JP6947645B2 - 金属空気電池ユニット及び、金属空気電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数の金属空気電池セルを備えた金属空気電池ユニット及び、金属空気電池に関する。

金属空気電池では、正極である空気極において、大気中の酸素を正極活物質として利用し、当該酸素の酸化還元反応が行われる。一方、負極である金属極において、金属の酸化還元反応が行われる。金属空気電池のエネルギー密度は高く、災害時等における非常用電源等の役割として期待されている。この非常用電源等の役割として期待される金属空気電池は、一般的に所望の電気出力に応じて、複数の金属空気電池セルから構成されており、電解液を各金属空気電池セルに注入する事で発電が開始される。

複数の金属空気電池セルを連結しユニット化することで、所望の出力を得ることが出来る。下記に挙げた特許文献には、電池ユニットの構造について記載されている。

特開２０１３−２１４４７２号公報 特開２０１３−２１４４７３号公報 特開昭６２−１７７８７３号公報

ところで、従来においては、電池出力を制御する基板ユニットが、金属空気電池ユニットとは別個に設けられていた。このため、金属空気電池ユニットと基板ユニットを含めた全体構造が、大型化する問題があった。また、金属空気電池ユニットと基板ユニットとが別個に設けられているため、持ち運び等が、煩雑化する問題もあった。

また、金属空気電池ユニットの各金属空気電池セルに対し、夫々個別の給水スペースが設けられた構成や各金属空気電池セルに直接給水する構造では、個別に給水が必要となり、災害時等の緊急を要する状況では、給水作業が煩雑となった。また、各金属空気電池セルに供給される電解液量がばらつきやすく、所望の電気出力が得られない問題が生じた。

例えば、給水量が多すぎると、電解液が電池外部に漏れ出し、場合によっては、漏れ出した電解液により電気系統が損害を受け発電不可の可能性があった。また、給水量が少なすぎると、所望の電気出力が得られない問題が生じた。

特に、金属空気電池は、災害時等の緊急を要する状況での使用が予測されるため、できる限り簡単且つ迅速に、複数の金属空気電池セルに電解液を供給することが可能な構成が求められた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、給水スペースと電気系統スペースとを含めたコンパクトな構成にでき、更には一括給水が可能な金属空気電池ユニットを提供することを目的とする。

また、本発明は、特に、従来に比べて、簡単且つ迅速に、複数の金属空気電池セルに電解液を供給することが可能な金属空気電池を提供することを目的とする。

本発明における金属空気電池ユニットは、複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体と、前記ユニット本体の外面に設けられた、前記金属空気電池セルに電解液を給水する給水スペース、及び、前記金属空気電池セルの正極及び負極と接続し電池出力を制御する電気系統スペースと、を有し、前記給水スペース及び前記電気系統スペースは、前記ユニット本体の上面に設けられた底面と、側面とを有して構成される上ケースに、壁を隔てて設けられており、前記電気系統スペースは、前記金属空気電池セルの正極及び負極と接続される配線を収納する配線スペースと、電池出力を制御する基板を設置する基板スペースとを備え、前記配線スペースには、前記配線を引き出す配線口を有し、前記配線口は、前記電気系統スペースの底面よりも高い位置に設けられることを特徴とする。

本発明では、前記ユニット本体の上面側には、上ケースが取り付けられており、前記給水スペースと前記電気系統スペースとが一体の前記上ケースに、或いは、別体の前記上ケースに設けられていることが好ましい。

また本発明では、前記給水スペースは、各金属空気電池セルに共通の給水スペースであることが好ましい。

また本発明では、前記金属空気電池セルの上面には、前記金属空気電池セルの正極及び負極と接続される配線を引き出す配線口を備えた筒状部が前記電気系統スペース内に突出しており、前記配線口は、前記電気系統スペースの底面よりも高い位置に配置されることが好ましい。

また本発明では、前記金属空気電池セルの上面には、前記金属空気電池セルの正極及び負極と接続される配線を引き出す配線口を備えた筒状部が前記電気系統スペース内に突出しており、前記配線口は、前記給水スペースに供給される電解液の満水時の液面よりも高い位置とされることが好ましい。

また、本発明における金属空気電池は、複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体と、前記ユニット本体の天面に設けられた、各金属空気電池セルに共通の給水スペースと、一端に開口を備え前記開口を通して前記ユニット本体を収納可能なカバーと、を有し、前記金属空気電池セルの両外側に、空気極が配置されており、前記カバーは、前記ユニット本体の上方及び側方に位置する前記空気極を前記カバー内に収容可能な大きさであるとともに、前記ユニット本体から取り外し前記開口を上側にした状態にて水系の電解液を収容可能とする前記給水スペースへの給水容器を兼ねており、前記カバーの内壁面には、前記給水スペースへの給水量の目安となる目印が設けられていることを特徴とする。

