JP2013048012A - Air cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繰り返し充放電可能な空気電池に関する。 The present invention relates to an air battery that can be repeatedly charged and discharged.
空気電池は(1)式に示すように正極反応に酸素の4電子還元反応を利用している。
O2 + 2H2O + 4e− → 4OH− (1)
The air battery utilizes a four-electron reduction reaction of oxygen for the positive electrode reaction as shown in the formula (1).
O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (1)
酸素を活物質とすることで、電極活物質を電池セルに内蔵する必要がなくなる結果、セル内により多くの負極活物質を搭載することができ、高い充放電容量を実現しうる電池の一つである。空気電池として広く実用化されている亜鉛−空気一次電池では、エネルギー密度が高く、放電電圧が長時間にわたり平坦であることから、小型では補聴器用電源、大型では信号ブイなどに用いられている(例えば、特許文献1〜3)。
By using oxygen as an active material, there is no need to incorporate an electrode active material in the battery cell. As a result, more negative electrode active materials can be mounted in the cell, and one of the batteries that can realize a high charge / discharge capacity. It is. Zinc-air primary batteries, which are widely used as air batteries, have high energy density and flat discharge voltage over a long period of time, so they are used for power supplies for hearing aids in small size and signal buoys in large size ( For example,
空気二次電池の開発は、環境適合性、経済性、軽量性という観点から鉛蓄電池の代替や電気自動車の大容量な電源としての応用が期待されている。これまで、負極に亜鉛やコバルト、アルミニウム、鉄を用いた空気電池が作成され、高い放電容量を達成することを主眼とした報告がなされてきた(例えば、特許文献4,5)。 The development of air secondary batteries is expected to be used as a substitute for lead-acid batteries and as a large-capacity power source for electric vehicles from the viewpoint of environmental compatibility, economy, and lightness. Until now, air batteries using zinc, cobalt, aluminum, and iron for the negative electrode have been created, and reports have been made with a focus on achieving high discharge capacity (for example, Patent Documents 4 and 5).
また、負極として金属リチウムを用いたリチウム−空気二次電池も研究されてきた。負極をリチウムとすることで、2.0V以上の起電力を持つ空気電池が可能になっている。電解液に有機溶媒を用いることで金属負極が直接酸素や水分と反応することを極力抑制し、高エネルギー密度を持つ空気電池の構築に成功したとされている。一方で、有機溶媒は揮発性、可燃性を有するため長期保存中の電解液の減少、リチウムとの反応による発熱・爆発の危険性が不可避である。このため、数十回の充放電を行うとセルが極端に劣化することから、一次電池としては実用化されているものの、二次電池として実用化の検討はなされていない。使い捨て電池としての空気電池を、繰り返し充放電可能なサイクル特性を有する二次電池へと格上げできる斬新な技術の創出が、資源の有効利用と廃棄手順の省略の観点からも待望されている背景にあった(例えば、特許文献6,7、非特許文献1)。
Also, lithium-air secondary batteries using metallic lithium as the negative electrode have been studied. By using lithium as the negative electrode, an air battery having an electromotive force of 2.0 V or more is possible. It is said that by using an organic solvent in the electrolyte, the metal negative electrode is prevented from reacting directly with oxygen and moisture as much as possible, and an air battery having a high energy density has been successfully constructed. On the other hand, since organic solvents are volatile and flammable, there is an unavoidable risk of heat generation and explosion due to a decrease in electrolyte during long-term storage and reaction with lithium. For this reason, when the battery is charged and discharged several tens of times, the cell is extremely deteriorated. Therefore, although it has been put into practical use as a primary battery, it has not been studied for practical use as a secondary battery. The creation of a novel technology that can upgrade an air battery as a disposable battery to a secondary battery with cycle characteristics that can be repeatedly charged and discharged is expected from the viewpoint of effective use of resources and omission of disposal procedures. (For example,
リチウム、亜鉛等の金属を用いた空気電池では、充電時に正極で金属が還元され、樹脂状の電析物いわゆるデンドライトが生成し、セパレータを貫通して両極間のショートを起こすため極めて危険であり、安全性、サイクル特性の面で問題を残している。添加剤によるデンドライト抑制も報告されているが、高いサイクル特性(500サイクルで放電容量80%以上を維持する性能が求められている)は達成されていない。また、特にリチウム−空気電池においては(2)式に代表される副反応が起こり、正極上に金属酸化物が蓄積し、電解液と空気の接触が遮断されるという問題を生じることが知られている。
2Li+ + e− + O2 → Li2O2 (2)
Air batteries using metals such as lithium and zinc are extremely dangerous because the metal is reduced at the positive electrode during charging, so that a resinous electrodeposit, so-called dendrites, is generated, causing a short circuit between the two electrodes through the separator. , Leaving problems in terms of safety and cycle characteristics. Although dendrite suppression by additives has also been reported, high cycle characteristics (required performance to maintain a discharge capacity of 80% or more at 500 cycles) have not been achieved. In particular, in a lithium-air battery, a side reaction represented by the formula (2) occurs, and metal oxide accumulates on the positive electrode, causing a problem that the contact between the electrolyte and air is interrupted. ing.
