特許 7579641 空気電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-30

(45)【発行日】2024-11-08

(54)【発明の名称】空気電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 12/08 20060101AFI20241031BHJP

   H01M 12/06 20060101ALI20241031BHJP

   A01G 24/12 20180101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H01M12/08 K

H01M12/06 Z

H01M12/06 G

A01G24/12

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020041507

(22)【出願日】2020-03-11

(65)【公開番号】P2021144811

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】524112865

【氏名又は名称】冨岡 厚則

(74)【代理人】

【識別番号】100081673

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100141483

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 生吾

(72)【発明者】

【氏名】冨岡 厚則

(72)【発明者】

【氏名】浜野 正好

【審査官】前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０７６３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３０４４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１２９０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１２／００－１６／００

Ａ０１Ｇ２４／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極となる空気極と、
金属を少なくとも一部に含む負極と、
前記空気極と前記負極との間に介在し且つ電解液相当物質として機能する培地と、
生育対象の植物の少なくとも一部を、前記負極と前記空気極との間に位置させた状態で、該植物を保持する保持手段とを備えた
ことを特徴とする空気電池。

【請求項2】

前記空気極と前記負極とは、培地を介したイオンの行き来とは別に、電子のやり取りが可能なように前記培地又は接続配線を介して電気的に接続された
請求項１に記載の空気電池。

【請求項3】

前記保持手段は、前記植物を前記空気極側又は前記負極側の何れか一方である保持電極に保持させるように構成された
請求項１に記載の空気電池。

【請求項4】

前記培地は、前記植物を生育させるための養液を電解液として含浸させた土壌若しくはマッド又は養液自体である
請求項１に記載の空気電池。

【請求項5】

前記培地を収容する収容部と、
前記収容部から外部に排出された養液が該収容部に再導入されるように、該養液を循環させる循環手段とを備えた
請求項４に記載の空気電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、負極からの析出物に起因した種々の不具合を効率的に防止できる空気電池に関する。

【背景技術】

【0002】

負極と、正極である空気極と、負極と空気極との間に介在される電解液又は電解液相当物質とを備えた空気電池が従来公知である。空気電池は、高いエネルギー密度を有するため、次世代の電池として期待されている。また、正極活性質として空気を用いるため、正極側に活性質を充填する必要がなく、全体をコンパクトに形成できる。

【0003】

このような利点を有する空気電池であるが、負極から析出する析出物に起因して種々の不具合が発生する。例えば、放電時に負極に析出される析出物によって該負極に不導体被膜が形成されることがある。この不導体被膜は出力低下の原因になる。また、充電時に負極に形成される金属樹であるデンドライドは、該負極と空気極とを短絡させる原因になる。

【0004】

このような析出物に起因した問題を改善するため、負極から析出する析出物を捕捉する捕捉層（捕捉部）を設けた特許文献１に示す空気電池が公知になっている。

【0005】

しかし、上記文献に示す空気電池も、析出物の析出に起因した不具合を防止するには不十分であり、さらになる改善が切望されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－１４７５７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、負極と、正極である空気極と、負極と空気極との間に介在される電解液又は電解液相当物質とを備えた空気電池であって、負極からの析出物に起因した種々の不具合を効率的に防止できる空気電池を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明は、正極となる空気極と、金属を少なくとも一部に含む負極と、前記空気極と前記負極との間に介在し且つ電解液相当物質として機能する培地と、生育対象の植物の少なくとも一部を、前記負極と前記空気極との間に位置させた状態で、該植物を保持する保持手段とを備えたことを特徴とする。

