JP6296879B2 - Electrode and air secondary battery using the same - Google Patents

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Description

本発明は、電極およびそれを用いた空気二次電池に関する。   The present invention relates to an electrode and an air secondary battery using the electrode.

空気電池は、当該電池外部から正極活物質である酸素が供給されるため、電池内に正極活物質を収容する必要がない。そのため、電池内に大量の負極活物質を充填することができ、非常に高いエネルギー密度を達成することができるため、期待が寄せられている。   Since the air battery is supplied with oxygen, which is a positive electrode active material, from the outside of the battery, there is no need to accommodate the positive electrode active material in the battery. Therefore, a large amount of the negative electrode active material can be filled in the battery, and a very high energy density can be achieved.

空気電池は、酸素の還元能および水の酸化能を有する正極触媒を含む正極触媒層からなる正極と、亜鉛、鉄、アルミニウム、マグネシウム、リチウム、水素等を負極活物質とする負極と、電解液とを有する電池である。例えば、負極が亜鉛を含む場合、アルカリ性条件下での空気電池の放電反応は、以下の式で表される。
正極:O+2HO+4e → 4OH
負極:Zn+2OH → ZnO+HO+2e
全反応:2Zn+O → 2ZnO
An air battery includes a positive electrode including a positive electrode catalyst layer including a positive electrode catalyst having oxygen reducing ability and water oxidizing ability, a negative electrode using zinc, iron, aluminum, magnesium, lithium, hydrogen, or the like as a negative electrode active material, and an electrolytic solution. It is a battery which has. For example, when the negative electrode contains zinc, the discharge reaction of the air battery under alkaline conditions is represented by the following formula.
Positive electrode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH
Negative electrode: Zn + 2OH → ZnO + H 2 O + 2e
Total reaction: 2Zn + O 2 → 2ZnO

また、従来、充電することにより電気を蓄え、繰り返し使用することができる電池(二次電池、充電式電池、蓄電池)が知られており、これは、上述の空気電池のような、空気中の酸素を活物質として使用する電池においても開発が進められている。以下の説明においては、空気中の酸素を活物質として使用し、充電および放電が繰り返し可能な電池を、上述した空気電池と区別するために「空気二次電池」と称する。   Conventionally, batteries (secondary batteries, rechargeable batteries, storage batteries) that can store electricity by charging and can be used repeatedly are known. Development of batteries using oxygen as an active material is also underway. In the following description, a battery that uses oxygen in the air as an active material and can be repeatedly charged and discharged is referred to as an “air secondary battery” to distinguish it from the above-described air battery.

空気二次電池として、例えば、非特許文献1には、金属の無機酸化物を含む電極を有する空気二次電池が開示されている。   As an air secondary battery, for example, Non-Patent Document 1 discloses an air secondary battery having an electrode containing a metal inorganic oxide.

Nae−Lih Wu et al, ’’Effect of oxygenation on electrocatalysis of La0.6Ca0.4CoO3−x in bifunctional air electrode’’, Electrochimica Acta 2003, 48, 1567−1571Nae-Lih Wu et al, "" Effect of oxygenation on electrocatalysis of La0.6Ca0.4CoO3-x in bifunctional air electrode ", Electrochimica Acta 200315, 4815.

しかしながら、非特許文献1に記載の金属無機酸化物を含む電極を有する空気二次電池は、充放電活性が不十分であるという問題があった。   However, the air secondary battery having an electrode containing a metal inorganic oxide described in Non-Patent Document 1 has a problem that charge / discharge activity is insufficient.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、優れた充放電活性を有する空気二次電池を提供することができる電極および該電極を有する空気二次電池を提供する。   This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the air secondary battery which has an electrode which can provide the air secondary battery which has the outstanding charging / discharging activity, and this electrode.

すなわち本発明は、以下の発明を提供する。
本発明は第一に、酸素の還元能を有する金属錯体と、水の酸化能を有する層状金属化合物とを含む電極を提供する。
本発明は第二に、前記酸素の還元能を有する金属錯体が、多核金属錯体である前記記載の電極を提供する。
本発明は第三に、前記酸素の還元能を有する金属錯体の中心金属として、第一遷移金属原子またはイオンを含む前記記載の電極を提供する。
本発明は第四に、前記水の酸化能を有する層状金属化合物が、[M2+ 1-x3+ x(OH)2]x+ [An- x/n・mH2O]x-(式中、Mは遷移金属元素、An-はn価のアニオン、xは0<x<1、mおよびnは0より大きい実数)で表される層状複水酸化物である前記記載の電極を提供する。
本発明は第五に、前記Mがマンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅または亜鉛である前記記載の電極を提供する。
本発明は第六に、前記n価のアニオンが1価の水酸化物イオンである前期記載の電極を提供する。
本発明は第七に、前記記載の電極を有する空気二次電池を提供する。
That is, the present invention provides the following inventions.
The present invention first provides an electrode comprising a metal complex having an oxygen reducing ability and a layered metal compound having an ability to oxidize water.
The present invention secondly provides the electrode described above, wherein the metal complex having the ability to reduce oxygen is a polynuclear metal complex.
Thirdly, the present invention provides the electrode described above containing a first transition metal atom or ion as a central metal of the metal complex having the ability to reduce oxygen.
Fourthly, in the present invention, the layered metal compound having the ability to oxidize water is [M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 ] x + [A n− x / n · mH 2 O] x−. (Wherein M is a transition metal element, A n− is an n-valent anion, x is 0 <x <1, m and n are real numbers greater than 0) An electrode is provided.
The present invention fifthly provides the electrode described above, wherein M is manganese, iron, cobalt, nickel, copper or zinc.
Sixth, the present invention provides the electrode as described above, wherein the n-valent anion is a monovalent hydroxide ion.
Seventh, the present invention provides an air secondary battery having the electrode described above.

本発明によれば、優れた充放電活性を有する空気二次電池を提供することができる。   According to the present invention, an air secondary battery having excellent charge / discharge activity can be provided.

本実施形態の空気二次電池の一例を示す概略模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the air secondary battery of this embodiment.

以下、本実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, this embodiment will be described in detail.

<電極>
本発明の電極は、酸素の還元能を有する金属錯体と、水の酸化能を有する層状金属化合物を含む。ここで、酸素の還元能とは、酸素を水酸化物イオンに還元できることを意味し、水の酸化能とは、水を水酸化物イオンに酸化できることを意味する。
<Electrode>
The electrode of the present invention includes a metal complex having an oxygen reducing ability and a layered metal compound having an ability to oxidize water. Here, the ability to reduce oxygen means that oxygen can be reduced to hydroxide ions, and the ability to oxidize water means that water can be oxidized to hydroxide ions.

(酸素の還元能を有する金属錯体)
酸素の還元能を有する金属錯体としては、金属ポルフィリン、金属フタロシアニンなどの単核金属錯体や1つの分子内に複数の金属原子または金属イオンを有する多核金属錯体などが例示される。
(Metal complex with oxygen reducing ability)
Examples of the metal complex having oxygen reducing ability include mononuclear metal complexes such as metal porphyrins and metal phthalocyanines, and polynuclear metal complexes having a plurality of metal atoms or metal ions in one molecule.

金属錯体の中心金属としては、第一遷移金属原子またはイオンであることが好ましい。   The central metal of the metal complex is preferably a first transition metal atom or ion.

単核金属錯体について、具体的な構造式を例示する。Mは、金属原子または金属イオンを示す。構造式における水素原子は、他の置換基で、置換されていてもよい。

Figure 0006296879
Specific structural formulas are exemplified for the mononuclear metal complex. M represents a metal atom or a metal ion. The hydrogen atom in the structural formula may be substituted with another substituent.
Figure 0006296879

多核金属錯体について、具体的な構造式を例示する。Mは、金属原子または金属イオンを示す。複数あるMは、同一でも異なっていてもよい。構造式における水素原子は、他の置換基で置換されていてもよい。なお、多核金属錯体の電荷は省略している。

Figure 0006296879
Figure 0006296879
Specific structural formulas are exemplified for the polynuclear metal complex. M represents a metal atom or a metal ion. A plurality of M may be the same or different. The hydrogen atom in the structural formula may be substituted with another substituent. Note that the charge of the polynuclear metal complex is omitted.
Figure 0006296879
Figure 0006296879

Figure 0006296879
Figure 0006296879

(酸素の還元能を有する金属錯体の製造方法)
次に、本発明で好適に用いられる酸素の還元能を有する金属錯体の合成方法について説明する。
本発明に用いることの出来る酸素の還元能を有する金属錯体は、例えば、配位子化合物を有機化学的に合成した後、得られた化合物を、金属原子または金属イオンを付与する反応剤(以下、「金属付与剤」と言う。)と混合し、反応させることにより得られる。反応させる金属付与剤の量は特に限定されず、目的とする金属錯体に応じて、金属付与剤の量を調節すればよいが、通常、配位子化合物に対して過剰量の金属付与剤を反応させることが好ましい。
(Method for producing metal complex having oxygen reducing ability)
Next, a method for synthesizing a metal complex having oxygen reducing ability that is preferably used in the present invention will be described.
The metal complex having the ability to reduce oxygen that can be used in the present invention is prepared by, for example, synthesizing a ligand compound organically and then adding the resulting compound to a reactive agent (hereinafter referred to as a metal atom or metal ion). , "Metal-imparting agent") and mixed and reacted. The amount of the metal-imparting agent to be reacted is not particularly limited, and the amount of the metal-imparting agent may be adjusted according to the target metal complex. It is preferable to react.

