JP7139002B2 - Air diffusion layer for metal-air battery, manufacturing method thereof, and metal-air battery including the same - Google Patents
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Description
本発明は、金属空気電池用空気拡散層及びその製造方法、並びにそれを含む金属空気電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an air diffusion layer for a metal-air battery, a method for manufacturing the same, and a metal-air battery including the same.
金属空気電池は、イオンの吸蔵及び放出が可能な負極と、空気中の酸素を活物質として使用する正極と、を含む。該正極においては、外部から流入される酸素の還元反応及び酸化反応が起こり、該負極においては、金属の酸化反応及び還元反応が起こり、このときに発生する化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換させて抽出する。例えば、該金属空気電池は、放電時には、酸素を吸収し、充電時には、酸素を放出する。このように、該金属空気電池は、空気中に存在する酸素を利用するため、電池のエネルギー密度を大きく向上させることができる。例えば、該金属空気電池は、既存のリチウムイオン電池より数倍以上高いエネルギー密度を有することができる。 A metal-air battery includes a negative electrode that can store and release ions, and a positive electrode that uses oxygen in the air as an active material. At the positive electrode, reduction and oxidation reactions of oxygen introduced from the outside occur, and at the negative electrode, oxidation and reduction reactions of metal occur, and the chemical energy generated at this time is converted into electrical energy. to extract. For example, the metal-air battery absorbs oxygen during discharge and releases oxygen during charge. In this way, the metal-air battery utilizes oxygen present in the air, so that the energy density of the battery can be greatly improved. For example, the metal-air battery can have an energy density several times higher than existing lithium-ion batteries.
併せて、ガス拡散層の重さを低減させる場合、該金属空気電池のエネルギー密度を追加して向上させることができる。それと関連して、炭素ナノ素材から形成された多孔性フィルムがガス拡散層として使用されているが、機械的特性が低下してしまうという問題がある。 At the same time, when the weight of the gas diffusion layer is reduced, the energy density of the metal-air battery can be additionally improved. In relation to this, porous films made of carbon nanomaterials have been used as gas diffusion layers, but they have the problem of degraded mechanical properties.
本発明が解決しようとする課題は、新規構造の空気拡散層、及びそれを含む金属空気電池への要求に応えることである。 The problem to be solved by the present invention is to meet the demand for an air diffusion layer with a novel structure and a metal-air battery including the same.
一側面(aspect)によれば、複数の非伝送性ファイバ構造物を具備する多孔層と、炭素素材を含み、前記炭素素材が前記ファイバ構造物の表面に沿って配置される、伝導性炭素層と、を含む金属空気電池用ガス拡散層が提供される。 According to one aspect, a porous layer comprising a plurality of non-transmitting fiber structures and a conductive carbon layer comprising a carbon material, said carbon material disposed along the surface of said fiber structure. A gas diffusion layer for a metal-air battery is provided, comprising:
前記ファイバ構造物は、ウェービー(wavy)形状または直線形状を具備し、前記ファイバ構造物間に、中間物質なしに空気間隙が形成されてもよい。 The fiber structures may have a wavy shape or a linear shape, and air gaps may be formed between the fiber structures without intermediate substances.
前記ファイバ構造物は、高分子樹脂ファイバ、セルロース及びガラスファイバから選択された1種以上を含み、前記多孔層は、前記複数のファイバ構造物が互いに結合した織布、不織布、網、またはそれらの組み合わせ形状を具備することができる。 The fiber structure includes one or more selected from polymeric resin fibers, cellulose and glass fibers, and the porous layer is a woven fabric, a nonwoven fabric, a mesh, or a fabric in which the plurality of fiber structures are bonded together. Combination shapes can be provided.
前記炭素素材は、炭素ファイバ、炭素ナノチューブ(CNT:carbon nanotube)、グラフェンナノプレート(GNP:graphene nano plate)から選択された1種以上を含んでもよい。 The carbon material may include one or more selected from carbon fibers, carbon nanotubes (CNT), and graphene nanoplates (GNP).
前記ファイバ構造物の平均厚み対比の前記伝導性炭素層の厚みは、1%以上10%以下であってもよい。 The thickness of the conductive carbon layer relative to the average thickness of the fiber structure may be 1% or more and 10% or less.
前記伝導性炭素層に含まれた前記炭素素材は、前記ファイバ構造物の表面に沿って均一に配置されてもよい。 The carbon material included in the conductive carbon layer may be uniformly distributed along the surface of the fiber structure.
前記伝導性炭素層は、前記炭素素材を分散させる分散剤をさらに含んでもよい。 The conductive carbon layer may further include a dispersant for dispersing the carbon material.
前記分散剤は、高分子形態の分散剤(polymeric surfactant)であってもよい。前記高分子分散剤は、ポリスチレンスルホネート(PSS)、ポリスチレンスルホン酸(poly(4-styrenesulfonic acid))、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレングリコールオレイルエーテル(polyethylene glycol oleyl ether,Brij)、ポリオキシエチレンステアリルエーテル(polyoxyethylene stearyl ether,Brij)、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(polyoxyethylene nonylphenyl ether,IGEPAL)、ポリ(エチレングリコール)-ブロック-ポリ(プロピレングリコール)-ブロック-ポリ(エチレングリコール)(poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol),Pluronic)、ポリ(プロピレングリコール)-ブロック-ポリ(エチレングリコール)-ブロック-ポリ(プロピレングリコール)(poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol))、ポリエチレン-ブロック-ポリ(エチレングリコール)(polyethylene-block-poly(ethylene glycol))、ポリオキシエチレンイソオクチルシクロヘキシルエーテル(polyoxyethylene isooctylcyclohexyl ether,Triton)のうち一つでもある。 The dispersant may be a polymeric surfactant. The polymer dispersant includes polystyrene sulfonate (PSS), poly(4-styrenesulfonic acid), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene glycol oleyl ether (Brij), and polyoxyethylene stearyl ether. (polyoxyethylene stearyl ether, Brij), polyoxyethylene nonylphenyl ether (IGEPAL), poly (ethylene glycol) - block - poly (propylene glycol) - block - poly (ethylene glycol) - block-poly (propylene glycol)-block-poly (ethylene glycol, Pluronic), poly (propylene glycol)-block-poly (ethylene glycol)-block-poly (propylene glycol), polyethylene-block-poly (ethylene glycol), polyoxyethylene isooctylcyclohexyl ether (Triton) One of them.
