JP2016009533A - Electrolyte-supporting structure and metal air battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質担持構造体及び金属空気電池に関する。更に詳細には、本発明は、金属空気電池に適用され、所定の構造を有する電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池に関する。 The present invention relates to an electrolyte carrying structure and a metal-air battery. More specifically, the present invention is applied to a metal-air battery, and relates to an electrolyte-supporting structure having a predetermined structure, and a metal-air battery including the same.
従来、保管中に実質的に劣化せず、水を加えるだけで活性化して最小限の遅延で全電力を配給する、動作延期乾電池が提案されている（特許文献１参照。）。
そして、動作延期乾電池は、電気化学電池システムで使用する乾燥コンポーネント構造であって、複数の乾燥コンポーネントを含み、正極と負極とを含み、この乾燥コンポーネント構造の一端に凝縮電解液の貯槽を有し、液体が凝縮電解液の貯槽に加えられ、電解液が電解液流動管理構造を通して乾燥コンポーネントに導入され、それによって正極と負極間の電気化学反応を起させるものである。
Conventionally, there has been proposed a postponed dry battery that does not substantially deteriorate during storage and is activated by adding water and distributes all power with a minimum delay (see Patent Document 1).
The operation postponed dry battery is a dry component structure used in an electrochemical battery system, includes a plurality of dry components, includes a positive electrode and a negative electrode, and has a reservoir of condensed electrolyte at one end of the dry component structure. , Liquid is added to the reservoir of condensed electrolyte, and the electrolyte is introduced into the dry component through the electrolyte flow management structure, thereby causing an electrochemical reaction between the positive and negative electrodes.
しかしながら、特許文献１に記載された空気電池においては、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することが考慮された構造となっていないため、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することが難しく、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することが困難であるという問題点があった。また、電極表面及び電解液中の少なくとも一方にスラッジが生成し、負極活物質が消費され、放電が停止してしまうという問題もあった。更に、仮に電極の交換を行うとしても、繰り返し使用するたびに、電解液の再調製が必要であるという問題点があった。
However, since the air battery described in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。
そして、本発明は、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することが容易であり、繰り返し使用するときの電解液の再調製を不要にできる電解質担持構造体、及びこれを具備した大容量、長寿命の金属空気電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems of the prior art.
In the present invention, it is easy to remove sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge, or to easily use the air battery by replacing the electrode. It is an object of the present invention to provide an electrolyte-supporting structure that does not require re-preparation of a liquid, and a large-capacity, long-life metal-air battery including the same.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、所定の構造を有する電解質担持構造体とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, it has been found that the above object can be achieved by using an electrolyte-supporting structure having a predetermined structure, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の電解質担持構造体は、金属空気電池の正極層と負極層との間の電解液を保持するための空間に配設されて用いられ、支持電解質と、層状担持部材と、を備え、層状担持部材が、支持電解質を担持しているものである。 That is, the electrolyte supporting structure of the present invention is used by being disposed in a space for holding the electrolyte solution between the positive electrode layer and the negative electrode layer of the metal-air battery, and includes a supporting electrolyte and a layered supporting member. The layered support member supports the supporting electrolyte.
また、本発明の金属空気電池は、上記本発明の電解質担持構造体を具備したものである。 The metal-air battery of the present invention comprises the above-described electrolyte support structure of the present invention.
本発明によれば、金属空気電池の正極層と負極層との間の電解液を保持するための空間に配設されて用いられる電解質担持構造体を、支持電解質と、層状担持部材と、を備え、層状担持部材が、支持電解質を担持している構成とした。
そのため、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することが容易であり、繰り返し使用するときの電解液の再調製を不要にできる電解質担持構造体、及びこれを具備した大容量、長寿命の金属空気電池を提供することができる。
According to the present invention, an electrolyte supporting structure used in a space for holding an electrolyte solution between a positive electrode layer and a negative electrode layer of a metal-air battery is used as a supporting electrolyte and a layered supporting member. The layered support member is configured to support the supporting electrolyte.
Therefore, it is easy to remove sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge, or to replace the electrode and repeatedly use the air battery, and to re-prepare the electrolyte when repeatedly used Can be provided, and a large capacity, long life metal-air battery including the same can be provided.
以下、本発明の一実施形態に係る電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, an electrolyte carrying structure according to an embodiment of the present invention and a metal-air battery including the same will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池について詳細に説明する。
(First embodiment)
First, the electrolyte carrying structure according to the first embodiment and the metal-air battery including the same will be described in detail.
図１は、第１の実施形態に係る金属空気電池を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の金属空気電池１は、正極層５０と、負極層６０と、正極層５０と負極層６０との間の電解液を保持するための空間ｓに配設された電解質担持構造体１０とを具備する。
また、電解質担持構造体１０は、支持電解質２０と、層状担持部材３０とを備える。
そして、層状担持部材３０は、支持電解質２０を均一に担持している。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the metal-air battery according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the metal-
The
The
正極層と負極層との間の電解液を保持するための空間に配設され、層状担持部材と、層状担持部材に担持された支持電解質とを備えた電解質担持構造体を用いると、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方にスラッジが生成し、負極活物質が消費され、放電が停止してしまった後、電解質担持構造体及び電極を交換するだけで、空気電池を繰り返し使用することが容易であり、電解液の再調製を不要にできる。
なお、本実施形態においては、交換作業に要する時間が数分程度となる。
また、支持電解質を層状担持部材に均一に担持し、層状担持部材を電極反応面に対向させて設置することにより、正極や負極などの電極と接触する電解液の濃度が均一となり易く、所望の電池電圧となるまでの到達時間を短縮することができる。
When using an electrolyte carrying structure that is disposed in a space for holding an electrolyte solution between a positive electrode layer and a negative electrode layer and includes a layered carrying member and a supporting electrolyte carried on the layered carrying member, After sludge is generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte, the negative electrode active material is consumed, and the discharge is stopped, the air battery is repeatedly used by simply replacing the electrolyte carrying structure and the electrode. Is easy, and re-preparation of the electrolyte can be eliminated.
In this embodiment, the time required for the replacement work is about several minutes.
In addition, by supporting the supporting electrolyte uniformly on the layered support member and placing the layered support member facing the electrode reaction surface, the concentration of the electrolyte in contact with the electrode such as the positive electrode or the negative electrode tends to be uniform, The arrival time until the battery voltage is reached can be shortened.
ここで、各構成について詳細に説明する。 Here, each configuration will be described in detail.
