JP6989128B2

JP6989128B2 - マグネシウム燃料体およびマグネシウム空気電池

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Publication number: JP6989128B2
Application number: JP2018076864A
Authority: JP
Inventors: 孝矢部; 杏子桶本
Original assignee: 合同会社Ｍｇｒエナジー
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: JP2019186080A; CN110391425A; CN110391425B; US20190319282A1

Description

本発明は、マグネシウム燃料体、マグネシウム空気電池、に関する

効率のよい電池を作るには、燃料を次々に投入する機構が必要である。特許文献１では、マグネシウムをフィルム状にしてリールに巻き付け、リールを回転することにより燃料を供給する方法を提案している。また、特許文献２では、薄い板状のマグネシウムを蛇腹状の供給機構を駆動させて供給する方法を提案している。これらのマグネシウム電池は、電池本体に対して板状あるいはフィルム状のマグネシウムが挿入されると電池反応を開始し、反応し終わったものは、電池本体から排出される。次に新たなマグネシウムが挿入されることで、反応が持続する。

特許５０３４０１４号特許５８９１５６９号

特許文献１や特許文献２に示した供給機構は、構造が複雑になり、駆動のための機構も大掛かりになってしまうという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、簡易な機構により連続した供給が可能なマグネシウム燃料体、および、そのマグネシウム燃料体を備えるマグネシウム空気電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第一の観点に係るマグネシウム燃料体は、
液体を含浸可能な素材により形成されるセパレータと、
前記セパレータに包み込まれたマグネシウムを含むマグネシウム板と、
導体により形成され前記マグネシウム板に電気的に接続する回転軸と、
を備え、
前記回転軸が、前記マグネシウム板の中心付近に貫通して配置され、
前記マグネシウム板が前記回転軸を中心として回転する、
ことを特徴とする。

前記マグネシウム板は円盤状であってもよい。

前記マグネシウム板が前記回転軸を共用して複数設置され、
複数の前記マグネシウム板が前記回転軸を中心として回転してもよい。

前記回転軸は、駆動装置を備えてもよい。

前記駆動装置は、弾性体を渦巻き状に巻いたぜんまい、であってもよい。

本発明の第二の観点に係るマグネシウム空気電池は、
本発明の第一の観点に係るマグネシウム燃料体と、
前記マグネシウム燃料体における前記マグネシウム板の一部と接触して両側から挟み込むように配置されるカソードと、
内部に電解液を保持する電解液保持部と、
を備え、
前記マグネシウム燃料体が回転することにより燃料となる前記マグネシウム板が移動して前記電解液保持部において電解液を含浸したその後に、前記カソードに挿入され該マグネシウム板を燃料として起電力を生じ、反応後は該カソードから回転により引き出されると同時に未反応の前記マグネシウム板が該カソードに挿入される、
ことを特徴とする。

前記カソードは、扇形の形状であってもよい。

前記カソードは、複数設置されてもよい。

本発明によれば、簡易な機構により電極付近への連続した供給が可能なマグネシウム燃料体、および、そのマグネシウム燃料体を備えるマグネシウム空気電池、を提供できる。

マグネシウム燃料体１００の断面図である。マグネシウム空気電池２００におけるカソード３００の概略構成を示す断面図である。マグネシウム空気電池２００の駆動について説明する概略構成図である。マグネシウム空気電池２００の駆動について説明する概略構成図である。マグネシウム空気電池２００の駆動について説明する概略構成図である。マグネシウム空気電池２００の駆動について説明する概略構成図である。マグネシウム空気電池２００におけるカソード３００の形状を示す概略図である。マグネシウム空気電池２００におけるカソード３００の形状を示す概略図である。マグネシウム燃料体５００の側面断面図である。マグネシウム空気電池６００におけるカソード７００の概略構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（実施形態１）
まず、マグネシウム燃料体１００の構成について説明する。図１は、マグネシウム燃料体１００の断面図であり、後で説明する回転軸１０３の軸方向から見た図（ａ）、およびＡ−Ａ‘における断面図（ｂ）である。図１に示すように、マグネシウム燃料体１００は、マグネシウム板１０１と、セパレータ１０２と、回転軸１０３と、を備える。マグネシウム燃料体１００は、マグネシウム空気電池の燃料として機能する。

