電池
【課題】放電電圧が低下しにくくて長寿命である低コストのアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池を提供すること。
【解決手段】正極集電器３９７、正極の粉体活物質と電解質溶液３９５、イオン透過性セパレーター３９１、負極の粉体活物質と電解質溶液３９４、および負極集電器３９６を、この順で配置したアルカリ一次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いる。
【解決手段】正極集電器３９７、正極の粉体活物質と電解質溶液３９５、イオン透過性セパレーター３９１、負極の粉体活物質と電解質溶液３９４、および負極集電器３９６を、この順で配置したアルカリ一次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池及びその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに地域分散型発電方法及びその発電装置に関し、さらに詳しくは、活物質を粉体にして構成した大電力の貯蔵が可能な三次元構造の電池およびその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池、ならびに自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車、船舶等の移動・輸送手段の動力を利用した地域分散型発電方法及びその発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は電池に関するものであるが、本発明が解決しようとする課題は従来技術との関係において、次の５つの課題に大別することができる。
【０００３】
すなわち、第一の課題は、板状あるいは円柱状や円筒状などの一定の容積を占める活物質を電解質溶液に浸漬した構造である従来型電池の欠点を改良した電池を提供すること、第二の課題は従来型電池では実質的に不可能である大電力容量の三次元電池を提供すること、第三の課題は第一または第二の課題の解決手段である三次元構造の電池の実用的な用途を提供すること、第四の課題は放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池またはアルカリ二次電池を提供すること、そして、第五の課題は、三次元構造の電池を利用した地域分散型発電方法及びその発電装置を提供することにある。以下、第一〜第五の課題を従来技術との比較において、順次説明する。
１．従来技術と第一の課題
従来、電池は活物質を板状あるいは円柱状や円筒状にして電解質溶液に浸した構造をとってきた。そして、カソードとアノードとの間に板状の電解質板を挟み込み積層構造としている。例えば、特許文献１には、化石燃料の燃焼熱を利用することにより、放電後の電池物質を熱的又は化学的に再生して連続的に発電を行う方法及び装置が開示されている。
【０００４】
ところが、従来の電池には下記のような問題点がある。
（１）スケールアップが不可能である。
【０００５】
電池を流れる電流は膜の面積に比例している。例えば、膜の面積が１ｍ2 で１Ｗの電池があるとすると、これを１００万ｋＷにするには１０億ｍ2 の面積が必要となる。これは正方形にすると約３２ｋｍ四方となり、フランジなどをつくることは現実的に不可能である。また、膜の枚数を増やして対応しても、同様にスケールアップは不可能である。
（２）活物質や触媒の劣化に対応できない。
【０００６】
従来の電池では、活物質や触媒などを電池の構造材に兼用しているので、劣化した場合は電池全体を取り替えるしかないが、現実的には取り替えは不可能で、劣化した電池は廃却されている。
（３）充放電に伴う発熱と吸熱に対応する伝熱体が設置できない。
【０００７】
電池の充放電に伴って発熱、吸熱があり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性から、電池の中に伝熱体を設けて適正な温度に調節する必要がある。しかし、従来の電池は構造が複雑なので、伝熱体は設置されていない。また、電池が小さく、出力に対して電池表面積が小さいので、自然放置により放冷するか又は吸熱する方式である。また、温度ヒューズなどを使って上限温度を設定している例もあるが、温度制御装置は設置されていない。
（４）エネルギー密度が小さい。
【０００８】
従来の電池は、電流が膜の面積に比例している。従って、例えば、膜の面積が１ｍ2 で１Ｗの電池では、１０００ｋＷの電池をつくる場合、膜の面積が１ｍ2 で幅０．１ｍの膜状電池１００万個が必要となって、１０００００ｍ3 の大きさになり、エネルギー密度を大きくすることはできない。
【０００９】
第一の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第一の発明が解決しようとする第一の課題は、活物質を粉体にして容器の中に粉体を入れた電池を構成することにより、スケールアップが可能で、劣化した活物質・触媒の再生や取り替え等に対応でき、電池内に伝熱体を設置することができ、しかも、エネルギー密度を大きくすることができる電池を提供することにある。
２．従来技術と第二の課題
従来、電池は活物質を板状、円柱状あるいは円筒状などの所定形状に定形化して電解質溶液に浸漬した構造からなっており、正極と負極の間に電解質の板を挟み込ませて積層構造としている。つまり、ニッケル水素電池などの積層化は、図４９に示すように、集電体４３１、正極４３２、セパレータ４３３、負極４３４、集電体４３５の順に密着させることにより行われている。この例は、例えば、特許文献２に記載されている。同文献に記載の電池は、水酸化ニッケルを主体とする正極と水素吸蔵合金を主体とする負極と高分子不織布からなるセパレーターとアルカリ水溶液からなる電解液を有する素電池（単位電池）を、複数個直列に接続して金属製の角形容器に収納し、開口部を可逆性べントを有する封口板で密閉した構造の電池である。
【００１０】
上記した構造を含めて従来の電池４３０は膜構造（二次元）からなつており、電池４３０を大容量化する場合には、薄くするために図５０のように延長して巻装したり、図５１のように単位電池４３０を並列に接続するか、あるいは図５２のように多数の単位電池４３０内に複数の電極板４３６を介装し、各電極板４３６に接続した配線４３７を電池の外へ抜き出し、これらの電極を別の単位電池の極性が異なる電極板４３８と繋いで積層構造にすることが一般的である。 しかしながら、図４９〜図５２に示す従来の電池では、下記のような不都合がある。
（１）スケールアップに限界がある。
【００１１】
すなわち、従来の電池は膜構造（二次元）からなり、電池を流れる電流は膜の面積に比例するから、例えばｌｍ2 の面積で１Ｗの電力が生じるとすると、１０ｋＷの電力を発生させるためには（１００×１００）ｍ2 の面積が必要になる。そこで、膜の枚数を増やしたり、膜を拡大して巻いたりすることが考えられるが、いずれの場合にも膨大な大きさになり、実用化が困難である。したがって、結果的に電池を並列に接続しなければならなくなって、全体の構造が複雑になる。
（２）大容量化に伴う製造コストが極めて高い。
【００１２】
すなわち、大容量化を図ろうとすると、膜構造の電池では膜の面積を比例して増大させる必要があり、製造コストが電池容量の増大化に伴い比例してアップする。このため、スケールアップすることによる、製造コスト上のメリットがなくなる。
（３）電池の劣化に対応できない。
【００１３】
すなわち、活物質が電池の構成部材として板状や円柱状などに固定化されているので、劣化した場合には活物質のみを交換できないから、電池全体を交換する必要がある。
（４）電池を直列に接続した際に装置費用や接続部の抵抗エネルギーロスが大きい。すなわち、例えば１個当たり１．６Ｖ〜２．０Ｖの電池を複数個接続して１００Ｖなどの高い電圧を得る場合、電線等で電池間を接続しなければならず、そのための作業費が高くなるだけでなく、接続部を通過する電流による発熱ロスが発生してエネルギーロスを生じる。
【００１４】
第二の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第二の発明が解決しようとする第二の課題は、電池の構造を三次元化することにより、電池容量を増大する場合に電池の容積（セル）を増大することによって対応でき、スケールアップに伴う種々のメリットが生じる積層型の三次元電池を提供することにある。
３．従来技術と第三の課題
一般的に各種機器および装置は、以下の発明の実施の形態で詳細に説明するように、機器または装置内の空間が有効に利用されていないことが多い。
【００１５】
そこで、第三の発明が解決しようとする第三の課題は、第一または第二の発明に係る三次元構造の電池を各種の機器または装置の一部として構成する、三次元電池の実用的で有効な用途を提供することにある。
４．従来技術と第四の課題
実用電池は、充放電の繰り返しができない一次電池、充放電の繰り返しができる二次電池、物理電池（例えば、太陽電池）および生物電池（例えば、酵素電池）からなる特殊電池、ならびに燃料電池に大別できる。
【００１６】
第四の課題は、これら実用電池の中のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池の欠点を改善することにある。
【００１７】
電池は、３つの主要な構成要素である負極、正極および電解質からなる。そして、放電時において、負極においては、電気化学反応により外部回路に電子を放出し、それ自身は酸化され、正極においては、電気化学反応により外部回路から電子を受け入れ、それ自身は還元され、電解質はイオン伝導性のものであり、電気化学反応時の負極と正極間のイオン移動媒体となる。このように、放電時には負極で酸化反応が起こり、正極で還元反応が起こるので、負極材料としては、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛、鉛などの還元物（非酸化物）が使用され、正極材料としては酸化物が使用されている。
【００１８】
例えば、アルカリ一次電池の中のアルカリマンガン電池は、正極活物質として二酸化マンガンと炭素を用い、負極活物質として亜鉛を用い、電解液として、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム溶液を用いるものが一般的である。このアルカリマンガン電池によれば、以下のように反応が進行する。
（負極） Ｚｎ＋４ＯＨ-→Ｚｎ（ＯＨ）42-＋２ｅ-
（正極） ＭｎＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→ＭｎＯＯＨ＋ＯＨ-
また、代表的なアルカリ二次電池である、ニッケル−カドミウム蓄電地は、正極活物質として水酸化ニッケルと炭素を用い、負極活物質としてカドミウムを用い、電解液として水酸化カリウム溶液を用いるものが一般的である。このニッケル−カドミウム蓄電地によれば、以下のように反応が進行する。
【００１９】
【化１】
【００２０】
上式の中で、右方向の矢示は放電反応を示し、左方向の矢示は充電反応を示す。上式で明らかなように、負極における放電反応によって、水酸化亜鉛や水酸化カドミウムなどの水酸化物が生成する。電極に要求される機能としては、一定の機械的強度や使用電位領域における耐食性を備えることも重要であるが、特に重要な機能は導電性が優れていることである。
【００２１】
しかし、金属酸化物や金属水酸化物は一般的に比抵抗が大きく、導電性が劣るので、従来より、金属酸化物を活物質とする正極材料には、炭素、亜鉛、コバルトなどの導電性材料を導電助剤として混合したものが使用されていた。しかし、負極活物質には、酸化反応を促進するために金属単体が用いられていたので、放電によってその金属が金属酸化物や金属水酸化物に化学変化することで導電性が低下する。そこで、導電性を高めるために、負極活物質である亜鉛等の金属に炭素粉、ニッケル粉またはコバルト粉などの導電性物質を混合したペレット状物を用いるか、または、亜鉛等の金属からなる負極集電体に上記導電性物質を圧着したものを用いることが提案されている。
【００２２】
しかし、圧着処理やペレット状物を得るための造粒処理は煩雑であり、製造コストを上昇させる。
【００２３】
第四の発明は上述の点に鑑みなされたもので、第四の発明が解決しようとする第四の課題は、放電が進行しても良好な放電特性を示し（放電電圧が低下しにくい）、長寿命である低コストのアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池を提供することにある。
５．従来技術と第五の課題
従来の地域分散型発電システムは、発電によって副次的に発生する熱エネルギーを使用して温風や冷風、温水、蒸気を発生させ、蒸気エネルギーと熱エネルギーを供給する固定型のコージェネレーションシステムである。また、このような地域分散型コージェネレーション設備には、太陽光発電、風力発電等が利用されている。
【００２４】
また、従来の技術としては、家屋に設置された太陽電池を利用して、電気自動車のバッテリーを充電することが知られている。
【００２５】
また、特許文献３には、商用電源と系統連系運転される燃料電池発電システムにより電気自動車のバッテリーを充電する技術が開示されている。
【００２６】
地域分散型コージェネレーションシステムを普及させるためには、各家庭や事務所に発電設備を設置する必要がある。しかし、発電設備は高価であり、家庭用等として購入した場合、電力の購買価格との差により経済効果を得るためには長い年月を必要とする。このように、家庭用、事務所用に発電設備を設置するのは設備費が高く、長時間使用しないと採算が取れず、地域分散型コージェネレーションシステムの普及を困難にしている。例えば、太陽光発電においては、設備費の半額を国家負担として普及を促そうとしたが、それでも経済的に成立せず、多額の予算が余るという結果になった。
【００２７】
第五の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第五の発明が解決しようとする第五の課題は、家庭用、事務所用に固定型の発電設備のみを設置するのを止めて、本来は移動、輸送手段として利用される自動車等に設けられた発電システムを家庭用、事務所用にも利用することにより、輸送設備と自家発電設備を共通の設備にすることによって設備費を大幅に削減することができ、家庭や事務所に発電設備がなくてもコージェネレーションを行うことが可能となる地域分散型発電方法及びその発電装置を提供することにある。
【００２８】
なお、太陽光発電等の固定型発電設備を自動車等の移動・輸送手段の充電に利用するという技術は公知であるが、自動車等の移動・輸送手段で発生させた電力を家庭用等の固定型発電設備で利用するという技術は見あたらない。
【特許文献１】特開平７−１６９５１３号公報
【特許文献２】特開平９−２９８０６７号公報
【特許文献３】特開平６ー２２５４０６号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２９】
１．第一の発明
第一の課題を解決するための第一の発明の電池は、イオンが通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器内に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置が設けられてなる構成とされている（図１参照）。
【００３０】
第一の発明の電池において、後記するように、活物質である粉体同士及び活物質の粉体と導電装置とが効率よく接触するように、２つの容器内で電解質溶液中の活物質の紛体を流動化させるための液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、２つの容器に接続するか、又は２つの容器内に設けることが好ましい（図２〜図１２参照）。
【００３１】
第一の発明の電池において、活物質である粉体と接触する集電装置を、棒状、板状及び管状のいずれかの形状とすることができる（図１〜図４参照）。
【００３２】
また、第一の発明の電池において、活物質である粉体と接触する集電装置を、容器内の活物質である粉体を流動化させる液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段と兼用のものとすることができる（図５、図６参照）。
【００３３】
また、これらの第一の発明の電池において、後記するように、２つの容器内に、電池内の反応温度をー定にするための伝熱体を設けることが好ましい。伝熱体としては、活物質である粉体と接触する管状の集電体及び板状の集電体のいずれかを用いることができる（図８、図９参照）。
【００３４】
また、これらの第一の発明の電池において、後記するように、２つの容器にそれぞれ、劣化した活物質である粉体を容器から抜き出すための抜出手段及び活物質である粉体を容器に供給するための供給手段を接続することが好ましい（図１０、図１１参照）。
【００３５】
この場合、抜出手段に、抜き出した活物質である粉体を再生する再生手段及び活物質である粉体の補充を行うメークアップ手段の少なくともいずれかの手段を接続し、再生されるか、又は新しく取り替えられた活物質の粉体が供給手段から容器内に供給されるようにすることができる（図１０参照）。
【００３６】
また、抜出手段に、抜き出した活物質である粉体を熱反応又は化学反応によって充電状態の粉体に変化させる反応手段を接続し、充電状態となった活物質の粉体が供給手段から容器内に供給されるようにすることができる（図１１参照）。
【００３７】
また、これらの第一の発明の電池において、負極側の活物質である粉体を水素吸蔵合金の粉体とし、正極側の活物貿である粉体を水酸化ニッケルの粉体とすることができる（図７参照）。
【００３８】
また、これらの第一の発明の電池において、負極側の活物質である粉体を水素吸蔵合金の粉体とし、負極側の流動化流体分散手段に導入される気体を水素とし、正極側の活物質である粉体を水酸化ニッケルの粉体とし、正極側の流動化流体分散手段に導入される気体を酸素又は空気とすることができる（図１２参照）。
【００３９】
第一の発明の電池によれば、活物質粉体を流動化しなくても、あるいは活物質粉体を流動化する設備がなくても、従来の電池より優れた充放電特性を備えており、その特有の効果については後記する発明の実施の形態において詳細に説明するが、改良点のポイントは下記の通りである。
（１）スケールアップが可能である。
【００４０】
電池を流れる電流は反応物質の表面積に比例している。そこで、活物質を粉体にして電池をつくると、容器の中に粉体を入れた電池が構成される。すなわち、活物質を粉体にして電池をつくると、電池構造は３次元的となり、例えば、１リットルで１Ｗの電池ならば、ｌｍ立方にすれは１ｋＷ、１０ｍ立方にすれば１０００ｋＷ、１００ｍ立方にすれば１００万ｋＷの電池となり、スケールアップが可能となる。
【００４１】
また、活物質を粉体にして電池をつくると、スケールメリットが発揮される。例えば、従来の電池が１ｋＷで１０万円とすれば、１００万ｋＷとするには１００万個が必要となり１０００億円になるが、本発明の電池では、スケールメリット、すなわち、スケールが大きくなると製作単価が減少する効果が発揮され、１億円程度で作ることができる。
（２）劣化した活物質・触媒の再生や取替え等が可能である。
【００４２】
活物質と触媒の粉体が劣化した場合は抜き出し、再生するか、新しい活物質と触媒に取り替えるか、又は熱反応や化学反応で充電状態に戻して、再び供給する構造とする。例えば、活物質と触媒の粉体を容器から管によって電解液とともにスラリーとして抜き出し、粉体を電解液と分離して、再生又は新品の追加等を行って再び電解液と混合し、スラリーにしてスラリーポンプで電池に供給する。
【００４３】
例えば、従来の電池は、小型のもので約５００回の放充電が可能で、大型のもので連続８０００時間程度の作動時間であったが、活物質と触媒の循環再生やメークアップ等によって、常に活物質と触媒が最高の状態に保たれるので、電池の寿命は電池設備の寿命となって、電池の寿命を約５０倍から約１００倍に延ばす効果がある。
（３）電池内に伝熱体が設置できる。
【００４４】
活物質と触媒を粉体にして電解質溶液中に懸濁させるという簡単な構造であって、この中に伝熱体を設置しやすく、電池内に設置した伝熱体を経て伝達される熱によって電池内の反応温度を一定にすることができるようになり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性に対応して、電池内の温度を適正な温度に調節することができるようになる。また、伝熱体を経て回収した熱及び冷熱を冷暖房や発電に利用することができることになり、エネルギー発電効率、エネルギー利用率が増加する劾果がある。
（４）エネルギー密度を大きくすることができる。
【００４５】
電池を流れる電流は反応物質の表面積に比例している。そこで、活物質を粉体にして電池を作る。活物質を粉体にして電池を作ると表面積が増えて、例えば、１ｍ3 の粉体で約３０００００ｍ2 の表面積になってエネルギー密度が大きくなる。また、例えば、従来の電池が膜の面積１ｍ2 で１Ｗであれば、３０００ｋＷの電池をつくる場合、面積１ｍ2 で幅０．１ｍの膜状電池３００万個が必要となって、３０００００ｍ3 の大きさになる。本発明の電池では、これと同じ出力の電池が粒子径１μｍの粉体を使用すれは約１０ｍ3 の大きさになり、エネルギー密度が３００００倍になって、エネルギー密度を飛躍的に大きくする効果がある。
２．第二の発明
第二の課題を解決するための第二の発明の三次元電池は、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された一対のセル（容器）のうち、ー方のセル（容器）に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体を装填し、他方のセル（容器）に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体を装填してなる単位電池の複数組を、前記セル間の隔壁を兼用し且つ前記粉体に接触する導電性の集電部材を介在させて直列に一体に連結し、両端のセルに粉体と接触し且つ正極電極又は負極電極を兼用した集電体を設けて積層型三次元電池を構成したことを特徴としている。
【００４６】
上記の構成を有する第二の発明の三次元電池によれば、電池の容量（電力量）の増大は一対の各セルの容積を増やすことによって対応できる。つまり、１リットルの容積で１Ｗの電力を発生するとすれば、容積をｌｍ3 に増やすことでｌｋＷの電力が得られ、１０ｍ3 に増やすことで１０ｋＷの電力が得られる。このため、スケールアップによる製造コスト上のメリットが発揮される。すなわち、従来の電池が１０Ｗで１万円とすれば、１０ｋＷでは１０００万円になるが、本発明の電池はスケールアップをすればするほど、製造単価が減少するので、約１／１０の１００万円程度で製造できるようになる。
【００４７】
一方、電圧は一対のセルに充填される活物質の粉体（従来の一般的な電極に相当）の種類（材料）によって決定され、例えば金属鉛粉と酸化鉛粉を用いる場合には２．４Ｖ前後の電圧になるから、１２Ｖ以上の電圧が必要な場合には単位電池を５個〜６個直列に連結する必要がある。しかし、第二の発明によれば、中間に位置する（両端を除く）単位電池は両極とも集電部材の材質を共通にでき、しかも従来の電池とは違って正極や負極の電極を設ける必要がないから、一対のセル（単位電池）間の隔壁を導電性の集電部材で構成することによって電気的に且つ構造的に直列に連結することができる。また、隔壁は厚みをかなり薄く（例えば、０．５ｍｍに）し、面積は広く（例えば、１２７ｍｍ×１２７ｍｍに）することができ、しかも電流は隔壁の厚み方向に流れるので、大電流がほとんど抵抗なく流れ、電力ロスが極めて少ない。さらに２組の単位電池を隔壁を介して直接に連結（直結）できるので、複数組の単位電池を直列にかつ積層状に連結し、電池全体の容積を最小限に抑えて小型化を図ることができる。
【００４８】
さらに、第二の発明の三次元電池では、活物質の粉体が膜構造の従来の電池の膜（電池本体）の作用をし、電池を流れる電流は活物質の表面積に比例することになるが、それらの粉体は電解質溶液中に混入されており、電池ケーシング内のほとんどの容積を占めるので、エネルギー密度が極めて大きくなる。また、活物質の粉体は電解質溶液（鉛電池では希硫酸）に投入して混合して使用しているため、劣化した場合には電解質溶液と分離あるいは電解質溶液とともに粉体を交換することにより再生化を図ることができ、電池の寿命が大幅に（ほぼ５０倍から１００倍に）延びる。
【００４９】
第二の発明の三次元電池において、大きな出力が必要な場合には、前記各セルに電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための攪拌手段を設けることが望ましい。攪拌手段には、セル内に攪拌羽根を備えた回転軸を回動自在に配装し、モーター等の駆動装置によって機械的に攪拌する手段か、電解質溶液中に液体又は気体をポンプあるいはブロワーなどにより供給し、あるいは循環させることにより、電解質溶液中の粉体を分散させ、かつ流動化させる手段がある。この三次元電池によれば、攪拌手段によって電解質溶液中の粉体を攪拌することにより、電界質溶液中で拡散され、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電部材あるいは集電体との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が高まるとともに電解質溶液中のイオン拡散速度が大きくなるので、大きな電流が流れ、大きな出力を引き出せる。また、この構成によって各セル間の距離（直列方向の間隔）を拡大でき、電池の容量を増大できる。
【００５０】
また、第二の発明の三次元電池において、前記集電部材又は前記集電体から各セル内に向けて導電性のスタッドを一体に突設することができる。この三次元電池によれば、集電部材あるいは集電体と粉体との間の接触面積が大幅に増大し、接触抵抗が低減するので、各セル間の距離（直列方向の間隔）を拡大でき、電池の容量を大幅に増大できる。
【００５１】
さらに、第二の発明の三次元電池において、電池から送られる送電量を低下させるために前記粉体の流動化を停止させる機能を、前記攪拌手段に付加することが望ましい。この三次元電池のように、粉体の攪拌手段に粉体の流動化を停止させる機能を付加することによって、粉体の流動化を任意に停止でき、その結果、電池からの送電量を減少させることができる。
【００５２】
そして、第二の発明の三次元電池において、電子を放出する活物質が、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛または鉛のいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。さらに、第二の発明の三次元電池において、電子を吸収する活物質が、オキシ水酸化ニッケル、二酸化鉛または二酸化マンガンでのいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。
３．第三の発明
第三の課題を解決するための第三の発明の機器または装置は、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を構造の一部として有する機器または装置であって、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えていることを特徴としている。
【００５３】
第三の発明を適用できる機器または装置としては、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体、三次元電池に貯蔵され電力を他の設備に供給する電力搬送手段、三次元電池に貯蔵された電力を熱エネルギー、運動エネルギーまたは光エネルギーに変換する設備を挙げることができる。これらの機器または装置の具体的な例については、後述する発明の実施の形態において詳細に説明する。
【００５４】
また、第三の発明の機器または装置には、２つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体または気体による流動化流体分散手段および攪拌手段の少なくともいずれかの手段が、２つの容器に接続されるか、又は２つの容器内に設けられてなることが好ましい。流動化流体分散手段または攪拌手段を有すれば、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、活物質粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が向上するとともに電解質溶液中のイオンの拡散速度が大きくなり、大電流が流れ、大電力を貯蔵することができるようになるからである。
【００５５】
また、第三の発明において、電子を放出する活物質が、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛または鉛のいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。さらに、第三の発明において、電子を吸収する活物質が、オキシ水酸化ニッケル、二酸化鉛または二酸化マンガンでのいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。そして、第三の発明において、電解質溶液が水酸化カリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液または希硫酸であれば、これらの溶液は低コストで実用的であるので好ましい。
４．第四の発明
第四の課題を解決するための第四の発明の電池は、正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ一次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ一次電池と、正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ二次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ二次電池よりなる。
【００５６】
第四の発明のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池によれば、炭素は電気の良導体であるから、負極活物質の金属が酸化物や水酸化物に化学変化しても、良好な電気伝導性を確保することができ、放電特性の劣化（放電電圧の低下）を抑制し、しかも、負極活物質として炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いるという簡単な方法であって、高純度炭素等の高価な導電助剤を用いることなく、負極に導電性を付与するための特殊な処理が不要であり、製造コストを低く抑えることができる。
【００５７】
そして、正極の活物質および負極の活物質が、ともに粉体であれば、電池構造は三次元的になってスケールメリット（スケールが大きくなると製作単価が減少する効果）を享受し、劣化した活物質の再生や取り替えが可能になり、電池内に伝熱体を設置できるので、電池特性に対応した操作が可能となってエネルギー発電効率が向上し、また、表面積が増えてエネルギー密度が大きくなるという効果を享受できるので好ましい。
【００５８】
さらに、金属炭化物としては、例えば、炭化鉄を用いるのが好ましい。炭化鉄は、安価な素材であり、本出願人により出願された特開平９−４８６０４号公報に開示されたように、還元ガスを用いて含鉄原料の還元反応の一部を行い、次いで、還元および炭化ガスを用いて残りの還元反応と炭化反応を行う方法により製造すれば、炭化鉄を迅速に且つ経済的に製造することができるので特に好ましい。
５．第五の発明
第五の課題を解決するための第五の発明の地域分散型発電方法は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及びガスタービン等のエンジンのいずれかを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、発生した電力を貯蔵するための電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記した電力を発生させる装置と当該三次元構造の電池を搭載した、エンジンと電池からの電力で駆動する電動機の力によって走行する自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車及び船舶のいずれかの移動・輸送手段が停車又は停船しているときに、移動・輸送手段に搭載された上記三次元構造の電池を住居又は事務所に設置されたインバータに接続して、移動・輸送手段の発電機で発電した電力を住居又は事務所の負荷にて使用し、停車又は停船している移動・輸送手段を家庭用又は事務所用の固定発電設備として利用するように構成されている。
【００５９】
上記の第五の発明の方法において、エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段の代わりに、燃料電池により発電を行う装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段を用いることができる。
【００６０】
また、上記の第五の発明の方法において、住居又は事務所に太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備を設置し、該設備で発生させた電力を貯蔵するための固定電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、該固定電池に停車又は停船している移動・輪送手段に搭載された三次元構造の電池を接続してその固定電池を充電し、該固定電池からの電力をインバータで交流に変換し電圧を調整して住居又は事務所の負荷にて使用することができる。
【００６１】
この場合、太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備で発生させた電力を用いて、停車又は停船している移動・輸送手段の電池を充電することも可能である。
【００６２】
また、これらの第五の発明の方法において、停車又は停船している移動・輸送手段で発生する温熱又は／及び冷熱を住居又は事務所に供給してコージェネレーションを行うことが好ましい。
【００６３】
また、これらの第五の発明の方法において、自動二輪車、自動三輪車及び自動四輪車のいずれかの移動・輸送手段の停車中にエンジンを使用して発電機を作動させ往居又は事務所所に電力を供給する際に、エンジン排気音を下げるために、移動・輸送手段に外付け消音器を取り付けても良い。
【００６４】
そして、これらの第五の発明の方法において、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用するのが好ましい。というのは、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるからである。
【００６５】
第五の課題を解決するための第五の発明の地域分散型発電装置は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及びガスタービン等のエンジンのいずれかを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、発生した電力を貯蔵するための電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記した電力を発生させる装置と当該三次元構造の電池を搭載した、エンジンと電池からの電力で駆動する電動機の力によって走行する自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車及び船舶のいずれかの移動・輸送手段と、住居又は事務所の各負荷に交流の電圧調整された電力を供給するための住居又は事務所に設置されたインバータと、停車又は停船中の移動・輸送手段に搭載された上記三次元構造の電池と住居又は事務所に設置されたインバータとを接続するためのコネクタとを備え、移動・輸送手段の発電機で発電した電力が住居又は事務所の負荷にて使用できるようにしたことを特徴としている。
【００６６】
上記の第五の発明の装置においては、移動・輸送手段として、燃料電池により発電を行う装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段を用いることができる。
【００６７】
また、上記の第五の発明の装置において、住居又は事務所に太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備が設置され、該設備で発生した電力を貯蔵するための固定電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記設備で発生した電力が該固定電池に接続されたインバータを介して負荷にて使用されるようになっており、停車又は停舶中の移動・輸送手段に設載された三次元構造の電池と上記固定電池とがコネクタにより接続され、固定電池に移動・輸送手段の発電機で発電させた電力が供給されるようになった構成とすることができる。
【００６８】
この場合、太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備で発生し電力力が貯蔵された固定電池から、停車又は停船中の移動・輪送手段の電池に電力を供給することも可能である。
【００６９】
また、これらの第五の発明の装置において、停車又は停船中の移動・輸送手段で発生する温熱又は／及び冷熱が住居又は事務所に供給できるように、移動・輸送手段の熱源を住居又は事務所とダクトを介して連通させ、コージェネレーションシステムを構築することが好ましい。
【００７０】
そして、これらの第五の発明の装置において、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用するのが好ましい。というのは、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるからである。
【発明の効果】
【００７１】
本発明は上記のように構成されているので、次のような効果を奏する。
