JP2010086924A - Magnesium air secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,マグネシウム空気二次電池に関する。 The present invention relates to a magnesium air secondary battery.
近年、携帯電話や電子メール端末などの携帯型情報機器の市場が急速に拡大しつつある。また、環境問題やエネルギー危機の観点からハイブリッド車や電気自動車への期待が高まっている。こうした背景を踏まえ、高エネルギーの蓄電デバイスが求められている。こうした蓄電デバイスとして、金属空気電池を挙げることができる。金属空気電池は、金属イオンを放出可能な負極と大気中の酸素を利用可能な正極とを備えるものであり、外部から酸素が供給されるため高容量の蓄電デバイスとなる。こうした金属空気電池としては、負極にリチウムを使用したリチウム空気二次電池がよく知られている(例えば特許文献1参照)。 In recent years, the market for portable information devices such as mobile phones and e-mail terminals is rapidly expanding. In addition, expectations for hybrid vehicles and electric vehicles are increasing from the viewpoint of environmental problems and the energy crisis. In light of this background, there is a need for high-energy storage devices. An example of such an electricity storage device is a metal-air battery. A metal-air battery includes a negative electrode capable of releasing metal ions and a positive electrode capable of using oxygen in the atmosphere. Since oxygen is supplied from the outside, the metal-air battery becomes a high-capacity electricity storage device. As such a metal-air battery, a lithium-air secondary battery using lithium as a negative electrode is well known (for example, see Patent Document 1).
ところで、リチウムは、地表に存在する元素比を反映するクラーク数が0.006であり、大量にリチウムが消費される状況になるとコストの急騰などを招く恐れがある。一方、マグネシウムの標準電極電位は−2.375Vと低く、軽量である上、リチウムに比べて安価で取り扱いが容易であり、かつ資源的にも豊富である(クラーク数1.93)。こうした利点により、マグネシウムは電池の負極として優れた材料といえる。例えば、前出の特許文献1には、リチウム空気二次電池に関する具体的な実施例が示されると共に、負極活物質としてマグネシウムイオンを吸蔵・放出できる材料を使用したマグネシウム空気二次電池の可能性が示唆されている。
しかしながら、特許文献1にはマグネシウム空気二次電池の可能性が示唆されているに過ぎず、マグネシウム空気二次電池に関する具体的な実施例は何も記載されていない。実際、金属マグネシウムを負極活物質とする負極と酸素を正極活物質とする正極とを備えた電池を作製したところ、放電はできるものの充電ができないため二次電池ではなく一次電池としてしか機能しなかった。二次電池として機能するには、充電時に正極において酸化マグネシウムがマグネシウムイオンと酸素に分解される必要があるが、この酸化マグネシウムの分解が容易に起こらないため二次電池として機能しなかったと考えられる。 However, Patent Document 1 merely suggests the possibility of a magnesium-air secondary battery, and does not describe any specific examples regarding the magnesium-air secondary battery. In fact, when a battery having a negative electrode using metallic magnesium as a negative electrode active material and a positive electrode using oxygen as a positive electrode active material was produced, it could only be discharged but could not be charged, so it could only function as a primary battery, not a secondary battery. It was. In order to function as a secondary battery, magnesium oxide must be decomposed into magnesium ions and oxygen at the positive electrode during charging, but it is considered that the magnesium oxide did not function because it did not easily decompose. .
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、充放電可能なマグネシウム空気二次電池を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to provide a chargeable / dischargeable magnesium-air secondary battery.
上述した目的を達成するために、本発明者らは、金属マグネシウムからなる負極と、安定なラジカル骨格であるニトロキシルラジカルを有する化合物を含み酸素を正極活物質とする正極とを、非水系電解液中に離間して配置した電池を作製したところ、放電のみならず充電も可能であることを見いだし、本発明を完成するに至った。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors made a non-aqueous electrolysis of a negative electrode made of magnesium metal and a positive electrode containing a compound having a nitroxyl radical that is a stable radical skeleton and oxygen as a positive electrode active material. When a battery arranged separately in the liquid was produced, it was found that charging as well as discharging was possible, and the present invention was completed.