前記分散剤は、有機単分子形態の分散剤であってもよく、塩化セチルピリジニウム(CPC)、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)またはセチルトリメチルアンモニウム塩化物(CTAC)のうち一つでもある。 The dispersant may be an organic monomolecular dispersant, and may be one of cetylpyridinium chloride (CPC), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), or cetyltrimethylammonium chloride (CTAC).
前記ファイバ構造物と前記伝導性炭素層との間に配置され、前記ファイバ構造物の表面に前記伝導性炭素層を接着させる接着層をさらに含んでもよい。 An adhesive layer disposed between the fiber structure and the conductive carbon layer may further include an adhesion layer for adhering the conductive carbon layer to the surface of the fiber structure.
前記接着層は、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアニリン(PANI)、ポリ(塩化ジアリルジメチルアンモニウム)(PDDA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリアリルアミン塩素酸(PAH)、ポリアクリル酸(poly(acrylic acid))、ナフィオン(Nafion(登録商標))(tetrafluoroethylene-perfluoro-3,6-dioxa-4-methyl-7-octenesulfonic acid copolymer)のうち一つでもある。 The adhesive layer includes polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyaniline (PANI), poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA), polyethylene oxide (PEO), polyethyleneimine (PEI), polyallylamine chlorate ( PAH), poly(acrylic acid), Nafion (registered trademark) (tetrafluoroethylene-perfluoro-3,6-dioxa-4-methyl-7-octenesulphonic acid copolymer).
前記接着層と前記伝導性炭素層は、複数層で設けられ、複数層の前記接着層と複数層の前記伝導性炭素層とは、互いに交互に配置されてもよい。 The adhesive layers and the conductive carbon layers may be provided in multiple layers, and the multiple layers of the adhesive layers and the multiple layers of the conductive carbon layers may be alternately arranged with each other.
他の側面によれば、複数の非伝送性ファイバ構造物の表面に、接着層を付着させる段階と、前記接着層上部に炭素素材を含む伝導性炭素層を付着させる段階と、を含む金属空気電池用ガス拡散層の製造方法を提供することができる。 According to another aspect, a metal air comprising depositing an adhesive layer on a surface of a plurality of non-transmitting fiber structures, and depositing a conductive carbon layer comprising a carbon material on top of the adhesive layer. A method for manufacturing a gas diffusion layer for a battery can be provided.
分散剤を利用し、前記炭素素材を均一に分散させる段階をさらに含んでもよい。 The method may further include uniformly dispersing the carbon material using a dispersant.
前記接着層は、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアニリン(PANI)、ポリ(塩化ジアリルジメチルアンモニウム)(PDDA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリアリルアミン塩素酸(PAH)、ポリアクリル酸(poly(acrylic acid))、ナフィオン(Nafion(登録商標))(tetrafluoroethylene-perfluoro-3,6-dioxa-4-methyl-7-octenesulfonic acid copolymer)のうち一つでもある。 The adhesive layer includes polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyaniline (PANI), poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA), polyethylene oxide (PEO), polyethyleneimine (PEI), polyallylamine chlorate ( PAH), poly(acrylic acid), Nafion (registered trademark) (tetrafluoroethylene-perfluoro-3,6-dioxa-4-methyl-7-octenesulphonic acid copolymer).
前記分散剤は、高分子形態の分散剤(polymeric surfactant)であってもよい。前記高分子分散剤は、ポリスチレンスルホネート(PSS)、ポリスチレンスルホン酸(poly(4-styrenesulfonic acid))、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレングリコールオレイルエーテル(polyethylene glycol oleyl ether)、ポリオキシエチレンステアリルエーテル(polyoxyethylene stearyl ether)、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(polyoxyethylene nonylphenyl ether)、ポリ(エチレングリコール)-ブロック-ポリ(プロピレングリコール)-ブロック-ポリ(エチレングリコール)(poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol),Pluronic)、ポリ(プロピレングリコール)-ブロック-ポリ(エチレングリコール)-ブロック-ポリ(プロピレングリコール)(poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol))、ポリエチレン-ブロック-ポリ(エチレングリコール)(polyethylene-block-poly(ethylene glycol))、ポリオキシエチレンイソオクチルシクロヘキシルエーテル(polyoxyethylene isooctylcyclohexyl ether)のうち一つでもある。 The dispersant may be a polymeric surfactant. The polymer dispersant includes polystyrene sulfonate (PSS), poly(4-styrenesulfonic acid), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene glycol oleyl ether, polyoxyethylene stearyl ether. stearyl ether, polyoxyethylene nonylphenyl ether, poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(propylene glycol) ) - block - poly (ethylene glycol), Pluronic), poly (propylene glycol) - block - poly (ethylene glycol) - block - poly (propylene glycol) (poly (propylene glycol) - block - poly (ethylene glycol) - block -poly(propylene glycol), polyethylene-block-poly(ethylene glycol), polyoxyethylene isooctylcyclohexyl ether.
前記分散剤は、有機単分子形態の分散剤であってもよく、塩化セチルピリジニウム(CPC)、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)またはセチルトリメチルアンモニウム塩化物(CTAC)のうち一つでもある。 The dispersant may be an organic monomolecular dispersant, and may be one of cetylpyridinium chloride (CPC), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), or cetyltrimethylammonium chloride (CTAC).
前記接着層を塗布する段階、及び前記伝導性炭素層を配置させる段階を反復して遂行し、複数層の接着層と複数層の伝導性炭素層とが互いに交互に配置されてもよい。 The step of applying the adhesive layer and the step of arranging the conductive carbon layer may be repeatedly performed so that the plurality of adhesive layers and the plurality of conductive carbon layers are alternately arranged.