１．第一の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）活物質を粉体にして容器の中に粉体を入れた電池を構成することにより、電池構造は３次元的となり、スケールアップが可能になる。また、活物質を粉体にして電池を構成することにより、スケールが大きくなると製作単価が減少することになり、スケールメリットが発揮される。
（２）活物質と触媒の粉体が劣化した場台は抜き出し、再生するか、新しい活物質と触媒に取り替えるか、又は熱反応や化学反応で充電状態に戻して、再び供給する構成とすることにより、常に活物質と触媒が最高の状態に保たれるので、電池の寿命は電池設備の寿命となって、電池寿命を大幅に延ばすことができる。
（３）電池内に伝熱体を設置することができ、電池内に設置した伝熱体によって電池内の反応温度を一定にすることができるようになり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性に対応して電池内の温度を適正に調節することができる。また、回収した熱及び冷熱を冷暖房や発電に利用することができることになり、エネルギー発電効率およびエネルギー利用率が増加する。
（４）活物質を粉体にして電池を構成することにより、反応物質の表面積が増えてエネルギー密度が飛躍的に大きくなる。
（５）活物質である粉体同士及び活物質の粉体と集電装置とが効率よく接触するように、２つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、２つの容器に接続するか、又は２つの容器内に設ければ、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、活物質と集電装置または活物質同士の導電性が向上し、電解質溶液中でのイオン拡散速度が高められるので、大電流が流れ、粉体を流動化しない場合に比べてより大きな出力を取り出すことができる。
２．第二の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）電池の容量（電力量）の増大が一対の各セルの容積を増やすことによって対応できるため、スケールアップによる製造コスト上のメリットが発揮される。また、電圧は一対のセルに充填される活物質の粉体の種類（材料）によって決定され、大きな電圧が必要な場合には単位電池を複数個直列に連結する必要があるが、単位電池の両極とも集電部材の材質は共通にでき、しかも従来の電池とは違って正極や負極の電極を構成しないから、一対のセル（単位電池）間の隔壁を導電性の集電部材で構成することにより、電気的に且つ構造的に直列に接続することができ、厚みを薄くできるので、電池全体がコンパクトに仕上がり小型化が可能なうえに、電流は厚み方向に流れるので、大電流がほとんど抵抗なく流れる。 さらに、活物質の粉体は、膜構造の従来の電池の膜（電池本体）の作用をし、電池を流れる電流は活物質の表面積に比例することになるが、粉体は電解質溶液中に混入されており、全粉体の総表面積は従来の膜構造の電池に比べて数千倍から数万倍になるので、エネルギー密度が数千倍から数万倍になるとともに、活物質の粉体は電解質溶液（鉛電池では希硫酸）に投入して混合して使用しているため、劣化した場合には電解質溶液とともに粉体を交換することにより再生化を図ることができ、電池の寿命を大幅に延長できる。
（２）各セルに電解質溶液中に懸濁された粉体を流動化させるための攪拌手段を設ければ、攪拌手段によって電解質溶液中の粉体を攪拌することにより、電極としての粉体が自重により沈降することが防止され、電界質溶液中で拡散され、各粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電部材あるいは集電体との接触が良好になって接触抵抗が低下し、電力がアップする。また、各セル間の距離（直列方向の間隔）を拡大でき、電池の容量を増大できる。
（３）集電部材または集電体から各セル内に向けて導電性のスタッドを一体に突設すれば、集電部材あるいは集電体と粉体との間の接触面積が大幅に増大し、接触抵抗が低減するので、各セル間の距離（直列方向の間隔）を拡大でき、電池の容量を大幅に増大できる。
（４）電池から送られる送電量を低下させるために粉体の流動化を停止させる機能を攪拌手段に付加すれば、粉体の流動化を任意に停止でき、これにより電池からの送電量を減少させることができる。
３．第三の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）各種の機器または装置の一部としての三次元電池の実用的で有効な用途を提供することができる。すなわち、当該機器及び装置としての本来の機能に加えて、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を付加することにより、遊休空間を利用して大電力を貯蔵し、しかも、電力貯蔵効率が極めて高くなり、さらに、電池反応に伴う吸放熱を冷暖房や物質の加熱、冷却などに利用することができる。
（２）電解質溶液中の活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる２つの容器から構成される三次元電池において、２つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体または気体による流動化流体分散手段および攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、２つの容器に接続するか、又は２つの容器内に設ければ、活物質粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が向上するとともに電解質溶液中でのイオン拡散速度が大きくなり、大電流が流れて大電力を貯蔵できるようになる。
（３）さらに、三次元電池に貯蔵された電力を電力搬送手段で搬送して、回転機器の回転動力として、あるいは、移動物体の移動動力として、または光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーとして利用することができる。
４．第四の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）陰極活物質に高純度炭素等の高価な導電助剤を添加することなく、負極に導電性を付与するための特殊な処理が不要であり、放電電圧が低下しにくくて長寿命である低コストのアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池を提供することができる。
（２）正極の活物質および負極の活物質が、ともに粉体であれば、電池構造は三次元的になってスケールメリット（スケールが大きくなると製作単価が減少する効果）を享受し、劣化した活物質の再生や取り替えが可能になり、電池内に伝熱体を設置できるので、電池特性に対応した操作が可能となってエネルギー発電効率が向上し、また、表面積が増えてエネルギー密度が大きくなるという効果を享受できるので好ましい。
（３）炭化金属として炭化鉄は安価であり、負極活物質として特に好ましい。
５．第五の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）本来は移動、輸送手段として利用される自動車等に設けられた発電システムを家庭用、事務所用に利用することにより、設備費を大幅に削減することができ、家庭や事務所に発電設備がなくてもコージェネレーションを行うことが可能となる。
（２）発電設備コストが大幅に低減され経済的に成立するので、地域分散型コージェネレーションシステムを普及させることが可能になる。
（３）地域分散型コージェネレーション設備が廉価になって普及することにより、エネルギーの有効利用が促進されて、経済効果、二酸化炭素発生量削減効果が得られる。
（４）特に、移動手段および輸送手段に搭載する電池と、住居または事務所に固定する電池を、正極側および負極側の活物質を粉体とする三次元構造の電池で構成すれば、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるという効果がある
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
以下、本発明の実施の形熊について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
１．第一の発明の実施の形態
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第一の発明の第１実施形態による電池を示している。図１（ａ）に示すように、セパレーター１を介して負極セル２、正極セル３が設けられ、負極セル２には負極の粉体活物質及び電解質溶液４が充填され、正極セル３には正極の粉体活物質及び電解質溶液５が充填されている。負極と正極の粉体活物質の組み合わせとしては、例えば、水素吸蔵合金と水酸化ニッケル、力ドミウムと水酸化ニッケルの組み合わせ等を用いることができる。水素吸蔵合金の具体例としては、一例として、Ｌａ0.3（Ｃｅ，Ｎｄ）0.15Ｚｒ0.05Ｎｉ3.8Ｃｏ0.8 Ａｌ0.5 等が挙げられる。また、電解質溶液としては、例えば、ＫＯＨ水溶液等が用いられる。なお、セパレーター１は、イオンを通すためのもので、粉体は通過しない膜であり、例えば、素焼、イオン交換樹脂膜、金属繊維等が用いられる。
【００７３】
また、負極セル２、正極セル３の中には、それぞれ導電体からなる負極集電器６、正極集電器７が設けられており、集電器６、７が負荷手段（放電の場合）又は発電手段（充電の場合）８と接続される。なお、１０は電解液界面である。
【００７４】
つぎに、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池が発電手段８と接続されると、発電手段８から放出された電子は負極集電器６に到達し、この電子は負極集電器６より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して正極セル３に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器７に移動して、発電手段８に供給される。
（放電）
電池が負荷手段８と接続されると、負極集電器６は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段８を経て正極集電器７に到達し、この電子は正極集電器７より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して負極セル２に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器６に移動して、負荷手段８に供給される。
【００７５】
図１（ｂ）は、公称容量がともに５Ａｈである本発明に係る電池と、従来の電池の放電曲線を比較して示す図である。図１（ｂ）において、黒丸（●）は本発明に係る電池の放電曲線を示し、白丸（○）は従来の電池の放電曲線を示す。本発明に係る電池は、正極セルに水酸化ニッケル粉と電解質溶液を充填し、陰極セルに水素吸蔵合金粉と電解質溶液を充填した三次元構造の電池（図１（ａ）参照）である。従来の電池は、正極として水酸化ニッケルの板状電極を用い、負極として水素吸蔵合金の板状電極を用い、これらの電極を電解質溶液に浸漬した二次元構造の電池である。図１（ｂ）は、縦軸は端子電圧（Ｖ）を表し、横軸は放電容量（Ａｈ）を表す。放電中の電圧の変化は電解液（本比較実験においては水酸化カリウム溶液）の濃度の変化による濃度分極の影響を受けやすいので、本発明の電池と従来の電池の放電中の電解液の濃度はともに同じになるように調節した。電池を放電する場合において、一定電圧以下にまで放電を継続することは電極の劣化などの点から好ましくないので、放電を終えるべき放電終止電圧が存在する。この放電終止電圧が低いほど長時間の放電が可能である。この点において、本発明に係る電池は、電極活物質が粉体である三次元構造をしているので、粉体を流動化しなくても、板状電極である二次元構造の従来の電池に比べて飛躍的にエネルギー密度が向上し、図１（ｂ）の「●」のように、放電電圧が急激に低下することはない。
【００７６】
一方、従来の電池は、図１（ｂ）の「○」に示すように、約４．５時間で放電電圧が急激に低下している。従って、例えば、放電終止電圧を１．０Ｖとすれば、電池設備の保護の点から、従来の電池では約４時間で放電を終わらなければならないが、本発明の電池では約５時間放電を継続することができる。
（第２実施形態）
図２は、第一の発明の第２実施形態による電池を示している。図２は、粉体どうしの、あるいは粉体と集電器６、７との接触効率を上げるために、気体又は液体による流動化流体分散手段９により各セル２、３内の粉体を流動化（攪拌）させるものである。このように流動化することで、活物質粉体どうしの接触効率が向上するとともに、活物質粉体と集電器との接触が良好になって接触抵抗が低下し、活物質粉体と集電器または活物質粉体どうしの導電性が高まり、電解質溶液中でのイオン拡散速度が大きくなるので、大きな電力が流れ、粉体を流動化させない場合に比べてより大きな出力を取り出すことが可能である。
【００７７】
流動化流体分散手段９の代わりに、あるいは流動化流体分散手段９とともに、各セル２、３内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けて粉体を流動化（攪拌）することもできる。なお、図２では図示を簡略化しているが、流動化流体分散手段９としては、気体又は液体をセル内水平断面において均一に分散する分散板やスプレーノズル等の装置を用いることができる。また、流動化流体分散手段９に導入される気体（又は液体）としては、例えは、窒素、アルゴン（または水酸化カリウム水溶液等の電解液）等が用いられる。気体により粉体を流動化させる場合、流動化流体分散手段９に導入された気体は、各セル２、３の上部から抜き出される。また、液体により粉体を流動化させる場合、流動化流体分散手段９に導入された液体は、各セル２、３の底部から抜き出される。
【００７８】
流動化手段が付加された点を除いて、他の構成及び作用は、第１実施形態の場合と同様である。
（第３実施形態）
図３、図４は、第一の発明の第３実施形態による電池を示している。図３は、集電器と活物質の粉体との接触効率を良くするために、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、板状負極集電器１１、板状正極集電器１２として接触面積を大きくしたものである。また、図４は、集電器と活物質の粉体との接触効率を良くするために、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、管状負極集電器１３、管状正極集電器１４として接触面積を大きくしたものである。なお、集電器の表面積が大きくなる構成であれば、板状及び管状以外の形状を採用することも可能である。
【００７９】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。
（第４実施形態）
図５、図６は、第一の発明の第４実施形態による電池を示している。図５は、負極集電器及び正極集電器を、それそれ、液体又は気体による流動化流体分散器としたものである。また、図６は、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、モー夕等（図示略）により回転駆動される攪拌機としたものである。
【００８０】
図５に示すように、負極集電器兼分散器１５、正極集電器兼分散器１６は、気体又は液体を各セル２、３内水平断面において均一に分散する分散板やスプレーノズル等の装置である。なお、各セル２、３内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けることも可能である。
【００８１】
また、図６に示すように、負極集電器兼攪拌機１７、正極集電器兼攪拌機１８は、活物質の粉体を攪拌（流動化）するとともに粉体と直流的に接触する機能を兼ねている。負極集電器兼攪拌機１７、正極集電器兼攪拌機１８としては、モータ等（図示略）により回転駆動される羽状の攪拌機等が用いられるが、攪拌手段の構成は限定されるものではない。なお、図６では、液体又は気体による流動化流体分散器１９も併用しているが、流動化流体分散器１９を設けない構成とすることも可能である。
【００８２】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。
（第５実施形態）
図７は、第一の発明の第５実施形態による電池を示している。本実施形態は、活物質である粉体として、負極側に水素吸蔵合金、正極側に水酸化ニッケルを用いたものである。図７に示すように、負極セル２には水素吸蔵合金粉及び電解質溶液２０が充填され、正極セル３には水酸化ニッケル粉及び電解質溶液２１が充填されている。水素吸蔵合金としては、例えば、Ｌａ0.3(Ｃｅ，Ｎｄ)0.15 Ｚｒ0.05Ｎｉ3.8Ｃｏ0.8Ａｌ0.5等が用いられる。 また、電解質溶液としては、例えば、６規定のＫＯＨ水溶液等が用いられる。
【００８３】
本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池が発電手段８と接続されると、発電手段８から放出された電子は負極集電器６に到達し、この電子は負極集電器６より負極の粉体状の水素吸蔵合金と直接又は水素吸蔵合金粉を介して移動しつつ次の反応が起こる。Ｍは水素吸蔵合金、ＭＨｘは水素化金属である。
【００８４】
Ｍ＋ｘＨ2０＋ｘｅ-→ＭＨｘ＋ｘＯＨ-
反応によって発生した水酸基イオンはセパレーター１を通過して正極セル３に入り、ここで水酸化ニッケル粉と反応して次の反応が起こり電子を放出する。
【００８５】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
発生した電子は水酸化ニッケル粉またはオキシ水酸化ニッケル粉を介して、あるいは直接、正極集電器７に移動して発電手段８に供給される。
（放電）
電池が負荷手段８と接続されると、負極集電器６より外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段８を経て正極集電器７に到達し、この電子は正極集電器７からオキシ水酸化ニッケル粉に移動し、オキシ水酸化ニッケル粉を介して、又は直接移動して水と反応し、水酸化ニッケルと水酸基が生成される。水酸基はセパレーター１を通過して負極セル２に導かれ、水素化金属と反応して電子を放出する。この電子は水素吸蔵合金粉を介して、または直接負極集電器６に移動して、負荷手段８に供給される。
【００８６】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の電池は、第３、第４実施形態及び後述する第６、第７実施形態の構成で実施することも勿論可能である。
（第６実施形態）
図８、図９は、第一の発明の第６実施形態による電池を示している。本実施形態は、電池内に伝熱体を設置するとともに、伝熱体が集電器の機能を兼ねるようにしたものである。なお、伝熱体と集電器とを別個に設ける構成とすることも可能である。図８に示すように、負極セル２内には負極集電器兼伝熱管２２が設けられ、正極セル３内には正極集電器兼伝熱管２３が設けられる。また、図９に示すように、負極セル２内は負極集電器兼伝熱板２４が設けられ、正極セル３内には正極集電器兼伝熱板２５が設けられる。
【００８７】
図８を参照しながら、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池が発電手段８と接続されると、発電手段８から放出された電子は負極集電器２２に到達し、この電子は負極集電器２２より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して正極セル３に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器２３に移動して、発電手段８に供給される。
【００８８】
上述したように、集電器は負極、正極とも伝熱管と兼用であり、粉体との接触によって電子と熱を同時に伝達する。負極集電器兼伝熱管２２、正極集電器兼伝熱管２３には水や空気等の熱媒体が流され、熱回収、熱供給が行われる。
（放電）
電池が負荷手段８と接続されると、負極集電器２２は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段８を経て正極集電器２３に到達し、この電子は正極集電器２３より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して負極セル２に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器２２に移動して、負荷手段８に供給される。
【００８９】
図９の場合は、集電器が負極、正極とも中が空洞になった伝熱板と兼用であり、粉体との接触によって電子と熱を同時に伝達する。負極集電器兼伝熱板２４、正極集電器兼伝熱板２５には水や空気等の熱媒体が流され、熱回収、熱供給が行われる。充電及び放電の詳細は図８と同じである。なお、伝熱体の形状は管状及び板状に限定されるものではなく、他の形状を採用しても良い。
【００９０】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の構成を、第３、第４実施形態及び後述する第７実施形態の構成と組み合わせることも可熊である。
（第７実施形態）
図１０、図１１は、第一の発明の第７実施形態による電池を示している。本実施形態は、活物質である粉体を容器から抜き出す抜出装置及び活物質である粉体を容器に供給する供給装置を設け、さらに、抜き出した粉体を再生する装置、粉体のメークアップ（補充）を行う装置、抜き出した粉体を熱反応又は化学反応によって充電状態の粉体に変化させる装置等を設けたものである。
【００９１】
まず、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池が発電手段８と接続されると、発電手段８から放出された電子は負極集電器６に到達し、この電子は負極集電器６より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して正極セル３に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器７に移動して、発電手段８に供給される。
（放電）
電池が負荷手段８と接続されると、負極集電器６は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段８を経て正極集電器７に到達し、この電子は正極集電器７より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して負極セル２に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器６に移動して、負荷手段８に供給される。
【００９２】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。
（活物質の再生とメークアップ）
つぎに、図１０を参照しなから、本実施形態の電池について活物質（触媒）の再生、メークアップの詳細を説明する。なお、図１０では、負極側の構成のみを図示しているが、同様の装置等が正極側にも設置されている。
【００９３】
図１０に示すように、充放電によって劣化した活物質である粉体は、電解質溶液（電解液）とともにスラリーとして負極セル２から抜き出され、分離機２６で、必要な場合は一部又は全部が廃棄される。電解液が分離され、分離機２６から再生機２７に供給された粉体は、再生機２７で塩酸による洗浄等の酸処理などが行われる。再生機２７で再生処理された粉体は、混合機２８に供給されて、ここで分離機２６から廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体がメークアップ用粉体ホッパー２９から供給される。再生・メークアップされた粉体は、混合機２８で再び電解液と混合され、スラリーとしてスラリーポンプ（図示略）から負極セル２に供給される。なお、電解液を分離・混合する構成は、図示を省略している。
【００９４】
また、図１１を参照しながら、本実施形態の電池について反応による再生、メークアップの詳細を説明する。なお、図１１では、負極側の構成のみを図示しているが、同様の装置等が正極側にも設置されている。
【００９５】
図１１に示すように、充放電によって生成された粉体は電解液とともにスラリーとして負極セル２から抜き出され、分離機２６で、必要な場合は一部又は全部が廃棄される。電解液が分離され、分離機２６から反応器３０に供給された粉体は、反応器３０で、燃料供給管３１から供給された燃料と反応して、再び放電できる活物質となる。反応器３０で充電状態となった粉体は、混合機２８に供給されて、ここで分離機２６から廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体がメークアップ用紛体ホッパー２９から供給される。再生・メークアップされた粉体は、混合機２８で再び電解液と混合され、スラリーとしてスラリーポンプ（図示略）から負極セル２に供給される。なお、電解液を分離・混合する構成は、図示を省略している。
【００９６】
反応器３０では、例えば、ニッケル水素型電池の場合、次の反応が行われる。
【００９７】
Ｍ＋（ｘ／２）Ｈ2→ＭＨｘ
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるＭＨX と同じ活物質が生成される。
【００９８】
Ｍ＋ｘＨ2Ｏ＋ｘｅ-→ＭＨｘ＋ｘＯＨ-
正極の反応器では、ニッケル水素型電池の場合、酸素又は空気により次の反応が行われる。
【００９９】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋（１／４）Ｏ2→ＮｉＯＯＨ＋１／２Ｈ2Ｏ
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるＮｉＯＯＨと同じ活物質が生成される。
【０１００】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
なお、本実施形態の構成を、第３、第４、第６実施形態の構成と適宜組み合わせることも可能である。
（第８実施形態）
図１２は、第一の発明の第８実施形態による電池を示している。本実施形態は、負極の活物質である粉体を水素吸蔵合金とし、負極の攪拌（流動化）用気体を水素及び水素含有ガスまたは炭化水素ガスまたはアルコール類またはエーテル類とし、正極の活物質である粉体を水酸化ニッケルとし、正極の攪拌（流動化）用気体を酸素又は空気としたものである。図１２に示すように、負極セル２には水素吸蔵合金粉及び電解質溶液２０が充填され、正極セル３には水酸化ニッケル粉及び電解質溶液２１が充填されている。また、流動化流体分散手段９により、負極セル２には水素が供給され、正極セル３には酸素又は空気が供給されている。なお、水素吸蔵合金としては、例えば、Ｌａ0.8(Ｃｅ，Ｎｄ)0.15Ｚｒ0.05 Ｎｉ3.8Ｃｏ0.8Ａｌ0.5 等が用いられる。また、電解質溶液としては、例えば、ＫＯＨ水溶液等が用いられる。
【０１０１】
負極セル２では、水素吸蔵合金粉及び電解質溶液２０の中に水素が供給されて次の反応が起こる。
【０１０２】
Ｍ＋（ｘ／２）Ｈ2→ＭＨｘ
負荷手段８と電池が接続されると、水素吸蔵合金に吸蔵されている水素は、電解質溶液中の水酸基と次式のように反応して電子と水を放出する。
【０１０３】
ＭＨｘ＋ｘＯＨ-→Ｍ＋ｘＨ2Ｏ＋ｘｅ-
放出された電子は、負極集電器６に直接又は水素吸蔵合金粉を介して移動する。電子は負極集電器６より負荷手段８を通り、正極集電器７に移動する。電子は、正極集電器７からオキシ水酸化ニッケル粉に移動し、オキシ水酸化ニッケル粉を介して、又は直接移動して次式のように反応し、水酸化ニッケルと水酸基が生成される。水酸基はセパレーター１を通過して負極セル２に導かれ、水素化金属と反応する。
【０１０４】
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-
正極セル３では、ニッケル水素型電池の場合、酸素又は空気により次の反応が行われる。
【０１０５】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋（１／４）Ｏ2→ＮｉＯＯＨ＋（１／２）Ｈ2Ｏ
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるＮｉＯＯＨと同じ活物質が生成される。
【０１０６】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の電池は、第３、第４、第６、第７実施形態の構成で実施することも勿論可能である。
２．第二の発明の実施の形態
（第１実施形態）
図１３は、第二の発明の第１実施形態に係る積層型三次元電池の実証試験器の一例を示す斜視図と概要断面図、図１４は同組立前（分解状態）の主要部品の一部を示す斜視図である。図１３に示すように、本例の積層型三次元電池４１はメタハイ電池（ニッケル水素電池）で、図１４のように正方形状の中央開ロ部４２ａを厚み方向に貫通して設けたセル（容器）部材４２を２個で一対として構成されており、図１３の例では二対（合計４個）のセル部材４２を備えている。図１４に示すように、各セル部材４２の開口部４２ａの周囲には、浅い（本例では深さが０．５ｍｍ）の凹状部４２ｂが環状に形成され、セル部材４２、４２間に略正方形の耐アルカリ性のイオン透過性セパレーター（本例ではテフロン〔登録商標〕性セパレーター）４３が凹状部４２ｂ内に嵌装されている。セパレーター４３はイオンのみを通過させるが、電極粉体ｎ，ｈや電気は通過させない膜状体で、上記以外にも素焼き板、イオン交換樹脂膜、ガラスなどが用いられる。また各セル部材４２の上面には、開ロ部４２ａ内に臨ませて上下に貫通して２つの注液ロ４２ｃが幅方向に間隔をあけて形成され、各注液ロ４２ｃにはゴム栓４４が着脱自在に装着される。
【０１０７】
各組のセル部材４２、４２間の凹状部４２ｂには、略正方形で耐アルカリ性および導電性の板状の集電部材（本例ではニッケル板）４５が嵌挿されている。また、２組のセル部材４２の全組の両端には、耐アルカリ性で導電性の集電体（本例ではニッケル板）４６と４７を備えている。開口部４２ａと同一形状の開ロ部４８ａを中央部に有し外形がセル部材４２と同じゴム製パッキン４８が、セル部材４２と４２の間ならびにセル部材４２と集電体４６および４７の間に介装されている。セル部材４２、パッキン４８および集電体４６と４７には、厚み方向に貫通する複数の挿通孔４２ｄ、４８ｄ、４６ｄ、４７ｄが開ロ部４２ａと４８ａの周囲に周方向に間隔をあけて一連に穿設されている。そして、複数の挿通孔４２ｄ、４８ｄ、４６ｄ、４７ｄに非導電性のボルト４９が一連に挿通され、ボルト４９の先端ネジ部４９ａにナット（図示せず）を螺合して締め付けてある。また、左端（正極）と右端（負極）の集電体４６と４７の上端部には、幅方向に間隔をあけて小孔４６ｅと４７ｅが穿設され、本例では左端と右端の集電体４６と４７の両端の小孔４６ｅと４７ｅに正極端子５０、負極端子５１が取り付けられ、配線５２と５３の一端が接続されている。
【０１０８】
各セル部材４２内には、注液口４２ｃより電解質溶液としての水酸化カリウム水溶液ｋが注入され、図１３（ｂ）の左端側セル部材４２から順に正極の粉体活物質としての水酸化ニッケル粉ｎ、負極の粉体活物質としての水素吸蔵合金粉ｈ、正極の粉体活物質としての水酸化ニッケル粉ｎ、負極の粉体活物質としての水素吸蔵合金粉ｈが水酸化カリウム水溶液ｋに投入され懸濁されている。この結果、図１３（ｂ）の左端から右端にかけて正極セル５４、負極セル５５、正極セル５４、負極セル５５が順に形成される。
【０１０９】
上記のようにして積層型三次元電池４１が構成されるが、本例の電池４１は、ニッケル水素の単位電池（二次電池）５６が２個直列に接続された構造からなり、約２．４ｖの電圧の電池からなる。そこで、電池４１の正極端子５０と負極端子５１間に２．４ｖ用電球などの負荷手段５７を配線５２と５３により接続する。充電された状態で放電時には、正極端子５０を備えた左側の第１単位電池５６の正極集電体４６に接触している正極セル５４内のオキシ水酸化ニッケル粉ｎは、正極集電体４６から電子（ｅ-） を受け取り、一連に接触しているオキシ水酸化ニッケル粉ｎに電子（ｅ-） が水素イオンとともに供給されて水酸化ニッケルになる。そして、負極セル５５内では水素吸蔵合金粉ｈが電子（ｅ-）と水素イオン（Ｈ+）を放出して、この水素イオンがイオン透過性セパレーター４３を通って正極セルに行く。つまり、正極セル５４内では、
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ+＋ｅ-→Ｎｉ（ＯＨ）2 の反応が行われ、
一方、負極セル５５内では、
ＭＨｘ→Ｍ＋ｘＨ+＋ｘｅ- の反応が行われる（Ｍ：水素吸蔵合金（粉））。
【０１１０】
続いて、負極セル５５内で水素吸蔵合金粉ｈが放出した電子（ｅ-） は、水素吸蔵合金粉ｈを介して移動しつつ右側の第２単位電池５６の正極セル５４との隔壁を構成する集電部材４５に集められ（集電され）、第２単位電池の正極セル５４内のオキシ水酸化ニッケル粉ｎは集電部材４５から電子（ｅ-） を受け取り、一連に接触しているオキシ水酸化ニッケル粉ｎに電子（ｅ-） が水素イオンとともに供給されて水酸化ニッケルになる。そして、右側の第２単位電池５６の負極セル５５内では水素吸蔵合金粉ｈが電子（ｅ-）と水素イオン（Ｈ+）を放出し、この水素イオンはイオン透過性セパレーター４３を通って正極セル５４にいく。そして、負極セル５５内に放出された電子（ｅ-） は負極集電体４７に集電され、負極端子５１から配線５３を通って負荷手段５７へ移動し、配線５２より正極集電体４６へ移動する。これにより、正極集電体４６の正極端子５０より負荷手段５７を経て負極集電体４７の負極端子５１へ電流が流れる。このようにして、１．２Ｖ×２（２．４Ｖ）の電圧が発生する（放電が行われる）。
【０１１１】
一方、三次元電池４１への充電は、次のような態様で行われる。電池４１に充電器５８によって所定の電圧をかけて、負極集電体４７の負極端子５１から右側の第２単位電池５６の負極セル５５へ電子（ｅ-）を供給する。電子（ｅ-）は水素吸蔵合金粉ｈ内を移動しつつ、これにより次の反応が生じ、水酸基イオンが発生する。
【０１１２】
Ｍ＋ｘＨ2Ｏ＋ｘｅ-→ＭＨｘ＋ｘＯＨ- Ｍ：水素吸蔵合金（粉）
負極セル５５内に発生した水酸基イオン（ＯＨ-） は、イオン透過性セパレーター４３を通って左側の正極セル５４内に移動し、水酸化ニッケル粉ｎと次式のように反応して電子（ｅ-）を放出する。
【０１１３】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
正極セル５４内に放出された電子（ｅ-）は 集電部材４５に集電され、左隣の負極セル５５内の水素吸蔵合金粉ｈに移動し、これにより上式に示した反応が生じ、水酸基イオンが発生する。負極セル５５内に発生した水酸基イオン（ＯＨ-）は、イオン透過性セパレーター４３を通って左側の第１単位電池５６の正極セル５４内に移動し、水酸化ニッケル粉ｎと上式のように反応して電子（ｅ-） を放出する。電子（ｅ-）は 正極集電体４６の正極端子５０に集電され、充電器５８へ送られる。
（第２実施形態）
図１５は、第二の発明の第２実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１１４】
図１５に示すように、本例の三次元電池４１−１は鉛電池で、単位鉛電池５６を６組直列に連結した構造からなる。単位鉛電池５６は、中間部を耐酸性のイオン透過性セパレーター４３で仕切った正極セル５４と負極セル５５を備えている。左端（第１組）の単位電池５６の正極セル５４の左端壁および右端（第６組）の単位電池５６の負極セル５５の右端壁は、それぞれ集電体４６、４７としての耐酸性導電体（白金板あるいは鉛板）の側壁からなり、第１組の単位電池５６の負極セル５５の右側壁および第６組の単位電池５６の正極セル５４の左側壁は集電部材４５としての耐酸性導電体の側壁（白金板あるいは鉛板）からなる。また中間に位置する４組の単位電池５６は、各組の単位電池５６の間に隔壁を兼ねた集電部材４５としての耐酸性導電体（白金板あるいは鉛板）を介して直列に接続されるとともに、左端（第１組）および右端（第６組）の単位電池５６とも集電部材４５としての耐酸性導電体の側壁（白金板あるいは鉛板）を介して直列に接続されている。
【０１１５】
各セル５４、５５内には、共通の電解質溶液として本例では希硫酸溶液（硫酸水溶液）ｒが充填されている。そして、正極セル５４内の希硫酸溶液には二酸化鉛（ＰｂＯ2） の粉体Ａが投入され、懸濁されている。ー方、負極セル５５内の希硫酸溶液には金属鉛（Ｐｂ）の粉体Ｂが投入され、懸濁されている。
【０１１６】
上記の構成からなる第２実施形態に係る三次元電池４１−１は、次のように放電する。すなわち、左端の正極集電体４６に接触している正極セル５４が、集電体４６から電子を受け取り、二酸化鉛粉Ａに電子（ｅ-） が供給され、次式のように反応して、硫酸鉛（ＰｂＳＯ4） になり、イオンが発生する。
【０１１７】
ＰｂＯ2＋４Ｈ+＋ＳＯ42-＋２ｅ-→ＰｂＳＯ4＋２Ｈ2Ｏ
次に、正極セル５４内の陰イオンがイオン透過性セパレーター４３より負極セル５５内に移動し、金属鉛粉Ｂと次式のように反応して電子（ｅ-） を放出し、酸化されて硫酸鉛粉が生成する。
【０１１８】
Ｐｂ＋ＳＯ42-→ＰｂＳＯ4＋２ｅ-
負極セル５５内の電子は集電部材４５に集電され、集電部材４５から右隣の正極セル５４内の二酸化鉛粉Ａに電子が供給され、上式のように反応して硫酸鉛（ＰｂＳＯ4） になり、イオンが発生する。そして、正極セル５４内の陰イオンがイオン透過性セパレーター４３より負極セル５５内に移動し、金属鉛粉Ｂと上式のように反応して電子を放出し、硫酸鉛粉が生成する。この電子は集電部材４５に集電される。この反応が各単位電池５６で順次繰り返され、右端の負極集電体４７から電子が負荷手段（図示せず）を介して左端の正極集電体４６へ移動し、逆に正極集電体４６から電流が負荷手段（図示せず）を介して右端の負極集電体４７へ流れる。本例の場合には、約１３．６Ｖの電圧が生じる。なお、集電体や電極には耐酸性の導電体ならば何でも使用することができ、例えば炭素や導電性ポリマーでもよい。
（第３実施形態）