すなわち、本発明のマグネシウム空気二次電池は、マグネシウムイオンを吸蔵・放出可能な負極と、安定なラジカル骨格を有する化合物を含み酸素を正極活物質とする正極と、前記負極と前記正極との間に介在する非水系のマグネシウムイオン伝導体と、を備えたものである。 That is, the magnesium-air secondary battery of the present invention includes a negative electrode capable of inserting and extracting magnesium ions, a positive electrode containing a compound having a stable radical skeleton and oxygen as a positive electrode active material, and between the negative electrode and the positive electrode. And a non-aqueous magnesium ion conductor interposed between the two.
本発明のマグネシウム空気二次電池によれば、放電のみならず充電することも可能である。このように充電が可能となったのは、正極に含まれる安定なラジカル骨格を有する化合物がレドックス反応(図1)を起こし、これが正極において充電時に酸化マグネシウムがマグネシウムイオンと酸素と電子とに分解するのを促進したものと推察される。正極及び負極における充電時の反応を下記式に示す。なお、レドックス反応は、Mg基準で、3.0〜3.2Vで起こると予想される。
[正極]2MgO → 2Mg2++O2+4e-
[負極]Mg2++2e- → Mg
According to the magnesium air secondary battery of the present invention, not only discharging but also charging can be performed. Charging is possible in this way because a compound having a stable radical skeleton contained in the positive electrode causes a redox reaction (FIG. 1), which decomposes magnesium oxide into magnesium ions, oxygen and electrons during charging in the positive electrode. It is presumed that this was promoted. The reaction during charging in the positive electrode and the negative electrode is shown in the following formula. The redox reaction is expected to occur at 3.0 to 3.2 V on the Mg basis.
[Positive electrode] 2MgO → 2Mg 2+ + O 2 + 4e −
[Negative] Mg 2+ + 2e - → Mg
本発明のマグネシウム空気二次電池は、マグネシウムイオンを吸蔵・放出可能な負極と、安定なラジカル骨格を有する化合物を含み酸素を正極活物質とする正極と、前記負極と前記正極との間に介在する非水系のマグネシウムイオン伝導体と、を備えたものである。 The magnesium-air secondary battery of the present invention includes a negative electrode capable of inserting and extracting magnesium ions, a positive electrode containing a compound having a stable radical skeleton and oxygen as a positive electrode active material, and interposed between the negative electrode and the positive electrode A non-aqueous magnesium ion conductor.
本発明のマグネシウム空気二次電池において、負極は、マグネシウムイオンを吸蔵放出可能なものである。このような負極としては、金属マグネシウムのほかに、マグネシウムアルミニウム、マグネシウムシリコン、マグネシウムガリウムなどのマグネシウム合金などを用いることもできるし、黒鉛やコークス、球状炭素などを用いることもできる。 In the magnesium-air secondary battery of the present invention, the negative electrode is capable of occluding and releasing magnesium ions. As such a negative electrode, in addition to metallic magnesium, magnesium alloys such as magnesium aluminum, magnesium silicon, and magnesium gallium can be used, and graphite, coke, spherical carbon, and the like can also be used.
