带状电极、使用该电极的金属空气电池以及使用完毕的带状电极的还原装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种即使大型化仍可以高效地进行放电和再充电的带状电极。带状电极的特征在于，具备多块导电板、以及以绝缘状态可分离地将在一个方向上排列的多块导电板连接的绝缘连接构件。
【专利说明】带状电极、使用该电极的金属空气电池以及使用完毕的带状电极的还原装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种带状电极、使用该电极的金属空气电池以及使用完毕的带状电极的还原装置。
【背景技术】
[0002]将负极设为金属电极、将正极设为空气电极的金属空气电池由于具有高的能量密度，所以作为下一代的电池而被关注。
[0003]作为代表性的金属空气电池可以列举锌空气电池。图20是用于说明锌空气电池的放电反应的示意性截面图。锌空气电池具有的结构如图20所示，在碱性电解液103中设置锌电极101，在与电解液103接触的阴离子交换膜106上设置空气电极105 ;通过放电反应的进行，从锌电极101和空气电极105输出电力。另外，空气电极105通常使用在碳载体上负载空气电极催化剂而得到的电极。
[0004]在锌空气电池的放电反应中，锌电极101的金属锌与碱性电解液103中的氢氧化物离子反应生成氢氧化锌，并在锌电极101中放出电子。另外，该氢氧化锌分解从而在电解液中析出氧化锌。另外，在空气电极105中，通过电子、水和氧气反应，生成氢氧化物离子，该氢氧化物离子将阴离子交换膜106导电、并向碱性电解液103移动。当这样的放电反应进行时，则锌电极101的金属锌被消耗，碱性电解液103中氧化锌蓄积。因此，为了维持基于锌空气电池的电力输出，需要向锌电极101供给金属锌、并除去碱性电解液103中析出的氧化锌。
[0005]因此，提出了向金属空气电池供给金属的方法(例如参见专利文献I和2)。
[0006]专利文献I的金属空气电池中，具有锌电极的负极结构形成为能够替换的卡片形。
[0007]另外，专利文献2的金属-空气燃料电池系统，具备负极侧的金属燃料带、以及金属燃料带被送入的正极侧的放电头。金属燃料带是在绝缘性的基础层上层叠金属锌而形成。放电头具有:与金属燃料带的金属接触的凝胶状电解质、与凝胶状电解质接触的正极板、以及在正极板侧上设置的空气导入部。
[0008]在专利文献2的金属-空气燃料电池系统中，在金属燃料带具有多个燃料环带(卜9 〃々)的情况下，放电头以多重环带放电头的形式构成。根据该空气燃料电池系统的构成形式为，当因放电而消耗金属燃料带的金属(Zn)时，金属燃料带移动，未使用的金属被送入放电头内。另外，根据该金属燃料电池系统，也可以使用在放电中使用过的金属燃料带进行再充电。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特开平7-45270号公报
[0012]专利文献2:日本特表2003-521795号公报
【发明内容】
[0013]发明所要解决的课题
[0014]在专利文献I的金属空气电池中，因为是将因放电而消耗的锌电极替换为新的锌电极的方式(卡片替换式)，所以在将金属空气电池大型化的情况下，锌电极的块数会增力口，因此在人工进行的替换操作的情况下人工费高，在自动化的替换操作的情况下设备费高，无论哪种情况都会导致成本的升高。
[0015]另外，在专利文献2的空气燃料电池系统中，因为放电时在金属燃料带上施加有电压，不仅在与放电头接触的部分、而且在金属燃料带全体上都施加有电压，所以被认为放电效率低。在再充电的情况中也是同样。另外，在将该空气燃料电池系统大型化的情况下，在放电头内设置的凝胶状电解质中产生浓度的不均匀，可以预想的是，均匀的放电和再充电是困难的。
[0016]本发明正是鉴于上述事实而作出的，本发明的主要目的在于提供一种即使大型化仍能够高效地进行放电和再充电的带状电极。
[0017]技术课题的手段
[0018]因此，根据本发明提供一种带状电极，其具备多块导电板、以及以绝缘状态将在一个方向上排列的多块导电板连接的绝缘连接构件。
[0019]发明的效果
[0020]在将本发明的带状电极用作金属空气电池的负极的情况下，以一块导电板作为一个区间，每一个区间均能够放电，因此能够高效均匀地进行放电，并且电极状态的管理也变得容易，可以适用于大型的金属空气电池。在再充电的情况下也一样。
[0021]另外，本发明的带状电极可以以卷对卷(roll to roll)式进行放电和再充电，因此可以不替换导电板而持续高效地进行放电和再充电，同时不会导致伴随导电板的替换而带来的人工成本或者机械成本的上升。
[0022]另外，本发明的带状电极，如果从绝缘连接构件取下导电板，也可以以卡片替换式将导电板用于放电，因此也可以适用于小型的金属空气电池。
[0023]进一步地，该带状电极能够压缩成卷状态或者蜿蜒状态，因此可以通过将体积缩小而进行高效的保管和搬运。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是示出具备本发明带状电极的金属空气电池(实施方式1-1)的构成说明图。
[0025]图2(A)是示出图1的金属空气电池中使用的带状电极的一部分的侧截面图。图2(B)是图2(A)的带状电极的俯视图。
[0026]图3(A)是示出图1的金属空气电池中一对电极辊上拉设带状电极的状态的说明图。图3(B)是示出图1的金属空气电池中另一对电极辊上拉设带状电极的状态的说明图。
