JP2018006057A - Iron-air battery system - Google Patents

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博司 陶山
Hiroshi Toyama
博司 陶山
和史 若山
Kazufumi Wakayama
和史 若山
智博 黒木
Tomohiro Kuroki
智博 黒木
翔一 原川
Shoichi Harakawa
翔一 原川
望 小林
Nozomi Kobayashi
望 小林
厳 池田
Itsuki Ikeda
厳 池田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an iron-air battery system capable of suppressing a decrease in discharge capacity.SOLUTION: An iron-air battery system includes an iron-air battery including a negative electrode including an iron element, an air electrode to which oxygen is supplied, an electrolyte layer disposed between the negative electrode and the air electrode, and a circulation path where the electrolyte circulates. The iron-air battery system also includes a potential control circuit temporally lowering the potential of the negative electrode to -1.2 V (vs. Hg/HgO) or less during discharge.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、鉄空気電池システムに関する。   The present invention relates to an iron-air battery system.

活物質として酸素を利用する空気電池は、エネルギー密度が高い等の多くの利点を有している。空気電池としては、例えば、鉄空気電池やアルミニウム空気電池等の金属空気電池が知られている。   An air battery using oxygen as an active material has many advantages such as high energy density. As an air battery, metal air batteries, such as an iron air battery and an aluminum air battery, are known, for example.

このような金属空気電池に関する研究課題の一つとして、放電容量の低下を抑制することが挙げられる。金属空気電池においては、放電時に金属負極中の金属原子がイオンとして電解液中に溶出することで電流が流れている。そのため、放電に伴い、電解液中の金属イオンの濃度が徐々に高くなっていく。電解液中の金属イオンの濃度が十分に高くなると金属負極表面に金属酸化物または金属水酸化物が析出し、放電容量が低下する。   One of the research subjects related to such a metal-air battery is to suppress a decrease in discharge capacity. In a metal-air battery, current flows as metal atoms in a metal negative electrode elute into the electrolyte as ions during discharge. Therefore, the concentration of metal ions in the electrolytic solution gradually increases with discharge. When the concentration of metal ions in the electrolytic solution becomes sufficiently high, metal oxide or metal hydroxide is deposited on the surface of the metal negative electrode, and the discharge capacity decreases.

この課題に対して、例えば、特許文献1には、金属空気電池において、電解液の循環構造を備え、電解液槽中に表面が電極活物質である金属の酸化物または水酸化物を含む基材を有することで、析出物を基材に優先的に析出させ、電極に析出物が付着することを抑制する技術が提案されている。ここで、金属電極として、鉄、亜鉛、アルミニウムが開示されている。 In response to this problem, for example, Patent Document 1 discloses a metal-air battery that includes an electrolyte solution circulation structure, and the surface of the electrolyte solution tank includes a metal oxide or hydroxide that is an electrode active material. By having a material, a technique has been proposed in which precipitates are preferentially deposited on a substrate and the deposits are prevented from adhering to an electrode. Here, iron, zinc, and aluminum are disclosed as metal electrodes.

国際公開第2015/016101号International Publication No. 2015/016101

しかしながら、負極電極として鉄を用いる場合、鉄のイオンは溶解度が低く、電極表面に析出しやすいため、析出物により電極が不動態化してしまい、放電容量が低下してしまう。   However, when iron is used as the negative electrode, iron ions have low solubility and are likely to be deposited on the electrode surface, so the electrode is passivated by the deposit, and the discharge capacity is reduced.

本発明は、放電容量の低下を抑制することが可能な鉄空気電池システムを提供することを主目的とする。   The main object of the present invention is to provide an iron-air battery system capable of suppressing a decrease in discharge capacity.

上記課題を達成するために、本発明においては、鉄元素を含む負極と、酸素が供給される空気極と、前記負極と前記空気極との間に配置される電解液層と、前記電解液が循環する循環路とを備えた鉄空気電池を有する鉄空気電池システムにおいて、放電の途中に一時的に前記負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする電位制御回路を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the present invention, a negative electrode containing an iron element, an air electrode to which oxygen is supplied, an electrolytic solution layer disposed between the negative electrode and the air electrode, and the electrolytic solution In an iron-air battery system having an iron-air battery provided with a circulation path through which the gas circulates, a potential control circuit for temporarily setting the potential of the negative electrode to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less during discharge It is characterized by having.

本発明の鉄空気電池システムは、放電の途中に一時的に負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする制御を行うことで、電解液中の水が分解されて水素が発生し、発生した水素によって、負極表面の析出物が除去され、結果として放電容量の低下を抑制することが可能になる。したがって、本発明によれば、放電容量の低下を抑制することが可能な鉄空気電池システムを提供することができる   In the iron-air battery system of the present invention, by controlling the potential of the negative electrode to be −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less temporarily during discharge, water in the electrolytic solution is decomposed to generate hydrogen. And the generated hydrogen removes the deposit on the negative electrode surface, and as a result, it is possible to suppress a decrease in discharge capacity. Therefore, according to this invention, the iron air battery system which can suppress the fall of discharge capacity can be provided.

本発明の実施形態に係る循環路および電位制御回路を有する鉄空気電池システムの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the iron air battery system which has a circuit and the electric potential control circuit which concerns on embodiment of this invention. 負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする制御態様を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control aspect which makes the electric potential of a negative electrode below -1.2V (vs.Hg / HgO). 本発明の実施形態に係る鉄空気電池セルの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the iron air battery cell which concerns on embodiment of this invention.

以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。   The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.

本発明において、鉄空気電池とは、負極において、鉄の酸化反応が行われ、空気極において、活物質である酸素の還元反応が行われ、負極と空気極との間に配置される電解液によってイオンが伝導される電池を指す。本発明の鉄空気電池は、一次電池であっても二次電池であってもよい。   In the present invention, an iron-air battery is an electrolytic solution in which an iron oxidation reaction is performed in a negative electrode, a reduction reaction of oxygen, which is an active material, is performed in an air electrode, and is disposed between the negative electrode and the air electrode. Refers to a battery through which ions are conducted. The iron-air battery of the present invention may be a primary battery or a secondary battery.

