JP2001313093A - 空気電池 - Google Patents
空気電池Info
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- JP2001313093A JP2001313093A JP2000133306A JP2000133306A JP2001313093A JP 2001313093 A JP2001313093 A JP 2001313093A JP 2000133306 A JP2000133306 A JP 2000133306A JP 2000133306 A JP2000133306 A JP 2000133306A JP 2001313093 A JP2001313093 A JP 2001313093A
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- electrode
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 空気電池を電極固定式かつ電解液固定式の二
次電池にする。 【解決手段】 空気電池は、空気極９を触媒を担持した
カーボンとして正極活物質に空気中の酸素を使用し、負
極２に８００ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有する活性炭、
カーボンナノチューブもしくはグラファイトナノファイ
バー、電解液にアルカリ水酸化物を使用する。充放電時
には負極２表面にＨ+ の吸着、放出が起こり、その時に
電荷が負極２表面と電解液の界面に形成される電気二重
層へ蓄積、放出される。放電では空気極９から供給され
るＯＨ- と負極から供給されるＨ+が反応してＨ2 Ｏが
生成し、充電は水の分解反応を利用する。負極は化学的
に安定であり、サイクル安定性に優れた二次電池とな
る。
次電池にする。 【解決手段】 空気電池は、空気極９を触媒を担持した
カーボンとして正極活物質に空気中の酸素を使用し、負
極２に８００ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有する活性炭、
カーボンナノチューブもしくはグラファイトナノファイ
バー、電解液にアルカリ水酸化物を使用する。充放電時
には負極２表面にＨ+ の吸着、放出が起こり、その時に
電荷が負極２表面と電解液の界面に形成される電気二重
層へ蓄積、放出される。放電では空気極９から供給され
るＯＨ- と負極から供給されるＨ+が反応してＨ2 Ｏが
生成し、充電は水の分解反応を利用する。負極は化学的
に安定であり、サイクル安定性に優れた二次電池とな
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、充電が可能な空気
電池に関するものである。
電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】空気電池は、一般的に正極活物質として
空気中の酸素、負極活物質として金属を用いる電池を総
称するものであって、空気中の酸素を電池内に取り込む
ための空気極には触媒作用を有する多孔質炭素材料、多
孔質金属材料、もしくは両者の複合材料が使用され、負
極には亜鉛、鉄あるいはアルミニウム、そして電解液に
は３０％前後の水酸化カリウム水溶液、塩化アンモニウ
ム溶液もしくは塩化亜鉛溶液が使用される電池である。
これらは、その構成によりそれぞれ空気−亜鉛電池、空
気−鉄電池、空気−アルミニウム電池と呼ばれている。
空気中の酸素、負極活物質として金属を用いる電池を総
称するものであって、空気中の酸素を電池内に取り込む
ための空気極には触媒作用を有する多孔質炭素材料、多
孔質金属材料、もしくは両者の複合材料が使用され、負
極には亜鉛、鉄あるいはアルミニウム、そして電解液に
は３０％前後の水酸化カリウム水溶液、塩化アンモニウ
ム溶液もしくは塩化亜鉛溶液が使用される電池である。
これらは、その構成によりそれぞれ空気−亜鉛電池、空
気−鉄電池、空気−アルミニウム電池と呼ばれている。
【０００３】空気電池の特徴は、正極活物質として空気
中の酸素を使用するため電池内に正極活物質を充填して
おく必要がなく、したがって電池セルへの負極活物質の