[0027]图4是示出将图1的金属空气电池中使用的带状电极卷成卷状后的状态的立体图。
[0028]图5是本发明带状电极的变形例1，其为示出了折叠成蜿蜒状的状态的正视图。
[0029]图6(A)是示出图5的带状电极的一部分的侧截面图。图6(B)是图6(A)的带状电极的俯视图。
[0030]图7㈧是示出本发明带状电极的变形例2的一部分的侧截面图。图7(B)是图7(A)的带状电极的俯视图。
[0031]图8㈧是示出本发明带状电极的变形例3的一部分的侧截面图。图8(B)是图8(A)的带状电极的俯视图。
[0032]图9(A)是示出本发明带状电极的变形例4的一部分的侧截面图。图9(B)是图9(A)的带状电极的俯视图。
[0033]图10是示出应用实施方式1-1的大型金属空气电池(实施方式1-2)的构成说明图。
[0034]图11是示出本发明的使用完毕的带状电极的还原装置(实施方式2-1)的构成说明图。
[0035]图12是示出应用实施方式2-1的大型还原装置(实施方式2-2)的构成说明图。
[0036]图13是示出本发明的使用完毕的带状电极的另一种还原装置(实施方式3-1)的构成说明图。
[0037]图14是示出图13的还原装置中的电极辊的立体图。
[0038]图15是示出图13的还原装置中使用的带状电极的一部分的俯视图。
[0039]图16是示出图13的还原装置中电极辊与带状电极的接触状态的说明图。
[0040]图17是示出应用实施方式3-1的大型还原装置(实施方式3-2)的构成说明图。
[0041]图18是示出本发明的使用完毕的带状电极的再另一种还原装置(实施方式4-1)的构成说明图。
[0042]图19是示出应用实施方式4-1的大型还原装置(实施方式4-2)的构成说明图。
[0043]图20是用于说明以前的锌空气电池的放电反应的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0044]本发明的带状电极具备多块导电板、以及以绝缘状态将在一个方向上排列的多块导电板连接的绝缘连接构件。
[0045]在本发明的带状电极中，上述导电板可以具有:包含第一导电性材料的基板、以及覆盖该基板的至少一面的整个面的包含第二导电性材料的电解析出层。根据该构成，形成适合于金属空气电池的带状电极。在这种情况下，第一导电性材料可以根据电解液的种类选择，第二导电性材料可以根据金属空气电池的种类选择。另外，关于这些内容详述如下。
[0046]本发明的带状电极也可以进一步以如下(I)?(3)的方式构成。
[0047](I)上述导电板的形状为矩形，
[0048]上述绝缘连接构件可以以将邻接的两块导电板的相向的端边彼此连接的方式而构成。
[0049]根据该构成，可以通过简化结构的绝缘连接构件将多块导电板以预定的间隔并且在绝缘的同时容易地连接。
[0050]在上述(I)的情况下，更具体而言，上述绝缘连接构件也可以由绝缘性树脂制的成型品形成，所述成型品通过保持上述相向的端边从而将邻接的两块导电板连接。
[0051 ] 或者也可以是，邻接的两块导电板在它们的相向的上述端边具有贯通孔，
[0052]上述绝缘连接构件由绝缘性树脂制的纽带形成，所述纽带通过插通至上述相向的端边的贯通孔而锁结成环状从而将邻接的两块导电板连接。
[0053]或者也可以是，邻接的两块导电板具有将它们的相向的上述端边折回成筒状而形成的折回部，
[0054]所述绝缘连接构件由绝缘性树脂制的纽带形成,所述纽带通过插通至上述相向的端边的上述折回部而锁结成环状从而将邻接的两块导电板连接。
[0055](2)上述绝缘连接构件也可以由具有粘贴面部的绝缘性树脂制的带形成，所述粘贴面部粘贴有上述在一个方向上排列的多块导电板。
[0056]根据该构成，可以得到与上述(I)同样的效果。进一步地，由于可以使用带状的长的一个带状绝缘连接构件，所以可以通过导电板向带状绝缘连接构件的粘贴而高效地连接多块导电板。
[0057](3)上述导电板的形状为矩形，
[0058]上述绝缘连接构件也可以由一对绝缘性树脂制的成型品形成，所述成型品通过将上述在一个方向上排列的多块导电板的在所述一个方向上延伸的端边保持从而将多块导电板连接。
[0059]根据该构成，可以得到与上述(I)同样的效果。进一步地，由于可以使用由成型品形成的一对长的绝缘连接构件，所以可以通过导电板向绝缘连接构件的安装而高效地连接多块导电板。
[0060]另外如后文所详述，具备以这种方式构成的带状电极的金属空气电池、以及在该金属空气电池中使用后的使用完毕的带状电极的还原装置也包含在本发明范围之内。
[0061]下面，在参照附图的同时详细说明本发明的带状电极、使用该电极的金属空气电池、以及使用完毕的带状电极的还原装置。另外，在说明各实施方式的附图中，对相同的要素以相同的符号表示，且对相同的要素不作重复说明。
[0062](实施方式1-1)
[0063]图1是示出具备本发明带状电极的金属空气电池(实施方式1-1)的构成说明图。
[0064]该金属空气电池BI是卷对卷式的金属空气电池，具备:容纳电解液2的电解液槽1，在电解液槽I内的电解液2中以可绕水平轴旋转的方式设置的一对电极辊3，与一对电极辊3电接触且通过一对电极辊3在电解液2中被拉设的带状电极10，以及以与带状电极10相向的方式在电解液槽I内配置的空气电极4。电极棍3和空气电极4以能够与提取出电力的导电部5a、5b电连接的方式构成。
[0065]另外，该金属空气电池BI具备:以可旋转的方式保持带状电极10的送出卷1r1的保持轴6，将带状电极的卷取卷1r2在保持的同时使其旋转的驱动轴7，设置在带移动方向(箭头A方向)的下游侧的电极辊3和卷取卷1r2之间的气体喷射部8和一对压辊9。另夕卜，虽然在图中未示出，但是在电解液槽I中，以不妨碍带状电极10的移动的方式设置有可开闭地遮蔽电解液槽I的上方开口部的盖。
