JP2016085789A - 金属燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池容器や正極を、容易に再利用することが可能な金属燃料電池を提供する。
【解決手段】電池容器に電解液が収容される。正極端子に電気的に接続された空気極が、電池容器内の電解液に接触している。負極端子に電気的に接続された金属負極が、電池容器内の電解液に浸漬されている。捕獲構造物が、電池容器に対して着脱可能に取り付けられている。捕獲構造物は、金属負極の酸化反応によって生成される固体の反応生成物を捕獲し、捕獲された反応生成物とともに、電池容器から取り外される。
【選択図】図1
【解決手段】電池容器に電解液が収容される。正極端子に電気的に接続された空気極が、電池容器内の電解液に接触している。負極端子に電気的に接続された金属負極が、電池容器内の電解液に浸漬されている。捕獲構造物が、電池容器に対して着脱可能に取り付けられている。捕獲構造物は、金属負極の酸化反応によって生成される固体の反応生成物を捕獲し、捕獲された反応生成物とともに、電池容器から取り外される。
【選択図】図1
Description
本発明は、酸素を正極活物質として利用する金属燃料電池に関する。
リチウムイオン電池に代わる次世代高容量電池として、マグネシウム燃料電池(マグネシウム空気電池)が注目されている。下記の特許文献1に開示されたマグネシウム燃料電池においては、金属負極として、アルミニウムとカルシウムとを含むマグネシウム合金が用いられる。これにより、負極材の自己放電を防止できる。
マグネシウム燃料電池の正極及び負極で酸化還元反応が進むと、マグネシウムからなる負極が電解液中に溶解する。従って、反応が進むにしたがって、負極が小さくなる。小さくなった負極を電池容器から取り出し、新たな負極を挿入することにより、発電を継続することができる。必要に応じて、負極とともに電解液も交換される。電池容器、正極等は再利用することが可能である。
負極の金属マグネシウムが酸化されると、水酸化マグネシウム等の反応生成物が生成される。一部の反応生成物は、微粒子状またはゲル状になって電解液内に沈殿する。反応後の負極を電解液から取り出しても、反応生成物はそのまま電解液中に残存する。電池容器や正極を再利用するためには、電解液に残存する反応生成物を、洗浄して除去しなければならない。
本発明の目的は、電池容器や正極を、容易に再利用することが可能な金属燃料電池を提供することである。
本発明の一観点によると、
電解液を収容する電池容器と、
正極端子及び負極端子と、
前記電池容器内の前記電解液に接触し、前記正極端子に電気的に接続された空気極と、
前記電池容器内の前記電解液に浸漬され、前記負極端子に電気的に接続された金属負極と、
前記電池容器に対して着脱可能に取り付けられた捕獲構造物と
を有し、
前記捕獲構造物は、前記金属負極の酸化反応によって生成される固体の反応生成物を捕獲し、捕獲された前記反応生成物とともに、前記電池容器から取り外される金属燃料電池が提供される。
電解液を収容する電池容器と、
正極端子及び負極端子と、
前記電池容器内の前記電解液に接触し、前記正極端子に電気的に接続された空気極と、
前記電池容器内の前記電解液に浸漬され、前記負極端子に電気的に接続された金属負極と、
前記電池容器に対して着脱可能に取り付けられた捕獲構造物と
を有し、
前記捕獲構造物は、前記金属負極の酸化反応によって生成される固体の反応生成物を捕獲し、捕獲された前記反応生成物とともに、前記電池容器から取り外される金属燃料電池が提供される。
捕獲構造物を電池容器から取り外すことにより、捕獲構造物に捕獲されている反応生成物を、電池容器内の電解液から容易に分離することができる。このため、電池容器や空気極を、容易に再利用することが可能である。
図1に、実施例による金属燃料電池の断面図を示す。電池容器10の側面に開口部11が設けられている。開口部11が、空気極(カソード)12で塞がれており、空気極12は電池容器10の外部に露出している。電池容器10内に電解液14が収容されており、空気極12は、電解液14に接触する。電解液14に、金属負極(アノード)13が浸漬されている。電池容器10の上方の開口部が蓋15で塞がれている。金属負極13が、取付具16によって蓋15に固定されている。蓋15及び取付具16からなる支持部材20によって、金属負極13が電池容器10に対して支持されている。
取付具16は金属等の導電性材料で形成されており、支持部材20の一部を構成するとともに、電流経路としても機能する。負極端子18が取付具16に接続されることにより、金属負極13に電気的に接続される。正極端子17が空気極12に電気的に接続される。
金属負極13は捕獲構造物19に収容されている。捕獲構造物19は金属負極13とともに電解液14に浸漬される。捕獲構造物19として、例えば上方が開放された袋が用いられる。金属負極13は、この開放部から袋内に挿入される。捕獲構造物19は、電解液14及び電解液中のイオンを透過させる濾過膜(フィルタ)で形成されており、支持部材20によって電池容器10に支持されている。濾過膜として、例えば紙、プラスチック用のメッシュ、布地等が用いられる。捕獲構造物19は、支持部材20とともに、電池容器10に対して着脱可能に取り付けられている。