前記配位子化合物について、具体的な構造式を例示する。構造式における水素原子は、他の置換基で、置換されていてもよい。

Figure 0006296879
Figure 0006296879

Figure 0006296879
Specific structural formulas are exemplified for the ligand compound. The hydrogen atom in the structural formula may be substituted with another substituent.
Figure 0006296879
Figure 0006296879

Figure 0006296879

前記金属付与剤としては、酢酸塩、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、過塩素酸塩、トリフルオロ酢酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸、テトラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩、テトラフェニルホウ酸塩等があげられ、特に酢酸塩が好ましい。酢酸塩としては、例えば、酢酸コバルト(II)、酢酸コバルト(III)、酢酸鉄(II)、酢酸鉄(III)、酢酸マンガン(II)、酢酸マンガン(III)、酢酸ニッケル(II)、酢酸銅(II)、酢酸亜鉛(II)があげられ、好ましくは、酢酸コバルトである。   Examples of the metal-imparting agent include acetate, fluoride, chloride, bromide, iodide, sulfate, carbonate, nitrate, hydroxide, perchlorate, trifluoroacetate, trifluoromethanesulfonic acid, tetrafluoro Examples thereof include borates, hexafluorophosphates, tetraphenyl borates and the like, and acetates are particularly preferable. Examples of the acetate salt include cobalt acetate (II), cobalt acetate (III), iron acetate (II), iron acetate (III), manganese acetate (II), manganese acetate (III), nickel acetate (II), acetic acid Examples thereof include copper (II) and zinc acetate (II), preferably cobalt acetate.

前記金属付与剤は、水和物であってもよく、例えば、酢酸コバルト(II)4水和物、酢酸マンガン(II)4水和物、酢酸マンガン(III)2水和物、酢酸ニッケル(II)4水和物、酢酸銅(II)1水和物、酢酸亜鉛(II)2水和物があげられる。   The metal imparting agent may be a hydrate such as cobalt acetate (II) tetrahydrate, manganese acetate (II) tetrahydrate, manganese acetate (III) dihydrate, nickel acetate ( II) Tetrahydrate, copper acetate (II) monohydrate, zinc acetate (II) dihydrate.

前記配位子化合物および金属付与剤を混合する工程は、適当な溶媒の存在下で行う。反応で用いられる溶媒(反応溶媒)としては、水;酢酸、プロピオン酸等の有機酸類;アンモニア水、トリエチルアミン等のアミン類;メタノール、エタノール、n−プロパノ−ル、イソプロピルアルコール、2−メトキシエタノール、1−ブタノール、1,1−ジメチルエタノール等のアルコール類;エチレングリコール、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、メチルエチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、デュレン、デカリン等の芳香族炭化水素;ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、N,N’−ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、トリエチルアミン、ピリジン等があげられる。なお、これらの反応溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。また、前記溶媒としては、配位子となる芳香族化合物および金属付与剤が溶解し得る溶媒が好ましい。   The step of mixing the ligand compound and the metal imparting agent is performed in the presence of a suitable solvent. As a solvent (reaction solvent) used in the reaction, water; organic acids such as acetic acid and propionic acid; amines such as aqueous ammonia and triethylamine; methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, 2-methoxyethanol, Alcohols such as 1-butanol and 1,1-dimethylethanol; ethylene glycol, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, methyl ethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, benzene, toluene, xylene, mesitylene, durene, Aromatic hydrocarbons such as decalin; halogen solvents such as dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, N, N′-dimethylformamide, N, N′-dimethylacetamide, N-methyl- 2-pyrrolidone, Examples thereof include dimethyl sulfoxide, acetone, acetonitrile, benzonitrile, triethylamine, and pyridine. In addition, these reaction solvents may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. The solvent is preferably a solvent in which the aromatic compound serving as a ligand and the metal-imparting agent can be dissolved.

前記配位子化合物および金属付与剤の混合温度は、好ましくは−10℃以上250℃以下、より好ましくは0℃以上200℃以下であり、さらに好ましくは0℃以上150℃以下である。   The mixing temperature of the ligand compound and the metal imparting agent is preferably −10 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably 0 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and further preferably 0 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

また、前記配位子化合物および金属付与剤の混合時間は、好ましくは1分間以上1週間以下、より好ましくは5分間以上24時間以下、さらに好ましくは1時間以上12時間以下である。なお、前記混合温度および混合時間は、前記配位子化合物および金属付与剤の種類を考慮して調節することが好ましい。   The mixing time of the ligand compound and the metal-imparting agent is preferably 1 minute or more and 1 week or less, more preferably 5 minutes or more and 24 hours or less, and further preferably 1 hour or more and 12 hours or less. In addition, it is preferable to adjust the said mixing temperature and mixing time in consideration of the kind of the said ligand compound and a metal provision agent.

生成した前記金属錯体は、公知の再結晶法、再沈殿法、クロマトグラフィー法から適した方法を選択して適用することで、前記溶媒から取り出すことができ、この時、複数の前記方法を組み合わせてもよい。なお、前記溶媒の種類によっては、生成した前記多核金属錯体が析出することがあり、この場合には、析出した前記金属錯体を濾別等で分離した後洗浄、乾燥等を行えばよい。   The generated metal complex can be removed from the solvent by selecting and applying a suitable method from known recrystallization methods, reprecipitation methods, and chromatography methods. At this time, a plurality of the methods are combined. May be. Depending on the type of the solvent, the produced polynuclear metal complex may be precipitated. In this case, the precipitated metal complex may be separated by filtration or the like and then washed, dried, or the like.

前記金属錯体は、それぞれ一種を単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。
(水の酸化能を有する層状金属化合物)
The said metal complex may be used individually by 1 type, respectively, and 2 or more types may be mixed and used for it.
(Layered metal compound with water oxidation ability)

本発明において、層状金属化合物として、層状複水酸化物、層状金属酸化物が例示され、層状複水酸化物であることが好ましい。ここで、層状複水酸化物とは、金属水酸化物層および陰イオンと層間水から構成される層が交互に積層した構造を有する化合物を表し、層状金属酸化物とは層状構造を有する金属酸化物を表す。
(水の酸化能を有する層状金属酸化物)
In the present invention, examples of the layered metal compound include layered double hydroxides and layered metal oxides, and layered double hydroxides are preferred. Here, the layered double hydroxide represents a compound having a structure in which metal hydroxide layers and layers composed of anions and interlayer water are alternately laminated, and the layered metal oxide is a metal having a layered structure. Represents an oxide.
(Layered metal oxide with water oxidation ability)

水の酸化能を有する層状金属酸化物の組成の一例としては、BCで表される組成があげられる。(式中、BおよびCは金属元素、yおよびzは0より大きい実数を表す。) An example of the composition of the layered metal oxide having the ability to oxidize water is a composition represented by BC y O z . (In the formula, B and C are metal elements, and y and z represent a real number larger than 0.)

前記層状金属酸化物が有する金属元素としては、典型金属および遷移金属を用いることができる。   As the metal element contained in the layered metal oxide, a typical metal and a transition metal can be used.

前記yの実数の範囲として、好ましくは0<y<6、より好ましくは1<y<5、さらに好ましくは1<y<4である。   The range of the real number of y is preferably 0 <y <6, more preferably 1 <y <5, and further preferably 1 <y <4.

前記zの実数の範囲として、好ましくは0<z<12、より好ましくは1<z<8、さらに好ましくは2<z<5である。   The range of the real number of z is preferably 0 <z <12, more preferably 1 <z <8, and further preferably 2 <z <5.

(水の酸化能を有する層状複水酸化物)
水の酸化能を有する層状複水酸化物の組成の一例としては、[M2+ 1-x3+ x(OH)2]x+ [An- x/n・mH2O]x-で表される組成が挙げられる。(式中、Mは遷移金属元素、M2+は二価の遷移金属イオン、M3+は三価の遷移金属イオン、An-はn価のアニオン、xは0<x<1並びにmおよびnは0より大きい実数を表す。)
(Layered double hydroxide with water oxidation ability)
An example of the composition of the layered double hydroxide having water oxidizing ability is [M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 ] x + [A n− x / n · mH 2 O] x− The composition represented is mentioned. (Wherein, M is a transition metal element, M 2+ is a divalent transition metal ion, M 3+ is a trivalent transition metal ions, A n-n-valent anion, x is 0 <x <1 and m And n represents a real number greater than 0.)

前記層状複水酸化物が有する金属元素としては、遷移金属を用いることができる。   As the metal element contained in the layered double hydroxide, a transition metal can be used.

