JP2013016475A - 空気二次電池用正極触媒及びそれを用いた空気二次電池 - Google Patents
空気二次電池用正極触媒及びそれを用いた空気二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013016475A JP2013016475A JP2012129293A JP2012129293A JP2013016475A JP 2013016475 A JP2013016475 A JP 2013016475A JP 2012129293 A JP2012129293 A JP 2012129293A JP 2012129293 A JP2012129293 A JP 2012129293A JP 2013016475 A JP2013016475 A JP 2013016475A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ring
- group
- positive electrode
- nitrogen
- air secondary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
【解決手段】1つの中心金属と、前記中心金属に配位結合する配位子と、を有する単核金属錯体を用いてなり、前記配位子が、下記(a)及び(b)の要件を満たす芳香族化合物である空気二次電池用正極触媒。
(a)前記中心金属に配位可能な4つ以上の窒素原子で囲まれた空間を有し、前記空間に前記中心金属を収容可能とする構造を、分子内に1つ以上有する(前記構造を2つ以上有する場合、該構造は同一でも異なっていてもよい。)。
(b)前記構造を構成する窒素原子のうち少なくとも1つが含窒素複素六員環に含まれる窒素原子である。
【選択図】なし
Description
(a)前記中心金属に配位可能な4つ以上の窒素原子で囲まれた空間を有し、前記空間に前記中心金属を収容可能とする構造を、分子内に1つ以上有する(前記構造を2つ以上有する場合、該構造は同一でも異なっていてもよい。)。
(b)前記構造を構成する窒素原子のうち少なくとも1つが含窒素複素六員環に含まれる窒素原子である。
0<r/n≦0.7 …(A)
0.4≦r/n≦0.6 …(B)
0<WN/WC≦1.1 …(C)
mは1以上の整数である。
Q1a、Q1b及びQ1cは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環であり、前記配位可能な4つ以上の窒素原子をそれぞれ含む。Q1bが複数ある場合は、それらは同一でも異なっていてもよい。但し、Q1a、Q1b及びQ1cのうち少なくとも1つは、含窒素芳香族複素六員環である。
Z1a及びZ1bは、それぞれ独立に、直接結合又は連結基であり、Z1bが複数ある場合は、それらは同一でも異なっていてもよい。
Q1a及びQ1b、並びに、Q1b及びQ1cは、各々、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。
mが2以上の整数であり、かつ、Z1bが直接結合である場合、隣り合う2つのQ1bは、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。Q1a及びQ1cは直接結合して、又は、連結基を介して互いに結合していてもよく、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。)
Xは、=C(Rα)−、−N(Rβ)−、=N−、−O−、−S−又は−Se−である。
Yは、−N(H)−又は=N−である。
R4b、R4c、R5b、R5c、R5d、R6b、R6c、R6d、Rα及びRβは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基であり、隣り合う置換基同士は互いに結合して、それぞれが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。
複数あるX、Y、R4b、R4c、R5b、R5c、R6b及びR6cは、各々、同一でも異なっていてもよい。)
R7a、R7b、R7c、R7d、R7e、R8a、R8b、R8c、R8d、R8e、R9a、R9b、R9c、R9d、R9e、R10a、R10b、R10c、R10d及びR10e(以下、「R7a〜R10e」と表記する。)は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基であり、隣り合う置換基同士は互いに結合して、それぞれが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。
複数あるR7a〜R10eは、各々、同一でも異なっていてもよい。)
本実施形態の空気二次電池用正極触媒は、1つの中心金属と、前記中心金属に配位結合する配位子と、を有する単核金属錯体を用いてなる。以下、本実施形態の単核金属錯体に用いられる配位子について説明した後に、当該配位子が中心金属に配位結合してなる単核金属錯体について説明する。
本実施形態の単核金属錯体に用いられる配位子は、まず、下記(a)の要件を満たす芳香族化合物である。
(a)前記中心金属に配位可能な4つ以上の窒素原子で囲まれた空間を有し、前記空間に前記中心金属を収容可能とする構造を、分子内に1つ以上有する(前記構造を2つ以上有する場合、該構造は同一でも異なっていてもよい。)。