充填量を多くして大容量の電池を作成することができる
点である。放電では、空気中のＯ2 が空気極の触媒作用
でＯＨ- となり負極活物質と反応する。現在市販されて
いる空気電池は、空気−亜鉛電池のみであるが、すべて
コイン型の一次電池であり、補聴器用やポケットベル
（登録商標）用として利用されている。
中の酸素を使用するため電池内に正極活物質を充填して
おく必要がなく、したがって電池セルへの負極活物質の
充填量を多くして大容量の電池を作成することができる
点である。放電では、空気中のＯ2 が空気極の触媒作用
でＯＨ- となり負極活物質と反応する。現在市販されて
いる空気電池は、空気−亜鉛電池のみであるが、すべて
コイン型の一次電池であり、補聴器用やポケットベル
（登録商標）用として利用されている。
【０００４】１９７０年代には、電気自動車用電源への
利用を目的として、空気電池の二次電池化が研究された
が実用には至らなかった。空気−亜鉛電池で二次電池化
が困難だった理由は、負極に使用している亜鉛が充電時
にデンドライト成長を起こすため短絡を生じたり、充放
電効率が悪く、さらに空気極に使用している炭素材料が
酸化消耗してしまうなど解決すべき課題が多かったため
である。
利用を目的として、空気電池の二次電池化が研究された
が実用には至らなかった。空気−亜鉛電池で二次電池化
が困難だった理由は、負極に使用している亜鉛が充電時
にデンドライト成長を起こすため短絡を生じたり、充放
電効率が悪く、さらに空気極に使用している炭素材料が
酸化消耗してしまうなど解決すべき課題が多かったため
である。
【０００５】負極の亜鉛デンドライト防止に関しては、
機械式充電と呼ばれるような放電終了後亜鉛極を新しい
ものと交換する電極交換型の二次電池が開発されてい
る。さらに亜鉛粉末を電解液とともに循環し、放電生成
物の充電を外部で行い、再び電池内に戻す方式も検討さ
れている。一方、空気極の酸化消耗の防止に関しては、
三電極方式と呼ばれる技術が開発されている。これは、
放電では多孔質炭素材料が使用され、充電では非酸化性
の多孔質金属材料などを自動で切り替えて使用する方式
である。
機械式充電と呼ばれるような放電終了後亜鉛極を新しい
ものと交換する電極交換型の二次電池が開発されてい
る。さらに亜鉛粉末を電解液とともに循環し、放電生成
物の充電を外部で行い、再び電池内に戻す方式も検討さ
れている。一方、空気極の酸化消耗の防止に関しては、
三電極方式と呼ばれる技術が開発されている。これは、
放電では多孔質炭素材料が使用され、充電では非酸化性
の多孔質金属材料などを自動で切り替えて使用する方式
である。
【０００６】さらに空気極へＷＣ、Ｃｏなど酸素過電圧
を低下させする物質を添加したり、Ｌａ0.5 Ｓｒ0.5 Ｃ
ｏＯ3 のような耐酸化性のある触媒を添加する方法も開
発されている。しかし、いずれにおいても電極固定式か
つ電解液固定式の二次電池を目指した解決手段ではな
い。
を低下させする物質を添加したり、Ｌａ0.5 Ｓｒ0.5 Ｃ
ｏＯ3 のような耐酸化性のある触媒を添加する方法も開
発されている。しかし、いずれにおいても電極固定式か
つ電解液固定式の二次電池を目指した解決手段ではな
い。
【０００７】なお、空気−鉄電池および空気−アルミニ
ウム電池の二次電池も試作されたが、以下に記述する理
由から実用に至っていない。空気−鉄電池は、亜鉛のよ
うにデンドライト発生の問題がなく、エネルギー密度が
大きい反面、寿命が短く、電解液の定期交換が必要とさ
れる。空気−アルミニウム電池は、水溶液系電解液では
充電不可能なために基本的に機械式充電以外に二次電池
化が困難である。
ウム電池の二次電池も試作されたが、以下に記述する理
由から実用に至っていない。空気−鉄電池は、亜鉛のよ
うにデンドライト発生の問題がなく、エネルギー密度が
大きい反面、寿命が短く、電解液の定期交換が必要とさ
れる。空気−アルミニウム電池は、水溶液系電解液では
充電不可能なために基本的に機械式充電以外に二次電池
化が困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】近年、環境に対する配
慮からクリーンな電気エネルギーが求められている。空