本発明のマグネシウム空気二次電池において、正極は、酸素を正極活物質とするものである。酸素は、空気中の酸素であることが好ましい。また、正極は、安定なラジカル骨格を有する化合物を含むものである。安定なラジカル骨格を有する化合物は、酸素の酸化還元触媒として機能する。ここで、安定なラジカル骨格とは、ラジカルとして存在している時間の長いものをいい、例えば電子スピン共鳴分析で測定されたスピン密度が1019spins/g以上、好ましくは1021spins/g以上としてもよい。こうした安定なラジカル骨格としては、例えば、ニトロキシルラジカルを有する骨格、オキシラジカルを有する骨格、窒素ラジカルを有する骨格、硫黄ラジカルを有する骨格、炭素ラジカルを有する骨格及びホウ素ラジカルを有する骨格からなる群より選ばれたものが好ましい。具体的には、式(1)〜(9)に示すようなニトロキシルラジカルを有する骨格、式(10)に示すようなフェノキシラジカル(オキシラジカル)を有する骨格、式(11)〜(13)に示すようなヒドラジルラジカル(窒素ラジカル)を有する骨格、式(14),(15)に示すような炭素ラジカルを有する骨格などが挙げられる。このうち、特にニトロキシルラジカルを有する骨格が好ましく、例えば、2,2,6,6−テトラアルキル−1−オキシルピペリジニル骨格(式(1)参照)、2,2,5,5−テトラアルキル−1−オキシルピロリニル骨格(式(2)参照)及び2,2,5,5−テトラアルキル−1−オキシルピロリジニル骨格(式(3)参照)からなる群より選ばれたものが好ましい。また、安定なラジカル骨格を有する化合物の使用量は、正極の総重量に対して0.1〜60重量%とするのが好ましく、10〜55重量%とするのがより好ましい。0.1重量%未満では酸化マグネシウムの還元を十分促進しないおそれがあり、60重量%を超えると集電が十分にできなくなるおそれがある。
安定なラジカル骨格を有する化合物は、ポリマーが安定なラジカル骨格に連結した構造を有する化合物であってもよいし、多環式芳香環が安定なラジカル骨格に連結した構造を有する化合物であってもよい。前者の場合には、正極から流出しにくいため長期にわたって酸素の酸化還元触媒機能を発揮することができ、後者の場合には、正極中で個々に分散して存在しやすいため酸素の酸化還元触媒機能を十分発揮することができる。ポリマーとしては、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどが挙げられる。多環式芳香環としては、例えばナフタレンやフェナレン、トリフェニレン、アントラセン、ペリレン、フェナントレン、ピレンなどが挙げられる。ポリマーや多環式芳香環は、ラジカル骨格に直接連結していてもよいし、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、カルバミド結合、エーテル結合及びスルフィド結合からなる群より選ばれたものをスペーサとし該スペーサを介してラジカル骨格に連結していてもよい。式(16)はポリマー(ポリプロピレン)がスペーサ(エステル結合)を介して安定なラジカル骨格に連結した構造を有する化合物の一例であり、式(17)は多環式芳香環(ピレン)がスペーサ(アミド結合)を介して安定なラジカル骨格に連結した構造を有する化合物の一例である。
本発明のマグネシウム空気二次電池において、正極は、安定なラジカル骨格を有する化合物のほかに、導電助剤やバインダを所定量混合した後、プレス成形して形成してもよい。具体的には、導電助剤100重量部に対し、バインダ3〜10重量部であればよい。また、混合方法としては、N−メチルピロリドンの溶媒下でカーボン粉末、バインダと共に湿式混合してもよいし、乳鉢やボールミルなどを使って乾式混合してもよい。ここで、導電助剤としては、ケッチェンブラックなどの公知のカーボン粉末を用いることができる。また、バインダとしては、ポリフッ化ビリニデンやポリテトラエチレンフルオライド、ポリアクリロニトリルなどを用いることができる。プレス成型する際には、電気を集電することのできる基板上にプレス成形してもよい。こうした基板としては、ステンレス鋼(例えばSUS)や白金、ニッケル、アルミニウムなどの金属板やメッシュ板を用いることができる。また、InSnO2、SnO2、ZnO、In2O3などの透明導電材を用いることもできる。更に、フッ素ドープ酸化錫(SnO2:F)、アンチモンドープ酸化錫(SnO2:Sb)、錫ドープ酸化インジウム(In2O3:Sn)、ZnO、Alドープ酸化亜鉛(ZnO:Al)、Gaドープ酸化亜鉛(ZnO:Ga)などの不純物がドープされた材料の単層体又は積層体を、ガラスや高分子上に形成させたものを用いることもできる。その膜厚は、特に限定されるものではないが、3nmから10μm程度が挙げられる。なお、ガラスや高分子の表面がフラットなものでもよいし、表面に凹凸を有しているものでもよい。 In the magnesium-air secondary battery of the present invention, the positive electrode may be formed by mixing a predetermined amount of a conductive additive and a binder in addition to a compound having a stable radical skeleton, and then press-molding the positive electrode. Specifically, the binder may be 3 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive additive. As a mixing method, wet mixing may be performed together with carbon powder and a binder in a solvent of N-methylpyrrolidone, or dry mixing may be performed using a mortar or a ball mill. Here, a known carbon powder such as ketjen black can be used as the conductive assistant. As the binder, poly (vinylidene fluoride), polytetraethylene fluoride, polyacrylonitrile, or the like can be used. In press molding, press molding may be performed on a substrate that can collect electricity. As such a substrate, a metal plate such as stainless steel (for example, SUS), platinum, nickel, aluminum, or a mesh plate can be used. A transparent conductive material such as InSnO 2 , SnO 2 , ZnO, or In 2 O 3 can also be used. Further, fluorine-doped tin oxide (SnO 2 : F), antimony-doped tin oxide (SnO 2 : Sb), tin-doped indium oxide (In 2 O 3 : Sn), ZnO, Al-doped zinc oxide (ZnO: Al), Ga It is also possible to use a single layer or stacked body of a material doped with impurities such as doped zinc oxide (ZnO: Ga) formed on glass or a polymer. The film thickness is not particularly limited, but may be about 3 nm to 10 μm. The glass or polymer surface may be flat or may have irregularities on the surface.
