JP2015529945A - 金属空気電池用エアーブリージングカソード - Google Patents
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Abstract
Description
(i)導電性の集電体と
(ii)金属イオン伝導性媒体と
を含む、金属空気電池での使用に適した、エアーブリージングカソードにおいて、式
(AA’)a(BB’)bOc
(上式中、
A及びA’は同じか又は異なっており、RE(ここで、REはイットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムから選択される)、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、インジウム、タリウム、スズ、鉛、アンチモン及びビスマスからなる群から選択され;
Bは、Ru、Ir、Os、Rh、Ti、Sn、Ge、Mn、Nb、Ta、Mo、W、Zr及びPbからなる群から選択され;
B’は存在しないか、あるいはRu、Ir、Os、Rh、Ca、Mg、In、Tl、Sn、Pb、Sb、Bi、Ge、Nb、Ta、W、Mo、Zr又はRE(ここで、REは上に記載の通りである)からなる群から選択され;
cは3から11であり;
(a+b):cの原子比は1:1から1:2であり;
a:bの原子比は1:1.5から1.5:1である)
の金属酸化物を更に含むことを特徴とするカソードを提供する。
好ましくは、A及びA’の少なくとも一つはアルカリ金属、アルカリ土類金属又はREである。より好ましくは、Aはアルカリ金属又はアルカリ土類金属であり、A’はアルカリ土類金属又はREである。更により好ましくは、Aはアルカリ金属であり、A’はアルカリ土類金属又はREである。
A及びA’が、ナトリウム、カリウム、カルシウム、ストロンチウム及びセリウムから選択されることが特に好適である。例えば、Aがナトリウム及びカリウム(最も好ましくはナトリウム)から選択され得、A’がカルシウム及びセリウムから選択され得る。
適切には、B’は、Ru、Ir、Os、Rh、Ca、Mg、RE、In、Tl、Sn、Pb、Sb、Bi及びGe;好ましくはRu、Ir、Ca、Mg、RE、In、Tl、Sn、Pb、Sb、Bi及びGeからなる群から選択される。幾つかの好ましい実施態様では、B’は存在しない。
AがNaであり;
A’がREであり;
BがTi、Sn、Ge、Ru、Mn、Ir、Os、Ta、Nb、Mo、W、Zr又はPbであり;
B’は存在しないか、あるいはTi、Sn、Ge、Ru、Mn、Ir、Os、Ta、Nb、Mo、W、Zr又はPbであり;
aが2であり;
bが2であり;
cが6から7である。
Bは好ましくはTi、Sn、Ge、Ru、Mn、Ir、Os又はPbでありうる。B’は好ましくはTi、Sn、Ge、Ru、Mn、Ir、Os又はPbでありうる。
AはLi、Na又はK、好ましくはNa又はKであり;
A’はアルカリ土類元素又はRE、好ましくはカルシウム又はセリウムであり;
BはTi、Sn、Ge、Ru、Mn、Ir、Os、Ta、Nb、Mo、W、Zr又はPbであり;
B’は存在しないかあるいはTi、Sn、Ge、Ru、Mn、Ir、Os、Ta、Nb、Mo、W、Zr又はPbである。
本発明の金属空気電池は、携帯用、定置又は輸送用途に使用することができる。
リチウム金属アノード:Sigma−Aldrich
ポリプロピレンセパレータ:Hollingsworth & Vose社
XC72R:CABOT社
スーパーP:TIMCAL
LiTFSI/テトラグリム:Sigma−AldrichからのLiTFSI塩及びテトラグリム
LiTDI/テトラグリム:Sigma−AldrichからのLiTDI塩及びテトラグリム
LiTDI/プロピレンカーボネート:Sigma−AldrichからのLiTDI塩及びプロピレンカーボネート
電解質は、モレキュラーシーブで溶剤を乾燥させ、アルゴングローブボックスに移し、ついで適切な濃度で溶媒にLi塩を分散させることによって、会社内で調製した。
NaCaIrOx(特にNa0.54Ca1.18Ir2O6・0.66H2O):国際特許出願第PCT/GB2011/052472号の実施例1に従って調製した。
NaCeRuOx(特にNa0.66Ce1.34Ru2O7):国際特許出願第PCT/GB2011/052472号の実施例5に従って調製した。
Bi2Ir2O7:国際特許出願第PCT/GB2011/052472号の実施例2に従って調製した。
ナフィオン:デュポン
