JPH06223883A

JPH06223883A - 金属−空気電池

Info

Publication number: JPH06223883A
Application number: JP1014593A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Kuwaha; 孝一桑葉; Katsuhiro Kajio; 克宏梶尾
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1993-01-25
Filing date: 1993-01-25
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】上設燃料容器の燃料を簡潔な構成で正確に定量
連続供給する金属−空気電池の提供を目的とする。【構成】複数セルの電槽部３と、該電槽部３に対し上設
された燃料容器部４と、上記電槽部３と燃料容器部４と
の間に弾性部材６によって上記燃料容器部４に対し上下
動する燃料転送箱５を介装した。特別な動力源を要さ
ず、燃料消費に応じて電槽部に間断なく燃料を供給する
ことができ、出力が極めて安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車駆動用電源
等に用いられる金属−空気電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属−空気電池は、空気極での酸素の還
元と金属極での金属の溶解とを組み合わせて発電を行う
一種の一次電池であり、金属極には、アルミ、鉄、亜鉛
等が用いられる。図５は金属極にアルミを使用した金属
−空気電池の発電原理を示しており、空気極には板状の
カーボン等が用いられ、該空気極は一面が溌水膜を介し
て空気と接し、他面が電解液に浸漬している。金属極
は、アルカリ金属水酸化物に属するＫＯＨの電解液に浸
漬されている。

【０００３】空気極では３／４Ｏ₂＋３／２Ｈ₂Ｏ＋３ｅ^-→３ＯＨ^- の反応が起こり、金属極ではＡｌ＋３ＯＨ^-→Ａｌ（ＯＨ）₃＋３ｅ^- の反応が起きる。従って、全反応は、Ａｌ＋３／２Ｈ₂Ｏ＋３／４Ｏ₂→Ａｌ（ＯＨ）₃↓ となり、沈澱物Ａｌ（ＯＨ）₃が残る。

【０００４】このような電池反応を持続し燃料電池とし
て使用するため、電解液を循環することによって沈澱物
を除去し、金属極を容器状多孔性導電物質とその中に連
続的に供給される粒状金属燃料とで構成した金属−空気
電池が例えばＰＣＴ／ＦＲ９１／００９４４号刊行物に
開示されている。同刊行物には、燃料取入口を上方に開
設した多孔導電性ホルダ及びその中の粒状金属燃料から
構成される金属極を、対向する板状の空気極によって形
成される電解液空間に在したセルの電槽部に対し、底孔
をもつ燃料容器部を上設し、該セルと燃料容器部との間
に燃料を一定量ごとセルに供給する可動定量部を介装さ
せたものが開示されている。具体的に、可動定量部は、
燃料容器部からの定量の燃料を一時的に保持する小室を
もつ定量板と、燃料容器部の底部と上記定量板との間で
往復摺動可能に介在し、上記燃料容器部の底孔と上記定
量板の小室とを連通する孔を有した上仕切板と、上記定
量板とセルの上記燃料取入口が臨む上面との間で往復摺
動可能に介在し、上記定量板の小室とセルの上記燃料取
入口とを連通する孔を有した下仕切板とからなってい
る。

【０００５】従って、定量板の小室には上仕切板の移動
によって燃料容器部の底孔と定量板の小室とが連通して
定量の燃料が小室に落下し保持され、セル内の燃料が少
なくなると、下仕切板の移動によって、定量板の小室と
セルの燃料取入口とが連通し定量板の小室に保持された
燃料がセルに落下して金属極に補給される。小室の燃料
が金属極に補給されると下仕切板の往動により定量板の
小室とセルの燃料取入口とを遮断した後、再び上仕切板
を移動して燃料容器部の燃料を定量板の小室に保持し、
次期燃料補給に備える。このように上仕切板と下仕切板
との交互の往復摺動によって、金属極には連続的に定量
の燃料が供給されることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
金属−空気電池における燃料供給構造では、粒状金属燃
料を落下させる部材として、上仕切板と下仕切板を用
い、かつ、これらが位相の異なる２種類の運動を行うの
で、各上仕切板と下仕切板に対するそれぞれ独立の駆動
手段が必要となり、極めて構成を複雑にしている。

