JP2021093260A - Air electrode and metal-air battery - Google Patents

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山地 博之
Hiroyuki Yamaji
博之 山地
啓吾 三田村
Keigo Mitamura
啓吾 三田村
まい 高崎
Mai Takasaki
まい 高崎
文俊 杉野
Fumitoshi Sugino
文俊 杉野
吉田 章人
Akito Yoshida
章人 吉田
宏隆 水畑
Hirotaka Mizuhata
宏隆 水畑
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Abstract

To provide an air electrode capable of obtaining an excellent battery characteristic.SOLUTION: A metal-air battery 1 comprises an air electrode 10 having a collector 13, a catalyst layer 12, and a water-repellent film 11. An air permeability of the water-repellent film 11 is set to 1900 to 9000 seconds/100 cc. The air permeability of the catalyst layer 12 is set to 400 seconds/100 cc or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、集電体、触媒層、および撥水膜を備える空気極および金属空気電池に関する。 The present invention relates to an air electrode and a metal-air battery provided with a current collector, a catalyst layer, and a water repellent film.

近年、電極用金属の化学反応を用いた様々な電池が実用化されており、その1つとして金属空気電池が挙げられる。金属空気電池は、空気極(正極)、燃料極(負極)、および電解質(または電解液)等で構成されており、電気化学的な反応により、亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム、カルシウム、およびリチウム等の金属が金属酸化物に変化する過程で得られる電気エネルギーを取り出して利用する。 In recent years, various batteries using the chemical reaction of metal for electrodes have been put into practical use, and one of them is a metal-air battery. A metal-air battery is composed of an air electrode (positive electrode), a fuel electrode (negative electrode), an electrolyte (or an electrolyte), etc., and is subjected to an electrochemical reaction to produce zinc, iron, magnesium, aluminum, sodium, calcium, etc. And, the electrical energy obtained in the process of converting a metal such as lithium into a metal oxide is extracted and used.

集電体、触媒層、および撥水膜を備えた空気極では、触媒層の内部で酸素の還元反応が進行する。触媒層内部における酸素還元反応は、固相である触媒、液相である電解液、および気相である空気の三相の表面が、互いに接触した境界面(三相界面)で進行すると考えられている。そこで、三相界面での酸素還元反応の進行が、空気極の出力特性に影響することを考慮し、触媒層の撥水性を向上させて、金属空気電池における良好な保存特性および重負荷放電特性を得ることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In an air electrode provided with a current collector, a catalyst layer, and a water-repellent film, an oxygen reduction reaction proceeds inside the catalyst layer. The oxygen reduction reaction inside the catalyst layer is considered to proceed at the interface (three-phase interface) where the three-phase surfaces of the catalyst, which is the solid phase, the electrolytic solution, which is the liquid phase, and the air, which is the gas phase, are in contact with each other. ing. Therefore, considering that the progress of the oxygen reduction reaction at the three-phase interface affects the output characteristics of the air electrode, the water repellency of the catalyst layer is improved, and the good storage characteristics and heavy load discharge characteristics in the metal-air battery are obtained. (See, for example, Patent Document 1).

特開2008−41521号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-41521

特許文献1に記載の空気電池は、触媒層、集電体、および撥水膜によって構成される空気極を備え、触媒層の水に対する表面接触角が90°以上とされている。上述した空気電池では、触媒層の撥水性を向上させて、優れた保存特性および重負荷放電特性を得ようとしているが、撥水性が高くなりすぎると、触媒層内部へ電解液が浸透する速度が著しく小さくなるという課題がある。 The air battery described in Patent Document 1 includes an air electrode composed of a catalyst layer, a current collector, and a water-repellent film, and the surface contact angle of the catalyst layer with respect to water is 90 ° or more. In the above-mentioned air battery, the water repellency of the catalyst layer is improved to obtain excellent storage characteristics and heavy load discharge characteristics. However, if the water repellency becomes too high, the rate at which the electrolytic solution permeates into the catalyst layer. There is a problem that is significantly reduced.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、撥水膜および触媒層の透気度を適切に設定することで、良好な電池特性を得られる空気極および金属空気電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an air electrode and a metal-air battery capable of obtaining good battery characteristics by appropriately setting the air permeability of the water-repellent film and the catalyst layer can be obtained. The purpose is to provide.