【0009】

前記空気極と前記負極とは、培地を介したイオンの行き来とは別に、電子のやり取りが可能なように前記培地又は接続配線を介して電気的に接続されたものとしてもよい。

【0010】

前記保持手段は、前記植物を前記空気極側又は前記負極側の何れか一方である保持電極に保持させるように構成されたものとしてもよい。

【0013】

前記培地は、前記植物を生育させるための養液を電解液として含浸させた土壌若しくはマッド又は養液自体であるものとしてもよい。

【0014】

前記培地を収容する収容部と、前記収容部から外部に排出された養液が該収容部に再導入されるように、該養液を循環させる循環手段とを備えたものとしてもよい。

【発明の効果】

【0015】

培地中の養分の植物による吸収、或いは凝集剤が含有された捕捉部による析出物の捕捉によって、析出物に起因した種々の不具合が効率的に防止される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明を適用した空気電池の要部側面図である。

【図2】本発明を適用した空気電池の要部正面図である。

【図3】図１及図２に示す空気電池の等価回路である。

【図4】図１乃至図３に示す空気電池の変形例に係る空気電池の要部側面図である。

【図5】本発明の別実施形態に係る空気電池の要部側面図である。

【図6】本発明の別実施形態に係る空気電池の要部正面図である。

【図7】空気導入手段の構成を示す断面図である。

【図8】本発明の別実施形態に係る空気電池の構成を示す断面図である。

【図9】図８の空気極及び負極の構成を示す平面図である。

【図10】ナスの根の部分の生長の程度を示す写真であって、左側の「通電無し」と記載されたナスは通常の方法により生育させたものであり、右側の「通電有り」と記載されたナスは第１実施形態の生育装置によって生育させたものである。

【図11】モロヘイヤの根の部分の生長の程度を示す写真であって、左側の「通電無し」と記載されたモロヘイヤは通常の方法により生育させたものであり、右側の「通電有り」と記載されたモロヘイヤは第１実施形態の生育装置によって生育させたものである。

【図12】里芋の根の部分の生長の程度を示す写真であって、左側の「通電無し」と記載された里芋は通常の方法により生育させたものであり、右側の「通電有り」と記載された里芋は第１実施形態の生育装置によって生育させたものである。

【図13】人参の根の部分の生長の程度を示す写真であって、左側の「通電無し」と記載された里芋は通常の方法により生育させたものであり、右側の「通電有り」と記載された里芋は第１実施形態の生育装置によって生育させたものである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１，図２は本発明を適用した空気電池の要部側面図及び要部正面図である。植物の生育装置としても機能する空気電池は、生育対象の植物Ｐの培地１と、該培地１を収容する収容部２と、収容部２の直下に配置され且つ該収容部２を下支えする土台３と、前記培地１に含浸され且つ該収容部２の外部に排出された養液４が該収容部２の内部に再導入されるように該養液４を循環させる循環装置（循環手段）６とを備えている。

【0018】

培地１は、電解液でもある養液４を含浸させることが可能なウレタンマット等の含浸性材料から構成されているため、電解液相当物質として機能する。また、培地１は、植物Ｐの根Ｐ１や茎Ｐ３等が、その内部で順次成長可能な構造を有している。

【0019】

前記収容部２は、培地１の四方を筒状に囲むようにフレキシブルに変形可能なフィルムシートである。このフィルムシートは、プラスチック等の合成樹脂材料によって構成されている。収容部２の平面視形状は、一方向（以下、当該方向を便宜的に「前後方向」とする）に長い方形枠状に成形されている。

【0020】

収容部２の上方は、その内部に収容された培地１への空気の導入が可能となるように、全体又は一部が開放されて空気導入口２ａを構成している。収容部２の下方は、該収容部２の内部に収容された培地１に含浸された養液４を下方から外部に流出させることが可能なように、全体又は一部が開放されて流出口２ｂを構成している。

【0021】

土台３の上面の幅方向（以下、便宜的に「左右方向」とする。）の両端部には、断面視で下方に円弧状に窪んだ凹部であり且つ前後方向に延びる受け部３ａ，３ａが夫々設けられている。培地１に含有された養液４は自重により流下し、流出口２ｂから外部に排出されて受け部３ａ，３ａに集められる。受け部３ａに集められた養液４は、土台３に形成された流路３ｂを介して外部に排出される。

