JP5930998B2 - 金属空気電池 - Google Patents
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Description
(数1)
3/402 +3/2H2 O +3e- →3OH-
(数2)
Al+3OH- →Al(OH)3 +3e-
図2に断面の構造の模式図を示すアルミニウム空気電池を組み立てた。試験電池の構成は以下の通りである。
試験電池の構成
負極、電解液、空気極は比較例1と同様のものを用いた。
負極: 金属アルミニウム板
固体電解質膜:Al2(WO4)3膜
Al2(WO4)3を、バインダーにエチルセルロース、溶剤に酢酸ブチルとともに混合し、ドクターブレード法を用いて負極である金属アルミニウム板上に塗布した。塗布後600℃2hの焼成を行ってアルミニウムイオン伝導体である固体電解質膜を得た。
電解液: 2mol/NaCl水溶液
固体電解質プレスペレット:Al2(WO4)3プレスペレット
Al2(WO4)3とPVDFを9:1の比で混合して20MPaの圧力でプレスしペレットを作成した。
空気極:酸化マンガン+活性炭+ニッケルメッシュ
上記負極を内径25mm、長さ15mmのフッ素樹脂金型の片側にはめ込み、固体電解質膜を塗布した負極を筒底としてフッ素樹脂金型に上記電解液を3.0ml注入し、気泡が入らないように固体電解質ペレットと空気極で密栓し、アルミニウム空気電池を構成した。
図1に断面の構造の模式図を示すアルミニウム空気電池を組み立てた。試験電池の構成は以下の通りである。
試験電池の構成
負極: 金属アルミニウム板
ここで負極は厚さ1mmの市販の金属アルミニウム板を25mm X 35mmに加工して用いた。
電解液: 2mol/NaCl水溶液
空気極: 酸化マンガン+活性炭+ニッケルメッシュ
ここで空気極は、市販の酸化マンガンと活性炭とPVDFを重量比4:4:1で秤量し、エタノールを溶媒として十分に混合した後、テフロン(登録商標)樹脂製のシートに集電体となるニッケルメッシュとともに塗布し、120℃1hで乾燥した後、φ15mmに加工したものを用いた。
上記負極を内径25mm、長さ15mmのフッ素樹脂金型の片側にはめ込み、負極を筒底としてフッ素樹脂金型に上記電解液を3.0ml注入し、気泡が入らないように上記空気極で密栓し、アルミニウム空気電池を構成した。
実施例1−5で用いるアルミニウムイオン伝導体であるAl2(WO4)3は、出発原料として、Al2(OH)3とWO3をモル比2:3:で秤量し、湿式ボールミル、乾燥を行ったのち、1000℃8hで焼成を行い粉砕を行ったものを用いた。
図3に断面の構造の模式図を示すアルミニウム空気電池を組み立てた。試験電池の構成は以下の通りである。
試験電池の構成
負極、固体電解質膜、電解液、空気極は比較例1、実施例1と同様のものを用いた。
負極: 金属アルミニウム板
固体電解質膜:Al2(WO4)3膜
電解液: 2mol/NaCl水溶液
固体電解質と空気極触媒材料の混合材料プレスペレット:Al2(WO4)3+酸化マンガン+活性炭
Al2(WO4)3、酸化マンガン、活性炭、PVDFを7:1:1:1の比で混合して20MPaの圧力でプレスしペレットを作成した。
空気極:酸化マンガン+活性炭+ニッケルメッシュ
上記負極を内径25mm、長さ15mmのフッ素樹脂金型の片側にはめ込み、固体電解質膜を塗布した負極を筒底としてフッ素樹脂金型に上記電解液を3.0ml注入し、気泡が入らないように固体電解質と空気極触媒材料の混合材料プレスペレットと空気極で密栓し、アルミニウム空気電池を構成した。
図4に断面の構造の模式図を示すアルミニウム空気電池を組み立てた。試験電池の構成は以下の通りである。
試験電池の構成
負極、固体電解質膜、電解液、空気極は比較例1、実施例1、2と同様のものを用いた。
負極: 金属アルミニウム板
固体電解質膜:Al2(WO4)3膜
電解液: 2mol/NaCl水溶液
空気極触媒材料プレスペレット:酸化マンガン+活性炭
酸化マンガン、活性炭、PVDFを4:4:1の比で混合して20MPaの圧力でプレスしペレットを作成した。
空気極:酸化マンガン+活性炭+ニッケルメッシュ
上記負極を内径25mm、長さ15mmのフッ素樹脂金型の片側にはめ込み、固体電解質膜を塗布した負極を筒底としてフッ素樹脂金型に上記電解液を3.0ml注入し、気泡が入らないように空気極触媒材料プレスペレットと空気極で密栓し、アルミニウム空気電池を構成した。
図5に断面の構造の模式図を示すアルミニウム空気電池を組み立てた。試験電池の構成は以下の通りである。
