JP2002343451A - 空気電池 - Google Patents
空気電池Info
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- JP2002343451A JP2002343451A JP2001142614A JP2001142614A JP2002343451A JP 2002343451 A JP2002343451 A JP 2002343451A JP 2001142614 A JP2001142614 A JP 2001142614A JP 2001142614 A JP2001142614 A JP 2001142614A JP 2002343451 A JP2002343451 A JP 2002343451A
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- hydrogen storage
- storage alloy
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-
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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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 貯蔵特性およびサイクル特性が優れた空気電
池を提供する。 【解決手段】 空気極を正極とし、カチオン交換膜を電
解質とし、水素吸蔵合金を負極の作用物質とする空気電
池において、負極の水素吸蔵合金として粒子表面にアニ
オン交換体と電子伝導体との混合物またはアニオン交換
機能と電子伝導性とを併有する材料からなる被覆層を有
するものを用いる。そして、上記水素吸蔵合金として
は、アニオン交換体と電子伝導体との混合物またはアニ
オン交換機能と電子伝導性とを併有する材料からなる被
覆層の表面にカチオン交換体と電子伝導体との混合物ま
たはカチオン交換機能と電子伝導性とを併有する材料か
らなる被覆層を有するものが好ましい。
池を提供する。 【解決手段】 空気極を正極とし、カチオン交換膜を電
解質とし、水素吸蔵合金を負極の作用物質とする空気電
池において、負極の水素吸蔵合金として粒子表面にアニ
オン交換体と電子伝導体との混合物またはアニオン交換
機能と電子伝導性とを併有する材料からなる被覆層を有
するものを用いる。そして、上記水素吸蔵合金として
は、アニオン交換体と電子伝導体との混合物またはアニ
オン交換機能と電子伝導性とを併有する材料からなる被
覆層の表面にカチオン交換体と電子伝導体との混合物ま
たはカチオン交換機能と電子伝導性とを併有する材料か
らなる被覆層を有するものが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金中に
含まれる水素と空気中の酸素との反応によって電池反応
が構成される空気電池に関する。
含まれる水素と空気中の酸素との反応によって電池反応
が構成される空気電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】パソコン、携帯電話など近年のコードレ
ス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はますま
す小型化、高容量化が要望されている。そのような要望
に応え得る電池の一例として空気電池が考えられる。こ
の空気電池は、空気中の酸素を正極の活物質として利用
する電池であり、電池内容積の大半を負極の充填に費や
すことが可能であることから、エネルギー密度を増加さ
せるためには好適な電池であると考えられ、既に、負極
に金属亜鉛を用いた空気−亜鉛電池が一次電池として実
用化されている。
ス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はますま
す小型化、高容量化が要望されている。そのような要望
に応え得る電池の一例として空気電池が考えられる。こ
の空気電池は、空気中の酸素を正極の活物質として利用
する電池であり、電池内容積の大半を負極の充填に費や
すことが可能であることから、エネルギー密度を増加さ
せるためには好適な電池であると考えられ、既に、負極
に金属亜鉛を用いた空気−亜鉛電池が一次電池として実
用化されている。
【０００３】また、水素吸蔵合金は、水素を利用するた
めの担体として有効な材料であり、これを活用して高容
量の電池にすることも可能と考えられ、既にニッケル−
金属水素化二次電池として実用化されている。さらに、
カチオン交換膜を用いた固体高分子燃料電池は、正極に
酸素、負極に水素を活物質として利用する電池であって
燃料電池各種の中で比較的低温（８０℃前後）で作動し
高電流密度が得られることから、家庭用コージェネレー
ションシステム（燃料電池から発生する電気と熱の両方
のエネルギーを利用するシステム）や電気自動車用の電
池として盛んに開発が行われている。
めの担体として有効な材料であり、これを活用して高容
量の電池にすることも可能と考えられ、既にニッケル−
金属水素化二次電池として実用化されている。さらに、
カチオン交換膜を用いた固体高分子燃料電池は、正極に
酸素、負極に水素を活物質として利用する電池であって
燃料電池各種の中で比較的低温（８０℃前後）で作動し
高電流密度が得られることから、家庭用コージェネレー
ションシステム（燃料電池から発生する電気と熱の両方
のエネルギーを利用するシステム）や電気自動車用の電