本発明では、前記カバーの内壁面には、前記ユニット本体のガタつきを抑制する突起が設けられていることが好ましい。

また本発明では、前記突起は、前記カバーの前記ユニット本体への挿通方向に向けて延出していることが好ましい。

また本発明では、前記目印は、水位線であることが好ましい。

また本発明では、前記カバーには、給水用取手が設けられていることが好ましい。

また本発明では、前記給水用取手は、前記カバーの対向する左側部と右側部の略中心に夫々設けられ、或いは、前記左側部に設けられた前記給水用取手は、前記左側部の幅方向の中心よりも一方の側に位置しており、前記右側部に設けられた前記給水用取手は、前記右側部の幅方向の中心よりも前記一方の側とは逆側の他方の側に位置していることが好ましい。

また本発明では、前記電解液としての塩水を作製するための塩を備え、前記塩の粒径は、３００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の金属空気電池ユニットによれば、ユニット本体の外面に、給水スペースと電気系統スペースとの双方を設けたことで、従来に比べて、コンパクトな構成とすることが出来る。また本発明では、各金属空気電池セルに対して、一括給水が可能である。

本発明の金属空気電池によれば、従来に比べて、簡単且つ迅速に、複数の金属空気電池セルに電解液を供給することが出来る。

本発明の実施の形態における、金属空気電池ユニットの模式図（正面図）である。 本発明の実施の形態における、金属空気電池ユニットの模式図（側面図）である。 本発明の第１の実施の形態における、金属空気電池ユニットの模式図（上面図）である。 本発明の第２の実施の形態における、金属空気電池ユニットの模式図（上面図）である。 本発明の実施の形態における、金属空気電池ユニットの給水スペースについて説明するための模式図（縦断面図）である。 本発明の第３の実施の形態における、金属空気電池ユニットの模式図（上面図）である。 本発明の実施の形態における、金属空気電池ユニットの電気系統ユニットについて説明するための模式図（縦断面図）である。 本発明の実施の形態における、金属空気電池の斜視図である。 図８に示すカバーを取り外した状態を示す斜視図である。 図１０Ａは、本発明の実施の形態における、カバーの平面図であり、図１０Ｂは、カバーの側面図であり、図１０Ｃは、図１０Ｂに示すＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態における、金属空気電池の断面図を模式図的に示したものである。 図８とは別の実施の形態を示す金属空気電池の斜視図である。 図１２に示すカバーを取り外した状態を示す斜視図である。 塩の平均粒径と溶解時間との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

図１は、本発明の実施の形態における、金属空気電池ユニットの模式図（正面図）である。図２は、本発明の実施の形態における、金属空気電池ユニットの模式図（側面図）である。

図１に示すように、金属空気電池ユニット２０は、複数個の金属空気電池セル２２がセル台座２４上に配置されたユニット本体２３を備える。図１に示す構成では、金属空気電池セル２２の数が３個であるが数を限定するものではない。所望の電気出力に応じて、連結する金属空気電気セル２２の数を規定することが出来る。図１に示すように、各金属空気電池セル２２は、空間２５を介して並設されている。

図２に示すように、ユニット本体２３の側面には、ユニット本体２３の両側に位置する金属空気電池セル２２の一方の正極（空気極）２１が露出している。図示しないが、ユニット本体２３の両側には、プロテクタが配置されても良く、プロテクタを配置する事で、正極２１を外部から保護している。このとき、プロテクタと正極との間には、空間が形成されている。これにより、金属空気電池セル２２間に設けられた空間２５とともに、各金属空気電池セル２２の両側に配置された正極２１は、空気に曝された状態とされる。

図１、図２に示すように、ユニット本体２３の外面の一つである、上面２３ａには、上ケース２６が取り付けられている。

図３は、本発明の第１の実施の形における、金属空気電池ユニットの模式図（上面図）である。なお、図１は、図３に示すＹ１方向から見た正面図に該当し、図２は、図３に示すＹ２方向から見た側面図に該当する。

図３に示す、ユニット本体２３の上面に設けられた上ケース２６は、底面２６ａと、底面２６ａの各辺から立設された側面２６ｂとを、有して構成される。図３に示すように、上ケース２６には、各金属空気電池セル２２に電解液を供給する給水スペース２７と、各金属空気電池セル２２の正極及び負極に電気的に接続し電池出力を制御する電気系統スペース２８と、が設けられる。

