溶液。亦即，若是用來賦予水溶液的電傳導率的指示鹽，則能夠作為電解質使用。作為非水電解液，例如能夠使用在環狀或鏈狀碳酸鹽、環狀或鏈狀酯、環狀或鏈狀醚、碸化合物、離子液體等液體中，使由鹼金屬等組成的指示鹽溶解者。
實施形態1中，外側電極5為正極，內側電極7為負極。外側電極5，以相對於外側電極5的軸線L 5垂直的面切斷的內部空間6的剖面積從入口腔室3側向出口腔室4側減少。實施形態1中，作為該具體的一例，說明內部空間6具有圓錐梯形狀的構造者。內側電極7，具有以相對於內側電極7的軸線L 7垂直的面切斷的剖面積從入口腔室3側向出口腔室4側減少的部分。實施形態1中，作為該部分的具體的一例，說明內側電極7包含具有圓錐梯形狀的圓錐梯形狀部分12的構造。此外，該部分不限於圓錐梯形狀，具有圓錐形狀的圓錐形狀部分也可以。
藉由內側電極7插入內部空間6內，在外側電極5與內側電極7之間，形成電解液能夠從入口腔室3向出口腔室4流動的流路13。藉由外側電極5及內側電極7的各者具有上述構造，流路13的流路剖面積從入口腔室3側向出口腔室4側減少。
內側電極7，於電解液流動的方向在比圓錐梯形狀部分12還上游側具有入口側部分14也可以。入口側部分14，至少其一部分從內部空間6向入口腔室3內突出。入口側部分14，相對於內側電極7的軸線L 7具有旋轉對稱形狀較佳。旋轉對稱形狀，例如，如同在電解液流動的方向中逆向的圓錐梯形狀或半球體那樣，在將軸線L 7作為中心的周方向對稱的形狀，沿著入口側部分14的周方向不擾亂電解液的流動的形狀。根據該種構造，在流入入口腔室3的電解液流入流路13為止的期間，能夠抑制電解液的流動在入口側部分14被擾亂。入口側部分14若為半球體，則因為入口側部分14與圓錐梯形狀部分12的連接部分成為流暢的構造，在流入入口腔室3的電解液流入至流路13為止的期間，也能夠抑制電解液的流動在連接部分被擾亂。
在內側電極7的表面，於電解液流動的方向上游側的區域即上游側區域7a、及於電解液流動的方向下游側的區域即下游側區域7b的各者分別設置絕緣層15。在上游側區域7a與下游側區域7b之間表面露出的通電區域7c的全體，因為位於內部空間6內，成為對向於外側電極5。
負極即內側電極7為包含金屬的電極，例如是以鋅製造的電極也可以、在以不銹鋼或鋁等其他金屬製造的本體表面鍍鋅的電極也可以。此外，作為在內側電極7包含的金屬不限於鋅。因應電解液的種類(例如水系電解液/非水系電解液的差異)，能夠使用鐵、鋁、鋰、鈉、鉀、銅、鎂等或其等的合金。
正極即外側電極5為氧能擴散的多孔質性的電極，例如能夠使用具有包含氧能擴散的多孔質性的最外層、以鎳等金屬形成的多孔質性的中間層、及在碳等導電材支持氧還原觸媒的最內層的3層構造的電極。作為氧還原觸媒，能夠使用在酸性液環境下主要將鉑作為活性成份的觸媒(例如鉑支持碳)。又，在鹼液環境下，能夠使用將如鐵、錳、鎳、鈷的3d過渡金屬或其氧化物作為活性成份的觸媒。除此之外，在酸性液環境下及鹼液環境下的任一者中，也能夠使用將釕、銀、金、銥作為活性成份的觸媒。再來，也能夠使用將有機金屬錯合物、或碳纖維(例如奈米碳管)、氮碳化物等作為活性成份的觸媒。
外側電極5及內側電極7分別電連接至交流直流變換器16。交流直流變換器16能夠電連接至負載17及交流電源18的各者。此外，取代交流電源18使用直流電源並且負載17以直流電流運轉的情形，不需要交流直流變換器16。
＜本揭示的實施形態1的金屬空氣電池系統的動作＞ 接著，說明關於本揭示的實施形態1的金屬空氣電池系統1的動作。首先，說明關於藉由金屬空氣電池系統1的放電，在負載17流通電流的動作。藉由啟動泵11，經由電解液流入管8將電解液槽10內的電解液供應至入口腔室3內。流入入口腔室3內的電解液，流通流路13，流入出口腔室4內。出口腔室4內的電解液，從出口腔室4流出流通電解液流出管9，流入電解液槽10。藉此，電解液在電解液槽10與電極單元2之間循環。
電解液流通流路13的期間，在外側電極5及內側電極7產生接下來的反應。內側電極7中，於通電區域7c，包含於內側電極7中的金屬(例如鋅)與電解液中的氫氧化物離子反應生成鋅酸離子，並且電子放出至內側電極7。放出的電子，通過交流直流變換器16流入外側電極5。外側電極5中，電極單元2的外部的空氣中包含的氧在最外層及中間層擴散，根據最內層的氧還原觸媒，藉由與空氣、電解液中的水、向外側電極5流入的電子的反應，生成氫氧化物離子。生成的氫氧化物離子，使用於內側電極7中的上述反應。
在這種動作電子從內側電極7向外側電極5流動，直流電流從外側電極5向內側電極7流動。交流直流變換器16將該直流電流變換成交流電流，將交流電流向負載17供應。
接著，說明關於金屬空氣電池系統1的充電動作。電解液在電解液槽10與電極單元2之間循環的狀態下，從交流電源18向交流直流變換器16供應交流電流。來自交流電源18的交流電流以交流直流變換器16變換成直流電流，直流電流向外側電極5流動。亦即，電子向內側電極7流動。內側電極7中，電解液中的鋅離子接收電子，鋅在內側電極7上析出，進行金屬空氣電池系統1的充電。
在這種充電中，若鋅在內側電極7中的通電區域7c的表面均勻析出則不會產生任何問題，但實際上可能會產生一部分針狀延伸的枝晶。若枝晶產生且持續成長，則會有枝晶連接內側電極7與外側電極5的情形。如此，因為產生內部短路而電池的電壓會成為0V，變得無法充電。特別是流通流路13的電解液中的活性種離子的濃度，在電解液的流動方向越向下游側越低，因為根據該種濃度的不均而向內側電極7的金屬的析出形態變得不均勻，成為枝晶容易產生的環境。
相對於此，實施形態1的金屬空氣電池系統1中，因為電解液流通的流路13的流路剖面積從入口腔室3側向出口腔室4側減少，流通流路13的電解液的流速，在電解液的流動方向越向下游側越大，在下游側的反應難以成為活性離子種的擴散律速狀態，能夠抑制金屬局部地集中析出的區域的產生。其結果，能夠抑制枝晶的產生。