【0022】

植物Ｐは、前後方向に並べられた状態で、収容部２の内部に収容された培地１に、複数が植え付けられている。

【0023】

収容部２の内部に収容された培地１の上端側には、水平な板状をなした空気極７が、その上面側が露出した状態で埋設される一方で、該培地１の下層側には、金属を含有した負極８が埋設されている。

【0024】

この空気極７の中央部には、その厚み方向に貫通する支持孔７ａが穿設されている。植物Ｐは、その根Ｐ１の部分が培地１に埋まり、その葉Ｐ２の部分が上方を向き、その茎Ｐ３の部分が支持孔７ａに挿通した状態で、保持して固定されている。

【0025】

具体的な保持手段について説明すると、該保持手段は、支持孔７ａと、該支持孔７ａの内周面と植物Ｐの茎Ｐ３の外周面との間に充填される筒状の充填材（捕捉部）９とを有し、植物Ｐを空気極７側に保持するように構成されている。本例では、空気極７が植物Ｐを保持して固定する保持電極になる。

【0026】

保持電極７は、図示する例では、前記培地１に植え付けられた複数の植物Ｐ毎に設けられている。一方、保持電極７以外の電極である負極８は、培地１を介して、該保持電極７と対向するように、前後に長い方形状に形成された単一の水平な板状部材である。

【0027】

前記循環装置６は、養液４を溜めるタンク１１と、流路３ｂからの養液４をタンク１１に回収する回収管１２と、吸引管１３を介してタンク１１内から吸引した養液４を吐出管１４により培地１側に供給するポンプ１６と、吐出管１４からの養液４が流入するように培地１の上面側に配置され且つ収容部２の長手方向である前後方向に形成された流動管１７と、流動管１６から複数の植物Ｐの夫々に向かって養液を導出させる導出ノズル１８とを有している。

【0028】

図３は、図１及図２に示す生育装置の等価回路である。培地１は上述した通り、電解液相当物質として機能する。また、空気極７と負極８とは、電解液相当物質である培地１を介したイオンのやり取りとは別に、電子のやり取りが可能なように該培土１を介して、電気的に接続されている。この場合、培地１は、高い抵抗値を有する抵抗１９として機能し、空気極７と負極８とを電気的に接続する。

【0029】

なお、培地１とは無関係に、前記抵抗１９を有する物理的な配線である接続配線２１によって、空気極７と負極８とを電気的に接続させてもよい。この場合、空気極７及負極８は、電力を取り出す取出電極になり、一対の取出電極７，８から取り出された直流の電気は、通常の電気と同様、様々に利用することが可能になる。

【0030】

前記空気極７は、空気電池の正極として機能させるための従来公知の構造を有している。例えば、この空気極７は、木炭又は活性炭と、該空気極７の抵抗を低減させる導電助剤である黒鉛又はカーボンブラックと、触媒粒子と、バインダー等とを含み、さらに必要に応じて、これらのものに集電極を組み合わせる。

【0031】

さらには、空気極７として、正極剤と、主材料とを混合させたキューブ、マット又は定植パネルを用いてもよい。前記正極剤は、上述したものと同様に構成され、具体的には、木炭又は活性炭と、該空気極７の抵抗を低減させる導電助剤である黒鉛又はカーボンブラックと、触媒粒子と、バインダー等とが含まれている。主材料は、有機性多孔体としてのピートモス、おがくず、ウレタンフォームから構成されるか、或いは、繊維状多孔体としてのロックウール、グラスウールから構成されるか、或いは、フォーム上多孔質体としてのセラミックフォーム又は発砲ガラスから構成されるか、或いは、無機多孔質性粒子としてのパーライト、バーミュキュライト、焼成珪藻土又はパミスから構成されている。

【0032】

前記負極８を、空気電池の負極として機能させるため、本例では、金属を少なくも一部に含んでいる。ちなみに、本例では、マグネシウムから負極８が構成されている。また、この負極８を、リチウム、マンガン等の空気電池の負極８に一般に使用される金属を含むように構成してもよい。また、これらのものと集電極とを組み合わせて負極８を構成してもよい。

