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WO2018142652A1 - 金属空気電池、及びその使用方法 - Google Patents

金属空気電池、及びその使用方法 Download PDF

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WO2018142652A1
WO2018142652A1 PCT/JP2017/029538 JP2017029538W WO2018142652A1 WO 2018142652 A1 WO2018142652 A1 WO 2018142652A1 JP 2017029538 W JP2017029538 W JP 2017029538W WO 2018142652 A1 WO2018142652 A1 WO 2018142652A1
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WO
WIPO (PCT)
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metal
air battery
air
electrode
battery unit
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Ceased
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PCT/JP2017/029538
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English (en)
French (fr)
Inventor
高橋　昌樹
奨 成田
由佳 雨森
阪間　寛
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Fujikura Composites Inc
Original Assignee
Fujikura Rubber Ltd
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Publication date
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Priority to CN201780085375.4A priority patent/CN110313101B/zh
Priority to JP2018565914A priority patent/JP6715354B2/ja
Priority to US16/482,960 priority patent/US11133565B2/en
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    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/691—Arrangements or processes for draining liquids from casings; Cleaning battery or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
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    • 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 including a plurality of metal-air battery cells and a method for using the same.
  • a metal-air battery oxygen in the atmosphere is used as a positive electrode active material in an air electrode that is a positive electrode, and an oxidation-reduction reaction of the oxygen is performed.
  • a metal redox reaction is performed in the metal electrode as the negative electrode.
  • the energy density of metal-air batteries is high, and is expected to serve as an emergency power source during disasters. Power generation is started by supplying the electrolytic solution to the metal-air battery.
  • Patent Document 1 Conventionally, various metal-air battery structures have been proposed (for example, Patent Document 1 to Patent Document 5).
  • an electrolytic solution is injected into a cell in which a metal electrode and an air electrode are incorporated in a housing to generate power.
  • a container containing an electrolytic solution is prepared separately from a cell in which a metal electrode and an air electrode are incorporated in a housing, and the electrolytic solution flows into the cell by placing the cell in the container. Power generation.
  • Patent Document 3 a configuration is disclosed in which a cell including a metal electrode and an air electrode is placed in a tank into which an electrolytic solution is injected, and the metal electrode and the air electrode are brought into contact with the electrolytic solution.
  • a metal electrode and an air electrode are arranged in one region that bisects a vertically long casing, and an electrolytic solution is injected only into one region. And by reversing the casing up and down, the electrolytic solution can be moved to the other region, and the battery reaction can be interrupted.
  • Patent Document 5 a metal-air battery in which a plurality of metal-air battery cells are connected is disclosed. An electrolyte is individually injected into each metal-air battery cell.
  • JP 2016-1331063 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-71986 Japanese Patent Laid-Open No. 62-177873 Japanese Patent Laying-Open No. 2015-210910 JP 2016-152133 A
  • a metal-air battery structure in which a plurality of metal-air battery cells are arranged side by side can be formed with a simple structure with a small number of parts, and the injection of electrolyte into each cell is simplified. Is not disclosed.
  • Patent Documents 1 to 4 it is not intended to obtain a desired electrical output by arranging a plurality of cells in parallel.
  • Patent Document 2 has a cell structure in which a metal electrode and an air electrode face in the horizontal direction and face each other in the vertical direction. Such a cell structure makes it difficult to connect a plurality of cells in series.
  • Patent Document 3 includes a cell structure in which two air electrodes are provided on the inner side and two metal electrodes are provided on the outer side.
  • a device is required for the structure between the cells.
  • Patent Document 1 to Patent Document 4 a metal-air battery unit in which a plurality of metal-air battery cells are arranged in parallel cannot be formed with a simple structure with a small number of parts.
  • Patent Document 1 to Patent Document 4 when a plurality of cells are arranged in parallel, the structure between the cells must be devised, and the size is likely to increase. Further, for example, in Patent Document 3, a space for moving the electrolyte solution is required in the housing, and the housing must be created with a size that is at least twice as large as the space in which the metal electrode and the air electrode are arranged. As described above, each patent document cannot appropriately promote downsizing of the metal-air battery.
  • Patent Document 1 and Patent Document 4 are configured such that the user directly injects the electrolytic solution into the cell, so that it takes time for the injection. Also, in order to prevent the electrolyte from spilling out of the cell during injection, it is necessary to have a complicated structure that enhances the sealing performance of the metal-air battery cell.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 it is not possible to establish a configuration in which an electrolyte can be appropriately injected into each cell with respect to a structure in which a plurality of cells are arranged in parallel. For this reason, the injection
  • Patent Document 5 has a structure in which a plurality of metal-air battery cells are connected.
