WO2013150865A1 - 空気電池 - Google Patents

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WO2013150865A1
WO2013150865A1 PCT/JP2013/056753 JP2013056753W WO2013150865A1 WO 2013150865 A1 WO2013150865 A1 WO 2013150865A1 JP 2013056753 W JP2013056753 W JP 2013056753W WO 2013150865 A1 WO2013150865 A1 WO 2013150865A1
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air battery
electrode
electrolyte
battery according
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佳子 塚田
長山　森
宮澤　篤史
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an air battery that uses oxygen as a positive electrode active material, and more particularly to an injection type air battery that can inject an electrolyte liquid during use.
  • Patent Document 1 As a conventional air battery, for example, there is one described in Patent Document 1.
  • the air battery described in Patent Document 1 includes a frame having electrodes, and a tank that accommodates the frame and an electrolytic solution.
  • the frame includes a pair of cathodes arranged at a predetermined interval and an anode facing each other outside each cathode.
  • the above air battery has fins and grooves formed in the frame and tank, respectively.
  • the fins and the grooves are engaged to form two electrolyte holding zones that are electrically separated from each other in the tank. Thereby, it can prevent that the electric current path (liquid junction) via the electrolyte solution between anodes generate
  • a non-conductive baffle is disposed between the pair of cathodes. Therefore, even when liquid enters between the cathodes, it is possible to prevent a current path from being generated between the cathodes.
  • the above air battery uses, for example, seawater as an electrolytic solution, and when the air battery is inserted into the sea, the seawater is introduced into the tank and power generation is started.
  • the fins and the grooves are only engaged in the partition part of the electrolyte holding zone, and thus the liquid junction between the anodes via the electrolytic solution could not be completely prevented. Therefore, there is a problem that it is difficult to apply a conventional structure to a high-power / high-capacity air battery using a strong alkaline electrolyte.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is a liquid injection type air battery in which a plurality of electrode structures are arranged in series, and the liquid between the electrode structures via an electrolyte liquid.
  • An object of the present invention is to provide an air battery that can reliably prevent entanglement.
  • An air battery includes a plurality of electrode structures each having an electrolyte liquid filling portion between an air electrode and a metal negative electrode, and an electrode storage portion that individually stores the plurality of electrode structures.
  • Liquid supply means for supplying the electrolyte liquid to the plurality of electrode structures, wherein the plurality of electrode structures are arranged in series in the electrode storage section, and the electrode storage section A plurality of liquid injection holes for injecting the electrolyte liquid into the filling chambers of the plurality of electrode structures, and a plurality of liquid junction prevention parts for dividing a space between the adjacent liquid injection holes.
  • the liquid supply means includes a storage tank for the electrolyte liquid and a liquid injection device that causes the electrolyte liquid in the storage tank to flow out toward the plurality of liquid injection holes.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of an air battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a side view of the air battery according to the first embodiment of the present invention.
  • 2 is a block diagram schematically showing an air battery system including an air battery in which control means and piping are provided in the liquid supply means shown in FIG. 1A.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of an air battery according to a first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a side view of the air battery according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of an air battery according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a perspective view of a liquid junction prevention unit according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of an air battery according to a third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a perspective view of a liquid junction prevention unit according to a third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a perspective view illustrating another form of the liquid junction prevention unit according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B is a perspective view illustrating another form of the liquid junction prevention unit according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6C is a perspective view illustrating another form of the liquid junction prevention unit according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of an air battery according to a fourth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating another form of the liquid junction prevention unit according to the fourth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing a state when an electrolyte liquid is injected in an air battery according to a fifth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing a state after injection of the electrolyte liquid in the air battery according to the fifth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of an air battery according to a sixth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a partially enlarged view of the liquid injection device according to the sixth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view of an air battery according to a seventh modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10B is a side view of the air battery according to the seventh modification example of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10C is a partially enlarged view of a liquid junction prevention unit according to a seventh modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view of an air battery according to an eighth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11B is a partially enlarged view of a liquid injection hole according to an eighth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11C is a partially enlarged view of a liquid injection hole according to an eighth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view of an air battery according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12B is an enlarged cross-sectional view of the upper portion of the electrode storage portion according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view of an air battery according to a first modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13B is an enlarged cross-sectional view of the upper portion of the electrode storage portion according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing a state when an electrolyte liquid is injected in an air battery according to a second modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view showing a state after injection of the electrolyte liquid in the air battery according to the second modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of an air battery according to a third modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15B is an enlarged cross-sectional view of the upper part of the liquid injection device and the electrode storage portion according to a third modification of the second embodiment of the present invention.
