JP-3255791-U - 電気発生器

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Abstract

【課題】簡易な構成かつ小型化を実現する電気発生器を提供する。【解決手段】電気発生器１０は、正極性を有する銅板である第一電極板１１－１と、当該第一電極板１１－１に隣接して設けられ、二酸化マンガン及び消石灰の混合物からなる第一層１３－１と、当該第一層１３－１に隣接して設けられ、消石灰、黒土、及び岩塩を溶解させた水の混合物からなる第二層１３－２と、当該第二層１３－２に隣接して設けられ、負極性を有するアルミニウム板である第二電極板１１－２と、を備えて構成される。リチウムイオン電池よりも少ない層数で構成でき、リチウムを用いていないため、発熱の問題を解決し、取り扱いが容易になる。【選択図】図４

Inventors

平野秀明

Assignees

平野秀明

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20260309

Claims (3)

正極性を有する第一電極板と、当該第一電極板に隣接して設けられ、二酸化マンガン及び水酸化カルシウムを含む第一層と、当該第一層に隣接して設けられ、水酸化カルシウム、乾燥防止材、及び塩化ナトリウムを溶解させた水を含み、半固体状に形成された第二層と、当該第二層に隣接して設けられ、負極性を有する第二電極板と、を備えたことを特徴とする電気発生器。
正極性を有する第一電極板と、当該第一電極板に隣接して設けられ、二酸化マンガン及び乾燥防止材を含む第一層と、当該第一層に隣接して設けられ、水酸化カルシウム、乾燥防止材及び水を含み、半固体状に形成された第二層と、当該第二層に隣接して設けられ、負極性を有する第二電極板と、を備えたことを特徴とする電気発生器。
請求項１または２に記載の電気発生器において、前記乾燥防止材を黒土または赤土とする、ことを特徴とする電気発生器。