図1は、本発明の実施形態に係る循環路および電位制御回路を有する鉄空気電池システムの構成例を示す概略図である。
図1に示すように、鉄空気電池システム100は、鉄空気電池60と、負極11に接続された電位制御回路30と、電圧を検出可能な電圧センサ40とを有し、鉄空気電池60は、鉄空気電池セル10と、電解液層13に電解液14が循環する循環路21が接続され、循環路21上に電解液14を収容するためのタンク22と、電解液を循環させるための液体ポンプ23とを有し、鉄空気電池セル10は、鉄空気電池セル10で発生された電気エネルギーを利用可能な機器50に接続されている。また、電位制御回路30は、電位制御部31と制御指令部32とを有する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an iron-air battery system having a circulation path and a potential control circuit according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the iron-air battery system 100 includes an iron-air battery 60, a potential control circuit 30 connected to the negative electrode 11, and a voltage sensor 40 that can detect a voltage. The iron-air battery cell 10 and a circulation path 21 through which the electrolyte solution 14 circulates are connected to the electrolyte layer 13, a tank 22 for containing the electrolyte solution 14 on the circulation path 21, and a circuit for circulating the electrolyte solution The iron-air battery cell 10 is connected to a device 50 that can use the electrical energy generated in the iron-air battery cell 10. The potential control circuit 30 includes a potential control unit 31 and a control command unit 32.

鉄空気電池システム100は、機器50の放電要求に応じて、鉄空気電池セル10で放電が開始し、電圧センサ40を用いて電圧が検出される。電圧センサ40による電圧検出結果は出力信号として制御指令部32へと送られる。制御指令部32は、電位制御部31の動作制御を実行可能なCPU32aと、該CPU32aに対する記憶装置とが設けられている。CPU32aは、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、CPU32aに対する記憶装置は、例えば、電位制御部31の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するROM32bと、CPU32aの作業領域として機能するRAM32c等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、CPU32aが、ROM32bに記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、鉄空気電池システム100における制御指令部32が機能する。電圧センサ40によって検出された電圧に関する情報(出力信号)は、制御指令部32の入力ポート32dを介して、入力信号としてCPU32aへと到達する。CPU32aは、入力信号及びROM32bに記憶されたプログラムに基づいて、出力ポート32eを介して、電位制御部31に対する動作指令を制御する。すなわち、鉄空気電池システム100において、制御指令部32は信号手段として機能することができ、電位制御部31は、CPU32aから与えられた動作指令に応じて、負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする。 In the iron-air battery system 100, discharge starts in the iron-air battery cell 10 in response to a discharge request from the device 50, and a voltage is detected using the voltage sensor 40. The voltage detection result by the voltage sensor 40 is sent to the control command unit 32 as an output signal. The control command unit 32 is provided with a CPU 32a capable of executing the operation control of the potential control unit 31, and a storage device for the CPU 32a. The CPU 32a is configured by combining a microprocessor unit and various peripheral circuits necessary for its operation, and a storage device for the CPU 32a includes, for example, a ROM 32b for storing programs and various data necessary for operation control of the potential control unit 31, and the CPU 32a. The RAM 32c and the like functioning as a work area are combined. In addition to the configuration, the control command unit 32 in the iron-air battery system 100 functions by combining the CPU 32a with software stored in the ROM 32b. Information (output signal) related to the voltage detected by the voltage sensor 40 reaches the CPU 32a as an input signal via the input port 32d of the control command unit 32. The CPU 32a controls an operation command to the potential control unit 31 via the output port 32e based on the input signal and the program stored in the ROM 32b. That is, in the iron-air battery system 100, the control command unit 32 can function as a signal means, and the potential control unit 31 sets the potential of the negative electrode to −1.2 V (vs) according to the operation command given from the CPU 32a. .Hg / HgO) or less.

図2は、負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする制御態様を説明するフローチャートである。図2に示すフローチャートは、電圧センサ40による電圧検出結果に基づいて放電が開始されたことを判断して実行される。
図2に示すように、ステップS1で機器50からの放電要求があるか否かが判断され、ステップS1で否定判断がなされた場合には、放電が終了される。ステップS1で肯定判断がなされたら、放電は継続され(ステップS2)、その後、ステップS3で放電時間t1が後述する所定の放電時間T1経過したかを否かが判断される。ステップS3で否定判断がなされた場合には、処理はステップS2に戻される。これに対し、ステップS3で肯定判断がなされたら、負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にし(ステップS4)、その後、ステップS5で負極の電位が−1.2V(vs.Hg/HgO)以下になっている低電位時間t2が後述する所定の低電位時間T2経過したかを否かが判断される。ステップS5で否定判断がなされた場合には、処理はステップS4に戻される。これに対し、ステップS5で肯定判断がなされたら、ステップS1に戻される。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a control mode in which the potential of the negative electrode is set to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less. The flowchart shown in FIG. 2 is executed by determining that the discharge has started based on the voltage detection result by the voltage sensor 40.
As shown in FIG. 2, it is determined whether or not there is a discharge request from the device 50 in step S1, and if a negative determination is made in step S1, the discharge is terminated. If an affirmative determination is made in step S1, the discharge is continued (step S2), and then it is determined in step S3 whether or not a predetermined discharge time T1 described later has elapsed. If a negative determination is made in step S3, the process returns to step S2. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S3, the negative electrode potential is set to -1.2 V (vs. Hg / HgO) or less (step S4), and then the negative electrode potential is -1.2 V (vs. .Hg / HgO) It is determined whether or not a low potential time t2 that is equal to or lower than a predetermined low potential time T2 described later has elapsed. If a negative determination is made in step S5, the process returns to step S4. On the other hand, if a positive determination is made in step S5, the process returns to step S1.

電位制御部31は、負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にすることを特徴とする。具体的には、負極11に接続され、制御指令部32の動作指令に応じて負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下となるように制御する。ここで、負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にするとは、充電状態にすることと同義である。制御時の電位は、水が分解して水素を発生する電位以下であればよく、例えば、−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする。また、制御時の電位は、例えば、−3.0V(vs.Hg/HgO)より大きければよく、−2.0V(vs.Hg/HgO)以上にする。
ここで、電位が−1.2V(vs.Hg/HgO)とは、Hg/HgO電極の電位を基準とした負極の電位を示している。
電位制御部31は、負極11の電位を制御できるものであればよく、例えば、電位・電流制御装置等が挙げられる。
The potential control unit 31 is characterized in that the potential of the negative electrode is set to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less. Specifically, it is connected to the negative electrode 11 and controlled so that the potential of the negative electrode becomes −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less according to the operation command of the control command unit 32. Here, setting the potential of the negative electrode to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less is synonymous with setting the state of charge. The potential at the time of control may be equal to or lower than the potential at which water decomposes to generate hydrogen, for example, −1.2 V (vs. Hg / HgO) or lower. Moreover, the electric potential at the time of control should just be larger than -3.0V (vs.Hg / HgO), for example, and it shall be more than -2.0V (vs.Hg / HgO).
Here, the potential of −1.2 V (vs. Hg / HgO) indicates the potential of the negative electrode based on the potential of the Hg / HgO electrode.
The potential control unit 31 may be anything that can control the potential of the negative electrode 11, and examples thereof include a potential / current control device.

