JP2006190522A - Aluminum air solid battery - Google Patents

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元司 柴田
Tadashi Tonomura
正 外邨
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an aluminum air solid battery with little degradation of battery performance. <P>SOLUTION: The aluminum air solid battery has its anode structured of aluminum or an aluminum alloy, its cathode structured of a plurality of air electrodes. and that, the anode, a plurality of cathodes and solid electrolyte are at least partly in a laminated structure. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は負極活物質としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金を負極として用いたアルミニウム空気固体電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an aluminum air solid state battery using aluminum or an aluminum alloy as a negative electrode active material as a negative electrode and a method for producing the same.

空気電池は、電池容器内に正極活物質を充填する必要がないため、電池容器内の大部分の空間に負極物質と液体電解質を充填することが可能であり、原理的に化学電池の中で最も大きなエネルギー密度を有し、高出力で長時間使用可能であるという特徴を有する。   Since an air battery does not need to be filled with a positive electrode active material in a battery container, it is possible to fill a large amount of space in the battery container with a negative electrode material and a liquid electrolyte. It has the highest energy density, and is characterized by being able to be used for a long time with high output.

とりわけ、アルミニウムを負極として用いるアルミニウム空気電池は、実用化されている亜鉛空気電池を大きく上回る高体積エネルギー密度の電池が期待されており、また、資源的にも豊富で安価であり、環境面でも優れているため、早急な実用化が期待されている。   In particular, an aluminum air battery using aluminum as a negative electrode is expected to have a high volume energy density that greatly exceeds that of a zinc-air battery that has been put into practical use. Because it is excellent, it is expected to be put to practical use immediately.

アルミニウム空気電池の詳細は、非特許文献1に開示されている。一般的なアルミニウム空気電池は、負極にアルミニウム金属、電解質に液体電解質、正極に空気極を用い、空気極での酸素の還元と金属極での電子放出を伴う金属の溶解とを組み合わせており、空気極およびアルミニウム極ではそれぞれ、数1および数2の反応が生じ、水酸基イオンが液体電解質を移動して、発電を行う。   Details of the aluminum air battery are disclosed in Non-Patent Document 1. A general aluminum air battery uses an aluminum metal for the negative electrode, a liquid electrolyte for the electrolyte, and an air electrode for the positive electrode, which combines oxygen reduction at the air electrode and metal dissolution with electron emission at the metal electrode, In the air electrode and the aluminum electrode, reactions of Formulas 1 and 2 occur, respectively, and hydroxyl ions move through the liquid electrolyte to generate power.

このとき、負極アルミニウム電極上に副生成物として水酸化アルミニウムが生じ、ゲル化、非流動化し電池放電を阻害してしまうので、容量、電圧がすぐに劣化してしまう。このため、高体積エネルギー密度な電池にもかかわらず、実用化されている例がほとんどない。
(数1) 3/402 +3/2H2 O +3e- →3OH-
(数2) Al+3OH- →Al(OH)3 +3e-
一方、特許文献1にアルミニウムイオンを含む3価の金属イオンを伝導する固体電解質が開示されている。また特許文献2では、アルミニウムに代表される3価のイオンが固体中を伝導することを利用した濃淡電池に関する技術が開示されている。このような性質を有する固体電解質を用いて、正極を空気極としてアルミニウム空気電池に適用すれば、アルミイオンが電解質中を移動する高エネルギー密度の全固体のアルミニウム空気固体電池を構成することができ、小型で高出力を要求される電気自動車などに広く用いることができる。また、液漏れしないなどの安全性やメンテナンス上の利点もある。
At this time, aluminum hydroxide is generated as a by-product on the negative electrode aluminum electrode, and gelation and non-fluidization occur to inhibit battery discharge, so the capacity and voltage are quickly deteriorated. For this reason, there are almost no examples in practical use in spite of a high volume energy density battery.
(Expression 1) 3/40 2 + 3 / 2H 2 O + 3e → 3OH
(Expression 2) Al + 3OH → Al (OH) 3 + 3e
On the other hand, Patent Document 1 discloses a solid electrolyte that conducts trivalent metal ions including aluminum ions. Patent Document 2 discloses a technology related to a concentration cell utilizing the fact that trivalent ions represented by aluminum are conducted in a solid. If a solid electrolyte having such properties is used in an aluminum air battery with the positive electrode as an air electrode, a high energy density all-solid aluminum air solid battery in which aluminum ions move through the electrolyte can be constructed. Therefore, it can be widely used for electric vehicles that are small and require high output. There are also safety and maintenance advantages such as no leakage.

しかしながらこのような構成の電池の報告は従来技術として見られない。
特許第2923769号公報 特許第3054684号公報 電池ハンドブック、p687−688、朝倉書店
However, reports of batteries having such a configuration are not seen as prior art.
Japanese Patent No. 2923769 Japanese Patent No. 3054684 Battery Handbook, p687-688, Asakura Shoten

特許文献2に示されるアルミニウムイオン固体電解質を用いた濃淡電池は、電極間のアルミニウムの濃度差によって起電力が発生する。濃淡電池の起電力はネルンストの式を用いて計算されるが、その起電力は実質的に1V以下しか得られず、実用的ではない。   The concentration cell using the aluminum ion solid electrolyte disclosed in Patent Document 2 generates an electromotive force due to the difference in aluminum concentration between the electrodes. The electromotive force of the concentration cell is calculated by using the Nernst equation, but the electromotive force is practically only 1 V or less, which is not practical.

一方、負極をアルミニウム金属、正極を空気極としてアルミニウム固体電解質を挟んだ構成とすれば、アルミニウム金属からアルミニウムイオンが解離する起電力1.6V、またはそれを超える起電力を示すアルミニウム空気固体電池が得られることが類推できる。   On the other hand, an aluminum air solid state battery having an electromotive force of 1.6 V at which aluminum ions are dissociated from the aluminum metal or an electromotive force exceeding it is obtained by using an aluminum metal as the negative electrode and an aluminum solid electrolyte sandwiched between the positive electrode and the air electrode. It can be analogized that it is obtained.

本発明者らが実際にアルミニウム空気固体電池について検討を加えたところ、熱力学データから予想される1.6Vの起電力がほとんどの場合に得られず、また、1.6Vに近い起電力を得られた場合においても起電力値は経時的に不安定でかつ、電流を取り出すことはほとんど困難であり、単位面積あたり数μAの電流を流しただけで電池電圧はゼロボルト近くに低下しほとんど電池として機能しないことがわかった。本発明者らは、アルミニウム空気固体電池ついての従来技術が見あたらないのはこのためであると考えている。   When the present inventors actually examined an aluminum air solid battery, an electromotive force of 1.6 V expected from thermodynamic data was not obtained in most cases, and an electromotive force close to 1.6 V was obtained. Even in the obtained case, the electromotive force value is unstable over time, and it is almost difficult to take out the current, and the battery voltage is reduced to nearly zero volts only by flowing a current of several μA per unit area. As it turns out not to work. The present inventors believe that this is the reason why the prior art for an aluminum air solid battery is not found.

