JPH04192270A - Manufacture of air electrode for air battery - Google Patents

Manufacture of air electrode for air battery

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JPH04192270A
JPH04192270A JP32174890A JP32174890A JPH04192270A JP H04192270 A JPH04192270 A JP H04192270A JP 32174890 A JP32174890 A JP 32174890A JP 32174890 A JP32174890 A JP 32174890A JP H04192270 A JPH04192270 A JP H04192270A
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JP
Japan
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solution
air
polymer
electrode
catalyst
Prior art date
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Pending
Application number
JP32174890A
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Japanese (ja)
Inventor
Maritsuto Uiriamu
マリット ウィリアム
Toshihiko Yamagishi
山岸 敏彦
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To extend the service life of a battery by dissolving a polymer in an aqueous alcohol under the condition of a high temperature and a natural pressure in a sealed temperature and humidity cylinder, preparing a metastable solution, and processing the polymer after mixing the polymer with a carbon holding catalyst within an hour after the preparation. CONSTITUTION:As a binder to manufacture an active layer 4 of two-layer air electrode used for an air battery, a metastable ethanol water solution of a fluoride hydrophlic polymer, 1-propanol water solution, or 2-propanol water solution is used. The metastable solution is prepared by dissolving a polymer in an aqueous alcohol at a high temperature and a natural pressure in a sealed temperature and humidity cylinder, and the resultant solution is mixed with a carbon holding catalyst in an hour after the solution is prepared. Then, the mixture is processed in a normal method. As a result, a mixture with even combination of resin, activated carbon, and catalyst makes the catalyst particles into a complex effectively, and suppresses a loss of catalyst from the surface of the electrode. Consequently, an electrode with a good and long service life property can be obtained, and the service life of the battery is extended.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気電池に関するものであり、空気電極作製
方法の改良を主眼としている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an air battery, and focuses on improving a method for producing an air electrode.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

空気電池は、反応性金属負極を適切な電解質溶液を通し
て空気正極と電気化学的に結合させることにより電気を
発生する。空気正極は典型的には、対向する表面がそれ
ぞれ空気およびセルの水性電解質にさらされている薄板
状の複合材料である。
Air batteries generate electricity by electrochemically combining a reactive metal negative electrode with an air positive electrode through a suitable electrolyte solution. Air cathodes are typically laminar composite materials with opposing surfaces exposed to air and the cell's aqueous electrolyte, respectively.

酸素は空気電極内で解離するが、負極の金属は酸化する
。これら半反応により負極と正極との間に接続された外
部回路を通して有用な電流か発生する。空気正極は空気
に対しては浸透性であるが水に対しては比較的不浸透性
でなければならず、外部回路を接続することかできる導
電性要素を含有していなければならない。普通、水性の
空気正極は2層から構成されている。電解液にさらされ
ている「活性」層は通常、活性炭、触媒、および結合用
樹脂を含有している。空気にさらされている「ガス供給
」層は通常、炭素および疎水性結合樹脂を含有している
。導電性要素として働く金属スクリーンは複合電極の片
面または両面に貼付けるかまたは2層間に挟み込む二と
かできる。アルミニウム、鉄、リチウム、マクネシウム
、および亜鉛を含む多様な負極金属か使用されてきた。
Oxygen dissociates within the air electrode, while the metal at the negative electrode oxidizes. These half-reactions generate a useful current through an external circuit connected between the negative and positive electrodes. The air cathode must be permeable to air but relatively impermeable to water, and must contain electrically conductive elements to which an external circuit can be connected. Typically, an aqueous air cathode consists of two layers. The "active" layer exposed to the electrolyte typically contains activated carbon, catalyst, and binding resin. The "gas delivery" layer, which is exposed to air, typically contains carbon and a hydrophobic bonding resin. The metal screen, which acts as a conductive element, can be applied to one or both sides of the composite electrode, or sandwiched between two layers. A variety of negative electrode metals have been used including aluminum, iron, lithium, magnesium, and zinc.

アルミニウムおよびその合金は、その低価格、軽さ、お
よび中性電解液を使用する空気電極の負極として動作す
る能力により特に有利であると考えられている。
Aluminum and its alloys are considered particularly advantageous due to their low cost, light weight, and ability to operate as the negative electrode of air electrodes using neutral electrolytes.