前記Mとして、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅および亜鉛からなる群より選ばれる1種類以上を用いることができ、より好ましくは、ニッケル、鉄およびコバルトからなる群より選ばれる1種類以上であり、さらに好ましくはニッケルおよび/または鉄である。   As said M, 1 or more types chosen from the group which consists of manganese, iron, cobalt, nickel, copper, and zinc can be used, More preferably, it is 1 or more types chosen from the group which consists of nickel, iron, and cobalt More preferably, it is nickel and / or iron.

前記An-として、水酸化物イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、炭酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、酢酸イオン等があげられる。活性向上の観点から、より好ましくは、水酸化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、炭酸イオンであり、さらに好ましくは水酸化物イオンである。 Examples of the An − include hydroxide ions, fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions, carbonate ions, nitrate ions, sulfate ions, acetate ions, and the like. From the viewpoint of improving activity, more preferred are hydroxide ions, chloride ions, bromide ions, and carbonate ions, and even more preferred are hydroxide ions.

前記xの実数の範囲として、好ましくは0<x<1、より好ましくは0.1<x<0.8、さらに好ましくは0.2<x<0.5である。   The range of the real number of x is preferably 0 <x <1, more preferably 0.1 <x <0.8, and still more preferably 0.2 <x <0.5.

前記mの実数の範囲として、好ましくは0<m<20、より好ましくは0<m<15、さらに好ましくは1<m<10である。   The range of the real number of m is preferably 0 <m <20, more preferably 0 <m <15, and even more preferably 1 <m <10.

層状複水酸化物は、高い水の酸化能を有していることが好ましい。高い水の酸化能の指標として、例えば、カーボン、層状複水酸化物およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる触媒層と、カーボンブラック、トライトンおよびPTFEからなるガス拡散層とをニッケルメッシュ上に乗せ、プレスすることで電極を作成し、8M水酸化カリウム水溶液中、カウンター電極に白金を用い、ポテンショスタットを用いて電極評価を行なった際、銀/塩化銀電極に対して1Vの時の電流密度が150mA/cm以上であるものが好ましい。 The layered double hydroxide preferably has high water oxidizing ability. As an index of high water oxidizing ability, for example, a catalyst layer made of carbon, layered double hydroxide and polytetrafluoroethylene (PTFE) and a gas diffusion layer made of carbon black, triton and PTFE are placed on a nickel mesh. The electrode was made by pressing, and when the electrode was evaluated using a potentiostat in 8M potassium hydroxide aqueous solution with platinum as the counter electrode, the current density at 1 V with respect to the silver / silver chloride electrode Is preferably 150 mA / cm 2 or more.

(層状金属酸化物の製造方法)
本発明で好適に用いられる層状金属酸化物の合成方法について説明する。層状金属酸化物の合成方法は公知の如何なる方法で製造してもよいが、例えば、以下の方法で製造することが出来る。
(Method for producing layered metal oxide)
A method for synthesizing a layered metal oxide suitably used in the present invention will be described. The layered metal oxide may be synthesized by any known method, for example, by the following method.

層状金属酸化物は、金属酸化物および金属塩からなる群より選ばれる2種類以上を混合し、焼成することで得ることが出来る。   The layered metal oxide can be obtained by mixing and baking two or more selected from the group consisting of metal oxides and metal salts.

前記金属酸化物および金属塩などの混合方法としては、公知の如何なる方法で混合してもよいが、例えば、メノウの乳鉢で混合してもよい。   As a method for mixing the metal oxide and the metal salt, any known method may be used. For example, they may be mixed using an agate mortar.

前記金属酸化物および金属塩などの混合物の焼成方法としては、公知の如何なる方法で焼成してもよいが、例えば酸素雰囲気下、900℃で加熱することによって焼成してもよい。   As a method for firing the mixture of the metal oxide and the metal salt, any known method may be used. For example, the mixture may be fired by heating at 900 ° C. in an oxygen atmosphere.

(層状複水酸化物の製造方法)
次に、本発明で好適に用いられる層状複水酸化物の合成方法について説明する。層状複水酸化物は、公知の如何なる方法で製造してもよいが、例えば、以下の方法で製造することができる。
(Method for producing layered double hydroxide)
Next, a method for synthesizing the layered double hydroxide suitably used in the present invention will be described. The layered double hydroxide may be produced by any known method, for example, it can be produced by the following method.

層状複水酸化物は、金属塩の水溶液に、水熱合成を行ったものを、ろ別することによって得ることができる。水熱合成とは高温高圧の溶媒の下で化学反応を行うことで、常温常圧の溶媒に溶けにくい物質の合成などに利用される。   The layered double hydroxide can be obtained by filtering a hydrothermally synthesized metal salt aqueous solution. Hydrothermal synthesis is a chemical reaction performed in a high-temperature and high-pressure solvent, and is used for the synthesis of substances that are difficult to dissolve in a normal-temperature and normal-pressure solvent.

前記金属塩としては、例えば、酢酸塩、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、燐酸塩、過塩素酸塩、トリフルオロ酢酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸、テトラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩、テトラフェニルホウ酸塩等があげられ、特に酢酸塩、塩化物、硝酸塩、水酸化物が好ましい。酢酸塩としては、例えば、酢酸コバルト(II)、酢酸コバルト(III)、酢酸鉄(II)、酢酸鉄(III)、酢酸マンガン(II)、酢酸マンガン(III)、酢酸ニッケル(II)があげられる。塩化物としては、例えば、塩化コバルト(II)、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、塩化マンガン(II)、塩化ニッケル(II)、があげられ、硝酸塩としては、例えば、硝酸コバルト(II)、硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)、硝酸マンガン(II)、硝酸ニッケル(II)、があげられ、水酸化物としては、例えば、水酸化コバルト(II)、水酸化鉄(II)、水酸化マンガン(II)、水酸化ニッケル(II)、があげられる。好ましくは、酢酸コバルト(II)、酢酸ニッケル(II)、硝酸鉄(III)、である。   Examples of the metal salt include acetate, fluoride, chloride, bromide, iodide, sulfate, carbonate, nitrate, hydroxide, phosphate, perchlorate, trifluoroacetate, trifluoromethanesulfone. Examples thereof include acids, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, tetraphenylborate and the like, and acetate, chloride, nitrate and hydroxide are particularly preferable. Examples of the acetate salt include cobalt acetate (II), cobalt acetate (III), iron acetate (II), iron acetate (III), manganese acetate (II), manganese acetate (III), and nickel acetate (II). It is done. Examples of the chloride include cobalt (II) chloride, iron (II) chloride, iron (III) chloride, manganese (II) chloride, and nickel (II) chloride. Examples of the nitrate include cobalt nitrate ( II), iron nitrate (II), iron nitrate (III), manganese nitrate (II), nickel nitrate (II), and hydroxides include, for example, cobalt hydroxide (II), iron hydroxide ( II), manganese hydroxide (II), nickel hydroxide (II). Preferred are cobalt (II) acetate, nickel (II) acetate, and iron (III) nitrate.

前記金属塩は、水和物であってもよく、水和物としては、例えば、酢酸コバルト(II)4水和物、酢酸マンガン(III)2水和物、酢酸ニッケル(II)4水和物、酢酸ニッケル(II)4水和物、硝酸鉄(III)9水和物、があげられる。   The metal salt may be a hydrate. Examples of the hydrate include cobalt acetate (II) tetrahydrate, manganese acetate (III) dihydrate, nickel acetate (II) tetrahydrate. , Nickel (II) acetate tetrahydrate, and iron (III) nitrate nonahydrate.

前記金属塩の水溶液にメタノール、エタノール、テトラヒドロフラン(以下、「THF」と言う。)、N,N’−ジメチルホルムアミド(以下、「DMF」と言う。)などの有機溶媒を加えてもよい。 An organic solvent such as methanol, ethanol, tetrahydrofuran (hereinafter referred to as “THF”), N, N′-dimethylformamide (hereinafter referred to as “DMF”) or the like may be added to the aqueous solution of the metal salt.

また、前記金属塩の水溶液に水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硝酸ナトリウムなどの水溶液を添加してもよい。   Further, an aqueous solution of sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium nitrate or the like may be added to the aqueous solution of the metal salt.

前記金属塩の水溶液を水熱合成する温度は、好ましくは50℃以上300℃以下、より好ましくは60℃以上270℃以下であり、さらに好ましくは80℃以上250℃以下である。   The hydrothermal synthesis temperature of the metal salt aqueous solution is preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or higher and 270 ° C. or lower, and further preferably 80 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.

また、前記金属塩の水溶液を水熱合成する時間は、好ましくは1分間以上1週間以下、より好ましくは5分間以上24時間以下、さらに好ましくは10分以上12時間以下である。   The time for hydrothermal synthesis of the aqueous solution of the metal salt is preferably 1 minute or more and 1 week or less, more preferably 5 minutes or more and 24 hours or less, and further preferably 10 minutes or more and 12 hours or less.

得られた層状複水酸化物の同定には粉末X線回折、元素分析、赤外分光法などを用いて同定することができる。   The obtained layered double hydroxide can be identified using powder X-ray diffraction, elemental analysis, infrared spectroscopy and the like.