2Li + + e − + O 2 → Li 2 O 2 (2)
このため、二次電池としての反復的な充放電に耐えられず、二次電池として実用化されるには至っていない。 For this reason, it cannot endure repetitive charging / discharging as a secondary battery, and has not been put into practical use as a secondary battery.
本発明は、デンドライトが全く生成せず、高い安全性、サイクル特性、成形性を有する空気電池を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide an air battery that does not generate any dendrites and has high safety, cycle characteristics, and moldability.
発明者らは、かかる事情を考慮し鋭意研究を重ねた結果、空気電池に用いる負極活物質として、可逆なレドックス反応を示す有機物を用いることで、充電時にデンドライトが生成せず、かつ、高い安全性、サイクル特性、成形性を付与できることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies in consideration of such circumstances, the inventors have used organic materials that exhibit a reversible redox reaction as a negative electrode active material used in air batteries, and do not generate dendrites during charging and are highly safe. As a result, the present invention was completed.
すなわち、本発明の空気電池は、酸化還元能を有する有機化合物を活物質として備えた負極と、酸素還元触媒を備えた正極と、前記負極と前記正極の間に配置された電解質層とを具備することを特徴とする。 That is, the air battery of the present invention includes a negative electrode provided with an organic compound having oxidation-reduction ability as an active material, a positive electrode provided with an oxygen reduction catalyst, and an electrolyte layer disposed between the negative electrode and the positive electrode. It is characterized by doing.
また、前記有機化合物が、キノン化合物、イミド化合物、ビオロゲン化合物、フェナジン化合物、又はカルボン酸化合物であることを特徴とする。 The organic compound is a quinone compound, an imide compound, a viologen compound, a phenazine compound, or a carboxylic acid compound.
また、前記有機化合物が、酸化還元能を有する残基をポリマーの繰り返し単位当たりに含有するレドックスポリマーであることを特徴とする。 Further, the organic compound is a redox polymer containing a residue having redox ability per repeating unit of the polymer.
また、前記レドックスポリマーが、ポリオレフィン、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリエーテル、ポリビニルエーテル、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、又はこれらの共重合体を主鎖とすることを特徴とする。 In addition, the redox polymer has a main chain of polyolefin, polymethacrylic acid ester, polyacrylamide, polyamide, polyether, polyvinyl ether, polystyrene, polyphenylene sulfide, or a copolymer thereof.
また、前記レドックスポリマーが、ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、フタルイミド、テトラカルボキシリックジイミド、ナフチルジイミド、ペリレンジイミド、コハク酸、フタル酸、フェナジン、アクリジン、ビオロゲン、ガルビノキシル、又はニトロニルニトロキシドを側鎖として有することを特徴とする。 In addition, the redox polymer has benzoquinone, naphthoquinone, anthraquinone, phthalimide, tetracarboxylic diimide, naphthyl diimide, perylene diimide, succinic acid, phthalic acid, phenazine, acridine, viologen, galvinoxyl, or nitronyl nitroxide as a side chain. It is characterized by.
また、前記負極が、グラッシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、炭素繊維、又は酸化インジウムスズからなる基板を有し、或いは、グラッシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、炭素繊維、又は酸化インジウムスズの粒子と前記レドックスポリマーからなる複合電極であることを特徴とする。 The negative electrode has a substrate made of glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, carbon fiber, or indium tin oxide, or glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, carbon fiber, or indium tin oxide. It is a composite electrode composed of particles and the redox polymer.