(實施形態2) 接著，說明關於實施形態2的金屬空氣電池系統。實施形態2的金屬空氣電池系統為對實施形態1變更外側電極5的構造者。此外，實施形態2中，與實施形態1的構成要件相同者附加相同參照符號並省略詳細的說明。
＜本揭示的實施形態2的金屬空氣電池系統的構造＞ 如圖2所示，外側電極5成為包含對向於內側電極7的充電用正極21、相對於充電用正極21位於與內側電極7相反側的放電用正極22、及位於充電用正極21與放電用正極22之間的分隔器23的3層構造。充電用正極21，例如能夠使用具有以非氧化性的多孔質金屬材料(例如鎳或鎳合金或不銹鋼)製造成網目狀的筒形狀的電極。放電用正極22能夠設為與實施形態1相同的構造。分隔器23，例如能夠使用由陰離子交換膜、及高分子或固態氧化物等形成的微多孔膜等。
金屬空氣電池系統1具備切換裝置25。切換裝置25，能夠以充電用正極21或放電用正極22的任一者對交流直流變換器16通電(亦即內側電極7電連接至充電用正極21或放電用正極22的任一者)的方式切換。切換裝置25的構造雖沒有特別限定，但例如由從放電用正極22向內側電極7的方向流通電流的第1二極體25a、及從內側電極7向充電用正極21的方向流通電流的第2二極體25b構成也可以。取代二極體使用利用機械開關的切換裝置也可以。其他的構造與實施形態1相同。
＜本揭示的實施形態2的金屬空氣電池系統的動作＞ 接著，說明關於本揭示的實施形態2的金屬空氣電池系統1的動作。金屬空氣電池系統1的放電時，電流在外側電極5之中從放電用正極22依序向第1二極體25a、交流直流變換器16、內側電極7流動。金屬空氣電池系統1的充電時，電流從內側電極7依序向交流直流變換器16、第2二極體25b、充電用正極21流動。其他的動作與實施形態1相同。
如同實施形態2，即便是正極即外側電極5具有充電用正極21及放電用正極22的構造，若流路13的構造為與實施形態1相同的構造，則能夠得到與實施形態1相同的作用效果。
實施形態2中，即便在充電時產生枝晶而產生內部短路，也能夠使用內側電極7與放電用正極22進行放電。又，充電及放電中，能夠降低各自的逆反應在正極引起的風險，能夠期待效率及壽命的提升。
(實施形態3) 接著，說明關於實施形態3的金屬空氣電池系統。實施形態3的金屬空氣電池系統為對實施形態1交換正極與負極者。此外，實施形態3中，與實施形態1的構成要件相同者附加相同參照符號並省略詳細的說明。
＜本揭示的實施形態3的金屬空氣電池系統的構造＞ 如圖3所示，實施形態3中，外側電極5為負極，內側電極7為正極。因此，實施形態3中，外側電極5為以金屬製造的電極，內側電極7為氧能擴散的多孔質性的電極。內側電極7以全體收容在電極單元2內的狀態固定。在內側電極7，以沿著軸線L 7貫通內側電極7的方式形成中空部37。沿著軸線L 7的內側電極7的兩端7d、7e分別位於入口腔室3及出口腔室4的內部，藉此入口腔室3的內部與出口腔室4的內部，不只經由流路13也經由中空部37連通。
在入口腔室3及出口腔室4的各者的內部，設置將電極單元2內的電解液隔離成在中空部37流動的第1流F1、及在流路13流動的第2流F2的隔離構件30。隔離構件30，設於入口腔室3及出口腔室4的各者的內部時，在內側電極7的軸線L 7的方向的兩端設置端面31、32並且在端面31、32的各者具有形成開口31a、32a的筒形狀。在一開口32a插入內側電極7，兩端7d、7e位於各隔離構件30的內部的狀態下，在開口32a的內周緣與內側電極7的外周面之間設置O形環等密封構件33。
在設於入口腔室3內的隔離構件30的內部，設置供應空氣等氧含有氣體的氧含有氣體供應裝置34。作為氧含有氣體供應裝置34，例如能夠使用具有一端位於隔離構件30的內部且另一端在電極單元2的外部開口或連接至氧含有氣體的汽缸等的氧含有氣體供應線35、及設於氧含有氣體供應線35的壓縮機36的冒泡裝置。其他的構造與實施形態1相同。
＜本揭示的實施形態3的金屬空氣電池系統的動作＞ 接著，關於本揭示的實施形態3的金屬空氣電池系統1的動作，以與實施形態1的金屬空氣電池系統1的動作不同的部分為中心說明。金屬空氣電池系統1的放電時，在電極單元2內，流入入口腔室3內的電解液的一部分經由開口31a進入隔離構件30的內部。在設於入口腔室3內的隔離構件30的內部，藉由壓縮機36升壓的氧含有氣體經由氧含有氣體供應線35供應，在電解液中氧含有氣體會冒泡，成為氧溶解的電解液。氧溶解的電解液流入中空部37，作為第1流F1流通中空部37。流通中空部37的電解液，流出至設於出口腔室4內的隔離構件30的內部，經由開口31a向隔離構件30的外部流出。
另一方面，未進入設於入口腔室3內的隔離構件30的內部的電解液，作為第2流F2流通流路13，流入出口腔室4內。出口腔室4內，作為第1流F1流通的電解液、與作為第2流F2流通的電解液合流，從出口腔室4流出。
如此在電極單元2內流通電解液的期間，在作為負極的外側電極5及作為正極的內側電極7中，產生與在實施形態1中說明的反應一樣的反應。但是，實施形態3中，在流經中空部37的電解液中包含的氧在內側電極7內擴散，藉由氧還原觸媒，與氧、作為第2流F2的電解液中的水、及向內側電極7流動而來的電子的反應，生成氫氧化物離子。
又，金屬空氣電池系統1的充電時，電子向外側電極5流動，在外側電極5，電解液中的金屬離子(例如鋅離子)接收電子而在外側電極5上析出金屬(例如鋅)。
如同實施形態3，即便是外側電極5為負極，內側電極7為正極的構造，若流路13的構造為與實施形態1相同的構造，則能夠得到與實施形態1相同的作用效果。
＜本揭示的實施形態3的金屬空氣電池系統的變形例＞ 實施形態3中，雖將使氧含有氣體冒泡的電解液作為第1流F1在中空部37流通，但不限於該形態。非氧溶解的電解液，而使氧含有氣體作為第1流F1在中空部37流通也可以。