前記層状複水酸化物は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。二種類以上の層状複水酸化物を混合して用いる場合は、公知の如何なる方法で混合してもよいが、例えばメノウの乳鉢で混合してもよい。   The said layered double hydroxide may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it. When two or more kinds of layered double hydroxides are mixed and used, they may be mixed by any known method. For example, they may be mixed in an agate mortar.

前記金属錯体と、層状複水酸化物とは、公知の如何なる方法で混合してもよいが、例えばメノウの乳鉢で混合してもよい。   The metal complex and the layered double hydroxide may be mixed by any known method. For example, they may be mixed in an agate mortar.

(電極)
本発明の電極は、電極触媒および集電体から構成される。
(electrode)
The electrode of the present invention is composed of an electrode catalyst and a current collector.

本発明の電極は、電極触媒として、酸素の還元能を有する金属錯体および水の酸化能を有する層状金属化合物を含むが、これら以外に、他の電極触媒を含んでもよい。さらに、電極には、導電材および結着材を含んでいてもよい。前記導電材は、電極の導電性を向上させることができるものであればよく、カーボンが好ましい。   The electrode of the present invention contains, as an electrode catalyst, a metal complex having an oxygen reducing ability and a layered metal compound having an ability to oxidize water, but may contain other electrode catalysts in addition to these. Furthermore, the electrode may contain a conductive material and a binder. The conductive material may be any material that can improve the conductivity of the electrode, and is preferably carbon.

電極において、前記他の電極触媒、導電材および結着材等の各構成成分は、それぞれ一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。   In the electrode, each of the constituent components such as the other electrode catalyst, conductive material and binder may be used alone or in combination of two or more.

集電体は電流を電極触媒に供給する役割があるため、その材質は、導電性であればよい。好ましい正極集電体としては、金属板、金属箔、金属メッシュ、金属焼結体、カーボンペーパー、カーボンクロスが例示できる。
前記金属メッシュおよび金属焼結体における金属としては、ニッケル、銅、クロム、鉄、チタン等の金属の単体;二種以上のこれら金属を含む合金が例示でき、ニッケル、銅、ステンレス(鉄−ニッケル−クロム合金)が好ましい。
Since the current collector has a role of supplying current to the electrode catalyst, the material of the current collector may be conductive. Examples of preferable positive electrode current collectors include metal plates, metal foils, metal meshes, metal sintered bodies, carbon paper, and carbon cloth.
Examples of the metal in the metal mesh and the metal sintered body include simple metals such as nickel, copper, chromium, iron, titanium, and alloys including two or more of these metals, such as nickel, copper, and stainless steel (iron-nickel). -Chromium alloy) is preferred.

本発明の電極は、空気二次電池用電極、水の電気分解用電極、過酸化水素の製造触媒、酸化還元反応用触媒、酸素センサー等の用途が挙げられる。   Examples of the electrode of the present invention include an electrode for an air secondary battery, an electrode for water electrolysis, a catalyst for producing hydrogen peroxide, a catalyst for oxidation-reduction reaction, and an oxygen sensor.

前記電極を空気二次電池用電極として用いる場合、特に正極として用いることが好ましい。   When the electrode is used as an electrode for an air secondary battery, it is particularly preferable to use it as a positive electrode.

(空気二次電池)
本実施形態の空気二次電池は、本発明の電極を正極として用い、亜鉛単体および亜鉛化合物からなる群より選ばれる一種以上の負極活物質を含む負極と、電解質とを備えている。
(Air secondary battery)
The air secondary battery of the present embodiment includes the negative electrode containing one or more negative electrode active materials selected from the group consisting of zinc alone and a zinc compound, and an electrolyte, using the electrode of the present invention as a positive electrode.

図1は、本実施形態に係る空気二次電池の一実施形態を例示する概略断面図である。
ここに示す空気二次電池1は、前記電極触媒を含む正極触媒層11、正極集電体12、前記負極活物質を含む負極活物質層13、負極集電体14、電解液15およびこれらを収容する容器(図示略)を備える。
正極集電体12は正極触媒層11に接触して配置され、これらにより正極が構成されている。また、負極集電体14は負極活物質層13に接触して配置され、これらにより負極が構成されている。また、正極集電体12には正極端子(リード線)120が接続され、負極集電体14には負極端子(リード線)140が接続されている。
正極触媒層11および負極活物質層13は、対向して配置され、これらの間にこれらに接触するように電解質15が配置されている。
なお、本実施形態に係る空気二次電池は、ここに示すものに限定されず、必要に応じて一部構成が変更されていてもよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of an air secondary battery according to this embodiment.
The air secondary battery 1 shown here includes a positive electrode catalyst layer 11 including the electrode catalyst, a positive electrode current collector 12, a negative electrode active material layer 13 including the negative electrode active material, a negative electrode current collector 14, an electrolyte solution 15, and these. A container (not shown) is provided.
The positive electrode current collector 12 is disposed in contact with the positive electrode catalyst layer 11 to constitute a positive electrode. Further, the negative electrode current collector 14 is disposed in contact with the negative electrode active material layer 13, and these constitute a negative electrode. Further, a positive electrode terminal (lead wire) 120 is connected to the positive electrode current collector 12, and a negative electrode terminal (lead wire) 140 is connected to the negative electrode current collector 14.
The positive electrode catalyst layer 11 and the negative electrode active material layer 13 are disposed to face each other, and the electrolyte 15 is disposed so as to be in contact with them.
The air secondary battery according to the present embodiment is not limited to the one shown here, and a part of the configuration may be changed as necessary.

(正極触媒層)
本発明の正極触媒層は、電極触媒として、酸素の還元能を有する金属錯体および水の酸化能を有する層状金属化合物を含むが、これら以外に、他の電極触媒を含んでもよい。さらに、電極には、導電材および結着材を含むものが好ましい。前記導電材は、電極の導電性を向上させることができるものであればよく、カーボンが好ましい。
(Cathode layer)
The positive electrode catalyst layer of the present invention contains, as an electrode catalyst, a metal complex having an oxygen reducing ability and a layered metal compound having an ability to oxidize water, but may contain other electrode catalysts in addition to these. Furthermore, the electrode preferably contains a conductive material and a binder. The conductive material may be any material that can improve the conductivity of the electrode, and is preferably carbon.

前記カーボンとしては、「ノーリット」(NORIT社製)、「ケッチェンブラック」(Lion社製)、「バルカン」(Cabot社製)、「ブラックパールズ」(Cabot社製)、「アセチレンブラック」(電気化学工業社製)(いずれも商品名)等のカーボンブラック;C60、C70等のフラーレン;カーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブ、ダブルウォールカーボンナノチューブ、シングルウォールカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のカーボン繊維、グラフェン、グラフェンオキシドが例示でき、カーボンブラックが好ましい。   Examples of the carbon include “Norrit” (manufactured by NORIT), “Ketjen black” (manufactured by Lion), “Vulcan” (manufactured by Cabot), “Black Pearls” (manufactured by Cabot), “acetylene black” (electric (Manufactured by Kagaku Kogyo Co., Ltd.) (all are trade names) carbon black; fullerenes such as C60 and C70; carbon fibers such as carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, single wall carbon nanotubes, carbon nanohorns, graphene, Graphene oxide can be exemplified, and carbon black is preferable.

前記カーボンは、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子と組み合わせて用いてもよい。   The carbon may be used in combination with a conductive polymer such as polypyrrole or polyaniline.

前記結着材は、電極触媒、導電材等を互いに接着するものであり、例えば、電解液として使用する電解液に溶解しないものがあげられ、ポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」と言う。)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素樹脂が好ましい。   Examples of the binder include an electrode catalyst, a conductive material, and the like that are bonded to each other. Examples of the binder include those that do not dissolve in an electrolytic solution used as an electrolytic solution, and are referred to as polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as “PTFE”). ), Tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene / ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polychlorotrifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene / A fluororesin such as an ethylene copolymer is preferred.

正極触媒層に含まれる前記酸素の還元能を有する金属錯体は、触媒層中に3〜95重量%含まれることが好ましく、5〜50重量%であることがより好ましく、10〜30重量%であることが特に好ましい。   The metal complex having the ability to reduce oxygen contained in the positive electrode catalyst layer is preferably contained in the catalyst layer in an amount of 3 to 95% by weight, more preferably 5 to 50% by weight, and 10 to 30% by weight. It is particularly preferred.

正極触媒層に含まれる前記水の酸化能を有する層状複水酸化物および層状金属化合物の配合量は、前記酸素の還元能を有する金属錯体1質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜5質量部であることがより好ましく、0.5〜3質量部であることが特に好ましい。   The compounding amount of the layered double hydroxide having a water oxidizing ability and the layered metal compound contained in the positive electrode catalyst layer is 0.1 to 10 parts by weight with respect to 1 part by weight of the metal complex having the ability to reduce oxygen. Preferably, it is 0.5 to 5 parts by mass, and particularly preferably 0.5 to 3 parts by mass.

