WO2016056549A1 - マグネシウム燃料体、マグネシウム空気電池、電子機器、及びマグネシウム空気電池の使用方法 - Google Patents

Abstract

　マグネシウム燃料体（１００）は、マグネシウム薄板（１０１）と、セパレータ（１０２）と、負極端子（１０３）と、保水材（１０４）と、電解質（１０５）と、を備える。セパレータ（１０２）は水及びイオンを透過可能であり、マグネシウム薄板（１０１）を覆う。負極端子（１０３）はマグネシウム薄板（１０１）に電気的に接続され、セパレータ（１０２）から一部が突出している。保水材（１０４）は水を吸収して保持することが可能である。電解質（１０５）は、水に溶けることで電解液となる。マグネシウム薄板（１０１）とセパレータ（１０２）との間に保水材（１０４）と電解質（１０５）とが封入されている。

Description

マグネシウム燃料体、マグネシウム空気電池、電子機器、及びマグネシウム空気電池の使用方法

　本発明は、マグネシウム燃料体、マグネシウム空気電池、電子機器、及びマグネシウム空気電池の使用方法に関する。

　空気中の酸素を正極活物質とし、マグネシウムを負極活物質とするマグネシウム空気電池に用いるマグネシウム燃料体の一例として、日本国特許出願２０１４－１０６５６７号には、マグネシウムと電解液とを備えるマグネシウム燃料体が提案されている。日本国特許出願２０１４－１０６５６７号に記載のマグネシウム燃料体は、マグネシウム薄板と、マグネシウム薄板を覆うセパレータと、電解液袋に封入された電解液と、を備え、電解液袋から流出した電解液がマグネシウム薄板を濡らすように構成されている。

　電解液を保持するための方法の一例として、特許文献１には、吸水性ポリマーを備える亜鉛空気電池が開示されている。特許文献１に記載の亜鉛空気電池は、空気極と亜鉛との間に、アルカリ電解液を吸収させた吸水ポリマーを配置して構成されている。

特開２０１１－２４３３６４号公報

　日本国特許出願２０１４－１０６５６７号に記載のマグネシウム燃料体及び特許文献１に記載の亜鉛空気電池には電解液が封入されているため、電解液が漏れ出さないように密封する必要があり、輸送、保管、携帯する際も漏れが起こらないように注意する必要がある。また、電解液の重量及び体積が大きいため輸送、保管、携帯する際のコストが大きくなってしまうという問題がある。

　本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであって、軽量かつ扱いが容易なマグネシウム燃料体、そのマグネシウム燃料体を備えるマグネシウム空気電池、そのマグネシウム空気電池を備える電子機器、及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の使用方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るマグネシウム燃料体は、
　マグネシウムを含むマグネシウム薄板と、
　前記マグネシウム薄板に電気的に接続された負極端子と、
　水を吸収して保持することが可能な保水材と、
　水に溶けることで電解液となる電解質と、
　水及びイオンを透過可能であり、前記マグネシウム薄板を覆うセパレータと、を備え、
　前記マグネシウム薄板と前記セパレータとの間に前記保水材と前記電解質とが封入され、
　前記セパレータから前記負極端子の一部が突出している、
　ことを特徴とする。

　前記保水材は吸水性の布を含んでもよい。

　前記保水材は吸水性ポリマーを含んでもよい。

　前記セパレータは不織布を含んでもよい。

　前記電解質は前記保水材の内部に含まれてもよい。

　前記セパレータの内部に配置され、前記セパレータの内部の空間を表側と裏側とに分ける仕切りをさらに備えてもよい。

　前記保水材と前記電解質とが封入される上流保水材溜まりと、
　酸化還元反応による生成物と消耗した前記保水材とを内部に保持可能な下流保水材溜まりと、をさらに備えてもよい。