【０００７】また、同燃料供給構造は、単一セルのため
出力が限られるが、大出力化するため多セル構造を採る
場合は、粒状金属燃料を各単セルに正確に供給して安定
した出力を得ることが重要であり、従来のように燃料落
下のための運動が２種類の場合、各単セルについて燃料
制御が複雑となる。さらに、セル内へ燃料を不足なく連
続的に供給するために、セル内の燃料量を検出する燃料
検知手段を設けているため、セル構造も複雑となってい
る。

【０００８】本発明は、セルへの燃料の供給を動力源に
よって作動する駆動手段を備えることなく行うととも
に、燃料検知手段を不要として簡潔なセル構造を採用す
ることができる金属−空気電池の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、空気極と該空
気極と所定間隔を隔てて対向する多孔壁とを具備し、該
空気極と該多孔壁との間に形成され、電解液を保持する
電解液室と該空気極で該電解液室と区画された空気室と
該多孔壁で該電解液室と区画され上部に取入口を有し、
該取入口より供給される粒状金属燃料を収納する金属極
とをもつ単セルを複数個下段に形成するとともに、前記
各燃料取入口と連通する複数の隔室を上段に有する電槽
部と、該電槽部の上方に配置され前記各単セルに対する
燃料落下孔を有し粒状金属燃料を保持する燃料容器部
と、前記隔室に上下動可能に収納されるとともに、前記
燃料容器部の燃料落下孔と連通可能な入口と底部に出口
とを有し、前記燃料容器部の燃料落下孔と前記入口との
連通時に前記燃料容器部から燃料が補給され、その補給
された粒状金属燃料を前記隔室を介して各セルに供給す
る燃料転送箱と、該燃料転送箱内の粒状金属燃料の重量
に応じて伸縮して前記燃料容器部の燃料落下孔と前記燃
料転送箱の入口とが連通状態及び非連通状態に変位する
ように前記燃料容器部に前記燃料転送箱を吊下させた弾
性部材とを具備する。

【００１０】

【作用】上記構成の金属−空気電池は、燃料転送箱の中
の燃料量が減少すると、弾性部材が収縮して燃料転送箱
が上方に持ち上がり、燃料容器部の燃料落下孔と燃料転
送箱の入口とが連通して燃料容器部から燃料が燃料転送
箱に補給される。燃料転送箱に燃料が十分満たされてい
る時は、弾性部材が伸長して燃料転送箱が下方に下が
り、燃料容器部の燃料落下孔と燃料転送箱の入口とが非
連通状態となる。従って、電槽部の各単セルには、常
時、燃料転送箱より燃料が供給される。この供給量は、
燃料転送箱の出口径により燃料消費量に一致させればよ
い。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図１〜図４に示す実施例によ
って詳細に説明する。図１は本発明の全体構成を示す。
本金属−空気電池は、セラミック等で箱状に形成された
外容器１内の上側に構成された燃料容器部４と、上記電
槽部３と燃料容器部４との間に設けられた燃料転送箱５
と、該燃料転送箱５を燃料容器部４に対し吊下した弾性
部材６とから構成されている。

【００１２】電槽部３は、外容器１の縦方向（紙面に垂
直な方向）に並設された複数単セル２の集合体である。
各単セル２は、フレーム７を母体に構成される。フレー
ム７は、図３に示すように、上部の隔室部７ａと、下部
のセル構成部７ｂからなり、隔室部７ａの隔室７ａ′は
底材７ｃによって、セル構成部７ｂ内に形成される単セ
ル２と分離されている。底材７ｃには、単セル２側へ連
通する小孔８（図２）が形成され、かつ、底材７ｃは、
該小孔８を最下点とするようにチルトされている。セル
構成部７ｂは、横方向に対向する側面が開口し、下端部
は、上下二重構造で、上段には、上記開口８に対向した
スリット状の開孔１３が形成される。該開孔１３は、上
段と下段によって形成される電解液通路用空間と連通し
ている。このような構造のフレーム７が所定数横方向に
連設されることにより電槽部３の槽が構成される。

