JPH07201335A - 空気極触媒層の製造法およびそれを用いた円筒形空気電池 - Google Patents
空気極触媒層の製造法およびそれを用いた円筒形空気電池Info
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- JPH07201335A JPH07201335A JP6000279A JP27994A JPH07201335A JP H07201335 A JPH07201335 A JP H07201335A JP 6000279 A JP6000279 A JP 6000279A JP 27994 A JP27994 A JP 27994A JP H07201335 A JPH07201335 A JP H07201335A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 空気触媒層の製造法に関し、強負荷放電時の
空気極の濡れを抑制するため、一定の撥水性を保持でき
る結着力の強いシート状触媒層を製造し、さらに触媒材
料として比表面積の大きい活性炭を使用し、この触媒層
を空気極に用いることにより放電性能にすぐれた空気電
池を実現することを目的とする。 【構成】 比表面積の大きい活性炭（形状が球状または
鎖状で比表面積が３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１
０〜４０μｍ）、マンガン酸化物、カーボンブラック及
びフッ素樹脂粉末からなる触媒層であって、触媒槽シー
ト化時に、エチルアルコールで混練し、３０℃〜８０℃
に加熱した２本ローラーに通しシート状に成形すること
により結着性の高い触媒層シートを作成する。
空気極の濡れを抑制するため、一定の撥水性を保持でき
る結着力の強いシート状触媒層を製造し、さらに触媒材
料として比表面積の大きい活性炭を使用し、この触媒層
を空気極に用いることにより放電性能にすぐれた空気電
池を実現することを目的とする。 【構成】 比表面積の大きい活性炭（形状が球状または
鎖状で比表面積が３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１
０〜４０μｍ）、マンガン酸化物、カーボンブラック及
びフッ素樹脂粉末からなる触媒層であって、触媒槽シー
ト化時に、エチルアルコールで混練し、３０℃〜８０℃
に加熱した２本ローラーに通しシート状に成形すること
により結着性の高い触媒層シートを作成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素を活物質に用いる
ガス拡散電極であり、空気極触媒層製造法およびそれを
備えた円筒形空気電池に関するものである。
ガス拡散電極であり、空気極触媒層製造法およびそれを
備えた円筒形空気電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、空気電池用空気極触媒層は、触媒
として比表面積約２０００ｍ2／ｇの活性炭、助触媒と
してマンガン酸化物、導電材としてケッチェンブラック
またはアセチレンブラックを用い、これらを十分に乾式
混合した後、フッ素樹脂の微粉末を含む水溶性の分散液
を加え十分に湿式混合を行い、整粒し、少し湿った状態
の混合物（以降合剤と呼ぶ）を二本ローラーに通して一
定の厚みに押し固める。同時にこの触媒層合剤を集電体
層であるニッケルメッキを施したステンレス製の金網に
圧着し一体化する。さらに集電体層側にフッ素樹脂微粉
末を含む分散液を塗布し、約２３０℃で乾燥を行う。こ
のフッ素樹脂分散液を塗布することにより、電解液が空
気極を貫通し、酸素ガスの供給を妨害することを防いで
いる。約２３０℃での乾燥は、分散液中に含まれる界面
活性剤を除去するためである。そして最後に、フッ素樹
脂分散液を塗布した側にガス透過能を有する撥水性のフ
ッ素樹脂多孔膜層を圧着することにより、触媒層、集電
体層およびフッ素樹脂多孔膜層から成る３層構造の空気
極ができる。
として比表面積約２０００ｍ2／ｇの活性炭、助触媒と
してマンガン酸化物、導電材としてケッチェンブラック
またはアセチレンブラックを用い、これらを十分に乾式
混合した後、フッ素樹脂の微粉末を含む水溶性の分散液
を加え十分に湿式混合を行い、整粒し、少し湿った状態
の混合物（以降合剤と呼ぶ）を二本ローラーに通して一
定の厚みに押し固める。同時にこの触媒層合剤を集電体
層であるニッケルメッキを施したステンレス製の金網に
圧着し一体化する。さらに集電体層側にフッ素樹脂微粉
末を含む分散液を塗布し、約２３０℃で乾燥を行う。こ
のフッ素樹脂分散液を塗布することにより、電解液が空
気極を貫通し、酸素ガスの供給を妨害することを防いで
いる。約２３０℃での乾燥は、分散液中に含まれる界面
活性剤を除去するためである。そして最後に、フッ素樹
脂分散液を塗布した側にガス透過能を有する撥水性のフ