【0033】

前記養液４は、植物Ｐを効率的に生育させ且つ電解液として機能させ得る複数の成分を含んだ一般的な養液を用いる。例えば、本例では、植物Ｐの生育を考慮して酸性に設定され、硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３）、第二リン酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４）、第一リン酸アンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ_３）_２）、第一リン酸カリウム（ＫＨ_２ＰＯ_４）、第二リン酸カリウム（Ｋ_２ＨＰＯ_４）、リン酸カリウム（Ｋ_３ＰＯ_４）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）、硝酸鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（ＮＯ_３）_２）、硝酸鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（ＮＯ_３）_３）、硝酸マンガン（Ｍｎ（ＮＯ_３）_２）、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ_４）、硝酸銅（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２）、硫酸銅（ＣｕＳＯ_４）、硝酸亜鉛（Ｚｎ（ＮＯ_３）_２）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ_４）、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）及びモリブデン酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４）の全部又は一部が養液４に含まれている。各成分は０～５重量％の割合で含まれている。

【0034】

本例の空気電池の化学的反応について説明すると、負極８側では以下のような溶解反応が起こる。

【0035】

２Ｍｇ→２Ｍｇ^２＋＋４ｅ^－

【0036】

マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）は電解液相当の培地１側に放出されるとともに、電子（ｅ^－）は抵抗１９側に流れる。この電子は接続配線２１を介して負極８から空気極７に流れる。ちなみに、この接続配線２１は、上述した通り、物理的な配線を行う場合もあるが、培地１の機能によって実現させることも可能である。

【0037】

一方、空気導入口２ａから空気極７に導入される酸素（Ｏ_２）と、培地１側からの水（Ｈ_２Ｏ）と、上述のようにして負極８から提供される電子（ｅ^－）とによって、該空気極７側では、以下のような反応が起こる。

【0038】

Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－→４ＯＨ^－

【0039】

この水酸化物イオン（ＯＨ^－）は電解液相当の培地１側に放出される。

【0040】

以上のような化学反応によって起電力が生じ、この空気電池からの直流の電力供給が可能になる。この際、空気極である保持電極７には、アンモニウムイオンやカリウムイオンが供給される。これらのイオンは該保持電極７に保持されている植物Ｐの根Ｐ１や葉Ｐ２の成長が促進される。

【0041】

一方、植物の葉Ｐ１や図示しない身の成長を促進させたい場合、保持電極を負極８とする。具体的には、培地１の上端側に配置する電極を負極８とし、その下端側に配置する電極を空気極７とする。この際、培地１と土台３に囲まれた空気極７にどのように空気を供給するのかが問題になるが、例えば、外部の空気を受け部３ａ及び流路３ｂから空気極７の下面側に導入してもよいし、或いは、培地１に挿入される図示しないエヤノズル等で強制的に外部の空気を空気極７側に導入してもよい。

【0042】

この場合、植物Ｐが保持された負極７には、リン酸二水素イオンやリン酸水素イオンや硝酸イオン等が供給され、該植物Ｐの図示しない実や葉Ｐ２の成長を促進する。

【0043】

このように保持電極の正極７から負極８、或いは負極８から正極７への切換によって、植物Ｐを意図したように生育させることも容易になり、有意義である。

【0044】

ところで、空気電池では、放電時等に、負極８から析出される析出物によって、負極８で不導体被膜を形成することを防止する必要があるが、この機能を、植物Ｐ自体や、植物Ｐを安定的に保持するための充填材９に担わせることが可能である。

【0045】

ちなみに、なお、負極に不導体被膜を形成する析出物の析出反応は以下に示す化学式で表される。

【0046】

Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ^－→Ｍｇ（ＯＨ）^２

【0047】

この水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）^２）が不導体被膜を構成し、空気電池の出力低下等の不具合を発生させる。