本発明のマグネシウム空気二次電池において、非水系のマグネシウムイオン伝導体としては、支持塩を含む非水系電解液を用いることができる。支持塩としては、マグネシウムパークロレート(Mg(ClO4)2)、マグネシウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(Mg[N(CF3SO2)2])、マグネシウムトリフルオロメタンスルホネート(Mg(CF3SO3)2)、マグネシウムフルオロブタンスルホネート(Mg(C4F9SO3)2)、有機アルミン酸マグネシウムなどの公知の支持塩を用いることができる。非水系電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ガンマブチルラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジメトキシエタンなど従来の二次電池やキャパシタに使われる環状エステル、鎖状エステル、鎖状エーテル又はそれらの混合溶媒を用いることができる。支持塩の濃度としては、0.1〜2.0Mであればよく、0.3〜0.6Mであれば好ましい。また、マグネシウムイオン伝導体としては、そのほかにイオン性液体やゲル電解質、固体電解質などを用いてもよい。イオン性液体としては、トリメチルプロピルアンモニウム・ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロスルホニル)イミド、1−エチル−3−ブチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートなどを用いることができる。ゲル電解質としては、公知のゲル電解質を用いることができ、例えば、ポリフッ化ビリニデンやポリエチレングリコール、ポリアクリロニトリルなどの高分子化合物やアミノ酸誘導体、ソルビトール誘導体などの糖類に、支持塩を含む電解液を含ませてなるゲル電解質などが挙げられる。 In the magnesium-air secondary battery of the present invention, a non-aqueous electrolyte containing a supporting salt can be used as the non-aqueous magnesium ion conductor. Examples of the supporting salt include magnesium perchlorate (Mg (ClO 4 ) 2 ), magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (Mg [N (CF 3 SO 2 ) 2 ]), magnesium trifluoromethanesulfonate (Mg (CF 3 SO 3 ) 2 ), known support salts such as magnesium fluorobutanesulfonate (Mg (C 4 F 9 SO 3 ) 2 ) and organic magnesium aluminate can be used. Examples of non-aqueous electrolytes include ethylene carbonate, propylene carbonate, gamma butyl lactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, dimethoxyethane, and other cyclic esters, chain esters, chain ethers or mixtures thereof used in conventional secondary batteries and capacitors. A solvent can be used. The concentration of the supporting salt may be 0.1 to 2.0M, preferably 0.3 to 0.6M. In addition, as the magnesium ion conductor, an ionic liquid, a gel electrolyte, a solid electrolyte, or the like may be used. Examples of ionic liquids include trimethylpropylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, 1-methyl-3-propylimidazolium bis (trifluorosulfonyl) imide, and 1-ethyl-3-butylimidazolium tetrafluoroborate. Can be used. As the gel electrolyte, a known gel electrolyte can be used. For example, a polymer compound such as poly (vinylidene fluoride), polyethylene glycol, and polyacrylonitrile, saccharides such as amino acid derivatives and sorbitol derivatives, and an electrolyte solution containing a supporting salt. And gel electrolytes.
本発明のマグネシウム空気二次電池は、負極と正極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、マグネシウム空気二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。 The magnesium air secondary battery of the present invention may include a separator between the negative electrode and the positive electrode. The separator is not particularly limited as long as it has a composition that can withstand the range of use of the magnesium-air secondary battery. For example, a polymer nonwoven fabric such as a polypropylene nonwoven fabric or a polyphenylene sulfide nonwoven fabric, or a fine olefin resin such as polyethylene or polypropylene. A porous film is mentioned. These may be used alone or in combination.
