JPH02257577A - 金属―空気2次電池 - Google Patents
金属―空気2次電池Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は金属−空気2次電池に係り、特に高出力放電及
び高速充電が可能な金属−空気2次電池に関する。
び高速充電が可能な金属−空気2次電池に関する。
[従来の技術及び先行技術]
アルカリ水溶液中での酸素の電気化学的還元反応は、燃
料電池や金属−空気電池において極めて重要である。
料電池や金属−空気電池において極めて重要である。
本発明者らは、特に金属−空気電池用のガス拡散型酸素
電極、とりわけ酸素還元陰極としてカーボンを主体とし
たテフロン(ポリテトラフルオロエチレン)結着型ガス
拡散型酸素電極、即ちガス拡散型カーボン電極について
、種々検討を重ねてきた。
電極、とりわけ酸素還元陰極としてカーボンを主体とし
たテフロン(ポリテトラフルオロエチレン)結着型ガス
拡散型酸素電極、即ちガス拡散型カーボン電極について
、種々検討を重ねてきた。
第2図は一般的なガス拡散型カーボン電極を示す断面図
である。
である。
図示の如く、ガス拡散電極(ガス拡散型カーボン電極)
10は、ガス拡散層12と反応層13との2層とされて
おり、ガス拡散層12は炭素及びテフロンよりなり、反
応層は炭素、テフロン及び酸化物触媒よりなる。このよ
うなガス拡散電極10にはNiメツシュ14等の導電線
がホットプレス等により埋設される。使用に際して、ガ
ス拡散層12は空気、酸素等のガス側に、反応層13は
KOH等のアルカリ水溶液側に設置される。
10は、ガス拡散層12と反応層13との2層とされて
おり、ガス拡散層12は炭素及びテフロンよりなり、反
応層は炭素、テフロン及び酸化物触媒よりなる。このよ
うなガス拡散電極10にはNiメツシュ14等の導電線
がホットプレス等により埋設される。使用に際して、ガ
ス拡散層12は空気、酸素等のガス側に、反応層13は
KOH等のアルカリ水溶液側に設置される。
木発明者らは、先にこのようなガス拡散型カーボン電極
に用いられる酸化物触媒として、下記組成に代表される
ランタン系ペロブスカイト型酸化物触媒が有効であるこ
とを見出した(「日本化学会誌J1986年No、6第
751〜755頁)。
に用いられる酸化物触媒として、下記組成に代表される
ランタン系ペロブスカイト型酸化物触媒が有効であるこ
とを見出した(「日本化学会誌J1986年No、6第
751〜755頁)。
L a oj S r o4 F e
as M 11.4 0 3(M=Mn、
Co) そして、電流密度の向上、電極活性の向上、電位の安定
化などの電極性能、作動性能等のより一層の改善を目的
として、炭素及びポリテトラフルオロエチレンを含むガ
ス拡散層と、炭素、ポリテトラフルオロエチレン及び酸
化物触媒を含む反応層とを備えるガス拡散型酸素電極に
おいて、酸化物触媒として下記(I)又は(■りの組成
を有するペロブストカイト型酸化物触媒を用いたガス拡
散型酸素電極を提案し、本出願人より特許出願した(特
願昭63−155662号。以下「先願」という。)。
as M 11.4 0 3(M=Mn、
Co) そして、電流密度の向上、電極活性の向上、電位の安定
化などの電極性能、作動性能等のより一層の改善を目的
として、炭素及びポリテトラフルオロエチレンを含むガ
ス拡散層と、炭素、ポリテトラフルオロエチレン及び酸
化物触媒を含む反応層とを備えるガス拡散型酸素電極に
おいて、酸化物触媒として下記(I)又は(■りの組成
を有するペロブストカイト型酸化物触媒を用いたガス拡
散型酸素電極を提案し、本出願人より特許出願した(特
願昭63−155662号。以下「先願」という。)。
Lad−xCaxCoO3
(ただし、0.05≦x≦0.9)
Lad−、Ca、 MnO3
(ただし、0.05≦y≦0.9)
上記先願によれば、金属−空気1次電池の酸素還元極(
陰極)として極めて優れた性能を有するガス拡散型酸素
電極が提供される。
陰極)として極めて優れた性能を有するガス拡散型酸素
電極が提供される。
[発明が解決しようとする課題]
ところで、金属−空気1次電池に対して、金属−空気2
次電池は、安価でエネルギー密度の高いことから、工業
的に極めて有用である。
次電池は、安価でエネルギー密度の高いことから、工業
的に極めて有用である。
金属−空気電池を2次電池に応用する場合に、空気極を
そのまま充電用対極として共用する方法と空気極とは別
に、充電用対極として第3の電極を設ける方法がある。
そのまま充電用対極として共用する方法と空気極とは別
に、充電用対極として第3の電極を設ける方法がある。
充電時には、電極上で酸素が発生し、電極が陽極酸化を
受は易いために、従来において、多くは後者の方法が取
り入れられていた。しかし、この方法は、電池構造の複
雑化に伴う、エネルギー密度の減少、操作の複雑化等の
問題がある。
受は易いために、従来において、多くは後者の方法が取
り入れられていた。しかし、この方法は、電池構造の複
雑化に伴う、エネルギー密度の減少、操作の複雑化等の
問題がある。
このため、充電用対極として第3の電極を設けることな
く、空気極を充電用電極(酸素発生電極)として共用す
ることが可能な金属−空気2次電池の開発が望まれてい
る。しかして、このような高性能金属−空気2次電池の
実現には、酸素(空気)の電気化学的還元反応における
性能が高いだけでなく、陽極における充電時の酸素発生
に対しても高性能であるといった両機能を備えたガス拡
散電極の開発が必要とされる。
く、空気極を充電用電極(酸素発生電極)として共用す
ることが可能な金属−空気2次電池の開発が望まれてい
る。しかして、このような高性能金属−空気2次電池の
実現には、酸素(空気)の電気化学的還元反応における