【0048】

まず、充填材９によって不導体被膜の形成を防止する手段について具体的に説明すると、図１に示す通り、繊維状活性炭がフェルト状、クロス状又は格子状に加工されたシート、或いは粉末状の活性炭を含浸させた崇高不織布製のシートの端部同士を接続させることによって、弾力的且つフレキシブルに変形可能な筒状の充填材本体（捕捉部本体）９ａを構成している。この充填材本体９ａは、上述した構造によって、液体をゲル状にする凝集剤を含浸させることが可能であるとともに、前記析出物を捕捉可能なように構成されている。

【0049】

すなわち、前記充填材９は、充填材本体９ａと、該充填材本体９ａに含浸させた凝集剤とによって構成されている。この充填材９を、植物Ｐの茎Ｐ３の外周面と、空気極７の支持孔７ａ又は負極８の支持孔（図示しない）の内周面との間に隙間なく密着させて充填している。この充填材９は、保持電極７，８に密着し且つ電解液相当の培地１にも接しているため、前記析出物を効率的に凝集して捕捉し、負極８への不導体被膜の形成を効率的に防止可能である。

【0050】

続いて、植物Ｐ自体によって不導体被膜の形成を防止する手段について具体的に説明すると、上述した通り、該植物Ｐは、陽イオン又は陰イオンを吸収し、これによって余分なイオンが培地１から除外され、負極８からの析出物の析出自体が抑制され、該負極８における不導体被膜の形成が効率的に防止される。

【0051】

ちなみに、保持電極を正極７とする場合、植物Ｐが帯電して、養分となる陽イオンの植物Ｐへの吸収を効率的に行うことが可能になり、充填材９は、この効果を増大させる。

【0052】

なお、負極の溶解反応は、以下に示す副反応を生じさせる可能性がある。

【0053】

Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ^２＋＋Ｈ_２

【0054】

この副反応は、上述した正規の反応を阻害し、不導体被膜の形成を促進させ、出力の低下を招く。このような副反応を防止するとともに、負極８からの析出物の析出量を減少させるため、空気極７側の上述した反応速度と、負極８側の上述した反応速度とを、相互に適切に保持させる必要がある。

【0055】

ここで、負極８の正規の溶解反応は、該負極８の表面積、電解液相当物質である培地１の導電率、ｐＨ、容量及び温度等の影響を受ける。例えば、負極８の正規の反応速度を増加させたい場合、負極８の表面積を増加させることや、電解液相当物質のｐＨを小さくすることや、導電率を増加させることによって、これを実現させる。逆に、負極８の正規の反応速度を減少させたい場合には、これらの逆のことを行う。例えば、負極８の表面積を減少させれば、負極８の正規の溶解反応は減少する。

【0056】

一方、空気極７の反応は、該空気極７の表面積、該空気極７への酸素供給量、該空気極７側への過酸化物の配置の有無、電解液相当物質である培地１の導電率等によって調整する。例えば、空気極７の反応速度を増加させたい場合、該空気極７の表面積を増加させることや、該空気極７への酸素供給量の増大や、該空気極７側への過酸化物の配置や、電解液相当物質である培地１の導電率の増加によって、これを実現させる。ちなみに、前記過酸化物の表面は、界面活性剤によって被膜されている。逆に、空気極７の反応速度を減少させたい場合には、これと逆に処置を行う。

【0057】

そして、これらの制御手段によって、電子の需要と供給を基準として、空気極７の反応速度を、負極８の正規の反応速度と同一か、或いはそれ以上に設定することが望ましい。

【0058】

以上のように構成される空気電池によれば、該空気電池からの電気エネルギーを他の電気機器で利用可能であるとともに、適切なイオンの移動によって、植物Ｐを効率的に生育することが可能になる。特に、空気電池では、電解液の劣化も問題になるが、養液は、新しいものが準備供給されるため、効率よく電気エネルギーを発生させることが可能になる。

【0059】

なお、本実施形態では、土台３を収容部２とは別に設けているが、収容部２に、土台３の機能を一体的に設けてもよい。具体的には、収容部２の底部分に受け部３ａを形成し、該受け部３ａ内の養液は流路３ｂを排して収容部２の外部に排出するようにしてもよい。