気電池が電極固定式かつ電解液固定式で二次電池化され
ることは、電気自動車のみならず携帯用電子機器の電源
としても非常に好ましい。急速充電が可能ならば、用途
はより一層広がるものと考えられるが、負極活物質の化
学的性質が不安定なため実用レベルのサイクル安定性を
示す空気電池は未だ完成していない。
慮からクリーンな電気エネルギーが求められている。空
気電池が電極固定式かつ電解液固定式で二次電池化され
ることは、電気自動車のみならず携帯用電子機器の電源
としても非常に好ましい。急速充電が可能ならば、用途
はより一層広がるものと考えられるが、負極活物質の化
学的性質が不安定なため実用レベルのサイクル安定性を
示す空気電池は未だ完成していない。
【０００９】本発明は、空気電池の二次電池化における
上記課題を解決するものであって、電極固定式かつ電解
液固定式で、サイクル安定性に優れ、急速充電が可能な
空気電池を提供することを目的とする。
上記課題を解決するものであって、電極固定式かつ電解
液固定式で、サイクル安定性に優れ、急速充電が可能な
空気電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の空気電池は、正
極活物質に空気中の酸素、負極に８００ｍ2 ／ｇ以上の
比表面積を有する炭素材料、電解液にアルカリ水酸化物
を使用することにより上記課題を解決している。空気電
池の放電では、空気極で大気中のＯ2 がＯＨ- に還元さ
れ、電解液中でＯＨ- が負極の金属と反応して金属水酸
化物になる。
極活物質に空気中の酸素、負極に８００ｍ2 ／ｇ以上の
比表面積を有する炭素材料、電解液にアルカリ水酸化物
を使用することにより上記課題を解決している。空気電
池の放電では、空気極で大気中のＯ2 がＯＨ- に還元さ
れ、電解液中でＯＨ- が負極の金属と反応して金属水酸
化物になる。
【００１１】このときの空気極と負極における反応式
は、次の通りである。 空気極： Ｏ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋４ｅ- →４ＯＨ- ・・・・・・（１） 負 極： ２Ｍ＋４ＯＨ- →２Ｍ（ＯＨ）2 ＋４ｅ- ・・・（２） （Ｍは２価金属を示す） 上記反応式に関して、視点を負極に置いた時には、負極
の金属が水で酸化されてＨ+ が発生し、Ｈ+ が空気極で
生成したＯＨ- と反応して減極されると考えることがで
きる。
は、次の通りである。 空気極： Ｏ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋４ｅ- →４ＯＨ- ・・・・・・（１） 負 極： ２Ｍ＋４ＯＨ- →２Ｍ（ＯＨ）2 ＋４ｅ- ・・・（２） （Ｍは２価金属を示す） 上記反応式に関して、視点を負極に置いた時には、負極
の金属が水で酸化されてＨ+ が発生し、Ｈ+ が空気極で
生成したＯＨ- と反応して減極されると考えることがで
きる。
【００１２】すなわち反応式は次の通りである。 空気極： Ｏ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →４ＯＨ- ＋４Ｈ+ →４Ｈ2 Ｏ・・（３） 負 極： ２Ｍ＋４Ｈ2 Ｏ→２Ｍ（ＯＨ）2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ・・・・・・・・（４） 空気電池を二次電池化するために、負極はＨ+ 吸蔵性も
しくは吸着性を有し、なおかつアルカリ水酸化物水溶液
と化学反応を起こさない物質が最適である。
しくは吸着性を有し、なおかつアルカリ水酸化物水溶液
と化学反応を起こさない物質が最適である。
【００１３】これらの条件を満たす物質は、活性炭、カ
ーボンナノチューブ、もしくはグラファイトナノファイ
バー等の炭素材料である。そして、これら炭素材料は、
比表面積が８００ｍ2 ／ｇ以上でなければならない。比
表面積が８００ｍ2 ／ｇより小さい場合にはＨ+ の吸着
量が小さすぎ、実用的な放電容量が得られない。比表面
積は一般的に大きいほど好ましい。
ーボンナノチューブ、もしくはグラファイトナノファイ
バー等の炭素材料である。そして、これら炭素材料は、
比表面積が８００ｍ2 ／ｇ以上でなければならない。比
