JP2001203007A - Electrode, its manufacturing method and battery using same - Google Patents

Electrode, its manufacturing method and battery using same

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JP2001203007A
JP2001203007A JP2000011429A JP2000011429A JP2001203007A JP 2001203007 A JP2001203007 A JP 2001203007A JP 2000011429 A JP2000011429 A JP 2000011429A JP 2000011429 A JP2000011429 A JP 2000011429A JP 2001203007 A JP2001203007 A JP 2001203007A
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sugar
lead
battery
conductive substrate
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Tadashi Tonomura
正 外邨
Isao Taniguchi
功 谷口
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode and its manufacturing method, which can attain electrochemical oxidization of sugar, and a battery which utilizes chemical energy of sugar as electrical energy. SOLUTION: In interface of an electrode 11 arranged at the face of conductive base substance including Pb and an electrolyte, a complex 13 of an ingredient arranged at the electrode 11 with sugar 12 is formed in a state of a hydroxyl group of the sugar 12 facing the electrode 11. With the movement of electrons from the sugar 12 to the electrode 11 and to an outside circuit via the complex 13, a C-C bond of the sugar 12 is split, and oxidized into oxalic acid, formic acid, CO2 or the like.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多糖類、二糖類、
単糖類などの糖の電気化学的な酸化を行うための電極お
よびそれを用いた電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to polysaccharides, disaccharides,
The present invention relates to an electrode for electrochemically oxidizing a sugar such as a monosaccharide and a battery using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】糖は、たんぱく質、脂質と並び動物の重
要なエネルギー源である。例えば、代表的な糖であり、
化学式C6126で表されるグルコースを完全に酸化す
ると、グルコース1分子当たり24個の電子を放出し
て、炭酸ガスと水が生成する。動物の体内では、この2
4個の電子がエネルギー源として利用されている。熱力
学計算によれば、グルコース1モル当たり2872k
J、1g当たり4.43Whのエネルギーを持ってい
る。これは、高エネルギー密度電池として知られている
リチウム電池の負極に用いられる金属リチウムの重量エ
ネルギー密度3.8Wh/g以上のエネルギー密度であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION Sugars, along with proteins and lipids, are important energy sources for animals. For example, typical sugars,
When glucose represented by the chemical formula C 6 H 12 O 6 is completely oxidized, 24 electrons are emitted per glucose molecule to generate carbon dioxide gas and water. In the animal body, this 2
Four electrons are used as energy sources. According to thermodynamic calculations, 2872 k per mole of glucose
J has an energy of 4.43 Wh per gram. This is an energy density of 3.8 Wh / g or more of weight energy density of metallic lithium used for a negative electrode of a lithium battery known as a high energy density battery.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、糖の持
っている化学エネルギーの利用方法は、空気中での直接
燃焼による熱エネルギーとして、あるいは動物の体内に
ある12種類以上の酸化酵素の作用によりATPなどの
化学エネルギーとして利用する方法しか今のところ見つ
かっていない(Albertsら著Essential
Cell Biology(Garland Pub
lishing、Inc.)(1997年)第107頁
参照)。すなわち、糖の持っている化学エネルギーを直
接電気エネルギーとして有効に利用する方法は存在しな
い。
However, the chemical energy possessed by sugar is used as heat energy by direct combustion in the air or by the action of 12 or more oxidases in the animal body. At present, only a method utilizing chemical energy such as the above has been found (Alberts et al., Essential.
Cell Biology (Garland Pub)
lishing, Inc. ) (1997) p. 107). That is, there is no method for effectively utilizing the chemical energy of the sugar directly as electric energy.

【0004】また、従来の電極を用いた水溶液系では、
糖の酸化反応と水の電気分解が競争するため、糖の電気
化学的な酸化を選択的に行うことができなかった。
In a conventional aqueous solution system using electrodes,
Since the oxidation reaction of sugar and the electrolysis of water compete, the electrochemical oxidation of sugar could not be performed selectively.

【0005】本発明は、このような問題を解決し、糖の
電気化学的な酸化を効率的に行うことができる電極、そ
の製造方法、および糖の持つ化学エネルギーを直接電気
エネルギーとして利用する電池を提供するものである。
[0005] The present invention solves such a problem, and an electrode capable of efficiently performing electrochemical oxidation of sugar, a method for producing the same, and a battery using chemical energy of sugar directly as electric energy. Is provided.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、糖を電気化学
的に酸化する電極であって、少なくともPbを含む成分
を導電性基体の表面に配置した電極を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an electrode for electrochemically oxidizing a sugar, wherein the electrode contains at least a component containing Pb on a surface of a conductive substrate.

【0007】ここで、上記の導電性基体がPb金属また
はPb合金であることが好ましい。
Here, it is preferable that the conductive substrate is made of Pb metal or Pb alloy.

【0008】また、上記の少なくともPbを含む成分
が、酸化鉛、水酸化鉛、塩基性炭酸鉛からなる群より選
択される少なくとも1種の化合物を含むことが好まし
い。
Preferably, the component containing at least Pb contains at least one compound selected from the group consisting of lead oxide, lead hydroxide, and basic lead carbonate.

【0009】また、上記の導電性基体または/および上
記の少なくともPbを含む成分が、Mg、Ti、In、
Sn、およびSbからなる群より選択される少なくとも
1種の金属元素を含むことが好ましい。
Further, the above-mentioned conductive substrate and / or the above-mentioned component containing at least Pb may be composed of Mg, Ti, In,
It is preferable to include at least one metal element selected from the group consisting of Sn and Sb.

【0010】また、本発明は、導電性基体としてPb金
属またはPb合金を用い、前記導電性基体をアルカリ溶
液中で電解することにより、酸化鉛、水酸化鉛、塩基性
炭酸鉛からなる群より選択される少なくとも1種の化合
物を前記導電性基体の表面に形成する工程を有する、糖
を電気化学的に酸化するための電極の製造方法を提供す
る。
[0010] The present invention also provides a method of forming a conductive substrate from a group consisting of lead oxide, lead hydroxide, and basic lead carbonate by electrolyzing the conductive substrate in an alkaline solution using a Pb metal or a Pb alloy. Provided is a method for producing an electrode for electrochemically oxidizing sugar, comprising a step of forming at least one selected compound on the surface of the conductive substrate.

【0011】さらにまた、本発明は、電解質を介して設
けた正極および負極を構成要素とする電池であって、前
記負極として、少なくともPbを含む成分を導電性基体
の表面に配置した、糖を電気化学的に酸化するための電
極を用いた電池を提供する。
Furthermore, the present invention relates to a battery comprising a positive electrode and a negative electrode provided with an electrolyte therebetween, wherein the negative electrode comprises a saccharide having at least a component containing Pb disposed on the surface of a conductive substrate. Provided is a battery using an electrode for electrochemical oxidation.

【0012】ここで、上記の正極が、酸素を還元する酸
素極であることが好ましい。
Here, it is preferable that the positive electrode is an oxygen electrode for reducing oxygen.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.

【0014】本発明による糖を電気化学的に酸化するた
めの電極は、少なくともPbを含む成分を導電性基体の
表面に配置している。
In the electrode for electrochemically oxidizing sugar according to the present invention, a component containing at least Pb is disposed on the surface of a conductive substrate.

【0015】このようにすると、Pbは水酸基との親和
性が高いので、図1に示すように、電極11/電解質界
面において、糖12の水酸基が電極11側に向いた状態
で、電極11に配置された、少なくともPbを含む成分
と糖12との錯体13が高密度に形成され、糖12から
錯体13を介して電極11、外部回路へ電子が移動する
ことにより、糖12のC−C結合が開裂し、糖12が炭
素数の少ないシュウ酸、ギ酸、CO2などに酸化され
る。
In this case, since Pb has a high affinity for the hydroxyl group, as shown in FIG. 1, at the interface between the electrode 11 and the electrolyte, the hydroxyl group of the saccharide 12 is directed toward the electrode 11 with the sugar group 12 facing the electrode 11 side. The arranged complex 13 of the component containing at least Pb and the saccharide 12 is formed at a high density, and electrons are transferred from the saccharide 12 to the electrode 11 and the external circuit via the complex 13, whereby the CC of the saccharide 12 is The bond is cleaved, and the sugar 12 is oxidized to oxalic acid, formic acid, CO 2 and the like having a small number of carbon atoms.