本発明に係る空気極は、集電体、触媒層、および撥水膜を備える空気極であって、前記撥水膜の透気度は、1900〜9000秒/100ccであり、前記触媒層の透気度は、400秒/100cc以下であることを特徴とする。 The air electrode according to the present invention is an air electrode provided with a current collector, a catalyst layer, and a water-repellent film, and the air permeability of the water-repellent film is 1900 to 9000 seconds / 100 cc. The air permeability is 400 seconds / 100 cc or less.

本発明に係る空気極では、前記触媒層と前記撥水膜とは、互いに隣接して積層されている構成としてもよい。 In the air electrode according to the present invention, the catalyst layer and the water-repellent film may be laminated so as to be adjacent to each other.

本発明に係る空気極では、前記触媒層は、水に対する接触角が132°以下である構成としてもよい。 In the air electrode according to the present invention, the catalyst layer may be configured such that the contact angle with water is 132 ° or less.

本発明に係る空気極では、前記撥水膜は、厚みが30〜500μmである構成としてもよい。 In the air electrode according to the present invention, the water-repellent film may have a thickness of 30 to 500 μm.

本発明に係る空気極では、前記触媒層は、厚みが100〜1000μmである構成としてもよい。 In the air electrode according to the present invention, the catalyst layer may have a thickness of 100 to 1000 μm.

本発明に係る空気極では、前記触媒層は、少なくとも金属酸化物とカーボンとフッ素系樹脂とを含み、前記金属酸化物および前記カーボンのうち、少なくとも1つは、親水性を有する構成としてもよい。 In the air electrode according to the present invention, the catalyst layer may contain at least a metal oxide, carbon and a fluororesin, and at least one of the metal oxide and the carbon may have a hydrophilic structure. ..

本発明に係る空気極では、前記触媒層は、少なくとも2つ以上の前記カーボンを含み、該カーボンのうちの1つは活性炭である構成としてもよい。 In the air electrode according to the present invention, the catalyst layer may contain at least two or more of the carbons, and one of the carbons may be activated carbon.

本発明に係る金属空気電池は、本発明に係る空気極と、金属極と、電解質とを備えることを特徴とする。 The metal-air battery according to the present invention is characterized by including an air electrode, a metal electrode, and an electrolyte according to the present invention.

本発明によると、撥水膜および触媒層の透気度を適切に設定することで、良好な電池特性を得ることができる。つまり、撥水膜の透気度については、1900秒/100cc以上とすることで、撥水膜表面からの電解液漏れを防止でき、9000秒/100cc以下とすることで、撥水膜を介して触媒層に取り込む酸素量を充分に確保できる。また、触媒層の透気度については、400秒/100cc以下とすることで、触媒層内で水が移動しやすくなり、撥水膜と触媒層との間に発生する液溜まりに伴う酸素供給の阻害を解消できる。 According to the present invention, good battery characteristics can be obtained by appropriately setting the air permeability of the water-repellent film and the catalyst layer. That is, the air permeability of the water-repellent membrane can be prevented from leaking from the surface of the water-repellent membrane by setting it to 1900 seconds / 100 cc or more, and by setting it to 9000 seconds / 100 cc or less, it can be passed through the water-repellent membrane. Therefore, a sufficient amount of oxygen to be taken into the catalyst layer can be secured. Further, by setting the air permeability of the catalyst layer to 400 seconds / 100 cc or less, water can easily move in the catalyst layer, and oxygen is supplied due to a liquid pool generated between the water-repellent membrane and the catalyst layer. Can eliminate the inhibition of.

本発明の実施の形態に係る金属空気電池を示す概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which shows the metal-air battery which concerns on embodiment of this invention. 空気極および金属空気電池における特性評価の結果を示す特性図表である。It is a characteristic chart which shows the result of the characteristic evaluation in an air electrode and a metal-air battery.

以下、本発明の実施の形態に係る金属空気電池について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the metal-air battery according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態に係る金属空気電池を示す概略断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a metal-air battery according to an embodiment of the present invention.

本発明の実施の形態に係る金属空気電池1は、金属極15を負極(アノード)とし、空気極10を正極(カソード)とする電池であって、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、および鉄空気電池などである。空気極10は、撥水膜11、触媒層12、および集電体13を積層して構成されている。 The metal-air battery 1 according to the embodiment of the present invention is a battery in which the metal pole 15 is the negative electrode (cathode) and the air electrode 10 is the positive electrode (cathode), and is, for example, a zinc air battery, a lithium air battery, or sodium. These include air batteries, calcium-air batteries, magnesium-air batteries, aluminum-air batteries, and iron-air batteries. The air electrode 10 is formed by laminating a water-repellent film 11, a catalyst layer 12, and a current collector 13.