上記電解質担持構造体１０は、少なくとも層状担持部材３０と、層状担持部材３０に担持された支持電解質２０とを備えるものである。
The
上記支持電解質２０は、金属空気電池に適用される従来公知のものを適宜用いることができる。特に限定されるものではないが、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などを適用することができる。
As the supporting
上記層状担持部材３０は、少なくとも支持電解質２０を担持することができるもの、好ましくは支持電解質２０を均一に担持することができるものであれば、特に限定されるものではない。
層状担持部材としては、例えば、絶縁性多孔質材層や、電解液自体や電解液の溶媒に溶解する可溶材料を含むフィルム層を有するものを好適に用いることができる。これらは１種を単独で適用してもよく、２種以上を組み合わせて適用してもよい。例えば、絶縁性多孔質材層を適用すると、正極層と負極層との短絡のおそれがなく、担持された支持電解質を短時間で溶解することができる。なお、短時間で支持電解質が溶解し易いという観点から、フィルム層についても多孔質であることが好ましい。フィルム層が多孔質であるとフィルム層自体も短時間で溶解し易い。このようなフィルム層は、例えば、フィルム層を形成する際にマスキングを利用するなど従来公知の製造方法で得ることができる。
また、絶縁性多孔質材層の具体例としては、特に限定されるものではないが、絶縁性のメッシュや不織布を挙げることができる。これらは１種を単独で適用してもよく、２種以上を組み合わせて適用してもよい。
更に、フィルムを構成する可溶材料の好適例としては、セルロース系材料、デンプン系材料、ポリビニルアルコール系材料を挙げることができる。これらは１種を単独で適用してもよく、２種以上を組み合わせて適用してもよい。
The
As the layered support member, for example, an insulating porous material layer or a member having a film layer containing a soluble material that dissolves in the electrolyte solution itself or the solvent of the electrolyte solution can be suitably used. These may be applied alone or in combination of two or more. For example, when an insulating porous material layer is applied, there is no fear of a short circuit between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the supported supporting electrolyte can be dissolved in a short time. In addition, it is preferable that a film layer is also porous from a viewpoint that a supporting electrolyte dissolves easily in a short time. When the film layer is porous, the film layer itself is easily dissolved in a short time. Such a film layer can be obtained by a conventionally known production method, for example, using masking when forming the film layer.
In addition, specific examples of the insulating porous material layer are not particularly limited, and examples thereof include an insulating mesh and a nonwoven fabric. These may be applied alone or in combination of two or more.
Furthermore, as a suitable example of the soluble material which comprises a film, a cellulose-type material, a starch-type material, and a polyvinyl alcohol-type material can be mentioned. These may be applied alone or in combination of two or more.
ここで、具体的な電解質担持構造体の構成を図示する。しかしながら、これらに限定されるものでないことは言うまでもない。
図２（Ａ）〜（Ｋ）は、図１に示した電解質担持構造体の構成例を模式的に示す断面図である。
Here, a specific configuration of the electrolyte carrying structure is illustrated. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these.
2A to 2K are cross-sectional views schematically showing a configuration example of the electrolyte carrying structure shown in FIG.
図２（Ａ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ａは、層状担持部材３０の一種である絶縁性多孔質材層３１の一例である不織布３１Ａと、不織布３１Ａの片面に均一に担持された支持電解質２０とを備える。
また、図２（Ｂ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｂは、層状担持部材３０の一種である絶縁性多孔質材層３１の一例である不織布３１Ａと、不織布３１Ａの両面に均一に担持された支持電解質２０とを備える。
更に、図２（Ｃ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｃは、層状担持部材３０の一種である絶縁性多孔質材層３１の一例であるメッシュ３１Ｂと、メッシュ３１Ｂの片面及び開口部内の両方に均一に担持された支持電解質２０とを備える。なお、図示しないが、メッシュと、メッシュの片面若しくは開口部内に均一に担持された支持電解質とを備える電解質担持構造体を適用することもできる。
更に、図２（Ｄ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｄは、層状担持部材３０の一種である絶縁性多孔質材層３１の一例であるメッシュ３１Ｂと、メッシュ３１Ｂの両面及び開口部内の両方に均一に担持された支持電解質２０とを備える。なお、図示しないが、メッシュと、メッシュの両面に均一に担持された支持電解質とを備える電解質担持構造体を適用することもできる。
また、図２（Ｅ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｅは、層状担持部材３０の一例であるフィルム層３２と、フィルム層３２の片面に均一に担持された支持電解質２０とを備える。
更に、図２（Ｆ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｆは、層状担持部材３０の一例であるフィルム層３２と、フィルム層３２の両面に均一に担持された支持電解質２０とを備える。
また、図２（Ｇ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｇは、層状担持部材３０の一例であるフィルム層３２，３２と、それらの間に均一に担持された支持電解質２０とを備える。
更に、図２（Ｈ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｈは、層状担持部材３０の一種である絶縁性多孔質材層３１の一例である不織布３１Ａと、層状担持部材３０の他の一例であるフィルム層３２と、それらの間に均一に担持された支持電解質２０とを備える。
また、図２（Ｉ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｉは、層状担持部材３０の一種である絶縁性多孔質材層３１の一例である不織布３１Ａ及びその両面に均一に担持された支持電解質２０と、層状担持部材３０の他の一例であるフィルム層３２，３２とを備える。そして、不織布３１Ａ及び支持電解質２０は、フィルム層３２，３２の間に配設されている。
更に、図２（Ｊ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｊは、層状担持部材３０の一種である絶縁性多孔質材層３１の一例であるメッシュ３１Ｂと、メッシュ３１Ｂの片面及び開口部内の両方に均一に担持された支持電解質２０と、メッシュ３１Ｂの支持電解質２０が担持された面の反対側の面に配設された層状担持部材３０の他の一例であるフィルム層３２とを備える。
なお、図示しないが、メッシュと、メッシュの片面に均一に担持された支持電解質と、メッシュの支持電解質が担持された面の反対側の面に配設された層状担持部材の他の一例であるフィルム層とを備える電解質担持構造体や、メッシュと、メッシュの開口部内に均一に担持された支持電解質と、メッシュのいずれか一方の面に配設された層状担持部材の他の一例であるフィルム層とを備える電解質担持構造体を適用することもできる。
更にまた、図２（Ｋ）に示すように、第１の電解質担持構造体１１Ｋは、層状担持部材３０の一種である絶縁性多孔質材層３１の一例であるメッシュ３１Ｂと、メッシュ３１Ｂの開口部内に均一に担持された支持電解質２０と、メッシュ３１Ｂの両面に配設された層状担持部材３０の他の一例であるフィルム層３２とを備える。
なお、図示しないが、メッシュと、メッシュの片面に均一に担持された支持電解質と、メッシュの両面に配設された層状担持部材の他の一例であるフィルム層とを備える電解質担持構造体や、メッシュと、メッシュの片面及び開口部内に均一に担持された支持電解質と、メッシュの両面に配設された層状担持部材の他の一例であるフィルム層とを備える電解質担持構造体を適用することもできる。
As shown in FIG. 2A, the first
Further, as shown in FIG. 2B, the first
Further, as shown in FIG. 2C, the first
Further, as shown in FIG. 2D, the first
2E, the first
Further, as shown in FIG. 2F, the first
As shown in FIG. 2G, the first
Further, as shown in FIG. 2 (H), the first
Further, as shown in FIG. 2 (I), the first electrolyte supporting structure 11I is uniformly supported on the
Further, as shown in FIG. 2 (J), the first
Although not shown, it is another example of a mesh, a supporting electrolyte uniformly supported on one side of the mesh, and a layered supporting member disposed on the surface opposite to the surface on which the supporting electrolyte of the mesh is supported. An electrolyte supporting structure including a film layer, a mesh, a supporting electrolyte uniformly supported in an opening of the mesh, and a film which is another example of a layered supporting member disposed on one surface of the mesh An electrolyte carrying structure comprising a layer can also be applied.
Furthermore, as shown in FIG. 2K, the first
Although not shown, an electrolyte supporting structure including a mesh, a supporting electrolyte uniformly supported on one side of the mesh, and a film layer as another example of a layered supporting member disposed on both sides of the mesh, It is also possible to apply an electrolyte supporting structure including a mesh, a supporting electrolyte uniformly supported in one side and an opening of the mesh, and a film layer which is another example of a layered supporting member disposed on both sides of the mesh. it can.
