JP2018113182A - Air electrode, metal-air battery, fuel battery, and method for manufacturing air electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気極、金属空気電池、燃料電池及び空気極の製造方法に関する。 The present invention relates to an air electrode, a metal-air battery, a fuel cell, and a method for manufacturing an air electrode.
金属空気電池の空気極や固体高分子型燃料電池の空気極では、次の（１）又は（２）のような酸素還元反応（電極反応）が進行する。
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- （１）
O2 + 4H+ + 4e- → H2O （２）
これらの酸素還元反応は、気体（O2）と液体（H2O）と固体（触媒）との三相界面において進行する。また、これらの酸素還元反応は電気化学反応であるため、空気極は高い導電率を有する必要がある。
空気極に含まれる触媒層は、通常、触媒、導電剤、結着剤を混合して混練することにより製造されている（例えば、特許文献１参照）。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲゴム）等の樹脂が用いられる。触媒層が結着剤を含むことにより、触媒層の形状を保つことができ、触媒層が集電体から剥離することを抑制することができる。
At the air electrode of the metal-air battery or the air electrode of the polymer electrolyte fuel cell, the following oxygen reduction reaction (electrode reaction) as in (1) or (2) proceeds.
O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH - (1)
O 2 + 4H + + 4e - → H 2 O (2)
These oxygen reduction reactions proceed at the three-phase interface of gas (O 2 ), liquid (H 2 O), and solid (catalyst). Further, since these oxygen reduction reactions are electrochemical reactions, the air electrode needs to have high conductivity.
The catalyst layer contained in the air electrode is usually produced by mixing and kneading a catalyst, a conductive agent, and a binder (see, for example, Patent Document 1). As the binder, resins such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and styrene-butadiene rubber (SBR rubber) are used. When the catalyst layer contains the binder, the shape of the catalyst layer can be maintained, and the catalyst layer can be prevented from peeling from the current collector.
しかし、触媒層中の結着剤は、高い電気抵抗率を有し、空気極内における抵抗成分となっている。このため、空気極の電気抵抗率が高くなり、金属空気電池又は燃料電池の高電流密度領域における放電電圧を低下させている。また、触媒、導電剤、結着剤を混練して触媒層を製造する場合、触媒層と集電体を一体化させる工程を設ける必要がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電気抵抗率の低い空気極を提供する。
However, the binder in the catalyst layer has a high electrical resistivity and is a resistance component in the air electrode. For this reason, the electrical resistivity of an air electrode becomes high and the discharge voltage in the high current density area | region of a metal air cell or a fuel cell is reduced. Further, when a catalyst layer is produced by kneading a catalyst, a conductive agent, and a binder, it is necessary to provide a process for integrating the catalyst layer and the current collector.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an air electrode having a low electrical resistivity.
本発明は、集電体と、前記集電体上に設けられた触媒層とを備え、前記触媒層は、空気極の電極反応に対する触媒活性を有する複数の触媒粒子と、金属バインダとを含むことを特徴とする空気極を提供する。 The present invention includes a current collector and a catalyst layer provided on the current collector, and the catalyst layer includes a plurality of catalyst particles having catalytic activity for an electrode reaction of an air electrode, and a metal binder. An air electrode is provided.
本発明の空気極は、空気極の電極反応（酸素還元反応）に対する触媒活性を有する複数の触媒粒子を含む触媒層（空気極触媒層）を含むため、触媒粒子の表面において電極反応を進行させることができる。
触媒層は、集電体上に設けられるため、集電体を介して電極反応が進行する触媒粒子表面に電子を供給することができる。
触媒層は複数の触媒粒子と金属バインダとを含むため、金属バインダにより、複数の触媒粒子を接着することができる。また、金属バインダにより、複数の触媒粒子を集電体に接着することができる。これらのことにより、触媒層の形状を保つことができ、触媒層が集電体から剥離することを抑制することができる。従って、樹脂バインダを用いずに空気極触媒層を形成することが可能になる。
また、金属バインダは、高い導電率を有するため、空気極内における抵抗成分とはならない。このため、空気極の電気抵抗率を小さくすることができ、金属空気電池又は燃料電池の放電特性を向上させることができる。
Since the air electrode of the present invention includes a catalyst layer (air electrode catalyst layer) including a plurality of catalyst particles having catalytic activity for the electrode reaction (oxygen reduction reaction) of the air electrode, the electrode reaction proceeds on the surface of the catalyst particles. be able to.
Since the catalyst layer is provided on the current collector, electrons can be supplied to the surface of the catalyst particles where the electrode reaction proceeds via the current collector.
Since the catalyst layer includes a plurality of catalyst particles and a metal binder, the plurality of catalyst particles can be bonded by the metal binder. In addition, a plurality of catalyst particles can be bonded to the current collector with a metal binder. By these things, the shape of a catalyst layer can be maintained and it can suppress that a catalyst layer peels from a collector. Therefore, it is possible to form the air electrode catalyst layer without using a resin binder.
Moreover, since a metal binder has high electrical conductivity, it does not become a resistance component in the air electrode. For this reason, the electrical resistivity of an air electrode can be made small and the discharge characteristic of a metal air cell or a fuel cell can be improved.
本発明の空気極は、集電体と、前記集電体上に設けられた触媒層とを備え、前記触媒層は、空気極の電極反応に対する触媒活性を有する複数の触媒粒子と、金属バインダとを含むことを特徴とする。 The air electrode of the present invention includes a current collector and a catalyst layer provided on the current collector, and the catalyst layer includes a plurality of catalyst particles having catalytic activity for an electrode reaction of the air electrode, and a metal binder. It is characterized by including.
前記触媒層は溶射層であることが好ましい。この触媒層は、複数の触媒粒子及び金属バインダを含む溶射材料粉末を集電体に溶射することにより集電体上に溶射層として形成することができる。また、溶射の際に一度熔解した金属バインダにより触媒粒子が集電体に付着するため、触媒層と集電体を一体化させる工程が不要であり、製造コストを低減することができる。さらに、触媒層の厚さを薄くすることが可能であるため、金属空気電池又は燃料電池のエネルギー密度を向上させることができる。
前記触媒層は、前記触媒粒子と、触媒粒子の表面を被覆する多孔質被覆層とを有する複合粒子を複数含むことが好ましく、多孔質被覆層は、複数の導電性粒子からなる層であることが好ましい。このことにより、多孔質被覆層を介して電極反応が進行する触媒粒子の表面に電子を供給することができ、本発明の空気極を備えた金属空気電池又は燃料電池の放電特性を向上させることができる。
前記複合粒子に含まれる多孔質被覆層は、複数の炭素粒子からなる層であることが好ましい。このことにより、多孔質被覆層が導電性を有することができる。
The catalyst layer is preferably a sprayed layer. The catalyst layer can be formed as a sprayed layer on the current collector by spraying a thermal spray material powder containing a plurality of catalyst particles and a metal binder on the current collector. In addition, since the catalyst particles are attached to the current collector by the metal binder once melted at the time of thermal spraying, a process for integrating the catalyst layer and the current collector is unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since the thickness of the catalyst layer can be reduced, the energy density of the metal-air battery or the fuel cell can be improved.