  • each metal-air battery cell is provided with a water supply port, and the electrolyte solution must be supplied to each of the plurality of metal-air battery cells, and it takes time to inject the electrolyte solution.
  • casing, a cover body, etc. are required,
  • the present invention has been made in view of such points, and a metal-air battery unit in which a plurality of metal-air battery cells are arranged side by side can be formed with a simple structure with a small number of parts, and an electrolyte is injected into each cell. It is an object of the present invention to provide a metal-air battery and a method of using the same.
  • the metal-air battery of the present invention includes an air electrode, a metal electrode disposed to face the air electrode, and a housing that supports the air electrode and the metal electrode.
  • a plurality of cells are provided in parallel, and each case includes an air chamber and a liquid chamber, and the air chamber is open to the outside. Is provided with a water supply port communicating with the liquid chamber.
  • the water supply port is provided on at least one of a bottom portion and a side portion of the casing.
  • the metal electrode is disposed to face the water supply port.
  • the lower part of the metal electrode is supported by the casing as a free end.
  • the metal-air battery unit is preferably configured by combining two types of parts, that is, a composite part constituting the metal-air battery cell and a side wall part.
  • the metal-air battery unit described above and a case capable of accommodating an electrolyte solution the metal-air battery unit is in a state where the open upper portion of the air chamber is facing upward, It is preferable that the electrolytic solution is put in the case containing the electrolytic solution and injected into the liquid chamber through the water supply port.
  • the method of using the metal-air battery according to the present invention starts the power generation by placing the metal-air battery unit described above in a container containing an electrolytic solution with the open upper portion of the air chamber facing upward. It is characterized by making it.
  • power generation can be stopped by pulling out the metal-air battery unit in the container.
  • a metal-air battery unit in which a plurality of metal-air battery cells are arranged side by side can be formed with a simple structure with a small number of components, and an electrolyte can be injected into each metal-air battery cell. It can be simplified.
  • the metal air battery 1 includes a metal air battery unit 2 and a case 3.
  • the metal-air battery unit 2 is configured, for example, by arranging three metal-air battery cells 22 in parallel.
  • the number of metal-air battery cells 22 is not limited, and may be two or four or more.
  • the metal-air battery unit 2 is a combination of a plurality of metal-air battery cells 22 having the same structure.
  • the structure of the metal-air battery cell 22 will be described in detail later.
  • a ceiling portion 23 is attached to the upper surface of the three metal-air battery cells 22.
  • a first opening 24 is provided on the upper surface 23a.
  • the 2nd opening part 25 is formed in the side surface (left side surface shown in FIG. 1) of the ceiling part 23.
  • an opening may be provided also on the back surface or the right side surface of the ceiling portion 23.
  • each opening may be one or plural.
  • it can also be set as the structure by which at least one of the 1st opening part 24 and the 2nd opening part 25 is not formed.
  • the ceiling part 23 may not be provided, or it may replace with the ceiling part 23 and the other structural member may be provided.
  • the openings 24 and 25 shown in FIG. 1 are air holes.
  • an external connection terminal (not shown) for supplying battery output to the outside is installed at the position of the second opening 25. May be.
  • the external connection terminal is a connector, a USB terminal or the like, and is not particularly limited.
  • a plurality of external connection terminals can be provided.
  • the portable device can be directly connected to an external connection terminal provided in the metal-air battery unit 2 to supply power.
  • a connection board such as a USB hub may be connected to an external connection terminal of the metal-air battery unit 2 to supply power to a plurality of portable devices via the connection board.
  • the case 3 shown in FIG. 1 can function as a container that can store an electrolytic solution.
  • the case 3 shown in FIG. Is covered from above the metal-air battery unit 2. Thereby, the metal air battery unit 2 can be protected so that dust and the like do not enter through the openings 24 and 25.
  • the case 3 when the case 3 is covered from above the metal-air battery unit 2, the structure between the case 3 and the metal-air battery unit 2 is held and integrated. At this time, if a handle is attached to the outer surface of the case 3, it is convenient to carry the metal-air battery 1.
  • the outer shape of the case 3 is preferably a similar shape of the metal air battery unit 2 that is slightly larger than the metal air battery unit 2.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the metal-air battery 1 in a state where the case 3 is turned upside down from the state of FIG. 1 and the metal-air battery unit 2 is placed in the case 3 containing the electrolytic solution 5.
  • each metal-air battery cell 22 includes an air electrode 6, a metal electrode 7, and a housing 8. As shown in FIG. 2, the air electrode 6 and the metal electrode 7 are each supported by a housing 8. The air electrode 6 and the metal electrode 7 are disposed to face each other at a predetermined interval in the horizontal direction (left and right direction on the paper surface).