放電開始後や放電終了後に、電解液を保持するための空間に層状担持部材が残らないという観点からは、フィルム層を適用することが好ましい。
具体的には、図２（Ｅ）〜（Ｇ）で示す電解質担持構造体を適用することが好ましい。
また、フィルム層を構成する材料を上述した所定の可溶材料とすることにより、放電により生成することがあるスラッジ源を取り込むことができ、電極を交換する際にスラッジを効率的に除去することや、電解液を保持するための空間に層状担持部材が残らず、交換時に層状担持部材を取り出す必要が無いため、交換作業をさらに短縮することが可能となる。
そして、可溶材料からなるフィルム層を適用する場合には、交換作業に要する時間を数分程度とすることができる。
更に、上述した所定の可溶材料からなるフィルム層を適用する場合にも、交換作業に要する時間を数分程度とすることができる。
From the viewpoint that the layered support member does not remain in the space for holding the electrolytic solution after the start of discharge or after the end of discharge, it is preferable to apply a film layer.
Specifically, it is preferable to apply the electrolyte carrying structure shown in FIGS.
In addition, by using the above-mentioned predetermined soluble material as the material constituting the film layer, it is possible to take in a sludge source that may be generated by discharge, and to efficiently remove sludge when replacing the electrode. In addition, since the layered support member does not remain in the space for holding the electrolytic solution, and it is not necessary to take out the layered support member at the time of replacement, the replacement work can be further shortened.
And when applying the film layer which consists of a soluble material, the time which replacement | exchange operation requires can be made into several minutes.
Furthermore, also when applying the film layer which consists of the predetermined soluble material mentioned above, the time which replacement | exchange operation requires can be made into several minutes.
また、電極と接触する電解液の濃度がより確実に均一となり易いという観点からは、溶解しない材料からなるメッシュや不織布を含むものを適用することが好ましい。
更に、通常、電池反応に寄与しないフィルム層溶解分が電解液中に存在しないという利点もある。
具体的には、図２（Ａ）〜（Ｄ）で示す電解質担持構造体を適用することが好ましい。
また、メッシュや不織布を適用することにより、放電により生成することがあるスラッジを保持することができ、電極を交換する際にスラッジを効率的に除去することが可能となる。
そして、不織布、メッシュ等の絶縁性多孔質材層を適用する場合には、所望の電池電圧となるまでの到達時間を数分程度とすることができる。
なお、メッシュや不織布を可溶材料で構成してもよいことは言うまでもない。
In addition, from the viewpoint that the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode is more likely to be uniform, it is preferable to apply a solution including a mesh or a nonwoven fabric made of a material that does not dissolve.
Furthermore, there is also an advantage that the dissolved part of the film layer that does not normally contribute to the battery reaction is not present in the electrolyte.
Specifically, it is preferable to apply the electrolyte supporting structure shown in FIGS.
Moreover, by applying a mesh or a non-woven fabric, sludge that may be generated by discharge can be retained, and sludge can be efficiently removed when replacing the electrode.
And when applying insulating porous material layers, such as a nonwoven fabric and a mesh, the arrival time until it becomes a desired battery voltage can be made into about several minutes.
Needless to say, the mesh or the nonwoven fabric may be made of a soluble material.
更に、層状担持部材として、メッシュや不織布などの絶縁性多孔質材層と、フィルム層とを含むものを適用すると、上述したそれぞれの好ましい点を併有したものとすることが可能である。
具体的には、図２（Ｈ）〜（Ｋ）で示す電解質担持構造体である。
Furthermore, when a layered support member including an insulating porous material layer such as a mesh or a nonwoven fabric and a film layer is applied, it is possible to have both of the above preferred points.
Specifically, the electrolyte supporting structure shown in FIGS.
更にまた、電極と接触したときに局所的な腐食を起こす可能性がある支持電解質を電極と接触させないように、層状担持部材が、支持電解質を正極層や負極層と非接触状態となるように担持していることが好ましい。
具体的には、図２（Ｇ）〜（Ｉ）で示す電解質担持構造体である。
Furthermore, in order to prevent the supporting electrolyte that may cause local corrosion when in contact with the electrode from coming into contact with the electrode, the layered support member is placed in a non-contact state with the positive electrode layer or the negative electrode layer. It is preferably supported.
Specifically, the electrolyte supporting structure shown in FIGS. 2 (G) to (I).
上記正極層５０は、例えば、触媒成分、必要に応じて添加される、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び触媒成分を結着するバインダを含み、多孔質構造が形成されている。また、図示しないが、正極層における負極層に対向する面と反対側の面には液密通気部材が配設されている。なお、以下において、触媒担体に触媒成分が担持されてなる複合体を「電極触媒」とも称する。
The
触媒成分としては、具体的には、炭素（Ｃ）や、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、これらの合金などから選択することができる。また、触媒成分の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒成分と同様の形状や大きさを採用することができる。なお、本発明においては、これらに限定されるものではなく、金属空気電池に適用される従来公知の触媒成分を適用することができる。 Specific examples of the catalyst component include carbon (C), platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), and tungsten (W). Lead (Pb), iron (Fe), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), vanadium (V), molybdenum (Mo), gallium (Ga), aluminum (Al) It is possible to select from metals such as these and alloys thereof. Further, the shape and size of the catalyst component are not particularly limited, and the same shape and size as those of conventionally known catalyst components can be employed. In addition, in this invention, it is not limited to these, The conventionally well-known catalyst component applied to a metal air battery can be applied.
また、触媒担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、及び触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。触媒担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであることが好ましい。触媒担体としては、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。また、「実質的に炭素原子からなる」とは、２〜３質量％程度以下の不純物の混入が許容され得ることを意味する。更に、触媒担体のサイズについては、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒担体と同様のサイズを採用することができる。なお、本発明においては、これらに限定されるものではなく、金属空気電池に適用される従来公知の触媒担体を適用することができる。 The catalyst carrier functions as a carrier for supporting the above-described catalyst component, and an electron conduction path involved in the transfer of electrons between the catalyst component and other members. Any catalyst carrier may be used as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersion state and sufficient electron conductivity, and the main component is preferably carbon. Specific examples of the catalyst carrier include carbon particles made of carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, artificial graphite, and the like. “The main component is carbon” means that the main component contains carbon atoms, and is a concept that includes both carbon atoms and substantially carbon atoms. Further, “substantially consisting of carbon atoms” means that contamination of about 2 to 3% by mass or less of impurities can be allowed. Furthermore, the size of the catalyst carrier is not particularly limited, and the same size as a conventionally known catalyst carrier can be adopted. In the present invention, the catalyst carrier is not limited to these, and a conventionally known catalyst carrier applied to a metal-air battery can be applied.
更に、バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドを好適に用いることができる。これらのバインダは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なお、本発明においては、これらに限定されるものではなく、金属空気電池に適用される従来公知のバインダを適用することができる。 Further, as the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide can be suitably used. These binders may be used alone or in combination of two or more. In addition, in this invention, it is not limited to these, The conventionally well-known binder applied to a metal air battery can be applied.
また、液密通気部材としては、例えば、撥水部材を好適に用いることができる。撥水部材は、電解液が漏液するのを抑制する一方、多孔質であってガスは比較的容易に流通する構造を有し、正極層上で三相界面を形成して反応性を向上させる機能を有する。このような液密通気部材としては、撥水材を含むものを挙げることができる。撥水材としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾールなどが挙げられる。また、他の撥水材としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）など）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）などのフッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。この中でも、オレフィン系樹脂やフッ素系樹脂が好ましい。これらの撥水材は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 In addition, as the liquid tight ventilation member, for example, a water repellent member can be suitably used. The water-repellent member suppresses leakage of the electrolyte, while being porous and has a structure in which the gas flows relatively easily, and forms a three-phase interface on the positive electrode layer to improve reactivity. It has a function to make it. Examples of such a liquid-tight ventilation member include those containing a water repellent material. Examples of the water repellent material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, polyoxadiazole, and the like. Examples of other water repellent materials include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), olefin resins such as polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), Fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), styrene-butadiene rubber (SBR), poly Examples include acrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), and polystyrene (PS). Of these, olefin resins and fluorine resins are preferable. These water repellent materials may be used alone or in combination of two or more.