制御指令部32は、放電の途中に一時的に負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする動作指令を電位制御部31に与えることを特徴とする。具体的には、電位制御部31に接続され、放電の途中に一時的に負極の電位を制御する動作指令を与える。
放電の途中に一時的に負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする動作指令を与えるタイミングは、析出物によって負極が完全に不動態化してしまう前に行えばよく、例えば、3時間に1回以上であることが好ましく、2時間に1回以上であることがより好ましく、1時間に1回以上であることがさらに好ましい。また、動作指令を与えるタイミングは、一定時間間隔ごとに定期的に行ってもよいし、異なった時間間隔で行ってもよい。電位を制御するタイミングが少なすぎると負極表面の析出物の除去が不十分となる傾向があり、多すぎると放電に影響を与える傾向がある。
放電の途中に一時的に負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする時間の平均割合は、析出物によって負極が完全に不動態化してしまう前に負極表面の析出物を除去することができればよく、例えば、放電1時間に対して、1〜300秒であることが好ましく、5〜100秒であることがより好ましく、10〜60秒であることがさらに好ましい。電位を制御する時間の平均割合が短すぎると負極表面の析出物の除去が不十分となる傾向があり、長すぎると放電に影響を与える傾向がある。
負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする時間は、負極表面の析出物を除去することができる時間であればよく、例えば、1〜300秒であることが好ましく、5〜100秒であることがより好ましく、10〜60秒であることがさらに好ましい。電位を制御する時間が短すぎると負極表面の析出物の除去が不十分となる傾向があり、長すぎると放電に影響を与える傾向がある。
したがって、前述した所定の放電時間T1は、例えば、3時間、2時間、または1時間から適宜選択される。また、前述した所定の低電位時間T2は、例えば、1〜300秒、5〜100秒、または10〜60秒から適宜選択される。所定の放電時間T1および所定の低電位時間T2はROM32bにあらかじめ記憶されている。
The control command unit 32 is characterized by giving an operation command to the potential control unit 31 to temporarily set the negative electrode potential to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less during discharge. Specifically, it is connected to the potential control unit 31 and gives an operation command for temporarily controlling the potential of the negative electrode during the discharge.
The timing for giving an operation command for temporarily setting the potential of the negative electrode to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or lower during discharge may be performed before the negative electrode is completely passivated by precipitates. For example, it is preferably at least once every 3 hours, more preferably at least once every 2 hours, and even more preferably at least once every hour. Moreover, the timing which gives an operation command may be performed regularly for every fixed time interval, and may be performed at a different time interval. If the timing for controlling the potential is too small, the removal of the deposit on the negative electrode surface tends to be insufficient, and if it is too large, the discharge tends to be affected.
The average ratio of the time during which the potential of the negative electrode is temporarily reduced to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less during the discharge is determined by the precipitate on the negative electrode surface before the negative electrode is completely passivated by the precipitate. For example, it is preferably 1 to 300 seconds, more preferably 5 to 100 seconds, and further preferably 10 to 60 seconds with respect to 1 hour of discharge. If the average ratio of the time for controlling the potential is too short, the removal of the precipitate on the negative electrode surface tends to be insufficient, and if it is too long, the discharge tends to be affected.
The time when the potential of the negative electrode is set to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or lower is sufficient as long as the precipitate on the negative electrode surface can be removed, and is preferably, for example, 1 to 300 seconds. It is more preferably 5 to 100 seconds, and further preferably 10 to 60 seconds. If the time for controlling the potential is too short, the deposit on the negative electrode surface tends to be insufficiently removed, and if it is too long, the discharge tends to be affected.
Therefore, the predetermined discharge time T1 described above is appropriately selected from, for example, 3 hours, 2 hours, or 1 hour. The predetermined low potential time T2 described above is appropriately selected from, for example, 1 to 300 seconds, 5 to 100 seconds, or 10 to 60 seconds. The predetermined discharge time T1 and the predetermined low potential time T2 are stored in advance in the ROM 32b.

前記循環路21は、通常、前記電解液層13部分において流入側と流出側の2箇所で接続し、当該流入側から当該流出側に向かって1方向の流れができるように電解液層13との接続箇所を設定する。
また、前記循環路21はタンク22においても、流入側と流出側の2箇所で接続する。
放電中は電解液の流速が0.1〜3.0L/minに維持されるように、ポンプの回転数が制御される。
前記電解液層13および前記タンク以外の部分の循環路の材質は、電解液に安定なものであれば特に限定されないが、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、テトラフルオロエチレン、Ni、SUS、Cuなどを用いる。
The circulation path 21 is usually connected at two locations on the inflow side and the outflow side in the electrolyte layer 13 portion, and the electrolyte layer 13 and the electrolyte layer 13 so as to allow a one-way flow from the inflow side to the outflow side. Set the connection location of.
The circulation path 21 is also connected to the tank 22 at two locations on the inflow side and the outflow side.
During the discharge, the rotational speed of the pump is controlled so that the flow rate of the electrolyte is maintained at 0.1 to 3.0 L / min.
The material of the circulation path other than the electrolytic solution layer 13 and the tank is not particularly limited as long as it is stable to the electrolytic solution. Usually, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, tetrafluoroethylene, Ni, SUS, Cu or the like is used.

タンク22の材質は、電解液に安定なものであれば特に限定されないが、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、テトラフルオロエチレン、Ni、SUS、Cuなどを用いる。 The material of the tank 22 is not particularly limited as long as it is stable to the electrolytic solution, but usually polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, tetrafluoroethylene, Ni, SUS, Cu or the like is used.

