WO2013150865A1

WO2013150865A1 - 空気電池

Info

Publication number: WO2013150865A1
Application number: PCT/JP2013/056753
Authority: WO
Inventors: 佳子塚田; 長山　森; 宮澤　篤史
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-10-10
Also published as: EP2835858A1; CN104205479A; EP2835858A4; CN104205479B; TWI508354B; EP3125359B1; US20150050569A1; EP3125359A1; US10923748B2; TW201401628A; US20200036019A1; EP2835858B1

Abstract

　空気電池（Ｃ１～Ｃ９）は、空気極（１１）と金属負極（１２）との間に電解質用液体の充填室（１３）を有する複数の電極構造体（１）と、複数の電極構造体（１）を個別に収納する電極収納部（２）と、複数の電極構造体（１）に電解質用液体を供給するための液体供給手段（３）と、を備えている。電極収納部（２）は、複数の電極構造体（１）の充填室（１３）に電解質用液体をそれぞれ注入するための複数の注液孔（２２）と、隣接する注液孔（２２）の間の空間を区分けする複数の液絡防止部（５１～５８）とを備えている。液体供給手段（３）は、複数の注液孔（２２）に向けて電解質用液体流出する注液装置（３２）を備えている。

Description

空気電池

　本発明は、酸素を正極活物質として利用する空気電池に関し、とくに、使用時に電解質用液体を注入可能な注液式の空気電池に関するものである。

　従来の空気電池としては、例えば、特許文献１に記載されたものがあった。特許文献１に記載の空気電池は、電極を有する枠と、この枠及び電解液を収容するタンクを備えている。枠は、所定間隔をおいて配置した一対のカソードと、各カソードの外側に相対向するアノードを備えている。

　上記の空気電池は、枠及びタンクにひれ状物及び溝がそれぞれ形成されている。枠及びタンクを組み合わせる際に、ひれ状物及び溝を係合させることで、タンク内に、互いに電気的に分離された２つの電解質保持帯域が形成される。これにより、アノード間の電解液を介した電流路（液絡）が発生するのを防ぐことができる。また、上記の空気電池には、一対のカソードの間に非導電性バッフルが配置されている。それゆえ、カソード間に液体が入った場合でも、カソード間に電流路が発生するのを防ぐことができる。上記の空気電池は、例えば、電解液に海水を用いるものであって、空気電池を海中に差し入れることにより、タンク内に海水が導入されて発電を開始する。

特開昭６２－１７７８７３号公報

　近年では、自動車等の車両の電源又は補助電源として使用される空気電池の研究開発が進められている。この車載用の空気電池には、車両に要する出力と容量が求められるので、複数の電極構造体を直列に接続した構成にすると共に、電解液には強アルカリ電解液を用いる必要がある。

　従来の空気電池は、電解質保持帯域の仕切り部分ではひれ状物と溝とが係合しているだけなので、電解液を介したアノード間の液絡を完全に阻止することができなかった。それゆえ、強アルカリ電解液を使用する高出力・高容量の空気電池には従来の構造を適用することが困難であるという問題点があった。

　電解液に海水を用いる空気電池では、電解液の抵抗が低く、出力が小さいので、若干の液絡が生じても実用上の問題は無い。一方、電解液に強アルカリ電解液を使用する空気電池では、電解液の抵抗が大きいので、僅かな液絡も無視できない。

　本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、複数の電極構造体を直列配置した注液式の空気電池であって、電解質用液体を介した電極構造体同士の液絡を確実に防ぐことができる空気電池を提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係る空気電池は、空気極と金属負極との間に電解質用液体の充填部を有する複数の電極構造体と、前記複数の電極構造体を個別に収納する電極収納部と、前記複数の電極構造体に前記電解質用液体を供給するための液体供給手段と、を備え、前記電極収納部内において、前記複数の電極構造体は直列に配置されており、前記電極収納部は、前記複数の電極構造体の充填室に前記電解質用液体をそれぞれ注入するための複数の注液孔と、隣接する注液孔の間の空間を区分けする複数の液絡防止部とを備えており、前記液体供給手段は、前記電解質用液体の貯留タンクと、前記貯留タンクの電解質用液体を前記複数の注液孔に向けて流出させる注液装置を備えている。