上記負極層６０は、負極活物質を含有するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、負極活物質としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）の単体、これらのうちの少なくとも１種を含む合金を好適に用いることができる。なお、合金とは、一般に金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。具体的には、上述の金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものを挙げることができる。また、合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物又は金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあり、本発明においては、いずれであってもよい。また、上述した負極活物質に限定されるものではなく、金属空気電池に適用される従来公知の負極活物質を適用することができる。
The
ここで、上述した電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池の使用−再生サイクルについて一例を挙げて説明する。なお、上記の例において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。 Here, an example of the use-regeneration cycle of the above-described electrolyte-supporting structure and the metal-air battery including the same will be described. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said example, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図３は、本実施形態の金属空気電池の一例の使用−再生サイクルを示すフロー図である。
図３（Ａ）中の１Ａは、放電開始前の金属空気電池を示す。図３（Ａ）に示すように、放電開始前の金属空気電池１Ａに対して、水などの溶媒Ｓを注液すると、第１の電解質担持構造体１１Ｇは、層状担持部材３０の一例であるフィルム層３２，３２と、それらの間に均一に担持された支持電解質２０とを備えるため、図３（Ｂ）に示すように、支持電解質２０が溶解した電解液Ｅにフィルム層３２も溶解して、放電が開始される。
なお、図３（Ｂ）中の１Ｂは放電開始後（使用時）における金属空気電池を示す。そして、放電開始後の金属空気電池１Ｂは、所定の電池電圧に低下するまで放電を継続する。
また、図３（Ｃ）中の１Ｃは放電終了後の金属空気電池を示す。そして、図３（Ｃ）に示すように、放電終了後の金属空気電池１Ｃから、残存した負極６０を脱着する。
更に、図３（Ｄ）中の１Ｄは負極分離後の金属空気電池１Ｄを示す。そして、図３（Ｄ）に示すように、負極分離後の金属空気電池１Ｄに対して、第１の電解質担持構造体１１Ｇ及び負極６０を装着する。これにより、図３（Ａ）に示す放電開始前の金属空気電池１Ａを再生することができる。
上述のように、所定の構造を有する電解質担持構造体を適用することにより、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することが容易であり、繰り返し使用するときの電解液の再調製を不要にできる。
なお、本実施形態においては、交換作業に要する時間が数分程度となる。また、支持電解質を層状担持部材に均一に担持し、電極反応面に対向させて設置することにより、正極や負極などの電極と接触する電解液の濃度が均一となり易く、所望の電池電圧となるまでの到達時間を短縮することができる。
FIG. 3 is a flowchart showing a use-regeneration cycle of an example of the metal-air battery of the present embodiment.
1A in FIG. 3A shows a metal-air battery before the start of discharge. As shown in FIG. 3A, when a solvent S such as water is injected into the metal-
In addition, 1B in FIG.3 (B) shows the metal air battery after discharge start (at the time of use). And the metal-
Moreover, 1C in FIG.3 (C) shows the metal air battery after completion | finish of discharge. Then, as shown in FIG. 3C, the remaining
Further, 1D in FIG. 3D shows the metal-
As described above, by applying an electrolyte-supporting structure having a predetermined structure, sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge can be removed, or the air battery can be repeated by replacing the electrode. It is easy to use, and re-preparation of the electrolytic solution when used repeatedly can be eliminated.
In this embodiment, the time required for the replacement work is about several minutes. Also, by supporting the supporting electrolyte uniformly on the layered supporting member and facing the electrode reaction surface, the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode such as the positive electrode or the negative electrode tends to be uniform, resulting in a desired battery voltage. Can be shortened.
一方、図４は、従来の金属空気電池の一例を示すフロー図である。
図４（Ａ）中の１００Ａは、放電開始前の従来の金属空気電池を示す。図４（Ａ）に示すように、従来の金属空気電池１００Ａは、電解質担持構造体を有さず、電池外部に凝縮電解液貯槽１１０を有する構成が、上述した本実施形態の金属空気電池１Ａと相違する。
そして、図４（Ａ）に示すように、放電開始前の従来の金属空気電池１００Ａに対して、水などの溶媒Ｓを凝縮電解液貯槽１１０の高濃度の電解液Ｅ’に注液すると、凝縮電解液貯槽１１０内で所定の電解液が調製され、図４（Ｂ）に示すように、調製された電解液Ｅが注液され、放電が開始される。
なお、図４（Ｂ）中の１００Ｂは放電開始後（使用時）における従来の金属空気電池を示す。そして、放電開始後の従来の金属空気電池１００Ｂは、所定の電池電圧に低下するまで放電を継続する。
上述のように、所定の構造を有する電解質担持構造体を有さず、凝縮電解液貯槽を電池外部に備えるため、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することが困難である。
On the other hand, FIG. 4 is a flowchart showing an example of a conventional metal-air battery.
4A in FIG. 4A shows a conventional metal-air battery before the start of discharge. As shown in FIG. 4A, the conventional metal-
Then, as shown in FIG. 4 (A), when a solvent S such as water is injected into the high-concentration electrolyte E ′ in the condensed
In addition, 100B in FIG.4 (B) shows the conventional metal air battery after discharge start (at the time of use). And the conventional
As described above, since there is no electrolyte support structure having a predetermined structure and a condensed electrolyte storage tank is provided outside the battery, sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge can be removed. It is difficult to use the air battery repeatedly by exchanging the electrodes.
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池について詳細に説明する。
(Second Embodiment)
Next, the electrolyte carrying structure according to the second embodiment and the metal-air battery including the same will be described in detail.
図５は、第２の実施形態に係る金属空気電池を模式的に示す断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の金属空気電池２は、層状担持部材３０が、負極層６０の片面に配設されて一体化された構造を有する構成が、上述した第１の実施形態の金属空気電池と相違する。
ここで、層状担持部材が負極層の片面に配設されて一体化された構造を有するとは、金属空気電池が組み立てられる際に、正極層と負極層との間の電解液を保持するための空間に配設される電解質担持構造体として、層状担持部材と、層状担持部材に担持された支持電解質と、層状担持部材と片面で一体化された構造を有する負極層とを備えたものを適用することを意味する。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a metal-air battery according to the second embodiment. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said form, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 5, the metal-
Here, the layered support member is disposed on one side of the negative electrode layer and has an integrated structure in order to hold the electrolytic solution between the positive electrode layer and the negative electrode layer when the metal-air battery is assembled. As the electrolyte supporting structure disposed in the space, a layered supporting member, a supporting electrolyte supported on the layered supporting member, and a negative electrode layer having a structure integrated on one side with the layered supporting member are provided. It means to apply.