　前記保水材が乾燥した状態であってもよい。

　前記マグネシウム燃料体は前記保水材に吸収された水を備え、
　水を吸収した前記保水材が前記マグネシウム薄板を覆ってもよい。

　本発明の第２の観点に係るマグネシウム空気電池は、
　本発明の第１の観点に係るマグネシウム燃料体と、
　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給し、前記セパレータと接する正極と、
　前記正極に電気的に接続された正極端子と、を備える、
　ことを特徴とする。

　前記正極は前記セパレータ及び膨張した前記保水材より高い剛性を備え、容積が膨張した前記保水材の体積と一致するように形成されていてもよい。

　酸素を通し水を通さない素材から形成され、前記正極を覆うカバーをさらに備えてもよい。

　前記負極端子に接触して前記負極端子及び前記マグネシウム薄板を支持するスペーサをさらに備えてもよい。

　前記正極は炭素、金属、マンガン酸化物のうち少なくとも一つから形成されてもよい。

　前記正極を覆い、前記マグネシウム燃料体を挿入可能な開口部を有するケーシングと、
　前記ケーシングに取り付けられ、前記マグネシウム燃料体の前記ケーシングへの挿入を補助し、前記開口部にふたをする可動部と、を備えてもよい。

　本発明の第３の観点に係る電子機器は、
　本発明の第２の観点に係るマグネシウム空気電池を備える、
　ことを特徴とする。

　前記正極が外気に触れるように形成されていてもよい。

　本発明の第４の観点にかかるマグネシウム空気電池の使用方法は、
　マグネシウムを含むマグネシウム薄板と、前記マグネシウム薄板に電気的に接続された負極端子と、水を吸収して保持することが可能な乾燥した保水材と、水に溶けることで電解液となる電解質と、水及びイオンを透過可能であり、前記マグネシウム薄板を覆うセパレータと、を備え、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとの間に前記保水材と前記電解質とが封入され、前記セパレータから前記負極端子の一部が突出しているマグネシウム燃料体に水を供給するステップと、
　水を供給された前記マグネシウム燃料体を、導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給し、前記セパレータと接する正極と、前記正極に電気的に接続された正極端子と、を備える電池本体に挿入するステップと、を備える、
　ことを特徴とする。

　本発明によれば、軽量かつ扱いが容易なマグネシウム燃料体、そのマグネシウム燃料体を備えるマグネシウム空気電池、そのマグネシウム空気電池を備える電子機器、及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の使用方法を提供できる。

実施形態１に係る乾燥した状態のマグネシウム燃料体の概略構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。 実施形態１に係る水を供給された状態のマグネシウム燃料体の概略構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。 実施形態２に係る（ａ）乾燥した状態及び（ｂ）水を供給された状態のマグネシウム燃料体の概略構成を示す側面図である。 実施形態３に係る乾燥した状態のマグネシウム燃料体の概略構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。 実施形態４に係るマグネシウム空気電池の概略構成を示す断面図である。 実施形態５に係るマグネシウム空気電池の概略構成を示す断面図である。 実施形態６に係る携帯電話機の概略構成を示す側面図である。 実施形態６に係る携帯電話機の概略構成を示す断面図である。 実施形態６に係る携帯電話機の概略構成を示す断面図である。 実施形態７に係るマグネシウム空気電池の概略構成を示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図及び（ｃ）断面図である。 実施形態７に係るマグネシウム空気電池の概略構成を示す側面図である。

　以下、本発明の実施形態に係るマグネシウム空気電池及び電子機器について図面を参照して説明する。

（実施形態１）
　まず、マグネシウム燃料体１００の構成について説明する。図１は、乾燥した状態のマグネシウム燃料体１００の概略構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、マグネシウム燃料体１００は、マグネシウム薄板１０１と、セパレータ１０２と、負極端子１０３と、保水材１０４と、電解質１０５と、を備える。マグネシウム燃料体１００は、マグネシウム空気電池の燃料として機能する。

　マグネシウム薄板１０１は、矩形に形成された金属マグネシウムの薄板である。マグネシウム薄板１０１には、負極端子１０３が電気的に接続されている。

　セパレータ１０２は、マグネシウム空気電池１００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と水とを透過する素材、例えば不織布、綿布、濾紙、イオン交換樹脂等で形成されている。セパレータ１０２は、マグネシウム薄板１０１の全体を覆っており、そこから負極端子１０３の端子部が突出している。