図3は、本発明の実施形態に係る鉄空気電池セルの構成例を示す断面図である。
図3に示すように、鉄空気電池セル10は、負極11と、負極11と離隔されて設けられている空気極12と、負極11と空気極12との間に配置される電解液層13と、負極11に接続された負極集電体15と、空気極12に接続された空気極集電体16と、これらを収容する外装体17とを備え、外装体17の一部が撥水膜18で構成されている。鉄空気電池10は、撥水膜18等を用いて、電解液14が外装体17から漏洩しないように構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the iron-air battery cell according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, the iron-air battery cell 10 includes a negative electrode 11, an air electrode 12 provided separately from the negative electrode 11, and an electrolyte layer 13 disposed between the negative electrode 11 and the air electrode 12. A negative electrode current collector 15 connected to the negative electrode 11, an air electrode current collector 16 connected to the air electrode 12, and an exterior body 17 that accommodates these, and a part of the exterior body 17 is water repellent. It is composed of a film 18. The iron-air battery 10 is configured so that the electrolytic solution 14 does not leak from the exterior body 17 using a water repellent film 18 or the like.

負極11は、少なくとも負極活物質を含有する。
負極活物質としては、鉄金属、鉄合金、及び、鉄化合物等が挙げられ、鉄金属が好ましい。鉄合金としては、バナジウム、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、及び、リチウムからなる群より選ばれる金属材料との合金等が挙げられ、鉄合金を構成する鉄以外の金属は1種でも2種以上でもよい。鉄化合物としては、例えば、FeO、Fe 、Fe、FeOOH、Fe(OH)、Fe(OH)、硝酸鉄(III)、鉄(III)クロリドオキシド、シュウ酸鉄(III)、臭化鉄(III)、及びヨウ化鉄(III)等を挙げることができる。
負極が鉄金属の場合の鉄の純度は、特に限定されない。鉄金属中に含まれる鉄の元素比は、下限としては、50%以上、特に80%以上、さらに95%以上、中でも99.5%以上であることが好ましい。また、鉄金属中に含まれる鉄の元素比は、上限としては、100%以下であってもよく、99.999%以下であってもよく、99.99%以下であってもよく、99.9%以下であってもよい。
鉄合金は、合金全体の質量を100質量%としたときの鉄の含有割合が50質量%以上であることが好ましい。
The negative electrode 11 contains at least a negative electrode active material.
Examples of the negative electrode active material include iron metal, iron alloy, and iron compound, and iron metal is preferable. Examples of the iron alloy include an alloy with a metal material selected from the group consisting of vanadium, silicon, aluminum, magnesium, zinc, and lithium. The metal other than iron constituting the iron alloy is one kind or two or more kinds. But you can. Examples of the iron compound include FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , FeOOH, Fe (OH) 2 , Fe (OH) 3 , iron (III) nitrate, iron (III) chloride oxide, iron oxalate ( III), iron (III) bromide, iron (III) iodide and the like.
The purity of iron when the negative electrode is iron metal is not particularly limited. The lower limit of the elemental ratio of iron contained in the iron metal is preferably 50% or more, particularly 80% or more, more preferably 95% or more, and especially 99.5% or more. Further, the upper limit of the element ratio of iron contained in the iron metal may be 100% or less, 99.999% or less, 99.99% or less, 99 It may be 9% or less.
The iron alloy preferably has an iron content of 50% by mass or more when the mass of the entire alloy is 100% by mass.

負極11の形状は、特に限定されず、板、棒、粒子、メッシュ状等が挙げられる。なお、形状が粒子状の場合の粒子の粒径は、下限としては、1nm以上、特に10nm以上、さらに100nm以上であることが好ましく、上限としては、100mm以下、特に10mm以下、さらに1mm以下であることが好ましい。
本発明における粒子の平均粒径は、常法により算出される。粒子の平均粒径の算出方法の例は以下の通りである。まず、適切な倍率(例えば、5万〜100万倍)の透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope;以下、TEMと称する。)画像又は走査型電子顕微鏡(Scanning ElectronMicroscope;以下、SEMと称する。)画像において、ある1つの粒子について、当該粒子を球状と見なした際の粒径を算出する。このようなTEM観察又はSEM観察による粒径の算出を、同じ種類の200〜300個の粒子について行い、これらの粒子の平均を平均粒径とする。
The shape of the negative electrode 11 is not particularly limited, and examples thereof include plates, rods, particles, and mesh shapes. In addition, the particle diameter of the particles when the shape is particulate is preferably 1 nm or more, particularly 10 nm or more, more preferably 100 nm or more as the lower limit, and the upper limit is 100 mm or less, particularly 10 mm or less, and further 1 mm or less. Preferably there is.
The average particle diameter of the particles in the present invention is calculated by a conventional method. An example of a method for calculating the average particle size of the particles is as follows. First, a transmission electron microscope (hereinafter referred to as TEM) image or a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) image at an appropriate magnification (for example, 50,000 to 1,000,000 times). Then, for a certain particle, the particle diameter when the particle is regarded as spherical is calculated. Calculation of the particle size by such TEM observation or SEM observation is performed for 200 to 300 particles of the same type, and the average of these particles is taken as the average particle size.

負極11は、必要に応じ、負極の集電を行う負極集電体15を有する。負極集電体15の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス、ニッケル、銅、カーボン等を挙げることができる。負極集電体15の形状としては、例えば箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。後述する外装体が負極集電体15としての機能を兼ね備えていてもよい。
また、負極集電体15は、外部との接続部となる端子を有していてもよい。
The negative electrode 11 includes a negative electrode current collector 15 that collects current from the negative electrode as necessary. The material of the negative electrode current collector 15 is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include stainless steel, nickel, copper, and carbon. Examples of the shape of the negative electrode current collector 15 include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. An exterior body described later may have a function as the negative electrode current collector 15.
Further, the negative electrode current collector 15 may have a terminal serving as a connection portion with the outside.

