WO2014156433A1 - 金属空気電池 - Google Patents

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WO2014156433A1
WO2014156433A1 PCT/JP2014/054503 JP2014054503W WO2014156433A1 WO 2014156433 A1 WO2014156433 A1 WO 2014156433A1 JP 2014054503 W JP2014054503 W JP 2014054503W WO 2014156433 A1 WO2014156433 A1 WO 2014156433A1
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WO
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metal
electrode
air battery
electrolytic solution
metal electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/054503
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English (en)
French (fr)
Inventor
吉田　章人
宏隆 水畑
正樹 加賀
友春 新井
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
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Priority to JP2015508195A priority patent/JP6271515B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/02—Details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a metal-air battery.
  • metal-air batteries Since metal-air batteries have high energy density, they are attracting attention as next-generation batteries.
  • the metal-air battery generates power by using a metal electrode containing an electrode active material as a fuel as an anode and an air electrode as a cathode.
  • a zinc-air battery using metal zinc as an electrode active material can be mentioned.
  • an electrode reaction of the following chemical formula 1 proceeds at the cathode. (Chemical formula 1): O 2 + 2H 2 O + 4e ⁇ ⁇ 4OH ⁇
  • the electrode reaction represented by the following chemical formulas 2 and 3 proceeds in the anode.
  • a method of supplying an electrode active material a method of inserting an anode composite in which a plurality of metal electrodes are connected via a support into a metal-air battery body, or a bag-like structure in which metal electrodes are installed inside a metal-air battery
  • a method of inserting into a body a method of inserting a fuel cell into a case-like metal-air battery body, and the like (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
  • the conventional method of inserting a metal electrode has a problem that it is necessary to align the metal-air battery main body and the metal electrode with high accuracy before insertion, and it takes time to insert the metal electrode.
  • a metal air battery main body or a metal electrode may be damaged by a metal air battery main body and a metal electrode colliding at the time of insertion.
  • the metal electrode may bend when the metal electrode is inserted into the metal-air battery body. This deflection may cause a problem that the distance between the electrodes changes, and the metal electrode cannot be smoothly inserted into the metal-air battery body.
  • This invention is made
  • the present invention includes at least one cell, and the cell includes an electrolytic solution tank that stores an electrolytic solution, a metal electrode that is provided in the electrolytic solution tank and serves as an anode, and at least one air electrode that serves as a cathode.
  • An electrode insertion port for inserting the metal electrode into the electrolytic solution tank, and a position adjusting unit, the position adjusting unit when the metal electrode is inserted into the electrolytic solution tank A metal-air battery is provided that adjusts the position of the metal electrode by contacting the position adjusting unit with the position adjusting unit.
  • the cell includes an electrolytic solution tank that stores an electrolytic solution, a metal electrode that is provided in the electrolytic solution tank and serves as an anode, and at least one air electrode that serves as a cathode. Therefore, an electromotive force can be generated between the metal electrode and the air electrode by the progress of the electrode reaction.
  • the electrode insertion port for inserting the metal electrode into the electrolytic solution tank is provided, the used metal electrode is extracted from the electrolytic solution tank, and a new metal electrode is inserted into the electrolytic solution tank.
  • the electrode active material can be supplied to the metal-air battery.
  • the metal electrode and the position adjusting unit come into contact with each other so that the position of the metal electrode is adjusted so that the position is adjusted.
  • the adjustment of the metal electrode can be performed in the adjustment unit, and the metal electrode can be smoothly and quickly inserted into the electrolytic solution tank.
  • the time for supplying the electrode active material to the metal-air battery can be shortened, and the usability of the metal-air battery can be improved.
  • it can suppress that a metal air battery is damaged at the time of insertion of a metal electrode, and can extend the lifetime of a metal air battery.
  • the position adjusting unit by providing the position adjusting unit, the distance between the metal electrode and the air electrode can be surely made uniform in the plane. As a result, current concentration can be suppressed, the discharge capacity of the metal-air battery can be greatly improved, and the metal-air battery can have stable discharge characteristics even when the metal electrode is replaced.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the metal-air battery taken along a dotted line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery taken along dotted line BB in FIG.
  • (b) is a schematic top view of the position adjustment part and electrode insertion opening which are contained in the metal air battery of one Embodiment of this invention.
  • (A)-(e) is a schematic sectional drawing of a part of the metal air battery of one Embodiment of this invention.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery taken along broken line EE in FIG. It is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. It is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. It is a schematic sectional drawing of a part of metal air battery of one embodiment of the present invention. It is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. It is a graph which shows the measurement result of a discharge experiment. It is a schematic sectional drawing of the metal air battery of one Embodiment of this invention. It is an arrow view of the metal electrode and attachment part from arrow N shown in FIG.
  • the metal-air battery of the present invention includes at least one cell, and the cell includes an electrolyte tank that stores an electrolyte, a metal electrode that is provided in the electrolyte tank and serves as an anode, and at least one that serves as a cathode.
  • An air electrode, an electrode insertion port for inserting the metal electrode into the electrolytic solution tank, and a position adjustment unit, the position adjustment unit when inserting the metal electrode into the electrolytic solution tank The metal electrode and the position adjusting unit are provided so as to adjust the position of the metal electrode when they are in contact with each other.
  • the air electrode is composed of a pair of air electrodes, and the metal electrode is disposed at a substantially center between the pair of air electrodes.
  • the current distribution between the anode and the cathode can be made uniform, and in particular, the current distribution in the vertical direction can be made uniform.
  • the discharge capacity of the metal-air battery can be increased.
  • the position adjusting portion constitutes a side wall around the electrode insertion port, and the side wall has a shape in which the electrode insertion port becomes narrower toward the inside of the electrolyte bath. Is preferred.
  • the position adjusting unit has a roller provided around the electrode insertion port. According to such a configuration, when the metal electrode is inserted into the electrolytic solution tank, when the metal electrode comes into contact with the roller provided around the electrode insertion port, the roller rotates and the metal electrode is inserted into the electrode insertion port. Move to the center of Thereby, the position of the metal electrode can be adjusted.
  • the position adjusting portion is made of an elastic material and can be deformed toward the inside of the electrolytic solution tank. According to such a configuration, when the metal electrode is inserted into the electrolytic solution tank, leakage of the electrolytic solution from the upper part of the electrolytic solution tank can be suppressed by contacting the metal electrode and the position adjusting unit. The safety of the air battery can be improved. Further, after the metal electrode is removed, the position adjusting unit closes the upper part of the electrolytic solution tank, so that leakage of the electrolytic solution can be prevented.
  • the metal-air battery of the present invention it is preferable that the metal-air battery further has a mounting portion that fits with a part of the metal electrode. According to such a configuration, the metal electrode can be fixed in the electrolytic solution tank by fitting a part of the metal electrode to the mounting portion.
  • the cell is plural, the attachment part is conductive, and the attachment part included in one cell is the air electrode included in another cell or another It is preferable to electrically connect to the mounting portion included in the cell. According to such a configuration, a plurality of cells can be connected in series or in parallel via the mounting portion.
  • the attachment portion covers the side edge portion of the metal electrode.
  • the attachment part may cover the entire side edge part of the metal electrode, or may cover a part of the side edge part. According to such a configuration, current concentration at the anode end during discharge can be suppressed, and the discharge reaction can proceed uniformly over the entire anode surface. As a result, the discharge capacity of the metal-air battery can be increased.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a metal-air battery according to this embodiment.
  • 2 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery taken along the dotted line AA in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery taken along the dotted line BB in FIG. 9, 11, 17 to 20 are schematic cross-sectional views of the metal-air battery of this embodiment
  • FIGS. 6, 7, 12, 13, and 15 show the metal when the metal electrode is inserted into the electrolytic bath. It is a schematic sectional drawing of an air battery.
  • the metal-air battery 40 of this embodiment includes at least one cell 4, and the cell 4 includes an electrolytic solution tank 2 that stores the electrolytic solution 3, a metal electrode 5 that is provided in the electrolytic solution tank 2 and serves as an anode, At least one air electrode 9 serving as a cathode, an electrode insertion opening 20 for inserting the metal electrode 5 into the electrolytic solution tank 2, and a position adjusting unit 19 are provided.
  • the position adjusting unit 19 is provided in the electrolytic solution tank 2.
  • the metal air battery 40 of this embodiment may have the attachment part 23, the ion exchange membrane 8, or a used active material collection
  • the metal-air battery 40 of the present embodiment will be described.
  • the metal-air battery 40 of the present embodiment is a battery having the metal electrode 5 as a negative electrode (anode) and the air electrode 9 as a positive electrode (cathode).
  • a zinc air battery a lithium air battery, a sodium air battery, a calcium air battery, a magnesium air battery, an aluminum air battery, and an iron air battery.
  • the metal-air battery 40 of the present embodiment may be a primary battery.
  • the cell 4 is a structural unit of the metal-air battery 40 and has an electrode pair including a metal electrode 5 serving as an anode and at least one air electrode 9 serving as a cathode.
  • the cell 4 may be provided so that one air electrode 9 and one metal electrode 5 sandwich the electrolytic solution 3, and the two air electrodes 9 are formed like the metal-air battery 40 shown in FIGS. It may be provided so as to sandwich one metal electrode 5.
  • the metal-air battery 40 may have a single cell structure including one cell, or may have a stack structure having a plurality of cells 4 like the metal-air battery 40 shown in FIGS. When the metal-air battery 40 has a stack structure, the plurality of cells 4 may be connected in series or in parallel. In the metal-air battery 40 shown in FIGS.
  • the cells 4 are connected in series by the lower wiring of the cell 4, but may be connected in series by the upper wiring of the cell 4 or the wiring of the side of the cell 4.
  • Electrolytic Solution tank 2 is an electrolytic tank in which the electrolytic solution 3 is stored, and has corrosion resistance to the electrolytic solution. Moreover, the electrolytic solution tank 2 has a structure in which the metal electrode 5 can be installed. Further, when the metal-air battery 40 has a plurality of cells 4, each cell 4 may have a separate electrolyte tank 2, and the electrolyte tank 2 of each cell 4 communicates with the flow path. Alternatively, each cell 4 may share one electrolyte bath 2. In the metal-air battery 40 shown in FIGS. 1 and 2, a part of the bottom and side walls of the electrolytic solution tank 2 is the casing 1, and a part of the side walls of the electrolytic solution tank 2 is the ion exchange membrane 8.
  • the material of the casing 1 constituting the electrolytic solution tank 2 is not particularly limited as long as the material has corrosion resistance to the electrolytic solution.
  • the housing 1 may have a joint at the center of the cell 4. By this, the housing
  • the casing 1 when the casing 1 is made of one member, the member needs to be hollowed out. However, by using a plurality of members, the plate-like material can be easily cut or the casing 1 can be easily made by injection molding. It becomes possible to do. Moreover, the position adjustment part 19 and the attachment part 23 can be installed easily. Further, for example, when the casing 1 included in one cell 4 is constituted by two members, the casing 1 is produced by joining two members having substantially the same shape with a bolt or an adhesive. be able to.
  • the electrolytic solution 3 is a liquid having an ionic conductivity by dissolving an electrolyte in a solvent.
  • the type of the electrolytic solution 3 varies depending on the type of metal constituting the electrode active material part 6, but it may be an electrolytic solution (aqueous electrolyte solution) using a water solvent, or an electrolytic solution (organic electrolytic solution) using an organic solvent. ).
  • an electrolytic solution aqueous electrolyte solution
  • organic electrolytic solution organic electrolytic solution
  • an alkaline aqueous solution such as an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution can be used as the electrolytic solution.
  • An aqueous sodium chloride solution can be used.
  • the electrolytic solution tank 2 may have a partition made of a solid electrolyte, and an electrolyte aqueous solution may be stored on one side partitioned by the partition and an organic electrolyte may be stored on the other side.
  • the metal-air battery 40 may have a mechanism for causing the electrolyte to flow. Thereby, the battery reaction in the metal electrode 5 and the electrolytic solution 3 can be promoted, and the performance of the metal-air battery 40 can be improved.
  • the electrolytic solution 3 may be circulated by using the pump 31 as in the metal-air battery 40 shown in FIG. 1 to flow the electrolytic solution 3 in the electrolytic solution tank 2.
  • the metal air battery 40 may be provided with a movable part that can physically move the electrolyte 3 in the electrolyte bath 2 such as a stirrer, a wiper, or a vibrator.
  • the metal electrode 5 is an electrode that serves as an anode, and contains a metal that is an electrode active material. Further, the metal electrode 5 may include an electrode active material portion 6 containing an electrode active material and a conductive support member 7 that supports the electrode active material portion 6. Moreover, the metal electrode 5 may consist only of the electrode active material part 6.
  • the electrode active material contained in the electrode active material portion 6 is a metal that emits electrons due to a discharge reaction of the battery and chemically changes to a metal compound precipitate 28 (fine particles, needle-like particles, plate-like particles, etc.).
  • the electrode active material portion 6 is made of metal zinc, and the metal compound is zinc oxide or zinc hydroxide.
  • the electrode active material portion 6 is made of metal aluminum, and the metal compound is aluminum hydroxide.
  • the electrode active material portion 6 is made of metallic iron, and the metal compound is iron oxide hydroxide or iron oxide.
  • the electrode active material portion 6 is made of magnesium metal, and the metal compound is magnesium hydroxide.
  • the electrode active material portion 6 is composed of metallic lithium, metallic sodium, metallic calcium, and the metallic compound is an oxide or hydroxide of these metals. Become.
  • an electrode active material and a metal compound are not limited to these examples, What is necessary is just a metal air battery.