The catalyst layer preferably includes a plurality of composite particles having the catalyst particles and a porous coating layer that covers the surfaces of the catalyst particles, and the porous coating layer is a layer composed of a plurality of conductive particles. Is preferred. As a result, electrons can be supplied to the surface of the catalyst particles where the electrode reaction proceeds through the porous coating layer, and the discharge characteristics of the metal-air battery or fuel cell having the air electrode of the present invention are improved. Can do.
The porous coating layer included in the composite particles is preferably a layer composed of a plurality of carbon particles. Thereby, the porous coating layer can have conductivity.
前記触媒層に含まれる触媒粒子は、金属酸化物の粒子であることが好ましい。このことにより、触媒粒子の表面において電極反応（酸素還元反応）を進行させることができる。また、前記集電体は、金属メッシュ又は多孔金属板を含むことが好ましい。このことにより、空気極の一方の面から触媒粒子の表面に水（Ｈ2Ｏ）を供給することができ、空気極の他方の面から触媒粒子の表面に酸素（Ｏ2）を供給することができる。このため、触媒粒子の表面に三相界面を形成することができ、電極反応を進行させることができる。
本発明は、本発明の空気極と、金属極と、電解質とを備えた金属空気電池も提供する。本発明の空気極は低い電気抵抗率を有するため、本発明の金属空気電池は優れた放電特性を有することができる。
The catalyst particles contained in the catalyst layer are preferably metal oxide particles. As a result, an electrode reaction (oxygen reduction reaction) can proceed on the surface of the catalyst particles. The current collector preferably includes a metal mesh or a porous metal plate. Thus, water (H 2 O) can be supplied to the surface of the catalyst particles from one surface of the air electrode, and oxygen (O 2 ) can be supplied to the surface of the catalyst particles from the other surface of the air electrode. Can do. For this reason, a three-phase interface can be formed on the surface of the catalyst particles, and the electrode reaction can be advanced.
The present invention also provides a metal-air battery including the air electrode of the present invention, a metal electrode, and an electrolyte. Since the air electrode of the present invention has a low electrical resistivity, the metal-air battery of the present invention can have excellent discharge characteristics.
本発明は、本発明の空気極と、燃料極と、電解質とを備えた燃料電池も提供する。本発明の空気極は低い電気抵抗率を有するため、本発明の燃料電池は優れた放電特性を有することができる。
本発明は、空気極の電極反応に対する触媒活性を有する複数の触媒粒子と、金属バインダとを含む溶射材料粉末を集電体に溶射し、前記集電体上に触媒層を形成する工程を含む空気極の製造方法も提供する。溶射材料粉末を溶射する際に、溶射材料粉末に含まれる金属バインダを一度熔解させることができ、触媒層においてこの金属バインダにより複数の触媒粒子を接着することができ複数の触媒粒子を集電体に接着することができる。このことにより、触媒層の形状を保つことができ、触媒層が集電体から剥離することを抑制することができる。従って、樹脂バインダを用いずに空気極触媒層を形成することが可能になる。また、触媒層と集電体を一体化させる工程が不要であり、製造コストを低減することができる。
The present invention also provides a fuel cell comprising the air electrode of the present invention, a fuel electrode, and an electrolyte. Since the air electrode of the present invention has a low electrical resistivity, the fuel cell of the present invention can have excellent discharge characteristics.
The present invention includes a step of spraying a thermal spray material powder containing a plurality of catalyst particles having catalytic activity for an electrode reaction of an air electrode and a metal binder on a current collector to form a catalyst layer on the current collector. A method for producing an air electrode is also provided. When spraying the thermal spray material powder, the metal binder contained in the thermal spray material powder can be melted once, and in the catalyst layer, a plurality of catalyst particles can be bonded by the metal binder, and the plurality of catalyst particles are collected by the current collector. Can be glued to. By this, the shape of a catalyst layer can be maintained and it can suppress that a catalyst layer peels from a collector. Therefore, it is possible to form the air electrode catalyst layer without using a resin binder. Moreover, the process of integrating the catalyst layer and the current collector is unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced.
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.
空気極
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本実施形態の空気極の概略断面図であり、図２は本実施形態の空気極の概略上面図である。図３、４はそれぞれ本実施形態の空気極に含まれる触媒層の概略拡大断面図である。
本実施形態の空気極１１は、集電体２と、集電体２上に設けられた触媒層６とを備え、触媒層６は、空気極の電極反応に対する触媒活性を有する複数の触媒粒子３と、金属バインダ９とを含むことを特徴とする。
本実施形態の空気極１１は、酸素ガスを電極活物質とする電極であり、空気極の電極反応（酸素還元反応）の触媒を含む電極である。空気極１１は、金属空気電池１８の空気極であってもよく、燃料電池３５の空気極であってもよい。
また、本実施形態の空気極１１は、撥水膜１３を備えることができる。
Cathode Figure 1 (a), (b) is a schematic sectional view of the air electrode of the present embodiment, respectively, FIG. 2 is a schematic top view of an air electrode of the present embodiment. 3 and 4 are schematic enlarged cross-sectional views of the catalyst layer included in the air electrode of the present embodiment, respectively.
The air electrode 11 of the present embodiment includes a current collector 2 and a catalyst layer 6 provided on the current collector 2, and the catalyst layer 6 has a plurality of catalyst particles having catalytic activity for an electrode reaction of the air electrode. 3 and a metal binder 9.
The air electrode 11 of this embodiment is an electrode using oxygen gas as an electrode active material, and is an electrode including a catalyst for an electrode reaction (oxygen reduction reaction) of the air electrode. The air electrode 11 may be the air electrode of the metal-air battery 18 or the air electrode of the fuel cell 35.
Further, the air electrode 11 of this embodiment can include a water repellent film 13.