空気極12は、少なくとも導電性材料を含有する。
導電性材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば炭素材料、ペロブスカイト型導電性材料、多孔質導電性ポリマー及び金属体等を挙げることができる。
炭素材料は、多孔質構造を有するものであってもよく、多孔質構造を有しないものであってもよいが、多孔質構造を有するものであることが好ましい。比表面積が大きく、多くの反応場を提供することができるからである。多孔質構造を有する炭素材料としては、具体的にはメソポーラスカーボン等を挙げることができる。一方、多孔質構造を有しない炭素材料としては、具体的にはグラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、及び、カーボンファイバー等を挙げることができる。
金属体は、電解液に対して安定な公知の金属によって構成することができる。金属体は、具体的には、例えばNi、Cr、及び、Alからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を含有する金属層(被覆膜)が表面に形成されているものであっても、その全体がNi、Cr、及び、Alからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属からなる金属材料によって、構成されているものであってもよい。金属体の形態は、例えば、金属メッシュ、穴開け加工された金属箔、又は、発泡金属体等の公知の形態にすることができる。
空気極における導電性材料の含有量としては、例えば、空気極全体の質量を100質量%としたとき、10〜99質量%、中でも50〜95質量%であることが好ましい。
The air electrode 12 contains at least a conductive material.
The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include a carbon material, a perovskite-type conductive material, a porous conductive polymer, and a metal body.
The carbon material may have a porous structure or may not have a porous structure, but preferably has a porous structure. This is because the specific surface area is large and many reaction fields can be provided. Specific examples of the carbon material having a porous structure include mesoporous carbon. On the other hand, specific examples of the carbon material having no porous structure include graphite, acetylene black, carbon black, carbon nanotube, and carbon fiber.
A metal body can be comprised with the well-known metal stable with respect to electrolyte solution. Specifically, for example, the metal body has a metal layer (coating film) containing at least one metal selected from the group consisting of Ni, Cr, and Al formed on the surface, The whole may be composed of a metal material made of at least one metal selected from the group consisting of Ni, Cr, and Al. The form of the metal body can be a known form such as a metal mesh, a metal foil that has been punched, or a metal foam body.
As content of the electroconductive material in an air electrode, when the mass of the whole air electrode is 100 mass%, for example, it is preferable that it is 10-99 mass%, especially 50-95 mass%.

空気極12は、電極反応を促進する触媒を含有していてもよく、触媒は上記導電性材料に担持されていてもよい。
触媒は、鉄空気電池に使用可能な、酸素還元能を有する公知の触媒を適宜用いることができる。触媒としては、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、及び、白金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属;Co、Mn、又は、Fe等の遷移金属を含むペロブスカイト型酸化物;ポルフィリン骨格又はフタロシアニン骨格を有する金属配位有機化合物;二酸化マンガン(MnO2 )及び酸化セリウム(CeO2 )等の無機セラミックス;これらの材料を混合した複合材料等を挙げることができる。
空気極における触媒の含有量は、例えば、空気極全体の質量を100質量%としたとき、0〜90質量%、中でも1〜90質量%であることが好ましい。
The air electrode 12 may contain a catalyst that promotes an electrode reaction, and the catalyst may be supported on the conductive material.
As the catalyst, a known catalyst having an oxygen reducing ability that can be used in an iron-air battery can be appropriately used. Examples of the catalyst include at least one metal selected from the group consisting of ruthenium, rhodium, palladium, and platinum; a perovskite oxide containing a transition metal such as Co, Mn, or Fe; a porphyrin skeleton or a phthalocyanine skeleton. Examples thereof include metal coordination organic compounds having inorganic ceramics such as manganese dioxide (MnO2) and cerium oxide (CeO2); and composite materials in which these materials are mixed.
For example, the content of the catalyst in the air electrode is preferably 0 to 90% by mass, and more preferably 1 to 90% by mass, when the mass of the entire air electrode is 100% by mass.

空気極12の作製方法としては、例えば、導電性材料等の上記空気極用材料を混合して圧延する方法や、上記空気極用材料と溶媒とを含むスラリーを塗布する方法が挙げられる。   Examples of a method for producing the air electrode 12 include a method in which the air electrode material such as a conductive material is mixed and rolled, and a method in which a slurry containing the air electrode material and a solvent is applied.

空気極12は、必要に応じ、集電を行う空気極集電体16を有する。空気極集電体16としては、ニッケル金属を挙げることができる。後述する外装体17が空気極集電体16としての機能を兼ね備えていてもよい。
また、空気極集電体16は、外部との接続部となる端子を有していてもよい。
The air electrode 12 includes an air electrode current collector 16 that collects current as necessary. An example of the air electrode current collector 16 is nickel metal. An exterior body 17 to be described later may have a function as the air electrode current collector 16.
In addition, the air electrode current collector 16 may have a terminal serving as a connection portion with the outside.

負極11と空気極12との間に配置される電解液層13は、電解液14で満たされている。電解液層13には電解液14の循環路が接続され、循環路から流入する電解液14が電解液層13の中を特定の流速で移動する。 The electrolyte solution layer 13 disposed between the negative electrode 11 and the air electrode 12 is filled with the electrolyte solution 14. The electrolytic solution layer 13 is connected to a circulation path of the electrolytic solution 14, and the electrolytic solution 14 flowing from the circulation path moves through the electrolytic solution layer 13 at a specific flow rate.

電解液14は、少なくとも放電反応促進剤と、電解質化合物を含む水溶液である。
放電反応促進剤としては、S2−アニオン、SCNアニオン、S 2−アニオン、及び、(CHNCSSアニオンからなる群より選ばれる少なくとも一種のアニオンを含むものであれば特に限定されず、S 2−アニオンが含まれていることが好ましい。放電反応促進剤に含まれるカチオンの具体例としては、Li、K、Na、Rb、Cs、及び、Fr等が挙げられ、K、Naが好ましい。放電反応促進剤に含まれる、上記カチオンは、鉄よりも電気化学的に卑な金属のカチオンである。そのため、上記カチオンは、電解液中で負極金属である鉄とは反応し難い。したがって、上記カチオンであれば、放電反応促進のための、負極金属中に含まれる鉄への上記アニオンの優先的な吸着を阻害し難いと考えられる。
放電反応促進剤の具体例としては、Na、NaSCN、及び、(CHNCSSNa等が挙げられ、Na が好ましい。
電解液に含まれる放電反応促進剤の含有量は、特に限定されないが、0.005mol
/L以上、0.1mol/L以下であることが好ましい。
The electrolyte solution 14 is an aqueous solution containing at least a discharge reaction accelerator and an electrolyte compound.
The discharge reaction accelerator, S 2-anion, SCN - anion, S 2 O 3 2- anions, and, (CH 3) 2 NCSS - as long as it contains at least one anion selected from the group consisting of anionic is not particularly limited, it preferably contains S 2 O 3 2- anions. Specific examples of the cation contained in the discharge reaction accelerator include Li + , K + , Na + , Rb + , Cs + , and Fr + , and K + and Na + are preferable. The cation contained in the discharge reaction accelerator is a cation of a metal that is electrochemically less basic than iron. Therefore, the cation hardly reacts with iron, which is a negative electrode metal, in the electrolytic solution. Therefore, if it is the said cation, it will be hard to inhibit the preferential adsorption | suction of the said anion to iron contained in a negative electrode metal for discharge reaction promotion.
Specific examples of the discharge reaction accelerator include Na 2 S 2 O 3 , NaSCN, and (CH 3 ) 2 NCSSNa, and Na 2 S 2 O 3 is preferable.
The content of the discharge reaction accelerator contained in the electrolytic solution is not particularly limited, but is 0.005 mol.
/ L or more and 0.1 mol / L or less is preferable.