他の側面によれば、金属を含む負極と、正極触媒層、及びそれに接触する金属空気電池用ガス拡散層を含む正極と、前記負極と前記正極との間に具備された電解質と、を含む金属空気電池であって、前記金属空気電池用ガス拡散層は、複数の非伝送性ファイバ構造物を具備する多孔層と、炭素素材を含み、前記炭素素材が前記ファイバ構造物の表面に沿って配置される、伝導性炭素層と、を含む、金属空気電池を提供することができる。 According to another aspect, it comprises a negative electrode comprising a metal, a positive electrode comprising a positive electrode catalyst layer and a metal-air battery gas diffusion layer in contact therewith, and an electrolyte provided between the negative electrode and the positive electrode. A metal-air battery, wherein the gas diffusion layer for the metal-air battery includes a porous layer having a plurality of non-transmitting fiber structures, and a carbon material, the carbon material extending along the surfaces of the fiber structures. A metal-air battery can be provided comprising: a conductive carbon layer disposed thereon.
前記金属空気電池用ガス拡散層の気孔率は、70vol%以上であってもよい。 The gas diffusion layer for a metal-air battery may have a porosity of 70 vol % or more.
以下、一実施例による金属空気電池用ガス拡散層及びその製造方法、並びにそれを含む金属空気電池について、添付された図面を参照して詳細に説明する。添付された図面に図示された層や領域の幅及び厚みは、明細書の明確性、及び説明の便宜性のために若干誇張されてもいる。詳細な説明全体にわたって、同一参照番号は、同一構成要素を示す。また、本明細書において、「上部」または「上」と記載された表現は、接触して真上にあるものだけではなく、非接触状態で上にあるものも含んでもよい。また、本明細書において、「一面」及び「他面」は、互いに反対側に位置する2面を意味し、「一方向」及び「他方向」は、互いに正反対の2方向を意味する。また、本明細書において、用語「空気(air)」は、大気空気、酸素を含むガスの組み合わせ、または純粋酸素ガスを意味する。 Hereinafter, a gas diffusion layer for a metal-air battery, a method for manufacturing the same, and a metal-air battery including the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The widths and thicknesses of layers and regions illustrated in the accompanying drawings may be exaggerated for clarity of the specification and convenience of explanation. Like reference numbers refer to like components throughout the detailed description. In addition, in this specification, the expression "upper" or "above" may include not only the object directly above in contact, but also the object above in a non-contact state. In this specification, "one side" and "other side" refer to two sides opposite to each other, and "one direction" and "other direction" refer to two directions opposite to each other. Also, as used herein, the term "air" means atmospheric air, a combination of gases containing oxygen, or pure oxygen gas.
図1Aは、本発明の一実施例による二次元平面セル形態の金属空気電池1を概略的に図示した断面図である。図1Bは、本発明の一実施例による三次元形態の金属空気電池1を概略的に図示した斜視図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view schematically illustrating a metal-
図1Aを参照すれば、本発明の一実施例による二次元平面セル形態の金属空気電池1は例えば、負極金属層11、負極電解質膜12、正極層13、金属空気電池用ガス拡散層100(以下、「ガス拡散層」と称する)、及びガス拡散層100の上部表面のみを除き、金属空気電池1の残り部分を取り囲む外装材16を含んでもよい。
Referring to FIG. 1A, a metal-
一例として、負極金属層11は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができるリチウム(Li)金属及びバインダを含んでもよい。例えば、負極金属層11には、リチウム金属以外に、リチウム金属基盤の合金、またはリチウム挿入化合物(lithium intercalating compound)などが使用される。負極電解質膜12は、負極金属層11と正極層13との間に配置され、負極金属層11で生成されたリチウムイオンを、正極層13に伝達することができる電解質を含んでもよい。正極層13は、リチウムイオン伝導のための電解質、酸素の酸化及び還元のための触媒、導電性材料及びバインダを含んでもよい。ガス拡散層100は、大気中の酸素を吸収して正極層13に提供する役割を行う。そのため、ガス拡散層100は、外部の酸素を円滑に拡散させることができるように、多孔性構造を有することができる。
As an example, the negative
かような二次元平面セル形態の金属空気電池1の場合、多数のセルを垂直に積層すれば、下側にあるセルへの酸素供給が円滑ではなくなる。また、金属空気電池1の全体重さのうち、電流を引き出すための集電体(図示せず)の重さ比重がかなり大きいために、エネルギー密度に寄与する負極金属層11、負極電解質膜12及び正極層13を合わせた重さの比重が小さくなる。図1Bを参照すれば、本発明の一実施例による三次元形態の金属空気電池1は、正極層13、負極電解質膜12、負極金属層11及びガス拡散層100を含んでもよい。
In the case of the metal-
一例示によるガス拡散層100は、第1面Sa、第1面Saに対向する第2面Sb、及び外部に露出される一側面Scを具備することができる。
The
正極層13、負極電解質膜12及び負極金属層11は、正極層13がガス拡散層100の第1面Sa及び第2面Sbと接触するように、少なくとも1回畳まれており、ガス拡散層100は、畳まれている正極層13間に挿入される。例えば、正極層13、負極電解質膜12及び負極金属層11が2回以上畳まれている場合、それらは、図1Bに図示されているように、一方向に畳まれた後、他方向に畳まれる方式で相互に畳まれている。
The
正極層13、負極電解質膜12及び負極金属層11は、それぞれ厚み方向に、一定幅を有するように畳まれている。本明細書において、ある構成要素の「幅」と「長さ」は、サイズによって区別され、「幅」は「長さ」に比べて短い。
The
前述の通り、ガス拡散層100の第1面Sa及び第2面Sbに正極層13が配置された構造では、ガス拡散層100の第1面Sa及び第2面Sbは、外部に露出されない。それにより、ガス拡散層100への空気供給は、ガス拡散層100の側面、または該側面のうちの一部によって行われる。すなわち、ガス拡散層100への空気供給は、側面のうちの少なくとも一側面Scによって行われる。
As described above, in the structure in which the
金属空気電池1は、ガス拡散層100の外部に露出された側面により、空気供給が円滑になされる構造を有することができる。また、たとえ図面には図示されていないにしても、外装材(図示せず)がガス拡散層100の露出された側面Scを除き、負極金属層11、負極電解質膜12、正極層13及びガス拡散層100の残り外部表面を覆い包むことができる。
The metal-