図３に示す第１の実施の形態では、給水スペース２７と、電気系統スペース２８とが、一体の上ケース２６に設けられている。また、給水スペース２７と、電気系統スペース２８との間には、底面２６ａから壁２９が立設されている。壁２９の高さは、例えば、側面２６ｂの高さと同程度である。壁２９が設けられることで、給水スペース２７に供給された電解液が、電気系統スペース２８に流れるのを防止することが出来る。

一方、図４に示す第２の実施の形態では、給水スペース２７と電気系統スペース２８とが、別体の上ケース３２、３３に設けられている。図４では、上ケース３２と上ケース３３との対向面が接しているが、上ケース３２と上ケース３３との対向面間に隙間があってもよい。

＜給水スペース＞
図５は、本発明の実施の形態における、金属空気電池ユニットの給水スペースについて説明するための模式図（縦断面図）である。

図３、図４、図５に示すように、給水スペース２７の底面には、複数の給水孔３０が形成されている。これら給水孔３０は、各金属空気電池セル２２に形成された給水ポート３１（図５参照）に接続されている。

このように、給水スペース２７は、各金属空気電池セル２２に対する複数の給水孔３０を含む共通の給水スペースである。したがって、各金属空気電池セル２２に一括給水が可能である。

ここで、各金属空気電池セル２２の内部構造について説明する。図５に示すように、負極２４は、正極２１の内側に配置される。正極２１と負極２４との間には所定の間隔（ギャップ）Ｇが設けられる。

図５に示すように、正極２１と負極２４とは電解液３４を介して対向している。正極２１と負極２４は互いに電解液３４に接触している。給水スペース２７から供給された電解液３４は、各給水孔３０を通って、各金属空気電池セル２２に注入される。このとき、本実施の形態では、各金属空気電池セル２２に一括給水が可能であるため、各金属空気電池セル２２に同時に且つほぼ同量の電解液３４を注入できる。したがって、所望の電気出力を安定且つ持続的に得ることが出来る。また一括給水により、災害時等の緊急を要する状況でも簡単に素早く給水を行うことが出来る。

なお本実施の形態における金属空気電池セル２２は特に限定されず、正極２１及び負極２４を備えた公知の形態を適用することが出来る。

＜電気系統スペース＞
従来では、金属空気電池ユニットとは別ユニットとして設けられた基板ユニットを、本実施の形態では、電気系統スペース２８として金属空気電池ユニット２０に一体的に設けた。これにより、金属空気電池ユニット２０を従来に比べて、コンパクトな構成とすることが出来る。このとき、図３の実施の形態のように、給水スペース２７と電気系統スペース２８とを一体の上ケース２６に配置した構成では、各スペース２７、２８間に壁２９を隔てることで、電気系統が給水の影響を受けない構成にできる。あるいは、図４に示すように、給水スペース２７と電気系統スペース２８とを別の上ケース３２、３３に夫々設けることも出来る。

なお、各金属空気電池セル２２の各電極を直列接続しても並列接続してもよく、配線方法を特に限定するものではない。

図６は、本発明の第３の実施の形態における、金属空気電池ユニットの模式図（上面図）である。なお図６は、図３に示す第１の実施の形態を一部変更したものであるが、図４に示す第２の実施の形態を一部変更した構成としてもよい。また図７は、本発明の実施の形態における、金属空気電池ユニットの電気系統ユニットについて説明するための模式図（縦断面図）である。図７は、図６の構成に基づく縦断面図である。

図６に示す実施の形態に示すように、電気系統スペース２８は、金属空気電池セル２２から引き出された配線を収納する配線スペース５０と、電池出力を制御する基板を設置する基板スペース５１と、を備える構成としてもよい。配線スペース５０に収納された配線は、基板スペース５１に設置される基板に電気的に接続される。また、配線スペース５０と基板スペース５１とは図６に示すように一体の上ケースに設けられても良いし、夫々、別の上ケースに設けられても良い。

図６に示すように、配線スペース５０には、配線口４０ａを備えた筒状部４０が、配線スペース５０内に現れている。図７に示すように、筒状部４０は、各金属空気電池セル２２の上面に形成されている。図７に示すように、配線スペース５０の底面５０ａには複数の穴５２が形成されている。そして、複数の筒状部４０が、各穴５２を貫通して、配線スペース５０内に現れている。各配線口４０ａから、正極２１及び負極２４に接続された配線が、引き出される。配線口４０ａは、配線スペース５０及び基板スペース５１の底面よりも高い位置にある。