＜本揭示的實施形態1～3中的正極及負極的配置＞ 實施形態1～3都因為藉由將外側電極5與內側電極7配置成同心圓狀，得到兩電極的電極面積差，能夠使外側電極5的運用時的電流密度比內側電極7還降低。實施形態1及2中，雖內側電極7為負極，但因為與負極相比，正極的極化較大，電阻降低更為必要，藉由內側電極7為負極，外側電極5為正極的配置，能夠使充放電時的能量效率提升。此時，在負極相對於正極的電流密度比，因內側電極7的通電區域7c中的圓錐台的兩端部的直徑之比而異。例如，將入口腔室3側的圓錐台的端部的直徑作為D in、將出口腔室4側的圓錐台的端部的直徑作為D out時，因為直徑比D in/D out越大，則對向於通電區域7c的外側電極5的面積越大，降低了電阻。
實施形態3中，與內側電極7為負極的實施形態1相比，因為負極的面積相對地增加，向負極的金屬的析出量增加，能夠增大蓄電容量。此時，蓄電容量的增加，因內側電極7的通電區域7c中的圓錐台的兩端部的直徑之比而異。例如，將入口腔室3側的圓錐台的端部的直徑作為D in、將出口腔室4側的圓錐台的端部的直徑作為D out時，因為直徑比D in/D out越大，則對向於通電區域7c的外側電極5的面積越大，蓄電容量增加。
(實施形態4) 接著，說明關於實施形態4的金屬空氣電池系統。實施形態4的金屬空氣電池系統，為相對於實施形態1~3的各者，能將內側電極7沿著其軸線L 7移動者。以下，將能將內側電極7相對於實施形態1的構造移動者作為實施形態4說明，但使內側電極7能相對於實施形態2或3的構造移動構成實施形態4也可以。此外，實施形態4中，與實施形態1的構成要件相同者附加相同參照符號並省略詳細的說明。
＜本揭示的實施形態4的金屬空氣電池系統的構造＞ 如圖4所示，本揭示的實施形態4的金屬空氣電池系統1中，內側電極7的兩端7d、7e分別貫通入口腔室3及出口腔室4。在入口腔室3及出口腔室4，分別形成內側電極7的兩端7d、7e用來貫通的開口3a及4a，在開口3a及4a的各者的內周面設置O形環48、49。O形環48、49將開口3a及4a的各者的內周面與內側電極7之間密封。
設置以對向於貫通入口腔室3的內側電極7之端7d的方式，用來使內側電極7沿著該軸線L 7移動的移動裝置即移動裝置40。移動裝置40的構造雖沒有特別限定，但例如移動裝置40具備固定板41、將端7d固定的移動板42、及以固定板41與移動板42的間隔變化的方式相對於固定板41使移動板42移動的活塞部43也可以。
又，本揭示的實施形態4的金屬空氣電池系統1中，設置檢出外側電極5及內側電極7間的電壓的電壓計45、檢出入口腔室3及出口腔室4間的壓差的壓差計46、及將電壓計45及壓差計46電連接的控制裝置44也可以。控制裝置44，電連接至移動裝置40中的活塞部43的圖未示的驅動裝置，使活塞部43驅動。又，藉由將交流電源18電連接至控制裝置44，控制裝置44能夠檢出交流電源18的驅動次數。交流電源18的驅動次數，相當於金屬空氣電池系統1的充電次數(或充放電循環數)，亦即金屬空氣電池系統1的運用時間。因此，控制裝置44，具有作為檢出相當於金屬空氣電池系統1的運用時間的參數的參數檢出裝置的機能。此外，參數檢出裝置以與控制裝置44不同的裝置構成也可以。其他的構造與實施形態1相同。
控制裝置44例如以CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及電腦可讀取的記憶媒體等構成。接著，用以實現各種機能的一連處理，作為一例，以程式的形式記憶於記憶媒體等，CPU將該程式在RAM等讀出，藉由資訊的加工/演算處理，實現各種機能。此外，程式適用以預先安裝在ROM或其他記憶媒體的形態、記憶於電腦可讀取的記憶媒體的狀態提供的形態、或經由有線或無線所致的通信機構配送的形態等也可以。電腦可讀取的記憶媒體為磁碟、磁光碟、CD-ROM、DVD-ROM、半導體記憶體等。
＜本揭示的實施形態4的金屬空氣電池系統的動作＞ 實施形態4的動作，除了移動裝置40使內側電極7沿著其軸線L 7移動以外，與實施形態1的動作相同。因此，以下說明關於使內側電極7移動的動作。在移動裝置40以活塞部43延伸的方式驅動時，移動板42以從固定板41遠離的方式(亦即接近入口腔室3的方式)移動。藉此，端7d固定在移動板42的內側電極7，沿著該軸線L 7從入口腔室3向出口腔室4的方向移動。相反地，在移動裝置40以活塞部43收縮的方式驅動時，移動板42以接近固定板41的方式，亦即從入口腔室3遠離的方式移動。藉此，內側電極7，沿著該軸線L 7從出口腔室4向入口腔室3的方向移動。如此內側電極7移動時，因為O形環48、49分別密封開口3a及4a的各者的內周面與內側電極7之間，能夠防止電解液從開口3a及4a洩漏。
內側電極7如同上述，亦即如圖5所示在箭頭A的方向移動時，因為外側電極5的內部空間6及內側電極7的圓錐梯形狀部分12都成為在箭頭A的方向變窄的形狀，外側電極5與內側電極7之間的間隔(亦即流路13的徑方向的寬度)變小。持續將內側電極7在箭頭A的方向移動時，最終與內側電極7(或在內側電極7的表面析出的金屬)與外側電極5接觸，變得無法使內側電極7再於箭頭A的方向移動。將該狀態稱為內側電極7移動至最出口腔室4側的情形。相反地，內側電極7在箭頭B的方向移動時，外側電極5與內側電極7之間的間隔(亦即流路13的徑方向的寬度)變大。將內側電極7無法再於箭頭B的方向移動的狀態，稱為內側電極7移動至最入口腔室3側的情形。內側電極7能夠位於該兩者的狀態之間，流路13的徑方向的寬度，能夠將該兩者的狀態中的寬度的各者在最小值及最大值範圍內調節。
在內側電極7移動至最出口腔室4側的情形、及內側電極7移動至最入口腔室3側的情形的任一者，都以通電區域7c位於內部空間內的方式設定上游側區域7a與下游側區域7b的範圍，在上游側區域7a與下游側區域7b設置絕緣層15較佳。若作為這種構造，即便變更外側電極5與內側電極7之間的距離，因為通電區域7c對向於外側電極5，能夠將有效的電極表面積維持在一定。