金属空気電池1は、金属極15および空気極10を収容する筐体14を備え、筐体14には、電解液16が注入されている。筐体14の1つの側面には、外部から内部の空間まで貫通する通気孔14aが複数設けられている。空気極10は、筐体14の内部であって、通気孔14aを有する側面に沿って保持されている。空気極10のうち、撥水膜11が設けられた面が通気孔14aに面しており、集電体13が設けられた面が筐体14の内部に向けられている。つまり、通気孔14aは、空気極10によって塞がれているので、通気孔14aから電解液16が流出せずに、空気だけを通すことができる。 The metal-air battery 1 includes a housing 14 that houses a metal pole 15 and an air pole 10, and an electrolytic solution 16 is injected into the housing 14. A plurality of ventilation holes 14a penetrating from the outside to the inside space are provided on one side surface of the housing 14. The air pole 10 is held inside the housing 14 along the side surface having the ventilation holes 14a. Of the air poles 10, the surface provided with the water repellent film 11 faces the ventilation hole 14a, and the surface provided with the current collector 13 faces the inside of the housing 14. That is, since the ventilation hole 14a is closed by the air electrode 10, only the air can pass through without the electrolytic solution 16 flowing out from the ventilation hole 14a.

金属極15は、筐体14内で電解液16に接するように保持されており、電池性能の向上のためには、金属極15と電解液16とが接する面積が大きいことが好ましい。金属空気電池1の一例として上述したもののうち、例えば、亜鉛空気電池とする場合、金属極15の材料には、金属亜鉛を用いることができ、電解液16には、水酸化カリウム水溶液を用いることができる。なお、金属極15については、これに限定されず、他の材料を用いてもよく、金属極15との組み合わせに応じて、電解液16も適宜選択すればよい。 The metal pole 15 is held in the housing 14 so as to be in contact with the electrolytic solution 16, and in order to improve battery performance, it is preferable that the metal pole 15 and the electrolytic solution 16 have a large area in contact with each other. Among those described above as an example of the metal-air battery 1, for example, in the case of a zinc-air battery, metallic zinc can be used as the material of the metal electrode 15, and potassium hydroxide aqueous solution is used as the electrolytic solution 16. Can be done. The metal electrode 15 is not limited to this, and other materials may be used, and the electrolytic solution 16 may be appropriately selected depending on the combination with the metal electrode 15.

金属極15および空気極10は、配線等との接続のため、一部が筐体14から突出していてもよく、空気極10については、集電体13だけが突出した構造としてもよい。 A part of the metal pole 15 and the air pole 10 may protrude from the housing 14 for connection with wiring or the like, and the air pole 10 may have a structure in which only the current collector 13 protrudes.

次に、金属空気電池1の作製方法について、空気極10の各部材の材料と併せて詳細に説明する。 Next, the method of manufacturing the metal-air battery 1 will be described in detail together with the material of each member of the air electrode 10.

撥水膜11は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)やPE(ポリエチレン)等の撥水性の多孔質シートが望ましい。また、撥水膜11の厚みは、30〜500μmであることが好ましい。撥水膜11については、薄すぎると耐久性やハンドリング性に問題が発生し、厚すぎると触媒層12との密着性低下によって液溜まりを誘発することがある。そのため、撥水膜11を適切な厚みとすることで、上述した問題を解決できる。 The water-repellent film 11 is preferably a water-repellent porous sheet such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or PE (polyethylene). The thickness of the water-repellent film 11 is preferably 30 to 500 μm. If the water-repellent film 11 is too thin, problems may occur in durability and handleability, and if it is too thick, liquid pooling may be induced due to a decrease in adhesion to the catalyst layer 12. Therefore, the above-mentioned problem can be solved by setting the water-repellent film 11 to an appropriate thickness.

触媒層12は、触媒である金属酸化物と、導電ならびに触媒機能を有するカーボンと、それらを結合させるフッ素系樹脂とを含み、これらの材料のうち、少なくとも1つの材料が親水性を有することが好ましい。つまり、触媒層12の構成材料に親水性を付与することで、触媒層12内での電解液16(水)の往来が良好になり、触媒層12と撥水膜11との間に電解液16が溜まりにくくなる。さらに、親水化による水の接触角低下効果を充分に発揮することができる。 The catalyst layer 12 contains a metal oxide as a catalyst, carbon having conductive and catalytic functions, and a fluororesin that binds them, and at least one of these materials may have hydrophilicity. preferable. That is, by imparting hydrophilicity to the constituent material of the catalyst layer 12, the flow of the electrolytic solution 16 (water) in the catalyst layer 12 becomes good, and the electrolytic solution is between the catalyst layer 12 and the water-repellent film 11. 16 is less likely to accumulate. Further, the effect of lowering the contact angle of water due to hydrophilicity can be sufficiently exhibited.