電極で起こる反応を検討した結果、アルミニウム空気固体電池が機能しない理由は、図2(a)ように、空気極103bと固体電解質101との界面に放電阻害物質105が形成されることで、内部抵抗の上昇すること、および、空気極103b近傍での酸素およびアルミイオンの拡散速度が低下するためであること見出した。なお、空気極103bおよびアルミニウム電極102ではそれぞれ、数3および数4の反応が起こると考えられるので、放電阻害物質105は、アルミナが主成分であると考えられる。
(数3) 3/202 +Al3+ +3e- → Al23
(数4) Al → Al3+ +3e-
固体電解質の場合には、一般に400℃以上の高温で動作するため、放電阻害物質を物理的に除去する方法は機構的に煩雑である。また、放電阻害物質は、空気極と電解質の接合面に形成されるので、化学反応によって除去することは非常に困難であり、また、アルミニウム空気固体電池の構成が複雑となる。
As a result of examining the reaction occurring at the electrode, the reason why the aluminum air solid battery does not function is that the discharge inhibiting substance 105 is formed at the interface between the air electrode 103b and the solid electrolyte 101 as shown in FIG. It has been found that the resistance increases and the diffusion rate of oxygen and aluminum ions in the vicinity of the air electrode 103b decreases. In addition, since it is thought that reaction of several 3 and several 4 occurs in the air electrode 103b and the aluminum electrode 102, respectively, it is thought that the discharge inhibiting substance 105 has an alumina as a main component.
(Equation 3) 3/20 2 + Al 3+ + 3e → Al 2 O 3
(Equation 4) Al → Al 3+ + 3e
In the case of a solid electrolyte, since it generally operates at a high temperature of 400 ° C. or higher, the method of physically removing the discharge inhibiting substance is mechanically complicated. In addition, since the discharge inhibiting substance is formed on the interface between the air electrode and the electrolyte, it is very difficult to remove by a chemical reaction, and the configuration of the aluminum air solid battery becomes complicated.

従って、固体電解質を用いたアルミニウム空気固体電池を実用化するための課題は、放電阻害物質の形成による電池性能劣化を小さくすることである。ここで、電池性能とは、放電開始時には理論電圧に近い安定した起電力を与えるとともに、放電時間の増加にしたがっておこる電圧降下量が小さいことを意味する。   Therefore, a problem for putting an aluminum air solid battery using a solid electrolyte into practical use is to reduce battery performance deterioration due to formation of a discharge inhibiting substance. Here, the battery performance means that a stable electromotive force close to the theoretical voltage is given at the start of discharge, and the amount of voltage drop that occurs as the discharge time increases is small.

放電阻害物質による性能劣化を解決する本発明は、負極と複数の正極間が固体電解質を介して接続され、負極がアルミニウムあるいはアルミニウム合金で構成され、正極が複数の空気極で構成され、かつ、負極と複数の正極と固体電解質が少なくとも一部分において積層構造となっていることを特徴とするアルミニウム空気固体電池である。これにより、電池性能の劣化が小さいアルミニウム空気固体電池を実現できる。   The present invention for solving the performance deterioration due to the discharge inhibiting substance is that the negative electrode and the plurality of positive electrodes are connected via a solid electrolyte, the negative electrode is made of aluminum or an aluminum alloy, the positive electrode is made of a plurality of air electrodes, and An aluminum-air solid battery characterized in that a negative electrode, a plurality of positive electrodes, and a solid electrolyte have a laminated structure at least partially. Thereby, an aluminum air solid state battery with little deterioration of battery performance is realizable.

本構成によれば、限られた空間内に電極面積の大きい正極を形成できると共に、空気極-電解質界面に形成される放電阻害物質の影響を軽減することができるため、電池性能劣化の小さいアルミニウム空気固体電池を提供することができる。   According to this configuration, a positive electrode having a large electrode area can be formed in a limited space, and the influence of a discharge inhibiting substance formed at the air electrode-electrolyte interface can be reduced. An air solid state battery can be provided.

本発明のアルミニウム固体空気電池は、理論電圧に近い安定した起電力を与えるとともに、電圧低下の小さい状態で安定に出力しつづけることができる。   The aluminum solid air battery of the present invention can provide a stable electromotive force close to the theoretical voltage, and can continue to output stably with a small voltage drop.

以下、本発明について詳しく説明する。   The present invention will be described in detail below.

内容の理解を容易にするため、まず製法について図面を使用して説明する。   In order to facilitate understanding of the contents, the manufacturing method will be described first with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図6に本発明の本発明におけるアルミニウム空気固体電池の作製方法の模式図を示す。負極はアルミニウム電極102で示される。固体電解質101は、固体電解質101a、固体電解質101bを備えている。正極となる空気極103は、空気極103a、空気極103bで示される。なお、厳密な区別が求められる場合には、固体電解質101aは第1固体電解質101a、固体電解質101bは第2固体電解質101bと言うことがある。空気極103についても同様に、厳密な区別が求められる場合には、空気極103aは第1空気極103a、空気極103bは第2空気極103bと言うことがある。
(Embodiment 1)
FIG. 6 shows a schematic diagram of a method for producing an aluminum air solid battery of the present invention. The negative electrode is indicated by an aluminum electrode 102. The solid electrolyte 101 includes a solid electrolyte 101a and a solid electrolyte 101b. The air electrode 103 serving as a positive electrode is represented by an air electrode 103a and an air electrode 103b. When strict distinction is required, the solid electrolyte 101a may be referred to as a first solid electrolyte 101a, and the solid electrolyte 101b may be referred to as a second solid electrolyte 101b. Similarly, when strict distinction is required for the air electrode 103, the air electrode 103a may be referred to as a first air electrode 103a, and the air electrode 103b may be referred to as a second air electrode 103b.

図6(a)に示す第1固体電解質101aは、アルミニウムイオンが伝搬する固体電解質で形成されており、所定のブロック形状に所定形状の突起111が設けられている。   A first solid electrolyte 101a shown in FIG. 6 (a) is formed of a solid electrolyte through which aluminum ions propagate, and a projection 111 having a predetermined shape is provided in a predetermined block shape.

固体電解質101aは、原料を加圧焼成して形成することができる。表面の突起111は、加圧成形の際に表面に突起111が形成されるような金型を用いて成型した後焼成すればよい。また、先にブロック形状の固体電解質101aを焼結した後、上面から切削加工により凹部112および突起111を形成してもよい。なお、次の工程でアルミニウム電極を作製する面や第2固体電解質101bと接する面は電気抵抗を減らすために研磨を施している。   The solid electrolyte 101a can be formed by pressure firing the raw material. The protrusion 111 on the surface may be baked after being molded using a mold in which the protrusion 111 is formed on the surface during pressure molding. Alternatively, after the block-shaped solid electrolyte 101a is first sintered, the recess 112 and the protrusion 111 may be formed by cutting from the upper surface. In addition, in order to reduce an electrical resistance, the surface which produces an aluminum electrode at the next process, and the surface which contact | connects the 2nd solid electrolyte 101b are given.

次に、図6(b)に示すように固体電解質101aのブロックの平坦面(下面)には、アルミニウム電極102を形成し、固体電解質101aの突起111を設けた面には、空気極103aを形成する。空気極103aは、ペースト状の空気極を凹部112に塗布することにより形成する。この時、固体電解質101aの突起111を図6(b)に示すように上面に露出させる必要がある。   Next, as shown in FIG. 6B, the aluminum electrode 102 is formed on the flat surface (lower surface) of the block of the solid electrolyte 101a, and the air electrode 103a is formed on the surface provided with the protrusion 111 of the solid electrolyte 101a. Form. The air electrode 103 a is formed by applying a paste-like air electrode to the recess 112. At this time, it is necessary to expose the protrusion 111 of the solid electrolyte 101a on the upper surface as shown in FIG.

