JP6744704B2

JP6744704B2 - 金属空気電池、電解液槽、及び、金属空気電池の使用方法

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Publication number: JP6744704B2
Application number: JP2015206581A
Authority: JP
Inventors: 正樹加賀; 宏隆水畑
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: JP2017079147A

Description

本発明は、金属空気電池、電解液槽、及び、金属空気電池の使用方法に関する。より詳しくは、着脱式の金属電極を利用する金属空気電池、並びに、該金属空気電池に関連した電解液槽、及び、金属空気電池の使用方法に関するものである。

金属空気電池は、金属電極によりアノード（負極）が構成され、空気極によりカソード（正極）が構成される電池であり、高いエネルギー密度を有することから、実用化に向けた開発・研究が進められている。

金属空気電池の一例として亜鉛空気電池が挙げられる。図２４は、従来の亜鉛空気電池の構造の一例を示した模式断面図であり、図２５は、亜鉛空気電池における電池反応を説明するための模式的な断面図である。亜鉛空気電池１２１は、アルカリ性の電解液１１５中に亜鉛電極（負極）１１１が設けられ、空気流路１１３と電解液１１５との間に空気極（正極）１１２が設けられた構造を有し、電池反応（放電反応）が進行することにより亜鉛電極１１１と空気極１１２とから電力を出力する。

亜鉛空気電池１２１の電池反応において、亜鉛電極１１１を構成する金属亜鉛が電解液１１５中の水酸化物イオンと反応し、テトラヒドロキソ亜鉛酸イオンとなり、亜鉛電極１１１中に電子を放出する。また、このテトラヒドロキソ亜鉛酸イオンは分解して酸化亜鉛又は水酸化亜鉛が電解液１１５中に析出する。また、空気極１１２において、電子と水と酸素が反応することにより水酸化物イオンが生成され、この水酸化物イオンは、電解液１１５に移動する。このような電池反応が進行すると、亜鉛電極１１１の金属亜鉛が消費され、電解液１１５中に酸化亜鉛及び水酸化亜鉛が溜まっていくこととなる。したがって、亜鉛空気電池１２１による電力の出力を維持するためには、亜鉛電極１１１に金属亜鉛を供給する必要がある。

亜鉛空気電池を例示したように、金属空気電池においては、放電とともに負極金属が消費される。これに対して、負極となる金属部を電池筐体に挿抜可能とする方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式では、空気極が設けられた電池筐体に負極を取り付けることによって放電が行われ、放電後に、使用済みの負極を新しい負極に交換すれば、再放電が可能となる。また、使用済みの負極は、充電装置に取り付けて、還元することによって再生される。

特開２００４−３６２８６９号公報

上述したように金属空気電池は放電に伴い、負極を構成する金属電極が電解液中に溶解していく。このため、金属空気電池は、金属電極を定期的に交換する必要がある。ここで、金属空気電池は、継続的に使用するために金属電極をカートリッジ化し、金属電極を交換可能なように設計されている。金属電極カートリッジ（金属電極構造体）を放電時に電解液槽（電池筐体）に挿入し、非放電時に取出す機械式充電型の金属空気電池においては、金属電極カートリッジを取り外したときに、金属電極カートリッジを抜き差しするための開口から電解液槽内の電解液が電池外部へ漏洩するおそれがあった。

電解液の漏洩が生じて金属空気電池の内部や外装部材、配線部材に電解液が付着すると、それらの部材を劣化させ、電池の特性劣化及び動作不良発生の原因となる。

なお、特許文献１には、金属部の把持部に、電解液が外に漏れないようにシール機能を有するキャップを設けることが記載されている（図３参照）。しかしながら、特許文献１のキャップは、金属部を挿入した状態のみで開口部を封止できるものであり、金属部を取り外した際には開口部を封止できないものであった。このため、金属部を取り外した状態で電解液槽を移動・保管をするためには、電解液槽の開口部をシールするために別の封止手段が必要となる。また、使用済みの金属部を電池本体から回収する際に、金属部に付着した電解液が飛散することを防止できなかった。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、金属電極カートリッジの取り出しにより生じる電解液の漏洩を防止できる金属空気電池、並びに、該金属空気電池に関連した電解液槽、及び、金属空気電池の使用方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、金属空気電池における金属電極カートリッジの交換方式について種々検討した結果、電解液槽の開口部の内壁に第１の凹凸部を設け、さらに第１の凹凸部と嵌合可能な第２の凹凸部を有する第１の封止部材を設けることによって、金属電極カートリッジの引き出し時に、第１の封止部材によって電解液槽の開口部を封止すれば、電解液の漏洩を防止できることを見出した。これにより、本発明者らは、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の第１の態様は、電解液槽と、上記電解液槽の側壁の一部を形成する空気極と、上記電解液槽の開口部から上記電解液槽内に挿入された金属電極カートリッジと、上記開口部の内壁に設けられた第１の凹凸部と、上記金属電極カートリッジの下端部および上記電解液槽内に設けられ、上記第１の凹凸部と嵌合可能な第２の凹凸部を有する第１の封止部材と、を備えた金属空気電池である。

上記第１の態様の金属空気電池に利用可能な電解液槽もまた、本発明の一態様である。すなわち、本発明の第２の態様は、電解液槽の壁部の一部を形成する空気極と、上記電解液槽の開口部の内壁に設けられた第１の凹凸部と、上記電解液槽の上記開口部を封止し、上記第１の凹凸部と嵌合している第２の凹凸部が設けられた第１の封止部材とを備える電解液槽である。

上記第１の態様の金属空気電池で行われる金属電極カートリッジの交換に関連した金属空気電池の使用方法もまた、本発明の一態様である。すなわち、本発明の第３の態様は、金属空気電池の使用方法であって、上記金属空気電池は、金属電極カートリッジと、電解液を収容する電解液槽と、上記電解液槽の壁部の一部を形成する空気極と、上記電解液槽の開口部を封止する第１の封止部材とを備え、上記金属電極カートリッジを上記開口部から上記電解液槽の内部に押し入れ、上記封止部材と上記金属電極カートリッジを嵌合させ、上記金属電極カートリッジを上記電解液に浸漬させる工程と、上記金属電極カートリッジを上記開口部から引き抜き、上記第１の封止部材を上記金属電極カートリッジとともに上記電解液から引き上げ、上記開口部を上記第１の封止部材で封止する工程とを含む金属空気電池の使用方法である。