  • the air chamber 10 and the liquid chamber 11 are provided in the housing 8 of each metal-air battery cell 22.
  • the upper part of the air chamber 10 constitutes an opening 10a that is open to the outside. 2 does not show the ceiling portion 23 shown in FIG. Air is guided to the air chamber 10 shown in FIG. 2 from the openings 24 and 25 of the ceiling 23 shown in FIG.
  • the right side surfaces of the air chambers 10 of the left-hand metal air battery cell 22 and the middle metal-air battery cell 22 shown in FIG. is configured on the side surface of the housing 8.
  • each metal air battery cell 22 can be thinned, and the metal air battery unit 2 can be reduced in size.
  • the metal-air battery 1 can be reduced in size.
  • the air electrode 6 is disposed between the air chamber 10 and the liquid chamber 11. At this time, it is preferable that the upper side, the lower side, and the sides of the air electrode 6 are fixedly supported by the housing 8. As shown in FIG. 2, the air electrode 6 is disposed so as to be exposed to both the air chamber 10 and the liquid chamber 11.
  • the metal electrode 7 is disposed at a position away from the air electrode 6 into the liquid chamber 11 by a predetermined distance. As shown in FIG. 2, the upper portion of the metal electrode 7 is fixed to the housing 8, but the lower portion is a free end (unfixed).
  • the bottom 8 a of the housing 8 is provided with a water supply port 13 that leads to the liquid chamber 11. Therefore, as shown in FIG. 2, when the metal-air battery unit 2 is immersed in the case 3 containing the electrolytic solution 5, the electrolytic solution 5 is simultaneously injected into each liquid chamber 11 through the water supply port 13. At this time, as shown in FIG. 2, the water level of the electrolytic solution 5 is below the opening 10 a of the air chamber 10, and the electrolytic solution 5 does not flow into the air chamber 10.
  • the water supply port 13 is provided at the bottom 8a of the housing 8. However, for example, it may be provided at the side 8b of the housing 8, or alternatively, the bottom 8a and the side 8b. You may provide in both. In addition, it is possible to provide the water supply port 13 in the upper part of the housing 8, but in this case, the water supply port 13 needs to be positioned below the opening 10 a of the air chamber 10.
  • a hole for discharging a generated gas such as hydrogen generated by the battery reaction from the liquid chamber 11 to the outside is provided around the metal electrode 7.
  • the water supply port 13 at the bottom 8 a of the housing 8.
  • a plurality of water supply ports 13 can be provided for the bottom 8 a of each metal-air battery cell 22.
  • the number of the water supply ports 13 is not limited.
  • the shape of the water supply port 13 is not limited. For example, even if the structure is provided with a plurality of small holes as shown in FIG. One configuration may be provided.
  • the metal electrode 7 is preferably arranged to face the water supply port 13 provided in the bottom 8 a of the housing 8. Products generated during the oxidation-reduction reaction between the metal electrode 7 and the air electrode 6 are easily released to the case 3 side through the water supply port 13. Thereby, it is possible to suppress the breakage of the electrode and the deterioration of the electrical characteristics due to the product accumulated in each metal-air battery cell 22.
  • the water supply port 13 may be disposed below the side portion 8 b of the housing 8, and the metal electrode 7 may be disposed to face the water supply port 13.
  • the “lower side of the side portion 8b” means the lower half of the height dimension of the side portion 8b, preferably a lower portion of 1/2 or less of the height dimension, more preferably 1/3 or less of the height dimension. This is the lower part. Also by this, the product release effect can be obtained.
  • the metal-air battery unit 2 is placed in the case 3
  • the electrolyte 5 in the case 3 does not reach the upper part of the metal-air battery unit 2, and the electrolyte 5 can be placed in the liquid chamber 11. The position of the water inlet 13 is not questioned.
  • the lower part of the metal electrode 7 is a free end.
  • the metal electrode 7 can be appropriately disposed to face the water supply port 13.
  • the lower part of the metal electrode 7 can be swung by making the lower part of the metal electrode 7 a free end. For this reason, when a product accumulates between the air electrode 6 and the metal electrode 7, the metal electrode 7 can be bent, the pressing force by the product can be relaxed, and the metal electrode 7 and the air electrode 6 can be relaxed. Breakage can be suppressed.
  • the metal-air battery 1 in the present embodiment a plurality of metal-air battery cells 22 having the same structure and having the air electrode 6, the metal electrode 7, and the housing 8 are arranged side by side. Is. Further, as shown in FIG. 2, the air chamber 10 of each metal-air battery cell 22 has a shape in which not only the upper portion but also the side portion away from the liquid chamber 11 (the right side portion in the drawing) is opened. And while arranging the several metal air battery cell 22 in parallel, the side wall part 12 is arrange
  • the metal air battery unit 2 is comprised combining the composite component which comprises the metal air battery cell 22, and two types of components, the side wall part 12.