集電体２は、電極反応が進行する触媒粒子３の表面に電子を供給する導電経路となる導電体である。集電体２上に、触媒粒子３を含む触媒層６を設けることにより、空気極１１の内部抵抗を小さくすることができ、金属空気電池１８又は燃料電池３５の放電特性を向上させることができる。また、集電体２は、触媒層６を形成するための基材となる部材である。 The current collector 2 is a conductor serving as a conductive path for supplying electrons to the surface of the catalyst particle 3 where the electrode reaction proceeds. By providing the catalyst layer 6 including the catalyst particles 3 on the current collector 2, the internal resistance of the air electrode 11 can be reduced, and the discharge characteristics of the metal-air battery 18 or the fuel cell 35 can be improved. . The current collector 2 is a member serving as a base material for forming the catalyst layer 6.
集電体２は、金属メッシュ又は多孔金属板とすることができる。集電体２の材質は、例えば、金属ニッケル、銀、金、白金又はステンレス鋼とすることができる。また、集電体２は、ニッケルメッキ処理された金属メッシュ又は多孔金属板であってもよい。例えば、ニッケルメッキ鉄の金属メッシュ又は多孔金属板である。このことにより、触媒層６を形成する際に、集電体２が熱損傷することを抑制することができる。また、集電体２が耐アルカリ性を有することができ、集電体２がアルカリ性の電解液により腐食されることを抑制することができる。 The current collector 2 can be a metal mesh or a porous metal plate. The material of the current collector 2 can be, for example, metallic nickel, silver, gold, platinum, or stainless steel. The current collector 2 may be a nickel-plated metal mesh or a porous metal plate. For example, nickel-plated iron metal mesh or porous metal plate. Thereby, when the catalyst layer 6 is formed, the current collector 2 can be prevented from being thermally damaged. Moreover, the current collector 2 can have alkali resistance, and the current collector 2 can be prevented from being corroded by an alkaline electrolyte.
集電体２が金属メッシュである場合、メッシュ数を例えば３００〜１５００とすることができ、メッシュ数を５００〜１５００とすることが好ましい。また、ワイヤ径を８〜４０μｍとすることができ、目開きを１〜４５μｍとすることができ、開口率を２５〜７０％とすることができる。また、集電体は、例えば、３００メッシュ（ワイヤ径４０μｍ、目開き４５μｍ）の金属メッシュ又は５００メッシュ（ワイヤ径２５μｍ、目開き２６μｍ）の金属メッシュとすることができる。
また、集電体２には、溶射材料粉末２１又は触媒層６に含まれる触媒粒子３の平均粒径の２〜３倍の目開きを有する金属メッシュを用いることができる。
集電体２が多孔金属板である場合、多孔金属板としては、エキスパンドメタル、パンチングメタル、多孔金属箔などが挙げられる。
When the current collector 2 is a metal mesh, the number of meshes can be set to 300 to 1500, for example, and the number of meshes is preferably set to 500 to 1500. Moreover, a wire diameter can be 8-40 micrometers, an opening can be 1-45 micrometers, and an aperture ratio can be 25-70%. The current collector can be, for example, a 300 mesh (wire diameter 40 μm, mesh opening 45 μm) metal mesh or a 500 mesh (wire diameter 25 μm, mesh opening 26 μm) metal mesh.
Further, the current collector 2 can be a metal mesh having an opening 2 to 3 times the average particle diameter of the thermal spray material powder 21 or the catalyst particles 3 contained in the catalyst layer 6.
When the current collector 2 is a porous metal plate, examples of the porous metal plate include expanded metal, punching metal, and porous metal foil.
触媒層６は、空気極の電極反応に対する触媒活性を有する複数の触媒粒子と、金属バインダとを含む層であり、空気極１１の電極反応が進行する空気極触媒層である。触媒層６は、溶射により形成された溶射層６であってもよい。この場合、金属バインダ９及び触媒粒子３は、溶射材料粉末２１に含まれる。触媒層６は、金属バインダ９を含むものであれば、ほかの方法で形成されたものであってもよい。
溶射層６（触媒層６）は、溶射材料粉末を集電体２に溶射することにより、集電体２上に形成される溶射皮膜である。溶射層６は、例えば、粉末式フレーム溶射により集電体２上に形成される溶射皮膜であってもよい。触媒層６は、図１（ａ）のように、集電体２の一方の面上にのみ設けられてもよく、図１（ｂ）のように、集電体２の両面上にそれぞれ設けられてもよい。また、触媒層６は、集電体２上に直接設けることができる。
The catalyst layer 6 is a layer including a plurality of catalyst particles having catalytic activity for the electrode reaction of the air electrode and a metal binder, and is an air electrode catalyst layer in which the electrode reaction of the air electrode 11 proceeds. The catalyst layer 6 may be a thermal spray layer 6 formed by thermal spraying. In this case, the metal binder 9 and the catalyst particles 3 are included in the thermal spray material powder 21. The catalyst layer 6 may be formed by other methods as long as it contains the metal binder 9.
The thermal spray layer 6 (catalyst layer 6) is a thermal spray coating formed on the current collector 2 by spraying the thermal spray material powder onto the current collector 2. The sprayed layer 6 may be a sprayed coating formed on the current collector 2 by, for example, powder flame spraying. The catalyst layer 6 may be provided only on one surface of the current collector 2 as shown in FIG. 1A, and provided on both surfaces of the current collector 2 as shown in FIG. May be. Further, the catalyst layer 6 can be provided directly on the current collector 2.
触媒層６は、酸素還元反応（電極反応）に対する触媒活性を有する複数の触媒粒子３を含む。このため、触媒粒子３の表面において電極反応を進行させることができる。触媒粒子３の材料は、例えば、金属酸化物、銀などである。より具体的には、触媒粒子３の材料は、MnO2、Mn3O4などの酸化マンガン、Ag、ペロブスカイト型金属酸化物などである。
触媒粒子３のメディアン径は、３μｍ以上１００μｍ以下であってもよく、好ましくは３μｍ以上５０μｍ以下であってもよく、さらに好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。触媒粒子３のメディアン径Ｄ５０は、触媒層６に含まれる触媒粒子３の粒度分布を調べることにより算出することができる。
The catalyst layer 6 includes a plurality of catalyst particles 3 having catalytic activity for an oxygen reduction reaction (electrode reaction). For this reason, an electrode reaction can be advanced on the surface of the catalyst particle 3. The material of the catalyst particles 3 is, for example, a metal oxide, silver, or the like. More specifically, the material of the catalyst particles 3 is manganese oxide such as MnO 2 or Mn 3 O 4 , Ag, or a perovskite metal oxide.