簡便には、固体電解質101aの全体に空気極103aを形成した後に、固体電解質101aの突起111が上面に露出するまで研磨すればよい。   For simplicity, the air electrode 103a may be formed on the entire solid electrolyte 101a and then polished until the protrusion 111 of the solid electrolyte 101a is exposed on the upper surface.

この突起111は、後述する開口部104に対応する。   The protrusion 111 corresponds to an opening 104 described later.

ここで空気極103aは、空気(厳密には酸素)を必要とする電極であるので、できるだけ空気極103aの内部への空気(厳密には酸素)の拡散が容易な構成になることが好ましい。例えば、多孔質な電極となるように空気極のペースト組成を選択する、電極形成後や電池作製後に側面からの通気穴を設けるなどの方法をとるとよい。ここでは、図6(d)に示すように、空気極103aはアルミニウム空気固体電池の側面から露出しており、空気極103bはアルミニウム空気固体電池の上面を覆っている。   Here, since the air electrode 103a is an electrode that requires air (strictly, oxygen), it is preferable that air (strictly speaking, oxygen) is easily diffused into the air electrode 103a as much as possible. For example, a method of selecting a paste composition of the air electrode so as to be a porous electrode, or providing a vent hole from a side surface after forming an electrode or after manufacturing a battery may be used. Here, as shown in FIG. 6D, the air electrode 103a is exposed from the side surface of the aluminum air solid battery, and the air electrode 103b covers the upper surface of the aluminum air solid battery.

つづいて、図6(c)に示すように、固体電解質101aを表面に露出させた空気極103a上にさらに固体電解質101bを形成する。固体電解質101bは焼結した後、空気極103a上に積層すればよい。固体電解質同士は空気極103a上に露出している部分を介して接続される。   Subsequently, as shown in FIG. 6C, a solid electrolyte 101b is further formed on the air electrode 103a where the solid electrolyte 101a is exposed on the surface. The solid electrolyte 101b may be laminated on the air electrode 103a after being sintered. The solid electrolytes are connected to each other through a portion exposed on the air electrode 103a.

次に、固体電解質101b上に空気極103bを形成し、図6(d)に示すような構成のアルミニウム空気固体電池が完成する。この構成においては、負極であるアルミニウム電極102と正極である複数の空気極103aおよび103bで構成され、2つの空気極の間が固体電解質101を介して接続され、かつ、負極であるアルミニウム電極と正極である複数の空気極と固体電解質が少なくとも一部分において積層した構造となっている。   Next, an air electrode 103b is formed on the solid electrolyte 101b, and an aluminum air solid battery having a configuration as shown in FIG. 6D is completed. In this configuration, an aluminum electrode 102 that is a negative electrode and a plurality of air electrodes 103a and 103b that are positive electrodes are connected, the two air electrodes are connected via a solid electrolyte 101, and an aluminum electrode that is a negative electrode A plurality of air electrodes, which are positive electrodes, and a solid electrolyte are stacked at least partially.

なお、図6(c)において、空気極103a上に形成される固体電解質101bは、アルミニウムイオンを伝搬する固体電解質であればよく、十分に密着していれば固体電解質101aと同一でなくともよい。また、図6では、空気極の数が2個であるが、固体電解質の表面に突起111と凹部112を設ける工程、この凹部112に空気極103を形成する工程、およびその上に固体電解質101を積層する工程、すなわち図6(a)から同(c)までを繰り返すことにより、容易に空気極103の数を増やすことが可能である。   In FIG. 6C, the solid electrolyte 101b formed on the air electrode 103a may be a solid electrolyte that propagates aluminum ions, and may not be the same as the solid electrolyte 101a as long as it is sufficiently adhered. . In FIG. 6, although the number of air electrodes is two, the step of providing projections 111 and recesses 112 on the surface of the solid electrolyte, the step of forming air electrodes 103 in the recesses 112, and the solid electrolyte 101 thereon It is possible to easily increase the number of the air electrodes 103 by repeating the steps of stacking layers, that is, from FIG. 6A to FIG. 6C.

本発明の構成は、固体電解質101内に空気極103aが形成された構成であればよく、形成方法、形状(四角、丸など)によらず本発明の効果を得ることができる。例えば、図6(c)の構成は、固体電解質101を先に焼結した後、側面から空気極103aを形成するための空洞を加工により形成し、ペースト状の空気極を流しこんで固体電解質中の空気極103aを形成してもよい。   The configuration of the present invention may be any configuration in which the air electrode 103a is formed in the solid electrolyte 101, and the effects of the present invention can be obtained regardless of the formation method and shape (square, circle, etc.). For example, in the configuration of FIG. 6C, after the solid electrolyte 101 is sintered first, a cavity for forming the air electrode 103a is formed by processing from the side surface, and the paste-like air electrode is poured into the solid electrolyte. The inner air electrode 103a may be formed.

図1は、本発明におけるアルミニウム空気固体電池のアルミニウム電極102から空気極103bの断面の模式図(図6(d)中のAA‘線断面図)である。本発明のアルミニウム空気固体電池は、固体電解質101aおよび固体電解質101b、アルミニウム電極102、少なくとも2つの空気極103aおよび103bで構成されている。なお、開口部104は固体電解質101aと固体電解質101bとの間に挟まれた固体電解質からなり、図6(a)においては、固体電解質の突起111に相当している。本発明のアルミニウム空気固体電池では、アルミニウム電極102と空気極103aおよび空気極103bを接続することで、アルミニウム電極102-固体電解質101a-空気極103aおよび、アルミニウム電極102-固体電解質101a-開口部104-固体電解質101b-空気極103bで回路構成される電池が動作する。   FIG. 1 is a schematic diagram (a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 6D) of the cross section from the aluminum electrode 102 to the air electrode 103 b of the aluminum air solid battery according to the present invention. The aluminum air solid battery of the present invention includes a solid electrolyte 101a and a solid electrolyte 101b, an aluminum electrode 102, and at least two air electrodes 103a and 103b. The opening 104 is made of a solid electrolyte sandwiched between the solid electrolyte 101a and the solid electrolyte 101b, and corresponds to the protrusion 111 of the solid electrolyte in FIG. In the aluminum air solid battery of the present invention, the aluminum electrode 102, the solid electrode 101a, the air electrode 103a, the aluminum electrode 102, the solid electrolyte 101a, and the opening 104 are connected by connecting the aluminum electrode 102 to the air electrode 103a and the air electrode 103b. -A battery constituted by a solid electrolyte 101b and an air electrode 103b operates.

図2(a)に示されるアルミニウム空気固体電池が機能しない理由は、空気極と固体電解質との界面において、酸素とアルミイオンが反応することで放電阻害物質としてアルミナが形成されることである。   The reason why the aluminum air solid battery shown in FIG. 2 (a) does not function is that alumina is formed as a discharge inhibiting substance by the reaction between oxygen and aluminum ions at the interface between the air electrode and the solid electrolyte.

一方、本発明によれば、正極が所定形状を有する複数の空気極103で構成され、かつ、負極と複数の正極と固体電解質が少なくとも一部分において積層構造を設けることで、空気極の面積を増加させることが可能となり、放電時間の増加にしたがっておこる電圧降下量の小さい空気電池を得ることができる。図2(b)に示すように、空気極103aを設けることにより、図2(a)に比較して放電阻害物質105が形成される領域が格段に増大していることが分かる。   On the other hand, according to the present invention, the positive electrode is composed of a plurality of air electrodes 103 having a predetermined shape, and the negative electrode, the plurality of positive electrodes, and the solid electrolyte are provided at least in part, thereby increasing the area of the air electrode. Thus, an air battery with a small amount of voltage drop that occurs as the discharge time increases can be obtained. As shown in FIG. 2 (b), it can be seen that by providing the air electrode 103a, the region where the discharge inhibiting substance 105 is formed is remarkably increased as compared with FIG. 2 (a).