  • the “composite part” means that it is composed of a plurality of members including an electrode and a casing constituting the metal-air battery cell 22.
  • the metal air battery unit 2 can be formed with a simple structure with few parts.
  • the air chamber 10 in which only the upper part is opened can be appropriately formed in each thin metal-air battery cell 22, and downsizing of the metal-air battery unit 2 including a plurality of metal-air battery cells 22 can be realized.
  • the electrolytic solution 5 is poured into the case 3, and the metal-air battery unit 2 is immersed in the case 3.
  • the electrolytic solution 5 naturally enters the liquid chamber 11 of each metal-air battery cell 22 through the water supply port 13 and fills the liquid chamber 11.
  • the user does not have to inject the electrolyte 5 directly into each metal-air battery cell 22, and only has to put the metal-air battery unit 2 in the case 3 containing the electrolyte 5.
  • the injection of the electrolytic solution 5 into each metal-air battery cell 22 can be simplified.
  • the water supply port 13 which leads to each liquid chamber 11 with respect to the some metal air battery cell 22 can be formed with a simple structure.
  • the metal-air battery unit 2 in which a plurality of metal-air battery cells 22 are arranged side by side can be formed with a simple structure with a small number of parts, and each metal air Injection of the electrolytic solution 5 into the battery cell 22 can be simplified.
  • the metal-air battery unit 2 is pulled up from the state of FIG. 2, and the electrolytic solution 5 is extracted from the liquid chamber 11 of each metal-air battery cell 22 through the water supply port 13, thereby easily generating power. Can be stopped.
  • the case 3 shown in FIG. 1 is a container that can accommodate the electrolytic solution 5. Therefore, the user turns over the case 3 shown in FIG. 1, puts the electrolyte 5 into the case 3, and immerses the metal-air battery unit 2 in the electrolyte 5 in the case 3. In an emergency such as time, the metal-air battery 1 can be used quickly. In addition, it is good to provide the mark used as the standard of the water level of the electrolyte solution 5 put into the case 3. Thereby, the user can put an appropriate amount of the electrolytic solution 5 in the case 3.
  • the container for storing the electrolytic solution 5 may be other than the case 3.
  • each metal-air battery cell 22 may be connected in series or in parallel, and the wiring method is not particularly limited.