表面積が８００ｍ2 ／ｇより小さい場合にはＨ+ の吸着
量が小さすぎ、実用的な放電容量が得られない。比表面
積は一般的に大きいほど好ましい。
【００１４】本発明の空気電池は、基本的にＯ2 のレド
ックス反応に対して触媒作用を有する空気極、比表面積
が８００ｍ2 ／ｇ以上の炭素材料の負極、空気極と負極
を分けるセパレータ、そしてアルカリ水酸化物水溶液で
調製された電解液で構成する。まず電池は組み上げた
後、最初に充電を行う。
ックス反応に対して触媒作用を有する空気極、比表面積
が８００ｍ2 ／ｇ以上の炭素材料の負極、空気極と負極
を分けるセパレータ、そしてアルカリ水酸化物水溶液で
調製された電解液で構成する。まず電池は組み上げた
後、最初に充電を行う。
【００１５】充電では負に分極した炭素材料表面に水の
分解によって生成したＨ+ が吸着し、炭素材料表面と電
解液との固液界面に形成される電気二重層に電荷が蓄積
される。このとき、空気極からはＯ2 が発生する。一
方、放電ではＨ+ が炭素表面から離脱し、空気極で生成
したＯＨ- と反応し水が生成する。このとき、電気二重
層に蓄積されていた電荷は放出される。
分解によって生成したＨ+ が吸着し、炭素材料表面と電
解液との固液界面に形成される電気二重層に電荷が蓄積
される。このとき、空気極からはＯ2 が発生する。一
方、放電ではＨ+ が炭素表面から離脱し、空気極で生成
したＯＨ- と反応し水が生成する。このとき、電気二重
層に蓄積されていた電荷は放出される。
【００１６】この反応は次の反応式に示すように水の分
解、生成反応である。 Ｈ+ ＋ＯＨ- ⇔Ｈ2 Ｏ・・・・（５） 活性炭は、炭素質を水蒸気や二酸化炭素と反応させるこ
とにより賦活し、微細孔が発達した構造となっている
が、原料および賦活条件によって比表面積、細孔分布、
表面性状が大きく変化するので、電池性能が向上する品
質のものを適宜選択する。一般にフェノール樹脂を原料
として調製した活性炭は高い比表面積を有する。形状
は、繊維状、球状、粒状のいずれでも良い。充電でＨ+
は微細孔内に吸着され、電気二重層に電荷が蓄積する。
解、生成反応である。 Ｈ+ ＋ＯＨ- ⇔Ｈ2 Ｏ・・・・（５） 活性炭は、炭素質を水蒸気や二酸化炭素と反応させるこ
とにより賦活し、微細孔が発達した構造となっている
が、原料および賦活条件によって比表面積、細孔分布、
表面性状が大きく変化するので、電池性能が向上する品
質のものを適宜選択する。一般にフェノール樹脂を原料
として調製した活性炭は高い比表面積を有する。形状
は、繊維状、球状、粒状のいずれでも良い。充電でＨ+
は微細孔内に吸着され、電気二重層に電荷が蓄積する。
【００１７】カーボンナノチューブは、アーク放電やＳ
ｉＣの真空加熱によって生成され、炭素網面一枚が筒状
になった単層チューブ形状となっている。チューブは直
径１．２ｎｍ位であり、比表面積は３０００ｍ2 ／ｇ以
上になる。充電でＨ+ はチューブ内外面に吸着され、電
気二重層に電荷が蓄積する。グラファイトナノファイバ
ーは、エチレンなどを金属触媒上で熱分解したとき生成
する直径１００ｎｍ程度の繊維状炭素で、黒鉛結晶端面
が非常に多く表面に露出した構造である。Ｈ+ は黒鉛結
晶層間に吸着され、電気二重層に電荷が蓄積する。
ｉＣの真空加熱によって生成され、炭素網面一枚が筒状
になった単層チューブ形状となっている。チューブは直
径１．２ｎｍ位であり、比表面積は３０００ｍ2 ／ｇ以
上になる。充電でＨ+ はチューブ内外面に吸着され、電
気二重層に電荷が蓄積する。グラファイトナノファイバ
ーは、エチレンなどを金属触媒上で熱分解したとき生成
する直径１００ｎｍ程度の繊維状炭素で、黒鉛結晶端面
が非常に多く表面に露出した構造である。Ｈ+ は黒鉛結
晶層間に吸着され、電気二重層に電荷が蓄積する。
【００１８】炭素材料はＨ+ の吸着、放出の際に化学変
化を伴わない。したがって、高電流密度充電が可能であ
り、高いサイクル安定性を有する電池となる。空気極
は、耐酸化性とガス透過性が維持されていれば高電流密
度充電には何ら支障を与えない。空気極には、触媒を担
持したカーボンを使用するのが良い。触媒を担持するこ
とで反応式（１）で表される４電子還元が進行し、カー
ボンの酸化消耗も防止できる。電極構造は、電解液が大