[0066]电解液槽I和一对电极辊3可以用与后述的构成带状电极10的导电板11的基板Ila的材料(第一导电性材料)相同的材料构成。
[0067]一对电极辊3的旋转轴以可旋转的方式枢接至电解液槽I的侧壁。另外，各电极辊3的旋转轴的一端液体密封地贯通电解液槽I的侧壁，连接于图中未示出的电动机并同步旋转。另外，此时，卷取卷1r2的驱动轴7也同步旋转。
[0068]电解液3是在溶剂中溶解电解质并具有离子导电性的液体。电解液3的种类根据构成带状电极10的后述导电板11的金属的种类而不同，可以是使用水溶剂的电解液(电解质水溶液)，也可以是使用有机溶剂的电解液(有机电解液)。例如，在锌空气电池、铝空气电池、铁空气电池的情况下，可以将氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液等碱性水溶液用于电解液，在镁空气电池的情况下，可以将氯化钠水溶液用于电解液。另外，在锂金属电池、钠空气电池、钙空气电池的情况下，可以使用有机电解液。
[0069]空气电极4例如具有:在碳载体上负载空气电极催化剂而得到的集电体部4a，以及在集电体部4a的下面设置的与电解液2接触的阴离子交换膜4b。空气电极4在阴离子交换膜4b浸溃于电解液2的液面的程度的高度位置处，例如固定于电解液槽I的侧壁，或者从电解液槽I的上方开口部由支撑构件悬挂下来。
[0070]气体喷射部8承担的作用是，将从电解液2中提起的带状电极10上附着的电解液用气体吹走。
[0071]一对压辊9承担的作用是，将带状电极10挤压、从而将后述的导电板的表面的析出物刮掉而使其变平坦。
[0072]图2(A)是示出图1的金属空气电池中使用的带状电极的一部分的侧截面图。图2(B)是图2(A)的带状电极的俯视图。
[0073]本发明的带状电极10具备:多块矩形导电板11、以绝缘状态将在一个方向上排列的多块导电板11连接的绝缘连接构件12A。
[0074]导电板11具有:包含第一导电性材料的长方形的基板11a、以及覆盖基板Ila的至少一面的整个面的包含第二导电性材料的电解析出层lib。在实施方式1-1的情况下，例示了由电解析出层Ilb覆盖基板Ila的表面的整个面的情况。
[0075]基板Ila的尺寸和厚度并没有特别的限定，作为尺寸例如为50?100mmX 100?2000mm，作为厚度为0.05?0.5mm。
[0076]作为构成基板Ila的第一导电性材料，例如可以使用对电解液2具有耐腐蚀性的金属。由此，可以经由基板Ila从电解析出层Ilb集电，并可以连接电解析出层Ilb和外部电路。另外，电极辊3也可以由第一导电性材料构成。
[0077]作为电解液2为碱性情况下的第一导电性材料，可以从包括N1、不锈钢和铅合金的金属，包括Au、Pt和Pd的贵金属，以及包括乙炔黑、科琴黑、炉黑、VGCF、碳纳米管、碳纳米角(carbon nanohorn)和富勒烯的碳质材料中选择。
[0078]作为电解液2为酸性情况下的第一导电性材料，可以从包括Au、Pt和Pd的贵金属，包括T1、Ta、W、Nb、N1、Al、Cr、Ag、Cu和Zn的金属以及这些金属的氮化物和碳化物，包括不锈钢、Cu-Cr, N1-Cr和T1-Pt的合金，以及包括乙炔黑、科琴黑、炉黑、VGCF、碳纳米管、碳纳米角和富勒烯的碳质材料中选择。
[0079]作为电解液2为有机电解液情况下的第一导电性材料，可以从包括N1、Al、Cu、不锈钢、T1、乙炔黑、科琴黑、炉黑、VGCF、碳纳米管、碳纳米角和富勒烯的碳质材料中选择。
[0080]电解析出层Ilb包含通过电池的放电反应放出电子、并化学转变为金属化合物的析出物(微粒、针状的粒子、板状的粒子等)的第二导电性材料，作为厚度没有特别的限定，例如为5?500 μ m。
[0081]作为第二导电性材料，可以从|%、1^、恥、0&、211、(:11、0(1、附、(:0、]\111和Cr中选择。例如，在锌空气电池的情况下由锌形成，在铝空气电池的情况下由铝形成，在铁空气电池的情况下由铁形成，在镁空气电池的情况下由镁形成，在锂金属电池的情况下由锂形成，在钠空气电池的情况下由钠形成，在钙空气电池的情况下由钙形成。
[0082]另外，构成电解析出层Ilb的第二导电性材料并不限于这些例子，只要能形成金属空气电池即可。另外，电解析出层Iib可以列举由上述例子中的一种金属元素形成的金属，也可以由合金形成。
[0083]电解析出层Ilb向基板Ila的主要面上的固定，例如可以是将第二导电性材料的粒子、块体压靠固定至基板Ila的表面，也可以是在基板Ila上通过镀覆法等使第二导电性材料析出。
[0084]由于电池放电反应的进行而发生的从构成电解析出层Ilb的第二导电性材料向金属化合物的析出物的化学转变，可以在电解析出层Ilb上发生，也可以在电解析出层Ilb和电解液2中这两者上发生。例如可以是，在电解析出层Ilb中，第二导电性材料与电解液2中所包含的离子反应，在电解液2中生成包含第二导电性材料的离子，包含第二导电性材料的离子分解，从而生成第二导电性材料化合物的析出物。另外可以是，在电解析出层Ilb中，第二导电性材料与在电解液2中所包含的离子反应，生成第二导电性材料化合物的析出物。另外可以是，在电解析出层Ilb中，第二导电性材料以金属离子形式溶解于电解液2中，该第二导电性材料离子在电解液2中反应，生成第二导电性材料化合物的析出物。