(b)前記構造を構成する窒素原子のうち少なくとも1つが含窒素複素六員環に含まれる窒素原子である。
即ち、上記構造が線対称性を有する場合、上記中心は、対称軸上にあり、各窒素原子からの平均距離が最も短くなる点である。
上記構造が点対称性を有する場合、上記中心は対称点である。
上記構造が回転対称性を有する場合、上記中心は、回転対称軸上にあり、各窒素原子の中心からの平均距離が最も短くなる点である。
mは1以上の整数である。
Q1a、Q1b及びQ1cは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環であり、前記配位可能な4つ以上の窒素原子をそれぞれ含む。Q1bが複数ある場合は、それらは同一でも異なっていてもよい。但し、Q1a、Q1b及びQ1cのうち少なくとも1つは、含窒素芳香族複素六員環である。
Z1a及びZ1bは、それぞれ独立に、直接結合又は連結基であり、Z1bが複数ある場合は、それらは同一でも異なっていてもよい。
Q1a及びQ1b、並びに、Q1b及びQ1cは、各々、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。mが2以上の整数であり、かつ、Z1bが直接結合である場合、隣り合う2つのQ1bは、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。Q1a及びQ1cは直接結合して、又は、連結基を介して互いに結合していてもよく、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。)
Q2a、Q2b、Q2c及びQ2dは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環であり、前記配位可能な4つ以上の窒素原子をそれぞれ含む。但し、Q2a、Q2b、Q2c及びQ2dのうち少なくとも1つは、含窒素芳香族複素六員環である。
Z2a、Z2b及びZ2cは、それぞれ独立に、直接結合又は連結基である。
Q2a及びQ2b、Q2b及びQ2c、並びに、Q2c及びQ2dは、各々、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。Q2a及びQ2dは直接結合又は連結基を介して互いに結合していてもよく、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。)
Q3a、Q3b、Q3c、Q3d、Q3e及びQ3fは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環であり、前記配位可能な4つ以上の窒素原子をそれぞれ含む。但し、Q3a、Q3b、Q3c、Q3d、Q3e及びQ3fのうち少なくとも1つは、含窒素芳香族複素六員環である。
Z3a、Z3b、Z3c、Z3d及びZ3eは、それぞれ独立に、直接結合又は連結基である。
Q3a及びQ3b、Q3b及びQ3c、Q3c及びQ3d、Q3d及びQ3e、並びに、Q3e及びQ3fは、各々、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。Q3a及びQ3fは直接結合又は連結基を介して互いに結合していてもよく、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。)
Xは、=C(Rα)−、−N(Rβ)−、=N−、−O−、−S−又は−Se−であり、好ましくは、=C(Rα)−、−N(Rβ)−、=N−、−O−、−S−であり、より好ましくは、=C(Rα)−、−N(Rβ)−、=N−である。
複数あるX、R4b、R4c、R5b、R5c、R6b及びR6cは、各々、同一でも異なっていてもよい。
Yは、−N(H)−又は=N−である。複数あるYは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
なお、式中の直線の点線は、該点線部分で上述した一般式(1)、(2)又は(3)におけるZ1a等と結合していることを示す。)
R7a〜R10eは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基であり、隣り合う置換基同士は互いに結合して、それぞれが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。複数あるR7a〜R10eは、各々、同一でも異なっていてもよい。置換基は上述の置換基と同義である。
なお、式中の直線の点線は、該点線部分で上述した一般式(1)、(2)又は(3)におけるZ1a等と結合していることを示す。)
本実施形態の空気二次電池用正極触媒としては、上述の配位子(芳香族化合物)を中心金属(金属原子又は金属イオン)に配位させて得られる単核金属錯体を用いることができる。
前記カーボンは、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子と組み合わせて用いてもよい。
次に、本実施形態における加熱処理について詳述する。加熱処理は、例えば、対象物を加熱することで行う。
加熱処理に用いる金属錯体、又は組成物は、1種単独でもよいし、2種以上の混合物でもよい。
加熱処理に係る圧力は、限定されないが、0.5〜1.5気圧程度の常圧付近であると好ましい。
加熱処理する際の温度の上限は、好ましくは1500℃以下であり、より好ましくは1200℃以下、特に好ましくは1000℃以下である。