電池反応にて、副反応により水素が発生しても、配線口４０ａを、電気系統スペース２８の底面よりも高い位置に設定することで、効率的に水素を排出することが出来る。また、水素排出口を別途設ける構造としても良い。

また、配線口４０ａは、給水スペース２７（図６参照）に供給される電解液の満水時の液面よりも高い位置とされる。これにより、電解液が、配線口４０ａから入らないようにすることが出来る。

また、上記に挙げた実施の形態では、給水スペース２７と、電気系統スペース２８とが共に、上ケース（図３では、符号２６、図４では符号３２、３３）に設けられていたが、例えば、給水スペース２７を、上ケースに配置し、電気系統スペース２８を、ユニット本体の外側面に設けることも可能である。ただし、給水スペース２７と、電気系統スペース２８とを一体的に或いは個別に上ケースに設けることで、コンパクトで且つ部品点数が少ない金属空気電池ユニット２０の構成にできる。

続いて、図８は、本発明の実施の形態における、金属空気電池の斜視図である。図９は、図８に示すカバーを取り外した状態を示す斜視図である。

図８、図９に示すように、金属空気電池１は、複数個の金属空気電池セル４を備えたユニット本体２と、ユニット本体２を収納可能なカバー３と、を有して構成される。

図８に示すように、金属空気電池１の外形は、略直方体形状であるが、これは一例であり、形状を限定するものでない。

＜ユニット本体＞
図９には、図８の金属空気電池１からカバー３を取り外した状態のユニット本体２とカバー３とが示されている。図９に示すように、ユニット本体２を構成する複数の金属空気電池セル４は、セル台座８上に配置されている。なお、図９に示すユニット本体２は、図１に示すユニット本体２をより具体的に示した一例である。

図９に示す実施の形態では、セル台座８の下面側には、複数の脚部８ａが両側に離れて設けられ、各脚部８ａの間に、金属空気電池１の使用者が手を挿入することが可能な隙間８ｂが設けられている。このため、使用者は、セル台座８の隙間８ｂに手を入れることで、図８に示すカバー３を取り付けた状態の金属空気電池１、及び、図９に示すカバー３を取り外した状態のユニット本体２を、容易に持ち運ぶことが可能である。ただし、本実施の形態において、持ち運び用の把持部となる凹部や隙間、取手等の設置位置や形状を特に限定するものではない。

また、図９に示すように、セル台座８の外側面８ｃは、各金属空気電池セル４の外面４ｂ、及び、以下に説明するプロテクタ１５の外面１５ａよりもやや外側に突き出ている。このため、セル台座８の外周面８ｃと各金属空気電池セル４の外面４ｂ及びプロテクタ１５の外面１５ａとの間には段差１７が形成されている。なお本実施の形態では、後述するように、段差１７は、カバー３をユニット本体２に被せた際にカバー３が突き当たる部位となっているが、段差１７を設けずに他のカバー取付け構造としてもよい。

図９に示す構成では、金属空気電池セル４の数が３個であるが数を限定するものではない。所望の電気出力に応じて、連結する金属空気電池セル４の数を規定することが出来る。図９に示すように、各金属空気電池セル４は、空間４ａを介して並設されている。

図９に示すように、両側に配列された金属空気電池セル４の外面には、プロテクタ１５が配置されている。このとき、プロテクタ１５と金属空気電池セル４との間にも、空間４ａが設けられている。図９に示すように、各金属空気電池セル４の間、及び、金属空気電池セル４とプロテクタ１５との間に、空間４ａが設けられることで、各金属空気電池セル４の両外側に配置された正極（空気極）が、空気に曝された状態とされる。また、プロテクタ１５には、複数の空気孔１５ｂが設けられている。空気孔１５ｂが設けられることで、正極（空気極）が、より空気に曝されやすくなる。なお、空気孔１５ｂの形成は必須ではなく、空気孔１５ｂの有無については任意に決めることはできる。なおプロテクタ１５を設けたほうが、両側に位置する金属空気電池セル４の外側の正極を外部から保護でき好ましいが、プロテクタ１５を設けるか否かは任意である。

図９に示すように、ユニット本体２の天面２ａには、上ケース５が取り付けられている。図９に示すように、上ケース５には、各金属空気電池セル４に共通の給水スペース１６が設けられている。また給水スペース１６には、複数の給水孔６が設けられている。各給水孔６が、夫々、各金属空気電池セル４に連通している。