池として盛んに開発が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気−
亜鉛電池は、エネルギー密度が高くなるものの、出力密
度が低いという問題がある。この原因は、空気中の二酸
化炭素の吸収による性能劣化を防止するために正極に酸
素を取り込むための空気孔を小さくしているので、正極
に酸素を充分に取り込めないという点にある。これは、
アルカリ性の電解液を用いる限り避けることができず、
また、この空気−亜鉛電池では、二次電池化を図ると充
放電を行う際に負極の亜鉛の形態変化が著しいため実用
化が困難であるという問題があった。
亜鉛電池は、エネルギー密度が高くなるものの、出力密
度が低いという問題がある。この原因は、空気中の二酸
化炭素の吸収による性能劣化を防止するために正極に酸
素を取り込むための空気孔を小さくしているので、正極
に酸素を充分に取り込めないという点にある。これは、
アルカリ性の電解液を用いる限り避けることができず、
また、この空気−亜鉛電池では、二次電池化を図ると充
放電を行う際に負極の亜鉛の形態変化が著しいため実用
化が困難であるという問題があった。
【０００５】また、ニッケル−金属水素化物二次電池
は、正極活物質である水酸化ニッケルの充填に負極とほ
ぼ同等の体積を要するため、エネルギー密度を高くする
という観点からは充分とは言い難く、固体高分子型燃料
電池は、負極活物質である水素の供給を水素ボンベから
行ったり、メタノールや天然ガスなどを改質して水素を
発生させるために改質器を必要とするなど、電池本体以
外の部分にかなりの体積が費やされるという問題があっ
た。
は、正極活物質である水酸化ニッケルの充填に負極とほ
ぼ同等の体積を要するため、エネルギー密度を高くする
という観点からは充分とは言い難く、固体高分子型燃料
電池は、負極活物質である水素の供給を水素ボンベから
行ったり、メタノールや天然ガスなどを改質して水素を
発生させるために改質器を必要とするなど、電池本体以
外の部分にかなりの体積が費やされるという問題があっ
た。
【０００６】そこで、従来の空気電池、ニッケル−金属
水素化物電池および固体高分子型燃料電池の有する問題
点を解決するために、空気極と水素吸蔵合金とを組み合
わせ、電解質としてカチオン交換膜を用いて空気電池を
作製することが検討されているが、水素吸蔵合金とカチ
オン交換膜との反応により、水素吸蔵合金の腐食が生じ
て、所望とする空気電池を得ることができないという問
題があった。
水素化物電池および固体高分子型燃料電池の有する問題
点を解決するために、空気極と水素吸蔵合金とを組み合
わせ、電解質としてカチオン交換膜を用いて空気電池を
作製することが検討されているが、水素吸蔵合金とカチ
オン交換膜との反応により、水素吸蔵合金の腐食が生じ
て、所望とする空気電池を得ることができないという問
題があった。
【０００７】従って、本発明は、水素吸蔵合金を作用物
質とする負極、カチオン交換膜からなる電解質、空気極
からなる正極を用いる空気電池における問題点を解決
し、貯蔵特性およびサイクル特性の優れた空気電池を提
供することを目的とする。
質とする負極、カチオン交換膜からなる電解質、空気極
からなる正極を用いる空気電池における問題点を解決
し、貯蔵特性およびサイクル特性の優れた空気電池を提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気極を正極
とし、カチオン交換膜を電解質とし、水素吸蔵合金を負
極の作用物質とする空気電池において、負極の水素吸蔵
合金の粒子表面にアニオン交換体と電子伝導体との混合
物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料の被覆層を形成することによって、上記課題を解決し
たものである。また、本発明においては、前記アニオン
交換体と電子伝導体との混合物またはアニオン交換機能
と電子伝導性とを併有する第一の被覆層の表面にカチオ
ン交換体と電子伝導体との混合物またはカチオン交換機
能と電子伝導性とを併有する材料で第二の被覆層を形成
したことを好ましい形態とする。
とし、カチオン交換膜を電解質とし、水素吸蔵合金を負
極の作用物質とする空気電池において、負極の水素吸蔵
合金の粒子表面にアニオン交換体と電子伝導体との混合
物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料の被覆層を形成することによって、上記課題を解決し
たものである。また、本発明においては、前記アニオン
交換体と電子伝導体との混合物またはアニオン交換機能
と電子伝導性とを併有する第一の被覆層の表面にカチオ
ン交換体と電子伝導体との混合物またはカチオン交換機
能と電子伝導性とを併有する材料で第二の被覆層を形成
したことを好ましい形態とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明において、負極の水素吸蔵
合金の粒子表面にアニオン交換体と電子伝導体との混合
物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料の被覆層を形成するのは、水素吸蔵合金の腐食を防止
すると共に水素吸蔵合金中のＨ+ が表面のアニオン交換
領域を経由し、カチオン交換膜で構成される電解質を通
過して空気極で構成される正極に容易に到達し、かつ電
子が水素吸蔵合金の粒子表面の電子伝導領域を経由して
容易に負極の集電体に至る環境を提供するためである。
合金の粒子表面にアニオン交換体と電子伝導体との混合