好能率且つ経済的空気電極を開発するに際しかなりな改
良か行われてきた。1平方センチメートルあたり600
ミリアンペアを超す電流密度でかなり長寿命の性能を示
す電極が製作されている(ヨーロッパ特許029243
1A2)。
Considerable improvements have been made in developing efficient and economical air electrodes. 600 per square centimeter
Electrodes have been fabricated that exhibit fairly long-life performance at current densities in excess of milliamperes (European patent 029243).
1A2).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

発表された改良にもかかわらず、電位の連続低下が電極
の寿命時間にわたり典型的に観察された。
Despite the published improvements, a continuous drop in potential was typically observed over the life of the electrode.

電極性能か低下する理由の一つは「活性」層から触媒が
徐々に失われることである。
One of the reasons for the decline in electrode performance is the gradual loss of catalyst from the "active" layer.

弗化疎水性ポリマーは、典型的に親水性の触媒を錯体化
して封鎖する上で有効であるため、「活性」層に結合用
樹脂として好適に使用されている。
Fluorinated hydrophobic polymers are preferred for use as binding resins in the "active" layer due to their effectiveness in complexing and sequestering typically hydrophilic catalysts.

しかし、弗化親水性ポリマー結合樹脂か触媒および活性
炭と均質に混合しなければ、触媒の損失はやはり発生す
る。弗化親水性ポリマーは化学的安定性か高く且つ独特
の電気化学的性質を備えているので、普通のはとんとの
溶媒にはあまり溶解しない傾向かあり、通常は溶解処理
不能である。溶液を得ることかできる場合には、弗化親
水性ポリマーは終始固体ポリマーを沈殿させて不安定で
ある傾向かある。このような溶液からは得られる「活性
」層か不均質に混合したものであると予想される。した
かって、空気電極の「活性」層として使用する、弗化親
水性ポリマー結合樹脂、活性炭、および触媒の均質な混
合物を得る改良された処理方法を開発する必要性かある
However, unless the fluorinated hydrophilic polymer-bound resin is intimately mixed with the catalyst and activated carbon, catalyst loss still occurs. Because of their high chemical stability and unique electrochemical properties, fluorinated hydrophilic polymers tend to be poorly soluble in common solvents and are usually not solution processable. When solutions can be obtained, fluorinated hydrophilic polymers tend to be unstable, precipitating solid polymers throughout. The resulting "active" layer from such a solution would be expected to be a heterogeneous mixture. Therefore, there is a need to develop improved processing methods to obtain a homogeneous mixture of fluorinated hydrophilic polymer bound resin, activated carbon, and catalyst for use as the "active" layer of an air electrode.

[課題を解決するための手段] 本発明は、空気電池に使用する2層空気電極の「活性」
層を製作するのに結合剤として弗化親水性ポリマーの準
安定エタノール水溶液、1−プロパノール水溶液、また
は2−プロパノール水溶液を使用する。準安定溶液は封
止温浸ボンベ内で高温て自然圧力のもとにポリマーを水
性アルコールに溶解することにより調製し、得られる溶
液を調製の1時間以内に使用することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The present invention aims to improve the "activation" of a two-layer air electrode used in an air battery.
Metastable aqueous solutions of fluorinated hydrophilic polymers in ethanol, 1-propanol, or 2-propanol are used as binders to fabricate the layers. The metastable solution is characterized in that it is prepared by dissolving the polymer in aqueous alcohol at high temperature and under natural pressure in a sealed digestion bomb, and that the resulting solution is used within one hour of preparation.

〔作 用〕[For production]

空気電池に使用する2層空気電極の「活性」層を作製す
る発表されている方法と比較して、結合剤として新しく
調製された弗化親水性樹脂の準安定アルコール水溶液は
有利である。
Compared to published methods of making the "active" layer of two-layer air electrodes used in air batteries, metastable alcoholic aqueous solutions of freshly prepared fluorinated hydrophilic resins as binders are advantageous.

特に、得られる結合樹脂、活性炭、および触媒の一層均
質な混合物は、触媒粒子を効果的に錯体化し、電極表面
からの触媒の損失を抑制する。かくして、−層良好な長
期性能を備えた電極が得られることになる。
In particular, the resulting more homogeneous mixture of binding resin, activated carbon, and catalyst effectively complexes the catalyst particles and suppresses loss of catalyst from the electrode surface. Thus, an electrode with good long-term performance is obtained.

