JPS6261275A - 空気電池 - Google Patents

空気電池

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JPS6261275A
JPS6261275A JP60200564A JP20056485A JPS6261275A JP S6261275 A JPS6261275 A JP S6261275A JP 60200564 A JP60200564 A JP 60200564A JP 20056485 A JP20056485 A JP 20056485A JP S6261275 A JPS6261275 A JP S6261275A
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battery
air electrode
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Toshiaki Nakamura
中村 敏昭
Teruji Yamanobe
山野辺 輝治
Michio Watabe
渡部 道雄
Hitomi Sato
ひとみ 佐藤
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Toshiba Corp
FDK Twicell Co Ltd
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Toshiba Battery Co Ltd
Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel 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。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、電解液の耐漏液特性に優れた空気電池に関す
る。
[発明の技術的背最とその問題点] 空気中の酸素を1「極活物質として利用する空気電池に
は種々の構造が知られているが1代表的なものとしてボ
タン型構造のものがあげられる。また、負極活物質とし
ては、現イf卯鉛が多く使用されているため、以ド、ボ
タン型空気亜鉛電池について説明する。
従来のボタン型空気亜鉛電池は、一般に第2図に示した
如き構造のものである。すなわち、図において、底部に
空気孔2が形成された11日極ケース1の底部tこ、空
気拡散層3、酸素ガス還元能を有する多孔質触媒層と集
電体層とからなる空気電極4、および、例えばポリプロ
ピレン製不織布などよりなるセパレータ5がこの順序で
積層収納されている。一方、負極端子を兼ねるキャップ
7がガスケット6を介して正極ケース1の開口部に嵌合
され、かつ、該I1極ケース1の開口部周縁が内方へ屈
曲されて電池全体を封目している。
そして、正極ケース1とキャップ7とにより画成された
空間内に負極合剤8が充填yれている。
この負極合剤としては、唾鉛粉末と、KOH水溶液など
のアルカリ電解液および耐アルカリ性のゲル化剤との混
合物が一般に使用されている。
そして、かかるボタン型空気亜鉛電池において、空気中
の酸素ガスが」二記空気孔2がら空気拡散層3に導入さ
れ、しかるのち、空気電極4と接触することにより、活
性化(イオン化)が行なわれる。
かかる従来のボタン型空気炬鉛電池において、空気電極
4としては、例えば、活性炭の多孔質成形体を使用する
ことが一般的である。しかしながら、このような構造の
ボタン型空気亜鉛電池にあっては空気電極4が、空気中
の酸素と一緒に電池内に不可避的に導入される水蒸気を
も通過せしめてしまうので、その結果、負極合剤8まで
到達した該水蒸気により電解液の昂釈・増にが発生する
。その結果、電池の長期間にわたる使用もしくは貯蔵中
に負極合剤8中の電解液が電池から漏出して機器の汚損
もしくは機器の機能の劣化を招来する。さらに、これと
は逆に、電池内部の電解液の水分が、該空気′市極4紮
通っ−C外部へ放散きれることにより、電解液が乾固し
、′電池の特性を低下せしめるなどの問題がある。
そこで、最近、空気′電極4の空気拡散層3側の面、す
なわち、図中下面に、例えば、フン東樹脂よりなる多孔
質薄膜など撥水性を有する膜を圧着せしめた構造のもの
が提案され、 部のアルカリ・空気電池において実用に
供ごれている。しか1゜ながら、このような薄膜は電解
液の漏出防It、: iこ対してはイI効であるが、空
