JPH08241737A - 酸素選択性透過膜およびそれを用いた空気電池 - Google Patents
酸素選択性透過膜およびそれを用いた空気電池Info
- Publication number
- JPH08241737A JPH08241737A JP7046967A JP4696795A JPH08241737A JP H08241737 A JPH08241737 A JP H08241737A JP 7046967 A JP7046967 A JP 7046967A JP 4696795 A JP4696795 A JP 4696795A JP H08241737 A JPH08241737 A JP H08241737A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- battery
- permeable membrane
- selective permeable
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y02E60/128—
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭酸ガスと水蒸気の透過を阻止するととも
に、酸素ガスの透過性に優れた酸素選択性透過膜を提供
する。 【構成】 微細孔径を有する無機多孔性物質の粉末をフ
ッ素樹脂を結着材として製膜した酸素選択製透過膜を用
いる。
に、酸素ガスの透過性に優れた酸素選択性透過膜を提供
する。 【構成】 微細孔径を有する無機多孔性物質の粉末をフ
ッ素樹脂を結着材として製膜した酸素選択製透過膜を用
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素の透過性に優れた
酸素選択性透過膜とこの膜を用いた空気電池に関し、と
くに前記膜の炭酸ガスと水蒸気の透過阻止に関するもの
である。
酸素選択性透過膜とこの膜を用いた空気電池に関し、と
くに前記膜の炭酸ガスと水蒸気の透過阻止に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来から、酸素を活物質とする空気極を
用いた空気電池は電解液に水酸化カリウムなどを溶解し
たアルカリ性水溶液などを用いている。一方、空気電池
の電池容器には、電池外部から酸素を取り入れるための
空気取り入れ孔が設けられているが、この空気取り入れ
孔からは大気中の酸素だけでなく水蒸気や炭酸ガスも出
入りするため、電解液成分の変化や水分の蒸発により電
池内の電解液の濃度や体積が変化することがある。この
電解液の変化により容量低下などの電池特性の低下が引
き起こされる。このように空気電池は雰囲気によって著
しい影響を受けやすいため長期保存後の電池特性に問題
があり、汎用化を図る上で大きな課題を有していた。
用いた空気電池は電解液に水酸化カリウムなどを溶解し
たアルカリ性水溶液などを用いている。一方、空気電池
の電池容器には、電池外部から酸素を取り入れるための
空気取り入れ孔が設けられているが、この空気取り入れ
孔からは大気中の酸素だけでなく水蒸気や炭酸ガスも出
入りするため、電解液成分の変化や水分の蒸発により電
池内の電解液の濃度や体積が変化することがある。この
電解液の変化により容量低下などの電池特性の低下が引
き起こされる。このように空気電池は雰囲気によって著
しい影響を受けやすいため長期保存後の電池特性に問題
があり、汎用化を図る上で大きな課題を有していた。
【０００３】とくに、外気が多湿の場合は外気の水分が
電池内部に入り込み、電解液濃度の低下と体積膨張によ
る放電性能の低下と電解液の漏液を生じ、逆に外気が低
湿の場合は電解液中の水分が蒸発し、内部抵抗の増大や
放電性能の低下をもたらしていた。また、炭酸ガスが電
池内部に入り込むことで、炭酸塩の生成に基づく放電反
応の阻害と空気流通径路の閉塞が生じていた。これらを
取り除くため、近年では、水蒸気や炭酸ガスの透過を抑
制し、かつ選択的に酸素を優先して透過することができ
る酸素選択性透過膜、例えばポリシロキサン系の高分子
薄膜や、金属酸化物あるいは金属原子を含有する有機化
合物の薄膜を電池に用いることが提案されている。
電池内部に入り込み、電解液濃度の低下と体積膨張によ
る放電性能の低下と電解液の漏液を生じ、逆に外気が低
湿の場合は電解液中の水分が蒸発し、内部抵抗の増大や
放電性能の低下をもたらしていた。また、炭酸ガスが電
池内部に入り込むことで、炭酸塩の生成に基づく放電反
応の阻害と空気流通径路の閉塞が生じていた。これらを
取り除くため、近年では、水蒸気や炭酸ガスの透過を抑
制し、かつ選択的に酸素を優先して透過することができ
る酸素選択性透過膜、例えばポリシロキサン系の高分子
薄膜や、金属酸化物あるいは金属原子を含有する有機化
合物の薄膜を電池に用いることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在ま