前述のようなガス拡散層100は、電気伝導性及びガス拡散性を具備しながらも、一定の機械的強度を具備しなければならない。従来技術においては、電気伝導性にすぐれる炭素ナノ素材から形成された多孔性フィルムが、ガス拡散層100として使用されているが、気孔率(porosity)を向上させるために多孔性の三次元構造を形成する場合、構造体の抵抗が増大し、機械的強度が低下してしまうという問題が生じた。
The
本開示では、複数の非伝送性ファイバ構造物111(図2A)を具備する多孔層110(図2A)、及び多孔層110に具備されるファイバ構造物111の表面、例えば、ファイバ構造物111の輪郭(contour)に一致するコンフォーマル層(conformal layer)である伝導性炭素層120を含むガス拡散層100を導入し、電気伝導性及びガス拡散性を具備しながらも、一定の機械的強度及び軽量化を達成することができる金属空気電池1を提供することができる。以下、一実施例によるガス拡散層について、さらに具体的に叙述する。
In the present disclosure, a porous layer 110 (FIG. 2A) comprising a plurality of non-transmitting fiber structures 111 (FIG. 2A) and a surface of the
図2Aは、一実施例によるガス拡散層の概略的な斜視図である。図2Bは、図2Aに図示されたガス拡散層の概略的な拡大図である。図2Cは、層状自己組立法(layer-by-layer method)による方法で形成した伝導性炭素層が付着されたファイバ構造物の断面を示すSEM(scanning electron microscope)写真である。図2Dは、他の実施例によるガス拡散層の概略的な斜視図である。図2Eは、図2Dに図示されたガス拡散層の概略的な拡大図である。図2Fは、さらに他の実施例によるガス拡散層の概略的な斜視図である。図2Gは、図2Fに図示されたガス拡散層の概略的な拡大図である。 FIG. 2A is a schematic perspective view of a gas diffusion layer according to one embodiment. FIG. 2B is a schematic enlarged view of the gas diffusion layer illustrated in FIG. 2A. FIG. 2C is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a cross section of a fiber structure to which a conductive carbon layer formed by a layer-by-layer method is attached. FIG. 2D is a schematic perspective view of a gas diffusion layer according to another embodiment; FIG. 2E is a schematic enlarged view of the gas diffusion layer illustrated in FIG. 2D. FIG. 2F is a schematic perspective view of a gas diffusion layer according to yet another embodiment; FIG. 2G is a schematic enlarged view of the gas diffusion layer illustrated in FIG. 2F.
図2Aないし図2Cを参照すれば、一実施例によるガス拡散層100は、空気が拡散される気孔を具備する多孔層110と、多孔層110に具備されたファイバ構造物111の表面に付着された伝導性炭素層120と、を含んでもよい。
Referring to FIGS. 2A to 2C, the
一例示による多孔層110は、複数のファイバ構造物111を含んでもよい。一例として、複数のファイバ構造物111は、ウェービー(wavy)形状または直線形状を具備することができる。それにより、ファイバ構造物111間に、中間物質なしに空気間隙が形成され、前述の空気間隙には、空気が拡散される気孔が形成される。また、多孔層110は、複数のファイバ構造物111が互いに結合した、織布、不織布、網、またはそれらの組み合わせ形状によっても具現される。また、ファイバ構造物111は、非伝送性を有し、それにより、多孔層110も、電気非伝送性を有することができる。
A
一例として、ファイバ構造物111は、高分子樹脂ファイバ、セルロース及びガラスファイバから選択された1種以上を含んでもよい。例えば、ファイバ構造物111は、それぞれ独立して、ホモ重合体、ブロック共重合体及びランダム共重合体のうち選択された1以上の高分子を含んでもよい。例えば、ファイバ構造物111は、それぞれ独立して、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリ(2-ビニルピリジン)、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリクロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ共重合体、フッ素化された環状エーテル、ポリエチレンオキシドジアクリレート、ポリエチレンオキシドジメタクリレート、ポリプロピレンオキシドジアクリレート、ポリプロピレンオキシドジメタクリレート、ポリメチレンオキシドジアクリレート、ポリメチレンオキシドジメタクリレート、ポリアルキルジオールジアクリレート、ポリアルキルジオールジメタクリレート、ポリジビニルベンゼン、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリカルボン酸、ポリスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(p-フェニレン)、ポリアセチレン、ポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ(2,5-エチレンビニレン)、ポリアセン、ポリ(ナフタレン-2,6-ジイル)、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリ(酢酸ビニル)、ポリ(ビニルブチラル-コ-ビニルアルコール-コ-酢酸ビニル)、ポリ(メチルメタクリレート-コ-エチルアクリレート)、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル-コ-酢酸ビニル、ポリ(1-ビニルピロリドン-コ-酢酸ビニル)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリウレタン、ポリビニルエーテル、アクリロニトリル-ブタジエンラバー、スチレン-ブタジエンラバー、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンラバー、スルホン化スチレン/エチレン-ブチレントリブロックコポリマー、エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、エトキシ化脂肪族ウレタンアクリレート、エトキシ化アルキルフェノルアクリレート及びアルキルアクリレートからなる群のうちから選択される1以上のアクリレートモノマーから得られた高分子、ポリビニルアルコール、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
As an example, the
一例として、多孔層110に具備された不織布は、例えば、水に分散された主材料ファイバ及びバインダファイバを、製紙器を使用して、円形網や長網などの形態に濾過し、濾過された結果物を、乾燥器で乾燥させることによって製造される。また、上記不織布から毛羽(fluff)を除いたり、上記不織布の機械的特性を向上させたりするために、上記不織布は、2個のロール間に挟まれて高圧熱処理される。
As an example, the non-woven fabric provided in the
一例示による伝導性炭素層120は、伝導性を具備する任意の炭素素材を含んでもよい。一例として、伝導性炭素層120は、炭素ファイバ、炭素ナノチューブ(CNT)、グラフェンナノプレート(GNP)、炭素・高分子複合体から選択された1種以上の炭素素材を含んでもよい。例えば、該炭素・高分子複合体は、前述の炭素ファイバ、炭素ナノチューブ(CNT)、グラフェンナノプレート(GNP)に、バインダが含まれた複合体でもある。一例として、該バインダは、フッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン(VDF/HFP)コポリマー、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル-アクリル酸(PAN/PAA)共重合体、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロースのうち1以上でもある。ただし、本開示は、それらに制限されるものではなく、伝導性炭素層120には、伝導性を具備する任意の炭素素材が含まれてもよい。