  • An air battery C1 shown in FIG. 1A includes a plurality of electrode structures 1 each having an electrolyte liquid filling portion 13 between an air electrode 11 and a metal negative electrode 12, and a plurality of electrode structures 1 individually housed.
  • An electrode storage portion 2 having a storage chamber and a liquid supply means 3 for supplying an electrolyte liquid to the plurality of electrode structures 1 are provided.
  • Each electrode structure 1 becomes a single battery (air battery) when supplied with the electrolyte liquid. Therefore, the air battery C1 according to the present embodiment is an assembly of unit cells and is also referred to as an assembled battery.
  • Each electrode structure 1 has a rectangular plate shape as a whole.
  • the air electrode 11 includes a positive electrode member and a water-repellent layer disposed in the outermost layer of the air electrode 11 (not shown).
  • the positive electrode member includes, for example, a catalyst component and a conductive catalyst carrier that supports the catalyst component.
  • the catalyst component include platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), silver (Ag), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), tungsten (W), Lead (Pb), Iron (Fe), Chromium (Cr), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Manganese (Mn), Vanadium (V), Molybdenum (Mo), Gallium (Ga), and Aluminum (Al) Desired metals or alloys are selected from such metals and alloys arbitrarily combining these metals.
  • the shape and size of the catalyst component are not particularly limited, and the same shape and size as those of conventionally known catalyst components can be employed.
  • the shape of the catalyst component is preferably granular.
  • the average particle diameter of the catalyst particles is preferably 1 to 30 nm. When the average particle diameter of the catalyst particles is within the range of 1 to 30 nm, the balance between the catalyst utilization rate related to the effective electrode area where the electrochemical reaction proceeds and the ease of loading can be appropriately controlled.
  • the catalyst carrier functions as a carrier for supporting the above-described catalyst component and an electron conduction path involved in the transfer of electrons between the catalyst component and another substance.
  • the catalyst carrier may be any catalyst carrier as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and has sufficient electron conductivity, and the main component is preferably carbon. .
  • Specific examples of the catalyst carrier include carbon particles made of carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, or artificial graphite.
  • the size of the catalyst carrier is not particularly limited, but the average particle diameter of the catalyst carrier is about 5 to 200 nm, preferably from the viewpoint of easy loading, catalyst utilization, and catalyst layer thickness control within an appropriate range. The thickness is preferably about 10 to 100 nm.
  • the supported amount of the catalyst component is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass with respect to the total amount of the positive electrode member.
  • the material is not limited to these, and a conventionally known material applied to the air battery can be applied.
  • the water repellent layer has liquid tightness (water tightness) with respect to the electrolyte liquid and has air permeability with respect to oxygen.
  • the water-repellent layer uses a water-repellent film such as polyolefin or fluororesin so as to prevent the electrolyte liquid from leaking to the outside, and a large number of fine particles so that oxygen can be supplied to the positive electrode member. It has a hole.
  • the metal negative electrode 12 includes a negative electrode active material made of a single metal or an alloy whose standard electrode potential is lower than that of hydrogen.
  • Examples of simple metals whose standard electrode potential is lower than that of hydrogen include, for example, zinc (Zn), iron (Fe), aluminum (Al), magnesium (Mg), manganese (Mn), silicon (Si), titanium (Ti), Examples thereof include chromium (Cr) and vanadium (V).