性能が高いだけでなく、陽極における充電時の酸素発生
に対しても高性能であるといった両機能を備えたガス拡
散電極の開発が必要とされる。
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、
高出力放電及び高速充電が可能な金属−空気2次電池を
提供することを目的とする。
高出力放電及び高速充電が可能な金属−空気2次電池を
提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段]
本発明の金属−空気2次電池は、空気電極として、炭素
及びポリテトラフルオロエチレンを含むガス拡散層と、
炭素、ポリテトラフルオロエチレン及び酸化物触媒を含
む反応層とを備えるガス拡散電極であって、酸化物触媒
として下記組成を有するペロブスカイト型・酸化物触媒
を用いたガス拡散電極を備えてなることを特徴とする。
及びポリテトラフルオロエチレンを含むガス拡散層と、
炭素、ポリテトラフルオロエチレン及び酸化物触媒を含
む反応層とを備えるガス拡散電極であって、酸化物触媒
として下記組成を有するペロブスカイト型・酸化物触媒
を用いたガス拡散電極を備えてなることを特徴とする。
Lad−X Ca、Coos
(ただし、0.05≦x≦0.9)
即ち、本発明者らは、前記先願により提案されたガス拡
散型酸素電極のうち、Lad−CaxCo0z (た
だし、0.05≦x≦0.9)を酸化物触媒として用い
たガス拡散電極は、酸素還元特性に優れ、従来の電極に
比べて高電流密度が得られる上に、酸素発生電極として
も著しく優れた特性を備え、高速充電が可能であること
を見出し、本発明を完成させた。
散型酸素電極のうち、Lad−CaxCo0z (た
だし、0.05≦x≦0.9)を酸化物触媒として用い
たガス拡散電極は、酸素還元特性に優れ、従来の電極に
比べて高電流密度が得られる上に、酸素発生電極として
も著しく優れた特性を備え、高速充電が可能であること
を見出し、本発明を完成させた。
以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。
第1図は本発明の金属−空気2次電池の一実施例に係る
亜鉛−空気2次電池1の一部切欠き斜視図である。
亜鉛−空気2次電池1の一部切欠き斜視図である。
第1図において、2はセルケース、3は金属極(例えば
、亜鉛板)、4はセパレーター 5は電解液(例えば、
30重量%KOH)、6はリード線、7は集電体(例え
ば、Niメツシュ)、10はガス拡散電極である。
、亜鉛板)、4はセパレーター 5は電解液(例えば、
30重量%KOH)、6はリード線、7は集電体(例え
ば、Niメツシュ)、10はガス拡散電極である。
本発明の金属−空気2次電池は、空気電極として、第2
図に示すような反応層の酸化物触媒として、 L a 1−x Ca 、 Co Os(ただし、
0.05≦x≦0.9) で示されるペロブスカイト型酸化物触媒を用いたガス拡
散電極10を用いること以外は、従来の金属−空気2次
電池と同様の構成を有する。
図に示すような反応層の酸化物触媒として、 L a 1−x Ca 、 Co Os(ただし、
0.05≦x≦0.9) で示されるペロブスカイト型酸化物触媒を用いたガス拡
散電極10を用いること以外は、従来の金属−空気2次
電池と同様の構成を有する。
以下に、本発明で空気電極として採用されるガス拡散電
極10について説明する。
極10について説明する。
本発明に係るガス拡散電極10に用いられる上記酸化物
触媒のCa置換率は、得られる電池性能に影響を及ぼし
、 0.3≦x≦0.5 であることが好ましい。
触媒のCa置換率は、得られる電池性能に影響を及ぼし
、 0.3≦x≦0.5 であることが好ましい。
ガス拡散電極10の反応層13中の上記酸化物触媒の含
有量は、少な過ぎると十分な触媒効果が得られず、また
所定量を超えて用いてもそれに見合う電極抵抗の改善効
果が得られない上に、過度に多量の酸化物触媒を用いた
場合には電極内部の微細構造に変化が生じ、電極抵抗が
悪化する場合がある。このようなことから、酸化物触媒
の含有量は10〜60重量%、特に20〜30重量%の
範囲とするのが好ましい。
有量は、少な過ぎると十分な触媒効果が得られず、また
所定量を超えて用いてもそれに見合う電極抵抗の改善効
果が得られない上に、過度に多量の酸化物触媒を用いた
場合には電極内部の微細構造に変化が生じ、電極抵抗が
悪化する場合がある。このようなことから、酸化物触媒
の含有量は10〜60重量%、特に20〜30重量%の
範囲とするのが好ましい。
反応層13及びガス拡散層12中のポリテトラフルオロ
エチレン(以下rPTFEJと略記する。・)の含有量
は、少な過ぎると電極の結着性が悪くなり、反対に多く
なると電極の抵抗が高くなったり、ガス拡散性が悪くな
る。従りて、PTFE含有量は10〜40重量%、特に
反応層13では20〜3Ofi量%、ガス拡散N12で
は18〜28重量%の範囲とするのが好ましい。
エチレン(以下rPTFEJと略記する。・)の含有量
は、少な過ぎると電極の結着性が悪くなり、反対に多く
なると電極の抵抗が高くなったり、ガス拡散性が悪くな
る。従りて、PTFE含有量は10〜40重量%、特に
反応層13では20〜3Ofi量%、ガス拡散N12で
は18〜28重量%の範囲とするのが好ましい。
本発明に係るガス拡散電極10は、ガス拡散層12とし
て炭素及びP T F E、反応層13として炭素、P
TFE及び酸化物触媒を混合した原料粉末を用い、これ
ら2層を例えばNLメツシュと共にホットプレスするな
どの方法により容易に作製することができる。
て炭素及びP T F E、反応層13として炭素、P
TFE及び酸化物触媒を混合した原料粉末を用い、これ
ら2層を例えばNLメツシュと共にホットプレスするな