マグネシウム板１０１は、金属マグネシウムにより形成された板である。図１では円盤状の形状をしているが、この形状に限らない。

セパレータ１０２は、マグネシウム空気電池のセパレータとして機能する。セパレータ１０２は、酸化還元反応に必要なイオンを透過し、液体を含浸して保持することが可能な素材で形成される。例えば、不織布、フェルト、などが考えられる。セパレータ１０２は、マグネシウム板１０１を包み込む。

回転軸１０３は、導電性を有する素材により形成され、セパレータ１０２およびマグネシウム板１０１を貫通し、そのセパレータ１０２とマグネシウム板１０１との回転の軸として機能する。それと同時に、マグネシウム板１０１に電気的に接続してマグネシウム空気電池の負極としても機能する。回転の軸と電極とを共通にすることにより、機構を簡単にできるうえ、電気の取り出しをいつでも行うことができる。

回転の動力としては、モーターなどの駆動装置を使用する。駆動装置として、例えば弾性体を渦巻き状に巻いたぜんまいのほどける力を動力として用いてもよい。ゼンマイの巻きがほどける時間で回転を調整することができるうえ、装置を簡単にできる。

次に、マグネシウム燃料体１００を燃料とするマグネシウム空気電池２００について説明する。

マグネシウム空気電池２００は、カソード３００、電解液保持部４００を備え、マグネシウム燃料体１００を燃料として起電力を生じる。

図２は、カソード３００の概略構成を示す側面断面図であり、回転軸１０３からマグネシウム板１０１の円周あるいは周辺部に向かって見たときの様子（ａ）およびＡ−Ａ‘における断面図（ｂ）を示している。（図２（ｂ）では、マグネシウム燃料体１００の一部をいっしょに示している。）図中の矢印は、マグネシウム燃料体１００におけるマグネシウム板１０１の移動方向を示している。カソード３００は、回転するマグネシウム燃料体１００の一部を上下から挟みこんで配置される。上下に配置されたカソード３００は、回転して移動するマグネシウム板１０１およびセパレータ１０２が通過可能であってカソード３００とセパレータ１０２とが接触可能な距離に保つように配置される。カソード３００は、この距離を固定し、カバーとして機能するカバー部材３０１を備えても良い。

カソード３００は、導電性を有する素材により形成され、マグネシウム空気電池２００の正極として機能する。カソード３００は、正極活物質である空気中の酸素に電子を供給する。カソード３００を形成する素材としては、炭素、金属、マンガン化合物、およびこれらを組み合わせたものなどが挙げられるが、これに限らない。酸素の還元を促進する、表面積が大きく酸素を吸着しやすいことが望ましい。

次に、図３を用いてマグネシウム空気電池２００の概略構成について説明する。図３は、回転軸１０３の軸方向から見た概略構成を示している。電解液保持部４００は内部に電解液を保持する。電解液保持部４００は、マグネシウム燃料体１００の回転に伴い電解液保持部４００においてマグネシウム板１０１を包みこむセパレータ１０２が電解液を含浸可能な位置に配置される。

電解液は、マグネシウム燃料体１００とカソード３００とのイオン交換を可能にする。電解液に含まれる水は、正極３０３で酸素が還元する反応に使われる。電解液としては、例えば塩化ナトリウム水溶液などが挙げられるが、これに限らない。