The median diameter of the catalyst particles 3 may be 3 μm or more and 100 μm or less, preferably 3 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 50 μm or less. The median diameter D50 of the catalyst particles 3 can be calculated by examining the particle size distribution of the catalyst particles 3 included in the catalyst layer 6.
触媒粒子３は、触媒粒子３を被覆する導電性の多孔質被覆層５と共に複合粒子７を構成してもよい。複合粒子７は、例えば、芯粒子である触媒粒子３と、触媒粒子３の表面を被覆する複数の導電性粒子４（多孔質被覆層５）とが複合化した粒子である。つまり、複合粒子７は、触媒粒子３の表面に複数の導電性粒子４が固定された粒子である。また、複数の導電性粒子４は、触媒粒子３と機械的に結合してもよい。触媒粒子３の表面に固定された複数の導電性粒子４は、多孔質被覆層５を形成する。触媒粒子３の表面上に導電性の多孔質被覆層５を形成することにより、複数の導電性粒子４により導電経路を形成することができ、電極反応が進行する触媒粒子３の表面に電子を速やかに供給することができる。また、被覆層５を多孔質とすることにより、多孔質被覆層５中に気体や液体が侵入することができる。このため、触媒粒子３表面に気体又は液体が接触すること可能であり電極反応が進行する三相界面を安定して形成することができる。多孔質被覆層５は、触媒粒子３と直接結合した複数の導電性粒子４からなる層を少なくとも有することができる。また、多孔質被覆層５は、触媒粒子３の表面を被覆する２〜１０段の導電性粒子４からなる層であってもよい。複合粒子７は、例えば、触媒粒子３と導電性粒子４とをメカノケミカル法により複合化することにより調製することができる。調製した複合粒子７を溶射材料粉末として溶射することにより、複合粒子７を含む溶射層６（触媒層６）を形成することができる。 The catalyst particles 3 may form composite particles 7 together with the conductive porous coating layer 5 that covers the catalyst particles 3. The composite particles 7 are particles in which, for example, the catalyst particles 3 that are core particles and a plurality of conductive particles 4 (porous coating layer 5) that covers the surfaces of the catalyst particles 3 are combined. That is, the composite particle 7 is a particle in which a plurality of conductive particles 4 are fixed on the surface of the catalyst particle 3. Further, the plurality of conductive particles 4 may be mechanically coupled to the catalyst particles 3. The plurality of conductive particles 4 fixed on the surfaces of the catalyst particles 3 form a porous coating layer 5. By forming the conductive porous coating layer 5 on the surface of the catalyst particle 3, a conductive path can be formed by the plurality of conductive particles 4, and electrons are transferred to the surface of the catalyst particle 3 where the electrode reaction proceeds. It can be supplied promptly. Further, by making the coating layer 5 porous, gas or liquid can enter the porous coating layer 5. For this reason, gas or liquid can contact the catalyst particle 3 surface, and the three-phase interface where an electrode reaction advances can be formed stably. The porous coating layer 5 can have at least a layer composed of a plurality of conductive particles 4 directly bonded to the catalyst particles 3. Further, the porous coating layer 5 may be a layer composed of 2 to 10 conductive particles 4 covering the surface of the catalyst particles 3. The composite particles 7 can be prepared, for example, by compositing the catalyst particles 3 and the conductive particles 4 by a mechanochemical method. By spraying the prepared composite particles 7 as a thermal spray material powder, the thermal spray layer 6 (catalyst layer 6) including the composite particles 7 can be formed.
複合粒子７は、触媒粒子３の表面に導電性粒子４を付着させた後、この粒子を溶射材料粉末として溶射することにより形成されてもよい。この場合、溶射の際に触媒粒子３が一度熔解し、凝固することにより、導電性粒子４が触媒粒子３の表面に固定され、多孔質被覆層５が形成される。触媒粒子３の表面に導電性粒子４を付着させる方法としては、触媒粒子３と導電性粒子４との混合粉末をヘンシェルミキサー、ビーズミルなどで混合する方法が挙げられる。ビーズミルを用いる方法では、ジルコニアやアルミナなどの高硬度ビーズを用いることができ、ビーズサイズは、例えば、１ｍｍ〜４ｍｍとすることができる。 The composite particles 7 may be formed by depositing the conductive particles 4 on the surfaces of the catalyst particles 3 and then spraying the particles as a thermal spray material powder. In this case, the catalyst particles 3 are once melted and solidified at the time of thermal spraying, whereby the conductive particles 4 are fixed to the surfaces of the catalyst particles 3 and the porous coating layer 5 is formed. Examples of the method for attaching the conductive particles 4 to the surfaces of the catalyst particles 3 include a method in which a mixed powder of the catalyst particles 3 and the conductive particles 4 is mixed using a Henschel mixer, a bead mill, or the like. In the method using a bead mill, high-hardness beads such as zirconia and alumina can be used, and the bead size can be set to 1 mm to 4 mm, for example.
多孔質被覆層５に含まれる導電性粒子４は、例えば、炭素粒子、金属粒子である。具体的には、導電性粒子４の材料は、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、活性炭、グラファイトなどである。導電性粒子４の一次粒子の平均粒子径は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよく、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。導電性粒子４の一次粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡で観察して求めた算術平均径であってもよい。
多孔質被覆層５に含まれる導電性粒子４は、ニッケル微粒子、ステンレス鋼微粒子などの金属粒子であってもよい。この場合、導電性粒子４が、電極反応が進行する触媒粒子３の表面に電子を速やかに供給する機能と、後述する金属バインダ９としての機能との両方を有することができる。金属粒子の平均粒径は、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。
The conductive particles 4 included in the porous coating layer 5 are, for example, carbon particles and metal particles. Specifically, the material of the conductive particles 4 is carbon black, carbon fiber, carbon nanotube, activated carbon, graphite or the like. The average particle diameter of the primary particles of the conductive particles 4 may be 10 nm or more and 100 nm or less, and preferably 10 nm or more and 50 nm or less. The average particle diameter of the primary particles of the conductive particles 4 may be an arithmetic average diameter obtained by observation with an electron microscope.
The conductive particles 4 contained in the porous coating layer 5 may be metal particles such as nickel fine particles and stainless steel fine particles. In this case, the conductive particles 4 can have both a function of quickly supplying electrons to the surface of the catalyst particles 3 where the electrode reaction proceeds and a function as a metal binder 9 described later. The average particle diameter of the metal particles can be, for example, 10 nm or more and 500 nm or less.