【0016】糖の水酸基を介した錯体形成過程により、
少なくともPbを含む成分と、糖の水酸基との間で一次
的な化学結合が生じ、この化学結合を通じて糖から上記
成分への電子の移動が起こる。これに協奏する形でC−
C結合間の結合が弱まり、ついには開裂する。このよう
に、糖のC−C結合を形成する炭素原子に結合した水酸
基を介した錯体を形成する過程を経ることにより、C−
C結合を有効に弱めることができるので、より低い活性
化エネルギーで糖のC−C結合を電気化学的に酸化開裂
することが可能となる。従って、糖の酸化電位が卑に移
行するので、糖の電気化学的な酸化を効率的に行うこと
ができる。
By the complex formation process via the hydroxyl group of the sugar,
A primary chemical bond is generated between the component containing at least Pb and the hydroxyl group of the sugar, and electrons are transferred from the sugar to the component through the chemical bond. In concert with this, C-
The bond between the C bonds weakens and eventually cleaves. As described above, by undergoing a process of forming a complex via a hydroxyl group bonded to a carbon atom forming a CC bond of a sugar, C-
Since the C bond can be effectively weakened, the C—C bond of the sugar can be electrochemically oxidatively cleaved with lower activation energy. Therefore, since the oxidation potential of the sugar shifts to a lower level, the electrochemical oxidation of the sugar can be performed efficiently.

【0017】なおここで、「錯体」とは、化学反応の反
応系から生成系に至る経路中において反応物質間で形成
される複合体のことである。この複合体には、通常の化
学反応で高エネルギー準位に位置する活性複合体に加え
て、1種あるいは複数種の配位子が1種あるいは複数種
の中心イオンに配位結合することにより形成する単核錯
体あるいは複核錯体が含まれる。
Here, the term "complex" refers to a complex formed between reactants in a route from a reaction system of a chemical reaction to a production system. In this complex, one or more kinds of ligands are coordinated with one or more kinds of central ions in addition to the active complex located at a high energy level by ordinary chemical reaction. Includes mononuclear or dinuclear complexes that form.

【0018】ここで用いる糖としては特に限定されない
が、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクト
ース、グリセルアルデヒド、ジヒドロキシアセトン、エ
リトロース、リブロース、キシルロース、セドヘプツロ
ース、リボース、デオキシリボース、ソルボース、グル
コサミンおよびガラクトサミンなどの単糖類や、イソマ
ルトース、マルトース、セロビオース、ラクトース、ラ
フィノースおよびスクロースなどの二糖類や、オリゴ糖
類や、デンプン、グリコーゲン、セルロース、糖タンパ
ク質、グリコサミノグリカンおよび糖脂質などの多糖類
が挙げられる。この中で、負極における電気化学的な酸
化反応の電流効率が高いという点で、グルコース、マン
ノース、ガラクトース、フルクトースが好ましい。さら
に、電流効率の点でグルコース、マンノース、ガラクト
ースが好ましい。
The sugar used herein is not particularly limited, but may be a simple sugar such as glucose, mannose, galactose, fructose, glyceraldehyde, dihydroxyacetone, erythrose, ribulose, xylulose, sedoheptulose, ribose, deoxyribose, sorbose, glucosamine and galactosamine. Examples include saccharides, disaccharides such as isomaltose, maltose, cellobiose, lactose, raffinose and sucrose, oligosaccharides, and polysaccharides such as starch, glycogen, cellulose, glycoprotein, glycosaminoglycan and glycolipid. Among them, glucose, mannose, galactose, and fructose are preferable in that the current efficiency of the electrochemical oxidation reaction in the negative electrode is high. Furthermore, glucose, mannose, and galactose are preferable in terms of current efficiency.

【0019】上記の導電性基体としては、金、白金、
錫、銅、銀、鉛、鉄、これらの合金、ステンレス鋼など
の金属材料、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセ
チレンなどの導電性高分子、ITO(インジウム−錫酸
化物)などの導電性金属酸化物、人造黒鉛、天然黒鉛な
どの炭素材料を用いることができる。
As the conductive substrate, gold, platinum,
Tin, copper, silver, lead, iron, their alloys, metal materials such as stainless steel, conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, and polyacetylene; conductive metal oxides such as ITO (indium-tin oxide); Carbon materials such as graphite and natural graphite can be used.

【0020】ここで、導電性基体がPb金属またはPb
合金であることが好ましい。このようにすると、導電性
基体の一部が電解により鉛化合物に変化するので、Pb
を含む成分を化学結合によって強固に導電性基体の表面
に、容易に配置することができる。また、配置する鉛化
合物の組成を、電解電位、電解液組成により自由に変え
ることができる利点がある。
Here, the conductive substrate is made of Pb metal or Pb.
Preferably, it is an alloy. In this case, since a part of the conductive substrate is changed to a lead compound by electrolysis, Pb
Can be easily arranged on the surface of the conductive substrate firmly by chemical bonding. Further, there is an advantage that the composition of the lead compound to be arranged can be freely changed depending on the electrolytic potential and the composition of the electrolytic solution.

【0021】上記の少なくともPbを含む成分として、
具体的には、金属鉛や、Pb−Sn、Pb−In、Pb
−Mg、Pb−Ag、Pb−Sb、Pb−Sb−Snな
どの鉛合金や、PbO、PbO2、Pb34、PbC
3、Pb(OH)2、(PbCO32・Pb(O
H)2、PbSO4、PbS、PbF2、PbCl2、Pb
2、Pb(NO32、PbTiO3、PbZrO3、P
b(Ti、Zr)O3などの化合物が挙げられる。
As a component containing at least Pb,
Specifically, metallic lead, Pb-Sn, Pb-In, Pb
-Mg, Pb-Ag, Pb- Sb, or lead alloys such as Pb-Sb-Sn, PbO, PbO 2, Pb 3 O 4, PbC
O 3 , Pb (OH) 2 , (PbCO 3 ) 2 .Pb (O
H) 2 , PbSO 4 , PbS, PbF 2 , PbCl 2 , Pb
I 2 , Pb (NO 3 ) 2 , PbTiO 3 , PbZrO 3 , P
a compound such as b (Ti, Zr) O 3 .

【0022】ここで、上記の少なくともPbを含む成分
が、酸化鉛、水酸化鉛、塩基性炭酸鉛からなる群より選
択される少なくとも1種の化合物を含むことが好まし
い。PbO、PbO2、Pb34などの酸化鉛、Pb
(OH)2などの水酸化鉛、(PbCO32・Pb(O
H)2などの塩基性炭酸鉛、あるいはこれらの混合物を
用いると、糖の酸化反応を、Hg/HgO標準電極に対
しマイナス0.6V以下のマイナス領域の電位で起こす
ことができる。
Here, the component containing at least Pb preferably contains at least one compound selected from the group consisting of lead oxide, lead hydroxide and basic lead carbonate. Lead oxide such as PbO, PbO 2 , Pb 3 O 4 , Pb
Lead hydroxide such as (OH) 2 , (PbCO 3 ) 2 .Pb (O
When a basic lead carbonate such as H) 2 or a mixture thereof is used, a sugar oxidation reaction can be caused at a potential in a minus region of −0.6 V or less with respect to a Hg / HgO standard electrode.

【0023】上記成分は、1種のみ、または2種以上を
組み合わせて用いてもよい。また、水酸基の水素原子を
介して水素結合を形成する機能性基を有する、グリシ
ン、アラニンなどのアミノ酸類、テトラメチルアンモニ
ウム、テトラブチルアンモニウムなどのアルキルアンモ
ニウム類、4−エチルピリジニウム、2−ブチルピリジ
ニウムなどのアルキルピリジニウム類、アミルアルコー
ル、グリセリンなどのアルコール類、ジチオビスアルキ
ルアミン、チオシアヌル酸、ビスムチオールなどのチオ
ール類や、少なくとも1級アミノ基、2級アミノ基、3
級アミノ基、4級アミノ基、アンモニウム基、ピリジニ
ウム基、アルコール基またはチオール基を有する化合物
を、上記成分と組み合わせて用いてもよい。
The above components may be used alone or in combination of two or more. In addition, amino acids such as glycine and alanine, alkyl ammoniums such as tetramethylammonium and tetrabutylammonium, which have a functional group that forms a hydrogen bond through a hydrogen atom of a hydroxyl group, 4-ethylpyridinium, and 2-butylpyridinium Such as alkylpyridiniums, alcohols such as amyl alcohol and glycerin, thiols such as dithiobisalkylamine, thiocyanuric acid and bismuthiol, and at least a primary amino group, a secondary amino group,
A compound having a quaternary amino group, a quaternary amino group, an ammonium group, a pyridinium group, an alcohol group or a thiol group may be used in combination with the above components.