でのところ、上記の酸素選択性透過膜に充分な酸素ガス
透過性が得られなく、また炭酸ガスや水蒸気の透過を充
分に阻止できないことから、電池に良好な放電特性が得
られず、とくに高率放電時や、長期の使用、放置時には
著しく放電特性が低下していた。
でのところ、上記の酸素選択性透過膜に充分な酸素ガス
透過性が得られなく、また炭酸ガスや水蒸気の透過を充
分に阻止できないことから、電池に良好な放電特性が得
られず、とくに高率放電時や、長期の使用、放置時には
著しく放電特性が低下していた。
【０００５】そこで本発明は空気電池の長期の使用時や
長期の保存時における放電特性の低下を防止するととも
に高率放電時における放電特性の改善を図るものであ
り、大気中の酸素を選択的に効率良く電池内に取り入
れ、大気中の水蒸気および炭酸ガスの電池内への侵入を
防止することができて長期間有効な酸素選択性透過膜を
提供することを目的とするものである。
長期の保存時における放電特性の低下を防止するととも
に高率放電時における放電特性の改善を図るものであ
り、大気中の酸素を選択的に効率良く電池内に取り入
れ、大気中の水蒸気および炭酸ガスの電池内への侵入を
防止することができて長期間有効な酸素選択性透過膜を
提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は酸素選択性透過膜に微細孔径を有する無機
多孔性物質の粉末を、フッ素樹脂を結着材として性膜し
たものを用いるものである。
め、本発明は酸素選択性透過膜に微細孔径を有する無機
多孔性物質の粉末を、フッ素樹脂を結着材として性膜し
たものを用いるものである。
【０００７】
【作用】無機多孔性物質は、細孔の孔径を自在に調整す
ることができ、炭酸ガスを透過せず酸素ガスを透過する
細孔径に制御することにより膜の酸素選択性を向上させ
ることができる。
ることができ、炭酸ガスを透過せず酸素ガスを透過する
細孔径に制御することにより膜の酸素選択性を向上させ
ることができる。
【０００８】また、無機多孔性物質のみの膜は膜厚の制
御が困難であるが、フッ素樹脂を結着材として製膜する
ことで膜厚の制御が容易になる。さらに、膜の結着材と
して撥水性の高いフッ素樹脂を用いることにより水蒸気
の透過を抑制できる。
御が困難であるが、フッ素樹脂を結着材として製膜する
ことで膜厚の制御が容易になる。さらに、膜の結着材と
して撥水性の高いフッ素樹脂を用いることにより水蒸気
の透過を抑制できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照にしなが
ら説明する。まず、本発明の酸素選択性透過膜は、粒径
５〜２０μｍのゼオライト粉末７０ｍｇを、フッ素樹脂
１００ｍｇを含む溶液に混合し、溶媒を自然乾燥により
揮発させ製膜して得た。この透過膜は水蒸気透過速度が
２×１０-4ｍｌ（ｓｔｐ）／ｃｍ2 ｃｍＨｇｓｅｃで
平均細孔径が３〜１０Åの範囲にあった。
ら説明する。まず、本発明の酸素選択性透過膜は、粒径
５〜２０μｍのゼオライト粉末７０ｍｇを、フッ素樹脂
１００ｍｇを含む溶液に混合し、溶媒を自然乾燥により
揮発させ製膜して得た。この透過膜は水蒸気透過速度が
２×１０-4ｍｌ（ｓｔｐ）／ｃｍ2 ｃｍＨｇｓｅｃで
平均細孔径が３〜１０Åの範囲にあった。
【００１０】図１に、本発明の円筒型空気電池を示す。
図において１は、本発明の酸素選択性透過膜である。２
は、ゴム系の液状ガスケットの封止剤である。３は、ニ
ッケルメッキした鋼板でできた正極缶である。４は、ポ
リエチレン繊維でできた不織布である。５は、正極集電
体であるニッケルメッキを施したステンレス金網が埋め
込まれている空気極である。６は、セロハンをビニロン
不織布にラミネートしたセパレータである。７は、水酸
化カリウムを主成分とした電解液にゲル化剤を入れたも
のに、所定量の亜鉛を混合したゲル状の亜鉛負極であ
り、理論電気量は４１００ｍＡｈである。８は、正極缶
３に設けられた直径２ｍｍの空気取り入れ孔で、合計３
６個開いている。さらに、９は、ナイロン製封口ガスケ
ット、１０は負極端子板、１１は負極集電棒である。比
較例として、本発明の酸素選択性透過膜の代わりに従来
のＰＴＦＥ多孔膜を用いた電池（比較例１）を用意し
た。
図において１は、本発明の酸素選択性透過膜である。２
は、ゴム系の液状ガスケットの封止剤である。３は、ニ
ッケルメッキした鋼板でできた正極缶である。４は、ポ
リエチレン繊維でできた不織布である。５は、正極集電
体であるニッケルメッキを施したステンレス金網が埋め
込まれている空気極である。６は、セロハンをビニロン
不織布にラミネートしたセパレータである。７は、水酸
化カリウムを主成分とした電解液にゲル化剤を入れたも
のに、所定量の亜鉛を混合したゲル状の亜鉛負極であ
り、理論電気量は４１００ｍＡｈである。８は、正極缶
３に設けられた直径２ｍｍの空気取り入れ孔で、合計３
６個開いている。さらに、９は、ナイロン製封口ガスケ