図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る空気電池の断面図である。図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る空気電池の側面図である。図２は、図１Ａに示した液体供給手段に制御手段及び配管を設けた空気電池を備えた空気電池システムを概略的に示すブロック図である。図３Ａは、本発明の第１実施形態の第１変形例に係る空気電池の断面図である。図３Ｂは、本発明の第１実施形態の第１変形例に係る空気電池の側面図である。図４Ａは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係る空気電池の断面図である。図４Ｂは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係る液絡防止部の斜視図である。図５Ａは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係る空気電池の断面図である。図５Ｂは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係る液絡防止部の斜視図である。図６Ａは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係る液絡防止部の他の形態を説明する斜視図である。図６Ｂは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係る液絡防止部の他の形態を説明する斜視図である。図６Ｃは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係る液絡防止部の他の形態を説明する斜視図である。図７Ａは、本発明の第１実施形態の第４変形例に係る空気電池の断面図である。図７Ｂは、本発明の第１実施形態の第４変形例に係る液絡防止部の他の形態を説明する断面図である。図８Ａは、本発明の第１実施形態の第５変形例に係る空気電池における、電解質用液体の注入時の状態を示す断面図である。図８Ｂは、本発明の第１実施形態の第５変形例に係る空気電池における、電解質用液体の注入後の状態を示す断面図である。図９Ａは、本発明の第１実施形態の第６変形例に係る空気電池の断面図である。図９Ｂは、本発明の第１実施形態の第６変形例に係る注液装置の部分拡大図である。図１０Ａは、本発明の第１実施形態の第７変形例に係る空気電池の断面図である。図１０Ｂは、本発明の第１実施形態の第７変形例に係る空気電池の側面図である。図１０Ｃは、本発明の第１実施形態の第７変形例に係る液絡防止部の部分拡大図である。図１１Ａは、本発明の第１実施形態の第８変形例に係る空気電池の断面図である。図１１Ｂは、本発明の第１実施形態の第８変形例に係る注液孔の部分拡大図である。図１１Ｃは、本発明の第１実施形態の第８変形例に係る注液孔の部分拡大図である。図１２Ａは、本発明の第２実施形態に係る空気電池の断面図である。図１２Ｂは、本発明の第２実施形態に係る電極収納部の上部の拡大断面図である。図１３Ａは、本発明の第２実施形態の第１変形例に係る空気電池の断面図である。図１３Ｂは、本発明の第２実施形態の第１変形例に係る電極収納部の上部の拡大断面図である。図１４Ａは、本発明の第２実施形態の第２変形例に係る空気電池における、電解質用液体の注入時の状態を示す断面図である。図１４Ｂは、本発明の第２実施形態の第２変形例に係る空気電池における、電解質用液体の注入後の状態を示す断面図である。図１５Ａは、本発明の第２実施形態の第３変形例に係る空気電池の断面図である。図１５Ｂは、本発明の第２実施形態の第３変形例に係る注液装置と電極収納部の上部の拡大断面図である。

　　（第１実施形態）
　図１Ａに示す空気電池Ｃ１は、空気極１１と金属負極１２との間に電解質用液体の充填部１３を有する複数の電極構造体１と、複数の電極構造体１を個別に収納する複数の収容室を有する電極収納部２と、複数の電極構造体１に電解質用液体を供給するための液体供給手段３を備えている。なお、各電極構造体１は、電解質用液体が供給されることにより、単電池（空気電池）となる。したがって、本実施形態に係る空気電池Ｃ１は、単電池の集合体であり、組電池ともいう。

　　各電極構造体１は、全体として矩形板状を成している。空気極１１は、正極部材と、空気極１１の最外層に配置した撥水層で構成される（図示略）。正極部材は、例えば、触媒成分、及び触媒成分を担持する導電性の触媒担体を含む。

　　触媒成分としては、具体的には、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、銀（Ａｇ）、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）、及びアルミニウム（Ａｌ）等の金属及びこれらの金属を任意に組み合わせた合金などから、所望の金属又は合金が選択される。触媒成分の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒成分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、触媒成分の形状は、粒状であることが好ましい。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１～３０ｎｍの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。

　　触媒担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、及び触媒成分と他の物質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。触媒担体としては、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、かつ、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。触媒担体としては、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、又は人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。触媒担体のサイズについても特に限定されないが、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、触媒担体の平均粒子径を５～２００ｎｍ程度、好ましくは１０～１００ｎｍ程度とするとよい。

