特開 2024-13062 マグネシウム電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013062

(43)【公開日】2024-01-31

(54)【発明の名称】マグネシウム電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 12/06 20060101AFI20240124BHJP

   H01M 50/531 20210101ALI20240124BHJP

   H01M 50/477 20210101ALI20240124BHJP

   H01M 50/486 20210101ALI20240124BHJP

   H01M 4/06 20060101ALI20240124BHJP

【ＦＩ】

H01M12/06 A

H01M12/06 D

H01M50/531

H01M12/06 J

H01M50/477

H01M50/486

H01M4/06 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022114982

(22)【出願日】2022-07-19

(71)【出願人】

【識別番号】513014628

【氏名又は名称】株式会社ナチュラレーザ・ワン

(74)【代理人】

【識別番号】100076831

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 捷雄

(72)【発明者】

【氏名】田島 秀哉

【テーマコード（参考）】

5H021

5H032

5H043

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H021CC09

5H032AA02

5H032AS02

5H032AS11

5H032CC06

5H032CC09

5H043AA03

5H043BA24

5H043CA04

5H043EA01

5H043EA11

5H043FA02

5H050BA20

5H050CB11

(57)【要約】

【課題】大量の電解液を用いることなく手軽に発電でき、かつ、軽量で持ち運び容易であり、その上沈殿物の清掃も容易であるマグネシウム電池を提供する。
【解決手段】開閉可能に蓋部を取り付けた電池ボックスと、この電池ボックス内部に着脱可能に収容させた単数または複数の燃料ボックスと、この燃料ボックス内に互いにセパレータを介して隔離されつつ収容されたれた複数の発電部を有し、この各発電部は、マグネシウムを主成分とするシート状の陰極部材と、この陰極部材に接触させて設けたところの電解液を含ませてなる保水性の良い材料から成る燃料部材と、この燃料部材に接触して設けた陽極部材とを有するように構成することで解決した。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

開閉可能に蓋部を取り付けた電池ボックスと、この電池ボックス内部に着脱可能に収容させた単数または複数の燃料ボックスと、この燃料ボックス内に互いにセパレータを介して隔離されつつ収容された複数の発電部を有し、この各発電部は、マグネシウムを主成分とする陰極部材と、この陰極部材に接触させて設けたところの電解液を含ませてなる保水性の良い材料から成る燃料部材と、この燃料部材に重ねて設けた陽極部材とを有することを特徴とする、マグネシウム電池。

【請求項2】

前記セパレータは、絶縁性材料から成り、平板状を呈し、その両側に両面から切り起こした複数の弾性片を有することを特徴とする、請求項１に記載のマグネシウム電池。

【請求項3】

燃料ボックスから電気を取り出すに当たり、前記燃料ボックス内に収容されている複数の発電部の一方の端のものの陽極部材からリード線を取り出し、もう一方の端のものの陰極部材からリード線を取り出すと共に、前記一方の発電部の陰極部材とこの発電部に隣接する発電部の陽極部材との間をリード線で接続し、次いで順次隣接する発電部の陰極部材をさらにその隣の陽極部材にリード線を介して接続させてもう一方の発電部の陽極部材にその隣の発電部の陰極部材を接続させるものであることを特徴とする、マグネシウム電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非常災害時の例えば地震の際の停電時に用いて好適なマグネシウム電池に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、マグネシウム電池には、電池ボックスに溜めた電解液内へ、金属マグネシウムまたはその合金を負極材として用いた陰極部材と、導体を用いた陽極部材とを所定間隔を空けて対向浸漬させることにより構成されているものが、下記特許文献1に記載されているように知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－３８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載されたマグネシウム電池は、燃料ボックス内に多量の電解液を貯留していることから、重量がある上に、マグネシウムは消耗すると粉状となって貯留槽の陰極部材側の底部に沈殿するので、清掃作業に手間がかかるという問題があった。

【0005】

本発明は上記問題点に鑑み成されたもので、その目的は、大量の電解液を用いることなく手軽に発電でき、かつ、軽量で持ち運び容易であり、しかも沈殿物の清掃も容易であるマグネシウム電池を提供せんとするにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本願発明の請求項１に記載のマグネシウム電池は、開閉可能に蓋部を取り付けた電池ボックスと、この電池ボックス内部に着脱可能に収容させた単数または複数の燃料ボックスと、この燃料ボックス内に互いにセパレータを介して隔離されつつ収容されたれた複数の発電部を有し、この各発電部は、マグネシウムを主成分とするシート状の陰極部材と、この陰極部材に接触させて設けたところの電解液を含ませてなる保水性の良い材料から成る燃料部材と、この燃料シートに重ねて設けた陽極部材とを有することを特徴とする。