　負極端子１０３は、導電性を有する素材、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、ニッケル等の金属、又は合金、もしくはそれらに金属薄膜を形成したもので形成されている。負極端子１０３は、一端がマグネシウム薄板１０１に電気的に接続され、他端（端子部）がセパレータ１０２から突出している。セパレータ１０２から突出している端子部は、外部と電気的に接続され、マグネシウム空気電池の負極端子として機能する。

　保水材１０４は、水を吸収して膨張し、水を保持することが可能な素材、例えば吸水性ポリマー、吸水性の布等から形成されている。保水材１０４は、マグネシウム薄板１０１とセパレータ１０２との間に、乾燥した状態で封入されている。保水材１０４は、十分吸水して膨張した状態では、マグネシウム薄板１０１の全体を覆う。保水材１０４は、粉末状、顆粒状、シート状等の様々な形状のものでありうる。

　電解質１０５は、水溶液となることでマグネシウム空気電池の電解液として機能する物質であり、例えば塩化ナトリウムである。電解質１０５は、マグネシウム薄板１０１とセパレータ１０２との間に、保水材１０４と共に封入されている。電解質１０５は、粉末状、顆粒状、結晶状等の様々な形状のものでありうる。

　マグネシウム燃料体１００は、製造されてから実際にマグネシウム空気電池の燃料として使用されるまでは、乾燥した状態で輸送、保管、及び携帯される。実際にマグネシウム空気電池の燃料として使用される際は、ユーザがマグネシウム燃料体１００に水を注ぐ、マグネシウム燃料体１００を水に漬ける等の操作を行い、保水材１０４に十分な量の水を吸収させて使用する。

　図２は、水を供給されたマグネシウム燃料体１００の概略構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。マグネシウム燃料体１００に水を供給すると、図２に記載のように、電解質１０５が水に溶けて電解液１０６になるとともに、保水材１０４に吸収される。電解液１０６を吸収した保水材１０４は膨張し、マグネシウム薄板１０１を覆う。

　マグネシウム燃料体１００は乾燥した状態で輸送、保管、携帯することが可能なため、電解液が封入されたものに比べて軽量である。また、電解液の漏出に配慮する必要がないため、包装が簡易で済む、又は全く必要ないため、輸送、保管、携帯が容易であり、これらに関するコストを削減することができる。

　また、マグネシウム燃料体１００は、上記のような構成により、酸化還元反応によって生じた生成物や電解液１０６を含んで膨張した保水材１０４がセパレータ１０２の内部にとどまるため、使い切った後の交換や回収が容易である。回収された反応後の生成物は、還元することでマグネシウム燃料体１００を製造する際の原料とすることができ、資源を効率よく利用することが可能となる。

（実施形態２）
　次に、マグネシウム燃料体の別の例であるマグネシウム燃料体１１０の構成について説明する。図３は、（ａ）乾燥した状態及び（ｂ）水を供給された状態のマグネシウム燃料体１１０の概略構成を示す側面図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、マグネシウム燃料体１１０は、マグネシウム薄板１０１と、セパレータ１０２と、負極端子１０３と、保水材１０４と、電解質１０５と、仕切り１０７と、を備える。マグネシウム燃料体１１０は、マグネシウム空気電池の燃料として機能する。なお、実施形態１で説明したものと同様の要素については説明を省略する。

　仕切り１０７は、セパレータ１０２と同様の素材で形成されている。仕切り１０７は、セパレータ１０２の内部に配置され、セパレータ１０２の内部の空間を自身の表側と裏側とに分ける。仕切り１０７によって分けられた二つの空間には、図３（ｂ）に示すように、マグネシウム薄板１０１の表側と裏側とで膨張した保水材１０４の厚さが同程度になるように、保水材１０４と電解質１０５とが配置されている。