　　正極部材において、触媒成分の担持量は、正極部材の全量に対して、好ましくは１０～８０質量％、より好ましくは３０～７０質量％である。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。

　　撥水層は、電解質用液体に対して液密性（水密性）を有し、かつ、酸素に対して通気性を有する。撥水層は、電解質用液体が外部へ漏出するのを阻止し得るように、ポリオレフィンやフッ素樹脂などの撥水膜を用いており、かつ、正極部材に酸素を供給し得るように多数の微細孔を有している。

　　金属負極１２は、標準電極電位が水素より卑な金属単体又は合金から成る負極活物質を含んでいる。標準電極電位が水素より卑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）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、又はバナジウム（Ｖ）などを挙げることができる。また、合金としては、これらの金属元素に１種類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。

　　電極収納部２は、矩形板状の各電極構造体１を立てた状態にし、複数の電極構造体１を水平方向に直列配置して、複数の収納室に個別に収納している。電極収納部２の各収納室内には、各電極構造体１の空気極１１側に空気室２１が形成されている。また、電極収納部２は、電極収納部２の上部に、複数の電極構造体１の充填室１３に電解質用液体をそれぞれ注入するための複数の注液孔２２と、隣接する注液孔２２の間の空間を区分けする凸構造の複数の液絡防止部５１を備えている。

　本実施形態の複数の液絡防止部５１は、図１に示すようにリブ状を成している。さらに、電極収納部２は、配列端部に位置する電極構造体１の充填室１３に電解質用液体を注入するための注液孔２２に対して配列端部側に位置する別の液絡防止部５１を備えている。つまり、液絡防止部５１は、各注液孔２２の両側に配置されている。

　　図１Ａ，１Ｂに示すように、液体供給手段３は、電解質用液体の貯留タンク３１と、貯留タンク３１の電解質用液体を複数の注液孔２２の上方から流出させる複数の注液装置３２を備えている。本実施形態では、各注液装置３２が、電解質用液体の流出を制御する開閉体４１を備えている。複数の注液装置３２は、各注液孔２２に対応して配置されている。開閉体４１は開閉バルブである。複数の注液装置３２は、複数の液絡防止部５１から上下に離れて配置されている。

　　液体供給手段３に貯蔵される電解質用液体は、電解液、又は、例えば、電極構造体１の内部あるいは貯留タンク３１から注液装置３２の配管３５（図２に示す）内に配置又は混入させた固体の電解質を溶融するための液体（水）などである。電解液の場合には、例えば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液を適用することができるが、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。電解質用液体の量は、当該空気電池Ｃ１の放電時間、放電時に生じる金属塩の析出量などを考慮して決定される。

　　図２は、図１に示した液体供給手段３に制御手段３３及び配管３５を設けた空気電池Ｃ１’を備えた空気電池システムを概略的に示すブロック図である。各電極構造体１は、空気極１１及び金属負極１２をケースに収容して、カートリッジとして、図中の矢印で示すように、電極収納部２の収納室内に収納される。また、電極収納部２の各収容室の上部には、カバー（図示略）が備えられている。このカバーに注液孔２２や液絡防止部５１を設けることができる。

　　さらに、電極収納部２は、内部にバスバー２３を備え、電極収納部２に収納された複数の電極構造体１を直列に接続する。空気電池Ｃ１’は、制御装置４を介してモータ等の被駆動体５に電力を供給する。

　　さらに、電極収納部２には、空気供給手段６が接続されている。空気供給手段６は、各収納室内の電極構造体１に隣接する空気室２１に空気を供給する。空気供給手段６は、エアコンプレッサ、流量制御バルブ及び配管類などで構成されている。

　　液体供給手段３は、貯留タンク３１、注液装置３２、配管３５、及び電解質用液体の流通を制御する制御装置３３を備えている。制御装置３３は、ポンプ及び流量制御バルブなどで構成される。液体供給手段３は、図１に示した空気電池Ｃ１のように、貯留タンク３１と注液装置３２を直接接続している構成に代えて、図２に示した空気電池Ｃ１’のように、貯留タンク３１と注液装置３２を互いに分離して配置した構成にしてもよい。