加熱処理の際は、上記ガスの密閉又は通気させた状態において、室温から徐々に温度を上昇させ目的温度到達後、すぐに降温してもよいが、耐久性をより向上させることができるので、目的温度に到達後、温度を維持することで、徐々に加熱することが好ましい。目的とする温度到達後の保持時間は、好ましくは1時間以上100時間以下であり、より好ましくは1時間以上40時間以下であり、更に好ましくは2時間以上10時間以下であり、特に好ましくは2時間以上3時間以下である。
R11〜R20、R22及びR23は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基であり、隣り合う置換基は互いに結合して、それぞれが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。
Q11は、含窒素芳香族複素環である。
T12は、ブロモ基、クロロ基又はヨード基である。
E13、E20及びE22は、それぞれ独立に、水素原子又は保護基である。
X16及びX17は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲノ基、又は、2つのX16同士若しくは2つのX17同士が互いに結合した直接結合である。
複数あるR11〜R20、R22、R23、Q11、T12、E13、E20、E22、X16及びX17は、各々、同一でも異なっていてもよい。)
前記保護基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、2,2,2−トリクロロエトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル(Boc)基等のアルコキシカルボニル基;ビニルオキシカルボニル基等のアルケニルオキシカルボニル基;ベンジルオキシカルボニル基、9−フルオレニルメトキシカルボニル基等のアラルキルオキシカルボニル基;ベンジル基、4−メトキシベンジル基等の置換されていてもよいアラルキル基;ホルミル基、アセチル基、トリフルオロアセチル基、ベンゾイル基等のアシル基;p−トルエンスルホニル基、ベンゼンスルホニル基等のアリールスルホニル基;メタンスルホニル基等のアルキルスルホニル基が挙げられ、tert−ブトキシカルボニル基が好ましい。
本実施形態の単核金属錯体は、いかなる方法で製造してもよいが、例えば、以下の方法で製造することができる。
続いて、本実施形態の空気二次電池について説明する。
正極2は、本実施形態の空気二次電池用正極触媒を用いてなり、電解質4に接する正極触媒層5と、正極触媒層5に接触した正極集電体6と、正極集電体6に接続された外部接続端子(正極端子)7と、を有している。
前記導電材は、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子と組み合わせて用いてもよい。
空気二次電池用正極触媒の1質量部に対する導電材の配合量は、より触媒活性が高まるので、0.5質量部以上30質量部以下が好ましく、1質量部以上20質量部以下がより好ましく、1質量部以上15質量部以下が特に好ましい。
空気二次電池用正極触媒の1質量部に対する結着材の配合量は、より触媒活性が高まるので、0.1質量部以上10質量部以下が好ましく、0.5質量部以上5質量部以下が、より好ましく、0.5質量部以上3質量部以下が特に好ましい。
電解質4は、通常、水系溶媒、非水系溶媒に溶解し、電解液として使用され、正極触媒層、及び負極と接触している。
水系溶媒が使用される場合、電解質として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、塩化アンモニウムが溶解した水溶液が好ましい。この場合、水溶液中の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は塩化アンモニウムの濃度は、1質量%以上99質量%以下が好ましく、5質量%以上60質量%以下がより好ましく、5質量%以上40質量%以下が更に好ましい。
更に、本実施形態の空気二次電池1においては、別途、酸素拡散膜を設けてもよい。酸素拡散膜は、正極集電体6の外側(正極触媒層5の反対側)に設けることが好ましい。
本実施形態の空気二次電池1においては、正極と負極が接触して短絡することを防ぐために、正極と負極の間にセパレータを有していてもよい。
負極3は、電解質4に接する負極活物質層8と、負極活物質層8に接触した負極集電体9と、負極集電体9に接続された外部接続端子(負極端子)10と、を有している。
容器は、正極2、負極3、及び電解質(電解液)4を収容するものである。容器の材質としては、例えば、ポリスチレン;ポリエチレン;ポリプロピレン;ポリ塩化ビニル、ABS等の樹脂;正極2、負極3及び電解質4と反応しない金属、セラミックス;が挙げられる。
(化合物1の合成)
以下の反応式(200)に従って、化合物1を合成した。
(1,8−ジブロモ−3,6−ジ−tert−ブチル−9H−カルバゾールのNMR分析の結果)
1H−NMR(CD2Cl2,300MHz,25℃):δ(ppm)=1.44(s,18H),7.67(d,2H),8.04(d,2H),8.26(s,1H).
13C−NMR(CD2Cl2,75MHz,25℃):δ(ppm)=32.0,35.2,104.2,116.5,125.2,127.1,136.7,145.3.