Kynarflex 2801(PVDF−HFP共重合体):アルケマ社
Claims (20)
- (i)導電性の集電体と
(ii)金属イオン伝導性媒体と
を含むエアーブリージングカソードにおいて、式
(AA’)a(BB’)bOc
(上式中、
A及びA’は同じか又は異なっており、RE(ここで、REはイットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムから選択される)、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、インジウム、タリウム、スズ、鉛、アンチモン及びビスマスからなる群から選択され;
Bは、Ru、Ir、Os、Rh、Ti、Sn、Ge、Mn、Ta、Nb、Mo、W、Zr及びPbからなる群から選択され;
B’は存在しないか、あるいはRu、Ir、Os、Rh、Ca、Mg、In、Tl、Sn、Pb、Sb、Bi、Ge、Ta、Nb、Mo、W、Zr又はRE(ここで、REは上に記載の通りである)からなる群から選択され;
cは3から11であり;
(a+b):cの原子比は1:1から1:2であり;
a:bの原子比は1:1.5から1.5:1であり;
ここで、A及びA’の少なくとも一つは、アルカリ金属、アルカリ土類金属及びREから選択される)
の金属酸化物を更に含むことを特徴とするカソード。 - aが0.66から1.5であり、bが1であり、cが3から5である、請求項1に記載のエアーブリージングカソード。
- aが1.33から3であり、bが2であり、cが3から10である、請求項1に記載のエアーブリージングカソード。
- aが2であり、bが2であり、cが6から7である、請求項3に記載のエアーブリージングカソード。
- Aがアルカリ金属であり、A’がアルカリ土類金属及びREから選択される、請求項1から4の何れか一項に記載のエアーブリージングカソード。
- A及びA’が、RE、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、鉛、及びセリウム;好ましくは、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、鉛、セリウム、プラセオジム及びテルビウムからなる群から選択される、請求項1から4の何れか一項に記載のエアーブリージングカソード。
- A及びA’が、ナトリウム、カリウム、カルシウム、ストロンチウム及びセリウムから選択される、請求項1から6の何れか一項に記載のエアーブリージングカソード。
- Bがルテニウム、イリジウム及びチタンから選択される、請求項1から7の何れか一項に記載のエアーブリージングカソード。
- aが2であり、bが2であり、cが6から7である、請求項1から8の何れか一項に記載のエアーブリージングカソード。
- AがNaであり;
A’がREであり;
BがTi、Sn、Ge、Ru、Mn、Ir、Os又はPbであり;
B’が存在しないか、あるいはTi、Sn、Ge、Ru、Mn、Ir、Os又はPbであり;
aが2であり;
bが2であり;
cが6から7である、請求項1に記載のエアーブリージングカソード。 - aが2から4.5であり、bが3であり、cが10から11である、請求項1に記載のエアーブリージングカソード。
- エアーブリージングカソードが多孔質導電性材料を更に含む、請求項1から11の何れか一項に記載のエアーブリージングカソード。
- 金属酸化物が多孔質導電性材料に担持される、請求項12に記載のエアーブリージングカソード。
- 金属酸化物が多孔質導電性材料と密に混合される、請求項12に記載のエアーブリージングカソード。
- エアーブリージングカソードが酸素還元触媒を更に含む、請求項1から14の何れか一項に記載のエアーブリージングカソード。
- 酸素還元触媒が、高表面積担体材料に担持される、請求項15に記載のエアーブリージングカソード。
- エアーブリージングカソードが結合剤を更に含む、請求項1から16の何れか一項に記載のエアーブリージングカソード。
- 請求項1から17の何れか一項に記載のエアーブリージングカソードと、アノードと、エアーブリージングカソードとアノードとの間の電解質とを含む金属空気電池。
- アノードが活性アノード材料とアノード集電体を含み、活性アノード材料がリチウムを含む、請求項18に記載の金属空気電池。
- 電解質が非プロトン性である、請求項18又は19に記載の金属空気電池。
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