気中の炭酸ガスを吸着しないように配慮し、また酸化還
元に対して分極抵抗の小さなものとすることが、高電流
密度放電を可能にするため必要である。
化を伴わない。したがって、高電流密度充電が可能であ
り、高いサイクル安定性を有する電池となる。空気極
は、耐酸化性とガス透過性が維持されていれば高電流密
度充電には何ら支障を与えない。空気極には、触媒を担
持したカーボンを使用するのが良い。触媒を担持するこ
とで反応式（１）で表される４電子還元が進行し、カー
ボンの酸化消耗も防止できる。電極構造は、電解液が大
気中の炭酸ガスを吸着しないように配慮し、また酸化還
元に対して分極抵抗の小さなものとすることが、高電流
密度放電を可能にするため必要である。
【００１９】触媒には、白金の他、銀、二酸化マンガ
ン、ニッケル−コバルト複合酸化物、フタロシアニン系
化合物、ＷＣ、Ｃｏ、ＦｅＷＯ、ＮｉＳ、Ｃｏ（ＯＨ）
2 、Ｌａ0.5 Ｓｒ0.5 ＣｏＯ3 、Ｐｒ0.2 Ｃａ0.8 Ｍｎ
0.1 Ｆｅ0.9 Ｌａ0.8 Ｒｂ0.2ＭｎＯ3 などが知られて
おり、これらを単独もしくは組み合わせて使用できる
が、これらに限るものではない。またカーボンは、カー
ボンブラック、活性炭などが適当である。ただしカーボ
ンブラックは製法によって性質が異なり、例えば疎水性
が強いアセチレンブラックは空気極のガス供給部分、疎
水性が弱いカーボンブラックは酸化還元反応部分に使用
すると良い。
ン、ニッケル−コバルト複合酸化物、フタロシアニン系
化合物、ＷＣ、Ｃｏ、ＦｅＷＯ、ＮｉＳ、Ｃｏ（ＯＨ）
2 、Ｌａ0.5 Ｓｒ0.5 ＣｏＯ3 、Ｐｒ0.2 Ｃａ0.8 Ｍｎ
0.1 Ｆｅ0.9 Ｌａ0.8 Ｒｂ0.2ＭｎＯ3 などが知られて
おり、これらを単独もしくは組み合わせて使用できる
が、これらに限るものではない。またカーボンは、カー
ボンブラック、活性炭などが適当である。ただしカーボ
ンブラックは製法によって性質が異なり、例えば疎水性
が強いアセチレンブラックは空気極のガス供給部分、疎
水性が弱いカーボンブラックは酸化還元反応部分に使用
すると良い。
【００２０】アルカリ水酸化物水溶液は、水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムの水溶液の中か
ら選択するのが好ましく、濃度は３０〜４０％が適当で
ある。ただし電気伝導度、化学的安定性を考慮し、電池
が最も良好な特性を示す濃度を任意に決定する。アルカ
リ水酸化物水溶液以外の塩化アンモニウム、塩化亜鉛な
どの弱酸性電解液は炭酸ガス吸収の影響がないという特
徴があるが、強負荷特性で劣り、充電時に塩素ガスを発
生するので使用に適さない。
ム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムの水溶液の中か
ら選択するのが好ましく、濃度は３０〜４０％が適当で
ある。ただし電気伝導度、化学的安定性を考慮し、電池
が最も良好な特性を示す濃度を任意に決定する。アルカ
リ水酸化物水溶液以外の塩化アンモニウム、塩化亜鉛な
どの弱酸性電解液は炭酸ガス吸収の影響がないという特
徴があるが、強負荷特性で劣り、充電時に塩素ガスを発
生するので使用に適さない。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態であ
る空気電池の構成図である。この空気電池は、空気孔８
を設けたステンレス製の正極容器４に、空気拡散用不織
布５、多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜６、集電網
７を設けた空気極９、セパレーター用不織布１０、負極
２、負極容器１を重ね合わせ、正極容器４と負極容器１
との間をガスケット３で封止した構成となっている。
る空気電池の構成図である。この空気電池は、空気孔８
を設けたステンレス製の正極容器４に、空気拡散用不織
布５、多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜６、集電網
７を設けた空気極９、セパレーター用不織布１０、負極
２、負極容器１を重ね合わせ、正極容器４と負極容器１
との間をガスケット３で封止した構成となっている。
【００２２】負極２には、８００ｍ2 ／ｇ以上の比表面