また、前記レドックスポリマーの主鎖が、架橋構造を有することを特徴とする。 The main chain of the redox polymer has a cross-linked structure.
また、前記電解質層が、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、アセトニトリル、又はプロピレンカーボネートを含むことを特徴とする。 Further, the electrolyte layer includes a potassium hydroxide aqueous solution, a sodium hydroxide aqueous solution, a calcium hydroxide aqueous solution, a sodium sulfate aqueous solution, acetonitrile, or propylene carbonate.
また、前記酸素還元触媒が、カーボンファイバー、カーボンペースト、二酸化マンガン、コバルトポルフィリン、白金、酸化ルテニウム、又は金であることを特徴とする。 The oxygen reduction catalyst is carbon fiber, carbon paste, manganese dioxide, cobalt porphyrin, platinum, ruthenium oxide, or gold.
さらに、繰り返し充放電可能であることを特徴とする。 Furthermore, it is possible to repeatedly charge and discharge.
本発明の空気電池は、酸化還元能を有する有機化合物を活物質として備えた負極を具備するため、反復的に充放電を行っても、デンドライト生成がなく、サイクル特性に優れ、安全性、成形性にも優れている。また、負極の活物質を構成する有機化合物は、分子構造によって酸化還元電位やレドックス容量を制御でき、エネルギー密度を所望の値に設定できることが利点である。有機化合物本来の利点である焼却可、重金属フリー、軽量など、電池としての付加的特性にも優れている。 Since the air battery of the present invention includes a negative electrode provided with an organic compound having an oxidation-reduction ability as an active material, it does not generate dendrite even when it is repeatedly charged and discharged, has excellent cycle characteristics, safety, and molding. Also excellent in properties. Further, the organic compound constituting the active material of the negative electrode is advantageous in that the redox potential and redox capacity can be controlled by the molecular structure, and the energy density can be set to a desired value. It has excellent additional characteristics as a battery, such as incineration, free of heavy metals, and light weight, which are inherent advantages of organic compounds.
以下、本発明の空気電池の一実施例について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of an air battery of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施例の空気電池を示す模式図である図1において、1は酸素還元触媒を備えた正極であり、4は酸化還元能を有する有機化合物を活物質として備えた負極である。正極1と負極4の間には電解質層として電解液5が配置されており、電解液5中における正極1と負極4の間には、セパレータ7が設けられている。負極4は、基板としての支持電極6に支持されている。そして、正極1、負極4、電解液5、支持電極6、セパレータ7は、ビーカーセル容器2に収容されている。正極1と負極4の間には、電気的負荷3がスイッチ8を介して電気的に接続されている。
In FIG. 1, which is a schematic diagram showing the air battery of this example, 1 is a positive electrode provided with an oxygen reduction catalyst, and 4 is a negative electrode provided with an organic compound having oxidation-reduction ability as an active material. An
負極4の活物質として用いられる有機化合物としては、キノン化合物、イミド化合物、ビオロゲン化合物、フェナジン化合物、カルボン酸化合物など、或いは、酸化還元能を有する残基をポリマーの繰り返し単位当たりに含有するレドックスポリマーが挙げられる。なお、レドックスポリマーとは、可逆なレドックス反応、すなわち可逆な酸化還元反応を示すポリマーのことをいう。 The organic compound used as the active material of the negative electrode 4 includes a quinone compound, an imide compound, a viologen compound, a phenazine compound, a carboxylic acid compound, or the like, or a redox polymer containing a residue having redox ability per repeating unit of the polymer. Is mentioned. The redox polymer refers to a polymer that exhibits a reversible redox reaction, that is, a reversible redox reaction.