物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料の被覆層を形成するのは、水素吸蔵合金の腐食を防止
すると共に水素吸蔵合金中のＨ+ が表面のアニオン交換
領域を経由し、カチオン交換膜で構成される電解質を通
過して空気極で構成される正極に容易に到達し、かつ電
子が水素吸蔵合金の粒子表面の電子伝導領域を経由して
容易に負極の集電体に至る環境を提供するためである。
【００１０】上記目的を達成するには、アニオン交換体
は次のような特性を有していることが好ましい。すなわ
ち、アニオン交換体は固定イオン濃度が１〜１５ｍｅｑ
／ｇＨ2 Ｏ、特に５〜１０ｍｅｑ／ｇＨ2 Ｏであること
が好ましい。固定イオン濃度を１ｍｅｑ／ｇＨ2 Ｏ以上
にすることによって、水素イオン以外のカチオンの透過
を抑制して、水素イオンの選択透過性を高くし、それに
よって、水素吸蔵合金の腐食を抑制し、また固定イオン
濃度を１５ｍｅｑ／ｇＨ2 Ｏ以下にすることによって、
水の分解を抑制して電池反応をスムーズに進行させるこ
とができる。また、アニオン交換体はイオン交換基が導
入されたセグメントとイオン交換基が実質的に導入され
ていないセグメントからなるブロック共重合体で構成さ
れる場合には、水素イオン選択透過性が高く、かつ機械
的性質が優れているので好ましい。このようなアニオン
交換体としては、例えば、後記の実施例で用いるような
ポリエピクロロヒドリンとトリエチレンジアミンとの反
応物などが好適なものとして例示される。また、本発明
において、電子伝導体としては、例えば、活性炭、銀、
銅、ニッケルなどの金属粉などが好適に用いられる。
は次のような特性を有していることが好ましい。すなわ
ち、アニオン交換体は固定イオン濃度が１〜１５ｍｅｑ
／ｇＨ2 Ｏ、特に５〜１０ｍｅｑ／ｇＨ2 Ｏであること
が好ましい。固定イオン濃度を１ｍｅｑ／ｇＨ2 Ｏ以上
にすることによって、水素イオン以外のカチオンの透過
を抑制して、水素イオンの選択透過性を高くし、それに
よって、水素吸蔵合金の腐食を抑制し、また固定イオン
濃度を１５ｍｅｑ／ｇＨ2 Ｏ以下にすることによって、
水の分解を抑制して電池反応をスムーズに進行させるこ
とができる。また、アニオン交換体はイオン交換基が導
入されたセグメントとイオン交換基が実質的に導入され
ていないセグメントからなるブロック共重合体で構成さ
れる場合には、水素イオン選択透過性が高く、かつ機械
的性質が優れているので好ましい。このようなアニオン
交換体としては、例えば、後記の実施例で用いるような
ポリエピクロロヒドリンとトリエチレンジアミンとの反
応物などが好適なものとして例示される。また、本発明
において、電子伝導体としては、例えば、活性炭、銀、
銅、ニッケルなどの金属粉などが好適に用いられる。
【００１１】上記アニオン交換体と電子伝導体との混合
比としては、重量比で９：１〜２：８が好ましく、特に
１０：４〜４：１０が好ましい。すなわち、アニオン交
換体と電子伝導体との混合比を上記のようにすることに
より、水素イオン選択透過性を高め、かつ電子伝導性を
確保して、貯蔵特性およびサイクル特性の優れた空気電
池を容易に得ることができる。
比としては、重量比で９：１〜２：８が好ましく、特に
１０：４〜４：１０が好ましい。すなわち、アニオン交
換体と電子伝導体との混合比を上記のようにすることに
より、水素イオン選択透過性を高め、かつ電子伝導性を
確保して、貯蔵特性およびサイクル特性の優れた空気電
池を容易に得ることができる。
【００１２】また、本発明においては、水素吸蔵合金粒
子の表面を被覆するにあたって、上記アニオン交換体と
電子伝導体との混合物以外にも、アニオン交換機能と電
子伝導性を併有する材料を用いることができる。
子の表面を被覆するにあたって、上記アニオン交換体と
電子伝導体との混合物以外にも、アニオン交換機能と電
子伝導性を併有する材料を用いることができる。
【００１３】このアニオン交換体と電子伝導体との混合
物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料からなる被覆層の厚みとしては、１〜６μｍが好まし
く、特に２．５〜４．５μｍが好ましい。被覆層の厚み
を１μｍ以上にすることによって、水素イオン選択透過
性を高めて水素吸蔵合金の腐食を適切に抑制することが
でき、被覆層の厚みを６μｍ以下にすることによって、
水素イオンの透過が妨げられて水の分解が生じるのを防
止することができる。
物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料からなる被覆層の厚みとしては、１〜６μｍが好まし
く、特に２．５〜４．５μｍが好ましい。被覆層の厚み
を１μｍ以上にすることによって、水素イオン選択透過
性を高めて水素吸蔵合金の腐食を適切に抑制することが
でき、被覆層の厚みを６μｍ以下にすることによって、
水素イオンの透過が妨げられて水の分解が生じるのを防
止することができる。
【００１４】上記アニオン交換体と電子伝導体との混合
物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料からなる第１の被覆層の表面に形成するカチオン交換
体と電子伝導体との混合物またはカチオン交換機能と電
子伝導性とを併有する材料からなる第２の被覆層は、上
記第１の被覆層の効果をより適切に発現させることを目
的とするのであり、この被覆層を構成する成分としての
カチオン交換体のイオン交換容量は０．８〜１．３ミリ
当量／ｇ乾燥樹脂の範囲が好ましく、特に０．９〜１．
１ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の範囲が好ましい。イオン交換