正極層と負極層との間の電解液を保持するための空間に配設され、層状担持部材と、層状担持部材に担持された支持電解質と、層状担持部材と片面で一体化された構造を有する負極層とを備えた電解質担持構造体を用いると、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することがより容易であり、繰り返し使用するときの電解液の再調製を不要にできる。
なお、本実施形態においても、交換作業に要する時間が数分程度となる。
また、支持電解質を層状担持部材に均一に担持し、電極反応面に対向させて設置することにより、正極や負極などの電極と接触する電解液の濃度が均一となり易く、所望の電池電圧となるまでの到達時間を短縮することができる。
A structure that is disposed in a space for holding an electrolyte solution between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and has a layered support member, a supporting electrolyte supported by the layered support member, and a structure integrated with the layered support member on one side. When using an electrolyte carrying structure having a negative electrode layer, it is possible to remove sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge, or to use an air battery repeatedly by replacing the electrode. It is easy, and re-preparation of the electrolytic solution when used repeatedly can be eliminated.
In this embodiment, the time required for the replacement work is about several minutes.
Also, by supporting the supporting electrolyte uniformly on the layered supporting member and facing the electrode reaction surface, the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode such as the positive electrode or the negative electrode tends to be uniform, resulting in a desired battery voltage. Can be shortened.
ここで、具体的な電解質担持構造体の構成を図示する。しかしながら、これらに限定されるものでないことは言うまでもない。
図６（Ａ）〜（Ｋ）は、図５に示した電解質担持構造体の構成例を模式的に示す断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
Here, a specific configuration of the electrolyte carrying structure is illustrated. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these.
6A to 6K are cross-sectional views schematically showing a configuration example of the electrolyte carrying structure shown in FIG. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said form, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図６（Ａ）〜（Ｋ）に示すように、第２の電解質担持構造体１２Ａ〜１２Ｋは、層状担持部材３０と負極層とが片面で一体化された構造を有することが、上述した第１の電解質担持構造体１１Ａ〜１１Ｋとそれぞれ相違する。
As shown in FIGS. 6A to 6K, the second
放電開始後や放電終了後に、電解液を保持するための空間に層状担持部材が残らないという観点からは、フィルム層を適用することが好ましい。
具体的には、図６（Ｅ）〜（Ｇ）で示す電解質担持構造体を適用することが好ましい。
また、フィルム層を構成する材料を上述した所定の可溶材料とすることにより、放電により生成することがあるスラッジ源を取り込むことができ、電極を交換する際にスラッジを効率的に除去することや、電解液を保持するための空間に層状担持部材が残らず、交換時に層状担持部材を取り出す必要が無いため、交換作業をさらに短縮することが可能となる。
そして、可溶材料からなるフィルム層を適用する場合には、交換作業に要する時間を数分程度とすることができる。更に、上述した所定の可溶材料からなるフィルム層を適用する場合にも、交換作業に要する時間を数分程度とすることができる。
From the viewpoint that the layered support member does not remain in the space for holding the electrolytic solution after the start of discharge or after the end of discharge, it is preferable to apply a film layer.
Specifically, it is preferable to apply the electrolyte carrying structure shown in FIGS.
In addition, by using the above-mentioned predetermined soluble material as the material constituting the film layer, it is possible to take in a sludge source that may be generated by discharge, and to efficiently remove sludge when replacing the electrode. In addition, since the layered support member does not remain in the space for holding the electrolytic solution, and it is not necessary to take out the layered support member at the time of replacement, the replacement work can be further shortened.
And when applying the film layer which consists of a soluble material, the time which replacement | exchange operation requires can be made into several minutes. Furthermore, also when applying the film layer which consists of the predetermined soluble material mentioned above, the time which replacement | exchange operation requires can be made into several minutes.
また、電極と接触する電解液の濃度がより確実に均一となり易いという観点からは、溶解しない材料からなるメッシュや不織布を含むものを適用することが好ましい。
更に、通常、電池反応に寄与しないフィルム層溶解分が電解液中に存在しないという利点もある。
具体的には、図６（Ａ）〜（Ｄ）で示す電解質担持構造体を適用することが好ましい。
また、メッシュや不織布を適用することにより、放電により生成することがあるスラッジを保持することができ、負極を交換する際にスラッジを効率的に除去することが可能となる。
そして、不織布、メッシュ等の絶縁性多孔質材層を適用する場合には、交換作業に要する時間を数分程度とすることができる。
なお、メッシュや不織布を可溶材料で構成してもよいことは言うまでもない。
In addition, from the viewpoint that the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode is more likely to be uniform, it is preferable to apply a solution including a mesh or a nonwoven fabric made of a material that does not dissolve.
Furthermore, there is also an advantage that the dissolved part of the film layer that does not normally contribute to the battery reaction is not present in the electrolyte.
Specifically, it is preferable to apply the electrolyte supporting structure shown in FIGS.
Moreover, by applying a mesh or a non-woven fabric, sludge that may be generated by discharge can be retained, and sludge can be efficiently removed when the negative electrode is replaced.
And when applying insulating porous material layers, such as a nonwoven fabric and a mesh, the time which replacement | exchange operation | work can require can be made into several minutes.
Needless to say, the mesh or the nonwoven fabric may be made of a soluble material.
更に、層状担持部材として、メッシュや不織布などの絶縁性多孔質材層と、フィルム層とを含むものを適用すると、上述したそれぞれの好ましい点を併有したものとすることが可能である。
具体的には、図６（Ｈ）〜（Ｋ）で示す電解質担持構造体である。
Furthermore, when a layered support member including an insulating porous material layer such as a mesh or a nonwoven fabric and a film layer is applied, it is possible to have both of the above preferred points.
Specifically, the electrolyte supporting structure shown in FIGS. 6 (H) to (K).
また、負極に局所的な腐食を起こす可能性がある支持電解質を負極と接触させないように、層状担持部材が、支持電解質を負極層と非接触状態となるように担持していることが好ましい。
具体的には、図６（Ａ）、（Ｅ）、（Ｇ）〜（Ｋ）で示す電解質担持構造体である。
Moreover, it is preferable that the layered supporting member supports the supporting electrolyte so as not to be in contact with the negative electrode layer so that the supporting electrolyte that may cause local corrosion of the negative electrode is not brought into contact with the negative electrode.
Specifically, it is an electrolyte carrying structure shown in FIGS. 6 (A), (E), (G) to (K).
更に、負極層の反応面を確保するという観点から、負極層が電解液や電解液の溶媒に溶解する可溶材料を含むフィルム層と接触しており、不織布、メッシュ等の絶縁性多孔質材層と接触していないことが好ましい。
具体的には、図６（Ｇ）〜（Ｋ）で示す電解質担持構造体である。なお、図６（Ｅ）で示す電解質担持構造体を含めることもできる。
Furthermore, from the viewpoint of securing the reaction surface of the negative electrode layer, the negative electrode layer is in contact with the film layer containing a soluble material that dissolves in the electrolytic solution or the solvent of the electrolytic solution, and an insulating porous material such as a nonwoven fabric or a mesh Preferably it is not in contact with the layer.
Specifically, the electrolyte supporting structure shown in FIGS. 6 (G) to 6 (K). Note that the electrolyte supporting structure shown in FIG. 6E can also be included.