  • the electrode active material contained in the electrode active material part 6 mentioned the metal which consists of a kind of metal element in said example the electrode active material part 6 may consist of an alloy.
  • the chemical change from the electrode active material to the precipitate 28 of the metal compound due to the progress of the discharge reaction of the battery may occur in the electrode active material part 6 or in both the electrode active material part 6 and the electrolyte 3.
  • a metal that is an electrode active material reacts with ions contained in the electrolytic solution 3, ions containing the metal are generated in the electrolytic solution 3, and ions containing the metal are decomposed.
  • a metal compound precipitate 28 may be generated.
  • a metal that is an electrode active material may react with ions contained in the electrolytic solution 3 to generate a precipitate 28 of a metal compound.
  • the metal which is an electrode active material may melt
  • the metal that is the electrode active material is dissolved as a metal ion in the first electrolytic solution, and this metal ion moves into the second electrolytic solution, Metal compounds may be formed. Two or more kinds of electrolytes can be separated by a solid electrolyte. The metal compound deposit 28 may be recovered as a used active material by a used active material recovery mechanism.
  • the electrode active material portion 6 can be fixed on the main surface of the support member 7.
  • the support member 7 is conductive and can have any shape as long as the electrode active material portion 6 can be fixed.
  • the support member 7 may have a plate shape, a cylindrical shape, a spherical shape, a linear shape, a mesh shape, a punching metal, or the like. be able to.
  • the support member 7 can be formed of, for example, a metal plate having corrosion resistance against the electrolytic solution.
  • the material of the support member 7 is, for example, nickel, gold, silver, copper, stainless steel or the like. Further, the support member 7 may be a nickel-plated, gold-plated, silver-plated, or copper-plated conductive substrate.
  • the conductive substrate iron, nickel, stainless steel, or the like can be used.
  • current can be collected from the electrode active material portion 6 via the support member 7, and the electrode active material portion 6 and an external circuit can be connected.
  • the electrode active material portion 6 may be fixed on the main surface of the support member 7 by pressing metal particles or a lump as the electrode active material against the surface of the support member 7.
  • the metal may be deposited by a plating method or the like.
  • the support member 7 may be connected to a lid member 15 that closes the electrode insertion port 20 into which the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2.
  • the metal electrode 5 can be inserted into the electrolytic solution tank 2 and the electrode insertion port 20 can be blocked, and the reaction between the components in the atmosphere and the electrolytic solution 3 can be suppressed.
  • an alkaline electrolytic solution is used as the electrolytic solution, carbon dioxide gas in the atmosphere can be prevented from being dissolved in the electrolytic solution and neutralizing the alkaline electrolytic solution.
  • a terminal for connecting the metal electrode 5 and an external circuit can be provided on the lid member 15. By connecting this terminal to an external circuit, the power of the metal-air battery 40 can be output.
  • Electrode Insertion Port, First Position Adjustment Unit The electrode insertion port 20 is provided so that the metal electrode 5 can be inserted into the electrolytic solution tank 2.
  • the electrode active material can be supplied to the metal air battery 40 together with the metal electrode 5.
  • the metal electrode 5 after the electrode active material is consumed by the battery reaction can be extracted from the electrode insertion port 20 and the used metal electrode 5 can be recovered.
  • the electrode active material can be supplied to the metal-air battery 40, and the metal-air battery 40 can be stably generated.
  • the metal electrode 5 may be replaced separately for each cell 4, or the plurality of cells 4 may be replaced together.
  • the plurality of metal electrodes 5 may constitute a composite in which the plurality of metal electrodes 5 are connected. As a result, the metal electrode 5 can be replaced in a short time.
  • the metal-air battery after the metal electrode 5 is extracted from the electrolytic solution tank 2 is referred to as a metal-air battery main body 42.
  • the electrode insertion port 20 can be provided in the upper part of the electrolytic solution tank 2, for example.
  • the metal electrode 5 can be inserted into the electrolytic solution tank 2 or the used metal electrode 5 can be extracted from the electrolytic solution tank 2 while the electrolytic solution 3 is stored in the electrolytic solution tank 2.
  • the electrode active material can be easily supplied to the metal-air battery 40.
  • the metal-air battery 40 can be stably generated.
  • the side wall of the electrode insertion opening 20 can be configured by a position adjusting unit 19a described later. As a result, the metal electrode 5 can be aligned when the metal electrode 5 passes through the electrode insertion opening 20.
  • the shape of the narrowest part of the electrode insertion opening 20 can be substantially the same as the cross section of the metal electrode 5 in a plane perpendicular to the insertion direction of the metal electrode 5. Moreover, the shape of the narrowest part of the electrode insertion opening 20 may be such that the metal electrode 5 substantially fits into the electrode insertion opening 20 when the metal electrode 5 passes through the electrode insertion opening 20. it can. When the metal electrode 5 is plate-shaped, the thickness of the metal electrode 5 and the width of the narrowest part of the electrode insertion opening 20 may be substantially the same. There may be an appropriate gap for the metal electrode 5 to pass between the metal electrode 5 and the side wall of the electrode insertion opening 20.
  • the metal electrode 5 can be easily fixed at a predetermined position in the electrolytic solution tank 2.
  • the metal electrode 5 may be fixed at a predetermined position in the electrolytic solution tank 2 by attaching the lid member 15 attached to the metal electrode 5 to the metal-air battery main body 42, and a part of the metal electrode 5 is electrolyzed. It may be fixed by fitting to the mounting portion 23 provided in the liquid tank 2, or may be fixed by both of them.
  • the electrode insertion port 20 may be blocked by a lid member 15 or the like when the metal electrode 5 is disposed in the electrolytic solution tank 2. Thereby, it is possible to suppress leakage of the electrolytic solution 3, evaporation of the solvent of the electrolytic solution 3, and dissolution of components in the atmosphere in the electrolytic solution. Moreover, the electrode insertion port 20 may be in an open state in the state of the metal-air battery main body 42 after the metal electrode 5 is extracted.
  • the metal-air battery main body 42 may include an openable / closable lid that closes the electrode insertion opening 20. Thereby, in the metal-air battery main body 42, it is possible to prevent the electrolyte from leaking out. Further, the position adjusting unit 19a may have the function of the lid.
  • the position adjusting portion 19 a is made of a flexible material, in the state where the metal electrode 5 is extracted, 2 provided with the electrode insertion opening 20 interposed therebetween.
  • the two position adjusting portions 19a can be brought into contact with each other.
  • the position adjustment part 19a can have a function of the lid of the metal-air battery main body 42.
  • the first position adjustment unit 19a is provided so as to adjust the position of the metal electrode 5 when the metal electrode 5 and the position adjustment unit 19a come into contact with each other when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2. Accordingly, when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2, the metal electrode 5 can be aligned in the position adjusting unit 19a, and the metal electrode 5 can be smoothly and quickly inserted into the electrolytic solution tank 2. Can do. Thereby, the time for supplying the electrode active material to the metal-air battery 40 can be shortened, and the usability of the metal-air battery 40 can be improved. Moreover, it can suppress that the metal air battery 40 is damaged at the time of insertion of the metal electrode 5, and the lifetime of the metal air battery 40 can be extended.
  • the position adjusting unit 19a includes, for example, a roller 18 provided around the electrode insertion port 20 and a portion constituting the side wall of the electrode insertion port 20 so that the electrode insertion port 20 becomes narrower toward the inside of the electrolytic solution tank 2.
  • transform toward the inside of an electrolyte solution tank may be sufficient.
  • the position adjusting unit 19 a constitutes a side wall around the electrode insertion port 20, and the side wall has a shape in which the electrode insertion port 20 becomes narrower toward the inside of the electrolytic solution tank 2.
  • the position adjustment part 19a can have a shape like the position adjustment part 19a contained in the metal air battery 40 shown in FIG. 1, for example.
  • the electrode active material portions 6 are provided on both surfaces of the plate-like support member 7, respectively. Further, the thickness of the metal electrode 5 in the portion where the electrode active material portion 6 is provided is substantially the same as the width of the narrowest portion of the electrode insertion opening 20.
  • FIG. 4A is a top view of the position adjusting unit 19a and the electrode insertion opening 20 included in the metal-air battery 40 shown in FIG.
  • the electrode insertion opening 20 has a rectangular shape, and two opposing side walls on the long side are constituted by a position adjusting portion 19a.
  • the position adjustment part 19a as shown in FIG.4 (b), the two opposing side walls on the short side may also be comprised by the position adjustment part 19a.
  • 4 is a top view of the position adjusting portion 19a and the electrode insertion port 20 in the metal-air battery main body 42 in a state where the metal electrode 5 is extracted from the electrolytic solution tank 2.
  • the position adjusting unit 19a has two inclined side walls 22, and the two side walls 22 become electrodes toward the inside of the electrolyte bath 2.
  • the insertion port 20 is provided so that the width thereof is narrowed.
  • the lower part of the side wall of the position adjusting part 19a is the side wall of the part where the width of the electrode insertion port 20 is the narrowest.
  • FIGS. 5A to 5E are views showing various modes such as the shape of the position adjusting unit 19a.
  • 5A to 5E are cross-sectional views of the position adjusting portion 19a and the electrode insertion port 20 in the metal-air battery main body 42 in a state where the metal electrode 5 is extracted from the electrolytic solution tank 2, respectively.
  • 5A shows a position adjusting unit 19a having a side wall 22 having a constant inclination angle similar to that of the position adjusting unit 19a shown in FIG. 1, and
  • FIG. 5C shows a position adjusting unit 19a in which the inclination angle of 22 is increased.
  • FIG. 1 shows a position adjusting unit 19a having a side wall 22 having a constant inclination angle similar to that of the position adjusting unit 19a shown in FIG. 1
  • FIG. 5C shows a position adjusting unit 19a in which the inclination angle of 22 is increased.
  • the side wall 22 has a constant inclination angle in the upper part, and the inclination angle increases as the side wall 22 moves toward the inside of the electrolyte bath 2 in the lower part.
  • FIG. 5D shows a position adjusting unit 19a in which a side wall 22 having a constant inclination angle is provided below the position adjusting unit 19a.
  • the position adjustment part 19a can have various shapes.
  • FIG. 5E shows a position adjusting portion 19 a having a buffer member 45 on the surface constituting the side wall 22. By providing the buffer member 45, it is possible to prevent the metal electrode 5 or the metal-air battery main body 42 from being damaged when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2.
  • the material of the buffer member 45 is preferably a material that has corrosion resistance to the electrolyte and has flexibility such as rubber and sponge, specifically, polyolefin, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, silicone, polyethylene, polyacetic acid. Vinyl, ethylene propylene, fluorine resin, melamine resin, and the like can be used.
  • the position adjusting unit 19a may be made of a material having flexibility or elasticity. This can prevent the metal electrode 5 or the metal-air battery main body 42 from being damaged when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2.
  • a material having corrosion resistance with respect to an electrolyte solution and a rubbery or sponge-like material is preferable.
  • polyolefin, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, silicone, Polyethylene, polyvinyl acetate, ethylene propylene, fluorine-based resin, melamine resin, and the like can be used.
  • FIGS. 6 and 7 show the metal when a new metal electrode 5 is inserted into the electrolyte bath 2 of the metal-air battery main body 42 from which the used metal electrode 5 is extracted in the metal-air battery 40 shown in FIGS. 2 is a schematic sectional view of an air battery 40.
  • FIG. FIG. 8 is an enlarged view of a range C surrounded by a dotted line in FIG.
  • the metal electrode 5 is placed on the upper part of the widest portion of the electrode insertion slot 20 (shown by D in FIG. 8). Align so that it is located in (range).
  • the metal electrode 5 when the metal electrode 5 is inserted into the electrode insertion port 20, the metal electrode 5 may come into contact with the position adjusting portion 19 a that forms the side wall 22 of the electrode insertion port 20. is there. Since the side wall 22 has a shape in which the electrode insertion opening 20 becomes narrower toward the inside of the electrolytic solution tank 2, the metal electrode 5 in contact with the position adjusting portion 19 a moves on the side wall 22 to the center of the sliding electrode insertion opening 20. And move. Then, the metal electrode 5 passes through the narrowest part of the electrode insertion port 20 (the range indicated by d in FIG. 8) and is inserted into the electrolytic solution tank 2. As described above, the position of the metal electrode 5 is adjusted by the position adjusting unit 19 a when passing through the electrode insertion opening 20.
  • the metal-air battery 40 has such a position adjusting unit 19a, the metal electrode 5 is aligned with the upper part of the widest portion of the electrode insertion port 20 before the metal electrode 5 is inserted into the electrolyte bath 2. By doing so, the metal electrode 5 can be inserted into the electrolyte bath 2. For this reason, it is not necessary to adjust the position with high accuracy before inserting the metal electrode 5 into the electrolytic solution tank 2, and the time for aligning the metal electrode 5 can be shortened. 2 can be inserted smoothly.
  • the metal electrode 5 in contact with the position adjusting portion 19a moves to the center portion of the sliding electrode insertion port 20 while being in contact with the side wall 22, the metal electrode 5 is inserted into the electrolyte bath 2, so that the metal electrode 5 is inserted by contact. There is no interruption. For this reason, even if the metal electrode 5 and the position adjusting portion 19a come into contact with each other, the impact is mitigated as compared with the conventional metal air battery in which the metal electrode collides with the metal air battery main body due to misalignment and cannot be inserted. 5 and the metal-air battery main body 42 can be inserted into the electrolytic solution tank 2 without damaging them.
  • the position adjustment unit 19 a includes a roller 18 provided around the electrode insertion port 20.
  • the roller 18 is provided so as to rotate when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2.