  • Zn zinc
  • iron (Fe) iron
  • Al aluminum
  • Mn manganese
  • Si silicon
  • Ti titanium
  • Examples thereof include chromium (Cr) and vanadium (V).
  • As an alloy what added one or more types of metal elements or nonmetallic elements to these metal elements can be mentioned.
  • the material is not limited to these, and a conventionally known material applied to the air battery can be applied.
  • the electrode storage unit 2 is in a state in which each rectangular plate-like electrode structure 1 is erected, and a plurality of electrode structures 1 are arranged in series in the horizontal direction and individually stored in a plurality of storage chambers.
  • an air chamber 21 is formed on the air electrode 11 side of each electrode structure 1.
  • the electrode storage unit 2 has a plurality of injection holes 22 for injecting the electrolyte liquid into the filling chambers 13 of the plurality of electrode structures 1 in the upper part of the electrode storage unit 2 and adjacent liquid injection holes 22.
  • a plurality of liquid junction prevention parts 51 having a convex structure for dividing the space between the two are provided.
  • the plurality of liquid junction prevention parts 51 of the present embodiment have a rib shape as shown in FIG. Furthermore, the electrode storage part 2 has another liquid junction prevention located on the array end side with respect to the liquid injection hole 22 for injecting the electrolyte liquid into the filling chamber 13 of the electrode structure 1 located at the array end. A unit 51 is provided. That is, the liquid junction prevention part 51 is arranged on both sides of each liquid injection hole 22.
  • the liquid supply means 3 includes an electrolyte liquid storage tank 31 and a plurality of liquid injection devices 32 that allow the electrolyte liquid in the storage tank 31 to flow out from above the plurality of liquid injection holes 22.
  • each liquid injection device 32 includes an opening / closing body 41 that controls the outflow of the electrolyte liquid.
  • the plurality of liquid injection devices 32 are arranged corresponding to the respective liquid injection holes 22.
  • the opening / closing body 41 is an opening / closing valve.
  • the plurality of liquid injection devices 32 are arranged vertically apart from the plurality of liquid junction prevention parts 51.
  • the electrolyte liquid stored in the liquid supply means 3 is disposed or mixed in the electrolytic solution or, for example, the inside of the electrode structure 1 or the pipe 35 (shown in FIG. 2) of the liquid injection device 32 from the storage tank 31.
  • Liquid (water) for melting a solid electrolyte for example, an aqueous solution of potassium chloride, sodium chloride, potassium hydroxide, or the like can be applied, but is not limited thereto, and a conventionally known electrolytic solution applied to an air battery is used. Can be applied.
  • the amount of the electrolyte liquid is determined in consideration of the discharge time of the air battery C1, the amount of metal salt deposited during discharge, and the like.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing an air battery system including an air battery C1 'in which the liquid supply means 3 shown in FIG.
  • Each electrode structure 1 accommodates the air electrode 11 and the metal negative electrode 12 in a case, and is accommodated as a cartridge in a storage chamber of the electrode storage portion 2 as indicated by an arrow in the figure.
  • a cover (not shown) is provided at the upper part of each storage chamber of the electrode storage unit 2.
  • the liquid injection hole 22 and the liquid junction prevention part 51 can be provided in this cover.
  • the electrode storage unit 2 includes a bus bar 23 inside, and connects a plurality of electrode structures 1 stored in the electrode storage unit 2 in series.
  • the air battery C ⁇ b> 1 ′ supplies power to the driven body 5 such as a motor via the control device 4.
  • air supply means 6 is connected to the electrode housing part 2.
  • the air supply means 6 supplies air to the air chamber 21 adjacent to the electrode structure 1 in each storage chamber.
  • the air supply means 6 includes an air compressor, a flow rate control valve, piping, and the like.
  • the liquid supply means 3 includes a storage tank 31, a liquid injection device 32, a pipe 35, and a control device 33 that controls the flow of the electrolyte liquid.