図９に示すように、上ケース５の上面には蓋７が設けられている。蓋７は、上ケース５の上面全体を覆わず、給水スペース１６の少なくとも一部が外部に露出した状態となるように設置される。したがって、外部に開放されている給水スペース１６から水系の電解液を供給することが出来る。そして、給水スペース１６に供給された電解液は、夫々、給水孔６から、各金属空気電池セル４に注入される。

＜カバー＞
図１０Ａは、本発明の実施の形態における、カバーの平面図であり、図１０Ｂは、カバーの側面図であり、図１０Ｃは、図１０Ｂに示すＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た断面図である。図９及び図１０に示すカバー３は、図８に示すカバー３をユニット本体３から取り外してカバー３の開口３ａを上向きに示した図である。

図９、図１０Ａ、図１０Ｃに示すように、カバー３は、底部３ｂと、底部３ｂの周囲を囲む側部３ｃ、３ｄとを備える。そして、底部３ｂと対向する上面側が開口している。このようにカバー３は、一端に開口３ａを備えた有底の箱状で形成されている。そして、開口３ａを下向きの状態とし、カバー３の開口３ａをユニット本体２の上方から通すことで、ユニット本体２の上方及び側方をカバー３内に収納することが出来る。

図９、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、カバー３の向かい合う一対の側部３ｃには、開口３ａに通じる切欠き穴１０が形成されている。各切欠き穴１０は、側部３ｃの幅方向の中央上方位置に形成されている。また、切欠き穴１０の開口側端部を塞ぐように、給水用取手９が設けられている。給水用取手９は、側部３ｃの外面よりも外側にやや張り出すように形成されている。給水用取手９は、側部３ｃと一体に形成されてもよいし別体で設けられてもよい。図９に示すように、給水用取手９の下方には、切欠き穴１０の一部が現れており、使用者は、各切欠き穴１０に手を入れて各給水用取手９を両手で掴むことができる。

図１０Ａ及び図１０Ｃに示すように、カバー３の内壁面３ｅには、ユニット本体２のガタつきを抑制するための複数の突起１１が設けられている。突起１１は、内壁面３ｅと一体に設けられてもよいし別体で設けられてもよい。図９及び図１０Ｃに示す実施の形態では、突起１１は、内壁面３ｅの底部３ｂから開口３ａの方向（カバー３のユニット本体２への挿通方向）に向けて、リブ状に形成されている。また、突起１１の開口３ａ側の先端には、先端方向に向けて先細る傾斜面１１ａが形成されている。また、本実施の形態では、図１０Ａに示すように、複数の突起１１は、各側部３ｃ、３ｄの両隅付近と、給水用取手９が配置された側部３ｃの中央位置とに夫々、設けられている。ただし、図９、図１０に示す突起１１の形成位置は一例であって、形成位置を限定するものではない。また、突起１１はリブ状でなくてもよく、突起１１の長さ寸法等についても限定するものではない。

図１１は、本発明の実施の形態における、金属空気電池の断面図を模式図的に示したものである。図１１は、図１０Ｂと同様の位置で切断した断面図を示すが、各金属空気電池セル４の内部構造や上ケース５の内部形状等については図面上省略した。

図１１に示すように、カバー３をユニット本体２の上方から被せた際、ユニット本体２の外面は、カバー３の内壁面３ｅに設けられた突起１１に当接するか、或いは、突起１１とユニット本体２の外面との間に微小な隙間のみが空いた状態にて、ユニット本体２がカバー３内に収納される。

このとき、突起１１の先端を傾斜面１１ａとすることで、突起１１の表面に沿ってユニット本体２をカバー３内にスムースに収納させることが出来る。また、図１１に示すように、カバー３の開口側縁部３ｆは、セル台座８の外側面８ｃとプロテクタ１５の外面１５ａとの間に形成された段差１７（図９も参照）に突き当たる。これにより、カバー３を安定して設置できる。また、この実施の形態では、図８、図１１に示すように、カバー３の側部３ｃ、３ｄの外面とセル台座８の外側面８ｃとが、ほぼ同一面となっているが設計変更が可能である。