どの方法により容易に作製することができる。
なお、各層の原料粉末は、例えば次のようにして調製す
ることができる。
ることができる。
■ ガス拡散層用原料粉末
ブタノール水溶液にカーボンブラックを添加して混合す
る。これにPTFEを分散させた後、濾過、乾燥して微
粉化する(ブタノール分散)。あるいは、混合系として
トライトン水溶液を用いて行なうこともできる。この場
合には、微粉化後、熱処理を施してトライトンを十分に
飛ばすことが必要である。
る。これにPTFEを分散させた後、濾過、乾燥して微
粉化する(ブタノール分散)。あるいは、混合系として
トライトン水溶液を用いて行なうこともできる。この場
合には、微粉化後、熱処理を施してトライトンを十分に
飛ばすことが必要である。
■ 反応層用原料粉末
カーボンと酸化物触媒をメノウ乳鉢で十分混合したもの
に、■の方法で得られたカーボンブラック−PTFE混
合粉末を加え、ブタノールを分散剤として液相混合、濾
過、乾燥した後、微粉化する。
に、■の方法で得られたカーボンブラック−PTFE混
合粉末を加え、ブタノールを分散剤として液相混合、濾
過、乾燥した後、微粉化する。
本発明に係るガス拡散電極10の厚さについては特に制
限はないが、その厚さは薄いほど電極抵抗が低くなるた
め性能が良くなる傾向にある。厚さがあまり薄くなり過
ぎるとガス漏れ、液漏れが発生するため性能が低下する
こととなる。従って、電極の反応層13、ガス拡散層1
2のそれぞれにおいて、ホットプレスに用いた原料粉末
の量が単位面積当り5〜15mg/crn’程度、特に
反応層13においては約10〜12mg/cゴ、ガス拡
散層12では約9〜Sing/cm’とするのが好まし
い。
限はないが、その厚さは薄いほど電極抵抗が低くなるた
め性能が良くなる傾向にある。厚さがあまり薄くなり過
ぎるとガス漏れ、液漏れが発生するため性能が低下する
こととなる。従って、電極の反応層13、ガス拡散層1
2のそれぞれにおいて、ホットプレスに用いた原料粉末
の量が単位面積当り5〜15mg/crn’程度、特に
反応層13においては約10〜12mg/cゴ、ガス拡
散層12では約9〜Sing/cm’とするのが好まし
い。
このようなガス拡散電極10に用いられる酸化物触媒の
製造方法としては、特に制限はないが、後述の[実施例
]の項における製造例1で挙げる酢酸塩分解法(AD法
)又はアモルフ・アスクエン酸前駆体法(ACP法)に
より製造することができる。
製造方法としては、特に制限はないが、後述の[実施例
]の項における製造例1で挙げる酢酸塩分解法(AD法
)又はアモルフ・アスクエン酸前駆体法(ACP法)に
より製造することができる。
特に、本発明においては、ACP法により調製したペロ
ブスカイト型酸化物触媒を用いることにより、著しく優
れた電流密度の向上効果が得られる。これは、ACP法
で調製した触媒はその焼成温度がAD法よりも約200
℃低いため、表面積が大きくなっていることから、触媒
活性が高いためと考えられる。
ブスカイト型酸化物触媒を用いることにより、著しく優
れた電流密度の向上効果が得られる。これは、ACP法
で調製した触媒はその焼成温度がAD法よりも約200
℃低いため、表面積が大きくなっていることから、触媒
活性が高いためと考えられる。
なお、本発明において、金属−空気2次電池の金属極3
としては、亜鉛、鉄等の金属板又は金属粉末を用いるこ
とができる。これらのうち、特に、亜鉛板又は亜鉛粉末
が一般的である。特に、亜鉛粉末を用いた場合には、よ
り高い電流を流せるという効果が奏され、極めて有利で
ある。
としては、亜鉛、鉄等の金属板又は金属粉末を用いるこ
とができる。これらのうち、特に、亜鉛板又は亜鉛粉末
が一般的である。特に、亜鉛粉末を用いた場合には、よ
り高い電流を流せるという効果が奏され、極めて有利で
ある。
リード線6としては、Au線、Cu線、Afl線等を用
いることができるが、Au線を用いることにより、副反
応が起こり難くなり、高い放電容量を得ることができる
という効果が奏され、極めて有利である。
いることができるが、Au線を用いることにより、副反
応が起こり難くなり、高い放電容量を得ることができる
という効果が奏され、極めて有利である。
集電体7としては、Niメツシュ、カーボン紙、Auメ
ツシュ等を用いることができるが、特に、安価で高電流
密度が得られることがらNiメツシュが好適である。
ツシュ等を用いることができるが、特に、安価で高電流
密度が得られることがらNiメツシュが好適である。
電解液5としては、通常、30重量%のKOH水溶液が
用いられるが、その他NaOH水溶液、ZnCλ2水溶
液等を用いることもできる。
用いられるが、その他NaOH水溶液、ZnCλ2水溶
液等を用いることもできる。
セパレーター4としては、ジュラガート(ポリプロピレ
ンフィルム)、シリコンファイバー濾紙等を用いること
ができる。
ンフィルム)、シリコンファイバー濾紙等を用いること
ができる。
[作用]
1、al−XCaXCoo3
(ただし、0.05≦x≦0.9)
なる組成を有するベロブストカイト型酸化物触媒は、酸
素の電気化学的還元用電極触媒として非常に有効である
上に、酸素発生に対しても極めて高活性である。このた
め、このベロブストカイト型酸化物触媒を用いたガス拡
散電極は、耐酸化性に優れ、酸素還元のみならず、酸素
発生用電極としても高い電流密度を得ることができる。
素の電気化学的還元用電極触媒として非常に有効である
上に、酸素発生に対しても極めて高活性である。このた
め、このベロブストカイト型酸化物触媒を用いたガス拡
散電極は、耐酸化性に優れ、酸素還元のみならず、酸素
発生用電極としても高い電流密度を得ることができる。
従って、このようなガス拡散電極を用いることにより、