本発明の金属空気電池、電解液槽、及び、金属電池の使用方法はいずれも、金属電極カートリッジの取り出しにより生じる電解液の漏洩を防止するのに適している。

放電状態の実施形態１の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図である。図１中の電解液槽の開口部近傍を拡大して示した断面模式図である。図１中の第１の封止部材を拡大して示した断面模式図である。図１中の金属電極カートリッジを拡大して示した断面模式図である。実施形態１の金属空気電池の使用方法を説明する断面模式図であり、図５（ａ）は、放電状態を示し、図５（ｂ）は、実施形態１の金属空気電池から金属電極カートリッジを取り外す直前の状態を示し、図５（ｃ）は、実施形態１の金属空気電池から金属電極カートリッジを取り外した状態を示す。図５（ｂ）の状態における金属空気電池を正面方向から見た断面模式図である。第１の封止部材の寸法を説明する断面模式図である。実施形態１の金属空気電池において、金属電極カートリッジを引き上げるときの電解液槽内部の様子を拡大して示す側面方向から見た断面模式図である。実施形態２の金属電極電池を分解して示す側面方向から見た断面模式図であり、図９（ａ）は、金属電極カートリッジ及び第１の封止部材が取り除かれた状態を示し、図９（ｂ）は、金属電極カートリッジ及び第１の封止部材が結合した状態を示す。実施形態２の金属電極電池を模式的に示す側面方向から見た断面模式図であり、図１０（ａ）は、放電状態を示し、図１０（ｂ）は、金属電極カートリッジが取り外された様子を示す。実施形態３の第１の封止部材を模式的に示す図であり、図１１（ａ）は上面図であり、図１１（ｂ）は断面図である。図１１中の点線で囲んだ部分を拡大して示した図である。実施形態４の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図である。金属電極カートリッジを取り出した状態において、図１３の電解液槽の第１の凹凸部近傍を拡大して示した断面模式図である。金属電極カートリッジを取り付けた状態において、図１３の電解液槽の第２の凹凸部近傍を拡大して示した断面模式図である。実施形態５の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図であり、図１６（ａ）は、放電状態を示し、図１６（ｂ）は、金属電極カートリッジを取り外す直前の状態を示す。実施形態６の第１の封止部材を模式的に示す上面図である。実施形態６の電解液槽を模式的に示す上面図である。実施形態６の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図である。実施形態７の電解液槽を側面方向から見た断面模式図である。実施形態７の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図であり、図２１（ａ）は、放電状態を示し、図２１（ｂ）は、金属電極カートリッジを取り外す直前の状態を示す。実施形態８の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図であり、図２２（ａ）は、放電状態を示し、図２２（ｂ）は、金属電極カートリッジを取り外す直前の状態を示し、図２２（ｃ）は、金属電極カートリッジが取り外された様子を示す。実施形態９の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図である。従来の亜鉛空気電池の構造の一例を示した模式断面図である。亜鉛空気電池における電池反応を説明するための模式的な断面図である。

以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
また、各実施形態の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。

［実施形態１］
実施形態１に係る金属空気電池について、図１〜８を参照して説明する。図１は、放電状態の実施形態１の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図である。図２は、図１中の電解液槽の開口部近傍を拡大して示した断面模式図である。図３は、図１中の第１の封止部材を拡大して示した断面模式図である。図４は、図１中の金属電極カートリッジを拡大して示した断面模式図である。図５は、実施形態１の金属空気電池の使用方法を説明する断面模式図であり、図５（ａ）は、放電状態を示し、図５（ｂ）は、実施形態１の金属空気電池から金属電極カートリッジを取り外す直前の状態を示し、図５（ｃ）は、実施形態１の金属空気電池から金属電極カートリッジを取り外した状態を示す。図６は、図５（ｂ）の状態における金属空気電池を正面方向から見た断面模式図である。図７は、第１の封止部材の寸法を説明する断面模式図である。図８は、実施形態１の金属空気電池において、金属電極カートリッジを引き上げるときの電解液槽内部の様子を拡大して示す側面方向から見た断面模式図である。なお、負極集電体１１ａ及び正極集電体（空気極集電体）２１ａについては、図１以外では図示を省略している。

実施形態１の金属空気電池１は、金属電極カートリッジ１０と、電解液５０を収容する電解液槽２０とを有する電池である。電解液槽２０は、金属電極カートリッジ１０を挿入するための開口部２４と、電解液槽２０の側壁の一部を形成する空気極２１と、電解液槽２０の内壁に設けられた第１の凹凸部２３と、電解液槽２０の開口部２４を封止し、第１の凹凸部２３と嵌合する第２の凹凸部３２が設けられた第１の封止部材３１とを備えていることを特徴とする。
以下、実施形態１の金属空気電池１について詳述する。

図５（ａ）に示したように、実施形態１の金属空気電池１は、電解液５０を入れた電解液槽２０内に金属電極カートリッジ１０が設置されると、金属電極１１と電解液５０が接触し、電池反応による放電が可能な状態となる。金属電極カートリッジ（金属電極構造体）１０は、金属空気電池１の負極として用いられる金属電極１１を備え、電解液槽２０に対して着脱可能である。電池反応の進行とともに金属電極１１に含まれる負極活物質が消費された場合には、金属電極カートリッジ１０を交換すれば、再び発電が可能となる。

電解液槽２０の上部には、金属電極カートリッジ１０を挿入するための開口部２４がある。開口部２４には、第１の凹凸部２３が設けられている。電解液槽２０内には、第１の凹凸部２３と嵌合可能な第２の凹凸部３２を有する第１の封止部材３１が設けられている。金属電極カートリッジ１０は、金属電極１１と、金属電極１１の上端部を支持し、第１の凹凸部２３と嵌合可能な第３の凹凸部１４を有する第２の封止部材１３が設けられている。金属電極カートリッジ１０の下端部には、第４の凹凸部１６が設けられている。第１の封止部材３１は、上面に溝３３を有する。溝３３の内壁には、第４の凹凸部１６と嵌合可能な第５の凹凸部３４が設けられている。