  • the position adjusting unit 19a can be provided such that, for example, the two rollers 18 form side walls on both sides of the electrode insertion port 20 like the position adjusting unit 19a included in the metal-air battery 40 shown in FIG.
  • the electrode active material portions 6 are provided on both surfaces of the plate-like support member 7. Further, the thickness of the metal electrode 5 in the portion where the electrode active material portion 6 is provided is substantially the same as the width of the narrowest portion of the electrode insertion opening 20 between the two rollers 18.
  • FIG. 10 shows an example of the metal-air battery 40 when a new metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2 of the metal-air battery main body 42 from which the used metal electrode 5 is extracted in the metal-air battery 40 shown in FIG. It is a schematic sectional drawing of a part.
  • the metal electrode 5 is positioned so as to be positioned above the widest portion of the electrode insertion slot 20 (range indicated by G in FIG. 10). Keep it together.
  • the metal electrode 5 comes into contact with the roller 18 (position adjusting portion 19 a) that forms the side wall 22 of the electrode insertion opening 20.
  • the roller 18 rotates so that the surface on the electrode insertion port 20 side moves downward.
  • the metal electrode 5 in contact with the roller 18 moves to the center of the electrode insertion port 20 as the roller 18 rotates.
  • the metal electrode 5 passes between the two rollers 18 (the range indicated by g in FIG. 10) and is inserted into the electrolytic solution tank 2.
  • the position of the metal electrode 5 is adjusted by the roller 18 (position adjusting unit 19a) when passing through the electrode insertion opening 20. Since the metal electrode 5 in contact with the roller 18 moves to the center while being in contact with the roller 18 and is inserted into the electrolytic solution tank 2, the metal electrode 5 and the roller 18 (position adjusting unit 19a) are in contact with each other.
  • the impact is mitigated as compared with the conventional metal-air battery in which the metal electrode collides with the metal-air battery body due to misalignment and cannot be inserted, and the metal electrode 5 is inserted into the electrolyte bath 2 without being damaged. be able to.
  • the position adjustment part 19a is a part which consists of an elastic material and can deform
  • transform toward the inside of the electrolyte solution tank 2 is demonstrated.
  • the position adjusting unit 19 a is made of an elastic material, and can be deformed toward the inside of the electrolytic solution tank 2 when the metal electrode 5 comes into contact with the metal electrode 5 when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2.
  • two position adjusting parts 19a provided on both sides of the metal electrode 5 are deformed toward the inside of the electrolytic solution tank 2. And is in contact with the metal electrode 5.
  • the electrode active material part is provided on both surfaces of the plate-shaped support member 7, respectively.
  • the elastic material a material having corrosion resistance to the electrolytic solution is preferable, and specifically, polyolefin, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, silicone, polyethylene, polyvinyl acetate, ethylene propylene, fluorine-based resin, melamine resin, and the like are used. be able to.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery main body 42 obtained by extracting the metal electrode 5 from the electrolytic solution tank 2 and the new metal electrode 5 inserted into the electrolytic solution tank 2 in the metal-air battery shown in FIG. .
  • the electrode insertion port 20 is closed by the two position adjusting portions 19a coming into contact with each other. Thereby, it is possible to suppress the electrolyte from leaking out of the metal-air battery main body 42 due to the flow of the electrolyte 3 or the like.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of the metal-air battery 40 when the electrode active material portion 6 included in the new metal electrode 5 to be inserted into the electrolytic solution tank 2 passes through the electrode insertion port 20 in the metal-air battery shown in FIG. It is sectional drawing.
  • FIG. 14 is explanatory drawing explaining that the position of the metal electrode 5 is adjusted by the position adjustment part 19a.
  • the metal electrode 5 is positioned above the position adjusting portion 19a made of an elastic material (range indicated by F in FIG. 14). Align as follows. And if the metal electrode 5 is made to contact the position adjustment part 19a like FIG. 14, the position adjustment part 19a will deform
  • the position adjusting unit 19a When the position adjusting unit 19a is deformed, the surface of the position adjusting unit 19a in contact with the metal electrode 5 is inclined, so that the metal electrode 5 slides on the surface of the position adjusting unit 19a and moves in the direction of the open electrode insertion opening 20. To do.
  • the metal electrode 5 When the metal electrode 5 is inserted into the electrode insertion opening 20, the electrode insertion opening 20 between the two position adjusting portions 19a is pushed open by the metal electrode 5, and the metal electrode 5 passes through the opened electrode insertion opening 20. It passes through and is inserted into the electrolytic solution tank 2. As described above, the position of the metal electrode 5 is adjusted by the position adjusting unit 19 a when passing through the electrode insertion opening 20.
  • the attachment part 23 is a part which is provided in the electrolyte solution tank 2, and fits with a part of metal electrode 5.
  • FIG. The metal electrode 5 can be fixed at a predetermined position in the electrolytic solution tank 2 by fitting a part of the metal electrode 5 to the mounting portion 23. Thereby, it is possible to suppress the metal-air battery 40 from being damaged by vibration or the like. Moreover, it can suppress that the space
  • the attachment portion 23 may be provided so that the electrode active material portion 6 is fitted, or may be provided so that the support member 7 is fitted, and both the electrode active material portion 6 and the support member 7 are fitted.
  • the attachment portion 23 is preferably provided so that the support member 7 is fitted to the attachment portion 23. This is because the shape of the electrode active material portion 6 changes as the electrode active material is consumed by the electrode reaction.
  • the mounting portion 23 may have a receiving port 27 into which a part of the metal electrode 5 is fitted, or the metal electrode 5 may have a receiving port and the mounting portion 23 may have a protrusion that fits into the receiving port. Good.
  • the shape of the receptacle 27 may be a hole shape, a groove shape, or a slit shape.
  • the attachment portion 23 may be provided at the bottom of the electrolytic solution tank 2 or may be provided on the side wall of the electrolytic solution tank 2. Moreover, you may provide in both.
  • the mounting portion 23 included in the metal-air battery 40 shown in FIGS. 1, 6, 7, 9, 11 to 13, 15, and 16 is provided at the bottom of the electrolytic solution tank 2, and a set of mounting portions 23 is provided. It is provided so as to sandwich the receiving port 27.
  • the receiving port 27 has a hole shape or a groove shape. 2 and 3 is provided on the side wall of the electrolytic solution tank 2, and a set of mounting portions 23 is provided so as to sandwich the receiving port 27.
  • the receiving port 27 has a groove shape.
  • the attachment part 23 included in the metal-air battery 40 shown in FIGS. 17 and 18 is provided on the side wall of the electrolytic solution tank 2, and is provided with a slit serving as the receiving port 27.
  • FIG. 17 corresponds to a cross-sectional view of the metal-air battery 40 taken along the dotted line BB in FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 40 taken along the dotted line EE in FIG.
  • an ear portion is provided on the support member 7 of the metal electrode 5, and the ear portion is fitted into a slit-shaped receiving port 27 provided on the attachment portion 23.
  • the attachment portion 23 included in the metal-air battery 40 shown in FIG. 19 is provided on the side wall of the electrolytic solution tank 2, and a pair of semicircular attachment portions 23 are provided so as to sandwich the receiving port 27.
  • the receiving port 27 has a groove shape.
  • FIG. 19 corresponds to a cross-sectional view of the metal-air battery 40 taken along the dotted line BB in FIG.
  • the attachment portion 23 included in the metal-air battery 40 shown in FIG. 20 is provided on the side wall of the electrolytic solution tank 2, and a pair of rollers 29 are provided so as to sandwich the receiving port 27.
  • the receiving port 27 has a groove shape.
  • 20 corresponds to a cross-sectional view of the metal-air battery 40 taken along the dotted line BB in FIG.
  • the attachment portion 23 can be made of a conductive material such as metal. Thereby, the metal electrode 5 and the attachment part 23 can be electrically connected. Further, the attachment portion 23 can be electrically connected to an external circuit, the air electrode 9 of the adjacent cell 4 or the attachment portion 23 of the adjacent cell 4. Thus, the plurality of cells 4 can be connected in series or in parallel via the attachment portion 23, and the electromotive force can be output to the external circuit. Further, the connection terminal and the mounting portion 23 can be shared, and the manufacturing cost can be reduced. Further, the attachment portion 23 can have corrosion resistance against the electrolytic solution 3 stored in the electrolytic solution tank 2. As a result, the metal electrode 5 can be stably fixed by the mounting portion 23.
  • the second position adjusting portion 19b may be provided on the mounting portion 23. Further, when the metal electrode 5 is provided with a receiving opening, the metal electrode 5 may be provided with the position adjusting portion 19b.
  • the position adjustment part 19b adjusts the position of the metal electrode 5 by contacting the metal electrode 5 and the position adjustment part 19b. To be provided.
  • the position adjustment portion 19b can align the metal electrode 5, and the metal electrode 5 can be attached to the attachment portion 23 smoothly. Thereby, the time for supplying the electrode active material to the metal-air battery 40 can be shortened, and the usability of the metal-air battery 40 can be improved.
  • the position adjusting unit 19b may be two side walls 24 whose intervals become narrower as they approach the receiving port 27.
  • the position adjusting unit 19b is, for example, like the position adjusting unit 19b of the mounting unit 23 included in the metal-air battery 40 shown in FIGS. 1, 3, 6, 7, 9, 11 to 13, 15, 16, 17, and 19. Can be provided.
  • the side wall 24 constituting the position adjusting unit 19b may be a side wall 24 having a constant inclination angle as shown in FIGS. 1 and 3 or the like, and the side wall 24 whose inclination angle increases as it approaches the receiving port 27 as shown in FIG. There may be.
  • FIGS. 15 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 40 in a state where the metal electrode 5 of the metal-air battery 40 shown in FIG. 7 is further inserted into the electrolyte bath 2, and FIG. It is an enlarged view of the range D enclosed with the dotted line.
  • the metal electrode 5 When the metal electrode 5 is further inserted into the electrolytic solution tank 2 from the state of the metal-air battery 40 shown in FIG. 7, the metal electrode 5 may come into contact with the inclined side wall 24 (position adjusting portion 19b).
  • the metal electrode 5 in contact with the position adjusting unit 19 b slides on the side wall 24 at the center of the receiving port 27. Move to. Then, the portion of the metal electrode 5 that fits into the receiving port 27 moves to the range indicated by h in FIG. 16, and the metal electrode 5 fits into the receiving port 27. Thus, the position of the metal electrode 5 is adjusted by contacting the side wall 24 that constitutes the position adjusting unit 19b.
  • the metal electrode 5 when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2, if the portion of the metal electrode 5 that fits into the receiving port 27 is located within the range indicated by H in FIG. By adjusting the position of 5, the metal electrode 5 can be fitted into the mounting portion 23, and the metal electrode 5 can be fixed. Thus, the metal electrode 5 can be smoothly attached to the attachment portion 23, the time for supplying the electrode active material to the metal-air battery 40 can be shortened, and the usability of the metal-air battery 40 can be improved. Can do.
  • the mounting portion 23 is provided at the bottom of the electrolytic solution tank 2 and the side wall 24 has a constant inclination angle has been described. However, even when the mounting portion 23 is provided on the side wall of the electrolytic solution tank 2, the side wall 24 is provided. Similarly, even when the inclination angle increases as the inclination angle approaches the receiving port 27, the position of the metal electrode 5 can be adjusted by the position adjustment unit 19b.
  • the position adjustment unit 19 b may be two rollers 29 that constitute the attachment unit 23.
  • the position adjustment unit 19b can be provided, for example, like the position adjustment unit 19b of the attachment unit 23 included in the metal-air battery 40 illustrated in FIGS.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 40 in the vicinity of the attachment portion 23 when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2 in the metal-air battery 40 shown in FIG.
  • the position adjusting unit 19b will be described with reference to FIG. In the metal-air battery 40 shown in FIG. 20, when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2 of the metal-air battery main body 42, the support member 7 included in the metal electrode 5 is moved to the roller 29 (position adjusting unit 19b). ).
  • the roller 29 rotates so that the surface on the receiving port 27 side moves downward.
  • the metal electrode 5 in contact with the roller 29 moves to the center of the receiving port 27 as the roller 29 rotates.
  • the portion of the metal electrode 5 that fits into the receiving port 27 moves to the range indicated by k in FIG. 21, and the metal electrode 5 fits into the receiving port 27.
  • the position of the metal electrode 5 is adjusted by contacting the roller 29 that constitutes the position adjusting unit 19b.
  • the metal electrode 5 when the metal electrode 5 is inserted into the electrolytic solution tank 2, if the portion of the metal electrode 5 that fits into the receiving port 27 is located within the range indicated by K in FIG. By adjusting the position of 5, the metal electrode 5 can be fitted into the mounting portion 23, and the metal electrode 5 can be fixed. Thus, the metal electrode 5 can be smoothly attached to the attachment portion 23, the time for supplying the electrode active material to the metal-air battery 40 can be shortened, and the usability of the metal-air battery 40 can be improved. Can do.
  • Air electrode, ion exchange membrane The air electrode 9 is an electrode serving as a cathode.
  • hydroxide ions OH ⁇
  • the air electrode 9 includes, for example, a conductive porous carrier and an air electrode catalyst supported on the porous carrier.
  • oxygen gas, water, and electrons can coexist on the air electrode catalyst, and the electrode reaction can proceed.
  • the water used for the electrode reaction may be supplied from the atmosphere or may be supplied from an electrolytic solution.
  • the air electrode 9 may be produced by applying a porous carrier carrying an air electrode catalyst to a conductive porous substrate.
  • the air electrode 9 can be produced by applying carbon carrying an air electrode catalyst to carbon paper or carbon felt.