  • the metal-air battery 1 in the present embodiment can be applied to either a magnesium-air battery or another metal-air battery.
  • the metal-air battery of the present invention According to the metal-air battery of the present invention, a compact configuration can be achieved even when a plurality of metal-air battery cells are connected, and the injection of the electrolyte can be simplified. Therefore, the metal-air battery unit of the present invention can be effectively applied as an emergency power source in the event of a disaster or the like.

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Abstract

複数の金属空気電池セルを並設した金属空気電池ユニットを、部品点数を少なく簡単な構造で形成でき、且つ、各セルに対する電解液の注入を簡略化できる金属空気電池、及びその使用方法を提供することを目的とする。本発明の金属空気電池（１）は、空気極（６）と、空気極と対向して配置される金属極（７）と、空気極及び前記金属極を支持する筐体（８）と、を有して構成される金属空気電池セル（２２）が複数個、並設された金属空気電池ユニット（２）を備え、各筐体内には、夫々、空気室（１０）及び液室（１１）を含み、空気室は、上部が外部に開放されており、筐体には液室と連通する給水口（１３）が設けられていることを特徴とする。

Description

金属空気電池、及びその使用方法
　本発明は、複数の金属空気電池セルを備えた金属空気電池、及びその使用方法に関する。
　金属空気電池では、正極である空気極において、大気中の酸素を正極活物質として利用し、当該酸素の酸化還元反応が行われる。一方、負極である金属極において、金属の酸化還元反応が行われる。金属空気電池のエネルギー密度は高く、災害時等における非常用電源等の役割として期待されている。電解液を金属空気電池に給水する事で発電が開始される。
　従来においては、様々な金属空気電池の構造が提案されている（例えば、特許文献１から特許文献５）。
　特許文献１によれば、金属極と空気極とを筐体内に組み込んだセルに電解液を注入し、発電させている。
　特許文献２によれば、金属極と空気極とを筐体内に組み込んだセルとは別に、電解液を入れた容器を用意し、セルを容器内に入れることで、電解液をセル内に流入させ発電させている。
　特許文献３によれば、金属極と空気極を備えるセルを、電解液が注入されたタンク内に入れて、金属極及び空気極を電解液に接触させる構成が開示されている。
　特許文献４によれば、縦に長い筐体内を二分する一方の領域に、金属極と空気極とを配置し、一方の領域にのみ電解液を注入する。そして、筐体を上下反転させることで、電解液を他方の領域へ移動させ、電池反応を中断させることができる。
　特許文献５によれば、複数個の金属空気電池セルを連結した金属空気電池が開示されている。各金属空気電池セルには個別に電解液を注入する。
特開２０１６－１３１０６３号公報 特開２０１６－７１９８６号公報 特開昭６２－１７７８７３号公報 特開２０１５－２１０９１０号公報 特開２０１６－１５２１３３号公報
　しかしながら、従来においては、複数の金属空気電池セルを並設した金属空気電池ユニットを、部品点数を少なく簡単な構造で形成でき、且つ、各セルに対する電解液の注入を簡略化した金属空気電池構造については開示されていない。
　特許文献１から特許文献４においては、複数のセルを並設して所望の電気出力を得ようとするものではない。
　すなわち、単セル構造を基本とし、同じ形のセルを組み合わせる構造にはなっていない。例えば、特許文献２では、金属極と空気極とが横方向を向き、上下方向に対向したセル構造である。このようなセル構造にあっては、複数のセルを直列に接続する構造が困難となる。また、例えば、特許文献３においては、内側に２つの空気極が、外側に２つの金属極が設けられたセル構造を備える。しかしながら、特許文献３に示すセルを複数並設するには、セル間の構造に工夫が必要になる等、構造の複雑化が予測される。
　いずれにしても、特許文献１から特許文献４では、複数の金属空気電池セルを並設した金属空気電池ユニットを、部品点数を少なく簡単な構造で形成できない。
　また、特許文献１から特許文献４の構造では、複数のセルを並設したときに、セル間の構造を工夫しなければならない等、大型化しやすい。更に、例えば、特許文献３では、筐体内に電解液を移動させるスペースが必要となり、筐体を、金属極と空気極とを配置するスペースの倍以上の大きさで作成しなければならない。以上により、各特許文献では、金属空気電池の小型化を適切に促進できない。
　また、電解液の注入に関し、特許文献１や特許文献４については、使用者が、セル内に直接、電解液を注入する構成であるため、注入に時間がかかる。また、注入の際に、電解液がセルからこぼれ出るのを防ぐ為、金属空気電池セルのシール性を高める複雑な構造にする必要がある。