　　上記のように構成された空気電池Ｃ１は、液体供給手段３において、各注液装置３２の開閉体（開閉バルブ）４１を開放することにより、各注液孔２２の上方から電解質用液体が流出して、各電極構造体１の充填室１３に注入される。これにより、各電極構造体１は、単電池（空気電池）となって発電を開始する。

　　このとき、電解質用液体の注入後、僅かな電解質用液体が電極収納部２の上面に残ることがあり得る。この問題に対して、空気電池Ｃ１は、隣接する注液孔２２の間の空間を区分けする凸構造の複数の液絡防止部５１を備えているので、残留した電解質用液体が隣接する注液孔２２に流れ込まない。これにより、空気電池Ｃ１は、隣接する電極構造体（単電池）１の間における液絡、すなわち電解質用液体を介した短絡を確実に防ぐことができる。　
　　したがって、空気電池Ｃ１は、強アルカリ電解液のように、抵抗が大きくて僅かな液絡も無視できない電解液を使用する高出力・高容量の空気電池にも充分適用可能である。よって、空気電池Ｃ１は、高出力・高容量が要求される自動車等の車載用電源として非常に好適なものになる。

　　また、空気電池Ｃ１は、電極収納部２が、電極構造体１の配列端部にも液絡防止部５１を備えているので、電解質用液体を注入する際に、電解質用液体が外側へ流れるような事態を阻止することができる。

　　さらに、空気電池Ｃ１では、貯留タンク３１を複数の電極構造体１で共用するので、構造の簡略化や低コスト化を図ることができる。また、各注液装置３２が、開閉体（開閉バルブ）４１を備えているので、電解質用液体の使用量を調整することができる。電解質用液体の注液後、開閉体４１を閉じることで、貯留タンク３１内の電解質用液体を介した液絡を防ぐことができる。

　　さらに、空気電池Ｃ１では、複数の注液装置３２が、各注液孔２２に対応して配置されているので、個々の電極構造体１に対して電解質用液体を速やかに注入することができ、起動時間を短縮し得る。しかも、空気電池Ｃ１は、選択した電極構造体１だけに電解質用液体を注入すること可能なので、必要な電気量に応じた数の電極構造体（単電池）１を起動させることができる。また、注液の自動制御にも容易に対処することができる。

　　さらに、空気電池Ｃ１では、複数の注液装置３２が、複数の液絡防止部５１から上下に離れて配置されているので、電解質用液体の注入時及び注入後において、液体供給手段３側の電解質用液体を介した電極構造体（単電池）１同士の液絡を阻止することができる。

　　図３Ａ乃至図１１Ｃは、本発明の第１実施形態の第１乃至８変形例に係る空気電池Ｃ２乃至Ｃ９を説明する図である。なお、各変形例において、空気電池Ｃ１と同一の構成部位には、同一符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

　　図３Ａ，３Ｂに示す第１変形例に係る空気電池Ｃ２は、電池収納部２の上面に、各電極構造体１に対応する注液孔２２と、各注液孔２２の片側に、段差状を成す凸構造の液絡防止部５２を備えている。また、液体供給手段３は、貯留タンク３１と、複数の注液装置３２を配設した供給ヘッド３４を備えている。供給ヘッド３４は、配管３５により貯留タンク３１に接続されており、電極収納部２に対して昇降可能である。

　　上記のように構成された空気電池Ｃ２では、液体供給手段３により各電極構造体１に電解質用液体が注入される。この際、供給ヘッド３４を液絡防止部５２に当接させた状態で、電解質用液体を注入してもよい。空気電池Ｃ２は、空気電池Ｃ１と同様に、電解質用液体を介した電極構造体（単電池）１同士の液絡を確実に防ぐことができる。　
　　　図４Ａに示す第２変形例に係る空気電池Ｃ３では、各液絡防止部５３が、注液孔２２側に下る斜面又は段差を有している。具体的には、図４Ｂに示すように、液絡防止部５３は、断面三角形状を成し、注液孔２２側に下る斜面を有する。

　　空気電池Ｃ３は、空気電池Ｃ１と同様の作用及び効果を得られるように、電解質用液体を注入する際に、液絡防止部５３の斜面がガイドとなり、注液孔２２への電解質用液体の注入を円滑に且つ速やかに行うことができ、起動時間の短縮化を実現する。また、液絡防止部５３の斜面により、電解質用液体の残留を防いで、液絡をより確実に防ぐことができる。