  • the air electrode 9 may include a collecting electrode that collects the charge of the air electrode catalyst. Thereby, the electric power generated by the metal-air battery 40 can be efficiently output to the outside.
  • the flow path member 13 may be a collector electrode, and the air electrode 9 may have a collector electrode separately from the flow path member 13.
  • the material of the collector electrode is not particularly limited as long as it is corrosion resistant to the electrolytic solution, and examples thereof include nickel, gold, silver, copper, and stainless steel.
  • the collecting electrode may be a nickel-plated, gold-plated, silver-plated or copper-plated conductive substrate. For this conductive substrate, iron, nickel, stainless steel, or the like can be used.
  • the shape of the collecting electrode can be, for example, a plate shape, a mesh shape, a punching metal, or the like.
  • Examples of a method for joining the collector electrode to the porous carrier or the conductive porous substrate include a method of pressure bonding by screwing through a frame and a method of bonding using a conductive adhesive. .
  • the air electrode 9 included in one cell 4 may be provided only on one side of the metal electrode 5 or may be provided on both sides of the metal electrode 5 as shown in FIGS.
  • Examples of the porous carrier contained in the air electrode 9 include carbon black such as acetylene black, furnace black, channel black and ketjen black, and conductive carbon particles such as graphite and activated carbon.
  • carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube, carbon nanowire, and the like can be used.
  • the air electrode catalyst include fine particles made of platinum, iron, cobalt, nickel, palladium, silver, ruthenium, iridium, molybdenum, manganese, a metal compound thereof, and an alloy containing two or more of these metals. .
  • This alloy is preferably an alloy containing at least two of platinum, iron, cobalt, and nickel.
  • the porous carrier contained in the air electrode 9 may be subjected to a surface treatment so that a cationic group exists as a fixed ion on the surface thereof.
  • hydroxide ions can be conducted on the surface of the porous carrier, so that the hydroxide ions generated on the air electrode catalyst can easily move.
  • the air electrode 9 may have an anion exchange resin supported on a porous carrier. Thereby, since hydroxide ions can be conducted through the anion exchange resin, the hydroxide ions generated on the air electrode catalyst are easily moved.
  • the air electrode 9 may be provided so as to be in direct contact with the atmosphere or may be provided in contact with the air flow path 12. As a result, oxygen gas can be supplied to the air electrode 9.
  • water can be supplied to the air electrode 9 together with oxygen gas by flowing humidified air through the air flow path 12.
  • the air supplied to the air flow path 12 can be supplied from the side part of the metal air battery 40 by a blower, for example.
  • the air flow path 12 can be provided in the flow path member 13 included in the metal-air battery 40 shown in FIGS.
  • the flow path member 13 is comprised from an electroconductive material or an insulating material according to the electrical connection method of each cell 4.
  • the air electrode 9 may be provided so as to be in contact with the electrolytic solution 3 stored in the electrolytic solution tank 2. Thus, hydroxide ions generated at the air electrode 9 can easily move to the electrolytic solution 3. Further, water necessary for the electrode reaction at the air electrode 9 is easily supplied from the electrolyte 3 to the air electrode 9. Further, the air electrode 9 may be provided so as to be in contact with the ion exchange membrane 8 that is in contact with the electrolytic solution 3 stored in the electrolytic solution tank 2.
  • the ion exchange membrane 8 may be an anion exchange membrane. As a result, hydroxide ions generated at the air electrode 9 can be transferred to the electrolytic solution through the anion exchange membrane.
  • the ion exchange membrane 8 By providing the ion exchange membrane 8, the ion species moving between the air electrode 9 and the electrolyte solution 3 can be limited.
  • the ion exchange membrane 8 is an anion exchange membrane, since the anion exchange membrane has a cation group that is a fixed ion, the cation in the electrolytic solution cannot be conducted to the air electrode 9.
  • the hydroxide ion generated at the air electrode 9 is an anion, it can be conducted to the electrolytic solution. As a result, the battery reaction of the metal-air battery 40 can proceed, and the cations in the electrolyte 3 can be prevented from moving to the air electrode 9. Thereby, precipitation of the metal and carbonate compound in the air electrode 9 can be suppressed.
  • the ion exchange membrane 8 it is possible to suppress excessive supply of water contained in the electrolytic solution to the air electrode 9.
  • the ion exchange membrane 8 include perfluorosulfonic acid, perfluorocarboxylic acid, styrene vinyl benzene, and quaternary ammonium solid polymer electrolyte membranes (anion exchange membranes).
  • the metal-air battery 40 can include a used active material recovery mechanism for recovering the deposit 28 of the metal compound generated from the electrode active material as the battery reaction proceeds.
  • the used active material recovery mechanism is not particularly limited as long as it is a mechanism capable of recovering the deposit 28 in the electrolyte solution.
  • the electrolyte channel 25 that circulates the electrolyte solution in the electrolyte tank 2 is provided.
  • a mechanism may be provided that collects the precipitate 28 when the electrolytic solution is circulated.
  • the metal-air battery 40 shown in FIG. 1 has a used active material recovery mechanism including a precipitate recovery tank 30 and a filtration unit 33.
  • the electrolytic solution 3 in the electrolytic solution tank 2 flows into the precipitate recovery tank 30 together with the precipitates 28, and the precipitate 28 contained in the electrolytic solution 3 that flows in the precipitate recovery tank 30 precipitates.
  • the electrolytic solution 3 after depositing the precipitate 28 is configured to flow into the electrolytic solution tank 2 by the pump 31.
  • the deposit 28 deposited in the electrolyte solution tank 2 can be moved to the deposit collection tank 30.
  • FIG. The precipitate 28 precipitated in the precipitate collection tank 30 can be collected as a residue on the filter 34 by allowing the precipitate 28 to flow into the filtration unit 33 together with the electrolytic solution 3 as shown in FIG.
  • Discharge experiment 1 As the metal-air battery of Example 1, a single-cell metal-air battery as shown in FIG. 22 was produced and a discharge experiment was performed. Further, as the metal-air battery of Comparative Example 1, a metal-air battery similar to the metal-air battery of Example 1 was produced except that the position adjusting unit 19 was not provided, and a discharge experiment was performed. The capacity of the electrolytic cell 2 of the produced metal-air battery was 50 mL. Two air electrodes 9 were provided on two inner surfaces facing each other in the electrolytic solution tank 2. The air electrode 9 was a carbon layer having a thickness of 400 ⁇ m and a side of 5 cm square containing 1 mg / cm 3 of Pt catalyst and 20% by weight of PTFE. The electrode area is 50 cm 2 .
  • an air electrode current collector 51 that collects charges from the air electrode 9 is provided.
  • the air electrode current collector 51 was a 60 mesh nickel mesh electrode. The distance between the two air electrodes 9 was 16 mm.
  • a metal zinc layer (zinc purity: 99.9%) having a side of 5 cm square and a thickness of 0.5 mm as the electrode active material portion 6 is formed on both main surfaces of the nickel plate having a thickness of 0.2 mm as the support member 7.
  • a metal electrode 5 was prepared.
  • a cover member 15 made of polyvinyl chloride was attached to the support member 7.
  • the lid member 15 is provided with an inclined portion so that the lid member 15 is fitted into the electrode insertion opening 20 between the position adjusting portions 19.
  • a position adjusting unit 19 made of polyvinyl chloride was provided in the electrode insertion port 20 on the upper part of the electrolytic solution tank 2.
  • the position adjusting unit 19 has a shape as shown in FIG. 4A and is adjusted so that the inclined side wall 22 is inclined by 60 degrees with respect to the horizontal plane.
  • the produced metal electrode 5 was inserted in the electrolyte solution tank 2 from the electrode insertion port 20, and discharge was started.
  • the position adjusting unit 19 plays a role of a guide, and the metal electrode 5 moves smoothly into the electrolyte bath 2 and the position adjusting unit 19 is inclined. The impact was buffered at the side wall 22. Further, the metal electrode 5 was fixed at the center between the pair of air electrodes 9 by fitting the lid member 15 having an inclined portion into the electrode insertion port 20 between the position adjusting portions 19.
  • the resistance between the positive electrode and the negative electrode was 61.3 m ⁇ , and the open circuit voltage was 1.59 V.
  • the metal-air battery of Comparative Example 1 since the position adjusting unit 19 was not provided, it was confirmed that when the metal electrode 5 was inserted, the electrode active material unit 6 might come into contact with the electrolyte bath 2 and be damaged.
  • the metal electrode 5 was fixed at a position shifted by 6 mm toward the air electrode 9 on one side with respect to the center between the pair of air electrodes 9. At this time, the resistance between the positive electrode and the negative electrode was 59.4 m ⁇ , and the open circuit voltage was 1.50V.
  • FIG. 23 shows the measurement results of the discharge experiment using the metal-air batteries of Example 1 and Comparative Example 1.
  • the current density was set to 30 mA / cm 2 and a constant current was applied to measure the voltage.
  • the battery can be discharged at a voltage of about 1.2 V, the voltage rapidly decreases when the discharge time is about 4.9 hours, and the voltage is 0 when the discharge time is about 5.2 hours.
  • the discharge experiment was terminated below .6V.
  • the discharge capacity of the metal-air battery of Example 1 was 9.0 Wh.
  • the battery can be discharged at a voltage of about 1.2 V, the voltage rapidly decreases when the discharge time is about 3.3 hours, and the voltage is 0 when the discharge time is about 3.5 hours.
  • the discharge experiment was terminated below .6V.
  • the discharge capacity of the metal-air battery of Comparative Example 1 was 6.0 Wh.
  • the metal electrode 5 can be fixed at the approximate center between the two air electrodes 9, and damage to the electrode active material portion 6 can be suppressed and the metal electrode can be suppressed. It was found that 5 can be inserted into the electrolytic solution tank 2 smoothly and quickly. In the metal-air batteries of Example 1 and Comparative Example 1, there was no significant difference in resistance value between the positive electrode and the negative electrode. In addition, it was found that the metal-air battery of Example 1 can output a significantly larger discharge capacity than the metal-air battery of Comparative Example 1.
  • FIGS. 24 corresponds to a cross-sectional view of the metal-air battery taken along the broken line MM in FIG. 22, and FIG. 25 is a schematic arrow view of the metal electrode 5 and the mounting portion 23 from the arrow N shown in FIG. is there.
  • the attachment part 23 was provided in the metal air battery of Example 2
  • the attachment part 23 is not provided in the metal air battery of Example 1.
  • the metal-air battery of Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except that the attachment portion 23 was provided.
  • the attachment portion 23 was provided so as to cover both side edge portions of the metal electrode 5.
  • polyvinyl chloride was used as the material of the mounting portion 23.
  • a metal-air battery of Comparative Example 2 a metal-air battery similar to that of Comparative Example 1 was produced and a discharge experiment was performed.
  • the metal-air battery of Comparative Example 2 is not provided with the position adjustment unit 19 and the attachment unit 23.
  • the metal electrode 5 After injecting 45 mL of 10M KOH aqueous solution into the electrolytic solution tank 2, the metal electrode 5 was inserted into the electrolytic solution tank 2 through the electrode insertion port 20, and discharge was started.
  • the position adjusting portion 19 and the mounting portion 23 served as a guide, and the metal electrode 5 moved smoothly into the electrolyte bath 2. Further, the metal electrode 5 was fixed at the center between the pair of air electrodes 9 by the side edge portion being covered with the attachment portion 23.
  • the current density was set to 30 mA / cm 2 and a constant current was applied to measure the voltage.
  • the discharge capacity was 9.0 Wh.
  • the discharge capacity was 8.0 Wh.