触媒層12の作製に当たっては、触媒粒子となるMnO粉末(中央電気工業株式会社製、商品名:CMD−K200)と、カーボン粒子とを混合した。カーボン粒子としては、カーボンブラック(デンカ株式会社製、商品名:デンカブラック)と、親水性付与の観点から活性炭(ダルコ社製、G−60)との2つを用いた。つまり、活性炭は、他のカーボン粒子と比べて、高い親水性を有している。 In producing the catalyst layer 12, MnO 2 powder (manufactured by Chuo Denki Kogyo Co., Ltd., trade name: CMD-K200) as catalyst particles and carbon particles were mixed. Two carbon particles were used: carbon black (manufactured by Denka Co., Ltd., trade name: Denka Black) and activated carbon (manufactured by Darco Co., Ltd., G-60) from the viewpoint of imparting hydrophilicity. That is, activated carbon has high hydrophilicity as compared with other carbon particles.

そして、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(ダイキン工業株式会社製、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%となる量の水とを入れ、プラネタリミキサにて混合し、混合物Aを調製した。さらに、この混合物Aを乳鉢に入れて混練し、団子状の混練物Bを調整した。その後、混練物Bをロール圧延機によってシート状に成形することで、触媒層12が作製される。触媒層12の厚みは、100〜1000μmであることが好ましい。触媒層12については、薄すぎると触媒シート自体の作製が困難となることや、ハンドリング性が低下することが問題となる。また、厚すぎると集電体13との密着性低下や、撥水膜11破損による性能低下を招く虞がある。そのため、触媒層12を適切な厚みとすることで、上述した問題を解決できる。 Then, this mixed powder was mixed with a binder (manufactured by Daikin Industries, Ltd., PTFE dispersion "D-210C", solvent: water, solid content concentration: 60 wt%) in an amount of 25% by weight with respect to the total solid content. An amount of water having a total solid content concentration of 50 wt% was added and mixed with a planetary mixer to prepare a mixture A. Further, this mixture A was placed in a mortar and kneaded to prepare a dumpling-shaped kneaded product B. After that, the catalyst layer 12 is produced by forming the kneaded product B into a sheet shape by a roll rolling mill. The thickness of the catalyst layer 12 is preferably 100 to 1000 μm. If the catalyst layer 12 is too thin, there are problems that it is difficult to manufacture the catalyst sheet itself and that the handleability is deteriorated. Further, if it is too thick, there is a risk that the adhesion to the current collector 13 may be deteriorated and the performance may be deteriorated due to damage to the water repellent film 11. Therefore, the above-mentioned problem can be solved by setting the catalyst layer 12 to an appropriate thickness.

空気極10を作製する工程では、撥水膜11、触媒層12、および集電体13(株式会社ニラコ製Niメッシュ、目開き#20)の順に重ねて、これらを常温プレスして一体化させる。上述した空気極10と、電解液16である7MのKOH水溶液と、金属極15である亜鉛板とを組み合わせることで、亜鉛空気電池が作製される。 In the step of producing the air electrode 10, the water-repellent film 11, the catalyst layer 12, and the current collector 13 (Ni mesh manufactured by Nirako Co., Ltd., opening # 20) are stacked in this order and pressed at room temperature to integrate them. .. A zinc-air battery is produced by combining the above-mentioned air electrode 10 with a 7 M KOH aqueous solution which is an electrolytic solution 16 and a zinc plate which is a metal electrode 15.

次に、作成した空気極10および金属空気電池1における特性評価について説明する。 Next, the characteristic evaluation of the created air electrode 10 and the metal-air battery 1 will be described.

図2は、空気極および金属空気電池における特性評価の結果を示す特性図表である。 FIG. 2 is a characteristic chart showing the results of characteristic evaluation of the air electrode and the metal-air battery.