【００１３】各セル構成部７ｂには、単セル２としての
構成が付加される。各セル構成部７ｂの開口された横方
向の対向面にはそれぞれ板状の空気極１１，１１が接着
等の手段によって液密に固着される。これら空気極１１
と縦方向に対向するフレーム側面７ｂ′とによってセル
空間が形成され、該セル空間内に上記開口８と燃料取入
口１２ａとが連通するように容器状の金属極１２が底材
７ｃに懸架される。電解液室９は、金属極１２と各空気
極１１との空間に形成され、この電解液室９が下端部に
おける開口１３を介して下段の電解液通路用空間と連通
することにより、該電解液通路用空間は各単セル２の電
解液室９を連通する電解液通路９ａとなっている。隣合
う単セル２間の空気極１１同士は、間隔を隔てて各空気
室１０を形成しており、これら空気室１０はそれぞれ連
通され、外容器１内への図外の空気送給手段によって外
部空気が供給されようになっている。さらに、電解液室
９には、図外の循環手段を底部の電解液入口９ｉｎと、
上部の電解液出口９ｏｕｔとに接続して電解液を循環で
きるようになっている。さらに、電槽部３の両外側とな
るフレーム７には、外容器１の内壁との間で電槽部３を
位置決めし、かつ、両外側の空気室１０ａを形成する間
隔フレーム７ｃ，７ｄが連設されている。

【００１４】こうして、複数単セル２の集合体であるス
タック構造化された電槽部３が構成される。ただし、上
記単セル２の構造は、既述のごとく金属極１２を両側か
ら空気極１１で挟んだ構造でなくとも、一方は単に電解
液を仕切るだけの多孔壁であってもよい。ところで、空
気極１１はカーボン等によって形成されている。また、
金属極１２は、電解液が浸透可能な多孔質導電性材料を
容器状に作製され、電解液に対し耐腐食性の金属、例え
ばニッケル，ステンレス，ニッケルメッキした鉄などに
よって構成され、空気極１１間の縦方向に壁状に位置し
ている。そして、金属極１２には、上記隔室７ａ′の小
孔８及び燃料取入口１２ａを介して上記燃料転送箱５か
ら０．１〜１．０ｍｍ径の金属燃料、例えばアルミ燃料
が供給されるようになっている。

【００１５】次に、燃料容器部４は、外容器１内の上部
に電槽部３とは仕切って構成され、その燃料室１５に
は、底材４ａの立上がり部分を横方向に切欠して燃料落
下孔１６が形成されている。しかして、上記燃料転送箱
５は、隔室７ａ′内で上下動可能にコイルスプリング等
の弾性部材６によって吊下されている。詳しくは、該燃
料転送箱５は、隔室７ａ′から突出する頭部５ａをも
ち、本体部を隔室７ａ′内に収納されて燃料容器部４に
対し上下動自在に吊下されたものである。そして、燃料
容器部４に対面する頭部５ａの側面には、燃料容器部４
の燃料落下孔１６に対応してアルミ燃料の入口１７が形
成され、本体部には、底部に隔室７ａ′の小孔８に対応
して出口１８が形成されている。

【００１６】なお、隔室７ａ′の底材７ｃには、電解液
の上昇を防止するゴム等のシール１９が表設されてい
る。また、外容器１の天井には金網２０が貼設されたガ
ス抜き孔２１が形成されるとともに、アルミ燃料を燃料
室１５に補給するための燃料供給口２２が開設されてい
る。このように構成された金属−空気電池は、次のよう
に動作する。空気極１１と金属極１２は、既述したよう
な反応式によって電池の放電作用を行い、放電により金
属極１２のアルミ燃料が消費される。また、アルミ燃料
は、燃料転送箱５より隔室７ａ′の小孔８を介して徐々
に間断なく供給される。