　また、特許文献２及び特許文献３では、複数のセルを並設した構造に対し、各セル内に適切に電解液を注入できる構成を確立できない。このため、各セルの電解液に対する注入構造が複雑化したり、或いは、各セルに対し電解液の注入を適切に行うことができない。
　特許文献５については、複数の金属空気電池セルを連結させた構造となっている。しかしながら、特許文献５では、各金属空気電池セルに給水ポートが設けられており、電解液を、複数の金属空気電池セル夫々に給水しなければならず、電解液の注入に時間がかかる。また、特許文献５では、複数の金属空気電池セルの他に筐体や蓋体等が必要であることに加え、各金属空気電池セルごとに電解液を適切に注入できるように、金属空気電池は比較的大型化となる。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、複数の金属空気電池セルを並設した金属空気電池ユニットを、部品点数を少なく簡単な構造で形成でき、且つ、各セルに対する電解液の注入を簡略化できる金属空気電池、及びその使用方法を提供することを目的とする。
　本発明の金属空気電池は、空気極と、前記空気極と対向して配置される金属極と、前記空気極及び前記金属極を支持する筐体と、を有して構成される金属空気電池セルが複数個、並設された金属空気電池ユニットを備え、各筐体内には、夫々、空気室及び液室を含み、前記空気室は、上部が外部に開放されており、前記筐体には、前記液室と連通する給水口が設けられていることを特徴とする。
　本発明では、前記給水口は、前記筐体の底部及び側部の少なくともいずれか一方に設けられることが好ましい。
　本発明では、前記金属極の少なくとも一部は、前記給水口と対向して配置されていることが好ましい。
　本発明では、前記金属極は、下部が、自由端として前記筐体に支持されていることが好ましい。
　本発明では、前記金属空気電池ユニットは、前記金属空気電池セルを構成する複合部品と、側壁部との２種類の部品を組み合わせて構成されることが好ましい。
　本発明では、上記に記載の金属空気電池ユニットと、電解液を収容可能なケースと、を有し、前記金属空気電池ユニットが、前記空気室の開放された上部を上向きにした状態で、前記電解液を収容した前記ケース内に入れられて、前記電解液が、前記給水口を介して前記液室内に注入されることが好ましい。
　本発明の金属空気電池の使用方法は、上記に記載の金属空気電池ユニットを、電解液を収容した容器内に、前記空気室の開放された上部を上向きにした状態で入れて、発電を開始させることを特徴とする。
　本発明では、前記容器内に前記金属空気電池ユニットを入れた状態から引き出して、発電を停止させることができる。
　本発明の金属空気電池によれば、複数の金属空気電池セルを並設した金属空気電池ユニットを、部品点数を少なく簡単な構造で形成でき、且つ、各金属空気電池セルに対する電解液の注入を簡略化できる。
本実施の形態における、金属空気電池の斜視図である。 本実施の形態における、金属空気電池の断面図である。 本実施の形態における、金属空気電池ユニットの底面図である。
　以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
　図１に示すように、金属空気電池１は、金属空気電池ユニット２と、ケース３と、を有して構成される。
　図１に示すように、金属空気電池ユニット２は、例えば、３つの金属空気電池セル２２を並設して構成される。金属空気電池セル２２の数を限定するものでなく、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
　金属空気電池ユニット２は、同じ構造の金属空気電池セル２２を複数組み合わせたものである。金属空気電池セル２２の構造については後で詳述する。
　図１に示すように、３つの金属空気電池セル２２の上面には、天井部２３が取り付けられている。天井部２３には、例えば、上面２３ａに第１の開口部２４が設けられている。また、図１に示すように、天井部２３の側面（図１に示す左側面）には、第２の開口部２５が形成されている。また、図示しないが、天井部２３の裏面や右側面にも、開口部が設けられていてもよい。
　ただし、図１に示す、第１の開口部２４及び第２の開口部２５の数や形成位置は、あくまでも一例である。すなわち、各開口部は１個でもよいし、複数でもよい。また、第１の開口部２４及び第２の開口部２５の少なくとも一方が形成されていない構成とすることもできる。また、天井部２３が設けられていなくてもよく、或いは、天井部２３に代えて、他の構成部材が設けられていてもよい。
　図１に示す各開口部２４、２５は、空気穴であるが、例えば、第２の開口部２５の位置に、電池出力を外部へ供給する外部接続用端子（図示せず）が設置されていてもよい。外部接続用端子は、コネクタであったり、ＵＳＢ端子等であり、特に限定するものではない。外部接続用端子は複数個、設けることができる。例えば、携帯機器を、直接、金属空気電池ユニット２に設けられた外部接続用端子に接続して電力供給することができる。或いは、例えば、ＵＳＢハブ等の接続基板を金属空気電池ユニット２の外部接続用端子に接続し、接続基板を介して複数の携帯機器に電力供給する構成とすることも出来る。
　図１に示すケース３は、後述するように、電解液を収容可能な容器として機能させることができるが、金属空気電池１を使用せずに保管の際は、例えば、図１に示すケース３を、金属空気電池ユニット２の上から被せておく。これにより、塵埃等が開口部２４、２５を介して、入り込まないように、金属空気電池ユニット２を保護することができる。
　また、ケース３を、金属空気電池ユニット２の上から被せた際、ケース３と金属空気電池ユニット２との間が保持されて一体化される構造にできる。このとき、ケース３の外側面に取手を付けておけば、金属空気電池１の持ち運びに便利である。