(3,6−ジ−tert−ブチル−1,8−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−9H−カルバゾールのNMR分析の結果)
1H−NMR(CD2Cl2,300MHz,25℃):δ(ppm)=1.47(s,42H),7.85(d,2H),8.24(d,2H),9.99(s,1H).
13C−NMR(CD2Cl2,75MHz,25℃):δ(ppm)=24.9,31.8,34.5,83.76,119.9,121.7,129.8,140.9,143.6.
(化合物1のNMR分析及び質量分析の結果)
1H−NMR(CD2Cl2,300MHz,25℃):δ(ppm)=1.52(s,36H,−CH3),7.61(d,4H,4J=1.85Hz),7.68(d,4H,3J=7.83Hz),8.22(t,4H,3J=7.57Hz),8.24(d,4H,4J=1.69Hz),9.66(s,2H,−NH).
13C−NMR(CD2Cl2,75MHz,25℃):δ(ppm)=32.1(−CH3),35.0(−C(CH3)3),117.2,122.6,124.1,124.7,125.9,136.1,138.8,143.4,159.7.
MS(Maldi−Tof)実測値(m/z):708.23、理論値:708.42
r/n=0.528、n=4、WN/WC=0.0932、m=2。
以下の反応式(201)に従って、単核金属錯体MC1を合成した。
(単核金属錯体MC1の質量分析の結果)
MS(Maldi−Tof)実測値(m/z):764.8、理論値:765.34
(化合物2の合成)
以下の反応式(202)に従って、化合物2を合成した。
次に、500mgの7−ブロモ−3−メチル−1H−インドール(2.38mmol)、22mgのトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(Pd2(dba)3)、78mgの2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル、604mgのビス(ピナコラト)ジボラン、及び467mgの酢酸カリウムを50mLのシュレンク管に入れ、アルゴンガス雰囲気下において、20mLの無水DMFを加え、80℃で一晩攪拌した。溶液を室温まで放冷した後、ジクロロメタンを加え、有機層を水で洗浄した後、溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルカラム(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル)で精製することで、3−メチル−7−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−1H−インドールを得た。
(3−メチル−7−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−1H−インドールのNMR分析結果)
1H−NMR(250MHz,CDCl3):δ(ppm)=9.20(brs,1H),7.63(d,1H),7.46(d,1H),7.02(t,1H),6.44(s,1H),2.40(s,3H),1.42(s,12H).
(化合物2のNMR分析及び質量分析の結果)
1H−NMR(250MHz,CDCl3):δ(ppm)=12.10(s,2H),8.73(d,2H),8.56(d,2H),8.15(s,2H),8.09(d,2H),7.80(d,2H),7.36(t,2H),6.85(s,2H),2.42(s,3H).
MS(FD)実測値(m/z):439.0、理論値:438.18.
以下の反応式(203)に従って、化合物3を合成した。
(化合物3のNMR分析及び質量分析の結果)
1H−NMR(250MHz,CD2Cl2):δ(ppm)=13.92(bs,2H),10.35(dd,4H),9.92(t,4H),9.70(d,2H),9.26(t,2H),9.07(m,3H),8.97(d,2H),8.10(s,1H),4.56(s,6H).
MS(Maldi−Tof)実測値(m/z):526.
r/n=0.50、n=4、WN/WC=0.126、m=2。
以下の反応式(204)に従って、単核金属錯体MC2を合成した。
(化合物4の合成)
上記で合成した2,9−ジクロロ−1,10−フェナントロリンを用いて、以下の反応式(205)に従い化合物4を合成した。
(化合物4の質量分析の結果)
MS(FD,8kV)実測値(m/z):435.4(M+)、理論値:434.15
以下の反応式(207)に従って、化合物5を合成した。
続いて5,6−ビス(ドデカシロキシ)−2,9−ジヨード−1,10−フェナントロリン(以下、「化合物B」と称する)を、以下の操作により合成した。
(化合物BのNMR分析と質量分析の結果)
1H−NMR(250MHz,CD2Cl2):δ(ppm)=8.15(d,J=8.51Hz,2H),7.97(d,J=8.51Hz,2H),4.21(t,J=6.61,4H),1.92−1.80(m,4H),1.58−1.47(m,4H),1.4−1.27(m,32H),0.88(t,J=6.32,6H)
13C−NMR(CD2Cl2):δ(ppm)=144.4,143.2,134.8,132.3,126.6,118.0,74.6,32.3,30.7,30.1,30.0,29.9,29.8,29.7,26.5,23.1,14.3.
