WO2015178379A1 - マグネシウム燃料体、マグネシウム空気電池及び電子機器 - Google Patents

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WO2015178379A1
WO2015178379A1 PCT/JP2015/064334 JP2015064334W WO2015178379A1 WO 2015178379 A1 WO2015178379 A1 WO 2015178379A1 JP 2015064334 W JP2015064334 W JP 2015064334W WO 2015178379 A1 WO2015178379 A1 WO 2015178379A1
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magnesium
fuel body
positive electrode
air battery
separator
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PCT/JP2015/064334
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エム ファリス，サデグ
矢部　孝
Original Assignee
ワイティーエス・サイエンス・プロパティーズ・プライベート・リミテッド
エム ファリス，サデグ
矢部　孝
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Publication date
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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 magnesium fuel body, a magnesium air battery, and an electronic device.
  • Patent Literature 1 discloses a magnesium air battery using a magnesium alloy plate.
  • the magnesium-air battery described in Patent Document 1 is configured by winding an electrolyte holding sheet, a carbon fiber sheet, and a positive electrode terminal in layers on a magnesium alloy plate to which a negative electrode terminal is attached.
  • the magnesium-air battery described in Cited Document 1 does not take into consideration actual use, such as the positive electrode and the negative electrode being exposed, and the replacement of the exhausted electrolyte and magnesium not being considered.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a magnesium fuel body that is easy to handle, a magnesium air battery including the magnesium fuel body, and an electronic device including the magnesium air battery. To do.
  • a magnesium fuel body provides: A magnesium sheet containing magnesium, and A separator that includes a permeable film that transmits ions and covers the magnesium thin plate; An electrolyte bag connected to the separator; An electrolyte solution enclosed in the electrolyte bag, The electrolyte flowing out of the electrolyte bag can wet the magnesium thin plate and the separator; It is characterized by that.
  • the separator may include a conductive film.
  • a zinc thin film may be formed on the surface of the magnesium thin plate.
  • a water retaining material that is disposed on the side of the separator in contact with the magnesium thin plate and absorbs and holds the electrolytic solution may be provided.
  • a slit may be formed in the magnesium thin plate.
  • the magnesium-air battery according to the second aspect of the present invention is A magnesium fuel body according to a first aspect of the present invention; A positive electrode that is formed from a conductive material and supplies electrons to oxygen; A negative electrode formed from a conductive material, When the magnesium fuel body is disposed so as to be in contact with the positive electrode and the negative electrode, the electrolyte bag is pressed and the electrolyte solution flows out from the electrolyte bag, and the magnesium thin plate and the separator are wetted. It is characterized by that.
  • the magnesium-air battery according to the third aspect of the present invention is A magnesium fuel body according to a first aspect of the present invention; A positive electrode that is formed from a conductive material and supplies electrons to oxygen; A negative electrode formed from a conductive material; An insulating sheet that separates the magnesium fuel body from the positive electrode; The positive electrode, the insulating sheet, the magnesium fuel body, and the negative electrode are arranged to be stacked, When the insulating sheet is pulled out, the positive electrode and the magnesium fuel body are in contact with each other, the electrolytic bag is pressed and the electrolytic solution flows out of the electrolytic bag, and the magnesium thin plate and the separator are wetted. It is characterized by that.
  • the magnesium-air battery according to the fourth aspect of the present invention is A magnesium fuel body according to a first aspect of the present invention; A positive electrode that is formed from a conductive material and supplies electrons to oxygen; A negative electrode formed from a conductive material; A support part on which the positive electrode is installed; A lid that is foldably connected to the support and on which the negative electrode is installed,
  • the electrolyte bag is pressed and the electrolytic bag is compressed. The electrolyte flows out of the liquid bag and wets the magnesium thin plate and the separator; It is characterized by that.
  • the magnesium-air battery according to the fifth aspect of the present invention is A magnesium fuel body according to a first aspect of the present invention; A positive electrode that is formed from a conductive material and supplies electrons to oxygen; A negative electrode formed from a conductive material; A stacked frame for holding the magnesium fuel body, the positive electrode, and the negative electrode; When the magnesium fuel body, the positive electrode, and the negative electrode are overlapped and inserted into the frame, the electrolytic bag is pressed and the electrolytic solution flows out of the electrolytic bag, and the magnesium thin plate and the separator wet, It is characterized by that.
  • the positive electrode may be formed of at least one of carbon, metal, and manganese oxide.
  • a connector that is electrically connected to the electronic device may be further provided.
  • An electronic apparatus is Comprising a magnesium-air battery according to the second to fifth aspects of the present invention, It is characterized by that.
  • the present invention it is possible to provide a magnesium fuel body that is easy to handle, a magnesium air battery including the magnesium fuel body, and an electronic device including the magnesium air battery.
  • FIG. 5 is a side view showing a schematic configuration of a mobile phone according to Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows schematic structure of the magnesium air battery which concerns on Embodiment 2, and a mobile telephone.
  • 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a magnesium-air battery according to Embodiment 3.
  • FIG. It is a perspective view which shows schematic structure of the (a) open state and (b) closed state of the magnesium air cell which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. 10 is (a) top view and (b) front view which show schematic structure of the magnesium air battery which concerns on Embodiment 5.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a magnesium fuel body according to Embodiment 6.
  • FIG. 10 is a plan view showing a schematic configuration of a magnesium fuel body according to Embodiment 7.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a magnesium fuel body according to Embodiment 7.
  • FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a side view showing a schematic configuration of a magnesium fuel body 100.
  • the magnesium fuel body 100 includes a magnesium thin plate 101, a separator 102, an electrolytic solution bag 103, and an electrolytic solution 104.
  • the magnesium fuel body 100 functions as a fuel for a magnesium air battery.
  • the magnesium thin plate 101 is a metal magnesium thin plate.
  • the magnesium thin plate 101 typically has a thickness of about 0.5 mm and a surface area of about 18 cm 2 , and can be placed inside a general mobile phone or smartphone.
  • the magnesium thin plate 101 is covered with a separator 102.
  • a thin zinc film is formed on the surface of the magnesium thin plate 101.
  • an insulating magnesium oxide film is formed on the surface of the magnesium thin plate 101 in the air, and the oxidation-reduction reaction may be inhibited.
  • a zinc thin film is formed on the surface, even when a zinc oxide film is formed, the reaction of magnesium inside is not inhibited because zinc oxide is a conductor.
  • the separator 102 functions as a magnesium air battery separator.
  • the separator 102 includes a transmission film that transmits ions necessary for the oxidation-reduction reaction, and the transmission film is, for example, a nonwoven fabric or an ion exchange resin.
  • a part of the separator 102 is formed of a conductive material, for example, a conductive film. In the separator 102, even when a current is taken out from the magnesium-air battery and a redox reaction proceeds to produce a product such as magnesium hydroxide or magnesium oxide, the product stays inside the separator 102 and does not leak out. It is formed.
  • the electrolyte bag 103 is a bag connected to the separator 102 and containing the electrolyte 104 therein.
  • the connection portion between the electrolytic solution bag 103 and the separator 102 is formed so as to be easily broken because it is thinner than the other portions or has a notch that prevents the electrolytic solution 104 from leaking out.
  • the electrolyte bag 103 is formed such that the sealed electrolyte solution 104 flows out when the portion that is easily pressed and torn is torn, and the magnesium thin plate 101 and the separator 102 can be wetted.
  • the electrolytic solution 104 is an electrolytic solution that enables exchange of ions between the magnesium fuel body 100 and the positive electrode. Further, the water contained in the electrolytic solution 104 is used for a reaction in which oxygen is reduced at the positive electrode of the magnesium-air battery.
  • the electrolytic solution 104 is, for example, a sodium chloride aqueous solution or a gel, but is not limited thereto.