　ケース３の形状を限定するものでないが、ケース３の外形は、金属空気電池ユニット２よりも一回り大きい金属空気電池ユニット２の相似形状であることが好ましい。
　図２は、ケース３を、図１の状態から上下逆向きにし、電解液５を収容したケース３内に、金属空気電池ユニット２を入れた状態の、金属空気電池１の断面図である。
　図２に示すように、各金属空気電池セル２２は、空気極６と、金属極７と、筐体８とを、有して構成される。図２に示すように、空気極６及び金属極７は、夫々、筐体８に支持されている。空気極６と金属極７とは、横方向（紙面左右方向）に、所定の間隔を空けて対向配置されている。
　図２に示すように、各金属空気電池セル２２の筐体８には、空気室１０と液室１１とが設けられる。図２に示すように、空気室１０の上部は外部に開放された開口部１０ａを構成している。なお、図２には、図１に示す天井部２３を図示していない。空気は、図１に示した天井部２３の各開口部２４、２５から図２に示す空気室１０へ導かれる。
　なお、図２に示す実施の形態では、図示左側の金属空気電池セル２２と図示真ん中の金属空気電池セル２２の各空気室１０の右側面は、夫々、隣り合う右側の金属空気電池セル２２の筐体８の側面で構成される。このように、空気室１０の側面の一部を、隣接する金属空気電池セル２２の筐体８で補うことで、各金属空気電池セル２２を薄型化でき、金属空気電池ユニット２の小型化、ひいては、金属空気電池１の小型化を実現できる。ただし、図２に示す図示右側に位置する金属空気電池セル２２の空気室１０の右側面は、新たに側壁部１２を配置して形成する。
　図２に示すように、空気極６は、空気室１０と液室１１との間に配置されている。このとき、空気極６は、その上部と下部、及び側部の各辺が、筐体８に固定支持されていることが好ましい。図２に示すように、空気極６は、空気室１０及び液室１１の双方に露出した状態で配置されている。
　図２に示すように、金属極７は、空気極６から液室１１内に所定距離だけ離れた位置に配置されている。図２に示すように、金属極７は、その上部が筐体８に固定されるが、下部は、自由端（非固定）とされている。
　図２に示すように、筐体８の底部８ａには、液室１１にまで通じる給水口１３が設けられている。よって、図２に示すように、金属空気電池ユニット２を、電解液５を入れたケース３内に浸すと、電解液５は給水口１３を介して各液室１１内に同時に注入される。このとき、図２に示すように、電解液５の水位は、空気室１０の開口部１０ａよりも下側であり、電解液５が空気室１０内に流れ込むことはない。
　図２に示すように、電解液５が液室１１を満たすと、例えば、金属極７がマグネシウムであるとき、金属極７の近傍においては、下記（１）で示す酸化反応が生じる。また、空気極６においては、下記（２）で示す還元反応が生じる。マグネシウム空気電池全体としては、下記（３）に示す反応が起こり、放電が行われる。
（１）２Ｍｇ　　　　　　　→２Ｍｇ２＋＋４ｅ－
（２）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－　→４ＯＨ－
（３）２Ｍｇ＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ　→２Ｍｇ（ＯＨ）２
　なお、図２に示す実施の形態では、給水口１３を、筐体８の底部８ａに設けたが、例えば、筐体８の側部８ｂに設けてもよく、或いは、底部８ａと側部８ｂの双方に設けてもよい。また、給水口１３を筐体８の上部に設けることも可能であるが、その場合は、給水口１３を、空気室１０の開口部１０ａよりも下側に位置させることが必要である。
　また、図示しないが、金属極７の周辺には、電池反応にて発生した水素等の生成ガスを液室１１から外部へ排出する穴が、設けられている。
　ただし、迅速に、各金属空気電池セル２２の液室１１に電解液５を給水するには、給水口１３を、筐体８の底部８ａに設けることが好ましい。また、図３に示すように、給水口１３を各金属空気電池セル２２の底部８ａに対して複数個、設けることができる。なお、給水口１３の個数を限定するものではない。また、給水口１３の形状を限定するものでなく、例えば、図３に示すように複数の小穴を設けた構造であっても、長穴の給水口１３を各金属空気電池セル２２に少なくも１つ設けた構成であってもよい。
　また、図２に示すように、金属極７は、筐体８の底部８ａに設けられた給水口１３と対向して配置されることが好ましい。金属極７と空気極６の酸化還元反応の際に生じる生成物を、給水口１３を介してケース３側に放出しやすい。これにより、生成物が、各金属空気電池セル２２内に溜まることによる電極の破損や電気特性の劣化を抑制することが可能である。
　また、筐体８の底部８ａ以外でも、例えば、給水口１３を、筐体８の側部８ｂの下側に配置し、金属極７を、給水口１３と対向配置させてもよい。「側部８ｂの下側」とは、側部８ｂの高さ寸法の下半分、好ましくは、高さ寸法の１/２以下の下側部分、より好ましくは、高さ寸法の１/３以下の下側部分である。これによっても、生成物の放出効果を得ることができる。なお、金属空気電池ユニット２を、ケース３内に入れた際に、ケース３内の電解液５が金属空気電池ユニット２上部に到達することなく、電解液５を液室１１に入れることができれば、給水口１３の位置を問うものではない。
　また、図２に示すように、金属極７の下部を自由端としている。これにより、金属極７を適切に給水口１３に対向して配置することができる。また、金属極７の下部を自由端とすることで、金属極７の下部を揺動させることができる。このため、空気極６と金属極７との間に生成物が堆積したときに、金属極７を撓らせることができ、生成物による押圧力を緩和でき、金属極７及び空気極６の破損を抑制することが出来る。