MS(MALDI−TOF)実測値:801.264、理論値:801.235
(化合物5のNMR分析及び質量分析の結果)
1H−NMR(500MHz,THF−d8,60℃):δ(ppm)=12.54(s,2H),8.39(d,J=8.52Hz,4H),7.83(d,J=8.51Hz,4H),6.86(s,4H),4.25(t,J=6.27,8H),1.95−1.89(m,8H),1.63−1.45(m,8H),1.46−1.31(m,64H),0.89(t,J=6.27,12H).
13C−NMR(THF−d8,60℃):δ(ppm)=149.2,144.9,143.3,135.6,131.4,125.7,118.8,110.4,74.7,32.9,31.4,30.7,30.6,30.5,30.3,27.3,25.9,23.5,14.4.
MS(MALDI−TOF)実測値:1222.884、理論値:1222.890
以下の反応式(209)に従って、化合物6を合成した。合成は、Tetrahedron Letters、2000,41,8565−8568に記載の方法に従って行った。
MS(TLC−MS)実測値:443.93.884、理論値:443.05
[実施例1]
(正極触媒1の製造)
単核金属錯体MC1及びカーボン(商品名:ケッチェンブラックEC600JD、ライオン社製)を質量比1:4で混合し、メタノール中、室温にて15分間攪拌した後、室温にて200Paの減圧下で12時間乾燥させて正極触媒1を得た。
(正極触媒2〜5の製造)
実施例1において、単核金属錯体MC1を、それぞれ、単核金属錯体MC2(実施例2)、単核金属錯体MC3(実施例3)、単核金属錯体MC4(実施例4)、単核金属錯体MC5(実施例5)、に変更した以外は、実施例1と同様にして、正極触媒2、正極触媒3、正極触媒4、正極触媒5、を調製し、電極を作製し、酸素還元活性の評価を行った。得られた結果を表1に示す。
二酸化マンガン(アルドリッチ社製、製品コード:203750)及びカーボン(商品名:ケッチェンブラックEC600JD、ライオン社製)を質量比1:4で混合し、エタノール中、室温にて15分間攪拌後、室温にて200Paの減圧下で12時間乾燥させて正極触媒R1を得た。
(酸素還元活性の評価)
上記で得られた正極触媒(正極触媒1〜5及び正極触媒R1)について、回転ディスク電極により、酸素還元活性を評価した。具体的には、以下の通りである。
電極には、ディスク部がグラッシーカーボン(直径6.0mm)であるディスク電極を用いた。
なお、電流密度は、銀/塩化銀電極に対して−0.8Vのときの値である。
日厚計測社製RRDE−1回転リングディスク電極装置
ALSモデル701Cデュアル電気化学アナライザー
(測定条件)
セル溶液:0.1mol/L水酸化カリウム水溶液(酸素飽和又は窒素飽和)
溶液温度:25℃
参照電極:銀/塩化銀電極(飽和塩化カリウム)
カウンター電極:白金ワイヤー
掃引速度:10mV/秒
電極回転速度:1600rpm
上記で得られた正極触媒(正極触媒1〜5及び正極触媒R1)について、酸素還元活性の評価の場合と同様の測定用電極を作製し、これを用いて、下記測定装置及び測定条件において、水の酸化反応の電流値を測定した。電流値の測定は、窒素を飽和させた状態で行い、この電流値を測定用電極の表面積で除すことにより、電流密度を求めた。結果を表1に示す。なお、電流密度は、銀/塩化銀電極に対して1Vのときの値である。
日厚計測社製RRDE−1回転リングディスク電極装置
ALSモデル701Cデュアル電気化学アナライザー
(測定条件)
セル溶液:1mol/L水酸化ナトリウム水溶液(窒素飽和)
溶液温度:25℃
参照電極:銀/塩化銀電極(飽和塩化カリウム)
カウンター電極:白金ワイヤー
掃引速度:10mV/秒
電極回転速度:900rpm
(評価5)
・正極触媒層の作製
正極触媒としての単核金属錯体MC1と、導電材としてのアセチレンブラックと、結着材としてのPTFE粉末とを、単核金属錯体MC1:アセチレンブラック:PTFE=1:10:1(質量比)で混合し、そこにエタノールをピペットで5滴加え、これらをメノー乳鉢で混合した後、薄膜化し、正極触媒層を得た。
該水素吸蔵合金を多孔質金属体(セルメット#8、富山住友電工株式会社製)で挟み、プレス機でプレスしたものを負極とし、充放電試験機(東洋システム社製、製品名:TOSCAT−3000U)に接続し、電解液として8.0M水酸化カリウム水溶液を用いて、充放電サイクル試験を行った。
充放電サイクル試験は、以下のステップ1〜4を10回繰り返して行った。
ステップ1:定電流3mAにて20分間充電
ステップ2:5分間休止
ステップ3:定電流3mAにて放電。電圧が0.5Vとなった時点でステップ4へ移る。
ステップ4:5分間休止
Claims (16)
- 1つの中心金属と、前記中心金属に配位結合する配位子と、を有する単核金属錯体を用いてなり、
前記配位子が、下記(a)及び(b)の要件を満たす芳香族化合物である空気二次電池用正極触媒。
(a)前記中心金属に配位可能な4つ以上の窒素原子で囲まれた空間を有し、前記空間に前記中心金属を収容可能とする構造を、分子内に1つ以上有する(前記構造を2つ以上有する場合、該構造は同一でも異なっていてもよい。)。
(b)前記構造を構成する窒素原子のうち少なくとも1つが含窒素複素六員環に含まれる窒素原子である。 - 前記構造は、該構造を構成する窒素原子の数nと、前記空間の中心から該構造を構成する各窒素原子の中心までの平均距離r(Å)とが、下記式(A)で示される要件を満たす請求項1に記載の空気二次電池用正極触媒。
0<r/n≦0.7 …(A) - 前記窒素原子の数nと前記平均距離rとが、下記式(B)で示される要件を満たす請求項2に記載の空気二次電池用正極触媒。
0.4≦r/n≦0.6 …(B) - 前記構造は、該構造を構成する窒素原子の数nが4以上6以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒。