在變更流路13的徑方向的寬度的情形中，有調節流通流路13的電解液的流量的必要。在金屬空氣電池系統1，設置調節因應外側電極5與內側電極7之間的距離的變更的電解液的流量的流量調節裝置也可以。這種流量調節裝置的構造雖沒有特別限定，但例如控制裝置44檢出內側電極7的移動量，從該移動量算出外側電極5與內側電極7之間的距離。基於該距離，控制裝置44調節泵11的吐出量也可以。此時，控制裝置44構成流量調節裝置。
接著說明流量調節裝置的別例。如圖6所示，流量調節裝置60設於電解液流入管8的下游側端部與入口腔室3之間。流量調節裝置60，具備連通至入口腔室的第1配管61、及經由形成於第1配管61的孔62連通至第1配管61的第2配管63。在電解液流入管8的下游側端部，形成沿著內側電極7的軸線L 7的方向延伸的腔室部8a，經由在腔室部8a形成的孔8b，成為第2配管63的上游側開口端部63a插入腔室部8a內的狀態。在孔8b的內周面設置O形環8c，將孔8b的內周面與第2配管63之間密封。第2配管63的下游側開口端部63b以面對孔62的方式定位。第2配管63能沿著軸線L 7移動設置，藉由第2配管63的移動，孔62相對於第2配管63的下游側開口端部63b的開口面積變化。若將第2配管63與內側電極7藉由連結構件64連結，則隨著內側電極7沿著軸線L 7移動，第2配管63也沿著軸線L 7移動。
為了調節流路13(圖5參照)的徑方向的寬度，在圖6中使內側電極7上下移動時，因為第2配管63也上下移動，孔62相對於下游側開口端部63b的開口面積會增減。藉由使用該種流量調節裝置60，能夠以簡單的構造實現因應外側電極5與內側電極7之間的距離的變更的電解液的流量的調節。
基於金屬空氣電池系統1的各種運轉條件(外側電極5及內側電極7間的電壓、入口腔室3及出口腔室4間的壓差、金屬空氣電池系統1的充電次數等)，以手動使移動裝置40驅動，以手動調節內側電極7的位置也可以，但也能夠因應金屬空氣電池系統1的運轉條件自動調節。前者的情形，控制裝置44非必要，基於電壓計45、壓差計46、參數檢出裝置的各者的檢出值，推測負極的金屬的電沉積形態，以手動調整內側電極7的位置。以下，說明有關後者的情形的動作。後者的情形，控制裝置44雖基於電壓計45、壓差計46、參數檢出裝置的各者的檢出值，推測負極的金屬的電沉積形態，但關於該推測原理兩者都相同。
金屬空氣電池系統1運轉(充電/放電)的期間及充電與放電之間的待機時，電壓計45、壓差計46、參數檢出裝置的各者檢出的檢出值被傳送至控制裝置44。控制裝置44，基於該等檢出值，推測在內側電極7的表面析出的金屬的電沉積形態。該推測方法雖沒有特別限定，但以下說明推測金屬的電沉積形態的方法之一例。
在控制裝置44預先設定關於電壓計45、壓差計46、參數檢出裝置的各者檢出的檢出值的閾值，判定電壓計45、壓差計46、參數檢出裝置的各者檢出的檢出值比該閾值還大或還小。控制裝置44，從該等3個檢出值的各者比閾值還大或還小的組合，推測金屬的電沉積形態。相對於金屬空氣電池系統1的充電時、放電時、待機時的各者，將應採取的動作對於該等檢出值的閾值的大小的組合、與電沉積形態的關係的表整理於下記表1～3。下記表中，將各檢出值比各閾值還大的情形記載成「大」、還小的情形記載成「小」。關於電沉積形態，記載4個模式(1)～(4)。如圖7所示，電沉積形態(1)是金屬50在內側電極7的表面均勻析出，因該析出量少，外側電極5及內側電極7間的距離大，充分確保流路13的徑方向的寬度的形態。電沉積形態(2)是金屬50在內側電極7的表面均勻析出，該析出量少，但因為外側電極5及內側電極7間的距離小，流路13的徑方向的寬度變小的形態。電沉積形態(3)是金屬50在內側電極7的表面均勻析出，外側電極5及內側電極7間的距離大，但金屬50的析出量多，流路13的徑方向的寬度變小的形態。電沉積形態(4)是外側電極5及內側電極7間的距離大，金屬50的析出量少，但因為金屬在內側電極7的表面不均勻地析出，產生枝晶51，流路13的徑方向的寬度部分地變小的形態。
表1~3中的「應採取的動作」中，電極間距離的縮小或擴大藉由使內側電極7移動進行。又，將電極間距離設為最小，是在使內側電極7向出口腔室4側移動時，以無法再使內側電極7移動的方式移動。若無內部短路，枝晶51因為未接觸外側電極5，至少能夠將內側電極7移動至枝晶51接觸外側電極5為止。因枝晶51接觸外側電極5，有枝晶51能夠彎折脫落的情形。此時，雖內側電極7的移動量變得比較大，但在枝晶硬化即便接觸外側電極5也不彎折的情形，內側電極7的移動量變得較小。後者的情形，因為在短期間發生內部短路的可能性高，電極交換較佳。此外，脫落的枝晶，能夠伴著電解液的流動從電極單元2使其排出。例如，若於電解液槽10內在與電解液流入管8的連接部分設置濾波器等，能夠在電解液槽10內保持枝晶，藉此能夠防止枝晶再流入電極單元2內。
雖表1～3未記載，但電壓計45所致的檢出值成為0的情形，與壓差計46及參數檢出裝置的各者的檢出值無關，表現出發生內部短路。此時，以使電極間距離成為最小的方式使內側電極7移動。內側電極7的移動量較小的情形，電極交換較佳。
因此，能夠推測在內側電極7的表面析出的金屬50的電沉積形態，藉此能夠在早期推測枝晶51的產生，因此能夠對於內部短路產生的風險進行迅速對應。
(實施形態5) 接著，說明關於實施形態5的金屬空氣電池系統。實施形態5的金屬空氣電池系統，為相對於實施形態4，能將內側電極7以其軸線L 7作為旋轉中心自轉者。此外，實施形態5中，與實施形態4的構成要件相同者附加相同參照符號並省略詳細的說明。
＜本揭示的實施形態5的金屬空氣電池系統的構造＞ 如圖8所示，在本揭示的實施形態5的金屬空氣電池系統1，設置將內側電極7以其軸線L 7作為旋轉中心自轉的旋轉裝置70。旋轉裝置70，因載置於移動裝置40的移動板42上，內側電極7能夠藉由移動裝置40沿著軸線L 7移動、及將軸線L 7作為旋轉中心自轉。設置電連接至旋轉裝置70的控制裝置44，讓控制裝置44使旋轉裝置70驅動也可以。其他的構造與實施形態4相同。此外，內側電極70的自轉，不限於在一方向持續自轉，也包含重複以在一方向的旋轉角旋轉後以在相反方向的旋轉角旋轉的動作。