カバー３は、樹脂にて形成されることが好ましいが、材質を限定するものでない。

本実施の形態のカバー２は、水系の電解液を収容可能とする給水スペース１６への給水容器を兼ね備える。

図９、図１０Ｃに示すように、カバー３の内壁面３ｅには、給水スペース１６への給水量の目安となる目印としての水位線１２が設けられている。

水系の電解液は、例えば、食塩（ＮａＣｌ）やＫＣｌ等の塩を水に溶解させたものである。例えば、袋詰めにした所定量の食塩が、給水スペース１６内に収納されている。電解液の生成方法について説明すると、まず、使用者は、カバー３を取り外し、図９のようにカバー３の開口３ａを上向きの状態にする。次に、袋詰めの食塩を給水スペース１６から取り出し、袋内の食塩を、図９のカバー３内に入れる。続いて、水をカバー３内に注ぎ、水位線１２に達したら水の供給を止める。そして撹拌棒等で食塩水をかき混ぜる。これにより、所定濃度の食塩水を得ることが出来る。なお、撹拌棒等については所望に応じて金属空気電池内に収納する事ができる。撹拌棒の収納場所について特に限定するものではないが、例えば、セル台座８の内側に収納空間を設けておき、その収納空間内に収納することができたり、別添しても良い。また撹拌棒以外にも上記した袋詰めの食塩等を、セル台座８の収納空間内に収納することが出来る。すなわち、図９のようにカバー３を取り外し、更に、ユニット本体２からセル台座８を取り外す。そして、セル台座８の収納空間に収納された撹拌棒や袋詰めの食塩等を取り出し、カバー８を電解液の給水容器として利用して、電解液の生成を行う。このように、セル台座８が各金属空気電池セル４の共通台座であるとともに、セル台座８の内部が、電解液生成時の撹拌棒等を収納可能な空間になっている。

そして、使用者は、給水用取手９を両手で掴んで、カバー３内から給水スペース１６へ電解液を供給する。電解液は、各給水孔６から各金属空気電池セル４内に注入される。これにより、金属空気電池１からは、所望の電気出力を安定且つ持続的に得ることが出来る。

給水スペース１６への給水量の目安となる目印としては、水位線１２以外の形態であってもよい。例えば、目印を、点や、凸部、凹部等で示すこともできる。ただし目印を線で示すことが水位を判別しやすく、また簡単に、カバー３の内壁面３ｅに目印を付けることが出来るため好ましい。なお、水位線１２は、カバー３の内壁面３ｅの全周にわたって引かれていても良いし、一部にのみ引かれていても良い。また、水位線１２には目盛が付けられていてもよい。

また図示しないが、カバー３の側部３ｃ、３ｄの外面に、金属空気電池の使用方法（電解液の作り方や給水方法等）を説明する説明文や説明図を表示することが出来る。このとき、カバー３をユニット本体２に被せた状態、すなわち、カバー３の開口３ａを下向きとした向きと、カバー３を取り外し、図９のように上下反転させてカバー３の開口３ａを上向きとした向きと、のどちらの向きであっても、表示を見やすくすることが好ましい。例えば、カバー３の一方の側部３ｃの外面には、カバー３の開口３ａを下向きとした向き用の表示とし、カバー３の他方の側部３ｃの外面には、カバー３の開口３ａを上向きとした向き用の表示とすることで、どちらの向きであっても、表示を見やすくすることが出来る。

以上のように、本実施の形態におけるカバー３は、ユニット本体２への収納カバーと、給水スペース１６への給水容器とを兼ねている。ユニット本体２の天面２ａには、各金属空気電池セル４に共通の給水スペース１６が設けられている。そして、カバー３の内壁面３ｅには、給水スペース１６への給水量の目安となる目印が設けられている。このため、使用者は、カバー３内にて、目印を目安として、簡単且つ適切に水系の電解液を所定量だけ生成することができる。そして、カバー３内から共通の給水スペース１６に電解液を供給することで、各金属空気電池セル４に一括給水が可能となる。このとき、カバー３から給水スペース１６には所定量の電解液を注入できるため、電解液が多すぎて各金属空気電池セル４から漏れ出すことで電気系統に悪影響を及ぼしたり（場合によっては電池の発動が不可となる）、電解液が少なすぎて、所定出力が得られないといった不具合が生じるのを防止することが出来る。

特に、災害時等の緊急時にあっては、迅速に給水して電池を発動させることが求められるが、本実施の形態では、所定量の電解液を、金属空気電池の構成部品であるカバー３を利用して生成できること、及び、各金属空気電池セル４に一括給水が可能であること、により迅速に対応することが可能である。