電解質化合物は、水に対して溶解性を有し、所望のイオン伝導性を発現するものであれば特に限定されないが、水溶液が、中性又は塩基性になるものであることが好ましく、電極の反応性向上の観点から、塩基性になるものが特に好ましい。
電解質化合物としては、Li、K、Na、Rb、Cs、Fr、Mg、Ca、Sr、Ba、及び、Raからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を含むものであることが好ましい。電解質化合物の具体例としては、LiCl、NaCl、KCl、MgCl、CaCl、LiOH、KOH、NaOH、RbOH、CsOH、Mg(OH)、Ca(OH)、及び、Sr(OH)等が挙げられ、NaOH、KOHが好ましく、特にKOHが好ましい。
電解質化合物の濃度は、特に限定されないが、下限としては、好ましくは0.01mol/L以上、特に0.1mol/L以上、さらに1mol/L以上であり、上限としては、好ましくは20mol/L以下、特に10mol/L以下、さらに8mol/L以下である。
電解質化合物の濃度が0.01mol/L未満の場合は、負極金属の溶解性が低下するおそれがある。一方、電解質化合物の濃度が、20mol/Lを超える場合は、鉄空気電池の自己放電が加速され、電池特性が低下するおそれがある。
電解液のpHは7以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、14以上であることが特に好ましい。
The electrolyte compound is not particularly limited as long as it has solubility in water and expresses desired ionic conductivity, but the aqueous solution is preferably neutral or basic. From the viewpoint of improving reactivity, those that are basic are particularly preferred.
The electrolyte compound preferably contains at least one metal selected from the group consisting of Li, K, Na, Rb, Cs, Fr, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra. Specific examples of the electrolyte compound include LiCl, NaCl, KCl, MgCl 2 , CaCl 2 , LiOH, KOH, NaOH, RbOH, CsOH, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , and Sr (OH) 2. NaOH and KOH are preferable, and KOH is particularly preferable.
The concentration of the electrolyte compound is not particularly limited, but the lower limit is preferably 0.01 mol / L or more, particularly 0.1 mol / L or more, more preferably 1 mol / L or more, and the upper limit is preferably 20 mol / L or less. In particular, it is 10 mol / L or less, and further 8 mol / L or less.
When the concentration of the electrolyte compound is less than 0.01 mol / L, the solubility of the negative electrode metal may be reduced. On the other hand, when the concentration of the electrolyte compound exceeds 20 mol / L, the self-discharge of the iron-air battery is accelerated, and the battery characteristics may be deteriorated.
The pH of the electrolytic solution is preferably 7 or more, more preferably 10 or more, and particularly preferably 14 or more.

鉄空気電池は、必要に応じ、空気極12と負極11との絶縁性を確保するためのセパレータを有する。セパレータは、電解液を保持する観点から、多孔質構造を有することが好ましい。セパレータの多孔質構造は、電解液を保持することができれば特に限定されず、例えば、構成繊維が規則正しく配列されたメッシュ構造、構成繊維がランダムに配列された不織布構造、独立孔や連結孔を有する三次元網目構造等が挙げられる。セパレータは、従来公知のものを用いることができる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、セルロース等の多孔膜や、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等が挙げられる。
セパレータの厚さは、特に限定されるものではなく、例えば、0.1〜100μmの範囲が好ましい。
セパレータの多孔度としては、30〜90%であることが好ましく、45〜70%であることがより好ましい。多孔度が低すぎるとイオン拡散を阻害する傾向があり、高すぎると強度が低下する傾向がある。
The iron-air battery has a separator for ensuring insulation between the air electrode 12 and the negative electrode 11 as necessary. It is preferable that a separator has a porous structure from a viewpoint of hold | maintaining electrolyte solution. The porous structure of the separator is not particularly limited as long as the electrolyte solution can be retained. For example, the separator has a mesh structure in which constituent fibers are regularly arranged, a nonwoven fabric structure in which constituent fibers are randomly arranged, independent holes, and connecting holes. Examples include a three-dimensional network structure. A conventionally well-known thing can be used for a separator. Specific examples include porous films such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and cellulose, and nonwoven fabrics such as a resin nonwoven fabric and a glass fiber nonwoven fabric.
The thickness of a separator is not specifically limited, For example, the range of 0.1-100 micrometers is preferable.
The porosity of the separator is preferably 30 to 90%, and more preferably 45 to 70%. If the porosity is too low, ion diffusion tends to be inhibited, and if it is too high, the strength tends to decrease.

鉄空気電池は、通常、空気極12、負極11及び電解液層13等を収納する外装体17を有する。
外装体17の形状としては、例えば、コイン型、平板型、円筒型、ラミネート型等を挙げることができる。
外装体17の材質は、電解液14に安定なものであれば特に限定されないが、Ni、Cr、及び、Alからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む金属体、並びに、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び、アクリル樹脂等の樹脂が挙げられる。外装体17が金属体の場合は、外装体17の表面のみが金属体で構成されるものであっても、外装体17全体が金属体で構成されるものであってもよい。
外装体17は、大気開放型で、外部から酸素を取り込むための孔を有し、少なくとも空気極が十分に大気と接触可能な構造を有する。酸素取り込み孔には撥水膜18等を設けてもよい。
撥水膜18は電解液14が漏液せず、空気を空気極12へ到達させることが可能な材質であれば特に限定されない。撥水膜18としては、例えば、多孔性のフッ素樹脂シート(PTFE等)、撥水処理を施した多孔性セルロース等が挙げられる。
空気極12に供給される酸素含有ガスとしては、通常、空気を用いる。
The iron-air battery usually has an exterior body 17 that houses the air electrode 12, the negative electrode 11, the electrolyte layer 13, and the like.
Examples of the shape of the exterior body 17 include a coin type, a flat plate type, a cylindrical type, and a laminate type.
The material of the exterior body 17 is not particularly limited as long as it is stable to the electrolytic solution 14, but a metal body including at least one selected from the group consisting of Ni, Cr, and Al, and polypropylene, polyethylene, and A resin such as an acrylic resin may be used. When the exterior body 17 is a metal body, only the surface of the exterior body 17 may be composed of a metal body, or the entire exterior body 17 may be composed of a metal body.
The exterior body 17 is open to the atmosphere, has a hole for taking in oxygen from the outside, and has a structure in which at least the air electrode can sufficiently come into contact with the atmosphere. A water repellent film 18 or the like may be provided in the oxygen uptake hole.
The water repellent film 18 is not particularly limited as long as the electrolyte solution 14 does not leak and the air can reach the air electrode 12. Examples of the water repellent film 18 include porous fluororesin sheets (PTFE and the like), porous cellulose subjected to water repellent treatment, and the like.
As the oxygen-containing gas supplied to the air electrode 12, air is usually used.