本発明で用いられるレドックスポリマーは、電解液5により膨潤し、溶出しないゲルを形成することが好ましい。このようなレドックスポリマーを用いることにより、レドックスポリマーのゲルの中を、アニオンとカチオンが透過可能となり、高性能な空気電池が提供される。
The redox polymer used in the present invention preferably swells with the
上記のレドックスポリマーとしては、特定のものに限定されるものではないが、たとえば、ポリオレフィン、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリエーテル、ポリビニルエーテル、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリグリシジルエーテル、又はこれらの単量体を共重合して得られる共重合体を主鎖とし、ベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、フタルイミド、テトラカルボキシリックジイミド、ナフチルジイミド、ペリレンジイミド、コハク酸、フタル酸、フェナジン、アクリジン、ビオロゲン、ガルビノキシル、又はニトロニルニトロキシドなど、電解液5中で安定なレドックス反応を繰り返す化合物を側鎖として有するものを用いることができる。なお、レドックスポリマーの主鎖は、架橋構造を有していてもよい。
The redox polymer is not limited to a specific one. For example, polyolefin, polymethacrylic ester, polyacrylamide, polyamide, polyether, polyvinyl ether, polystyrene, polyphenylene sulfide, polyglycidyl ether, or these The main chain is a copolymer obtained by copolymerizing the monomers of benzoquinone, naphthoquinone, anthraquinone, phthalimide, tetracarboxylic diimide, naphthyl diimide, perylene diimide, succinic acid, phthalic acid, phenazine, acridine, viologen, What has a compound which repeats a stable redox reaction in the
また、負極4は、支持電極6に活物質を塗布して形成することができ、支持電極6の材料としては、グラッシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、炭素繊維、酸化インジウムスズなどを用いることができる。或いは、負極4は、支持電極6を用いずに、グラッシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、炭素繊維、酸化インジウムスズなどの粒子を導電付与剤として、これに活物質を混練し成型して得られた複合電極を用いてもよい。
Further, the negative electrode 4 can be formed by applying an active material to the
電解液5に用いられる電解質塩としては、特定のものに限定されるものではないが、たとえば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化鉄、塩化アルミニウム、塩化亜鉛、塩化ニッケル、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸鉄、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸ニッケル、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛などが挙げられる。そして、電解液5としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、水酸化バリウム水溶液などの電解質塩の水溶液のほか、アセトニトリル、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶媒を用いることができる。また、これらを2種類以上混合して用いることもできる。さらに、電解液5には、塩基として、トリエチルアミン、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ジアザビシクロウンデセンなどを加えることもできる。
The electrolyte salt used in the
また、電解液5に用いられる電解質として、固体電解質を用いることもできる。固体電解質に用いられる高分子化合物としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体や、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリルニトリル系共重合体、さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。なお、これらの高分子化合物は、電解液を含ませてゲル状にしたものを用いても、高分子化合物のみをそのまま用いてもよい。
A solid electrolyte can also be used as the electrolyte used in the
正極1を構成する酸素還元触媒としては、カーボンファイバー、カーボンペースト、粒状炭素、気相成長炭素、二酸化マンガン、コバルトポルフィリン、白金、酸化ルテニウム、金などが挙げられ、これらを支持電極上に塗布して正極1を構成することができる。正極1の支持電極の材料としては、特定のものに限定されないが、たとえば、金、銀、炭素、アルミニウムなどが挙げられる。
Examples of the oxygen reduction catalyst constituting the
上記の空気電池は、繰り返し充放電可能であり、二次電池として用いることができる。 The air battery can be repeatedly charged and discharged and can be used as a secondary battery.
以上のように、本発明の空気電池は、酸化還元能を有する有機化合物を活物質として備えた負極4と、酸素還元触媒を備えた正極1と、前記負極4と前記正極1の間に配置された電解質層としての電解液5を具備するものであり、酸化還元能を有する有機化合物を活物質として備えた負極を具備するため、反復的に充放電を行っても、デンドライト生成がなく、サイクル特性に優れ、安全性、成形性にも優れている。また、負極の活物質を構成する有機化合物は、分子構造によって酸化還元電位やレドックス容量を制御でき、エネルギー密度を所望の値に設定できることが利点である。有機化合物本来の利点である焼却可、重金属フリー、軽量など、電池としての付加的特性にも優れている。
As described above, the air battery of the present invention is disposed between the negative electrode 4 provided with an organic compound having oxidation-reduction ability as an active material, the
なお、本発明の空気電池の構造は、図1に示したものに限定されず、たとえば電極積層体又は巻回体を、金属ケース、樹脂ケース、アルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルムなどによって封止したものであってもよく、形状は、円筒型、角型、コイン型、シート型などであってもよい。 The structure of the air battery of the present invention is not limited to that shown in FIG. 1. For example, an electrode laminate or a wound body is made of a metal foil such as a metal case, a resin case, or an aluminum foil, and a synthetic resin film. It may be sealed with a laminate film or the like, and the shape may be a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a sheet shape, or the like.