金属負極13には、例えばマグネシウムを50重量%以上含むマグネシウム合金が用いられる。使用されるマグネシウム合金として、マグネシウム(Mg)−アルミニウム(Al)合金、マグネシウム−アルミニウム−カルシウム(Ca)合金、マグネシウム−マンガン(Mn)合金、マグネシウム−亜鉛(Zn)合金、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金、マグネシウム−亜鉛−ジルコニウム(Zr)合金等が挙げられる。金属負極13として、その他に、電解液と反応して生成される反応生成物が電解液中に沈殿するような材料を用いてもよい。
空気極12には、導体層、絶縁性多孔質層、及び網状支持層を含む積層体が用いられる。網状支持層が最も外側に配置され、導体層が最も内側に配置される。導体層は、例えば発泡ニッケルからなる集電体に導電材料スラリーを塗布した後、乾燥及び焼成することにより形成される。一例として、導電材料スラリーの導電材料として、ケッチェンブラックが用いられ、バインダとしてポリテトラフルオロエチレンが用いられる。絶縁性多孔質層は、酸素を透過させ、水分を透過させない。網状支持体は、絶縁性多孔質層及び導体層を支持する。電解液14には、例えば塩化ナトリウム水溶液(食塩水)が用いられる。なお、電解液14として、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、過炭酸ナトリウム水溶液等を用いてもよい。
金属負極13で、下記の主反応が生じる。
Mg→Mg2++2e−
さらに、下記の副反応が生じる。
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2
空気極12で、下記の反応が生じる。
O2+2H2O+4e−→4(OH)−
金属負極13の主反応で発生する電子が、負極端子18と正極端子17とに接続される外部回路を流れて、空気極12で消費される。これにより、外部回路に電流が流れる。
Mg→Mg2++2e−
さらに、下記の副反応が生じる。
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2
空気極12で、下記の反応が生じる。
O2+2H2O+4e−→4(OH)−
金属負極13の主反応で発生する電子が、負極端子18と正極端子17とに接続される外部回路を流れて、空気極12で消費される。これにより、外部回路に電流が流れる。
図2Aに、酸化還元反応が進んだ状態の金属燃料電池の断面図を示す。正極端子17と負極端子18との間に、電気負荷25が接続されている。金属負極13で酸化反応が生じ、マグネシウムイオンが電解液14中に溶解する。マグネシウムが溶解することにより、金属負極13が小さくなるとともに、固体の反応生成物26が生成される。反応生成物26は、捕獲構造物19内に沈殿し、捕獲構造物19に捕獲される。このため、反応生成物26が電解液14内に広く拡散することが防止される。
図2Bに、支持部材20を電池容器10から取り外した状態の金属燃料電池の断面図を示す。支持部材20に取り付けられた金属負極13及び捕獲構造物19が、電池容器10から取り出される。電解液14が捕獲構造物19を透過するため、電解液14は電池容器10内に残る。反応生成物26は、捕獲構造物19に捕獲された状態で、電池容器10から取り出される。
上記実施例による金属燃料電池においては、反応生成物26を電解液14から容易に分離することができる。電池容器10内の電解液14は、再利用してもよいし、廃棄してもよい。電解液14を廃棄した後、電池容器10内に反応生成物26が残っていないため、電池容器10の洗浄の手間を軽減することができる。捕獲構造物19は支持部材20から取り外して廃棄される。反応生成物26は、捕獲構造物19とともに廃棄してもよいし、還元処理することにより金属マグネシウムを生成してもよい。
次に、図3A〜図3Dを参照して、他の実施例による金属燃料電池について説明する。図3A〜図3Dに示した実施例では、捕獲構造物19の構成が、図1〜図2Bに示した実施例の捕獲構造物19と異なる。以下、図1〜図2Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
図3Aに、本実施例による金属燃料電池の断面図を示す。電池容器10内に捕獲構造物19が挿入されている。捕獲構造物19は、形状保持性を持つ材料で形成されており、電池容器10の内壁に沿う形状を有する。図1〜図2Bに示した実施例の場合と同様に、捕獲構造物19は、電解液14及び電解液14中のイオンを透過させる。捕獲構造物19として、例えばプラスチック製のメッシュが用いられる。