  • Electrode tank 3 Electrolyte 4: Cell 5: Metal electrode 6: Electrode active material part 7: Support member 8: Ion exchange membrane 9: Air electrode 12: Air flow path 13: Flow path member 15 : Lid member 18: Roller 19, 19a, 19b: Position adjustment part 20: Electrode insertion port 21: Insulating member 22: Inclined side wall 23: Mounting part 24: Inclined side wall 25: Electrolyte flow path 26: Electric wire 27: Receiving port 28: Metal compound deposit 29: Roller 30: Deposit collection tank 31: Pump 33: Filtration unit 34: Filter 35: Valve 35: Metal air battery 42: Metal air battery main body 45: Buffer member 50: Separator 51: Air current collector 53: Hole

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Abstract

　本発明は、金属空気電池本体に金属電極をスムーズに挿入することができる金属空気電池を提供する。　本発明の金属空気電池は、少なくとも１つのセルを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極と、前記金属電極を前記電解液槽中に挿入するための電極挿入口と、位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記電解液槽中に前記金属電極を挿入する際に、前記金属電極と前記位置調整部とが接触することにより前記金属電極の位置を調整するように設けられたことを特徴とする。

Description

金属空気電池
　本発明は、金属空気電池に関する。
　金属空気電池は高いエネルギー密度を有するため、次世代の電池として注目されている。金属空気電池は、燃料となる電極活物質を含む金属電極をアノードとし、空気極をカソードとすることにより発電する。
　代表的な金属空気電池として、金属亜鉛を電極活物質とする亜鉛空気電池が挙げられる。亜鉛空気電池では、カソードにおいて以下の化学式１のような電極反応が進行すると考えられる。
（化学式１）：O2＋２H2O＋４ｅ-→４OH-
　また、アノードにおいて以下の化学式２、３のような電極反応が進行すると考えられる。
（化学式２）：Zn＋４OH-→Zn(OH)4 2-＋２ｅ-
（化学式３）：Zn(OH)4 2-→ZnO＋２OH-＋H2O
　なお、電極活物質である金属亜鉛（Zn）は、電極反応の進行と共に一旦電解液にZn(OH)4 2-として溶解し、このイオンが飽和に達するとZnOとして電解液中に沈殿すると考えられる。
　このような金属空気電池により発電を続けると金属電極に含まれる電極活物質が消費されるため、金属空気電池に新たな電極活物質を供給する必要がある。電極活物質を供給する方法として、複数の金属電極が支持体を介して接続されたアノード複合体を金属空気電池本体に差し込む方法や、金属電極を金属空気電池内部に設置された袋状の構造体に差し込む方法や、ケース状の金属空気電池本体に燃料電池を挿入する方法などが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
特表２００５－５０９２６２号公報 米国特許出願公開第２００１／０００９７３５号明細書 特開平７－４５２７０号公報
　しかし、従来の金属電極の挿入方法では、挿入前に金属空気電池本体と金属電極との位置合わせを高い精度で行う必要があり、金属電極の挿入に時間を要するという問題がある。また、十分な位置合わせを行わないと、挿入時に金属空気電池本体と金属電極とが衝突することにより金属空気電池本体または金属電極が損傷する場合がある。さらに、金属電極を金属空気電池本体に差し込む際に金属電極がたわむ場合があり、このたわみにより、電極間距離が変化するという問題や金属電極を金属空気電池本体にスムーズに差し込めないため金属電極の金属電極本体への挿入を開始してから発電するまでに時間がかかるという問題がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属空気電池本体に金属電極をスムーズに挿入することができる金属空気電池を提供する。
　本発明は、少なくとも１つのセルを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極と、前記金属電極を前記電解液槽中に挿入するための電極挿入口と、位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記電解液槽中に前記金属電極を挿入する際に、前記金属電極と前記位置調整部とが接触することにより前記金属電極の位置を調整するように設けられたことを特徴とする金属空気電池を提供する。
　本発明によれば、少なくとも１つのセルを備え、セルは、電解液を溜める電解液槽と、電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極とを備えるため、電極反応の進行により金属電極と空気極との間に起電力を生じさせることができる。
　本発明によれば、金属電極を電解液槽中に挿入するための電極挿入口を備えるため、使用済みの金属電極を電解液槽から抜き出し、新たな金属電極を電解液槽に挿入することにより、金属空気電池に電極活物質を供給することができる。
　本発明によれば、電解液槽中に金属電極を挿入する際に金属電極と位置調整部とが接触することにより金属電極の位置を調整するように設けられた位置調整部を有するため、位置調整部において金属電極の位置合わせを行うことができ、金属電極をスムーズに素早く電解液槽に挿入することができる。このことにより、電極活物質を金属空気電池に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池の使いやすさを向上させることができる。また、金属電極の挿入時に金属空気電池が損傷することを抑制することができ、金属空気電池の寿命を延ばすことができる。
　本発明によれば、位置調整部を備えることにより、金属電極と空気極との電極間距離を確実に面内で均一にすることができる。このことにより、電流集中を抑制することができ、金属空気電池の放電容量を大幅に向上させることができると共に、金属電極を交換しても金属空気電池が安定した放電特性を有することができる。
本発明の一実施形態の金属空気電池の構成を示す概略断面図である。 図１の点線Ａ－Ａにおける金属空気電池の概略断面図である。 図２の点線Ｂ－Ｂにおける金属空気電池の概略断面図である。 （ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池に含まれる位置調整部および電極挿入口の概略上面図である。 （ａ）～（ｅ）は、本発明の一実施形態の金属空気電池の一部の概略断面図である。 金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 図７の点線で囲んだ範囲Ｃにおける金属空気電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の本発明の一実施形態の金属空気電池の一部の概略断面図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の本発明の一実施形態の金属空気電池の一部の概略断面図である。 金属電極を金属空気電池本体に挿入する際の本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 図１５の点線で囲んだ範囲Ｄにおける金属空気電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 図１７の破線Ｅ－Ｅにおける金属空気電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の一部の概略断面図である。 本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 放電実験の測定結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態の金属空気電池の概略断面図である。 図２４に示した矢印Ｎからの金属電極および取付部の矢視図である。
　本発明の金属空気電池は、少なくとも１つのセルを備え、前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極と、前記金属電極を前記電解液槽中に挿入するための電極挿入口と、位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記電解液槽中に前記金属電極を挿入する際に、前記金属電極と前記位置調整部とが接触することにより前記金属電極の位置を調整するように設けられたことを特徴とする。
　本発明の金属空気電池において、前記空気極は、一対の空気極からなり、前記金属電極は、前記一対の空気極の間の略中央に配置されたことが好ましい。
　このような構成によれば、アノード－カソード間の電流分布を均一にすることができ、特に上下方向での電流分布を均一にすることができる。このことにより、金属空気電池の放電容量を大きくすることができる。
　本発明の金属空気電池において、前記位置調整部は、前記電極挿入口の周りの側壁を構成し、前記側壁は、前記電解液槽の内部に向かうほど前記電極挿入口が狭くなる形状を有することが好ましい。
　このような構成によれば、電解液槽中に金属電極を挿入する際、金属電極と、電極挿入口の周りの側壁を構成する位置調整部とが接触すると、金属電極が側壁上をすべり電極挿入口の中心部へと移動する。このことにより、金属電極を位置調整することができる。
　本発明の金属空気電池において、前記位置調整部は、前記電極挿入口の周りに設けられたローラーを有することが好ましい。
　このような構成によれば、電解液槽中に金属電極を挿入する際、金属電極と、電極挿入口の周りに設けられたローラーとが接触すると、ローラーが回転し、金属電極が電極挿入口の中心部へと移動する。このことにより、金属電極を位置調整することができる。
　本発明の金属空気電池において、前記位置調整部は弾性材料からなり、電解液槽内部に向かって変形できるように設けることが好ましい。
　このような構成によれば、電解液槽中に金属電極を挿入する際、金属電極と位置調整部が接触することにより、電解液槽上部からの電解液の漏洩を抑制することができ、金属空気電池の安全性を向上させることができる。また、金属電極を抜いた後に、位置調整部が電解液槽上部を塞ぐことにより、電解液の漏洩を防ぐことができる。
　本発明の金属空気電池において、前記金属電極の一部と嵌合する取付部をさらに有することが好ましい。
　このような構成によれば、金属電極の一部を取付部に嵌合させることにより、金属電極を電解液槽中に固定することができる。
　本発明の金属空気電池において、前記セルは、複数であり、前記取付部は、導電性を有し、１つのセルに含まれる前記取付部は、他のセルに含まれる前記空気極又は他のセルに含まれる前記取付部と電気的に接続することが好ましい。
　このような構成によれば、取付部を介して複数のセルを直列接続または並列接続することができる。また、取付部を接続端子として利用することができるため、金属空気電池の部品数を低減することができ、金属空気電池の製造コストを低減することができる。
　本発明の金属空気電池において、取付部は金属電極の側辺端部を覆うことが好ましい。取付部は金属電極の側辺端部の全体を覆ってもよく、側辺端部の一部を覆ってもよい。
　このような構成によれば、放電時にアノード端部での電流集中を抑制することができ、アノード全面で均一に放電反応を進行させることができる。このことにより、金属空気電池の放電容量を大きくすることができる。
　以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
金属空気電池の構成
　図１は本実施形態の金属空気電池の概略断面図である。図２は、図１の点線Ａ－Ａにおける金属空気電池の概略断面図であり、図３は、図２の点線Ｂ－Ｂにおける金属空気電池の概略断面図である。また、図９、１１、１７～２０は、本実施形態の金属空気電池の概略断面図であり、図６、７、１２、１３、１５は、金属電極を電解液槽に挿入する際の金属空気電池の概略断面図である。
　本実施形態の金属空気電池４０は、少なくとも１つのセル４を備え、セル４は、電解液３を溜める電解液槽２と、電解液槽２中に設けられかつアノードとなる金属電極５と、カソードとなる少なくとも１つの空気極９と、金属電極５を電解液槽２中に挿入するための電極挿入口２０と、位置調整部１９とを備え、位置調整部１９は、電解液槽２中に金属電極５を挿入する際に、金属電極５と位置調整部１９とが接触することにより金属電極５の位置を調整するように設けられたことを特徴とする。
　また、本実施形態の金属空気電池４０は、取付部２３、イオン交換膜８または使用済み活物質回収機構を有してもよい。
　以下、本実施形態の金属空気電池４０について説明する。
１．金属空気電池
　本実施形態の金属空気電池４０は、金属電極５を負極（アノード）とし、空気極９を正極（カソード）とする電池である。例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。また、本実施形態の金属空気電池４０は、一次電池であってもよい。
２．セル
　セル４は、金属空気電池４０の構成単位であり、アノードとなる金属電極５とカソードとなる少なくとも１つの空気極９からなる電極対を有する。セル４は、１つの空気極９と１つの金属電極５とが電解液３を挟むように設けられてもよく、図１、２に示した金属空気電池４０のように２つの空気極９が１つの金属電極５を挟むように設けられてもよい。
　また、金属空気電池４０は、１つのセルを含む単セル構造であってもよく、図１、２に示した金属空気電池４０のように複数のセル４を有するスタック構造であってもよい。
　金属空気電池４０がスタック構造を有する場合、複数のセル４は、直列接続してもよく、並列接続してもよい。図１、２に示した金属空気電池４０では、３つのセル４が直列接続している。
　図１、２に示した金属空気電池４０では、セル４の下部の配線により直列接続されているが、セル４の上部の配線あるいはセル４の側部の配線で直列接続することもできる。
３．電解液槽、電解液
　電解液槽２は、電解液３を溜める電解槽であり、電解液に対して耐食性を有する。また、電解液槽２は、その中に金属電極５を設置することができる構造を有する。また、金属空気電池４０が複数のセル４を有する場合、それぞれのセル４が別々の電解液槽２を有してもよく、それぞれのセル４の電解液槽２が流路により連通していてもよく、それぞれのセル４が１つの電解液槽２を共有してもよい。なお、図１、２に示した金属空気電池４０では、電解液槽２の底部および側壁の一部が筐体１であり、電解液槽２の側壁の一部がイオン交換膜８である。
　電解液槽２を構成する筐体１の材料は、電解液に対して耐食性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル（PVA）、ポリビニルアルコール（PVA）、ポリ酢酸ビニル、ABS、塩化ビニリデン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などである。