導電材の配合量は、前記電極触媒1質量部に対して0.5〜30質量部であることが好ましく、1〜20質量部であることがより好ましく、1〜15質量部であることが特に好ましい。結着材の配合量は、前記電極触媒1質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜5質量部であることがより好ましく、0.5〜3質量部であることが特に好ましい。 The blending amount of the conductive material is preferably 0.5 to 30 parts by mass, more preferably 1 to 20 parts by mass, and 1 to 15 parts by mass with respect to 1 part by mass of the electrode catalyst. Particularly preferred. The blending amount of the binder is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 5 parts by mass, and 0.5 to 3 parts by mass with respect to 1 part by mass of the electrode catalyst. Part is particularly preferred.

正極触媒層において、前記他の電極触媒、導電材および結着材等の各構成成分は、それぞれ一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
(正極集電体)
In the positive electrode catalyst layer, each of the constituent components such as the other electrode catalyst, conductive material and binder may be used alone or in combination of two or more.
(Positive electrode current collector)

正極集電体は電流を電極触媒に供給する役割があるため、その材質は、導電性であればよい。好ましい正極集電体としては、金属板、金属箔、金属メッシュ、金属焼結体、カーボンペーパー、カーボンクロスが例示できる。
前記金属メッシュおよび金属焼結体における金属としては、ニッケル、銅、クロム、鉄、チタン等の金属の単体;二種以上のこれら金属を含む合金が例示でき、ニッケル、銅、ステンレス(鉄−ニッケル−クロム合金)が好ましい。
Since the positive electrode current collector has a role of supplying current to the electrode catalyst, the material may be any material as long as it is conductive. Examples of preferable positive electrode current collectors include metal plates, metal foils, metal meshes, metal sintered bodies, carbon paper, and carbon cloth.
Examples of the metal in the metal mesh and the metal sintered body include simple metals such as nickel, copper, chromium, iron, titanium, and alloys including two or more of these metals, such as nickel, copper, and stainless steel (iron-nickel). -Chromium alloy) is preferred.

正極触媒層と正極集電体の間に、ガス拡散層をはさんでもよい。   A gas diffusion layer may be sandwiched between the positive electrode catalyst layer and the positive electrode current collector.

(負極)
本実施形態における負極として、亜鉛単体および亜鉛化合物からなる群より選ばれる一種以上を負極活物質として用いることができる。亜鉛化合物としては、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、亜鉛合金などを例示することができる。
(Negative electrode)
As the negative electrode in the present embodiment, one or more selected from the group consisting of zinc alone and a zinc compound can be used as the negative electrode active material. Examples of the zinc compound include zinc oxide, zinc hydroxide, and zinc alloy.

亜鉛合金としては、1ppm〜3000ppmのビスマス、好ましくは100ppm〜1000ppmのビスマスとの合金を用いてもよい。また、1ppm〜3000ppmのインジウム、好ましくは100〜1000ppmのインジウム、あるいは1ppm〜3000ppmのインジウムと1ppm〜3000ppmのビスマス、好ましくは100ppm〜1000ppmのインジウムと100ppm〜1000ppmのビスマスとの亜鉛合金を用いてもよい。これら亜鉛合金を用いることで、亜鉛の水素過電圧を低減することができ、電池内におけるガス発生をより確実に防止できる。   As the zinc alloy, an alloy with 1 ppm to 3000 ppm of bismuth, preferably 100 ppm to 1000 ppm of bismuth may be used. Alternatively, a zinc alloy of 1 ppm to 3000 ppm indium, preferably 100 to 1000 ppm indium, or 1 ppm to 3000 ppm indium and 1 ppm to 3000 ppm bismuth, preferably 100 ppm to 1000 ppm indium and 100 ppm to 1000 ppm bismuth may be used. Good. By using these zinc alloys, hydrogen overvoltage of zinc can be reduced, and gas generation in the battery can be more reliably prevented.

前記負極は、板状、粒状、ゲル状のいずれの形状で用いてもよい。   The negative electrode may be used in any shape of a plate shape, a granular shape, and a gel shape.

負極集電体14は、正極集電体12と同様のものでよい。   The negative electrode current collector 14 may be the same as the positive electrode current collector 12.

(電解質)
電解質は、電解質を溶媒に溶解した電解液を用いることができる。溶媒としては、イオンが電離し易いため水が好ましい。
(Electrolytes)
As the electrolyte, an electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a solvent can be used. As the solvent, water is preferable because ions are easily ionized.

上記電解質としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化アンモニウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、ホウ酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、炭酸水素アンモニウム、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウムが例示される。より好ましくは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化アンモニウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、さらに好ましくは水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化アンモニウムである。なお、前記電解質は、無水物であっても水和物であってもよい。   Examples of the electrolyte include potassium hydroxide, sodium hydroxide, ammonium chloride, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium formate, potassium formate, sodium acetate, potassium acetate, tripotassium phosphate, hydrogen phosphate. Dipotassium, potassium dihydrogen phosphate, trisodium phosphate, disodium hydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, sodium borate, potassium sulfate, sodium sulfate, ammonium bicarbonate, ammonium formate, ammonium acetate, ammonium phosphate, Examples include ammonium dihydrogen phosphate, ammonium sulfate, and ammonium hydrogen sulfate. More preferably, potassium hydroxide, sodium hydroxide, ammonium chloride, potassium carbonate, potassium bicarbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, sodium formate, potassium formate, sodium acetate, potassium acetate, tripotassium phosphate, dihydrogen phosphate Potassium, trisodium phosphate, and disodium hydrogen phosphate, and more preferably potassium hydroxide, sodium hydroxide, and ammonium chloride. The electrolyte may be an anhydride or a hydrate.

前記電解質は、それぞれ一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。   The said electrolyte may be used individually by 1 type, respectively, and may use 2 or more types together, respectively.

電解液中の電解質の濃度は、空気二次電池の使用環境により任意に設定することができるが、1〜99質量%であることが好ましく、5〜60質量%であることがより好ましく、5〜40質量%であることがさらに好ましい。   The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution can be arbitrarily set depending on the use environment of the air secondary battery, but is preferably 1 to 99% by mass, more preferably 5 to 60% by mass. More preferably, it is -40 mass%.

亜鉛を含む樹状析出物の発生を抑制することを目的として、電解液に、クエン酸、コハク酸、酒石酸などを、加えてもよい。   Citric acid, succinic acid, tartaric acid, or the like may be added to the electrolytic solution for the purpose of suppressing the generation of dendritic precipitates containing zinc.

また、放電時における電解液への亜鉛イオンの溶解を抑制することを目的として、電解液に、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、硫酸亜鉛、ギ酸亜鉛、酢酸亜鉛などを、加えてもよい。   In addition, zinc oxide, zinc hydroxide, zinc sulfate, zinc formate, zinc acetate, or the like may be added to the electrolytic solution for the purpose of suppressing dissolution of zinc ions in the electrolytic solution during discharge.

また、電解液をポリアクリル酸などの吸水性ポリマーへ吸収させた、ゲル状電解質として用いてもよい。   Alternatively, the electrolyte may be used as a gel electrolyte in which a water-absorbing polymer such as polyacrylic acid is absorbed.

<その他の構成>
容器は、正極触媒層11、正極集電体12、負極活物質層13、負極集電体14および電解液15を収容するものである。容器の材質としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ABS樹脂等の樹脂や、前記正極触媒層11等の収容物とは反応しない金属が例示できる。
<Other configurations>
The container accommodates the positive electrode catalyst layer 11, the positive electrode current collector 12, the negative electrode active material layer 13, the negative electrode current collector 14, and the electrolytic solution 15. Examples of the material of the container include resins such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, and ABS resin, and metals that do not react with the contents such as the positive electrode catalyst layer 11.

空気二次電池1においては、別途、酸素拡散膜を設けてもよい。酸素拡散膜は、正極集電体12の外側(正極触媒層11の反対側)に設けることが好ましい。こうすることで、酸素拡散膜を介して正極触媒層11に酸素(空気)が優先的に供給される。
前記酸素拡散膜は、酸素(空気)を好適に透過できる膜であればよく、樹脂製の不織布または多孔質膜が例示でき、前記樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂が例示できる。
In the air secondary battery 1, an oxygen diffusion film may be separately provided. The oxygen diffusion film is preferably provided outside the positive electrode current collector 12 (on the opposite side of the positive electrode catalyst layer 11). By doing so, oxygen (air) is preferentially supplied to the positive electrode catalyst layer 11 through the oxygen diffusion film.
The oxygen diffusion film may be a film that can suitably transmit oxygen (air), and examples thereof include a resin nonwoven fabric or a porous film. Examples of the resin include polyolefins such as polyethylene and polypropylene; polytetrafluoroethylene, A fluororesin such as polyvinylidene fluoride can be exemplified.

空気二次電池1においては、正極と負極との接触による短絡を防止するために、これらの間にセパレータを設けてもよい。
セパレータは、電解液15の移動が可能な絶縁材料からなるものであればよく、樹脂製の不織布または多孔質膜が例示でき、前記樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂が例示できる。また、電解液15を水溶液として用いる場合には、前記樹脂として、親水性化されたものを用いることが好ましい。
In the air secondary battery 1, a separator may be provided between them in order to prevent a short circuit due to contact between the positive electrode and the negative electrode.
The separator may be made of an insulating material capable of moving the electrolyte solution 15, and examples thereof include a resin nonwoven fabric or a porous film. Examples of the resin include polyolefins such as polyethylene and polypropylene; polytetrafluoroethylene, A fluororesin such as polyvinylidene fluoride can be exemplified. When the electrolytic solution 15 is used as an aqueous solution, it is preferable to use a hydrophilic resin as the resin.