　　　図５Ａに示す第３変形例に係る空気電池Ｃ４では、各液絡防止部５４が、注液孔２２側に下る斜面又は段差を有している。具体的には、図５Ｂに示すように、液絡防止部５４は、断面台形状を成し、注液孔２２側に下る斜面を有する。

　　空気電池Ｃ４は、空気電池Ｃ１と同様の作用及び効果を得られるように、電解質用液体を注入する際に、液絡防止部５４の斜面がガイドとなり、注液孔２２への電解質用液体の注入を円滑に且つ速やかに行うことができ、起動時間の短縮を実現する。また、液絡防止部５４の上面が平坦なので、電解質用液体の注入時に液体供給手段３を液絡防止部５４に当接させることで、液体供給手段３の位置決めを行うことができる。

　　図６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、注液孔２２側に下る斜面又は段差を有する液絡防止部５５，５６，５７をそれぞれ示している。図６Ａに示す液絡防止部５５は、注液孔２２側に下る段差を有する断面形状を成している。図６Ｂに示す液絡防止部５６は、注液孔２２側に下る凹曲傾斜面を有する断面形状を成している。図６Ｃに示す液絡防止部５７は、注液孔２２側に下る凸曲傾斜面を有する断面形状を成している。液絡防止部５５，５６，５７は、空気電池Ｃ１の液絡防止部５１と同様の効果を得ることができる。

　　図７Ａに示す第４変形例に係る空気電池Ｃ５では、各液絡防止部５８が、電極構造体１の配列方向に沿って所定間隔を置いて配置された複数の凸部５８Ａから成っている。具体的には、同じ高さの複数の凸部５８Ａで液絡防止部５８を構成している。

　　空気電池Ｃ５は、空気電池Ｃ１と同様の作用及び効果を得ることができる。とくに、電解質用液体の注入後、速やかに液絡の生じない状態を確保することができ、より高い液絡防止の機能を得ることができる。また、図７Ｂに示すように、互いに高さの異なる凸部５８Ａで液絡防止部５８を構成してもよい。

　　さらに、空気電池Ｃ５において、例えば、図７Ｂに示すように、凸部５８Ａの間にセンサＳを設けてもよい。この構成により、注液装置３２から流出させた電解質用液体が、注液孔２２に一番近い凸部５８Ａを超えてしまった場合に、その電解質用液体をセンサＳで検出して、開閉体４１を閉じる制御を行うことが可能である。

　　図８Ａ，８Ｂに示す第５変形例に係る空気電池Ｃ６では、液体供給手段３の注液装置３２が、空気電池Ｃ１の開閉体４１（開閉バブル）に代えて開閉体４２を備えている。開閉体４２は、複数の注液孔２２に対して電解質用液体を流出させるように配置されている。本変形例の開閉体４２は仕切り板である。空気電池Ｃ６は、開閉体４２を開放することで、電極収納部２の上面側に電解質用液体を一斉に流出させて、複数の電極構造体１に電解質用液体を注入する。この際、電解質用液体は、中間の液絡防止部５１にかかっても構わない。

　　空気電池Ｃ６は、電解質用液体の注入から起動に至るまでの時間を大幅に短縮することができる。電解質用液体の注入後には、液絡防止部５１により、電解質用液体を介した電極構造体（単電池）１同士の液絡を確実に防止することができる。

　　図９Ａ，９Ｂに示す第６変形例に係る空気電池Ｃ７では、各注液装置３２の少なくとも周囲の表面に、撥水性を有する撥水部６１ａが設けられている。撥水部６１ａは、例えば、適宜の撥水剤を各注液装置３２の周囲の表面に塗布することにより形成される。また、撥水部６１ａにおいて、電解質用液体（すなわち、水や電解液）に対する接触角は、少なくとも５０度以上であり、望ましくは８０度以上である。

　　空気電池Ｃ７は、空気電池Ｃ１と同様の作用及び効果を得ることができると共に、撥水部６１ａにより、各注液装置３２の周囲に電解質用液体が付着するのを防ぐことができる。これにより、空気電池Ｃ７は、図９Ａに示すように、貯留タンク３１と液絡防止部５１とが接触している状態であっても、貯留タンク３１側の電解質用液体を介した電極構造体（単電池）１同士の液絡を防ぐことができる。