【0007】

請求項２に記載のマグネシウム電池は、前記セパレータが、絶縁性材料から成り、平板状を呈し、その両側に両面から切り起こした複数の弾性片を有するように構成したことを特徴とする。

【0008】

請求項３に記載のマグネシウム電池は、燃料ボックスから電気を取り出すに当たり、前記燃料ボックス内に収容されている複数の発電部の一方の端のものの陽極部材からリード線を取り出し、もう一方の端のものの陰極部材からリード線を取り出すと共に、前記一方の発電部の陰極部材とこの発電部に隣接する発電部の陽極部材との間をリード線で接続し、次いで順次隣接する発電部の陰極部材をさらにその隣の陽極部材にリード線を介して接続させてもう一方の発電部の陽極部材にその隣の発電部の陰極部材を接続させるものであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本願請求項1に記載の発明によれば、大量の電解液を用いることなく手軽に発電でき、かつ、軽量で持ち運び容易であり、しかも、酸化マグネシウムなどの沈殿物の清掃も容易であるマグネシウム電池を提供することができる。

【0010】

本願請求項２に記載の発明によれば、各発電部同士を容易に絶縁でき効率の良いマグネシウム電池を提供できるものである。

【0011】

本願請求項３に記載の発明によれば、複数の発電部で発生した電気を効率よく集めてターミナルへ送電できるものである。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本願発明の一実施形態に係るマグネシウム電池の斜視図である。

【図2】図１に示したマグネシウム電池のカバーを開けてみた斜視図である。

【図3】図１に示したマグネシウム電池のカバーを開けて内部の燃料ボックスを取り出してみた斜視図である。

【図4】図１乃至図３に示した電池ボックスの内部構造を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその底面図、（ｃ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図5】図２と図３に示した燃料ボックスの分解斜視図である。

【図6】図２～図５に示した燃料ボックスを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその断面斜視図、（ｃ）はその正面断面図、（ｄ）はその縦断面図である。

【図7】燃料ボックスのカバーを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその斜視図、（ｃ）は（ａ）のＢ－Ｂ縦断面図である。

【図8】本発明に係るマグネシウム電池の陰極部材を示し、（ａ）その側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。

【図9】図８に示した発電部の分解斜視図である。

【図10】本発明に係るマグネシウム電池のセパレータを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその平面断面図である。

【図11】本発明に係るマグネシウム電池の燃料ボックスの側断面図である。

【図12】本発明に係るマグネシウム電池の燃料ボックスの正面断面図である。

【図13】本発明に係るマグネシウム電池の集電ボックスを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその分 解斜視図である。

【図14】本発明に係るマグネシウム電池の集電ボックスの集電部材を示し、（ａ）は斜め上から見た斜視図であり、（ｂ）は斜め下方から見た斜視図である。

【図15】本発明に係るマグネシウム電池の燃料ボックスに用いるキャップを示し、（ａ）は斜め上方から見た斜視図、（ｂ）は斜め下方から見た斜視図である。

【図16】本発明に係るマグネシウム電池のスイッチ部材の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図面は、本願発明に係るマグネシウム電池の一実施形態を示す。とくに図２、図３及び図５に示したように、本発明に係るマグネシウム電池１は、蓋部２a付きの電池ボックス２と、この電池ボックス２内部に収装された一対の燃料ボックス３、３と、この各燃料ボックス３、３内に複数の絶縁性材質のセパレータ１４、１４・・・で区切られることによって収装された複数の発電部１３、１３・・・を有する。

【0014】

とくに図１～図４に示したように、電池ボックス２は、横長形状を呈した、例えば合成樹脂製の絶縁性のもので、上部に上部開口部２ｂが設けられ、この上部開口部２ｂに湾曲させた蓋部２ａがヒンジ手段６（図２に一方のみ表示）を介して開閉可能に取り付けられている。指示記号７のものは、蓋部２ａを電池ボックス２へフックするためのフック手段である。電池ボックス２内には、その一側部に仕切壁２ｃが設けられることによって、内部にボックススタンド８を収容するボックススタンド収容部９と燃料ボックス３、３を収容させる燃料ボックス収容部１０が設けられている。

【0015】

とくに図４（ｂ）に示されたように、電池ボックス２の底部には、それぞれ前後位置に分かれて合計６個の脚部２ｄ、２ｄ・・・が設けられると共に、内壁部の周囲には、複数の隔離片２ｅ、２ｅ・・・が所定間隔を空けて立設されている。さらに、電池ボックス２の内底部の横断方向の中央部には、所定間隔を開けて３個の中央隔離片２ｆ、２ｆ、２ｆが突設されると共に、外周の後部側と一側部側にはスリット状を呈した通気部２ｇ、２ｈが設けられている。また、ボックススタンド収容部９の内側の四隅には、ボックススタンド８を支承する４個の支承部９ａ、９ａ・・・が設けられている。