気中の湿分(水蒸気)の侵入を防11−する機能は充分
ではないため、依然どして前述した如き問題が存7Fす
る。
[発明の[1的] 本発明は上記した従来のかかる問題を解消し、電池内部
への水蒸気の侵入あるいは電解液の水分の放散が有効に
防11−され、その結果、電解液の濃度変化および、゛
電解液の漏出が発生することがなく、長期放電時の放電
性セ1の変化が少ない空気電池の提供を目的とする。
[発明の概要] 本発明名らは、上記[1的を解消すべく、空気電極の構
造に焦点を絞って鋭意検討を重ねた結果、まず、空気電
極を撥水性層と触媒層と集電体層とからなる3層1体構
造とし、さらに、この3層構造の空気電極の1・−タル
の空気透過度を後述する所定範囲に限定することとする
ことによりその効果を確認して本発明を完成するに到っ
た。
すなわち、本発明の空気電池は、少なくとも撥水性層、
触媒層および集電体層が積層されてなる構造の空気電極
を具備する空気電池であって、かつ、該空気電極のトー
タルの空気透過度が、ガーレー数テ1,000〜1,5
00,000sec/1oocc@in2であることを
特徴とする。
本発明の空気電池は、前述したように、空気電極の構造
およびその物理的性質を限定した点に特徴を有するもの
であり、その他の構成要素については何ら制限されるも
のではない。
以下に本発明の空気電池の空気電極について詳述する。
第1図は一例として3層構造のものを示し、空気電極1
4は、撥水11層14d、触媒層+4bおよび集電体層
!4cが積層され、しかも・体化された3層構造である
。そして、電池の組)lてに際しては撥水性層14aを
空気拡散層側に向けて電池内に収納する。
撥水性層の構成材料としては、例えば、多孔質ポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)、多孔質ポリエチレン
、多孔質ポリプロピレンなどよりな薄膜が好適であり、
触媒層としては、白金、パラジウム、銀、マンガン酸化
物などの酸素還元能を有する触媒を、例えば活性炭など
に担持せしめてなるものなどが好ましい。そして、集電
体層としては、例えばNiネント、Niエキスパンプン
トメタル、N】バンチトメタル、Niメッキ鋼金網など
の多孔質実主体が&−f適である。
この3層構造の空気電極は、I−述の基層を積層したの
ち、全体を加圧して谷層を圧接する、または、各層間に
例えばフン素樹脂粉末などよりなる接着剤層を介在ぜし
めて全体を加圧することにより−・体構造のものとして
製造される。
このようにして得られた3層一体構造の空気′電極のト
ータルの空気透過度は、カーレー数で1.000〜1,
500,000sec/1ooccs in2に規定す
る心安がある。ガーレー数が1,000sec/IQO
cca in2未満の場合、すなわち、空気透過度が本
発明範囲よりも大きい場合には、空気電極自体の特性の
一つである放電容晴は大きくなるものの、反面。
酸素ガスとどもに空気中の水蒸気を太りに透過せしめて
しまうので、′電池内部で前述したような電解液の昂釈
または乾固が発生し易く、その結果、電池の性能が太き
く変動したり、電解液が外部に漏出したり、あるいは電
池全体の発電機能が阻害されるなどの不都合がノ1する
また、逆にガーレー数が1,500,000sec/1
00cc・1n2f超える場合、すなわち、空気透過度
が本発明範囲よりも小さい場合には、水蒸気の電池内部
への流入が防11−され、電池性能が安定し、また耐漏
液性P1も向1−するものの、反面、酸素ガスを触媒層
の酸素カス還元作用点に達するまで充分に取り込めない
ため、例えば、補聴器などの応用機器を駆動するに充分
な′耐流が取り出せなくなってしまうので好ましくない
本発明の空気電極のガーレー数がI−記範囲となるよう
にするためには、第1に、該空気電極を構成する各層、
とくに、下層である撥木竹層および触媒層の空気透過度
を制御し、第2に、各層を圧着または接着するブJ法を
適宜選択する、すなわち、用いる接着剤の種類もしくは
圧着時の加圧力などを適宜選定すればよい。
なお、空気電極の構成層のうち、ド層である撥水Ni層
、例えば多孔質PTFE層の孔径が大きすぎると、−1
記したような他の条件を制御しても空気電極全体として
の空気透過度(ガーレー数)を1−述の範囲に収めるこ
とが困難になり、また、電池内部の′電解液も漏洩しや
すくなるので好ましくない。このような点を考慮すると
、撥木竹層の最大孔径を0.3戸以下、さらには、0.