容量を０．８ミリ当量／ｇ乾燥樹脂にすることによって
電気抵抗を低く保ち、イオン交換容量を１．３ミリ当量
／ｇ乾燥樹脂以下にすることによって水素イオンの選択
透過性の低下を抑制して、水素イオンの選択透過性を良
好に保ち得る。このカチオン交換体としては、電気抵抗
の面からスルホン酸基またはその塩をカチオン交換基と
して有するものが好ましく、また、充放電寿命の面から
カチオン交換体の主鎖はフッ素系ポリマーであることが
好ましい。そして、電子伝導体としては、前記アニオン
交換体と混合するものと同様のものが用いられ、カチオ
ン交換体とこの電子伝導体との混合比は、前記アニオン
交換体の場合と同様の理由から、９：１〜２：８が好ま
しく、特に１０：４〜４：１０が好ましい。
物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料からなる第１の被覆層の表面に形成するカチオン交換
体と電子伝導体との混合物またはカチオン交換機能と電
子伝導性とを併有する材料からなる第２の被覆層は、上
記第１の被覆層の効果をより適切に発現させることを目
的とするのであり、この被覆層を構成する成分としての
カチオン交換体のイオン交換容量は０．８〜１．３ミリ
当量／ｇ乾燥樹脂の範囲が好ましく、特に０．９〜１．
１ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の範囲が好ましい。イオン交換
容量を０．８ミリ当量／ｇ乾燥樹脂にすることによって
電気抵抗を低く保ち、イオン交換容量を１．３ミリ当量
／ｇ乾燥樹脂以下にすることによって水素イオンの選択
透過性の低下を抑制して、水素イオンの選択透過性を良
好に保ち得る。このカチオン交換体としては、電気抵抗
の面からスルホン酸基またはその塩をカチオン交換基と
して有するものが好ましく、また、充放電寿命の面から
カチオン交換体の主鎖はフッ素系ポリマーであることが
好ましい。そして、電子伝導体としては、前記アニオン
交換体と混合するものと同様のものが用いられ、カチオ
ン交換体とこの電子伝導体との混合比は、前記アニオン
交換体の場合と同様の理由から、９：１〜２：８が好ま
しく、特に１０：４〜４：１０が好ましい。
【００１５】また、カチオン交換機能と電子伝導性とを
併有する材料としては、例えば、ポリ（３，４−エチレ
ンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレン−４−スルフ
ォネート）複合物〔Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎ
ｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）／Ｐｏｌｙ（ｓｔｙ
ｒｅｎｅ−４−ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）ｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｅ〕、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポ
リビニルサルフェート）複合物〔Ｐｏｌｙ（３，４−ｅ
ｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ／ｐｏｌ
ｙｖｉｎｙｌｓｕｌｆａｔｅ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ〕な
どが好適に用いられる。
併有する材料としては、例えば、ポリ（３，４−エチレ
ンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレン−４−スルフ
ォネート）複合物〔Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎ
ｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）／Ｐｏｌｙ（ｓｔｙ
ｒｅｎｅ−４−ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）ｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｅ〕、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポ
リビニルサルフェート）複合物〔Ｐｏｌｙ（３，４−ｅ
ｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ／ｐｏｌ
ｙｖｉｎｙｌｓｕｌｆａｔｅ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ〕な
どが好適に用いられる。
【００１６】このカチオン交換体と電子伝導体との混合
物またはカチオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料からなる被覆層の厚みとしては、１〜６μｍ、特に
２．５〜４．５μｍが好ましい。
物またはカチオン交換機能と電子伝導性とを併有する材
料からなる被覆層の厚みとしては、１〜６μｍ、特に
２．５〜４．５μｍが好ましい。
【００１７】本発明において、正極としては空気極を用
いるが、その空気極としては、特に特定のものに限られ
ることなく、従来同様のものも用いることができる。ま
た、負極の作用物質として用いる水素吸蔵合金として
は、例えば、ＬａＮｉ5 で代表されるＡＢ5 型水素吸蔵
合金、ＺｎＭｎ2 もしくはその置換体で代表されるＡＢ