以下の実施例において、本発明の空気電池について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 In the following examples, the air battery of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to these examples.
レドックスポリマーとして、ポリ(2−ビニルアントラキノン)を合成した。 Poly (2-vinylanthraquinone) was synthesized as a redox polymer.
2−ブロモアントラキノンからパラジウムカップリングによりビニル基を導入、モノマーとして2−ビニルアントラキノンを合成した。得られたモノマーをベンゼン、テトラヒドロフラン、1,2−ジクロロエタンの各種溶媒中、アゾビスイソブチロニトリルを開始剤として重合しポリ(2−ビニルアントラキノン)を得た。ポリ(2−ビニルアントラキノン)は充放電する電荷あたりの分子量が小さく、塩基性水溶液中で安定なため特に空気電池負極に適している。 A vinyl group was introduced from 2-bromoanthraquinone by palladium coupling to synthesize 2-vinylanthraquinone as a monomer. The obtained monomer was polymerized using azobisisobutyronitrile as an initiator in various solvents such as benzene, tetrahydrofuran and 1,2-dichloroethane to obtain poly (2-vinylanthraquinone). Poly (2-vinylanthraquinone) has a low molecular weight per charge to be discharged and is stable in a basic aqueous solution, and thus is particularly suitable for an air battery negative electrode.
つぎに、上記のレドックスポリマーを用いて図1に示す空気電池を作製し、その性能を確認した。 Next, the air battery shown in FIG. 1 was produced using the above redox polymer, and its performance was confirmed.
正極1の酸素還元極には、乳鉢に気相成長炭素、二酸化マンガンおよびポリフッ化ビニリデンを95:2.5:2.5の割合で加え、混練しスラリーにしたものをフェルト状のカーボン電極に塗布、乾燥したものを用いた。負極4にはポリ(2−ビニルアントラキノン)、気相成長炭素およびポリフッ化ビニリデンを1:8:1で混合した複合電極を用いた。電解液5には30質量%水酸化カリウム水溶液を用いた。各部材をビーカーセル2内に組み込み、空気電池とした。
The oxygen reduction electrode of the
この空気電池の2A/gで電流を流したときの充電、放電をした場合の電圧の変化を図2に示す。起電力にあたる0.82Vに電位平坦部を示した。得られた放電容量は負極活物質あたり181mAh/gであり、理論容量の79%であった。充電、放電時に拡散過電圧に由来する大きな内部抵抗なく、高い出力特性を示した。 FIG. 2 shows a change in voltage when charging and discharging when a current is passed at 2 A / g of the air battery. A flat potential portion was shown at 0.82 V corresponding to the electromotive force. The obtained discharge capacity was 181 mAh / g per negative electrode active material, which was 79% of the theoretical capacity. It showed high output characteristics without large internal resistance derived from diffusion overvoltage during charging and discharging.
また、複数回充放電を繰り返したときの容量の変化を図3に示す。500サイクル後も初期容量に対して89%と高いサイクル特性と、高い放電効率を示した。 Further, FIG. 3 shows a change in capacity when charging / discharging is repeated a plurality of times. Even after 500 cycles, high cycle characteristics of 89% of the initial capacity and high discharge efficiency were exhibited.
また、この空気電池をサイクリックボルタンメトリーに供した。図4に示すように、得られたサイクリックボルタモグラムでは酸化還元波を−0.82Vに示した。 Further, this air battery was subjected to cyclic voltammetry. As shown in FIG. 4, the obtained cyclic voltammogram showed an oxidation-reduction wave at −0.82 V.
さらに、この空気電池の放電時間を変化させたときの容量と電位の変化を図6に示す。放電時間を10分から12秒に変更した場合も、顕著な容量低下なく動作した。 Further, FIG. 6 shows changes in capacity and potential when the discharge time of the air battery is changed. Even when the discharge time was changed from 10 minutes to 12 seconds, the operation was performed without any significant decrease in capacity.