撥水膜11および触媒層12に対しては、透気度を測定した。透気度測定は、No.323ガーレー式デンソメーター(株式会社安田精機製作所製)を用い、「JIS P 8117」に準拠した測定条件で行った。 The air permeability of the water repellent film 11 and the catalyst layer 12 was measured. The air permeability is measured by No. The measurement was performed using a 323 Garley type densometer (manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho Co., Ltd.) under measurement conditions conforming to "JIS P 8117".

さらに、触媒層12に対しては、接触角を測定した。接触角測定では、ポータブル接触角計PCA−1(協和界面科学株式会社製)を用い、試料表面に水の液滴(およそ10μL)を滴下し、滴下後1秒後の静的接触角を測定した。接触角については、θ/2法における「θ/2=arctan(h/r)」の式に基づいて測定されており、この式において、θは接触角を示し、rは液滴の半径を示し、hは液滴の高さを示している。接触角は、それぞれの試料毎に3箇所測定され、それらの平均値としている。 Further, the contact angle was measured with respect to the catalyst layer 12. In the contact angle measurement, a portable contact angle meter PCA-1 (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) is used to drop a droplet of water (approximately 10 μL) on the sample surface, and the static contact angle 1 second after the drop is measured. did. The contact angle is measured based on the equation "θ / 2 = arctan (h / r)" in the θ / 2 method. In this equation, θ indicates the contact angle and r indicates the radius of the droplet. Shown, h indicates the height of the droplet. The contact angle is measured at three points for each sample and is taken as the average value thereof.

また、空気極10に対しては、連続通電試験を行って、特性を評価した。連続通電試験では、バッテリテスタ(菊水電子工業株式会社製、バッテリテストシステムPFX2011)を用いており、測定条件が30mA/cmとされている。また、通電試験中に、撥水膜11表面からの液漏れの有無や、撥水膜11と触媒層12との間での液溜まり(撥水膜11の浮きや膨れ)の有無を併せて評価した。撥水膜11表面からのアルカリ溶液(電解液16)の液漏れは、安全性において非常に問題であり、撥水膜11と触媒層12との間での液溜まりは、撥水膜11表面からの空気の取り入れを阻害するため、電池特性の大きな低下を招く。 Further, the air electrode 10 was subjected to a continuous energization test to evaluate its characteristics. In the continuous energization test, a battery tester (Battery test system PFX2011 manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd.) is used, and the measurement condition is 30 mA / cm 2 . In addition, during the energization test, the presence or absence of liquid leakage from the surface of the water-repellent film 11 and the presence or absence of liquid pooling between the water-repellent film 11 and the catalyst layer 12 (floating or swelling of the water-repellent film 11) are also checked. evaluated. Leakage of the alkaline solution (electrolyte solution 16) from the surface of the water-repellent film 11 is a serious problem in terms of safety, and the liquid pool between the water-repellent film 11 and the catalyst layer 12 is the surface of the water-repellent film 11. Since it hinders the intake of air from the air, the battery characteristics are greatly deteriorated.

図2に示す評価結果の項目において、初期出力は、通電試験において規定の出力が得られたかどうかを示し、規定の出力が可能であれば「○」とし、規定の出力が不可能であれば「×」としている。 In the evaluation result items shown in FIG. 2, the initial output indicates whether or not the specified output was obtained in the energization test, and if the specified output is possible, it is marked with "○", and if the specified output is not possible, it is marked as "○". It is marked as "x".

液漏れは、目視して撥水膜11表面からの液漏れが確認できたかどうかを示し、液漏れがなければ「○」とし、液漏れが有れば「×」としている。 The liquid leakage indicates whether or not the liquid leakage from the surface of the water-repellent film 11 can be visually confirmed. If there is no liquid leakage, it is marked with “◯”, and if there is a liquid leak, it is marked with “x”.

液溜まりは、撥水膜11と触媒層12との間での液溜まりが確認できたかどうかを示し、目視評価で液溜まりが見られず、金属空気電池1からの出力の低下がなければ「◎」としている。また、目視評価で液溜まりが見られないが、金属空気電池1からの出力が僅かに低下している際、「○」としている。なお、ここでは、規定の出力を維持している場合に限る。一方、目視評価で液溜まりの発生が確認でき、規定の出力が不可能であれば「×」としている。 The liquid pool indicates whether or not a liquid pool has been confirmed between the water-repellent membrane 11 and the catalyst layer 12, and if no liquid pool is observed by visual evaluation and there is no decrease in the output from the metal-air battery 1, " ◎ ”. Further, although no liquid pool is observed in the visual evaluation, when the output from the metal-air battery 1 is slightly reduced, it is marked with "◯". In addition, here, it is limited to the case where the specified output is maintained. On the other hand, if the occurrence of liquid pool can be confirmed by visual evaluation and the specified output is not possible, it is marked with "x".