2 型水素吸蔵合金、Ｍｇ2 Ｎｉもしくはその置換体で代
表されるマグネシウム系のＡ2 Ｂ型水素吸蔵合金、固溶
体型Ｖ基水素吸蔵合金などの水素を吸蔵・放出できる水
素吸蔵合金が挙げられ、それらのうち少なくとも１種が
用いられる。
いるが、その空気極としては、特に特定のものに限られ
ることなく、従来同様のものも用いることができる。ま
た、負極の作用物質として用いる水素吸蔵合金として
は、例えば、ＬａＮｉ5 で代表されるＡＢ5 型水素吸蔵
合金、ＺｎＭｎ2 もしくはその置換体で代表されるＡＢ
2 型水素吸蔵合金、Ｍｇ2 Ｎｉもしくはその置換体で代
表されるマグネシウム系のＡ2 Ｂ型水素吸蔵合金、固溶
体型Ｖ基水素吸蔵合金などの水素を吸蔵・放出できる水
素吸蔵合金が挙げられ、それらのうち少なくとも１種が
用いられる。
【００１８】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。なお、以下の実施例などにおい
て、溶液や分散液などの濃度を示す際の％や水素吸蔵合
金の組成を示す際の％は、特にその基準を付記しないか
ぎり重量％である。
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。なお、以下の実施例などにおい
て、溶液や分散液などの濃度を示す際の％や水素吸蔵合
金の組成を示す際の％は、特にその基準を付記しないか
ぎり重量％である。
【００１９】実施例１ 負極を次に示すように作製した。まず、ポリエピクロロ
ヒドリン、トリエチレンジアミン、電子伝導体としての
Ｃａｂｏｔ社製の活性炭ＢＰ−２０００およびトルエン
を下記に示す組成で混合してアニオン交換体と電子伝導
体を含有するスラリー状物を得た。
ヒドリン、トリエチレンジアミン、電子伝導体としての
Ｃａｂｏｔ社製の活性炭ＢＰ−２０００およびトルエン
を下記に示す組成で混合してアニオン交換体と電子伝導
体を含有するスラリー状物を得た。
【００２０】 ポリエピクロロヒドリン １．０ｇ トリエチレンジアミン １．０ｇ 活性炭ＢＰ−２０００ ０．８ｇ トルエン ２０ｍｌ
【００２１】上記アニオン交換体と電子伝導体を含有す
るスラリー状物に２ｍｏｌ／ｌの水酸化カリウム水溶液
を添加してアニオン交換体をＯＨ- 型にした後、その中
に５ｇの水素吸蔵合金〔組成：ＭｍＮｉ3.5 Ｃｏ0.75Ｍ
ｎ0.4 Ａｌ0.3 （ここで、ＭｍはＬａ：３３％、Ｃｅ：
４７％、Ｐｒ：５％、Ｎｄ：１５％を含有するミッシュ
メタル）〕を入れて、超音波をかけながら、回転数７０
０ｒｐｍでトルエンを添加して粘度を調節しつつ攪拌し
て、粘度が５０００ｍＰａ・ｓのスラリー状物を調製し
た。さらに上記スラリー状物を５０℃で２時間超音波分
散を行って、水素吸蔵合金の粒子表面へのアニオン交換
体と電子伝導体との混合物の被覆処理を行い、その被覆
処理後の水素吸蔵合金を分離し、乾燥して粒子表面にア
ニオン交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆層を
有する水素吸蔵合金を得た。この水素吸蔵合金の粒子表
面を被覆するアニオン交換体と電子伝導体との混合物か
らなる被覆層の厚みは平均で約３．５μｍであり、ま
た、該被覆層を構成するアニオン交換体と電子伝導体と
の混合物中におけるアニオン交換体と電子伝導体との比
率は重量比で２．５：１であった。
るスラリー状物に２ｍｏｌ／ｌの水酸化カリウム水溶液
を添加してアニオン交換体をＯＨ- 型にした後、その中
に５ｇの水素吸蔵合金〔組成：ＭｍＮｉ3.5 Ｃｏ0.75Ｍ
ｎ0.4 Ａｌ0.3 （ここで、ＭｍはＬａ：３３％、Ｃｅ：
４７％、Ｐｒ：５％、Ｎｄ：１５％を含有するミッシュ
メタル）〕を入れて、超音波をかけながら、回転数７０
０ｒｐｍでトルエンを添加して粘度を調節しつつ攪拌し
て、粘度が５０００ｍＰａ・ｓのスラリー状物を調製し
た。さらに上記スラリー状物を５０℃で２時間超音波分
散を行って、水素吸蔵合金の粒子表面へのアニオン交換
体と電子伝導体との混合物の被覆処理を行い、その被覆
処理後の水素吸蔵合金を分離し、乾燥して粒子表面にア
ニオン交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆層を
有する水素吸蔵合金を得た。この水素吸蔵合金の粒子表
面を被覆するアニオン交換体と電子伝導体との混合物か
らなる被覆層の厚みは平均で約３．５μｍであり、ま
た、該被覆層を構成するアニオン交換体と電子伝導体と
の混合物中におけるアニオン交換体と電子伝導体との比
率は重量比で２．５：１であった。
【００２２】つぎに、Ｎａｆｉｏｎ（ナフィオン）液
（５％）〔デュポン社製のテトラフルオロエチレンとパ
ーフルオロスルホニル・エトキシビニルエーテルとの共
重合体の加水分解物であるＮａｆｉｏｎ（商品名）を濃
度が５％になるように溶剤に溶解したもの〕と活性炭Ｂ
Ｐ−２０００（前出）とを下記に示す組成で混合して、
カチオン交換体と電子伝導体とを含有するスラリー状物
を調製した。
（５％）〔デュポン社製のテトラフルオロエチレンとパ
ーフルオロスルホニル・エトキシビニルエーテルとの共
重合体の加水分解物であるＮａｆｉｏｎ（商品名）を濃
度が５％になるように溶剤に溶解したもの〕と活性炭Ｂ
Ｐ−２０００（前出）とを下記に示す組成で混合して、
カチオン交換体と電子伝導体とを含有するスラリー状物
を調製した。
【００２３】 Ｎａｆｉｏｎ液（５％） １０ｇ 活性炭ＢＰ−２０００ ０．２０ｇ
【００２４】このカチオン交換体と電子伝導体との混合
物を含有するスラリー状物の中に前記の粒子表面にアニ
オン交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆層を有