ッ素樹脂多孔膜層を圧着することにより、触媒層、集電
体層およびフッ素樹脂多孔膜層から成る３層構造の空気
極ができる。
【０００３】これを例えばボタン型空気亜鉛電池の正極
に適用する場合は円形のパンチで打ち抜いて適当な大き
さとする。また円筒形空気亜鉛電池の正極に適用する場
合は、この空気極を適当な大きさの四角形に切取り触媒
層が内側になるようにして湾曲し触媒層とフッ素樹脂多
孔膜層の両端部の一部を重ねて筒形とする。ついで、こ
の重なった部分のフッ素樹脂多孔膜層、触媒層の部分を
取り除いて露出した集電体層をスポット溶接、ビーム溶
接などの溶接手段で溶接し、液密の状態にない溶接部に
フッ素樹脂を充填し液密に補修する方法（例えば特開昭
５８−７５７７３号公報）などがあり、これを円筒形空
気極とする。
に適用する場合は円形のパンチで打ち抜いて適当な大き
さとする。また円筒形空気亜鉛電池の正極に適用する場
合は、この空気極を適当な大きさの四角形に切取り触媒
層が内側になるようにして湾曲し触媒層とフッ素樹脂多
孔膜層の両端部の一部を重ねて筒形とする。ついで、こ
の重なった部分のフッ素樹脂多孔膜層、触媒層の部分を
取り除いて露出した集電体層をスポット溶接、ビーム溶
接などの溶接手段で溶接し、液密の状態にない溶接部に
フッ素樹脂を充填し液密に補修する方法（例えば特開昭
５８−７５７７３号公報）などがあり、これを円筒形空
気極とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法において作
成した空気極を正極として電池を構成した場合、空気極
単位面積当たり約１０ｍＡ／ｃｍ2の電流しか取ること
ができない。ボタン型電池のように強負荷放電を必要と
しない場合には問題がないが、円筒形電池のように強負
荷放電ができないと魅力のない電池には適さない状態で
ある。その原因は触媒層の結着力が弱いため、電池を分
極させたときに触媒層が電解液に対して濡れやすくな
り、電解液を吸収して膨脹し、その結果集電体層との結
着力が弱まること、また触媒層が濡れ過ぎることによっ
て、液相（電解液）、気相（酸素）、固相（触媒）から
構成される活性点である３相界面が減少し、酸素還元反
応が十分にできない状態になることなどが考えられる。
成した空気極を正極として電池を構成した場合、空気極
単位面積当たり約１０ｍＡ／ｃｍ2の電流しか取ること
ができない。ボタン型電池のように強負荷放電を必要と
しない場合には問題がないが、円筒形電池のように強負
荷放電ができないと魅力のない電池には適さない状態で
ある。その原因は触媒層の結着力が弱いため、電池を分
極させたときに触媒層が電解液に対して濡れやすくな
り、電解液を吸収して膨脹し、その結果集電体層との結
着力が弱まること、また触媒層が濡れ過ぎることによっ
て、液相（電解液）、気相（酸素）、固相（触媒）から
構成される活性点である３相界面が減少し、酸素還元反
応が十分にできない状態になることなどが考えられる。
【０００５】本発明はこのような課題を解決するもの
で、電池を分極させたときに触媒層が濡れ過ぎないよう
一定の撥水性を保持できる触媒層の製造法およびその触
媒層を備えた円筒形空気電池を提供することを目的とす
るものである。
で、電池を分極させたときに触媒層が濡れ過ぎないよう
一定の撥水性を保持できる触媒層の製造法およびその触
媒層を備えた円筒形空気電池を提供することを目的とす
るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】空気極触媒層の製造法に
おいて、活性炭、マンガン酸化物およびカーボンブラッ
クを含む混合粉末に結着剤としてフッ素樹脂粉末を加
え、さらにエチルアルコールを加えて混練し、３０℃〜
８０℃に加熱した二本ローラーに数回通すことによりシ
ート状に成形する。活性炭は形状が球状または鎖状で比
表面積が３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１０〜４０
μｍであるものがより良い特性を示す。
おいて、活性炭、マンガン酸化物およびカーボンブラッ
クを含む混合粉末に結着剤としてフッ素樹脂粉末を加
え、さらにエチルアルコールを加えて混練し、３０℃〜
８０℃に加熱した二本ローラーに数回通すことによりシ
ート状に成形する。活性炭は形状が球状または鎖状で比
表面積が３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１０〜４０
μｍであるものがより良い特性を示す。
【０００７】
【作用】空気電池用空気触媒層は、従来、触媒として比
表面積約２０００ｍ2／ｇの活性炭、助触媒としてマン
ガン酸化物、導電剤としてケッチェンブラックまたはア
セチレンブラックを用い、フッ素樹脂の微粉末を含む分
散液を加え混合し、混合物を２本ローラーに通して一定
の厚みに押し固め集電体層に圧着したが、このようにし