  • the magnesium fuel body 100 is configured by wrapping a magnesium thin plate 101 and an electrolyte 104, which are consumables, with a separator 102 and an electrolyte bag 103. Therefore, it is easy to handle when the user uses it as a fuel for the magnesium-air battery, distributes it, or sells it. For example, since the magnesium thin plate 101 is covered with the separator 102, it is not rubbed during use or storage to produce magnesium powder, and is easy and safe to handle. Moreover, since the electrolytic solution 104 is sealed in the electrolytic solution bag 103, it is not necessary to pour the liquid directly into the magnesium-air battery.
  • the magnesium fuel body 100 has a configuration as described above, a product or the like generated by the oxidation-reduction reaction stays in the separator 102, so that replacement and recovery after use up are easy.
  • the recovered product after the reaction can be used as a raw material for producing the magnesium fuel body 100 by reduction, and resources can be used efficiently.
  • the magnesium fuel body 100 can be easily handled when a magnesium air battery is used as a power source for an electronic device or the like.
  • FIG. 2 is a side view showing a schematic configuration of the mobile phone 500
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
  • a substrate and the like provided in the mobile phone 500 are omitted.
  • the magnesium-air battery 200 is installed inside the mobile phone 500.
  • the magnesium air battery 200 includes a magnesium fuel body 100, a positive electrode 201, and a negative electrode 202.
  • the positive electrode 201 is formed of a conductive material and supplies electrons to oxygen in the air that is a positive electrode active material of the magnesium-air battery 200.
  • the positive electrode 201 is in contact with the ion permeable portion of the separator 102.
  • the positive electrode 201 desirably has a large surface area and easily adsorbs oxygen in order to promote a reaction for reducing oxygen.
  • Examples of the material forming the positive electrode 201 include, but are not limited to, carbon, metal, manganese compounds, and combinations thereof. Of these, carbon can take the form of activated carbon, carbon powder, carbon fiber, carbon nanotube, carbon felt, and the like.
  • the negative electrode 202 is formed of a conductive material, and is electrically connected to the magnesium fuel body 100 by contacting a conductive portion of the separator 102.
  • the separator 102 on the side in contact with the positive electrode 201 of the magnesium fuel body 100 is made of a material that transmits ions, and the separator 102 on the side in contact with the negative electrode 202 is made of a conductive material.
  • the positive electrode 201 and the negative electrode 202 are electrically connected to a substrate or the like inside the mobile phone 500, and supply current taken from the magnesium-air battery 200 to the substrate or the like.
  • an introduction port 501 is formed on one side surface of the mobile phone 500, and the introduction port 501 is connected to a gap 502 inside the mobile phone 500 shown in FIG.
  • the magnesium fuel body 100 is inserted into the magnesium air battery 200 inside the mobile phone 500 through the introduction port 501 and functions as a fuel for the magnesium air battery 200.
  • the gap 502 is configured such that the electrolyte bag 103 of the inserted magnesium fuel body 100 is pressed and the electrolyte solution 104 flows out. Further, the magnesium fuel body 100 that has been consumed due to the generation of electromotive force is drawn out through the inlet 501 and replaced.
  • the electrolyte bag 103 is pressed and broken, and the electrolyte 104 that has flowed out passes the magnesium thin plate 101 and the separator 102. wet. Then, when the magnesium fuel body 100 comes into contact with the positive electrode 201 and the negative electrode 202 of the magnesium air battery 200, an oxidation-reduction reaction is started and an electromotive force is generated.
  • the electrolyte solution 104 that wets the magnesium thin plate 101 and the separator 102 decreases.
  • the separator 102 sucks up the electrolytic solution 104 remaining in the electrolytic solution bag 103 by capillary action or the like, and the electrolytic solution 104 necessary for the reaction is replenished, and the reaction is continued.
  • the mobile phone 500 can be operated using magnesium as fuel.
  • the mobile phone 500 can be continuously operated by taking out the consumed magnesium fuel body 100 and inserting another magnesium fuel body 100 therein. Moreover, if the magnesium fuel body 100 taken out is recovered, it can be reused as a raw material when a new magnesium fuel body 100 is manufactured.
  • the magnesium-air battery 200 is configured inside the mobile phone 500, the user can generate an electromotive force simply by inserting the magnesium fuel body 100, and can be used as a power source, and is easy to handle.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the magnesium-air battery 300.
  • the magnesium-air battery 300 includes a magnesium fuel body 100, a positive electrode 301, a negative electrode 302, a connector 303, and an insulating sheet 304.
  • the configuration of the positive electrode 301 and the negative electrode 302 is the same as that of the positive electrode 201 and the negative electrode 202 of the second embodiment.
  • the positive electrode 301, the insulating sheet 304, the magnesium fuel body 100, and the negative electrode 302 are arranged so as to be stacked.
  • the separator 102 on the side in contact with the positive electrode 301 of the magnesium fuel body 100 is formed from a material that transmits ions, and the separator 102 on the side in contact with the negative electrode 302 is formed from a conductive material.
  • Connector 303 is a connector that is electrically connected to mobile phone 600.
  • Connector 303 is configured to be connectable to a connector of mobile phone 600.
  • the secondary battery built in the mobile phone 600 is charged by being actually connected and generating electromotive force.
  • the insulating sheet 304 is a film that insulates the magnesium fuel body 100 and the positive electrode 301.
  • the insulating sheet 304 is made of, for example, a plastic film or paper.
  • the insulating sheet 304 isolates the magnesium fuel body 100 and the positive electrode 301 so that no redox reaction occurs.
  • the insulating sheet 304 is connected to the electrolytic solution bag 103 of the magnesium fuel body 100, and is configured such that when the insulating sheet 304 is pulled, the electrolytic solution bag 103 is pressed and broken, and the sealed electrolytic solution 104 flows out.
  • the connector 303 is connected to the connector of the mobile phone 600.
  • the insulating sheet 304 is extracted.
  • the magnesium fuel body 100 and the positive electrode 301 come into contact with each other, the electrolytic solution bag 103 is broken and the electrolytic solution 104 flows out to cause an oxidation-reduction reaction, and the magnesium-air battery 300 generates an electromotive force.
  • the mobile phone 600 can be charged with magnesium as a fuel.
  • the positive electrode 301, the negative electrode 302, and the connector 303 can be reused as they are, and the magnesium fuel body 100 is reused as a raw material when a new magnesium fuel body 100 is manufactured. be able to.
  • the magnesium-air battery 300 includes the magnesium fuel body 100, an electrode including a positive electrode 301 and a negative electrode 302, and a connector 303, the magnesium-air battery 300 is used, carried, and collected as a battery for charging the mobile phone 600. Is easy.
  • the insulating sheet 304 by extracting the insulating sheet 304, an oxidation-reduction reaction occurs, and an electromotive force can be generated. Therefore, the insulating sheet 304 can be used by a simple operation and can be easily stored when not used.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of the magnesium-air battery 400 (a) in an open state and (b) in a closed state.
  • the magnesium-air battery 400 includes a magnesium fuel body 100, a positive electrode 401, a negative electrode 402, a connector 403, a support portion 404, and a lid portion 405. .
  • the configuration of the positive electrode 401 and the negative electrode 402 is the same as that of the positive electrode 201 and the negative electrode 202 of the second embodiment.
  • the configuration of the connector 403 is the same as that of the connector 303 of the third embodiment.
  • the separator 102 on the side in contact with the positive electrode 401 of the magnesium fuel body 100 is formed from a material that transmits ions, and the separator 102 on the side in contact with the negative electrode 402 is formed from a conductive material.
  • the support portion 404 is a housing that supports the magnesium fuel body 100 to which the positive electrode 401 is attached and is arranged so as to be in contact with the positive electrode 401.
  • the support portion 404 is formed of an insulating material at least at a position where it contacts the positive electrode 401 and the magnesium fuel body 100, and is formed of, for example, a resin.
  • the lid portion 405 is a housing that is foldably connected to the support portion 404 and to which the negative electrode 402 is attached.
  • the material forming the support portion 404 is selected from the same materials as the material forming the lid portion 405.
  • the support portion 404 and the lid portion 405 fix the magnesium fuel body 100.