触媒層６は、導電性粒子４を含む導電剤を含むことができる。触媒層６が導電剤を含むことにより、触媒層６の導電性を向上させることができる。導電剤である導電性粒子４と、多孔質被覆層５に含まれる導電性粒子４とは、同種のものとすることができる。また、上述の導電性粒子４についての説明は、導電剤としての導電性粒子４についても矛盾がない限り当てはまる。また、導電剤としての導電性粒子４は、触媒粒子３とは複合化していない状態で、触媒粒子３と混合され、溶射材料粉末として溶射される。このことにより、導電剤を含む溶射層６（触媒層６）を形成することができる。
また、導電剤である導電性粒子４と、多孔質被覆層５に含まれる導電性粒子４とは、異種のものであってもよい。例えば、多孔質被覆層５に含まれる導電性粒子を炭素粒子とすることができ、導電剤である導電性粒子４を金属粒子とすることができる。この場合、金属粒子は、金属バインダ９としても機能する。
The catalyst layer 6 can include a conductive agent including the conductive particles 4. When the catalyst layer 6 contains a conductive agent, the conductivity of the catalyst layer 6 can be improved. The conductive particles 4 as the conductive agent and the conductive particles 4 included in the porous coating layer 5 can be of the same type. Moreover, the description about the above-mentioned electroconductive particle 4 is applicable, as long as there is no contradiction also about the electroconductive particle 4 as a electrically conductive agent. In addition, the conductive particles 4 as a conductive agent are mixed with the catalyst particles 3 in a state where they are not combined with the catalyst particles 3 and sprayed as a thermal spray material powder. Thereby, the thermal spray layer 6 (catalyst layer 6) containing a conductive agent can be formed.
In addition, the conductive particles 4 as the conductive agent and the conductive particles 4 included in the porous coating layer 5 may be different from each other. For example, the conductive particles contained in the porous coating layer 5 can be carbon particles, and the conductive particles 4 that are conductive agents can be metal particles. In this case, the metal particles also function as the metal binder 9.
導電性粒子４が炭素粒子である場合、図２、３に示したように、触媒層６は、触媒粒子３、導電性粒子４、金属バインダ９とを有することができる。
導電性粒子４が金属粒子である場合、図４に示したように、触媒層６は、触媒粒子３と導電性粒子４とを有することができる。この場合、導電性粒子４が金属バインダ９としても機能する。
When the conductive particles 4 are carbon particles, the catalyst layer 6 can include the catalyst particles 3, the conductive particles 4, and the metal binder 9 as illustrated in FIGS.
When the conductive particles 4 are metal particles, the catalyst layer 6 can include the catalyst particles 3 and the conductive particles 4 as illustrated in FIG. 4. In this case, the conductive particles 4 also function as the metal binder 9.
触媒層６は複数の触媒粒子３と金属バインダ９とを含む。このため、触媒層６を形成する際に一度熔解した金属バインダ９により、複数の触媒粒子３を接着することができる。また、金属バインダ９により、複数の触媒粒子３を集電体２に接着することができる。これらのことにより、触媒層６の形状を保つことができ、触媒層６が集電体２から剥離することを抑制することができる。従って、樹脂バインダを用いずに空気極触媒層を形成することが可能になる。
また、金属バインダ９は、高い導電率を有するため、空気極１１内における抵抗成分とはならない。このため、空気極１１の電気抵抗率を小さくすることができ、金属空気電池１８又は燃料電池７の放電特性を向上させることができる。
金属バインダ９の材料は、触媒層６のバインダとなる金属であれば特に限定されないが、例えば、金属ニッケル、ステンレス鋼などである。
The catalyst layer 6 includes a plurality of catalyst particles 3 and a metal binder 9. For this reason, the plurality of catalyst particles 3 can be adhered by the metal binder 9 once melted when the catalyst layer 6 is formed. In addition, the plurality of catalyst particles 3 can be bonded to the current collector 2 by the metal binder 9. By these things, the shape of the catalyst layer 6 can be maintained and it can suppress that the catalyst layer 6 peels from the electrical power collector 2. FIG. Therefore, it is possible to form the air electrode catalyst layer without using a resin binder.
Further, since the metal binder 9 has high conductivity, it does not become a resistance component in the air electrode 11. For this reason, the electrical resistivity of the air electrode 11 can be reduced, and the discharge characteristics of the metal-air battery 18 or the fuel cell 7 can be improved.
Although the material of the metal binder 9 will not be specifically limited if it is the metal used as the binder of the catalyst layer 6, For example, they are metal nickel, stainless steel, etc.
図５は、溶射材料粉末２１を集電体２に溶射して溶射層６（触媒層６）を形成する工程を示す概略図である。溶射層６は、例えば図５に示した粉末式フレーム溶射ガン２３を用いて溶射材料粉末２１を集電体２に溶射することにより形成することができる。なお、ここでは、フレーム溶射を用いて説明しているが、プラズマ溶射を用いて溶射層６を形成してもよい。
粉末式フレーム溶射ガン２３は、ノズル２０から酸素ガス及び燃料ガスが噴出することにより形成される炎２２中に、ノズル２０から粉末送給ガスと共に噴出した溶射材料粉末２１が入り、炎２２の熱により熔融した溶射材料粉末２１が基材（集電体２）に吹き付けられるように構成される。
FIG. 5 is a schematic view showing a step of forming the thermal spray layer 6 (catalyst layer 6) by spraying the thermal spray material powder 21 on the current collector 2. FIG. The thermal spray layer 6 can be formed, for example, by spraying the thermal spray material powder 21 onto the current collector 2 using the powder type flame spray gun 23 shown in FIG. In addition, although demonstrated using flame spraying here, you may form the sprayed layer 6 using plasma spraying.
In the powder flame spray gun 23, the thermal spray material powder 21 ejected together with the powder feed gas from the nozzle 20 enters the flame 22 formed by ejecting oxygen gas and fuel gas from the nozzle 20, and the heat of the flame 22. The thermal spray material powder 21 melted by is sprayed onto the substrate (current collector 2).