図１６は第二の発明の第３実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１１９】
図１６に示すように、本例の三次元電池４１−２は図１５の第２実施形態と同様に鉛電池であるが、電池４１−２を軸方向に貫通する回転軸５９を回転自在に配設し、手動若しくは回転駆動装置（図示せず）により回転させる。回転軸５９上の、各セル５４、５５内に対応する位置には、複数枚の攪拌羽根５９ａを回転軸５９に対して直交する方向に突設し、回転軸５９の回転により各セル５４、５５内の希硫酸溶液ｒを懸濁されている二酸化鉛粉Ａ又は金属鉛粉Ｂとともに撹伴できるように構成しているところが、第２実施形態の電池４１−１と相違している。
【０１２０】
したがって、本例の三次元電池４１−２によれば、電極粉体としての二酸化鉛粉Ａおよび金属鉛粉Ｂを攪拌することによって、各電極粉体Ａ、Ｂと集電体４６、４７あるいは集電部材４５との接触が良好になるので、各セル５４、５５の（セル部材４２：図１３参照）の容量を大きくすることができ、電力量の増大が図れる。また、電極粉体としての二酸化鉛粉Ａおよび金属鉛粉Ｂを攪拌することによって、集電体や集電部材への硫酸鉛粒子の付着を防止できるので、集電体４６と４７および集電部材４５に鉛板を使用することができる。なお、攪拌手段５９を備えた点を除き、第２実施形態に係る電池４１−１と共通するので、第２実施形態と共通する部材は同一の符号を用いて表し説明を省略する。
（第４実施形態）
図１７は第二の発明の第４実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１２１】
図１７に示すように、本例の三次元電池４１−３は第１６図の第３実施形態と同様に攪拌手段を備えた鉛電池であるが、攪拌手段が第３実施形態の電池４１−２とは相違している。すなわち、本例の攪拌手段は正極セル５４用の攪拌手段６０と、負極セル５５用の攪拌手段６１とからなり、各攪拌手段６０、６１は循環ポンプ６２、６３を備えており、硫酸水溶液ｒの循環管６４、６５の注入口に分散ノズル６６、６７を装着し、吸出口に電極粉体Ａ、Ｂの濾過フイルター６８、６９を装着して硫酸水溶液ｒを循環させるようにしている。本例の電池４１−３では、正極セル５４あるいは負極セル５５にそれぞれ硫酸水溶液ｒを分散ノズル６６、６７から噴射して電極粉体Ａ、Ｂを攪拌させるものである。なお、ポンプと電解質溶液間はトラップなどで絶縁されている。
【０１２２】
本例の三次元電池４１−３も電極粉体としての二酸化鉛粉Ａおよび金属鉛粉Ｂを攪拌することによって、各電極粉体Ａ、Ｂと集電体４６、４７あるいは集電部材４５との接触が良好になるので、各セル５４、５５（セル部材４２：第１３図参照）の容量を大きくすることができ、電力量の増大が図れるとともに、硫酸鉛粒子の集電体や集電部材への付着を防止できるので、集電体４６、４７および集電部材４５に鉛板を使用することができる。なお、攪拌手段が相違するだけで、その他の点については第３実施形態に係る電池４１−２と共通するので、第３実施形態と共通する部材は同一の符号を用いて表し説明を省略する。
（第５実施形態）
図１８は第二の発明の第５実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１２３】
図１８に示すように、本例の三次元電池４１−４は図１７の第４実施形態と同種構造の攪拌手段を備えた鉛電池であるが、攪拌手段が第４実施形態の電池４１−３とは相違している。すなわち、本例の攪拌手段は正極セル５４と負極セル５５とに窒素、アルゴンなどの不活性ガスを、不活性ガス源７０からブロワー７１、７２により配管７３、７４を介して分散ノズル７５、７６より水酸化カリウム水溶液ｋ中に供給し、電極粉体ｎ、ｈを攪拌流動化させるものである。一方、正極セル５４と負極セル５５とに供給した窒素、アルゴンなどの不活性ガスは、別の配管７７、７８により濾過フィルター７９、８０を介して大気中へ開放して抜き出される。
【０１２４】
ところで、本例の三次元電池４１−４については、正極セル５４に水酸化ニッケル粉ｎを、負極セル５５に水素吸蔵合金粉ｈをそれぞれ投入し、電解質溶液としての水酸化カリウム水溶液ｋに懸濁させて、ニッケル水素型三次元二次電池を構成する。そして、正極セル５４の攪拌流動化用気体に酸素又は空気を使用し、負極セル５５の攪拌流動化用気体に水素を使用する。そこで、次のような反応が生じる。すなわち、負極セル５５では、水素吸蔵合金粉ｈに水素が反応して、
Ｍ＋（ｘ／２）Ｈ2 →ＭＨｘの反応が起こる。
【０１２５】
ここで、負荷手段５７（図１３参照）と電池を接続すると、水素吸蔵合金粉ｈに吸蔵されている水素は、電解質溶液ｋ中の水酸基イオンと反応して、次式のように電子と水を放出する。
【０１２６】
ＭＨｘ＋ｘＯＨ-→Ｍ＋ｘＨ2Ｏ＋ｘｅ-
放出された電子は、負極集電体４７に集電され、負荷手段５７（第１３図参照）を通って正極集電体４６へ移動し、正極セル４６内でオキシ水酸化ニッケル粉ｎに移動し、以下の式のように、水と反応して水酸化ニツケルと水酸基イオンが生成される。
【０１２７】
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-
水酸基イオンはセパレーター４３を透過して負極セル５５へ移動し、水素化金属と反応し、電子と水を放出する。
【０１２８】
一方、正極セル５４では、酸素又は空気の供給により次の反応が起こる。
【０１２９】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋（１／４）Ｏ2→ＮｉＯＯＨ＋１／２Ｈ2Ｏ
この結果、充電時に行われる以下の式に示すような反応によって生成されるＮｉＯＯＨが生成され、発電されることになる。
【０１３０】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
（第６実施形態）
図１９は第二の発明の第６実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１３１】
図１９に示すように、本例の三次元電池４１−５は第１３図の第１実施形態と同様にニッケル水素二次電池からなるが、正極セル５４および負極セル５５の容量をかなり大きくしている。その代わりに、集電体４６、４７および集電部材４５から正極セル５４あるいは負極セル５５内へ向けて多数のスタッド８１、８２、８３をそれぞれ間隔をあけて張出して設けている。本例の場合、集電体４６、４７および集電部材４５にはニッケル板を用いたので、スタッド８１、８２、８３もニッケル板で一体に形成している。本例の電池４１−５においては、各セル５４、５５の容積を大幅に拡大したが、電極粉体ｎ、ｈは集電体４６、４７および集電部材４５に対して確実に接触するので、電気（電子と電流）を十分に伝えることができる。なお、本例の電池４１−５に第３実施形態あるいは第４実施形態の攪拌手段５９または６０と６１を組み合わせて使用することもできる。
（別の実施形態）
以上、第二の発明の三次元電池の実施形態を説明したが、下記のように実施することもできる。
1) 正極と負極の活物質粉体としては、上記以外にも例えば、水酸化ニッケルとカドミウムや、水酸化ニッケルと水酸化鉄を使用することができる。
2) 上記実施形態では、単位二次電池５６を導電性（耐酸性又は耐アルカリ性）の導電部材４５を介して２個〜６個直列に連結した構造を示したが、要求される電圧に応じて何個でも直列に連結することができる。
3) 電池の容量についても、要求される電力容量に応じてセル部材４２の容積を増大し、必要に応じて攪拌手段やスタッドを設けることにより対応することができる。
３．第三の発明の実施の形態
次に、第三の発明の実施形態について、三次元構造の電池（三次元電池）を構造の一部として有し、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えている機器または装置、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体、三次元電池に貯蔵された電力を他の設備に供給する電力搬送手段および三次元電池に貯蔵された電力を光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーに変換する設備の具体例について、以下に詳細に説明する。
〔３次元電池を構造の一部として有し、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えている機器または装置〕
（ドア）
建物のドアや自動車のドア等のドアは、断熱および強度向上の目的のために、二重構造とされていることが多いが、内部の空間は有効に利用されていない。 そこで、ドアの内部空間を充放電の可能な三次元電池のセルとして利用する。 すなわち、上記したような機構で三次元電池に充電し、ドアの内部空間を電力貯蔵庫として利用する。
【０１３２】
その結果、本実施例を建物のドアに適用した場合は、商用電源の停電によるトラブルで電力の供給が停止しても、ドア内の三次元電池に貯蔵した電力を非常用電源として利用することができ、また、自動車のドアに適用した場合は、別に蓄電池を搭載する必要がない。しかも、電池活物質は金属粒子が主流であり、自動車事故による衝突時の衝撃にも強く、さらに吸音作用があって防音性が優れているという特徴がある。
【０１３３】
図２０は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するドアの縦断面図である。図２０において、９１はドアハウジングであり、９２はヒンジを利用した正極端子、９３はヒンジを利用した負極端子、９４は導電性の集電部材であり、集電部材９４および非導電性のセパレーター９５で仕切られて複数のセルが形成され、各セルはイオン透過性セパレーター９６によって２分割され、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液９７が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液９８が充填されている。９９は鍵装置、１００はノブである。
（橋脚）
橋脚は一般的に鋼製またはコンクリート製のものが多く、鋼製の橋脚は中空構造のものが多い。ところが、中空の内部空間は有効に利用されていない。
【０１３４】
そこで、中空鋼製の橋脚の内部を充放電の可能な三次元電池のセルとして利用する。
【０１３５】
すなわち、上記したような機構で三次元電池に充電し、橋脚の内部空間を電力貯蔵庫として利用する。
【０１３６】
その結果、橋脚空洞部に活物質となる鉄粉などを充填することによって、座屈破壊に強くなる一方、例えば、橋脚の近くに海洋があれば、海洋温度差を利用して発電した電力や潮流を利用して発電した電力を貯蔵したり、風力発電の電力を貯蔵することもできる。
【０１３７】
図２１は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有する橋脚の縦断面図である。図２１において、１０１は橋脚ブロック、１０２は分岐フランジ、１０３は導電性の集電部材であり、集電部材１０３で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター１０４で２分割されており、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液１０５が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液１０６が充填されている。
【０１３８】
例えば、２０ｍ角で５ｍ高さのブロックを８０段積み重ねた橋脚４本で橋桁を形成し、橋脚ブロック１０１は鉄合金製とし、内部にニッケルメッキを施し、セパレーター１０４は酸化金属焼結体など不導体で強度が高い材料を使用し、正極の粉体活物質として水酸化ニッケル粉末に金属ニッケル粉を混合した活物質を使用し、負極の粉体活物質として水酸化鉄粉と金属ニッケル粉を混合した活物質を使用し、電解質溶液として６規定の水酸化カリウム溶液を使用した場合、７００億ｋＷhrの電力を貯蔵することができる。この電力は日本全国で使用される商用電力の約１箇月分である。
（ダム）
ダムは、一般的にコンクリートの充填構造の巨大構造物であるにも拘わらず、その巨大な容積が水の位置エネルギーを電力に変換する手段としてしか利用されていない。
【０１３９】
そこで、外殻を鋼製のダムとして、その内部空間を充放電の可能な三次元電池の巨大セルとして利用する。
【０１４０】
すなわち、ダムを、水の位置エネルギーを電力に変換する設備としてだけでなく、上記したような機構で三次元電池に充電し、ダムの内部空間を電力貯蔵庫として利用する。
【０１４１】
その結果、揚水発電効率が６０％であるのに比べて、電力貯蔵効率が９５％と高くなる。
【０１４２】
図２２は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するダムの斜視図である。図２２において、１１１は正極集電体、１１２は負極集電体、１１３は導電性の集電部材であり、集電部材１１３によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター１１４によって２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液１１５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液１１６が充填されている。
（ラジエーター）
液冷式のラジエーターは、冷却媒体として水やオイルが使用されているが、この冷却媒体は燃料等への転用は困難で、クーラントとしてしか使用されていない。
【０１４３】
そこで、ラジエーターを充放電の可能な三次元電池で構成し、電解液を冷却媒体とする。
【０１４４】
すなわち、電池の充放電に必要な熱を電解液を介して受け入れ、ラジエーターを電力貯蔵器として利用する。
【０１４５】
その結果、例えば、自動車に蓄電地を搭載することが不要になり、電池の電力貯蔵効率も向上する。特に、外気温が低い場合の電池の反応速度は、電解液を加熱することによって促進することができる。
【０１４６】
図２３は、電力貯蔵器としてのラジエーターの概略構成図である。図２３において、１２１はラジエーター本体、１２２はフィンであり、ラジエーター本体１２１はイオン透過性セパレーター１２３によって２分割されており、分割された一方の側には、正極の粉体活物質および電解質溶液１２４が充填され、分割された他方の側には、負極の粉体活物質および電解質溶液１２５が充填されている。１２６は正極集電体、１２７は負極集電体である。１２８ａ、１２８ｂは活物質を再生するための活物質分離フィルターであり、活物質分離フィルター１２８ｂは熱源に通じている。また、ラジエーター本体１２１にも熱源からの熱が伝達される。
（屋根）
一般住宅の屋根には、断熱性と撥水性に優れた瓦、茅、セラミックス等が使用されているが、屋根自身にエネルギー変換機能がなく、屋根と天井の間の大きな空間を無駄にしているとも言える。
【０１４７】
そこで、屋根と天井の空間を利用して充放電の可能な三次元電池を形成する。 すなわち、断熱材兼重りとして屋根裏に封入されていた土に代わって、三次元電池の粉体活物質を封入し、屋根裏を電力貯蔵庫として利用する。
【０１４８】
その結果、例えば、屋根上に設置した太陽電池セルや風力発電で得られた電力を三次元電池に貯蔵し、さらに、三次元電池に熱交換機能をもたせれば、夏場においては、室内の温風を吸引して三次元電池の電池反応に利用し、冬場においては、三次元電池の電池反応の結果生成する熱を室内に放出するようにすれば、夏場においては室内が涼しく、冬場においては室内が温かくなり、三次元電池を電力貯蔵装置として使用するだけでなく、空調機器としても使用することができる。また、自動車の天井部分に熱交換機能を有する三次元電池を設置しても、同様の空調効果が得られる。
【０１４９】
図２４は、天井部分に充放電の可能な三次元電池を有する家屋の縦断面図である。図２４において、１３１は屋根であり、１３２ａ、１３２ｂは壁であり、屋根１３１と壁１３２ａ、１３２ｂと梁１３３で囲まれた天井部分に複数の集電部材１３４を一方の壁１３２ａから他方の壁１３２ｂに向けて配し、集電部材１３４で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター１３５で２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体１３６に近い部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液１３７が充填され、分割されたセルの中で負極集電体１３８に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液１３９が充填されている。
（自動車のボンネットとトランクカバー）
自動車のボンネットとトランクカバーは、エンジンその他の内容物の覆い及び強度部材として使用されているが、その内面部分は利用されていない。
【０１５０】
そこで、ボンネットまたはトランクカバーを三次元電池のケーシングとして利用し、ボンネットまたはトランクカバーの内面側に充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１５１】
すなわち、ボンネットまたはトランクカバーに電池機能を持たる。
【０１５２】
その結果、いままで、ボンネット内に搭載されていた蓄電池が不要になり、さらに、三次元電池が強度部材としての機能を果たし、ボンネットまたはトランクカバーの強度が増す。
【０１５３】
図２５は、内面側に充放電の可能な三次元電池を有するボンネットの一部を示す断面図である。図２５において、１４１はボンネット、１４２は導電性の集電部材であり、集電部材１４２によって仕切られた各セルは、イオン透過性セパレーター１４３によって２分割されており、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液１４４が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液１４５が充填されている。
（道路）
一般的に、道路は下層路盤材を施工し、その下層路盤材の上に上層路盤材を施工し、表層部をアスファルト舗装しているが、路盤材は道路の基礎としての用途以外、特に利用されていない。
【０１５４】
そこで、現在一般的に使用されている路盤材に代えて粉体活物質を使用し、地表面付近に充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１５５】
すなわち、上記したような機構によって三次元電池に充電し、道路に大電力を貯蔵する。
【０１５６】
その結果、電池反応に伴う発熱によって道路の凍結を防止することが可能になり、また、粉体活物質を再生することによって路盤材のリサイクルが可能になる。
【０１５７】
図２６は、充放電の可能な三次元電池を形成する地表面付近の断面図である。図２６において、１５１はアスファルト舗装、１５２は正極集電体、１５３は負極集電体、１５４は導電性の集電部材であり、集電部材１５４によって仕切られたセルは、イオン透過性セパレーター１５５によって２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液１５６が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液１５７が充填されている。
（食器）
一般的に、食器は保温性をよくするために、断熱性の高い陶器や金属製の二重構造のものが使用されていることが多い。しかし、断熱性が高く、熱容量が大きいので、食品を食器に入れる前に、その食品の温度に併せて予め容器を加熱したり、または冷却して、良好な保温性を確保する必要がある。
【０１５８】
そこで、食器の底または側部を二重構造にして、その二重構造内の内部空間を利用して充放電の可能な三次元電池を形成し、その内部空間内に発熱素子または冷却素子を埋設する。
【０１５９】
すなわち、その三次元電池に貯蔵された電力を電源として、発熱素子または冷却素子を作動させ、温かい食品を加熱保持し、冷たい食品を冷却保持する。
【０１６０】
その結果、温かい食品を食器に入れる前に食器を加熱する必要はなく、その食品がさめることもない。また、冷たい食品を食器に注ぐ前に食器を冷却する必要はなく、その食品がなま暖かくなることもない。
【０１６１】
図２７は、側部に充放電の可能な三次元電池を有する食器の縦断面図である。図２７において、１６１は食器の取っ手であり、食器本体１６２は内部空間を有する二重構造になっている。食器本体１６２の側部の内部空間はイオン透過性セパレーター１６３によって２分割されており、分割された一方の空間には、正極の粉体活物質および電解質溶液１６４が充填され、分割された他方の空間には、負極の粉体活物質および電解質溶液１６５が充填されている。食器の底部には、発熱素子（または冷却素子）１６６が埋設されている。１６７は電源スイッチ、１６８は充電ジャックである。そして、充電ジャック１６８から上記構成の食器側部の３次元電池に充電し、食品を食器に入れるときに電源スイッチ１６７を投入して、側部の三次元電池に充電された電力で発熱素子（または冷却素子）１６６を作動させて、食器内の食品を加熱保持または冷却保持する。
（バランスウエイト）
パワーショベル、フォークリフト、クレーンなどの揚重機は、取り扱う重量物とのバランスをとるために、一般的にバランスウエイトを必須付属物としているが、このバランスウエイトは金属の塊であり、重量のバランスをとる以外の用途としては利用されていない。
【０１６２】
そこで、バランスウエイトの内部に、正極集電体と負極集電体を備え、この正極集電体と負極集電体の間にイオン透過性セパレーターを介装し、正極集電体とイオン透過性セパレーターの間に正極の粉体活物質および電解質溶液を充填し、負極集電体とイオン透過性セパレーターの間に負極の粉体活物質および電解質溶液を充填してなる充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１６３】
すなわち、バランスウエイトを単なる重りとしてだけでなく、電力貯蔵器として利用する。
【０１６４】
その結果、内蔵した三次元電池の電力を、パワーショベル、フォークリフト、クレーンなどの揚重機の作動電源として利用することができる。
（床）
住宅によっては、床下に高温の燃焼排ガスを通入したり、電気ヒーターを設置することによって、室内の暖房源として利用されている場合がある。しかし、それらの熱を冷房に利用するのは困難であり、床下の空間が充分に利用されているとはいえない。
【０１６５】
そこで、床下に充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１６６】
すなわち、床下が電力貯蔵庫になり、充放電時に一方の電極が放熱し、他方の電極が吸熱をするので、室内の冷暖房に利用できる。
【０１６７】
このように、冷暖房用の電力源として電池の吸放熱を直接利用するので、圧縮性伝熱媒体の膨脹、圧縮に伴う気化熱や放散熱を利用して冷暖房を行う方式の一般的な空調機器に比べてエネルギー変換効率が向上する。
【０１６８】
図２８は、充放電の可能な三次元電池を有する住宅の床の断面図である。図２８において、１７１は床、１７２は正極、１７３は負極、１７４は導電性の集電部材であり、正極から負極に向けて配された集電部材１７４により仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター１７５によって２分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液１７６が充填され、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液１７７が充填されている。１７８は熱媒体供給冷暖切り替え器、１７９は熱媒体回収冷暖切り替え器である。熱媒体供給冷暖切り替え器１７８から床下の熱媒体流通空間１８０を通過した熱媒体は、熱媒体回収冷暖切り替え器１７９に回収され、正極熱交換器熱媒体供給パイプ１８１から各正極セル内熱交換器１８２に供給されて正極熱交換器熱媒体排出パイプ１８３を経て熱媒体供給冷暖切り替え器１７８に至る。また、熱媒体回収冷暖切り替え器１７９に回収された熱媒体は、負極熱交換器熱媒体供給パイプ１８４から各負極セル内熱交換器１８５に供給されて負極熱交換器熱媒体排出パイプ１８６を経て熱媒体供給冷暖切り替え器１７８に至る。従って、熱媒体供給冷暖切り替え器１７８と熱媒体回収冷暖切り替え器１７９を、冷房または暖房に切り替えておくことにより、充放電時の電池反応による化学反応熱を、冷房源として、または暖房源として利用することができる。
（ベッド）
一般的にベッドは断熱性がよく、冬は温かいが、夏は暑い。
【０１６９】
そこで、ベッド表面下のスプリング体等の弾性手段が介装されている部分を利用してベッド内に充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１７０】
すなわち、ベッドが電力貯蔵器になり、充放電時に一方の電極が放熱し、他方の電極が吸熱をするので、その放熱反応を暖房に利用し、その吸熱反応を冷房に利用する。
【０１７１】
このように、冷暖房用の電力源として電池の吸放熱を直接利用するので、圧縮性伝熱媒体の膨脹、圧縮に伴う気化熱や放散熱を利用して冷暖房を行う方式の一般的な空調機器に比べてエネルギー変換効率が向上する。
【０１７２】
具体的な図示例は、図２８と同様であるので省略する（床１７１をベッド表面に代えればよい）。
（工事用電源）
各種工事用電源として、一般的に商用電源を利用できない場所では、エンジン発電器を利用しているが、騒音や排ガスといった公害が発生する。
【０１７３】
そこで、充放電の可能な三次元電池を車両に搭載して工事現場に設置する。そして、工事において必要なときには、その三次元電池から電力を供給する。
【０１７４】
このように、低騒音で低排ガスの電源供給手段を提供できる。特に、住宅密集地やトンネルなどの閉鎖空間で工事用電源を必要とする場合にその効果が大きい。
【０１７５】
図２９は、充放電の可能な三次元電池を搭載したトレーラーの側面図である。図２９において、１９１は動力車、１９２は三次元電池を搭載したトレーラーである。
〔３次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器〕
（電動機）
一般的に、電動機は、外部電源から電力を供給しないと作動せず、起動時には定格以上の電流が流れるという欠点がある。
【０１７６】
そこで、電動機のケーシングまたは台座を電池ハウジングとして充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１７７】
すなわち、電動機の内部に電力貯蔵装置を有することにより、外部電源から電力を供給しなくても電動機を作動させることができる。
【０１７８】
このように、電動機と電池を組み合わせることで、装置全体の容積が減少する。起動時には、外部電源に加えて三次元電池からも電力を供給することで、過大な給電設備が不要になり、外部電力使用量を抑えることができる。そして、電動機の通常運転時には、三次元電池からのみ電力を供給することで外部電力が不要になり、停電時にも電動機は作動する。
【０１７９】
図３０（ａ）は、ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図である。図３０（ａ）において、２０１は回転軸、２０２は回転子、２０３は界磁コイル、２０４は正極集電体、２０５はイオン透過性セパレーター、２０６は負極集電体である。正極集電体２０４とイオン透過性セパレーター２０５との間には正極の粉体活物質および電解質溶液２０７が充填され、負極集電体２０６とイオン透過性セパレーター２０５との間には負極の粉体活物質および電解質溶液２０８が充填されている。図３０（ａ）においては、電池は一つであるが、円周方向に沿って積層するか軸長手方向に積層すれば、高い電圧を得ることができる。また、負極集電体２０６は、円形のものとして示されているが、矩形として軸長手方向に積層すれば、電動機の体積効率を向上することができる。
【０１８０】
図３０（ｂ）は、台座に充放電の可能な三次元電池を組み込ん電動機の縦断面図である。図３０（ｂ）において、２０９は電動機２１５の台座、２１０は正極集電体、２１１はイオン透過性セパレーター、２１２は負極集電体である。正極集電体２１０とセパレーター２１１との間には正極の粉体活物質および電解質溶液２１３が充填され、負極集電体２１２とセパレーター２１１との間には負極の粉体活物質および電解質溶液２１４が充填されている。
【０１８１】
本発明の三次元電池を小型の電動機で作動する物品、例えば、ポータブルテープレコーダーに採用すれば、現在用いられている電池のスペースを省略でき、電動機を僅かに大きくするだけでよいので、ポータブルテープレコーダー全体として、小型化が可能である。また、本発明の三次元電池を大型の電動機に採用すれば、電動機の起動時に必要な大電流を三次元電池からも供給できるため、起動時にのみ必要となる過大な電源装置が不要となり、外部電力使用量も大幅に低減することができる。
（エンジン）
一般的に、レシプロエンジン、ターボエンジンなどのエンジンのケーシングには冷却媒体を流通させる外套が付設されており、係るエンジンを始動するには電動機が必要であり、この電動機を作動するには外部電源から電力を供給しなければならないという。
【０１８２】
そこで、エンジンのケーシングを電池ハウジングとして充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１８３】
すなわち、電池となったケーシングがエンジンの熱を吸収して効率よく電力に変換し、エンジンケーシング外側に電力を貯蔵する。
【０１８４】
このように、エンジンに蓄電作用があるので、外部電源が不要となる。また、エンジンの熱を利用して蓄電することにより、従来は外部に廃棄されていた熱エネルギーを電気エネルギーに変換して貯蔵できるので、全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【０１８５】
図３１は、ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだターボエンジンの縦断面図である。図３１において、２２１は回転軸、２２２はタービン、２２３はケーシング、２２４は正極集電体、２２５はイオン透過性セパレーター、２２６は負極集電体である。正極集電体２２４とセパレーター２２５との間には正極の粉体活物質および電解質溶液２２７が充填され、負極集電体２２６とセパレーター２２５との間には負極の粉体活物質および電解質溶液２２８が充填されている。
【０１８６】
図３１に示す電池の構造は、エンジンの作動温度に合わせて比較的高い温度で作動する電池（例えば、炭酸リチウム、炭酸カリウムなどの炭酸塩を電解質とし、約６５０℃程度の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池）の構造を採用し、充電によって吸熱する側の電極をケーシング２２３と共用するのが好ましい。第３１図は、ターボエンジンの場合を示しているが、レシプロエンジンの場合は、シリンダー外周の冷却二重ジャケットを電池のケーシングとすることができる。
〔３次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体〕
（二重構造船）
タンカーなど、洩れた場合に海水が汚染される液体を運搬する船はその液体が事故等により海に流れないように、二重構造を採用していることが多いが、二重構造部分が有効に利用されていない。
【０１８７】
そこで、二重構造部分に海水やアルカリなどを電解液とする充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１８８】
すなわち、船の二重構造部分を電力貯蔵庫として利用する。
【０１８９】
その結果、貯蔵した電力を船の航行中の動力源として利用することができる。
【０１９０】
図３２は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ二重構造船の一部を示す斜視図である。図３２において、２３１は正極集電体としてのタンク壁、２３２はイオン透過性セパレーター、２３３は負極集電体としての船外壁である。正極集電体２３１とセパレーター２３２との間には正極の粉体活物質および電解質溶液２３４が充填され、負極集電体２３３とセパレーター２３２との間には負極の粉体活物質および電解質溶液２３５が充填されている。本実施例の場合、電解液としては、海水を利用することもできる。このように、二重構造船の二重構造部分を三次元電池として有効に利用することにより、例えば、１００万トンタンカーの重量中の５％部分を電池として利用すると、１０万馬力の出力で６０時間程度航行することが可能である。
（船）
エネルギーとなる石油や天然ガスや核燃料や石炭等は、運搬コストを低減するために大排水量の大型船により大量に運搬されているが、電力を直接運搬する手段はない。
【０１９１】
そこで、船倉の一部または全部を充放電の可能な三次元電池のセルとする。
【０１９２】
すなわち、船倉を電力貯蔵庫として利用する。
【０１９３】
その結果、貯蔵した電力を船の航行中の動力源として利用することができる。
【０１９４】
図３３は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ船の長手方向の一部の縦断面図である。図３３において、２４１は正極集電体としての船隔壁、２４２は負極集電体としての船外壁である。正極集電体２４１と負極集電体２４２との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材２４３を介在させ、集電部材２４３で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター２４４により２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液２４５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液２４６が充填されている。
【０１９５】
仮に、１００万トンの排水量の船で三次元電池を作ると、１億ｋＷhrの電力を貯蔵することができる。もし、１ｋＷhrが単価１０円であるとすれば、１０億円相当の電力を運搬できることになり、天然ガスや石炭を運搬するより運搬効率が向上するので好ましい。
（飛行機）
飛行機の胴体は耐圧の関係で、翼は強度の関係で二重構造になっており、翼の内部空間の一部には燃料が入っているが、残りの内部空間は有効に利用されていない。
【０１９６】
そこで、翼の内部空間を利用して充放電の可能な三次元電池のセルを形成する。
【０１９７】
すなわち、翼内の三次元電池に貯蔵された電力を飛行機のエンジン起動時の電力および航行中の機内用電力源として利用する。
【０１９８】
その結果、電力用ガスタービンおよび専用バッテリーが不要となり、飛行機の全体重量が軽くなる。
【０１９９】
図３４は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ飛行機の翼の断面図である。図３４において、２５１は正極集電体としての翼内隔壁、２５２は負極集電体としての翼外壁である。正極集電体２５１と負極集電体２５２との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材２５３を介在させ、集電部材２５３で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター２５４により２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液２５５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液２５６が充填されている。
（ロードローラー）
ロードローラーは一般的にタイヤを大きく重くしており、タイヤは重りとして作用するので、タイヤの内部には重量物としての鉄の塊が充填されているだけで、充填物の有効利用がされていない。
【０２００】
そこで、ロードローラーのタイヤの内部の鉄塊を活物質の粉体に代えて、充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０２０１】
すなわち、ロードローラーのタイヤを移動用電源として利用する。
【０２０２】
その結果、タイヤを重り以外に移動用電源として有効に利用できる。
【０２０３】
図３５は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだロードローラーのタイヤの断面図である。図３５において、２６１は正極集電体としての回転軸、２６２は負極集電体としての外壁である。正極集電体２６１と負極集電体２６２との間には隔壁を兼用する導電性集電部材２６３を介在させ、集電部材２６３によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター２６４により２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液２６５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液２６６が充填されている。
（電車）
電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているが、架線に費用と時間がかかり、パンタグラフと送電線との摩擦は騒音発生の原因ともなる。
【０２０４】
そこで、電車の車体底部を充放電の可能な三次元電池のセルとする。
【０２０５】
すなわち、車体底部に三次元電池の電力を貯蔵し、走行用の電力として利用する。
【０２０６】
その結果、架線が不要になる。
【０２０７】
図３６は、電車の車体底部に設置する充放電の可能な三次元電池の断面の概略構成図である。図３６において、２７１は正極集電体、２７２は負極集電体であり、正極集電体２７１と負極集電体２７２との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材２７３を介在させ、集電部材２７３によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター２７４により２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液２７５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液２７６が充填されている。