  • the connector 403 is connected to the connector of the mobile phone 600.
  • the magnesium fuel body 100 is disposed on the positive electrode 401 attached to the support portion 404, and the lid portion 405 is closed.
  • the magnesium fuel body 100 and the positive electrode 401 and the negative electrode 402 come into contact with each other, the electrolyte bag 103 is broken and the electrolyte solution 104 flows out to cause an oxidation-reduction reaction, and the magnesium-air battery 400 generates electromotive force.
  • the mobile phone 600 can be charged using magnesium as fuel.
  • the lid 405 is opened (the lid is opened), the consumed magnesium fuel body 100 is taken out, another magnesium fuel body 100 is placed, and the lid is closed to continue.
  • the mobile phone 600 can be charged.
  • the magnesium fuel body 100 taken out is recovered, it can be reused as a raw material when a new magnesium fuel body 100 is manufactured.
  • the magnesium-air battery 400 includes the magnesium fuel body 100, an electrode including the positive electrode 401 and the negative electrode 402, a connector 403, and a housing including the support portion 404 and the lid portion 405, the mobile phone 600 As a battery for charging the battery, it is easy to use, carry and collect.
  • the magnesium fuel body 100 is sandwiched between the support portion 404 and the lid portion 405, an oxidation-reduction reaction occurs and an electromotive force can be generated. Therefore, the magnesium fuel body 100 can be used by a simple operation and can be used when not in use. Storage is also easy.
  • FIG. 6 is a (a) top view and (b) front view showing a schematic configuration of the magnesium-air battery 700.
  • the magnesium-air battery 700 includes a magnesium fuel body 100, a positive electrode 701, a negative electrode 702, a connector 703, and a frame 704.
  • the configuration of the positive electrode 701 and the negative electrode 702 is the same as that of the positive electrode 201 and the negative electrode 202 of the second embodiment.
  • the configuration of the connector 703 is the same as that of the connector 303 of the third embodiment.
  • the separator 102 on the side in contact with the positive electrode 401 of the magnesium fuel body 100 is formed from a material that transmits ions, and the separator 102 on the side in contact with the negative electrode 402 is formed from a conductive material.
  • the frame 704 is a frame that holds the magnesium fuel body 100, the positive electrode 701, and the negative electrode 702.
  • the frame 704 is formed so as to have a U-shaped appearance, and has an opening at an open portion.
  • the frame 704 is made of an insulating material, and is made of, for example, resin.
  • the positive electrode 701, the magnesium fuel body 100, and the negative electrode 702 are overlapped and inserted.
  • the position where the electrolyte bag 103 of the magnesium fuel body 100 is located in the frame 704 is broken when the positive electrode 701, the magnesium fuel body 100, and the negative electrode 702 are inserted, and the electrolyte bag 103 is pressed,
  • the volume is such that the enclosed electrolyte 104 flows out.
  • the thickness and width of the opening of the frame 704 coincide with the thickness and width of the overlapping of the positive electrode 701, the magnesium fuel body 100, and the negative electrode 702.
  • the connector 703 is connected to the connector of the mobile phone 600.
  • the magnesium fuel body 100 is sandwiched between the positive electrode 701 and the negative electrode 702 and inserted into the frame 704.
  • the magnesium fuel body 100 and the positive electrode 701 and the negative electrode 702 come into contact with each other, and the electrolytic solution bag 103 is broken and the electrolytic solution 104 flows out to cause an oxidation-reduction reaction.
  • the mobile phone 600 can be charged using magnesium as fuel.
  • the magnesium fuel body 100, the positive electrode 701, and the negative electrode 702 are extracted, and the consumed magnesium fuel body 100 is replaced with a new magnesium fuel body 100 and inserted again.
  • the mobile phone 600 can be charged. Moreover, if the magnesium fuel body 100 taken out is recovered, it can be reused as a raw material when a new magnesium fuel body 100 is manufactured.
  • the magnesium-air battery 700 includes the magnesium fuel body 100, an electrode including a positive electrode 701 and a negative electrode 702, a connector 703, and a frame 704, it is used as a battery for charging the mobile phone 600. Easy to carry and collect. Further, since the magnesium fuel body 100 is inserted between the positive electrode 701 and the negative electrode 702 and inserted into the frame 704, an oxidation-reduction reaction occurs and an electromotive force can be generated, so that it can be used by a simple operation. Storage when not in use is also easy.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the magnesium fuel body 110.
  • the magnesium fuel body 110 includes a magnesium thin plate 101, a separator 102, an electrolytic solution bag 103, an electrolytic solution 104, and a water retention material 111.
  • the same components as those in the magnesium fuel body 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the water retention material 111 is a water retention material that absorbs and retains the electrolytic solution 104.
  • the water retaining material 111 is capable of absorbing water and is formed of a substance whose shape is easily deformed, for example, formed of gel or the like.
  • the water retaining material 111 is applied to the inside of the separator 102.
  • the magnesium thin plate 101 is consumed, and products such as magnesium hydroxide and magnesium oxide adhere to the surface of the magnesium thin plate 101. At this time, a gap may be generated between the magnesium thin plate 101 and the separator 102 by the product, and the subsequent reaction may be hindered.
  • the water retention material 111 is applied to the inside of the separator 102, even if the reaction proceeds and the reaction product adheres to the surface of the magnesium thin plate 101, the water retention material 111 is interposed between the magnesium thin plate 101 and the separator 102. Since the gaps that occur are filled, the reaction is not hindered.
  • the magnesium-air battery 110 can generate an electromotive force continuously and efficiently by including the water retention material 111.
  • FIG. 8 is a plan view of the magnesium fuel body 120.
  • the magnesium fuel body 120 includes a magnesium thin plate 121, a separator 102, an electrolytic solution bag 103, and an electrolytic solution 104.
  • the same components as those in the magnesium fuel body 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the magnesium thin plate 121 is a metal magnesium thin plate.
  • the size and material of the magnesium thin plate 121 are the same as those of the magnesium thin plate 101.
  • a slit 122 is formed in the magnesium thin plate 121.
  • the slit 122 By forming the slit 122, hydrogen generated by the oxidation-reduction reaction escapes through the slit 122 and does not cover the surface of the magnesium thin plate 121. This makes it difficult for hydrogen to cover the surface of the magnesium thin plate and inhibit the reaction. Further, by forming the slit 122, the edge portion increases, and a reaction easily occurs from there.
  • the reaction occurs smoothly and energy efficiency is improved as compared with the case where the magnesium thin plate 101 without slits is used.
  • the applicant of the present application has confirmed that the magnesium-air battery energy efficiency is improved by 10-20% by using a magnesium thin plate having a slit.
  • the magnesium thin plate 101 is a metal magnesium thin plate, but is not limited thereto.
  • the magnesium fuel body 101 only needs to elute magnesium ions, and may be formed of an alloy containing magnesium or a magnesium compound.
  • a thin zinc film is formed on the surface of the magnesium thin plate 101
  • the present invention is not limited to this.
  • another metal thin film may be formed on the surface of the magnesium thin plate 101, or a magnesium thin plate on which no metal thin film is formed may be used.
  • the electrolytic solution bag 103 is supposed to flow out of the sealed electrolytic solution 104 when it is broken, but is not limited thereto.
  • the electrolytic solution bag 103 may include an opening and a plug that closes the opening, and the electrolytic solution bag 103 may be pressed to open the plug, and the electrolytic solution 104 may flow out of the opening.
  • the electrolyte bag 103 may include an opening having a valve, and the electrolyte solution 104 may flow out of the opening through the valve when the electrolyte bag 103 is compressed.
  • the electrolytic solution bag 103 is a bag in which the electrolytic solution 104 is enclosed, it is not limited to this.
  • a capsule, a microcapsule, or the like in which the electrolytic solution 104 is enclosed may be used.