図１２は、図８とは別の実施の形態を示す金属空気電池の斜視図である。また、図１３は、図１２に示すカバーを取り外した状態を示す斜視図である。

図１２、図１３に示す実施の形態では、図８、図９と異なって、カバー３の給水用取手９の位置が異なっている。すなわち、図８、図９に示す実施の形態では、カバー３の側部３ｃの幅方向の略中心に、給水用取手９が設けられている。カバー３内の電解液は、給水用取手９を掴み、一方の側部３ｃ側が下向きになるようにやや傾けた状態にして、カバー３内の電解液を、給水スペース１６に注ぐことになる。このように、一方の側部３ｃ側をやや下向きに傾けるのは、給水スペース１６の開口幅が、カバー３の給水用取手９間の幅よりもやや広いためで、このようにして注がないと電解液をうまく注入できないからである。

このとき、給水用取手９が、カバー３の側部３ｃの略中心に設けられていると、給水用取手９を両手で掴んだ時に、給水用取手９を持ちやすく、楽に給水を行うことができる。

一方、図１２、図１３に示す実施の形態では、カバー３の対向する左側部３ｇと、右側部３ｈに夫々設けられる給水用取手９ａ、９ｂとを互いに逆方向に設けた構成としている。すなわち、図１２、図１３に示すように、左側部３ｇに設けられた給水用取手９ａは、左側部３ｇの幅方向の中心Ｏ１よりもＹ１側に位置し、一方、右側部３ｈに設けられた給水用取手９ｂは、右側部３ｈの幅方向の中心Ｏ２よりもＹ２側に位置している。

このように、対向する側部３ｇ、３ｈに設けられた給水用取手９ａ、９ｂを逆方向に設けることで、例えば、右側部３ｈをやや下向きに傾けた状態で給水したとしても、給水用取手９ｂから離れた側の角部Ａから給水スペース１６に電解液を給水すれば、切欠き穴１０から電解液が漏れる不具合を適切に防止することが可能である。

＜塩の平均粒径＞
続いて、塩（食塩）の平均粒径について説明する。本実施の形態では、例えば、袋詰めにした所定量の食塩が、給水スペース１６内に収納されているが、この食塩の平均粒径を、３００μｍ以下に設定した。好ましくは２６０μｍ以下である。また下限値としては、１０μｍ以上の平均粒径を備えることが好ましく、２０μｍ以上の平均粒径を備えることがより好ましい。

図１４は、塩の平均粒径と溶解時間との関係を示すグラフである。実験では、ビーカーに塩４５ｇを投入し、その後、２０℃付近に調整した水道水３００ｍｌを入れた。水道水と入れ終わった時点で、スターラー（撹拌スピード；メモリ３）での撹拌と時間計測を開始した。なお、塩分濃度は全てのサンプルにおいて約１３％であり、例えば、この程度の塩分濃度で、実際の電解質の濃度を設定することができる。そして、平均粒径の違いに対して、塩が溶けきるまでの時間を計測して比較した。

図１４に示すように、平均粒径が約２６０μｍ以下であれば、溶解時間を約１分以内に短くでき、溶解しやすい傾向にあることがわかった。

本実施の形態では、塩の粒径を、３００μｍ以下とすることで、低温でも溶解スピードを速くでき、本実施の形態の金属空気電池１を非常用電源等として迅速に使用することが可能になる。溶解スピードを上げるには、一つには水温を上げることと、もう一つは塩の平均粒径を小さくすることにある。ただし、塩の平均粒径を小さくしすぎても、湿気を含みやすくなり、また嵩が増えるため、本実施の形態では、平均粒径を１０μｍ以上が好ましいと設定した。

また、塩をティーパックに入れて塩水を作製する方法もある。しかしながら、この場合、塩の平均粒径を細かくすると逆に溶解時間が長くなる傾向となる。このため、低温でも溶解スピードを上げるには、平均粒径が３００μｍ以下の塩を袋詰めにして保存し、塩を袋から取り出して水を加え撹拌棒でかき混ぜる方法を取ることが好適である。ここで、低温とは４０℃未満の水温を指す。

また、「平均粒径」は、レーザ回折式粒度分布測定装置（湿式法）やふるい分け法（ロータップ法）にて測定される。ここで、レーザ回折式粒度分布測定装置には、マイクロトラック・ベル株式会社製のMT3300EXIIを用いた。「平均粒径」は、レーザ回折式粒度分布測定装置において、球相当径に換算した体積基準の粒度分布に基づいて得られたメジアン径（ｄ５０）を指す。なお、レーザ回折式粒度分布測定装置（湿式法）は、図１４に示す粒径の細かい２点の測定に用いた。測定手順しては、以下の通りである。
ａ）特級エタノールにサンプルを加え、飽和エタノール溶液を作成する。
ｂ）飽和エタノール溶液をブランクとしてブランク測定を行う。
ｃ）飽和エタノール溶液にサンプルを加え、超音波分散後、測定を行う。