＜本揭示的實施形態5的金屬空氣電池系統的動作＞ 實施形態5中，金屬空氣電池系統1的充電及放電動作與實施形態1相同，關於使內側電極7沿著其軸線L 7移動的動作與實施形態4相同。以下，將與實施形態1及4不同的動作作為中心說明。
內部短路產生時、或推測枝晶產生時，藉由移動裝置40使內側電極7向出口腔室4側移動的同時、或內側電極7移動至最出口腔室4側後，旋轉裝置70使內側電極7自轉。在枝晶接觸外側電極5的狀態下內側電極7自轉時，能夠使枝晶彎折脫落。又，實施形態5中，於表1～3，作為應採取的動作為「將電極間距離設為最小」的情形中，藉由再使內側電極7自轉，能夠容易使枝晶脫落。
內側電極7為負極時，因為金屬在內側電極7的表面析出，電沉積量增加則內側電極7的重量會增加。因此，使內側電極7自轉的旋轉裝置70的負載增加。因此，若設置檢出旋轉裝置70的負載的負載檢出裝置71，則控制裝置44，能夠使用負載檢出裝置71的檢出值，推測向內側電極7的表面的金屬的電沉積量。負載檢出裝置71的構造沒有特別限定，但例如因為能夠控制裝置44藉由量測旋轉裝置70的電流值檢出負載，能夠將控制裝置44作為負載檢出裝置71構成。作為與控制裝置44不同的裝置設置負載檢出裝置71也可以。
因為僅由旋轉裝置70的負載，只能推測向內側電極7的表面的金屬的電沉積量，藉由與在實施形態4檢出的電壓、壓差、及參數組合，能夠更高精度推測在內側電極7的表面析出的金屬的電沉積形態。藉此，因為能夠在早期推測枝晶51的產生，因此能夠對於內部短路產生的風險進行迅速對應。
(實施形態6) 接著，說明關於實施形態6的金屬空氣電池系統。實施形態6的金屬空氣電池系統為對實施形態5，將自轉的電極變更至外側電極5者。此外，實施形態6中，與實施形態5的構成要件相同者附加相同參照符號並省略詳細的說明。
＜本揭示的實施形態6的金屬空氣電池系統的構造＞ 如圖9所示，在本揭示的實施形態5的金屬空氣電池系統1，旋轉裝置70具備連接至電極單元2(例如入口腔室3的底部)的旋轉體72，旋轉體72以外側電極5及內側電極7的軸線L 5、L 7作為旋轉中心旋轉。其他的構造與實施形態6相同。
＜本揭示的實施形態6的金屬空氣電池系統的動作＞ 實施形態6的動作，在外側電極5藉由旋轉裝置70旋轉的點與實施形態5不同。實施形態6中，因為內側電極7未自轉，外側電極5會相對於內側電極7旋轉。在該情形也一樣，在枝晶接觸外側電極5的狀態下外側電極5自轉時，能夠使枝晶彎折脫落。又，實施形態6也一樣，於表1～3，作為應採取的動作為「將電極間距離設為最小」的情形中，藉由再使外側電極5自轉，能夠容易使枝晶脫落。關於控制裝置44所致的移動裝置40及旋轉裝置70的控制，除了取代內側電極7使外側電極5旋轉的點以外，與實施形態5相同。
＜本揭示的實施形態7的金屬空氣電池系統的變形例＞ 實施形態6中，外側電極5為正極，內側電極7為負極，但如實施形態3的圖3所示的構造的電極單元那樣，外側電極5為負極，內側電極7為正極也可以。該情形中，因為金屬在外側電極5析出，電沉積量增加則外側電極5的重量會增加。因此，使內側電極7自轉的旋轉裝置70的負載增加。與實施形態5一樣，藉由負載檢出裝置71檢出旋轉裝置70的負載，基於負載的檢出值推測向外側電極5的表面的金屬的電沉積量、或與電壓、壓差、及參數組合，能夠高精度推測在外側電極5的表面析出的金屬的電沉積形態。藉此，因為能夠在早期推測枝晶51的產生，因此能夠對於內部短路產生的風險進行迅速對應。
實施形態6中，外側電極5自轉時，入口腔室3及出口腔室4也與外側電極5一同自轉。因為在入口腔室3及出口腔室4的各者，連接電解液流入管8及電解液流出管9的一端，其等的另一端連接至電解液槽10，實際上有該等造成妨礙而無法使外側電極5自轉的情形
相對於此，若採用如圖10所示的電極單元2，不會被電解液流入管8及電解液流出管9還有電解液槽10等影響，能夠使外側電極5自轉。在內側電極7，形成在內側電極7的內部的一部分形成的第1中空部81、及在電解液的流動方向比第1中空部81還下游側的內側電極7的內部的一部分形成的第2中空部82。在內側電極7的內部，第1中空部81與第2中空部82未相互連通。內側電極7的兩端7d、7e，分別以從入口腔室3及出口腔室4各者向各自的外部貫通的方式設置。第1中空部81在內側電極7的端7d開口，藉此連通至入口腔室3的外部。第2中空部82也在內側電極7的端7e開口，藉此連通至出口腔室4的外部。在內側電極7，形成連通第1中空部81及第2中空部82的各者、及由入口腔室3的內部、出口腔室4的內部及流路13構成的閉空間83的貫通孔84、85。
在這種構造的電極單元2中，流通電解液流入管8的電解液，流入第1中空部81，經由貫通孔84，從第1中空部81流出至閉空間83。閉空間83(特別是出口腔室4)內的電解液，經由貫通孔85流入第2中空部82，在出口腔室4的外部流入電解液流出管9。
根據這種構造，在入口腔室3及出口腔室4的各者，因為不需要設置用來將電解液供應至入口腔室3的配管及從出口腔室4使電解液流出的配管，能夠簡化使外側電極5自轉的構造。
上述各實施形態記載的內容例如如同以下掌握。
[1]一態樣的金屬空氣電池系統，具備： 電解液流入的入口腔室(3)； 前述電解液流出的出口腔室(4)； 具有連通前述入口腔室(3)與前述出口腔室(4)的內部空間(6)的中空的外側電極(5)； 以與前述外側電極(5)同心圓狀插入前述內部空間(6)內的方式設置的內側電極(7)； 其中， 前述外側電極(5)及前述內側電極(7)的一者為包含金屬的負極，另一者為氧能擴散的多孔質性的正極； 在前述外側電極(5)與前述內側電極(7)之間，形成前述電解液從前述入口腔室(3)向前述出口腔室(4)流動的流路(13)，該流路(13)的流路剖面積從前述入口腔室(3)側向前述出口腔室(4)側減少。