ット、１０は負極端子板、１１は負極集電棒である。比
較例として、本発明の酸素選択性透過膜の代わりに従来
のＰＴＦＥ多孔膜を用いた電池（比較例１）を用意し
た。
【００１１】これらの電池を用いて１０Ωの負荷をか
け、温度を２０℃に保ち、常湿（４０％ＲＨ）、高湿
（６０％ＲＨ）、低湿（３０％ＲＨ）での１日１時間の
間欠放電を行うことにより、雰囲気中の水蒸気の取り込
みや電池内の水分の蒸発などの電池性能への影響度を評
価した。高負荷（１０Ω）と低負荷（３．９Ω）の場合
の放電特性をそれぞれ（表１）と（表２）に示した。
け、温度を２０℃に保ち、常湿（４０％ＲＨ）、高湿
（６０％ＲＨ）、低湿（３０％ＲＨ）での１日１時間の
間欠放電を行うことにより、雰囲気中の水蒸気の取り込
みや電池内の水分の蒸発などの電池性能への影響度を評
価した。高負荷（１０Ω）と低負荷（３．９Ω）の場合
の放電特性をそれぞれ（表１）と（表２）に示した。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】（表１）および（表２）からわかるように
常湿（４０％ＲＨ）では水蒸気透過による影響は小さ
く、炭酸ガスの透過による影響が大きい。本発明の電池
は比較例１の電池よりも放電容量、放電日数が共に優れ
ていることがわかる。このことから、本発明の膜は他の
膜と比べて炭酸ガスの透過を抑えていることがわかる。
常湿（４０％ＲＨ）では水蒸気透過による影響は小さ
く、炭酸ガスの透過による影響が大きい。本発明の電池
は比較例１の電池よりも放電容量、放電日数が共に優れ
ていることがわかる。このことから、本発明の膜は他の
膜と比べて炭酸ガスの透過を抑えていることがわかる。
【００１５】外気が高湿（６０％ＲＨ）、低湿（３０％
ＲＨ）の場合は炭酸ガスと水蒸気の透過が電池の放電性
能に大きく影響する。外気が高湿（６０％ＲＨ）の場合
は特に水蒸気の透過による影響が大きく、外気が低湿
（３０％ＲＨ）の場合は特に炭酸ガスの透過による影響
が大きい。よって、高湿条件（６０％ＲＨ）で本発明の
電池が比較例１の電池に対して電池の放電容量、放電日
数共に優れているのは水蒸気透過の抑制による効果が大
きいからであり、製膜に撥水性の高いフッ素樹脂を用い
ることで水蒸気の透過が抑えられている。また、低湿条
件（３０％ＲＨ）で本発明の電池が比較例１の電池に対
して電池の放電容量、放電日数共に優れているのは炭酸
ガス透過の抑制による効果が大きいからである。細孔径
の小さい無機多孔性物質の分子ふるい効果により炭酸ガ
スの透過が抑えられている。
ＲＨ）の場合は炭酸ガスと水蒸気の透過が電池の放電性
能に大きく影響する。外気が高湿（６０％ＲＨ）の場合
は特に水蒸気の透過による影響が大きく、外気が低湿
（３０％ＲＨ）の場合は特に炭酸ガスの透過による影響
が大きい。よって、高湿条件（６０％ＲＨ）で本発明の
電池が比較例１の電池に対して電池の放電容量、放電日
数共に優れているのは水蒸気透過の抑制による効果が大
きいからであり、製膜に撥水性の高いフッ素樹脂を用い
ることで水蒸気の透過が抑えられている。また、低湿条
件（３０％ＲＨ）で本発明の電池が比較例１の電池に対
して電池の放電容量、放電日数共に優れているのは炭酸
ガス透過の抑制による効果が大きいからである。細孔径
の小さい無機多孔性物質の分子ふるい効果により炭酸ガ
スの透過が抑えられている。
【００１６】よって、均一な微細孔径を有する無機多孔
性物質の粉末を、フッ素樹脂を結着剤として製膜した酸
素選択性透過膜を、酸素を活物質とする空気極と空気取
り入れ孔を有する電池容器の内側との間に介在させた電
池は、外気による影響を抑え、充分な放電性能を得るこ
とができる。なお、本実施例では無機多孔製物質として
ゼオライトを用いたが、これ以外にシリカ、アルミナ、
チタニアを用いて製膜した膜を挿入した電池でも同様な
結果を得た。
性物質の粉末を、フッ素樹脂を結着剤として製膜した酸
素選択性透過膜を、酸素を活物質とする空気極と空気取
り入れ孔を有する電池容器の内側との間に介在させた電
池は、外気による影響を抑え、充分な放電性能を得るこ
とができる。なお、本実施例では無機多孔製物質として
ゼオライトを用いたが、これ以外にシリカ、アルミナ、
チタニアを用いて製膜した膜を挿入した電池でも同様な
結果を得た。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明は、酸素ガスの透
過性に優れ炭酸ガスの透過を阻止することが可能な微細
孔径を有する無機多孔性物質の粉末を撥水性の高いフッ
素樹脂を結着剤として製膜することにより、炭酸ガスと
水蒸気の透過を抑制して酸素の選択性に優れる膜を提供
することができる。そして、この膜を用いて、酸素を活
物質とする電池を構成することにより、電池の放電特性
に優れた空気電池を提供することができる。
過性に優れ炭酸ガスの透過を阻止することが可能な微細
孔径を有する無機多孔性物質の粉末を撥水性の高いフッ
素樹脂を結着剤として製膜することにより、炭酸ガスと