て作成した触媒層を単３サイズの円筒形空気電池に適用
した場合、十分な電流を取ることができない。このこと
は、触媒層の結着力が弱いため、電池を分極させたとき
に触媒層が電解液に対して濡れやすくなり、電解液を吸
収して膨脹し、その結果集電体層との結着力が弱まるこ
とと、触媒層が濡れ過ぎることによって、液相（電解
液）、気相（酸素）、固相（触媒）から構成される活性
点である３相界面が減少し、酸素還元反応が十分にでき
ない状態になることが原因であると考えられる。
表面積約２０００ｍ2／ｇの活性炭、助触媒としてマン
ガン酸化物、導電剤としてケッチェンブラックまたはア
セチレンブラックを用い、フッ素樹脂の微粉末を含む分
散液を加え混合し、混合物を２本ローラーに通して一定
の厚みに押し固め集電体層に圧着したが、このようにし
て作成した触媒層を単３サイズの円筒形空気電池に適用
した場合、十分な電流を取ることができない。このこと
は、触媒層の結着力が弱いため、電池を分極させたとき
に触媒層が電解液に対して濡れやすくなり、電解液を吸
収して膨脹し、その結果集電体層との結着力が弱まるこ
とと、触媒層が濡れ過ぎることによって、液相（電解
液）、気相（酸素）、固相（触媒）から構成される活性
点である３相界面が減少し、酸素還元反応が十分にでき
ない状態になることが原因であると考えられる。
【０００８】本発明のように、触媒層混合粉末にエチル
アルコールを加えて混練し、３０℃〜８０℃に加熱した
二本ローラーでシート状に成形することにより、フッ素
樹脂の繊維化を促進させ、一定の撥水性を保った結着性
の良い触媒層を作製することができる。このときエチル
アルコールの作用は明確ではないが、以下のように考え
ることができる。エチルアルコールを添加することによ
りフッ素樹脂粉末粒子同志が結着し、その後、２本ロー
ラーに通すことにより粉体にせん断力が加わりフッ素樹
脂はフッ素樹脂同志が結着した形で繊維化する。
アルコールを加えて混練し、３０℃〜８０℃に加熱した
二本ローラーでシート状に成形することにより、フッ素
樹脂の繊維化を促進させ、一定の撥水性を保った結着性
の良い触媒層を作製することができる。このときエチル
アルコールの作用は明確ではないが、以下のように考え
ることができる。エチルアルコールを添加することによ
りフッ素樹脂粉末粒子同志が結着し、その後、２本ロー
ラーに通すことにより粉体にせん断力が加わりフッ素樹
脂はフッ素樹脂同志が結着した形で繊維化する。
【０００９】エチルアルコールを用いず水性のディスパ
ージョンで湿式混合しローラーで押し固める従来の方法
では、フッ素樹脂粉末同志が結着することができず、せ
ん断力を加えてもある程度繊維化はするものの、粒子同
志が結着していないために触媒層を十分に保持する結着
性は得られない。このようにエチルアルコールはフッ素
樹脂粉末同志を結着させ、繊維化させる作用があり、フ
ッ素樹脂の撥水性と結着性の2つの効果を十分に引き出
す作用がある。３０℃〜８０℃に２本ローラーを加熱す
るのは合剤をシート化する際に一定の密度に成形するた
めの適温である。
ージョンで湿式混合しローラーで押し固める従来の方法
では、フッ素樹脂粉末同志が結着することができず、せ
ん断力を加えてもある程度繊維化はするものの、粒子同
志が結着していないために触媒層を十分に保持する結着
性は得られない。このようにエチルアルコールはフッ素
樹脂粉末同志を結着させ、繊維化させる作用があり、フ
ッ素樹脂の撥水性と結着性の2つの効果を十分に引き出
す作用がある。３０℃〜８０℃に２本ローラーを加熱す
るのは合剤をシート化する際に一定の密度に成形するた
めの適温である。
【００１０】触媒として比表面積の大きい活性炭を用い
ると、反応サイトが増加し、触媒能が向上することは従
来より知られていることである。しかしこのような構成
の触媒層においては、従来までの空気極作製法では強負
荷放電時に空気極が濡れ過ぎるために、気相、液相およ
び固相より構成される活性点である３相界面が減少する
ために活性炭の比表面積を大きくしてもその特性を有効
に発揮することができなかった。しかし本発明の空気極
作製法を用いることにより、強負荷放電時にも一定の撥
水性を保持することができるため、比表面積の大きい活
性炭を有効に利用できるようになる。
ると、反応サイトが増加し、触媒能が向上することは従
来より知られていることである。しかしこのような構成
の触媒層においては、従来までの空気極作製法では強負
荷放電時に空気極が濡れ過ぎるために、気相、液相およ
び固相より構成される活性点である３相界面が減少する
ために活性炭の比表面積を大きくしてもその特性を有効
に発揮することができなかった。しかし本発明の空気極
作製法を用いることにより、強負荷放電時にも一定の撥
水性を保持することができるため、比表面積の大きい活
性炭を有効に利用できるようになる。
【００１１】