積を有する活性炭、カーボンナノチューブもしくはグラ
ファイトナノファイバーを使用する。いずれの材料も１
ｔ／ｃｍ2 以上で所定の形状にプレス成形した後、電解
液に１ｈ以上浸漬し、表面を十分濡らしておく。電解液
は加圧浸透させても構わない。また形状を維持するため
に、ポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤を使用す
ることに関しては何ら問題はないが、炭素材料表面を完
全に被覆する結着剤は放電容量低下を引き起こすので使
用できない。ただし活性炭織布の場合は、所定の大きさ
に切断し、電解液に浸漬した後そのまま使用する。
積を有する活性炭、カーボンナノチューブもしくはグラ
ファイトナノファイバーを使用する。いずれの材料も１
ｔ／ｃｍ2 以上で所定の形状にプレス成形した後、電解
液に１ｈ以上浸漬し、表面を十分濡らしておく。電解液
は加圧浸透させても構わない。また形状を維持するため
に、ポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤を使用す
ることに関しては何ら問題はないが、炭素材料表面を完
全に被覆する結着剤は放電容量低下を引き起こすので使
用できない。ただし活性炭織布の場合は、所定の大きさ
に切断し、電解液に浸漬した後そのまま使用する。
【００２３】空気極９は、木、おがくず、フェノール樹
脂などを原料とした炭素材料を水蒸気もしくは空気雰囲
気で５００〜１０００℃で賦活した活性炭に白金、二酸
化マンガンなどの触媒を担持した物が最適である。粒径
は１００μｍ以下で、比表面積は２００〜１０００ｍ2
／ｇが適当であるが、これに限るものではない。白金、
二酸化マンガンなどの触媒は、これら塩類をあらかじめ
炭素材料に添加し、塩類の分解によって担持を行う。
脂などを原料とした炭素材料を水蒸気もしくは空気雰囲
気で５００〜１０００℃で賦活した活性炭に白金、二酸
化マンガンなどの触媒を担持した物が最適である。粒径
は１００μｍ以下で、比表面積は２００〜１０００ｍ2
／ｇが適当であるが、これに限るものではない。白金、
二酸化マンガンなどの触媒は、これら塩類をあらかじめ
炭素材料に添加し、塩類の分解によって担持を行う。
【００２４】触媒を担持した活性炭は、繊維状、球状、
粒状のいずれにおいても結着剤としてポリテトラフルオ
ロエチレンを重量比で５〜１０％混合した後、１５０℃
で圧延ロールし、１００μｍのシート状に加工する。結
着剤は、ポリテトラフルオロエチレン以外に、ポリフッ
化ビニリデンなどの様にアルカリ水酸化物水溶液に対し
て耐食性があり、電気的に安定な材料なら使用できる
が、粒子を完全に覆ってしまうようなものは使用できな
い。またシートの強度を保つ範囲であれば結着剤の混合
比は任意に変えることが可能である。シート状に加工し
た活性炭は、ニッケル、ステンレスなどの集電網７（目
開き１５０μｍ）に４．９×１０4 Ｐａ以上で圧着し空
気極９とする。
粒状のいずれにおいても結着剤としてポリテトラフルオ
ロエチレンを重量比で５〜１０％混合した後、１５０℃
で圧延ロールし、１００μｍのシート状に加工する。結
着剤は、ポリテトラフルオロエチレン以外に、ポリフッ
化ビニリデンなどの様にアルカリ水酸化物水溶液に対し
て耐食性があり、電気的に安定な材料なら使用できる
が、粒子を完全に覆ってしまうようなものは使用できな
い。またシートの強度を保つ範囲であれば結着剤の混合
比は任意に変えることが可能である。シート状に加工し
た活性炭は、ニッケル、ステンレスなどの集電網７（目
開き１５０μｍ）に４．９×１０4 Ｐａ以上で圧着し空
気極９とする。
【００２５】この空気極９の集電網７側には多孔質ポリ
テトラフルオロエチレン膜６を密着させ、大気の出入り
制御し、電解液の漏液防止を行う。さらに、多孔質ポリ
テトラフルオロエチレン膜６の上に触媒層へのＯ2 の均
一拡散を行うためポリプロピレン製の空気拡散用不織布
５を重ね合わせる。電解液は、一般に３０％ＫＯＨ溶液
を使用する。電池の特性向上が図れるのなら任意に変更
可能である。ただし、あまり希薄な溶液は電気伝導度が
低下し、急速充放電を不可能にする。
テトラフルオロエチレン膜６を密着させ、大気の出入り