高出力放電及び高速充電が可能な金属−空気2次電池が
提供される。
高出力放電及び高速充電が可能な金属−空気2次電池が
提供される。
[実施例]
以下に製造例及び実験例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
説明する。
製造例1:触媒の調製
酢酸塩分解(AD)法及びアモルファスクエン酸前駆体
(ACP)法により、ベロブストカイト型酸化物触媒L
a ajCa 6.4 Co O3を調製した。
(ACP)法により、ベロブストカイト型酸化物触媒L
a ajCa 6.4 Co O3を調製した。
■ 酢酸塩分解(AD)法
所定のモル組成の金属酢酸塩を秤量しく調製した酸化物
の金属組成としては、仕込の組成をそのまま用いた。)
、蒸留水を加えてホットプレート上で加熱(約80℃)
し、完全に溶解させた後、混合水溶液とした。これを攪
拌しながら、濃縮、蒸発乾固させ、更に約350’eで
加熱して、酢酸塩を完全に分解させた。分解物は、メノ
ウ乳鉢で粉砕した後に、850℃で10時間焼成してベ
ロブストカイト型酸化物を得た。
の金属組成としては、仕込の組成をそのまま用いた。)
、蒸留水を加えてホットプレート上で加熱(約80℃)
し、完全に溶解させた後、混合水溶液とした。これを攪
拌しながら、濃縮、蒸発乾固させ、更に約350’eで
加熱して、酢酸塩を完全に分解させた。分解物は、メノ
ウ乳鉢で粉砕した後に、850℃で10時間焼成してベ
ロブストカイト型酸化物を得た。
■ アモルファスクエン酸前駆体(Acp)法所定モル
組成の金属硝酸塩とクエン酸を掻く少量の蒸留水にそれ
ぞれ別々に完全に溶解させ、これらの溶液を混合した後
、ロータリーエバポレーターに移し70℃で脱水した。
組成の金属硝酸塩とクエン酸を掻く少量の蒸留水にそれ
ぞれ別々に完全に溶解させ、これらの溶液を混合した後
、ロータリーエバポレーターに移し70℃で脱水した。
大部分が脱水したら、真空乾燥器に移し80℃で、5時
間乾燥した。この乾燥した前駆体を少量ルツボに採取し
、約200’eで仮焼した。この後、メノウ乳鉢で粉砕
した後、650tで2時間焼成しベロブストカイト型酸
化物を得た。
間乾燥した。この乾燥した前駆体を少量ルツボに採取し
、約200’eで仮焼した。この後、メノウ乳鉢で粉砕
した後、650tで2時間焼成しベロブストカイト型酸
化物を得た。
製造例2:ガス拡散層用原料粉末の製造界面活性剤(ト
ライトン)分散法及びブタノール分散法により、PTF
E含有率18重量%のガス拡散層用粉末を作製した。
ライトン)分散法及びブタノール分散法により、PTF
E含有率18重量%のガス拡散層用粉末を作製した。
■ 界面活性剤(トライトン)分散法
カーボンブラック、界面活性剤(トライトン)及び水を
1:1:30(重量比)の割合で混合し、これにPTF
Eディスバージョンを添加し、ミキサーで5分間攪拌し
た。この溶液を凍結、解凍した後に吸引濾過させ、10
0℃で12時間乾燥させた。これをミキサーで攪拌する
ことにより微粉化し、280℃で3時間空気中で熱処理
を行った(これは、トライトンを十分に飛ばすためであ
る。)。得られた粉末をミキサー又はミルによりもう一
度微粉化して、ガス拡散層用粉末を得た。
1:1:30(重量比)の割合で混合し、これにPTF
Eディスバージョンを添加し、ミキサーで5分間攪拌し
た。この溶液を凍結、解凍した後に吸引濾過させ、10
0℃で12時間乾燥させた。これをミキサーで攪拌する
ことにより微粉化し、280℃で3時間空気中で熱処理
を行った(これは、トライトンを十分に飛ばすためであ
る。)。得られた粉末をミキサー又はミルによりもう一
度微粉化して、ガス拡散層用粉末を得た。
■ ブタノール分散法
カーボンブラック、ブタノール及び水を1:1:30(
重量比)の割合で混合し、これに、PTFEディスバー
ジョンを添加し、スターテで60分間攪拌した。この溶
液を吸引濾過させ、120℃で12時間乾燥させた。こ
れをミルで微粉化し、ガス拡散層用粉末を得た。
重量比)の割合で混合し、これに、PTFEディスバー
ジョンを添加し、スターテで60分間攪拌した。この溶
液を吸引濾過させ、120℃で12時間乾燥させた。こ
れをミルで微粉化し、ガス拡散層用粉末を得た。
製造例3:反応層用粉末の製造
カーボンと製造例1の■ACP法で得られた酸化物触媒
をメノウ乳鉢にて十分に混合粉砕し、これに上記製造例
2の■の方法により調製したガス拡散層用粉末(PTF
E処理カーボン)を混合し、分散媒としてブタノールを
加えて十分攪拌したのち、濾過、乾燥(120℃、12
時間)した後、ミルで微粉化して、PTFE含有率15
重量%、酸化物触媒含有率25重量%の反応層用粉末を
得た。
をメノウ乳鉢にて十分に混合粉砕し、これに上記製造例
2の■の方法により調製したガス拡散層用粉末(PTF
E処理カーボン)を混合し、分散媒としてブタノールを
加えて十分攪拌したのち、濾過、乾燥(120℃、12
時間)した後、ミルで微粉化して、PTFE含有率15
重量%、酸化物触媒含有率25重量%の反応層用粉末を
得た。
製造例4:ホットプレス法によるガス拡散電極の作製
第4図に示すホットプレス用金型30(第4図中の数値
の単位はmm)にアルミホイル(アセトンで脱脂)をの
せ、その上にNiメツシュを挟み込み、製造例2で得ら
れたガス拡散層粉末を30mg充填し、金型Bにより冷
間ブレス(16MPa)する0次に、その上に金型Cを
入れ、製造例3で得られた反応層粉末を25mg充填し
、金型Aを用いて、反応層粉末を指圧程度の圧力で押え
、金型A、Cを取り除き、さらに金型Bを使用して冷間
ブレス(16MPa)L/た。その後、電極表面にアル
ミホイルをのせたのち、約600℃に保った電気炉の中
に投入し、370℃まで昇温し、ホットプレス(64M