次に、マグネシウム燃料体１００をマグネシウム空気電池２００の燃料として使用する方法を図４〜図６を用いて説明する。図４〜図６の斜線部がこれから燃料として使われるものとして説明する。なお、図４〜図６におけるカソード３００は、回転軸１０３を横断して配置される長方形の形状を有しており、回転軸１０３を横断する左右のカソードでそれぞれ電池反応が行われるが、以下の説明では、回転軸１０３の図中右側における反応について説明する。

図４に示すように、マグネシウム燃料体１００は、回転軸１０３を中心として回転することにより、電解液保持部４００において電解液を通過することによりセパレータ１０２が電解液を含浸する。その後、図５に示すように再び回転によってマグネシウム燃料体１００がカソード３００へ挿入されることにより、セパレータ１０２がマグネシウム空気電池２００のセパレータとして機能し、電解液がイオン交換を行なうことで、空気中の酸素を正極活物質とし、マグネシウム板１０１に含まれるマグネシウムを負極活物質とする酸化還元反応が起こって起電力を生じる。回転軸１０３を負極の取り出し電極とし、図示していないがカソード３００に電気的に接続された正極端子により、それぞれ電気を取りだす。

マグネシウム板１０１で、反応によって消耗したマグネシウム板１０１は図６に示すように、カソード３００から回転によって引き出され、同時にマグネシウム燃料体１００の未反応部分がカソード３００に挿入される。

このようにして、マグネシウム空気電池２００の燃料となるマグネシウム燃料体１００が回転軸１０３を中心とした回転によりカソード３００へ挿入、排出されることにより、連続した燃料の供給が可能になる。

カソード３００の形状は、図３〜図６の形状に限らない。マグネシウム板１０１の一部が挿入される大きさ、および形状であればよい。図７はその一例であり、マグネシウム板１０１に対して、その一部が隠れるような扇形の形状のカソード３００を有するマグネシウム空気電池２００の概略図を示している。このとき、マグネシウム板１０１が円盤状の形状を有すると、破線部で示したカソード３００と同様の扇形に多数回にわけて効率よくカソード３００へ挿入することができる。

また、カソード３００は、図８に示すように、複数設置されてもよい。なお、図７、図８では電解液保持部４００は省略している。

（実施形態２）
実施形態１と重複する部分については説明を省略する。実施形態２のマグネシウム燃料体５００は、実施形態１のマグネシウム燃料体において、回転軸１０３に対して、マグネシウム板１０１を複数枚設置する。マグネシウム燃料体５００は、マグネシウム板１０１と、マグネシウム板１０１を包み込むセパレータ１０２と、回転軸１０３を備え、回転軸１０３に対してセパレータ１０２に包み込まれたマグネシウム板１０１を複数枚設置する。これを示したのが図９の側面断面図である。複数枚のマグネシウム板１０１は、回転軸１０３により同時に駆動することができる。

次に、このマグネシウム燃料体５００を使用するマグネシウム空気電池６００について説明する。

マグネシウム空気電池６００は、カソード７００、電解液保持部４００を備え、マグネシウム燃料体５００を燃料として起電力を生じる。

図１０は、カソード７００の断面図であり、回転軸１０３の軸方向から見た図（ａ）、およびＡ−Ａ‘における断面図（ｂ）である。カソード７００は、マグネシウム燃料体５００の複数枚のマグネシウム板１０１それぞれを上下から挟みこむ。このとき、マグネシウム板１０１およびセパレータ１０２が通過可能であってカソード３００とセパレータ１０２とが接触可能な距離に保つように配置される。この距離を固定し、カバーとして機能するカバー部材７０１を備えても良い。カソード７００の形状は、いろいろなものが考えられるが、実施形態１と同様、円盤形状のマグネシウム板１０１に対しては、扇形であると、効率よく反応させることができる。

マグネシウム空気電池６００は、複数枚のマグネシウム板１０１が回転軸１０３を中心として回転することにより、実施形態１と同様に、セパレータ１０２が電解液保持部４００で電解液を含浸した後にカソード７００に挿入されて電池反応を開始し、マグネシウム板１０１を消耗すると、ふたたび回転により取り出されると同時に未反応のマグネシウム板１０１がカソード７００に挿入され、連続した使用が可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるのではない。