また、放電阻害物質105は、空気極103aと固体電解質101aとのすべての界面に形成されるが、開口部104の面積と密度および空気極103aの厚みと数を変更することにより、空気極103aの面積を設計することができる。   The discharge inhibiting substance 105 is formed at all the interfaces between the air electrode 103a and the solid electrolyte 101a. By changing the area and density of the opening 104 and the thickness and number of the air electrodes 103a, the air electrode 103a. Can be designed.

これらの開口部104の面積と密度および空気極103aの厚みと数を最適化することにより、空気極103aの面積を空気極103bの面積より大きくすることもできる。   The area of the air electrode 103a can be made larger than the area of the air electrode 103b by optimizing the area and density of the openings 104 and the thickness and number of the air electrodes 103a.

このような場合には、図2(b)において電解質中に埋め込まれた空気極103aだけで構成した空気電池のほうが、放電面積が大きくなり空気極103bだけで構成した空気電池より優れた電池性能を有する場合もある。   In such a case, in FIG. 2B, the air battery constituted only by the air electrode 103a embedded in the electrolyte has a larger discharge area and the battery performance superior to the air battery constituted only by the air electrode 103b. May have.

このようにして固体電解質中に複数の空気極103を形成することで、ひとつの電池でありながら複数分の電池性能を有するアルミニウム空気固体電池が実現できる。   By forming a plurality of air electrodes 103 in the solid electrolyte in this way, an aluminum air solid battery having a plurality of battery performances can be realized while being a single battery.

なお、ここで参照符号104により示される「開口部」の意味であるが、物理的に孔が空いているという意味ではなく、アルミニウムイオン(Al3+)がアルミニウム電極102から空気極103bに移動するための通り道という意味であり、上記の説明から明らかなように、この開口部104には固体電解質が埋め込まれている。なお、開口部104に埋め込まれる固体電解質の材料(すなわち、突起111の材料)と、固体電解質101の材料とは同じであることが好ましい。 Here, the meaning of “opening” indicated by reference numeral 104 does not mean that the hole is physically open, but aluminum ions (Al 3+ ) move from the aluminum electrode 102 to the air electrode 103b. The opening 104 is embedded with a solid electrolyte, as is apparent from the above description. Note that the material of the solid electrolyte embedded in the opening 104 (that is, the material of the protrusion 111) and the material of the solid electrolyte 101 are preferably the same.

図2(b)の構成において、放電阻害物質105が生成されるにしたがって、開口部104が狭くなってしまうので、開口部104の大きさは、生成される放電阻害物質105の厚みが十分無視できる大きさであることが望ましい。   In the configuration of FIG. 2B, since the opening 104 becomes narrower as the discharge inhibiting substance 105 is generated, the size of the opening 104 is sufficiently negligible for the thickness of the generated discharge inhibiting substance 105. Desirable size is desirable.

放電阻害物質による性能劣化を遅らせるための別の構成として、微細形状を有する空気極用いることが有効であることが容易に推察される。図3(a)は、このような微細形状によって空気極103の表面積を増大させる場合の模式図である。しかしながら、このような構成にした場合、初期特性は向上するが、表面積の増加に比例した電池性能の劣化抑制を期待することはできない。   As another configuration for delaying the performance deterioration due to the discharge inhibiting substance, it is easily guessed that it is effective to use an air electrode having a fine shape. FIG. 3A is a schematic diagram when the surface area of the air electrode 103 is increased by such a fine shape. However, in such a configuration, although the initial characteristics are improved, it is not possible to expect deterioration suppression of battery performance in proportion to the increase in surface area.

なぜなら、図3(b)に示すように電極での反応が進行するにしたがって、アルミニウム電極に近い電極領域Aの領域に形成された放電阻害物質105の影響を受けて、アルミニウム電極から遠い電極領域Bは機能しなくなるためである。なお、電極領域Bは、微細形状形成によって表面積が増加した領域に相当する。   This is because, as the reaction at the electrode proceeds as shown in FIG. 3B, the electrode region far from the aluminum electrode is affected by the discharge inhibiting substance 105 formed in the region of the electrode region A close to the aluminum electrode. This is because B does not function. The electrode region B corresponds to a region where the surface area is increased by forming a fine shape.

本発明のアルミニウム空気固体電池のアルミニウムイオンを伝搬する固体電解質101としては、特許文献1および特許文献2に記載のセラミックス材料に加えて、タングステン酸アルミニウムとタングステン酸マグネシウムを含有する3価金属と2価金属のタングステン酸セラミックス材料、タングステン酸アルミニウムとタングステン酸マグネシウムとタングステン酸ハフニウムあるいはタングステン酸ジルコニウムを含有する3価金属と2価金属と4価金属のタングステン酸セラミックス材料を用いることができる。   In addition to the ceramic materials described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the solid electrolyte 101 that propagates aluminum ions of the aluminum-air solid battery of the present invention includes a trivalent metal containing aluminum tungstate and magnesium tungstate, and 2 A trivalent metal, a bivalent metal, and a tetravalent metal tungstate ceramic material containing a tungstate ceramic material, aluminum tungstate, magnesium tungstate, hafnium tungstate, or zirconium tungstate can be used.

アルミニウム電極102と固体電解質101の界面では、電極を構成しているアルミ原子が電子を放出して3価の正イオンとなり、生成されたアルミニウムイオンは固体電解質101中を輸送され、空気極に到達する。本発明のアルミニウム空気固体電池の負極には、酸化反応によりアルミニウムイオンと電子を生成する物質であればいずれも用いることできる。このような物質として、金属アルミニウム、アルミニウム合金(Li, Mg,Sn、Zn、In、Pb、Mn、Mo、Co、Cu、Fe、Ni、Bi、Ga、Ti、Cr、Ag、Cd、Au、Nb、Pd、Pt、Si)は、高い電池電圧を与えるので特に好ましい。   At the interface between the aluminum electrode 102 and the solid electrolyte 101, the aluminum atoms constituting the electrode emit electrons to become trivalent positive ions, and the generated aluminum ions are transported through the solid electrolyte 101 and reach the air electrode. To do. Any substance that generates aluminum ions and electrons by an oxidation reaction can be used for the negative electrode of the aluminum air solid battery of the present invention. Examples of such materials include metallic aluminum, aluminum alloys (Li, Mg, Sn, Zn, In, Pb, Mn, Mo, Co, Cu, Fe, Ni, Bi, Ga, Ti, Cr, Ag, Cd, Au, Nb, Pd, Pt, Si) are particularly preferred because they give a high battery voltage.

一方、空気極103aおよび103bは、通常マンガン酸化物、カーボン材料、白金触媒、ポリマーを有機溶媒または水溶液中に分散しペースト状にした後、塗布、乾燥して得られる。また、アルミニウム電極で生成された電子を受け取って酸素を還元する物質であれば何れも用いることができる。La(1-x)AxMnO3 (x = 0.95 〜0.05; A = Ca, Sr, Ba)で表されるランタンマンガナイトなどのペロブスカイト型複合酸化物、Mn23、Mn34などのマンガン低級酸化物、あるいは活性炭などの炭素材料は酸素還元能と導電性を兼ね備えており好ましい。 On the other hand, the air electrodes 103a and 103b are usually obtained by dispersing manganese oxide, a carbon material, a platinum catalyst, and a polymer in an organic solvent or an aqueous solution to form a paste, and then applying and drying. In addition, any substance that receives electrons generated by the aluminum electrode and reduces oxygen can be used. Perovskite complex oxides such as lanthanum manganite represented by La (1-x) A x MnO 3 (x = 0.95 to 0.05; A = Ca, Sr, Ba), Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4, etc. Carbon materials such as manganese lower oxide or activated carbon are preferred because they have both oxygen reducing ability and conductivity.