  • the control device 33 includes a pump and a flow rate control valve.
  • the liquid supply means 3 is similar to the air battery C1 ′ shown in FIG.
  • the storage tank 31 and the liquid injection device 32 may be separated from each other.
  • the liquid supply means 3 opens the open / close body (open / close valve) 41 of each liquid injection device 32 so that the electrolyte liquid flows out from above the liquid injection holes 22. Then, it is injected into the filling chamber 13 of each electrode structure 1. Thereby, each electrode structure 1 becomes a single battery (air battery), and starts electric power generation.
  • the air battery C1 includes a plurality of liquid junction prevention portions 51 having a convex structure that partitions the space between the adjacent liquid injection holes 22, so that the remaining electrolyte liquid is adjacent to the liquid injection. It does not flow into the hole 22. Thereby, the air battery C1 can prevent reliably the liquid junction between the adjacent electrode structures (unit cell) 1, ie, the short circuit via the electrolyte liquid.
  • the air battery C1 can be sufficiently applied to a high-power / high-capacity air battery that uses an electrolyte solution that has a large resistance and a slight liquid junction cannot be ignored, such as a strong alkaline electrolyte solution. Therefore, the air battery C1 is very suitable as an in-vehicle power source for an automobile or the like that requires high output and high capacity.
  • the electrode storage portion 2 since the electrode storage portion 2 includes the liquid junction prevention portion 51 at the arrangement end portion of the electrode structure 1, the electrolyte liquid flows outward when the electrolyte liquid is injected. Such a situation can be prevented.
  • each liquid injection apparatus 32 is provided with the opening-closing body (opening-closing valve) 41, the usage-amount of the electrolyte liquid can be adjusted. By closing the opening / closing body 41 after the injection of the electrolyte liquid, a liquid junction through the electrolyte liquid in the storage tank 31 can be prevented.
  • the electrolyte liquid can be quickly injected into the individual electrode structures 1. , Can shorten the startup time. Moreover, since the air battery C1 can inject the electrolyte liquid only into the selected electrode structure 1, the number of electrode structures (unit cells) 1 corresponding to the required amount of electricity can be activated. In addition, automatic control of liquid injection can be easily handled.
  • the liquid supply means 3 side is injected during and after the injection of the electrolyte liquid.
  • the liquid junction between the electrode structures (unit cells) 1 through the electrolyte liquid can be prevented.
  • FIGS. 3A to 11C are diagrams illustrating air cells C2 to C9 according to first to eighth modifications of the first embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the air battery C1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
  • the air battery C2 according to the first modification shown in FIGS. 3A and 3B has a stepped shape on the upper surface of the battery housing part 2, on the liquid injection hole 22 corresponding to each electrode structure 1, and on one side of each liquid injection hole 22.
  • the liquid junction prevention part 52 of the convex structure which comprises is provided.
  • the liquid supply means 3 includes a storage tank 31 and a supply head 34 provided with a plurality of liquid injection devices 32.
  • the supply head 34 is connected to the storage tank 31 by a pipe 35 and can be moved up and down with respect to the electrode storage unit 2.
  • each liquid junction prevention part 53 has a slope or a step that goes down to the liquid injection hole 22 side.
  • the liquid junction prevention portion 53 has a triangular cross section and has a slope that goes down to the liquid injection hole 22 side.
  • the slope of the liquid junction prevention portion 53 serves as a guide when the electrolyte liquid is injected so that the same action and effect as the air battery C1 can be obtained.
  • the injection can be performed smoothly and quickly, and the startup time can be shortened. Further, the slope of the liquid junction prevention unit 53 can prevent the electrolyte liquid from remaining, thereby preventing liquid junction more reliably.
  • each liquid junction prevention portion 54 has a slope or a step that goes down to the liquid injection hole 22 side.
  • the liquid junction prevention part 54 has a trapezoidal cross section and has a slope that goes down to the liquid injection hole 22 side.