【0024】また、本発明の糖を電気化学的に酸化する
ための電極の製造方法は、導電性基体としてPb金属ま
たはPb合金を用い、前記導電性基体をアルカリ溶液中
で電解することにより、酸化鉛、水酸化鉛、塩基性炭酸
鉛からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を
前記導電性基体の表面に形成する工程を有する。これに
より、PbO、PbO2、Pb34などの酸化鉛、Pb
(OH)2などの水酸化鉛、(PbCO32・Pb(O
H)2などの塩基性炭酸鉛、あるいはこれらの混合物を
導電性基体に配置した電極を簡便に作製することができ
る。鉛あるいは鉛合金を作用電極として、白金などを対
極として、作用電極の電位をHg/HgO標準電極に対
し、マイナス1.2Vからプラス0.8Vの間の適当な
電位領域で電解を行う。電位をプラス0.8Vに近いプ
ラス領域で電解するとPbO2、Pb34に富んだ鉛化
合物を配置することができる。炭酸ガスの存在下で電位
をマイナス1.2Vからゼロボルトのマイナス領域で電
解すると塩基性炭酸塩に富んだ鉛化合物を配置すること
ができる。また、電解液中に、アイオダイド、フルオラ
イド、クロライド、サルフェイトイオンを共存させるこ
とで、PbF2、PbCl2、PbI2、PbSO4を含む
鉛化合物を配置することができる。
Further, the method for producing an electrode for electrochemically oxidizing a sugar according to the present invention is characterized in that Pb metal or a Pb alloy is used as a conductive substrate, and the conductive substrate is electrolyzed in an alkaline solution. A step of forming at least one compound selected from the group consisting of lead oxide, lead hydroxide, and basic lead carbonate on the surface of the conductive substrate. Thereby, lead oxides such as PbO, PbO 2 , Pb 3 O 4 , Pb
Lead hydroxide such as (OH) 2 , (PbCO 3 ) 2 .Pb (O
H) An electrode in which a basic lead carbonate such as 2 or a mixture thereof is disposed on a conductive substrate can be easily produced. Using lead or a lead alloy as a working electrode and platinum or the like as a counter electrode, electrolysis is performed in an appropriate potential range of −1.2 V to +0.8 V with respect to the Hg / HgO standard electrode. When the potential is electrolyzed in a positive region near 0.8 V, a lead compound rich in PbO 2 and Pb 3 O 4 can be arranged. When electrolysis is performed in the negative voltage range of −1.2 V to zero volt in the presence of carbon dioxide, a lead compound rich in basic carbonate can be disposed. In addition, a lead compound containing PbF 2 , PbCl 2 , PbI 2 , and PbSO 4 can be arranged by coexisting iodide, fluoride, chloride, and sulfate ions in the electrolytic solution.

【0025】鉛化合物の配置の方法は、以上に述べたア
ルカリ電解液中での電解方法に限らず、鉛化合物を溶解
した溶液に導電性基体を浸漬したのち、溶液を含んだ導
電性基体を乾燥し溶媒を散逸することで作製することが
できる。また、こうして調製した電極を酸化性雰囲気で
焼成してもよい。さらには、鉛化合物を化学蒸着法(C
VD)、物理蒸着法(PVD)、スパッタリング、イオ
ンプレーティング法等により導電性基体に配置してもよ
い。
The method of arranging the lead compound is not limited to the above-described electrolysis method in an alkaline electrolyte. After immersing the conductive substrate in a solution in which the lead compound is dissolved, the conductive substrate containing the solution is removed. It can be produced by drying and dissipating the solvent. The electrode thus prepared may be fired in an oxidizing atmosphere. Furthermore, a lead compound is deposited by chemical vapor deposition (C
VD), physical vapor deposition (PVD), sputtering, ion plating, or the like, and may be arranged on the conductive substrate.

【0026】また、上記の導電性基体または/および少
なくともPbを含む成分が、Mg、Ti、In、Sn、
およびSbからなる群より選択される少なくとも1種の
金属元素を含むことが好ましい。このようにすると、糖
の酸化が促進されるので、糖の酸化電位がより卑に移行
する。
The conductive substrate and / or the component containing at least Pb may be composed of Mg, Ti, In, Sn,
And at least one metal element selected from the group consisting of Sb. In this case, the oxidation of the sugar is promoted, so that the oxidation potential of the sugar shifts to a lower level.

【0027】また、本発明による電池は、電解質を介し
て設けた正極および負極を構成要素とする電池であっ
て、前記負極として、少なくともPbを含む成分を導電
性基体の表面に配置した、糖を電気化学的に酸化するた
めの電極を用いる。
Further, the battery according to the present invention is a battery comprising a positive electrode and a negative electrode provided with an electrolyte therebetween, wherein the negative electrode comprises a sugar containing at least a component containing Pb disposed on the surface of a conductive substrate. Is used for electrochemically oxidizing the.

【0028】これにより、図1に示すように、負極11
/電解質界面において、糖12の水酸基が負極11側に
向いた状態で、導電性基体の表面に配置された少なくと
もPbを含む成分と糖12との錯体13が高密度に形成
され、糖12から錯体13を介して負極11、外部回路
へ電子が移動することにより、糖12のC−C結合が開
裂し、糖12が炭素数の少ないシュウ酸、ギ酸、CO2
などに酸化される。上記のように、この糖の水酸基を介
した錯体形成過程により、糖のC−C結合を有効に弱め
ることができるので、より低い活性化エネルギーで糖の
C−C結合を電気化学的に酸化開裂することが可能とな
る。従って、糖の酸化電位が卑に移行するので、正極と
の間で起電力を得ることができるため、C−C結合の形
で糖分子に蓄えられている化学エネルギーを直接電気エ
ネルギーとして利用することが可能となる。開裂するC
−C結合の数が多い程、酸化反応に関与する電子数が多
くなり、利用できるエネルギー量が増加するので好まし
い。
As a result, as shown in FIG.
At the electrolyte interface, a complex 13 of at least a Pb-containing component and the saccharide 12 disposed on the surface of the conductive substrate is formed at a high density with the hydroxyl groups of the saccharide 12 facing the negative electrode 11 side. The transfer of electrons to the negative electrode 11 and the external circuit via the complex 13 cleaves the C—C bond of the saccharide 12, and the saccharide 12 has oxalic acid, formic acid, CO 2
Is oxidized. As described above, the C—C bond of the saccharide can be effectively weakened by the complex formation process via the hydroxyl group of the saccharide, so that the C—C bond of the saccharide is electrochemically oxidized with lower activation energy. It becomes possible to cleave. Accordingly, since the oxidation potential of the sugar shifts to a lower level, an electromotive force can be obtained between the sugar and the positive electrode, and the chemical energy stored in the sugar molecule in the form of a CC bond is directly used as electric energy. It becomes possible. Cleavage C
It is preferable that the number of -C bonds be large, because the number of electrons involved in the oxidation reaction increases and the amount of available energy increases.

【0029】ここで、正極の反応は、負極における糖の
酸化反応よりも貴な電位で起こる還元反応であって、糖
分子から取り出された電子が、外部負荷を経て、正極に
電気化学的に受け入れられる還元反応であればよい。
Here, the reaction of the positive electrode is a reduction reaction that occurs at a more noble potential than the oxidation reaction of sugar at the negative electrode, and electrons extracted from sugar molecules are electrochemically applied to the positive electrode via an external load. Any reduction reaction that is acceptable may be used.

【0030】上記の正極の反応としては、水あるいは酸
素の還元反応、NiOOH、MnOOH、Pb(OH)
2、PbO、MnO2、Ag2O、LiCoO2、LiMn
24、LiNiO2などの水酸化物あるいは酸化物の還
元反応、TiS2、MoS2、FeS、Ag2Sなどの硫
化物の還元反応、AgI、PbI2、CuCl2などの金
属ハロゲン化物の還元反応、キノン類、有機ジスルフィ
ド化合物などの有機硫黄化合物類の還元反応、ポリアニ
リン、ポリチオフェンなど導電性高分子類の還元反応な
どを用いることができる。
The reaction of the positive electrode includes a reduction reaction of water or oxygen, NiOOH, MnOOH, Pb (OH)
2 , PbO, MnO 2 , Ag 2 O, LiCoO 2 , LiMn
Reduction reaction of hydroxide or oxide such as 2 O 4 , LiNiO 2 , reduction reaction of sulfide such as TiS 2 , MoS 2 , FeS, Ag 2 S, metal halide such as AgI, PbI 2 , CuCl 2 A reduction reaction, a reduction reaction of an organic sulfur compound such as a quinone or an organic disulfide compound, a reduction reaction of a conductive polymer such as polyaniline or polythiophene, or the like can be used.