Description

本考案は、電気を発生させる電気発生器に関する。従来、電気を発生させる電気発生器として、充電することで繰り返し使用可能な二次電池が知られている。二次電池は、電気スタンド、ノートパソコン等の小型電子機器、スマートフォン等の携帯型電子機器等の普及により、電源として多くの機器に使用されている。このような電気発生器には様々な技術を取り入れたものが提案されている。その中でも、小型化、軽量化及び耐久性を実現すると共に、大容量の電力を蓄積可能なリチウムイオン電池が注目されている（例えば特許文献１を参照）。リチウムイオン電池は、リチウムイオンが正極板と負極板との間に設けられた電解液の中を移動することで、放電及び充電を行う電源である。特許文献１に記載されたリチウムイオン電池は、アルミニウム等の正極集電体及びマンガン酸リチウム等の正極合剤層からなる正極と、カルシウム塩及びイオン液体等からなる電解質層と、金属リチウム等の負極合剤層及びアルミニウム等の負極集電体からなる負極とから構成される（特許文献１の図３を参照）。このリチウムイオン電池により、放電特性に優れた二次電池を実現することができる。特開２０１８－２０６５６１号公報本考案の実施形態による電気発生器を複数使用した際の使用状態の例及び電気発生器の外観構造例を説明する図である。本考案の実施形態による電気発生器を構成する第一電極板、絶縁材及び第二電極板の例を示す概略図である。（１）は、本考案の実施形態による電気発生器の上面図、（２）は側面図、（３）は下面図である。本考案の実施形態による電気発生器の断面図である。（１）は、本考案の第一実施形態による電気発生器の第一層及び第二層を説明する図である。（２）は、本考案の第二実施形態による電気発生器の第一層及び第二層を説明する図である。電極板の間が１つの層のみからなる実験用の電気発生器の構成を説明する図である。以下、本考案を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。〔考案の概要〕まず、本考案の電気発生器について概要を説明する。本考案者は、簡易な構成かつ小型化を実現する電気発生器を提供するため、実験を試行しながら鋭意検討を行った。その結果、主材料として消石灰（水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)2）を主成分とする物質）を用いた電気発生器であって、正極と負極との間に、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）等を含む第一層、及び消石灰等を含む第二層を備える構成とすることで、良好な放電電圧及び放電時間を実現できることを見出した。本考案者は、正極と負極との間に設ける層について、１つの層のみで構成する場合と、本考案のように２つの層で構成する場合とに区別し、様々な材料により構成した電気発生器において、放電電圧及び放電時間を調査するための実験を試行した。実験には、正極として銅板を用い、負極としてアルミニウム板を用いた。また、実験は、後述する図１を参照して、５個の電気発生器１０を直列に接続し、これらに導線３及び負荷２を接続して行った。負荷２としてはＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を使用した。まず、電極板の間を１つの層のみで構成し、実験を行った。図６は、電極板の間が１つの層のみからなる実験用の電気発生器の構成を説明する図である。この電気発生器１００は、単体の二次電池であり、第一電極板１１－１、１つの層１３及び第二電極板１１－２から構成される。前述のとおり、第一電極板１１－１としては銅板を用い、第二電極板１１－２としてはアルミニウム板を用いた。この単体の電気発生器１００を５個用意し、後述する図１に示すように、直列に接続した。当該１つの層１３を、消石灰のみにて構成した場合、放電電圧は０Ｖであり電気は発生しない。このため、本考案者は、水分を加える等して様々な材料の組み合わせを考えた。当該１つの層１３を、二酸化マンガンのみにて構成した場合、放電電圧は約０．８Ｖであり、二酸化マンガン及び黒土の混合物にて構成した場合、放電電圧は約１．２Ｖであった。また、当該１つの層１３を、消石灰、黒土及び水の混合物にて構成した場合、放電電圧は約１．２Ｖ、放電時間は約１５日であり、二酸化マンガン、消石灰、黒土及び水の混合物にて構成した場合、放電電圧は約１．５Ｖ、放電時間は約１３日～１５日であった。このように、電極板の間を１つの層１３のみで構成した場合、使用する材料によって異なるが、放電電圧は約０．８Ｖ～１．５Ｖ程度、放電時間は約１３日～１５日程度であるという実験結果を得た。次に、電極板の間を２つの層で構成し、実験を行った。当該２つの層を、後述する図５（１）に示す本考案の第一実施形態のように構成した場合、放電電圧は約２Ｖ、放電時間は約２５日であった。この第一実施形態において、正極の銅板側の第一層は、二酸化マンガン及び消石灰の混合物にて構成され、負極のアルミニウム板側の第二層は、消石灰、黒土、及び岩塩を溶解させた水の混合物にて構成される。また、当該２つの層を、後述する図５（２）に示す本考案の第二実施形態のように構成した場合、放電電圧は約２Ｖ、放電時間は約２２日～２３日であった。この第二実施形態において、正極の銅板側の第一層は、二酸化マンガン及び黒土の混合物にて構成され、負極のアルミニウム板側の第二層は、消石灰、黒土及び水の混合物にて構成される。このように、電極板の間を２つの層で構成した場合、使用する材料によって異なるが、放電電圧は約２Ｖ、放電時間は約２２日～２５日程度であるという実験結果を得た。本考案者は、電極板の間を１つの層のみで構成した場合と、電極板の間を２つの層で構成した場合とを比較すると、前述の材料を使用する限り、電極板の間を２つの層で構成した方が、電極板の間を１つの層のみで構成した場合よりも、放電電圧は高くなり、放電時間は長くなるという知見を得た。