  • the slope of the liquid junction prevention part 54 serves as a guide when the electrolyte liquid is injected so that the same action and effect as the air battery C1 can be obtained.
  • the injection can be performed smoothly and quickly, and the startup time can be shortened.
  • the liquid supply unit 3 can be positioned by bringing the liquid supply unit 3 into contact with the liquid junction prevention unit 54 when the electrolyte liquid is injected.
  • the liquid junction prevention portions 55, 56, and 57 having slopes or steps that descend to the liquid injection hole 22 side, respectively.
  • the liquid junction prevention portion 55 shown in FIG. 6A has a cross-sectional shape having a step that goes down to the liquid injection hole 22 side.
  • the liquid junction prevention part 56 shown in FIG. 6B has a cross-sectional shape having a concave curved inclined surface that goes down to the liquid injection hole 22 side.
  • the liquid junction prevention part 57 shown in FIG. 6C has a cross-sectional shape having a convexly inclined surface that goes down to the liquid injection hole 22 side.
  • the liquid junction prevention parts 55, 56, 57 can obtain the same effects as the liquid junction prevention part 51 of the air battery C1.
  • each liquid junction prevention portion 58 is composed of a plurality of convex portions 58A arranged at predetermined intervals along the arrangement direction of the electrode structure 1. . Specifically, the liquid junction prevention part 58 is comprised by the some convex part 58A of the same height.
  • the air battery C5 can obtain the same operations and effects as the air battery C1.
  • the liquid junction prevention unit 58 may be configured by convex portions 58A having different heights.
  • a sensor S may be provided between the convex portions 58A.
  • the liquid injection device 32 of the liquid supply means 3 includes an opening / closing body 42 instead of the opening / closing body 41 (opening / closing bubble) of the air battery C1.
  • the opening / closing body 42 is arranged so that the electrolyte liquid flows out of the plurality of liquid injection holes 22.
  • the opening / closing body 42 of this modification is a partition plate.
  • the air battery C ⁇ b> 6 opens the opening / closing body 42, thereby causing the electrolyte liquid to flow out to the upper surface side of the electrode housing portion 2 at a time and injecting the electrolyte liquid into the plurality of electrode structures 1. At this time, the electrolyte liquid may be applied to the intermediate liquid junction prevention unit 51.
  • the air battery C6 can significantly reduce the time from injection of electrolyte liquid to start-up. After injection of the electrolyte liquid, the liquid junction prevention unit 51 can reliably prevent the liquid junction between the electrode structures (unit cells) 1 via the electrolyte liquid.
  • a water repellent part 61a having water repellency is provided on at least the peripheral surface of each liquid injection device 32.
  • the water repellent part 61 a is formed by, for example, applying an appropriate water repellent to the surface around each liquid injection device 32.
  • the contact angle with respect to the electrolyte liquid is at least 50 degrees or more, preferably 80 degrees or more.
  • the air battery C7 can obtain the same operation and effect as the air battery C1, and can prevent the electrolyte liquid from adhering around each liquid injection device 32 by the water repellent portion 61a. As a result, as shown in FIG. 9A, the air battery C7 has an electrode structure through the electrolyte liquid on the storage tank 31 side even when the storage tank 31 and the liquid junction prevention unit 51 are in contact with each other. (Single cell) The liquid junction between 1 can be prevented.
  • a water repellent part 61b having water repellency is provided on at least the top surface of each liquid junction prevention part 52.
  • the air battery C8 can obtain the same operation and effect as the air battery C1, and the water repellent part 61b can prevent the electrolyte liquid from remaining on the top of each liquid junction prevention part 52. Thereby, air battery C8 can realize further improvement of the liquid junction prevention function by liquid junction prevention part 52.
  • a hydrophilic portion 62a having hydrophilicity is provided around the opening of each injection hole 22.
  • the hydrophilic part 62a is formed by, for example, applying an appropriate hydrophilic agent around the opening of each injection hole 22.