流通流路的電解液中的活性種離子的濃度，在電解液的流動方向越向下游側越低，因為根據該種濃度的偏差而向負極的金屬的析出形態變得不均勻，成為枝晶容易產生的環境。相對於此，根據本揭示的金屬空氣電池系統，因為電解液流動的流路的流路剖面積從入口腔室側向出口腔室側減少，流通流路的電解液的流速，在電解液的流動方向越向下游側越大，在下游側的反應難以成為活性離子種的擴散律速狀態，能夠抑制金屬局部地集中析出的區域的產生。其結果，能夠抑制枝晶的產生。
[2]別的態樣的金屬空氣電池系統，為[1]的金屬空氣電池系統，其中， 前述內部空間(6)具有圓錐梯形狀，前述內側電極(7)具有對應前述外側電極(5)的前述圓錐梯形狀的圓錐形狀部分或圓錐梯形狀部分(12)。
根據這種構造，電解液流動的流路的流路剖面積能夠從入口腔室側向出口腔室側減少。
[3]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[2]的金屬空氣電池系統，其中， 前述內側電極(5)，於前述電解液流動的方向在比前述圓錐形狀部分或前述圓錐梯形狀部分(12)還上游側具有入口側部分(14)； 前述入口側部分(14)，相對於前述內側電極(7)的軸線(L 7)具有旋轉對稱形狀。
根據這種構造，在流入入口腔室的電解液流入流路為止的期間，能夠抑制電解液的流動在入口側部分被擾亂。
[4]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[3]的金屬空氣電池系統，其中， 前述入口側部分(14)具有半球形狀。
根據這種構造，因為入口側部分與圓錐形狀部分或圓錐梯形狀部分的連接部分成為流暢的構造，在流入入口腔室的電解液流入至流路為止的期間，也能夠抑制電解液的流動在連接部分被擾亂。
[5]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[2]～[4]的任一金屬空氣電池系統，其中， 具備：使前述內側電極(7)相對於前述外側電極(5)沿著前述內側電極(7)的軸線(L 7)移動的移動裝置(40)。
根據這種構造，能夠簡單控制正極與負極之間的距離。
[6]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[5]的金屬空氣電池系統，其中， 在前述內側電極(7)的表面，於前述電解液流動的方向上游側的區域即上游側區域(7a)、及於前述電解液流動的方向下游側的區域即下游側區域(7b)的各者設置絕緣層(15)； 在前述上游側區域(7a)與前述下游側區域(7b)之間前述表面露出的通電區域(7c)，在前述內側電極(7)移動至最前述出口腔室(4)側的情形、及前述內側電極(7)移動至最前述入口腔室(3)側的情形的任一者中，都位於前述內部空間(6)內。
根據這種構造，即便變更正極與負極之間的距離，因為通電區域對向於外側電極，能夠將有效的電極表面積維持在一定。
[7]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[5]或[6]的任一金屬空氣電池系統，其中， 具備：調節流入前述入口腔室(3)的前述電解液的流量的流量調節裝置(60)； 前述流量調節裝置(60)，因應前述內側電極(7)的移動調節前述電解液的流量。
根據這種構造，因應負極與正極之間的距離的變更，能夠適切地調節流經流路的電解液的流量。
[8]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[7]的金屬空氣電池系統，其中， 前述流量調節裝置(60)，具備： 連通至前述入口腔室(3)的第1配管(61)； 經由形成於前述第1配管(61)的孔(62)連通至前述第1配管(61)的第2配管(63)； 其中， 前述第2配管(63)與前述內側電極(7)一同移動，並且根據前述第2配管(63)的移動，前述孔(62)相對於前述第2配管(63)的開口面積變化。
根據這種構造，能夠以簡單的構造實現因應負極與正極之間的距離的變更的電解液的流量的調節。
[9]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[5]～[8]的任一金屬空氣電池系統，其中， 具備：使前述內側電極(7)或前述外側電極(5)的任一者將前述內側電極(7)或前述外側電極(5)的軸線(L 7或L 5)作為旋轉中心自轉的旋轉裝置(70)。
根據這種構造，枝晶產生的情形，藉由使內側電極移動而作為將枝晶的前端接觸對向的電極的狀態，在該狀態下使內側電極或外側電極自轉，能夠機械地使枝晶脫落。
[10]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[9]的金屬空氣電池系統，其中， 前述內側電極(7)或外側電極(5)之中以能自轉設置者為負極； 具備：檢出前述旋轉裝置(70)的負載的負載檢出裝置(控制裝置44)。
根據這種構造，能夠推測在內側電極的表面析出的金屬的電沉積量，藉此能夠在早期推測枝晶的產生，因此能夠對於內部短路產生的風險進行迅速對應。
[11]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[9]或[10]的任一金屬空氣電池系統，其中， 具備：檢出前述外側電極(5)與前述內側電極(7)之間的電壓的電壓計(45)； 檢出前述入口腔室(3)與前述出口腔室(4)之間的壓差的壓差計(46)； 檢出相當於前述金屬空氣電池系統(1)的運用時間的參數的參數檢出裝置(控制裝置44)。
根據這種構造，能夠推測在內側電極或外側電極的表面析出的金屬的電沉積量及電沉積形態，藉此能夠在早期推測枝晶的產生，因此能夠對於內部短路產生的風險進行迅速對應。
[12]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[11]的金屬空氣電池系統，其中， 具備：控制前述移動裝置(40)的控制裝置(44)； 前述控制裝置(44)，基於前述電壓計(45)、前述壓差計(46)、及前述參數檢出裝置(44)檢出的檢出值決定前述內側電極的移動量，前述移動裝置(40)使前述內側電極(7)以前述移動量移動。