【０２０８】
例えば、１トンの三次元電池を作ると、１００ｋＷhrの電力を貯蔵し、この貯蔵電力で都市近郊を走行する電車では、数十分間走行することができ、停車時の僅かな時間（数分間）で充電することも可能である。しかし、新幹線の１６車両を走行させるには、１５０００ｋＷの最大電力が必要で、各車両に４トンの三次元電池を搭載しないと２時間程度走行することはできないので、三次元電池の容量を２トン程度に小さくして、エンジン発電器や燃料電池をともに搭載するのが好ましい。
（電気機関車）
電気機関車は、エンジン発電器で発電し、その電力で電動機を駆動して走行しているが、負荷の変動に対して追従性が悪いので、フライホイールを搭載している。しかし、エンジン発電器のエネルギー貯蔵量は少なく、角運動量の変動による走行性能への悪影響もある。
【０２０９】
そこで、発電器と電動機の間に充放電の可能な三次元電池を設置する。
【０２１０】
すなわち、三次元電池に貯蔵した電力で電動機を駆動し、走行用の電力として利用する。
【０２１１】
その結果、負荷変動に対する追従性がよくなり、エンジンの効率が向上するので最大出力が増加し、同時に公害物質の排出量も減少するという利点がある。
【０２１２】
図３７（ａ）は充放電の可能な三次元電池を有する電気機関車の断面図である。図３７（ａ）において、２８１は運転席、２８２はエンジン発電器、２８３は三次元電池、２８４は電動機、２８５は制御装置、２８６は駆動輪である。図３７（ｂ）は、ターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池を介して電動機を駆動する機構の一実施例の概略構成図であり、２８７は圧縮機、２８８は燃料タンク、２８９は燃焼器であり、外部から導入した空気２９０を圧縮機２８７で圧縮して、この高圧空気と燃料タンク２８８内の燃料を燃焼器２８９で燃焼させて高温高圧のガスを生成し、この高温高圧ガスの運動エネルギーを膨脹機２９１、発電器２９２を経て三次元電池２９３に供給して電力に変換して貯蔵し、この電力を制御装置２９４を経て電動機２９５に供給する。
（電源車）
電気機関車や電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているので、電化されていない路線は走行できず、停電時にも走行できない。 そこで、発電器と充放電の可能な三次元電池または充放電の可能な三次元電池のみを搭載した車両からなる電源車を牽引する。
【０２１３】
すなわち、電源車の電力で電動機を駆動し、電気機関車や電車の走行用の電力として利用する。
【０２１４】
その結果、非電化路線でも電気機関車や電車が走行できる。
【０２１５】
図３８（ａ）は電源車を牽引する電気機関車の断面図であり、図３８（ｂ）はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池に至る電力貯蔵システムの一実施例の概略構成図である。図３８（ａ）において、３０１は電気機関車、３０２は電源車であり、図３７と共通の構成要素については、同一参照番号を付して説明を省略する。図３８図（ｂ）は、図３７（ｂ）における制御装置２９４と電動機２９５が含まれていない点が図３７（ｂ）と異なる。
（低騒音電車）
電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているので、パンタグラフと送電線との摩擦により騒音が発生する。そのため、住宅密集地を走行するときには、その騒音を下げるため、低速走行をする場合がある。しかし、高速輸送手段である電車が徐行することは大きな時間の損失になり、目的地に希望する時間に到着することができなくなる。
【０２１６】
そこで、発電器と充放電の可能な三次元電池または充放電の可能な三次元電池のみを搭載した車両からなる電源車を牽引して電源にし、各車両には三次元電池を搭載する。
【０２１７】
すなわち、高速走行時にはパンタグラフを格納して、三次元電池に貯蔵した電力で走行する。
【０２１８】
その結果、高速走行時の騒音を低減することができる。
【０２１９】
図３９は、充放電の可能な三次元電池を有する低騒音電車の断面図であり、図３８（ａ）の電気機関車３０１にパンタグラフ３１１を付加した点が図３８（ａ）と異なる。
〔３次元電池に貯蔵された電力を他の設備に供給する電力搬送手段〕
（電線）
従来、高周波電力輸送には同軸ケーブル、低周波電力輸送には並行型ケーブルが使われているが、電源からの電力の瞬停または短期の停電が発生すると、電力の供給が停止し、瞬時の作動停止も許されない機器では、重大な事故につながることがある。
【０２２０】
そこで、送電線を集電体とし、その周囲に粉体活物質を充填し、送電線に充放電の可能な３次元電池の機能をもたせる。
【０２２１】
すなわち、電力が必要な機器の電圧に適応させて三次元電池を形成し、短時間の間、三次元電池に貯蔵した電力を供給する。
【０２２２】
その結果、比較的小電力の直流で作動する機器において、短時間の瞬停時には、３次元電池から必要な電力を供給することができ、商用電源の瞬停や電源の切り替え時や電源プラグの抜き替え時においても、電気機器の作動が停止しない。特に、パソコンや電気時計などの小電力で作動する機器の電気トラブルに充分対応することができる。
【０２２３】
図４０（ａ）は現状の送電線の断面図、図４０（ｂ）は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線の断面図、図４０（ｃ）は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線から末端機器に電力を供給する一実施例の概略フロー図である。
【０２２４】
図４０（ａ）において、３２１、３２２は送電線である。図４０（ｂ）において、３２３は正極集電体としての電線であり、３２４は負極集電体としての電線である。正極集電体３２３と負極集電体３２４の間には、複数の導電性の集電部材３２５を介装して複数のセルを形成し、各セルはイオン透過性のセパレーター３２６で２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液３２７が充填されており、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液３２８が充填されている。
【０２２５】
図４０（ｃ）において、３２９は交流１００ボルト電源、３３０は交流１００ボルト送電線、３３１は整流器、３３２は三次元電池を内蔵した送電線、３３３はパソコンである。例えば、送電線３３２に１０ｇｒの粉体活物質を封入すれば、ニッケル水素電池の場合、７．２Ｖで１Ａの直流を４００秒間給電することができる。
（電柱）
電力を輸送するために、電柱の高所にケーブルを配しているが、電柱の構造物自体は有効に利用されていない。
【０２２６】
そこで、電柱を充放電の可能な三次元電池の構造にする。
【０２２７】
すなわち、通常時は商用電源から電力を供給し、停電時には、電柱の三次元電池から電力を供給する。
【０２２８】
その結果、商用電源の停電時にも中断することなく電力を供給できる。
【０２２９】
図４１は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電柱の断面図である。図４１において、３４１は地表面、３４２は正極、３４３は負極であり、これら正極と負極の間には複数の集電部材３４４が介装されており、集電部材３４４で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター３４５で２分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液３４６が充填されており、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液３４７が充填されている。
〔三次元電池に貯蔵された電力を光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーに変換する設備〕
（電球）
一般的に電球は金属容器にガラス容器を接続して、そのガラス容器中にフィラメントを配し、金属容器を経てフィラメントに電力を供給して点灯させている。このように、電球を点灯させるには外部電源が必要である。
【０２３０】
そこで、電球の金属容器部に粉体活物質を充填して、充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０２３１】
すなわち、三次元電池の端子と電球のフィラメント端子を短絡することで、点灯させる。
【０２３２】
その結果、外部電源によらずに電球を点灯することができる。
【０２３３】
図４２は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電球の断面図である。図４２において、３５１は正極集電体、３５２は負極集電体、３５３はイオン透過性セパレーターであり、正極集電体３５１とセパレーター３５３の間には、正極の粉体活物質および電解質溶液３５４が充填されており、負極集電体３５２とセパレーター３５３の間には、負極の粉体活物質および電解質溶液３５５が充填されている。３５６はフィラメント、３５７はフィラメント端子、３５８は電池正極端子、３５９は充電ジャックである。フィラメント３５６の一端は電池の負極集電体３５２と内部で接続されているので、フィラメント端子３５７と電池正極端子３５８を短絡させることで、電球を点灯させることができる。
（懐中電灯）
懐中電灯は、一般的に電源スイッチの付いた筒状容器に電池を入れて電球を点灯させているが、懐中電灯の容器の中にさらに電池容器を入るという二重の容器構造であるから、大きく重いものとなっている。
【０２３４】
そこで、懐中電灯の容器を集電体として利用し、容器内に粉体活物質と電解液を入れて充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０２３５】
すなわち、懐中電灯の容器を三次元電池のハウジングとして利用する。
【０２３６】
その結果、従来の懐中電灯内に入れていた電池が不要となるので、懐中電灯の軽量化と小形化を図ることができる。
【０２３７】
図４３は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ懐中電灯の断面図である。図４３において、３６１は電球、３６２はスイッチ、３６３は正極集電体、３６４は負極集電体、３６５はイオン透過性セパレーターであり、正極集電体３６３とセパレーター３６５の間には、正極の粉体活物質および電解質溶液３６６が充填されており、負極集電体３６４とセパレーター３６５の間には、負極の粉体活物質および電解質溶液３６７が充填されている。
（巨大隕石軌道変更装置）
巨大隕石の軌道を変更するための装置としては、鉛バッテリーの電力をエネルギーとして２本のレールに配した金属弾丸を発射し、その金属弾丸を巨大隕石中に打ち込んで隕石の軌道を変更する方法が提案されているが、隕石に打ち込むエネルギーが不足している。
【０２３８】
そこで、地表面付近に大電流で、充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０２３９】
すなわち、三次元電池に貯蔵した大電流を運動エネルギーに変換し、レールガンから発射する金属弾丸の隕石打ち込みエネルギーを大幅に増加させる。
【０２４０】
図４４（ａ）は、地表面付近に形成した充放電の可能な三次元電池の縦断面図である。図４４（ａ）において、３７１は地表面、３７２は正極、３７３は負極であり、正極３７１と負極３７２の間には複数の導電性の集電部材３７４を介装し、集電部材３７４で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター３７５で２分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液３７６が充填されており、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液３７７が充填されている。
【０２４１】
図４４（ｂ）は、レールガンによる金属弾丸発射装置の一実施例の概略構成図である。図４４（ｂ）において、３７８は充放電の可能な三次元電池、３７９は金属弾丸、３８０は正極であるＨ型鋼のブラシ、３８１は負極であるＨ型鋼のブラシである。例えば、図４４（ａ）に示す構成の三次元電池を１０ｋｍ四方にわたって形成すると、１０5ボルト×１０13アンペアの電力を貯蔵することが可能になる。この電力によって、０．５×１０18ワットの磁場を天空から地表面に向けて形成し、その電磁力を金属弾丸に付与する。すなわち、ブラシ３８０と３８１からなる１０ｍ幅のレールには、１０35Ｎの力が加わり、直径５０ｍで長さ１００ｍのニッケル製の弾丸を光速の１／１００００程度に加速して発射することができ、殆どの隕石の撃墜が可能になる。
（溶融装置）
各種物質を溶融する溶融炉には、大電力の給電設備を設けており、給電設備の設備コストが大きなものとなっている。
【０２４２】
そこで、高出力低容量の充放電の可能な三次元電池を溶融炉に付設する。
【０２４３】
すなわち、適切な発電手段で三次元電池に充電し、物質溶融時に三次元電池に貯蔵されている高出力低容量の電力を溶融炉に供給し、その電気エネルギーを熱エネルギーに変換して物質を溶融する。
【０２４４】
このように、比較的小さな電力供給設備で物質の溶融が可能になる。
４．第四の発明の実施の形態
（第１実施形態）
図４５は、第四の発明の第１実施形態に係るアルカリ一次電池の概略構成図である。図４５に示すように、イオン透過性セパレーター３９１を介して負極セル３９２、正極セル３９３が設けられ、負極セル３９２には、負極の粉体活物質および電解質溶液３９４が充填され、正極セル３９３には、正極の粉体活物質および電解質溶液３９５が充填されている。負極の粉体活物質としては、炭化鉄の粉体が用いられているが、炭化鉄と鉄の粉体混合物を用いることもできる。この炭化鉄とは、当該炭化鉄製品の少なくとも一部がＦｅ3Ｃ の化学組成を有するものを指す意である。この炭化鉄は、例えば、上記したように、本出願人により出願された特開平９−４８６０４号公報に開示された方法で製造することができるが、含鉄原料を還元および炭化して炭化鉄を得る場合、含鉄原料のすべての部分が炭化鉄に転化したものを必ずしも用いる必要はない。というのは、炭化鉄の中の炭化部分が多くなればなるほど導電性はよくなるが、一方、炭化部分が多い高転化率の炭化鉄製品の製造コストは高くなる。この点で、炭化鉄製品のＦｅ3Ｃ組成は、含有鉄分の５原子％以上であれば、負極の粉体活物質としての必要な導電性を確保することができ、しかも、製造コストを比較的低く抑えることができる。
【０２４５】
正極の粉体活物質としては、二酸化マンガンと炭素の粉体混合物が用いられている。電解質溶液は、負極セル３９２および正極セル３９３ともに、水酸化カリウム水溶液が用いられている。
【０２４６】
セパレーター３９１は、イオンを通すが、粉体は通過しない膜であり、例えば、素焼き、イオン交換樹脂膜、金属繊維および不織布等を用いることができる。負極セル３９２、正極セル３９３の中には、それぞれ、導電体からなる負極集電器３９６、正極集電器３９７が設けられており、これら、集電器３９６、３９７が負荷手段３９８と接続されている。集電器３９６、３９７は、アルカリ溶液中で腐食しない金属が好ましく、例えば、炭素鋼にニッケルをメッキしたプレートを使用することができる。
【０２４７】
次に、第四の発明の第１実施形態に係るアルカリ一次電池の放電の詳細を説明する。
【０２４８】
電池が負荷手段３９８と接続されると、負極集電器３９６は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負極集電器３９６から負荷手段３９８を通り、正極集電器３９７に到達する。電子は正極集電器３９７より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極の粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター３９１を通過して負極セル３９２に入り、ここで、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は粉体を介して、あるいは、直接負極集電器３９６に移動して負荷手段３９８に供給される。以上のようなサイクルが繰り返される。
【０２４９】
以上の放電反応を、負極側と正極側に分けて化学式で示すと、以下のように表される。
【０２５０】
（負極） Ｆｅ＋２ＯＨ-→Ｆｅ（ＯＨ）2＋２ｅ-
（正極） ＭｎＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→ＭｎＯＯＨ＋ＯＨ-
図４５はアルカリ一次電池の概略構成を示すためのみのものであり、円筒型や積層形など様々な構造のものを採用することができる。
（第２実施形態）
図４６は、第四の発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の概略構成図である。図４５と共通する構成については同一の番号を付して説明を省略する。図４５と異なる点は、図４６においては、正極の粉体活物質としては、水酸化ニッケルと炭素の粉体混合物が用いられていることと、流動化流体分散手段３９９、４００を有することである。また、負荷手段３９８に代えて、負荷手段（放電の場合）または発電手段（充電の場合）４０１が設置されている。
【０２５１】
負極セル３９２および正極セル３９３内の粉体どうしあるいは粉体と集電器３９６、３９７との接触効率を高めるために、流動化流体分散手段３９９、４００より各セル３９２、３９３内に気体または液体が供給される。流動化流体分散手段３９９、４００の代わりに、あるいは流動化流体分散手段３９９、４００とともに、各セル３９２、３９３内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けて粉体を流動化させることもできる。
【０２５２】
次に、第四の発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の充電と放電の中で、放電反応はアルカリ一次電池の場合について説明したのと同じであるから、説明を省略し、充電反応について以下に説明する。
【０２５３】
電池が発電手段４０１と接続されると、発電手段４０１から放出された電子は負極集電器３９６に到達し、この電子は負極集電器３９６より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質内を移動しつつ反応する。負極の粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター３９１を通過して正極セル３９３に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は粉体を介して、あるいは、直接正極集電器３９７に移動して発電手段４０１に供給される。以上のようなサイクルが繰り返される。
【０２５４】
以上の放電反応と充電反応を、負極側と正極側および電池全体に分けて化学式で示すと、以下のように表される。
【０２５５】
【化２】
【０２５６】
上式において、右方向の矢印は放電反応を示し、左方向の矢印は充電反応を示す。
【０２５７】
図４６はアルカリ二次電池の概略構成を示すためのみのものであり、円筒型や積層形など様々な構造のものを採用することができる。
（放電曲線）
次に、第四の発明のアルカリ二次電池（公称容量が３Ａｈであるもの）の放電曲線の一例を図４７に示す。図４７の縦軸は端子電圧（Ｖ）を示し、横軸は放電容量（Ａｈ）を示す。このアルカリ二次電池は、負極活物質として炭化鉄（含有鉄分の約３０原子％が炭化鉄であるもの）の粉体を用い、正極活物質として水酸化ニッケルと炭素の混合物の粉体を用いた。この場合、流動化流体分散手段３９９、４００によりセル内に窒素を導入した。図４７に明らかなように、放電電圧の急激な低下傾向は見られず、良好な放電特性を示している。
５．第五の発明の実施の形態
図４８は、第五の発明の第１実施形態による地域分散型発電方法を実施する装置の概略構成を示している。図４８において、自動車４１１は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンなどのエンジン４１２とともに、発電機４１３、電力貯蔵用の移動源電池（バッテリー）４１４、電動機（モータ）４１５を備えている。自動車４１１は、エンジン４１２を使用して発電機４１３を作動させ電力を発生させて、この電力を移動源電池４１４に貯蔵する。自動車４１１は、本来の目的である走行時には、エンジン４１２及び電池４１４からの電力で駆動する電動機４１５により、また、走行負荷が少ないとき等は電動機４１５のみによって動くようになっている。
【０２５８】
上記のような構成の自動車等を停車時に家庭用、事務所用の固定発電システムとして流用するのが、第五の発明の方法及び装置である。なお、エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置の代わりに、燃料電池により発電を行う装置を搭載した自動車等を用いることもできる。また、自動四輪車だけでなく、同様の機能を備えたものであれば、自動二輪車、自動三輪車、船舶等を利用することも可能である。
【０２５９】
図４８に示すように、自動車４１１を住居４１６の車庫などに停車させている時、コネクタ４１７によって、住居４１６に設置された固定電池（バッテリー）４１８と自動車４１１に搭載された移動源電池４１４とを接続することにより、エンジン４１２で発電機４１３を回して発電した電力を固定電池４１８に供給し充電することができる。固定電池４１８からの電力はインバータ４１９によって交流に変換し電圧を調整して負荷４２０にて使用することができる。なお、図示していないが、商用電源は、インバータ４１９から各負荷４２０に至る間に接続される。また、固定電池４１８から直流用の負荷に直接接続して使用することも可能である。
【０２６０】
移動源電池４１４の電池容量が減少した場合には、エンジン４１２を稼働させ発電機４１３を回して充電する。このとき、エンジン排気音を下げるために、自動車４１１の排気筒に外付け消音器を取り付けても良い。
【０２６１】
また、図４８に示すように、住居４１６に風力発電設備や太陽光発電設備が設置されている場合、すなわち、風力発電機４２１や太陽電池４２２によって発電した電力が固定電池４１８に供給される場合には、移動源電池４１４からの電力と併せて負荷４２０にて使用することができる。風力発電設備、太陽光発電設備を単独で又は組み合わせて住居に設置する場合は、大容量のバッテリー（電池）が必要になり、設備費が高くなっていたが、自動車等に搭載されたバッテリー（電池）から電力を供給することにより、住居に設置するバッテリー（固定電池４１８）は小型のもので良くなり、設備費が大幅に削減される。
【０２６２】
また、移動源電池４１４の電池容量が少なく、かつ、負荷４２０による電力消費量よりも風力発電機４２１や太陽電池４２２による発電量が多い場合は、固定電池４１８に貯蔵された電力で移動源電池４１４を充電することができる。
【０２６３】
本実施の形態では、住居４１６に風力発電設備や太陽光発電設備を設置した場合を説明したが、風力や太陽光の利用はオプションであり、風力発電機４２１、太陽電池４２２及び固定電池４１８を設けない構成とすることも勿論可熊である。すなわち、最低限、インバータ４１９を設置すればよく、コネクタ４１７によってインバータ４１９と移動源電池４１４とを接続することにより、自動車の電力を家庭用に使用することができる。
【０２６４】
また、本実施の形態では、電力の系統のみを説明しているが、自動車等のエアコンやラジエータ等で発生する熱エネルギーを家庭用に使用してコージェネレーションを行うことができる。例えば、自動車等のエアコンやラジエータ等からの温風、冷風などを、ダクトを介して住居に供給し家庭用の空調に利用することができる。なお、コージェネレーションではないが、自動車等のエアコンやラジエータ等で発生する熱エネルギーを、テントや別荘などの外出先で利用することも可能である。
【０２６５】
上述したように、従来の家庭用コージェネレーション設備はコストが高く、長時間使用しないと採算が取れず、太陽光発電においては、設備費の半額を国家負担として補肋することにしたが、それでも経済的に成立せず、多額の予算が余るという結果になった。そこで、従来のコージェネレーション設備を単独で設置するのを止めて、本来は移動、輸送手段として成立している自動車等から発生する電力エネルギーを家庭用に使用することによって、家庭用設備費を大幅に削減し、分散型発電を進めることができる。
【０２６６】
エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置、又は燃料電池により発電を行う装置とともに、電力貯蔵用の電池を搭載した自動車等においては、電池での電力量が数十ｋＷhrであり、丁度一件の家で消費する電力を賄うことができる。また、外出には自動車を使うことが多く、移動用と固定用の使い分け、つまり、移動時と停車中の電力供給とは時間的にすみ分けが可能である。
【０２６７】
例えば、３００万円の自家発電設備を購入するのは、電力の購買価格との差から経済的に成立しないが、３００万円の自動車であれば、発電設備としてだけではなく、本来の目的である移動、輸送手段として使用できるので経済的に成立することになる。
【０２６８】
移動源電池４１４と固定電池４１８は、例えば、図１〜図１２に示すように、正極側および負極側の活物質を粉体とする三次元構造の電池とすることができる。このように、三次元構造の電池であれば、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、例えば、第一の発明の第７実施形態による図１０の再生機２７で劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるという効果があるので好ましい。
【０２６９】
なお、本実施の形態は、家庭用について説明したが、事務所用の場合も同様である。
【産業上の利用可能性】
【０２７０】
本発明は以上説明したように構成されているので、活物質を粉体にして構成した大電力の貯蔵が可能な三次元構造の電池及びその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池、ならびに自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車、船舶等の移動・輸送手段の動力を利用した地域分散型発電装置として適している。
【図面の簡単な説明】
【０２７１】
【図１】図１（ａ）は、第一の発明の第１実施形態による電池を示す概略断面構成図であり、図１（ｂ）は第一の発明の電池の放電曲線の一例を示す図である。
【図２】第一の発明の第２実施形態による電池を示す概略断面構成図である。
【図３】第一の発明の第３実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。
【図４】第一の発明の第３実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。
【０２７２】
【図５】第一の発明の第４実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。
【図６】第一の発明の第４実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。
【０２７３】
【図７】第一の発明の第５実施形態による電池を示す概略断面構成図である。
【図８】第一の発明の第６実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。
【図９】第一の発明の第６実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。
【０２７４】
【図１０】第一の発明の第７実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。
【図１１】第一の発明の第７実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。
【図１２】第一の発明の第８実施形態による電池を示す概略断面構成図である。
【図１３】図１３（ａ）は第二の発明の積層型三次元電池の実証試験器の一例を示す斜視図、図１３（ｂ）は同電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１４】図１３の積層型三次元電池の実証試験器の組立前（分解状態）の主要部品の一部を示す斜視図である。
【図１５】第二の発明の第２実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１６】第二の発明の第３実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１７】第二の発明の第４実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１８】第二の発明の第５実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１９】第二の発明の第６実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図２０】内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するドアの縦断面図である。
【図２１】内部空間に充放電の可能な三次元電池を有する橋脚の縦断面図である。
【図２２】内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するダムの斜視図である。
【図２３】電力貯蔵器としてのラジエーターの概略構成図である。
【図２４】天井部分に充放電の可能な三次元電池を有する家屋の縦断面図である。
【図２５】内面側に充放電の可能な三次元電池を有するボンネットの一部を示す断面図である。
【図２６】充放電の可能な三次元電池を形成する地表面付近の断面図である。
【図２７】側部に充放電の可能な三次元電池を有する食器の縦断面図である。
【図２８】充放電の可能な三次元電池を有する住宅の床の断面図である。
【図２９】充放電の可能な三次元電池を搭載したトレーラーの側面図である。
【図３０】図３０（ａ）はケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図であり、図３０（ｂ）は台座に充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図である。
【図３１】ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだターボエンジンの縦断面図である。
【図３２】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ二重構造船の一部を示す斜視図である。
【図３３】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ船の長手方向の一部の縦断面図である。
【図３４】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ飛行機の翼の断面図である。
【図３５】充放電の可能な三次元電池を組み込んだロードローラーのタイヤの断面図である。
【図３６】電車の車体底部に設置する充放電の可能な三次元電池の概略構成図である。
【図３７】図３７（ａ）は充放電の可能な三次元電池を有する電気機関車の断面図であり、図３７（ｂ）はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池を介して電動機を駆動する機構の一実施例の概略構成図である。
【図３８】図３８（ａ）は電源車を牽引する電気機関車の断面図であり、図３８（ｂ）はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池に至る電力貯蔵システムの一実施例の概略構成図である。
【図３９】充放電の可能な三次元電池を有する低騒音電車の断面図である。
【図４０】図４０（ａ）は現状の送電線の断面図、図４０（ｂ）は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線の断面図、図４０（ｃ）は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線から末端機器に電力を供給する一実施例の概略フロー図である。
【図４１】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電柱の断面図である。
【図４２】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電池の断面図である。
【図４３】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ懐中電灯の断面図である。
【図４４】図４４（ａ）は地表面付近に形成した充放電の可能な三次元電池の縦断面図、図４４（ｂ）はレールガンによる金属弾丸発射装置の一実施例の概略構成図である。
【図４５】第四の発明の第１実施形態に係るアルカリ一次電池の概略構成図である。
【図４６】第四の発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の概略構成図である。
【図４７】第四の発明のアルカリ二次電池の放電曲線の一例を示す図である。
【図４８】第五の発明の第１実施形態による地域分散型発電方法を実施する装置を示す系統的概略構成説明図である。
【図４９】従来の一般的な膜構造の電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図５０】従来の一般的な膜構造の長尺タイプの電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図５１】従来の一般的な膜構造の電池を並列的に接続した状態を概念的に示す中央縦断面図である。
【図５２】従来の一般的な膜構造の電池を直列に接続した状態を概念的に示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
【０２７５】
１、４３、９６、１０４、１１４、１２３、１３５、１４３、１５５、１６３、１７５、２０５、２１１、２２５、２３２、２４４、２５４、２６４、２７４、３２６、３４５、３５３、３６５、３７５、３９１ イオン透過性セパレーター
２、５５、３９２ 負極セル
３、５４、３９３ 正極セル
４、９８、１０６、１１６、１２５、１３９、１４５、１５７、１６５、１７７、２０８、２１４、２２８、２３５、２４６、２５６，２６６、２７６、３２８、３４７、３５５、３６７、３７７、３９４ 負極の粉体活物質および電解質溶液
５、９７、１０５、１１５、１２４、１３７、１４４、１５６、１６４、１７６、２０７、２１３、２２７、２３４、２４５、２５５，２６５、２７５、３２７、３４６、３５４、３６６、３７６、３９５ 正極の粉体活物質および電解質溶液
６、３９６ 負極集電器
７、３９７ 正極集電器
８ 負荷手段又は発電手段
９、３９９、４００ 流動化流体分散手段
１０ 電解液界面
１１ 板状負極集電器
１２ 板状正極集電器
１３ 管状負極集電器
１４ 管状正極集電器
１５ 負極集電器兼分散器
１６ 正極集電器兼分散器
１７ 負極集電器兼撹拌機
１８ 正極集電器兼撹拌機
１９ 流動化流体分散器
２０ 水素吸蔵合金粉及び電解質溶液
２１ 水酸化ニッケル粉及び電解質溶液
２２ 負極集電器兼伝熱管
２３ 正極集電器兼伝熱管
２４ 負極集電器兼伝熱板
２５ 正極集電器兼伝熱板
２６ 分離機
２７ 再生機
２８ 混合機
２９ メークアップ用粉体ホッパー
３０ 反応器
３１ 燃料供給管
４１、４１−１〜４１−５ 積層型三次元電池
４２ セル部材
４５、９４、１０３、１１３、１３４、１４２、１５４、１５６、１７４、２４３、２５３、２６３、２７３、３２５、３４４、３７４ 集電部材
４６、１１１、１２６、１３６、１５２、２０４、２１０、２２４、２３１、２４１、２５１、２６１、２７１、３２３、３５１、３６３ 正極集電体
４７、１１２、１２７、１３８、１５３、２０６、２１２、２２６、２３３、２４２、２５２、２６２、２７２、３２４、３５２、３６４ 負極集電体
４８ パッキン
４９ ボルト
５６ 単位電池
５７、３９８ 負荷手段
５８ 充電器
５９、６０、６１ 撹拌手段
ｎ、ｈ、Ａ、Ｂ 粉体（活物質）
ｋ、ｒ 電解質溶液
７１、７２ ブロワー
８１、８２、８３ スタッド
９１ ドアハウジング
９２ 正極端子
９３ 負極端子
１０１ 橋脚ブロック
１２１ ラジエーター本体
１３１ 屋根
１４１ ボンネット
１５１ アスファルト舗装
１６２ 食器本体
１６６ 発熱素子（または冷却素子）
１７１ 床
１７２、３４２、３７２、３８０ 正極
１７３、３４３、３７３、３８１ 負極
１８２ 正極セル内熱交換器
１８５ 負極セル内熱交換器
１９２ トレーラー
２８２ エンジン発電器
２８３、２９３、３７８ 三次元電池
２８４、２９５ 電動機
２９２ 発電器
３０１ 電気機関車
３０２ 電源車
３１１ パンタグラフ
３２１、３２２ 送電線
３３２ 三次元電池を内蔵した送電線
３４１ 地表面
３５６ フィラメント
３５７ フィラメント端子
３５８ 電池正極端子
３６１ 電球
３７９ 金属弾丸
３９８ 負荷手段
４０１ 発電手段
４１１ 自動車
４１２ エンジン
４１３ 発電機
４１４ 移動源電池
４１５ 電動機
４１６ 住居
４１７ コネクタ
４１８ 固定電池
４１９ インバータ
４２０ 負荷
４２１ 風力発電機