[0085]另外，在使用两种以上电解液的情况下则可以是，在电解析出层Ilb中，第二导电性材料以金属离子的形式溶解于第一电解液中，该第二导电性材料离子向第二电解液中移动，生成第二导电性材料化合物。另外，两种以上的电解液可以通过固体电解质隔开。
[0086]绝缘连接构件12A以将邻接的两块导电板11的相向的端边(短边)彼此连接的方式构成。
[0087]图2中所示的绝缘连接构件12A由绝缘性树脂制的成型品形成，所述成型品通过保持相向的端边Ile1Ule1从而将邻接的两块导电板11连接。
[0088]该绝缘连接构件12A呈长方形板状外观，在一对长边部分具有压入两块导电板11的端边Ile1Ule1的插入口 UA1，并具有与一对插入口 UA1连通使端边Ile1、Ile1的两面露出的四条细长的开口 12A2。
[0089]该绝缘连接构件12A是用对电解液2具有耐腐蚀性和绝缘性的树脂成型的构件。
[0090]例如，作为耐碱性树脂，可以列举聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)和环氧(EP)等。另外，作为耐酸性树脂，可以列举PVC、ABS、PE、PP、聚四氟乙烯(PTFE)和EP等。另外，作为耐有机电解液树脂，可以列举PP等。
[0091]图3(A)是示出图1的金属空气电池中一对电极辊上拉设有带状电极的状态的说明图。图3(B)是示出图1的金属空气电池中另一对电极辊上拉设有带状电极的状态的说明图。
[0092]如图1、图2、图3(A)和图3(B)所示，在通过多个绝缘连接构件12A将多块导电板11连接成一列而形成的带状电极10中，一个绝缘连接构件12A的左边的开口 12A2与邻接的另一个绝缘连接构件12A的左边的开口 12A2之间的间隔L1，等于一个绝缘连接构件12A的右边的开口 12^与邻接的另一个绝缘连接构件12A的右边的开口 12A2之间的间隔L2，这些间隔U、L2与电解液槽I内的一对电极辊3的间隔L3也相等。也就是说，如果将电极辊3的直径设为D,则间隔L1 =间隔L2 = D π的关系成立。
[0093]在使用金属空气电池BI时，带状电极10的送出卷1r1设置在保持轴6上，带状电极10的起始端从送出卷1r1引出，通过电解液槽I内的一对电极辊3的下方，固定于驱动轴7。另外，带状电极10的起始端侧和终端侧由于并不浸溃于电解液槽I内的电解液2中，所以也可以使用具有耐腐蚀性的树脂带代替以绝缘连接构件12Α连接的导电板11。
[0094]如图3(A)所示，一对电极辊3Α在其外周面设置有在旋转轴方向上延伸的一个导电性凸部3Α10因此，位于导电板11的移动方向两端的一对绝缘连接构件12Α的左侧或者右侧的开口 12Α2中嵌入一对电极棍3Α的凸部3Alt)由此,在一对电极棍之间,一个电极棍3A经由凸部SA1与和空气电极4相向的导电板11的一个端边Ile1电接触。由此，通过施加预定电压至一个电极棍3A和空气电极4,从而在相互相向的导电板11和空气电极4之间发生放电反应(参见图20)，并对外部电路供给电力。另一方面，通过放电反应，在电解液2中生成构成导电板11的电解析出层Ilb的第二导电性材料的氧化物。例如，在第二导电性材料为Zn的情况下，在电解液2中生成ZnO。
[0095]在图3 (B)所示的电极辊3B具有为图3 (A)的电极辊3A的直径的两倍的直径，而且外周面上在旋转轴方向上延伸的两个导电性凸部SB1被设置在中心角180°的位置。在这种情况下，在位于导电板11的移动方向两端的一对绝缘连接构件12A的左侧或右侧的开口 12A2中也嵌入一对电极辊3B的凸部SB1。由此，在一对电极辊之间，一个电极辊3B经由凸部SB1与和空气电极4相向的导电板11的一个端边Ile1电接触。当形成这样的状态时，则在相互相向的导电板11和空气电极4之间发生放电反应，对外部电路供给电力。此时，在导电板11的与空气电极4相反一侧的面上不发生放电反应。
[0096]在图3(A)的情况下,通过电极棍3A旋转一圈，导电板11移动一块的量,下一个导电板11被设置在放电位置。另一方面，在图3(B)的情况下，通过电极辊3B旋转半圈，导电板11移动一块的量，下一个导电板11被设置在放电位置。此时，导电板11的表面的第二导电性材料(例如Zn)因放电而被消耗，在供给电力降低至某一程度时，未用于放电的下一个新的导电板11被设置在放电位置。另外，在图3(A)和图3(B)的情况下，与空气电极4相向的放电位置的导电板11的两侧的导电板11也与一对电极辊3A或3B电接触，但是由于这些导电板11不与空气电极4相向,所以对于放电没有贡献。
[0097]以这种方式，在使用全部的导电板11的一个面进行放电之后，通过再次设置带状电极10，可以使用各导电板11的另一面进行放电。
[0098]在电极辊3A、3B上设置凸部SA1 ^B1，实现空气电极4与相向的导电板11的电接触，此外如图1中双点划线所示，也可以在一对电极辊3之间设置辊形接触电极3E，使得接触电极3E与导电板11的与空气电极4相反一侧的面接触。在这种情况下，导电部5a代替电极辊3与接触电极3E电连接。另外，在绝缘连接构件12A上没有必要形成开口 12A2。
[0099]图4是示出将图1的金属空气电池中使用的带状电极卷成卷状后的状态的立体图。
[0100]在具有上述构成的带状电极10中，因为导电板11和绝缘连接构件12A具有一定程度的挠性，所以能够卷曲压缩至卷状，可以高效地进行保管和搬运。
[0101]<实施方式1-1的变形例1>
[0102]图5是本发明带状电极的变形例1，其为示出了折叠成蜿蜒状的状态的正视图。图6(A)是示出图5的带状电极的一部分的侧截面图。图6(B)是图6(A)的带状电极的俯视图。