  • the electrolyte bag 103 has been described as being located on the side surface of the magnesium thin plate 101, it is not limited thereto. For example, you may be located in the surface (back surface) of the magnesium thin plate 101 which contact
  • the positive electrode 201 and the negative electrode 202 are electrically connected to a substrate or the like inside the mobile phone 500 and supply the current extracted from the magnesium-air battery 200 to the substrate or the like. It is not limited to.
  • the mobile phone 500 may be connected to a secondary battery or the like included in the mobile phone 500 and charge the secondary battery.
  • the magnesium-air battery 300 has been described as including the magnesium fuel body 100, the positive electrode 301, and the negative electrode 302.
  • the present invention is not limited to this.
  • a plurality of magnesium fuel bodies 100, a positive electrode 301, and a negative electrode 302 may be provided, and these may be connected in series or in parallel.
  • the insulating sheet 304 is preferably sandwiched between the respective positive electrodes and the magnesium fuel body.
  • the magnesium-air battery 300 is recovered, but the present invention is not limited to this.
  • the magnesium fuel body 100 may be removed from the magnesium-air battery 300, and the magnesium fuel body 100 may be recovered.
  • the magnesium-air batteries 200, 300, and 400 have been described as including one each of the positive electrodes 201, 301, and 401 and the negative electrodes 202, 302, and 402.
  • the present invention is not limited to this.
  • two positive electrodes 201, 301, and 401 may be provided, and the magnesium fuel body 100 may be sandwiched.
  • the negative electrodes 202, 302, and 402 are attached so as not to be short-circuited with the positive electrodes 201, 301, and 401.
  • a redox reaction will advance on both surfaces of the magnesium fuel body 100, and the efficiency of reaction can be improved.
  • n magnesium fuel bodies 100, positive electrodes 201, 301, 401, 701 and negative electrodes 202, 302, 402, 702 may be provided and connected in series or in parallel. At this time, if the area is 1 / n and n pieces are connected in series, the voltage can be increased n times without changing the area and thickness. This method is more efficient than a method of increasing the voltage using a booster circuit.
  • the magnesium-air battery 200 is installed inside the mobile phone 500.
  • the magnesium-air battery 300, 400, 700 is connected to the connector of the mobile phone 600.
  • the magnesium air battery 200 may include a connector connected to the connector of the mobile phone 500, or the magnesium air batteries 300, 400, and 700 may be installed inside the mobile phone 600.
  • the magnesium air battery according to Embodiment 2-5 uses the magnesium fuel body 100 as a fuel, it is not limited to this.
  • the magnesium air battery 110 according to the sixth embodiment may be used, or the magnesium air battery 120 according to the seventh embodiment may be used.
  • any electronic device such as a smartphone, a PDA, an electronic dictionary, a portable game machine, a digital camera, a portable music player, a notebook computer, and a wearable device may be targeted.
  • Elements such as the magnesium thin plate 101 and the positive electrode 201 can each be formed with a thickness of 0.5 mm or less, and a magnesium-air battery can be formed with a thickness of about 1 mm.
  • the applicant of the present application has experimentally obtained a current density of 0.2-0.5 A / cm 2 , and the magnesium-air battery according to the embodiment is particularly suitable for wearable devices that are strongly required to achieve both high output and thinness. . Furthermore, a large apparatus that is driven by electricity such as an electric vehicle may be targeted.
  • Electrolytic solution bag 104 Electrolytic solution 111 Water retaining material 122 Slit 200, 300, 400, 700 Magnesium air battery 201, 301, 401, 701 Positive electrode 202, 302, 402 , 702 Negative electrode 303, 403, 703 Connector 304 Insulation sheet 404 Support part 405 Cover part 500,600 Mobile phone 501 Inlet 502 Air gap 704 Frame

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Abstract

　マグネシウム燃料体（１００）は、マグネシウム薄板（１０１）と、セパレータ（１０２）と、電解液袋（１０３）と、電解液（１０４）と、を備える。セパレータ（１０２）はイオンを透過する透過フィルムを含み、マグネシウム薄板（１０１）を覆う。電解液袋（１０３）はセパレータ（１０２）に接続され、電解液（１０４）が封入されている。電解液袋（１０３）から流出した電解液（１０４）がマグネシウム薄板（１０１）とセパレータ（１０２）とを濡らすことが可能である。