空気極10の評価において、撥水膜11の透気度が異なる5種類のサンプルを用意した。触媒層12については、カーボンとして活性炭を併用し、全カーボン中に占める活性炭の重量比率を変更して、触媒層12の接触角を調整することで、接触角が137°、132°、100°、および80°となる4種類のサンプルを用意した。なお、接触角については、触媒層12のうち、撥水膜11に接触する側の表面を測定した。 In the evaluation of the air electrode 10, five types of samples having different air permeability of the water repellent film 11 were prepared. Regarding the catalyst layer 12, activated carbon is used in combination as carbon, and the contact angles of the catalyst layer 12 are adjusted by changing the weight ratio of the activated carbon in the total carbon to adjust the contact angles of 137 °, 132 °, and 100 °. , And four types of samples at 80 ° were prepared. Regarding the contact angle, the surface of the catalyst layer 12 on the side in contact with the water-repellent film 11 was measured.

さらに、触媒層12について、上述した混合物Aを調整して混練物Bを混練する条件を変更することで、ロール圧延処理終了後でのシート透気度を調整した3種類のサンプルを用意した。 Further, with respect to the catalyst layer 12, three types of samples were prepared in which the sheet air permeability after the completion of the roll rolling treatment was adjusted by adjusting the above-mentioned mixture A and changing the conditions for kneading the kneaded product B.

上述した撥水膜11のサンプルと触媒層12のサンプルとを組み合わせて、複数の評価用空気極(図2に示す実施例1〜12および比較例1〜18)を作成した。次に、複数の評価用空気極の詳細について説明する。また、以下では説明のため、透気度について、単位を略して記載することがある。例えば、透気度が「1900秒/100cc」である場合、「透気度1900」と略す。 The above-mentioned sample of the water-repellent film 11 and the sample of the catalyst layer 12 were combined to prepare a plurality of evaluation air electrodes (Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 18 shown in FIG. 2). Next, the details of the plurality of evaluation air electrodes will be described. In addition, for the sake of explanation below, the unit of air permeability may be abbreviated. For example, when the air permeability is "1900 seconds / 100 cc", it is abbreviated as "air permeability 1900".

<比較例1〜4>
比較例1〜4は、透気度10である撥水膜11と、特性が異なる4種類の触媒層12とを組み合わせている。比較例1〜4では、触媒層12の特性に拘わらず、撥水膜11の透気度が小さい(空気を通しやすい)ため、撥水膜11表面からの液漏れが発生した。
<Comparative Examples 1 to 4>
In Comparative Examples 1 to 4, a water-repellent film 11 having an air permeability of 10 and four types of catalyst layers 12 having different characteristics are combined. In Comparative Examples 1 to 4, the water-repellent film 11 had a small air permeability (easily allows air to pass through) regardless of the characteristics of the catalyst layer 12, so that liquid leakage occurred from the surface of the water-repellent film 11.

<比較例5〜8>
比較例5〜8は、透気度800である撥水膜11と、特性が異なる4種類の触媒層12とを組み合わせている。比較例5〜8では、比較例1〜4と同様に、触媒層12の特性に拘わらず、撥水膜11表面からの液漏れが発生した。
<Comparative Examples 5 to 8>
In Comparative Examples 5 to 8, a water-repellent film 11 having an air permeability of 800 and four types of catalyst layers 12 having different characteristics are combined. In Comparative Examples 5 to 8, liquid leakage occurred from the surface of the water-repellent film 11 regardless of the characteristics of the catalyst layer 12, as in Comparative Examples 1 to 4.

<比較例9〜11および実施例1〜6>
比較例9〜11および実施例1〜6は、透気度1900である撥水膜11と、特性が異なる9種類の触媒層12とを組み合わせている。
<Comparative Examples 9 to 11 and Examples 1 to 6>
In Comparative Examples 9 to 11 and Examples 1 to 6, a water-repellent film 11 having an air permeability of 1900 and nine types of catalyst layers 12 having different characteristics are combined.