する水素吸蔵合金を入れ、回転数７００ｒｐｍでメタノ
ールを添加して粘度を調節しながら攪拌して、粘度が５
０００ｍＰａ・ｓのスラリー状物を調製した。さらに上
記スラリー状物を５０℃で２時間超音波分散を行って、
水素吸蔵合金の粒子表面のアニオン交換体と電子伝導体
との混合物からなる被覆層の表面にカチオン交換体と電
子伝導体との混合物の被覆処理を行った。このカチオン
交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆層の厚みは
平均で約４μｍであり、また、該被覆層を構成するカチ
オン交換体と電子伝導体との混合物からなるカチオン交
換体と電子伝導体との比率は重量比で２．５：１であっ
た。
物を含有するスラリー状物の中に前記の粒子表面にアニ
オン交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆層を有
する水素吸蔵合金を入れ、回転数７００ｒｐｍでメタノ
ールを添加して粘度を調節しながら攪拌して、粘度が５
０００ｍＰａ・ｓのスラリー状物を調製した。さらに上
記スラリー状物を５０℃で２時間超音波分散を行って、
水素吸蔵合金の粒子表面のアニオン交換体と電子伝導体
との混合物からなる被覆層の表面にカチオン交換体と電
子伝導体との混合物の被覆処理を行った。このカチオン
交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆層の厚みは
平均で約４μｍであり、また、該被覆層を構成するカチ
オン交換体と電子伝導体との混合物からなるカチオン交
換体と電子伝導体との比率は重量比で２．５：１であっ
た。
【００２５】上記のようにして得られた粒子表面にアニ
オン交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆層を有
し、さらにその第１の被覆層の表面にカチオン交換体と
電子伝導体との混合物からなる第２の被覆層を有する水
素吸蔵合金を図１に模式的に示す。図１において、１は
水素吸蔵合金であり、その水素吸蔵合金１の粒子表面に
アニオン交換体と電子伝導体との混合物からなる第１の
被覆層２が形成され、さらにその第１の被覆層２の表面
にカチオン交換体と電子伝導体との混合物からなる第２
の被覆層３が形成されている。この図１は水素吸蔵合金
１、被覆層２および被覆層３を模式的に示したものであ
り、水素吸蔵合金１と被覆層２と被覆層３の寸法比を必
ずしも正確に示したものではない。
オン交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆層を有
し、さらにその第１の被覆層の表面にカチオン交換体と
電子伝導体との混合物からなる第２の被覆層を有する水
素吸蔵合金を図１に模式的に示す。図１において、１は
水素吸蔵合金であり、その水素吸蔵合金１の粒子表面に
アニオン交換体と電子伝導体との混合物からなる第１の
被覆層２が形成され、さらにその第１の被覆層２の表面
にカチオン交換体と電子伝導体との混合物からなる第２
の被覆層３が形成されている。この図１は水素吸蔵合金
１、被覆層２および被覆層３を模式的に示したものであ
り、水素吸蔵合金１と被覆層２と被覆層３の寸法比を必
ずしも正確に示したものではない。
【００２６】そして、上記の粒子表面にアニオン交換体
と電子伝導体との混合物からなる被覆層を有し、さらに
その被覆層の表面にカチオン交換体と電子伝導体との混
合物からなる被覆層を有する水素吸蔵合金を炭素集電体
〔ＪＡＰＡＮ ＧＯＲＥ−ＴＥＸ ＩＮＣ．製の炭素繊
維布のＧＯＲＥ−ＴＥＸ ＣＡＲＢＥＬ（商品名）〕に
充填〔この充填は、水素吸蔵合金の表面に形成した第２
の被覆層（カチオン交換体と電子伝導体との混合物から
なる被覆層）が乾ききらないうちに行う〕した後、６０
℃で２時間乾燥し、その後、１２５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
で加圧成形して負極を基体に担持させた状態で作製し
た。
と電子伝導体との混合物からなる被覆層を有し、さらに
その被覆層の表面にカチオン交換体と電子伝導体との混
合物からなる被覆層を有する水素吸蔵合金を炭素集電体
〔ＪＡＰＡＮ ＧＯＲＥ−ＴＥＸ ＩＮＣ．製の炭素繊
維布のＧＯＲＥ−ＴＥＸ ＣＡＲＢＥＬ（商品名）〕に
充填〔この充填は、水素吸蔵合金の表面に形成した第２
の被覆層（カチオン交換体と電子伝導体との混合物から
なる被覆層）が乾ききらないうちに行う〕した後、６０
℃で２時間乾燥し、その後、１２５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
で加圧成形して負極を基体に担持させた状態で作製し
た。
【００２７】正極を構成する空気極は、白金黒（表面
積：２６．１ｍ2 ／ｇ）とＩｒＯ2 （表面積：４０ｍ2
／ｇ）とを重量比１：１で混合し、この混合物からなる
空気極触媒とカチオン交換樹脂液〔前出のＮａｆｉｏｎ
（商品名）液〕とを混合して、固形分として空気極触媒
８０％とカチオン交換樹脂２０％とを含むスラリー状物
を調製し、得られたスラリー状物を白金メッキしたチタ
ン網からなる集電体に塗布し、乾燥することによって作
製した。
積：２６．１ｍ2 ／ｇ）とＩｒＯ2 （表面積：４０ｍ2
／ｇ）とを重量比１：１で混合し、この混合物からなる
空気極触媒とカチオン交換樹脂液〔前出のＮａｆｉｏｎ
（商品名）液〕とを混合して、固形分として空気極触媒
８０％とカチオン交換樹脂２０％とを含むスラリー状物
を調製し、得られたスラリー状物を白金メッキしたチタ