Description

マグネシウム燃料体、マグネシウム空気電池及び電子機器
　本発明は、マグネシウム燃料体、マグネシウム空気電池及び電子機器に関する。
　空気中の酸素を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とするマグネシウム空気電池の一例として、特許文献１には、マグネシウム合金板を利用したマグネシウム空気電池が開示されている。特許文献１に記載のマグネシウム空気電池は、負極端子を取り付けたマグネシウム合金板に、電解液保持シートと、炭素繊維シートと、正極端子とを層状に巻き付けて構成されている。
特開２０１１－１８１３８２号公報
　引用文献１に記載のマグネシウム空気電池は、正極や負極がむき出しであったり、消耗する電解液やマグネシウムの交換が考慮されていなかったりするなど、実際の使用を考慮したものではない。マグネシウム空気電池の実用化のために、実際の使用を考慮し、容易に扱うことができるマグネシウム空気電池を実現することが望まれているが、これは未だ達成されていない。
　本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであって、扱いが容易なマグネシウム燃料体、そのマグネシウム燃料体を備えるマグネシウム空気電池、及びそのマグネシウム空気電池を備える電子機器、を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るマグネシウム燃料体は、
　マグネシウムを含むマグネシウム薄板と、
　イオンを透過する透過フィルムを含み、前記マグネシウム薄板を覆うセパレータと、
　前記セパレータに接続された電解液袋と、
　前記電解液袋に封入された電解液と、を備え、
　前記電解液袋から流出した前記電解液が前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らすことが可能である、
　ことを特徴とする。
　前記セパレータは、導電性フィルムを含んでもよい。
　前記マグネシウム薄板の表面上に亜鉛薄膜が形成されてもよい。
　前記セパレータの前記マグネシウム薄板と接する側に配置され、前記電解液を吸収して保持する保水材を備えてもよい。
　前記マグネシウム薄板にスリットが形成されてもよい。
　本発明の第２の観点に係るマグネシウム空気電池は、
　本発明の第１の観点に係るマグネシウム燃料体と、
　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給する正極と、
　導電性を有する素材から形成される負極と、を備え、
　前記正極と前記負極とに接するように前記マグネシウム燃料体を配置すると、前記電解液袋が圧迫されて前記電解液袋から前記電解液が流出し、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らす、　
　ことを特徴とする。
　本発明の第３の観点に係るマグネシウム空気電池は、
　本発明の第１の観点に係るマグネシウム燃料体と、
　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給する正極と、
　導電性を有する素材から形成される負極と、
　前記マグネシウム燃料体と前記正極とを隔離する絶縁シートと、を備え、
　前記正極と、前記絶縁シートと、前記マグネシウム燃料体と、前記負極とが積み重なるように配置され、
　前記絶縁シートを引き抜くと、前記正極と前記マグネシウム燃料体が接し、前記電解液袋が圧迫されて前記電解液袋から前記電解液が流出し、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らす、
　ことを特徴とする。
　本発明の第４の観点に係るマグネシウム空気電池は、
　本発明の第１の観点に係るマグネシウム燃料体と、
　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給する正極と、
　導電性を有する素材から形成される負極と、
　前記正極が設置される支持部と、
　前記支持部と折り畳み可能に接続され、前記負極が設置される蓋部と、を備え、
　前記支持部に設置された前記正極に接するように前記マグネシウム燃料体を配置し、前記マグネシウム燃料体と前記負極とが接するように前記蓋部を折り畳むと、前記電解液袋が圧迫されて前記電解液袋から前記電解液が流出し、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らす、
　ことを特徴とする。
　本発明の第５の観点に係るマグネシウム空気電池は、
　本発明の第１の観点に係るマグネシウム燃料体と、
　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給する正極と、
　導電性を有する素材から形成される負極と、
　重ねられた前記マグネシウム燃料体と、前記正極と、前記負極とを保持する枠と、を備え、
　前記マグネシウム燃料体と、前記正極と、前記負極とを重ねて前記枠に挿入すると、前記電解液袋が圧迫されて前記電解液袋から前記電解液が流出し、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らす、
　ことを特徴とする。
　前記正極は炭素、金属、マンガン酸化物のうち少なくとも一つから形成されてもよい。
　電子機器と電気的に接続されるコネクタをさらに備えてもよい。
　本発明の第６の観点に係る電子機器は、
　本発明の第２－第５の観点に係るマグネシウム空気電池を備える、
　ことを特徴とする。
　本発明によれば、扱いが容易なマグネシウム燃料体、そのマグネシウム燃料体を備えるマグネシウム空気電池、及びそのマグネシウム空気電池を備える電子機器、を提供できる。
実施形態１に係るマグネシウム燃料体の概略構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。 実施形態２に係る携帯電話機の概略構成を示す側面図である。 実施形態２に係るマグネシウム空気電池及び携帯電話機の概略構成を示す断面図である。 実施形態３に係るマグネシウム空気電池の概略構成を示す斜視図である。 実施形態４に係るマグネシウム空気電池の（ａ）開いた状態及び（ｂ）閉じた状態の概略構成を示す斜視図である。 実施形態５に係るマグネシウム空気電池の概略構成を示す（ａ）上面図及び（ｂ）正面図である。 実施形態６に係るマグネシウム燃料体の概略構成を示す断面図である。 実施形態７に係るマグネシウム燃料体の概略構成を示す平面図である。
　以下、本発明の実施形態に係るマグネシウム燃料体、マグネシウム空気電池、及び電子機器について図面を参照して説明する。
（実施形態１）
　まず、マグネシウム燃料体１００の構成について説明する。図１は、マグネシウム燃料体１００の概略構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、マグネシウム燃料体１００は、マグネシウム薄板１０１と、セパレータ１０２と、電解液袋１０３と、電解液１０４と、を備える。マグネシウム燃料体１００は、マグネシウム空気電池の燃料として機能する。
　マグネシウム薄板１０１は、金属マグネシウムの薄板である。マグネシウム薄板１０１の大きさは、典型的には厚さが０．５ｍｍ、表面積が１８ｃｍ２程度であり、一般的な携帯電話機やスマートフォンの内部に配置することが可能なものである。マグネシウム薄板１０１は、セパレータ１０２に覆われている。
　マグネシウム薄板１０１の表面には亜鉛の薄膜が形成されている。薄膜がない場合、空気中でマグネシウム薄板１０１の表面に絶縁体の酸化マグネシウムの被膜が形成され、酸化還元反応が阻害されてしまうことがある。表面に亜鉛の薄膜を形成すると、酸化亜鉛の被膜が形成された場合でも、酸化亜鉛は導体であるので、内部のマグネシウムの反応が阻害されることはない。
　セパレータ１０２は、マグネシウム空気電池のセパレータとして機能する。セパレータ１０２は、酸化還元反応に必要なイオンを透過する透過フィルムを含み、透過フィルムとは例えば不織布、イオン交換樹脂等である。また、セパレータ１０２の一部は、導電性を有する素材、例えば導電性フィルム等から形成されている。セパレータ１０２は、マグネシウム空気電池から電流が取り出され、酸化還元反応が進行して水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム等の生成物が生じても、生成物がセパレータ１０２の内部にとどまり、漏れ出さないように形成される。
　電解液袋１０３は、セパレータ１０２に接続された、内部に電解液１０４が封入される袋である。電解液袋１０３とセパレータ１０２との接続部分は、他の部分と比べて薄かったり、電解液１０４が漏れ出さない程度の切れ込みが入っていたりして、破れやすいように形成されている。電解液袋１０３は、自身が圧迫されて破れやすい部分が破れることによって封入された電解液１０４が流出し、マグネシウム薄板１０１とセパレータ１０２とを濡らすことが可能なように形成される。
　電解液１０４は、マグネシウム燃料体１００と正極との間のイオンの交換を可能にする電解液である。また、電解液１０４に含まれる水は、マグネシウム空気電池の正極で酸素が還元される反応に使われる。電解液１０４は、例えば塩化ナトリウム水溶液、ゲルであるが、これに限られるものではない。
　マグネシウム燃料体１００は、消耗品であるマグネシウム薄板１０１と電解液１０４とを、セパレータ１０２と電解液袋１０３とで包んで構成されている。そのため、利用者が、マグネシウム空気電池の燃料として使用する際や、流通、販売する際における扱いが容易である。例えば、マグネシウム薄板１０１はセパレータ１０２に覆われているため、使用時や保管時にこすれてマグネシウム粉を生じたりすることがなく、取り扱いが容易かつ安全である。また、電解液１０４は電解液袋１０３に封入されているため、マグネシウム空気電池に液体を直接注いだりする必要がない。
　また、マグネシウム燃料体１００は、上記のような構成により、酸化還元反応によって生じた生成物等がセパレータ１０２の内部にとどまるため、使い切った後の交換や回収が容易である。回収された反応後の生成物は、還元することでマグネシウム燃料体１００を製造する際の原料とすることができ、資源を効率よく利用することが可能となる。