[0103]在能够压缩折叠成蜿蜒状的带状电极110中，在图1?图4中说明的带状电极10中各绝缘连接构件12A的移动方向中间位置处形成有切口。此时，在各绝缘连接构件12B的上面和下面交替地形成切口 12Bc。
[0104]<实施方式1-1的变形例2>
[0105]图7㈧是示出本发明带状电极的变形例2的一部分的侧截面图。图7(B)是图7(A)的带状电极的俯视图。
[0106]在该带状电极210的情况下，各导电板211在它们的相向的端边形成有贯通孔211a。另外，绝缘连接构件212由绝缘性树脂制的纽带形成，所述纽带通过插通至相向的端边的贯通孔211a而锁结成环状从而将邻接的两块导电板211连接。此时，例如通过将纽带的两端通连于金属管并进行型锻，可以将纽带锁结成环状。
[0107]<实施方式1-1的变形例3>
[0108]图8(A)是示出本发明带状电极的变形例3的一部分的侧截面图。图8(B)是图8(A)的带状电极的俯视图。
[0109]在该带状电极310的情况下，各导电板311形成有将它们的相向的端边折回成筒状的折回部311a。另外，绝缘连接构件312由绝缘性树脂制的纽带形成，所述纽带通过插通至相向的端边的折回部311a而锁结成环状、从而将邻接的两块导电板311连接。
[0110]<实施方式1-1的变形例4>
[0111]图9(A)是示出本发明带状电极的变形例4的一部分的侧截面图。图9(B)是图9(A)的带状电极的俯视图。
[0112]在该带状电极410的情况下，绝缘连接构件412由具有粘贴面部412a的绝缘性树脂制的带形成，所述粘贴面部412a粘贴有在一个方向上排列的多块导电板11。作为绝缘性树脂，可以使用与实施方式I中的绝缘连接构件12相同的树脂材料。粘贴面部412a由在绝缘性树脂制带的两面和导电板11之间设置的具有耐化学品性的胶粘剂层形成，例如可以使用环氧树脂类等胶粘剂。
[0113](实施方式1-2)
[0114]图10是示出应用实施方式1-1的大型金属空气电池(实施方式1-2)的构成说明图。
[0115]该大型金属空气电池B2具备:容纳电解液2的大型电解液槽IX，在电解液槽IX内的电解液2中并排成一列而设置的三个以上电极辊3，与各电极辊3电接触且通过各电极辊3在电解液2中被拉设的带状电极10，以与该带状电极10相向的方式在全部电极辊3之间配置的空气电极4。在实施方式1-2的情况下，设置有六个电极辊3以及在各电极辊之间配置的五个空气电极4。
[0116]该大型金属空气电池B2放电时的动作基本上与实施方式1-1相同。但是在此情况下，导电板11中一个面的电解析出层Ilb (例如Zn等导电性材料)被消耗，理想的是缩短在各放电位置处的放电时间，以使得导电板11的一个面上的有效放电在最下游侧的放电位置处完成(参见图2(A)、图2(B))。也就是说，在一个放电位置处的放电时间，可以通过将一块导电板11中的总放电时间除以放电位置数而求出。根据此方式，利用大型金属空气电池B2可以使得高效地产生大的电力。
[0117]以此方式，通过将电力从使用上述各种带状电极的金属空气电池供给到外部电路，各导电板的包含第二导电性材料的电解析出层被消耗。因此在本发明中，还提供一种进行还原处理的还原装置，以使得能够将各种使用完毕的带状电极再生利用。以下，对于各种还原装置进行说明。
[0118](实施方式2-1)
[0119]图11是示出本发明使用完毕的带状电极的还原装置(实施方式2-1)的构成说明图。
[0120]该还原装置Rl I具备:容纳电解液2的电解液槽501，在该电解液槽501内的电解液502中设置的一对电极辊503，在电解液502中配置的相向电极504。另外，还原装置Rll以如下方式构成:在实施方式1-1或1-2的金属空气电池BI或B2中使用后的使用完毕的各种带状电极510与电极辊503电接触、并且通过多个电极辊503在电解液502中被拉设，通过外部电源E经由导电部505a、505b对电极辊503和相向电极504赋予预定电位，从而将使用完毕的带状电极510的导电板511还原。
[0121]在这种情况下，相向电极504在一对电极辊503之间拉设的使用完毕的带状电极510的上下位置处以等间隔平行配置的高度位置处例如固定至电解液槽I的侧壁。
[0122]另外，使用完毕的各种带状电极510的导电板511，是图2?9中说明的带状电极10、110、210、310、410中导电板11 (参见图2)的包含第二导电性材料的电解析出层Ilb的一部分或全部被消耗、且包含第一导电性材料的基板Ila的一部分或者全部露出之后的导电板。
[0123]上述金属空气电池Bl(参见图1)是使得在带状电极10的导电板11与空气电极4之间发生放电反应的构成，该还原装置Rll的主要不同之处在于，其是使得在使用完毕的带状电极510的导电板与相向电极504之间发生还原反应的构成。还原装置11中上述方面以外的电解液槽501、电解液502、电极辊503、以可旋转的方式保持使用完毕的带状电极510的送出卷51Rl I的保持轴506，将还原处理完毕的带状电极10的卷取卷50IXr2在保持的同时使其旋转的驱动轴507等，基本上是与金属空气电池BI同样的构成。但是，在使用的电解液502中，预先添加有作为用于在使用完毕的导电板511的基板表面形成电解析出层的材料的上述第二导电性材料的氧化物，关于这一点后述的其他还原装置也相同。另外，第二导电性材料的氧化物如果是使用从上述金属空气电池B1、B2中回收的物质，那么能够循环利用资源因而是方便的。