【0031】この中で、正極が、酸素を還元する酸素極
であることが好ましい。このようにすると、正極活物質
として酸素を含む気体を用いることができるので、電池
内に正極活物質を保持することが不要となるため、高い
エネルギー密度を有する電池を構成することができる。
Of these, the positive electrode is preferably an oxygen electrode for reducing oxygen. In this case, since a gas containing oxygen can be used as the positive electrode active material, it is not necessary to hold the positive electrode active material in the battery, so that a battery having a high energy density can be formed.

【0032】上記酸素極としては、酸素還元能のある物
質であれば用いることができる。このような物質として
は、活性炭、Mn23などのマンガン低級酸化物、白
金、パラジウム、酸化イリジウム、白金アンミン錯体、
コバルトフェニレンジアミン錯体、金属ポルフィリン
(金属:コバルト、マンガン、亜鉛、マグネシウムな
ど)、La(Ca)CoO3やLa(Sr)MnO3など
のペロブスカイト酸化物などが挙げられる。
As the oxygen electrode, any substance capable of reducing oxygen can be used. Such materials include activated carbon, lower manganese oxides such as Mn 2 O 3 , platinum, palladium, iridium oxide, platinum ammine complexes,
Cobalt phenylenediamine complexes, metal porphyrins (metals: cobalt, manganese, zinc, magnesium, etc.), and perovskite oxides such as La (Ca) CoO 3 and La (Sr) MnO 3 .

【0033】電解質としては、アニオンまたは/および
カチオンを正極から負極へ、または/および負極から正
極へ移動させ、正極および負極での酸化・還元反応を連
続的に進行させることができるものであれば、有機物
質、無機物質、液体、固体を問わず用いることができ
る。これらの電解質としては、水にZnCl2、NH4
l等の金属塩、KOH、NaOH等のアルカリ、H3
4、H2SO4等の酸を溶解したものや、プロピレンカ
ーボネートとエチレンカーボネートの混合有機溶媒にL
iBF4、LiPF6等の金属塩を溶解したものや、スル
ホン酸基、アミド基、アンモニウム基、ピリジニウム基
等を有するフッ素樹脂等の高分子材料よりなるイオン交
換膜や、LiBF4、LiCl4、(C494NBF4
を溶解したポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンオ
キサイド等の高分子電解質を用いることができる。
As the electrolyte, any electrolyte capable of moving anions and / or cations from the positive electrode to the negative electrode and / or from the negative electrode to the positive electrode and allowing the oxidation and reduction reactions at the positive electrode and the negative electrode to proceed continuously. , Organic substances, inorganic substances, liquids, and solids can be used. These electrolytes include ZnCl 2 and NH 4 C in water.
l, alkali metals such as KOH and NaOH, H 3 P
O 4, obtained by dissolving an acid such as H 2 SO 4 and, L in a mixed organic solvent of propylene carbonate and ethylene carbonate
iBF 4 , an ion exchange membrane made of a polymer material such as a fluororesin having a sulfonic acid group, an amide group, an ammonium group, a pyridinium group, or the like, in which a metal salt such as LiBF 6 is dissolved, LiBF 4 , LiCl 4 , A polymer electrolyte such as polypropylene oxide or polyethylene oxide in which (C 4 H 9 ) 4 NBF 4 or the like is dissolved can be used.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明を、実施例によって具体的に説
明する。
The present invention will be specifically described below with reference to examples.

【0035】(実施例1)実施例1では、導電性基体と
Pbを含む成分との組み合わせの異なる、複数の試験電
極を作製し、糖の電解酸化特性を評価するとともに、そ
の試験電極を負極として電池を構成し、発電を行った。
(Example 1) In Example 1, a plurality of test electrodes having different combinations of a conductive substrate and a component containing Pb were prepared, and the electrolytic oxidation characteristics of sugar were evaluated. The battery was configured as above, and power was generated.

【0036】(試験電極の作製)導電性基体として、錫
を61.9重量百分率(wt%)含有する厚さ50μm
のPb−Sn合金箔を用い、1×0.5cmの大きさに
切断しニッケルリード線を接合したのち、接合部ならび
にニッケルリードをエポキシ樹脂で被覆した。得られた
試験片を図2に示すセル中において、3.1%KOH水
溶液中でHg/HgO標準電極25に対しマイナス1.
2Vから0Vの範囲で20mV/秒の電位掃引速度で電
位を変化させて電解して試験電極Aを作製した。電位
は、マイナス1.2Vから0Vに向かって増加し、0V
に達するとマイナス1.2Vに向かって減少する変化を
1サイクルとして、5サイクル電解を行った。金属光沢
をした試験片から、白色の堆積物を表面に配置した試験
電極Aが得られた。この白色の堆積物は、X線光電子分
光分析法(以下、XPSと略称する)により、塩基性炭
酸鉛および錫酸塩を含む鉛化合物であることを確認し
た。
(Preparation of Test Electrode) As a conductive substrate, tin containing 61.9% by weight (wt%) and a thickness of 50 μm was used.
Was cut into a size of 1 × 0.5 cm using a Pb—Sn alloy foil, and a nickel lead wire was joined. Then, the joint portion and the nickel lead were covered with an epoxy resin. The obtained test piece was placed in a 3.1% KOH aqueous solution in a cell shown in FIG.
A test electrode A was produced by performing electrolysis while changing the potential at a potential sweep rate of 20 mV / sec in the range of 2 V to 0 V. The potential increases from −1.2 V toward 0 V, and 0 V
, And a change that decreases toward −1.2 V is defined as one cycle, and five cycles of electrolysis were performed. From the test piece having a metallic luster, a test electrode A having a white deposit disposed on the surface was obtained. This white deposit was confirmed to be a lead compound containing basic lead carbonate and stannate by X-ray photoelectron spectroscopy (hereinafter simply referred to as XPS).

【0037】図2に示したセルは、ガラス容器21、ゴ
ム栓22、試験電極または試験片からなる作用極(負
極)23、白金対極24、Hg/HgO標準電極25、
電解液26、正極27から構成されている。
The cell shown in FIG. 2 includes a glass container 21, a rubber stopper 22, a working electrode (negative electrode) 23 composed of a test electrode or a test piece, a platinum counter electrode 24, a Hg / HgO standard electrode 25,
It comprises an electrolytic solution 26 and a positive electrode 27.

【0038】次に、試験片の電位掃引範囲を、マイナス
1.2Vからプラス0.8Vまでとした以外は、試験電
極Aと同様にして試験電極Bを作製した。金属光沢をし
た試験片から、暗褐色の堆積物を表面に配置した試験電
極Bが得られた。この堆積物は、XPSにより、PbO
および錫酸塩を含む鉛化合物であることを確認した。
Next, a test electrode B was prepared in the same manner as the test electrode A, except that the potential sweep range of the test piece was changed from -1.2 V to +0.8 V. From the test piece having a metallic luster, a test electrode B having a dark brown deposit on the surface was obtained. This deposit is converted to PbO by XPS.
And a lead compound containing stannate.

【0039】次に、アンチモンを13wt%含有する厚
さ100μmのPb−Sb合金箔を用いた以外は試験電
極Aと同様にして試験電極Cを作製した。金属光沢をし
た試験片から、白色の堆積物を表面に配置した試験電極
Cが得られた。この白色の堆積物は、XPSにより、塩
基性炭酸鉛、酸化アンチモンを含む鉛化合物であること
を確認した。
Next, a test electrode C was prepared in the same manner as the test electrode A, except that a 100 μm thick Pb—Sb alloy foil containing 13 wt% of antimony was used. From the test piece having a metallic luster, a test electrode C having a white deposit disposed on the surface was obtained. This white deposit was confirmed by XPS to be a lead compound containing basic lead carbonate and antimony oxide.