金属電極カートリッジ１０を電解液槽２０に取り付けた状態では、第３の凹凸部１４が第１の凹凸部２３と嵌合し、電解液槽２０内で第４の凹凸部１６が第５の凹凸部３４と嵌合している。金属電極カートリッジ１０が挿入されていない状態では、第２の凹凸部３２が第１の凹凸部２３と嵌合し、第１の封止部材３１が開口部２４を封止する。金属電極カートリッジ１０を電解槽２０に挿入する際に、金属電極カートリッジ１０の第４の凹凸部１６が第１の封止部材３１の第５の凹凸部３４と嵌合する。そして、金属電極カートリッジ１０が電解液槽２０内に押し込まれると、第２の凹凸部３２と第１の凹凸部２３との嵌合が解除され、第１の封止部材３１が電解液槽２０内の底部に移動する。金属電極カートリッジ１０及び第１の封止部材３１が電解液５０に浸漬した後で、第３の凹凸部１４が第１の凹凸部２３と嵌合し、第２の封止部材１３が開口部２４を封止する。

電解液槽２０内に挿入された金属電極カートリッジ１０を取り外す際には、金属電極カートリッジ１０を引き上げる。この操作によって、第３の凹凸部１４と第１の凹凸部２３との嵌合が解除されるとともに、第１の封止部材３１も引き上げられる。図５（ｂ）及び図６に示したように、第１の封止部材３１が電解液槽２０の上部まで到達すると、第１の凹凸部２３と第２の凹凸部３２が嵌合する。第１の凹凸部２３と第２の凹凸部３２が嵌合している状態では、第１の封止部材３１により開口部２４が封止され、電解液槽２０内の電解液５０が電解液槽２０の外部に漏れ出すことが抑制される。金属電極カートリッジ１０を更に引き上げると、図５（ｃ）に示したように、第４の凹凸部１６と第５の凹凸部３４の嵌合が解除され、金属電極カートリッジ１０のみが電解液槽２０から取り出される。

なお、実施形態１では、第２の封止部材１３は、金属電極１１から着脱可能であったが、別の実施形態では、第２の封止部材１３は、金属電極１１と一体であってもよい。

第１の凹凸部２３には、第１の凸部２５と、第１の凸部よりも下方に設けられている第２の凸部２６があり、第２の凸部２６の突出量は第１の凸部２５の突出量に比べて小さい。また、第２の凹凸部３２には、第３の凸部３５と、第３の凸部３５よりも上方に設けられている第４の凸部３６があり、第４の凸部３６の突出量は、第３の凸部の突出量よりも小さい。

金属電極カートリッジ１０を引き出す際、第１の封止部材３１の第２の凹凸部３２と第１の凹凸部２３とが互いに嵌合した後に金属電極カートリッジ１０が第１の封止部材３１から分離するためには、図７に示したように、第１の封止部材３１が、第１の凹凸部２３に対する突出部の突出量ａと金属電極カートリッジ１０に対する突出部の突出量ｂとの関係においてａ≦ｂを満たすことが好ましい。

第１の封止部材３１は、電解液槽２０の側面を構成する内壁と間隔を空けた状態で電解液槽２０内を上下移動可能であることが好ましい。これによって、図８に示したように、金属電極カートリッジ１０を挿入することで、第１の封止部材３１を電解液槽２０内で上下移動させる際、電解液槽２０内の電解液５０が、第１の封止部材３１と電解液槽２０の内壁の間に形成される間隙を通じて移動でき、第１の封止部材３１を移動させやすくなる。

第１の封止部材３１の材質は、電解液５０に対する耐食性を有することが好ましく、例えば、耐アルカリ性のものが用いられる。材質の具体例としては、樹脂、セラミック、金属等が挙げられる。

続いて、実施形態１の金属空気電池１の各構成部材について説明する。
金属電極カートリッジ１０には、金属空気電池１の負極（アノード）として金属電極１１が用いられる。金属電極１１に含まれる金属としては、負極活物質として利用できる金属種であれば特に限定されず、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、カドミウム（Ｃｄ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属、それらの合金、及び、それら金属及び／又は合金の混合物が挙げられる。なかでも、Ｚｎ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｆｅを用いれば、常温作動させることができる。また、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕは、取り扱いの安全性に優れている。Ｚｎを主成分とする亜鉛電極が、金属電極１１として特に好適に用いられる。金属電極１１に含まれる金属は、電池の放電反応により電子を放出し、電解液５０中に溶解した後、金属酸化物、金属水酸化物等の金属化合物になって析出する。

金属電極１１には、必要に応じて、添加剤が添加されてもよい。例えば、亜鉛を主成分とする金属電極１１を用いる場合には、インジウム、ビスマス、アルミニウム、カルシウム等の添加剤を加えることにより、金属電極１１が自己腐食することを抑制することができる。

金属電極１１の形状としては特に限定されず、例えば、平板状、棒状、スラリー状とすることができるが、平板状のものが好適に用いられる。また、金属電極１１の製造方法としては特に限定されず、粒状の金属を板状、棒状に成形したものであってもよい。

金属電極カートリッジ１０には、負極から電気を取り出すための集電構造が設けられてもよい。例えば、金属電極１１は、金属電極カートリッジ１０に設けられた負極集電体１１ａに金属種を電析させて形成したものであってもよい。また、電解液槽２０に挿し込まれた金属電極１１と電気的に接続されるように配置された集電構造が電解液槽（電池筐体）２０に設けられてもよい。集電構造に用いられる負極集電体１１ａを構成する材料としては、ニッケル、白金、ステンレス、銅、スズ、炭素等が挙げられる。

金属電極１１の配置は、電解液槽２０に保持された電解液５０と金属電極１１の間でイオンが伝導すれば特に限定されないが、金属電極カートリッジ１０を電解液槽２０に取り付けた状態において、金属電極１１が、電解液槽２０中に、電極面が重力方向に対して平行となるように、言い換えれば、電極面が水平方向と交差するように配置されることが好ましい。また、金属電極カートリッジ１０を電解液槽２０に取り付けた状態において、金属電極１１の電極面は、電極間距離が均一になるように、空気極２１の電極面に対向することが好ましい。