(実施の形態2)
本発明のアルミニウム空気固体電池において、複数の空気極103の間における電気接続を変更する機能を付加することもできる。
(Embodiment 2)
In the aluminum air solid battery of the present invention, a function of changing the electrical connection between the plurality of air electrodes 103 can also be added.

図4に示すアルミニウム空気固体電池は固体電解質101aおよび固体電解質101b、アルミニウム電極102、空気極103aおよび103bとそれぞれの空気極に接続されたスイッチ106aおよび106bからなる構成をとる。なお、スイッチ106について厳密な区別が求められる場合には、スイッチ106aを第1スイッチ106aと言い、スイッチ106bを第2スイッチ106bという場合がある。   The aluminum air solid state battery shown in FIG. 4 has a configuration comprising a solid electrolyte 101a and a solid electrolyte 101b, an aluminum electrode 102, air electrodes 103a and 103b, and switches 106a and 106b connected to the respective air electrodes. Note that when the switch 106 is required to be strictly distinguished, the switch 106a may be referred to as a first switch 106a and the switch 106b may be referred to as a second switch 106b.

スイッチ106aを閉じることで、アルミニウム電極102-固体電解質101a-空気極103aで構成される電池が動作し、スイッチ106bを閉じることで、アルミニウム電極102-固体電解質101a-開口部104-固体電解質101b-空気極103bで回路構成される電池が動作する。   By closing the switch 106a, the battery constituted by the aluminum electrode 102-solid electrolyte 101a-air electrode 103a operates, and by closing the switch 106b, the aluminum electrode 102-solid electrolyte 101a-opening 104-solid electrolyte 101b- A battery having a circuit constituted by the air electrode 103b operates.

これらスイッチ106の切り換えにより、実質的に必要な空気極103の面積を選択することが可能であり、空気極103の面積と電流密度が比例関係にあることから、電流出力の制御可能なアルミニウム空気固体電池が実現可能となる。   By switching these switches 106, it is possible to select a substantially necessary area of the air electrode 103, and since the area of the air electrode 103 and the current density are in a proportional relationship, the aluminum air whose current output can be controlled can be selected. A solid battery can be realized.

このような構成の電池は、電気自動車の発進や加速時などの短時間に高負荷を必要とする場合、一定速度で走行し負荷が小さくて済む場合など、電流出力の変更が必要な用途に有効である。   Batteries with such a configuration can be used for applications that require a change in current output, such as when a high load is required for a short time, such as when an electric vehicle starts or accelerates, or when the load is small at a constant speed. It is valid.

また、個々の電池の電流出力が制御できるので、電気自動車のように電池を直列に接続して高電圧を得る場合でも、スイッチの切り換えで電流出力の制御が可能である。   Further, since the current output of each battery can be controlled, even when batteries are connected in series as in an electric vehicle to obtain a high voltage, the current output can be controlled by switching the switch.

(実施の形態3)
図5は、実施の形態3のアルミニウム空気固体電池の断面構造と電気接続関係の一例を示す。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows an example of a cross-sectional structure and an electrical connection relationship of the aluminum air solid state battery of the third embodiment.

図5のアルミニウム空気固体電池は、図4のアルミニウム空気固体電池をアルミニウム電極102の両面に配置している。   The aluminum air solid battery shown in FIG. 5 has the aluminum air solid battery shown in FIG.

図5に示すようなアルミニウム空気固体電池では、図4と比較して実質的に2倍の空気極面積を有する電池が実現可能であり、図4と比較してほぼ2倍の電池寿命を有しかつ電流出力の制御も図4に示す電池の2倍程度の変化にも対応できる。   The aluminum air solid battery as shown in FIG. 5 can realize a battery having an air electrode area substantially twice that of FIG. 4 and has a battery life almost twice that of FIG. In addition, the current output control can cope with a change about twice that of the battery shown in FIG.

このような構成の電池は、電気自動車のような負荷が大きく変わる場合など、電流出力の変更が必要な用途により好ましい。   A battery having such a configuration is preferable for applications that require a change in current output, such as when the load of an electric vehicle changes greatly.

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.

(実施例1)
図6および図1に示す構造を有するアルミニウム空気固体電池を下記の手順で組み立て、400℃において、電流2mAにおける起電力の変化を10分間隔で測定した。なお、電池の大きさは、約10mm角、高さ約7mmとした。
Example 1
The aluminum air solid state battery having the structure shown in FIGS. 6 and 1 was assembled in the following procedure, and the change in electromotive force at a current of 2 mA was measured at 400 ° C. at intervals of 10 minutes. The size of the battery was about 10 mm square and the height was about 7 mm.

まず始めに、アルミニウムイオンの固体電解質であるAl2(WO43の作成を行った。出発原料として、Al23(関東化学製、純度99.5%)とWO3(高純度化学製、純度4N)をモル比1:3で正確に秤量し、純水を溶媒とした湿式ボールミルにより144hの混合粉砕を行った。一昼夜乾燥して水分を除いたのち、得られた原料紛を1000℃で仮焼成を行い、仮焼成粉を作製した。ライカイキによる粗粉砕を行ったのち、図6(a)に示した突起111を有するブロックを加圧成型により成型し、1100℃で4hの本焼成を行った。なお、本実施例では、0.5mm角で高さ0.5mmの1mm周期の突起111を設けた10mm角で厚さ6mmのブロックを作製した。アルミニウム電極102を作製する面と固体電解質101bと接合する面は研磨を行って、固体電解質101aとした。焼成した際に若干収縮したがひびやわれは発生せず支障はなかった。 First, Al 2 (WO 4 ) 3 , which is a solid electrolyte of aluminum ions, was prepared. As starting materials, Al 2 O 3 (manufactured by Kanto Chemical, purity 99.5%) and WO 3 (manufactured by high purity chemical, purity 4N) are accurately weighed in a molar ratio of 1: 3, and wet using pure water as a solvent. The mixture was pulverized for 144 hours using a ball mill. After drying all day and night to remove moisture, the obtained raw material powder was calcined at 1000 ° C. to produce a calcined powder. After coarsely pulverizing with reiki, a block having the protrusions 111 shown in FIG. 6 (a) was molded by pressure molding and subjected to main firing at 1100 ° C. for 4 hours. In this example, a 10 mm square block having a thickness of 6 mm provided with protrusions 111 having a 1 mm period of 0.5 mm square and a height of 0.5 mm was produced. The surface where the aluminum electrode 102 is manufactured and the surface where the solid electrolyte 101b is bonded are polished to obtain the solid electrolyte 101a. Although it shrunk slightly during firing, no cracks or cracks occurred and there was no problem.