　このように、マグネシウム燃料体１００は、電子機器等の電源としてマグネシウム空気電池を用いる際に、容易に取り扱うことが可能である。
（実施形態２）
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として使用するマグネシウム空気電池について説明する。
　図２は、携帯電話機５００の概略構成を示す側面図であり、図３は、携帯電話機５００及びマグネシウム空気電池２００の概略構成を示す、図２のＡ－Ａ’矢視断面図である。なお、図３においては、携帯電話機５００がその内部に備える基板等は省略されている。図３に示すように、マグネシウム空気電池２００は携帯電話機５００の内部に設置されている。マグネシウム空気電池２００は、マグネシウム燃料体１００と、正極２０１と、負極２０２と、を備える。
　正極２０１は、導電性を有する素材で形成され、マグネシウム空気電池２００の正極活物質である空気中の酸素に電子を供給する。正極２０１は、セパレータ１０２のイオン透過する部分と接触する。正極２０１は、酸素を還元する反応を促進するため、表面積が大きく酸素を吸着しやすいことが望ましい。正極２０１を形成する素材としては、例えば炭素、金属、マンガン化合物、及びこれらを組み合わせたもの等が挙げられるが、これに限られるものではない。このうち炭素に関しては、活性炭、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンフェルト等の形態を取りうる。
　負極２０２は、導電性を有する素材で形成され、セパレータ１０２の導電性を有する部分と接触することで、マグネシウム燃料体１００に電気的に接続される。
　マグネシウム燃料体１００の正極２０１と接する側のセパレータ１０２はイオンを透過する素材から形成されており、負極２０２と接する側のセパレータ１０２は導電性を有する素材から形成されている。
　正極２０１と負極２０２とは、携帯電話機５００の内部の基板等に電気的に接続され、マグネシウム空気電池２００から取り出された電流をその基板等に供給する。
　図２に示すように、携帯電話機５００の一つの側面には導入口５０１が形成され、導入口５０１は図３に示す携帯電話機５００の内部の空隙５０２につながっている。マグネシウム燃料体１００は、導入口５０１を通じて携帯電話機５００の内部のマグネシウム空気電池２００に挿入され、マグネシウム空気電池２００の燃料として機能する。空隙５０２は、挿入されたマグネシウム燃料体１００の電解液袋１０３が圧迫され、電解液１０４が流出されるように構成されている。また、起電力を生じて消耗したマグネシウム燃料体１００は、導入口５０１を通じて引き出され、交換される。
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として利用し、マグネシウム空気電池２００が起電力を生じる方法について説明する。
　マグネシウム燃料体１００が、導入口５０１を通じて携帯電話機５００の内部のマグネシウム空気電池２００に挿入されると、電解液袋１０３が圧迫されて破れ、流出した電解液１０４がマグネシウム薄板１０１とセパレータ１０２とを濡らす。その上で、マグネシウム燃料体１００が、マグネシウム空気電池２００の正極２０１及び負極２０２と接触することで、酸化還元反応が開始され、起電力が生じる。
　反応が進行するに伴い、マグネシウム薄板１０１やセパレータ１０２を濡らしている電解液１０４が減ってゆく。電解液１０４が減ると、電解液袋１０３に残った電解液１０４をセパレータ１０２が毛細管現象等によって吸い上げ、反応に必要な電解液１０４が補充され、反応が継続される。
　このように、携帯電話機５００の内部に構成されたマグネシウム空気電池２００にマグネシウム燃料体１００を挿入することで、マグネシウムを燃料として携帯電話機５００を稼働させることが可能になる。
　反応が終わり、起電力が生じなくなったら（電池がなくなったら）、消耗したマグネシウム燃料体１００を取り出し、別のマグネシウム燃料体１００を挿入することで、継続して携帯電話機５００を稼働させることができる。また、取り出したマグネシウム燃料体１００を回収すれば、新たなマグネシウム燃料体１００を製造する際の原料として再利用することができる。
　マグネシウム空気電池２００は、携帯電話機５００の内部に構成されているため、使用者がマグネシウム燃料体１００を挿入するだけで起電力を生じさせ、電源として使用することができ、取り扱いが容易である。
（実施形態３）
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として使用する他のマグネシウム空気電池について説明する。
　図４は、マグネシウム空気電池３００の概略構成を示す斜視図である。図４に示すように、マグネシウム空気電池３００は、マグネシウム燃料体１００と、正極３０１と、負極３０２と、コネクタ３０３と、絶縁シート３０４と、を備える。
　正極３０１及び負極３０２の構成は、実施形態２の正極２０１及び負極２０２とそれぞれ同様である。
　正極３０１と、絶縁シート３０４と、マグネシウム燃料体１００と、負極３０２とは積み重なるように配置されている。マグネシウム燃料体１００の正極３０１と接する側のセパレータ１０２はイオンを透過する素材から形成されており、負極３０２と接する側のセパレータ１０２は導電性を有する素材から形成されている。
　コネクタ３０３は、携帯電話機６００に電気的に接続されるコネクタである。コネクタ３０３は、携帯電話機６００のコネクタに接続可能なように構成されている。実際に接続され、起電力を生じることで、携帯電話機６００が内蔵する二次電池を充電する。
　絶縁シート３０４は、マグネシウム燃料体１００と正極３０１とを絶縁するフィルムである。絶縁シート３０４は、例えばプラスチックフィルム、紙等で形成されている。絶縁シート３０４は、マグネシウム燃料体１００と正極３０１とを隔離し、酸化還元反応が起こらないようにする。絶縁シート３０４は、マグネシウム燃料体１００の電解液袋１０３と接続され、絶縁シート３０４を引くと電解液袋１０３が圧迫されて破れ、封入されていた電解液１０４が流出するように構成される。
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として利用し、マグネシウム空気電池３００が起電力を生じて、携帯電話機６００を充電する方法について説明する。
　まず、コネクタ３０３を携帯電話機６００のコネクタに接続する。
　次に、絶縁シート３０４を抜き取る。これによって、マグネシウム燃料体１００と正極３０１とが接触するとともに、電解液袋１０３が破れて電解液１０４が流出して酸化還元反応が起こり、マグネシウム空気電池３００が起電力を生じる。
　そして、コネクタ３０３を通じて携帯電話機６００に電力が供給され、携帯電話機６００が充電される。
　このように、コネクタ３０３を携帯電話機６００に接続して絶縁シート３０４を抜き取ることで、マグネシウムを燃料として携帯電話機６００を充電することが可能になる。
　消耗したマグネシウム空気電池３００を回収すれば、正極３０１、負極３０２、コネクタ３０３はそのまま再使用することができ、マグネシウム燃料体１００は、新たなマグネシウム燃料体１００を製造する際の原料として再利用することができる。
　マグネシウム空気電池３００は、マグネシウム燃料体１００と、正極３０１と負極３０２とを含む電極と、コネクタ３０３と、を備えているため、携帯電話機６００を充電するための電池として、使用、持ち運び、及び回収が容易である。また、絶縁シート３０４を抜き取ることで酸化還元反応が起こり、起電力を生じさせることができるため、簡易な操作によって使用することができるうえ、使用しないときの保管も容易である。
（実施形態４）
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として使用する他のマグネシウム空気電池について説明する。
　図５は、マグネシウム空気電池４００の（ａ）開いた状態及び（ｂ）閉じた状態の概略構成を示す斜視図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、マグネシウム空気電池４００は、マグネシウム燃料体１００と、正極４０１と、負極４０２と、コネクタ４０３と、支持部４０４と、蓋部４０５と、を備える。
　正極４０１及び負極４０２の構成は、実施形態２の正極２０１及び負極２０２とそれぞれ同様である。また、コネクタ４０３の構成は、実施形態３のコネクタ３０３と同様である。
　マグネシウム燃料体１００の正極４０１と接する側のセパレータ１０２はイオンを透過する素材から形成されており、負極４０２と接する側のセパレータ１０２は導電性を有する素材から形成されている。
　支持部４０４は、正極４０１が取り付けられ、正極４０１に接するように配置されるマグネシウム燃料体１００を支持する筐体である。支持部４０４は、少なくとも正極４０１及びマグネシウム燃料体１００と接触する箇所は絶縁性を有する素材で形成されており、例えば樹脂等で形成されている。
　蓋部４０５は、支持部４０４に折り畳み可能に接続され、負極４０２が取り付けられた筐体である。支持部４０４を形成する素材は、蓋部４０５を形成する素材と同様のものから選ばれる。
　支持部４０４と蓋部４０５とは、支持部４０４に取り付けられた正極４０１の上にマグネシウム燃料体１００を配置し、蓋部４０５を折り畳む（蓋を閉じる）と、マグネシウム燃料体１００が固定されるように構成される。また、蓋を閉じると、支持部４０４と蓋部４０５とによってマグネシウム燃料体１００の電解液袋１０３が圧迫されて破れ、封入されていた電解液１０４が流出するように構成される。
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として利用し、マグネシウム空気電池４００が起電力を生じて、携帯電話機６００を充電する方法について説明する。
　まず、コネクタ４０３を携帯電話機６００のコネクタに接続する。
　次に、支持部４０４に取り付けられた正極４０１の上にマグネシウム燃料体１００を配置し、蓋部４０５を閉じる。これによって、マグネシウム燃料体１００と正極４０１及び負極４０２とが接触するとともに、電解液袋１０３が破れて電解液１０４が流出して酸化還元反応が起こり、マグネシウム空気電池４００が起電力を生じる。