本発明のマグネシウム空気二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。 The shape of the magnesium-air secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Moreover, you may apply to the large sized thing etc. which are used for an electric vehicle etc.
[実施例1]
酸素の酸化還元触媒として、前出の式(16)に示すラジカルポリマーを用いた。このラジカルポリマーは、Chem. Phys. Lett. Vol.359, p351(2002)に従い、2、2’−アゾビスイソブチロニトリルを開始剤として、2,2,6,6−テトラメチルピペリジンメタクリレートモノマーの重合を行い、続いて、3−クロロパーベンゾイックアシッドで酸化することにより得られた。このラジカルポリマーは数平均分子量9.2万、重量平均分子量22.9万であった。このラジカルポリマーは、ラジカル骨格として2,2,6,6−テトラメチルピペリドキシルラジカル(TEMPOラジカル)を有しているが、TEMPOラジカルは安定なラジカル骨格として知られている(例えば特開2002−151084参照)。
[Example 1]
As the oxygen redox catalyst, the radical polymer represented by the above formula (16) was used. According to Chem. Phys. Lett. Vol. 359, p351 (2002), this radical polymer is a 2,2,6,6-tetramethylpiperidine methacrylate monomer using 2,2′-azobisisobutyronitrile as an initiator. And then oxidized with 3-chloroperbenzoic acid. This radical polymer had a number average molecular weight of 92,000 and a weight average molecular weight of 22.9 million. This radical polymer has a 2,2,6,6-tetramethylpiperidoxyl radical (TEMPO radical) as a radical skeleton, and the TEMPO radical is known as a stable radical skeleton (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-2002). -1511084).
正極は次のようにして作製した。まず、式(16)のラジカルポリマー166mg(正極材料あたり54重量%)、ケッチェンブラック(三菱化学製ECPグレード)116mg、テフロンパウダー(ダイキン工業製、「テフロン」は登録商標、以下同じ)24.8mgを乾式で乳鉢を用いて練り合わせてシートを作製した。そのシート5mgをSUSメッシュ(ニコラ製)に圧着して正極とした。負極は、10mm角、厚さ0.2 mmの金属マグネシウム(和光純薬工業製)を用意した。そして、これらを用いて北斗電工製のF型電気化学セル20を組み立てた。F型電気化学セル20を図2に示す。 The positive electrode was produced as follows. First, 166 mg of radical polymer of formula (16) (54 wt% per positive electrode material), 116 mg of ketjen black (ECP grade manufactured by Mitsubishi Chemical), Teflon powder (manufactured by Daikin Industries, “Teflon” is a registered trademark, the same applies hereinafter) A sheet was prepared by kneading 8 mg dry using a mortar. 5 mg of the sheet was pressure-bonded to a SUS mesh (Nicola) to obtain a positive electrode. For the negative electrode, 10 mm square and 0.2 mm thick metal magnesium (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was prepared. And F type electrochemical cell 20 made by Hokuto Denko was assembled using these. An F-type electrochemical cell 20 is shown in FIG.