次に、図6(b)に示すように固体電解質101aのブロックの平坦面(下面)にアルミニウム電極102を以下の工程で作製した。具体的には、アルミニウム電極を真空蒸着した後、厚さ0.1mmのアルミニウム板を加圧しながら630℃まで加熱した。   Next, as shown in FIG. 6B, an aluminum electrode 102 was formed on the flat surface (lower surface) of the block of the solid electrolyte 101a by the following steps. Specifically, after aluminum electrodes were vacuum-deposited, an aluminum plate having a thickness of 0.1 mm was heated to 630 ° C. while being pressed.

さらに、固体電解質101aの突起111を設けた面に、空気極103aを以下の工程で作製した。具体的には次の工程を行った。マンガン酸化物、活性炭、導電性カーボンを重量比47:35:12で混合し、適当な有機溶媒を加え白金粉末を加えて混練後、固体電解質の板および突起111を設けたブロックに0.6mmの厚さで塗布した。十分に乾燥した後、表面を研磨し固体電解質101aの突起111を露出させ、図6(b)に示した形状を作製した。   Further, the air electrode 103a was formed on the surface of the solid electrolyte 101a provided with the protrusions 111 by the following steps. Specifically, the following steps were performed. Manganese oxide, activated carbon and conductive carbon are mixed at a weight ratio of 47:35:12, an appropriate organic solvent is added, platinum powder is added and kneaded, and then the solid electrolyte plate and the block provided with the protrusions 111 are 0.6 mm. The thickness was applied. After sufficiently drying, the surface was polished to expose the protrusion 111 of the solid electrolyte 101a, and the shape shown in FIG. 6B was produced.

次に、上記と同様の方法で、固体電解質であるAl2(WO43の10mm角で厚さ1mmの板を作製し、両面を研磨して固体電解質101bとした。これを、図6(b)に示した空気極103a作製後の固体電解質101a上に密着させて図6(c)に示す構造を作製した。 Next, in the same manner as described above, a 10 mm square plate having a thickness of 1 mm made of Al 2 (WO 4 ) 3 , which is a solid electrolyte, was prepared, and both surfaces were polished to obtain a solid electrolyte 101b. This was adhered to the solid electrolyte 101a after the production of the air electrode 103a shown in FIG. 6 (b) to produce the structure shown in FIG. 6 (c).

次に、空気極101aと同様のペーストを用いて、空気極103bを固体電解質101b上に厚さ0.5mmで形成して、図6(d)に示した複数空気極を有するアルミニウム空気固体電池とした。   Next, using the same paste as the air electrode 101a, the air electrode 103b is formed on the solid electrolyte 101b with a thickness of 0.5 mm, and the aluminum air solid battery having a plurality of air electrodes shown in FIG. It was.

最後に、作製したアルミニウム空気固体電池の空気極103aに、それぞれ側面から0.3mmの通気穴を空け良好な空気の拡散を確保した。   Finally, a 0.3 mm vent hole was formed in each air electrode 103a of the produced aluminum air solid battery from the side surface to ensure good air diffusion.

以上の工程で作製された電池の400℃での起電力、ならびに放電中における電池電圧の時間変化の結果を表1に示す。測定は電流2mAにおける起電力の変化を10分間隔で測定した。なお、起電力は図1に示すように、空気極103aおよび103bを同電位に設定して測定を行った。   Table 1 shows the electromotive force at 400 ° C. of the battery produced through the above steps and the results of the change in battery voltage over time during discharge. In the measurement, a change in electromotive force at a current of 2 mA was measured at intervals of 10 minutes. The electromotive force was measured with the air electrodes 103a and 103b set to the same potential as shown in FIG.

(比較例1)
比較例1として、図2(a)に示した構成の空気極が単数しかないアルミニウム空気固体電池を作製した。実施例1と同じ材料、同じ方法で、アルミニウム電極102、固体電解質101、空気極103を作成した。なお、固体電解質101は、焼成後高さ7mmになるよう成型し、焼成後、実施例1の固体電解質101aおよび固体電解質101bと同じ高さになるよう研磨して用いた。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, an aluminum air solid battery having only one air electrode having the configuration shown in FIG. An aluminum electrode 102, a solid electrolyte 101, and an air electrode 103 were prepared using the same material and the same method as in Example 1. The solid electrolyte 101 was molded so as to have a height of 7 mm after firing, and after firing, it was polished and used so as to have the same height as the solid electrolyte 101a and the solid electrolyte 101b of Example 1.

(比較例2)
比較例2として、比較例1同様に単数空気極であるが、空気極103bの表面に図3に示すような微細形状を作製した構成のアルミニウム空気固体電池を作製した。実施例1と同じ材料、同じ方法で、アルミニウム電極102、固体電解質101、空気極103を作成した。なお、固体電解質101は、高さ7mmになるよう焼成した後、表面にサンドブラストを用いて微細形状を作製した。空気極103bの実効的な表面積は平坦である場合の2倍程度であった。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, an aluminum air solid battery having a single air electrode as in Comparative Example 1 but having a fine shape as shown in FIG. 3 on the surface of the air electrode 103b was produced. An aluminum electrode 102, a solid electrolyte 101, and an air electrode 103 were prepared using the same material and the same method as in Example 1. The solid electrolyte 101 was fired to a height of 7 mm, and then a fine shape was produced on the surface using sandblast. The effective surface area of the air electrode 103b was about twice that of the flat case.

Figure 2006190522
表1に示すように、いずれの場合にも、放電開始直後は熱力学データから予想される1.6Vの起電力値が得られているが、比較例1および2の場合には、起電力が著しく低下することが分かった。なお、電流値が同じであるので、単位時間当たりに空気極界面に生成される放電阻害物質の総量がすべて場合において等しいと考えられることから、本実施例のアルミニウム空気固体電池は空気極面積を大きくすることで、起電力の低下を抑制できることがわかった。
Figure 2006190522
As shown in Table 1, in any case, an electromotive force value of 1.6 V expected from thermodynamic data is obtained immediately after the start of discharge, but in the case of Comparative Examples 1 and 2, the electromotive force value is obtained. Was found to be significantly reduced. Since the current value is the same, the total amount of discharge inhibiting substances generated at the air electrode interface per unit time is considered to be equal in all cases, so the aluminum air solid battery of this example has an air electrode area. It was found that the increase in electromotive force can be suppressed by increasing the size.

一方、比較例2の場合には、表面積は比較例1の約2倍であるが、起電力の低下は、比較例1の場合とほとんど同程度か少し悪くなっている。これは、先に説明したように、微細形状中に放電阻害物質が形成し、微細形状による表面積増加の効果が無くなったことによると考えられる。この結果から、単に微細形状を形成して空気極の面積を増加させるよりも、複数の空気極を設けて空気極の表面積を増加させる方が起電力の低下に対して著しい効果が有ることがわかった。   On the other hand, in the case of Comparative Example 2, the surface area is about twice that of Comparative Example 1, but the decrease in electromotive force is almost the same as or slightly worse than that of Comparative Example 1. As described above, this is probably because the discharge inhibiting substance is formed in the fine shape and the effect of increasing the surface area due to the fine shape is lost. From this result, rather than simply forming a fine shape and increasing the area of the air electrode, providing a plurality of air electrodes and increasing the surface area of the air electrode may have a significant effect on reducing the electromotive force. all right.

以上、本発明に従う電池は、高温において安定な起電力を与えるとともに、放電に際しても電圧低下の小さいすぐれた電池特性を与えていることが分かった。   As described above, it has been found that the battery according to the present invention provides a stable electromotive force at a high temperature and excellent battery characteristics with a small voltage drop during discharge.