〔実 施 例〕〔Example〕

本発明の空気電池の全体図を第1図に示す。1は空気の
人口ポートであり、2は空気電極の「ガス供給1層であ
り、3は空気電極の集電極であり、4は空気電極の「活
性」層であり、5は電解液であり、6は金属負極である
。本発明に関しては、「活性」層は重量で10%ないし
65%の弗化親水性樹脂で構成されており、残りは活性
炭および触媒で構成されている。
An overall view of the air battery of the present invention is shown in FIG. 1 is the air artificial port, 2 is the "gas supply layer" of the air electrode, 3 is the collector electrode of the air electrode, 4 is the "active" layer of the air electrode, and 5 is the electrolyte. , 6 is a metal negative electrode. In the context of the present invention, the "active" layer is comprised of 10% to 65% by weight fluorinated hydrophilic resin, with the remainder comprised of activated carbon and catalyst.

(実施例) 「カス供給」層を重量で70部のアセチレンブラックを
水中に分散して調製する。次に重量で30%のポリテト
ラフルオロエチレンを水性分散としてアセチレンブラッ
クに添加する混合物を蒸発させて乾燥してから200℃
で20時間熱処理する。乾燥した材料をボールミルで粉
砕し、高圧プレス型内に1平方センチメートルあたり1
0ミリクラムの度合で一様に分散させる。アセチレンブ
ラック−結合剤混合物の上にニッケルの網を慎重に敷く
。この組合せ体を100℃で約5分間70kg / c
dで押す。テトラフルオロエチレン・スルホン酸末端基
で覆われたエーテル連鎖低分子量酸化ポリへキサフルオ
ロプロピレンを有する過弗化ビニールエーテルとテトラ
フルオロエチレンとの共重合体(NAFION■NR5
0;デュポン)を「活性」層の結合樹脂として使用する
。温浸ボンベに弗化親水性樹脂および709152−ブ
ロバノール/30%水を重量比で1対19の割合で詰め
る。
EXAMPLE A "dross feed" layer is prepared by dispersing 70 parts by weight of acetylene black in water. Then add 30% by weight of polytetrafluoroethylene as an aqueous dispersion to the acetylene black. The mixture is evaporated to dryness and then heated to 200°C.
Heat treated for 20 hours. The dry material is ground in a ball mill and placed in a high-pressure press mold at a rate of 1
Distribute uniformly to a degree of 0 milligrams. Carefully lay the nickel screen over the acetylene black-binder mixture. This combination was heated to 70kg/c for about 5 minutes at 100℃.
Press d. A copolymer of perfluorinated vinyl ether and tetrafluoroethylene having an ether chain low molecular weight oxidized polyhexafluoropropylene covered with tetrafluoroethylene/sulfonic acid terminal groups (NAFION NR5
0; DuPont) is used as the binding resin for the "active" layer. A digestion bomb is filled with fluorinated hydrophilic resin and 709152-brovanol/30% water in a weight ratio of 1:19.

ボンベを封止し、230℃で5時間加熱する。室温まで
冷やしてからボンベを開き、溶液を活性炭の2−プロパ
ノール懸濁液に添加する。これは重量で296の分散プ
ラチナを含有している。樹脂と活性炭との重量比は1;
4である。懸濁液を窒素の流れのもとで撹拌し且つ穏や
かに加熱しながら蒸発させて乾燥する。この材料を20
0℃で20時間熱処理してからボールミルで粉砕する。
Seal the bomb and heat at 230° C. for 5 hours. After cooling to room temperature, the bomb is opened and the solution is added to the activated carbon suspension in 2-propanol. It contains 296 parts by weight of dispersed platinum. The weight ratio of resin and activated carbon is 1;
It is 4. The suspension is evaporated to dryness with stirring and gentle heating under a stream of nitrogen. 20 pieces of this material
After heat treatment at 0°C for 20 hours, it is ground in a ball mill.