Pa : 1〜60秒)した。このあと、金型ごと水冷
し、第2図に示すようなガス拡散電極を得た。
の単位はmm)にアルミホイル(アセトンで脱脂)をの
せ、その上にNiメツシュを挟み込み、製造例2で得ら
れたガス拡散層粉末を30mg充填し、金型Bにより冷
間ブレス(16MPa)する0次に、その上に金型Cを
入れ、製造例3で得られた反応層粉末を25mg充填し
、金型Aを用いて、反応層粉末を指圧程度の圧力で押え
、金型A、Cを取り除き、さらに金型Bを使用して冷間
ブレス(16MPa)L/た。その後、電極表面にアル
ミホイルをのせたのち、約600℃に保った電気炉の中
に投入し、370℃まで昇温し、ホットプレス(64M
Pa : 1〜60秒)した。このあと、金型ごと水冷
し、第2図に示すようなガス拡散電極を得た。
なお、用いた金型ANCの寸法は次の通りである。
金型A:15mrnφX10mmt
金型B:20mmφX7mmt
金型C:20mmφ(15mmφ)x7mmt得られた
ガス拡散電極10は、第2図に示す如く、Niメツシュ
14を備えるガス拡散層12及び反応層13の2層構造
を有し、ガス拡散層12の厚さは0.2mm、反応層1
3の厚さは0.2mm、全厚さtは0.4mm、長さ1
は15mmである。
ガス拡散電極10は、第2図に示す如く、Niメツシュ
14を備えるガス拡散層12及び反応層13の2層構造
を有し、ガス拡散層12の厚さは0.2mm、反応層1
3の厚さは0.2mm、全厚さtは0.4mm、長さ1
は15mmである。
製造例5:金属−空気2次電池の作製
製造例4で得られたガス拡散電極を陽極として用いて、
第1図に示す亜鉛−空気電池(電池D)を作製した。陰
極活物質である金属極3には亜鉛板、電解液5には30
重量%KO)I、集電体7にはNiメツシュ、リード線
6としてはCu線、セパレーター4としてはシリコンフ
ァイバー濾紙を用いた。
第1図に示す亜鉛−空気電池(電池D)を作製した。陰
極活物質である金属極3には亜鉛板、電解液5には30
重量%KO)I、集電体7にはNiメツシュ、リード線
6としてはCu線、セパレーター4としてはシリコンフ
ァイバー濾紙を用いた。
また、陰極活物質、集電体、リード線として、後掲の第
1表に示すものを用いて、同様に電池ANCを作製した
。
1表に示すものを用いて、同様に電池ANCを作製した
。
製造例6:ガス拡散電極ユニットの作製製造例4で得ら
れた電極を、第3図に示すようにセットして、ガス拡散
電極ユニットを作製した。第3図中、20はガス拡散電
極、21.22はテフロン製のホルダ、23.24は0
リング、25は銅線である。
れた電極を、第3図に示すようにセットして、ガス拡散
電極ユニットを作製した。第3図中、20はガス拡散電
極、21.22はテフロン製のホルダ、23.24は0
リング、25は銅線である。
実験例1:亜鉛−空気2次電池の放電特性製造例5で得
られた電池りについて、放電特性とその時の電力を調べ
、結果を第S図に示した。
られた電池りについて、放電特性とその時の電力を調べ
、結果を第S図に示した。
なお、以下の実験例において、ガス拡散電極の酸素還元
及び酸素発生試験は、25℃、30重量%KOH溶液中
で、裏面から酸素、空気又はヘリウムガスを流しながら
、ボテンシ日スタットにより行ない、亜鉛−空気電池の
充放電試験は、大気中、室温(15〜b た。
及び酸素発生試験は、25℃、30重量%KOH溶液中
で、裏面から酸素、空気又はヘリウムガスを流しながら
、ボテンシ日スタットにより行ない、亜鉛−空気電池の
充放電試験は、大気中、室温(15〜b た。
第5図より、この亜鉛−空気電池りによれば、電池起電
力1.OV時に約200mA/crrl’もの高電流密
度が得られることが明らかである。この時の電池出力は
、約260mW/crr?であり、従来の電池に比べ、
約5〜15倍の非常に高性能なものである。
力1.OV時に約200mA/crrl’もの高電流密
度が得られることが明らかである。この時の電池出力は
、約260mW/crr?であり、従来の電池に比べ、
約5〜15倍の非常に高性能なものである。
実験例2:各種電池の放電特性
実験例1の結果からも明らかなように、亜鉛板を用いて
高性能電池が得られたが、陽極活物質には亜鉛板よりも
亜鉛粉末を用いる方が高電流を流せるという利点がある
。そこで、製造例5において、亜鉛粉末を用いて作製し
た3つのタイプの電池A、B、Cについて、電池性能を
調べ、亜鉛板を用いた電池りのものと共に第1表に示し
た。
高性能電池が得られたが、陽極活物質には亜鉛板よりも
亜鉛粉末を用いる方が高電流を流せるという利点がある
。そこで、製造例5において、亜鉛粉末を用いて作製し
た3つのタイプの電池A、B、Cについて、電池性能を
調べ、亜鉛板を用いた電池りのものと共に第1表に示し
た。
第1表より、いずれの場合も、亜鉛粉末を用いると亜鉛
板よりも電流密度が小さくなることがわかる。これは、
粉末系の方は、亜鉛板に比べ集電効果が劣っているため
と思われる。しかし、亜鉛粉末を用いた電池は高電流(
約800mA/c rri’ )が流せるが、亜鉛板で
は300mA/cnfで頭打ちになる。また、リード線
としてAuを用いると放電容量が大きくなることがわか
った。これは、副反応が起こりにくくなるためと思われ
る。また、集電体としてはNiメツシュを用いる方が、
カーボンベーパーよりも電流密度がよく、集電体として
通していることがわかる。亜鉛粉末系では、亜鉛板に比
べて端子電圧はやや低くなるが、Niメツシュ集電体と
Auリード線を用いることにより、放電容量699 m
W −A/g(亜鉛利用率83.3%:放電電流密度1
2mA/ c rn” )ものロングライフ電池が得ら
れることがわかった。
板よりも電流密度が小さくなることがわかる。これは、