本発明の二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、扁平型、角型などがあげられる。   The shape of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type.

本実施形態の空気二次電池は、例えば、電気自動車用電源や家庭用電源など大型なものなどに有用であり、また、携帯電話または携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源としても有用である。   The air secondary battery of the present embodiment is useful for a large-sized battery such as a power source for electric vehicles and a household power source, and is also useful as a small power source for mobile devices such as a mobile phone or a portable personal computer. .

以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。また、実施例における分析および評価は以下のものを用いて行った。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. Moreover, the analysis and evaluation in an Example were performed using the following.

(1)粉末X線回折(XRD)の測定
装置:PANalytical(株)製 X'Pert PRO MPD
X線管球:Cu−Kα
X線出力:45 kV-40 mA
(1) Powder X-ray diffraction (XRD) measurement device: X'Pert PRO MPD manufactured by PANalytical
X-ray tube: Cu-Kα
X-ray output: 45 kV-40 mA

(2)H−NMRの測定
装置:varian(株)製 INOVA300
(2) Measurement of 1 H-NMR Device: INOVA300 manufactured by varian

[合成例1]
<ニッケル鉄-層状複水酸化物の合成>
フラスコに、酢酸ニッケル(II)4水和物を5.0g(20mmol)と水20mlを入れ、0.2Mの酢酸ニッケル水溶液を作成した。同様にして別のフラスコに、硝酸鉄(III)9水和物を4.0g(10mmol)と水10mlを入れ、0.2Mの硝酸鉄水溶液を作成した。調整した酢酸ニッケル水溶液(10ml)と硝酸鉄水溶液(2ml)を、水20ml、DMF20mlと共にポリテトラフルオロエチレン製のるつぼに入れ、るつぼをステンレスジャケットで密封した。ステンレスジャケットを160℃に温度調整したオイルバスで1時間加熱攪拌した後、室温まで冷却させ、反応液中に生じた山吹色沈殿を濾取することにより、30mgのニッケル鉄-層状複水酸化物を得た。
[Synthesis Example 1]
<Synthesis of nickel iron-layered double hydroxide>
The flask was charged with 5.0 g (20 mmol) of nickel (II) acetate tetrahydrate and 20 ml of water to prepare a 0.2 M nickel acetate aqueous solution. Similarly, 4.0 g (10 mmol) of iron (III) nitrate nonahydrate and 10 ml of water were put in another flask to prepare a 0.2M iron nitrate aqueous solution. The prepared nickel acetate aqueous solution (10 ml) and iron nitrate aqueous solution (2 ml) were placed in a polytetrafluoroethylene crucible together with 20 ml of water and 20 ml of DMF, and the crucible was sealed with a stainless steel jacket. A stainless steel jacket was heated and stirred in an oil bath whose temperature was adjusted to 160 ° C. for 1 hour, then cooled to room temperature, and 30 mg of nickel iron-layered double hydroxide was collected by filtering off the yellow-colored precipitate formed in the reaction solution. Got.

[合成例1]の層状複水酸化物についてX線回折(XRD)を行った。
2θ(o): 11.3、 22.7、 34.3、 38.6、 46.3、 61.6
The layered double hydroxide of [Synthesis Example 1] was subjected to X-ray diffraction (XRD).
2θ ( o ): 11.3, 22.7, 34.3, 38.6, 46.3, 61.6

[合成例2]
<金属錯体MC1の合成>
以下の反応式(1)〜(3)に従い、化合物1および化合物2を経由して化合物3を合成した。そして、以下の反応式(4)に従い、化合物3と金属付与剤とを用いて、金属錯体MC1を合成した。
[Synthesis Example 2]
<Synthesis of Metal Complex MC1>
Compound 3 was synthesized via Compound 1 and Compound 2 according to the following reaction formulas (1) to (3). And according to following Reaction formula (4), the metal complex MC1 was synthesize | combined using the compound 3 and the metal provision agent.

(化合物1の合成) (Synthesis of Compound 1)

Figure 0006296879
…(1)
(式中、Bocはtert−ブトキシカルボニル基であり、dbaはジベンジリデンアセトンである。)
Figure 0006296879
... (1)
(In the formula, Boc is a tert-butoxycarbonyl group, and dba is dibenzylideneacetone.)

反応容器内をアルゴンガス雰囲気とした後、3.94g(6.00mmol)の2,9−(3’−ブロモ−5’−tert−ブチル−2’−メトキシフェニル)−1,10−フェナントロリン(Tetrahedron.,1999,55,8377.の記載に従って合成した。)、3.17g(15.0mmol)の1−N−Boc−ピロール−2−ボロン酸、0.14g(0.15mmol)のトリス(ベンジリデンアセトン)ジパラジウム、0.25g(0.60mmol)の2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニルおよび、5.53g(26.0mmol)のリン酸カリウムを、200mLのジオキサンと20mLの水との混合溶媒に加えて溶解させ、60℃にて6時間攪拌した。反応終了後、放冷して蒸留水およびクロロホルムを加えて、有機層を抽出した。得られた有機層を濃縮して、黒い残留物を得た。これを、展開溶媒としてクロロホルムを用いたシリカゲルカラムで精製し、化合物1を得た。得られた化合物1の同定データを以下に示す。   After the inside of the reaction vessel was filled with an argon gas atmosphere, 3.94 g (6.00 mmol) of 2,9- (3′-bromo-5′-tert-butyl-2′-methoxyphenyl) -1,10-phenanthroline ( Tetrahedron., 1999, 55, 8377.) 3.17 g (15.0 mmol) 1-N-Boc-pyrrole-2-boronic acid, 0.14 g (0.15 mmol) Tris ( Benzylideneacetone) dipalladium, 0.25 g (0.60 mmol) 2-dicyclohexylphosphino-2 ′, 6′-dimethoxybiphenyl and 5.53 g (26.0 mmol) potassium phosphate in 200 mL dioxane and 20 mL In a mixed solvent with water and dissolved, and stirred at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the mixture was allowed to cool, distilled water and chloroform were added, and the organic layer was extracted. The resulting organic layer was concentrated to give a black residue. This was purified by a silica gel column using chloroform as a developing solvent to obtain Compound 1. Identification data for the obtained compound 1 are shown below.

H−NMR(300MHz,CDCl):δ(ppm)=1.34(s,18H),1.37(s,18H),3.30(s,6H),6.21(m,2H),6.27(m,2H),7.37(m,2H),7.41(s,2H),7.82(s,2H),8.00(s,2H),8.19(d,J=8.6Hz,2H),8.27(d,J=8.6Hz,2H). 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 1.34 (s, 18H), 1.37 (s, 18H), 3.30 (s, 6H), 6.21 (m, 2H) ), 6.27 (m, 2H), 7.37 (m, 2H), 7.41 (s, 2H), 7.82 (s, 2H), 8.00 (s, 2H), 8.19 (D, J = 8.6 Hz, 2H), 8.27 (d, J = 8.6 Hz, 2H).

(化合物2の合成) (Synthesis of Compound 2)

Figure 0006296879
…(2)
(式中、Bocはtert−ブトキシカルボニル基である。)
Figure 0006296879
... (2)
(In the formula, Boc is a tert-butoxycarbonyl group.)

反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、0.904g(1.08mmol)の化合物1を10mLの無水ジクロロメタンに溶解させた。得られたジクロロメタン溶液を−78℃に冷却しながら、ここに三臭化ホウ素の1.0Mジクロロメタン溶液8.8mL(8.8mmol)をゆっくり滴下した。滴下後、10分間そのまま攪拌し、室温になるまでさらに攪拌しながら放置した。3時間後、反応液を0℃まで冷却し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えた後、クロロホルムを加えて抽出し、有機層を濃縮した。得られた褐色の残留物を、展開溶媒としてクロロホルムを用いたシリカゲルカラムで精製し、化合物2を得た。得られた化合物2の同定データを以下に示す。   After making the inside of the reaction vessel a nitrogen gas atmosphere, 0.904 g (1.08 mmol) of Compound 1 was dissolved in 10 mL of anhydrous dichloromethane. While the obtained dichloromethane solution was cooled to −78 ° C., 8.8 mL (8.8 mmol) of a boron tribromide 1.0 M dichloromethane solution was slowly added dropwise thereto. After dropping, the mixture was stirred as it was for 10 minutes, and was left with further stirring until it reached room temperature. After 3 hours, the reaction solution was cooled to 0 ° C., a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution was added, and extracted by adding chloroform, and the organic layer was concentrated. The resulting brown residue was purified with a silica gel column using chloroform as a developing solvent to obtain Compound 2. Identification data for the obtained compound 2 are shown below.