　このように、仕切り１０７を備えることで、膨張した保水材１０４がマグネシウム薄板１０１の片側に偏らず、マグネシウム薄板１０１の両側に均等に配分されることになり、イオンの交換がより効率よく行われるようになる。

（実施形態３）
　次に、マグネシウム燃料体の別の例であるマグネシウム燃料体１２０の構成について説明する。図４は、乾燥した状態のマグネシウム燃料体１２０の概略構成を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、マグネシウム燃料体１２０は、マグネシウム薄板１０１と、セパレータ１０２と、負極端子１０３と、保水材１０４と、電解質１０５と、上流保水材溜まり１０８と、下流保水材溜まり１０９と、を備える。マグネシウム燃料体１２０は、マグネシウム空気電池の燃料として機能する。なお、実施形態１で説明したものと同様の要素については説明を省略する。

　上流保水材溜まり１０８と下流保水材溜まり１０９とは、セパレータ１０２と同様の素材で、袋状に構成されている。乾燥した状態では、上流保水材溜まり１０８には保水材１０４と電解質１０５とが封入され、下流保水材溜まり１０９の内部には何も封入されていない。

　マグネシウム燃料体１２０に水を供給すると、電解質１０５が水に溶けて電解液１０６になるとともに、保水材１０４に吸収される。上流保水材溜まり１０８に封入されていた保水材１０４は、そのまま上流保水材溜まり１０８に保持される。

　マグネシウム燃料体１２０がマグネシウム空気電池の燃料として使用され、マグネシウム薄板１０１と電解液１０６とが消耗した際は、上流保水材溜まり１０８に含まれていた保水材１０４をマグネシウム薄板１０１側に供給することができる。このとき、酸化還元反応による生成物と消耗した保水材１０４とは、下流保水材溜まり１０９へ押し出され、その内部に保持される。

　なお、マグネシウム燃料体１２０も、実施形態２のマグネシウム燃料体１１０と同様に、仕切り１０７を備えていてもよい。

（実施形態４）
　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として使用するマグネシウム空気電池について説明する。

　図５は、マグネシウム空気電池２００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は、マグネシウム燃料体１００と、正極２０１と、正極端子２０２と、を備える。

　正極２０１は、導電性を有する素材で形成され、マグネシウム空気電池２００の正極活物質である空気中の酸素に電子を供給する。正極２０１は、マグネシウム燃料体１００を挿入可能であり、マグネシウム燃料体１００を挿入した際にセパレータ１０２と接触するような形状、例えば筒状、箱状等に形成され、正極端子２０２が接続されている。正極２０１は、酸素を還元する反応を促進するため、表面積が大きく酸素を吸着しやすいことが望ましい。正極２０１を形成する素材としては、例えば炭素、金属、マンガン化合物、及びこれらを組み合わせたもの等が挙げられるが、これに限られるものではない。このうち炭素に関しては、活性炭、炭素粉末、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンフェルト等の形態を取りうる。

　正極端子２０２は、導電性を有する素材、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、ニッケル等の金属、又は合金、もしくはそれらに金属薄膜を形成したもので形成されている。正極端子２０２は、一端が正極２０１に電気的に接続され、他端（端子部）が正極２０１から突出している。正極２０１から突出している端子部は、外部と電気的に接続され、マグネシウム空気電池の正極端子として機能する。

　正極２０１は、セパレータ１０２及び膨張した（水を吸収した）保水材１０４より高い剛性を備え、容積が膨張した保水材１０４の体積と一致するように形成されていてもよい。このように形成されていることで、正極２０１は、マグネシウム燃料体１００が挿入された際に、保水材１０４の厚さを一定にし、マグネシウム薄板１０１の全体にむらなく広がるように保水材１０４を形付けることが可能になり、イオンの交換や電流の取り出しを効率よく行うことができる。

　次に、マグネシウム燃料体１００を燃料として利用し、マグネシウム空気電池２００が起電力を生じる仕組みについて説明する。

　図１に示すような乾燥したマグネシウム燃料体１００に水が供給されると、図２に示すように、電解質１０５が水に溶けて電解液１０６になるとともに、保水材１０４に吸収される。電解液１０６を吸収した保水材１０４は膨張し、マグネシウム薄板１０１を覆う。