（実施例１）以下、図面とともに本発明を具体的な実施
例に添って説明する。
例に添って説明する。
【００１２】まず本発明の酸素還元能を有する触媒層シ
ートを以下の手順により作成した。活性炭３kg、マンガ
ン酸化物４kg、アセチレンブラック１．５kgをミキサー
で１０分間攪拌し、十分に混合する。この混合粉末にフ
ッ素樹脂粉末を６０重量％含む水性の分散液２．５kgと
水１５kgを混合したものを加え攪拌機で１０分間湿式混
合を行い、十分に混合する。この合剤を１１０℃で乾燥
することにより水分を除去し、ミキサーにかけ粉末状に
する。この乾燥粉末１kgに対してエチルアルコールを
０．５kg加え１軸式ニーダー（本田鐡工(株)製）で混練
し、ニーダー先端部に取りつけた、長径３０mm、短径５
mmの扁平形の開口部を持つ治具より押し出し、扁平形の
帯状の合剤とする。さらのこの帯状の合剤を６０℃に加
熱した直径２００mmの２本ローラーに３回通して圧延
し、最終的に厚さ０．６mmのシート状の触媒層を成形す
る。
ートを以下の手順により作成した。活性炭３kg、マンガ
ン酸化物４kg、アセチレンブラック１．５kgをミキサー
で１０分間攪拌し、十分に混合する。この混合粉末にフ
ッ素樹脂粉末を６０重量％含む水性の分散液２．５kgと
水１５kgを混合したものを加え攪拌機で１０分間湿式混
合を行い、十分に混合する。この合剤を１１０℃で乾燥
することにより水分を除去し、ミキサーにかけ粉末状に
する。この乾燥粉末１kgに対してエチルアルコールを
０．５kg加え１軸式ニーダー（本田鐡工(株)製）で混練
し、ニーダー先端部に取りつけた、長径３０mm、短径５
mmの扁平形の開口部を持つ治具より押し出し、扁平形の
帯状の合剤とする。さらのこの帯状の合剤を６０℃に加
熱した直径２００mmの２本ローラーに３回通して圧延
し、最終的に厚さ０．６mmのシート状の触媒層を成形す
る。
【００１３】２本のローラーの間隔は、１回目の圧延で
２．５mm、２回目で１．０mm、３回目で０．５mmとす
る。また触媒層シートは圧延を重ねるごとに繊維が発達
し、３回の圧延により、ゴム状で弾性力があり、延性に
も優れた密度の均一な結着力のある触媒層シートが得ら
れた。３回目の圧延でローラーの間隔を０．５mmとした
が圧延された触媒層シートは弾性があるため０．６mmと
なる。マンガン酸化物は、γ−ＭｎＯＯＨを窒素気流中
４００℃で熱処理したものを用いた。
２．５mm、２回目で１．０mm、３回目で０．５mmとす
る。また触媒層シートは圧延を重ねるごとに繊維が発達
し、３回の圧延により、ゴム状で弾性力があり、延性に
も優れた密度の均一な結着力のある触媒層シートが得ら
れた。３回目の圧延でローラーの間隔を０．５mmとした
が圧延された触媒層シートは弾性があるため０．６mmと
なる。マンガン酸化物は、γ−ＭｎＯＯＨを窒素気流中
４００℃で熱処理したものを用いた。
【００１４】次に、この触媒層を単３型空気亜鉛電池の
空気極触媒層として適用した場合について説明する。図
１に本発明を適用した単３型空気亜鉛電池の構造断面図
を示した。図中の４は触媒層を含む３層構造の円筒形空
気極で、内側から１：触媒層、２：集電体層、３：撥水
性フッ素樹脂多孔膜層である。この空気極４は、まずニ
ッケルメッキを施したステンレス製の金網である集電体
層２に本発明の触媒層１シートをプレスにより圧着す
る。そして集電体層２側にフッ素樹脂微粉末を含む分散
液を塗布し、２３０℃で乾燥を行う。このフッ素樹脂分
散液を塗布することにより、電解液が空気極を貫通し、
酸素ガスの供給を妨害することを防いでいる。２３０℃
での乾燥は、分散液中に含まれる界面活性剤を除去する
ためである。最後に、フッ素樹脂微粉末分散液を塗布し
た側にガス透過能を有する撥水性のフッ素樹脂多孔膜層
３をプレスにより圧着することにより、触媒層１、集電
体層２およびフッ素樹脂多孔膜層３からなる３層構造の
平板の空気極４を作成する。
空気極触媒層として適用した場合について説明する。図
１に本発明を適用した単３型空気亜鉛電池の構造断面図
を示した。図中の４は触媒層を含む３層構造の円筒形空
気極で、内側から１：触媒層、２：集電体層、３：撥水
性フッ素樹脂多孔膜層である。この空気極４は、まずニ
ッケルメッキを施したステンレス製の金網である集電体
層２に本発明の触媒層１シートをプレスにより圧着す
る。そして集電体層２側にフッ素樹脂微粉末を含む分散
液を塗布し、２３０℃で乾燥を行う。このフッ素樹脂分
散液を塗布することにより、電解液が空気極を貫通し、
酸素ガスの供給を妨害することを防いでいる。２３０℃
での乾燥は、分散液中に含まれる界面活性剤を除去する
ためである。最後に、フッ素樹脂微粉末分散液を塗布し
た側にガス透過能を有する撥水性のフッ素樹脂多孔膜層
３をプレスにより圧着することにより、触媒層１、集電
体層２およびフッ素樹脂多孔膜層３からなる３層構造の
平板の空気極４を作成する。