４２２ 太陽電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池及びその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに地域分散型発電方法及びその発電装置に関し、さらに詳しくは、活物質を粉体にして構成した大電力の貯蔵が可能な三次元構造の電池およびその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池、ならびに自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車、船舶等の移動・輸送手段の動力を利用した地域分散型発電方法及びその発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は電池に関するものであるが、本発明が解決しようとする課題は従来技術との関係において、次の５つの課題に大別することができる。
【０００３】
すなわち、第一の課題は、板状あるいは円柱状や円筒状などの一定の容積を占める活物質を電解質溶液に浸漬した構造である従来型電池の欠点を改良した電池を提供すること、第二の課題は従来型電池では実質的に不可能である大電力容量の三次元電池を提供すること、第三の課題は第一または第二の課題の解決手段である三次元構造の電池の実用的な用途を提供すること、第四の課題は放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池またはアルカリ二次電池を提供すること、そして、第五の課題は、三次元構造の電池を利用した地域分散型発電方法及びその発電装置を提供することにある。以下、第一〜第五の課題を従来技術との比較において、順次説明する。
１．従来技術と第一の課題
従来、電池は活物質を板状あるいは円柱状や円筒状にして電解質溶液に浸した構造をとってきた。そして、カソードとアノードとの間に板状の電解質板を挟み込み積層構造としている。例えば、特許文献１には、化石燃料の燃焼熱を利用することにより、放電後の電池物質を熱的又は化学的に再生して連続的に発電を行う方法及び装置が開示されている。
【０００４】
ところが、従来の電池には下記のような問題点がある。
（１）スケールアップが不可能である。
【０００５】
電池を流れる電流は膜の面積に比例している。例えば、膜の面積が１ｍ2 で１Ｗの電池があるとすると、これを１００万ｋＷにするには１０億ｍ2 の面積が必要となる。これは正方形にすると約３２ｋｍ四方となり、フランジなどをつくることは現実的に不可能である。また、膜の枚数を増やして対応しても、同様にスケールアップは不可能である。
（２）活物質や触媒の劣化に対応できない。
【０００６】
従来の電池では、活物質や触媒などを電池の構造材に兼用しているので、劣化した場合は電池全体を取り替えるしかないが、現実的には取り替えは不可能で、劣化した電池は廃却されている。
（３）充放電に伴う発熱と吸熱に対応する伝熱体が設置できない。
【０００７】
電池の充放電に伴って発熱、吸熱があり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性から、電池の中に伝熱体を設けて適正な温度に調節する必要がある。しかし、従来の電池は構造が複雑なので、伝熱体は設置されていない。また、電池が小さく、出力に対して電池表面積が小さいので、自然放置により放冷するか又は吸熱する方式である。また、温度ヒューズなどを使って上限温度を設定している例もあるが、温度制御装置は設置されていない。
（４）エネルギー密度が小さい。
【０００８】
従来の電池は、電流が膜の面積に比例している。従って、例えば、膜の面積が１ｍ2 で１Ｗの電池では、１０００ｋＷの電池をつくる場合、膜の面積が１ｍ2 で幅０．１ｍの膜状電池１００万個が必要となって、１０００００ｍ3 の大きさになり、エネルギー密度を大きくすることはできない。
【０００９】
第一の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第一の発明が解決しようとする第一の課題は、活物質を粉体にして容器の中に粉体を入れた電池を構成することにより、スケールアップが可能で、劣化した活物質・触媒の再生や取り替え等に対応でき、電池内に伝熱体を設置することができ、しかも、エネルギー密度を大きくすることができる電池を提供することにある。
２．従来技術と第二の課題
従来、電池は活物質を板状、円柱状あるいは円筒状などの所定形状に定形化して電解質溶液に浸漬した構造からなっており、正極と負極の間に電解質の板を挟み込ませて積層構造としている。つまり、ニッケル水素電池などの積層化は、図４９に示すように、集電体４３１、正極４３２、セパレータ４３３、負極４３４、集電体４３５の順に密着させることにより行われている。この例は、例えば、特許文献２に記載されている。同文献に記載の電池は、水酸化ニッケルを主体とする正極と水素吸蔵合金を主体とする負極と高分子不織布からなるセパレーターとアルカリ水溶液からなる電解液を有する素電池（単位電池）を、複数個直列に接続して金属製の角形容器に収納し、開口部を可逆性べントを有する封口板で密閉した構造の電池である。
【００１０】
上記した構造を含めて従来の電池４３０は膜構造（二次元）からなつており、電池４３０を大容量化する場合には、薄くするために図５０のように延長して巻装したり、図５１のように単位電池４３０を並列に接続するか、あるいは図５２のように多数の単位電池４３０内に複数の電極板４３６を介装し、各電極板４３６に接続した配線４３７を電池の外へ抜き出し、これらの電極を別の単位電池の極性が異なる電極板４３８と繋いで積層構造にすることが一般的である。 しかしながら、図４９〜図５２に示す従来の電池では、下記のような不都合がある。
（１）スケールアップに限界がある。
【００１１】
すなわち、従来の電池は膜構造（二次元）からなり、電池を流れる電流は膜の面積に比例するから、例えばｌｍ2 の面積で１Ｗの電力が生じるとすると、１０ｋＷの電力を発生させるためには（１００×１００）ｍ2 の面積が必要になる。そこで、膜の枚数を増やしたり、膜を拡大して巻いたりすることが考えられるが、いずれの場合にも膨大な大きさになり、実用化が困難である。したがって、結果的に電池を並列に接続しなければならなくなって、全体の構造が複雑になる。
（２）大容量化に伴う製造コストが極めて高い。
【００１２】
すなわち、大容量化を図ろうとすると、膜構造の電池では膜の面積を比例して増大させる必要があり、製造コストが電池容量の増大化に伴い比例してアップする。このため、スケールアップすることによる、製造コスト上のメリットがなくなる。
（３）電池の劣化に対応できない。
【００１３】
すなわち、活物質が電池の構成部材として板状や円柱状などに固定化されているので、劣化した場合には活物質のみを交換できないから、電池全体を交換する必要がある。
（４）電池を直列に接続した際に装置費用や接続部の抵抗エネルギーロスが大きい。すなわち、例えば１個当たり１．６Ｖ〜２．０Ｖの電池を複数個接続して１００Ｖなどの高い電圧を得る場合、電線等で電池間を接続しなければならず、そのための作業費が高くなるだけでなく、接続部を通過する電流による発熱ロスが発生してエネルギーロスを生じる。
【００１４】
第二の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第二の発明が解決しようとする第二の課題は、電池の構造を三次元化することにより、電池容量を増大する場合に電池の容積（セル）を増大することによって対応でき、スケールアップに伴う種々のメリットが生じる積層型の三次元電池を提供することにある。
３．従来技術と第三の課題
一般的に各種機器および装置は、以下の発明の実施の形態で詳細に説明するように、機器または装置内の空間が有効に利用されていないことが多い。
【００１５】
そこで、第三の発明が解決しようとする第三の課題は、第一または第二の発明に係る三次元構造の電池を各種の機器または装置の一部として構成する、三次元電池の実用的で有効な用途を提供することにある。
４．従来技術と第四の課題
実用電池は、充放電の繰り返しができない一次電池、充放電の繰り返しができる二次電池、物理電池（例えば、太陽電池）および生物電池（例えば、酵素電池）からなる特殊電池、ならびに燃料電池に大別できる。
【００１６】
第四の課題は、これら実用電池の中のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池の欠点を改善することにある。
【００１７】
電池は、３つの主要な構成要素である負極、正極および電解質からなる。そして、放電時において、負極においては、電気化学反応により外部回路に電子を放出し、それ自身は酸化され、正極においては、電気化学反応により外部回路から電子を受け入れ、それ自身は還元され、電解質はイオン伝導性のものであり、電気化学反応時の負極と正極間のイオン移動媒体となる。このように、放電時には負極で酸化反応が起こり、正極で還元反応が起こるので、負極材料としては、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛、鉛などの還元物（非酸化物）が使用され、正極材料としては酸化物が使用されている。
【００１８】
例えば、アルカリ一次電池の中のアルカリマンガン電池は、正極活物質として二酸化マンガンと炭素を用い、負極活物質として亜鉛を用い、電解液として、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム溶液を用いるものが一般的である。このアルカリマンガン電池によれば、以下のように反応が進行する。
（負極） Ｚｎ＋４ＯＨ-→Ｚｎ（ＯＨ）42-＋２ｅ-
（正極） ＭｎＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→ＭｎＯＯＨ＋ＯＨ-
また、代表的なアルカリ二次電池である、ニッケル−カドミウム蓄電地は、正極活物質として水酸化ニッケルと炭素を用い、負極活物質としてカドミウムを用い、電解液として水酸化カリウム溶液を用いるものが一般的である。このニッケル−カドミウム蓄電地によれば、以下のように反応が進行する。
【００１９】
【化１】
【００２０】
上式の中で、右方向の矢示は放電反応を示し、左方向の矢示は充電反応を示す。上式で明らかなように、負極における放電反応によって、水酸化亜鉛や水酸化カドミウムなどの水酸化物が生成する。電極に要求される機能としては、一定の機械的強度や使用電位領域における耐食性を備えることも重要であるが、特に重要な機能は導電性が優れていることである。
【００２１】
しかし、金属酸化物や金属水酸化物は一般的に比抵抗が大きく、導電性が劣るので、従来より、金属酸化物を活物質とする正極材料には、炭素、亜鉛、コバルトなどの導電性材料を導電助剤として混合したものが使用されていた。しかし、負極活物質には、酸化反応を促進するために金属単体が用いられていたので、放電によってその金属が金属酸化物や金属水酸化物に化学変化することで導電性が低下する。そこで、導電性を高めるために、負極活物質である亜鉛等の金属に炭素粉、ニッケル粉またはコバルト粉などの導電性物質を混合したペレット状物を用いるか、または、亜鉛等の金属からなる負極集電体に上記導電性物質を圧着したものを用いることが提案されている。
【００２２】
しかし、圧着処理やペレット状物を得るための造粒処理は煩雑であり、製造コストを上昇させる。
【００２３】
第四の発明は上述の点に鑑みなされたもので、第四の発明が解決しようとする第四の課題は、放電が進行しても良好な放電特性を示し（放電電圧が低下しにくい）、長寿命である低コストのアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池を提供することにある。
５．従来技術と第五の課題
従来の地域分散型発電システムは、発電によって副次的に発生する熱エネルギーを使用して温風や冷風、温水、蒸気を発生させ、蒸気エネルギーと熱エネルギーを供給する固定型のコージェネレーションシステムである。また、このような地域分散型コージェネレーション設備には、太陽光発電、風力発電等が利用されている。
【００２４】
また、従来の技術としては、家屋に設置された太陽電池を利用して、電気自動車のバッテリーを充電することが知られている。
【００２５】
また、特許文献３には、商用電源と系統連系運転される燃料電池発電システムにより電気自動車のバッテリーを充電する技術が開示されている。
【００２６】
地域分散型コージェネレーションシステムを普及させるためには、各家庭や事務所に発電設備を設置する必要がある。しかし、発電設備は高価であり、家庭用等として購入した場合、電力の購買価格との差により経済効果を得るためには長い年月を必要とする。このように、家庭用、事務所用に発電設備を設置するのは設備費が高く、長時間使用しないと採算が取れず、地域分散型コージェネレーションシステムの普及を困難にしている。例えば、太陽光発電においては、設備費の半額を国家負担として普及を促そうとしたが、それでも経済的に成立せず、多額の予算が余るという結果になった。
【００２７】
第五の発明は上述の諸点に鑑みなされたもので、第五の発明が解決しようとする第五の課題は、家庭用、事務所用に固定型の発電設備のみを設置するのを止めて、本来は移動、輸送手段として利用される自動車等に設けられた発電システムを家庭用、事務所用にも利用することにより、輸送設備と自家発電設備を共通の設備にすることによって設備費を大幅に削減することができ、家庭や事務所に発電設備がなくてもコージェネレーションを行うことが可能となる地域分散型発電方法及びその発電装置を提供することにある。
【００２８】
なお、太陽光発電等の固定型発電設備を自動車等の移動・輸送手段の充電に利用するという技術は公知であるが、自動車等の移動・輸送手段で発生させた電力を家庭用等の固定型発電設備で利用するという技術は見あたらない。
【特許文献１】特開平７−１６９５１３号公報
【特許文献２】特開平９−２９８０６７号公報
【特許文献３】特開平６ー２２５４０６号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２９】
１．第一の発明
第一の課題を解決するための第一の発明の電池は、イオンが通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器内に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置が設けられてなる構成とされている（図１参照）。
【００３０】
第一の発明の電池において、後記するように、活物質である粉体同士及び活物質の粉体と導電装置とが効率よく接触するように、２つの容器内で電解質溶液中の活物質の紛体を流動化させるための液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、２つの容器に接続するか、又は２つの容器内に設けることが好ましい（図２〜図１２参照）。
【００３１】
第一の発明の電池において、活物質である粉体と接触する集電装置を、棒状、板状及び管状のいずれかの形状とすることができる（図１〜図４参照）。
【００３２】
また、第一の発明の電池において、活物質である粉体と接触する集電装置を、容器内の活物質である粉体を流動化させる液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段と兼用のものとすることができる（図５、図６参照）。
【００３３】
また、これらの第一の発明の電池において、後記するように、２つの容器内に、電池内の反応温度をー定にするための伝熱体を設けることが好ましい。伝熱体としては、活物質である粉体と接触する管状の集電体及び板状の集電体のいずれかを用いることができる（図８、図９参照）。
【００３４】
また、これらの第一の発明の電池において、後記するように、２つの容器にそれぞれ、劣化した活物質である粉体を容器から抜き出すための抜出手段及び活物質である粉体を容器に供給するための供給手段を接続することが好ましい（図１０、図１１参照）。
【００３５】
この場合、抜出手段に、抜き出した活物質である粉体を再生する再生手段及び活物質である粉体の補充を行うメークアップ手段の少なくともいずれかの手段を接続し、再生されるか、又は新しく取り替えられた活物質の粉体が供給手段から容器内に供給されるようにすることができる（図１０参照）。
【００３６】
また、抜出手段に、抜き出した活物質である粉体を熱反応又は化学反応によって充電状態の粉体に変化させる反応手段を接続し、充電状態となった活物質の粉体が供給手段から容器内に供給されるようにすることができる（図１１参照）。
【００３７】
また、これらの第一の発明の電池において、負極側の活物質である粉体を水素吸蔵合金の粉体とし、正極側の活物貿である粉体を水酸化ニッケルの粉体とすることができる（図７参照）。
【００３８】
また、これらの第一の発明の電池において、負極側の活物質である粉体を水素吸蔵合金の粉体とし、負極側の流動化流体分散手段に導入される気体を水素とし、正極側の活物質である粉体を水酸化ニッケルの粉体とし、正極側の流動化流体分散手段に導入される気体を酸素又は空気とすることができる（図１２参照）。
【００３９】
第一の発明の電池によれば、活物質粉体を流動化しなくても、あるいは活物質粉体を流動化する設備がなくても、従来の電池より優れた充放電特性を備えており、その特有の効果については後記する発明の実施の形態において詳細に説明するが、改良点のポイントは下記の通りである。
（１）スケールアップが可能である。
【００４０】
電池を流れる電流は反応物質の表面積に比例している。そこで、活物質を粉体にして電池をつくると、容器の中に粉体を入れた電池が構成される。すなわち、活物質を粉体にして電池をつくると、電池構造は３次元的となり、例えば、１リットルで１Ｗの電池ならば、ｌｍ立方にすれは１ｋＷ、１０ｍ立方にすれば１０００ｋＷ、１００ｍ立方にすれば１００万ｋＷの電池となり、スケールアップが可能となる。
【００４１】
また、活物質を粉体にして電池をつくると、スケールメリットが発揮される。例えば、従来の電池が１ｋＷで１０万円とすれば、１００万ｋＷとするには１００万個が必要となり１０００億円になるが、本発明の電池では、スケールメリット、すなわち、スケールが大きくなると製作単価が減少する効果が発揮され、１億円程度で作ることができる。
（２）劣化した活物質・触媒の再生や取替え等が可能である。
【００４２】
活物質と触媒の粉体が劣化した場合は抜き出し、再生するか、新しい活物質と触媒に取り替えるか、又は熱反応や化学反応で充電状態に戻して、再び供給する構造とする。例えば、活物質と触媒の粉体を容器から管によって電解液とともにスラリーとして抜き出し、粉体を電解液と分離して、再生又は新品の追加等を行って再び電解液と混合し、スラリーにしてスラリーポンプで電池に供給する。
【００４３】
例えば、従来の電池は、小型のもので約５００回の放充電が可能で、大型のもので連続８０００時間程度の作動時間であったが、活物質と触媒の循環再生やメークアップ等によって、常に活物質と触媒が最高の状態に保たれるので、電池の寿命は電池設備の寿命となって、電池の寿命を約５０倍から約１００倍に延ばす効果がある。
（３）電池内に伝熱体が設置できる。
【００４４】
活物質と触媒を粉体にして電解質溶液中に懸濁させるという簡単な構造であって、この中に伝熱体を設置しやすく、電池内に設置した伝熱体を経て伝達される熱によって電池内の反応温度を一定にすることができるようになり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性に対応して、電池内の温度を適正な温度に調節することができるようになる。また、伝熱体を経て回収した熱及び冷熱を冷暖房や発電に利用することができることになり、エネルギー発電効率、エネルギー利用率が増加する劾果がある。
（４）エネルギー密度を大きくすることができる。
【００４５】
電池を流れる電流は反応物質の表面積に比例している。そこで、活物質を粉体にして電池を作る。活物質を粉体にして電池を作ると表面積が増えて、例えば、１ｍ3 の粉体で約３０００００ｍ2 の表面積になってエネルギー密度が大きくなる。また、例えば、従来の電池が膜の面積１ｍ2 で１Ｗであれば、３０００ｋＷの電池をつくる場合、面積１ｍ2 で幅０．１ｍの膜状電池３００万個が必要となって、３０００００ｍ3 の大きさになる。本発明の電池では、これと同じ出力の電池が粒子径１μｍの粉体を使用すれは約１０ｍ3 の大きさになり、エネルギー密度が３００００倍になって、エネルギー密度を飛躍的に大きくする効果がある。
２．第二の発明
第二の課題を解決するための第二の発明の三次元電池は、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された一対のセル（容器）のうち、ー方のセル（容器）に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体を装填し、他方のセル（容器）に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体を装填してなる単位電池の複数組を、前記セル間の隔壁を兼用し且つ前記粉体に接触する導電性の集電部材を介在させて直列に一体に連結し、両端のセルに粉体と接触し且つ正極電極又は負極電極を兼用した集電体を設けて積層型三次元電池を構成したことを特徴としている。
【００４６】
上記の構成を有する第二の発明の三次元電池によれば、電池の容量（電力量）の増大は一対の各セルの容積を増やすことによって対応できる。つまり、１リットルの容積で１Ｗの電力を発生するとすれば、容積をｌｍ3 に増やすことでｌｋＷの電力が得られ、１０ｍ3 に増やすことで１０ｋＷの電力が得られる。このため、スケールアップによる製造コスト上のメリットが発揮される。すなわち、従来の電池が１０Ｗで１万円とすれば、１０ｋＷでは１０００万円になるが、本発明の電池はスケールアップをすればするほど、製造単価が減少するので、約１／１０の１００万円程度で製造できるようになる。
【００４７】
一方、電圧は一対のセルに充填される活物質の粉体（従来の一般的な電極に相当）の種類（材料）によって決定され、例えば金属鉛粉と酸化鉛粉を用いる場合には２．４Ｖ前後の電圧になるから、１２Ｖ以上の電圧が必要な場合には単位電池を５個〜６個直列に連結する必要がある。しかし、第二の発明によれば、中間に位置する（両端を除く）単位電池は両極とも集電部材の材質を共通にでき、しかも従来の電池とは違って正極や負極の電極を設ける必要がないから、一対のセル（単位電池）間の隔壁を導電性の集電部材で構成することによって電気的に且つ構造的に直列に連結することができる。また、隔壁は厚みをかなり薄く（例えば、０．５ｍｍに）し、面積は広く（例えば、１２７ｍｍ×１２７ｍｍに）することができ、しかも電流は隔壁の厚み方向に流れるので、大電流がほとんど抵抗なく流れ、電力ロスが極めて少ない。さらに２組の単位電池を隔壁を介して直接に連結（直結）できるので、複数組の単位電池を直列にかつ積層状に連結し、電池全体の容積を最小限に抑えて小型化を図ることができる。
【００４８】
さらに、第二の発明の三次元電池では、活物質の粉体が膜構造の従来の電池の膜（電池本体）の作用をし、電池を流れる電流は活物質の表面積に比例することになるが、それらの粉体は電解質溶液中に混入されており、電池ケーシング内のほとんどの容積を占めるので、エネルギー密度が極めて大きくなる。また、活物質の粉体は電解質溶液（鉛電池では希硫酸）に投入して混合して使用しているため、劣化した場合には電解質溶液と分離あるいは電解質溶液とともに粉体を交換することにより再生化を図ることができ、電池の寿命が大幅に（ほぼ５０倍から１００倍に）延びる。
【００４９】
第二の発明の三次元電池において、大きな出力が必要な場合には、前記各セルに電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための攪拌手段を設けることが望ましい。攪拌手段には、セル内に攪拌羽根を備えた回転軸を回動自在に配装し、モーター等の駆動装置によって機械的に攪拌する手段か、電解質溶液中に液体又は気体をポンプあるいはブロワーなどにより供給し、あるいは循環させることにより、電解質溶液中の粉体を分散させ、かつ流動化させる手段がある。この三次元電池によれば、攪拌手段によって電解質溶液中の粉体を攪拌することにより、電界質溶液中で拡散され、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電部材あるいは集電体との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が高まるとともに電解質溶液中のイオン拡散速度が大きくなるので、大きな電流が流れ、大きな出力を引き出せる。また、この構成によって各セル間の距離（直列方向の間隔）を拡大でき、電池の容量を増大できる。
【００５０】
また、第二の発明の三次元電池において、前記集電部材又は前記集電体から各セル内に向けて導電性のスタッドを一体に突設することができる。この三次元電池によれば、集電部材あるいは集電体と粉体との間の接触面積が大幅に増大し、接触抵抗が低減するので、各セル間の距離（直列方向の間隔）を拡大でき、電池の容量を大幅に増大できる。
【００５１】
さらに、第二の発明の三次元電池において、電池から送られる送電量を低下させるために前記粉体の流動化を停止させる機能を、前記攪拌手段に付加することが望ましい。この三次元電池のように、粉体の攪拌手段に粉体の流動化を停止させる機能を付加することによって、粉体の流動化を任意に停止でき、その結果、電池からの送電量を減少させることができる。
【００５２】
そして、第二の発明の三次元電池において、電子を放出する活物質が、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛または鉛のいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。さらに、第二の発明の三次元電池において、電子を吸収する活物質が、オキシ水酸化ニッケル、二酸化鉛または二酸化マンガンでのいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。
３．第三の発明
第三の課題を解決するための第三の発明の機器または装置は、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を構造の一部として有する機器または装置であって、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えていることを特徴としている。
【００５３】
第三の発明を適用できる機器または装置としては、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体、三次元電池に貯蔵され電力を他の設備に供給する電力搬送手段、三次元電池に貯蔵された電力を熱エネルギー、運動エネルギーまたは光エネルギーに変換する設備を挙げることができる。これらの機器または装置の具体的な例については、後述する発明の実施の形態において詳細に説明する。
【００５４】
また、第三の発明の機器または装置には、２つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体または気体による流動化流体分散手段および攪拌手段の少なくともいずれかの手段が、２つの容器に接続されるか、又は２つの容器内に設けられてなることが好ましい。流動化流体分散手段または攪拌手段を有すれば、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、活物質粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が向上するとともに電解質溶液中のイオンの拡散速度が大きくなり、大電流が流れ、大電力を貯蔵することができるようになるからである。
【００５５】
また、第三の発明において、電子を放出する活物質が、水素吸蔵合金、カドミウム、鉄、亜鉛または鉛のいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。さらに、第三の発明において、電子を吸収する活物質が、オキシ水酸化ニッケル、二酸化鉛または二酸化マンガンでのいずれかであれば、これらの物質は低コストで実用的であるので好ましい。そして、第三の発明において、電解質溶液が水酸化カリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液または希硫酸であれば、これらの溶液は低コストで実用的であるので好ましい。
４．第四の発明
第四の課題を解決するための第四の発明の電池は、正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ一次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ一次電池と、正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ二次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ二次電池よりなる。
【００５６】
第四の発明のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池によれば、炭素は電気の良導体であるから、負極活物質の金属が酸化物や水酸化物に化学変化しても、良好な電気伝導性を確保することができ、放電特性の劣化（放電電圧の低下）を抑制し、しかも、負極活物質として炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いるという簡単な方法であって、高純度炭素等の高価な導電助剤を用いることなく、負極に導電性を付与するための特殊な処理が不要であり、製造コストを低く抑えることができる。
【００５７】
そして、正極の活物質および負極の活物質が、ともに粉体であれば、電池構造は三次元的になってスケールメリット（スケールが大きくなると製作単価が減少する効果）を享受し、劣化した活物質の再生や取り替えが可能になり、電池内に伝熱体を設置できるので、電池特性に対応した操作が可能となってエネルギー発電効率が向上し、また、表面積が増えてエネルギー密度が大きくなるという効果を享受できるので好ましい。
【００５８】
さらに、金属炭化物としては、例えば、炭化鉄を用いるのが好ましい。炭化鉄は、安価な素材であり、本出願人により出願された特開平９−４８６０４号公報に開示されたように、還元ガスを用いて含鉄原料の還元反応の一部を行い、次いで、還元および炭化ガスを用いて残りの還元反応と炭化反応を行う方法により製造すれば、炭化鉄を迅速に且つ経済的に製造することができるので特に好ましい。
５．第五の発明
第五の課題を解決するための第五の発明の地域分散型発電方法は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及びガスタービン等のエンジンのいずれかを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、発生した電力を貯蔵するための電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記した電力を発生させる装置と当該三次元構造の電池を搭載した、エンジンと電池からの電力で駆動する電動機の力によって走行する自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車及び船舶のいずれかの移動・輸送手段が停車又は停船しているときに、移動・輸送手段に搭載された上記三次元構造の電池を住居又は事務所に設置されたインバータに接続して、移動・輸送手段の発電機で発電した電力を住居又は事務所の負荷にて使用し、停車又は停船している移動・輸送手段を家庭用又は事務所用の固定発電設備として利用するように構成されている。
【００５９】
上記の第五の発明の方法において、エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段の代わりに、燃料電池により発電を行う装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段を用いることができる。
【００６０】
また、上記の第五の発明の方法において、住居又は事務所に太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備を設置し、該設備で発生させた電力を貯蔵するための固定電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、該固定電池に停車又は停船している移動・輪送手段に搭載された三次元構造の電池を接続してその固定電池を充電し、該固定電池からの電力をインバータで交流に変換し電圧を調整して住居又は事務所の負荷にて使用することができる。
【００６１】
この場合、太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備で発生させた電力を用いて、停車又は停船している移動・輸送手段の電池を充電することも可能である。
【００６２】
また、これらの第五の発明の方法において、停車又は停船している移動・輸送手段で発生する温熱又は／及び冷熱を住居又は事務所に供給してコージェネレーションを行うことが好ましい。
【００６３】
また、これらの第五の発明の方法において、自動二輪車、自動三輪車及び自動四輪車のいずれかの移動・輸送手段の停車中にエンジンを使用して発電機を作動させ往居又は事務所所に電力を供給する際に、エンジン排気音を下げるために、移動・輸送手段に外付け消音器を取り付けても良い。
【００６４】
そして、これらの第五の発明の方法において、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用するのが好ましい。というのは、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるからである。
【００６５】
第五の課題を解決するための第五の発明の地域分散型発電装置は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及びガスタービン等のエンジンのいずれかを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置と、発生した電力を貯蔵するための電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記した電力を発生させる装置と当該三次元構造の電池を搭載した、エンジンと電池からの電力で駆動する電動機の力によって走行する自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車及び船舶のいずれかの移動・輸送手段と、住居又は事務所の各負荷に交流の電圧調整された電力を供給するための住居又は事務所に設置されたインバータと、停車又は停船中の移動・輸送手段に搭載された上記三次元構造の電池と住居又は事務所に設置されたインバータとを接続するためのコネクタとを備え、移動・輸送手段の発電機で発電した電力が住居又は事務所の負荷にて使用できるようにしたことを特徴としている。
【００６６】
上記の第五の発明の装置においては、移動・輸送手段として、燃料電池により発電を行う装置と、電力を貯蔵するための電池とを搭載した移動・輸送手段を用いることができる。
【００６７】
また、上記の第五の発明の装置において、住居又は事務所に太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備が設置され、該設備で発生した電力を貯蔵するための固定電池として、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用し、上記設備で発生した電力が該固定電池に接続されたインバータを介して負荷にて使用されるようになっており、停車又は停舶中の移動・輸送手段に設載された三次元構造の電池と上記固定電池とがコネクタにより接続され、固定電池に移動・輸送手段の発電機で発電させた電力が供給されるようになった構成とすることができる。
【００６８】
この場合、太陽光発電及び風力発電の少なくともいずれかの設備で発生し電力力が貯蔵された固定電池から、停車又は停船中の移動・輪送手段の電池に電力を供給することも可能である。
【００６９】
また、これらの第五の発明の装置において、停車又は停船中の移動・輸送手段で発生する温熱又は／及び冷熱が住居又は事務所に供給できるように、移動・輸送手段の熱源を住居又は事務所とダクトを介して連通させ、コージェネレーションシステムを構築することが好ましい。
【００７０】
そして、これらの第五の発明の装置において、イオンは通過するが電子を通過させない部材を介して接続された２つの容器の一方の容器に電解質溶液と電子を放出する活物質の粉体が装填され、他方の容器に電解質溶液と電子を吸収する活物質の粉体が装填され、２つの容器に活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる三次元構造の電池を使用するのが好ましい。というのは、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるからである。
【発明の効果】
【００７１】
本発明は上記のように構成されているので、次のような効果を奏する。
１．第一の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）活物質を粉体にして容器の中に粉体を入れた電池を構成することにより、電池構造は３次元的となり、スケールアップが可能になる。また、活物質を粉体にして電池を構成することにより、スケールが大きくなると製作単価が減少することになり、スケールメリットが発揮される。
（２）活物質と触媒の粉体が劣化した場台は抜き出し、再生するか、新しい活物質と触媒に取り替えるか、又は熱反応や化学反応で充電状態に戻して、再び供給する構成とすることにより、常に活物質と触媒が最高の状態に保たれるので、電池の寿命は電池設備の寿命となって、電池寿命を大幅に延ばすことができる。
（３）電池内に伝熱体を設置することができ、電池内に設置した伝熱体によって電池内の反応温度を一定にすることができるようになり、温度が高くなると電力変換効率が低下し、逆に温度が低くなると反応速度が遅くなるという電池特性に対応して電池内の温度を適正に調節することができる。また、回収した熱及び冷熱を冷暖房や発電に利用することができることになり、エネルギー発電効率およびエネルギー利用率が増加する。