2戸以下に設定することが好ましい。また、気孔率は9
5%以ド。
好ましくは60%以ド、さらに好ましくは50%以下に
設定する。
なお、本発明のおける空気電極の層構成は1−述した3
層構造のものに限らず、例えば、触媒層と四重体層の順
序が1llA jこなったもの、あるいは、撥水+11
層−触媒層−集電体層−触媒層がこの順に積層された4
層構造のものもイj効である。
[発明の実施例] 以下、本発明の実施例をボタン型空気亜鉛電池について
説明する。
最大孔径0.15pm、厚さ 200 μmの多孔質P
TFE膜。
厚さ 400μmの触媒層、Niネントよりなる多孔質
集゛市体層をこの順序で積層し、全体に適宜の圧力(通
常50〜lookg/cm)を印加することにより、3
層1体4%S造の空気電極を作製した。なお、触媒層と
しては、yIi均粒径8oμmの活性)RとPTFEバ
インダーとを混練したものを使用した。この空気′11
f極の1・−タルの空気透過度はガーレー数でそれぞれ
7,000sec/1oocce in2、20,00
0sec/100Octin2および1,000,00
0sec/100cc* in2テあった。
このようにして#¥Iもれた空気電極を第2図に示した
ボタン型空気【11!鉛電池の空気電極4およびセパE
/−夕5の代りに収納することにより列径11 、5m
m、高a5.4mmの空気゛電池を l OO4P4製
造(7た。なお、このボタン型空気亜鉛電池において、
負極合剤8としては、lll1鉛粉末とへ′Y+lカり
水溶液およびカルボキシメチルセルロースを混合してな
るものを使用した。
かかるボタン型空気亜鉛′i1!池を50個ずつの2グ
ループに分け、各グループについて以ドの各評価試験を
行なった。
(1)放電容重 温度25°C1外部負荷620Ωにおける放゛市容fi
lを測定し、その平均値を求めた。
(2)耐漏液特セ1 温度45°C1相対湿度90%雰囲気中に711間貯蔵
した際に、漏液が発ノ1した電池の個数を調べた。
以十の結果を一括して表に示した。
なお、比較のために、空気′電極の1・−タルのガーレ
ー数を、850sec/100cce 1n2(比較例
1)および3 、000 、000sec/ 100c
c・112(比較例2)とした点を除いてはト記実施例
と同様にしてボタン型空気亜鉛゛電池を製造し、同様の
評価試験を行なって、結果を表中に11(記した。
なお、本実施例においては、ボタン型空気亜鉛′電池を
側番こ挙げて説明したが、これに限らず、角型、円筒型
など他の形状の空気亜鉛電池についても全く同様の効果
が得られることはdうまでもない。また、空気・亜鉛系
のみならず、空気eアルミニウム、空気・鉄など他の系
の空気電池についても同様の効果を11Iることかでき
る。
[発明の効果] 以1、の説明から明らかなように、本発明の空気電池は
、第1にその空気電極を3層1体構造とし、第2に該空
気′ir、極の1・−タルの空気透過瓜を前述の範囲番
、r限定したので、充分なh(”上古I4をイ1する、
すなわち、機器を駆動−ケるための充分な′11(流を
取り出すことができることは勿論、優れた耐漏液4¥+
lを有するものであり、その1業的価値は極めて大であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る空気電池に使用する3
層1体構造の空気電極の構成を示す図、第2図は通常の
ボタン型空気亜鉛′耐流の構造を示す縦断面図である。 4.14・・・・・・空気電極、+4a・・・・・・撥
水性層、14 b・・・・・・触媒層、14c・・・・
・・集電体層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも撥水性層、触媒層および集電体層が積層
    されてなる構造の空気電極を具備する空気電池であって
    、 かつ、該空気電極のトータルの空気透過度が、ガーレー
    数で1,000〜1,500,000sec/100c
    c・in^2であることを特徴とする空気電池。 2、該空気電極のトータルの空気透過度が、ガーレー数
    で5,000〜1,200,000である特許請求の範
    囲第1項記載の空気電池。 3、該撥水性層の最大孔径が0.3μm以下である特許
    請求の範囲第1項又は第2項記載の空気電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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