【００１５】このように作成した平板の空気極４を触媒
層１が内側になるように湾曲し触媒層１とフッ素樹脂多
孔膜層３の両端部の一部を重ねて筒形とする。ついで、
この重なった部分の触媒層１およびフッ素樹脂多孔膜層
３の一部を取り除いて露出した集電体層２をスポット溶
接し、液密の状態にない溶接部に合成ゴム系の接着剤を
充填し液密に補修する。以上の工程により、３層構造の
円筒形空気極４を作り上げる。
層１が内側になるように湾曲し触媒層１とフッ素樹脂多
孔膜層３の両端部の一部を重ねて筒形とする。ついで、
この重なった部分の触媒層１およびフッ素樹脂多孔膜層
３の一部を取り除いて露出した集電体層２をスポット溶
接し、液密の状態にない溶接部に合成ゴム系の接着剤を
充填し液密に補修する。以上の工程により、３層構造の
円筒形空気極４を作り上げる。
【００１６】５はセパレータ、６はゲル状亜鉛負極であ
る。ゲル状亜鉛負極は以下のようにして調整した。４０
重量％の水酸化カリウム水溶液（ＺｎＯを３重量％含
む）に３重量％のポリアクリル酸ソーダと１重量％のカ
ルボキシメチルセルロースを加えてゲル化する。次に、
ゲル状電解液に対して重量比で２倍の亜鉛合金粉末を加
えて混合し、ゲル状亜鉛負極６とした。７は空気拡散
紙、８は正極缶、９は絶縁チューブである。１０は空気
取り入れ孔で、１１は電池を使用する前にはがす密封シ
ール、１２は正極キャップ、１３は皿紙である。１４、
１５は金属製のキャップで１４と１５の間に円筒形空気
極をはさみ込み圧着させ、正極缶とスポット溶接するこ
とにより集電する。１６は有機封止剤、１７は樹脂封口
体、１８は負極端子キャップ、１９は負極集電子であ
る。
る。ゲル状亜鉛負極は以下のようにして調整した。４０
重量％の水酸化カリウム水溶液（ＺｎＯを３重量％含
む）に３重量％のポリアクリル酸ソーダと１重量％のカ
ルボキシメチルセルロースを加えてゲル化する。次に、
ゲル状電解液に対して重量比で２倍の亜鉛合金粉末を加
えて混合し、ゲル状亜鉛負極６とした。７は空気拡散
紙、８は正極缶、９は絶縁チューブである。１０は空気
取り入れ孔で、１１は電池を使用する前にはがす密封シ
ール、１２は正極キャップ、１３は皿紙である。１４、
１５は金属製のキャップで１４と１５の間に円筒形空気
極をはさみ込み圧着させ、正極缶とスポット溶接するこ
とにより集電する。１６は有機封止剤、１７は樹脂封口
体、１８は負極端子キャップ、１９は負極集電子であ
る。
【００１７】上記の方法で作製した触媒層を正極に備え
た単３形空気亜鉛電池の放電性能を従来の製造方法で作
製された触媒層を正極に備えた単３型空気亜鉛電池の放
電性能と比較した。その結果を図２に示した。
た単３形空気亜鉛電池の放電性能を従来の製造方法で作
製された触媒層を正極に備えた単３型空気亜鉛電池の放
電性能と比較した。その結果を図２に示した。
【００１８】図中の電池Ｎｏ．１は本発明の触媒層製造
方法を用い、触媒として形状が球状または鎖状で比表面
積３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１０〜４０μｍで
ある活性炭を使用して作成した触媒層を正極に備える電
池で、本発明実施例１と同様の方法で電池を構成した。
方法を用い、触媒として形状が球状または鎖状で比表面
積３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１０〜４０μｍで
ある活性炭を使用して作成した触媒層を正極に備える電
池で、本発明実施例１と同様の方法で電池を構成した。
【００１９】Ｎｏ．２は本発明の触媒層製造方法を用
い、触媒として従来から使用されている比表面積２００
０ｍ2／ｇの活性炭を使用して作製した触媒層を正極に
備える電池で、本発明実施例１と同様の方法で電池を構
成した。
い、触媒として従来から使用されている比表面積２００
０ｍ2／ｇの活性炭を使用して作製した触媒層を正極に
備える電池で、本発明実施例１と同様の方法で電池を構
成した。
【００２０】Ｎｏ．３は従来の触媒層製造法を用い、触
媒として形状が球状または鎖状で比表面積３０００ｍ2
／ｇ以上および粒径が１０〜４０μｍである活性炭を使
用して作成した触媒層を正極に備える電池で、電池の組
み立てに関しては本発明実施例１と同様である。
媒として形状が球状または鎖状で比表面積３０００ｍ2
／ｇ以上および粒径が１０〜４０μｍである活性炭を使
用して作成した触媒層を正極に備える電池で、電池の組
み立てに関しては本発明実施例１と同様である。
【００２１】ここで用いた従来の触媒層製造法を以下に
示す。まず、活性炭３kg、マンガン酸化物４kg、アセチ
レンブラック１．５kgをミキサーで１０分間攪拌し、十
分に混合する。この混合粉末にフッ素樹脂粉末を６０重
量％含む水性の分散液２．５kgと水１５kgを混合したも
のを加え攪拌機で１０分間湿式混合を行い、十分に混合