また、金属電極１１は、電解液５０と直接接触してもよいし、金属電極１１と電解液５０の間に、イオン伝導可能なセパレータが設けられていてもよい。セパレータは、金属電極カートリッジ１０が備えていてもよいし、電解液槽２０が備えていてもよいし、それらとは独立した別の部材であってもよい。金属電極１１と電解液５０の間にセパレータを設けた場合には、金属電極カートリッジ１０の挿入方向を重力方向に限定しなくても、電解液５０の漏出を防止しながら金属電極１１を交換できる。
また、金属電極カートリッジ１０は、電解液槽２０から取り出された場合に、空気中に金属電極１１が露出した状態であってもいし、金属電極１１がセパレータに覆われていてもよい。

セパレータは、耐電解液性とイオン伝導性を有すればよく、固体電解質、多孔性樹脂の膜や不織布を用いることができる。固体電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミック、イオン伝導性ガラスが挙げられる。多孔性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール系材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。電解液５０の流通が良くなるようにセパレータは親水化処理されていることが好ましい。多孔性樹脂には、亜鉛塩やリチウム塩等の電解質塩を分散させることでイオン伝導性を向上させてもよい。

金属空気電池１では、正極（カソード）として空気極２１が用いられる。空気極２１は、大気中の酸素と水と電子から水酸化物イオンを生成する電極である。

空気極２１は、例えば、導電性の多孔性担体と該多孔性担体に担持された空気極触媒とを含む構成からなる。このような構成によれば、空気極触媒上に、酸素と水と電子を共存させることができ、電極反応を効率よく進行させることができる。空気極触媒は、微粒子状にして多孔性担体に担持させることが好ましい。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液５０から供給されてもよい。

多孔性担体としては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック；黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子；気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることができる。
多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極２１は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。アニオン交換樹脂のイオン交換基としては、４級アンモニウム塩基等の強塩基性基；１級、２級又は３級アミノ基を有する弱塩基性基等が例示できる。強塩基性のアニオン交換樹脂としては、例えば、スチレン骨格を有する架橋ポリマーに、トリメチルアンモニウム等のトリアルキルアンモニウム塩基、ジメチルエタノールアンモニウム、メチルジエタノールアンモニウム等のアルキルアルカノールアンモニウム塩基を導入したもの等が例示できる。また、弱塩基性のアニオン交換樹脂としては、例えば、ポリベンズイミダゾール、ベンズイミダゾール−ポリイミド共重合体等のベンズイミダゾールユニットを有する単独重合体又は共重合体；アミノ化ポリエーテルスルホン等が例示できる。

空気極触媒としては、例えば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン等の金属；これらの金属原子を含む金属化合物；これらの金属の２種以上を含む合金；これらの金属の金属酸化物を用いることができる。上記合金としては、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、例えば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト−ニッケル合金を好適に用いることができる。上記金属酸化物としては、ルテニウム、コバルト、マンガン、セリウム、鉄のうち少なくとも１種類の金属原子を含む金属酸化物が好ましく、具体的には、酸化ルテニウム（ＩＶ）（ＲｕＯ_２）、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化コバルト（ＩＩＩ）（Ｃｏ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＩＶ）（ＣｅＯ_２）を好適に用いることができる。

実施形態１において、空気極２１は、電解液槽２０の側壁の一部として設けられている。空気極２１の電極面は、負極の電極面に対向して配置されることが好ましい。これにより、電極間距離を均等かつ短くし、電極間抵抗を抑えることができる。

空気極２１は、大気に直に接して設けられてもよいし、空気流路に接して設けられてもよい。図１等には、空気流路の一例として、電解液槽２０の側壁に設けられた通気孔２２が示されている。通気孔２２は、メッシュ、穴等の通気できるものであれば特に限定されない。通気孔２２は、開閉可能なものであってもよい。開閉可能なものを設けた場合には、金属空気電池１を稼働させるときには通気孔２２を開けておき、金属電極１１を電解液５０から取り除くときに通気孔２２を閉じる。これによって、金属電極１１の取り出し時に通気孔２２から電解液５０が漏洩することを防止できる。空気流路が設けられる場合、空気流路に加湿された空気を流すことにより、空気極２１に酸素だけでなく水を供給できる。

空気流路の設置方法は特に限定されず、例えば、空気極２１の電解液５０と接する側とは反対側に正極集電体（空気極集電体）２１ａを配置し、この正極集電体２１ａに形成してもよい。正極集電体２１ａを介して空気極２１と外部回路とを電気的に接続すれば、金属空気電池１の電力を外部回路に効率よく出力することができる。

空気極２１は、電解液槽２０内の電解液５０に接触するように設けてもよい。このことにより、空気極２１で生成した水酸化物イオンが容易に電解液５０へ移動することができる。また、空気極２１における電極反応に必要な水が電解液５０から空気極２１に供給されやすくなる。

また、空気極２１は、電解液槽２０内の電解液５０に接触するように設けられたセパレータと接触して設けられてもよい。セパレータとして、例えばイオン交換膜を設けることにより、空気極２１と電解液５０との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換膜は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極２１で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液５０へ移動することができ、かつ電解液５０中の陽イオンが空気極２１に移動するのを防止することができる。

電解液５０は、溶媒に電解質が溶解しイオン伝導性を有する液体である。電解液５０の種類は、一般的な金属空気電池で使用される電解液であれば特に限定されず、負極を構成する金属の種類によって選択すればよく、水溶媒を用いた電解液（電解質水溶液）であってもよいし、有機溶媒を用いた電解液（有機電解液）であってもよい。
例えば、金属電極１１が亜鉛、アルミニウム、鉄を主として含む場合には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性電解液を用いることができ、マグネシウムを主として含む場合には、塩化ナトリウム水溶液等の中性電解液を用いることができ、リチウム、ナトリウム、カルシウムを主として含む場合には、酸性電解液を用いることができる。また、金属電極１１がリチウムを主として含む場合には、有機電解液を用いることが好ましい。上記有機電解液としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_３）、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２等の公知のリチウム塩を、非プロトン性で鎖状構造を持たない有機溶媒（エチレンカーボネート、テトラヒドロフラン等）に溶解したものを使用することができる。