[0124]在该还原装置Rll的情况下，在一对电极辊503之间送入使用完毕的一块导电板511，通过一个电极辊503与导电板511电接触，对电极辊503和相向电极504赋予预定电位。由此，在导电板511和相向电极504之间发生与放电反应可逆的还原反应,在导电板511的基板表面形成包含第二导电材料的电解析出层(参见图2)。例如，在使用含有ZnO的电解液502的情况下,在基板表面上形成包含Zn的电解析出层。此时，由于在导电板511的上下两侧配置有相向电极504,所以在导电板511的上下两面同时形成电解析出层。另外，作为外部电源E，如果使用太阳能电池、风力发电机等利用自然能量的发电装置，那么还原装置RlI和上述金属空气电池B1、B2不依赖于火力发电、核电等产生的电力，能够构建仅以自然能量就可以反复生成电力的能量循环系统，因此是优选的。
[0125]另外，当基板表面形成的电解析出层达到预定的厚度时，则将使用完毕的带电极510移动并将下一个使用完毕的导电板511送入还原处理位置，以此方式对每一块使用完毕的导电板511进行还原处理，通过对全部的导电板511进行还原处理，可得到与图2?9中说明的带状电极10、110、210、310、410相同的再生带状电极。
[0126](实施方式2-2)
[0127]图12是示出应用实施方式2-1的大型还原装置(实施方式2-2)的构成说明图。
[0128]该大型还原装置R12具备:容纳电解液502的大型电解液槽501X，在电解液槽50IX内的电解液502中设置的三个以上电极辊503，和多对相向电极504 ;在电解液槽50IX内的三个以上电极辊503并排成一列，并且在全部的电极辊之间配置有一对相向电极504。在实施方式2-2的情况下,设置有六个电极棍503和五对相向电极504。
[0129]该大型还原装置R12还原时的动作基本上与实施方式2-1相同。但是在此情况下，理想的是缩短在各还原处理位置处的还原处理时间，以使得在最下游侧的还原处理位置处完成预定厚度的电解析出层在导电板511上的形成。也就是说，在一个还原处理位置处的还原处理时间，可以通过将一块导电板511中的总还原处理时间除以还原处理位置数而求出。根据此方式，利用大型还原装置R12可以高效地进行使用完毕的带状电极510的再生。
[0130](实施方式3-1)
[0131]图13是示出本发明使用完毕的带状电极的另一种还原装置(实施方式3-1)的构成说明图。另外，图14是示出图13的还原装置中电极辊的立体图，图15是示出图13的还原装置中使用的带状电极的一部分的俯视图，图16是示出图13的还原装置中电极辊与带状电极的接触状态的说明图。
[0132]该还原装置R21具备:容纳电解液602的电解液槽601，在电解液槽601内的电解液602中设置的一个电极辊603，在电解液602中配置的相向电极604。并且，还原装置R21以如下方式构成:实施方式1-1或1-2的金属空气电池BI或B2中使用后的使用完毕的各种带状电极510与电极辊603的外周面下部电接触，通过外部电源E经由导电部605a、605b对电极辊603和相向电极604赋予预定电位，从而将使用完毕的带状电极510的导电板611还原。
[0133]如果详细说明的话，电解液槽601从一个方向看形成截面U字形，底面弯曲成半圆形。而且，沿着该弯曲成半圆形的电解液槽601的底面设置有圆弧状的相向电极604。
[0134]另外，将电极辊603以可旋转的方式配置于电解液槽601内，以使得旋转轴定位于电解液槽601的上述截面半圆形的中心。电极辊603包含与使用完毕的带状电极510的导电板511接触的大直径部603a、在大直径部603a的两端面设置的小直径部603b，各小直径部603b枢接至电解液槽601的相向的垂直的两侧壁。
[0135]可以将图2?9中说明的将带状电极10、110、210、310、410用于放电之后的使用完毕的带状电极510用于该还原装置R21，它们有可能位置偏离电极辊603的旋转轴方向。当发生位置偏离时，由于使用完毕的导电板511的一部分与电极棍603的大直径部603a不接触，所以有可能还原效率下降。因此，对于该还原装置R21，将如图15所示的将带状电极610用于放电之后的使用完毕的带状电极610X是优选的。
[0136]如图15所示的带状电极610具备:与实施方式1-1相同的导电板11，以及将多块导电板11连接的一对绝缘连接构件612。该一对绝缘连接构件612由一对绝缘性树脂制的成型品形成，所述成型品通过将在一个方向上排列的多块导电板11的在上述一个方向上延伸的端边Ile2保持从而将多块导电板11连接。另外，绝缘连接构件612在其内侧面以预定的间隔形成有用于嵌入多块导电板11的上述端边Ile2的多个凹部612a。在该带状电极610中，一对绝缘连接构件612的间隔W1和电极辊603的大直径部603a的长度大致相同。
[0137]如图16所示，当将上述带状电极610 (参见图15)用于放电之后的使用完毕的带状电极610X设置于还原装置R21中时，则由一对绝缘连接构件612和使用完毕的导电板611X形成的沟部中嵌入电极辊603的大直径部603a。因此，在将使用完毕的带状电极610X移动时，由上述沟部将使用完毕的导电板611X引导至电极棍603的大直径部603a的位置处，从而防止上述的位置偏离。另外，该电极辊603和带状电极610也可以适用于实施方式1-1、1-2的金属空气电池B1、B2，实施方式2-1、2-2、3-1、3-2的还原装置R11、R12、R21、R22，以及后述的还原装置R31、R32。