【0060】

また、電解液相当物質として機能する培地１として、養液を含浸させることが可能な土壌を用いてもよい。また、培地１は、定植培地であるが、播種培地であってもよい。

【0061】

また、培地１自体を空気極７とするような手段も考えられる。この場合、培地１としても機能する空気極７に前記養液４を含浸させる。

【0062】

また、空気極７を板状以外の種々の形状（例えば、塊状）に成形することも可能である。例えば、塊状に成形された空気極７でも、上下に貫通する支持孔７ａが穿設可能であれば、上述した機能を発揮させることが可能になる。一方、負極８の形状も板状には限定されず、塊状等の種々の形状を採用可能である。負極８は、保持電極として機能させないのであれば、空気極７と培土１を介して対向する位置に配置された複数の粒子状物質でもよく、また、ワイヤー又は紐状物質から構成してもよい。

【0063】

さらに、図４に示す通り、植物Ｐを保持する保持手段を支持孔７ａのみから構成してもよい。この場合、支持孔７ａの内周面に植物Ｐの茎Ｐ３の外周面が嵌合状態で挿入して固定される。すなわち、充填材９が不要になる。

【0064】

次に、図５乃至図７に基づき、本発明の別実施形態について上述の形態と異なる部分を説明する。

【0065】

図５，図６は本発明の別実施形態に係る空気電池の要部側面図及び要部正面図であり、図７は空気導入手段の構成を示す断面図である。これらの図面に示された空気電池は、水耕栽培用の生育装置である。収容部２は本例では栽培容器である。この栽培容器２の内部は前記養液４で満たされている。すなわち、培地１として養液４自体を用いている。

【0066】

栽培容器２の上端側の開放された部分には、板状に成形された保持電極７，８（図示する例では、空気極７）が嵌合して固定されている。この保持電極７には、定植する複数の植物Ｐ毎に支持孔７ａが穿設され、各支持孔７ａには充填材９が設けられている。この充填材９は、栽培容器２内の養液４に接している。

【0067】

一方、養液４で満たされた栽培容器２の内部の底面側には、保持電極７，８以外の電極７，８（図示する例では、負極８）が位置決め設置されている。

【0068】

循環装置６の回収管１２の最上流側の端部は、栽培容器２内の養液４の液面より若干上方を突出しており、該栽培容器２の内部の養液４が所定以上になると、養液４の一部は回収管１２の上端側から該回収管１２の内部に流入し、タンク１１に回収される。タンク１１内の養液４は、ポンプ１６によって、吐出管１４から栽培容器２の内部に再導入される。

【0069】

この循環装置６の吐出管１４には、図７に示す養液に空気を多量に導入する空気導入手段２２が設けられている。空気導入手段２２は、アスピレーターから構成されている。空気導入手段２２は、具体的には、ポンプ１６の作用によって、吐出管１４の内部に形成された養液４の流動路を、該養液４の流動方向に向かって次第に断面積が減少し、その後に、再び増加して元に戻るような形状に成形することによって、養液４の圧力を減少させる陰圧部２２ａと、該陰圧部２２ａにおいて、前記流動方向と交差（直交）する方向に形成されたエア導入孔２２ｂとを有している。

【0070】

陰圧部２２ａにおける圧力減少によって、養液４に十分な割合のエヤ（酸素）を導入され、この空気の導入によって、養液４に含有された酸素を飽和状態、又はそれに近い状態とする。

【0071】

酸素が十分に含まれた状態の養液４であるため、養液４中に沈められる電極を空気極７とすることも可能であり、この場合には、栽培容器２の開放された上部に嵌め込み固定される電極を負極８とする。

【0072】

なお、栽培容器２の内部の養液４によって、一対の電極７，８の間を満たしているが、養液４の液面を、上方側に位置する電極である空気極７から下方に離れた箇所に位置させることも可能である。この場合、空気極７と、栽培容器２の内部に貯留された養液４とを、該空気極７から栽培容器２の内壁面を伝って流路する養液４等によって、イオンのやり取りが可能に連続させる必要がある。