図３に示したような溶射層６（触媒層６）を形成する場合、溶射材料粉末２１には、触媒粒子３の表面が多孔質被覆層（炭素粒子層）５で被覆された複合粒子７と、金属バインダ９との混合粉末を用いることができる。また、複合粒子７（多孔質被膜層５が炭素粒子層）と、導電性粒子（炭素粒子、導電剤）４と、金属バインダ９との混合粉末を用いることもできる。
導電性粒子４に炭素粒子を用いた場合、溶射材料粉末２１に含まれる導電性粒子４は炎２２の熱では熔融しないと考えられる。このため、溶射材料粉末２１に金属バインダ９を入れないと、溶射層６内の粒子間の結合が弱くなり溶射層６が脆くなると考えられる。溶射材料粉末２１に金属バインダ９を入れると、金属バインダ９が炎２２中で熔融し、集電体２に吹き付けられるため、金属バインダ９を、溶射層６内の粒子を結合させるバインダとして機能させることができる。
When forming the sprayed layer 6 (catalyst layer 6) as shown in FIG. 3, the composite material 7 in which the surface of the catalyst particle 3 is coated with the porous coating layer (carbon particle layer) 5 is coated on the sprayed material powder 21. And a mixed powder of the metal binder 9 can be used. Also, a mixed powder of composite particles 7 (the porous coating layer 5 is a carbon particle layer), conductive particles (carbon particles, conductive agent) 4 and a metal binder 9 can be used.
When carbon particles are used for the conductive particles 4, the conductive particles 4 contained in the thermal spray material powder 21 are considered not to be melted by the heat of the flame 22. For this reason, if the metal binder 9 is not put into the thermal spray material powder 21, it is considered that the bond between the particles in the thermal spray layer 6 becomes weak and the thermal spray layer 6 becomes brittle. When the metal binder 9 is put into the thermal spray material powder 21, the metal binder 9 is melted in the flame 22 and sprayed onto the current collector 2, so that the metal binder 9 functions as a binder for bonding particles in the thermal spray layer 6. be able to.
図４に示したような溶射層６（触媒層６）を形成する場合、溶射材料粉末２１には、触媒粒子３の表面が多孔質被覆層（金属粒子層）５で被覆された複合粒子７の粉末を用いることができる。また、複合粒子（多孔質被覆層５が金属粒子層）７と、導電性粒子（金属粒子）４との混合粉末を用いることもできる。また、複合粒子（多孔質被覆層５が金属粒子層）７と、導電性粒子（炭素粒子）４との混合粉末を用いることもできる。
導電性粒子４に金属粒子を用いた場合、溶射材料粉末２１に含まれる導電性粒子４は炎２２中で熔融し、集電体２に吹き付けられるため、導電性粒子４を金属バインダ９として機能させることができる。
When forming the thermal spray layer 6 (catalyst layer 6) as shown in FIG. 4, the composite material 7 in which the surface of the catalyst particles 3 is coated with the porous coating layer (metal particle layer) 5 is coated on the thermal spray material powder 21. The powder can be used. A mixed powder of composite particles (the porous coating layer 5 is a metal particle layer) 7 and conductive particles (metal particles) 4 can also be used. A mixed powder of composite particles (the porous coating layer 5 is a metal particle layer) 7 and conductive particles (carbon particles) 4 can also be used.
When metal particles are used as the conductive particles 4, the conductive particles 4 contained in the thermal spray material powder 21 are melted in the flame 22 and sprayed onto the current collector 2, so that the conductive particles 4 function as the metal binder 9. Can be made.
空気極１１が金属空気電池１８に適用される場合、空気極１１は撥水膜１３を有することができる。このことにより、空気極１１を介して電解液が漏洩することを抑制することができる。 When the air electrode 11 is applied to the metal-air battery 18, the air electrode 11 can have a water repellent film 13. Thereby, it is possible to prevent the electrolyte solution from leaking through the air electrode 11.
金属空気電池
図６は本実施形態の金属空気電池１８の概略断面図である。
本実施形態の金属空気電池１８は、上述した本実施形態の空気極１１と、金属極１５と、電解質１６とを備えることを特徴とする。
本実施形態の金属空気電池１８は、金属極１５を負極（アノード）とし、空気極１１を正極（カソード）とする電池である。例えば、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、ナトリウム空気電池、カルシウム空気電池、マグネシウム空気電池、アルミニウム空気電池、鉄空気電池などである。
例えば、亜鉛空気電池の場合、金属極１５の材料には、金属亜鉛を用いることができ、電解質１６には、水酸化カリウム水溶液を用いることができる。
Metal-Air Battery FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the metal-air battery 18 of this embodiment.
The metal-air battery 18 of the present embodiment includes the air electrode 11, the metal electrode 15, and the electrolyte 16 of the above-described embodiment.
The metal-air battery 18 of the present embodiment is a battery having the metal electrode 15 as a negative electrode (anode) and the air electrode 11 as a positive electrode (cathode). For example, a zinc air battery, a lithium air battery, a sodium air battery, a calcium air battery, a magnesium air battery, an aluminum air battery, and an iron air battery.
For example, in the case of a zinc-air battery, metal zinc can be used as the material of the metal electrode 15, and a potassium hydroxide aqueous solution can be used as the electrolyte 16.
燃料電池
図７は本実施形態の燃料電池３５の概略断面図である。
本実施形態の燃料電池３５は、上述した本実施形態の空気極１１と、燃料極２９と、電解質３２とを備えることを特徴とする。
本実施形態の燃料電池３５は、例えば、陽イオン交換膜又は陰イオン交換膜を固体高分子電解質膜とした燃料電池である。
Fuel Cell FIG. 7 is a schematic sectional view of the fuel cell 35 of the present embodiment.
The fuel cell 35 according to the present embodiment includes the air electrode 11, the fuel electrode 29, and the electrolyte 32 according to the present embodiment described above.
The fuel cell 35 of the present embodiment is, for example, a fuel cell using a cation exchange membrane or an anion exchange membrane as a solid polymer electrolyte membrane.
