WO2013080968A1

WO2013080968A1 - 注液式空気電池と注液式空気電池モジュール

Info

Publication number: WO2013080968A1
Application number: PCT/JP2012/080612
Authority: WO
Inventors: 佳子塚田; 宮澤　篤史; 千葉　啓貴; 長山　森
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2013-06-06
Also published as: JP5757341B2; JPWO2013080968A1

Abstract

　本発明は、電解液を注入されることにより発電する空気電池形成体１０と、この空気電池形成体１０に送給する電解液Ｗを貯留するための貯留タンク３０とを有する注液式空気電池において、上記空気電池形成体１０の内方に貯留タンク３０を配置している。

Description

注液式空気電池と注液式空気電池モジュール

　本発明は、空気電池形成体と、この空気電池形成体に送給する電解液を貯留するための貯留タンクとを有する注液式空気電池と注液式空気電池モジュールに関する。

　この種の注液式空気電池に関連する空気電池として特許文献１に、また、技術分野が相違するものの、注液式電池とした名称において特許文献２にそれぞれ開示されたものがある。
　特許文献１に開示された空気電池は、複数の単電池を結束した集合電池と、電解液を収納した電解液収納容器と、電解液を溜めその中に集合電池を浸漬して発電を行う電池槽とを備えたものであり、その電池槽は、集合電池を保持する蓋部材と共に用いられて集合電池を収納するケースを兼ねる共に、電解液を注水する際に、前記電解液収納容器を受け入れる受容部が設けられたものである。

　また、特許文献２に開示された注液式電池は、有底円筒形の外装ケース内に、電解液を含む柱状のアンプル（貯留タンクに相当）と、このアンプルを囲む、発電部を含む一対の積層体および一対のスペーサとを具備し、前記アンプルが、当該アンプルの側面が前記外装ケースの内底部に対向するように配置したものである。

特開２００２－１５１１６７号公報特開２００７－０２７０４５号公報

　しかしながら、上記した特許文献１に開示された空気電池のような大型のものは、電解液収納容器を単電池の端部に配置しているために、集電距離や電解液の流路長が長くなることで集電ロスやガスの圧損による放電効率低下が発生する。
　また、注液の際、単電池の遠端部等に電解液を浸透させるために時間を要するとともに、浸透ムラで放電が不均一になるなどの未解決の課題がある。

　そこで本発明は、電解液の流路長や集電距離を短くし、注液時の電解液の拡散・浸透を容易に短時間で行なうことができる注液式空気電池と注液式空気電池モジュールの提供を目的としている。

　上記課題を解決するための本発明に係る注液式空気電池は、電解液を注入されることにより発電する空気電池形成体と、この空気電池形成体に送給する電解液を貯留するための貯留タンクとを有する空気電池システムにおいて、上記空気電池形成体の内方に貯留タンクを配置していることを特徴としている。

　この構成においては、空気電池形成体の内方に貯留タンクを配置しているので、電解液の流路長や集電距離を短くし、注液時の電解液の拡散・浸透を容易に短時間で行なえる。
　上記課題を解決するための本発明に係る注液式空気電池モジュールは、上記の空気電池形成体毎に貯留タンクを配設したものである。

　本発明によれば、電解液の流路長や集電距離を短くし、注液時の電解液の拡散・浸透を容易に短時間で行なうことができる。

（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る注液式空気電池の概略構成を示す断面図、（Ｂ）は、その下面図である。（Ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る注液式空気電池の概略構成を示す断面図、（Ｂ）は、その下面図である。貯留タンクの概略構造を示す斜視図である。第三の実施形態に係る注液式空気電池を示すものであり、（Ａ）はその部分断面図、（Ｂ）は、貯留タンクの構造を示す斜視図である。第四の実施形態に係る注液式空気電池を示すものであり、（Ａ）はその部分断面図、（Ｂ）は、貯留タンクの構造を示す斜視図である。第四の実施形態に係る注液式空気電池を示すものであり、（Ａ）はその部分断面図、（Ｂ）は、貯留タンクの構造を示す斜視図である。スペーサの変形例を示すものであり、（Ａ）は空気電池形成体の部分断面図、（Ｂ）は、その下面図である。（Ａ）～（Ｃ）は、空気電池形成体の輪郭形状の他例を示す平面図である。

　以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る注液式空気電池の概略構成を示す断面図、（Ｂ）は、その下面図である。