粉末系の方は、亜鉛板に比べ集電効果が劣っているため
と思われる。しかし、亜鉛粉末を用いた電池は高電流(
約800mA/c rri’ )が流せるが、亜鉛板で
は300mA/cnfで頭打ちになる。また、リード線
としてAuを用いると放電容量が大きくなることがわか
った。これは、副反応が起こりにくくなるためと思われ
る。また、集電体としてはNiメツシュを用いる方が、
カーボンベーパーよりも電流密度がよく、集電体として
通していることがわかる。亜鉛粉末系では、亜鉛板に比
べて端子電圧はやや低くなるが、Niメツシュ集電体と
Auリード線を用いることにより、放電容量699 m
W −A/g(亜鉛利用率83.3%:放電電流密度1
2mA/ c rn” )ものロングライフ電池が得ら
れることがわかった。
第 1
表
※ セル電圧1.0■
実験例3ニガス拡散電極のカソード特性製造例6で得ら
れた、電極触媒としてL a asCa 11.4 C
OO3を用い、空気流通下における最適条件下で作製し
たガス拡散電極ユニット(反応層;テフロン15重量%
、ガス拡散層:テフロン18重量%)を用いて、そのカ
ソード特性を調べ、結果を亜鉛のアノード特性と共に第
6図に示した。
れた、電極触媒としてL a asCa 11.4 C
OO3を用い、空気流通下における最適条件下で作製し
たガス拡散電極ユニット(反応層;テフロン15重量%
、ガス拡散層:テフロン18重量%)を用いて、そのカ
ソード特性を調べ、結果を亜鉛のアノード特性と共に第
6図に示した。
第6図より、通常、分極が小さいと言われている亜鉛極
に対しても本発明に係る空気極の特性は遜色がなく、亜
鉛−空気電池として、十分な性能を持つことが明らかで
ある。
に対しても本発明に係る空気極の特性は遜色がなく、亜
鉛−空気電池として、十分な性能を持つことが明らかで
ある。
実験例4:ガス拡散電極の酸素発生特性製造例6で得ら
れた、ACP法で作製したL a as Ca 6.4
Co Osを用いたガス拡散電極ユニットを用いて、
その酸素発生特性を調べ、結果を第7図に示した。
れた、ACP法で作製したL a as Ca 6.4
Co Osを用いたガス拡散電極ユニットを用いて、
その酸素発生特性を調べ、結果を第7図に示した。
第7図より、0.70V(対極Hg/Hg0)の時に約
10100O/crn’もの高電流密度が得られており
、このガス拡散電極は、従来のものに比較して非常に高
性能であることが明らかである。しかも、高電流下にお
いても使用できるため、高速充電が可能であることが推
測される。
10100O/crn’もの高電流密度が得られており
、このガス拡散電極は、従来のものに比較して非常に高
性能であることが明らかである。しかも、高電流下にお
いても使用できるため、高速充電が可能であることが推
測される。
実験例5:ガス拡散電極の酸素還元酸素発生のサイクル
試験 従来の酸素還元、酸素発生のいわゆる「2元機能」を持
った電極は、比較的電流密度が低いところで用いられて
いた。しかし、実験例4に示す如く、本発明に係るガス
拡散電極は、酸素還元においても高電流密度が得られる
だけでなく、酸素発生用電極として用いても比較的高電
流が得られた。そこで、一定電流(200m A /
c m’ )のもとで1時間ごとに、酸素還元及び酸素
発生を繰り返すサイクル試験を行った。電解液としては
30重量%KOH,参照極(対極)としてはHg/Hg
Oを用い、25℃において測定した。
試験 従来の酸素還元、酸素発生のいわゆる「2元機能」を持
った電極は、比較的電流密度が低いところで用いられて
いた。しかし、実験例4に示す如く、本発明に係るガス
拡散電極は、酸素還元においても高電流密度が得られる
だけでなく、酸素発生用電極として用いても比較的高電
流が得られた。そこで、一定電流(200m A /
c m’ )のもとで1時間ごとに、酸素還元及び酸素
発生を繰り返すサイクル試験を行った。電解液としては
30重量%KOH,参照極(対極)としてはHg/Hg
Oを用い、25℃において測定した。
60サイクルまでの結果を第8図に示す。
第8図より明らかなように、1サイクル目の酸素還元に
おいて、時間の経過と共に酸素還元電位が責になってお
り、電極性能が向上している。また、1サイクル目の酸
素発生においても時間の経通と共に酸素発生電位が卑に
なっており、酸素発生に、おいても電極性能が向上した
。1回目の酸素還元反応後の酸素発生時の電極電位は、
第7図における電位よりも約0.35Vも卑になってお
り電極性能がかなり良くなる。また、この傾向はいずれ
のサイクル反応後においても見られた。約15サイクル
までは酸素還元及び酸素発生の両反応に対する電極性能
はやや低下したが、その後は試験を行なった60サイク
ル目までは安定に作動した。
おいて、時間の経過と共に酸素還元電位が責になってお
り、電極性能が向上している。また、1サイクル目の酸
素発生においても時間の経通と共に酸素発生電位が卑に
なっており、酸素発生に、おいても電極性能が向上した
。1回目の酸素還元反応後の酸素発生時の電極電位は、
第7図における電位よりも約0.35Vも卑になってお
り電極性能がかなり良くなる。また、この傾向はいずれ
のサイクル反応後においても見られた。約15サイクル
までは酸素還元及び酸素発生の両反応に対する電極性能
はやや低下したが、その後は試験を行なった60サイク
ル目までは安定に作動した。
従って、La@、aca・、嘔Coosを用いることに
より、高い酸素還元活性及び酸素発生活性、耐酸化性に
優れたガス拡散電極を作製でき、高出力放電及び高速充
電ができる金属−空気2次電池を得ることができること
が明らかである。
より、高い酸素還元活性及び酸素発生活性、耐酸化性に
優れたガス拡散電極を作製でき、高出力放電及び高速充
電ができる金属−空気2次電池を得ることができること