１００、５００マグネシウム燃料体
１０１マグネシウム板
１０２セパレータ
１０３回転軸
２００、６００マグネシウム空気電池
３００、７００カソード
３０１、７０１カバー部材
４００電解液保持部

Claims

液体を含侵可能な素材により形成されるセパレータと、
前記セパレータに包み込まれたマグネシウムを含むマグネシウム板と、
導体により形成されかつ前記マグネシウム板に電気的に接続される回転軸と、
を備え、
前記回転軸が、前記マグネシウム板の中心付近に貫通して配置され、
前記マグネシウム板が、前記回転軸を中心として回転する、
マグネシウム燃料体。
前記マグネシウム板が円盤状に形成されている、請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように配置されている、請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
マグネシウム板が円盤状に形成され、そして複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備える、請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備え、
複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、
請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備え、
前記マグネシウム板が、円盤状に形成されていて、そして
複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、
請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備え、
前記駆動装置が、弾性体の周りに渦巻き状に巻いた、ぜんまいを備える、
請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備え、
前記駆動装置が、弾性体の周りに渦巻き状に巻いた、ぜんまいを備え、
複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、
請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備え、
前記駆動装置が、弾性体の周りに渦巻き状に巻いた、ぜんまいを備え、
前記マグネシウム板が、円盤状に形成されていて、そして
複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、
請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
液体を含侵可能な素材により形成されるセパレータと、
前記セパレータに包み込まれたマグネシウムを含むマグネシウム板と、
導体により形成され、かつ前記マグネシウム板に電気的に接続され、前記マグネシウム板の中心付近に貫通して配置されている回転軸であって、前記マグネシウム板が、前記回転軸を中心として回転する、回転軸と、
前記マグネシウム板および前記セパレータを上下から挟むことにより、前記マグネシウム板と前記セパレータに接触するように配置されるカソードと、
内部に電解液を保持する電解液保持部と、
を備えるマグネシウム電池であって、
燃料となる前記マグネシウム板が、前記回転軸による回転により移動しそして前記電解液保持部内において電解液を含浸し、前記カソードに挿入された前記マグネシウム板が、起電力を発生させるための燃料となり、
前記マグネシウム板の挿入によって反応が起きた後、未反応の前記マグネシウム板が前記カソードに挿入されると同時に、前記マグネシウム板が、前記カソードから引き出される、
マグネシウム電池。
前記カソードが扇形に形成されている、請求項１１に記載のマグネシウム電池。
複数のカソードを、更に、備える、請求項１１に記載のマグネシウム電池。
複数のカソードを、備え、前記複数のカソードのうちの各カソードが、扇形に形成されている、請求項１１に記載のマグネシウム電池。
前記マグネシウム板が円盤状に形成されている、請求項１１に記載のマグネシウム電池。
複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、請求項１１に記載のマグネシウム電池。
前記マグネシウム板が、円盤状に形成されていて、そして複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、請求項１１に記載のマグネシウム電池。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備え、
前記駆動装置が、弾性体の周りに渦巻き状に巻いた、ぜんまいを備える、
請求項１１に記載のマグネシウム電池。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備え、
前記駆動装置が、弾性体の周りに渦巻き状に巻いた、ぜんまいを備え、
複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、
請求項１１に記載のマグネシウム電池。
前記回転軸のための駆動装置を、更に、備え、
前記駆動装置が、弾性体の周りに渦巻き状に巻いた、ぜんまいを備え、
前記マグネシウム板が、円盤状に形成されていて、そして
複数の前記マグネシウム板が、前記回転軸を共用しかつ前記回転軸を中心として回転するように、複数の前記マグネシウム板が配置されている、
請求項１１に記載のマグネシウム電池。