　筐体１は、セル４の中央部に接合部を有してもよい。このことにより、２つの部材を接合することにより筐体１を作製することができる。また、接合前に筐体１の部材を加工することにより、電解液槽２の内側となる部分を容易に加工でき、製造コストを低減することができる。たとえば、筐体１を１つの部材で作製すると、部材をくりぬく必要があるが、複数の部材を用いることにより、板状の材料を容易に切削したり、射出成型により筐体１を容易に作製することが可能になる。また、位置調整部１９や取付部２３を容易に設置することができる。
　また、例えば、１つのセル４に含まれる筐体１を２つの部材で構成する場合、実質的に同じ形状を有する２つの部材をボルトまたは接着剤などで接合することにより筐体１を作製することができる。
　電解液３は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する液体である。電解液３の種類は、電極活物質部６を構成する金属の種類によって異なるが、水溶媒を用いた電解液（電解質水溶液）であってもよく、有機溶媒を用いた電解液（有機電解液）であってもよい。
　例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池の場合、電解液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いることができ、マグネシウム空気電池の場合、電解液には塩化ナトリウム水溶液を用いることができる。また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
　また、電解液槽２が固体電解質からなる隔壁を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。
　また、金属空気電池４０が電解液を流動させる機構を有してもよい。このことにより金属電極５および電解液３中での電池反応を促進することができ、金属空気電池４０の性能を向上させることができる。電解液を流動させる機構としては、図１に示した金属空気電池４０のようにポンプ３１を用いて電解液３を循環させ、電解液槽２内の電解液３を流動させてもよい。また、金属空気電池４０が攪拌機、ワイパー、もしくはバイブレーターなどの電解液槽２内の電解液３を物理的に動かすことのできる可動部を備えてもよい。
４．金属電極
　金属電極５は、アノードとなる電極であり、電極活物質である金属を含む。また、金属電極５は、電極活物質を含む電極活物質部６と、電極活物質部６を支持する導電性の支持部材７とからなってもよい。また、金属電極５は電極活物質部６のみからなってもよい。
　電極活物質部６に含まれる電極活物質は、電池の放電反応により電子を放出し金属化合物の析出物２８（微粒子、針状の粒子、板状の粒子など）に化学変化する金属である。
　例えば、亜鉛空気電池の場合、電極活物質部６は金属亜鉛からなり、金属化合物は酸化亜鉛または水酸化亜鉛となる。アルミニウム空気電池の場合、電極活物質部６は金属アルミニウムからなり、金属化合物は水酸化アルミニウムとなる。鉄空気電池の場合、電極活物質部６は金属鉄からなり、金属化合物は酸化水酸化鉄または酸化鉄となる。マグネシウム空気電池の場合、電極活物質部６は金属マグネシウムからなり、金属化合物は水酸化マグネシウムとなる。
　また、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池の場合、電極活物質部６はそれぞれ、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カルシウムからなり、金属化合物はこれらの金属の酸化物、水酸化物などとなる。
　なお、電極活物質および金属化合物は、これらの例には限定されず、金属空気電池となるものであればよい。また、電極活物質部６に含まれる電極活物質は、上記の例では一種の金属元素からなる金属を挙げたが、電極活物質部６は合金からなってもよい。
　電池の放電反応の進行による電極活物質から金属化合物の析出物２８への化学変化は、電極活物質部６で生じてもよく、電極活物質部６および電解液３中の両方で生じてもよい。例えば、電極活物質部６において、電極活物質である金属が電解液３に含まれるイオンと反応し、前記金属を含むイオンが電解液３中に生成し、この金属を含むイオンが分解することにより、金属化合物の析出物２８が生成されてもよい。また、電極活物質部６において、電極活物質である金属が電解液３に含まれるイオンと反応し、金属化合物の析出物２８が生成してもよい。また、電極活物質部６において、電極活物質である金属が金属イオンとして電解液３中に溶解し、この金属イオンが電解液中で反応して金属化合物の析出物２８が生成してもよい。
　また、電解液を二種類以上用いる場合、電極活物質部６において、電極活物質である金属が金属イオンとして第１電解液中に溶解し、この金属イオンが第２電解液中に移動し、金属化合物が生成してもよい。なお、二種類以上の電解液は、固体電解質により仕切ることができる。
　なお、金属化合物の析出物２８は、使用済み活物質として、使用済み活物質回収機構により回収されてもよい。
　電極活物質部６は、支持部材７の主要面上に固定することできる。支持部材７は、導電性を有し、電極活物質部６を固定することができれば、形状は限定されないが、例えば、板状、筒状、球状、線状、メッシュ状、パンチングメタルなどとすることができる。また、この支持部材７は、例えば、電解液に対して耐食性を有する金属板により形成することができる。支持部材７の材料は、例えば、ニッケル、金、銀、銅、ステンレスなどである。また、支持部材７は、ニッケルめっき処理、金めっき処理、銀めっき処理、銅めっき処理された導電性基材などであってもよい。この導電性基材には、鉄、ニッケル、ステンレスなどを用いることができる。
　このことにより、支持部材７を介して電極活物質部６から集電することができ、電極活物質部６と外部回路とを接続することができる。支持部材７の主要面上への電極活物質部６の固定は、例えば、電極活物質である金属の粒子や塊を支持部材７の表面に押し付けて固定してもよく、支持部材７上にめっき法などにより金属を析出させてもよい。
　支持部材７は、電解液槽２に金属電極５を挿入する電極挿入口２０を塞ぐ蓋部材１５と連結されていてもよい。このことにより、電解液槽２に金属電極５を挿入すると共に電極挿入口２０を塞ぐことができ、大気中の成分と電解液３とが反応することを抑制することができる。例えば、電解液にアルカリ性電解液を用いた場合、大気中の二酸化炭素ガスが電解液に溶け込み、アルカリ性電解液を中和することを抑制することができる。
　さらに、蓋部材１５を設けることにより、電解液槽２中から金属電極５を抜き出すことや、電解液槽２中に金属電極５を挿入することが容易になる。
　また、蓋部材１５に金属電極５と外部回路とを接続するための端子を設けることもできる。この端子を外部回路と接続することにより、金属空気電池４０の電力を出力することが可能になる。
５．電極挿入口、第１位置調整部
　電極挿入口２０は、金属電極５を電解液槽２中に挿入できるように設けられる。このことにより、金属電極５と共に電極活物質を金属空気電池４０に供給することができる。また、電池反応により電極活物質が消費された後の金属電極５を電極挿入口２０から抜き出し、使用済みの金属電極５を回収することもできる。
　このように電極挿入口２０を介して金属電極５を交換することにより、金属空気電池４０に電極活物質を供給することができ、金属空気電池４０を安定して発電させることができる。
　なお、金属空気電池４０が複数のセル４を有する場合、金属電極５は、セル４ごとに別々に交換してもよく、複数のセル４についてまとめて交換してもよい。複数のセル４について金属電極５をまとめて交換する場合、複数の金属電極５は、複数の金属電極５が連結された複合体を構成してもよい。このことにより、金属電極５の交換を短時間で行うことができる。
　また、電解液槽２内から金属電極５を抜き出した後の金属空気電池を金属空気電池本体４２という。
　電極挿入口２０は、例えば、電解液槽２の上部に設けることができる。このことにより、電解液槽２に電解液３を溜めた状態において、金属電極５を電解液槽２中に挿入したり、使用済みの金属電極５を電解液槽２中から抜き出したりすることができ、電極活物質を金属空気電池４０に容易に供給することができる。このことにより、金属空気電池４０を安定して発電させることができる。
　電極挿入口２０の側壁は、後述する位置調整部１９ａが構成することができる。このことにより金属電極５が電極挿入口２０を通過する際に金属電極５の位置合わせを行うことができる。また、電極挿入口２０の最も狭くなる部分の形状は、金属電極５の挿入方向に垂直な面における金属電極５の断面と実質的に同じ形状とすることができる。また、電極挿入口２０の最も狭くなる部分の形状は、金属電極５が電極挿入口２０を通過する際に金属電極５が電極挿入口２０に実質的に嵌合するような形状とすることができる。また、金属電極５が板状である場合、金属電極５の厚さと電極挿入口２０の最も狭くなる部分の幅とが実質的に同じであってもよい。なお、金属電極５と電極挿入口２０の側壁との間には、金属電極５が通過するための適切な隙間があってもよい。
　このような構成により、電解液槽２への金属電極５の挿入時に、電解液槽２中において金属電極５が配置される位置を定めることができる。このことにより、電解液槽２中の所定の位置に金属電極５を容易に固定することができる。なお、金属電極５は、金属電極５に取り付けた蓋部材１５を金属空気電池本体４２に取り付けることにより電解液槽２中の所定の位置に固定されてもよく、金属電極５の一部が電解液槽２中に設けられた取付部２３に嵌合することにより固定されてもよく、この両方により固定されてもよい。
　電極挿入口２０は、金属電極５を電解液槽２内に配置した場合には、蓋部材１５などにより塞がれていてもよい。このことにより、電解液３が漏れ出ること、電解液３の溶媒が蒸発すること、大気中の成分が電解液に溶解することなどを抑制することができる。
　また、電極挿入口２０は、金属電極５を抜き出した後の金属空気電池本体４２の状態では、開いた状態となっていてもよい。また、金属空気電池本体４２は、電極挿入口２０を塞ぐ開閉式の蓋を備えてもよい。このことにより、金属空気電池本体４２において、電解液が漏れ出ることなどを抑制することができる。また、この蓋の機能を位置調整部１９ａが備えてもよい。例えば、図１２に示した金属空気電池本体４２のように、位置調整部１９ａが柔軟性を有する材料からなる場合、金属電極５を抜き出した状態では、電極挿入口２０を挟んで設けられた２つの位置調整部１９ａを接触させることができる。このことにより、位置調整部１９ａが金属空気電池本体４２の蓋の機能を有することができる。
　第１位置調整部１９ａは、電解液槽２中に金属電極５を挿入する際に金属電極５と位置調整部１９ａとが接触することにより金属電極５の位置を調整するように設けられる。このことにより、電解液槽２中に金属電極５を挿入する際に位置調整部１９ａにおいて金属電極５の位置合わせを行うことができ、金属電極５をスムーズに素早く電解液槽２に挿入することができる。このことにより、電極活物質を金属空気電池４０に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池４０の使いやすさを向上させることができる。また、金属電極５の挿入時に金属空気電池４０が損傷することを抑制することができ、金属空気電池４０の寿命を延ばすことができる。
　位置調整部１９ａは、例えば、電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０が狭くなるように電極挿入口２０の側壁を構成する部分、電極挿入口２０の周りに設けられたローラー１８を有する部分、又は弾性材料からなり電解液槽内部に向かって変形できる部分であってもよい。
　まず、位置調整部１９ａが電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０が狭くなるように電極挿入口２０の側壁を構成する部分である場合について説明する。
　位置調整部１９ａは、電極挿入口２０の周りの側壁を構成し、前記側壁は、電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０が狭くなる形状を有する。位置調整部１９ａは、例えば、図１に示した金属空気電池４０に含まれる位置調整部１９ａのような形状を有することができる。図１～３に示した金属空気電池４０では、板状の支持部材７の両面上にそれぞれ電極活物質部６が設けられている。また、電極活物質部６が設けられた部分の金属電極５の厚さは、電極挿入口２０の最も狭くなる部分の幅と実質的に同じである。
　図４（ａ）は、図１に示した金属空気電池４０に含まれる位置調整部１９ａと電極挿入口２０の上面図である。図４（ａ）のように電極挿入口２０は、長方形であり、長辺側の対向する２つの側壁が位置調整部１９ａで構成されている。なお、位置調整部１９ａは、図４（ｂ）のように短辺側の対向する２つの側壁も位置調整部１９ａで構成されていてもよい。なお、図４は、金属電極５を電解液槽２から抜き出した状態の金属空気電池本体４２における位置調整部１９ａと電極挿入口２０の上面図である。
　図１、図４（ａ）に示した位置調整部１９ａでは、位置調整部１９ａが傾斜した２つの側壁２２を有しており、２つの側壁２２は、電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０の幅が狭くなるように設けられている。そして、位置調整部１９ａの側壁下部が、電極挿入口２０の幅が最も狭くなる部分の側壁となっている。
　図５（ａ）～（ｅ）は、位置調整部１９ａの形状などの様々な態様を示した図である。なお、図５（ａ）～（ｅ）は、それぞれ金属電極５を電解液槽２から抜き出した状態の金属空気電池本体４２における位置調整部１９ａと電極挿入口２０などの断面図である。図５（ａ）は図１に示した位置調整部１９ａと同様の傾斜角度が一定の側壁２２を有する位置調整部１９ａであり、図５（ｂ）は電解液槽２の内部に向かうに従い側壁２２の傾斜角度が大きくなる位置調整部１９ａであり、図５（ｃ）は上部では側壁２２が一定の傾斜角度を有し下部では側壁２２が電解液槽２の内部に向かうに従い傾斜角度が大きくなる位置調整部１９ａであり、図５（ｄ）は傾斜角度が一定の側壁２２が位置調整部１９ａの下部に設けられた位置調整部１９ａである。このように位置調整部１９ａは様々な形状を有することができる。
　また、図５（ｅ）は、側壁２２を構成する表面に緩衝部材４５を有する位置調整部１９ａである。緩衝部材４５を設けることにより、電解液槽２への金属電極５の挿入時に金属電極５または金属空気電池本体４２が損傷することを抑制することができる。
　緩衝部材４５の材料としては、電解液に対する耐食性を有し、ゴム状、スポンジ状の柔軟性を有する材料が好ましく、具体的には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、シリコーン、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレンプロピレン、フッ素系樹脂、メラミン樹脂などとすることができる。
　また、位置調整部１９ａは、柔軟性や弾性などを有する材料からなってもよい。このことにより、電解液槽２への金属電極５の挿入時に金属電極５または金属空気電池本体４２が損傷することを抑制することができる。
　この柔軟性や弾性などを有する材料としては、電解液に対する耐食性を有し、ゴム状、スポンジ状の柔軟性を有する材料が好ましく、具体的には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、シリコーン、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレンプロピレン、フッ素系樹脂、メラミン樹脂などとすることができる。