本考案の電気発生器は、正極性を有する第一電極板と、二酸化マンガン等を含む第一層と、消石灰等を含む第二層と、負極性を有する第二電極板とからなり、第一電極板、第一層、第二層及び第二電極板がこの順番で積層して構成されることを特徴とする。これにより、第一電極板と第二電極板との間を２つの層で構成するようにしたため、前述の実験結果にて説明したように、１つの層１３のみで構成する場合よりも、高い放電電圧及び長い放電時間の電気発生器を実現することができる。また、前述の特許文献１に記載されたリチウムイオン電池よりも少ない層数で構成するようにしたため、簡易な構成かつ小型化を実現することができる。〔電気発生器の構造〕以下、本考案の実施形態による電気発生器について詳細に説明する。図１は、本考案の実施形態による電気発生器を複数使用した際の使用状態の例及び電気発生器の外観構造例を説明する図である。この電気発生器１の使用状態は、電気発生器１が導線３を介して負荷２に接続され、複数の電気発生器１０を直列に接続して構成された例を示している。電気発生器１及び単体の電気発生器１０は、充電及び放電が可能である。電気発生器１０の外観は、第一電極板１１－１、後述する第一層及び第二層を絶縁するための絶縁材１２、及び第二電極板１１－２からなる。図２は、本考案の実施形態による電気発生器１０を構成する第一電極板１１－１、絶縁材１２及び第二電極板１１－２の例を示す概略図である。電気発生器１０を構成する第一層及び第二層は省略してある。第一電極板１１－１は、円盤型の形状をなしており、絶縁材１２の一方の開口部１２Ａに対応して設けられる。第二電極板１１－２も、円盤型の形状をなしており、絶縁材１２の他方の開口部１２Ｂに対応して設けられる。絶縁材１２は、円筒型の形状をなしており、当該電気発生器１０の外部と内部（図示していない第一層及び第二層）とを絶縁するための部材である。絶縁材１２の開口部１２Ａには、当該絶縁材１２の一方の端側の縁をなす上面１２ａに対して直角の鉛直面（円筒型の内面）に設けられた側面溝１２ｂ、及び上面１２ａに平行に設けられたの下面溝１２ｃが形成されている。同様に、開口部１２Ｂにも、当該絶縁材１２の他方の端側の縁をなす上面（図示していない）に対して直角の鉛直面（円筒型の内面）に設けられた側面溝（図示していない）、及び当該上面に平行に設けられた下面溝（図示していない）が形成されている。開口部１２Ａには、第一電極板１１－１が挿入されることで、第一電極板１１－１の側面の一部が側面溝１２ｂに当接され、第一電極板１１－１の底面の外端部分が下面溝１２ｃに当接される。第一電極板１１－１の側面の一部と絶縁材１２の側面溝１２ｂとは、例えば接着剤を用いて固着され、同様に、第一電極板１１－１の底面の外端部分と絶縁材１２の下面溝１２ｃとは、例えば接着剤を用いて固着される。これにより、絶縁材１２の開口部１２Ａに、第一電極板１１－１が固定される。同様に、開口部１２Ｂには、第二電極板１１－２が挿入されることで、第二電極板１１－２の側面の一部が側面溝（図示していない）に当接され、第二電極板１１－２の底面（図２では上側の面）の外端部分が下面溝（図示していない）に当接される。第二電極板１１－２の側面の一部と絶縁材１２の側面溝とは、例えば接着剤を用いて固着され、同様に、第二電極板１１－２の底面の外端部分と絶縁材１２の下面溝とは、例えば接着剤を用いて固着される。これにより、絶縁材１２の開口部１２Ｂに、第二電極板１１－２が固定される。このように、第一電極板１１－１、絶縁材１２及び第二電極板１１－２の内側に、後述する図５（１）及び図５（２）に示す第一層及び第二層の各材料が収容されることにより、図１に示した電気発生器１０が構成される。また、電気発生器１０は、図１に示したとおり、絶縁材１２の上側に第一電極板１１－１の一部が突出し、絶縁材１２の下側に第二電極板１１－２の一部が突出した状態となる。複数の電気発生器１０を直列に接続して電気発生器１を構成した場合、当該電気発生器１０に設けられた第一電極板１１－１の突出部と、当該電気発生器１０の隣に配置された電気発生器１０に設けられた第二電極板１１－２の突出部とが接触し、また、当該電気発生器１０に設けられた第二電極板１１－２の突出部と、当該電気発生器１０の反対側の隣に配置された電気発生器１０に設けられた第一電極板１１－１の突出部とがそれぞれ接触することとなる。これにより、当該電気発生器１０と隣の電気発生器１０とを電気的に接続することができる。図３（１）は、本考案の実施形態による電気発生器１０の上面図であり、図１に示した電気発生器１０を上から下へ矢印αの方向で見たときの外観を示す。図３（２）は側面図であり、電気発生器１０を横から矢印βの方向で見たときの外観を示す。また、図３（３）は下面図であり、電気発生器１０を下から上へ矢印γの方向で見たときの外観を示す。図３（１）に示すように、電気発生器１０を上から見ると、円盤型の第一電極板１１－１における周縁の外側に、絶縁材１２に形成された上面１２ａが当接されている。また、図３（２）に示すように、電気発生器１０を横から見ると、円筒型の絶縁材１２の上側に第一電極板１１－１の一部が突出し、絶縁材１２の下側に第二電極板１１－２の一部が突出している。また、図３（３）に示すように、電気発生器１０を下から見ると、円盤型の第二電極板１１－２における周縁の外側に、絶縁材１２に形成された上面（第一電極板１１－１側の上面１２ａと同じ形状の上面）が当接されている。（第一層、第二層）図４は、本考案の実施形態による電気発生器１０の断面図であり、図１に示した電気発生器１０を矢印α，γの方向で切断したときの図である。電気発生器１０は、第一電極板１１－１、当該第一電極板１１－１に隣接して設けられた第一層１３－１、当該第一層１３－１に隣接して設けられた第二層１３－２、及び当該第二層１３－２