試験電池の構成
負極、固体電解質膜、電解液は比較例1、実施例1-3と同様のものを用いた。
負極: 金属アルミニウム板
固体電解質膜:Al2(WO4)3膜
電解液: 2mol/NaCl水溶液
空気極:固体電解質+酸化マンガン+活性炭+ニッケルメッシュ
Al2(WO4)3、酸化マンガン、活性炭、PVDFを7:1:1:1の比で混合して、ニッケルメッシュをプレス時に混合粉体の上にのせ、20MPaの圧力でプレスしペレットを作成した。
上記負極を内径25mm、長さ15mmのフッ素樹脂金型の片側にはめ込み、固体電解質膜を塗布した負極を筒底としてフッ素樹脂金型に上記電解液を3.0ml注入し、気泡が入らないように空気極で密栓し、アルミニウム空気電池を構成した。
図6に断面の構造の模式図を示すアルミニウム空気電池を組み立てた。試験電池の構成は以下の通りである。
試験電池の構成
負極、固体電解質膜、電解液は比較例1、実施例1-4と同様のものを用いた。
負極: 金属アルミニウム板
固体電解質膜:Al2(WO4)3膜
電解液: 2mol/NaCl水溶液
空気極:酸化マンガン+活性炭+ニッケルメッシュ
酸化マンガン、活性炭、PVDFを4:4:1の比で混合して、ニッケルメッシュをプレス時に混合粉体の上にのせ、20MPaの圧力でプレスしペレットを作成した。
上記負極を内径25mm、長さ15mmのフッ素樹脂金型の片側にはめ込み、固体電解質膜を塗布した負極を筒底としてフッ素樹脂金型に上記電解液を3.0ml注入し、気泡が入らないように空気極で密栓し、アルミニウム空気電池を構成した。
実施例1−5と比較例1で得られたアルミニウム空気電池を5mA/cm2の電流密度で放電させ、初期電圧の0.3倍を放電終了電圧として放電時間を比較した。その結果を、比較例1の放電時間を1とした相対値として表1に示す。
実施例1と比較例1で得られたアルミニウム空気電池を±5mA/cm2の電流密度で充放電させ、初期電圧の0.1倍を充放電終了電圧として充放電時間を比較した。その結果を表2に示す。
102 電解液
103 正極(空気極)
201 負極
202 固体電解質膜
203 電解液
204 固体電解質ペレット
205 正極(空気極)
301 負極
302 固体電解質膜
303 電解液
304 固体電解質+空気極触媒材料ペレット
305 正極(空気極)
401 負極
402 固体電解質膜
403 電解液
404空気極触媒材料ペレット
405 正極(空気極)
501 負極
502 固体電解質膜
503 電解液
504 固体電解質+空気極触媒材料を用いて成形した正極(空気極)
601 負極
602 固体電解質膜
603 電解液
604 空気極触媒材料を用いて成形した正極(空気極)
Claims (7)
- 電解液と空気極の間に、アルミニウムイオン伝導体を含有する緻密な構造を有するセラミックス固体電解質が位置し、イオン伝導体を含有する他の固体電解質が金属負極の電解液側に隣接したアルミニウム空気電池。
- 電解液と空気極の間に、アルミニウムイオン伝導体を含有するセラミックス固体電解質と空気極触媒材料を混ぜた緻密な構造を有するセラミックス固体電解質−空気極触媒混合材料が位置し、イオン伝導体を含有する他の固体電解質が金属負極の電解液側に隣接したアルミニウム空気電池。
- 電解液と空気極の間に緻密な構造を有する空気極触媒材料が位置し、アルミニウムイオン伝導体を含有するセラミックス固体電解質が金属負極の電解液側に隣接したアルミニウム空気電池。
- 空気極がアルミニウムイオン伝導体からなるセラミックス固体電解質と空気極触媒材料を混ぜたセラミックス固体電解質−空気極触媒混合材料から成形された緻密な構造を有し、イオン伝導体を含有する他の固体電解質が金属負極の電解液側に隣接した、電解液の蒸発を防ぐアルミニウム空気電池。
- 前記空気極が空気極触媒材料から成形された緻密な構造を有する、請求項1又は2に記載の電解液の蒸発を防ぐアルミニウム空気電池。
- 前記イオン伝導体がアルミニウムイオン伝導体である、請求項1、2、4、5いずれか一項に記載のアルミニウム空気電池。
- 前記金属負極は、アルミニウム(Al)と、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)からなる群から選ばれる1種以上とを合金化させたものである請求項1−6いずれか一項に記載のアルミニウム空気電池。
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