- 前記配位子を構成する全炭素原子の質量WCと、前記配位子を構成する全窒素原子の質量WNとが、下記式(C)で示される要件を満たす請求項1〜4のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒。
0<WN/WC≦1.1 …(C) - 前記中心金属に配位可能な4つ以上の窒素原子で囲まれた空間を有し、前記空間に前記中心金属を収容可能とする構造が、下記一般式(1)で表される芳香族化合物である請求項1〜5のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒。
mは1以上の整数である。
Q1a、Q1b及びQ1cは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環であり、前記配位可能な4つ以上の窒素原子をそれぞれ含む。Q1bが複数ある場合は、それらは同一でも異なっていてもよい。但し、Q1a、Q1b及びQ1cのうち少なくとも1つは、含窒素芳香族複素六員環である。
Z1a及びZ1bは、それぞれ独立に、直接結合又は連結基であり、Z1bが複数ある場合は、それらは同一でも異なっていてもよい。
Q1a及びQ1b、並びに、Q1b及びQ1cは、各々、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。
mが2以上の整数であり、かつ、Z1bが直接結合である場合、隣り合う2つのQ1bは、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。Q1a及びQ1cは直接結合して、又は、連結基を介して互いに結合していてもよく、一体となって多環式芳香族複素環を形成していてもよい。) - 前記一般式(1)において、mが2又は4である請求項6に記載の空気二次電池用正極触媒。
- 前記Q1a、Q1b及びQ1cが、それぞれ独立にピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、1,3,5−トリアジン環、1,2,4−トリアジン環、1,2,4,5−テトラジン環、1H−ピロール環、2H−ピロール環、3H−ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、1,2,3−トリアゾール環、1,2,4−トリアゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、1,3,4−オキサジアゾール環、1,2,5−オキサジアゾール環、1,3,4−チアジアゾール環、1,2,5−チアジアゾール環、及び、これらの環構造を有する多環式芳香族複素環からなる群から選ばれる環(当該環は置換基を有していてもよい。)である請求項6又は7に記載の空気二次電池用正極触媒。
- 2つの含窒素芳香族複素環であるQ1aとQ1b又は2つの含窒素芳香族複素環であるQ1bとQ1cと、該2つの含窒素芳香族複素環を互いに結合する直接結合又は連結基と、からなる有機基が、下記一般式(4−a)、(4−b)、(4−c)、(5−a)、(5−b)、(5−c)、(5−d)、(6−a)、(6−b)、(6−c)及び(6−d)のいずれかで表される2価の有機基である請求項6〜8のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒。
Xは、=C(Rα)−、−N(Rβ)−、=N−、−O−、−S−又は−Se−である。
Yは、−N(H)−又は=N−である。
R4b、R4c、R5b、R5c、R5d、R6b、R6c、R6d、Rα及びRβは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基であり、隣り合う置換基同士は互いに結合して、それぞれが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。
複数あるX、Y、R4b、R4c、R5b、R5c、R6b及びR6cは、各々、同一でも異なっていてもよい。) - 2つの含窒素芳香族複素環であるQ1aとQ1b又は2つの含窒素芳香族複素環であるQ1bとQ1cと、該2つの含窒素芳香族複素環を互いに結合する直接結合又は連結基と、からなる有機基が、下記一般式(7−a)、(7−b)、(7−c)、(7−d)、(7−e)、(8−a)、(8−b)、(8−c)、(8−d)、(8−e)、(9−a)、(9−b)、(9−c)、(9−d)、(9−e)、(10−a)、(10−b)、(10−c)、(10−d)及び(10−e)のいずれかで表される2価の有機基である請求項9に記載の空気二次電池用正極触媒。
R7a、R7b、R7c、R7d、R7e、R8a、R8b、R8c、R8d、R8e、R9a、R9b、R9c、R9d、R9e、R10a、R10b、R10c、R10d及びR10eは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基であり、隣り合う置換基同士は互いに結合して、それぞれが結合する炭素原子とともに環を形成してもよい。
複数あるR7a、R7b、R7c、R7d、R7e、R8a、R8b、R8c、R8d、R8e、R9a、R9b、R9c、R9d、R9e、R10a、R10b、R10c、R10d及びR10eは、各々、同一でも異なっていてもよい。) - 前記配位子は、前記中心金属に配位可能な4つ以上の窒素原子で囲まれた空間を有し、前記空間に前記中心金属を収容可能とする構造を、分子内に1つ有する芳香族化合物である請求項1〜10のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒。
- 前記中心金属が、周期表の第4周期から第6周期に属する遷移金属原子又はそのイオンである請求項1〜11のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒。
- 前記単核金属錯体を、300℃以上1200℃以下の温度で加熱して得られる変性物を形成材料とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒。
- 前記単核金属錯体と、カーボンと、を含む組成物を形成材料とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒。