(実施例2)
本実施例は、空気極からの電極引出方法を図4に示すように変更し、実施例1と同じ材料、同じ方法で電池を5個作製した。
(Example 2)
In this example, the electrode extraction method from the air electrode was changed as shown in FIG. 4, and five batteries were produced using the same material and the same method as in Example 1.

この構成で作製された電池の400℃での起電力ならびに放電中の電池電圧の時間変化、および、電極接続を変化させた場合の結果を表2に示す。測定は、実施例1と同様に電流2mAにおける起電力の変化を10分間隔で測定した。   Table 2 shows the results of changes in the electromotive force at 400 ° C. of the battery fabricated in this configuration, the battery voltage during discharge, and the electrode connection. In the same manner as in Example 1, the change in electromotive force at a current of 2 mA was measured at 10 minute intervals.

Figure 2006190522
表2に示すように、空気極からの電極引き出し方法によらず、すべての空気極において、熱力学データから予想される1.6Vの起電力を得ることができた。また、空気極103aと空気極103bを単独で用いた場合を比較すると、電解質中に設けた空気極103aを使用した場合の方が、電圧の経時変化が小さかった。これは空気極103aの方が大きい電極面積を有するためと考えられる。また、空気極103aと103bを同時に使用した場合は、空気極をそれぞれ単独で使用した場合よりも、さらに電極面積が大きく、電圧の経時変化が小さくなった。
Figure 2006190522
As shown in Table 2, an electromotive force of 1.6 V expected from thermodynamic data could be obtained in all the air electrodes regardless of the method of extracting the electrodes from the air electrode. Further, when the case where the air electrode 103a and the air electrode 103b are used alone is compared, the voltage change with time is smaller when the air electrode 103a provided in the electrolyte is used. This is considered because the air electrode 103a has a larger electrode area. Further, when the air electrodes 103a and 103b were used at the same time, the electrode area was larger and the voltage change with time was smaller than when the air electrodes were each used alone.

この結果、スイッチの切り替えにより実質的に使用する空気極の面積を容易に制御することが可能であり、空気極の電極面積を大きくすることで、起電力の低下を抑制できることがわかった。   As a result, it has been found that the area of the air electrode to be used can be easily controlled by switching the switch, and the decrease in electromotive force can be suppressed by increasing the electrode area of the air electrode.

作製したアルミニウム空気固体電池のうち4個目の電池は、空気極の接続方法を変化させて起電力を測定した。まず、空気極103bの構成で60分使用し起電力が低下してきたのを確認して、スイッチ106aおよびスイッチ106bを切り換え、引き続き空気極103aの構成で90分起電力を測定した。このスイッチの切り換えにより、150分間、起電力1.1V以上を維持することができた。   Among the produced aluminum air solid batteries, the fourth battery measured the electromotive force by changing the connection method of the air electrode. First, it was confirmed that the electromotive force had been lowered after 60 minutes of use with the configuration of the air electrode 103b, the switch 106a and the switch 106b were switched, and the electromotive force was measured for 90 minutes with the configuration of the air electrode 103a. By switching this switch, the electromotive force of 1.1 V or more could be maintained for 150 minutes.

作製したアルミニウム空気固体電池のうち5個目の電池は、電流を2倍の4mAとして起電力の変化を10分間隔で測定した。空気極は103a、103bの両方を同電位に接続した。この測定の結果、60分後、起電力1.22V、90分後0.96Vが得られた。これは、表2と比較して放電阻害物質が約2倍生成するためと考えられるが、電流出力を2倍にしても放電阻害物質の影響は予想の範囲であって、出力密度の変化に対応可能な電池であることがわかった。   Of the produced aluminum air solid state batteries, the fifth battery measured the change in electromotive force at an interval of 10 minutes with the current being doubled to 4 mA. The air electrode connected both 103a and 103b to the same potential. As a result of this measurement, an electromotive force of 1.22 V was obtained after 60 minutes, and 0.96 V was obtained after 90 minutes. This is thought to be due to the fact that the discharge inhibiting substance is generated approximately twice as compared with Table 2. However, even if the current output is doubled, the influence of the discharge inhibiting substance is within the expected range, and the output density changes. The battery was found to be compatible.

以上、本発明に従う電池は、高温において安定な起電力を与えるとともに、放電に際しても電圧低下の小さいすぐれた電池特性を実現することができる。   As described above, the battery according to the present invention can provide a stable electromotive force at a high temperature, and can realize excellent battery characteristics with a small voltage drop during discharge.

本発明にかかるアルミニウム空気固体電池は、小型で高出力を要求される電気自動車などに広く用いることができる。また、液漏れしないなどの安全性やメンテナンス上の利点もある。   The aluminum-air solid battery according to the present invention can be widely used in electric vehicles that are small and require high output. There are also safety and maintenance advantages such as no leakage.

以下、本発明をまとめる。   The present invention will be summarized below.

1 (図1) アルミニウムを含む負極(102)と、空気極(103)と、前記負極(102)と前記空気極(103)との間に挟まれた固体電解質(111)を有するアルミニウム空気固体電池であって、
前記空気極(103)は、第1空気極(103a)および第2空気極(103b)とを備え、
前記固体電解質(111)は、第1固体電解質(101a)および第2固体電解質(101b)とを備え、
前記第1固体電解質(101a)は前記第2固体電解質(101b)に向けて突出している突起(111)を有しており、
前記負極(102)と第1空気極(103a)との間には第1固体電解質(101b)が挟まれており、
前記第1空気極(103a)と前記第2空気極(103b)との間には第2固体電解質(101b)が挟まれており、
前記第1固体電解質(101a)および第2固体電解質(101b)との間には、前記突起(111)および前記第1空気極(103a)が挟まれているアルミニウム空気固体電池。
1 (FIG. 1) An aluminum air solid having a negative electrode (102) containing aluminum, an air electrode (103), and a solid electrolyte (111) sandwiched between the negative electrode (102) and the air electrode (103) A battery,
The air electrode (103) includes a first air electrode (103a) and a second air electrode (103b),
The solid electrolyte (111) includes a first solid electrolyte (101a) and a second solid electrolyte (101b),
The first solid electrolyte (101a) has a protrusion (111) protruding toward the second solid electrolyte (101b);
A first solid electrolyte (101b) is sandwiched between the negative electrode (102) and the first air electrode (103a),
A second solid electrolyte (101b) is sandwiched between the first air electrode (103a) and the second air electrode (103b),
An aluminum air solid battery in which the protrusion (111) and the first air electrode (103a) are sandwiched between the first solid electrolyte (101a) and the second solid electrolyte (101b).

2 複数個の突起(111)を有する、前記項1に記載のアルミニウム空気固体電池。   2. The aluminum-air solid battery according to item 1, having a plurality of protrusions (111).

3 アルミニウムイオンが前記第1固体電解質(101a)、前記第2固体電解質(101b)、および前記突起(111)を移動する、前記項1に記載のアルミニウム空気固体電池。   [3] The aluminum-air solid battery according to [1], wherein aluminum ions move through the first solid electrolyte (101a), the second solid electrolyte (101b), and the protrusion (111).

4 前記アルミニウムイオンが負極から生成する、前記項3に記載のアルミニウム空気固体電池。   4. The aluminum-air solid battery according to item 3, wherein the aluminum ions are generated from a negative electrode.

5 前記第1空気極(103a)がマトリクス形状を有しており、前記複数の突起(111)は前記マトリクス状の前記第1空気極(103a)の間にそれぞれ挟まれている、前記項2に記載のアルミニウム空気固体電池。   5 The first air electrode (103a) has a matrix shape, and the plurality of protrusions (111) are respectively sandwiched between the matrix-shaped first air electrodes (103a). The aluminum air solid state battery described in 1.