制御し、電解液の漏液防止を行う。さらに、多孔質ポリ
テトラフルオロエチレン膜６の上に触媒層へのＯ2 の均
一拡散を行うためポリプロピレン製の空気拡散用不織布
５を重ね合わせる。電解液は、一般に３０％ＫＯＨ溶液
を使用する。電池の特性向上が図れるのなら任意に変更
可能である。ただし、あまり希薄な溶液は電気伝導度が
低下し、急速充放電を不可能にする。
【００２６】なお、上記各構成部材は、電池性能を低下
させない範囲で変更可能である。
させない範囲で変更可能である。
【００２７】
【実施例】〔実施例１〕負極２は、フェノール樹脂を原
料に使用して調製された比表面積１５００ｍ2／ｇを有
する活性炭織布から縦横３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．
４ｍｍのシートを切り出し、３０％ＫＯＨ水溶液に１ｈ
浸漬したものを使用した。
料に使用して調製された比表面積１５００ｍ2／ｇを有
する活性炭織布から縦横３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．
４ｍｍのシートを切り出し、３０％ＫＯＨ水溶液に１ｈ
浸漬したものを使用した。
【００２８】空気極９は、ヤシガラを原料とした炭素材
料を水蒸気を導入しながら９００℃で賦活した活性炭
で、触媒として白金と二酸化マンガンを担持した物を使
用した。触媒を担持した活性炭の平均粒径は９０μｍ
で、比表面積は１０００ｍ2 ／ｇであった。この活性炭
にポリテトラフルオロエチレンを重量比で５％混合した
後、１５０℃で圧延ロールし、１００μｍの厚みでシー
ト状に加工した。
料を水蒸気を導入しながら９００℃で賦活した活性炭
で、触媒として白金と二酸化マンガンを担持した物を使
用した。触媒を担持した活性炭の平均粒径は９０μｍ
で、比表面積は１０００ｍ2 ／ｇであった。この活性炭
にポリテトラフルオロエチレンを重量比で５％混合した
後、１５０℃で圧延ロールし、１００μｍの厚みでシー
ト状に加工した。
【００２９】シート状に加工した活性炭を縦横３０ｍｍ
×３０ｍｍのシートに切断し、ステンレス製集電網７
（目開き１５０μｍ）に９．８×１０4 Ｐａで圧着し空
気極９とした。この空気極９の集電網７側にはポリテト
ラフルオロエチレン膜６を密着させ、その上にポリプロ
ピレン製の不織布を重ね合わせた。電解液は、３０％Ｋ
ＯＨ溶液を使用した。
×３０ｍｍのシートに切断し、ステンレス製集電網７
（目開き１５０μｍ）に９．８×１０4 Ｐａで圧着し空
気極９とした。この空気極９の集電網７側にはポリテト
ラフルオロエチレン膜６を密着させ、その上にポリプロ
ピレン製の不織布を重ね合わせた。電解液は、３０％Ｋ
ＯＨ溶液を使用した。
【００３０】以上の負極２、空気極９、電解液を使用
し、図１に示す通り、空気孔８を設けたステンレス製の
正極容器４に、空気拡散用不織布５、多孔質ポリテトラ
フルオロエチレン膜６、集電網７を設けた空気極９、セ
パレーター用不織布１０、負極２、負極容器１の順で重
ね合わせ、空気電池を構成した。空気電池は、０〜１．
４５Ｖの範囲で充電電流３０Ａ、放電電流２ｍＡの充放
電を行い、サイクル安定性を調べた。
し、図１に示す通り、空気孔８を設けたステンレス製の
正極容器４に、空気拡散用不織布５、多孔質ポリテトラ
フルオロエチレン膜６、集電網７を設けた空気極９、セ
パレーター用不織布１０、負極２、負極容器１の順で重
ね合わせ、空気電池を構成した。空気電池は、０〜１．
４５Ｖの範囲で充電電流３０Ａ、放電電流２ｍＡの充放
電を行い、サイクル安定性を調べた。
【００３１】図２に放電容量のサイクル変化を示す。初
回放電容量は、３０ｍＡｈ／ｃｍ3で、５０サイクル後
の放電容量は初回放電容量の１００％を維持していた。 〔実施例２〕負極に使用した活性炭不織布の比表面積
が、８００ｍ2 ／ｇであること以外、実施例１と同様に
空気電池を構成し、同様にサイクル安定性を調べた。
回放電容量は、３０ｍＡｈ／ｃｍ3で、５０サイクル後
の放電容量は初回放電容量の１００％を維持していた。 〔実施例２〕負極に使用した活性炭不織布の比表面積
が、８００ｍ2 ／ｇであること以外、実施例１と同様に
空気電池を構成し、同様にサイクル安定性を調べた。