また、一例示による伝導性炭素層120に含まれた炭素素材は、多孔層110に具備されたファイバ構造物111の表面に沿って配置される。それにより、伝導性炭素層120は、ファイバ構造物111の表面を覆い包むように配置される。一例として、伝導性炭素層120に含まれた炭素素材は、分散剤を添加するか、あるいは超音波分散工程(sonication process)を遂行し、均一に分散され、それによって、伝導性炭素層120に含まれた炭素素材が、ファイバ構造物111の表面に沿って均一に配置される。
Also, the carbon material included in the
一例として、分散剤としては、高分子形態の分散剤(polymeric surfactant)が使用される。例えば、該高分子分散剤は、ポリスチレンスルホネート(PSS)、ポリスチレンスルホン酸(poly(4-styrenesulfonic acid))、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレングリコールオレイルエーテル(polyethylene glycol oleyl ether,Brij(登録商標))、ポリオキシエチレンステアリルエーテル(polyoxyethylene stearyl ether,Brij(登録商標))、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(polyoxyethylene nonylphenyl ether,IGEPAL(登録商標))、ポリ(エチレングリコール)-ブロック-ポリ(プロピレングリコール)-ブロック-ポリ(エチレングリコール)(poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol),Pluronic)、ポリ(プロピレングリコール)-ブロック-ポリ(エチレングリコール)-ブロック-ポリ(プロピレングリコール)(poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol))、ポリエチレン-ブロック-ポリ(エチレングリコール)(polyethylene-block-poly(ethylene glycol))、ポリオキシエチレンイソオクチルシクロヘキシルエーテル(polyoxyethylene isooctylcyclohexyl ether,Triton(登録商標))のうち一つでもある。また、分散剤は、有機単分子形態の分散剤であってもよい。例えば、該分散剤は、塩化セチルピリジニウム(CPC)、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)またはセチルトリメチルアンモニウム塩化物(CTAC)のうち一つでもある。 For example, the dispersant may be a polymeric surfactant. For example, the polymeric dispersant is polystyrene sulfonate (PSS), poly(4-styrenesulfonic acid), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethylene glycol oleyl ether (Brij®). , polyoxyethylene stearyl ether, Brij (registered trademark), polyoxyethylene nonylphenyl ether, IGEPAL (registered trademark), poly (ethylene glycol)-block-poly (propylene glycol)- block-poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol), Pluronic), poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)-block-poly (propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol), polyethylene-block-poly(ethylene glycol), poly It is also one of polyoxyethylene isooctylcyclohexyl ether (Triton®). The dispersant may also be an organic monomolecular dispersant. For example, the dispersant is also one of cetylpyridinium chloride (CPC), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) or cetyltrimethylammonium chloride (CTAC).
また、超音波分散工程は、例えば、バー(bar)タイプの超音波発生装置(sonicator)を利用して、数分ないし数時間遂行することができる。また、該分散剤を使用すると共に、超音波分散工程を遂行することもできる。それを介して、グラフェン系の炭素素材が分散された溶液を製造することができ、前述の分散溶液を利用して、炭素素材がファイバ構造物111の表面に沿って均一に配置されたガス拡散層100を形成することができる。
Also, the ultrasonic dispersion process can be performed for several minutes to several hours using, for example, a bar-type sonicator. Also, an ultrasonic dispersing process can be performed while using the dispersing agent. Through this, a solution in which the graphene-based carbon material is dispersed can be produced, and the carbon material is evenly distributed along the surface of the
前述のように、伝導性炭素層120がファイバ構造物111の表面を覆い包むように配置される場合、ファイバ構造物111の厚み対比の伝導性炭素層120の厚みは、1%以上10%以下であってもよい。例えば、ファイバ構造物111の断面が円形である場合、ファイバ構造物111の断面径は、7μmないし10μmであってもよく、一例として、ファイバ構造物111の断面径T1が10μmである場合、伝導性炭素層120の厚みT2は、100nmないし1μmであってもよい。
As described above, when the
また、 一実施例によるガス拡散層100は、厚みが50μm以下、例えば、10~50μmであり、単位面積当たり重さが、2mg/cm2以下、例えば、0.1~1.5mg/cm2であってもよい。また、ガス拡散層100の気孔率は、約70vol%以上または約80vol%以上であり、電気伝導度は、200S/m以上でもある。
In addition, the
また、前述のように、一実施例によるガス拡散層100は、支持体として、ファイバ構造物111の結合によって形成された多孔性構造を具備する多孔層110を含んでもよく、それにより、軽量化及び優秀な機械的強度を確保することができる。また、一実施例によるガス拡散層100は、多孔層110に含まれたファイバ構造物111の表面に、電気伝導性を具備する伝導性炭素層120を含んでもよく、それにより、高い正極比容量及び優秀な電気伝導度の要件を満たすことができる。
Also, as described above, the
また、一例示による金属層140は、図2D及び図2Eに図示されているように、伝導性炭素層120の表面に沿っても配置される。一例として、金属層140に含まれた金属素材は、伝導性炭素層120に配置され、ガス拡散層100の電気伝導度を向上させることができる。例えば、金属層140は、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、銅(Cu)、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
An
また、一例示による伝導性高分子層150は、図2F及び図2Gに図示されているように、伝導性炭素層120の表面に沿っても配置される。一例として、伝導性高分子層150に含まれた伝導性高分子素材は、伝導性炭素層120に配置され、ガス拡散層100の電気伝導度を向上させることができる。また、前述の金属層140と比較し、相対的に重さが軽いので、ガス拡散層100を軽量化させることができる。例えば、伝導性高分子層150は、ポリピロール(PPy)、ポリチオフェン(PT)、ポリアニリン(PAN)またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
An exemplary
図3A及び図3Bは、層状自己組立法を利用して、一実施例によるガス拡散層を形成する方法について説明するための図面である。 3A and 3B are diagrams illustrating a method of forming a gas diffusion layer according to one embodiment using a layered self-assembly method.