ここで、上述した電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池の使用−再生サイクルについて一例を挙げて説明する。なお、上記の例において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。 Here, an example of the use-regeneration cycle of the above-described electrolyte-supporting structure and the metal-air battery including the same will be described. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said example, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図７は、本実施形態の金属空気電池の一例の使用−再生サイクルを示すフロー図である。
図７（Ａ）中の２Ａは、放電開始前の金属空気電池を示す。図７（Ａ）に示すように、放電開始前の金属空気電池２Ａに対して、水などの溶媒Ｓを注液すると、第２の電解質担持構造体１２Ｇは、層状担持部材３０の一例であるフィルム層３２，３２と、それらの間に均一に担持された支持電解質２０とを備えるため、図７（Ｂ）に示すように、支持電解質２０が溶解した電解液Ｅにフィルム層３２も溶解して、放電が開始される。
なお、図７（Ｂ）中の２Ｂは放電開始後（使用時）における金属空気電池を示す。そして、放電開始後の金属空気電池２Ｂは、所定の電池電圧に低下するまで放電を継続する。
また、図７（Ｃ）中の２Ｃは放電終了後の金属空気電池を示す。そして、図７（Ｃ）に示すように、放電終了後の金属空気電池２Ｃから、残存した負極６０を脱着する。
更に、図７（Ｄ）中の２Ｄは負極分離後の金属空気電池を示す。そして、図７（Ｄ）に示すように、負極分離後の金属空気電池２Ｄに対して、第２の電解質担持構造体１２Ｇを装着する。これにより、図７（Ａ）に示す放電開始前の金属空気電池２Ａを再生することができる。
上述のように、負極層と片面で一体化した所定の構造を有する電解質担持構造体を適用することにより、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することが容易であり、繰り返し使用するときの電解液の再調製を不要にできる。
なお、本実施形態においては、交換作業に要する時間が数分程度となる。
また、支持電解質を層状担持部材に均一に担持し、電極反応面に対向させて設置することにより、正極や負極などの電極と接触する電解液の濃度が均一となり易く、所望の電池電圧となるまでの到達時間を短縮することができる。
FIG. 7 is a flowchart showing a use-regeneration cycle of an example of the metal-air battery of the present embodiment.
2A in FIG. 7 (A) shows the metal air battery before the start of discharge. As shown in FIG. 7A, when a solvent S such as water is injected into the metal-
In addition, 2B in FIG.7 (B) shows the metal air battery after discharge start (at the time of use). And the metal-
Moreover, 2C in FIG.7 (C) shows the metal air battery after completion | finish of discharge. Then, as shown in FIG. 7C, the remaining
Further, 2D in FIG. 7D shows the metal-air battery after separation of the negative electrode. Then, as shown in FIG. 7D, the second
As described above, by applying an electrolyte carrying structure having a predetermined structure integrated with the negative electrode layer on one side, it is possible to remove sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge, It is easy to use the air battery repeatedly by exchanging the battery, and it is possible to eliminate the need for re-preparation of the electrolyte when repeatedly used.
In this embodiment, the time required for the replacement work is about several minutes.
Also, by supporting the supporting electrolyte uniformly on the layered supporting member and facing the electrode reaction surface, the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode such as the positive electrode or the negative electrode tends to be uniform, resulting in a desired battery voltage. Can be shortened.
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池について詳細に説明する。
(Third embodiment)
Next, the electrolyte carrying structure according to the third embodiment and the metal-air battery including the same will be described in detail.
図８は、第３の実施形態に係る金属空気電池を模式的に示す断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態の金属空気電池３は、２つの正極層５０，５０と、負極層６０と、正極層５０，５０と負極層６０との間の電解液を保持するための空間ｓに配設された電解質担持構造体１０とを具備し、層状担持部材３０が、負極層６０の両面に配設されて一体化された構造を有する構成が、上述した第１の実施形態の金属空気電池と相違する。
ここで、層状担持部材が負極層の両面に配設されて一体化された構造を有するとは、金属空気電池が組み立てられる際に、正極層と正極層との間の電解液を保持するための空間に配設される電解質担持構造体として、層状担持部材と、層状担持部材に担持された支持電解質と、層状担持部材と両面で一体化された構造を有する負極層とを備えたものを適用することを意味する。
なお、２つの正極と、これらの間に配設される１つの負極とを備え、負極の両面を電極反応面とする構造は、バイセル構造と呼ばれることがある。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a metal-air battery according to the third embodiment. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said form, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 8, the metal-air battery 3 of the present embodiment holds two positive electrode layers 50, 50, a
Here, having a structure in which the layered support member is disposed on both sides of the negative electrode layer and integrated is to hold the electrolyte solution between the positive electrode layer and the positive electrode layer when the metal-air battery is assembled. As the electrolyte supporting structure disposed in the space, a layered supporting member, a supporting electrolyte supported on the layered supporting member, and a negative electrode layer having a structure integrated on both sides with the layered supporting member are provided. It means to apply.
Note that a structure including two positive electrodes and one negative electrode disposed therebetween and having both surfaces of the negative electrode as electrode reaction surfaces may be referred to as a bi-cell structure.
正極層と負極層との間の電解液を保持するための空間に配設され、層状担持部材と、層状担持部材に担持された支持電解質と、層状担持部材と両面で一体化された構造を有する負極層とを備えた電解質担持構造体を用いると、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することがより容易であり、繰り返し使用するときの電解液の再調製を不要にできる。
なお、本実施形態においても、交換作業に要する時間が数分程度となる。
また、支持電解質を層状担持部材に均一に担持し、電極反応面に対向させて設置することにより、正極や負極などの電極と接触する電解液の濃度が均一となり易く、所望の電池電圧となるまでの到達時間を短縮することができる。
更に、バイセル構造を有する場合、負極を交換して電池を繰り返し使用する構成とし易く、電極の交換や、放電の際に生成することがあるスラッジの除去に必要となる時間をより短縮することができる。
Arranged in a space for holding the electrolyte solution between the positive electrode layer and the negative electrode layer, a layered support member, a supporting electrolyte supported by the layered support member, and a structure in which the layered support member is integrated on both sides When using an electrolyte carrying structure having a negative electrode layer, it is possible to remove sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge, or to use an air battery repeatedly by replacing the electrode. It is easy, and re-preparation of the electrolytic solution when used repeatedly can be eliminated.
In this embodiment, the time required for the replacement work is about several minutes.
Also, by supporting the supporting electrolyte uniformly on the layered supporting member and facing the electrode reaction surface, the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode such as the positive electrode or the negative electrode tends to be uniform, resulting in a desired battery voltage. Can be shortened.
Furthermore, when it has a bi-cell structure, it is easy to adopt a configuration in which the negative electrode is replaced and the battery is repeatedly used, and the time required for electrode replacement and removal of sludge that may be generated during discharge may be further shortened. it can.
ここで、具体的な電解質担持構造体の構成を図示する。しかしながら、これらに限定されるものでないことは言うまでもない。
図９（Ａ）〜（Ｋ）は、図８に示した電解質担持構造体の構成例を模式的に示す断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
Here, a specific configuration of the electrolyte carrying structure is illustrated. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these.
9A to 9K are cross-sectional views schematically showing a configuration example of the electrolyte carrying structure shown in FIG. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said form, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図９（Ａ）〜（Ｋ）に示すように、第３の電解質担持構造体１３Ａ〜１３Ｋは、層状担持部材３０と負極層６０とが両面で一体化された構造を有することが、上述した第１の電解質担持構造体１１Ａ〜１１Ｋとそれぞれ相違する。
As shown in FIGS. 9A to 9K, the third
放電開始後や放電終了後に、電解液を保持するための空間に層状担持部材が残らないという観点からは、フィルム層を適用することが好ましい。
具体的には、図９（Ｅ）〜（Ｇ）で示す電解質担持構造体を適用することが好ましい。
また、フィルム層を構成する材料を上述した所定の可溶材料とすることにより、放電により生成することがあるスラッジ源を取り込むことができ、電極を交換する際にスラッジを効率的に除去することや、電解液を保持するための空間に層状担持部材が残らず、交換時に層状担持部材を取り出す必要がないため、交換作業をさらに短縮することが可能となる。
そして、可溶材料からなるフィルム層を適用する場合には、交換作業に要する時間を数分程度とすることができる。更に、上述した所定の可溶材料からなるフィルム層を適用する場合にも、交換作業に要する時間を数分程度とすることができる。
From the viewpoint that the layered support member does not remain in the space for holding the electrolytic solution after the start of discharge or after the end of discharge, it is preferable to apply a film layer.