図3Bに、酸化還元反応が進んだ状態の金属燃料電池の断面図を示す。反応生成物26が、捕獲構造物19内に沈殿し、捕獲構造物19に捕獲される。捕獲構造物19が電池容器10の内壁に沿っているため、反応生成物26は電解液14内に広く拡散する。
図3Cに、支持部材20を電池容器10から取り外した状態の金属燃料電池の断面図を示す。金属負極13は、支持部材20とともに電池容器10から取り出される。捕獲構造物19及び反応生成物26は、電池容器10内に残ったままである。
図3Dに、捕獲構造物19を電池容器10から取り外した状態の金属燃料電池の断面図を示す。反応生成物26が捕獲構造物19に捕獲されて電池容器10から取り出される。電解液14は電池容器10内に残ったままである。
図3A〜図3Dに示した実施例においても、図1〜図2Bに示した実施例と同様に、反応生成物26を電解液14から容易に分離することができる。捕獲構造物19は、洗浄した後に再利用することができる。
次に、図4A〜図4Cを参照して、さらに他の実施例による金属燃料電池について説明する。図4A〜図4Cに示した実施例では、捕獲構造物19の構成が、図1〜図2Bに示した実施例の捕獲構造物19と異なる。以下、図1〜図2Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
図4Aに、実施例による金属燃料電池の断面図を示す。電池容器10が、下方に向かって開放されている。この開放部分が、上方に向かって開放された捕獲容器30で塞がれている。電池容器10の下端に、開放部分の縁に沿って周回するOリング31が装着されている。捕獲容器30の上端に、開放部分の縁に沿って周回するOリング32が装着されている。2つのOリング31、32が密着することにより、電解液14の漏れが防止される。反応生成物26は、捕獲容器30内に捕獲される。
図4Bに示すように、反応生成物26を電解液14から分離するときには、電池容器10と捕獲容器30との間に分離板33を挿入する。より具体的には、電池容器10側のOリング31と、捕獲容器30側のOリング32との間に、分離板33を挿入する。反応生成物26は、分離板33より下の捕獲容器30内に保持される。捕獲容器30及び分離板33が、反応生成物26を電解液14から分離するための捕獲構造物19としての役割を担う。
図4Cに示すように、分離板33を電池容器10側のOリング31に密着させたまま、捕獲容器30を分離板33から引き離す。電池容器10の下方の開放部分が分離板33で塞がれているため、電池容器10内に電解液14が保持される。反応生成物26及び一部の電解液14は、捕獲容器30内に収容されて、電池容器10内の電解液14から分離される。
図4A〜図4Cに示した実施例においては、分離板33は、電池容器10内の電解液14の流出を防止する流出防止構造として機能する。本実施例においても、反応生成物26を、電池容器10内の電解液14から容易に分離することができる。
次に、図5、及び図6A〜図6Bを参照して、さらに他の実施例による金属燃料電池について説明する。図5、図6A〜図6Bに示した実施例では、捕獲構造物19の構成が、図1〜図2Bに示した実施例の捕獲構造物19と異なる。以下、図1〜図2Bに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
図5に、本実施例による金属燃料電池の断面図を示す。電池容器10が、下方に向かって開放されている。電池容器10の下方に、捕獲容器35が配置されている。捕獲容器35は、上方に向かって開放されている。ゴム等の弾性材料からなる接続バンド36が、電池容器10の下端と、捕獲容器35の上端とを接続する。捕獲容器35及び接続バンド36が、反応生成物26を捕獲する捕獲構造物19としての役割を担う。反応生成物26は、捕獲容器35に捕獲される。
図6Aに示すように、反応生成物26を電解液14から分離するときには、接続バンド36をクランパ37で挟むことにより、捕獲容器35内の空間を、電池容器10内の空間から隔離する。
図6Bに示すように、捕獲容器35を接続バンド36から取り外す。接続バンド36がクランパ37で挟まれているため、電解液14は、電池容器10内に保持される。反応生成物26は、捕獲容器35内に収容されて、電池容器10内の電解液14から分離される。本実施例においても、反応生成物26を、電池容器10内の電解液14から容易に分離することができる。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
10 電池容器
11 開口部
12 空気極(カソード)
13 金属負極(アノード)
14 電解液
15 蓋
16 取付具
17 正極端子
18 負極端子
19 捕獲構造物
20 支持部材
25 電気負荷
26 反応生成物
30 捕獲容器
31、32 Oリング
33 分離板
35 捕獲容器
36 接続バンド
37 クランパ
11 開口部
12 空気極(カソード)
13 金属負極(アノード)
14 電解液
15 蓋
16 取付具
17 正極端子
18 負極端子
19 捕獲構造物
20 支持部材
25 電気負荷