また、電解液５０はゲル化剤を含み、ゲル化されていてもよい。ゲル化剤としては、特に限定されず、電池の分野で電解液をゲル化するために一般的に使用されるゲル化剤であればよく、例えば、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩、又は、親水基としてスルホ基を有する２−アクリルアミド−２メチルプロパンスルホン酸を用いることができる。

電解液５０を収容する電解液槽２０は、電解液５０が溜められる容器であることから、電解液５０に対する耐食性を有する材料で形成されたものであることが好ましい。電解液槽２０は、円筒状や直方体状等の電解液５０が溜められる形状であればよく、その容積や形状は特に限定されない。電解液槽２０には、金属電極１１を挿入できる大きさの開口部２４が設けられている。開口部２４の配置は、電解液槽２０に保持された電解液５０に、金属電極１１を接触させることができれば特に限定されないが、電解液槽２０の上面に設けられることが好ましい。

電解液槽２０には、電解液５０を循環させるための流路が設けられていてもよい。また、電解液５０の交換（給液又は廃液）は、開口部２４から行ってもよく、電解液槽２０に電解液５０交換用の給液口または廃液口を設け、そこから行ってもよい。

なお、実施形態１の金属空気電池１は、少なくとも一つの電解液槽２０を有するものである。複数の電解液槽２０が設けられる場合には、各電解液槽２０の空気極２１、及び、各電解液槽２０に取り付けられた金属電極カートリッジ１０が互いに電気的に接続される。

上述した構成を有する実施形態１の金属空気電池１には、以下の利点がある。
（１）金属電極カートリッジ１０の着脱操作のみによって、電解液槽２０の開口部２４を封止することができる。これにより、金属電極カートリッジ１０を挿入しているとき及び挿入していないときに関わらず、常に開口部２４からの電解液５０の漏洩・飛散を防止できる。
（２）第１の封止部材３１を嵌合させることにより、開口部２４が設けられた電解液槽２０の上部の強度を高めることができる。
（３）第１の封止部材３１と電解液槽２０の側面を構成する内壁の間に間隔があることにより、第１の封止部材３１の移動によって電解液５０が押し出されにくくされており、また、第１の封止部材３１が接触して電解液槽２０の側面を構成する内壁や空気極２１を傷つけることが防止されている。

［実施形態２］
実施形態２に係る金属空気電池について、図９及び１０を参照して説明する。図９は、実施形態２の金属電極電池を分解して示す側面方向から見た断面模式図であり、図９（ａ）は、金属電極カートリッジ１０及び第１の封止部材３１が取り除かれた状態を示し、図９（ｂ）は、金属電極カートリッジ１０及び第１の封止部材３１が結合した状態を示す。図１０は、実施形態２の金属電極電池を模式的に示す側面方向から見た断面模式図であり、図１０（ａ）は、放電状態を示し、図１０（ｂ）は、金属電極カートリッジ１０が取り外された様子を示す。なお、実施形態２以降では、実施形態１と共通する事項についての説明は省略する。

実施形態２では、電解液槽２０の第１の凹凸部２３の内周、及び、第１の封止部材３１の外周にテーパーが形成されている。図９（ａ）において点線で囲んで示したように、電解液槽２０の第１の凹凸部２３には、電解液槽２０の底面側に向かって内径が大きい第１のテーパー部２３ａが設けられている。また、図９（ｂ）において点線で囲んで示したように、第１の封止部材３１には、電解液槽２０の底面側に向かって外径が大きい第２のテーパー部３１ａが設けられている。図１０に示したように、第１のテーパー部２３ａと第２のテーパー部３１ｂとは、互いの傾斜面が密着し、開口部２４を封止できるように構成されている。これによって、金属電極カートリッジ１０を取り外した状態では、電解液槽２０の第１の凹凸部２３と第１の封止部材３１が、実施形態１よりも広い面積で接触することになる。

実施形態２によれば、実施形態１の利点に加えて、第１の封止部材３１で開口部２４を封止したときの電解液槽２０の密閉性を向上し、電解液５０の漏洩・飛散をより効果的に防止できるという利点がある。また、第１の封止部材３１と第１の凹凸部２３を嵌合させたときの電解液槽２０の上部の強度が向上する。

［実施形態３］
実施形態３に係る金属空気電池について、図１１及び１２を参照して説明する。図１１は、実施形態３の第１の封止部材３１を模式的に示す図であり、図１１（ａ）は上面図であり、図１１（ｂ）は断面図である。図１２は、図１１中の点線で囲んだ部分を拡大して示した図である。

実施形態３では、第１の封止部材３１の側面に、電解液槽２０内の上下方向に沿って伸びる切欠き（電解液の流路）３１ｂが形成されている。金属電極カートリッジ１０を挿入する際には、第１の封止部材３１の底面よりも下にある電解液５０を、切欠き３１ｂを通して上方に逃がすことができる。一方、金属電極カートリッジ１０を引き出す際には、第１の封止部材３１の上面よりも上にある電解液５０を、切欠き３１ｂを通して下方に逃がすことができる。第１の封止部材３１に設けられる切欠き３１ｂの数及び形状は限定されないが、第１の封止部材３１の上端から下端まで連続して設けられることが好ましい。

実施形態３によれば、実施形態１の利点に加えて、第１の封止部材３１の移動に対する電解液５０の抵抗を減らし、金属電極カートリッジ１０の着脱を容易にすることができるという利点がある。また、金属電極カートリッジ１０の着脱の際に、電解液槽２０内の圧力（内圧）が増大することを防止でき、その結果、空気極２１等の損傷防止が可能となる。

［実施形態４］
実施形態４に係る金属空気電池について、図１３〜１５を参照して説明する。図１３は、実施形態４の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図である。図１４は、金属電極カートリッジ１０を取り出した状態において、図１３の電解液槽２０の第１の凹凸部近傍を拡大して示した断面模式図である。図１５は、金属電極カートリッジ１０を取り付けた状態において、図１３の電解液槽２０の第２の凹凸部近傍を拡大して示した断面模式図である。