　図５に示すように、水を含んだマグネシウム燃料体１００が正極２０１に挿入されると、セパレータ１０２と正極２０１とが接触する。そして、セパレータ１０２と電解液１０６を含んだ保水材１０４とを介して、マグネシウム薄板１０１と正極２０１との間でイオンの交換が可能になり、酸化還元反応が起こって起電力が生じる。

　このとき、負極端子１０３と正極端子２０２とから、電流を取り出すことができる。

　このように、マグネシウム燃料体１００に水を含ませて正極２０１に挿入することで、マグネシウム空気電池２００が構成され、起電力を生じさせることができる。

　反応が終わり、起電力が生じなくなったら（電池がなくなったら）、消耗したマグネシウム燃料体１００を取り出し、別のマグネシウム燃料体１００に水を含ませて挿入することで、マグネシウム空気電池２００に起電力を生じさせることができる。また、取り出したマグネシウム燃料体１００を回収すれば、新たなマグネシウム燃料体１００を製造する際の原料として再利用することができる。

（実施形態５）
　次に、マグネシウム空気電池の別の例であるマグネシウム空気電池２１０の構成について説明する。図６は、マグネシウム空気電池２１０の概略構成を示す断面図である。マグネシウム空気電池２１０は、マグネシウム燃料体１００と、正極２０１と、正極端子２０２と、カバー２０３と、スペーサ２０４と、を備える。なお、実施形態４で説明したものと同様の要素については説明を省略する。

　カバー２０３は、正極２０１を覆い、周囲との絶縁を保ち、電解液１０６の漏れを防ぐカバーである。カバー２０３は、水を通さず酸素を通すことが可能な素材、例えば樹脂で形成される。カバー２０３は、マグネシウム燃料体１００を挿入する開口部を除き、正極２０１の外側全体を覆う。

　スペーサ２０４は、マグネシウム燃料体１００のマグネシウム薄板１０１が傾いたり偏った位置に配置されたりすることを防ぐためのスペーサである。スペーサ２０４は、正極２０１、正極端子２０２、カバー２０３等に設置され、マグネシウム燃料体１００の負極端子１０３に接して支持することでマグネシウム薄板１０１を支持する。

　カバー２０３を備えることで、電解液１０６の漏れや外部との不要な導通を防ぐことが可能になり、マグネシウム空気電池２１０の取り扱いが容易になる。また、スペーサ２０４を備えることで、マグネシウム薄板１０１の位置ずれや傾きを防ぐことが可能になり、保水材１０４の偏りをなくすことでより効率的に電流を取り出すことができる。

（実施形態６）
　前述のようなマグネシウム空気電池は、携帯電話機のような電子機器を稼働させる電源として好適である。マグネシウム空気電池２００を電源として稼働する携帯電話機３００について説明する。

　図７は、携帯電話機３００の概略構成を示す側面図であり、図８は、携帯電話機３００の概略構成を示す、図７のＡ－Ａ’矢視断面図であり、図９は、図８に示す携帯電話機３００にマグネシウム燃料体１００を挿入した状態を示す断面図である。なお、図８及び図９においては、携帯電話機３００がその内部に備える基板等は省略されている。図９に示すように、携帯電話機３００は、マグネシウム空気電池２００と、開口部３０１と、蓋３０２と、電極３０３と、を備える。なお、実施形態１及び２で説明したものと同様の要素については説明を省略する。

　図９に示すように、携帯電話機３００の内部にはマグネシウム空気電池２００が設置されている。マグネシウム空気電池２００の正極端子２０２は、配線等を通じて携帯電話機３００の基板（図示しない）に接続されている。

　開口部３０１は、水を含ませたマグネシウム燃料体１００を挿入するための開口である。開口部３０１は蓋３０２で閉じることができる。開口部３０１と蓋３０２は、閉じた状態の時に電解液１０６を漏らすことがないように構成されている。