【0016】

とくに図３と図４に示したように、ボックススタンド収容部９側に位置する電池ボックス２の外側には、ターミナル取付部１１が設けれている。図２に示した指示記号７ａのものは、フック手段７の係止片である。また、図４に示した指示記号６ａのものは、ヒンジ手段６の一部である。

【0017】

とくに図３と図５及び図６に示したように、一対の燃料ボックス３、３の構成は、どちらも同じ構成であることから、指示記号を同じくしてその内の１個についてのみ詳しく説明する。燃料ボックス３は、電池ボックス２よりも幅の狭い横長形状を呈した絶縁性材質のものでのもので、上側にそれぞれ開口部３ａが設けられている。図５と図６に示したように、その上縁部の四隅には、カバー３ｂを取り付けけるための取付孔３ｈ、３ｈ・・・が設けられると共に、その両側部の壁部には通気用の通気部３ｃ、３ｃが設けられている。また、その内部にはその両側に当接片３ｄ、３ｄが設けられ、中央部からやや左側に寄った位置に底部から上方へ突出させて係合片３ｅが設けられると共に、各当接片３ｄ、３ｄと係合片３ｅの間には、所定間隔を開けて複数のかなり高さの低い支承片３ｇが設けられている。尚、図５と図６において、指示記号３ｎで示されたものは取付孔である。

【0018】

各燃料ボックス３、３のカバー３ｂ、３ｂについて説明すると、その構成は各燃料ボックス３、３ごとに共通しているので、指示記号を共通にして一方のみを説明する。とくに図７に示したように、カバー３ｂは、燃料ボックス３の形状に合わせて平面長方形に構成されており、その四隅にはこのカバー部３ｂを燃料ボックス３の開口部３ａへ取り付けるための取付孔３ｈ、３ｈ・・が設けられている。カバー３ｂの平面部には左右方向にわたって複数のスリット３ｉ、３ｉ・・・が設けられ、このスリット３ｉ、３ｉ・・・は燃料ボックス３へ電解液を注ぐ際に用いられる。

【0019】

とくに図５と図７に示したように、カバー３ｂの一側部には、平板状の端子取付部３ｌが設けられ、そこに設けられた後述するキャップ１５の取付片部３ｊを挟んで１対の挿通孔３ｋ、３ｋが設けられている。図７に示したように、これらの挿通孔３ｋ、３ｋを介してスイッチ部材１２、１２の各一端部が電池ボックス２内へ導入されている。このスイッチ部材１２、１２は両方ともに同じ構成であるので、その一方のみを説明する。図１６に示したように、基板部１２ａとこの基板部１２ａに設けた取付孔１２ｂと基板部１２ａの一端部側から上方へ立設した挟持部１２ｃと、基板部１２ａの一端部から下側へ折り曲げて構成した接続部１２ｆと、この接続部１２ｆに設けた連結部１２ｇから構成されている。この各スイッチ部材１２、１２の一方には、図５に示したように一番右下の発電部１３の陽極部材１３ｃがリード線１６ａ、１６ｂを介して接続され、一番左上の発電部１３の陰極部材１３ａは、もう一方のスイッチ部材１２とリード線１７ａ、１７ｂを介して接続されている。図８と図９に指示記号１３ｇと１３ｈで示されたものは、接続端子部である。

【0020】

キャップ１５は、カバー３ｂに取り付けたスイッチ部材１２、１２を覆ってカバー３ｂの一端部側に取り付けられるものであり、図１５に示したように、平面矩形状を呈したボックス形状のものである。このキャップ１５は、一端部側に一対のスイッチ片挿入用スリット１５ａ、１５ａが設けられると共に、カバー３ｂに設けた端子取付部３iの取付片部３ｊに取付孔１５ｂを透した取付ネジ１５ｃを介して取り付けられている。リード線接続部である。

【0021】

図５と図１１に示したように、燃料ボックス３内部には、複数（実施例では５枚）の発電部１３、１３、１３、１３、１３がそれぞれを隔離する６枚の絶縁性材質のセパレータ１４、１４、１４、１４、１４、１４と共に収装されている。もう一つの燃料ボックス３の中も同じ構成である。