ン網からなる集電体に塗布し、乾燥することによって作
製した。
【００２８】電解質としては、カチオン交換膜〔Ｎａｆ
ｉｏｎ１１７（商品名）、デュポン社製、テトラフルオ
ロエチレンとパーフルオロ・スルホニル・エトキシビニ
ルエーテルとの共重合体の加水分解物を製膜したもの〕
を用い、この電解質を前記の空気極からなる正極と負極
とで挟み込み、正極上にポリテトラフルオロエチレンシ
ートを載置して１２５℃、１２５ｋｇ／ｃｍ2 の条件で
３０秒間ホットプレスして一体化した。
ｉｏｎ１１７（商品名）、デュポン社製、テトラフルオ
ロエチレンとパーフルオロ・スルホニル・エトキシビニ
ルエーテルとの共重合体の加水分解物を製膜したもの〕
を用い、この電解質を前記の空気極からなる正極と負極
とで挟み込み、正極上にポリテトラフルオロエチレンシ
ートを載置して１２５℃、１２５ｋｇ／ｃｍ2 の条件で
３０秒間ホットプレスして一体化した。
【００２９】このようにして一体化した電極体の要部を
図２に示す。図２において、１１は前記の空気極からな
る正極で、１２はカチオン交換膜からなる電解質であ
り、１３は前記のような粒子表面に特定の被覆層を有す
る水素吸蔵合金を作用物質とする負極であり、この負極
１３と正極１１との間に電解質１２が配置している。そ
して、１４は正極１１を構成する空気極の支持体として
のチタン網であり、その表面には白金メッキが施されて
おり、１５はその外側に配置するポリテトラフルオロエ
チレンシートであり、このポリテトラフルオロエチレン
シート１５は気体を通すが、液体は通さないという作用
を有している。なお、この図２は、電極体の構成を概略
的に示したものであり、正極１１や負極１３の内部構成
の詳細などは図示していない。
図２に示す。図２において、１１は前記の空気極からな
る正極で、１２はカチオン交換膜からなる電解質であ
り、１３は前記のような粒子表面に特定の被覆層を有す
る水素吸蔵合金を作用物質とする負極であり、この負極
１３と正極１１との間に電解質１２が配置している。そ
して、１４は正極１１を構成する空気極の支持体として
のチタン網であり、その表面には白金メッキが施されて
おり、１５はその外側に配置するポリテトラフルオロエ
チレンシートであり、このポリテトラフルオロエチレン
シート１５は気体を通すが、液体は通さないという作用
を有している。なお、この図２は、電極体の構成を概略
的に示したものであり、正極１１や負極１３の内部構成
の詳細などは図示していない。
【００３０】このようにして一体化した一体化電極を電
池容器内に収納し、電解質が充分に濡れる程度に水を注
入し、封口して空気電池を組み立てた。この電池の充填
容量は３３６ｍＡｈであった。
池容器内に収納し、電解質が充分に濡れる程度に水を注
入し、封口して空気電池を組み立てた。この電池の充填
容量は３３６ｍＡｈであった。
【００３１】比較例１ 負極は、水素吸蔵合金粉末９０％と乾燥後重量で１０％
となるカチオン交換樹脂液とを混合したものをペースト
化し、得られたペーストを実施例１と同様の炭素集電体
に充填し、実施例１と同様に６０℃で２時間乾燥した
後、１２５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧成形して負極を作
製した。用いた水素吸蔵合金は実施例１と同様に組成が
ＭｍＮｉ3.5 Ｃｏ0.75Ｍｎ0.4 Ａｌ0.3 で示されるもの
であり、カチオン交換樹脂液はＮａｆｉｏｎ液（前出）
であった。
となるカチオン交換樹脂液とを混合したものをペースト
化し、得られたペーストを実施例１と同様の炭素集電体
に充填し、実施例１と同様に６０℃で２時間乾燥した
後、１２５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧成形して負極を作
製した。用いた水素吸蔵合金は実施例１と同様に組成が
ＭｍＮｉ3.5 Ｃｏ0.75Ｍｎ0.4 Ａｌ0.3 で示されるもの
であり、カチオン交換樹脂液はＮａｆｉｏｎ液（前出）
であった。
【００３２】そして、この負極を用いた以外は、実施例
１と同様に空気電池を作製した。この電池の充填容量は
３４０ｍＡｈであった。
１と同様に空気電池を作製した。この電池の充填容量は
３４０ｍＡｈであった。
【００３３】上記実施例１および比較例１の電池を８０
℃で１０日間貯蔵した後に室温下で５ｍＡ／ｃｍ2 の電
流密度で０．３Ｖまで放電して放電容量を測定した。そ
の結果を表１に示す。また、貯蔵前の電池に５ｍＡ／ｃ
ｍ2 の電流密度で２０時間充電し、該電池を５ｍＡ／ｃ
ｍ2 の電流密度で０．３Ｖまで放電する充放電サイクル
を繰り返し、放電ができなくなるまでのサイクル数を調
べた。その結果を表１に示す。
℃で１０日間貯蔵した後に室温下で５ｍＡ／ｃｍ2 の電
流密度で０．３Ｖまで放電して放電容量を測定した。そ
の結果を表１に示す。また、貯蔵前の電池に５ｍＡ／ｃ
ｍ2 の電流密度で２０時間充電し、該電池を５ｍＡ／ｃ
ｍ2 の電流密度で０．３Ｖまで放電する充放電サイクル
を繰り返し、放電ができなくなるまでのサイクル数を調
べた。その結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１に示すように、実施例１の電池は、比
較例１の電池に比べて、８０℃で１０日間貯蔵後の放電
容量が大きく、貯蔵特性が優れ、かつ放電ができなくな
るまでのサイクル数が大きく、サイクル特性が優れてい
た。
較例１の電池に比べて、８０℃で１０日間貯蔵後の放電
容量が大きく、貯蔵特性が優れ、かつ放電ができなくな
るまでのサイクル数が大きく、サイクル特性が優れてい