する。これを整粒し、少し湿った状態の合剤を二本ロー
ラーに通して一定の厚みに押し固める。同時にこの触媒
層を集電体層であるニッケルメッキを施したステンレス
製の金網に圧着し一体化する。以後本発明実施例１と同
様の方法で電池を作製する。
示す。まず、活性炭３kg、マンガン酸化物４kg、アセチ
レンブラック１．５kgをミキサーで１０分間攪拌し、十
分に混合する。この混合粉末にフッ素樹脂粉末を６０重
量％含む水性の分散液２．５kgと水１５kgを混合したも
のを加え攪拌機で１０分間湿式混合を行い、十分に混合
する。これを整粒し、少し湿った状態の合剤を二本ロー
ラーに通して一定の厚みに押し固める。同時にこの触媒
層を集電体層であるニッケルメッキを施したステンレス
製の金網に圧着し一体化する。以後本発明実施例１と同
様の方法で電池を作製する。
【００２２】電池Ｎｏ４は電池Ｎｏ３と同様に従来の触
媒層製造法を用い、触媒として従来から使用されている
比表面積２０００ｍ2／ｇの活性炭を使用して作製した
触媒層を正極に備える電池で、電池の組み立てに関して
は本発明実施例１と同様である。
媒層製造法を用い、触媒として従来から使用されている
比表面積２０００ｍ2／ｇの活性炭を使用して作製した
触媒層を正極に備える電池で、電池の組み立てに関して
は本発明実施例１と同様である。
【００２３】電池放電性能に関しては、放電電流値を０
〜２Ａの間で変化させたときの電池維持電圧を電池分極
特性としてグラフに示した。これによると電池Ｎｏ３と
電池Ｎｏ４の分極特性はほとんど変わらず、どちらも５
００ｍＡ以上の強負荷放電ができない。これは電池Ｎｏ
３は比表面積の大きい活性炭（比表面積が３０００ｍ 2
／ｇ以上）を用いたにもかかわらず、触媒層製造法が従
来の方法であるため、強負荷放電時に空気極が濡れて、
気相、液相および固相から構成される活性点である３相
界面が減少してしまい、反応サイトを増加させ触媒能を
向上させる比表面積の大きい活性炭の特性を有効に発揮
できなかったからではないかと考えられる。
〜２Ａの間で変化させたときの電池維持電圧を電池分極
特性としてグラフに示した。これによると電池Ｎｏ３と
電池Ｎｏ４の分極特性はほとんど変わらず、どちらも５
００ｍＡ以上の強負荷放電ができない。これは電池Ｎｏ
３は比表面積の大きい活性炭（比表面積が３０００ｍ 2
／ｇ以上）を用いたにもかかわらず、触媒層製造法が従
来の方法であるため、強負荷放電時に空気極が濡れて、
気相、液相および固相から構成される活性点である３相
界面が減少してしまい、反応サイトを増加させ触媒能を
向上させる比表面積の大きい活性炭の特性を有効に発揮
できなかったからではないかと考えられる。
【００２４】しかし電池Ｎｏ．２では従来の活性炭（比
表面積が２０００ｍ2／ｇ）を用いたにもかかわらず、
電池分極特性が飛躍的に向上している。これは本発明の
触媒層製造法を用いたため触媒層の結着力が増し、強負
荷放電によって電池を分極させたときでも触媒層が電解
液に対して一定の撥水性を示し、電解液を吸収して膨張
することが少なくなり、その結果集電体との結着性が保
たれたことと、触媒層の濡れを抑制することができたの
で、気相、液相、固相から構成される活性点である３相
界面をより多く保つことができ、酸素還元反応を増加さ
せることができたことが原因であると考えられる。
表面積が２０００ｍ2／ｇ）を用いたにもかかわらず、
電池分極特性が飛躍的に向上している。これは本発明の
触媒層製造法を用いたため触媒層の結着力が増し、強負
荷放電によって電池を分極させたときでも触媒層が電解
液に対して一定の撥水性を示し、電解液を吸収して膨張
することが少なくなり、その結果集電体との結着性が保
たれたことと、触媒層の濡れを抑制することができたの
で、気相、液相、固相から構成される活性点である３相
界面をより多く保つことができ、酸素還元反応を増加さ
せることができたことが原因であると考えられる。
【００２５】また電池Ｎｏ１では本発明の触媒層製造法
に加えて、比表面積の大きい活性炭（比表面積が３００
０ｍ2／ｇ以上）を用いることにより、電池Ｎｏ．２と
比較してさらに分極特性を向上させることができた。こ
れは本発明の触媒層製造法により触媒層の濡れを抑制す
ることができたため、比表面積の大きい活性炭が本来備
え持つ、反応サイトを増加させ、触媒能を向上させると
いう特性を十分に発揮することができたからではないか
と考えられる。
に加えて、比表面積の大きい活性炭（比表面積が３００
０ｍ2／ｇ以上）を用いることにより、電池Ｎｏ．２と
比較してさらに分極特性を向上させることができた。こ
れは本発明の触媒層製造法により触媒層の濡れを抑制す
ることができたため、比表面積の大きい活性炭が本来備
え持つ、反応サイトを増加させ、触媒能を向上させると
いう特性を十分に発揮することができたからではないか
と考えられる。
【００２６】なお、本発明の触媒層製造法で、２本ロー