F型電気化学セル20は次のようにして組み立てた。まず、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、SUS製のケーシング21に負極25を設置し、セパレータ27(タピルス製E25MMS)を介して正極23を負極25に対向するようセットした。そして、0.5Mのマグネシウムパークロレートのプロピレンカーボネート・ジエチルカーボネート(体積混合比1:1)を非水系電解液28とし、この非水系電解液28を正極23と負極25との間に5mL注入した。その後、正極23に発泡ニッケル板22を載せ、その上から押さえ部材29で押し付けることにより、セルを固定した。また、押さえ部材29の中空内部に設けられたガス溜め30に純酸素を充填し、その後ガス溜め30を密閉した。押さえ部材29のうち発泡ニッケル板22に当接する面には、複数の孔が設けられており、これらの孔及び発泡ニッケル板22を介してガス溜め30の酸素が正極23と接触可能となっている。なお、図示しないが、ケーシング21は正極23と接触する上部と負極25と接触する下部とに分離可能であり、上部と下部との間に絶縁樹脂が介在している。これにより、正極23と負極25とは電気的に絶縁されている。 The F-type electrochemical cell 20 was assembled as follows. First, in a glove box under an argon atmosphere, a negative electrode 25 was placed on a casing 21 made of SUS, and the positive electrode 23 was set to face the negative electrode 25 through a separator 27 (E25MMS made by Tapils). Then, 0.5 M magnesium perchlorate propylene carbonate / diethyl carbonate (volume mixing ratio 1: 1) was used as the non-aqueous electrolyte solution 28, and 5 mL of this non-aqueous electrolyte solution 28 was injected between the positive electrode 23 and the negative electrode 25. . Thereafter, the foamed nickel plate 22 was placed on the positive electrode 23, and the cell was fixed by pressing with a pressing member 29 from above. The gas reservoir 30 provided inside the hollow of the pressing member 29 was filled with pure oxygen, and then the gas reservoir 30 was sealed. A plurality of holes are provided in the surface of the pressing member 29 that contacts the foamed nickel plate 22, and oxygen in the gas reservoir 30 can come into contact with the positive electrode 23 through the holes and the foamed nickel plate 22. Yes. Although not shown, the casing 21 can be separated into an upper part that contacts the positive electrode 23 and a lower part that contacts the negative electrode 25, and an insulating resin is interposed between the upper part and the lower part. Thereby, the positive electrode 23 and the negative electrode 25 are electrically insulated.
このようにして得られたF型電気化学セル20を、北斗電工製の充放電装置(型名HJ1001SM8A)に接続し、正極23と負極25との間で0.01mAの電流(正極材料あたり2mA/g)を流して、正極材料あたり300mAh/gまで放電した。その後、両電極の極性を切り替えて、0.005mAの電流(正極材料あたり1mA/g)を流して、3.3Vになるまで定電流充電し、引き続き、3.3Vで定電圧充電した。この操作を5回繰り返した。図3は1回目の充放電曲線を示すグラフであり、図4は充放電の繰り返し回数(サイクル数)と正極材料あたりの充電容量との関係を示すグラフである。これらの結果から、実施例1のF型電気化学セル20は、放電のみならず充電することも可能であり、しかも充放電を複数回繰り返すことも可能であることがわかった。 The F-type electrochemical cell 20 thus obtained was connected to a charge / discharge device (model name HJ1001SM8A) manufactured by Hokuto Denko, and a current of 0.01 mA between the positive electrode 23 and the negative electrode 25 (2 mA per positive electrode material). / G) and discharged to 300 mAh / g per positive electrode material. Thereafter, the polarities of both electrodes were switched, a current of 0.005 mA (1 mA / g per positive electrode material) was passed, and constant current charging was performed until it reached 3.3 V, followed by constant voltage charging at 3.3 V. This operation was repeated 5 times. FIG. 3 is a graph showing a first charge / discharge curve, and FIG. 4 is a graph showing a relationship between the number of charge / discharge repetitions (number of cycles) and the charge capacity per positive electrode material. From these results, it was found that the F-type electrochemical cell 20 of Example 1 can be charged as well as discharged, and charging and discharging can be repeated a plurality of times.
[実施例2]
実施例1において、非水系電解液として0.5Mのマグネシウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドのプロピレンカーボネート・ジエチルカーボネート(体積混合比1:1)溶液(セントラル硝子製)を用い、式(16)のラジカルポリマーの割合を正極材料あたり40.9重量%とし、充電電圧の上限を3.3Vから3.5Vに変更した以外は、実施例1と同様にして電気化学セルを作製して充放電を行った。図5は1回目の充放電曲線を示すグラフである。図5から、実施例2の電気化学セルも、実施例1と同様、放電のみならず充電することも可能であることがわかった。
[Example 2]
In Example 1, a 0.5 M magnesium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide propylene carbonate / diethyl carbonate (volume mixing ratio 1: 1) solution (manufactured by Central Glass) was used as the non-aqueous electrolyte, and the formula (16) The electrochemical cell was prepared and charged / discharged in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the radical polymer was 40.9% by weight per positive electrode material and the upper limit of the charging voltage was changed from 3.3V to 3.5V. Went. FIG. 5 is a graph showing a first charge / discharge curve. From FIG. 5, it was found that the electrochemical cell of Example 2 can be charged as well as discharged as in Example 1.