　電極３０３は、マグネシウム燃料体１００の負極端子１０３と接触する電極である。電極３０３は、配線等を通じて携帯電話機３００の基板（図示しない）に接続されている。

　図９に示すように、開口部３０１から水を含ませたマグネシウム燃料体１００を挿入することで、マグネシウム空気電池２００に起電力を生じさせ、マグネシウムを燃料として携帯電話機３００を稼働させることができる。

（実施形態７）
　マグネシウム空気電池の別の例であるマグネシウム空気電池２２０の構成について説明する。マグネシウム空気電池２２０は、コネクタを介して外部の機器に接続される電池である。

　図１０は、マグネシウム空気電池２２０の概略構成を示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図及び（ｃ）断面図である。図１０に示すように、マグネシウム空気電池２２０は、マグネシウム燃料体１００と、正極２０１と、正極端子２０２と、ケーシング２０５と、可動部２０６と、コネクタ２０７と、を備える。なお、実施形態４で説明したものと同様の要素については説明を省略する。

　ケーシング２０５は、マグネシウム燃料体１００、正極２０１、及び配線等を覆い、周囲との絶縁を保ち、電解液１０６の漏れを防ぐケーシングである。ケーシング２０５は例えば樹脂で形成される。ケーシング２０５は、正極２０１と接する部分に穴を有し、正極２０１に酸素を供給できるように構成されている。ケーシング２０５は、マグネシウム燃料体１００を挿入可能な開口部を二つ備え、そのそれぞれの内部に正極２０１を二つ備えている。

　ケーシング２０５がマグネシウム燃料体１００を挿入可能なスペースを二つ備えることにより、マグネシウム空気電池２２０は、内部に二つの電池を有し、それらを接続した一つの電池として機能する。

　可動部２０６は、ケーシング２０５へのマグネシウム燃料体１００の挿入を補助し、ケーシング２０５のマグネシウム燃料体１００を挿入する部分にふたをするためのカバーである。可動部２０６は、ケーシング２０５と同様の素材、例えば樹脂で形成される。可動部２０６は、ケーシング２０５に回転軸によって回転可能に取り付けられる。

　コネクタ２０７は、マグネシウム空気電池２２０と外部の機器とを接続し、外部の機器に電力を供給するためのコネクタである。コネクタ２０７には、マグネシウム燃料体１００の負極端子１０３と正極端子２０２とが接続されている（図示しない）。コネクタ２０７は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に対応するコネクタである。

　マグネシウム空気電池２２０にマグネシウム燃料体１００を供給する方法について、図１１を参照して説明する。図１１は、マグネシウム空気電池２２０の概略構成を示す側面図である。

　まず、図の矢印Ｉに示すように可動部２０６を回転させ、ケーシング２０５にマグネシウム燃料体１００を挿入可能にする。次に、矢印ＩＩに示すように、可動部２０６に沿うようにして、ケーシング２０５にマグネシウム燃料体１００を挿入する。次に、矢印ＩＩＩに示すように、可動部２０６を回転させ、ケーシング２０５にマグネシウム燃料体１００を完全に挿入するとともに、可動部２０６でケーシング２０５にふたをする。

　以上のように操作することで、マグネシウム空気電池２２０にマグネシウム燃料体１００を供給することができ、マグネシウム空気電池２２０が起電力を発生させることが可能になる。この状態で、コネクタ２０７を介してマグネシウム空気電池２２０と外部の機器とを接続することで、機器に電力を供給することができる。

　以上の手順と逆の手順で操作を行うことで、消耗したマグネシウム燃料体１００を取り出すことができる。その後、新しいマグネシウム燃料体１００を供給することで、マグネシウム空気電池２２０を何度でも電源として利用することができる。

　上記のような構成のマグネシウム空気電池２２０は、電極等の構成要素がケーシング２０５の内部にまとまっており、携帯しやすい。また、マグネシウム燃料体１００の供給及び回収を簡単に行うことができ、扱いが容易な電源として機能する。