【0040】次に、アンチモンを13wt%含有する厚
さ100μmのPb−Sb合金箔を用いた以外は試験電
極Bと同様にして試験電極Dを作製した。金属光沢をし
た試験片から、暗褐色の堆積物を表面に配置した試験電
極Dが得られた。この白色の堆積物は、XPSにより、
PbO、酸化アンチモンを含む鉛化合物であることを確
認した。
Next, a test electrode D was prepared in the same manner as the test electrode B except that a 100 μm thick Pb—Sb alloy foil containing 13 wt% of antimony was used. From the test piece with a metallic luster, a test electrode D having a dark brown deposit on the surface was obtained. This white deposit is
It was confirmed that it was a lead compound containing PbO and antimony oxide.

【0041】次に、純度99.9%、厚さ500μmの
鉛箔、電解液に6.2%KOHアルカリ水溶液を用いた
以外は試験電極Aと同様にして試験電極Eを作製した。
金属光沢をした試験片から、白色の堆積物を表面に配置
した試験電極Eが得られた。この白色の堆積物は、XP
Sにより、塩基性炭酸鉛を含む鉛化合物であることを確
認した。
Next, a test electrode E was prepared in the same manner as the test electrode A, except that a lead foil having a purity of 99.9% and a thickness of 500 μm was used, and a 6.2% KOH alkaline aqueous solution was used as an electrolyte.
From the test piece having a metallic luster, a test electrode E having a white deposit disposed on the surface was obtained. This white sediment is XP
S confirmed that it was a lead compound containing basic lead carbonate.

【0042】次に、純度99.9%、厚さ500μmの
鉛箔、電解液に6.2%KOHアルカリ水溶液を用いた
以外は、試験電極Bと同様にして試験電極Fを作製し
た。金属光沢をした試験片から、暗褐色の堆積物を表面
に配置した試験電極Fが得られた。この白色の堆積物
は、XPSにより、PbOを含む鉛化合物であることを
確認した。
Next, a test electrode F was prepared in the same manner as the test electrode B except that a lead foil having a purity of 99.9% and a thickness of 500 μm was used, and a 6.2% KOH alkaline aqueous solution was used as an electrolyte. From the test piece having a metallic luster, a test electrode F having a dark brown deposit on the surface was obtained. This white deposit was confirmed by XPS to be a lead compound containing PbO.

【0043】次に、化学蒸着装置を用いて、一つのモリ
ブデンボートに蒸発源としてジ−イソ−プロポキシ鉛
(Pb(O−i−C372)、もう一つのモリブデン
ボートにもう一つの蒸発源としてテトラエトキシ錫
((Sn(OC254)、さらにもう一つのモリブデ
ンボートにさらにもう一つの蒸発源としてテトラエトキ
シチタン(Ti(OC254)を配置した。これら蒸
発源の下流側の反応器中に、Niリード線を接合した大
きさ1×0.5cm、グラファイト繊維を0.5mmの
厚さに加圧成形した導電性基体を配置し、400℃に加
熱した。アルゴンガスを蒸発源の上流から下流に向かっ
て流しながら蒸発源を加熱し、導電性基体表面に鉛アル
コキサイド、錫アルコキサイド、チタンアルコキサイド
の熱分解物を5分間堆積させた。蒸発源を冷却した後、
酸素を1vol%含むアルゴンガスを60分間流すこと
で、酸化鉛、酸化錫、酸化チタンを含む鉛化合物を導電
性基体表面に配置した試験電極Gを作製した。
Next, using a chemical vapor deposition apparatus, di-iso-propoxy lead (Pb (OiC 3 H 7 ) 2 ) was used as an evaporation source in one molybdenum boat, and another was used in another molybdenum boat. one of the evaporation source as tetraethoxy tin ((Sn (OC 2 H 5 ) 4), was further placed tetraethoxy titanium (Ti (OC 2 H 5) 4) as yet another evaporation source to another molybdenum boat. In a reactor downstream of these evaporation sources, a conductive substrate formed by pressure-molding graphite fibers having a size of 1 × 0.5 cm and graphite fibers having a thickness of 0.5 mm and having a Ni lead wire joined thereto was placed at 400 ° C. The evaporation source was heated while flowing argon gas from the upstream to the downstream of the evaporation source, and the thermally decomposed products of lead alkoxide, tin alkoxide, and titanium alkoxide were applied to the surface of the conductive substrate for 5 minutes. After the depositing. Evaporation source cooled,
By flowing an argon gas containing 1 vol% of oxygen for 60 minutes, a test electrode G in which a lead compound containing lead oxide, tin oxide, and titanium oxide was arranged on the surface of the conductive substrate was produced.

【0044】次に、Niリード線を接合した大きさ1×
0.5cm、厚さ100μmのNi箔をアルゴンガスで
置換した反応器に配置した後、赤外ランプで600℃に
加熱した。ジ-イソ-プロポキシ鉛0.05mol/l、
テトラエトキシチタン0.05mol/lを溶解したエ
タノール溶液を、加熱したNi箔に10分間噴霧したの
ち、酸素を1vol%含むアルゴンガスを反応器に供給
した。酸素ガスを1vol%含むアルゴンガス中にNi
箔を60分間放置することで、Ni箔表面に酸化鉛、酸
化チタンを含む鉛化合物を配置した試験電極Hを得た。
Next, a Ni lead wire having a size of 1 ×
After placing a 0.5 cm, 100 μm thick Ni foil in a reactor in which argon gas was replaced, the mixture was heated to 600 ° C. with an infrared lamp. 0.05 mol / l di-iso-propoxy lead,
An ethanol solution in which 0.05 mol / l of tetraethoxytitanium was dissolved was sprayed on a heated Ni foil for 10 minutes, and then an argon gas containing 1 vol% of oxygen was supplied to the reactor. Ni in argon gas containing 1 vol% of oxygen gas
By leaving the foil for 60 minutes, a test electrode H having a lead compound containing lead oxide and titanium oxide disposed on the surface of the Ni foil was obtained.

【0045】(試験電極の糖酸化特性評価)図2に示し
たセルを用いて、電解液26として、0.62%KOH
アルカリ水溶液、またはグルコースを0.02mol/
l溶解した0.62%KOHアルカリ水溶液を用い、試
験電極Bを作用極23として、白金対極24、Hg/H
gO標準電極25を用いて電解を行った。室温下、電解
液26を静置した状態で、作用極23の電位を、マイナ
ス1.2Vからプラス0.8Vに向かって増加し、プラ
ス0.8Vに達するとマイナス1.2Vに向かって減少
する変化を1サイクルとして、20サイクル電解を行っ
た。20サイクル目の電流‐電位特性を図3に示す。
(Evaluation of Sugar Oxidation Characteristics of Test Electrode) Using the cell shown in FIG.
Alkaline aqueous solution or glucose at 0.02 mol /
Using a dissolved 0.62% KOH alkaline aqueous solution, a test electrode B was used as a working electrode 23, a platinum counter electrode 24, and Hg / H
Electrolysis was performed using the gO standard electrode 25. At room temperature, the potential of the working electrode 23 increases from −1.2 V to +0.8 V in a state where the electrolytic solution 26 is allowed to stand, and decreases to −1.2 V when it reaches +0.8 V. This change was defined as one cycle, and 20 cycles of electrolysis were performed. FIG. 3 shows the current-potential characteristics at the 20th cycle.

【0046】グルコースを含む電解液中では、グルコー
スを含まない電解液中に比べて、鉛合金の溶解に伴うマ
イナス0.4V付近の酸化電流が小さくなり、鉛合金の
溶解が抑制された。また、グルコースの酸化による酸化
電流ピークが、マイナス1.0V、マイナス0.8V、
マイナス0.6V付近に現れた。電解後、グルコースを
含む電解液を液体クロマトグラフィーを用いて分析した
ところ、グルコースの酸化生成物である、グルコン酸、
シュウ酸、ギ酸が検出された。同様の特性評価を、試験
電極A、試験電極C〜Hについて行ったところ、試験電
極Bの場合と同様に糖の酸化を示す結果が得られた。ま
た、グルコースに代えて、単糖類であるガラクトース、
マンノース、ソルボース、フルクトース、二糖類である
マルトース、スクロース、ラクトース、ラフィノース、
多糖類であるデンプンを用いて試験電極A〜Hについて
特性評価を行ったところ、グルコースの場合と同様に糖
の酸化を示す結果が得られた。よって、本実施例の試験
電極を用いた糖の電気化学的な酸化を確認することがで
きた。
In the electrolyte containing glucose, the oxidation current around minus 0.4 V accompanying the dissolution of the lead alloy was smaller than in the electrolyte not containing glucose, and the dissolution of the lead alloy was suppressed. Also, the oxidation current peak due to the oxidation of glucose was −1.0 V, −0.8 V,
It appeared near minus 0.6V. After the electrolysis, when the electrolytic solution containing glucose was analyzed using liquid chromatography, an oxidation product of glucose, gluconic acid,
Oxalic acid and formic acid were detected. When the same property evaluation was performed for the test electrode A and the test electrodes C to H, the result showing the oxidation of the sugar was obtained as in the case of the test electrode B. Further, instead of glucose, galactose which is a monosaccharide,
Mannose, sorbose, fructose, the disaccharides maltose, sucrose, lactose, raffinose,
When the characteristics of the test electrodes A to H were evaluated using starch, which is a polysaccharide, the results showing the oxidation of sugar were obtained as in the case of glucose. Therefore, electrochemical oxidation of sugar using the test electrode of this example could be confirmed.