  • the contact angle with respect to the electrolyte liquid that is, water or electrolyte
  • the contact angle with respect to the electrolyte liquid is at least less than 80 degrees, and desirably less than 50 degrees.
  • the air battery C9 can obtain the same operation and effect as the air battery C1, and the hydrophilic portion 62a makes it easy for the electrolyte liquid to flow into each liquid injection hole 22, and the start-up time increases with the liquid injection speed. Can be further shortened.
  • a hydrophilic portion 62a which is a hydrophilic region, is provided around the opening of each injection hole 22, and the outer surface of the hydrophilic region (that is, the hydrophilic portion 62a) is repelled.
  • a water repellent portion 61c that is a water region may be provided.
  • the hydrophilic portion 62a improves the injection rate of the electrolyte liquid and further shortens the start-up time.
  • the water repellent portion 61c surrounds each of the injection holes 22 It is possible to prevent the electrolyte liquid from remaining. Thereby, the liquid junction of electrode structure (unit cell) 1 through the electrolyte liquid can be prevented.
  • An air battery C10 shown in FIGS. 12A and 12B individually stores a plurality of electrode structures 1 each having an electrolyte liquid filling portion 13 between an air electrode 11 and a metal negative electrode 12, and a plurality of electrode structures 1.
  • An electrode storage section 2 having a plurality of storage chambers and a liquid supply means 3 for supplying a liquid for electrolyte to the plurality of electrode structures 1 are provided.
  • a plurality of water repellent portions 61 d having water repellency are provided on the upper portion of the electrode storage portion 2 instead of the plurality of liquid junction prevention portions 51.
  • Each water repellent part 61d is disposed between adjacent liquid injection holes 22.
  • Each water repellent part 61d is formed by applying an appropriate water repellent to the upper surface of the electrode housing part 2 located between the adjacent liquid injection holes 22.
  • the contact angle with respect to the electrolyte liquid is at least 50 degrees or more, and preferably 80 degrees or more.
  • another repelling is also provided on the side of the array end with respect to the liquid injection hole 22 for injecting the electrolyte liquid into the filling chamber 13 of the electrode structure 1 located at the end of the array.
  • a water part 61 is arranged. That is, the water repellent part 1 is disposed on both sides of each liquid injection hole 22.
  • the air battery C10 In the air battery C ⁇ b> 10, the electrolyte liquid is excluded in each water repellent portion 61, and therefore, it is possible to prevent the electrolyte liquid remaining in the upper part of the electrode storage portion 2 from connecting the adjacent injection holes 22. Thereby, the air battery C10 can reliably prevent a liquid junction between adjacent electrode structures (unit cells) 1, that is, a short circuit via the electrolyte liquid. Therefore, the air battery C10 can be sufficiently applied to a high-power / high-capacity air battery that uses an electrolyte solution that has a large resistance and cannot neglect a slight liquid junction, such as a strong alkaline electrolyte solution. Therefore, the air battery C10 is very suitable as an in-vehicle power source for automobiles and the like that require high output and high capacity.
  • the liquid injection device 32 since the liquid injection device 32 is arranged vertically away from the electrode storage unit 2, the electrolyte liquid on the liquid supply means 3 side is interposed during and after the injection of the electrolyte liquid. A liquid junction between the electrode structures (unit cells) 1 can be prevented.
  • FIGS. 13A to 15B are diagrams illustrating air batteries C11 to C13 according to first to third modifications of the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the air battery C10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
  • Air battery C11 according to the first modification shown in FIGS. 13A and 13B includes a plurality of liquid injection holes 22 corresponding to each electrode structure 1, a plurality of water repellent parts 61e, A plurality of hydrophilic portions 62b provided around the opening of the injection hole 22 are provided. Thereby, on the upper surface of the battery storage part 2, the water repellent part 61e and the hydrophilic part 62b including the liquid injection hole 22 are alternately arranged.