H−NMR(300MHz,CDCl):δ(ppm)=1.40(s,18H),6.25(m,2H),6.44(m,2H),6.74(m,2H),7.84(s,2H),7.89(s,2H),7.92(s,2H),8.35(d,J=8.4Hz,2H),8.46(d,J=8.4Hz,2H),10.61(s,2H),15.88(s,2H). 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 1.40 (s, 18H), 6.25 (m, 2H), 6.44 (m, 2H), 6.74 (m, 2H) ), 7.84 (s, 2H), 7.89 (s, 2H), 7.92 (s, 2H), 8.35 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 8.46 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 10.61 (s, 2H), 15.88 (s, 2H).

(配位子化合物3の合成) (Synthesis of Ligand Compound 3)

Figure 0006296879
…(3)
Figure 0006296879
... (3)

反応容器内において、0.061g(0.10mmol)の化合物2と0.012g(0.11mmol)のベンズアルデヒドを5mLのプロピオン酸に溶解させ、140℃で7時間加熱した。その後、得られた反応液からプロピオン酸を留去して、得られた黒い残渣を、展開溶媒をクロロホルムとメタノールを10:1の体積比で混合した溶媒を用いたシリカゲルカラムで精製して、配位子化合物3を得た。得られた配位子化合物3の同定データを以下に示す。   In a reaction vessel, 0.061 g (0.10 mmol) of Compound 2 and 0.012 g (0.11 mmol) of benzaldehyde were dissolved in 5 mL of propionic acid and heated at 140 ° C. for 7 hours. Thereafter, propionic acid was distilled off from the obtained reaction solution, and the resulting black residue was purified by a silica gel column using a developing solvent in which a solvent in which chloroform and methanol were mixed at a volume ratio of 10: 1 was used. Ligand compound 3 was obtained. Identification data for the obtained ligand compound 3 are shown below.

H−NMR(300MHz,CDCl):δ(ppm)=1.49(s,18H),6.69(d,J=4.8Hz,2H),7.01(d,J=4.8Hz,2H),7.57(m,5H),7.90(s,4H),8.02(s,2H),8.31(d,J=8.1Hz,2H),8.47(d,J=8.1Hz,2H). 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 1.49 (s, 18H), 6.69 (d, J = 4.8 Hz, 2H), 7.01 (d, J = 4. 8 Hz, 2H), 7.57 (m, 5H), 7.90 (s, 4H), 8.02 (s, 2H), 8.31 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 8.47 (D, J = 8.1 Hz, 2H).

(金属錯体MC1の合成) (Synthesis of metal complex MC1)

Figure 0006296879
…(4)
(式中、Acはアセチル基であり、Meはメチル基である。)
Figure 0006296879
(4)
(In the formula, Ac is an acetyl group, and Me is a methyl group.)

反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、0.045g(0.065mmol)の化合物3と、0.040g(0.16mmol)の酢酸コバルト4水和物を含んだ3mLのメタノールおよび3mLのクロロホルムの混合溶液とを混合し、80℃に加熱しながら5時間攪拌した。得られた溶液を濃縮乾固させて、青色固体を得た。これを水で洗浄することにより、金属錯体MC1を得た。なお、前記反応式中の金属錯体MC1において、「(OAc)」は、1当量の酢酸イオンが対イオンとして存在することを示す。得られた金属錯体MC1の同定データを以下に示す。
ESI−MS[M・]:m/z=866.0
After making the inside of the reaction vessel into a nitrogen gas atmosphere, 0.045 g (0.065 mmol) of compound 3 and 0.040 g (0.16 mmol) of cobalt acetate tetrahydrate containing 3 mL of methanol and 3 mL of chloroform The mixed solution was mixed and stirred for 5 hours while heating to 80 ° C. The resulting solution was concentrated to dryness to give a blue solid. This was washed with water to obtain a metal complex MC1. In the metal complex MC1 in the reaction formula, “(OAc)” indicates that one equivalent of acetate ion is present as a counter ion. Identification data of the obtained metal complex MC1 are shown below.
ESI-MS [M ·] + : m / z = 866.0

<電極評価>
[実施例1]
(ガス拡散層用粉末の作製)
カーボンブラック(アセチレンブラック)、トライトン(キシダ化学)および水を1 : 1 : 30 (重量比)の割合で混合し、これにPTFE(ダイキン、D−210C)をカーボンブラックに対して67重量%になるように添加し、ミルサーで5分間粉砕後、吸引ろ過し、120℃で12時間乾燥させた。乾燥後これをミルサーで微粉化し、280℃、3時間空気中で熱処理を行った。ここで得られた粉末をミルサーで再度微粉化しガス拡散層用粉末を得た。
<Electrode evaluation>
[Example 1]
(Production of powder for gas diffusion layer)
Carbon black (acetylene black), Triton (Kishida Chemical) and water are mixed in a ratio of 1: 1: 30 (weight ratio), and PTFE (Daikin, D-210C) is added to 67% by weight with respect to carbon black. The mixture was added as such, pulverized with a miller for 5 minutes, filtered with suction, and dried at 120 ° C. for 12 hours. After drying, this was pulverized with a miller and heat-treated in air at 280 ° C. for 3 hours. The powder obtained here was pulverized again with a miller to obtain a gas diffusion layer powder.

(触媒層用粉末の作製)
ビーカーに水100mlと1−ブタノール1mlを入れ、その中にカーボン(ケッチェンブラック300EC)0.18g、合成例1で作製したニッケル鉄-層状複水酸化物を0.16g、合成例2で作製した金属錯体MC1を0.08g加えた。2時間攪拌後、PTFE(ダイキン、D−210C)0.16gを少量ずつ加えてさらに1時間攪拌した。それを吸引ろ過し、120℃で乾燥してミルサーで粉砕し、触媒層粉末を得た。
(Preparation of powder for catalyst layer)
100 ml of water and 1 ml of 1-butanol are put in a beaker, 0.18 g of carbon (Ketjen Black 300EC), 0.16 g of nickel iron-layered double hydroxide prepared in Synthesis Example 1, and prepared in Synthesis Example 2 0.08 g of the resulting metal complex MC1 was added. After stirring for 2 hours, 0.16 g of PTFE (Daikin, D-210C) was added little by little and the mixture was further stirred for 1 hour. It was suction filtered, dried at 120 ° C. and ground with a miller to obtain catalyst layer powder.

(電極の作製)
ホットプレス用金型にアルミホイルをのせ、その上にニッケルメッシュ(ニコライ社製)をのせ、ガス拡散層電極用粉末を60mg充填し、ガス拡散層用粉末の上に触媒層用粉末を60mg充填した。まず、80kgf/cmの圧力で冷間プレス行った後、350℃に保ったホットプレスを用いて10秒間プレスを行い、電極を得た。電極の反応面積は1.767cmであった。
(Production of electrodes)
Put aluminum foil on hot press mold, put nickel mesh (made by Nikolai Co., Ltd.) on top, fill 60mg of gas diffusion layer electrode powder, and fill 60mg of catalyst layer powder on gas diffusion layer powder. did. First, after cold pressing at a pressure of 80 kgf / cm 2 , pressing was performed for 10 seconds using a hot press maintained at 350 ° C. to obtain an electrode. The reaction area of the electrode was 1.767 cm 2 .

電極特性評価
ポリテトラフルオロエチレン製のセルに作製した電極を取り付け、8M水酸化カリウム水溶液中でポテンショスタットを用いて測定した。電流密度50mA/cmにおける酸素還元電位、水の酸化電位、及びそれらの電位差(V)を表1に示す。
Electrode characteristic evaluation The electrode produced in the cell made from polytetrafluoroethylene was attached, and it measured using the potentiostat in 8M potassium hydroxide aqueous solution. Table 1 shows the oxygen reduction potential, water oxidation potential, and potential difference (V) at a current density of 50 mA / cm 2 .

(測定装置)
東方技研 マルチポテンショスタット MODEL PS−04
(測定条件)
電解質溶液:8mol/L水酸化カリウム水溶液
溶液温度:室温(23℃)
参照電極:銀/塩化銀電極(飽和塩化カリウム)
カウンター電極:白金電極(ウィンクラー式電極)
掃引速度:±25mV/180秒
(measuring device)
Toho Giken Multipotentiostat MODEL PS-04
(Measurement condition)
Electrolyte solution: 8 mol / L potassium hydroxide aqueous solution Solution temperature: room temperature (23 ° C.)
Reference electrode: Silver / silver chloride electrode (saturated potassium chloride)
Counter electrode: Platinum electrode (Winkler type electrode)
Sweep speed: ± 25 mV / 180 seconds

[比較例1]
La0.6Ca0.4CoO3−xを、文献(Electrochimica Acta 2003, 48, 1567)記載の方法に従って合成した。触媒として、 La0.6Ca0.4CoO3−xを用いて、実施例1と同様に評価を行った。
[Comparative Example 1]
La 0.6 Ca 0.4 CoO 3-x was synthesized according to the method described in the literature (Electrochimica Acta 2003, 48, 1567). Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 using La 0.6 Ca 0.4 CoO 3-x as a catalyst.