【0022】

発電部１３、１３、１３、１３、１３の構成はどれも同じであるので、一つの発電部１３について代表してその構成を説明する説明する。図８と図９に示したように、発電部１３は、マグネシウムシートから成る陰極部材１３ａと、この陰極部材１３ａの両側を挟んで設けたところの、電解液を含んでいる例えばフェルトのような保水性の高い材料から成る二つ折り形状の燃料部材１３ｂと、この燃料部材１３ｂの両側を挟んで設けたところアルミニウムなどの導電プレートから成る同じく二つ折り形状の陽極部材１３ｃとで構成されている。

【0023】

各セパレータ１４、１４、１４、１４、１４、１４は、例えば合成樹脂のような絶縁性のもので、同じ構成を有することから、図１０に示したように、そのうちの一枚のセパレータ１４について代表して説明する。このセパレータ１４の両側面側には、複数の弾性片１４ａ、１４ａ・・・が規則正しく突設されおり、燃料ボックス３内の各発電部１３、１３、１３、１３、１３の間に介在され、弾性片１４ａ、１４ａ・・・で各発電部１３を軽く押さえるようになっている。

【0024】

各発電部１３、１３、１３、１３、１３同士の配線と、発生した電気を外部へ取り出す配線は、図５に示したように、一番右下側の発電部１３の陰極部材１３ａが隣接するセパレータ１４を介してこのセパレータ１４に隣接する発電部１３の陽極部材１３ｃにリード線２５を介して接続されている。以後、順次リード線２５、２５、・・を介して各発電部１３、１３・・の各陰極部材１３ａ、１３ａ・・が各陽極部材１３ｃ、１３ｃ・・に接続され、一番左上の陰極部材１３ａがリード線１７ａ、１７ｂを介してカバー３ｂに設けた一方のスイッチ部材１２に接続されている。さらに、一番右下側の発電部１３の陽極部材１３ｃは、リード線１６ａ、１６ｂを介してカバー３ｂに設けたもう一つのプラス側のスイッチ部材１２に接続されている。もう一つの燃料ボックス３内においても、図示は省略するが、同様の構成である。

【0025】

とくに図２と図１３及び図１４に示したように、集電ボックス１８は、ボックス本体１９と蓋部材２０から成る。この集電ボックス１８を開閉可能に取り付けるボックススタンド８は、とくに図１４に示したように、平板部８ａと取付部８ｂから成り、平板部８ａにはその四隅に取付部８ｅ、８ｅ、８ｅ、８ｅが設けられ、この取付部８ｅ、８ｅ、８ｅ、８ｅはボックススタンド収容部９に設けた支承部９ａ、９ａ、９ａ、９ａへ取付ネジ９ｂ、９ｂ、9ｂ、9ｂで取り付けられている。取付部８ｂに設けた雌型ヒンジ部８ｃは湾曲しており、この雌型ヒンジ部８ｃに集電ボックス１８の雄型ヒンジ部２１、２１を回転可能に挿入する構成である。そして、取付部８ｂに覆われて平板部８ａに矩形状のリード線挿通孔８ｄが設けられている。尚、図１３において、指示記号２０ａ、２０ａで示されたものは、ボックス本体１９の取付部１９ｃ、１９ｃへ蓋部材２０を取り付ける取付ネジである。また、指示記号２０ｂ、２０ｂ、２０ｂ、２０bのものは、スイッチ片１９ａ、１９ａ、１９ａ、１９ａをボックス本体１９の取付部１９ｃ、１９ｃ、１９ｃ、１９ｃへ取り付ける取付ネジである。

【0026】

集電ボックス１８は、とくに図２と図１３に示したように、ボックス本体１９と蓋部材２０から成り、内部に４個のスイッチ片１９ａ、１９ａ、１９ａ、１９ａが設置されている。この４枚のスイッチ片１９ａ、１９ａ、１９ａ、１９ａは、中央の２枚は連結されると共に、各スイッチ片１９ａ、１９ａ、１９ａ、１９ａの各先端部側は、集電ボックス１８のボックス本体１９に設けたスリット１９ｂ、１９ｂ、１９ｂ、１９ｂを介して外部へ突出させられている。集電ボックス１８はその他側部側に凹部２２が設けられ、この凹部２２の両側に雄型のヒンジ部２１、２１が設けられ、この各雄型のヒンジ部２１、２１がボックススタンド８に設けた雌型ヒンジ部８ｃに挿入連結される構成である。各スイッチ片１９ａ、１９ａ、１９ａ、１９ａは、各集電ボックス１８、１８のボックススタンド８に対する開閉操作に伴い、各燃料ボックス３、３の各カバー３ｂ、３ｂに取り付けたスイッチ部材１２、１２・１２、１２(一対のみ表示)に対して接続解離を行うように構成されている。