根據這種構造，能夠因應在內側電極或外側電極的表面析出的金屬的電沉積形態，控制負極與正極之間的距離。
[13]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[12]的金屬空氣電池系統，其中， 前述控制裝置(44)也控制前述旋轉裝置(70)，前述移動裝置(40)使前述內側電極(7)移動後使前述旋轉裝置(70)驅動並使前述內側電極(7)或前述外側電極(5)自轉。
根據這種構造，枝晶產生的情形，藉由使內側電極移動而作為將枝晶的前端接觸對向的電極的狀態，在該狀態下使內側電極或外側電極自轉，能夠機械地使枝晶脫落。
[14]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[10]的金屬空氣電池系統，具備： 檢出前述外側電極(5)與前述內側電極(7)之間的電壓的電壓計(45)； 檢出前述入口腔室(3)與前述出口腔室(4)之間的壓差的壓差計(46)； 檢出相當於前述金屬空氣電池系統(1)的運用時間的參數的參數檢出裝置(控制裝置44)； 控制前述移動裝置(40)及前述旋轉裝置(70)的控制裝置(44)； 其中， 前述控制裝置(44)，基於前述負載檢出裝置(44)、前述電壓計(45)、前述壓差計(46)、及前述參數檢出裝置(44)檢出的檢出值決定前述內側電極(7)的移動量，前述移動裝置(40)使前述內側電極(7)以前述移動量移動，前述移動裝置(40)使前述內側電極(7)移動後，使前述旋轉裝置(70)驅動並使前述內側電極(7)或前述外側電極(5)自轉。
根據這種構造，枝晶產生的情形，藉由使內側電極移動而作為將枝晶的前端接觸對向的電極的狀態，在該狀態下使內側電極或外側電極自轉，能夠機械地使枝晶脫落。
[15]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[1]～[14]的任一金屬空氣電池系統，其中， 前述內側電極(7)為前述負極，前述外側電極(5)為前述正極。
因為與負極相比，正極的極化較大，電阻降低更加必要，藉由內側電極為負極，外側電極為正極的配置，能夠使充放電時的能量效率提升。
[16]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[15]的金屬空氣電池系統，其中， 前述外側電極(5)，具備： 相對於前述內側電極(7)對向的充電用正極(21)； 前述充電用正極(21)的表面之中，設於與前述內側電極(7)對向面相反側的面的分隔器(23)； 以接觸前述分隔器(23)的方式設置的放電用正極(22)。
根據這種構造，藉由使用負極與充電用正極進行充電並使用負極與放電用正極進行放電，因為即便在充電時產生內部短路也能夠進行放電，能夠使充放電無阻礙地進行。
[17]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[15]或[16]的金屬空氣電池系統，其中， 前述內側電極(7)，包含： 形成於前述內側電極(7)的內部的一部分的第1中空部(1)； 在前述電解液流動的方向形成於比前述第1中空部(81)還下游側的前述內側電極(7)的內部的一部分的第2中空部(82)； 其中， 前述內側電極(7)，以從前述入口腔室(3)及前述出口腔室(4)的各者分別向外部貫通的方式設置，前述第1中空部(81)連通至前述入口腔室(3)的外部，前述第2中空部(82)連通至前述出口腔室(4)的外部； 在前述內側電極(7)，形成連通前述第1中空部(81)及前述第2中空部(82)的各者、及由前述入口腔室(3)的內部、前述出口腔室(4)的內部及前述流路(13)構成的閉空間(83)的貫通孔(84、85)。
根據這種構造，在入口腔室及出口腔室的各者，因為不需要設置用來將電解液供應至入口腔室的配管及從出口腔室使電解液流出的配管，能夠簡化使外側電極自轉的構造。
[18]再別的態樣的金屬空氣電池系統，為[1]～[14]的任一金屬空氣電池系統，其中， 前述內側電極(7)為前述正極，前述外側電極(5)為前述負極； 在前述內側電極(7)，以沿著前述內側電極(7)的軸線(L 7)貫通前述內側電極(7)的方式形成中空部(37)； 在前述中空部(37)，流通氧含有氣體或氧溶解的電解液。
根據這種構造，與內側電極為負極的情形相比，因為負極的面積相對地增加，向負極的金屬的析出量增加，能夠增大蓄電容量。
1:金屬空氣電池系統 3:入口腔室 4:出口腔室 5:外側電極 6:內部空間 7:內側電極 12:圓錐梯形狀部分 13:流路 14:入口側部分 15:絕緣層 21:充電用正極 22:放電用正極 23:分隔器 37:中空部 40:移動裝置 44:控制裝置(負載檢出裝置，參數檢出裝置) 45:電壓計 46:壓差計 60:流量調節裝置 61:第1配管 62:孔 63:第2配管 70:旋轉裝置 81:第1中空部 82:第2中空部 83:閉空間 84:貫通孔 85:貫通孔 L 5:(外側電極的)軸線 L 7:(內側電極的)軸線
[圖1]本揭示的實施形態1的金屬空氣電池系統的構造示意圖。 [圖2]本揭示的實施形態2的金屬空氣電池系統的一部分的構造示意圖。 [圖3]本揭示的實施形態3的金屬空氣電池系統的電極單元的構造示意圖。 [圖4]本揭示的實施形態4的金屬空氣電池系統的電極單元的構造示意圖。 [圖5]用來說明本揭示的實施形態4的金屬空氣電池系統的電極單元中，使內側電極移動的動作的部分剖面示意圖。 [圖6]表示設於本揭示的實施形態4的金屬空氣電池系統的流量調節裝置的一例的構造的示意圖。 [圖7]用來說明本揭示的實施形態4的金屬空氣電池系統中，向內側電極的表面的金屬的電沉積形態的模式的剖面圖。 [圖8]本揭示的實施形態5的金屬空氣電池系統的電極單元的構造示意圖。 [圖9]本揭示的實施形態6的金屬空氣電池系統的電極單元的構造示意圖。 [圖10]本揭示的實施形態6的金屬空氣電池系統的電極單元的變形例的構造示意圖。