　本実施の形態における金属空気電池１によれば、図１に示すように、空気極６と金属極７と、筐体８とを有する、同じ構造の金属空気電池セル２２を、複数並設したものである。また、図２に示すように、各金属空気電池セル２２の空気室１０は、上部のみならず、液室１１から離れた側の側部（図示右側の側部）を開放した形状とする。そして、複数の金属空気電池セル２２を並設すると共に、一番端の金属空気電池セル２２に対して側壁部１２を配置する。このように、本実施の形態では、金属空気電池ユニット２は、金属空気電池セル２２を構成する複合部品と、側壁部１２との２種類の部品を組み合わせて構成される。なお、「複合部品」とは、金属空気電池セル２２を構成する電極及び筐体を含む複数の部材からなることを意味する。これにより、本実施の形態では、部品点数を少なく簡単な構造で金属空気電池ユニット２を形成できる。また、薄型の各金属空気電池セル２２に、上部のみが開放した空気室１０を適切に形成でき、複数の金属空気電池セル２２を備える金属空気電池ユニット２の小型化を実現できる。
　本実施の形態では、図２に示すように、ケース３に電解液５を注水し、そして、ケース３内に金属空気電池ユニット２を浸す。このとき、電解液５は、自然と給水口１３を介して各金属空気電池セル２２の液室１１内に入り、液室１１を満たす。このように、使用者は、各金属空気電池セル２２に直接、電解液５を注入しなくてもよく、金属空気電池ユニット２を、電解液５を収容したケース３内に入れるだけでよいため、各金属空気電池セル２２に対する電解液５の注入を簡略化できる。また、本実施の形態によれば、複数の金属空気電池セル２２に対して、各液室１１へ通じる給水口１３を簡単な構造で形成できる。
　以上により、本実施の形態の金属空気電池１によれば、複数の金属空気電池セル２２を並設した金属空気電池ユニット２を、部品点数を少なく簡単な構造で形成でき、且つ、各金属空気電池セル２２に対する電解液５の注入を簡略化できる。
　また、本実施の形態では、図２の状態から金属空気電池ユニット２を引き上げ、各金属空気電池セル２２の液室１１から電解液５を、給水口１３を介して抜くことで、発電を簡単に止めることができる。
　本実施の形態では、図１に示すケース３は、電解液５を収容可能な容器である。よって、使用者は、図１に示すケース３をひっくり返して、ケース３内に電解液５を入れ、そして、金属空気電池ユニット２をケース３内の電解液５に浸せば発電するため、災害時等の非常時に、迅速に、金属空気電池１の使用が可能である。なお、ケース３に入れる電解液５の水位の目安となる目印を設けておくとよい。これにより、使用者は、ケース３内に適量の電解液５を入れることができる。
　なお、電解液５を収容する容器としては、ケース３以外であってもよい。
　また、各金属空気電池セル２２の各電極を直列接続しても並列接続してもよく、配線方法を特に限定するものではない。
　また、本実施の形態における金属空気電池１は、マグネシウム空気電池であっても他の金属空気電池であっても適用可能である。
　本発明の金属空気電池によれば、複数の金属空気電池セルを連結してもコンパクトな構成にできるとともに、電解液の注入を簡易化できる。したがって、本発明の金属空気電池ユニットを、災害時等における非常用電源等として有効に適用することが出来る。
　本出願は、２０１７年２月３日出願の特願２０１７－０１８４２７に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (8)

  1. 　空気極と、
    　前記空気極と対向して配置される金属極と、
    　前記空気極及び前記金属極を支持する筐体と、を有して構成される金属空気電池セルが複数個、並設された金属空気電池ユニットを備え、
    　各筐体内には、夫々、空気室及び液室を含み、前記空気室は、上部が外部に開放されており、前記筐体には、前記液室と連通する給水口が設けられていることを特徴とする金属空気電池。
  2. 　前記給水口は、前記筐体の底部及び側部の少なくともいずれか一方に設けられることを特徴とする請求項１に記載の金属空気電池。
  3. 　前記金属極の少なくとも一部は、前記給水口と対向して配置されていることを特徴とする請求項２に記載の金属空気電池。
  4. 　前記金属極は、下部が、自由端として前記筐体に支持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属空気電池。
  5. 　前記金属空気電池ユニットは、前記金属空気電池セルを構成する複合部品と、側壁部との２種類の部品を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属空気電池。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれかに記載の金属空気電池ユニットと、電解液を収容可能なケースと、を有し、
    　前記金属空気電池ユニットが、前記空気室の開放された上部を上向きにした状態で、前記電解液を収容した前記ケース内に入れられて、前記電解液が、前記給水口を介して前記液室内に注入されることを特徴とする金属空気電池。
  7. 　請求項１から請求項５のいずれかに記載の金属空気電池ユニットを、電解液を収容した容器内に、前記空気室の開放された上部を上向きにした状態で入れて、発電を開始させることを特徴とする金属空気電池の使用方法。
  8. 　前記容器内に前記金属空気電池ユニットを入れた状態から引き出して、発電を停止させることを特徴とする請求項７に記載の金属空気電池の使用方法。
     
     
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