　図６、７は、それぞれ図１～３に示した金属空気電池４０において使用済みの金属電極５を抜き出した金属空気電池本体４２の電解液槽２に新たな金属電極５を挿入する際の金属空気電池４０の概略断面図である。また、図８は、図７の点線で囲んだ範囲Ｃの拡大図である。
　図６に示しているように、新たな金属電極５を電極挿入口２０に挿入する前に、金属電極５を、電極挿入口２０の最も幅の広い部分の上部（図８のＤで示した範囲）に位置するように位置合わせをする。
　そして、図７、８に示しているように、金属電極５を電極挿入口２０に差し込んでいくと、金属電極５が電極挿入口２０の側壁２２を構成する位置調整部１９ａに接触する場合がある。側壁２２は、電解液槽２の内部に向かうほど電極挿入口２０が狭くなる形状を有するため、位置調整部１９ａに接触した金属電極５は、側壁２２上をすべり電極挿入口２０の中心部へと移動する。そして、金属電極５は、電極挿入口２０の最も狭くなる部分（図８のｄで示した範囲）を通過し電解液槽２中へと挿入される。
　このように、金属電極５は、電極挿入口２０を通過する際に位置調整部１９ａにより位置調整される。
　金属空気電池４０が、このような位置調整部１９ａを有することにより、電解液槽２に金属電極５を挿入する前に金属電極５を電極挿入口２０の最も幅の広い部分の上部に位置合わせをすれば、金属電極５を電解液槽２中に挿入することができる。このため、電解液槽２に金属電極５を挿入する前に高い精度で位置調整を行う必要がなく、金属電極５の位置あわせを行う時間を短縮することができ、金属電極５を電解液槽２中にスムーズに挿入することができる。
　また、位置調整部１９ａに接触した金属電極５は、側壁２２上を接触しながらすべり電極挿入口２０の中心部へと移動して電解液槽２中へと挿入されるため、接触により挿入が中断されることはない。このため、金属電極５と位置調整部１９ａが接触したとしても、位置合わせずれにより金属電極が金属空気電池本体に衝突して挿入できない従来の金属空気電池に比べてその衝撃は緩和され、金属電極５や金属空気電池本体４２を損傷することなく金属電極５を電解液槽２中に挿入することができる。
　次に、位置調整部１９ａが、電極挿入口２０の周りに設けられたローラー１８を有する場合について説明する。
　位置調整部１９ａは、電極挿入口２０の周りに設けられたローラー１８を有する。また、ローラー１８は、金属電極５を電解液槽２中に挿入する際に回転するように設けられる。
　位置調整部１９ａは、例えば、図９に示した金属空気電池４０に含まれる位置調整部１９ａのように２つのローラー１８が電極挿入口２０の両側の側壁を構成するように設けることができる。図９に示した金属空気電池４０では、板状の支持部材７の両面上にそれぞれ電極活物質部６が設けられている。また、電極活物質部６が設けられた部分の金属電極５の厚さは、２つのローラー１８の間の電極挿入口２０の最も狭くなる部分の幅と実質的に同じである。
　図１０は、図９に示した金属空気電池４０において使用済みの金属電極５を抜き出した金属空気電池本体４２の電解液槽２に新たな金属電極５を挿入する際の金属空気電池４０の一部の概略断面図である。
　まず、新たな金属電極５を電極挿入口２０に挿入する前に、金属電極５を電極挿入口２０の最も幅の広い部分の上部（図１０のＧで示した範囲）に位置するように位置合わせしておく。
　そして、図１０に示しているように、金属電極５を電極挿入口２０に差し込んでいくと、金属電極５が電極挿入口２０の側壁２２を構成するローラー１８（位置調整部１９ａ）に接触する場合がある。金属電極５がローラー１８に接触すると、ローラー１８は電極挿入口２０側の表面が下側に移動するように回転する。ローラー１８に接触した金属電極５は、ローラー１８が回転することにより電極挿入口２０の中心部へと移動する。そして、金属電極５は、２つのローラー１８の間（図１０のｇで示した範囲）を通過し電解液槽２中へと挿入される。
　このように、金属電極５は、電極挿入口２０を通過する際にローラー１８（位置調整部１９ａ）により位置調整される。ローラー１８に接触した金属電極５は、ローラー１８と接触しながら中心部へと移動して電解液槽２中へと挿入されるため、金属電極５とローラー１８（位置調整部１９ａ）が接触したとしても、位置合わせずれにより金属電極が金属空気電池本体に衝突して挿入できない従来の金属空気電池に比べてその衝撃は緩和され、金属電極５を損傷することなく電解液槽２中に挿入することができる。
　次に、位置調整部１９ａが、弾性材料からなり電解液槽２内部に向かって変形できる部分である場合について説明する。
　位置調整部１９ａは、弾性材料からなり、金属電極５を電解液槽２に挿入する際金属電極５が接触することにより電解液槽２の内部に向かって変形することができる。例えば、図１１に示した金属空気電池４０に含まれる位置調整部１９ａのように、金属電極５の両側に設けられた２つの位置調整部１９ａが電解液槽２の内部に向かって変形しており、金属電極５に接触している。なお、図１１に示した金属空気電池４０では、板状の支持部材７の両面上にそれぞれ電極活物質部が設けられている。
　この弾性材料としては、電解液に対する耐食性を有する材料が好ましく、具体的には、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、シリコーン、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレンプロピレン、フッ素系樹脂、メラミン樹脂などとすることができる。
　図１２は、図１１に示した金属空気電池において、電解液槽２から金属電極５を抜き出した金属空気電池本体４２と、電解液槽２に挿入する新たな金属電極５の概略断面図である。なお、この金属空気電池本体４２では、電極挿入口２０は、２つの位置調整部１９ａが接触することにより塞がれている。このことにより、電解液３の流動などにより金属空気電池本体４２から電解液が漏れ出ることを抑制することができる。さらに、使用済みの金属電極５を金属空気電池本体４２から抜き出す際に、金属電極５に付着した電解液３を位置調整部１９ａによりぬぐい取り電解液３を電解液槽２内に戻すことができるため、金属空気電池４０の安全性を高めることができる。
　図１３は、図１１に示した金属空気電池において、電解液槽２に挿入する新たな金属電極５に含まれる電極活物質部６が電極挿入口２０を通過するときの金属空気電池４０の概略断面図である。なお、この際、弾性材料からなる２つの位置調整部１９ａは、金属電極５と接触することにより電解液槽２の内部に向かって変形しており、２つの位置調整部１９ａの間を金属電極５が通過している。
　また、図１４は、位置調整部１９ａにより金属電極５の位置が調整されることを説明する説明図である。
　図１２のように、新たな金属電極５を電極挿入口２０に挿入する前に、金属電極５を、弾性材料からなる位置調整部１９ａの上部（図１４のＦで示した範囲）に位置するように位置合わせをする。
　そして、図１４のように、金属電極５を位置調整部１９ａに接触させると位置調整部１９ａは、電解液槽２の内部に向かって変形する。位置調整部１９ａが変形すると、位置調整部１９ａにより塞がれていた電極挿入口２０が開く。また、位置調整部１９ａが変形すると、金属電極５と接触した位置調整部１９ａの表面が傾斜するため、金属電極５は位置調整部１９ａの表面をすべり、開いた電極挿入口２０の方向に移動する。
　金属電極５を電極挿入口２０に差し込んでいくと、２つの位置調整部１９ａの間の電極挿入口２０は金属電極５に押し開けられ、金属電極５は、押し開けられた電極挿入口２０を通過し電解液槽２中へと挿入される。
　このように、金属電極５は、電極挿入口２０を通過する際に位置調整部１９ａにより位置調整される。
６．取付部、第２位置調整部
　取付部２３は、電解液槽２中に設けられ、金属電極５の一部と嵌合する部分である。取付部２３に金属電極５の一部を嵌合させることにより、電解液槽２中の所定の位置に金属電極５を固定することができる。このことにより、金属空気電池４０が振動などにより損傷することを抑制することができる。また、金属電極５と空気極９との間隔が変動することを抑制することができ、金属空気電池４０の性能を安定化することができる。また、金属電極５の変形を抑制することができる。
　取付部２３は、電極活物質部６が嵌合するように設けられてもよく、支持部材７が嵌合するように設けられてもよく、電極活物質部６と支持部材７の両方が嵌合するように設けられてもよいが、取付部２３は、支持部材７が嵌合するように設けられることが好ましい。電極活物質部６は、電極反応により電極活物質が消費されることにより形状が変化するからである。
　また、取付部２３は、金属電極５の一部が嵌合する受け口２７を有してもよく、金属電極５が受け口を有し取付部２３がこの受け口に嵌合する突起を有してもよい。受け口２７の形状は、孔状であってもよく、溝状であってもよく、スリット状であってもよい。
　取付部２３は、電解液槽２の底に設けられてもよく、電解液槽２の側壁に設けられてもよい。また、この両方に設けられてもよい。
　例えば、図１、６、７、９、１１～１３、１５、１６に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の底に設けられ、一組の取付部２３が受け口２７を挟むように設けられている。また、この受け口２７は、孔状または溝状である。
　また、図２、３に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の側壁に設けられ、一組の取付部２３が受け口２７を挟むように設けられている。また、この受け口２７は、溝状である。
　また、図１７、１８に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の側壁に設けられ、受け口２７となるスリットが設けられている。なお、図１７は、図２の点線Ｂ－Ｂにおける金属空気電池４０の断面図に対応する。
　また、図１８は、図１７の点線Ｅ－Ｅにおける金属空気電池４０の概略断面図である。図１７、１８に示した金属空気電池４０では、金属電極５の支持部材７に耳部が設けられており、この耳部が取付部２３に設けられたスリット状の受け口２７に嵌合している。
　また、図１９に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の側壁に設けられ、一組の半円形の取付部２３が受け口２７を挟むように設けられている。この受け口２７は、溝状である。なお、図１９は、図２の点線Ｂ－Ｂにおける金属空気電池４０の断面図に対応する。
　さらに、図２０に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３は、電解液槽２の側壁に設けられ、一組のローラー２９が受け口２７を挟むように設けられている。この受け口２７は溝状である。なお、図２０は、図２の点線Ｂ－Ｂにおける金属空気電池４０の断面図に対応する。
　取付部２３は、金属などの導電性材料からなることができる。このことにより、金属電極５と取付部２３とを電気的に接続することができる。また、取付部２３は、外部回路、隣接するセル４の空気極９または隣接するセル４の取付部２３と電気的に接続することができる。このことにより、取付部２３を介して複数のセル４を直列接続または並列接続し、起電力を外部回路に出力することができる。また、接続端子と取付部２３とを共通化することができ、製造コストを低減することができる。
　また、取付部２３は、電解液槽２に溜める電解液３に対する耐食性を有することができる。このことにより、取付部２３により金属電極５を安定して固定することができる。
　取付部２３に第２位置調整部１９ｂを設けてもよい。また、金属電極５に受け口を設ける場合、金属電極５に位置調整部１９ｂを設けてもよい。位置調整部１９ｂは、電解液槽２中に金属電極５を挿入し金属電極５を取付部２３に取り付ける際に、金属電極５と位置調整部１９ｂが接触することにより金属電極５の位置を調整するように設けられる。このことにより、金属電極５を取付部２３に取り付ける際に位置調整部１９ｂにおいて金属電極５の位置合わせを行うことができ、金属電極５をスムーズに取付部２３に取り付けることができる。このことにより、電極活物質を金属空気電池４０に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池４０の使いやすさを向上させることができる。
　位置調整部１９ｂは、受け口２７に近づくに従い間隔が狭くなる２つの側壁２４であってもよい。位置調整部１９ｂは、例えば、図１、３、６、７、９、１１～１３、１５、１６、１７、１９に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３の位置調整部１９ｂのように設けることができる。
　位置調整部１９ｂを構成する側壁２４は、図１、３などのように傾斜角度が一定の側壁２４であってもよく、図１９のように受け口２７に近づくに従い傾斜角度が大きくなる側壁２４であってもよい。
　ここでは、図１５、１６を用いて、位置調整部１９ｂについて説明する。なお、図１５は、図７に示した金属空気電池４０の金属電極５をさらに電解液槽２の内部に挿入した状態の金属空気電池４０の概略断面図であり、図１６は、図１５の点線で囲んだ範囲Ｄの拡大図である。
　図７に示した金属空気電池４０の状態からさらに金属電極５を電解液槽２内に挿入していくと、金属電極５が傾斜した側壁２４（位置調整部１９ｂ）に接触する場合がある。側壁２４は、受け口２７に近づくに従い一組の取付部２３の間隔が狭くなるように設けられているため、位置調整部１９ｂに接触した金属電極５は、側壁２４上をすべり受け口２７の中心部へと移動する。そして、金属電極５の受け口２７と嵌合する部分が図１６のｈで示した範囲に移動し、金属電極５は、受け口２７に嵌合する。
　このように、金属電極５は、位置調整部１９ｂを構成する側壁２４と接触することにより位置調整される。
　従って、金属電極５を電解液槽２内に挿入する際に、金属電極５の受け口２７に嵌合する部分が図１６のＨで示した範囲内に位置すれば、位置調整部１９ｂにより金属電極５を位置調整することにより、金属電極５を取付部２３に嵌合させることができ、金属電極５を固定することができる。
　このことにより、金属電極５をスムーズに取付部２３に取り付けることができ、電極活物質を金属空気電池４０に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池４０の使いやすさを向上させることができる。
　なお、ここでは、取付部２３を電解液槽２の底に設け、側壁２４の傾斜角度が一定の場合について説明したが、取付部２３を電解液槽２の側壁に設けた場合でも、側壁２４の傾斜角度が受け口２７に近づくに従い傾斜角度が大きくなる場合でも同様に、位置調整部１９ｂにより金属電極５を位置調整することができる。
　位置調整部１９ｂは、取付部２３を構成する２つのローラー２９であってもよい。
　位置調整部１９ｂは、例えば、図２０、２１に示した金属空気電池４０に含まれる取付部２３の位置調整部１９ｂのように設けることができる。なお、図２１は、図２０に示した金属空気電池４０において金属電極５を電解液槽２内に挿入する際の取付部２３付近の金属空気電池４０の概略断面図である。
　ここでは、図２１を用いて、位置調整部１９ｂについて説明する。
　図２０に示した金属空気電池４０において、金属空気電池本体４２の電解液槽２内に金属電極５を挿入していくと、金属電極５に含まれる支持部材７がローラー２９（位置調整部１９ｂ）に接触する場合がある。金属電極５がローラー２９に接触すると、ローラー２９は受け口２７側の表面が下側に移動するように回転する。ローラー２９に接触した金属電極５は、ローラー２９が回転することにより受け口２７の中心部へと移動する。そして、金属電極５の受け口２７と嵌合する部分が図２１のｋで示した範囲に移動し、金属電極５は、受け口２７に嵌合する。
　このように、金属電極５は、位置調整部１９ｂを構成するローラー２９と接触することにより位置調整される。