1:金屬空氣電池系統
2:電極單元
3:入口腔室
4:出口腔室
5:外側電極
6:內部空間
7:內側電極
7a:上游側區域
7b:下游側區域
7c:通電區域
8:電解液流入管
9:電解液流出管
10:電解液槽
11:泵
12:圓錐梯形狀部分
13:流路
14:入口側部分
15:絕緣層
16:交流直流變換器
17:負載
18:交流電源
L5:(外側電極的)軸線
L7:(內側電極的)軸線

Claims (18)

  1. 一種金屬空氣電池系統，具備：電解液流入的入口腔室； 前述電解液流出的出口腔室； 具有連通前述入口腔室與前述出口腔室的內部空間的中空的外側電極； 以與前述外側電極同心圓狀插入前述內部空間內的方式設置的內側電極； 其中， 前述外側電極及前述內側電極的一者為包含金屬的負極，另一者為氧能擴散的多孔質性的正極； 在前述外側電極與前述內側電極之間，形成前述電解液從前述入口腔室向前述出口腔室流動的流路，該流路的流路剖面積從前述入口腔室側向前述出口腔室側減少。
  2. 如請求項1記載的金屬空氣電池系統，其中，前述內部空間具有圓錐梯形狀，前述內側電極具有對應前述外側電極的前述圓錐梯形狀的圓錐形狀部分或圓錐梯形狀部分。
  3. 如請求項2記載的金屬空氣電池系統，其中，前述內側電極，於前述電解液流動的方向在比前述圓錐形狀部分或前述圓錐梯形狀部分還上游側具有入口側部分； 前述入口側部分，相對於前述內側電極的軸線具有旋轉對稱形狀。
  4. 如請求項3記載的金屬空氣電池系統，其中，前述入口側部分具有半球形狀。
  5. 如請求項2～4中任一項記載的金屬空氣電池系統，具備：使前述內側電極相對於前述外側電極沿著前述內側電極的軸線移動的移動裝置。
  6. 如請求項5記載的金屬空氣電池系統，其中，在前述內側電極的表面，於前述電解液流動的方向上游側的區域即上游側區域、及於前述電解液流動的方向下游側的區域即下游側區域的各者設置絕緣層； 在前述上游側區域與前述下游側區域之間前述表面露出的通電區域，在前述內側電極移動至最前述出口腔室側的情形、及前述內側電極移動至最前述入口腔室側的情形的任一者中，都位於前述內部空間內。
  7. 如請求項5記載的金屬空氣電池系統，具備：調節流入前述入口腔室的前述電解液的流量的流量調節裝置； 前述流量調節裝置，因應前述內側電極的移動調節前述電解液的流量。
  8. 如請求項7記載的金屬空氣電池系統，其中，前述流量調節裝置，具備： 連通至前述入口腔室的第1配管； 經由形成於前述第1配管的孔連通至前述第1配管的第2配管； 其中， 前述第2配管與前述內側電極一同移動，並且根據前述第2配管的移動，前述孔相對於前述第2配管的開口面積變化。
  9. 如請求項5記載的金屬空氣電池系統，具備：使前述內側電極或前述外側電極的任一者將前述內側電極或前述外側電極的軸線作為旋轉中心自轉的旋轉裝置。
  10. 如請求項9記載的金屬空氣電池系統，其中，前述內側電極或外側電極之中以能自轉設置者為負極； 具備：檢出前述旋轉裝置的負載的負載檢出裝置。
  11. 如請求項9記載的金屬空氣電池系統，具備：檢出前述外側電極與前述內側電極之間的電壓的電壓計； 檢出前述入口腔室與前述出口腔室之間的壓差的壓差計； 檢出相當於前述金屬空氣電池系統的運用時間的參數的參數檢出裝置。
  12. 如請求項11記載的金屬空氣電池系統，具備：控制前述移動裝置的控制裝置； 前述控制裝置，基於前述電壓計、前述壓差計、及前述參數檢出裝置檢出的檢出值決定前述內側電極的移動量，前述移動裝置使前述內側電極以前述移動量移動。
  13. 如請求項12記載的金屬空氣電池系統，其中，前述控制裝置也控制前述旋轉裝置，前述移動裝置使前述內側電極移動後使前述旋轉裝置驅動並使前述內側電極或前述外側電極自轉。
  14. 如請求項10記載的金屬空氣電池系統，具備：檢出前述外側電極與前述內側電極之間的電壓的電壓計； 檢出前述入口腔室與前述出口腔室之間的壓差的壓差計； 檢出相當於前述金屬空氣電池系統的運用時間的參數的參數檢出裝置； 控制前述移動裝置及前述旋轉裝置的控制裝置； 其中， 前述控制裝置，基於前述負載檢出裝置、前述電壓計、前述壓差計、及前述參數檢出裝置檢出的檢出值決定前述內側電極的移動量，前述移動裝置使前述內側電極以前述移動量移動，前述移動裝置使前述內側電極移動後，使前述旋轉裝置驅動並使前述內側電極或前述外側電極自轉。
  15. 如請求項1～4中任一項記載的金屬空氣電池系統，其中，前述內側電極為前述負極，前述外側電極為前述正極。
  16. 如請求項15記載的金屬空氣電池系統，其中，前述外側電極，具備： 相對於前述內側電極對向的充電用正極； 前述充電用正極的表面之中，設於與前述內側電極對向面相反側的面的分隔器； 以接觸前述分隔器的方式設置的放電用正極。
  17. 如請求項15記載的金屬空氣電池系統，其中，前述內側電極，包含： 形成於前述內側電極的內部的一部分的第1中空部； 在前述電解液流動的方向形成於比前述第1中空部還下游側的前述內側電極的內部的一部分的第2中空部； 其中， 前述內側電極，以從前述入口腔室及前述出口腔室的各者分別向外部貫通的方式設置，前述第1中空部連通至前述入口腔室的外部，前述第2中空部連通至前述出口腔室的外部； 在前述內側電極，形成連通前述第1中空部及前述第2中空部的各者、及由前述入口腔室的內部、前述出口腔室的內部及前述流路構成的閉空間的貫通孔。
  18. 如請求項1～4中任一項記載的金屬空氣電池系統，其中，前述內側電極為前述正極，前述外側電極為前述負極； 在前述內側電極，以沿著前述內側電極的軸線貫通前述內側電極的方式形成中空部； 在前述中空部，流通氧含有氣體或氧溶解的電解液。
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