[0138]根据该还原装置R21，当将电极辊603的直径设为D、将从电极辊603的旋转轴到电解液602的液面的高度设为H、将带状电极610中一个导电板11到邻接的另一个导电板11的距离设为W2、并将导电板11的移动方向的长度设为L4时，则只要是能够满足式(2H+1/2D Ji) ^ (L4+2ff2) ^ I/2D Ji的范围，就能够对不同长度L4的导电板11的仅一个区间赋予电位。
[0139]在该还原装置R21的情况下，因为导电板11中仅与相向电极604相向的面被还原处理，所以在使用完毕的带状电极610x中各导电板611X的一个面的还原处理完成之后，也可以对各导电板611X的另一个面进行同样的还原处理。
[0140](实施方式3-2)
[0141]图17是示出应用实施方式3-1的大型还原装置(实施方式3-2)的构成说明图。
[0142]该大型还原装置R22具有基本上与实施方式2-1的还原装置R21 (参见图13)相同的构成，但以下的方面不同。即，在实施方式2-2中与实施方式2-1的不同点在于，电极辊703具有的长度使得多个使用完毕的带状电极610X能够在旋转轴方向上排列并分别与电极辊703的外周面下部电接触，相向电极704具有的长度使得能够与在旋转轴方向上排列的上述多个使用完毕的带状电极61X相向。
[0143]在这种情况下，在电极辊703上以等间隔的方式设置有与使用完毕的带状电极610X的导电板61IX接触的多个大直径部703a，在多个大直径部703a之间和两端侧设置有小直径部703b。
[0144]该大型还原装置R22的还原时的动作基本上与实施方式2-1相同。根据该大型还原装置R22，可以将多个使用完毕的带状电极610X同时还原处理。
[0145](实施方式4-1)
[0146]图18是示出本发明使用完毕的带状电极的再另一种还原装置(实施方式4-1)的构成说明图。
[0147]该还原装置R31具备:容纳电解液802的纵长的电解液槽801，在电解液槽801内的电解液802中设置的辊800r，在从电解液802中的辊800r上方偏离的位置处配置的辊型的接触电极803，在电解液802中的辊800r上方处配置的相向电极804。并且，还原装置R31以如下方式构成:实施方式1-1或1-2的金属空气电池BI或B2中使用后的使用完毕的带状电极81X在与接触电极803电接触的同时、通过辊800r在电解液802中以垂直状被拉设，通过外部电源E经由导电部805a、805b对接触电极803和相向电极804赋予预定电位，从而将使用完毕的带状电极810X的导电板811X还原。
[0148]该还原装置R31还可以具备调节电解液槽801内的电解液802的液面高度的液面高度调节机构K。液面高度调节机构K具备:容纳预备的电解液的电解液罐Ka，连接电解液槽801和电解液罐Ka的第一、第二管道Kb、Kc，在第一、第二管道Kb、Kc上设置的阀门Kd、Ke，在第二管道Kc上设置并将电解液罐Ka内的电解液送至电解液槽801的泵Kf。
[0149]根据该还原装置R31，通过将使用完毕的导电板811X移动到接触电极803侧与相向电极804相向的还原处理位置，可以将导电板81IX的与相向电极804相向的面进行还原处理。此时，由液面高度调节机构K可以将电解液802的液面高度调至与导电板81IX的上端位置一致。另外，即使是对于移动方向的长度不同的导电板811X，也可以调节电解液802的液面高度。
[0150](实施方式4-2)
[0151]图19是示出应用实施方式4-1的大型还原装置(实施方式4-2)的构成说明图。
[0152]该大型还原装置R32具备:容纳电解液902的电解液槽901，电解液槽901内的电解液902中以上下两段以锯齿状设置的三个以上的奇数个辊900r1、900r2，在上段的辊QOOr1的上方和下段的辊900r2的下方配置的多个相向电极904，在所有的相向电极间或其附近配置的多个接触电极903。并且，该还原装置R32以如下方式构成:实施方式1-1或1-2的金属空气电池BI或B2中使用后的使用完毕的带状电极91OX在与多个接触电极903电接触的同时通过多个辊900r1、900r2在电解液902中以蛇行状被拉设，通过对各接触电极903和各相向电极904赋予预定电位，能够将使用完毕的带状电极91X的各导电板91IX同时还原。
[0153]根据该大型还原装置R32，因为两个相向电极904之间为还原处理位置，所以导电板911X的表里两面同时被还原处理形成电解析出层。在该情况下，理想的是缩短在各还原处理位置处的还原处理时间，以使得在最下游侧的放电位置处完成预定厚度的电解析出层在导电板911X上的形成。也就是说，在一个还原处理位置处的还原处理时间，可以通过将一块导电板911X中的总还原处理时间除以还原处理位置数而求出。根据此方式，利用大型还原装置R32可以高效地进行使用完毕的带状电极510的再生。
[0154](其他的实施方式)
[0155]通过将实施方式4-1 (图18)的还原装置R31的辊800r变长，与实施方式3_2 (图17)同样地，可设置多个使用完毕的带状电极、使得能够同时对其进行还原处理。在该情况下，与设置的使用完毕的带状电极的数目相对应地增设接触电极803和相向电极804。
[0156]符号说明
[0157]1、501、501X、601、701、801、901 电解液槽
[0158]2、502、602、802、902 电解液
[0159]3、3A、3B、503、603、703 电极辊
[0160]3E、803、903 接触电极
[0161]4空气电极
[0162]10、110、210、310、410、610 带状电极
[0163]11、211、311 导电板
[0164]Ila 基板