（４）活物質を粉体にして電池を構成することにより、反応物質の表面積が増えてエネルギー密度が飛躍的に大きくなる。
（５）活物質である粉体同士及び活物質の粉体と集電装置とが効率よく接触するように、２つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体又は気体による流動化流体分散手段及び攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、２つの容器に接続するか、又は２つの容器内に設ければ、活物質粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、活物質と集電装置または活物質同士の導電性が向上し、電解質溶液中でのイオン拡散速度が高められるので、大電流が流れ、粉体を流動化しない場合に比べてより大きな出力を取り出すことができる。
２．第二の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）電池の容量（電力量）の増大が一対の各セルの容積を増やすことによって対応できるため、スケールアップによる製造コスト上のメリットが発揮される。また、電圧は一対のセルに充填される活物質の粉体の種類（材料）によって決定され、大きな電圧が必要な場合には単位電池を複数個直列に連結する必要があるが、単位電池の両極とも集電部材の材質は共通にでき、しかも従来の電池とは違って正極や負極の電極を構成しないから、一対のセル（単位電池）間の隔壁を導電性の集電部材で構成することにより、電気的に且つ構造的に直列に接続することができ、厚みを薄くできるので、電池全体がコンパクトに仕上がり小型化が可能なうえに、電流は厚み方向に流れるので、大電流がほとんど抵抗なく流れる。 さらに、活物質の粉体は、膜構造の従来の電池の膜（電池本体）の作用をし、電池を流れる電流は活物質の表面積に比例することになるが、粉体は電解質溶液中に混入されており、全粉体の総表面積は従来の膜構造の電池に比べて数千倍から数万倍になるので、エネルギー密度が数千倍から数万倍になるとともに、活物質の粉体は電解質溶液（鉛電池では希硫酸）に投入して混合して使用しているため、劣化した場合には電解質溶液とともに粉体を交換することにより再生化を図ることができ、電池の寿命を大幅に延長できる。
（２）各セルに電解質溶液中に懸濁された粉体を流動化させるための攪拌手段を設ければ、攪拌手段によって電解質溶液中の粉体を攪拌することにより、電極としての粉体が自重により沈降することが防止され、電界質溶液中で拡散され、各粉体間の接触効率が向上するとともに、粉体と集電部材あるいは集電体との接触が良好になって接触抵抗が低下し、電力がアップする。また、各セル間の距離（直列方向の間隔）を拡大でき、電池の容量を増大できる。
（３）集電部材または集電体から各セル内に向けて導電性のスタッドを一体に突設すれば、集電部材あるいは集電体と粉体との間の接触面積が大幅に増大し、接触抵抗が低減するので、各セル間の距離（直列方向の間隔）を拡大でき、電池の容量を大幅に増大できる。
（４）電池から送られる送電量を低下させるために粉体の流動化を停止させる機能を攪拌手段に付加すれば、粉体の流動化を任意に停止でき、これにより電池からの送電量を減少させることができる。
３．第三の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）各種の機器または装置の一部としての三次元電池の実用的で有効な用途を提供することができる。すなわち、当該機器及び装置としての本来の機能に加えて、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を付加することにより、遊休空間を利用して大電力を貯蔵し、しかも、電力貯蔵効率が極めて高くなり、さらに、電池反応に伴う吸放熱を冷暖房や物質の加熱、冷却などに利用することができる。
（２）電解質溶液中の活物質である粉体と接触する導電体の集電装置を設けてなる２つの容器から構成される三次元電池において、２つの容器内で電解質溶液中の活物質の粉体を流動化させるための液体または気体による流動化流体分散手段および攪拌手段の少なくともいずれかの手段を、２つの容器に接続するか、又は２つの容器内に設ければ、活物質粉体と集電装置との接触が良好になって接触抵抗が低下し、導電性が向上するとともに電解質溶液中でのイオン拡散速度が大きくなり、大電流が流れて大電力を貯蔵できるようになる。
（３）さらに、三次元電池に貯蔵された電力を電力搬送手段で搬送して、回転機器の回転動力として、あるいは、移動物体の移動動力として、または光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーとして利用することができる。
４．第四の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）陰極活物質に高純度炭素等の高価な導電助剤を添加することなく、負極に導電性を付与するための特殊な処理が不要であり、放電電圧が低下しにくくて長寿命である低コストのアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池を提供することができる。
（２）正極の活物質および負極の活物質が、ともに粉体であれば、電池構造は三次元的になってスケールメリット（スケールが大きくなると製作単価が減少する効果）を享受し、劣化した活物質の再生や取り替えが可能になり、電池内に伝熱体を設置できるので、電池特性に対応した操作が可能となってエネルギー発電効率が向上し、また、表面積が増えてエネルギー密度が大きくなるという効果を享受できるので好ましい。
（３）炭化金属として炭化鉄は安価であり、負極活物質として特に好ましい。
５．第五の発明によれば、以下のような顕著な効果がある。
（１）本来は移動、輸送手段として利用される自動車等に設けられた発電システムを家庭用、事務所用に利用することにより、設備費を大幅に削減することができ、家庭や事務所に発電設備がなくてもコージェネレーションを行うことが可能となる。
（２）発電設備コストが大幅に低減され経済的に成立するので、地域分散型コージェネレーションシステムを普及させることが可能になる。
（３）地域分散型コージェネレーション設備が廉価になって普及することにより、エネルギーの有効利用が促進されて、経済効果、二酸化炭素発生量削減効果が得られる。
（４）特に、移動手段および輸送手段に搭載する電池と、住居または事務所に固定する電池を、正極側および負極側の活物質を粉体とする三次元構造の電池で構成すれば、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるという効果がある
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
以下、本発明の実施の形熊について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
１．第一の発明の実施の形態
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第一の発明の第１実施形態による電池を示している。図１（ａ）に示すように、セパレーター１を介して負極セル２、正極セル３が設けられ、負極セル２には負極の粉体活物質及び電解質溶液４が充填され、正極セル３には正極の粉体活物質及び電解質溶液５が充填されている。負極と正極の粉体活物質の組み合わせとしては、例えば、水素吸蔵合金と水酸化ニッケル、力ドミウムと水酸化ニッケルの組み合わせ等を用いることができる。水素吸蔵合金の具体例としては、一例として、Ｌａ0.3（Ｃｅ，Ｎｄ）0.15Ｚｒ0.05Ｎｉ3.8Ｃｏ0.8 Ａｌ0.5 等が挙げられる。また、電解質溶液としては、例えば、ＫＯＨ水溶液等が用いられる。なお、セパレーター１は、イオンを通すためのもので、粉体は通過しない膜であり、例えば、素焼、イオン交換樹脂膜、金属繊維等が用いられる。
【００７３】
また、負極セル２、正極セル３の中には、それぞれ導電体からなる負極集電器６、正極集電器７が設けられており、集電器６、７が負荷手段（放電の場合）又は発電手段（充電の場合）８と接続される。なお、１０は電解液界面である。
【００７４】
つぎに、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池が発電手段８と接続されると、発電手段８から放出された電子は負極集電器６に到達し、この電子は負極集電器６より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して正極セル３に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器７に移動して、発電手段８に供給される。
（放電）
電池が負荷手段８と接続されると、負極集電器６は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段８を経て正極集電器７に到達し、この電子は正極集電器７より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して負極セル２に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器６に移動して、負荷手段８に供給される。
【００７５】
図１（ｂ）は、公称容量がともに５Ａｈである本発明に係る電池と、従来の電池の放電曲線を比較して示す図である。図１（ｂ）において、黒丸（●）は本発明に係る電池の放電曲線を示し、白丸（○）は従来の電池の放電曲線を示す。本発明に係る電池は、正極セルに水酸化ニッケル粉と電解質溶液を充填し、陰極セルに水素吸蔵合金粉と電解質溶液を充填した三次元構造の電池（図１（ａ）参照）である。従来の電池は、正極として水酸化ニッケルの板状電極を用い、負極として水素吸蔵合金の板状電極を用い、これらの電極を電解質溶液に浸漬した二次元構造の電池である。図１（ｂ）は、縦軸は端子電圧（Ｖ）を表し、横軸は放電容量（Ａｈ）を表す。放電中の電圧の変化は電解液（本比較実験においては水酸化カリウム溶液）の濃度の変化による濃度分極の影響を受けやすいので、本発明の電池と従来の電池の放電中の電解液の濃度はともに同じになるように調節した。電池を放電する場合において、一定電圧以下にまで放電を継続することは電極の劣化などの点から好ましくないので、放電を終えるべき放電終止電圧が存在する。この放電終止電圧が低いほど長時間の放電が可能である。この点において、本発明に係る電池は、電極活物質が粉体である三次元構造をしているので、粉体を流動化しなくても、板状電極である二次元構造の従来の電池に比べて飛躍的にエネルギー密度が向上し、図１（ｂ）の「●」のように、放電電圧が急激に低下することはない。
【００７６】
一方、従来の電池は、図１（ｂ）の「○」に示すように、約４．５時間で放電電圧が急激に低下している。従って、例えば、放電終止電圧を１．０Ｖとすれば、電池設備の保護の点から、従来の電池では約４時間で放電を終わらなければならないが、本発明の電池では約５時間放電を継続することができる。
（第２実施形態）
図２は、第一の発明の第２実施形態による電池を示している。図２は、粉体どうしの、あるいは粉体と集電器６、７との接触効率を上げるために、気体又は液体による流動化流体分散手段９により各セル２、３内の粉体を流動化（攪拌）させるものである。このように流動化することで、活物質粉体どうしの接触効率が向上するとともに、活物質粉体と集電器との接触が良好になって接触抵抗が低下し、活物質粉体と集電器または活物質粉体どうしの導電性が高まり、電解質溶液中でのイオン拡散速度が大きくなるので、大きな電力が流れ、粉体を流動化させない場合に比べてより大きな出力を取り出すことが可能である。
【００７７】
流動化流体分散手段９の代わりに、あるいは流動化流体分散手段９とともに、各セル２、３内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けて粉体を流動化（攪拌）することもできる。なお、図２では図示を簡略化しているが、流動化流体分散手段９としては、気体又は液体をセル内水平断面において均一に分散する分散板やスプレーノズル等の装置を用いることができる。また、流動化流体分散手段９に導入される気体（又は液体）としては、例えは、窒素、アルゴン（または水酸化カリウム水溶液等の電解液）等が用いられる。気体により粉体を流動化させる場合、流動化流体分散手段９に導入された気体は、各セル２、３の上部から抜き出される。また、液体により粉体を流動化させる場合、流動化流体分散手段９に導入された液体は、各セル２、３の底部から抜き出される。
【００７８】
流動化手段が付加された点を除いて、他の構成及び作用は、第１実施形態の場合と同様である。
（第３実施形態）
図３、図４は、第一の発明の第３実施形態による電池を示している。図３は、集電器と活物質の粉体との接触効率を良くするために、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、板状負極集電器１１、板状正極集電器１２として接触面積を大きくしたものである。また、図４は、集電器と活物質の粉体との接触効率を良くするために、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、管状負極集電器１３、管状正極集電器１４として接触面積を大きくしたものである。なお、集電器の表面積が大きくなる構成であれば、板状及び管状以外の形状を採用することも可能である。
【００７９】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。
（第４実施形態）
図５、図６は、第一の発明の第４実施形態による電池を示している。図５は、負極集電器及び正極集電器を、それそれ、液体又は気体による流動化流体分散器としたものである。また、図６は、負極集電器及び正極集電器を、それぞれ、モー夕等（図示略）により回転駆動される攪拌機としたものである。
【００８０】
図５に示すように、負極集電器兼分散器１５、正極集電器兼分散器１６は、気体又は液体を各セル２、３内水平断面において均一に分散する分散板やスプレーノズル等の装置である。なお、各セル２、３内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けることも可能である。
【００８１】
また、図６に示すように、負極集電器兼攪拌機１７、正極集電器兼攪拌機１８は、活物質の粉体を攪拌（流動化）するとともに粉体と直流的に接触する機能を兼ねている。負極集電器兼攪拌機１７、正極集電器兼攪拌機１８としては、モータ等（図示略）により回転駆動される羽状の攪拌機等が用いられるが、攪拌手段の構成は限定されるものではない。なお、図６では、液体又は気体による流動化流体分散器１９も併用しているが、流動化流体分散器１９を設けない構成とすることも可能である。
【００８２】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。
（第５実施形態）
図７は、第一の発明の第５実施形態による電池を示している。本実施形態は、活物質である粉体として、負極側に水素吸蔵合金、正極側に水酸化ニッケルを用いたものである。図７に示すように、負極セル２には水素吸蔵合金粉及び電解質溶液２０が充填され、正極セル３には水酸化ニッケル粉及び電解質溶液２１が充填されている。水素吸蔵合金としては、例えば、Ｌａ0.3(Ｃｅ，Ｎｄ)0.15 Ｚｒ0.05Ｎｉ3.8Ｃｏ0.8Ａｌ0.5等が用いられる。 また、電解質溶液としては、例えば、６規定のＫＯＨ水溶液等が用いられる。
【００８３】
本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池が発電手段８と接続されると、発電手段８から放出された電子は負極集電器６に到達し、この電子は負極集電器６より負極の粉体状の水素吸蔵合金と直接又は水素吸蔵合金粉を介して移動しつつ次の反応が起こる。Ｍは水素吸蔵合金、ＭＨｘは水素化金属である。
【００８４】
Ｍ＋ｘＨ2０＋ｘｅ-→ＭＨｘ＋ｘＯＨ-
反応によって発生した水酸基イオンはセパレーター１を通過して正極セル３に入り、ここで水酸化ニッケル粉と反応して次の反応が起こり電子を放出する。
【００８５】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
発生した電子は水酸化ニッケル粉またはオキシ水酸化ニッケル粉を介して、あるいは直接、正極集電器７に移動して発電手段８に供給される。
（放電）
電池が負荷手段８と接続されると、負極集電器６より外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段８を経て正極集電器７に到達し、この電子は正極集電器７からオキシ水酸化ニッケル粉に移動し、オキシ水酸化ニッケル粉を介して、又は直接移動して水と反応し、水酸化ニッケルと水酸基が生成される。水酸基はセパレーター１を通過して負極セル２に導かれ、水素化金属と反応して電子を放出する。この電子は水素吸蔵合金粉を介して、または直接負極集電器６に移動して、負荷手段８に供給される。
【００８６】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の電池は、第３、第４実施形態及び後述する第６、第７実施形態の構成で実施することも勿論可能である。
（第６実施形態）
図８、図９は、第一の発明の第６実施形態による電池を示している。本実施形態は、電池内に伝熱体を設置するとともに、伝熱体が集電器の機能を兼ねるようにしたものである。なお、伝熱体と集電器とを別個に設ける構成とすることも可能である。図８に示すように、負極セル２内には負極集電器兼伝熱管２２が設けられ、正極セル３内には正極集電器兼伝熱管２３が設けられる。また、図９に示すように、負極セル２内は負極集電器兼伝熱板２４が設けられ、正極セル３内には正極集電器兼伝熱板２５が設けられる。
【００８７】
図８を参照しながら、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池が発電手段８と接続されると、発電手段８から放出された電子は負極集電器２２に到達し、この電子は負極集電器２２より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して正極セル３に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器２３に移動して、発電手段８に供給される。
【００８８】
上述したように、集電器は負極、正極とも伝熱管と兼用であり、粉体との接触によって電子と熱を同時に伝達する。負極集電器兼伝熱管２２、正極集電器兼伝熱管２３には水や空気等の熱媒体が流され、熱回収、熱供給が行われる。
（放電）
電池が負荷手段８と接続されると、負極集電器２２は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段８を経て正極集電器２３に到達し、この電子は正極集電器２３より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して負極セル２に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器２２に移動して、負荷手段８に供給される。
【００８９】
図９の場合は、集電器が負極、正極とも中が空洞になった伝熱板と兼用であり、粉体との接触によって電子と熱を同時に伝達する。負極集電器兼伝熱板２４、正極集電器兼伝熱板２５には水や空気等の熱媒体が流され、熱回収、熱供給が行われる。充電及び放電の詳細は図８と同じである。なお、伝熱体の形状は管状及び板状に限定されるものではなく、他の形状を採用しても良い。
【００９０】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の構成を、第３、第４実施形態及び後述する第７実施形態の構成と組み合わせることも可熊である。
（第７実施形態）
図１０、図１１は、第一の発明の第７実施形態による電池を示している。本実施形態は、活物質である粉体を容器から抜き出す抜出装置及び活物質である粉体を容器に供給する供給装置を設け、さらに、抜き出した粉体を再生する装置、粉体のメークアップ（補充）を行う装置、抜き出した粉体を熱反応又は化学反応によって充電状態の粉体に変化させる装置等を設けたものである。
【００９１】
まず、本実施形態の電池について充電及び放電の詳細を説明する。
（充電）
電池が発電手段８と接続されると、発電手段８から放出された電子は負極集電器６に到達し、この電子は負極集電器６より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。負極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して正極セル３に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接正極集電器７に移動して、発電手段８に供給される。
（放電）
電池が負荷手段８と接続されると、負極集電器６は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負荷手段８を経て正極集電器７に到達し、この電子は正極集電器７より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター１を通過して負極セル２に入り、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は、粉体活物質を介して、あるいは直接負極集電器６に移動して、負荷手段８に供給される。
【００９２】
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。
（活物質の再生とメークアップ）
つぎに、図１０を参照しなから、本実施形態の電池について活物質（触媒）の再生、メークアップの詳細を説明する。なお、図１０では、負極側の構成のみを図示しているが、同様の装置等が正極側にも設置されている。
【００９３】
図１０に示すように、充放電によって劣化した活物質である粉体は、電解質溶液（電解液）とともにスラリーとして負極セル２から抜き出され、分離機２６で、必要な場合は一部又は全部が廃棄される。電解液が分離され、分離機２６から再生機２７に供給された粉体は、再生機２７で塩酸による洗浄等の酸処理などが行われる。再生機２７で再生処理された粉体は、混合機２８に供給されて、ここで分離機２６から廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体がメークアップ用粉体ホッパー２９から供給される。再生・メークアップされた粉体は、混合機２８で再び電解液と混合され、スラリーとしてスラリーポンプ（図示略）から負極セル２に供給される。なお、電解液を分離・混合する構成は、図示を省略している。
【００９４】
また、図１１を参照しながら、本実施形態の電池について反応による再生、メークアップの詳細を説明する。なお、図１１では、負極側の構成のみを図示しているが、同様の装置等が正極側にも設置されている。
【００９５】
図１１に示すように、充放電によって生成された粉体は電解液とともにスラリーとして負極セル２から抜き出され、分離機２６で、必要な場合は一部又は全部が廃棄される。電解液が分離され、分離機２６から反応器３０に供給された粉体は、反応器３０で、燃料供給管３１から供給された燃料と反応して、再び放電できる活物質となる。反応器３０で充電状態となった粉体は、混合機２８に供給されて、ここで分離機２６から廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体がメークアップ用紛体ホッパー２９から供給される。再生・メークアップされた粉体は、混合機２８で再び電解液と混合され、スラリーとしてスラリーポンプ（図示略）から負極セル２に供給される。なお、電解液を分離・混合する構成は、図示を省略している。
【００９６】
反応器３０では、例えば、ニッケル水素型電池の場合、次の反応が行われる。
【００９７】
Ｍ＋（ｘ／２）Ｈ2→ＭＨｘ
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるＭＨX と同じ活物質が生成される。
【００９８】
Ｍ＋ｘＨ2Ｏ＋ｘｅ-→ＭＨｘ＋ｘＯＨ-
正極の反応器では、ニッケル水素型電池の場合、酸素又は空気により次の反応が行われる。
【００９９】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋（１／４）Ｏ2→ＮｉＯＯＨ＋１／２Ｈ2Ｏ
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるＮｉＯＯＨと同じ活物質が生成される。
【０１００】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
なお、本実施形態の構成を、第３、第４、第６実施形態の構成と適宜組み合わせることも可能である。
（第８実施形態）
図１２は、第一の発明の第８実施形態による電池を示している。本実施形態は、負極の活物質である粉体を水素吸蔵合金とし、負極の攪拌（流動化）用気体を水素及び水素含有ガスまたは炭化水素ガスまたはアルコール類またはエーテル類とし、正極の活物質である粉体を水酸化ニッケルとし、正極の攪拌（流動化）用気体を酸素又は空気としたものである。図１２に示すように、負極セル２には水素吸蔵合金粉及び電解質溶液２０が充填され、正極セル３には水酸化ニッケル粉及び電解質溶液２１が充填されている。また、流動化流体分散手段９により、負極セル２には水素が供給され、正極セル３には酸素又は空気が供給されている。なお、水素吸蔵合金としては、例えば、Ｌａ0.8(Ｃｅ，Ｎｄ)0.15Ｚｒ0.05 Ｎｉ3.8Ｃｏ0.8Ａｌ0.5 等が用いられる。また、電解質溶液としては、例えば、ＫＯＨ水溶液等が用いられる。
【０１０１】
負極セル２では、水素吸蔵合金粉及び電解質溶液２０の中に水素が供給されて次の反応が起こる。
【０１０２】
Ｍ＋（ｘ／２）Ｈ2→ＭＨｘ
負荷手段８と電池が接続されると、水素吸蔵合金に吸蔵されている水素は、電解質溶液中の水酸基と次式のように反応して電子と水を放出する。
【０１０３】
ＭＨｘ＋ｘＯＨ-→Ｍ＋ｘＨ2Ｏ＋ｘｅ-
放出された電子は、負極集電器６に直接又は水素吸蔵合金粉を介して移動する。電子は負極集電器６より負荷手段８を通り、正極集電器７に移動する。電子は、正極集電器７からオキシ水酸化ニッケル粉に移動し、オキシ水酸化ニッケル粉を介して、又は直接移動して次式のように反応し、水酸化ニッケルと水酸基が生成される。水酸基はセパレーター１を通過して負極セル２に導かれ、水素化金属と反応する。
【０１０４】
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-
正極セル３では、ニッケル水素型電池の場合、酸素又は空気により次の反応が行われる。
【０１０５】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋（１／４）Ｏ2→ＮｉＯＯＨ＋（１／２）Ｈ2Ｏ
これによって充電時に行われる以下の反応で生成されるＮｉＯＯＨと同じ活物質が生成される。
【０１０６】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
他の構成及び作用は、第２実施形態の場合と同様である。なお、本実施形態の電池は、第３、第４、第６、第７実施形態の構成で実施することも勿論可能である。
２．第二の発明の実施の形態
（第１実施形態）
図１３は、第二の発明の第１実施形態に係る積層型三次元電池の実証試験器の一例を示す斜視図と概要断面図、図１４は同組立前（分解状態）の主要部品の一部を示す斜視図である。図１３に示すように、本例の積層型三次元電池４１はメタハイ電池（ニッケル水素電池）で、図１４のように正方形状の中央開ロ部４２ａを厚み方向に貫通して設けたセル（容器）部材４２を２個で一対として構成されており、図１３の例では二対（合計４個）のセル部材４２を備えている。図１４に示すように、各セル部材４２の開口部４２ａの周囲には、浅い（本例では深さが０．５ｍｍ）の凹状部４２ｂが環状に形成され、セル部材４２、４２間に略正方形の耐アルカリ性のイオン透過性セパレーター（本例ではテフロン〔登録商標〕性セパレーター）４３が凹状部４２ｂ内に嵌装されている。セパレーター４３はイオンのみを通過させるが、電極粉体ｎ，ｈや電気は通過させない膜状体で、上記以外にも素焼き板、イオン交換樹脂膜、ガラスなどが用いられる。また各セル部材４２の上面には、開ロ部４２ａ内に臨ませて上下に貫通して２つの注液ロ４２ｃが幅方向に間隔をあけて形成され、各注液ロ４２ｃにはゴム栓４４が着脱自在に装着される。
【０１０７】
各組のセル部材４２、４２間の凹状部４２ｂには、略正方形で耐アルカリ性および導電性の板状の集電部材（本例ではニッケル板）４５が嵌挿されている。また、２組のセル部材４２の全組の両端には、耐アルカリ性で導電性の集電体（本例ではニッケル板）４６と４７を備えている。開口部４２ａと同一形状の開ロ部４８ａを中央部に有し外形がセル部材４２と同じゴム製パッキン４８が、セル部材４２と４２の間ならびにセル部材４２と集電体４６および４７の間に介装されている。セル部材４２、パッキン４８および集電体４６と４７には、厚み方向に貫通する複数の挿通孔４２ｄ、４８ｄ、４６ｄ、４７ｄが開ロ部４２ａと４８ａの周囲に周方向に間隔をあけて一連に穿設されている。そして、複数の挿通孔４２ｄ、４８ｄ、４６ｄ、４７ｄに非導電性のボルト４９が一連に挿通され、ボルト４９の先端ネジ部４９ａにナット（図示せず）を螺合して締め付けてある。また、左端（正極）と右端（負極）の集電体４６と４７の上端部には、幅方向に間隔をあけて小孔４６ｅと４７ｅが穿設され、本例では左端と右端の集電体４６と４７の両端の小孔４６ｅと４７ｅに正極端子５０、負極端子５１が取り付けられ、配線５２と５３の一端が接続されている。
【０１０８】
各セル部材４２内には、注液口４２ｃより電解質溶液としての水酸化カリウム水溶液ｋが注入され、図１３（ｂ）の左端側セル部材４２から順に正極の粉体活物質としての水酸化ニッケル粉ｎ、負極の粉体活物質としての水素吸蔵合金粉ｈ、正極の粉体活物質としての水酸化ニッケル粉ｎ、負極の粉体活物質としての水素吸蔵合金粉ｈが水酸化カリウム水溶液ｋに投入され懸濁されている。この結果、図１３（ｂ）の左端から右端にかけて正極セル５４、負極セル５５、正極セル５４、負極セル５５が順に形成される。
【０１０９】
上記のようにして積層型三次元電池４１が構成されるが、本例の電池４１は、ニッケル水素の単位電池（二次電池）５６が２個直列に接続された構造からなり、約２．４ｖの電圧の電池からなる。そこで、電池４１の正極端子５０と負極端子５１間に２．４ｖ用電球などの負荷手段５７を配線５２と５３により接続する。充電された状態で放電時には、正極端子５０を備えた左側の第１単位電池５６の正極集電体４６に接触している正極セル５４内のオキシ水酸化ニッケル粉ｎは、正極集電体４６から電子（ｅ-） を受け取り、一連に接触しているオキシ水酸化ニッケル粉ｎに電子（ｅ-） が水素イオンとともに供給されて水酸化ニッケルになる。そして、負極セル５５内では水素吸蔵合金粉ｈが電子（ｅ-）と水素イオン（Ｈ+）を放出して、この水素イオンがイオン透過性セパレーター４３を通って正極セルに行く。つまり、正極セル５４内では、
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ+＋ｅ-→Ｎｉ（ＯＨ）2 の反応が行われ、
一方、負極セル５５内では、
ＭＨｘ→Ｍ＋ｘＨ+＋ｘｅ- の反応が行われる（Ｍ：水素吸蔵合金（粉））。
【０１１０】
続いて、負極セル５５内で水素吸蔵合金粉ｈが放出した電子（ｅ-） は、水素吸蔵合金粉ｈを介して移動しつつ右側の第２単位電池５６の正極セル５４との隔壁を構成する集電部材４５に集められ（集電され）、第２単位電池の正極セル５４内のオキシ水酸化ニッケル粉ｎは集電部材４５から電子（ｅ-） を受け取り、一連に接触しているオキシ水酸化ニッケル粉ｎに電子（ｅ-） が水素イオンとともに供給されて水酸化ニッケルになる。そして、右側の第２単位電池５６の負極セル５５内では水素吸蔵合金粉ｈが電子（ｅ-）と水素イオン（Ｈ+）を放出し、この水素イオンはイオン透過性セパレーター４３を通って正極セル５４にいく。そして、負極セル５５内に放出された電子（ｅ-） は負極集電体４７に集電され、負極端子５１から配線５３を通って負荷手段５７へ移動し、配線５２より正極集電体４６へ移動する。これにより、正極集電体４６の正極端子５０より負荷手段５７を経て負極集電体４７の負極端子５１へ電流が流れる。このようにして、１．２Ｖ×２（２．４Ｖ）の電圧が発生する（放電が行われる）。
【０１１１】
一方、三次元電池４１への充電は、次のような態様で行われる。電池４１に充電器５８によって所定の電圧をかけて、負極集電体４７の負極端子５１から右側の第２単位電池５６の負極セル５５へ電子（ｅ-）を供給する。電子（ｅ-）は水素吸蔵合金粉ｈ内を移動しつつ、これにより次の反応が生じ、水酸基イオンが発生する。
【０１１２】
Ｍ＋ｘＨ2Ｏ＋ｘｅ-→ＭＨｘ＋ｘＯＨ- Ｍ：水素吸蔵合金（粉）
負極セル５５内に発生した水酸基イオン（ＯＨ-） は、イオン透過性セパレーター４３を通って左側の正極セル５４内に移動し、水酸化ニッケル粉ｎと次式のように反応して電子（ｅ-）を放出する。
【０１１３】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
正極セル５４内に放出された電子（ｅ-）は 集電部材４５に集電され、左隣の負極セル５５内の水素吸蔵合金粉ｈに移動し、これにより上式に示した反応が生じ、水酸基イオンが発生する。負極セル５５内に発生した水酸基イオン（ＯＨ-）は、イオン透過性セパレーター４３を通って左側の第１単位電池５６の正極セル５４内に移動し、水酸化ニッケル粉ｎと上式のように反応して電子（ｅ-） を放出する。電子（ｅ-）は 正極集電体４６の正極端子５０に集電され、充電器５８へ送られる。
（第２実施形態）
図１５は、第二の発明の第２実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１１４】
図１５に示すように、本例の三次元電池４１−１は鉛電池で、単位鉛電池５６を６組直列に連結した構造からなる。単位鉛電池５６は、中間部を耐酸性のイオン透過性セパレーター４３で仕切った正極セル５４と負極セル５５を備えている。左端（第１組）の単位電池５６の正極セル５４の左端壁および右端（第６組）の単位電池５６の負極セル５５の右端壁は、それぞれ集電体４６、４７としての耐酸性導電体（白金板あるいは鉛板）の側壁からなり、第１組の単位電池５６の負極セル５５の右側壁および第６組の単位電池５６の正極セル５４の左側壁は集電部材４５としての耐酸性導電体の側壁（白金板あるいは鉛板）からなる。また中間に位置する４組の単位電池５６は、各組の単位電池５６の間に隔壁を兼ねた集電部材４５としての耐酸性導電体（白金板あるいは鉛板）を介して直列に接続されるとともに、左端（第１組）および右端（第６組）の単位電池５６とも集電部材４５としての耐酸性導電体の側壁（白金板あるいは鉛板）を介して直列に接続されている。
【０１１５】
各セル５４、５５内には、共通の電解質溶液として本例では希硫酸溶液（硫酸水溶液）ｒが充填されている。そして、正極セル５４内の希硫酸溶液には二酸化鉛（ＰｂＯ2） の粉体Ａが投入され、懸濁されている。ー方、負極セル５５内の希硫酸溶液には金属鉛（Ｐｂ）の粉体Ｂが投入され、懸濁されている。
【０１１６】
上記の構成からなる第２実施形態に係る三次元電池４１−１は、次のように放電する。すなわち、左端の正極集電体４６に接触している正極セル５４が、集電体４６から電子を受け取り、二酸化鉛粉Ａに電子（ｅ-） が供給され、次式のように反応して、硫酸鉛（ＰｂＳＯ4） になり、イオンが発生する。
【０１１７】
ＰｂＯ2＋４Ｈ+＋ＳＯ42-＋２ｅ-→ＰｂＳＯ4＋２Ｈ2Ｏ
次に、正極セル５４内の陰イオンがイオン透過性セパレーター４３より負極セル５５内に移動し、金属鉛粉Ｂと次式のように反応して電子（ｅ-） を放出し、酸化されて硫酸鉛粉が生成する。
【０１１８】
Ｐｂ＋ＳＯ42-→ＰｂＳＯ4＋２ｅ-
負極セル５５内の電子は集電部材４５に集電され、集電部材４５から右隣の正極セル５４内の二酸化鉛粉Ａに電子が供給され、上式のように反応して硫酸鉛（ＰｂＳＯ4） になり、イオンが発生する。そして、正極セル５４内の陰イオンがイオン透過性セパレーター４３より負極セル５５内に移動し、金属鉛粉Ｂと上式のように反応して電子を放出し、硫酸鉛粉が生成する。この電子は集電部材４５に集電される。この反応が各単位電池５６で順次繰り返され、右端の負極集電体４７から電子が負荷手段（図示せず）を介して左端の正極集電体４６へ移動し、逆に正極集電体４６から電流が負荷手段（図示せず）を介して右端の負極集電体４７へ流れる。本例の場合には、約１３．６Ｖの電圧が生じる。なお、集電体や電極には耐酸性の導電体ならば何でも使用することができ、例えば炭素や導電性ポリマーでもよい。
（第３実施形態）
図１６は第二の発明の第３実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１１９】
図１６に示すように、本例の三次元電池４１−２は図１５の第２実施形態と同様に鉛電池であるが、電池４１−２を軸方向に貫通する回転軸５９を回転自在に配設し、手動若しくは回転駆動装置（図示せず）により回転させる。回転軸５９上の、各セル５４、５５内に対応する位置には、複数枚の攪拌羽根５９ａを回転軸５９に対して直交する方向に突設し、回転軸５９の回転により各セル５４、５５内の希硫酸溶液ｒを懸濁されている二酸化鉛粉Ａ又は金属鉛粉Ｂとともに撹伴できるように構成しているところが、第２実施形態の電池４１−１と相違している。
【０１２０】
したがって、本例の三次元電池４１−２によれば、電極粉体としての二酸化鉛粉Ａおよび金属鉛粉Ｂを攪拌することによって、各電極粉体Ａ、Ｂと集電体４６、４７あるいは集電部材４５との接触が良好になるので、各セル５４、５５の（セル部材４２：図１３参照）の容量を大きくすることができ、電力量の増大が図れる。また、電極粉体としての二酸化鉛粉Ａおよび金属鉛粉Ｂを攪拌することによって、集電体や集電部材への硫酸鉛粒子の付着を防止できるので、集電体４６と４７および集電部材４５に鉛板を使用することができる。なお、攪拌手段５９を備えた点を除き、第２実施形態に係る電池４１−１と共通するので、第２実施形態と共通する部材は同一の符号を用いて表し説明を省略する。