Specifically, it is preferable to apply the electrolyte supporting structure shown in FIGS.
In addition, by using the above-mentioned predetermined soluble material as the material constituting the film layer, it is possible to take in a sludge source that may be generated by discharge, and to efficiently remove sludge when replacing the electrode. In addition, since the layered support member does not remain in the space for holding the electrolytic solution, and it is not necessary to take out the layered support member at the time of replacement, the replacement work can be further shortened.
And when applying the film layer which consists of a soluble material, the time which replacement | exchange operation requires can be made into several minutes. Furthermore, also when applying the film layer which consists of the predetermined soluble material mentioned above, the time which replacement | exchange operation requires can be made into several minutes.
また、電極と接触する電解液の濃度がより確実に均一となり易いという観点からは、溶解しない材料からなるメッシュや不織布を含むものを適用することが好ましい。
更に、通常、電池反応に寄与しないフィルム層溶解分が電解液中に存在しないという利点もある。
具体的には、図９（Ａ）〜（Ｄ）で示す電解質担持構造体を適用することが好ましい。
また、メッシュや不織布を適用することにより、放電により生成することがあるスラッジを保持することができ、負極を交換する際にスラッジを効率的に除去することが可能となる。
そして、不織布、メッシュ等の絶縁性多孔質材層を適用する場合には、交換作業に要する時間を数分程度とすることができる。
なお、メッシュや不織布を可溶材料で構成してもよいことは言うまでもない。
In addition, from the viewpoint that the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode is more likely to be uniform, it is preferable to apply a solution including a mesh or a nonwoven fabric made of a material that does not dissolve.
Furthermore, there is also an advantage that the dissolved part of the film layer that does not normally contribute to the battery reaction is not present in the electrolyte.
Specifically, it is preferable to apply the electrolyte supporting structure shown in FIGS.
Moreover, by applying a mesh or a non-woven fabric, sludge that may be generated by discharge can be retained, and sludge can be efficiently removed when the negative electrode is replaced.
And when applying insulating porous material layers, such as a nonwoven fabric and a mesh, the time which replacement | exchange operation | work can require can be made into several minutes.
Needless to say, the mesh or the nonwoven fabric may be made of a soluble material.
更に、層状担持部材として、メッシュや不織布などの絶縁性多孔質材層と、フィルム層とを含むものを適用すると、上述したそれぞれの好ましい点を併有したものとすることが可能である。
具体的には、図９（Ｈ）〜（Ｋ）で示す電解質担持構造体である。
Furthermore, when a layered support member including an insulating porous material layer such as a mesh or a nonwoven fabric and a film layer is applied, it is possible to have both of the above preferred points.
Specifically, the electrolyte supporting structure shown in FIGS. 9 (H) to (K).
また、負極に局所的な腐食を起こす可能性がある支持電解質を負極と接触させないように、層状担持部材が、支持電解質を負極層と非接触状態となるように担持していることが好ましい。
具体的には、図９（Ａ）、（Ｅ）、（Ｇ）〜（Ｋ）で示す電解質担持構造体である。
Moreover, it is preferable that the layered supporting member supports the supporting electrolyte so as not to be in contact with the negative electrode layer so that the supporting electrolyte that may cause local corrosion of the negative electrode is not brought into contact with the negative electrode.
Specifically, the electrolyte supporting structure shown in FIGS. 9A, 9E, and 9G to 9K.
更に、負極層の反応面を確保するという観点から、負極層が電解液や電解液の溶媒に溶解する可溶材料を含むフィルム層と接触しており、不織布、メッシュ等の絶縁性多孔質材層と接触していないことが好ましい。
具体的には、図９（Ｇ）〜（Ｋ）で示す電解質担持構造体である。なお、図９（Ｅ）で示す電解質担持構造体を含めることもできる。
Furthermore, from the viewpoint of securing the reaction surface of the negative electrode layer, the negative electrode layer is in contact with the film layer containing a soluble material that dissolves in the electrolytic solution or the solvent of the electrolytic solution, and an insulating porous material such as a nonwoven fabric or a mesh Preferably it is not in contact with the layer.
Specifically, the electrolyte supporting structure shown in FIGS. 9 (G) to 9 (K). Note that the electrolyte carrying structure shown in FIG. 9E can also be included.
ここで、上述した電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池の使用−再生サイクルについて一例を挙げて説明する。なお、上記の例において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。 Here, an example of the use-regeneration cycle of the above-described electrolyte-supporting structure and the metal-air battery including the same will be described. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said example, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図１０は、本実施形態の金属空気電池の一例の使用−再生サイクルを示すフロー図である。
図１０（Ａ）中の３Ａは、放電開始前の金属空気電池を示す。図１０（Ａ）に示すように、放電開始前の金属空気電池３Ａに対して、水などの溶媒Ｓを注液すると、第３の電解質担持構造体１３Ｇは、層状担持部材３０の一例であるフィルム層３２，３２と、それらの間に均一に担持された支持電解質２０とを備えるため、図１０（Ｂ）に示すように、支持電解質２０が溶解した電解液Ｅにフィルム層３２も溶解して、放電が開始される。
なお、図１０（Ｂ）中の３Ｂは放電開始後（使用時）における金属空気電池を示す。そして、放電開始後の金属空気電池３Ｂは、所定の電池電圧に低下するまで放電を継続する。
また、図１０（Ｃ）中の３Ｃは放電終了後の金属空気電池を示す。そして、図１０（Ｃ）に示すように、放電終了後の金属空気電池３Ｃから、残存した負極６０を脱着する。
更に、図１０（Ｄ）中の３Ｄは負極分離後の金属空気電池を示す。そして、図１０（Ｄ）に示すように、負極分離後の金属空気電池３Ｄに対して、第３の電解質担持構造体１３Ｇを装着する。これにより、図１０（Ａ）に示す放電開始前の金属空気電池３Ａを再生することができる。
上述のように、負極層と両面で一体化した所定の構造を有する電解質担持構造体を適用することにより、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、電極を交換して空気電池を繰り返し使用することが容易であり、繰り返し使用するときの電解液の再調製を不要にできる。
なお、本実施形態においては、交換作業に要する時間が数分程度となる。
また、支持電解質を層状担持部材に均一に担持し、電極反応面に対向させて設置することにより、正極や負極などの電極と接触する電解液の濃度が均一となり易く、所望の電池電圧となるまでの到達時間を短縮することができる。
更に、バイセル構造を有し、負極を交換して電池を繰り返し使用する構成とし易く、電極の交換や、放電の際に生成することがあるスラッジの除去に必要となる時間をより短縮することができる。
FIG. 10 is a flowchart showing a use-regeneration cycle of an example of the metal-air battery of the present embodiment.
3A in FIG. 10A shows a metal-air battery before the start of discharge. As shown in FIG. 10A, when the solvent S such as water is injected into the metal-
In addition, 3B in FIG.10 (B) shows the metal air battery after discharge start (at the time of use). And the metal-
Moreover, 3C in FIG.10 (C) shows the metal air battery after completion | finish of discharge. Then, as shown in FIG. 10C, the remaining
Further, 3D in FIG. 10D shows the metal-air battery after separation of the negative electrode. Then, as shown in FIG. 10D, the third
As described above, by applying an electrolyte carrying structure having a predetermined structure integrated with the negative electrode layer on both sides, it is possible to remove sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge, It is easy to use the air battery repeatedly by exchanging the battery, and it is possible to eliminate the need for re-preparation of the electrolyte when repeatedly used.