　本発明の第一の実施形態に係る注液式空気電池Ａ１の主たる構成は、複数の空気電池形成体１０と、これらの空気電池形成体１０の内方に単一の貯留タンク３０を配置した点にある。換言すると、後記する電解液Ｗの平均流路長が短くなる位置に貯留タンク３０を配設している。

　本実施形態においては、それぞれ互いに同形同大の平面視円形に形成した四つの空気電池形成体１０を、互いに所要の間隙Ｓを保持し、かつ、軸心Ｏを中心とした同軸にして積層させているとともに、その軸心Ｏに一致して上記貯留タンク３０を配設している。

　上記した各空気電池形成体１０は、貯留タンク３０内の電解液Ｗを注入されることにより発電する機能を有するものであり、これの中心にはタンク嵌合孔１１が形成されている。
　この空気電池形成体１０は、セパレータ１２の両面（図示上下面）に正極１３と負極１４を配設するとともに、その正極１３の外面に液密通気膜（以下、「撥水膜」という。）１５を積層し、かつ、下記の構成からなるケース１６に収容されている。

　ケース１６は、空気電池形成体１０とほぼ同じ外径にした平面視円形の底壁１７の周囲に空気電池形成体１０とほぼ同じ高さ寸法にした周壁１８を囲繞形成したものであり、これの中心にはタンク嵌合孔１９が形成されている。
　このケース１６の底壁１７の下面１７ａには、そのケース１６の外径寸法よりもやや小さいスペーサ２０が配設されている。

　貯留タンク３０は、各空気電池形成体１０に送給する電解液Ｗを貯留するためのものであり、上記四つの空気電池形成体１０の積層高さ寸法よりもやや高い高さ寸法Ｈ１にした円柱形の中空体である。

　すなわち、本実施形態においては、四つの空気電池形成体１０に単一の貯留タンク３０を配設している。
　この貯留タンク３０は、各空気電池形成体１０の負極１４の内端面に対向する位置に、電解液Ｗを送給するための送液孔（図示しない）が所定の角度間隔で形成されている。

　上記の構成からなる注液式空気電池Ａ１では、貯留タンク３０の送液孔（図示しない）から空気電池形成体１０に電解液Ｗが送給されることにより、空気電池として機能を発揮して発電を開始する。

　また、上記空気電池形成体１０の内方に貯留タンク３０を配置しているので、換言すると、電解液Ｗの平均流路長が短くなる位置に貯留タンク３０を配設することにより、空気電池形成体１０の外縁部１０ａまでの距離を小さくすることができ、電解液Ｗをより早く外縁部１０ａまで浸透させられ、放電までの時間を短縮することができる。

　特に空気電池形成体１０を平面視円形にしているので、上記図示しない送液孔から空気電池形成体１０の外縁部１０ａまでの距離が一定になる。換言すると、軸心Ｏから空気電池形成体１０の外縁部１０ａまでの電解液の流路長Ｌ１を一定にしている。

　従って、方形にした場合等に比較して電解液の浸透ムラを小さくできるとともに、発電性能の均一化を図ることができる。これにより、放電ムラや放電ムラによる劣化を抑止することができる。
　なお、本実施形態においては、空気の送給を空気電池形成体１０の外縁部から行なっているが、これに限るものではない。

　図２は、本発明の第二の実施形態に係る注液式空気電池の概略構成を示す断面図、（Ｂ）は、その下面図、図３は、貯留タンクの概略構造を示す斜視図である。なお、上述した実施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。

　本発明の第二の実施形態に係る注液式空気電池Ａ２は、空気電池形成体１０と、この空気電池形成体１０の内方に貯留タンク４０を配置した点においては上記した構成と同等のものであり、四つの空気電池形成体１０を互いに所要の間隔を保持し、かつ、互いに同軸にして積層させているとともに、軸心Ｏに一致して貯留タンク４０を配設している。

　貯留タンク４０は、四つの空気電池形成体１０の積層高さ寸法よりもやや高い高さ寸法Ｈ１にした円筒形のものであり、これの内部に電解液Ｗを貯留するとともに、中心に空気を流通させるための空気流路４１を形成している。

　すなわち、各空気電池形成体１０の負極１４の内端面に対向する位置に、電解液Ｗを送給するための送液孔（図示しない）が所定の角度間隔で形成されているとともに、上下隣り合う二つの空気電池形成体１０，１０の間隙Ｓに対向する位置に、複数の送気孔４２が互いに所要の角度間隔にして形成されている。