（第４実施形態）
図１７は第二の発明の第４実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１２１】
図１７に示すように、本例の三次元電池４１−３は第１６図の第３実施形態と同様に攪拌手段を備えた鉛電池であるが、攪拌手段が第３実施形態の電池４１−２とは相違している。すなわち、本例の攪拌手段は正極セル５４用の攪拌手段６０と、負極セル５５用の攪拌手段６１とからなり、各攪拌手段６０、６１は循環ポンプ６２、６３を備えており、硫酸水溶液ｒの循環管６４、６５の注入口に分散ノズル６６、６７を装着し、吸出口に電極粉体Ａ、Ｂの濾過フイルター６８、６９を装着して硫酸水溶液ｒを循環させるようにしている。本例の電池４１−３では、正極セル５４あるいは負極セル５５にそれぞれ硫酸水溶液ｒを分散ノズル６６、６７から噴射して電極粉体Ａ、Ｂを攪拌させるものである。なお、ポンプと電解質溶液間はトラップなどで絶縁されている。
【０１２２】
本例の三次元電池４１−３も電極粉体としての二酸化鉛粉Ａおよび金属鉛粉Ｂを攪拌することによって、各電極粉体Ａ、Ｂと集電体４６、４７あるいは集電部材４５との接触が良好になるので、各セル５４、５５（セル部材４２：第１３図参照）の容量を大きくすることができ、電力量の増大が図れるとともに、硫酸鉛粒子の集電体や集電部材への付着を防止できるので、集電体４６、４７および集電部材４５に鉛板を使用することができる。なお、攪拌手段が相違するだけで、その他の点については第３実施形態に係る電池４１−２と共通するので、第３実施形態と共通する部材は同一の符号を用いて表し説明を省略する。
（第５実施形態）
図１８は第二の発明の第５実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１２３】
図１８に示すように、本例の三次元電池４１−４は図１７の第４実施形態と同種構造の攪拌手段を備えた鉛電池であるが、攪拌手段が第４実施形態の電池４１−３とは相違している。すなわち、本例の攪拌手段は正極セル５４と負極セル５５とに窒素、アルゴンなどの不活性ガスを、不活性ガス源７０からブロワー７１、７２により配管７３、７４を介して分散ノズル７５、７６より水酸化カリウム水溶液ｋ中に供給し、電極粉体ｎ、ｈを攪拌流動化させるものである。一方、正極セル５４と負極セル５５とに供給した窒素、アルゴンなどの不活性ガスは、別の配管７７、７８により濾過フィルター７９、８０を介して大気中へ開放して抜き出される。
【０１２４】
ところで、本例の三次元電池４１−４については、正極セル５４に水酸化ニッケル粉ｎを、負極セル５５に水素吸蔵合金粉ｈをそれぞれ投入し、電解質溶液としての水酸化カリウム水溶液ｋに懸濁させて、ニッケル水素型三次元二次電池を構成する。そして、正極セル５４の攪拌流動化用気体に酸素又は空気を使用し、負極セル５５の攪拌流動化用気体に水素を使用する。そこで、次のような反応が生じる。すなわち、負極セル５５では、水素吸蔵合金粉ｈに水素が反応して、
Ｍ＋（ｘ／２）Ｈ2 →ＭＨｘの反応が起こる。
【０１２５】
ここで、負荷手段５７（図１３参照）と電池を接続すると、水素吸蔵合金粉ｈに吸蔵されている水素は、電解質溶液ｋ中の水酸基イオンと反応して、次式のように電子と水を放出する。
【０１２６】
ＭＨｘ＋ｘＯＨ-→Ｍ＋ｘＨ2Ｏ＋ｘｅ-
放出された電子は、負極集電体４７に集電され、負荷手段５７（第１３図参照）を通って正極集電体４６へ移動し、正極セル４６内でオキシ水酸化ニッケル粉ｎに移動し、以下の式のように、水と反応して水酸化ニツケルと水酸基イオンが生成される。
【０１２７】
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-
水酸基イオンはセパレーター４３を透過して負極セル５５へ移動し、水素化金属と反応し、電子と水を放出する。
【０１２８】
一方、正極セル５４では、酸素又は空気の供給により次の反応が起こる。
【０１２９】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋（１／４）Ｏ2→ＮｉＯＯＨ＋１／２Ｈ2Ｏ
この結果、充電時に行われる以下の式に示すような反応によって生成されるＮｉＯＯＨが生成され、発電されることになる。
【０１３０】
Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
（第６実施形態）
図１９は第二の発明の第６実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【０１３１】
図１９に示すように、本例の三次元電池４１−５は第１３図の第１実施形態と同様にニッケル水素二次電池からなるが、正極セル５４および負極セル５５の容量をかなり大きくしている。その代わりに、集電体４６、４７および集電部材４５から正極セル５４あるいは負極セル５５内へ向けて多数のスタッド８１、８２、８３をそれぞれ間隔をあけて張出して設けている。本例の場合、集電体４６、４７および集電部材４５にはニッケル板を用いたので、スタッド８１、８２、８３もニッケル板で一体に形成している。本例の電池４１−５においては、各セル５４、５５の容積を大幅に拡大したが、電極粉体ｎ、ｈは集電体４６、４７および集電部材４５に対して確実に接触するので、電気（電子と電流）を十分に伝えることができる。なお、本例の電池４１−５に第３実施形態あるいは第４実施形態の攪拌手段５９または６０と６１を組み合わせて使用することもできる。
（別の実施形態）
以上、第二の発明の三次元電池の実施形態を説明したが、下記のように実施することもできる。
1) 正極と負極の活物質粉体としては、上記以外にも例えば、水酸化ニッケルとカドミウムや、水酸化ニッケルと水酸化鉄を使用することができる。
2) 上記実施形態では、単位二次電池５６を導電性（耐酸性又は耐アルカリ性）の導電部材４５を介して２個〜６個直列に連結した構造を示したが、要求される電圧に応じて何個でも直列に連結することができる。
3) 電池の容量についても、要求される電力容量に応じてセル部材４２の容積を増大し、必要に応じて攪拌手段やスタッドを設けることにより対応することができる。
３．第三の発明の実施の形態
次に、第三の発明の実施形態について、三次元構造の電池（三次元電池）を構造の一部として有し、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えている機器または装置、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器、三次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体、三次元電池に貯蔵された電力を他の設備に供給する電力搬送手段および三次元電池に貯蔵された電力を光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーに変換する設備の具体例について、以下に詳細に説明する。
〔３次元電池を構造の一部として有し、充放電の可能な電力貯蔵設備としての機能を備えている機器または装置〕
（ドア）
建物のドアや自動車のドア等のドアは、断熱および強度向上の目的のために、二重構造とされていることが多いが、内部の空間は有効に利用されていない。 そこで、ドアの内部空間を充放電の可能な三次元電池のセルとして利用する。 すなわち、上記したような機構で三次元電池に充電し、ドアの内部空間を電力貯蔵庫として利用する。
【０１３２】
その結果、本実施例を建物のドアに適用した場合は、商用電源の停電によるトラブルで電力の供給が停止しても、ドア内の三次元電池に貯蔵した電力を非常用電源として利用することができ、また、自動車のドアに適用した場合は、別に蓄電池を搭載する必要がない。しかも、電池活物質は金属粒子が主流であり、自動車事故による衝突時の衝撃にも強く、さらに吸音作用があって防音性が優れているという特徴がある。
【０１３３】
図２０は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するドアの縦断面図である。図２０において、９１はドアハウジングであり、９２はヒンジを利用した正極端子、９３はヒンジを利用した負極端子、９４は導電性の集電部材であり、集電部材９４および非導電性のセパレーター９５で仕切られて複数のセルが形成され、各セルはイオン透過性セパレーター９６によって２分割され、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液９７が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液９８が充填されている。９９は鍵装置、１００はノブである。
（橋脚）
橋脚は一般的に鋼製またはコンクリート製のものが多く、鋼製の橋脚は中空構造のものが多い。ところが、中空の内部空間は有効に利用されていない。
【０１３４】
そこで、中空鋼製の橋脚の内部を充放電の可能な三次元電池のセルとして利用する。
【０１３５】
すなわち、上記したような機構で三次元電池に充電し、橋脚の内部空間を電力貯蔵庫として利用する。
【０１３６】
その結果、橋脚空洞部に活物質となる鉄粉などを充填することによって、座屈破壊に強くなる一方、例えば、橋脚の近くに海洋があれば、海洋温度差を利用して発電した電力や潮流を利用して発電した電力を貯蔵したり、風力発電の電力を貯蔵することもできる。
【０１３７】
図２１は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有する橋脚の縦断面図である。図２１において、１０１は橋脚ブロック、１０２は分岐フランジ、１０３は導電性の集電部材であり、集電部材１０３で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター１０４で２分割されており、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液１０５が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液１０６が充填されている。
【０１３８】
例えば、２０ｍ角で５ｍ高さのブロックを８０段積み重ねた橋脚４本で橋桁を形成し、橋脚ブロック１０１は鉄合金製とし、内部にニッケルメッキを施し、セパレーター１０４は酸化金属焼結体など不導体で強度が高い材料を使用し、正極の粉体活物質として水酸化ニッケル粉末に金属ニッケル粉を混合した活物質を使用し、負極の粉体活物質として水酸化鉄粉と金属ニッケル粉を混合した活物質を使用し、電解質溶液として６規定の水酸化カリウム溶液を使用した場合、７００億ｋＷhrの電力を貯蔵することができる。この電力は日本全国で使用される商用電力の約１箇月分である。
（ダム）
ダムは、一般的にコンクリートの充填構造の巨大構造物であるにも拘わらず、その巨大な容積が水の位置エネルギーを電力に変換する手段としてしか利用されていない。
【０１３９】
そこで、外殻を鋼製のダムとして、その内部空間を充放電の可能な三次元電池の巨大セルとして利用する。
【０１４０】
すなわち、ダムを、水の位置エネルギーを電力に変換する設備としてだけでなく、上記したような機構で三次元電池に充電し、ダムの内部空間を電力貯蔵庫として利用する。
【０１４１】
その結果、揚水発電効率が６０％であるのに比べて、電力貯蔵効率が９５％と高くなる。
【０１４２】
図２２は、内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するダムの斜視図である。図２２において、１１１は正極集電体、１１２は負極集電体、１１３は導電性の集電部材であり、集電部材１１３によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター１１４によって２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液１１５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液１１６が充填されている。
（ラジエーター）
液冷式のラジエーターは、冷却媒体として水やオイルが使用されているが、この冷却媒体は燃料等への転用は困難で、クーラントとしてしか使用されていない。
【０１４３】
そこで、ラジエーターを充放電の可能な三次元電池で構成し、電解液を冷却媒体とする。
【０１４４】
すなわち、電池の充放電に必要な熱を電解液を介して受け入れ、ラジエーターを電力貯蔵器として利用する。
【０１４５】
その結果、例えば、自動車に蓄電地を搭載することが不要になり、電池の電力貯蔵効率も向上する。特に、外気温が低い場合の電池の反応速度は、電解液を加熱することによって促進することができる。
【０１４６】
図２３は、電力貯蔵器としてのラジエーターの概略構成図である。図２３において、１２１はラジエーター本体、１２２はフィンであり、ラジエーター本体１２１はイオン透過性セパレーター１２３によって２分割されており、分割された一方の側には、正極の粉体活物質および電解質溶液１２４が充填され、分割された他方の側には、負極の粉体活物質および電解質溶液１２５が充填されている。１２６は正極集電体、１２７は負極集電体である。１２８ａ、１２８ｂは活物質を再生するための活物質分離フィルターであり、活物質分離フィルター１２８ｂは熱源に通じている。また、ラジエーター本体１２１にも熱源からの熱が伝達される。
（屋根）
一般住宅の屋根には、断熱性と撥水性に優れた瓦、茅、セラミックス等が使用されているが、屋根自身にエネルギー変換機能がなく、屋根と天井の間の大きな空間を無駄にしているとも言える。
【０１４７】
そこで、屋根と天井の空間を利用して充放電の可能な三次元電池を形成する。 すなわち、断熱材兼重りとして屋根裏に封入されていた土に代わって、三次元電池の粉体活物質を封入し、屋根裏を電力貯蔵庫として利用する。
【０１４８】
その結果、例えば、屋根上に設置した太陽電池セルや風力発電で得られた電力を三次元電池に貯蔵し、さらに、三次元電池に熱交換機能をもたせれば、夏場においては、室内の温風を吸引して三次元電池の電池反応に利用し、冬場においては、三次元電池の電池反応の結果生成する熱を室内に放出するようにすれば、夏場においては室内が涼しく、冬場においては室内が温かくなり、三次元電池を電力貯蔵装置として使用するだけでなく、空調機器としても使用することができる。また、自動車の天井部分に熱交換機能を有する三次元電池を設置しても、同様の空調効果が得られる。
【０１４９】
図２４は、天井部分に充放電の可能な三次元電池を有する家屋の縦断面図である。図２４において、１３１は屋根であり、１３２ａ、１３２ｂは壁であり、屋根１３１と壁１３２ａ、１３２ｂと梁１３３で囲まれた天井部分に複数の集電部材１３４を一方の壁１３２ａから他方の壁１３２ｂに向けて配し、集電部材１３４で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター１３５で２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体１３６に近い部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液１３７が充填され、分割されたセルの中で負極集電体１３８に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液１３９が充填されている。
（自動車のボンネットとトランクカバー）
自動車のボンネットとトランクカバーは、エンジンその他の内容物の覆い及び強度部材として使用されているが、その内面部分は利用されていない。
【０１５０】
そこで、ボンネットまたはトランクカバーを三次元電池のケーシングとして利用し、ボンネットまたはトランクカバーの内面側に充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１５１】
すなわち、ボンネットまたはトランクカバーに電池機能を持たる。
【０１５２】
その結果、いままで、ボンネット内に搭載されていた蓄電池が不要になり、さらに、三次元電池が強度部材としての機能を果たし、ボンネットまたはトランクカバーの強度が増す。
【０１５３】
図２５は、内面側に充放電の可能な三次元電池を有するボンネットの一部を示す断面図である。図２５において、１４１はボンネット、１４２は導電性の集電部材であり、集電部材１４２によって仕切られた各セルは、イオン透過性セパレーター１４３によって２分割されており、分割された一方の側のセルには、正極の粉体活物質および電解質溶液１４４が充填され、分割された他方の側のセルには、負極の粉体活物質および電解質溶液１４５が充填されている。
（道路）
一般的に、道路は下層路盤材を施工し、その下層路盤材の上に上層路盤材を施工し、表層部をアスファルト舗装しているが、路盤材は道路の基礎としての用途以外、特に利用されていない。
【０１５４】
そこで、現在一般的に使用されている路盤材に代えて粉体活物質を使用し、地表面付近に充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１５５】
すなわち、上記したような機構によって三次元電池に充電し、道路に大電力を貯蔵する。
【０１５６】
その結果、電池反応に伴う発熱によって道路の凍結を防止することが可能になり、また、粉体活物質を再生することによって路盤材のリサイクルが可能になる。
【０１５７】
図２６は、充放電の可能な三次元電池を形成する地表面付近の断面図である。図２６において、１５１はアスファルト舗装、１５２は正極集電体、１５３は負極集電体、１５４は導電性の集電部材であり、集電部材１５４によって仕切られたセルは、イオン透過性セパレーター１５５によって２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液１５６が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液１５７が充填されている。
（食器）
一般的に、食器は保温性をよくするために、断熱性の高い陶器や金属製の二重構造のものが使用されていることが多い。しかし、断熱性が高く、熱容量が大きいので、食品を食器に入れる前に、その食品の温度に併せて予め容器を加熱したり、または冷却して、良好な保温性を確保する必要がある。
【０１５８】
そこで、食器の底または側部を二重構造にして、その二重構造内の内部空間を利用して充放電の可能な三次元電池を形成し、その内部空間内に発熱素子または冷却素子を埋設する。
【０１５９】
すなわち、その三次元電池に貯蔵された電力を電源として、発熱素子または冷却素子を作動させ、温かい食品を加熱保持し、冷たい食品を冷却保持する。
【０１６０】
その結果、温かい食品を食器に入れる前に食器を加熱する必要はなく、その食品がさめることもない。また、冷たい食品を食器に注ぐ前に食器を冷却する必要はなく、その食品がなま暖かくなることもない。
【０１６１】
図２７は、側部に充放電の可能な三次元電池を有する食器の縦断面図である。図２７において、１６１は食器の取っ手であり、食器本体１６２は内部空間を有する二重構造になっている。食器本体１６２の側部の内部空間はイオン透過性セパレーター１６３によって２分割されており、分割された一方の空間には、正極の粉体活物質および電解質溶液１６４が充填され、分割された他方の空間には、負極の粉体活物質および電解質溶液１６５が充填されている。食器の底部には、発熱素子（または冷却素子）１６６が埋設されている。１６７は電源スイッチ、１６８は充電ジャックである。そして、充電ジャック１６８から上記構成の食器側部の３次元電池に充電し、食品を食器に入れるときに電源スイッチ１６７を投入して、側部の三次元電池に充電された電力で発熱素子（または冷却素子）１６６を作動させて、食器内の食品を加熱保持または冷却保持する。
（バランスウエイト）
パワーショベル、フォークリフト、クレーンなどの揚重機は、取り扱う重量物とのバランスをとるために、一般的にバランスウエイトを必須付属物としているが、このバランスウエイトは金属の塊であり、重量のバランスをとる以外の用途としては利用されていない。
【０１６２】
そこで、バランスウエイトの内部に、正極集電体と負極集電体を備え、この正極集電体と負極集電体の間にイオン透過性セパレーターを介装し、正極集電体とイオン透過性セパレーターの間に正極の粉体活物質および電解質溶液を充填し、負極集電体とイオン透過性セパレーターの間に負極の粉体活物質および電解質溶液を充填してなる充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１６３】
すなわち、バランスウエイトを単なる重りとしてだけでなく、電力貯蔵器として利用する。
【０１６４】
その結果、内蔵した三次元電池の電力を、パワーショベル、フォークリフト、クレーンなどの揚重機の作動電源として利用することができる。
（床）
住宅によっては、床下に高温の燃焼排ガスを通入したり、電気ヒーターを設置することによって、室内の暖房源として利用されている場合がある。しかし、それらの熱を冷房に利用するのは困難であり、床下の空間が充分に利用されているとはいえない。
【０１６５】
そこで、床下に充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１６６】
すなわち、床下が電力貯蔵庫になり、充放電時に一方の電極が放熱し、他方の電極が吸熱をするので、室内の冷暖房に利用できる。
【０１６７】
このように、冷暖房用の電力源として電池の吸放熱を直接利用するので、圧縮性伝熱媒体の膨脹、圧縮に伴う気化熱や放散熱を利用して冷暖房を行う方式の一般的な空調機器に比べてエネルギー変換効率が向上する。
【０１６８】
図２８は、充放電の可能な三次元電池を有する住宅の床の断面図である。図２８において、１７１は床、１７２は正極、１７３は負極、１７４は導電性の集電部材であり、正極から負極に向けて配された集電部材１７４により仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター１７５によって２分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液１７６が充填され、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液１７７が充填されている。１７８は熱媒体供給冷暖切り替え器、１７９は熱媒体回収冷暖切り替え器である。熱媒体供給冷暖切り替え器１７８から床下の熱媒体流通空間１８０を通過した熱媒体は、熱媒体回収冷暖切り替え器１７９に回収され、正極熱交換器熱媒体供給パイプ１８１から各正極セル内熱交換器１８２に供給されて正極熱交換器熱媒体排出パイプ１８３を経て熱媒体供給冷暖切り替え器１７８に至る。また、熱媒体回収冷暖切り替え器１７９に回収された熱媒体は、負極熱交換器熱媒体供給パイプ１８４から各負極セル内熱交換器１８５に供給されて負極熱交換器熱媒体排出パイプ１８６を経て熱媒体供給冷暖切り替え器１７８に至る。従って、熱媒体供給冷暖切り替え器１７８と熱媒体回収冷暖切り替え器１７９を、冷房または暖房に切り替えておくことにより、充放電時の電池反応による化学反応熱を、冷房源として、または暖房源として利用することができる。
（ベッド）
一般的にベッドは断熱性がよく、冬は温かいが、夏は暑い。
【０１６９】
そこで、ベッド表面下のスプリング体等の弾性手段が介装されている部分を利用してベッド内に充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１７０】
すなわち、ベッドが電力貯蔵器になり、充放電時に一方の電極が放熱し、他方の電極が吸熱をするので、その放熱反応を暖房に利用し、その吸熱反応を冷房に利用する。
【０１７１】
このように、冷暖房用の電力源として電池の吸放熱を直接利用するので、圧縮性伝熱媒体の膨脹、圧縮に伴う気化熱や放散熱を利用して冷暖房を行う方式の一般的な空調機器に比べてエネルギー変換効率が向上する。
【０１７２】
具体的な図示例は、図２８と同様であるので省略する（床１７１をベッド表面に代えればよい）。
（工事用電源）
各種工事用電源として、一般的に商用電源を利用できない場所では、エンジン発電器を利用しているが、騒音や排ガスといった公害が発生する。
【０１７３】
そこで、充放電の可能な三次元電池を車両に搭載して工事現場に設置する。そして、工事において必要なときには、その三次元電池から電力を供給する。
【０１７４】
このように、低騒音で低排ガスの電源供給手段を提供できる。特に、住宅密集地やトンネルなどの閉鎖空間で工事用電源を必要とする場合にその効果が大きい。
【０１７５】
図２９は、充放電の可能な三次元電池を搭載したトレーラーの側面図である。図２９において、１９１は動力車、１９２は三次元電池を搭載したトレーラーである。
〔３次元電池に貯蔵された電力を動力源とする回転機器〕
（電動機）
一般的に、電動機は、外部電源から電力を供給しないと作動せず、起動時には定格以上の電流が流れるという欠点がある。
【０１７６】
そこで、電動機のケーシングまたは台座を電池ハウジングとして充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１７７】
すなわち、電動機の内部に電力貯蔵装置を有することにより、外部電源から電力を供給しなくても電動機を作動させることができる。
【０１７８】
このように、電動機と電池を組み合わせることで、装置全体の容積が減少する。起動時には、外部電源に加えて三次元電池からも電力を供給することで、過大な給電設備が不要になり、外部電力使用量を抑えることができる。そして、電動機の通常運転時には、三次元電池からのみ電力を供給することで外部電力が不要になり、停電時にも電動機は作動する。
【０１７９】
図３０（ａ）は、ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図である。図３０（ａ）において、２０１は回転軸、２０２は回転子、２０３は界磁コイル、２０４は正極集電体、２０５はイオン透過性セパレーター、２０６は負極集電体である。正極集電体２０４とイオン透過性セパレーター２０５との間には正極の粉体活物質および電解質溶液２０７が充填され、負極集電体２０６とイオン透過性セパレーター２０５との間には負極の粉体活物質および電解質溶液２０８が充填されている。図３０（ａ）においては、電池は一つであるが、円周方向に沿って積層するか軸長手方向に積層すれば、高い電圧を得ることができる。また、負極集電体２０６は、円形のものとして示されているが、矩形として軸長手方向に積層すれば、電動機の体積効率を向上することができる。
【０１８０】
図３０（ｂ）は、台座に充放電の可能な三次元電池を組み込ん電動機の縦断面図である。図３０（ｂ）において、２０９は電動機２１５の台座、２１０は正極集電体、２１１はイオン透過性セパレーター、２１２は負極集電体である。正極集電体２１０とセパレーター２１１との間には正極の粉体活物質および電解質溶液２１３が充填され、負極集電体２１２とセパレーター２１１との間には負極の粉体活物質および電解質溶液２１４が充填されている。
【０１８１】
本発明の三次元電池を小型の電動機で作動する物品、例えば、ポータブルテープレコーダーに採用すれば、現在用いられている電池のスペースを省略でき、電動機を僅かに大きくするだけでよいので、ポータブルテープレコーダー全体として、小型化が可能である。また、本発明の三次元電池を大型の電動機に採用すれば、電動機の起動時に必要な大電流を三次元電池からも供給できるため、起動時にのみ必要となる過大な電源装置が不要となり、外部電力使用量も大幅に低減することができる。
（エンジン）
一般的に、レシプロエンジン、ターボエンジンなどのエンジンのケーシングには冷却媒体を流通させる外套が付設されており、係るエンジンを始動するには電動機が必要であり、この電動機を作動するには外部電源から電力を供給しなければならないという。
【０１８２】
そこで、エンジンのケーシングを電池ハウジングとして充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１８３】
すなわち、電池となったケーシングがエンジンの熱を吸収して効率よく電力に変換し、エンジンケーシング外側に電力を貯蔵する。
【０１８４】
このように、エンジンに蓄電作用があるので、外部電源が不要となる。また、エンジンの熱を利用して蓄電することにより、従来は外部に廃棄されていた熱エネルギーを電気エネルギーに変換して貯蔵できるので、全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【０１８５】
図３１は、ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだターボエンジンの縦断面図である。図３１において、２２１は回転軸、２２２はタービン、２２３はケーシング、２２４は正極集電体、２２５はイオン透過性セパレーター、２２６は負極集電体である。正極集電体２２４とセパレーター２２５との間には正極の粉体活物質および電解質溶液２２７が充填され、負極集電体２２６とセパレーター２２５との間には負極の粉体活物質および電解質溶液２２８が充填されている。
【０１８６】
図３１に示す電池の構造は、エンジンの作動温度に合わせて比較的高い温度で作動する電池（例えば、炭酸リチウム、炭酸カリウムなどの炭酸塩を電解質とし、約６５０℃程度の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池）の構造を採用し、充電によって吸熱する側の電極をケーシング２２３と共用するのが好ましい。第３１図は、ターボエンジンの場合を示しているが、レシプロエンジンの場合は、シリンダー外周の冷却二重ジャケットを電池のケーシングとすることができる。
〔３次元電池に貯蔵された電力を動力源とする移動物体〕
（二重構造船）
タンカーなど、洩れた場合に海水が汚染される液体を運搬する船はその液体が事故等により海に流れないように、二重構造を採用していることが多いが、二重構造部分が有効に利用されていない。
【０１８７】
そこで、二重構造部分に海水やアルカリなどを電解液とする充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０１８８】
すなわち、船の二重構造部分を電力貯蔵庫として利用する。
【０１８９】
その結果、貯蔵した電力を船の航行中の動力源として利用することができる。
【０１９０】
図３２は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ二重構造船の一部を示す斜視図である。図３２において、２３１は正極集電体としてのタンク壁、２３２はイオン透過性セパレーター、２３３は負極集電体としての船外壁である。正極集電体２３１とセパレーター２３２との間には正極の粉体活物質および電解質溶液２３４が充填され、負極集電体２３３とセパレーター２３２との間には負極の粉体活物質および電解質溶液２３５が充填されている。本実施例の場合、電解液としては、海水を利用することもできる。このように、二重構造船の二重構造部分を三次元電池として有効に利用することにより、例えば、１００万トンタンカーの重量中の５％部分を電池として利用すると、１０万馬力の出力で６０時間程度航行することが可能である。
（船）
エネルギーとなる石油や天然ガスや核燃料や石炭等は、運搬コストを低減するために大排水量の大型船により大量に運搬されているが、電力を直接運搬する手段はない。
【０１９１】
そこで、船倉の一部または全部を充放電の可能な三次元電池のセルとする。
【０１９２】
すなわち、船倉を電力貯蔵庫として利用する。
【０１９３】
その結果、貯蔵した電力を船の航行中の動力源として利用することができる。
【０１９４】
図３３は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ船の長手方向の一部の縦断面図である。図３３において、２４１は正極集電体としての船隔壁、２４２は負極集電体としての船外壁である。正極集電体２４１と負極集電体２４２との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材２４３を介在させ、集電部材２４３で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター２４４により２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液２４５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液２４６が充填されている。
【０１９５】
仮に、１００万トンの排水量の船で三次元電池を作ると、１億ｋＷhrの電力を貯蔵することができる。もし、１ｋＷhrが単価１０円であるとすれば、１０億円相当の電力を運搬できることになり、天然ガスや石炭を運搬するより運搬効率が向上するので好ましい。
（飛行機）
飛行機の胴体は耐圧の関係で、翼は強度の関係で二重構造になっており、翼の内部空間の一部には燃料が入っているが、残りの内部空間は有効に利用されていない。
【０１９６】
そこで、翼の内部空間を利用して充放電の可能な三次元電池のセルを形成する。
【０１９７】
すなわち、翼内の三次元電池に貯蔵された電力を飛行機のエンジン起動時の電力および航行中の機内用電力源として利用する。
【０１９８】
その結果、電力用ガスタービンおよび専用バッテリーが不要となり、飛行機の全体重量が軽くなる。
【０１９９】
図３４は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ飛行機の翼の断面図である。図３４において、２５１は正極集電体としての翼内隔壁、２５２は負極集電体としての翼外壁である。正極集電体２５１と負極集電体２５２との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材２５３を介在させ、集電部材２５３で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター２５４により２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液２５５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液２５６が充填されている。
（ロードローラー）
ロードローラーは一般的にタイヤを大きく重くしており、タイヤは重りとして作用するので、タイヤの内部には重量物としての鉄の塊が充填されているだけで、充填物の有効利用がされていない。
【０２００】
そこで、ロードローラーのタイヤの内部の鉄塊を活物質の粉体に代えて、充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０２０１】
すなわち、ロードローラーのタイヤを移動用電源として利用する。
【０２０２】
その結果、タイヤを重り以外に移動用電源として有効に利用できる。
【０２０３】
図３５は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだロードローラーのタイヤの断面図である。図３５において、２６１は正極集電体としての回転軸、２６２は負極集電体としての外壁である。正極集電体２６１と負極集電体２６２との間には隔壁を兼用する導電性集電部材２６３を介在させ、集電部材２６３によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター２６４により２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液２６５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液２６６が充填されている。
（電車）
電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているが、架線に費用と時間がかかり、パンタグラフと送電線との摩擦は騒音発生の原因ともなる。
【０２０４】
そこで、電車の車体底部を充放電の可能な三次元電池のセルとする。
【０２０５】
すなわち、車体底部に三次元電池の電力を貯蔵し、走行用の電力として利用する。
【０２０６】
その結果、架線が不要になる。
【０２０７】
図３６は、電車の車体底部に設置する充放電の可能な三次元電池の断面の概略構成図である。図３６において、２７１は正極集電体、２７２は負極集電体であり、正極集電体２７１と負極集電体２７２との間には隔壁を兼用する導電性の複数の集電部材２７３を介在させ、集電部材２７３によって仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター２７４により２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液２７５が充填され、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には、負極の粉体活物質および電解質溶液２７６が充填されている。
【０２０８】
例えば、１トンの三次元電池を作ると、１００ｋＷhrの電力を貯蔵し、この貯蔵電力で都市近郊を走行する電車では、数十分間走行することができ、停車時の僅かな時間（数分間）で充電することも可能である。しかし、新幹線の１６車両を走行させるには、１５０００ｋＷの最大電力が必要で、各車両に４トンの三次元電池を搭載しないと２時間程度走行することはできないので、三次元電池の容量を２トン程度に小さくして、エンジン発電器や燃料電池をともに搭載するのが好ましい。
（電気機関車）
電気機関車は、エンジン発電器で発電し、その電力で電動機を駆動して走行しているが、負荷の変動に対して追従性が悪いので、フライホイールを搭載している。しかし、エンジン発電器のエネルギー貯蔵量は少なく、角運動量の変動による走行性能への悪影響もある。
【０２０９】
そこで、発電器と電動機の間に充放電の可能な三次元電池を設置する。
【０２１０】
すなわち、三次元電池に貯蔵した電力で電動機を駆動し、走行用の電力として利用する。
【０２１１】
その結果、負荷変動に対する追従性がよくなり、エンジンの効率が向上するので最大出力が増加し、同時に公害物質の排出量も減少するという利点がある。