【0073】

次に、図８及び図９に基づいて、空気電池の別実施形態について、上述の形態と異なる部分を説明する。

【0074】

図８は本発明の別実施形態に係る空気電池の構成を示す断面図であり、図９は図８の空気極及び負極の構成を示す平面図である。これらの図面に示された空気電池は、収容部２を構成するように扁平な直方体状に成形されたケースを備えている。該ケース２上面側に空気導入口２ａが開口して形成されている。この空気導入口２ａによって前記ケース２の内外が連通している。

【0075】

このケース２の内部には、板状に成形された負極８と、板状に成形された捕捉部９になるシート材と、板状に成形された空気極７とが、この順番で、前記空気導入口２ａから遠い側から近づく側に向かって、順次重ねられた状態で、嵌合して収容されるとともに、該ケース２の内部には電解液４が注入されている。この電解液４は、植物を生育させる養液として使用する必要はないため、空気電池を用いられる一般的な組成が採用され、具体的には、アルカリ性の電解液が用いられる。

【0076】

シート材９を構成するシート材本体（捕捉部本体）９ａも、シート状に成形される。このシート材本体９ａにも、液体をゲル状とする凝集剤が含有されている。このように構成されるシート材９は、電解液４も含浸させることが可能であり、一対の電極７，８の間に充填されて両者の間のイオンの行き来を可能にする。

【0077】

負極８もシート材９とケース２の内部の底面との間に隙間無く充填された状態になる。空気極７は、シート材９とケース２の内部の天井面底面との間に隙間無く充填された状態になる。

【0078】

空気極７の上面は、空気導入口２ａに接した状態になり、その中央部には、下方に窪んだ凹部（収容スペース）７ｃが形成されている。この凹部７ｃは、空気導入口２ａ側である上方に向かって下方し、平面視で円状に成形されている。該凹部７ｃに、円盤状に成形された過酸化物２３が嵌合して収容される。この過酸化物２３外面の全体又は一部は界面活性剤によって被膜されている。また、空気極７には、自身をケース２の外部に露出させるシート状の電力取出部７ｂが一体的に設けられている。

【0079】

一方、負極８にも、複数のスリット８ａが形成されている。このスリット８ａによって上述した析出物の析出量が少なくなる。また、負極８には、自身をケース２の外部に露出させるシート状の電力取出部８ｂが一体的に設けられている。

【0080】

一対の電力取出部７ｂ，８ｂは、ケース２の外部において隣接した状態になる。この一対の電力取出部７ｂ，８ｂによって、空気電池からの電力を取り出すことが容易になる。

【0081】

また、ケース２の空気導入口２ａは、液体は通さず且つ空気は通過させる材料によって構成された閉塞カバー２４によって閉塞されている。

【0082】

以上のように構成される空気電池では、空気導入口２ａから閉塞カバー２４を透過してケース２の内部に導入された空気が空気極７に触れ、該空気極７側での上述した正規の反応が生じる。この際、過酸化物２３によって、該反応が促進される。一方、負極８でも、上述した正規の溶解反応が生じる。また、シート材９に含浸された凝集剤によって、電解液４はゲル状をなし、より適切な反応が促進される。

【0083】

これらの反応の速度は上述した手段によって互いに適切に調整されるため、上述したような副反応の発生は極力防止され、適切な出力が維持される。また、この空気電池の充電時、負極８で析出される析出物がシート材９によって捕捉されるため、負極８側におけるデンドライトの形成が効率的に抑制される。

【0084】

次に、図１乃至図４に示す実施形態である第１実施形態と、図５乃至図７に示す実施形態である第２実施形態との夫々について、より具体的な条件を必要に応じて説明する。

【0085】

第１実施形態及び第２実施形態では、養液４のｐＨの範囲は４～８に設定する。培地１として土壌を用いる場合、その土壌の導電率は０．１～０．３［ｍＳ／ｃｍ］の範囲に設定する。養液４の導電率は１～３［ｍＳ／ｃｍ］の範囲に設定する。正極７と負極８との電気的に接続する接続配線２１に流れる電流の値は１０［ｍＡ］以下に設定する。