　従って、金属電極５を電解液槽２内に挿入する際に、金属電極５の受け口２７に嵌合する部分が図２１のＫで示した範囲内に位置すれば、位置調整部１９ｂにより金属電極５を位置調整することにより、金属電極５を取付部２３に嵌合させることができ、金属電極５を固定することができる。
　このことにより、金属電極５をスムーズに取付部２３に取り付けることができ、電極活物質を金属空気電池４０に供給する時間を短縮することができ、金属空気電池４０の使いやすさを向上させることができる。
７．空気極、イオン交換膜
　空気極９は、カソードとなる電極である。空気極９では、大気中の酸素ガスと水と電子から水酸化物イオン（OH-）を生成する。空気極９は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された空気極触媒からなる。このことにより、空気極触媒上において、酸素ガスと水と電子を共存させることが可能になり、電極反応を進行させることが可能になる。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液から供給されてもよい。
　また、空気極９は、空気極触媒を担持した多孔性担体を導電性多孔性基材に塗布することにより作製されてもよい。例えば、空気極９は、空気極触媒を担持したカーボンをカーボンペーパーやカーボンフェルトに塗布することにより作製することができる。
　また、空気極９は、空気極触媒の電荷を集電する集電極を備えてもよい。このことにより、金属空気電池４０が発電することにより生じる電力を効率よく外部出力することができる。流路部材１３に導電性材料を用いることにより、流路部材１３を集電極としてもよく、流路部材１３とは別に集電極を空気極９が有してもよい。集電極の材料としては、電解液に対して耐食性すれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、金、銀、銅、ステンレスなどである。また、集電極は、ニッケルめっき処理、金めっき処理、銀めっき処理、銅めっき処理された導電性基材などであってもよい。この導電性基材には、鉄、ニッケル、ステンレスなどを用いることができる。
　また、集電極の形状は、例えば、板状、メッシュ状、パンチングメタルなどとすることができる。
　また、集電極と、多孔性担体又は導電性多孔性基材とを接合する方法としては、フレームを介してネジ止めにより圧着する方法や、導電性接着剤を用いて結合させる方法などが挙げられる。
　１つのセル４に含まれる空気極９は、金属電極５の一方側にのみ設けられてもよく、図１、２のように金属電極５の両側にそれぞれ設けられてもよい。
　空気極９に含まれる多孔性担体には、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
　空気極触媒には、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金－鉄合金、白金－コバルト合金、鉄－コバルト合金、コバルト－ニッケル合金、鉄－ニッケル合金等、鉄－コバルト－ニッケル合金が挙げられる。
　また、空気極９に含まれる多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
　また、空気極９は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
　空気極９は、大気に直接接するように設けてもよく、空気流路１２に接して設けてもよい。このことにより、空気極９に酸素ガスを供給することができる。また、空気流路１２を設ける場合、空気流路１２に加湿された空気を流すことにより、空気極９に酸素ガスと共に水も供給できる。空気流路１２へ供給する空気は、例えば、ブロワーにより金属空気電池４０の側部から供給することができる。
　空気流路１２は、例えば、図１、２に示した金属空気電池４０に含まれる流路部材１３に設けることができる。
　また、流路部材１３は、各セル４の電気的接続方法に応じて導電性材料または絶縁性材料から構成される。
　空気極９は電解液槽２に溜める電解液３に接触するように設けてもよい。このことにより、空気極９で生成した水酸化物イオンが容易に電解液３へ移動することができる。また、空気極９における電極反応に必要な水が電解液３から空気極９に供給されやすくなる。
　また、空気極９は、電解液槽２に溜める電解液３と接触するイオン交換膜８と接触するように設けてもよい。イオン交換膜８は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極９で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液へ移動することができる。
　イオン交換膜８を設けることにより、空気極９と電解液３との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換膜８がアニオン交換膜である場合、アニオン交換膜は、固定イオンである陽イオン基を有するため、電解液中の陽イオンは空気極９に伝導することはできない。これに対し、空気極９で生成した水酸化物イオンは陰イオンであるため、電解液へと伝導することができる。このことにより、金属空気電池４０の電池反応が進行させることができ、かつ、電解液３中の陽イオンが空気極９に移動するのを防止することができる。このことにより、空気極９における金属や炭酸化合物の析出を抑制することができる。
　また、イオン交換膜８を設けることにより、電解液に含まれる水が空気極９に過剰に供給されることを抑制することができる。
　イオン交換膜８としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。
８．使用済み活物質回収機構
　金属空気電池４０は、電池反応の進行により電極活物質から生成した金属化合物の析出物２８を回収するための使用済み活物質回収機構を備えることができる。
　使用済み活物質回収機構は、電解液中の析出物２８を回収することができる機構であれば、特に限定されないが、例えば、電解液槽２内の電解液を循環させる電解液流路２５を設け、電解液を循環させる際に析出物２８を回収する機構であってもよい。
　図１に示した金属空気電池４０は、析出物回収槽３０とろ過部３３とを備えた使用済み活物質回収機構を有している。この回収機構では、電解液槽２の電解液３が析出物２８と共に析出物回収槽３０に流入し、析出物回収槽３０において流入した電解液３に含まれる析出物２８が沈殿するように構成されている。また、析出物２８を沈殿させた後の電解液３をポンプ３１により電解液槽２内に流入させるように構成されている。このような構成とすることにより、電解液槽２内で析出した析出物２８を析出物回収槽３０に移動させることができる。
　析出物回収槽３０において沈殿させた析出物２８は、図１のように電解液３と共に析出物２８をろ過部３３に流入させ、フィルター３４上の残渣として回収することができる。
放電実験１
　実施例１の金属空気電池として、図２２に示したような単セルの金属空気電池を作製し放電実験を行った。また、比較例１の金属空気電池として、位置調整部１９を設けていないこと以外は実施例１の金属空気電池と同様の金属空気電池を作製し放電実験を行った。
　作製した金属空気電池の電解液槽２の容量は５０ｍＬとした。
　電解液槽２の対向する２つの内側面に２つの空気極９を設けた。空気極９は、Ｐｔ触媒１ｍｇ／ｃｍ3、ＰＴＦＥ２０重量％を含む厚さ４００μｍ、一辺５ｃｍ角のカーボン層とした。電極面積は、５０ｃｍ2となる。また、空気極９から電荷を集電する空気極集電体５１を設けた。空気極集電体５１には、６０メッシュのニッケルメッシュ電極を用いた。２つの空気極９間の距離は１６ｍｍとした。また、空気極９上にポリプロピレン製、厚さ３０μｍのセパレータ５０を配置した。
　支持部材７である厚さ０．２ｍｍニッケル板の両主要面上にそれぞれ、電極活物質部６である一辺５ｃｍ角、厚さ０．５ｍｍの金属亜鉛層（亜鉛純度：９９．９％）を設けて金属電極５を作製した。また、支持部材７には、ポリ塩化ビニル製の蓋部材１５を取り付けた。なお、実施例１の金属空気電池では、蓋部材１５が位置調整部１９間の電極挿入口２０に嵌合するように蓋部材１５に傾斜箇所を設けた。
　また、実施例１の金属空気電池では、電解液槽２の上部の電極挿入口２０にポリ塩化ビニル製の位置調整部１９を設けた。位置調整部１９は、図４（ａ）に示したような形状とし、傾斜した側壁２２が水平面に対して６０度傾斜するように調整した。
　そして、電解液槽２内に１０ＭのＫＯＨ水溶液を４５ｍＬ注入した後、作製した金属電極５を電極挿入口２０から電解液槽２中に挿入し放電を開始した。
　実施例１の金属空気電池では、金属電極５を挿入する際、位置調整部１９がガイドの役割を担い金属電極５は、電解液槽２内にスムーズに移動し、位置調整部１９の傾斜した側壁２２にて衝撃は緩衝された。また、傾斜箇所を有する蓋部材１５が位置調整部１９間の電極挿入口２０に嵌合することにより、金属電極５は、一対の空気極９間の中央に固定された。このときの正極－負極間の抵抗値は６１．３ｍΩであり、開放電圧は１．５９Ｖであった。
　比較例１の金属空気電池では、位置調整部１９を設けていないため、金属電極５を挿入する際電極活物質部６が電解液槽２に接触し損傷する場合があることが確認された。また、比較例１の金属空気電池では、金属電極５は、一対の空気極９間の中央に対し片側の空気極９側に６ｍｍずれた位置に固定された。このときの正極－負極間の抵抗値は５９．４ｍΩであり、開放電圧は１．５０Ｖであった。
　図２３に実施例１および比較例１の金属空気電池による放電実験の測定結果を示す。放電実験では、電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2として一定電流を流し電圧を測定した。
　実施例１の金属空気電池では、約１．２Ｖの電圧で放電することができ、放電時間が約４．９時間で電圧が急激に低下し、放電時間が約５．２時間で電圧が０．６Ｖを下回り放電実験を終了した。実施例１の金属空気電池の放電容量は、９．０Ｗｈであった。
　比較例１の金属空気電池では、約１．２Ｖの電圧で放電することができ、放電時間が約３．３時間で電圧が急激に低下し、放電時間が約３．５時間で電圧が０．６Ｖを下回り放電実験を終了した。比較例１の金属空気電池の放電容量は、６．０Ｗｈであった。
　以上の結果より、位置調整部１９を設けることにより、２つの空気極９間の略中央に金属電極５を固定することができ、電極活物質部６の損傷を抑制することができると共に金属電極５を電解液槽２中にスムーズに素早く挿入することができることがわかった。
　また、実施例１および比較例１の金属空気電池では、正極－負極間の抵抗値は大きな差はなかった。
　また、実施例１の金属空気電池は、比較例１の金属空気電池に比べ大幅に大きな放電容量を出力できることがわかった。
放電実験２
　実施例２の金属空気電池として、図２２、２４、２５に示したような単セルの金属空気電池を作製し放電実験を行った。なお、図２４は、図２２の破線Ｍ－Ｍにおける金属空気電池の断面図に対応し、図２５は、図２４に示した矢印Ｎからの金属電極５および取付部２３の概略矢視図である。また、実施例２の金属空気電池では取付部２３を設けたが、実施例１の金属空気電池では取付部２３は設けていない。
　実施例２の金属空気電池は、取付部２３を設けたこと以外は実施例１と同様に作製した。取付部２３は、図２４、２５に示すように金属電極５の両側辺端部を覆うように設けた。また、取付部２３の材料にはポリ塩化ビニルを使用した。
　また、比較例２の金属空気電池として、比較例１と同様の金属空気電池を作製し放電実験を行った。比較例２の金属空気電池には位置調整部１９及び取付部２３を設けていない。
　電解液槽２内に１０ＭのＫＯＨ水溶液を４５ｍＬ注入した後、金属電極５を電極挿入口２０から電解液槽２中に挿入し放電を開始した。
　実施例２の金属空気電池では、金属電極５を挿入する際、位置調整部１９及び取付部２３がガイドの役割を担い金属電極５は電解液槽２内にスムーズに移動した。また、金属電極５は、側辺端部が取付部２３に覆われることにより一対の空気極９間の中央に固定された。
　比較例２の金属空気電池では、金属電極５を電解液槽２内に挿入したところ、金属電極５の中心部は、一対の空気極９間の中央に対し、１ｍｍ片側の空気極９側にずれた位置に固定された。比較例１の金属空気電池では金属電極５の位置が６ｍｍずれたが比較例２では１ｍｍであった。比較例１、２では、位置調整部１９および取付部２３を有していないため、金属電極５の固定箇所が金属電極挿入毎にばらついたために生じた結果である。
　放電実験では、電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2として一定電流を流し電圧を測定した。実施例２の金属空気電池による放電実験では、放電容量は９．０Ｗｈであった。比較例２の金属空気電池による放電実験では、放電容量は８．０Ｗｈであった。
　放電後の金属電極５を電解液槽２から取り出し表面観察を行ったところ、比較例２では電極活物質部６のエッジ部の金属亜鉛が優先的に消費されていることが観察されたが、実施例２では、電極活物質部６の主要表面で面内均一に金属亜鉛が消費されていることが観察された。
　以上の結果より、金属電極５の側辺端部を覆うように取付部２３を設けることにより、金属電極５を電解液槽２中に固定し金属電極５の変形を抑制することができた。また、実施例２における金属電極５の固定位置は、比較例２における金属電極５の固定位置と大きな差はなかったが、実施例２の金属空気電池は、比較例２の金属空気電池に比べ大幅に大きな放電容量を出力することがわかった。
　１：筐体　　２：電解液槽　　３：電解液　　４：セル　　５：金属電極　　６：電極活物質部　　７：支持部材　　８：イオン交換膜　　９：空気極　　１２：空気流路　　１３：流路部材　　１５：蓋部材　　１８：ローラー　　１９、１９ａ、１９ｂ：位置調整部　　２０：電極挿入口　　２１：絶縁性部材　　２２：傾斜した側壁　　２３：取付部　　２４：傾斜した側壁　　２５：電解液流路　　２６：電線　　２７：受け口　　２８：金属化合物の析出物　　２９：ローラー　　３０：析出物回収槽　　３１：ポンプ　　３３：ろ過部　　３４：フィルター　　３５：バルブ　　４０：金属空気電池　　４２：金属空気電池本体　　４５：緩衝部材　　５０：セパレータ　　５１：空気極集電体　　５３：空孔

Claims (7)

  1. 　少なくとも１つのセルを備え、
    前記セルは、電解液を溜める電解液槽と、前記電解液槽中に設けられかつアノードとなる金属電極と、カソードとなる少なくとも１つの空気極と、前記金属電極を前記電解液槽中に挿入するための電極挿入口と、位置調整部とを備え、
    前記位置調整部は、前記電解液槽中に前記金属電極を挿入する際に、前記金属電極と前記位置調整部とが接触することにより前記金属電極の位置を調整するように設けられたことを特徴とする金属空気電池。
  2. 　前記空気極は、一対の空気極からなり、
    前記金属電極は、前記一対の空気極の間の略中央に配置された請求項１に記載の金属空気電池。
  3. 　前記位置調整部は、前記電極挿入口の周りの側壁を構成し、
    前記側壁は、前記電解液槽の内部に向かうほど前記電極挿入口が狭くなる形状を有する請求項１又は２に記載の金属空気電池。
  4. 　前記位置調整部は、弾性材料からなり電解液槽内部に向かって変形できるように設けられた請求項１又は２に記載の金属空気電池。
  5. 　前記金属電極の一部と嵌合する取付部をさらに有する請求項１～４のいずれか１つに記載の金属空気電池。
  6. 　前記取付部は、前記金属電極の側辺端部を覆う請求項５に記載の金属空気電池。
  7. 　前記セルは、複数であり、
    前記取付部は、導電性を有し、
    １つのセルに含まれる前記取付部は、他のセルに含まれる前記空気極又は他のセルに含まれる前記取付部と電気的に接続する請求項５又は６に記載の金属空気電池。
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