実施例1〜6の結果によると、撥水膜11を透気度1900以上とすることで、撥水膜11表面からの液漏れが抑制されている。さらに、触媒層12を透気度400以下とすることで、触媒層12内での電解液16(水)の往来がしやすくなり、撥水膜11と触媒層12との間での液溜まりの発生がなく、長期に亘って良好な電池特性が得られた。また、触媒層12の接触角が132°以下とされている場合では、触媒層12内への水の取り込み性能が向上し、撥水膜11と触媒層12との間での液溜まりをより抑制でき、電池性能の消失を解消してライフ性能がより一層向上した。 According to the results of Examples 1 to 6, liquid leakage from the surface of the water-repellent film 11 is suppressed by setting the water-repellent film 11 to have an air permeability of 1900 or more. Further, by setting the catalyst layer 12 to have an air permeability of 400 or less, the electrolytic solution 16 (water) can easily flow in and out of the catalyst layer 12, and a liquid pool between the water-repellent film 11 and the catalyst layer 12 can be easily collected. Good battery characteristics were obtained for a long period of time. Further, when the contact angle of the catalyst layer 12 is 132 ° or less, the water uptake performance into the catalyst layer 12 is improved, and the liquid pool between the water repellent film 11 and the catalyst layer 12 is further improved. It can be suppressed, the loss of battery performance is eliminated, and the life performance is further improved.

一方、比較例9〜11の結果によると、撥水膜11を透気度1900とする場合であっても、触媒層12の透気度が大きくなると、触媒層12を通じて電解液16や水を戻すことができなくなり、撥水膜11と触媒層12との間での液溜まりが生じたり、撥水膜11表面から液漏れが発生している。その結果、徐々に電池性能が低下し最終的に出力できなくなった。 On the other hand, according to the results of Comparative Examples 9 to 11, even when the water-repellent membrane 11 has an air permeability of 1900, when the air permeability of the catalyst layer 12 becomes large, the electrolytic solution 16 and water are passed through the catalyst layer 12. It cannot be returned, and liquid pools occur between the water-repellent film 11 and the catalyst layer 12, or liquid leaks from the surface of the water-repellent film 11. As a result, the battery performance gradually deteriorated, and finally it became impossible to output.

<比較例12〜14および実施例7〜12>
比較例12〜14および実施例7〜12は、透気度9000である撥水膜11と、特性が異なる9種類の触媒層12とを組み合わせている。実施例7〜12では、実施例1〜6と同様に、液漏れや液溜まりが確認されず、良好な電池特性が得られた。一方、比較例12〜14では、比較例9〜11と同様に、触媒層12の透気度が大きいため、液溜まりが生じて電池性能が低下した。
<Comparative Examples 12 to 14 and Examples 7 to 12>
In Comparative Examples 12 to 14 and Examples 7 to 12, a water-repellent film 11 having an air permeability of 9000 and nine types of catalyst layers 12 having different characteristics are combined. In Examples 7 to 12, as in Examples 1 to 6, no liquid leakage or liquid pool was confirmed, and good battery characteristics were obtained. On the other hand, in Comparative Examples 12 to 14, as in Comparative Examples 9 to 11, the catalyst layer 12 had a large air permeability, so that liquid pooling occurred and the battery performance deteriorated.

<比較例15〜18>
比較例15〜18は、透気度10500である撥水膜11と、特性が異なる4種類の触媒層12とを組み合わせている。比較例15〜18では、触媒層12の特性に拘わらず、撥水膜11の透気度が大きいため、撥水膜11を通じた酸素の取り込みが不足し、通電初期から電池特性が得られない結果となった。
<Comparative Examples 15-18>
In Comparative Examples 15 to 18, a water-repellent film 11 having an air permeability of 10500 and four types of catalyst layers 12 having different characteristics are combined. In Comparative Examples 15 to 18, regardless of the characteristics of the catalyst layer 12, the water-repellent film 11 has a high air permeability, so that oxygen is insufficiently taken in through the water-repellent film 11, and the battery characteristics cannot be obtained from the initial stage of energization. The result was.