【0047】図4は、グルコースを0.02mol/l
溶解した0.62%KOH水溶液中での、本実施例の試
験電極Bの酸化還元電流-電位応答と、活性炭とマンガ
ン低級酸化物により構成した酸素極の酸化還元電流-電
位応答である。酸素極は、プラス0.1V付近からマイ
ナス方向の電位領域で酸素の還元による還元電流を与え
た。本実施例の試験電極Bはマイナス1Vからマイナス
0.4V付近にグルコースの酸化による酸化電流を与え
た。従って、上記の酸素極を正極、本実施例の試験電極
を負極として組み合わせることにより1V〜0.4Vの
起電力の電池を構成することができることがわかった。
FIG. 4 shows that glucose was 0.02 mol / l.
The redox current-potential response of the test electrode B of this example in a dissolved 0.62% KOH aqueous solution, and the redox current-potential response of an oxygen electrode composed of activated carbon and a manganese lower oxide. The oxygen electrode applied a reduction current by reduction of oxygen in a potential region in the negative direction from around plus 0.1 V. The test electrode B of this example applied an oxidation current due to oxidation of glucose from about -1 V to about -0.4 V. Therefore, it was found that a battery having an electromotive force of 1 V to 0.4 V can be formed by combining the above-described oxygen electrode as a positive electrode and the test electrode of this example as a negative electrode.

【0048】次に、図2に示したセルを用いて、電解液
26として、0.31%KOHアルカリ水溶液、または
グルコースを0.5mol/l溶解した0.31%KO
Hアルカリ水溶液を用い、試験電極Aを作用極23とし
て、白金対極24、Hg/HgO標準電極25を用いて
電解を行った。室温下、電解液26を攪拌しながら、作
用極23に対して酸化方向に2mAの一定電流を120
0秒間通じ、その際の時間‐電位特性を評価した。得ら
れた時間‐電位特性を図5に示す。
Next, using the cell shown in FIG. 2, a 0.31% KOH alkaline aqueous solution or 0.31% KO in which 0.5 mol / l of glucose was dissolved was used as the electrolytic solution 26.
Electrolysis was carried out using an H alkaline aqueous solution, a test electrode A as a working electrode 23, a platinum counter electrode 24, and a Hg / HgO standard electrode 25. At room temperature, a constant current of 2 mA is applied to the working electrode 23 in the oxidation direction for 120 while stirring the electrolytic solution 26.
It passed for 0 second, and the time-potential characteristic at that time was evaluated. FIG. 5 shows the obtained time-potential characteristics.

【0049】グルコースを含む電解液中では、電解12
00秒後においても作用極23の電位はマイナス 58
0mVの一定値を与え、グルコースが連続的に酸化され
ていることがわかった。一方、グルコースを含まない電
解液中では、電解後300秒付近で、作用極23の電位
は、鉛合金の酸化溶解を示すマイナス610mV付近か
ら、鉛合金の高次酸化物の生成が起こるプラス400m
V付近に移行した。
In an electrolytic solution containing glucose, electrolysis 12
Even after 00 seconds, the potential of the working electrode 23 remains minus 58.
Given a constant value of 0 mV, it was found that glucose was continuously oxidized. On the other hand, in an electrolyte solution containing no glucose, at about 300 seconds after electrolysis, the potential of the working electrode 23 changes from about −610 mV, which indicates the oxidative dissolution of the lead alloy, to about 400 mV at which the generation of a higher oxide of the lead alloy occurs.
Moved to near V.

【0050】同様の特性評価を、試験電極B〜Hについ
て行ったところ、グルコースを含む電解液中では、試験
電極Aの場合と同様に糖の連続酸化を示す結果が得られ
た。電解1200秒後の各電解液中における試験電極の
電位を(表1)に示す。
When the same characteristics were evaluated for the test electrodes B to H, a result showing continuous oxidation of sugar was obtained in the electrolytic solution containing glucose as in the case of the test electrode A. The potential of the test electrode in each electrolytic solution after 1200 seconds of electrolysis is shown in (Table 1).

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】また、単糖類であるガラクトース、マンノ
ース、ソルボース、フルクトース、二糖類であるマルト
ース、スクロース、ラクトース、ラフィノース、多糖類
であるデンプンを用いて試験電極A〜Hについて特性評
価を行ったところ、グルコースの場合と同様に糖の連続
酸化を示す結果が得られた。導電性基体にPb−Sn、
Pb−Sbなどの鉛合金を用い、Pbを含む成分中に合
金成分が混入している試験電極A〜D、並びにPbを含
む成分中に錫酸化物、チタン酸化物が混入している試験
電極GおよびHは、導電性基体に鉛を用いた試験電極E
およびFに較べ、グルコースを含む電解液中での電解1
200秒後の電位は、よりマイナスの酸化電位を示した
ことから、糖の酸化が合金成分、添加金属元素により促
進されたことがわかる。
The characteristics of the test electrodes A to H were evaluated using the monosaccharides galactose, mannose, sorbose, fructose, the disaccharides maltose, sucrose, lactose, raffinose, and the polysaccharide starch. As in the case of glucose, a result showing continuous oxidation of sugar was obtained. Pb-Sn on the conductive substrate,
Test electrodes A to D using a lead alloy such as Pb-Sb, in which alloy components are mixed in a component containing Pb, and test electrodes in which tin oxide and titanium oxide are mixed in a component containing Pb. G and H are test electrodes E using lead for the conductive substrate.
Electrolysis in an electrolyte solution containing glucose compared to E and F
The potential after 200 seconds showed a more negative oxidation potential, indicating that the oxidation of the sugar was promoted by the alloy component and the added metal element.

【0053】このような糖の電解酸化促進効果を有する
合金成分、添加金属元素としては、実施例で用いた、錫
(Sn)、アンチモン(Sb)、チタン(Ti)の他に
インジウム(In)およびマグネシウム(Mg)が有効
である。
As the alloy component and the additive metal element having the effect of promoting the electrolytic oxidation of sugar, in addition to tin (Sn), antimony (Sb) and titanium (Ti) used in Examples, indium (In) was used. And magnesium (Mg) are effective.

【0054】(電池特性評価)図2に示したセルを用い
て、電解液26として、0.62%KOHアルカリ水溶
液、またはグルコースを0.5mol/l溶解した0.
62%KOHアルカリ水溶液を用いて、試験電極Aを負
極23とし、活性炭とマンガン低級酸化物で構成した直
径3cmの酸素極を正極27として電池セルを構成し、
電池特性を評価した。
(Evaluation of Battery Characteristics) Using the cell shown in FIG. 2, a 0.62% aqueous KOH solution or 0.5 mol / l of glucose was dissolved as an electrolytic solution 26.
Using a 62% KOH alkaline aqueous solution, a test cell A was used as the negative electrode 23, and a 3 cm diameter oxygen electrode made of activated carbon and manganese lower oxide was used as the positive electrode 27 to form a battery cell.
The battery characteristics were evaluated.

【0055】室温下で電解液26を攪拌しながら、電池
セルを0.2〜50mAの一定電流で20秒間放電し、
その際得られた電流−電圧特性を図6に示す。
The battery cell was discharged at a constant current of 0.2 to 50 mA for 20 seconds while stirring the electrolytic solution 26 at room temperature.
FIG. 6 shows the current-voltage characteristics obtained at that time.

【0056】また、試験電極A〜Hについて、室温下、
電解液26を攪拌しながら1mAの一定電流で1時間、
電池セルを放電した際の電圧を(表2)にまとめて示
す。
For the test electrodes A to H, at room temperature,
While stirring the electrolytic solution 26 at a constant current of 1 mA for 1 hour,
The voltages when the battery cells were discharged are summarized in (Table 2).