水蒸気の透過を抑制して酸素の選択性に優れる膜を提供
することができる。そして、この膜を用いて、酸素を活
物質とする電池を構成することにより、電池の放電特性
に優れた空気電池を提供することができる。
【図１】本発明の円筒型空気電池の断面図
１ 酸素選択性透過膜 ２ 封止剤 ３ 正極缶 ４ 空気拡散紙 ５ 空気極 ６ セパレータ ７ ゲル亜鉛負極 ８ 空気取り入れ孔 ９ 封口ガスケット １０ 負極端子板 １１ 負極集電棒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江田 信夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 細孔径を有する無機多孔性物質の粉末
を、フッ素樹脂を結着材として製膜した酸素選択性透過
膜。 - 【請求項２】 無機多孔性物質がゼオライト、シリカ、
アルミナ、チタニアの群のうち少なくとも１つを含む物
質である請求項１記載の酸素選択性透過膜。 - 【請求項３】 空気取り入れ孔を有する電池容器と、電
池容器内に収納され酸素を活物質とする空気極と、前記
電池容器と空気極の間に配された酸素選択性透過膜とを
備え、前記酸素選択性透過膜は細孔径を有する無機多孔
性物質の粉末をフッ素樹脂を結着材として製膜したもの
である空気電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7046967A JPH08241737A (ja) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | 酸素選択性透過膜およびそれを用いた空気電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7046967A JPH08241737A (ja) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | 酸素選択性透過膜およびそれを用いた空気電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08241737A true JPH08241737A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=12762045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7046967A Pending JPH08241737A (ja) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | 酸素選択性透過膜およびそれを用いた空気電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08241737A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999016603A1 (en) * | 1997-09-30 | 1999-04-08 | Ngk Insulators, Ltd. | Porous membrane comprising ceramic and containing plastic as binder |
| KR20140078545A (ko) * | 2012-12-17 | 2014-06-25 | 쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤 | 공기 2차 전지용의 산소 투과막, 공기 2차 전지용의 외장재 및 공기 2차 전지 |
-
1995
- 1995-03-07 JP JP7046967A patent/JPH08241737A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999016603A1 (en) * | 1997-09-30 | 1999-04-08 | Ngk Insulators, Ltd. | Porous membrane comprising ceramic and containing plastic as binder |
| KR20140078545A (ko) * | 2012-12-17 | 2014-06-25 | 쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤 | 공기 2차 전지용의 산소 투과막, 공기 2차 전지용의 외장재 및 공기 2차 전지 |
| JP2014120338A (ja) * | 2012-12-17 | 2014-06-30 | Showa Denko Packaging Co Ltd | 空気二次電池用の酸素透過膜、空気二次電池用の外装材及び空気二次電池 |
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