一方、ふるい分け法（ロータップ法）は、上記粒径の細かい２点以外の粒径の測定に用いた。ふるい分け法は、JIS Z 8815に準じた測定であり、注意点についてはJIS M 8100に準じる。

本発明の金属空気電池ユニットによれば、ユニット本体自体に、給水スペースと共に、電池制御基板を設置可能としたコンパクトな構造にできる。また、本発明の金属空気電池によれば、複数の金属空気電池セルに対して、迅速な電解液の供給が可能である。したがって、本発明の金属空気電池ユニット、及び、金属空気電池を、災害時等における非常用電源等として有効に適用することが出来る。

本出願は、２０１６年１月１４日出願の特願２０１６−００５１９０及び、２０１６年２月２４日出願の特願２０１６−０３２９５７に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (12)

1. 複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体と、
   前記ユニット本体の外面に設けられた、前記金属空気電池セルに電解液を給水する給水スペース、及び、前記金属空気電池セルの正極及び負極と接続し電池出力を制御する電気系統スペースと、
   を有し、
   前記給水スペース及び前記電気系統スペースは、前記ユニット本体の上面に設けられた底面と、側面とを有して構成される上ケースに、壁を隔てて設けられており、
   前記電気系統スペースは、前記金属空気電池セルの正極及び負極と接続される配線を収納する配線スペースと、電池出力を制御する基板を設置する基板スペースとを備え、
   前記配線スペースには、前記配線を引き出す配線口を有し、前記配線口は、前記電気系統スペースの底面よりも高い位置に設けられることを特徴とする金属空気電池ユニット。
2. 前記ユニット本体の上面側には、前記上ケースが取り付けられており、前記給水スペースと前記電気系統スペースとが一体の前記上ケースに、或いは、別体の前記上ケースに設けられていることを特徴とする請求項１記載の金属空気電池ユニット。
3. 前記給水スペースは、各金属空気電池セルに共通の給水スペースであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属空気電池ユニット。
4. 前記金属空気電池セルの上面には、前記金属空気電池セルの正極及び負極と接続される配線を引き出す前記配線口を備えた筒状部が前記電気系統スペース内に突出しており、前記配線口は、前記電気系統スペースの底面よりも高い位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属空気電池ユニット。
5. 前記金属空気電池セルの上面には、前記金属空気電池セルの正極及び負極と接続される配線を引き出す前記配線口を備えた筒状部が前記電気系統スペース内に突出しており、前記配線口は、前記給水スペースに供給される電解液の満水時の電解液よりも高い位置とされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属空気電池ユニット。
6. 複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体と、
   前記ユニット本体の天面に設けられた、各金属空気電池セルに共通の給水スペースと、
   一端に開口を備え前記開口を通して前記ユニット本体を収納可能なカバーと、を有し、
   前記金属空気電池セルの両外側に、空気極が配置されており、
   前記カバーは、前記ユニット本体の上方及び側方に位置する前記空気極を前記カバー内に収容可能な大きさであるとともに、前記ユニット本体から取り外し前記開口を上側にした状態にて水系の電解液を収容可能とする前記給水スペースへの給水容器を兼ねており、前記カバーの内壁面には、前記給水スペースへの給水量の目安となる目印が設けられていることを特徴とする金属空気電池。
7. 前記カバーの内壁面には、前記ユニット本体のガタつきを抑制する突起が設けられていることを特徴とする請求項６記載の金属空気電池。
8. 前記突起は、前記カバーの前記ユニット本体への挿通方向に向けて延出していることを特徴とする請求項７記載の金属空気電池。
9. 前記目印は、水位線であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の金属空気電池。
10. 前記カバーには、給水用取手が設けられていることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の金属空気電池。
11. 前記給水用取手は、前記カバーの対向する左側部と右側部の略中心に夫々設けられ、或いは、前記左側部に設けられた前記給水用取手は、前記左側部の幅方向の中心よりも一方の側に位置しており、前記右側部に設けられた前記給水用取手は、前記右側部の幅方向の中心よりも前記一方の側とは逆側の他方の側に位置していることを特徴とする請求項１０記載の金属空気電池。
12. 前記電解液としての塩水を作製するための塩を備え、前記塩の粒径は、３００μｍ以下であることを特徴とする請求項６から請求項１１のいずれかに記載の金属空気電池。
    

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