ラーの加熱温度を６０℃としたが、ローラーの加熱温度
は３０℃〜８０℃がフッ素樹脂が繊維化しやすく、６０
℃前後が最もシート状に成形しやすい温度であった。ロ
ーラーの加熱温度は３０℃以下ではフッ素樹脂繊維が発
達しにくく、８０℃以上ではエチルアルコールがすぐに
蒸発してしまい合剤の滑りが悪くなり、均一な密度をも
ったシートができない。３０℃〜８０℃の間では、電池
放電性能は同等であった。また本実施例ではステンレス
にニッケルメッキを施した金網を用いたが、ステンレス
金網、ニッケル金網でも放電性能は同等であった。
ラーの加熱温度を６０℃としたが、ローラーの加熱温度
は３０℃〜８０℃がフッ素樹脂が繊維化しやすく、６０
℃前後が最もシート状に成形しやすい温度であった。ロ
ーラーの加熱温度は３０℃以下ではフッ素樹脂繊維が発
達しにくく、８０℃以上ではエチルアルコールがすぐに
蒸発してしまい合剤の滑りが悪くなり、均一な密度をも
ったシートができない。３０℃〜８０℃の間では、電池
放電性能は同等であった。また本実施例ではステンレス
にニッケルメッキを施した金網を用いたが、ステンレス
金網、ニッケル金網でも放電性能は同等であった。
【００２７】（実施例２）次に本発明の触媒層製造法を
用いて実施例１の電池構成に従い、比表面積が３０００
ｍ2／ｇ以上である活性炭の粒径のみを変化させて円筒
形空気電池を作成した。その結果を図３に示す。
用いて実施例１の電池構成に従い、比表面積が３０００
ｍ2／ｇ以上である活性炭の粒径のみを変化させて円筒
形空気電池を作成した。その結果を図３に示す。
【００２８】図は活性炭の粒径と１Ａ放電における電池
維持電圧の関係を示すが、粒径が１０〜４０μｍの時に
電池維持電圧が最高となり、その間では電池維持電圧に
ほとんど差がみられない。このことから形状が球状また
は鎖状で比表面積が３０００ｍ2／ｇ以上である活性炭
を用いた場合その粒径は１０〜４０μｍが適当であると
考えられる。
維持電圧の関係を示すが、粒径が１０〜４０μｍの時に
電池維持電圧が最高となり、その間では電池維持電圧に
ほとんど差がみられない。このことから形状が球状また
は鎖状で比表面積が３０００ｍ2／ｇ以上である活性炭
を用いた場合その粒径は１０〜４０μｍが適当であると
考えられる。
【００２９】なお、活性炭の形状に関しては、実施例で
は球状のものを用いているが、鎖状のものでも同様の放
電性能であった。
は球状のものを用いているが、鎖状のものでも同様の放
電性能であった。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば結着性にすぐれた触媒層を作成し、さらに触媒と
して触媒能にすぐれた、形状が球状または鎖状で比表面
積が３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１０〜４０μｍ
である活性炭を用いかつこれを円筒形空気極に用いるこ
とにより放電性能にすぐれた円筒形空気亜鉛電池を提供
できる。
よれば結着性にすぐれた触媒層を作成し、さらに触媒と
して触媒能にすぐれた、形状が球状または鎖状で比表面
積が３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１０〜４０μｍ
である活性炭を用いかつこれを円筒形空気極に用いるこ
とにより放電性能にすぐれた円筒形空気亜鉛電池を提供
できる。
【図１】本発明の実施例における円筒形空気亜鉛電池の
断面図
断面図
【図２】円筒形空気亜鉛電池の分極特性図
【図３】活性炭の粒径と電池維持電圧の関係を示す図
１ 触媒層 ２ ニッケルめっきを施したステンレス製金網（集電体
層） ３ フッ素樹脂多孔膜層 ４ ３層構造の円筒形空気極 ５ セパレータ ６ ゲル亜鉛負極 ８ 正極缶 １０ 空気取り入れ孔
層） ３ フッ素樹脂多孔膜層 ４ ３層構造の円筒形空気極 ５ セパレータ ６ ゲル亜鉛負極 ８ 正極缶 １０ 空気取り入れ孔
Claims (5)
- 【請求項１】空気極触媒層の製造法において、活性炭、
マンガン酸化物およびカーボンブラックを含む混合粉末
に結着剤としてフッ素樹脂粉末を加え、さらにエチルア
ルコールを加えて混練後、３０℃〜８０℃に加熱した二
本ローラーに数回通すことにより所定厚のシート状に成
形することを特徴とする空気極触媒層の製造法。 - 【請求項２】上記活性炭は形状が球状または鎖状で比表
面積が３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１０〜４０μ
ｍであることを特徴とする請求項１記載の空気極触媒層
の製造法。 - 【請求項３】金属集電体層、その外側にガス透過能を有
する撥水性のフッ素樹脂多孔膜層、内側に活性炭、マン
ガン酸化物およびカーボンブラックを含む混合粉末に結
着剤としてフッ素樹脂粉末さらにエチルアルコールを加
えて混練され、３０℃〜８０℃に加熱した二本ローラー