【０２１２】
図３７（ａ）は充放電の可能な三次元電池を有する電気機関車の断面図である。図３７（ａ）において、２８１は運転席、２８２はエンジン発電器、２８３は三次元電池、２８４は電動機、２８５は制御装置、２８６は駆動輪である。図３７（ｂ）は、ターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池を介して電動機を駆動する機構の一実施例の概略構成図であり、２８７は圧縮機、２８８は燃料タンク、２８９は燃焼器であり、外部から導入した空気２９０を圧縮機２８７で圧縮して、この高圧空気と燃料タンク２８８内の燃料を燃焼器２８９で燃焼させて高温高圧のガスを生成し、この高温高圧ガスの運動エネルギーを膨脹機２９１、発電器２９２を経て三次元電池２９３に供給して電力に変換して貯蔵し、この電力を制御装置２９４を経て電動機２９５に供給する。
（電源車）
電気機関車や電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているので、電化されていない路線は走行できず、停電時にも走行できない。 そこで、発電器と充放電の可能な三次元電池または充放電の可能な三次元電池のみを搭載した車両からなる電源車を牽引する。
【０２１３】
すなわち、電源車の電力で電動機を駆動し、電気機関車や電車の走行用の電力として利用する。
【０２１４】
その結果、非電化路線でも電気機関車や電車が走行できる。
【０２１５】
図３８（ａ）は電源車を牽引する電気機関車の断面図であり、図３８（ｂ）はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池に至る電力貯蔵システムの一実施例の概略構成図である。図３８（ａ）において、３０１は電気機関車、３０２は電源車であり、図３７と共通の構成要素については、同一参照番号を付して説明を省略する。図３８図（ｂ）は、図３７（ｂ）における制御装置２９４と電動機２９５が含まれていない点が図３７（ｂ）と異なる。
（低騒音電車）
電車は、一般的にパンタグラフを介して送電線から電力を供給されているので、パンタグラフと送電線との摩擦により騒音が発生する。そのため、住宅密集地を走行するときには、その騒音を下げるため、低速走行をする場合がある。しかし、高速輸送手段である電車が徐行することは大きな時間の損失になり、目的地に希望する時間に到着することができなくなる。
【０２１６】
そこで、発電器と充放電の可能な三次元電池または充放電の可能な三次元電池のみを搭載した車両からなる電源車を牽引して電源にし、各車両には三次元電池を搭載する。
【０２１７】
すなわち、高速走行時にはパンタグラフを格納して、三次元電池に貯蔵した電力で走行する。
【０２１８】
その結果、高速走行時の騒音を低減することができる。
【０２１９】
図３９は、充放電の可能な三次元電池を有する低騒音電車の断面図であり、図３８（ａ）の電気機関車３０１にパンタグラフ３１１を付加した点が図３８（ａ）と異なる。
〔３次元電池に貯蔵された電力を他の設備に供給する電力搬送手段〕
（電線）
従来、高周波電力輸送には同軸ケーブル、低周波電力輸送には並行型ケーブルが使われているが、電源からの電力の瞬停または短期の停電が発生すると、電力の供給が停止し、瞬時の作動停止も許されない機器では、重大な事故につながることがある。
【０２２０】
そこで、送電線を集電体とし、その周囲に粉体活物質を充填し、送電線に充放電の可能な３次元電池の機能をもたせる。
【０２２１】
すなわち、電力が必要な機器の電圧に適応させて三次元電池を形成し、短時間の間、三次元電池に貯蔵した電力を供給する。
【０２２２】
その結果、比較的小電力の直流で作動する機器において、短時間の瞬停時には、３次元電池から必要な電力を供給することができ、商用電源の瞬停や電源の切り替え時や電源プラグの抜き替え時においても、電気機器の作動が停止しない。特に、パソコンや電気時計などの小電力で作動する機器の電気トラブルに充分対応することができる。
【０２２３】
図４０（ａ）は現状の送電線の断面図、図４０（ｂ）は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線の断面図、図４０（ｃ）は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線から末端機器に電力を供給する一実施例の概略フロー図である。
【０２２４】
図４０（ａ）において、３２１、３２２は送電線である。図４０（ｂ）において、３２３は正極集電体としての電線であり、３２４は負極集電体としての電線である。正極集電体３２３と負極集電体３２４の間には、複数の導電性の集電部材３２５を介装して複数のセルを形成し、各セルはイオン透過性のセパレーター３２６で２分割されており、分割されたセルの中で正極集電体に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液３２７が充填されており、分割されたセルの中で負極集電体に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液３２８が充填されている。
【０２２５】
図４０（ｃ）において、３２９は交流１００ボルト電源、３３０は交流１００ボルト送電線、３３１は整流器、３３２は三次元電池を内蔵した送電線、３３３はパソコンである。例えば、送電線３３２に１０ｇｒの粉体活物質を封入すれば、ニッケル水素電池の場合、７．２Ｖで１Ａの直流を４００秒間給電することができる。
（電柱）
電力を輸送するために、電柱の高所にケーブルを配しているが、電柱の構造物自体は有効に利用されていない。
【０２２６】
そこで、電柱を充放電の可能な三次元電池の構造にする。
【０２２７】
すなわち、通常時は商用電源から電力を供給し、停電時には、電柱の三次元電池から電力を供給する。
【０２２８】
その結果、商用電源の停電時にも中断することなく電力を供給できる。
【０２２９】
図４１は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電柱の断面図である。図４１において、３４１は地表面、３４２は正極、３４３は負極であり、これら正極と負極の間には複数の集電部材３４４が介装されており、集電部材３４４で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター３４５で２分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には正極の粉体活物質および電解質溶液３４６が充填されており、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液３４７が充填されている。
〔三次元電池に貯蔵された電力を光エネルギー、運動エネルギーまたは熱エネルギーに変換する設備〕
（電球）
一般的に電球は金属容器にガラス容器を接続して、そのガラス容器中にフィラメントを配し、金属容器を経てフィラメントに電力を供給して点灯させている。このように、電球を点灯させるには外部電源が必要である。
【０２３０】
そこで、電球の金属容器部に粉体活物質を充填して、充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０２３１】
すなわち、三次元電池の端子と電球のフィラメント端子を短絡することで、点灯させる。
【０２３２】
その結果、外部電源によらずに電球を点灯することができる。
【０２３３】
図４２は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電球の断面図である。図４２において、３５１は正極集電体、３５２は負極集電体、３５３はイオン透過性セパレーターであり、正極集電体３５１とセパレーター３５３の間には、正極の粉体活物質および電解質溶液３５４が充填されており、負極集電体３５２とセパレーター３５３の間には、負極の粉体活物質および電解質溶液３５５が充填されている。３５６はフィラメント、３５７はフィラメント端子、３５８は電池正極端子、３５９は充電ジャックである。フィラメント３５６の一端は電池の負極集電体３５２と内部で接続されているので、フィラメント端子３５７と電池正極端子３５８を短絡させることで、電球を点灯させることができる。
（懐中電灯）
懐中電灯は、一般的に電源スイッチの付いた筒状容器に電池を入れて電球を点灯させているが、懐中電灯の容器の中にさらに電池容器を入るという二重の容器構造であるから、大きく重いものとなっている。
【０２３４】
そこで、懐中電灯の容器を集電体として利用し、容器内に粉体活物質と電解液を入れて充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０２３５】
すなわち、懐中電灯の容器を三次元電池のハウジングとして利用する。
【０２３６】
その結果、従来の懐中電灯内に入れていた電池が不要となるので、懐中電灯の軽量化と小形化を図ることができる。
【０２３７】
図４３は、充放電の可能な三次元電池を組み込んだ懐中電灯の断面図である。図４３において、３６１は電球、３６２はスイッチ、３６３は正極集電体、３６４は負極集電体、３６５はイオン透過性セパレーターであり、正極集電体３６３とセパレーター３６５の間には、正極の粉体活物質および電解質溶液３６６が充填されており、負極集電体３６４とセパレーター３６５の間には、負極の粉体活物質および電解質溶液３６７が充填されている。
（巨大隕石軌道変更装置）
巨大隕石の軌道を変更するための装置としては、鉛バッテリーの電力をエネルギーとして２本のレールに配した金属弾丸を発射し、その金属弾丸を巨大隕石中に打ち込んで隕石の軌道を変更する方法が提案されているが、隕石に打ち込むエネルギーが不足している。
【０２３８】
そこで、地表面付近に大電流で、充放電の可能な三次元電池を形成する。
【０２３９】
すなわち、三次元電池に貯蔵した大電流を運動エネルギーに変換し、レールガンから発射する金属弾丸の隕石打ち込みエネルギーを大幅に増加させる。
【０２４０】
図４４（ａ）は、地表面付近に形成した充放電の可能な三次元電池の縦断面図である。図４４（ａ）において、３７１は地表面、３７２は正極、３７３は負極であり、正極３７１と負極３７２の間には複数の導電性の集電部材３７４を介装し、集電部材３７４で仕切られた各セルはイオン透過性セパレーター３７５で２分割されており、分割されたセルの中で正極に近いセル部分には、正極の粉体活物質および電解質溶液３７６が充填されており、分割されたセルの中で負極に近いセル部分には負極の粉体活物質および電解質溶液３７７が充填されている。
【０２４１】
図４４（ｂ）は、レールガンによる金属弾丸発射装置の一実施例の概略構成図である。図４４（ｂ）において、３７８は充放電の可能な三次元電池、３７９は金属弾丸、３８０は正極であるＨ型鋼のブラシ、３８１は負極であるＨ型鋼のブラシである。例えば、図４４（ａ）に示す構成の三次元電池を１０ｋｍ四方にわたって形成すると、１０5ボルト×１０13アンペアの電力を貯蔵することが可能になる。この電力によって、０．５×１０18ワットの磁場を天空から地表面に向けて形成し、その電磁力を金属弾丸に付与する。すなわち、ブラシ３８０と３８１からなる１０ｍ幅のレールには、１０35Ｎの力が加わり、直径５０ｍで長さ１００ｍのニッケル製の弾丸を光速の１／１００００程度に加速して発射することができ、殆どの隕石の撃墜が可能になる。
（溶融装置）
各種物質を溶融する溶融炉には、大電力の給電設備を設けており、給電設備の設備コストが大きなものとなっている。
【０２４２】
そこで、高出力低容量の充放電の可能な三次元電池を溶融炉に付設する。
【０２４３】
すなわち、適切な発電手段で三次元電池に充電し、物質溶融時に三次元電池に貯蔵されている高出力低容量の電力を溶融炉に供給し、その電気エネルギーを熱エネルギーに変換して物質を溶融する。
【０２４４】
このように、比較的小さな電力供給設備で物質の溶融が可能になる。
４．第四の発明の実施の形態
（第１実施形態）
図４５は、第四の発明の第１実施形態に係るアルカリ一次電池の概略構成図である。図４５に示すように、イオン透過性セパレーター３９１を介して負極セル３９２、正極セル３９３が設けられ、負極セル３９２には、負極の粉体活物質および電解質溶液３９４が充填され、正極セル３９３には、正極の粉体活物質および電解質溶液３９５が充填されている。負極の粉体活物質としては、炭化鉄の粉体が用いられているが、炭化鉄と鉄の粉体混合物を用いることもできる。この炭化鉄とは、当該炭化鉄製品の少なくとも一部がＦｅ3Ｃ の化学組成を有するものを指す意である。この炭化鉄は、例えば、上記したように、本出願人により出願された特開平９−４８６０４号公報に開示された方法で製造することができるが、含鉄原料を還元および炭化して炭化鉄を得る場合、含鉄原料のすべての部分が炭化鉄に転化したものを必ずしも用いる必要はない。というのは、炭化鉄の中の炭化部分が多くなればなるほど導電性はよくなるが、一方、炭化部分が多い高転化率の炭化鉄製品の製造コストは高くなる。この点で、炭化鉄製品のＦｅ3Ｃ組成は、含有鉄分の５原子％以上であれば、負極の粉体活物質としての必要な導電性を確保することができ、しかも、製造コストを比較的低く抑えることができる。
【０２４５】
正極の粉体活物質としては、二酸化マンガンと炭素の粉体混合物が用いられている。電解質溶液は、負極セル３９２および正極セル３９３ともに、水酸化カリウム水溶液が用いられている。
【０２４６】
セパレーター３９１は、イオンを通すが、粉体は通過しない膜であり、例えば、素焼き、イオン交換樹脂膜、金属繊維および不織布等を用いることができる。負極セル３９２、正極セル３９３の中には、それぞれ、導電体からなる負極集電器３９６、正極集電器３９７が設けられており、これら、集電器３９６、３９７が負荷手段３９８と接続されている。集電器３９６、３９７は、アルカリ溶液中で腐食しない金属が好ましく、例えば、炭素鋼にニッケルをメッキしたプレートを使用することができる。
【０２４７】
次に、第四の発明の第１実施形態に係るアルカリ一次電池の放電の詳細を説明する。
【０２４８】
電池が負荷手段３９８と接続されると、負極集電器３９６は外部回路に電子を放出し、放出された電子は負極集電器３９６から負荷手段３９８を通り、正極集電器３９７に到達する。電子は正極集電器３９７より正極の粉体活物質と直接または粉体活物質を介して移動しつつ反応する。正極の粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター３９１を通過して負極セル３９２に入り、ここで、負極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は粉体を介して、あるいは、直接負極集電器３９６に移動して負荷手段３９８に供給される。以上のようなサイクルが繰り返される。
【０２４９】
以上の放電反応を、負極側と正極側に分けて化学式で示すと、以下のように表される。
【０２５０】
（負極） Ｆｅ＋２ＯＨ-→Ｆｅ（ＯＨ）2＋２ｅ-
（正極） ＭｎＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-→ＭｎＯＯＨ＋ＯＨ-
図４５はアルカリ一次電池の概略構成を示すためのみのものであり、円筒型や積層形など様々な構造のものを採用することができる。
（第２実施形態）
図４６は、第四の発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の概略構成図である。図４５と共通する構成については同一の番号を付して説明を省略する。図４５と異なる点は、図４６においては、正極の粉体活物質としては、水酸化ニッケルと炭素の粉体混合物が用いられていることと、流動化流体分散手段３９９、４００を有することである。また、負荷手段３９８に代えて、負荷手段（放電の場合）または発電手段（充電の場合）４０１が設置されている。
【０２５１】
負極セル３９２および正極セル３９３内の粉体どうしあるいは粉体と集電器３９６、３９７との接触効率を高めるために、流動化流体分散手段３９９、４００より各セル３９２、３９３内に気体または液体が供給される。流動化流体分散手段３９９、４００の代わりに、あるいは流動化流体分散手段３９９、４００とともに、各セル３９２、３９３内に羽状の攪拌機等の攪拌手段を設けて粉体を流動化させることもできる。
【０２５２】
次に、第四の発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の充電と放電の中で、放電反応はアルカリ一次電池の場合について説明したのと同じであるから、説明を省略し、充電反応について以下に説明する。
【０２５３】
電池が発電手段４０１と接続されると、発電手段４０１から放出された電子は負極集電器３９６に到達し、この電子は負極集電器３９６より負極の粉体活物質と直接または粉体活物質内を移動しつつ反応する。負極の粉体活物質が電子を受容することによって発生した陰イオンは、セパレーター３９１を通過して正極セル３９３に入り、正極の粉体活物質と反応して電子を放出する。この電子は粉体を介して、あるいは、直接正極集電器３９７に移動して発電手段４０１に供給される。以上のようなサイクルが繰り返される。
【０２５４】
以上の放電反応と充電反応を、負極側と正極側および電池全体に分けて化学式で示すと、以下のように表される。
【０２５５】
【化２】
【０２５６】
上式において、右方向の矢印は放電反応を示し、左方向の矢印は充電反応を示す。
【０２５７】
図４６はアルカリ二次電池の概略構成を示すためのみのものであり、円筒型や積層形など様々な構造のものを採用することができる。
（放電曲線）
次に、第四の発明のアルカリ二次電池（公称容量が３Ａｈであるもの）の放電曲線の一例を図４７に示す。図４７の縦軸は端子電圧（Ｖ）を示し、横軸は放電容量（Ａｈ）を示す。このアルカリ二次電池は、負極活物質として炭化鉄（含有鉄分の約３０原子％が炭化鉄であるもの）の粉体を用い、正極活物質として水酸化ニッケルと炭素の混合物の粉体を用いた。この場合、流動化流体分散手段３９９、４００によりセル内に窒素を導入した。図４７に明らかなように、放電電圧の急激な低下傾向は見られず、良好な放電特性を示している。
５．第五の発明の実施の形態
図４８は、第五の発明の第１実施形態による地域分散型発電方法を実施する装置の概略構成を示している。図４８において、自動車４１１は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンなどのエンジン４１２とともに、発電機４１３、電力貯蔵用の移動源電池（バッテリー）４１４、電動機（モータ）４１５を備えている。自動車４１１は、エンジン４１２を使用して発電機４１３を作動させ電力を発生させて、この電力を移動源電池４１４に貯蔵する。自動車４１１は、本来の目的である走行時には、エンジン４１２及び電池４１４からの電力で駆動する電動機４１５により、また、走行負荷が少ないとき等は電動機４１５のみによって動くようになっている。
【０２５８】
上記のような構成の自動車等を停車時に家庭用、事務所用の固定発電システムとして流用するのが、第五の発明の方法及び装置である。なお、エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置の代わりに、燃料電池により発電を行う装置を搭載した自動車等を用いることもできる。また、自動四輪車だけでなく、同様の機能を備えたものであれば、自動二輪車、自動三輪車、船舶等を利用することも可能である。
【０２５９】
図４８に示すように、自動車４１１を住居４１６の車庫などに停車させている時、コネクタ４１７によって、住居４１６に設置された固定電池（バッテリー）４１８と自動車４１１に搭載された移動源電池４１４とを接続することにより、エンジン４１２で発電機４１３を回して発電した電力を固定電池４１８に供給し充電することができる。固定電池４１８からの電力はインバータ４１９によって交流に変換し電圧を調整して負荷４２０にて使用することができる。なお、図示していないが、商用電源は、インバータ４１９から各負荷４２０に至る間に接続される。また、固定電池４１８から直流用の負荷に直接接続して使用することも可能である。
【０２６０】
移動源電池４１４の電池容量が減少した場合には、エンジン４１２を稼働させ発電機４１３を回して充電する。このとき、エンジン排気音を下げるために、自動車４１１の排気筒に外付け消音器を取り付けても良い。
【０２６１】
また、図４８に示すように、住居４１６に風力発電設備や太陽光発電設備が設置されている場合、すなわち、風力発電機４２１や太陽電池４２２によって発電した電力が固定電池４１８に供給される場合には、移動源電池４１４からの電力と併せて負荷４２０にて使用することができる。風力発電設備、太陽光発電設備を単独で又は組み合わせて住居に設置する場合は、大容量のバッテリー（電池）が必要になり、設備費が高くなっていたが、自動車等に搭載されたバッテリー（電池）から電力を供給することにより、住居に設置するバッテリー（固定電池４１８）は小型のもので良くなり、設備費が大幅に削減される。
【０２６２】
また、移動源電池４１４の電池容量が少なく、かつ、負荷４２０による電力消費量よりも風力発電機４２１や太陽電池４２２による発電量が多い場合は、固定電池４１８に貯蔵された電力で移動源電池４１４を充電することができる。
【０２６３】
本実施の形態では、住居４１６に風力発電設備や太陽光発電設備を設置した場合を説明したが、風力や太陽光の利用はオプションであり、風力発電機４２１、太陽電池４２２及び固定電池４１８を設けない構成とすることも勿論可熊である。すなわち、最低限、インバータ４１９を設置すればよく、コネクタ４１７によってインバータ４１９と移動源電池４１４とを接続することにより、自動車の電力を家庭用に使用することができる。
【０２６４】
また、本実施の形態では、電力の系統のみを説明しているが、自動車等のエアコンやラジエータ等で発生する熱エネルギーを家庭用に使用してコージェネレーションを行うことができる。例えば、自動車等のエアコンやラジエータ等からの温風、冷風などを、ダクトを介して住居に供給し家庭用の空調に利用することができる。なお、コージェネレーションではないが、自動車等のエアコンやラジエータ等で発生する熱エネルギーを、テントや別荘などの外出先で利用することも可能である。
【０２６５】
上述したように、従来の家庭用コージェネレーション設備はコストが高く、長時間使用しないと採算が取れず、太陽光発電においては、設備費の半額を国家負担として補肋することにしたが、それでも経済的に成立せず、多額の予算が余るという結果になった。そこで、従来のコージェネレーション設備を単独で設置するのを止めて、本来は移動、輸送手段として成立している自動車等から発生する電力エネルギーを家庭用に使用することによって、家庭用設備費を大幅に削減し、分散型発電を進めることができる。
【０２６６】
エンジンを使用して発電機を作動させ電力を発生させる装置、又は燃料電池により発電を行う装置とともに、電力貯蔵用の電池を搭載した自動車等においては、電池での電力量が数十ｋＷhrであり、丁度一件の家で消費する電力を賄うことができる。また、外出には自動車を使うことが多く、移動用と固定用の使い分け、つまり、移動時と停車中の電力供給とは時間的にすみ分けが可能である。
【０２６７】
例えば、３００万円の自家発電設備を購入するのは、電力の購買価格との差から経済的に成立しないが、３００万円の自動車であれば、発電設備としてだけではなく、本来の目的である移動、輸送手段として使用できるので経済的に成立することになる。
【０２６８】
移動源電池４１４と固定電池４１８は、例えば、図１〜図１２に示すように、正極側および負極側の活物質を粉体とする三次元構造の電池とすることができる。このように、三次元構造の電池であれば、劣化した活物質粉体の一部または全部を廃棄して、例えば、第一の発明の第７実施形態による図１０の再生機２７で劣化した粉体を再生し且つ廃棄された粉体分に相当する量の新しい粉体を容器に供給すれば、直ちに充電を開始することができるという効果があるので好ましい。
【０２６９】
なお、本実施の形態は、家庭用について説明したが、事務所用の場合も同様である。
【産業上の利用可能性】
【０２７０】
本発明は以上説明したように構成されているので、活物質を粉体にして構成した大電力の貯蔵が可能な三次元構造の電池及びその電池を構造の一部として有する機器または装置並びに放電電圧が低下しにくい長寿命のアルカリ一次電池およびアルカリ二次電池、ならびに自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車、船舶等の移動・輸送手段の動力を利用した地域分散型発電装置として適している。
【図面の簡単な説明】
【０２７１】
【図１】図１（ａ）は、第一の発明の第１実施形態による電池を示す概略断面構成図であり、図１（ｂ）は第一の発明の電池の放電曲線の一例を示す図である。
【図２】第一の発明の第２実施形態による電池を示す概略断面構成図である。
【図３】第一の発明の第３実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。
【図４】第一の発明の第３実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。
【０２７２】
【図５】第一の発明の第４実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。
【図６】第一の発明の第４実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。
【０２７３】
【図７】第一の発明の第５実施形態による電池を示す概略断面構成図である。
【図８】第一の発明の第６実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。
【図９】第一の発明の第６実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。
【０２７４】
【図１０】第一の発明の第７実施形態による電池の一例を示す概略断面構成図である。
【図１１】第一の発明の第７実施形態による電池の他の例を示す概略断面構成図である。
【図１２】第一の発明の第８実施形態による電池を示す概略断面構成図である。
【図１３】図１３（ａ）は第二の発明の積層型三次元電池の実証試験器の一例を示す斜視図、図１３（ｂ）は同電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１４】図１３の積層型三次元電池の実証試験器の組立前（分解状態）の主要部品の一部を示す斜視図である。
【図１５】第二の発明の第２実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１６】第二の発明の第３実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１７】第二の発明の第４実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１８】第二の発明の第５実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図１９】第二の発明の第６実施形態に係る積層型三次元電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図２０】内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するドアの縦断面図である。
【図２１】内部空間に充放電の可能な三次元電池を有する橋脚の縦断面図である。
【図２２】内部空間に充放電の可能な三次元電池を有するダムの斜視図である。
【図２３】電力貯蔵器としてのラジエーターの概略構成図である。
【図２４】天井部分に充放電の可能な三次元電池を有する家屋の縦断面図である。
【図２５】内面側に充放電の可能な三次元電池を有するボンネットの一部を示す断面図である。
【図２６】充放電の可能な三次元電池を形成する地表面付近の断面図である。
【図２７】側部に充放電の可能な三次元電池を有する食器の縦断面図である。
【図２８】充放電の可能な三次元電池を有する住宅の床の断面図である。
【図２９】充放電の可能な三次元電池を搭載したトレーラーの側面図である。
【図３０】図３０（ａ）はケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図であり、図３０（ｂ）は台座に充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電動機の縦断面図である。
【図３１】ケーシングに充放電の可能な三次元電池を組み込んだターボエンジンの縦断面図である。
【図３２】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ二重構造船の一部を示す斜視図である。
【図３３】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ船の長手方向の一部の縦断面図である。
【図３４】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ飛行機の翼の断面図である。
【図３５】充放電の可能な三次元電池を組み込んだロードローラーのタイヤの断面図である。
【図３６】電車の車体底部に設置する充放電の可能な三次元電池の概略構成図である。
【図３７】図３７（ａ）は充放電の可能な三次元電池を有する電気機関車の断面図であり、図３７（ｂ）はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池を介して電動機を駆動する機構の一実施例の概略構成図である。
【図３８】図３８（ａ）は電源車を牽引する電気機関車の断面図であり、図３８（ｂ）はターボエンジンに適用した場合において、発電器から充放電の可能な三次元電池に至る電力貯蔵システムの一実施例の概略構成図である。
【図３９】充放電の可能な三次元電池を有する低騒音電車の断面図である。
【図４０】図４０（ａ）は現状の送電線の断面図、図４０（ｂ）は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線の断面図、図４０（ｃ）は充放電の可能な三次元電池を組み込んだ送電線から末端機器に電力を供給する一実施例の概略フロー図である。
【図４１】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電柱の断面図である。
【図４２】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ電池の断面図である。
【図４３】充放電の可能な三次元電池を組み込んだ懐中電灯の断面図である。
【図４４】図４４（ａ）は地表面付近に形成した充放電の可能な三次元電池の縦断面図、図４４（ｂ）はレールガンによる金属弾丸発射装置の一実施例の概略構成図である。
【図４５】第四の発明の第１実施形態に係るアルカリ一次電池の概略構成図である。
【図４６】第四の発明の第２実施形態に係るアルカリ二次電池の概略構成図である。
【図４７】第四の発明のアルカリ二次電池の放電曲線の一例を示す図である。
【図４８】第五の発明の第１実施形態による地域分散型発電方法を実施する装置を示す系統的概略構成説明図である。
【図４９】従来の一般的な膜構造の電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図５０】従来の一般的な膜構造の長尺タイプの電池を概念的に示す中央縦断面図である。
【図５１】従来の一般的な膜構造の電池を並列的に接続した状態を概念的に示す中央縦断面図である。
【図５２】従来の一般的な膜構造の電池を直列に接続した状態を概念的に示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
【０２７５】
１、４３、９６、１０４、１１４、１２３、１３５、１４３、１５５、１６３、１７５、２０５、２１１、２２５、２３２、２４４、２５４、２６４、２７４、３２６、３４５、３５３、３６５、３７５、３９１ イオン透過性セパレーター
２、５５、３９２ 負極セル
３、５４、３９３ 正極セル
４、９８、１０６、１１６、１２５、１３９、１４５、１５７、１６５、１７７、２０８、２１４、２２８、２３５、２４６、２５６，２６６、２７６、３２８、３４７、３５５、３６７、３７７、３９４ 負極の粉体活物質および電解質溶液
５、９７、１０５、１１５、１２４、１３７、１４４、１５６、１６４、１７６、２０７、２１３、２２７、２３４、２４５、２５５，２６５、２７５、３２７、３４６、３５４、３６６、３７６、３９５ 正極の粉体活物質および電解質溶液
６、３９６ 負極集電器
７、３９７ 正極集電器
８ 負荷手段又は発電手段
９、３９９、４００ 流動化流体分散手段
１０ 電解液界面
１１ 板状負極集電器
１２ 板状正極集電器
１３ 管状負極集電器
１４ 管状正極集電器
１５ 負極集電器兼分散器
１６ 正極集電器兼分散器
１７ 負極集電器兼撹拌機
１８ 正極集電器兼撹拌機
１９ 流動化流体分散器
２０ 水素吸蔵合金粉及び電解質溶液
２１ 水酸化ニッケル粉及び電解質溶液
２２ 負極集電器兼伝熱管
２３ 正極集電器兼伝熱管
２４ 負極集電器兼伝熱板
２５ 正極集電器兼伝熱板
２６ 分離機
２７ 再生機
２８ 混合機
２９ メークアップ用粉体ホッパー
３０ 反応器
３１ 燃料供給管
４１、４１−１〜４１−５ 積層型三次元電池
４２ セル部材
４５、９４、１０３、１１３、１３４、１４２、１５４、１５６、１７４、２４３、２５３、２６３、２７３、３２５、３４４、３７４ 集電部材
４６、１１１、１２６、１３６、１５２、２０４、２１０、２２４、２３１、２４１、２５１、２６１、２７１、３２３、３５１、３６３ 正極集電体
４７、１１２、１２７、１３８、１５３、２０６、２１２、２２６、２３３、２４２、２５２、２６２、２７２、３２４、３５２、３６４ 負極集電体
４８ パッキン
４９ ボルト
５６ 単位電池
５７、３９８ 負荷手段
５８ 充電器
５９、６０、６１ 撹拌手段
ｎ、ｈ、Ａ、Ｂ 粉体（活物質）
ｋ、ｒ 電解質溶液
７１、７２ ブロワー
８１、８２、８３ スタッド
９１ ドアハウジング
９２ 正極端子
９３ 負極端子
１０１ 橋脚ブロック
１２１ ラジエーター本体
１３１ 屋根
１４１ ボンネット
１５１ アスファルト舗装
１６２ 食器本体
１６６ 発熱素子（または冷却素子）
１７１ 床
１７２、３４２、３７２、３８０ 正極
１７３、３４３、３７３、３８１ 負極
１８２ 正極セル内熱交換器
１８５ 負極セル内熱交換器
１９２ トレーラー
２８２ エンジン発電器
２８３、２９３、３７８ 三次元電池
２８４、２９５ 電動機
２９２ 発電器
３０１ 電気機関車
３０２ 電源車
３１１ パンタグラフ
３２１、３２２ 送電線
３３２ 三次元電池を内蔵した送電線
３４１ 地表面
３５６ フィラメント
３５７ フィラメント端子
３５８ 電池正極端子
３６１ 電球
３７９ 金属弾丸
３９８ 負荷手段
４０１ 発電手段
４１１ 自動車
４１２ エンジン
４１３ 発電機
４１４ 移動源電池
４１５ 電動機
４１６ 住居
４１７ コネクタ
４１８ 固定電池
４１９ インバータ
４２０ 負荷
４２１ 風力発電機
４２２ 太陽電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ一次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ一次電池。
【請求項２】
正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ二次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ二次電池。
【請求項３】
正極の活物質と負極の活物質が、ともに粉体である請求項１記載のアルカリ一次電池。
【請求項４】
正極の活物質と負極の活物質が、ともに粉体である請求項２記載のアルカリ二次電池。
【請求項５】
金属が鉄であり、炭化金属が炭化鉄である請求項１又は３記載のアルカリ一次電池。
【請求項６】
金属が鉄であり、炭化金属が炭化鉄である請求項２又は４記載のアルカリ二次電池。
【請求項１】
正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ一次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ一次電池。
【請求項２】
正極集電体、正極の活物質と電解質溶液、イオンは通過するが電子を通過させないセパレーター、負極の活物質と電解質溶液、および負極集電体を、この順で配置したアルカリ二次電池において、負極活物質として、炭化金属または炭化金属とこの金属の混合物を用いることを特徴とするアルカリ二次電池。
【請求項３】
正極の活物質と負極の活物質が、ともに粉体である請求項１記載のアルカリ一次電池。
【請求項４】
正極の活物質と負極の活物質が、ともに粉体である請求項２記載のアルカリ二次電池。
【請求項５】
金属が鉄であり、炭化金属が炭化鉄である請求項１又は３記載のアルカリ一次電池。
【請求項６】
金属が鉄であり、炭化金属が炭化鉄である請求項２又は４記載のアルカリ二次電池。
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【公開番号】特開２００６−５４１９４（Ｐ２００６−５４１９４Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７０８１８（Ｐ２００５−２７０８１８）
【出願日】平成１７年９月１６日（２００５．９．１６）
【分割の表示】特願２０００−６０８４６３（Ｐ２０００−６０８４６３）の分割
【原出願日】平成１２年３月２７日（２０００．３．２７）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１６日（２００５．９．１６）
【分割の表示】特願２０００−６０８４６３（Ｐ２０００−６０８４６３）の分割
【原出願日】平成１２年３月２７日（２０００．３．２７）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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