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

　実施形態１において、マグネシウム薄板１０１は金属マグネシウムの薄板であるとしたが、これに限られるものではない。例えば、マグネシウム燃料体１０１はマグネシウムイオンを溶出するものであればよく、マグネシウムを含む合金、マグネシウム化合物、表面に亜鉛薄膜が形成された金属マグネシウム等から形成されていてもよい。

　また、実施形態１において、電解質１０５が保水材１０４と共に封入されているとしたが、これに限られるものではない。例えば、保水材１０４が、電解質１０５を内部に含み、水を吸収することで電解液１０６を生成するようなものであってもよい。

　また、実施形態４及び５において、マグネシウム空気電池２００及び２１０は、マグネシウム燃料体１００と正極２０１とをそれぞれ一つ備えるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、マグネシウム燃料体１００と正極２０１とをそれぞれ複数備え、これらを直列又は並列に接続したものであってもよい。

　また、実施形態４及び５において、マグネシウム空気電池２００及び２１０は、実施形態１で説明したマグネシウム燃料体１００を備えるものとして説明したが、これに限られるものではない。実施形態２で説明したマグネシウム燃料体１１０又は実施形態３で説明したマグネシウム燃料体１２０を備えてもよい。

　また、実施形態６において、マグネシウム空気電池２００が携帯電話機３００の内部に設置されているとしたが、これに限られるものではない。例えば、マグネシウム空気電池２００が空気（外気）に触れることが可能なように、正極２０１が露出するように構成されていてもよい。又は、携帯電話機３００に、空気を透過する穴やメッシュ等の空気透過部が設けられていてもよい。

　また、実施形態６において、負極端子１０３と正極端子２０２とは、携帯電話機３００の内部の基板等に電気的に接続され、マグネシウムを燃料として携帯電話機３００を稼働させるとしたが、これに限られるものではない。例えば、携帯電話機３００が備える二次電池等に接続され、その二次電池を充電するものであってもよい。

　また、実施形態６において、携帯電話機３００は、実施形態４で説明したマグネシウム空気電池２００を備えるものとして説明したが、これに限られるものではない。実施形態５で説明したマグネシウム空気電池２１０を備えてもよいし、実施形態７で説明したマグネシウム空気電池２２０を備えてもよい。

　また、実施形態７において、マグネシウム空気電池２２０は内部に二つの電池を有するとしたが、これに限られるものではない。例えば、一つの電池のみを有するものであってもよいし、三つ以上の電池を有するものであってもよい。

　また、実施形態７において、可動部２０６はケーシング２０５に回転軸によって回転可能に取り付けられるとしたが、これに限られるものではない。例えば、ケーシング２０５にレールを介して摺動可能に取り付けられてもよい。

　また、マグネシウム空気電池が電源として用いられる対象を携帯電話機としたが、これに限られるものではない。例えば、スマートフォン、ＰＤＡ、電子辞書、携帯ゲーム機、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、ノートパソコン、ウェアラブル機器といった任意の電子機器を対象としてもよい。マグネシウム薄板１０１や正極２０１等の要素はそれぞれ厚さ０．５ｍｍ以下で形成されることも可能であり、マグネシウム空気電池は厚さ１ｍｍ程度で構成されうる。本願出願人は０．２－０．５Ａ／ｃｍ^２の電流密度を実験で得ており、実施形態に係るマグネシウム空気電池は大出力と薄さとの両立を強く求められるウェアラブル機器に特に好適である。さらに、電気自動車のような電気で駆動する大型の装置を対象としてもよい。

　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態や変形が可能である。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

　本発明は、２０１４年１０月６日に出願された日本国特許出願２０１４－２０５８１７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１４－２０５８１７号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

１００，１１０，１２０　マグネシウム燃料体
１０１　マグネシウム薄板
１０２　セパレータ
１０３　負極端子
１０４　保水材
１０５　電解質
１０６　電解液
１０７　仕切り
１０８　上流保水材溜まり
１０９　下流保水材溜まり
２００，２１０，２２０　マグネシウム空気電池
２０１　正極
２０２　正極端子
２０３　カバー
２０４　スペーサ
２０５　ケーシング
２０６　可動部
２０７　コネクタ
３００　携帯電話機
３０１　開口部
３０２　蓋
３０３　電極