【0086】

培地１として養液４自体を用いる第２実施形態に係る空気電池では、養液４中の含まれる空気の量を、空気導入手段２２によって飽和溶存酸素量（８．８ｍｇ／Ｌ，ａｔ１気圧２０℃）とするか、それに近い値とする。

【0087】

このような条件下で、なす、モロヘイヤ、里芋、人参を、第１実施形態に係る空気電池を用いる方法で生育させた場合と、用いない通常の方法で生育させた売とを比較したところ、優位な差が生じた。ちなみに、培地１としては土壌を用いた。

【0088】

図１０は、ナスの根の部分の生長の程度を示す写真であって、左側の「通電無し」と記載されたナスは通常の方法により生育させたものであり、右側の「通電有り」と記載されたナスは第１実施形態の生育装置によって生育させたものである。同図によれば、通常の方法で生育させたナスの根は細くて短い一方で、本発明を適用した生育装置によって生育させたナスの根は太くて長いく、両者の間には有意な差が見られた。

【0089】

図１１は、モロヘイヤの根の部分の生長の程度を示す写真であって、左側の「通電無し」と記載されたモロヘイヤは通常の方法により生育させたものであり、右側の「通電有り」と記載されたモロヘイヤは第１実施形態の生育装置によって生育させたものである。同図に示すモロヘイヤは１３２日間生育させた結果であり、通常の方法で生育させたモロヘイヤの根は細くて短い一方で、本発明を適用した生育装置によって生育させたモロヘイヤの根は太くて長いく、両者の間には有意な差が見られた。

【0090】

図１２は、里芋の根の部分の生長の程度を示す写真であって、左側の「通電無し」と記載された里芋は通常の方法により生育させたものであり、右側の「通電有り」と記載された里芋は第１実施形態の生育装置によって生育させたものである。同図に示す里芋は１３４日間生育させた結果であり、通常の方法で生育させた里芋の根は細くて短い一方で、本発明を適用した生育装置によって生育させた里芋の根は太くて長いく、両者の間には有意な差が見られた。

【0091】

図１３は、人参の根の部分の生長の程度を示す写真であって、左側の「通電無し」と記載された里芋は通常の方法により生育させたものであり、右側の「通電有り」と記載された里芋は第１実施形態の生育装置によって生育させたものである。同図によれば、通常の方法で生育させた人参の根は細くて短い一方で、本発明を適用した生育装置によって生育させた人参の根は太くて長いく、両者の間には有意な差が見られた。ちなみに、「通電なし」で生育させた人参の重さは６ｇなのに対して、「通電あり」で生育させた人参の重さは１５．９ｇであり、顕著な差が見られた。

【0092】

次に、図８及び図９に示す実施形態である第３実施形態について、より具体的な条件を必要に応じて説明する。電解液４のｐＨは７～１０の範囲（さらに好ましくは、８～９の範囲）に設定し、導電率は１００～３００［ｍＳ／ｃｍ］の範囲に設定し、正極７と負極８とを電気的に接続する接続配線２１に流れる電流の値は１［Ａ］以下に設定する。

【0093】

このような条件下で、第３実施形態の空気電池の放電特性を計測したところ、良好な結果が得られた。特に、適切なｐＨを設定することにより、析出物の析出量が大幅に低減し、錆も効率的に防止される。

【符号の説明】

【0094】

１ 培地（電解質相当物質）
２ 収容部（栽培容器，ケース）
２ａ 空気導入口
４ 電解液（養液）
６ 循環装置（循環手段）
７ 空気極（正極、保持電極）
７ａ 支持孔
７ｃ 凹部（収容スペース）
８ 負極（保持電極）
８ａ スリット
９ 捕捉部（充填材，シート材）
９ａ 充填材本体（捕捉部本体，シート材本体）
１９ 接続配線
２３ 過酸化物
Ｐ 植物
Ｐ３ 茎

【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】