  • the hydrophilic portion 62b can be formed by applying an appropriate hydrophilic agent.
  • the contact angle with respect to the electrolyte liquid that is, water or electrolyte
  • the contact angle with respect to the electrolyte liquid is at least less than 80 degrees, and desirably less than 50 degrees.
  • the water repellent part 61e can obtain the action and effect of preventing liquid junction as with the air battery C10, and the hydrophilic part 62b allows each electrolyte liquid to be injected. It becomes easy to flow into the hole 22, and further shortening of the start-up time can be realized as the injection speed is improved.
  • the liquid injection device 32 of the liquid supply means 3 of the air battery C11 replaces the open / close body 41 (open / close bubble) of the air battery C11 with the open / close body 42.
  • the opening / closing body 42 is arranged so that the electrolyte liquid flows out of the plurality of liquid injection holes 22.
  • the opening / closing body 42 of this modification is a partition plate.
  • ribs 24 are provided at both end portions or the outer peripheral portion of the upper surface of the electrode storage portion 2. The rib 24 prevents the electrolyte liquid from flowing out of the air battery C12 when the electrolyte liquid is injected.
  • the air battery C12 opens the opening / closing body 42 to cause the electrolyte liquid to flow out to the upper surface side of the electrode housing portion 2 all at once, and injects the electrolyte liquid into the plurality of electrode structures 1. Therefore, the air battery C12 can significantly reduce the time from the injection of the electrolyte liquid to the start-up. After the injection of the electrolyte liquid, the electrolyte liquid is excluded in the water repellent portion 61, and therefore the electrolyte liquid is prevented from connecting the injection holes 22. Thereby, the liquid junction of electrode structure (unit cell) 1 through the liquid for electrolyte can be prevented reliably.
  • the liquid injection hole 22, the water repellent part 61e, and the hydrophilic part 62b are provided on the upper surface of the electrode housing part 2, and each liquid injection device 32 is provided.
  • a water repellent portion 61a is provided on at least the surrounding surface.
  • a rib 25 is provided on the upper surface of the electrode storage portion 2 so as to abut on the storage tank 31 of the liquid supply means 3. Like the air battery C12, the rib 25 has functions of preventing the electrolyte liquid from flowing out of the air battery C12 and positioning the liquid supply means 3 during the injection of the electrolyte liquid. Yes.
  • the air battery C12 can obtain the same operation and effect as the air battery C14, and prevents the electrolyte liquid from adhering around each liquid injection device 32 by the water repellent portion 61a on the storage tank 31 side. . Thereby, the air battery C12 prevents the liquid junction between the electrode structures (unit cells) 1 via the electrolyte liquid on the storage tank 31 side in the configuration in which the storage tank 31 and the rib 25 are in contact with each other. it can.
  • the air battery of the present invention is not limited to the first and second embodiments, and the details of the configuration such as the shape, number and material of each part are appropriately changed without departing from the gist of the present invention. Is possible.
  • the liquid junction prevention portion having a predetermined length such as a rib shape has been illustrated, but for example, a liquid junction prevention portion that surrounds each liquid injection hole can also be adopted. is there.
  • the water repellent part having a predetermined length is exemplified, but for example, the water repellent part can be provided in a region surrounding each liquid injection hole.
  • the first to eighth modifications of the first embodiment and the first to third modifications of the second embodiment may be appropriately combined.
  • the air battery according to the present invention can reliably prevent a liquid junction between the electrode structures via the electrolyte liquid in the injection type air battery in which a plurality of electrode structures are arranged in series. Accordingly, the present invention can be applied to a high-power and high-capacity air battery that uses a strong alkaline electrolyte as the electrolyte, and is very suitable as an in-vehicle power source for automobiles and the like.

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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 (20)

  1. 　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。
  2. 　　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　　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。
  14. 　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。
  15. 　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。
  16. 　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。
  17. 　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。
  18. 　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。
  19. 　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。
  20. 　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。
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