以下に実施例を示してさらに具体的に説明する。   Examples will be described in more detail below.

<実施例1>
(電極の準備)
作用極として、スチールウール(日本スチールウール株式会社製 ボンスター#0000 充填率約0.8%)0.8gを準備した。そして、上記スチールウールをアセトンに浸漬し、超音波洗浄を10分行った。そして、ニッケルメッシュ(100mesh 株式会社ニラコ製)を25mm×25mm×5mmのサイズの箱型に加工し、その中に上記スチールウールを配置した。
対極として、白金箔(株式会社ニラコ製)を30mm×30mm×0.1mmのサイズに切り出したものを準備した。そして、上記白金箔にニッケルリボン(株式会社ニラコ製)を溶接し、当該ニッケルリボンを集電配線とした。
参照極として、Hg/HgO電極(インターケミ株式会社製)を準備した。
<Example 1>
(Preparation of electrodes)
As a working electrode, 0.8 g of steel wool (Bonstar # 0000, a filling rate of approximately 0.8%, manufactured by Nippon Steel Wool Co., Ltd.) was prepared. And the said steel wool was immersed in acetone and ultrasonic cleaning was performed for 10 minutes. Then, a nickel mesh (100 mesh manufactured by Niraco Co., Ltd.) was processed into a box shape having a size of 25 mm × 25 mm × 5 mm, and the steel wool was placed therein.
As a counter electrode, a platinum foil (manufactured by Niraco Co., Ltd.) cut into a size of 30 mm × 30 mm × 0.1 mm was prepared. And the nickel ribbon (made by Nilaco Co., Ltd.) was welded to the said platinum foil, and the said nickel ribbon was used as current collection wiring.
As a reference electrode, an Hg / HgO electrode (manufactured by Interchem Corporation) was prepared.

(電解液の準備)
まず、8mol/LのKOH(和光純薬工業株式会社製)水溶液を準備した。そして、恒温槽:LU−113(エスペック株式会社製)中で、上記水溶液を25℃、8時間保持した。その後、放電反応促進剤として、Na(シグマアルドリッチ社製)を0.01mol/Lになるように上記水溶液に添加した。次に、上記水溶液を超音波洗浄機で15分攪拌した。そして、恒温槽中で、上記水溶液を25℃、3時間保持し、鉄空気電池用電解液を得た。
(Preparation of electrolyte)
First, an 8 mol / L aqueous solution of KOH (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was prepared. And the said aqueous solution was hold | maintained for 8 hours at 25 degreeC in thermostat: LU-113 (made by ESPEC Corporation). Thereafter, Na 2 S 2 O 3 (manufactured by Sigma-Aldrich) was added to the aqueous solution as a discharge reaction accelerator so as to be 0.01 mol / L. Next, the aqueous solution was stirred with an ultrasonic cleaner for 15 minutes. And the said aqueous solution was hold | maintained at 25 degreeC for 3 hours in the thermostat, and the electrolyte solution for iron-air batteries was obtained.

(評価セルの作製)
セル容器(容積30mL)を用意し、上記作用極、対極、参照極を当該セル容器内に配置した。さらに、作用極に電位制御部を接続し、電位制御部に制御指令部を接続した。
また、電解液層とタンクの間を電解液が循環するように循環路を配置し、循環路上に液体ポンプを設置した。
上記電解液をタンクに投入し、揮発抑制用の蓋を取り付け、評価セルを作製した。電解液層において電解液が流速1.2L/minで流れるように、液体ポンプ流量を設定して、電解液を循環させてから測定を行った。
(Production of evaluation cell)
A cell container (volume 30 mL) was prepared, and the working electrode, the counter electrode, and the reference electrode were arranged in the cell container. Furthermore, a potential control unit was connected to the working electrode, and a control command unit was connected to the potential control unit.
Further, a circulation path was arranged so that the electrolyte solution circulated between the electrolyte layer and the tank, and a liquid pump was installed on the circulation path.
The electrolytic solution was put into a tank, a volatilization suppression lid was attached, and an evaluation cell was produced. The liquid pump flow rate was set so that the electrolyte flowed at a flow rate of 1.2 L / min in the electrolyte layer, and the measurement was performed after circulating the electrolyte.

<比較例1>
作用極に電位制御部を接続しなかったこと以外は、実施例1と同様に評価セルの作製をした。
<Comparative Example 1>
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the potential control unit was not connected to the working electrode.

<比較例2>
(電極の準備)
対極として、ニッケルメッシュ(100mesh 株式会社ニラコ製)を25mm×25mm×5mmのサイズに切り出したものを準備した。そして、上記ニッケルメッシュにニッケルリボン(株式会社ニラコ製)を溶接し、当該ニッケルリボンを集電配線とした。
作用極および参照極を実施例1と同様に準備した。
<Comparative example 2>
(Preparation of electrodes)
As a counter electrode, a nickel mesh (100 mesh manufactured by Niraco Co., Ltd.) cut into a size of 25 mm × 25 mm × 5 mm was prepared. And the nickel ribbon (made by Nilaco Co., Ltd.) was welded to the said nickel mesh, and the said nickel ribbon was used as current collection wiring.
A working electrode and a reference electrode were prepared in the same manner as in Example 1.

(評価セルの作製)
電解液として実施例1と同様の電解液を25mL準備した。
セル容器(容積30mL)を用意し、上記作用極、対極、参照極を当該セル容器内に配置した。そして、上記各電解液25mLをセル容器内に投入した。さらに、上記各セル容器に揮発抑制用の蓋を取り付け、評価セルを作製した。
(Production of evaluation cell)
As an electrolytic solution, 25 mL of the same electrolytic solution as in Example 1 was prepared.
A cell container (volume 30 mL) was prepared, and the working electrode, the counter electrode, and the reference electrode were arranged in the cell container. And 25 mL of each said electrolyte solution was thrown in into the cell container. Furthermore, a lid for suppressing volatilization was attached to each of the above cell containers to produce an evaluation cell.