　ケース１６の底壁１７の下面１７ａには、タンク嵌合孔１９、従ってまた、軸心Ｏを中心とした放射状に複数の誘導部材２１が配設されている。当該誘導部材２１により、空気流路４１を通じて送給された空気を空気電池形成体１０の外縁部１０ａまで誘導している。

　貯留タンク１０の外周壁面、換言すると、ケース１６と空気電池形成体１０の各タンク嵌合孔１９には、上下隣り合う二つの空気電池形成体１０，１０の負極１４と正極１３とを導通接続するための集電材２２が配設されており、これにより、上下隣り合う二つの空気電池形成体１０，１０どうしを直列接続している。
　このように、貯留タンク１０に送気孔、送液孔及び集電材２２を集中させて配設することにより、注液式空気電池をコンパクトな構成とすることができ、且つ、低コストに製造することができる。

　図４は、第三の実施形態に係る注液式空気電池を示すものであり、（Ａ）はその部分断面図、（Ｂ）は、貯留タンクの構造を示す斜視図である。なお、図４～６においては、二つの空気電池形成体のみを示している。

　第三の実施形態に係る注液式空気電池Ａ３は、貯留タンク５０の構成が相違している。
　貯留タンク５０は、空気電池形成体１０に送給する電解液Ｗを貯留するための円柱形にした中空体であり、複数の空気電池形成体１０，１０の積層高さ寸法よりもやや高い高さ寸法Ｈ２に形成されている。
　図４においては、二つの空気電池形成体１０，１０を例示している。

　この貯留タンク５０の周壁５１には、各空気電池形成体１０，１０の陰極１４の内端面に対向する高さ位置毎に、電解液Ｗを送給するための複数の送液孔５２が所定の角度間隔で突設されている。
　また、各空気電池形成体１０，１０の間隙Ｓに臨む高さ位置毎に、空気を送給するための複数の送気孔５７が所定の角度間隔で形成されている。

　上記の周壁５１には、軸心Ｏと平行にして「＋」と「－」の導電膜（導電パターン）５３，５４、各高さ位置にある複数の送液孔５２を共通に導通する導電膜５５、及び各高さ位置にある複数の送気孔５７を共通に導通する導電膜５６が印刷形成され、これにより、各空気電池形成体１０を並列接続している。

　図５は、第四の実施形態に係る注液式空気電池を示すものであり、（Ａ）はその部分断面図、（Ｂ）は、貯留タンクの構造を示す斜視図である。なお、上記図４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。

　第四の実施形態に係る注液式空気電池Ａ４は、貯留タンク６０の構成が相違している。
　図５（Ａ），（Ｂ）に示す貯留タンク６０は、空気電池形成体１０に送給する電解液Ｗを貯留するための円筒形のものであり、これの中心に空気を流通させるための空気流路６１が形成されており、複数の空気電池形成体１０，１０の積層高さ寸法よりもやや高い高さ寸法Ｈ２に形成されている。
　図５においては、二つの空気電池形成体１０，１０を例示している。

　この貯留タンク６０の周壁６１には、各空気電池形成体１０，１０の陰極１４の内端面に対向する高さ位置毎に、電解液Ｗを送給するための複数の送液孔６２が所定の角度間隔で突設されている。
　また、各空気電池形成体１０，１０の間隙Ｓに臨む高さ位置毎に、空気を送給するための複数の送気孔６３が所定の角度間隔で形成されている。

　上記の周壁６１には、軸心Ｏと平行にして「＋」と「－」の導電膜（導電パターン）６４，６５、各高さ位置にある複数の送液孔６２を共通に導通する導電膜６６、及び各高さ位置にある複数の送気孔６３を共通に導通する導電膜６７が印刷形成され、これにより、各空気電池形成体１０を並列接続している。

　図６は、第五の実施形態に係る注液式空気電池を示すものであり、（Ａ）はその部分断面図、（Ｂ）は、貯留タンクの構造を示す斜視図である。なお、上述した実施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。

　第五の実施形態に係る注液式空気電池Ａ５は、貯留タンク７０Ａ，７０Ｂを空気電池形成体１０，１０毎に設けた空気電池モジュール８０，８０を積層したものである。なお、貯留タンク７０Ａ，７０Ｂは、互いに同等の構成になっているので、以下には、貯留タンク７０Ａについて説明し、貯留タンク７０Ｂについての説明を省略する。