【0057】[0057]

【表2】 [Table 2]

【0058】図6の電流−電圧特性、および(表2)に
示した連続放電試験の結果から明らかなように、本実施
例の試験電極を負極とする電池により、糖の酸化反応を
利用して電気エネルギーを取り出すことができた。
As is clear from the current-voltage characteristics of FIG. 6 and the results of the continuous discharge test shown in (Table 2), the battery using the test electrode of this example as a negative electrode utilizes the oxidation reaction of sugar. Could extract electrical energy.

【0059】また、グルコースに代えて、単糖類である
ガラクトース、マンノース、ソルボース、フルクトー
ス、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトー
ス、ラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて試験
電極A〜Hについて特性評価を行ったところ、グルコー
スの場合と同様に、電池として動作することを確認する
ことができた。
In addition, in place of glucose, the characteristics of test electrodes A to H were evaluated using monosaccharides such as galactose, mannose, sorbose, fructose, disaccharides such as maltose, sucrose, lactose, raffinose, and polysaccharides such as starch. As a result, it was confirmed that the battery operated as in the case of glucose.

【0060】(実施例2)実施例2では、導電性基体と
してPb合金を用い、その表面に配置されたPbを含む
成分と、水酸基の水素原子を介して水素結合を形成する
機能性基を有する有機硫黄化合物である、チオシアヌル
酸(s−トリアジン−2,4,6−トリチオール)(以
下、TCAと呼ぶ)あるいは2,2’−ジチオビスエタ
ンアミン(以下、CYSTと呼ぶ)とを組み合わせて試
験電極を作製し、糖の電解酸化特性を評価するととも
に、これらの試験電極を負極とする電池を構成し、発電
を行った。
(Example 2) In Example 2, a Pb alloy was used as a conductive substrate, and a component containing Pb disposed on the surface thereof and a functional group forming a hydrogen bond via a hydrogen atom of a hydroxyl group were used. Thiocyanuric acid (s-triazine-2,4,6-trithiol) (hereinafter referred to as TCA) or 2,2'-dithiobisethanamine (hereinafter referred to as CYST) Test electrodes were prepared, the electrolytic oxidation characteristics of sugar were evaluated, and a battery having these test electrodes as a negative electrode was configured to generate power.

【0061】(試験電極の作製)TCAを0.05mo
l/l溶解したエタノール溶液(A)、CYSTを0.
01mol/l溶解したエタノール溶液(B)を用意し
た。実施例1の試験電極Aを、溶液(A)あるいは溶液
(B)に浸漬したのち、風乾して、表面にTCA分子あ
るいはCYST分子を修飾した試験電極I、試験電極J
を作製した。
(Preparation of Test Electrode) TCA was adjusted to 0.05 mo.
1 / l dissolved ethanol solution (A) and CYST at 0.
An ethanol solution (B) in which 01 mol / l was dissolved was prepared. The test electrode A of Example 1 was immersed in the solution (A) or the solution (B), air-dried, and the surface was modified with TCA molecules or CYST molecules.
Was prepared.

【0062】(試験電極の糖酸化特性評価)図2に示し
たセルを用いて、電解液26として、0.31%KOH
アルカリ水溶液、またはグルコースを0.5mol/l
溶解した0.31%KOHアルカリ水溶液を用いて、試
験電極IまたはJを作用極23として、白金対極24、
Hg/HgO標準電極25を用いて電解を行った。室温
下、電解液26を攪拌しながら、作用極23に対して酸
化方向に2mAの一定電流を1200秒間通じ、その際
の時間‐電位特性を評価した。電解1200秒後の各電
解液中における試験電極の電位を(表3)に示す。
(Evaluation of Sugar Oxidation Characteristics of Test Electrode) Using the cell shown in FIG.
0.5 mol / l of alkaline aqueous solution or glucose
Using a dissolved 0.31% KOH alkaline aqueous solution, a test electrode I or J was used as a working electrode 23, and a platinum counter electrode 24,
Electrolysis was performed using the Hg / HgO standard electrode 25. While stirring the electrolytic solution 26 at room temperature, a constant current of 2 mA was passed to the working electrode 23 in the oxidation direction for 1200 seconds, and the time-potential characteristics at that time were evaluated. The potential of the test electrode in each electrolytic solution after 1200 seconds of electrolysis is shown in (Table 3).

【0063】[0063]

【表3】 [Table 3]

【0064】グルコースを含む電解液中では、電解12
00秒後においても作用極23の電位は、マイナス62
0mVからマイナス610mVの値を与え、グルコース
が連続的に酸化されていることが分かった。一方、グル
コースを含まない電解液中では、電解後600秒付近で
作用極23の電位は、鉛の高次酸化物の生成が起こるプ
ラス400mV付近に移行した。
In an electrolytic solution containing glucose, electrolysis 12
Even after 00 seconds, the potential of the working electrode 23 remains minus 62.
Giving a value from 0 mV to minus 610 mV, it was found that glucose was continuously oxidized. On the other hand, in the electrolytic solution containing no glucose, the potential of the working electrode 23 shifted to around +400 mV at which the generation of a higher oxide of lead occurred around 600 seconds after the electrolysis.

【0065】グルコースに代えて、単糖類であるガラク
トース、マンノース、ソルボース、フルクトース、二糖
類であるマルトース、スクロース、ラクトース、ラフィ
ノース、多糖類であるデンプンを用い試験電極Iおよび
Jについて特性評価を行ったところ、糖類の連続酸化を
示す結果が得られた。よって、本実施例の試験電極を用
いた糖の連続酸化を確認することができた。
The test electrodes I and J were characterized using monosaccharides such as galactose, mannose, sorbose, fructose, disaccharides such as maltose, sucrose, lactose, raffinose and polysaccharides instead of glucose. However, results indicating continuous oxidation of saccharides were obtained. Therefore, continuous oxidation of sugar using the test electrode of this example could be confirmed.

【0066】(電池特性評価)図2に示したセルを用い
て、電解液26として、3.1%KOHアルカリ水溶
液、またはフルクトースを0.5mol/l溶解した
3.1%KOHアルカリ水溶液を用い、試験電極Iまた
はJを負極23とし、実施例1と同じ酸素極を正極27
として電池セルを構成して、電池特性を評価した。
(Evaluation of Battery Characteristics) Using the cell shown in FIG. 2, a 3.1% KOH alkaline aqueous solution or a 3.1% KOH alkaline aqueous solution in which 0.5 mol / l fructose was dissolved was used as the electrolytic solution 26. , The test electrode I or J was used as the negative electrode 23, and the same oxygen electrode as in Example 1 was used as the positive electrode 27.
And the battery characteristics were evaluated.

【0067】室温下、電解液26を攪拌しながら1mA
の一定電流で1時間、電池セルを放電した際の電圧を
(表4)にまとめて示す。
While stirring the electrolytic solution 26 at room temperature, 1 mA
(Table 4) collectively shows the voltage when the battery cell was discharged at the constant current for 1 hour.

【0068】[0068]

【表4】 [Table 4]

【0069】(表4)に示した連続放電試験の結果から
明らかなように、本実施例の電池により、糖の酸化反応
を利用して電気エネルギーを取り出すことができた。
As is clear from the results of the continuous discharge test shown in Table 4, the battery of this example was able to extract electric energy by utilizing the oxidation reaction of sugar.

【0070】また、フルクトースに代えて、単糖類であ
るグルコース、ガラクトース、マンノース、ソルボー
ス、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトー
ス、ラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて試験
電極IおよびJについて特性評価を行ったところ、フル
クトースの場合と同様に、電池として動作することを確
認することができた。
In addition, instead of fructose, glucose, galactose, mannose and sorbose which are monosaccharides, maltose, sucrose, lactose, raffinose which are disaccharides and starch which is a polysaccharide were used to evaluate characteristics of test electrodes I and J. As a result, it was confirmed that the battery operated as in the case of fructose.