Figure 0006296879
Figure 0006296879

本発明の電極は、酸素の還元反応と水の酸化反応との電位差が小さくなり、空気二次電池の正極として、優れた充放電活性を有することがわかる。
以上により、本発明の有用性が確かめられた。
It can be seen that the electrode of the present invention has an excellent charge / discharge activity as a positive electrode of an air secondary battery because the potential difference between the oxygen reduction reaction and the water oxidation reaction is reduced.
From the above, the usefulness of the present invention was confirmed.

[参考例1]
上記で得られた金属錯体MC1、ニッケル鉄-層状複水酸化物とカーボン(商品名:ケッチェンブラックEC600JD、ライオン社製)を質量比1:1:4で混合し、メタノール中、室温にて15分間攪拌した後、室温にて200Paの減圧下で12時間乾燥させて電極触媒Cat1を得た。電極触媒1を用いて、酸素還元能および水の酸化能の評価を行った。
[Reference Example 1]
The metal complex MC1 obtained above, nickel iron-layered double hydroxide and carbon (trade name: Ketjen Black EC600JD, manufactured by Lion) were mixed at a mass ratio of 1: 1: 4, and in methanol at room temperature. After stirring for 15 minutes, the electrode catalyst Cat1 was obtained by drying at room temperature under reduced pressure of 200 Pa for 12 hours. Using the electrode catalyst 1, the oxygen reduction ability and the water oxidation ability were evaluated.

評価には、ディスク部がグラッシーカーボン(直径6.0mm)であるディスク電極を用いた。電極触媒Cat1が1mg入ったサンプル瓶へ、0.5質量%のナフィオン(登録商標)溶液(5質量%ナフィオン(登録商標)溶液をエタノールにて10倍希釈した溶液)を1mL加えた後、超音波を照射して15分間分散させた。得られた懸濁液7.2μLを前記電極のディスク部に滴下して乾燥させた後、80℃に加熱した乾燥機にて3時間乾燥させることで、測定用電極を得た。
<酸素還元能の評価>
この測定用電極を用いて、下記測定装置および測定条件において、酸素還元反応の電流値を測定した。電流値の測定は、窒素を飽和させた状態(窒素雰囲気下)、酸素を飽和させた状態(酸素雰囲気下)でそれぞれ行い、酸素雰囲気下での測定で得られた電流値から、窒素雰囲気下での測定で得られた電流値を引いた値を酸素還元反応の電流値とした。この電流値を測定用電極の表面積で除すことにより、電流密度を求めた。結果を表2に示す。
なお、電流密度は、銀/塩化銀電極に対して−0.8Vのときの値である。
For the evaluation, a disk electrode having a disk portion made of glassy carbon (diameter 6.0 mm) was used. After adding 1 mL of 0.5 mass% Nafion (registered trademark) solution (solution obtained by diluting 5 mass% Nafion (registered trademark) solution with ethanol 10 times) to a sample bottle containing 1 mg of electrocatalyst Cat1, The sound wave was irradiated and dispersed for 15 minutes. After 7.2 μL of the obtained suspension was dropped on the disk portion of the electrode and dried, the electrode for measurement was obtained by drying in a dryer heated to 80 ° C. for 3 hours.
<Evaluation of oxygen reduction ability>
Using this measurement electrode, the current value of the oxygen reduction reaction was measured under the following measurement apparatus and measurement conditions. The current value is measured in a nitrogen-saturated state (under a nitrogen atmosphere) and an oxygen-saturated state (in an oxygen atmosphere). From the current values obtained in the measurement under an oxygen atmosphere, the current value is measured under a nitrogen atmosphere. The value obtained by subtracting the current value obtained by the measurement in was used as the current value of the oxygen reduction reaction. The current density was determined by dividing the current value by the surface area of the measurement electrode. The results are shown in Table 2.
The current density is a value at −0.8 V with respect to the silver / silver chloride electrode.

(測定装置)
日厚計測社製RRDE−1回転リングディスク電極装置
ALSモデル701Cデュアル電気化学アナライザー
(測定条件)
セル溶液:0.1mol/L水酸化カリウム水溶液(酸素飽和または窒素飽和)
溶液温度:25℃
参照電極:銀/塩化銀電極(飽和塩化カリウム)
カウンター電極:白金ワイヤー
掃引速度:10mV/秒
電極回転速度:1600rpm
(measuring device)
RRDE-1 rotating ring disk electrode device manufactured by Nisatsu Kogyo Co., Ltd. ALS model 701C dual electrochemical analyzer (measurement conditions)
Cell solution: 0.1 mol / L potassium hydroxide aqueous solution (oxygen saturation or nitrogen saturation)
Solution temperature: 25 ° C
Reference electrode: Silver / silver chloride electrode (saturated potassium chloride)
Counter electrode: platinum wire Sweep speed: 10 mV / sec Electrode rotation speed: 1600 rpm

(水の酸化能の評価)
上記で得られた電極触媒について、酸素還元能の評価の場合と同様の測定用電極を作製し、これを用いて、下記測定装置および測定条件において、水の酸化反応の電流値を測定した。電流値の測定は、窒素を飽和させた状態で行い、この電流値を測定用電極の表面積で除すことにより、電流密度を求めた。結果を表2に示す。なお、電流密度は、銀/塩化銀電極に対して1Vのときの値である。
(Evaluation of water oxidation ability)
About the electrode catalyst obtained above, the same measurement electrode as in the case of the evaluation of the oxygen reducing ability was produced, and using this, the current value of the oxidation reaction of water was measured using the following measurement apparatus and measurement conditions. The current value was measured in a state where nitrogen was saturated, and the current density was determined by dividing the current value by the surface area of the measurement electrode. The results are shown in Table 2. The current density is a value at 1 V with respect to the silver / silver chloride electrode.

(測定装置)
日厚計測社製RRDE−1回転リングディスク電極装置
ALSモデル701Cデュアル電気化学アナライザー
(測定条件)
セル溶液:1mol/L水酸化ナトリウム水溶液(窒素飽和)
溶液温度:25℃
参照電極:銀/塩化銀電極(飽和塩化カリウム)
カウンター電極:白金ワイヤー
掃引速度:10mV/秒
電極回転速度:900rpm
(measuring device)
RRDE-1 rotating ring disk electrode device manufactured by Nisatsu Kogyo Co., Ltd. ALS model 701C dual electrochemical analyzer (measurement conditions)
Cell solution: 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution (nitrogen saturation)
Solution temperature: 25 ° C
Reference electrode: Silver / silver chloride electrode (saturated potassium chloride)
Counter electrode: platinum wire Sweep speed: 10 mV / sec Electrode rotation speed: 900 rpm

Figure 0006296879
Figure 0006296879

参考例1より、金属錯体(金属錯体MC1)と層状金属化合物(ニッケル鉄−層状複水酸化物)とを両方含む電極触媒は、酸素還元能および水の酸化能を有することが分かる。   It can be seen from Reference Example 1 that the electrode catalyst containing both the metal complex (metal complex MC1) and the layered metal compound (nickel iron-layered double hydroxide) has oxygen reducing ability and water oxidizing ability.

本発明の電極は、エネルギー分野で利用可能であり、また本発明は優れた充放電活性を有する空気二次電池を提供することが出来る。   The electrode of the present invention can be used in the energy field, and the present invention can provide an air secondary battery having excellent charge / discharge activity.

1…空気二次電池、11…正極触媒層、12…正極集電体、120…正極端子、13…負極活物質層、14…負極集電体、140…負極端子、15…電解質   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Air secondary battery, 11 ... Positive electrode catalyst layer, 12 ... Positive electrode collector, 120 ... Positive electrode terminal, 13 ... Negative electrode active material layer, 14 ... Negative electrode collector, 140 ... Negative electrode terminal, 15 ... Electrolyte

Claims (4)

酸素の還元能を有する金属錯体と、水の酸化能を有する層状金属化合物とを含み、
前記酸素の還元能を有する金属錯体が、多核金属錯体であり、
前記水の酸化能を有する層状金属化合物が、[M 2+ 1−x 3+ (OH) x+ [A n− x/n ・mH O] x− (式中、Mはニッケル及び鉄、A n− はn価のアニオン、xは0<x<1並びにmおよびnは0より大きい実数を表す。)で表される電極。
A metal complex having reducing ability of oxygen, and a layered metal compound having oxidizing ability of water seen including,
The metal complex having the ability to reduce oxygen is a polynuclear metal complex,
Layered metal compound having oxidizing ability of the water, [M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2] x + [A n- x / n · mH 2 O] x- ( wherein, M is nickel and iron , a n-n-valent anion, x is 0 <x <1 and m and n are real number greater than zero.) in the represented Ru electrode.
前記酸素の還元能を有する金属錯体の中心金属として、第一遷移金属原子またはイオンを含む請求項1に記載の電極。 The electrode according to claim 1, comprising a first transition metal atom or an ion as a central metal of the metal complex capable of reducing oxygen. 前記n価のアニオンが1価の水酸化物イオンである請求項またはに記載の電極。 The electrode according to claim 1 or 2 wherein the n-valent anion is monovalent hydroxide ion. 請求項1〜のいずれか1項に記載の電極を有する空気二次電池。 The air secondary battery which has an electrode of any one of Claims 1-3 .
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