実施形態４では、電解液槽２０の第１の凹凸部２３において第１の封止部材３１と嵌合する第２の凸部２６の角に面取り２３ｂが設けられている。これによって、第１の封止部材３１がよりスムーズに着脱できる。

実施形態４によれば、実施形態１の利点に加えて、金属電極カートリッジ１０の着脱を容易にすることができるという利点がある。すなわち、金属電極カートリッジ１０の挿し込みの際に、大きな力をかける必要がない。また、金属電極カートリッジ１０の引き出しの際に、第１の封止部材３１が第１の凹凸部２３と嵌合する前に金属電極カートリッジ１０が抜けるのを防止できる。

［実施形態５］
実施形態５に係る金属空気電池について、図１６を参照して説明する。図１６は、実施形態５の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図であり、図１６（ａ）は、放電状態を示し、図１６（ｂ）は、金属電極カートリッジ１０を取り外す直前の状態を示す。

実施形態５では、電解液槽２０の開口部２４に密着部材２７が設けられている。密着部材２７としては、例えば、磁性体（磁石）、粘着材を用いることができる。
密着部材２７は、図１６（ａ）が示すように、金属電極カートリッジ１０が電解液槽２０に挿入されている際には、密着部材２７の上側の平坦面と第４の封止部材１７の下側の平坦面が密着している。一方で、図１６（ｂ）が示すように、密着部材２７の下側の平坦面と第３の封止部材３７の上側の平坦面とが密着している。これによって、凹凸構造を互いに嵌合させる固定方法を用いる必要がないので、密着部材２７及び第３の封止部材３７の形状を単純なものにすることできる。また、第４の封止部材１７の形状も単純なものにすることできる。

また、第３の封止部材３７と金属電極カートリッジ１０が密着部材２７によって構成されてもよい。第３の封止部材３７中の密着部材２７は、電解液５０中に配置されることから、電解液５０に対する耐性（例えば、耐アルカリ性）を有するものが好適であり、例えば、樹脂で被覆された磁性体、耐アルカリ性の粘着材が用いられる。

実施形態５によれば、実施形態１の利点に加えて、電解液槽２０の内部及び第３の封止部材３７の形状を単純化できるという利点がある。また、第４の封止部材１７の形状も単純なものにすることできる。

［実施形態６］
実施形態６に係る金属空気電池について、図１７〜１９を参照して説明する。図１７は、実施形態６の第１の封止部材を模式的に示す上面図である。図１８は、実施形態６の電解液槽を模式的に示す上面図である。図１９は、実施形態６の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図である。

実施形態６では、図１７に示したように、第１の封止部材３１の側面に位置決め用の第１のガイド部３１ｄが設けられている。また、図１８に示したように、電解液槽２０の側面を構成する内壁面には、位置決め用の第２のガイド部２０ａが設けられている。第１の封止部材３１の第１のガイド部３１ｄ及び電解液槽２０の第２のガイド部２０ａはいずれも、第１の封止部材３１が電解液槽２０内で移動する方向に沿って形成されており、第１のガイド部３１ｄと第２のガイド部２０ａが嵌合するように構成されている。すなわち、第１の封止部材３１は、第１の封止部材３１の第１のガイド部３１ｄと、電解液槽２０の第２のガイド部２０ａとが嵌合した状態（図１９参照）で、電解液槽２０内を上下動する。これによって、金属電極カートリッジ１０を一定の位置で着脱することができる。第１のガイド部３１ｄ及び第２のガイド部２０ａの数及び形状は限定されないが、第２のガイド部２０ａは電解液槽２０の上端から下端まで連続して設けられることが好ましい。

実施形態６によれば、実施形態１の利点に加えて、第１の封止部材３１の位置ずれを防止し、金属電極１１と空気極２１の間隔を適切に保つことができるという利点がある。したがって、電極面で均一に電池反応を生じさせることや、第１の封止部材３１が空気極２１に接触することを防止できる。

［実施形態７］
実施形態７に係る金属空気電池について、図２０及び２１を参照して説明する。図２０は、実施形態７の電解液槽を側面方向から見た断面模式図である。図２１は、実施形態７の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図であり、図２１（ａ）は、放電状態を示し、図２１（ｂ）は、金属電極カートリッジを取り外す直前の状態を示す。

実施形態７では、電解液槽２０の第１の凹凸部２３における第２の封止部材１３又は第１の封止部材３１と接する面に、ガスケット２３ｅが設けられている。第１の封止部材３１と第１の凹凸部２３の間がガスケット２３ｅによって封止されることにより、封止性能が更に向上する。ガスケット２３ｅとしては特に限定されず、ゴム製であってもよいし、樹脂製であってもよい。

実施形態７によれば、実施形態１の利点に加えて、電解液５０の漏洩・飛散をより効果的に防止できるという利点がある。

［実施形態８］
実施形態８に係る金属空気電池について、図２２を参照して説明する。図２２は、実施形態８の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図であり、図２２（ａ）は、放電状態を示し、図２２（ｂ）は、金属電極カートリッジ１０を取り外す直前の状態を示し、図２２（ｃ）は、金属電極カートリッジ１０が取り外された様子を示す。

実施形態８では、金属電極カートリッジ１０及び第１の封止部材３１に付着した電解液５０を除去する除去部１３ｂが設けられている。除去部１３ｂは、電解液槽２０から引き出された金属電極カートリッジ１０に付着した電解液５０を擦り落とす機能と、金属電極カートリッジ１０及び第１の封止部材３１に付着した電解液５０を吸収する機能の両方を兼ね備えたものであるが、本発明においては、いずれか一方の機能のみを有するものであってもよい。除去部１３ｂは、樹脂製やゴム製のものを用いることができる。電解液５０を擦り落とす機能を有する除去部１３ｂは、電解液槽２０から引き出された金属電極カートリッジ１０と接触する位置に配置されることが好ましい。電解液５０を吸収する機能を有する吸収材からなる除去部１３ｂは、第１の封止部材３１が第１の凹凸部２３に結合した状態において、第１の封止部材３１の電解液槽２０の外部側の面に接する被覆部を含むことが好ましい。実施形態８では、第１の封止部材３１によって電解液槽２０内の電解液５０を封止することができるので、吸収材は、多量の電解液５０を吸収しなくてもよく、金属電極カートリッジ１０の表面に付着した少量の電解液５０を吸収できるものであれば充分な効果が得られる。吸収材は、例えば、多孔質又は不織布状の樹脂により構成される。樹脂としては、例えば、ポリプロピレン等のポリオレフィンが用いられる。ゴムとしては、塩化ビニルなどが用いられる。