た。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、貯蔵
特性およびサイクル特性が優れた空気電池を提供するこ
とができた。
特性およびサイクル特性が優れた空気電池を提供するこ
とができた。
【図１】粒子表面にアニオン交換体と電子伝導体との混
合物からなる被覆層を形成し、さらにその被覆層の表面
にカチオン交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆
層を有する水素吸蔵合金を模式的に示す断面図である。
合物からなる被覆層を形成し、さらにその被覆層の表面
にカチオン交換体と電子伝導体との混合物からなる被覆
層を有する水素吸蔵合金を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る空気電池の発電要素部分を含む一
体化電極体の要部を模式的に示す断面図である。
体化電極体の要部を模式的に示す断面図である。
１ 水素吸蔵合金 ２ アニオン交換体と電子伝導体との混合物からなる
被覆層 ３ カチオン交換体と電子伝導体との混合物からなる
被覆層 １１ 正極 １２ 電解質 １３ 負極
被覆層 ３ カチオン交換体と電子伝導体との混合物からなる
被覆層 １１ 正極 １２ 電解質 １３ 負極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有島 康夫 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 柏野 博志 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 柴田 進介 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 Ｆターム(参考） 5H032 AA01 AS01 CC16 EE04 EE08 5H050 AA07 BA20 CA12 CB17 CB18 DA03 DA13 EA23 FA17 FA18
Claims (2)
- 【請求項１】 空気極を正極とし、カチオン交換膜を電
解質とし、水素吸蔵合金を負極の作用物質とする空気電
池において、負極の水素吸蔵合金の粒子表面にアニオン
交換体と電子伝導体との混合物またはアニオン交換機能
と電子伝導性とを併有する材料からなる被覆層を有する
ことを特徴とする空気電池。 - 【請求項２】 前記アニオン交換体と電子伝導体との混
合物またはアニオン交換機能と電子伝導性とを併有する
材料からなる被覆層の表面にカチオン交換体と電子伝導
体との混合物またはカチオン交換機能と電子伝導性とを
併有する材料からなる被覆層を有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 |
|---|---|---|---|
| JP2001142614A JP2002343451A (ja) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | 空気電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001142614A JP2002343451A (ja) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | 空気電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002343451A true JP2002343451A (ja) | 2002-11-29 |
Family
ID=18988889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001142614A Withdrawn JP2002343451A (ja) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | 空気電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002343451A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009259791A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-11-05 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 電極およびそれを有する電池 |
| JP2011134628A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | リチウム−空気電池 |
-
2001
- 2001-05-14 JP JP2001142614A patent/JP2002343451A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009259791A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-11-05 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 電極およびそれを有する電池 |
| JP2011134628A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | リチウム−空気電池 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080805 |