(放電容量の測定)
上記実施例1、および、比較例1〜2の各評価セルを用いて放電容量を測定した。
まず、評価用セルの作用極及び対極を電位電流制御器(Biologic社製、VMP3)に接続した。そして、放電前に、実施例1、および、比較例1では作用極の電位を90分間、−1.2V(vs.Hg/HgO)に保持し、比較例2では作用極の電位を10分間、−1.2V(vs.Hg/HgO)に保持し、作用極の鉄表面の酸化被膜を還元して除去した。その後、循環路を有しない比較例2においては、減圧処理を行い、電極間から発生した水素を除去した。そして、実施例1、および、比較例1〜2のそれぞれにおいて、放電電流23mAで放電を行った。放電は、作用極の電位が0V(vs.Hg/HgO)になるまで行い、放電容量を測定した。実施例1では、前記放電を1時間実施したあと、作用極の電位を30秒間、−1.2V(vs.Hg/HgO)に保持し、その後、放電を続けた。
負極活物質の単位重量あたりの放電容量の測定結果、および、比較例2の単位重量あたりの放電容量を0%としたときの、比較例2の単位重量あたりの放電容量に対する実施例1、および、比較例1の単位重量あたりの放電容量の増加率をそれぞれ表1に示す。
(Measurement of discharge capacity)
The discharge capacity was measured using the evaluation cells of Example 1 and Comparative Examples 1-2.
First, the working electrode and the counter electrode of the evaluation cell were connected to a potential current controller (Biologic, VMP3). Then, in Example 1 and Comparative Example 1, the potential of the working electrode is maintained at −1.2 V (vs. Hg / HgO) for 90 minutes before discharging, and in Working Example 2, the potential of the working electrode is maintained for 10 minutes. -1.2 V (vs. Hg / HgO), and the oxide film on the iron surface of the working electrode was reduced and removed. Thereafter, in Comparative Example 2 having no circulation path, a decompression process was performed to remove hydrogen generated between the electrodes. In each of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, discharge was performed at a discharge current of 23 mA. Discharge was performed until the potential of the working electrode became 0 V (vs. Hg / HgO), and the discharge capacity was measured. In Example 1, after the discharge was performed for 1 hour, the potential of the working electrode was maintained at −1.2 V (vs. Hg / HgO) for 30 seconds, and then the discharge was continued.
Measurement result of discharge capacity per unit weight of negative electrode active material, Example 1 relative to discharge capacity per unit weight of Comparative Example 2 when the discharge capacity per unit weight of Comparative Example 2 was set to 0%, and Table 1 shows the rate of increase in discharge capacity per unit weight in Comparative Example 1.

Figure 2018006057
Figure 2018006057

表1に示す結果より、実施例1では、比較例1および2と比較して、増加率が大幅に向上しており、放電容量の低下を抑制していることが分かる。また、実施例1では、放電の途中に一時的に前記負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にすることで得られる充電容量よりも、単位重量あたりの放電容量が大幅に増加しており、前記処理の充電による見かけ上の向上ではなく、負極表面の析出物が除去されることで電極の不動態化を抑制し、得られた効果であると考えられる。   From the results shown in Table 1, it can be seen that the increase rate in Example 1 is significantly improved as compared with Comparative Examples 1 and 2, and the decrease in discharge capacity is suppressed. Further, in Example 1, the discharge capacity per unit weight is significantly larger than the charge capacity obtained by temporarily setting the potential of the negative electrode to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less during discharge. This is considered to be an effect obtained by suppressing the passivation of the electrode by removing the deposit on the negative electrode surface, not by the apparent improvement due to the charging of the treatment.

以上より、上記鉄空気電池システムにおいて、放電の途中に一時的に前記負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする制御を行うことで、放電容量の低下を抑制することができた。前記効果は、放電の途中に一時的に前記負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にすることで、電解液中の水が分解され、発生した水素によって負極表面の析出物が除去されることに起因すると考えられる。   As described above, in the iron-air battery system, by controlling the potential of the negative electrode to be −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less temporarily during discharge, the reduction in discharge capacity is suppressed. I was able to. The effect is that during the discharge, the potential of the negative electrode is temporarily reduced to −1.2 V (vs. Hg / HgO) or less, whereby water in the electrolytic solution is decomposed and the generated hydrogen precipitates on the negative electrode surface. This is thought to be due to the removal of objects.

10 鉄空気電池セル
11 負極
12 空気極
13 電解液
14 セパレータ
15 負極集電体
16 空気極集電体
17 外装体
18 撥水膜
21 循環路
22 タンク
23 液体ポンプ
30 電位制御回路
31 電位制御部
32 制御指令部
32a CPU
32b ROM
32c RAM
32d 入力ポート
32e 出力ポート
40 電圧センサ
50 機器
60 鉄空気電池
100 鉄空気電池システム
10 Iron-air battery cell 11 Negative electrode 12 Air electrode 13 Electrolyte 14 Separator 15 Negative electrode current collector 16 Air electrode current collector 17 Exterior body 18 Water repellent film 21 Circulation path 22 Tank 23 Liquid pump 30 Potential control circuit 31 Potential control section 32 Control command unit 32a CPU
32b ROM
32c RAM
32d Input port 32e Output port 40 Voltage sensor 50 Device 60 Iron-air battery 100 Iron-air battery system

Claims (1)

鉄元素を含む負極と、
酸素が供給される空気極と、
前記負極と前記空気極との間に配置される電解液層と、
前記電解液が循環する循環路とを備えた鉄空気電池を有する鉄空気電池システムにおいて、
放電の途中に一時的に前記負極の電位を−1.2V(vs.Hg/HgO)以下にする電位制御回路を有することを特徴とする鉄空気電池システム。
A negative electrode containing iron element;
An air electrode supplied with oxygen;
An electrolyte layer disposed between the negative electrode and the air electrode;
In an iron-air battery system having an iron-air battery provided with a circulation path through which the electrolyte circulates,
An iron-air battery system comprising a potential control circuit that temporarily lowers the potential of the negative electrode to -1.2 V (vs. Hg / HgO) or less during discharge.
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