　そして、コネクタ４０３を通じて携帯電話機６００に電力が供給され、携帯電話機６００が充電される。
　このように、コネクタ４０３を携帯電話機６００に接続して、マグネシウム燃料体１００を支持部４０４と蓋部４０５とで挟むことで、マグネシウムを燃料として携帯電話機６００を充電することが可能になる。
　反応が終わり、起電力が生じなくなったら、蓋部４０５を開放して（蓋を開いて）消耗したマグネシウム燃料体１００を取り出し、別のマグネシウム燃料体１００を配置して蓋を閉じることで、継続して携帯電話機６００を充電することができる。また、取り出したマグネシウム燃料体１００を回収すれば、新たなマグネシウム燃料体１００を製造する際の原料として再利用することができる。
　マグネシウム空気電池４００は、マグネシウム燃料体１００と、正極４０１と負極４０２とを含む電極と、コネクタ４０３と、支持部４０４と蓋部４０５とを含む筐体と、を備えているため、携帯電話機６００を充電するための電池として、使用、持ち運び、及び回収が容易である。また、マグネシウム燃料体１００を支持部４０４と蓋部４０５とで挟むことで酸化還元反応が起こり、起電力を生じさせることができるため、簡易な操作によって使用することができるうえ、使用しないときの保管も容易である。
（実施形態５）
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として使用する他のマグネシウム空気電池について説明する。
　図６は、マグネシウム空気電池７００の概略構成を示す（ａ）上面図及び（ｂ）正面図である。図６（ａ），（ｂ）に示すように、マグネシウム空気電池７００は、マグネシウム燃料体１００と、正極７０１と、負極７０２と、コネクタ７０３と、枠７０４と、を備える。
　正極７０１及び負極７０２の構成は、実施形態２の正極２０１及び負極２０２とそれぞれ同様である。また、コネクタ７０３の構成は、実施形態３のコネクタ３０３と同様である。
　マグネシウム燃料体１００の正極４０１と接する側のセパレータ１０２はイオンを透過する素材から形成されており、負極４０２と接する側のセパレータ１０２は導電性を有する素材から形成されている。
　枠７０４は、マグネシウム燃料体１００と、正極７０１と、負極７０２とを保持する枠である。枠７０４は外観がコの字型になるように形成され、開いた部分に開口を有している。枠７０４は絶縁性を有する素材で形成されており、例えば樹脂等で形成されている。
　枠７０４には、正極７０１と、マグネシウム燃料体１００と、負極７０２とが、重ねられて挿入される。また、枠７０４のうちマグネシウム燃料体１００の電解液袋１０３が位置する箇所は、正極７０１と、マグネシウム燃料体１００と、負極７０２とが挿入されると、電解液袋１０３が圧迫されて破れ、封入されていた電解液１０４が流出するような容積で構成される。
　枠７０４の開口の厚み及び幅は、正極７０１と、マグネシウム燃料体１００と、負極７０２とが重なったものの厚み及び幅に一致している。このように枠７０４を形成することで、電解液１０４が開口から漏れ出すことを防ぐことができる。
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として利用し、マグネシウム空気電池７００が起電力を生じて、携帯電話機６００を充電する方法について説明する。
　まず、コネクタ７０３を携帯電話機６００のコネクタに接続する。
　次に、マグネシウム燃料体１００を、正極７０１と負極７０２とで挟み、枠７０４に挿入する。これによって、マグネシウム燃料体１００と正極７０１及び負極７０２が接触するとともに、電解液袋１０３が破れて電解液１０４が流出して酸化還元反応が起こり、マグネシウム空気電池７００が起電力を生じる。
　そして、コネクタ７０３を通じて携帯電話機６００に電力が供給され、携帯電話機６００が充電される。
　このように、マグネシウム燃料体１００を正極７０１と負極７０２とで挟んで枠７０４に挿入することで、マグネシウムを燃料として携帯電話機６００を充電することが可能になる。
　反応が終わり、起電力が生じなくなったら、マグネシウム燃料体１００と正極７０１と負極７０２とを抜き出して、消耗したマグネシウム燃料体１００を新しいマグネシウム燃料体１００に取り替え、再び挿入することで、継続して携帯電話機６００を充電することができる。また、取り出したマグネシウム燃料体１００を回収すれば、新たなマグネシウム燃料体１００を製造する際の原料として再利用することができる。
　マグネシウム空気電池７００は、マグネシウム燃料体１００と、正極７０１と負極７０２とを含む電極と、コネクタ７０３と、枠７０４と、を備えているため、携帯電話機６００を充電するための電池として、使用、持ち運び、及び回収が容易である。また、マグネシウム燃料体１００を正極７０１と負極７０２とで挟んで枠７０４に挿入することで酸化還元反応が起こり、起電力を生じさせることができるため、簡易な操作によって使用することができるうえ、使用しないときの保管も容易である。
（実施形態６）
　次に、マグネシウムを含む他のマグネシウム燃料体について説明する。実施形態１に係るマグネシウム燃料体と同一の構成要素については同一の符号を付す。
　図７は、マグネシウム燃料体１１０の断面図である。図７に示すように、マグネシウム燃料体１１０は、マグネシウム薄板１０１と、セパレータ１０２と、電解液袋１０３と、電解液１０４と、保水材１１１と、を備える。実施形態１に係るマグネシウム燃料体１００と同一の構成要素については同一の符号を付した。
　保水材１１１は、電解液１０４を吸収して保持する保水材である。保水材１１１は、水を吸収することが可能であり、形状が容易に変形する物質から形成されており、例えばゲル等から形成されている。保水材１１１は、セパレータ１０２の内側に塗布されている。
　マグネシウム空気電池１１０において、酸化還元反応が進行すると、マグネシウム薄板１０１が消耗し、マグネシウム薄板１０１の表面に水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム等の生成物が付着する。このとき、生成物によってマグネシウム薄板１０１とセパレータ１０２との間に隙間が生じ、以降の反応が阻害されてしまうことがある。
　保水材１１１がセパレータ１０２の内側に塗布されていることによって、反応が進行してマグネシウム薄板１０１の表面に反応生成物が付着しても、保水材１１１がマグネシウム薄板１０１とセパレータ１０２との間に生じる隙間を埋めるため、反応が阻害されることがない。
　以上のように、マグネシウム空気電池１１０は、保水材１１１を備えることによって、連続して効率よく起電力を生じることが可能になっている。
（実施形態７）
　次に、マグネシウムを含む他のマグネシウム燃料体について説明する。実施形態１に係るマグネシウム燃料体と同一の構成要素については同一の符号を付す。
　図８は、マグネシウム燃料体１２０の平面図である。図８に示すように、マグネシウム燃料体１２０は、マグネシウム薄板１２１と、セパレータ１０２と、電解液袋１０３と、電解液１０４と、を備える。実施形態１に係るマグネシウム燃料体１００と同一の構成要素については同一の符号を付した。
　マグネシウム薄板１２１は、金属マグネシウムの薄板である。マグネシウム薄板１２１の大きさや材質はマグネシウム薄板１０１と同様である。マグネシウム薄板１２１には、スリット１２２が形成されている。
　スリット１２２を形成することで、酸化還元反応によって発生した水素がスリット１２２を通って逃げ、マグネシウム薄板１２１の表面を覆うことがなくなる。これにより、水素がマグネシウム薄板の表面を覆って反応を阻害するということが起こりにくくなる。また、スリット１２２を形成することで、エッジ部分が多くなり、そこから反応が起こりやすくなる。
　以上のように、マグネシウム薄板１２１を用いると、スリットのないマグネシウム薄板１０１を用いた場合と比較して、反応が円滑に生じ、エネルギー効率が向上する。本願出願人は、スリットを有するマグネシウム薄板を使用することで、マグネシウム空気電池エネルギー効率が１０－２０％向上することを確認している。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
　マグネシウム薄板１０１は金属マグネシウムの薄板であるとしたが、これに限られるものではない。例えば、マグネシウム燃料体１０１はマグネシウムイオンを溶出するものであればよく、マグネシウムを含む合金や、マグネシウム化合物から形成されていてもよい。
　また、マグネシウム薄板１０１の表面に亜鉛の薄膜が形成されているとしたが、これに限られるものではない。例えば、マグネシウム薄板１０１の表面に他の金属の薄膜が形成されていてもよく、また、表面に金属の薄膜が形成されないマグネシウム薄板であってもよい。
　また、電解液袋１０３は、自身が破れることによって封入された電解液１０４が流出するとしたが、これに限られるものではない。例えば、電解液袋１０３が開口とその開口を塞ぐ栓とを備え、電解液袋１０３が圧迫されることでその栓が開放され、開口から電解液１０４が流出してもよい。また、電解液袋１０３が弁を有する開口を備え、電解液袋１０３が圧迫されることで開口から弁を通って電解液１０４が流出してもよい。
　また、電解液袋１０３は、内部に電解液１０４が封入される袋であるとしたが、これに限られるものではない。例えば、内部に電解液１０４が封入されるカプセル、マイクロカプセル等であってもよい。
　また、電解液袋１０３は、マグネシウム薄板１０１の側面に位置するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、正極２０１，３０１，４０１，７０１又は負極２０２，３０２，４０２，７０２と接するマグネシウム薄板１０１の表面（裏面）に位置していてもよい。このとき、電解液袋１０３はセパレータ１０２と同様の素材で形成されるか、電解液袋１０３がセパレータ１０２の内部に位置するように構成される。
　また、実施形態２において、正極２０１と負極２０２とは、携帯電話機５００の内部の基板等に電気的に接続され、マグネシウム空気電池２００から取り出された電流をその基板等に供給するとしたが、これに限られるものではない。例えば、携帯電話機５００が備える二次電池等に接続され、この二次電池を充電するものであってもよい。