実験
＜実施例１〜７の空気極の作製＞
触媒粒子となるMnO2粉末（中央電気工業製、商品名：CMD-K200）と、多孔質被覆層となるカーボンブラック（電気化学工業製、商品名：デンカブラック）とを表１に示した重量比（MnO2粉末：カーボンブラック(ＣＢ)）で混合し、実施例１〜６の混合粉末を調製した。その後、調製した混合粉末１０ｇを粒子複合化装置（ホソカワミクロン株式会社製、商品名：ノビルタ）に投入し、表２の回転数と処理時間で処理することにより混合粉末に衝撃・圧縮・せん断の力を加え、触媒粒子（MnO2粒子）の表面に導電性粒子（カーボンブラック）が結合し、導電性粒子の多孔質被膜層が形成された実施例１〜６の複合粒子の粉末を調製した。なお、実施例７は複合化処理を行っていない。
Experiment <Production of air electrode of Examples 1 to 7>
Table 1 shows the weight of MnO 2 powder (made by Chuo Denki Kogyo Co., Ltd., trade name: CMD-K200) used as catalyst particles and carbon black (trade name: Denka Black produced by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) used as a porous coating layer. The mixed powders of Examples 1 to 6 were prepared by mixing at a ratio (MnO 2 powder: carbon black (CB)). Thereafter, 10 g of the prepared mixed powder was put into a particle composite apparatus (trade name: Nobilta, manufactured by Hosokawa Micron Corporation), and treated with the rotation speed and processing time shown in Table 2 to give impact, compression, and shear force to the mixed powder. Were added to the surface of the catalyst particles (MnO 2 particles) to prepare the composite particle powders of Examples 1 to 6 in which the porous coating layer of the conductive particles was formed. In Example 7, no compounding process was performed.
実施例１〜６の複合粒子の粉末又はMnO2粉末（実施例７）と、金属Ｎｉ粉末（金属バインダ）とを表１に示した重量比（複合粒子粉末：金属Ｎｉ粉末）で混合して混合粉末を調製し、図５に示したような粉末式フレーム溶射ガンを用いて、この混合粉末（溶射材料粉末）を集電体に向けて溶射し、集電体上に溶射層（空気極触媒層）を形成した。この際、フレーム温度は約１５００℃とした。また、集電体には、Ｎｉメッシュ（株式会社ニラコ製Niメッシュ、３００メッシュ、ワイヤ径４０μｍ、目開き４５μｍ）を用いた。
集電体と溶射層の積層体と、撥水膜（日東電工製「テミッシュ」、表はPTFE、裏打ち面の材質はPP）とを重ねて、常温プレス一体化処理（プレス圧力：２．１５ｋＮ／ｃｍ2、プレス時間：２分間）を施すことにより、実施例１〜７の空気極を作製した。
The composite particle powder or MnO 2 powder (Example 7) of Examples 1 to 6 and the metal Ni powder (metal binder) were mixed at the weight ratio shown in Table 1 (composite particle powder: metal Ni powder). A mixed powder is prepared, and this mixed powder (spraying material powder) is sprayed toward a current collector using a powder flame spray gun as shown in FIG. 5, and a sprayed layer (air electrode) is formed on the current collector. Catalyst layer) was formed. At this time, the frame temperature was set to about 1500 ° C. Moreover, Ni mesh (Ni mesh, 300 mesh, wire diameter 40 μm, mesh opening 45 μm, manufactured by Nilaco Corporation) was used as the current collector.
Laminate of current collector and sprayed layer and water-repellent film ("Temisch" manufactured by Nitto Denko, the front is PTFE, the material of the backing is PP), and the room temperature press integrated processing (press pressure: 2.15kN) / Cm < 2 >, press time: 2 minutes) was performed, and the air electrode of Examples 1-7 was produced.
＜比較例の空気極の作製＞
実施例１〜４と同様の方法で、触媒粒子（MnO2粒子）の表面に導電性粒子（カーボンブラック）が結合し、導電性粒子の多孔質被膜層が形成された複合粒子の粉末を調製した。調製した複合粒子の粉末に重量比で1.5倍量のカーボンブラック（電気化学工業製、商品名：デンカブラック、一次粒子の平均粒子径：３０ｎｍ）を加えて混合粉末とした。このカーボンブラックは導電剤である。この混合粉末に、全固形分に対する重量比で25%分量の結着剤（ダイキン製、PTFE分散液「D-210C」、溶媒：水、固形分濃度：60wt%）と、全体の固形分濃度が50wt%となる量の水を入れ、プラネタリミキサにて混合して混合物Ａを調製した。この混合物Ａを乳鉢にて混練して団子状の混合物Ｂを調製した。この混合物Ｂをロール圧延機にてシート状に成形するにより、比較例の空気極触媒層を作製した。空気極触媒層の厚みは100μm〜2mmとした。
<Preparation of Comparative Example Air Electrode>
In the same manner as in Examples 1 to 4, conductive particles (carbon black) are bonded to the surfaces of the catalyst particles (MnO 2 particles) to prepare composite particles having a porous coating layer of conductive particles. did. To the prepared composite particle powder, 1.5 times by weight of carbon black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo, trade name: Denka Black, average particle diameter of primary particles: 30 nm) was added to obtain a mixed powder. This carbon black is a conductive agent. To this mixed powder, a binder of 25% by weight with respect to the total solid content (manufactured by Daikin, PTFE dispersion “D-210C”, solvent: water, solid content concentration: 60 wt%) and the total solid content concentration A mixture A was prepared by adding water in an amount of 50 wt% and mixing with a planetary mixer. This mixture A was kneaded in a mortar to prepare a dumpling mixture B. The mixture B was formed into a sheet with a roll mill to produce a comparative air electrode catalyst layer. The thickness of the air electrode catalyst layer was 100 μm to 2 mm.
作製した空気極触媒層を撥水膜（日東電工製「テミッシュ」、表はPTFE、裏打ち面の材質はPP）のPTFE面の上に重ね、空気極触媒層の上に集電体（株式会社ニラコ製Niメッシュ、目開き#20）を重ねてこれらを2.15kN/cm2で２分間、常温プレスすることにより一体化し比較例の空気極を作製した。 The produced air electrode catalyst layer was layered on the PTFE surface of a water-repellent film ("Temish" manufactured by Nitto Denko, the table is PTFE, and the backing material is PP), and a current collector (Co., Ltd.) was placed on the air electrode catalyst layer. Nilaco Ni mesh, mesh # 20) were stacked and these were integrated by pressing at 2.15 kN / cm 2 for 2 minutes at room temperature to produce a comparative air electrode.
＜亜鉛空気電池の作製＞
実施例１〜７又は比較例の空気極を用いて、図６のような実施例１〜７及び比較例の亜鉛空気電池を作製した。電解質には7M KOH水溶液を用い、金属極には亜鉛板を用いた。
<Production of zinc-air battery>
Using the air electrodes of Examples 1 to 7 or Comparative Example, the zinc-air batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Example as shown in FIG. 6 were produced. A 7M KOH aqueous solution was used as the electrolyte, and a zinc plate was used as the metal electrode.