が明らかである。
実験例6:亜鉛−空気2次電池の充放電特性製造例5で
作製した電池Cの金属−空気2次電池(亜鉛粉未使用、
集電体:Niメツシュ、リード線=Au線)を用いて、
その放電特性を調べ、結果を第9図に示した。第9図よ
り明らかなように、電流密度100mA/err?にお
いても約1、Ovの電圧が得られ、300 m A /
c rdにおける電力は200mW−h/Crr?に
達した。
作製した電池Cの金属−空気2次電池(亜鉛粉未使用、
集電体:Niメツシュ、リード線=Au線)を用いて、
その放電特性を調べ、結果を第9図に示した。第9図よ
り明らかなように、電流密度100mA/err?にお
いても約1、Ovの電圧が得られ、300 m A /
c rdにおける電力は200mW−h/Crr?に
達した。
また、この電池を用い、まず30Ωの抵抗を用いて5時
間定負荷放電(35〜40mA)を全電池容量の約’6
0%までとさせた時の電圧の経時変化を第10図に示す
。第10図より明らかなように、約1.2vの電圧が安
定に得られた。その後、40mAで5時間定電流充電す
るという充放電サイクル試験を行ない、結果を第11図
(a)〜(d)に示した。第11図より明らかなように
、可逆的に放電、充電を繰り返すことが可能であり、2
次電池として作動していることがわかる。
間定負荷放電(35〜40mA)を全電池容量の約’6
0%までとさせた時の電圧の経時変化を第10図に示す
。第10図より明らかなように、約1.2vの電圧が安
定に得られた。その後、40mAで5時間定電流充電す
るという充放電サイクル試験を行ない、結果を第11図
(a)〜(d)に示した。第11図より明らかなように
、可逆的に放電、充電を繰り返すことが可能であり、2
次電池として作動していることがわかる。
[発明の効果]
以上詳述した通り、本発明の金属−空気2次電池によれ
ば、充電用電極(酸素発生電極)として第3の電極を設
ける必要のない、金属−空気2次電池であって、高出力
放電及び高速充電が可能な高特性金属−空気2次電池が
提供される。
ば、充電用電極(酸素発生電極)として第3の電極を設
ける必要のない、金属−空気2次電池であって、高出力
放電及び高速充電が可能な高特性金属−空気2次電池が
提供される。
第1図は本発明の金属−空気2次電池の一実施例に係る
亜鉛−空気2次電池を示す一部切欠き斜視図、第2図は
ガス拡散電極の断面図、第3図は製造例6で作製したガ
ス拡散電極ユニットの断面図、第4図は製造例4で用い
た金型を示す正面図、第5図は実験例1の結果を示すグ
ラフ、第6図は実験例3の結果を示すグラフ、第7図は
実験例4の結果を示すグラフ、第8図は実験例5の結果
を示すグラフ、第9図、第10図は実験例6で得られた
放電特性試験の結果を示すグラフ、第11図は実験例6
で得られた充放電特性試験の結果を示すグラフである。 1・・・亜鉛−空気2次電池、2・・・セルケース、3
・・・金属極(亜鉛板)、 4・・・セパレーター5・
・・電解液、 6・・・リード線、10・
・・ガス拡散電極、 12・・・ガス拡散層、13
・・・反応層。 第1図 第2図 代理人 弁理士 重 野 剛 第5図 電流密度(mA/cm2) 第6図 電流密度(A/cm) 第7図 電流密度(A/crr12) 第9図 電流密度(mA/am2) 第10図 第11図(b) 時間(分) 時間(分) 手続補正書 平成1年5月15日 平成1年特許願第79846号 発明の名称 金属−空気2次電池 補正をする者 事件との関係 特許出願人
亜鉛−空気2次電池を示す一部切欠き斜視図、第2図は
ガス拡散電極の断面図、第3図は製造例6で作製したガ
ス拡散電極ユニットの断面図、第4図は製造例4で用い
た金型を示す正面図、第5図は実験例1の結果を示すグ
ラフ、第6図は実験例3の結果を示すグラフ、第7図は
実験例4の結果を示すグラフ、第8図は実験例5の結果
を示すグラフ、第9図、第10図は実験例6で得られた
放電特性試験の結果を示すグラフ、第11図は実験例6
で得られた充放電特性試験の結果を示すグラフである。 1・・・亜鉛−空気2次電池、2・・・セルケース、3
・・・金属極(亜鉛板)、 4・・・セパレーター5・
・・電解液、 6・・・リード線、10・
・・ガス拡散電極、 12・・・ガス拡散層、13
・・・反応層。 第1図 第2図 代理人 弁理士 重 野 剛 第5図 電流密度(mA/cm2) 第6図 電流密度(A/cm) 第7図 電流密度(A/crr12) 第9図 電流密度(mA/am2) 第10図 第11図(b) 時間(分) 時間(分) 手続補正書 平成1年5月15日 平成1年特許願第79846号 発明の名称 金属−空気2次電池 補正をする者 事件との関係 特許出願人
Claims (1)
- (1)空気電極として、炭素及びポリテトラフルオロエ
チレンを含むガス拡散層と、炭素、ポリテトラフルオロ
エチレン及び酸化物触媒を含む反応層とを備えるガス拡
散電極であって、酸化物触媒として下記組成を有するペ
ロブスカイト型酸化物触媒を用いたガス拡散電極を備え
てなることを特徴とする金属−空気2次電池。 La_1_−_xCa_xCoO_3 (ただし、0.05≦x≦0.9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1079846A JPH02257577A (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 金属―空気2次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1079846A JPH02257577A (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 金属―空気2次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02257577A true JPH02257577A (ja) | 1990-10-18 |