　　図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに示す第７変形例に係る空気電池Ｃ８では、各液絡防止部５２の少なくとも頂部の表面に、撥水性を有する撥水部６１ｂが設けられている。空気電池Ｃ８は、空気電池Ｃ１と同様の作用及び効果を得ることができると共に、撥水部６１ｂにより、各液絡防止部５２の頂部に電解質用液体が残留するのを防ぐことができる。これにより、空気電池Ｃ８は、液絡防止部５２による液絡防止機能のさらなる向上を実現することができる。

　　図１１Ａ，１１Ｂに示す第８変形例に係る空気電池Ｃ９では、各注入孔２２の開口部周囲に、親水性を有する親水部６２ａが設けられている。親水部６２ａは、例えば、適宜の親水剤を各注入孔２２の開口部周囲に塗布することにより形成される。また、親水部６２ａにおいて、電解質用液体（すなわち、水や電解液）に対する接触角は、少なくとも８０度未満であり、望ましくは５０度未満である。

　　空気電池Ｃ９は、空気電池Ｃ１と同様の作用及び効果を得ることができると共に、親水部６２ａにより、電解質用液体が各注液孔２２に流れ込みやすくなり、注液速度の向上に伴って起動時間のさらなる短縮を実現することができる。

　　また、空気電池Ｃ９では、図１１Ｃに示すように、各注入孔２２の開口部周囲に、親水領域である親水部６２ａを設けると共に、その親水領域（すなわち、親水部６２ａ）の外側に、撥水領域である撥水部６１ｃを設けてもよい。

　　空気電池Ｃ９は、親水部６２ａにより、電解質用液体の注入速度の向上や起動時間のさらなる短縮を実現すると共に、電解質用液体の注入後には、撥水部６１ｃにより、各注液孔２２の周囲に電解質用液体が残留するのを防ぐことができる。これにより、電解質用液体を介した電極構造体（単電池）１同士の液絡を防ぐことができる。

　（第２実施形態）
本実施形態において、空気電池Ｃ１と同一の構成部位には、同一符号を付して詳細な説明を適宜省略する。図１２Ａ，１２Ｂに示す空気電池Ｃ１０は、空気極１１と金属負極１２との間に電解質用液体の充填部１３を有する複数の電極構造体１と、複数の電極構造体１を個別に収納する複数の収容室を有する電極収納部２と、複数の電極構造体１に電解質用液体を供給するための液体供給手段３を備えている。

　電極収納部２の上部には、複数の液絡防止部５１の代わりに、撥水性を有する複数の撥水部６１ｄが設けられている。各撥水部６１ｄは、隣接する注液孔２２の間に配置されている。

　各撥水部６１ｄは、隣接する注液孔２２の間に位置する電極収納部２の上部の表面に適宜の撥水剤を塗布することにより形成されている。撥水部６１ｄにおいて、電解質用液体（すなわち、水や電解液）に対する接触角は、少なくとも５０度以上であり、望ましくは８０度以上である。さらに、電極収納部２の上部には、配列端部に位置する電極構造体１の充填室１３へ電解質用液体を注入するための注液孔２２に対して配列端部側にも別の撥水部６１が配置されている。つまり、撥水部１は、各注液孔２２の両側に配置してある。

　空気電池Ｃ１０では、各撥水部６１において電解質用液体が排除されるので、電極収納部２の上部に残留した電解質用液体が隣接する注液孔２２同士を結ぶのを阻止することができる。これにより、空気電池Ｃ１０は、隣接する電極構造体（単電池）１の間における液絡、すなわち電解質用液体を介した短絡を確実に防ぐことができる。　
　したがって、空気電池Ｃ１０は、強アルカリ電解液のように、抵抗が大きくて僅かな液絡も無視できない電解液を使用する高出力・高容量の空気電池にも充分適用可能である。よって、空気電池Ｃ１０は、高出力・高容量が要求される自動車等の車載用電源として非常に好適なものになる。

　さらに、空気電池Ｃ１０は、注液装置３２が電極収納部２から上下に離れて配置されているので、電解質用液体の注入時及び注入後において、液体供給手段３側の電解質用液体を介した電極構造体（単電池）１同士の液絡を阻止することができる。