上述したように、撥水膜11および触媒層12の透気度を適切に設定することで、良好な電池特性を得ることができる。つまり、撥水膜11の透気度については、1900秒/100cc以上とすることで、撥水膜11表面からの液漏れを防止でき、9000秒/100cc以下とすることで、撥水膜11を介して触媒層12に取り込む酸素量を充分に確保できる。また、触媒層12の透気度については、400秒/100cc以下とすることで、触媒層12内で水が移動しやすくなり、撥水膜11と触媒層12との間に発生する液溜まりを解消できる。 As described above, good battery characteristics can be obtained by appropriately setting the air permeability of the water repellent film 11 and the catalyst layer 12. That is, the air permeability of the water-repellent membrane 11 can be prevented from leaking from the surface of the water-repellent membrane 11 by setting it to 1900 seconds / 100 cc or more, and by setting it to 9000 seconds / 100 cc or less, the water-repellent membrane 11 can be prevented from leaking. A sufficient amount of oxygen to be taken into the catalyst layer 12 can be secured. Further, by setting the air permeability of the catalyst layer 12 to 400 seconds / 100 cc or less, water can easily move in the catalyst layer 12, and a liquid pool generated between the water repellent film 11 and the catalyst layer 12 is generated. Can be resolved.

また、触媒層12表面における水の接触角を小さくすることで、触媒層12内部への水の取り込み性能が向上し、撥水膜11と触媒層12との間での液溜まりをより抑制でき、電池機能の消失を解消してライフ性能を向上させることができる。 Further, by reducing the contact angle of water on the surface of the catalyst layer 12, the performance of taking in water into the catalyst layer 12 is improved, and the liquid accumulation between the water repellent film 11 and the catalyst layer 12 can be further suppressed. , The loss of battery function can be eliminated and the life performance can be improved.

なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。 It should be noted that the embodiments disclosed this time are examples in all respects and do not serve as a basis for limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not construed solely by the embodiments described above, but is defined based on the description of the claims. It also includes all changes within the meaning and scope of the claims.

1 金属空気電池
10 空気極
11 撥水膜
12 触媒層
13 集電体
14 筐体
14a 通気孔
15 金属極
16 電解液
1 Metal-air battery 10 Air electrode 11 Water-repellent film 12 Catalyst layer 13 Current collector 14 Housing 14a Vent 15 Metal electrode 16 Electrolyte

Claims (8)

集電体、触媒層、および撥水膜を備える空気極であって、
前記撥水膜の透気度は、1900〜9000秒/100ccであり、
前記触媒層の透気度は、400秒/100cc以下であること
を特徴とする空気極。
An air electrode with a current collector, a catalyst layer, and a water repellent membrane.
The air permeability of the water-repellent membrane is 1900 to 9000 seconds / 100 cc.
An air electrode characterized in that the air permeability of the catalyst layer is 400 seconds / 100 cc or less.
請求項1に記載の空気極であって、
前記触媒層と前記撥水膜とは、互いに隣接して積層されていること
を特徴とする空気極。
The air electrode according to claim 1.
An air electrode characterized in that the catalyst layer and the water-repellent film are laminated adjacent to each other.
請求項1または請求項2に記載の空気極であって、
前記触媒層は、水に対する接触角が132°以下であること
を特徴とする空気極。
The air electrode according to claim 1 or 2.
The catalyst layer is an air electrode characterized by having a contact angle with water of 132 ° or less.
請求項1から請求項3までのいずれか1つに記載の空気極であって、
前記撥水膜は、厚みが30〜500μmであること
を特徴とする空気極。
The air electrode according to any one of claims 1 to 3.
The water-repellent film is an air electrode having a thickness of 30 to 500 μm.
請求項1から請求項4までのいずれか1つに記載の空気極であって、
前記触媒層は、厚みが100〜1000μmであること
を特徴とする空気極。
The air electrode according to any one of claims 1 to 4.
The catalyst layer is an air electrode having a thickness of 100 to 1000 μm.
請求項1から請求項5までのいずれか1つに記載の空気極であって、
前記触媒層は、少なくとも金属酸化物とカーボンとフッ素系樹脂とを含み、
前記金属酸化物および前記カーボンのうち、少なくとも1つは、親水性を有すること
を特徴とする空気極。
The air electrode according to any one of claims 1 to 5.
The catalyst layer contains at least a metal oxide, carbon, and a fluororesin.
An air electrode characterized in that at least one of the metal oxide and the carbon has hydrophilicity.
請求項6に記載の空気極であって、
前記触媒層は、少なくとも2つ以上の前記カーボンを含み、該カーボンのうちの1つは活性炭であること
を特徴とする空気極。
The air electrode according to claim 6.
An air electrode characterized in that the catalyst layer contains at least two or more of the carbons, one of which is activated carbon.
請求項1から請求項7までのいずれか1つに記載の空気極と、金属極と、電解質とを備える金属空気電池。 A metal-air battery comprising the air electrode, the metal electrode, and the electrolyte according to any one of claims 1 to 7.
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