図3Aを参照すれば、所定の容器C1内において、ファイバ構造物111の表面に接着層130を配置させることができる。一例として、所定の容器C1内には、接着物質を溶媒に溶解させて生成された接着溶液C2が配置され、接着溶液C2に、ファイバ構造物111を投入し、接着層130をファイバ構造物111の表面に付着させることができる。例えば、該接着物質は、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアニリン(PANI)、ポリ(塩化ジアリルジメチルアンモニウム)(PDDA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリアリルアミン塩素酸(PAH)、ポリアクリル酸(poly(acrylic acid))、ナフィオン(Nafion(登録商標))(tetrafluoroethylene-perfluoro-3,6-dioxa-4-methyl-7-octenesulfonic acid copolymer)のうち一つでもあり、一例として、ポリビニルアルコール(PVA)が溶解された接着溶液C2に、ファイバ構造物111を投入する場合、ファイバ構造物111と、接着物質であるポリビニルアルコール(PVA)との非共有結合を介して、ファイバ構造物111の表面に、接着層130が形成される。
Referring to FIG. 3A, an
図3Bを参照すれば、所定の容器C3内において、ファイバ構造物111の表面に付着された接着層130の表面に、伝導性炭素層120を配置させることができる。一例として、所定の容器C3内において、所定溶媒内に炭素素材を分散させた分散溶液C4を準備することができる。一例として、炭素素材が溶媒に分散された分散溶液C4は、前述のような分散剤、または超音波分散工程を介しても製造される。一例として、該分散剤として、ポリスチレンスルホン酸(poly(4-styrenesulfonic acid)が使用される場合、ポリスチレンスルホネート(PSS)のスルホン基(-SO3H)とポリビニルアルコール(PVA)のヒドロキシ基(-OH)との水素結合により、接着層130の表面に伝導性炭素層120を付着することができる。
Referring to FIG. 3B, a
図3A及び図3Bにおいて、ファイバ構造物111の表面に、2層の超薄膜層、すなわち、接着層130と伝導性炭素層120とを順次に結合するため、ファイバ構造物111と接着層130との間、及び接着層130と伝導性炭素層120との間に、非共有結合または水素結合などの結合方式を使用するが、それは、層状自己組立法という。かような方法により、ガス拡散層100では、ファイバ構造物111と接着層130との結合、及び接着層130と伝導性炭素層120との結合が構造的に非常に安定し、接着される表面積に係わりなく、安定した多層超薄膜を具現することができる。従って、かような方法を利用する場合、ファイバ構造物111の表面に伝導性炭素層120がコーティングされたガス拡散層100を容易に形成することができる。ただし、本開示は、前述の製造方法に制限されるものではなく、他の製造方法を利用して、ファイバ構造物111の表面に伝導性炭素層120がコーティングされたガス拡散層100を形成することもできる。
3A and 3B, the
図4Aは、層状自己組立法(layer-by-layer method)を利用して製造したガス拡散層の概略的な斜視図である。図4Bは、図4Aに図示されたガス拡散層の概略的な拡大図である。図5Aは、層状自己組立法による方法で形成したガス拡散層の微細構造を示すSEM(scanning electron microscope)写真である。図5Bは、図5Aに図示されたガス拡散層の拡大写真である。図6は、層状自己組立法を反復的に遂行して製造されたガス拡散層の表面抵抗と、反復回数との関係を示すグラフである。図7は、放電過程で得られた放電用量(mAh)値と、セル電圧(V)との関係を示すグラフである。 FIG. 4A is a schematic perspective view of a gas diffusion layer manufactured using a layer-by-layer method. FIG. 4B is a schematic enlarged view of the gas diffusion layer illustrated in FIG. 4A. FIG. 5A is a SEM (scanning electron microscope) photograph showing the microstructure of the gas diffusion layer formed by the layered self-assembly method. FIG. 5B is an enlarged photograph of the gas diffusion layer illustrated in FIG. 5A. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the surface resistance of the gas diffusion layer manufactured by repeatedly performing the layered self-assembly method and the number of repetitions. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the discharge capacity (mAh) value obtained during the discharge process and the cell voltage (V).
図4Aないし図5Bを参照すれば、一実施例による層状自己組立法を利用して形成されたガス拡散層100は、空気が拡散される気孔を具備する多孔層110、多孔層110に具備されたファイバ構造物111の表面に付着された炭素素材、例えば、炭素ナノチューブ(CNT)を含む伝導性炭素層120、及び多孔層110と伝導性炭素層120との間に配置され、ファイバ構造物111の表面と伝導性炭素層120とを接着させる接着層130を含んでもよい。多孔層110、伝導性炭素層120及び接着層130の構成、並びにファイバ構造物111と接着層130との結合関係、及び接着層130と伝導性炭素層120との結合関係は、前述の実施例で記載した事項と同一であるので、説明の便宜上、ここでは敍述を省略する。
4A to 5B, a
一実施例により、層状自己組立法を利用して、接着層130及び伝導性炭素層120を形成する段階は反復して遂行され、それにより、複数の接着層130及び複数の伝導性炭素層120が交互に配置される。図6を参照すれば、伝導性炭素層120に含まれる炭素素材として、1mg/mlの含量のグラフェンナノプレート(GNP)、1mg/mlの含量の炭素ナノチューブ(CNT)、及び3mg/mlの含量の炭素ナノチューブ(CNT)が使用され、層状自己組立法を5回から20回進める場合、測定されるガス拡散層100の表面抵抗の変化を確認することができる。炭素素材の種類及び含量に係わりなく、反復して層状自己組立法によって伝導性炭素層120が生成される場合、電気的特性、すなわち、表面抵抗が低減されることを確認することができる。従って、層状自己組立法による伝導性炭素層120の製造回数は、ガス拡散層100の機械的特性及び電気的特性によって決定される。
According to one embodiment, forming the
以下、本発明について、下記実施例を挙げて説明するが、本発明は、下記実施例にのみ限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited only to the following examples.
(ガス拡散層の製作)
実施例及び比較例:リチウム空気電池の製作
(実施例1)
炭素コーティングのために、3mg/mlの炭素ナノチューブ(CM-250,Hanwha chemical)水分散液を製造した。円滑な分散のために、分散剤として、ポリスチレンスルホン酸(Aldrich、Mw=75,000)を、炭素及び分散剤の重量比が1:5になるように添加した。接着層高分子として、ポリビニルアルコール(Aldrich,Mw=89,000)0.25wt%水溶液を使用した。
(Production of gas diffusion layer)
Examples and Comparative Examples: Fabrication of Lithium Air Battery
(Example 1)
A 3 mg/ml carbon nanotube (CM-250, Hanwha chemical) water dispersion was prepared for carbon coating. For smooth dispersion, polystyrene sulfonic acid (Aldrich, Mw=75,000) was added as a dispersant such that the weight ratio of carbon and dispersant was 1:5. A 0.25 wt % aqueous solution of polyvinyl alcohol (Aldrich, Mw=89,000) was used as the adhesive layer polymer.
層状自己組立法を利用して、炭素コーティングされたガス拡散層を製作した。PET不織布(05TH-08,HIROSE)をPVA水溶液に浸した後、蒸留水で洗浄して乾燥させ、その後、炭素分散液に浸した後、蒸留水で洗浄して乾燥させ、1層の炭素コーティング層を形成した。それを数回反復し、一定レベルの伝導度を有するガス拡散層を製作した。 A layered self-assembly method was used to fabricate carbon-coated gas diffusion layers. PET non-woven fabric (05TH-08, HIROSE) is soaked in PVA aqueous solution, washed with distilled water and dried, then soaked in carbon dispersion, washed with distilled water and dried, one layer of carbon coating formed a layer. It was repeated several times to produce a gas diffusion layer with a certain level of conductivity.
(比較例)
ガス拡散層として、商業用炭素紙(Sigracet 25BA,SGL Group)を使用した。
(Comparative example)
Commercial carbon paper (Sigracet 25BA, SGL Group) was used as gas diffusion layer.
(正極の製作)
正極触媒として炭素ナノチューブ(NC2100、Nanocyl)、正極電解質として0.5Mのリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドが添加された1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(Aldrich)、バインダとしてポリテトラフルオロエチレン(PTFE,DAIKIN)を使用し、それらを1:2:0.2の重量比で混合して正極を製作した。
(Production of positive electrode)
Carbon nanotubes (NC2100, Nanocyl) as cathode catalyst, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide doped with 0.5 M lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide as cathode electrolyte (Aldrich ), using polytetrafluoroethylene (PTFE, DAIKIN) as a binder, and mixing them in a weight ratio of 1:2:0.2 to fabricate a positive electrode.
(電解質膜の製作)
N-ブチル-N-メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(KANTO)、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドを、75:17.6:7.4の重量比で混合し、アセトニトリルに希釈した溶液をポリエチレン(PE)分離膜(Entek EPX)に含浸させて乾燥させて電解質膜を製作した。
(Fabrication of electrolyte membrane)
N-butyl-N-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (KANTO), poly(diallyldimethylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide), lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 75:17. A polyethylene (PE) separation membrane (Entek EPX) was impregnated with the solution, which was mixed at a weight ratio of 6:7.4 and diluted with acetonitrile, and dried to prepare an electrolyte membrane.
(リチウム空気電池の製作)
リチウムホイル負極上に、上記で製作された電解質膜、正極、ガス拡散層を順に積層させ、リチウム空気電池を製作した。
(Production of lithium-air batteries)
A lithium-air battery was manufactured by sequentially stacking the electrolyte membrane, the positive electrode, and the gas diffusion layer prepared above on the lithium foil negative electrode.
評価例:放電特性及びエネルギー密度の評価
80℃、酸素雰囲気において、0.24mA/cm2の電流密度で、放電(full discharge)及び充電を行った。放電過程で得られた放電容量(mAh)値と平均電圧(V)とを測定し、その結果を図7に示した。上記放電特性評価結果を基に、実施例と比較例とのエネルギー密度を評価することができる。
Evaluation Example: Evaluation of Discharge Characteristics and Energy Density Discharge (full discharge) and charge were performed at 80° C. in an oxygen atmosphere at a current density of 0.24 mA/cm 2 . The discharge capacity (mAh) value and average voltage (V) obtained during the discharge process were measured, and the results are shown in FIG. The energy densities of the examples and the comparative examples can be evaluated based on the discharge characteristic evaluation results.
表1を参照すれば、実施例で製造されたリチウム空気電池は、比較例で製造されたリチウム空気電池に比べ、エネルギー密度が高いということが分かった。 Referring to Table 1, it can be seen that the lithium-air batteries manufactured in Examples have higher energy densities than the lithium-air batteries manufactured in Comparative Examples.
(実施例2)
実施例1によって、層状自己組立法を利用して製作された炭素コーティング層に、ポリピロール(PPy)を追加コーティングし、ガス拡散層を製作した。該層状自己組立法によって製作された伝導性炭素層がコーティングされた不織布を、ポリピロール5wt%水溶液(Aldrich、482552)に浸した後、10分ディッピング(dipping)して乾燥させることにより、伝導性高分子層を具備するガス拡散層を製作した。
(Example 2)
A gas diffusion layer was fabricated by additionally coating polypyrrole (PPy) on the carbon coating layer fabricated using the layered self-assembly method according to Example 1. The nonwoven fabric coated with the conductive carbon layer manufactured by the layered self-assembly method was dipped in a 5 wt% polypyrrole aqueous solution (Aldrich, 482552), dipped for 10 minutes, and dried to obtain a highly conductive material. A gas diffusion layer comprising a molecular layer was fabricated.
(実施例3)
実施例1によって、層状自己組立法を利用して製作された炭素コーティング層に、金を追加コーティングし、ガス拡散層を製作した。該層状自己組立法によって製作された伝導性炭素層がコーティングされた不織布に、スパッタリング方式を利用して金をコーティングすることにより、金属層を具備するガス拡散層を製作した。
(Example 3)
A gas diffusion layer was fabricated by additionally coating gold on the carbon coating layer fabricated using the layered self-assembly method according to Example 1. FIG. A gas diffusion layer having a metal layer was manufactured by coating the non-woven fabric coated with the conductive carbon layer manufactured by the layered self-assembly method with gold using a sputtering method.
前記表2を参照すれば、実施例2及び実施例3で製造されたリチウム空気電池は、実施例1で製造されたリチウム空気電池に比べ、面抵抗が低いということが分かった。 Referring to Table 2, it was found that the lithium-air batteries manufactured in Examples 2 and 3 had lower sheet resistance than the lithium-air battery manufactured in Example 1.
本開示の一実施例によれば、容量及びエネルギー密度が高い金属空気電池を具現することができる。三次元折り畳み式セル(folding cell)のような複合積層構造を具備する金属空気電池を具現することができる。電気伝導性及び気孔率が維持されながらも、機械的強度及び軽量化に有利な金属空気電池を具現することができる。 According to an embodiment of the present disclosure, a metal-air battery with high capacity and high energy density can be implemented. A metal-air battery with a composite laminate structure, such as a three-dimensional folding cell, can be implemented. A metal-air battery that maintains electrical conductivity and porosity and is advantageous in terms of mechanical strength and weight reduction can be implemented.
以上では、図面及び実施例を参照し、本発明による望ましい具現例について説明したが、それらは、例示的なものに過ぎず、当該技術分野で当業者であるならば、それらから、多様な変形、及び均等な他の具現例が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって定められるものである。 Although preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings and examples, they are merely exemplary, and many variations thereof will occur to those skilled in the art. , and that other equivalent implementations are possible. Therefore, the protection scope of the present invention is defined by the claims.
本発明の、金属空気電池用空気拡散層及びその製造方法、並びにそれを含む金属空気電池は、例えば、バッテリ関連の技術分野に効果的に適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The air diffusion layer for a metal-air battery, the method for manufacturing the same, and the metal-air battery including the same according to the present invention can be effectively applied to, for example, battery-related technical fields.
1 金属空気電池
11 負極金属層
12 負極電解質膜
13 正極層
16 外装材
100 ガス拡散層
110 多孔層
111 ファイバ構造物
120 伝導性炭素層
130 接着層
Claims (20)
炭素素材を含み、前記炭素素材が前記ファイバ構造物の表面に沿って配置される、伝導性炭素層と、
前記ファイバ構造物と前記伝導性炭素層との間に配置され、前記ファイバ構造物の表面に前記伝導性炭素層を接着させる接着層と、を含み、
前記接着層と前記伝導性炭素層は、複数層で設けられ、複数層の前記接着層と複数層の前記伝導性炭素層とは、互いに交互に配置されることを特徴とする、金属空気電池用ガス拡散層。 a porous layer comprising a plurality of non-transmitting fiber structures;
a conductive carbon layer comprising a carbon material, said carbon material disposed along a surface of said fiber structure;
an adhesion layer disposed between the fiber structure and the conductive carbon layer to adhere the conductive carbon layer to the surface of the fiber structure ;
The metal-air battery , wherein the adhesive layers and the conductive carbon layers are provided in a plurality of layers, and the adhesive layers of the plurality of layers and the conductive carbon layers of the plurality of layers are alternately arranged. gas diffusion layer.
前記接着層上部に炭素素材を含む伝導性炭素層を付着させる段階と、を含み、
前記接着層を付着させる段階、及び前記伝導性炭素層を付着させる段階を反復して遂行し、複数層の接着層と複数層の伝導性炭素層とが互いに交互に配置されることを特徴とする、金属空気電池用ガス拡散層の製造方法。 applying an adhesive layer to the surfaces of the plurality of non-transmitting fiber structures;
depositing a conductive carbon layer comprising a carbon material on top of the adhesion layer ;
The step of attaching the adhesive layer and the step of attaching the conductive carbon layer are repeatedly performed, and the plurality of adhesive layers and the plurality of conductive carbon layers are alternately arranged. A method for producing a gas diffusion layer for a metal-air battery.
正極触媒層、及びそれに接触する金属空気電池用ガス拡散層を含む正極と、
前記負極と前記正極との間に具備された電解質と、を含む金属空気電池であって、
前記金属空気電池用ガス拡散層は、
複数の非伝送性ファイバ構造物を具備する多孔層と、
炭素素材を含み、前記炭素素材が前記ファイバ構造物の表面に沿って配置される、伝導性炭素層と、
前記ファイバ構造物と前記伝導性炭素層との間に配置され、前記ファイバ構造物の表面に前記伝導性炭素層を接着させる接着層と、を含み、
前記接着層と前記伝導性炭素層は、複数層で設けられ、複数層の前記接着層と複数層の前記伝導性炭素層とは、互いに交互に配置されることを特徴とする、金属空気電池。 a negative electrode comprising a metal;
a positive electrode comprising a positive electrode catalyst layer and a metal-air battery gas diffusion layer in contact therewith;
and an electrolyte provided between the negative electrode and the positive electrode,
The gas diffusion layer for a metal-air battery is
a porous layer comprising a plurality of non-transmitting fiber structures;
a conductive carbon layer comprising a carbon material, said carbon material disposed along a surface of said fiber structure;
an adhesion layer disposed between the fiber structure and the conductive carbon layer to adhere the conductive carbon layer to the surface of the fiber structure ;
The metal-air battery , wherein the adhesive layers and the conductive carbon layers are provided in a plurality of layers, and the adhesive layers of the plurality of layers and the conductive carbon layers of the plurality of layers are alternately arranged. .
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