このように、本実施例の空気電池は優れた充放電特性を示した。なお、本実施例においては、セルの形式、電解液および正極材料等を最適化していないため、本発明の空気電池は、ビーカーセルにとどまるがこれらを最適化することにより、コインセル、円筒セルにすることも可能だと考えられる。 Thus, the air battery of this example showed excellent charge / discharge characteristics. In this example, since the cell type, electrolyte solution, positive electrode material, etc. are not optimized, the air battery of the present invention remains in a beaker cell, but by optimizing them, it can be changed into a coin cell and a cylindrical cell. It is also possible to do.
電解液5に30質量%水酸化カリウムの代わりに30質量%水酸化ナトリウム水溶液を用いたほかは、実施例1と同様にして空気電池を作製した。充電、放電をしたときの電圧変化を図5に示す。
An air battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 30% by mass aqueous sodium hydroxide solution was used instead of 30% by mass potassium hydroxide in the
レドックスポリマーとして、ポリ(デシルビオロゲン)・ポリ(4−スチレンスルホン酸)のコンプレックスを合成した。 A poly (decylviologen) -poly (4-styrenesulfonic acid) complex was synthesized as a redox polymer.
50mlスナップバイアルにポリ(4−スチレンスルホン酸)の0.2M水溶液を10ml、ポリデシルビオロゲンの0.1M水溶液10mlを加えて攪拌した。攪拌後、淡黄色沈殿が析出した。これをガラスフィルターでろ過、乾燥してポリ(デシルビオロゲン)・ポリ(4−スチレンスルホン酸)のコンプレックスを得た。 To a 50 ml snap vial, 10 ml of a 0.2 M aqueous solution of poly (4-styrenesulfonic acid) and 10 ml of a 0.1 M aqueous solution of polydecylviologen were added and stirred. After stirring, a pale yellow precipitate was deposited. This was filtered through a glass filter and dried to obtain a poly (decylviologen) -poly (4-styrenesulfonic acid) complex.
つぎに、上記のレドックスポリマーを用いて図1に示す空気電池を作製し、その性能を確認した。 Next, the air battery shown in FIG. 1 was produced using the above redox polymer, and its performance was confirmed.
正極1の酸素還元極には、乳鉢に気相成長炭素、二酸化マンガンおよびポリフッ化ビニリデンを95:2.5:2.5の割合で加え、混練しスラリーにしたものをフェルト状のカーボン電極に塗布、乾燥したものを用いた。負極4にはポリ(デシルビオロゲン)・ポリ(4−スチレンスルホン酸)のコンプレックス、気相成長炭素およびポリフッ化ビニリデンを1:8:1で混合した複合電極を用いた。各部材をビーカーセル内に組み込み、空気電池とした。
The oxygen reduction electrode of the
この空気電池の0.2A/gで電流を流したときの充電、放電をした場合の電圧の変化を図7に示す。起電力にあたる0.4Vに電位平坦部を示した。得られた放電容量は負極活物質あたり32mAh/gであり、理論容量の44%であった。 FIG. 7 shows changes in voltage when charging and discharging are performed when current is supplied at 0.2 A / g of the air battery. A flat potential portion was shown at 0.4 V corresponding to the electromotive force. The obtained discharge capacity was 32 mAh / g per negative electrode active material, which was 44% of the theoretical capacity.
また、複数回充放電を繰り返したときの容量の変化を図8に示す。20サイクル後も初期容量に対して91%と高いサイクル特性を示した。 Further, FIG. 8 shows a change in capacity when charging / discharging is repeated a plurality of times. Even after 20 cycles, the cycle characteristics were as high as 91% of the initial capacity.
また、この空気電池をサイクリックボルタンメトリーに供した。図9に示すように、得られたサイクリックボルタもグラムでは0.63Vに酸化還元波を示した。 Further, this air battery was subjected to cyclic voltammetry. As shown in FIG. 9, the obtained cyclic volta also showed an oxidation-reduction wave at 0.63 V in grams.
1 正極
4 負極
5 電解液(電解質層)
1 Positive electrode 4
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