- 前記組成物を、300℃以上1200℃以下の温度で加熱して得られる変性物を形成材料とする請求項14に記載の空気二次電池用正極触媒。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載の空気二次電池用正極触媒を正極触媒層に含み、亜鉛、鉄、アルミニウム、マグネシウム、リチウム、水素、及びこれらのイオンからなる群から選ばれる少なくとも1つを負極活物質とする空気二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012129293A JP5994197B2 (ja) | 2011-06-06 | 2012-06-06 | 空気二次電池用正極触媒及びそれを用いた空気二次電池 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011126585 | 2011-06-06 | ||
JP2011126585 | 2011-06-06 | ||
JP2012129293A JP5994197B2 (ja) | 2011-06-06 | 2012-06-06 | 空気二次電池用正極触媒及びそれを用いた空気二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013016475A true JP2013016475A (ja) | 2013-01-24 |
JP5994197B2 JP5994197B2 (ja) | 2016-09-21 |
Family
ID=47688932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012129293A Expired - Fee Related JP5994197B2 (ja) | 2011-06-06 | 2012-06-06 | 空気二次電池用正極触媒及びそれを用いた空気二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5994197B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015021073A (ja) * | 2013-07-19 | 2015-02-02 | 東ソー株式会社 | アリールアミンポリマー、その製造方法及びその用途 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49108539A (ja) * | 1973-02-20 | 1974-10-16 | ||
JP2004063262A (ja) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Toshiba Corp | 非水電解質空気電池 |
JP2008258151A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-10-23 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 燃料電池用電極触媒 |
WO2009025176A1 (ja) * | 2007-08-23 | 2009-02-26 | Nec Corporation | 酸素還元電極用触媒及び酸素還元電極 |
JP2009057362A (ja) * | 2007-03-09 | 2009-03-19 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 変性金属錯体及びその用途 |
JP2010167390A (ja) * | 2009-01-26 | 2010-08-05 | Nec Corp | 酸素還元触媒、それを用いた燃料電池および空気電池、酸素還元触媒の製造方法 |
JP2010215603A (ja) * | 2009-02-23 | 2010-09-30 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 環状化合物、その金属錯体及び変性金属錯体 |
US20110042227A1 (en) * | 2009-08-24 | 2011-02-24 | Javier Jesus Concepcion Corbea | Ruthenium or Osmium Complexes and Their Uses as Catalysts for Water Oxidation |
WO2011052805A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Nitrogen-containing aromatic compounds and metal complexes |
-
2012
- 2012-06-06 JP JP2012129293A patent/JP5994197B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49108539A (ja) * | 1973-02-20 | 1974-10-16 | ||
JP2004063262A (ja) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Toshiba Corp | 非水電解質空気電池 |
JP2008258151A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-10-23 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 燃料電池用電極触媒 |
JP2009057362A (ja) * | 2007-03-09 | 2009-03-19 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 変性金属錯体及びその用途 |