図２２（ａ）に示したように、除去部１３ｂは、第１の封止部材３１の上方に位置し、金属電極カートリッジ１０の移動に応じて折り曲げ可能であることが好ましい。図２２（ｂ）に示したように、金属電極カートリッジ１０を電解液槽２０から引き出す際には、除去部１３ｂが金属電極カートリッジ１０の表面を擦ることによって、表面に付着した電解液５０を除去する。図２２（ｃ）に示したように、除去部１３ｂが吸収材である場合、金属電極カートリッジ１０が取り出された状態において、除去部１３ｂが第１の封止部材３１よりも電解液槽２０の外部側に位置し、第１の封止部材３１の上面に接して覆うことにより、上面に付着した電解液５０を吸収できる。

実施形態８の金属空気電池１において、金属電極カートリッジ１０を挿入した状態では、除去部１３ｂよりも上に配置された第１の凹凸部２３の第１の凸部２５と金属電極カートリッジ１０の第３の凹凸部１４とが結合し（図２２（ａ）参照）、かつ金属電極カートリッジ１０を取り出した状態では、除去部１３ｂよりも下に配置された第１の凹凸部２３の第２の凸部２６と第２の凹凸部３２とが結合し、除去部１３ｂが第１の封止部材３１の上面に接して覆う（図２２（ｃ）参照）ように構成されることが好ましい。

実施形態８によれば、実施形態１の利点に加えて、金属電極カートリッジ１０に付着した電解液５０をより確実に除去することによって、電解液５０の漏洩・飛散をより効果的に防止できるという利点がある。

［実施形態９］
実施形態９に係る金属空気電池について、図２３を参照して説明する。図２３は、実施形態９の金属空気電池を側面方向から見た断面模式図である。

実施形態９では、金属電極カートリッジ１０の外表面の少なくとも一部にイオン吸着材１５が設けられている。イオン吸着材１５は、金属電極１１から電解液５０中に溶出した金属イオンを吸着する。亜鉛空気電池の場合、イオン吸着材１５が亜鉛イオンを吸着することによって、電解液槽２０内に亜鉛化合物が沈殿することを抑制できる。イオン吸着材１５に吸着した亜鉛イオンは、金属電極カートリッジ１０の交換によって電解液槽２０の外に取り出される。イオン吸着材１５としては特に限定されず、例えば、イオン交換樹脂、キレート樹脂等が用いられる。

実施形態９によれば、実施形態１の利点に加えて、電解液槽２０内における析出物の発生を抑制できる。これによって、第１の封止部材３１の上面に析出物が堆積することを抑制し、第２の凹凸部３２と第１の凹凸部２３の嵌合不良を防止できるという利点がある。また、電池の発電特性の劣化を防止できる。

なお、実施形態１〜実施形態９の電解液槽２０は、金属空気電池１に用いられる電解液槽２０として記載したが、金属空気電池１以外の電解液槽としても用いることができる。具体的には、電解液槽２０の壁部の一部を形成する空気極２１の代わりに、電池分野で一般的に用いられる正極を用いることができる。具体的には、正極として空気極２１の代わりにニッケル、ステンレス、白金、炭素棒などを用いることができる。正極に空気極２１を用いない電解液槽２０は、放電済み（使用済み）の金属電極カートリッジ１０を充電する装置の電解液槽２０として用いることができる。正極に空気極２１を用いない電解液槽２０に、放電済みの金属電極カートリッジ１０を挿入することで、放電済みの金属電極カートリッジ１０を充電する充電装置となる。放電済みの金属電極カートリッジ１０の金属電極１１には、放電反応により酸化された負極活物質が多く含まれる。正極に空気極２１を用いない電解液槽２０に放電済みの金属電極カートリッジ１０を挿入し、正極と金属電極間に電圧を印加することで、酸化されていた負極活物質が酸化物から金属に還元される。電圧印加後、正極に空気極２１を用いない電解液槽２０から充電済みの金属電極カートリッジ１０を抜き出し、再び正極に空気極２１を用いた電解液槽２０に充電済みの金属電極カートリッジ１０を挿入することで、金属空気電池１として放電可能な状態になる。

［付記］
本発明の第１の態様は、電解液槽２０と、上記電解液槽２０の側壁の一部を形成する空気極２１と、上記電解液槽２０の開口部２４から上記電解液槽２０内に挿入された金属電極カートリッジ１０と、上記開口部２４の内壁に設けられた第１の凹凸部２３と、上記金属電極カートリッジ１０の下端部および上記電解液槽２０内に設けられ、上記第１の凹凸部２３と嵌合可能な第２の凹凸部３２を有する第１の封止部材３１と、を備えた金属空気電池１である。

上記第１の態様において、さらに、上記金属電極カートリッジ１０の上端に設けられた第２の封止部材１３と、上記第２の封止部材１３の外壁に設けられ、上記第１の凹凸部２３に嵌合している第３の凹凸部１４と、を備えてもよい。

上記第１の態様において、上記金属電極カートリッジ１０の下端部には、第４の凹凸部１６を有し、上記第１の封止部材３１は、上記金属電極カートリッジ１０の下端部を抜差可能な溝３３を有し、上記溝３３の内壁には、上記第４の凹凸部１６と嵌合可能な第５の凹凸部３４を有してもよい。

上記第１の態様において、上記第１の凹凸部２３は、上記電解液槽２０の底面側に向かって内径が大きい第１のテーパー部２３ａを有し、上記第１の封止部材３１は、上記電解液槽２０の底面側に向かって外径が大きく、かつ上記第１のテーパー部２３ａの傾斜面に適合する傾斜面を有する第２のテーパー部３１ａを有してもよい。