【0027】

各燃料ボックス３、３のカバー３ｂ、３ｂに取り付けた各スイッチ部材１２、１２（一部のみ表示）に接続された集電ボックス１８内の各スイッチ片１９ａ、１９ａ、１９ａ、１９ａは、図示を省略したが、プラスとマイナスに集電されて、リード線３０、３１を介し、ボックススタンド８に設けたリード線挿通孔８ｄを経由してボックススタンド収容部９内に入り、ターミナル部Ｔに導かれ、図示してない電灯のような負荷へ導かれるものである。

【0028】

電解液には、例えば塩化ナトリウム液が用いられるが、これに限定されない。尚、電解液は、塩化ナトリウムを含まないクエン酸水溶液であっても良いし、クエン酸を電解質として含まない溶液、たとえば、硫酸銅水溶液、酢酸銅水溶液、塩化銅水溶液、塩化アンモニウム水溶液などであっても良い。

【0029】

本願発明に係るマグネシウム電池１にあっては、燃料ボックス３、３内へカバー３ｂ、３ｂに設けたスリット３ｉ、３ｉ、３ｉ・・・を介して電解液を注入することにより、各発電部１３、１３・・・・の各陰極部材１３ａ、１３ａ・・・・に接している各燃料部材１３ｂ、１３ｂ・・・が電解液を吸収することになることから、すぐに発電反応が生じ、その発電反応による起電力が発生するものである。

【0030】

本発明においては、電池ボックス２の中に２個の燃料ボックス３、３が収容され、個々の燃料ボックス３、３内には、それぞれ上述した複数の陰極部材１３ａと燃料部材１３ｂと陽極部材１３ｃから成る複数の発電部１３、１３・・・が個々にセパレータ１４、１４・・・で分離されつつ収容されている。そのため、図５に示したように、それぞれの発電部１３、１３・・・を構成する各陰極部材１３ａ、１３ａ・・・と各陽極部材１３ｃ、１３ｃ・・・に接続された各リード線１６ａ、１６bと１７a、１７ｂによって集約され、各燃料ボックス３、３の各カバー３ｂ、３ｂの一端部上部に設けられたスイッチ部材１２、１２に導かれ、このスイッチ部材１２、１２から電池ボックス２の一端部上部に取り付けた集電ボックス１８を経由して電池ボックス２の側部に設けたターミナル部Ｔから図示してない電灯のような負荷へとかへと導かれ、発光させることができるものである。

【0031】

また、各陰極部材１３ａ、１３ａ・・・で生成された水酸化マグネシウムは、電解液に溶解せず、従来公知のマグネシウム電池であると、電解液を収容させた燃料ボックスの底部に沈殿付着したが、本発明に係るマグネシウム電池１においては、フェルト製の各燃料部材１３ｂ、１３ｂ・・・に付着し、燃料ボックス３、３の底部に沈殿付着することを防止できるので、燃料ボックス３、３内の掃除が簡単となるものである。

【0032】

さらに、本発明に係るマグネシウム電池１にあっては、待機時においては各燃料ボックス３、３内には電解液は注入されていない状態にあり、急な停電の際に各燃料ボックス３、３のカバー３ｂ、３ｂを開いて燃料ボックス３、３のカバー３ｂ、３ｂの上から別に用意してある塩水などの電解液を注ぎ込むと、電解液がスリット３ｉ、３ｉ・・・を介して燃料ボックス３、３内へ入り、各発電部１３、１３・・・の陰極部材１３ａ、１３ａ・・・が電解液で浸されることから、直ちに発電が開始され、発電された電気がターミナル部Ｔに接続した図示してない負荷、例えば電灯などを点灯させ、所定時間周囲を明るく照らすことができるものである。

【0033】

また、本発明に係るマグネシウム電池１は、他の蓄電池と比べれば、常時蓄電しておく必要はないので、保守が簡単で長持ちをするという利点がある。

【0034】

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明に係るマグネシウム電池は、以上のように構成したので、予め充電しておく必要はなく、電解液を電池ボックス内への注入することにより直ちに発電させることができることから、便利であり、また、比較的に軽く、持ち運びが容易であり、保守も簡単な電源として好適に用いられるものである。

【符号の説明】

【0036】

１ マグネシウム電池
２ 電池ボックス
２ａ 蓋部
３ 燃料ボックス
１３ 発電部
１３ａ 陰極部材
１３ｂ 燃料部材
１３ｃ 陽極部材
１４ セパレータ
１４ａ 弾性片
１６ａ、１６ｂ リード線
１７ａ、１７ｂ リード線
２５ リード線
３０ リード線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】