この材料を既に生成されている「ガス供給」層の上に1
5e+g/cdの度合で載せ、室温で70kg/c−で
押す。次に複合2層電極を300℃で加熱しなから15
kg/cdで押す。この電極をニッケル対向電極に対す
る空気陰極として80℃に保たれた加熱撹拌セル内で試
験した。水酸化ナトリウム水溶液(4N)を電解液とし
て使用し、蛎動ポンプで循環させた。1平方センチメー
トルあたり450ミリアンペアの電流を印加し、酸素が
空気正極で消費されると同時に一方でニッケル負極で生
成された。可逆水素基準電極に対する電圧が0.55ボ
ルトより低くなったとき試験を停止した。この判定基準
によれば、被試験電極の寿命は170日であった。
1 layer of this material on top of the already generated “gas supply” layer.
Load at a degree of 5e+g/cd and press at room temperature at 70kg/c-. Next, heat the composite two-layer electrode at 300℃ for 15 minutes.
Press in kg/cd. This electrode was tested in a heated stirred cell maintained at 80°C as an air cathode to a nickel counterelectrode. An aqueous sodium hydroxide solution (4N) was used as the electrolyte, and was circulated using a pumping pump. A current of 450 milliamps per square centimeter was applied, and oxygen was consumed at the air cathode while being produced at the nickel anode. The test was stopped when the voltage relative to the reversible hydrogen reference electrode dropped below 0.55 volts. According to this criterion, the life of the tested electrode was 170 days.

(比較例) 重量で596の市販の弗化親水性ポリマー結合樹脂(A
ldrich、カタログ番号27.470−4)を使用
する他は上述のものと同じ電極を準備した。
(Comparative Example) A commercially available fluorinated hydrophilic polymer bonded resin (A
The same electrodes as described above were prepared, except that a 100% molten metal chloride was used.

受領したままの溶液を製造後少なくとも30日使用し。Use the solution as received for at least 30 days after manufacture.

電極を上に概説したと同し方法で試験した。The electrodes were tested in the same manner as outlined above.

上に規定した寿命判定基準によれば、被試験電極の寿命
は130日であった。
According to the life criteria defined above, the life of the tested electrode was 130 days.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

弗化親水性ポリマーの準安定エタノール水溶液、1−プ
ロパノール水溶液、または2−プロパノール水溶液を調
製後1時間以内に空気電池の空気電極の結合剤として使
用することにより、電池の使用可能寿命が伸びる。
Use of a metastable aqueous ethanol, 1-propanol, or 2-propanol aqueous solution of a fluorinated hydrophilic polymer as a binder for the air electrode of an air battery within one hour of preparation extends the usable life of the battery.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による空気電池の図である。 1・・・空気入口ポート 2・・・ガス供給層 3・・・集電極 4・・・活性層 5・・・電解液 6・・・金属負極 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴 木 喜三部(他1名)へ(v)寸
LDcD
FIG. 1 is a diagram of an air cell according to the invention. 1... Air inlet port 2... Gas supply layer 3... Collector electrode 4... Active layer 5... Electrolyte 6... Metal negative electrode and above Applicant Seiko Epson Co., Ltd. Agent Patent attorney Suzu Ki Sanbe (and 1 other person) (v) SunLDcD

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  空気電池の製作に使用される空気電極であって、結合
剤として弗化親水性ポリマーの準安定エタノール水溶液
、1−プロパノール水溶液、または2−プロパノール水
溶液を使用する空気電極の作製方法において、準安定溶
液を封止温浸ボンベ内で高温で自発圧力のもとにポリマ
ーを水性アルコールに溶解させることにより調製し、準
安定溶液をその調製後1時間以内に炭素担持触媒と混合
し、次いで混合物を業界熟知の方法で処理することを特
徴とする空気電池用空気電極の作製方法。
A method for producing an air electrode used in the production of an air battery, which uses a metastable aqueous ethanol solution, 1-propanol aqueous solution, or 2-propanol aqueous solution of a fluorinated hydrophilic polymer as a binder. The solution is prepared by dissolving the polymer in aqueous alcohol under autogenous pressure at high temperature in a sealed digestion bomb, the metastable solution is mixed with the carbon-supported catalyst within 1 hour after its preparation, and the mixture is then mixed with the carbon-supported catalyst. A method for producing an air electrode for an air battery, characterized by processing using a method well known in the industry.
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Cited By (4)

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