【0071】(実施例3)図2に示したセルを用いて、
酸素極に代えて、マンガン乾電池に用いられている二酸
化マンガン正極(MnO2)、ニッケル水素蓄電池に用
いられているニッケル正極(NiOOH)、鉛蓄電池に
用いられている鉛正極(PbO2)、またはリチウムイ
オン電池に用いられているコバルト酸正極(LiCoO
2)を正極27として用い、実施例1の試験電極A、
G、またはHを負極23とする電池を構成した。電解液
には、マンノース(単糖類)、ラフィノース(二糖
類)、またはデンプン(多糖類)を0.1mol/l含
む、ZnCl2水溶液、KOH水溶液、H2SO4水溶
液、またはPC−EC−Gly−LiPF6を用いて、
電池特性を評価した。
(Embodiment 3) Using the cell shown in FIG.
Instead of an oxygen electrode, a manganese dioxide positive electrode (MnO 2 ) used for a manganese dry battery, a nickel positive electrode (NiOOH) used for a nickel-metal hydride storage battery, a lead positive electrode (PbO 2 ) used for a lead storage battery, or Cobalt acid positive electrode (LiCoO) used in lithium ion batteries
2 ) was used as the positive electrode 27, and the test electrode A of Example 1 was used.
A battery having G or H as the negative electrode 23 was constructed. The electrolytic solution contains 0.1 mol / l of mannose (monosaccharide), raffinose (disaccharide), or starch (polysaccharide), an aqueous solution of ZnCl 2, an aqueous solution of KOH, an aqueous solution of H 2 SO 4 , or PC-EC-Gly. Using LiPF 6
The battery characteristics were evaluated.

【0072】(表5)、(表6)、(表7)に、1mA
の一定電流で1時間放電した際の電池電圧をまとめて示
す。なお、ここで用いたZnCl2水溶液はZnCl2
30重量%およびZnOを飽和濃度含む水溶液で、KO
H水溶液はKOHを6.2重量%含む水溶液で、H2
4水溶液はH2SO4を18重量%含む水溶液で、PC
−EC−Gly−LiPF6はプロピレンカーボネート
(PC)とエチレンカーボネート(EC)とグリセリン
(Gly)を容積比で1:1:0.5含む混合溶媒にL
iPF6を1.2mol/l溶解したものである。
In Tables 5, 6 and 7, 1 mA was used.
Are collectively shown when the battery is discharged at a constant current for one hour. In ZnCl 2 aqueous solution an aqueous solution containing a saturating concentration of a ZnCl 2 30 wt% and ZnO used here, KO
H aqueous solution is an aqueous solution containing 6.2% by weight of KOH, and H 2 S
The O 4 aqueous solution is an aqueous solution containing 18% by weight of H 2 SO 4
-EC-Gly-LiPF 6 is a mixed solvent containing propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) and glycerin (Gly) in a volume ratio of 1: 1: 0.5.
the iPF 6 is obtained by dissolving 1.2mol / l.

【0073】[0073]

【表5】 [Table 5]

【0074】[0074]

【表6】 [Table 6]

【0075】[0075]

【表7】 [Table 7]

【0076】(表5)〜(表7)から明らかなように、
本発明の電池により、糖の酸化反応を利用して電気エネ
ルギーを取り出すことができた。
As is clear from Tables 5 to 7,
The battery of the present invention was able to extract electric energy by utilizing the oxidation reaction of sugar.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明は、少なくともPbを含む成分を
導電性基体の表面に配置した、糖を電気化学的に酸化す
るための電極、その製造方法、およびその電極を負極と
する電池を提供する。本発明の電極によれば、糖の電気
化学的な酸化を効率的に行うことができる。また、本発
明の電池によれば、糖の持つ化学エネルギーを直接電気
エネルギーとして有効に利用することができる。
According to the present invention, there is provided an electrode for oxidizing sugar electrochemically, in which a component containing at least Pb is disposed on the surface of a conductive substrate, a method for producing the electrode, and a battery using the electrode as a negative electrode. I do. According to the electrode of the present invention, the electrochemical oxidation of sugar can be efficiently performed. Further, according to the battery of the present invention, the chemical energy of the sugar can be effectively used directly as electric energy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態における糖の電気化学的
な酸化過程を示す模式図
FIG. 1 is a schematic diagram showing the electrochemical oxidation process of sugar in one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例において試験電極の作製およ
び糖酸化特性評価、並びに電池特性評価に用いたセルの
断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view of a cell used for preparation of a test electrode, evaluation of sugar oxidation characteristics, and evaluation of battery characteristics in one example of the present invention.

【図3】本発明の一実施例における試験電極の電流−電
位特性図
FIG. 3 is a current-potential characteristic diagram of a test electrode according to one embodiment of the present invention.

【図4】同実施例における試験電極および酸素極の酸化
還元電流−電位特性図
FIG. 4 is a graph showing oxidation-reduction current-potential characteristics of a test electrode and an oxygen electrode in the example.

【図5】同実施例における試験電極の時間−電位特性図FIG. 5 is a time-potential characteristic diagram of a test electrode in the example.

【図6】同実施例における電池の電流−電圧特性図FIG. 6 is a current-voltage characteristic diagram of the battery in the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 電極(負極) 12 糖 13 錯体 21 ガラス容器 22 ゴム栓 23 作用極(負極) 24 白金対極 25 Hg/HgO標準電極 26 電解液 27 正極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Electrode (negative electrode) 12 Sugar 13 Complex 21 Glass container 22 Rubber stopper 23 Working electrode (negative electrode) 24 Platinum counter electrode 25 Hg / HgO standard electrode 26 Electrolyte 27 Positive electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 4/60 H01M 4/60 4/86 4/86 Z Fターム(参考) 4K011 AA65 AA69 DA10 4K021 AB25 AC09 BA06 DA13 DC15 5H018 AA03 AS03 EE02 EE03 EE10 EE12 5H032 AA00 AS09 BB10 CC11 EE01 EE04 5H050 AA00 BA04 CA12 CB19 EA12──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 4/60 H01M 4/60 4/86 4/86 Z F Term (Reference) 4K011 AA65 AA69 DA10 4K021 AB25 AC09 BA06 DA13 DC15 5H018 AA03 AS03 EE02 EE03 EE10 EE12 5H032 AA00 AS09 BB10 CC11 EE01 EE04 5H050 AA00 BA04 CA12 CB19 EA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 糖を電気化学的に酸化するための電極で
あって、少なくともPbを含む成分を導電性基体の表面
に配置したことを特徴とする電極。
1. An electrode for electrochemically oxidizing sugar, wherein at least a component containing Pb is disposed on a surface of a conductive substrate.
【請求項2】 導電性基体がPb金属またはPb合金で
あることを特徴とする請求項1記載の電極。
2. The electrode according to claim 1, wherein the conductive substrate is Pb metal or Pb alloy.
【請求項3】 少なくともPbを含む成分が、酸化鉛、
水酸化鉛、塩基性炭酸鉛からなる群より選択される少な
くとも1種の化合物を含むことを特徴とする請求項1ま
たは2記載の電極。
3. A component containing at least Pb, wherein the component comprises lead oxide,
3. The electrode according to claim 1, comprising at least one compound selected from the group consisting of lead hydroxide and basic lead carbonate.
【請求項4】 導電性基体または/および少なくともP
bを含む成分が、Mg、Ti、In、Sn、およびSb
からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を
含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
電極。
4. A conductive substrate and / or at least P
b, the components containing Mg, Ti, In, Sn, and Sb
The electrode according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one metal element selected from the group consisting of:
【請求項5】 導電性基体としてPb金属またはPb合
金を用い、前記導電性基体をアルカリ溶液中で電解する
ことにより、酸化鉛、水酸化鉛、塩基性炭酸鉛からなる
群より選択される少なくとも1種の化合物を前記導電性
基体の表面に形成する工程を有することを特徴とする、
請求項1〜4のいずれかに記載の電極の製造方法。
5. A method comprising using a Pb metal or a Pb alloy as a conductive substrate and electrolyzing the conductive substrate in an alkaline solution to obtain at least one selected from the group consisting of lead oxide, lead hydroxide, and basic lead carbonate. Forming a compound on the surface of the conductive substrate.
A method for producing an electrode according to claim 1.
【請求項6】 電解質を介して設けた正極および負極を
構成要素とする電池であって、前記負極として請求項1
〜4のいずれかに記載の電極を用いることを特徴とする
電池。
6. A battery comprising a positive electrode and a negative electrode provided via an electrolyte as constituent elements, wherein the negative electrode is used as the negative electrode.
A battery using the electrode according to any one of claims 4 to 4.
【請求項7】 正極が、酸素を還元する酸素極であるこ
とを特徴とする請求項6記載の電池。
7. The battery according to claim 6, wherein the positive electrode is an oxygen electrode for reducing oxygen.
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