[比較例1]
実施例1において、式(16)のラジカルポリマーの代わりに、リチウム空気電池の代表的な酸化還元触媒(アンゲバンデ・ケミー・インターナショナル・エデイション、47巻、4521−4524ページ、2008年)である電解二酸化マンガン(三井鉱山製)を正極材料あたり10重量%用いて、放電を900mAh/gまで行った以外は、実施例1と同様にして電気化学セルを作製して充放電を行った。図6はそのときの充放電曲線を示すグラフである。図6から、比較例1の電気化学セルは、放電するものの充電することはできない一次電池であることがわかった。
[Comparative Example 1]
In Example 1, instead of the radical polymer of formula (16), electrolytic oxidation dioxide that is a typical oxidation-reduction catalyst for lithium-air batteries (Angevande Chemie International Edition, 47, 4521-4524, 2008) An electrochemical cell was prepared and charged / discharged in the same manner as in Example 1 except that manganese (made by Mitsui Mine) was used at 10 wt% per positive electrode material and discharging was performed up to 900 mAh / g. FIG. 6 is a graph showing a charge / discharge curve at that time. From FIG. 6, it was found that the electrochemical cell of Comparative Example 1 was a primary battery that discharged but could not be charged.
[比較例2]
実施例1において、式(16)のラジカルポリマーの代わりに、リチウム空気電池の代表的な酸化還元触媒であるコバルトフタロシアニン(東京化成製)を正極材料あたり5重量%用いて、放電を300mAh/gまで行った以外は、実施例1と同様にして電気化学セルを作製して充放電を行った。図7はそのときの充放電曲線を示すグラフである。図7から、比較例2の電気化学セルは、放電するものの充電することはできない一次電池であることがわかった。
[Comparative Example 2]
In Example 1, instead of the radical polymer of the formula (16), cobalt phthalocyanine (manufactured by Tokyo Chemical Industry), which is a typical redox catalyst of a lithium air battery, was used at 5 wt% per positive electrode material, and the discharge was 300 mAh / g. Except for the above, an electrochemical cell was prepared and charged / discharged in the same manner as in Example 1. FIG. 7 is a graph showing a charge / discharge curve at that time. From FIG. 7, it was found that the electrochemical cell of Comparative Example 2 was a primary battery that discharged but could not be charged.
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above at all, and as long as it belongs to the technical scope of this invention, it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect.
例えば、実施例1,2ではガス溜め30に純酸素を充填して密閉したが、ガス溜め30を大気中に開放して大気中の酸素を正極23へ供給するようにしてもよい。 For example, in Examples 1 and 2, the gas reservoir 30 is filled with pure oxygen and sealed, but the gas reservoir 30 may be opened to the atmosphere to supply oxygen in the atmosphere to the positive electrode 23.
20 F型電気化学セル、21 ケーシング、22 発泡ニッケル板、23 正極、25 負極、27 セパレータ、28 電解液、29 押さえ部材、30 ガス溜め。 20 F-type electrochemical cell, 21 casing, 22 expanded nickel plate, 23 positive electrode, 25 negative electrode, 27 separator, 28 electrolyte, 29 holding member, 30 gas reservoir.
Claims (4)
安定なラジカル骨格を有する化合物を含み酸素を正極活物質とする正極と、
前記負極と前記正極との間に介在する非水系のマグネシウムイオン伝導体と、
を備えたマグネシウム空気二次電池。 A negative electrode capable of occluding and releasing magnesium ions;
A positive electrode comprising a compound having a stable radical skeleton and oxygen as a positive electrode active material;
A non-aqueous magnesium ion conductor interposed between the negative electrode and the positive electrode;
Magnesium air secondary battery equipped with.
請求項1に記載のマグネシウム空気二次電池。 The negative electrode is magnesium metal,
The magnesium air secondary battery according to claim 1.
請求項1又は2に記載のマグネシウム空気二次電池。 The stable radical skeleton is a nitroxyl radical;
The magnesium air secondary battery according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウム空気二次電池。 The compound having a stable radical skeleton is a compound in which a nitroxyl radical is bonded to a polymer or a polycyclic aromatic ring directly or via a spacer.
The magnesium air secondary battery in any one of Claims 1-3.
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