【００３２】図２に放電容量のサイクル変化を示す。初
回放電容量は、１０ｍＡｈ／ｃｍ3で、５０サイクル後
の放電容量は初回放電容量の１００％を維持していた。
回放電容量は、１０ｍＡｈ／ｃｍ3で、５０サイクル後
の放電容量は初回放電容量の１００％を維持していた。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、空気電池を、電極固定
式かつ電解液固定式で、サイクル安定性に優れ、急速充
電が可能な二次電池とすることができ、電気自動車のみ
ならず携帯用電子機器用の電源として環境に対してクリ
ーンな電気エネルギーを供給することが可能となる。
式かつ電解液固定式で、サイクル安定性に優れ、急速充
電が可能な二次電池とすることができ、電気自動車のみ
ならず携帯用電子機器用の電源として環境に対してクリ
ーンな電気エネルギーを供給することが可能となる。
【図１】本発明の実施の一形態である空気電池の構成図
である。
である。
【図２】実施例１および実施例２における空気電池の放
電容量のサイクル変化を示す図である。
電容量のサイクル変化を示す図である。
１ 負極容器 ２ 負極 ３ ガスケット ４ 正極容器 ５ 空気拡散用不織布 ６ 多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜 ７ 集電網 ８ 空気孔 ９ 空気極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H032 AA02 AS01 AS12 EE01 HH04 5H050 AA07 BA20 CA12 CB11 CB13 DA03 DA09 EA08 EA09 EA10 HA07
Claims (2)
- 【請求項１】 正極活物質に空気中の酸素、負極に８０
０ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有する炭素材料、電解液に
アルカリ水酸化物を使用することを特徴とする空気電
池。 - 【請求項２】 炭素材料として活性炭、カーボンナノチ
ューブ、もしくはグラファイトナノファイバーを使用す
ることを特徴とする請求項１記載の空気電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000133306A JP2001313093A (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | 空気電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000133306A JP2001313093A (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | 空気電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001313093A true JP2001313093A (ja) | 2001-11-09 |
Family
ID=18641827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000133306A Withdrawn JP2001313093A (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | 空気電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2001313093A (ja) |
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-
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- 2000-05-02 JP JP2000133306A patent/JP2001313093A/ja not_active Withdrawn
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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