　貯留タンク７０Ａは、空気電池形成体１０の高さ寸法よりもやや高い高さ寸法にした円筒形のものであり、これの内部に電解液Ｗを貯留するとともに、中心に空気を流通させるための空気流路７１を形成したものである。

　また、上壁７２には、空気を送給するための複数の送気溝７３が所定の角度間隔で放射状に凹設されている。
　この送気溝７３は、貯留タンク７０Ａ，７０Ｂどうしを連結したときに、貯留タンク７０Ａの上側に隣接する貯留タンク７０Ｂの下壁によって区画されて送気孔７３となる。
　なお、上壁７２、従ってまた、送気孔７３は、貯留タンク７０Ａと貯留タンク７０Ｂとを連結したときに、空気電池形成体１０，１０の間隙Ｓに臨むようになっている。

　貯留タンク７０Ａの周壁７１には、空気電池形成体１０の陰極１４の内端面に対向する高さ位置に、電解液Ｗを送給するための複数の送液孔７５が所定の角度間隔で突設されている。

　また、複数の送気孔７３と同じ高さ位置には、他の空気電池形成体１０の正極１４と、自らの負極１３と導通させる幅にしたリング形の導電膜７４が形成されているとともに、複数の送液孔７５と同じ高さ位置には、他の空気電池形成体１０の負極１４と、自らの正極１３と導通させる幅にしたリング形の導電膜７６が形成されている。

　そして、注液式空気電池形成体モジュール８０，８０どうしを各貯留タンク７０Ａ，７０Ｂを連結することにより、導電膜７４，７６どうしが接続されて、注液式空気電池形成体モジュール８０，８０どうしが直列接続される。
　なお、注液式空気電池形成体モジュール８０，８０どうしの位置決めは、互いの当接壁面に位置決め用ピンや凹部等の位置決め部を形成しておき、これらを嵌合させることにより行なう。

　図７は、スペーサの変形例を示すものであり、（Ａ）は空気電池形成体の部分断面図、（Ｂ）は、その下面図である。なお、上述した実施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。

　同図に示すスペーサ９０は、ケース１６の底壁１７の下面１７ａに一体にし、かつ、互いに所要の間隔をおいて突設した複数のリブであり、空気を各リブ９０間に流通させられるようにしている。
　図８（Ａ）～（Ｃ）は、空気電池形成体の輪郭形状の他例を示す平面図である。
　同図（Ａ）に示す空気電池形成体１０Ａは平面視八角形、同図（Ｂ）に示す空気電池形成体１０Ｂは平面視六角形、同図（Ｃ）に示す空気電池形成体１０Ｃは、平面視四角形にしたものである。
　すなわち、上記した平面視円形のものに限るものではなく、公知の多角形にすることができる他、楕円形等にすることができる。

　なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上述した実施形態においては、四つの空気電池形成体を互いに積層した構成のものを例示するが、その枚数に限るものではなく、適宜増減できることは勿論である。

・以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものである。

１０，１０Ａ～１０Ｃ　　空気電池形成体
３０　　　　　　　　　　貯留タンク
４１　　　　　　　　　　空気流路
５７　　　　　　　　　　送気孔
８０　　　　　　　　　　注液式空気電池モジュール
Ｗ　　　　　　　　　　　電解液

Claims

　電解液を注入されることにより発電する空気電池形成体と、この空気電池形成体に送給する電解液を貯留するための貯留タンクとを有する注液式空気電池において、
　上記空気電池形成体の内方に貯留タンクを配置していることを特徴とする注液式空気電池。
　電解液の平均流路長が短くなる位置に貯留タンクを配設している請求項１に記載の注液式空気電池。
　平面視円形にした空気電池形成体の軸心に貯留タンクを配設している請求項２に記載の注液式空気電池。
　貯留タンクに空気を流通させるための空気流路とともに、その空気流路を空気電池形成体に送給するための送気孔を構成している請求項１～３のいずれか１項に記載の注液式空気電池。
　請求項１～４のいずれか１項に記載の空気電池形成体を互いに同軸的に積層させていることを特徴とする記載の注液式空気電池。
　積層された空気電池形成体を電気的に接続する集電材を貯留タンクに設けた請求項５に記載の注液式空気電池。
　請求項１～６のいずれか１項に記載の空気電池形成体毎に貯留タンクを配設した注液式空気電池モジュール。