[0165]Ilb电解析出层
[0166]Ile1Ule2 端边
[0167]12A、12B、212、312、412、612 绝缘连接构件
[0168]211a 贯通孔
[0169]311a 折回部
[0170]412a粘贴面部
[0171]504、604、704、804、904 相向电极
[0172]510、610X、810X、910X使用完毕的带状电极
[0173]511、611X、811X、911X使用完毕的导电板
【权利要求】
1.一种带状电极，其特征在于， 具备多块导电板、以及以绝缘状态将在一个方向上排列的多块导电板连接的绝缘连接构件。
2.根据权利要求1所述的带状电极，其中， 所述导电板具有:包含第一导电性材料的基板、以及覆盖该基板的至少一面的整个面的包含第二导电性材料的电解析出层。
3.根据权利要求1或2所述的带状电极，其中， 所述导电板的形状为矩形， 所述绝缘连接构件以将邻接的两块导电板的相向的端边彼此连接的方式构成。
4.根据权利要求3所述的带状电极，其中， 所述绝缘连接构件由绝缘性树脂制的成型品形成，所述成型品通过保持所述相向的端边从而将邻接的两块导电板连接。
5.根据权利要求3所述的带状电极，其中， 邻接的两块导电板在它们的相向的所述端边具有贯通孔， 所述绝缘连接构件由绝缘性树脂制的纽带形成，所述纽带通过插通至所述相向的端边的贯通孔而锁结成环状从而将邻接的两块导电板连接。
6.根据权利要求3所述的带状电极，其中， 邻接的两块导电板具有将它们的相向的所述端边折回成筒状而形成的折回部， 所述绝缘连接构件由绝缘性树脂制的纽带形成，所述纽带通过插通至所述相向的端边的所述折回部而锁结成环状从而将邻接的两块导电板连接。
7.根据权利要求1或2所述的带状电极，其中， 所述绝缘连接构件由具有粘贴面部的绝缘性树脂制的带形成，所述粘贴面部粘贴有所述在一个方向上排列的多块导电板。
8.根据权利要求1或2所述的带状电极，其中， 所述导电板的形状为矩形， 所述绝缘连接构件由一对绝缘性树脂制的成型品形成，所述成型品通过将所述在一个方向上排列的多块导电板的在所述一个方向上延伸的端边保持从而将多块导电板连接。
9.一种金属空气电池，具备: 容纳电解液的电解液槽， 在该电解液槽内的电解液中设置的多个电极辊， 与该多个电极辊电接触、并且通过多个电极辊在所述电解液中被拉设的权利要求1?8中任一项所述的带状电极，以及 以与所述多个电极辊之间的所述带状电极相向的方式在所述电解液槽内配置的空气电极。
10.根据权利要求9所述的金属空气电池，其中， 在所述电解液槽内三个以上的所述电极辊并排成一列，并且在全部的电极辊之间配置有所述空气电极。
11.一种使用完毕的带状电极的还原装置， 具备:容纳电解液的电解液槽，在该电解液槽内的电解液中设置的多个电极辊，以及在电解液中配置的相向电极； 该还原装置以如下方式构成:权利要求9或10中所述的金属空气电池中使用后的使用完毕的所述带状电极与所述电极辊电接触、并且通过多个电极辊在所述电解液中被拉设，通过对所述电极辊和所述相向电极赋予预定电位，将所述使用完毕的带状电极的导电板还原。
12.根据权利要求11所述的还原装置，其中， 在所述电解液槽内三个以上的所述电极辊并排成一列，并且在全部的电极辊之间配置有所述相向电极。
13.一种使用完毕的带状电极的还原装置， 具备:容纳电解液的电解液槽，在该电解液槽内的电解液中设置的一个电极辊，以及在电解液中配置的相向电极； 该还原装置以如下方式构成:权利要求9或10中所述的金属空气电池中使用后的使用完毕的所述带状电极与所述电极辊的外周面下部电接触，通过对所述电极辊和所述相向电极赋予预定电位，将所述使用完毕的带状电极的导电板还原。
14.根据权利要求13所述的还原装置，其中， 所述电极辊具有使得多个所述使用完毕的带状电极能够在旋转轴方向上排列并分别与所述电极辊的外周面下部电接触的长度； 所述相向电极具有使得能够与在旋转轴方向上排列的所述多个使用完毕的带状电极相向的长度。
15.一种使用完毕的带状电极的还原装置， 具备:容纳电解液的电解液槽，在该电解液槽内的电解液中设置的辊，在从所述电解液中的所述辊上方偏离的位置处配置的接触电极，以及在所述电解液中的所述辊上方配置的相向电极； 该还原装置以如下方式构成:权利要求9或10中所述的金属空气电池中使用后的使用完毕的所述带状电极在与所述接触电极电接触的同时、通过所述辊在电解液中以垂直状被拉设，通过对所述接触电极和所述相向电极赋予预定电位，将所述使用完毕的带状电极的导电板还原。
16.一种使用完毕的带状电极的还原装置， 具备:容纳电解液的电解液槽，在该电解液槽内的电解液中以上下两段以锯齿状设置的三个以上的奇数个辊，在上段的所述辊的上方和下段的所述辊的下方配置的多个相向电极，以及在全部的相向电极之间或其附近配置的多个接触电极； 该还原装置以如下方式构成:权利要求9或10中所述的金属空气电池中使用后的使用完毕的所述带状电极在与所述多个接触电极电接触的同时、通过多个所述辊在电解液中以蛇行状被拉设，通过对所述接触电极和所述相向电极赋予预定电位，能够将所述使用完毕的带状电极的各导电板同时还原。
【文档编号】H01M12/06GK104412447SQ201380035897
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年7月4日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】大谷拓也, 西村直人, 吉田章人, 水畑宏隆, 江崎正悟, 西中俊平, 有马智史 申请人:夏普株式会社