に数回通すことによりシート状に成形された触媒層から
成る３層構造の空気電極を正極として備えたことを特徴
とする円筒形空気電池。 - 【請求項４】上記活性炭は形状が球状または鎖状で比表
面積が３０００ｍ2／ｇ以上および粒径が１０〜４０μ
ｍであることを特徴とする請求項３記載の円筒形空気電
池。 - 【請求項５】上記金属集電体は、ステンレス金網、ニッ
ケル金網、ステンレスにニッケルメッキを施した金網の
うち少なくとも１つを含む金網よりなる請求項３記載の
円筒形空気電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6000279A JPH07201335A (ja) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | 空気極触媒層の製造法およびそれを用いた円筒形空気電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6000279A JPH07201335A (ja) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | 空気極触媒層の製造法およびそれを用いた円筒形空気電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201335A true JPH07201335A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=11469472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6000279A Pending JPH07201335A (ja) | 1994-01-06 | 1994-01-06 | 空気極触媒層の製造法およびそれを用いた円筒形空気電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07201335A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479188B1 (en) | 1999-10-13 | 2002-11-12 | The Gillette Company | Cathode tube and method of making the same |
| JP2007214114A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 空気電池および空気電池用空気極の製造方法 |
| JP2015018679A (ja) * | 2013-07-10 | 2015-01-29 | 日本電信電話株式会社 | リチウム空気二次電池 |
| JP2015072744A (ja) * | 2013-10-01 | 2015-04-16 | 日産自動車株式会社 | 金属空気電池 |
| CN110392957A (zh) * | 2017-03-16 | 2019-10-29 | 夏普株式会社 | 空气电极、金属空气电池及空气电极的制造方法 |
-
1994
- 1994-01-06 JP JP6000279A patent/JPH07201335A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479188B1 (en) | 1999-10-13 | 2002-11-12 | The Gillette Company | Cathode tube and method of making the same |
| JP2007214114A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 空気電池および空気電池用空気極の製造方法 |
| JP2015018679A (ja) * | 2013-07-10 | 2015-01-29 | 日本電信電話株式会社 | リチウム空気二次電池 |
| JP2015072744A (ja) * | 2013-10-01 | 2015-04-16 | 日産自動車株式会社 | 金属空気電池 |
| CN110392957A (zh) * | 2017-03-16 | 2019-10-29 | 夏普株式会社 | 空气电极、金属空气电池及空气电极的制造方法 |
| US10971775B2 (en) | 2017-03-16 | 2021-04-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Air electrode, metal-air battery, and method for producing air electrode |
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