　　図１３Ａ乃至図１５Ｂは、本発明の第２実施形態の第１乃至３変形例に係る空気電池Ｃ１１乃至Ｃ１３を説明する図である。なお、各変形例において、空気電池Ｃ１０と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

　　図１３Ａ，１３Ｂに示す第１変形例に係る空気電池Ｃ１１は、電池収納部２の上面に、各電極構造体１に対応する複数の注液孔２２と、複数の撥水部６１ｅと、各注入孔２２の開口部周囲に設けられた複数の親水部６２ｂを備えている。これにより、電池収納部２の上面には、撥水部６１ｅと、注液孔２２を含む親水部６２ｂとが交互に配置されている。

　　親水部６２ｂは、適宜の親水剤を塗布することにより形成することができる。親水部６２ｂにおいて、電解質用液体（すなわち、水や電解液）に対する接触角は、少なくとも８０度未満であり、望ましくは５０度未満である。

　　上記のように構成された空気電池Ｃ１１は、撥水部６１ｅにより、空気電池Ｃ１０と同様に液絡防止の作用及び効果を得ることができると共に、親水部６２ｂにより、電解質用液体が各注液孔２２に流れ込み易くなり、注液速度の向上に伴って起動時間のさらなる短縮を実現することができる。

　　図１４Ａ，１４Ｂに示す第２変形例にかかる空気電池Ｃ１２では、空気電池Ｃ１１の液体供給手段３の注液装置３２が、空気電池Ｃ１１の開閉体４１（開閉バブル）に代えて開閉体４２を備えている。開閉体４２は、複数の注液孔２２に対して電解質用液体を流出させるように配置されている。本変形例の開閉体４２は仕切り板である。また、電極収納部２の上面の両端部又は外周部には、リブ２４が設けられている。リブ２４は、電解質用液体の注液時において、電解質用液体が空気電池Ｃ１２の外側へ流出するのを防ぐ。

　　空気電池Ｃ１２は、開閉体４２を開放することで、電極収納部２の上面側に電解質用液体を一斉に流出させて、複数の電極構造体１に電解質用液体を注入する。それゆえ、空気電池Ｃ１２は、電解質用液体の注入から起動に至るまでの時間を大幅に短縮することができる。電解質用液体の注入後には、撥水部６１において電解質用液体が排除されるので、電解質用液体が注入孔２２同士を結ぶのを阻止する。これにより、電解質用液体を介した電極構造体（単電池）１同士の液絡を確実に防止することができる。

　図１５Ａ，１５Ｂに示す第３変形例に係る空気電池Ｃ１３では、電極収納部２の上面に、注液孔２２、撥水部６１ｅ及び親水部６２ｂが設けられていると共に、各注液装置３２の少なくとも周囲の表面に撥水部６１ａが設けられている。また、電極収納部２の上面には、液体供給手段３の貯留タンク３１に当接するリブ２５が設けてある。リブ２５は、空気電池Ｃ１２と同様に、電解質用液体の注液時において、電解質用液体が空気電池Ｃ１２の外部へ流出するのを防ぐと共に、液体供給手段３の位置決めを行う機能を有している。

　　空気電池Ｃ１２は、空気電池Ｃ１４と同様の作用及び効果を得ることができると共に、貯留タンク３１側の撥水部６１ａにより、各注液装置３２の周囲に電解質用液体が付着するのを防止する。これにより、空気電池Ｃ１２は、貯留タンク３１とリブ２５とが接触している構成において、貯留タンク３１側の電解質用液体を介した電極構造体（単電池）１同士の液絡を防ぐことができる。

　　本発明の空気電池は、第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各部位の形状、個数及び材料などの構成の細部を適宜変更することが可能である。第１実施形態では、リブ状等のように所定長さを有する液絡防止部を例示したが、例えば、各注液孔を包囲するような形態の液絡防止部を採用することも可能である。第２実施形態では、所定長さを有する撥水部を例示したが、例えば、各注液孔を包囲する領域に撥水部を設けることも可能である。また、第１実施形態の第１乃至８変形例及び第２実施形態の第１乃至３変形例を適宜組み合わせてもよい。