【００１７】一方、燃料転送箱５は、保持しているアル
ミ燃料の重量増減に応じて弾性部材６ガ伸縮することに
よって燃料容器部４に対し上下動する。保持しているア
ルミ燃料の重量が弾性部材６の力より小さいと、該弾性
部材６は図４に示すように収縮し、入口１７が燃料容器
部４の燃料落下孔１６に対し連通状態となる。反対に保
持しているアルミ燃料の重量が弾性部材６の力より大き
いと、該弾性部材６は図２に示すように伸長し、入口１
７は燃料容器部４の燃料落下孔１６に対し非連通状態と
なる。この連通状態と非連通状態との変化は間断なく繰
り返えされるサイクル運動的で、燃料転送箱５は、保持
するアルミ燃料を絶やすことなく、各単セル２にアルミ
燃料を連続供給することができる。

【００１８】なお、上記連通状態の時のアルミ燃料は、
燃料落下孔１６と入口１７との位置関係で燃料転送箱５
側に流砂のごとく補給される。従って、電槽部３の各単
セル２には、常時、燃料転送箱５より燃料が供給され、
安定した放電特性が確保される。また、各単セル２に供
給される単位時間当たりのアルミ燃料量は、粒径に応じ
た小孔８の径によって決定することがことができ、燃料
消費量に一致させればよい。

【００１９】さらに、上記実施例では、アルミ−空気電
池の場合を説明したが、本発明はこのような電池に限ら
ず、燃料電池すべてに適用可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の単セルが集合体である電槽部と、燃料容器部との間
に、弾性部材によって上記燃料容器部に対し上下動する
燃料転送箱を介装したものでるから、特別な動力源を要
さず、燃料消費に応じて電槽部に間断なく燃料を供給す
ることができ、出力が極めて安定する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属−空気電池の一実施例を示す
全体構成図。

【図２】本発明に採用した単セルの構成を抜き出した横
断面図。

【図３】単セルの縦断面図。

【図４】本発明の動作説明図。

【図５】アルミ−空気電池の放電作用を説明する説明
図。

【符号の説明】

２…単セル、３…電槽部、４…燃料容器部、５…燃料転
送部、６…弾性部材、７…フレーム、８…小孔、９…電
解液室、１０…空気室、１１…空気極、１２…金属極、
１２ａ…燃料取入口、１６…燃料落下孔、１７…入口、
１８…出口。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気極と該空気極と所定間隔を隔てて対
向する多孔壁とを具備し、該空気極と該多孔壁との間に
形成され、電解液を保持する電解液室と該空気極で該電
解液室と区画された空気室と該多孔壁で該電解液室と区
画され上部に取入口を有し、該取入口より供給される粒
状金属燃料を収納する金属極とをもつ単セルを複数個下
段に形成するとともに、前記各燃料取入口と連通する複
数の隔室を上段に有する電槽部と、該電槽部の上方に配置され前記各単セルに対する燃料落
下孔を有し粒状金属燃料を保持する燃料容器部と、前記各隔室に上下動可能に収納されるとともに、前記燃
料容器部の燃料落下孔と連通可能な入口と底部に出口と
を有し、前記燃料容器部の燃料落下孔と前記各入口との
連通時に前記燃料容器部から燃料が補給され、その補給
された粒状金属燃料を前記隔室を介して対応する単セル
に供給する燃料転送箱と、該燃料転送箱内の粒状金属燃料の重量に応じて伸縮して
前記燃料容器部の燃料落下孔と前記燃料転送箱の入口と
が連通状態及び非連通状態に変位するように前記隔室内
で前記燃料転送箱を吊下させた弾性部材とを、具備したこと特徴とする金属−空気電池。