＜空気極の体積抵抗率の測定＞
実施例１〜７及び比較例の空気極の体積抵抗率の測定を行った。測定結果を表１に示す。比較例の空気極の体積抵抗率は、０．１５Ω・ｃｍ以上であり、実施例１〜７の空気極の体積抵抗率は、０．１１Ω・ｃｍ以下であった。これは、実施例１〜７の空気極が樹脂バインダを含んでいないためと考えられる。
<Measurement of volume resistivity of air electrode>
The volume resistivity of the air electrode of Examples 1-7 and the comparative example was measured. The measurement results are shown in Table 1. The volume resistivity of the air electrode of the comparative example was 0.15 Ω · cm or more, and the volume resistivity of the air electrodes of Examples 1 to 7 was 0.11 Ω · cm or less. This is considered because the air electrode of Examples 1-7 does not contain the resin binder.
＜Ｉ−Ｖ特性の評価＞
バッテリテスタ（菊水電子工業製バッテリテストシステムPFX2011）を用いて実施例１〜７及び比較例の亜鉛空気電池のI-V特性評価を行った。実施例１〜７及び比較例の電池の電流密度及び放電電圧を表１に示す。
電流密度３０ｍＡ／ｃｍ2で放電した場合には、実施例２と比較例の電池の放電電圧はほぼ同じであった。また、電流密度８０ｍＡ／ｃｍ2で放電した場合には、比較例の電池では放電電圧が０．８３Ｖまで低下したが、実施例２の電池では放電電圧が１Ｖ以上であった。これは、実施例２の電池に含まれる空気極の体積抵抗率が比較例の空気極に比べ低いためと考えられる。
<Evaluation of IV characteristics>
The IV characteristics of the zinc-air batteries of Examples 1 to 7 and the comparative example were evaluated using a battery tester (battery test system PFX2011 manufactured by Kikusui Electronics Corporation). Table 1 shows the current densities and discharge voltages of the batteries of Examples 1 to 7 and the comparative example.
When discharged at a current density of 30 mA / cm 2 , the discharge voltages of the batteries of Example 2 and the comparative example were substantially the same. When the battery was discharged at a current density of 80 mA / cm 2 , the discharge voltage decreased to 0.83 V in the battery of the comparative example, but the discharge voltage was 1 V or more in the battery of Example 2. This is considered because the volume resistivity of the air electrode included in the battery of Example 2 is lower than that of the air electrode of the comparative example.
実施例１では、Ｎｉ粉末の添加量が少なすぎるため、複合粒子が集電体に十分に付着していないと考えられる。このため、実施例１の空気極の体積抵抗率が実施例２〜７に比べ高くなり、実施例１の電池の放電特性も低下したと考えられる。
実施例３、４では、Ｎｉ粉末の添加量が多いため、空気極の体積抵抗率は低下したが、空気極中のＭｎＯ2やカーボンブラックの比率が下がり、電極反応が進行する三相界面が少なくなったと考えられる。このため、実施例３、４の電池の放電特性が低下したと考えられる。
In Example 1, since the amount of Ni powder added is too small, it is considered that the composite particles are not sufficiently attached to the current collector. For this reason, it is considered that the volume resistivity of the air electrode of Example 1 was higher than that of Examples 2 to 7, and the discharge characteristics of the battery of Example 1 were also lowered.
In Examples 3 and 4, the volume resistivity of the air electrode decreased due to the large amount of Ni powder added, but the ratio of MnO 2 and carbon black in the air electrode decreased, and the three-phase interface where the electrode reaction proceeds It seems that it has decreased. For this reason, it is considered that the discharge characteristics of the batteries of Examples 3 and 4 were deteriorated.
実施例５〜７では、実施例２に比べ、カーボンブラックの添加量を減らし、Ｎｉ粉末の添加量を増やしている。実施例５〜７の電池の放電特性は、実施例２の電池に比べ低下することがわかった。これは、空気極中のカーボンブラックの比率が低下するためと考えられる。カーボンブラックは、空気極の電極反応において電子をトラップするために必要であると考えられる。 In Examples 5-7, compared with Example 2, the addition amount of carbon black is reduced and the addition amount of Ni powder is increased. It turned out that the discharge characteristic of the battery of Examples 5-7 falls compared with the battery of Example 2. FIG. This is presumably because the ratio of carbon black in the air electrode decreases. Carbon black is considered necessary for trapping electrons in the electrode reaction of the air electrode.
２：集電体 ３：触媒粒子 ４：導電性粒子 ５：多孔質被覆層 ６：触媒層（空気極触媒層、溶射層） ７：複合粒子 ９：金属バインダ １１：空気極 １３：撥水膜 １５：金属極 １６：電解質 １８：金属空気電池 ２０：溶射ノズル ２１：溶射材料粉末 ２２：炎 ２３：溶射ガン ２４：空気流路 ２７：燃料極触媒層 ２８：燃料極集電体 ２９：燃料極 ３０：燃料流路 ３２：電解質 ３５：燃料電池 2: current collector 3: catalyst particles 4: conductive particles 5: porous coating layer 6: catalyst layer (air electrode catalyst layer, sprayed layer) 7: composite particles 9: metal binder 11: air electrode 13: water repellent film 15: Metal electrode 16: Electrolyte 18: Metal-air battery 20: Thermal spray nozzle 21: Thermal spray material powder 22: Flame 23: Thermal spray gun 24: Air flow path 27: Fuel electrode catalyst layer 28: Fuel electrode current collector 29: Fuel electrode 30: Fuel flow path 32: Electrolyte 35: Fuel cell
Claims (8)
前記触媒層は、空気極の電極反応に対する触媒活性を有する複数の触媒粒子と、金属バインダとを含むことを特徴とする空気極。 A current collector, and a catalyst layer provided on the current collector,
The air electrode, wherein the catalyst layer includes a plurality of catalyst particles having catalytic activity for an electrode reaction of the air electrode, and a metal binder.
前記多孔質被覆層は、複数の導電性粒子からなる層である請求項１又は２に記載の空気極。 The catalyst layer includes a plurality of composite particles having the catalyst particles and a porous coating layer that covers the surface of the catalyst particles;
The air electrode according to claim 1, wherein the porous coating layer is a layer made of a plurality of conductive particles.
前記集電体は、金属メッシュ又は多孔金属板を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の空気極。 The catalyst particles are metal oxide particles,
The air collector according to any one of claims 1 to 4, wherein the current collector includes a metal mesh or a porous metal plate.
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