　　本発明に係る空気電池は、複数の電極構造体を直列配置した注液式の空気電池において、電解質用液体を介した電極構造体同士の液絡を確実に防ぐことができる。これにより、電解液に強アルカリ電解液を使用する高出力・高容量の空気電池にも適用可能であり、自動車等の車載用電源として非常に好適なものになる。

　本出願は、２０１２年４月４日に出願された日本国特許願第２０１２－０８５３０１号及び２０１２年４月４日に出願された日本国特許願第２０１２－０８５３０３号に基づく優先権を主張しており、これらの出願の全内容がここに援用される。

　Ｃ１～Ｃ１３　　空気電池
　１　　　　　　　電極構造体
　２　　　　　　　電極収納部
　３　　　　　　　液体供給手段
　１１　　　　　　空気極
　１２　　　　　　金属負極
　１３　　　　　　充填部
　２２　　　　　　注液孔
　３１　　　　　　貯留タンク
　３２　　　　　　注液装置
　４１，４２　　　開閉体
　５１～５８　　　液絡防止部
　５８Ａ　　　　　凸部
　６１ａ～６１ｅ　撥水部
　６２ａ，６２ｂ　親水部

Claims

　空気極と金属負極との間に電解質用液体の充填部を有する複数の電極構造体と、
　前記複数の電極構造体を個別に収納する電極収納部と、
　前記複数の電極構造体に前記電解質用液体を供給するための液体供給手段と、
　を備え、
　　前記電極収納部内において、前記複数の電極構造体は直列に配置されており、
　前記電極収納部は、前記複数の電極構造体の充填室に前記電解質用液体をそれぞれ注入するための複数の注液孔と、隣接する注液孔の間の空間を区分けする複数の液絡防止部とを備えており、
　　前記液体供給手段は、前記電解質用液体の貯留タンクと、前記貯留タンクの電解質用液体を前記複数の注液孔に向けて流出させる注液装置を備えていることを特徴とする空気電池。
　　前記電極収納部は、配列端部に位置する電極構造体の充填室に前記電解質用液体を注入するための注液孔に対して前記配列端部側に位置する別の液絡防止部を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部は、凸構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部の少なくとも１つは、隣接する注液孔に向かって下る斜面を有することを特徴とする請求項３に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部の少なくとも１つは、三角形状の断面を有することを特徴とする請求項４に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部の少なくとも１つは、台形状の断面を有することを特徴とする請求項４に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部の少なくとも１つは、隣接する注液孔の少なくとも一方に向かって下る段差を有することを特徴とする請求項３に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部の少なくとも１つは、隣接する注液孔の少なくとも一方に向かって下る凹曲傾斜面を有することを特徴とする請求項３に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部の少なくとも１つは、隣接する注液孔の少なくとも一方に向かって下る凸曲傾斜面を有することを特徴とする請求項３に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部の少なくとも１つは、前記複数の電極構造体の配列方向に沿って、所定間隔で配置されたた複数の凸部から成ることを特徴とする請求項３に記載の空気電池。
　前記複数の凸部は同じ高さを有することを特徴とする請求項１０に記載の空気電池。
　前記複数の凸部は異なる高さを有することを特徴とする請求項１０に記載の空気電池。
　　前記注液装置は、前記電解質用液体の流出を制御する開閉体を備えていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の空気電池。
　前記注液装置は、前記複数の注液孔に対して前記電解質用液体を一斉に流出するように配置されていることを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の空気電池。
　前記注液装置は、各注液孔に対応して複数配置されていることを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の空気電池。
　前記注液装置は、前記複数の液絡防止部から離れて配置されていることを特徴とする請求項１～１５のいずれか１項に記載の空気電池。
　前記注液装置の少なくとも周囲の表面が、撥水性を有していることを特徴とする請求項１～１６のいずれか１項に記載の空気電池。
　前記複数の液絡防止部の少なくとも１つの頂部の表面が、撥水性を有していることを特徴とする請求項３に記載の空気電池。
　前記複数の注入孔の少なくとも１つの開口部周囲が、親水性を有する親水領域であることを特徴とする請求項１～１８のいずれか１項に記載の空気電池。
　前記複数の注入孔の少なくとも１つの開口部周囲の外側が、撥水性を有する撥水領域であることを特徴とする請求項１９に記載の空気電池。