| JPH0587950B2 JPH0587950B2 (ja) | 1993-12-20 |
Family
ID=13701566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1079846A Granted JPH02257577A (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 金属―空気2次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02257577A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7566388B2 (en) | 2002-12-17 | 2009-07-28 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Electrode catalyst for oxygen reduction and gas diffusion electrode |
| JP2011014478A (ja) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム空気電池 |
| JP2011108512A (ja) * | 2009-11-18 | 2011-06-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム空気二次電池及びリチウム空気二次電池の製造方法 |
| JP2015046403A (ja) * | 2014-10-24 | 2015-03-12 | トヨタ自動車株式会社 | 空気電池用空気極及び空気電池 |
| WO2015115592A1 (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | 国立大学法人北海道大学 | 金属空気二次電池用空気極用触媒及び空気極 |
| US9236641B2 (en) | 2009-03-18 | 2016-01-12 | Showa Denko K.K. | Air battery catalyst and air battery using the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080083112A (ko) * | 2005-12-06 | 2008-09-16 | 리볼트 테크놀로지 리미티드 | 이기능성 공기 전극 |
-
1989
- 1989-03-30 JP JP1079846A patent/JPH02257577A/ja active Granted
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7566388B2 (en) | 2002-12-17 | 2009-07-28 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Electrode catalyst for oxygen reduction and gas diffusion electrode |
| US9236641B2 (en) | 2009-03-18 | 2016-01-12 | Showa Denko K.K. | Air battery catalyst and air battery using the same |
| JP2011014478A (ja) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム空気電池 |
| JP2011108512A (ja) * | 2009-11-18 | 2011-06-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム空気二次電池及びリチウム空気二次電池の製造方法 |
| WO2015115592A1 (ja) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | 国立大学法人北海道大学 | 金属空気二次電池用空気極用触媒及び空気極 |
| JPWO2015115592A1 (ja) * | 2014-01-31 | 2017-03-23 | 国立大学法人北海道大学 | 亜鉛−空気二次電池の空気極用触媒、ブラウンミラーライト型遷移金属酸化物の亜鉛−空気二次電池の空気極用触媒としての使用、亜鉛−空気二次電池用空気極、亜鉛−空気二次電池、電解用の電極触媒、電解用電極及び電解方法 |
| US10693145B2 (en) | 2014-01-31 | 2020-06-23 | National University Corporation Hokkaid University | Catalyst for air electrode for metal-air secondary battery and air electrode |
| JP2015046403A (ja) * | 2014-10-24 | 2015-03-12 | トヨタ自動車株式会社 | 空気電池用空気極及び空気電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0587950B2 (ja) | 1993-12-20 |
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