Claims (18)

1. 　マグネシウムを含むマグネシウム薄板と、
   　前記マグネシウム薄板に電気的に接続された負極端子と、
   　水を吸収して保持することが可能な保水材と、
   　水に溶けることで電解液となる電解質と、
   　水及びイオンを透過可能であり、前記マグネシウム薄板を覆うセパレータと、を備え、
   　前記マグネシウム薄板と前記セパレータとの間に前記保水材と前記電解質とが封入され、
   　前記セパレータから前記負極端子の一部が突出している、
   　ことを特徴とするマグネシウム燃料体。
2. 　前記保水材は吸水性の布を含む、
   　ことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
3. 　前記保水材は吸水性ポリマーを含む、
   　ことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム燃料体。
4. 　前記セパレータは不織布を含む、
   　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体。
5. 　前記電解質は前記保水材の内部に含まれる、
   　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体。
6. 　前記セパレータの内部に配置され、前記セパレータの内部の空間を表側と裏側とに分ける仕切りをさらに備える、
   　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体。
7. 　前記保水材と前記電解質とが封入される上流保水材溜まりと、
   　酸化還元反応による生成物と消耗した前記保水材とを内部に保持可能な下流保水材溜まりと、をさらに備える、
   　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体。
8. 　前記保水材が乾燥した状態である、
   　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体。
9. 　前記マグネシウム燃料体は前記保水材に吸収された水を備え、
   　水を吸収した前記保水材が前記マグネシウム薄板を覆う、
   　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のマグネシウム燃料体。
10. 　請求項９に記載のマグネシウム燃料体と、
    　導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給し、前記セパレータと接する正極と、
    　前記正極に電気的に接続された正極端子と、を備える、
    　ことを特徴とするマグネシウム空気電池。
11. 　前記正極は前記セパレータ及び膨張した前記保水材より高い剛性を備え、容積が膨張した前記保水材の体積と一致するように形成されている、
    　ことを特徴とする請求項１０に記載のマグネシウム空気電池。
12. 　酸素を通し水を通さない素材から形成され、前記正極を覆うカバーをさらに備える、
    　ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のマグネシウム空気電池。
13. 　前記負極端子に接触して前記負極端子及び前記マグネシウム薄板を支持するスペーサをさらに備える、
    　ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池。
14. 　前記正極は炭素、金属、マンガン酸化物のうち少なくとも一つから形成される、
    　ことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池。
15. 　前記正極を覆い、前記マグネシウム燃料体を挿入可能な開口部を有するケーシングと、
    　前記ケーシングに取り付けられ、前記マグネシウム燃料体の前記ケーシングへの挿入を補助し、前記開口部にふたをする可動部と、を備える、
    　ことを特徴とする請求項１０に記載のマグネシウム空気電池。
16. 　請求項１０から１５のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池を備える、
    　ことを特徴とする電子機器。
17. 　前記正極が外気に触れるように形成されている、
    　ことを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。
18. 　マグネシウムを含むマグネシウム薄板と、前記マグネシウム薄板に電気的に接続された負極端子と、水を吸収して保持することが可能な乾燥した保水材と、水に溶けることで電解液となる電解質と、水及びイオンを透過可能であり、前記マグネシウム薄板を覆うセパレータと、を備え、前記マグネシウム薄板と前記セパレータとの間に前記保水材と前記電解質とが封入され、前記セパレータから前記負極端子の一部が突出しているマグネシウム燃料体に水を供給するステップと、
    　水を供給された前記マグネシウム燃料体を、導電性を有する素材から形成され、酸素に電子を供給し、前記セパレータと接する正極と、前記正極に電気的に接続された正極端子と、を備える電池本体に挿入するステップと、を備える、
    　ことを特徴とするマグネシウム空気電池の使用方法。

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