In this embodiment, the time required for the replacement work is about several minutes.
Also, by supporting the supporting electrolyte uniformly on the layered supporting member and facing the electrode reaction surface, the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode such as the positive electrode or the negative electrode tends to be uniform, resulting in a desired battery voltage. Can be shortened.
Furthermore, it has a bi-cell structure, and it is easy to adopt a configuration in which the battery is repeatedly used by replacing the negative electrode, and the time required for electrode replacement and removal of sludge that may be generated during discharge may be further shortened. it can.
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る電解質担持構造体、及びこれを具備した金属空気電池について詳細に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, the electrolyte carrying structure according to the fourth embodiment and the metal-air battery including the same will be described in detail.
図１１は、第４の実施形態に係る金属空気電池を模式的に示す断面図である。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、本実施形態の金属空気電池４は、層状担持部材３０が、正極層５０の片面に配設されて一体化された構造を有する構成が、上述した第１の実施形態の金属空気電池と相違する。
ここで、層状担持部材が正極層の片面に配設されて一体化された構造を有するとは、金属空気電池が組み立てられる際に、正極層と負極層との間の電解液を保持するための空間に配設される電解質担持構造体として、層状担持部材と、層状担持部材に均一に担持された支持電解質と、層状担持部材と両面で一体化された構造を有する正極層とを備えたものを適用することを意味する。
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a metal-air battery according to the fourth embodiment. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said form, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 11, the metal-air battery 4 of the present embodiment has the structure in which the
Here, the layered support member is disposed on one side of the positive electrode layer and has an integrated structure in order to hold the electrolytic solution between the positive electrode layer and the negative electrode layer when the metal-air battery is assembled. As the electrolyte supporting structure disposed in the space, a layered supporting member, a supporting electrolyte uniformly supported on the layered supporting member, and a positive electrode layer having a structure integrated with both sides of the layered supporting member are provided. Means applying things.
正極層と負極層との間の電解液を保持するための空間に配設され、層状担持部材と、層状担持部材に担持された支持電解質と、層状担持部材と片面で一体化された構造を有する正極層とを備えた電解質担持構造体を用いると、放電に際して電極表面及び電解液中の少なくとも一方に生成するスラッジを除去することや、機会は少ないが、正極を交換して空気電池を繰り返し使用することが更に容易であり、繰り返し使用するときの電解液の再調製を不要にできる。
なお、本実施形態においても、交換作業に要する時間が数分程度となる。
また、支持電解質を層状担持部材に均一に担持し、電極反応面に対向させて設置することにより、正極や負極などの電極と接触する電解液の濃度が均一となり易く、所望の電池電圧となるまでの到達時間を短縮することができる。
A structure that is disposed in a space for holding an electrolyte solution between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and has a layered support member, a supporting electrolyte supported by the layered support member, and a structure integrated with the layered support member on one side. When using an electrolyte-supporting structure having a positive electrode layer, it is possible to remove sludge generated on at least one of the electrode surface and the electrolyte during discharge, or to replace the positive electrode and repeat the air battery, although there are few opportunities It is easier to use, and re-preparation of the electrolytic solution when used repeatedly can be eliminated.
In this embodiment, the time required for the replacement work is about several minutes.
Also, by supporting the supporting electrolyte uniformly on the layered supporting member and facing the electrode reaction surface, the concentration of the electrolytic solution in contact with the electrode such as the positive electrode or the negative electrode tends to be uniform, resulting in a desired battery voltage. Can be shortened.
なお、本実施形態においては、具体的な電解質担持構造体の構成や、金属空気電池の使用方法については図示して説明しないが、負極層と正極層とが異なるだけで、第２の実施形態とほぼ同様である。 In the present embodiment, a specific configuration of the electrolyte carrying structure and a method of using the metal-air battery are not illustrated and described, but the second embodiment is different only in the negative electrode layer and the positive electrode layer. Is almost the same.
以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by some embodiment, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
例えば、上述した各実施形態に記載した構成は、実施形態毎に限定されるものではなく、例えば、電解質担持構造体の細部や、電解質担持構造体と正極層や負極層との配置を変更したり、各実施形態の構成を上述した各実施形態以外の組み合わせにしたりすることができる。 For example, the configuration described in each of the above-described embodiments is not limited to each embodiment. For example, the details of the electrolyte-supporting structure and the arrangement of the electrolyte-supporting structure, the positive electrode layer, and the negative electrode layer are changed. Alternatively, the configuration of each embodiment can be combined with other than the above-described embodiments.
また、例えば、上述した実施形態においては、１つの正極層と１つの負極層とから構成されるモノセル構造や２つの正極層と１つの負極層とから構成されるバイセル構造を有する金属空気電池を例示して説明したが、モノセル構造の金属空気電池やバイセル構造の金属空気電池を複数組み合わせた構造を有する金属空気電池に対しても、本発明を適用することができる。 Further, for example, in the above-described embodiment, a metal-air battery having a monocell structure composed of one positive electrode layer and one negative electrode layer or a bicell structure composed of two positive electrode layers and one negative electrode layer is used. Although illustrated and described, the present invention can also be applied to a metal-air battery having a structure in which a plurality of metal-cell batteries having a monocell structure or a bi-cell structure are combined.
１，１Ａ〜１Ｄ，２，２Ａ〜２Ｄ，３，３Ａ〜３Ｄ，４，１００Ａ〜１００Ｂ 金属空気電池
１０ 電解質担持構造体
１１Ａ〜１１Ｋ 第１の電解質担持構造体
１２Ａ〜１２Ｋ 第２の電解質担持構造体
１３Ａ〜１３Ｋ 第３の電解質担持構造体
２０ 支持電解質
３０ 層状担持部材
３１ 絶縁性多孔質材層
３１Ａ 不織布
３１Ｂ メッシュ
３２ フィルム層
５０ 正極層
６０ 負極層
１１０ 凝縮電解液貯槽
Ｅ，Ｅ’ 電解液
Ｓ 溶媒
ｓ 空間
1, 1A to 1D, 2, 2A to 2D, 3, 3A to 3D, 4, 100A to 100B Metal-
Claims (11)
支持電解質と、
層状担持部材と、を備え、
上記層状担持部材が、上記支持電解質を担持している
ことを特徴とする電解質担持構造体。 Used in the space for holding the electrolyte solution between the positive electrode layer and the negative electrode layer of the metal-air battery,
A supporting electrolyte;
A layered support member,
An electrolyte supporting structure, wherein the layered supporting member supports the supporting electrolyte.
上記層状担持部材が、絶縁性多孔質材層と、上記電解液又は該電解液の溶媒に溶解する可溶材料を含むフィルム層と、を含み、
上記正極層又は上記負極層が、上記フィルム層と接触しており、かつ、上記絶縁性多孔質材層と接触していない
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の電解質担持構造体。 Further comprising the positive electrode layer or the negative electrode layer having a structure integrated with the layered support member,
The layered support member includes an insulating porous material layer, and a film layer containing a soluble material that dissolves in the electrolyte or the solvent of the electrolyte,
The positive electrode layer or the negative electrode layer is in contact with the film layer and is not in contact with the insulating porous material layer. An electrolyte supporting structure.
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