上記第１の態様において、上記第１の封止部材３１の側壁に上下に延びた切欠部３１ｂが設けられていてもよい。

上記第１の態様において、上記第１の凹凸部２３は、第１の凸部２５と、上記第１の凸部２５よりも下に設けられている第２の凸部２６とを備え、上記第２の凸部２６の突出量は上記第１の凸部２５の突出量よりも小さくてもよい。

上記第１の態様において、上記第２の凹凸部３２は、第３の凸部３５と、上記第３の凸部３５よりも上に設けられている第４の凸部３６とを備え、上記第４の凸部３６の突出量は、上記第３の凸部３５の突出量より小さくてもよい。

上記第１の態様において、上記第１の凸部２５と上記第４の凸部３６が接触している第１の接触面積は、上記第２の凸部２６と上記第３の凸部３５が接触している第２の接触面積よりも小さくてもよい。

本発明の第２の態様は、電解液槽２０の壁部の一部を形成する空気極２１と、上記電解液槽２０の開口部２４の内壁に設けられた第１の凹凸部２５と、上記電解液槽の上記開口部２４を封止し、上記第１の凹凸部２３と嵌合している第２の凹凸部３２が設けられた第１の封止部材３１とを備える電解液槽２０である。

上記第２の態様において、上記第１の封止部材３１の上面に溝３３が設けられていてもよい。

本発明の第３の態様は、金属空気電池１の使用方法であって、上記金属空気電池１は、金属電極カートリッジ１０と、電解液５０を収容する電解液槽２０と、上記電解液槽２０の壁部の一部を形成する空気極２１と、上記電解液槽２０の開口部２４を封止する第１の封止部材３１とを備え、上記金属電極カートリッジ１０を上記開口部２４から上記電解液槽２０の内部に押し入れ、上記第１の封止部材３１と上記金属電極カートリッジ１０を嵌合させ、上記金属電極カートリッジ１０を上記電解液５０に浸漬させる工程と、上記金属電極カートリッジ１０を上記開口部２４から引き抜き、上記第１の封止部材３１を上記金属電極カートリッジ１０とともに上記電解液５０から引き上げ、上記開口部２４を上記第１の封止部材３１で封止する工程とを含む金属空気電池１の使用方法である。

１：金属空気電池
１０：金属電極カートリッジ
１１：金属電極
１１ａ：負極集電体
１３：第２の封止部材
１３ｂ：除去部
１４：第３の凹凸部
１５：イオン吸着材
１６：第４の凹凸部
１７：第４の封止部材
２０：電解液槽
２０ａ：第２のガイド部
２１：空気極
２１ａ：正極集電体
２２：通気孔
２３：第１の凹凸部
２３ａ：第１のテーパー部
２３ｂ：面取り
２３ｅ：ガスケット
２４：開口部
２５：第１の凸部
２６：第２の凸部
２７：密着部材
３１：第１の封止部材
３１ａ：第２のテーパー部
３１ｂ：切欠き
３１ｄ：第１のガイド部
３２：第２の凹凸部
３３：溝
３４：第５の凹凸部
３５：第３の凸部
３６：第４の凸部
３７：第３の封止部材
５０：電解液
１１１：亜鉛電極
１１２：空気極
１１３：空気流路
１１５：電解液
１２１：亜鉛空気電池

Claims

電解液槽と、
前記電解液槽の側壁の一部を形成する空気極と、
前記電解液槽の開口部から前記電解液槽内に挿入された金属電極カートリッジと、
前記開口部の内壁に設けられた第１の凹凸部と、
前記金属電極カートリッジの下端部および前記電解液槽内に設けられ、前記第１の凹凸部と嵌合可能な第２の凹凸部を有する第１の封止部材と、を備えたことを特徴とする金属空気電池。
さらに、前記金属電極カートリッジの上端に設けられた第２の封止部材と、
前記第２の封止部材の外壁に設けられ、前記第１の凹凸部に嵌合している第３の凹凸部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の金属空気電池。
前記金属電極カートリッジの下端部には、第４の凹凸部を有し、
前記第１の封止部材は、前記金属電極カートリッジの下端部を抜差可能な溝を有し、
前記溝の内壁には、前記第４の凹凸部と嵌合可能な第５の凹凸部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属空気電池。
前記第１の凹凸部は、前記電解液槽の底面側に向かって内径が大きい第１のテーパー部を有し、
前記第１の封止部材は、前記電解液槽の底面側に向かって外径が大きく、かつ前記第１のテーパー部の傾斜面に適合する傾斜面を有する第２のテーパー部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属空気電池。
前記第１の封止部材の側壁に上下に延びた切欠部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属空気電池。
前記第１の凹凸部は、第１の凸部と、前記第１の凸部よりも下に設けられている第２の凸部とを備え、
前記第２の凸部の突出量は前記第１の凸部の突出量よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属空気電池。
前記第２の凹凸部は、第３の凸部と、前記第３の凸部よりも上に設けられている第４の凸部とを備え、
前記第４の凸部の突出量は、前記第３の凸部の突出量より小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属空気電池。
前記第２の凹凸部は、第３の凸部と、前記第３の凸部よりも上に設けられている第４の凸部とを備え、
前記第４の凸部の突出量は、前記第３の凸部の突出量より小さく、
前記第１の凸部と前記第４の凸部が接触している第１の接触面積は、
前記第２の凸部と前記第３の凸部が接触している第２の接触面積よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の金属空気電池。
金属空気電池の使用方法であって、
前記金属空気電池は、
金属電極カートリッジと、
電解液を収容する電解液槽と、
前記電解液槽の壁部の一部を形成する空気極と、
前記電解液槽の開口部を封止する第１の封止部材とを備え、
前記金属電極カートリッジを前記開口部から前記電解液槽の内部に押し入れ、前記第１の封止部材と前記金属電極カートリッジを嵌合させ、前記金属電極カートリッジを前記電解液に浸漬させる工程と、
前記金属電極カートリッジを前記開口部から引き抜き、前記第１の封止部材を前記金属電極カートリッジとともに前記電解液から引き上げ、前記開口部を前記第１の封止部材で封止する工程とを含むことを特徴とする金属空気電池の使用方法。