　また、実施形態３において、マグネシウム空気電池３００は、マグネシウム燃料体１００、正極３０１、及び負極３０２をそれぞれ一つ備えるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、マグネシウム燃料体１００、正極３０１、及び負極３０２をそれぞれ複数備え、これらを直列又は並列に接続したものであってもよい。このとき、絶縁シート３０４はそれぞれの正極とマグネシウム燃料体との間に挟まれることが望ましい。
　また、実施形態３において、マグネシウム空気電池３００を回収するとしたが、これに限られるものではない。例えば、マグネシウム空気電池３００からマグネシウム燃料体１００を使用者が取り出すことができる構成とし、マグネシウム燃料体１００を回収するようにしてもよい。
　また、実施形態２－５において、マグネシウム空気電池２００，３００，４００は正極２０１，３０１，４０１と負極２０２，３０２，４０２と一つずつ備えるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、二つの正極２０１，３０１，４０１を備え、マグネシウム燃料体１００を挟むように構成されていてもよい。このとき、負極２０２，３０２，４０２は正極２０１，３０１，４０１と短絡しないように取り付けられる。このように構成した場合、マグネシウム燃料体１００の両面で酸化還元反応が進行することになり、反応の効率を高めることができる。
　さらに、例えば、ｎ個のマグネシウム燃料体１００と正極２０１，３０１，４０１，７０１と負極２０２，３０２，４０２，７０２とを備え、それらが直列又は並列に接続されていてもよい。このとき、面積を１／ｎとし、ｎ個を直列に接続すれば、面積と厚さとを変えずに電圧をｎ倍にすることができる。この方法は、昇圧回路を用いて電圧を上げる方法よりも高効率である。
　また、実施形態２においてはマグネシウム空気電池２００が携帯電話機５００の内部に設置されるとし、実施形態３－５においてはマグネシウム空気電池３００，４００，７００が、携帯電話機６００のコネクタに接続されるコネクタ３０３，４０３，７０３を備えるとしたが、これに限られるものではない。例えば、マグネシウム空気電池２００が携帯電話機５００のコネクタに接続されるコネクタを備えていてもよいし、マグネシウム空気電池３００，４００，７００が携帯電話機６００の内部に設置されていてもよい。
　また、実施形態２－５に係るマグネシウム空気電池はマグネシウム燃料体１００を燃料として使用するとしたが、これに限られるものではない。例えば、実施形態６に係るマグネシウム空気電池１１０を使用してもよいし、実施形態７に係るマグネシウム空気電池１２０を使用してもよい。さらに、マグネシウム空気電池１１０とマグネシウム空気電池１２０とを組み合わせた、保水材１１１とマグネシウム薄板１２１とを備えるマグネシウム空気電池を使用してもよい。
　また、マグネシウム空気電池が電源として用いられる対象を携帯電話機としたが、これに限られるものではない。例えば、スマートフォン、ＰＤＡ、電子辞書、携帯ゲーム機、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、ノートパソコン、ウェアラブル機器といった任意の電子機器を対象としてもよい。マグネシウム薄板１０１や正極２０１等の要素はそれぞれ厚さ０．５ｍｍ以下で形成されることも可能であり、マグネシウム空気電池は厚さ１ｍｍ程度で構成されうる。本願出願人は０．２－０．５Ａ／ｃｍ２の電流密度を実験で得ており、実施形態に係るマグネシウム空気電池は大出力と薄さとの両立を強く求められるウェアラブル機器に特に好適である。さらに、電気自動車のような電気で駆動する大型の装置を対象としてもよい。
　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態や変形が可能である。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
　本発明は、２０１４年５月２２日に出願された日本国特許出願２０１４－１０６５６７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１４－１０６５６７の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
１００，１１０，１２０　マグネシウム燃料体
１０１，１２１　マグネシウム薄板
１０２　セパレータ
１０３　電解液袋
１０４　電解液
１１１　保水材
１２２　スリット
２００，３００，４００，７００　マグネシウム空気電池
２０１，３０１，４０１，７０１　正極
２０２，３０２，４０２，７０２　負極
３０３，４０３，７０３　コネクタ
３０４　絶縁シート
４０４　支持部
４０５　蓋部
５００，６００　携帯電話機
５０１　導入口
５０２　空隙
７０４　枠

Claims (12)

  1. 　マグネシウムを含むマグネシウム薄板と、
    　イオンを透過する透過フィルムを含み、前記マグネシウム薄板を覆うセパレータと、
    　前記セパレータに接続された電解液袋と、
    　前記電解液袋に封入された電解液と、を備え、
    　前記電解液袋から流出した前記電解液が前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らすことが可能である、
    　ことを特徴とするマグネシウム燃料体。
  2. 　前記セパレータは導電性フィルムを含む、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
  3. 　前記マグネシウム薄板の表面上に亜鉛薄膜が形成される、
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネシウム燃料体。
  4. 　前記セパレータの前記マグネシウム薄板と接する側に配置され、前記電解液を吸収して保持する保水材を備える、
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体。
  5. 　前記マグネシウム薄板にスリットが形成される、
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体と、
    　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給する正極と、
    　導電性を有する素材から形成される負極と、を備え、
    　前記正極と前記負極とに接するように前記マグネシウム燃料体を配置すると、前記電解液袋が圧迫されて前記電解液袋から前記電解液が流出し、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らす、
    　ことを特徴とするマグネシウム空気電池。
  7. 　請求項１から５のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体と、
    　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給する正極と、
    　導電性を有する素材から形成される負極と、
    　前記マグネシウム燃料体と前記正極とを隔離する絶縁シートと、を備え、
    　前記正極と、前記絶縁シートと、前記マグネシウム燃料体と、前記負極とが積み重なるように配置され、
    　前記絶縁シートを引き抜くと、前記正極と前記マグネシウム燃料体が接し、前記電解液袋が圧迫されて前記電解液袋から前記電解液が流出し、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らす、
    　ことを特徴とするマグネシウム空気電池。
  8. 　請求項１から５のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体と、
    　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給する正極と、
    　導電性を有する素材から形成される負極と、
    　前記正極が設置される支持部と、
    　前記支持部と折り畳み可能に接続され、前記負極が設置される蓋部と、を備え、
    　前記支持部に設置された前記正極に接するように前記マグネシウム燃料体を配置し、前記マグネシウム燃料体と前記負極とが接するように前記蓋部を折り畳むと、前記電解液袋が圧迫されて前記電解液袋から前記電解液が流出し、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らす、
    　ことを特徴とするマグネシウム空気電池。
  9. 　請求項１から５のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体と、
    　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給する正極と、
    　導電性を有する素材から形成される負極と、
    　重ねられた前記マグネシウム燃料体と、前記正極と、前記負極とを保持する枠と、を備え、
    　前記マグネシウム燃料体と、前記正極と、前記負極とを重ねて前記枠に挿入すると、前記電解液袋が圧迫されて前記電解液袋から前記電解液が流出し、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとを濡らす、
    　ことを特徴とするマグネシウム空気電池。
  10. 　前記正極は炭素、金属、マンガン酸化物のうち少なくとも一つから形成される、
    　ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池。
  11. 　電子機器と電気的に接続されるコネクタをさらに備える、
    　ことを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池。
  12. 　請求項６から１０のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池を備える、
    　ことを特徴とする電子機器。
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