26 反応生成物
30 捕獲容器
31、32 Oリング
33 分離板
35 捕獲容器
36 接続バンド
37 クランパ
Claims (5)
- 電解液を収容する電池容器と、
正極端子及び負極端子と、
前記電池容器内の前記電解液に接触し、前記正極端子に電気的に接続された空気極と、
前記電池容器内の前記電解液に浸漬され、前記負極端子に電気的に接続された金属負極と、
前記電池容器に対して着脱可能に取り付けられた捕獲構造物と
を有し、
前記捕獲構造物は、前記金属負極の酸化反応によって生成される固体の反応生成物を捕獲し、捕獲された前記反応生成物とともに、前記電池容器から取り外される金属燃料電池。 - 前記金属負極は、前記反応生成物が前記電解液中に沈殿する金属で形成されている請求項1に記載の金属燃料電池。
- 前記捕獲構造物は、前記金属負極を収容し、前記金属負極とともに前記電解液に浸漬され、前記電解液中のイオンを透過させるが、前記反応生成物を透過させない濾過膜を含む請求項1または2に記載の金属燃料電池。
- さらに、前記金属負極を前記電池容器に支持する支持部材を有し、
前記捕獲構造物は前記支持部材に取り付けられて、前記支持部材及び前記金属負極とともに、前記電池容器から取り外される請求項3に記載の金属燃料電池。 - 前記電池容器が下方に向かって開放されており、
前記捕獲構造物は、
前記電池容器の下方の開放部分を塞いで、前記電池容器とともに前記電解液を収容する捕獲容器と、
前記捕獲容器を前記電池容器から取り外した状態で、前記電池容器から前記電解液の流出を防止する流出防止構造と
を有する請求項1または2に記載の金属燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014215892A JP2016085789A (ja) | 2014-10-23 | 2014-10-23 | 金属燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014215892A JP2016085789A (ja) | 2014-10-23 | 2014-10-23 | 金属燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016085789A true JP2016085789A (ja) | 2016-05-19 |
Family
ID=55972814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014215892A Pending JP2016085789A (ja) | 2014-10-23 | 2014-10-23 | 金属燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2016085789A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017010619A (ja) * | 2015-06-16 | 2017-01-12 | 古河電池株式会社 | 金属空気電池 |
WO2018163910A1 (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | ineova株式会社 | 金属負極電池 |
-
2014
- 2014-10-23 JP JP2014215892A patent/JP2016085789A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017010619A (ja) * | 2015-06-16 | 2017-01-12 | 古河電池株式会社 | 金属空気電池 |
WO2018163910A1 (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | ineova株式会社 | 金属負極電池 |
JP2018152184A (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | ineova株式会社 | 金属負極電池 |
TWI660540B (zh) * | 2017-03-10 | 2019-05-21 | 日商ineova股份有限公司 | 金屬負極電池 |
CN110612636A (zh) * | 2017-03-10 | 2019-12-24 | Ineova 株式会社 | 金属负极电池 |
EP3595081A4 (en) * | 2017-03-10 | 2021-01-13 | Ineova Corp. | METALLANODE CELL |
US10938073B2 (en) | 2017-03-10 | 2021-03-02 | Ineova Corp. | Metal negative electrode cell |
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