WO2009025176A1 (ja) * | 2007-08-23 | 2009-02-26 | Nec Corporation | 酸素還元電極用触媒及び酸素還元電極 |
JP2010167390A (ja) * | 2009-01-26 | 2010-08-05 | Nec Corp | 酸素還元触媒、それを用いた燃料電池および空気電池、酸素還元触媒の製造方法 |
JP2010215603A (ja) * | 2009-02-23 | 2010-09-30 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 環状化合物、その金属錯体及び変性金属錯体 |
US20110042227A1 (en) * | 2009-08-24 | 2011-02-24 | Javier Jesus Concepcion Corbea | Ruthenium or Osmium Complexes and Their Uses as Catalysts for Water Oxidation |
WO2011052805A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Nitrogen-containing aromatic compounds and metal complexes |
JP2012017314A (ja) * | 2009-10-30 | 2012-01-26 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 含窒素芳香族化合物及び金属錯体 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015021073A (ja) * | 2013-07-19 | 2015-02-02 | 東ソー株式会社 | アリールアミンポリマー、その製造方法及びその用途 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5994197B2 (ja) | 2016-09-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5943194B2 (ja) | 空気二次電池用正極触媒及び空気二次電池 | |
Yi et al. | Cobalt single-atoms anchored on porphyrinic triazine-based frameworks as bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction and hydrogen evolution reactions | |
JP6125742B2 (ja) | 含窒素芳香族化合物及び金属錯体 | |
US9236613B2 (en) | Cyclic compound, its metal complex and modified metal complex | |
WO2017073467A1 (ja) | マグネシウム空気電池用電極およびマグネシウム空気電池、並びに、芳香族化合物および金属錯体 | |
WO2012169548A1 (ja) | 空気二次電池用正極触媒及び空気二次電池 | |
JP6142399B2 (ja) | 空気二次電池 | |
JP6545622B2 (ja) | 空気二次電池用正極触媒、空気二次電池用正極触媒層および空気二次電池 | |
JP2015207515A (ja) | 電極およびそれを用いた空気二次電池 | |
JP5994197B2 (ja) | 空気二次電池用正極触媒及びそれを用いた空気二次電池 | |
JP5831053B2 (ja) | 金属錯体、その変性物及びそれに有用な化合物 | |
JP2013016474A (ja) | 空気二次電池用正極触媒及び空気二次電池 | |
JP6830320B2 (ja) | マグネシウム空気電池用電極およびマグネシウム空気電池 | |
JP6666186B2 (ja) | 酸素還元用電極、空気電池および金属錯体 | |
US20230303606A1 (en) | Metal complex or adduct thereof, catalyst comprising metal complex or adduct thereof and method for producing same, liquid composition or electrode containing catalyst, and air battery or fuel cell equipped with electrode | |
JP5291308B2 (ja) | 金属錯体、並びにこの金属錯体を含有する触媒及び電極触媒 | |
JP6795321B2 (ja) | マグネシウム空気電池用電極およびマグネシウム空気電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150416 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160317 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160405 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160603 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160603 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160726 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160805 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5994197 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |