JPH0348622B2 - - Google Patents

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JPH0348622B2
JPH0348622B2 JP56092209A JP9220981A JPH0348622B2 JP H0348622 B2 JPH0348622 B2 JP H0348622B2 JP 56092209 A JP56092209 A JP 56092209A JP 9220981 A JP9220981 A JP 9220981A JP H0348622 B2 JPH0348622 B2 JP H0348622B2
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JP
Japan
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powder
porous
air
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phthalocyanine
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JP56092209A
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JPS57208075A (en
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Toshiaki Nakamura
Nobukazu Suzuki
Juichi Sato
Tsutomu Takamura
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は空気電池に関し、更に詳しくは、長期
に亘り安定した使用寿命を有する多孔質触媒層を
有する空気電極を備えた空気電池に関する。 従来から、各種の空気電池、ガルバニ型の酸素
センサ等に用いる空気電極は、酸素ガスに対する
電気化学的還元能を有する多孔質触媒層に、例え
ばニツケルネツトのような集電体と例えばポリテ
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体、エチレン−
テトラフルオロエチレン共重合体のようなフツ素
樹脂又はポリプロピレン樹脂から成る撥水性層を
一体的に付設した三重構造の積層体として構成さ
れている。 多孔質触媒層は、例えば活性炭粉末、黒鉛粉末
又は各種金属粉末のような導電性粉末を基材と
し、該基材の表面に例えばニツケルタングステン
酸、パラジウム・コバルトで被覆された炭化タン
グステン、ニツケル、銀、白金、パラジウム、又
は鉄フタロシアニン、コバルトフタロシアニンな
どの金属キレート化合物のような酸素ガス還元能
を有する触媒を混在又は吸着せしめ、ついで得ら
れた粉末を例えばポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)のような撥水性を有する結着剤を用い
て相互に結着した後、板状又は箔状に成形して成
る多孔質成形体であつて、その内部には微細な貫
通孔が均一に分布した構造を有している。 さて、上記のような多孔質触媒層の微細孔の中
では、気相(空気)−固相(触媒と基材)−液相
(電解液)の三相界面が形成され、該三相界面に
おいて次の反応式: O2+H2O+2e-→HO2 -+OH- で示される酸素ガスの電気化学的還元反応が進行
する。その結果、基材(導電性)を経由して、一
体的に付設されている集電体を通して電流を取り
出すことができる。 しかしながら、このような多孔質触媒層におい
ては酸素ガス還元能を有する触媒は、基材と単に
混在しているか又は基材の表面に単に吸着してい
るかにすぎないため、長期保存又は連続放電させ
た場合、該触媒が基材から分離又は脱落するとい
う現象が起り、その結果、空気電極の性能を低下
せしめるという事態を招く。 本発明者等は、触媒として酸素ガス還元能を有
するフタロシアニン系又はポルフイリン系の金属
キレート化合物を用いた多孔質触媒層を有する空
気電極を備えた空気電池において、該触媒を基材
に化学結合せしめると、その結合力が増大するの
で、長期保存及び連続放電しても該触媒の該基材
からの分離・脱落は起らず、その結果、長期に亘
り安定した使用寿命を有する空気電極が得られる
ことを見出し、本発明を完成するに到つた。 本発明は、長期に亘り安定した使用寿命を有す
る多孔質触媒層を有する空気電極を備えた空気電
池の提供を目的とする。 本発明に用いられる空気電極用多孔質触媒層は
鉄又はコバルトのフタロシアニン又はポルフイリ
ンあるいはこれらの2量体が導電性粉末又はその
多孔質成形体からなる担体に化学的に結合したも
のである。 本発明に用いられる触媒層の基材である導電性
粉末としては、活性炭粉末、黒鉛粉末、ニツケル
粉末のいずれかであることが好ましい。また、そ
の粒径は50〜1000μ程度にあることが好ましい。 鉄フタロシアニン、コバルトフタロシアニン、
鉄ポルフイリン、コバルトポルフイリン、それら
の2量体とともにあげることができ、とりわけ鉄
フタロシアニン、コバルトポルフイリンから選ば
れる少くとも1種、しかもそれらの2量体は酸素
ガス還元能が大きい(4電子還元能)ので重負荷
放電も可能となるため、好んで用いられる。これ
ら金属キレート化合物は、用いる導電性粉末又は
その多孔質成形体の重量に対し、1〜10重量%結
合されることが好ましい。 本発明に用いられる多孔質触媒層は例えば次の
ようにして調製される。 まず、導電性粉末を官能基導入に関する常法に
従つて処理し、その表面にカルボキシル基、カル
ボニル基、水酸基、ラクトン、アミノ基等の官能
基を導入する。例えば、活性炭粉末を重クロム酸
カリウム溶液で処理すれば、その表面には、カル
ボキシル基、カルボニル基等が容易に導入され
る。またニツケルの粉末又はその多孔質焼結体を
空気中で加熱処理すれば、その表面には水酸基を
導入することができる。更に、アミノ基の導入の
場合には、予め硝酸等を用いて表面にニトロ基を
導入しついでこの基を還元する、又はアンモニア
ガス若しくは水素と窒素の混合プラズマで処理し
て直接導入するなどの方法が適用できる。 このようにして表面に官能基が導入された導電
性粉末と、アミノ基、カルボキシル基、スルホン
基、水酸基等を有する鉄フタロシアニン、コバル
トフタロシアニン、鉄ポルフイリン、コバルトポ
ルフイリン、又はこれらの2量体との間で脱水反
応、置換反応等を行なわせることにより該官能基
を有する導電性粉末とこれら鉄フタロシアニン、
コバルトフタロシアニン、鉄ポルフイリン、コバ
ルトポルフイリン、又はこれらの2量体の間に
は、例えばアミド、エステル、カルボニル、エー
テルのような化学結合が生成し、両者は強固に結
合される。 得られた導電性粉末を常用の結着剤と混練し、
該混練物を所定の方法、例えばロール圧延して適
宜な厚みの多孔質成形体を成形して、本発明の多
孔質触媒層が得られる。 このとき、導電性粉末の粒径、該粉末と結着剤
の配合割合い等を適宜に選択することにより、触
媒層を孔径0.1〜10μの多孔構造とすることが、酸
素の還元生成物イオンの除去速度が大きくなり、
その結果電流密度大の電流を取り出せるという点
からして好ましい。 なお、本発明においては、上記したように鉄フ
タロシアニン、コバルトフタロシアニン、鉄ポル
フイリン、コバルトポルフイリン、又はこれらの
2量体を表面に化学結合せしめた導電性粉末を成
形して成る多孔質触媒層の外に、予め、導電性粉
末から多孔質成形体を成形し、しかる後に、この
成形体の表面及び内部微細孔の壁面に上記のよう
な方法で官能基を導入し、ついで鉄フタロシアニ
ン、コバルトフタロシアニン、鉄ポルフイリン、
コバルトポルフイリン、又はこれらの2量体を化
学結合せしめることによつても、本発明の多孔質
触媒層を形成することができる。 以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 (1) 多孔質触媒層の作製 試料1:平均粒径150μの活性炭粉末を30%重
クロム酸カリウム溶液中に懸濁し、30℃で2
時間撹拌した。これを取し、赤外吸収スペ
クトル分析したところ、粉末の表面にカルボ
キシル基の導入されていることが確認され
た。ついで、この粉末とアミノ基を導入して
成るコバルトフタロシアニンとの間で常法に
より脱水反応を行なわせ、生成したアミド結
合によつてコバルトフタロシアニンを活性炭
粉末に化学結合させた。これに結着剤として
10〜20重量%のPTFE60%デイスパージヨン
を添加して充分混練した後、展開して厚み
0.7mmのシートとした。得られたシートは、
平均孔径40μの孔を60%有する多孔構造であ
つた。 試料2:平均粒径150μの活性炭粉末を20%過
マンガン酸カリウム溶液に懸濁し25℃で3時
間撹拌した。得られた粉末の表面にはカルボ
ニル基が導入されていることが赤外吸収スペ
クトル分析で確認された。ついで、この粉末
のカルボニル基を酸化してカルボキシル基と
し、ついで、水酸基を導入して成る鉄フタロ
シアニンとの間で常法により脱水反応を行な
わせ、生成したエステル結合によつて鉄フタ
ロシアニンを活性炭粉末に化学結合させた。
ついで試料1の場合と全く同様にして厚み
0.7mmの多孔質触媒層のシートを作製した。
得られたシートは、試料1と同様な多孔構造
であつた。 試料3:平均粒径150μの活性炭粉末を36%塩
酸と60%硝酸の混酸(混合比;3:1)に懸
濁し40℃で1時間撹拌した。得られた粉末の
表面には、ニトロ基の導入されていることが
赤外吸収スペクトル分析で確認された。つい
で、この粉末のニトロ基を窒素と水素の混合
プラズマ中で処理し、ニトロ基をアミノ基に
還元した後、カルボキシル基を導入して成る
コバルトポルフイリンの2量体との間で常法
により脱水反応を行なわせてコバルトポルフ
イリンの2量体を活性炭粉末に化合結合せし
めた。ついで、試料1と全く同様にして厚み
0.7mmのシートを作製した。このシートは、
平均孔径38μの孔を60%有する多孔構造であ
つた。 試料4:気孔率85%、厚み0.7mmのニツケル焼
結体を、空気中で850℃、3分間加熱処理し
た。全体の表面及び内部細孔の壁面に水酸基
の導入されたことが赤外吸収スペクトルによ
つて確認された。ついでこの焼結体の水酸基
とコバルトフタロシアニンに導入した水酸基
との間で常法により脱水反応を行なわせるこ
とにより生成したエーテル結合によつてコバ
ルトフタロシアニンを活性炭粉末に化学結合
させた。 試料5:平均粒径150μの活性炭粉末をコバル
トフタロシアニンのピリジン溶液に懸濁し
て、粉末の表面にコバルトフタロシアニンを
吸着せしめた。ついで、試料1の場合と全く
同様にして厚み0.7mmのシートを作製した。
得られたシートは試料1と同様な多孔構造で
あつた。 (2) 空気電極の作製 試料1、2、3、5の各シートの片面にニツ
ケルネツト(集電体)を圧着更に他面には厚み
20μのポリテトラフルオロチレン(撥水性
層)/フルオロエチレンプロピレン(熱融着性
接着層)の複合薄膜を250℃で熱融着して全体
の厚み約0.7mmの三重構造の空気電極とした。
試料4のニツケル焼結体は、その片面に上記複
合薄膜を熱融着して空気電極とした。 (3) 多孔質触媒層の性能試験 以上5種類の空気電極を用いて、重量比で3
%の水銀でアマルガム化した60〜150メツシユ
篩通過の亜鉛粉末を、ゲル化剤が水酸化ナトリ
ウム溶液中に分散するゲル状電解液に分散させ
て成る亜鉛極とし、ポリアミド不織布をセパレ
ータとして空気−亜鉛電池を組立てた。 これら電池を25℃空気中に16時間放置した後、
各種の電流で5分間放電し、5分後の端子電圧が
1.0V以上になる電流値を測定し、これを電池の
初期性能とした。 ついで、これら電池を25℃空気中に6ケ月、12
ケ月放置した後、上記と同様の方法で端子電圧が
1.0V以下になる電流値を測定した。この電流値
の初期性能(初期電流値)に対する比を求め、そ
れを各試料番号に対応させて表に一括して示し
た。
【表】 上表から明らかなように、触媒成分が担体に化
学的に結合した多孔質触媒層を有する、本発明の
空気電池は、従来の比較電池に比べて初期性能に
対する比がいずれも大きく、長期に亘る安定した
使用寿命を有することが判明した。 なお上記実施例においては水酸化カリウムを電
解液とする空気−亜鉛電池を組み立てて、その性
能評価を行つたが、他の電解液、例えば塩化アン
モニウムや水酸化ナトリウムや、水酸化リチウ
ム・水酸化セシウム・水酸化ルビジウム等をこれ
ら溶液に混合した溶液を用いても同様の効果が得
られる事は言うまでもない。又空気−鉄電池にも
用いる事ができる。 以上詳述した如く、本発明に用いられる触媒成
分が担体に化学的に結合した多孔質触媒層を用い
る事により、作用寿命の長い空気電極を備えた空
気電池が容易に得られるので、その工業上利用価
値は大きなものと言える。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鉄又はコバルトのフタロシアニン又はポルフ
    イリンあるいはこれらの2量体が、導電性粉末又
    はその多孔質成形体からなる担体に化学的に結合
    した多孔質触媒層を有する空気電極を備えた空気
    電池。 2 該導電性粉末が活性炭粉末、黒鉛粉末、ニツ
    ケル粉末のいずれかである特許請求の範囲第1項
    記載の空気電池。
JP56092209A 1981-06-17 1981-06-17 Porous catalytic layer of air electrode Granted JPS57208075A (en)

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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4646463B2 (ja) * 2001-08-13 2011-03-09 大阪瓦斯株式会社 電極材料−錯体複合体、電極、酸化用電極、およびアルカノールの合成方法
JP4610217B2 (ja) * 2004-03-30 2011-01-12 旭化成ケミカルズ株式会社 燃料電池型反応装置及びそれを用いる過酸化水素の製造方法
US8728671B1 (en) * 2013-06-05 2014-05-20 ZAF Energy Systems, Incorporated Air electrodes including perovskites
JP6716224B2 (ja) * 2014-12-17 2020-07-01 株式会社日本触媒 空気極用合剤
JP7693812B2 (ja) * 2020-12-21 2025-06-17 メリケム カンパニー 触媒カーボンファイバー調製方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU8277575A (en) * 1974-07-10 1977-01-06 Unisearch Limited Heterogeneous catalyst
JPS5681137A (en) * 1979-12-07 1981-07-02 Idemitsu Kosan Co Ltd Ion exchange resin

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