6 アルミニウムイオンが前記第1固体電解質(101a)、前記第2固体電解質(101b)、および前記突起(111)が、いずれも同じ材料の電解質からなる、前記項1に記載のアルミニウム空気固体電池。   [6] The aluminum-air solid battery according to [1], wherein the aluminum ions are made of an electrolyte made of the same material as each of the first solid electrolyte (101a), the second solid electrolyte (101b), and the protrusion (111).

7 (図4) 前記第1空気極(103a)が第1スイッチ(106a)を有しており、前記第2空気極(103b)が第2スイッチ(106b)を有している、前記項1に記載のアルミニウム空気固体電池。   7 (FIG. 4) The first air electrode (103a) has a first switch (106a), and the second air electrode (103b) has a second switch (106b). The aluminum air solid state battery described in 1.

8 (図5)前記空気極(103)および前記固体電解質(111)をそれぞれ2つ有し、
一方の空気極(103)および他方の空気極(103)の間に前記負極(102)が挟まれており、
一方の固体電解質(111)および他方の固体電解質に前記負極(102)が挟まれている、前記項1に記載のアルミニウム空気固体電池。
8 (FIG. 5) having two each of the air electrode (103) and the solid electrolyte (111),
The negative electrode (102) is sandwiched between one air electrode (103) and the other air electrode (103),
The aluminum-air solid battery according to Item 1, wherein the negative electrode (102) is sandwiched between one solid electrolyte (111) and the other solid electrolyte.

8 (図6)
アルミニウムを含む負極(102)と、空気極(103)と、前記負極(102)と前記空気極(103)との間に挟まれた固体電解質(111)を有するアルミニウム空気固体電池の製造方法であって、
アルミニウム空気固体電池は、
前記空気極(103)は、第1空気極(103a)および第2空気極(103b)とを備え、
前記固体電解質(111)は、第1固体電解質(101a)および第2固体電解質(101b)とを備え、
前記第1固体電解質(101a)は前記第2固体電解質(101b)に向けて突出している突起(111)を有しており、
ここで、前記負極(102)と第1空気極(103a)との間には第1固体電解質(101b)が挟まれており、
前記第1空気極(103a)と前記第2空気極(103b)との間には第2固体電解質(101b)が挟まれており、
前記第1固体電解質(101a)および第2固体電解質(101b)との間には、前記突起(111)および前記第1空気極(103a)が挟まれており、
前記製造方法は、
前記第1固体電解質(101a)の表面(上面)に突起(111)および凹部(112)を設ける工程a、
凹部(112)に前記第1空気極(103a)を埋めると共に、前記第1固体電解質(101a)の裏面(下面)にアルミニウムを含む負極(102)を形成する工程b、
前記第1空気極(103a)および突起(111)が露出している前記第1固体電解質(101a)の表面(上面)に、第2固体電解質(101b)を形成する工程c、および
前記第2固体電解質(101b)の表面(上面)に第2空気極(103b)を形成する工程d
を有している、アルミニウム空気固体電池の製造方法。
8 (Fig. 6)
A method for producing an aluminum-air solid battery having a negative electrode (102) containing aluminum, an air electrode (103), and a solid electrolyte (111) sandwiched between the negative electrode (102) and the air electrode (103). There,
Aluminum air solid battery
The air electrode (103) includes a first air electrode (103a) and a second air electrode (103b),
The solid electrolyte (111) includes a first solid electrolyte (101a) and a second solid electrolyte (101b),
The first solid electrolyte (101a) has a protrusion (111) protruding toward the second solid electrolyte (101b);
Here, the first solid electrolyte (101b) is sandwiched between the negative electrode (102) and the first air electrode (103a),
A second solid electrolyte (101b) is sandwiched between the first air electrode (103a) and the second air electrode (103b),
The protrusion (111) and the first air electrode (103a) are sandwiched between the first solid electrolyte (101a) and the second solid electrolyte (101b),
The manufacturing method includes:
Providing a protrusion (111) and a recess (112) on the surface (upper surface) of the first solid electrolyte (101a);
B. Filling the recess (112) with the first air electrode (103a) and forming a negative electrode (102) containing aluminum on the back surface (lower surface) of the first solid electrolyte (101a);
Forming a second solid electrolyte (101b) on the surface (upper surface) of the first solid electrolyte (101a) from which the first air electrode (103a) and the protrusion (111) are exposed; and Step d of forming the second air electrode (103b) on the surface (upper surface) of the solid electrolyte (101b)
A method for producing an aluminum air solid state battery.

本発明におけるアルミニウム空気固体電池の断面構造の模式図および電気接続関係の示した回路図Schematic diagram of a cross-sectional structure of an aluminum air solid battery and a circuit diagram showing an electrical connection relationship in the present invention アルミニウム固体電池の動作原理図と本発明のアルミニウム空気固体電池の電極構成断面図Operational principle diagram of aluminum solid state battery and electrode configuration sectional view of aluminum air solid state battery of the present invention 微細形状を有する空気電極の動作原理図Working principle diagram of air electrode with fine shape 本発明の実施例2におけるアルミニウム空気固体電池の断面構造の模式図および電気接続関係の示した回路図Schematic diagram of the cross-sectional structure of the aluminum air solid state battery in Example 2 of the present invention and a circuit diagram showing the electrical connection relationship 本発明のアルミニウム空気固体電池の断面構造および電気接続関係の一例を示した模式図Schematic diagram showing an example of the cross-sectional structure and electrical connection relationship of the aluminum air solid state battery of the present invention 本発明におけるアルミニウム空気固体電池の作製方法の模式図Schematic diagram of a method for producing an aluminum air solid battery in the present invention

符号の説明Explanation of symbols

101 固体電解質
102 アルミニウム電極
103 空気極
104 開口部
105 放電阻害物質
106 スイッチ
111 突起
112 凹部
101 Solid Electrolyte 102 Aluminum Electrode 103 Air Electrode 104 Opening 105 Discharge Inhibiting Substance 106 Switch 111 Protrusion 112 Recess

Claims (3)

負極と複数の正極間が固体電解質を介して接続され、負極がアルミニウムあるいはアルミニウム合金で構成され、正極が複数の空気極で構成され、かつ、負極と複数の正極と固体電解質が少なくとも一部分において積層構造となっていることを特徴とするアルミニウム空気固体電池。 The negative electrode and the plurality of positive electrodes are connected via a solid electrolyte, the negative electrode is made of aluminum or an aluminum alloy, the positive electrode is made of a plurality of air electrodes, and the negative electrode, the plurality of positive electrodes, and the solid electrolyte are laminated at least partially. An aluminum air solid state battery characterized by having a structure. 負極と正極間が固体電解質を介して接続され、負極がアルミニウムあるいはアルミニウム合金で構成され、正極となる空気極が少なくとも1つ以上固体電解質中に存在していることを特徴とするアルミニウム空気固体電池。 An aluminum air solid battery characterized in that a negative electrode and a positive electrode are connected via a solid electrolyte, the negative electrode is made of aluminum or an aluminum alloy, and at least one air electrode serving as the positive electrode is present in the solid electrolyte. . 上記複数の空気極間の電気接続を変更できることを特徴とする特許請求項1および2に記載のアルミニウム空気固体電池。

3. The aluminum air solid battery according to claim 1, wherein the electrical connection between the plurality of air electrodes can be changed.

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