JPH08203538A - ガス拡散型空気極 - Google Patents
ガス拡散型空気極Info
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- JPH08203538A JPH08203538A JP7013550A JP1355095A JPH08203538A JP H08203538 A JPH08203538 A JP H08203538A JP 7013550 A JP7013550 A JP 7013550A JP 1355095 A JP1355095 A JP 1355095A JP H08203538 A JPH08203538 A JP H08203538A
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- JP
- Japan
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- gas diffusion
- air electrode
- diffusion type
- powder
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Inert Electrodes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 四酸化三マンガン、二酸化マンガンおよび活
性炭の混合物を酸素還元触媒とするガス拡散型空気極。 【効果】 大電流放電時における電池電圧の低下が低減
する。
性炭の混合物を酸素還元触媒とするガス拡散型空気極。 【効果】 大電流放電時における電池電圧の低下が低減
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気電池や燃料電池の
正極に用いられる、マンガン酸化物と活性炭の混合物を
酸素還元触媒とするガス拡散型空気極に関する。
正極に用いられる、マンガン酸化物と活性炭の混合物を
酸素還元触媒とするガス拡散型空気極に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気電池や燃料電池の正極には、ガス拡
散型空気極が用いられる。一般に、ガス拡散型空気極に
用いられる酸素還元触媒としては、活性炭に担持された
白金や銀などの貴金属；マンガン酸化物と活性炭の混合
物などが挙げられる。
散型空気極が用いられる。一般に、ガス拡散型空気極に
用いられる酸素還元触媒としては、活性炭に担持された
白金や銀などの貴金属；マンガン酸化物と活性炭の混合
物などが挙げられる。
【０００３】このうち、上記貴金属触媒は一般に高価で
あるため経済的でない。これに対して、マンガン酸化物
と活性炭との混合物からなる触媒は、比較的安価であ
り、量産性においても優れているため、多くのガス拡散
型空気極に用いられている。マンガン酸化物のうち二酸
化マンガンは、コストおよび量産性の点から特に好まし
い。
あるため経済的でない。これに対して、マンガン酸化物
と活性炭との混合物からなる触媒は、比較的安価であ
り、量産性においても優れているため、多くのガス拡散
型空気極に用いられている。マンガン酸化物のうち二酸
化マンガンは、コストおよび量産性の点から特に好まし
い。
【０００４】なお、上記マンガン酸化物と活性炭との混
合触媒において、二酸化マンガン以外のマンガン酸化物
としては、三酸化二マンガンを用いたもの（特公平３−
３８７０２号公報）や、八酸化五マンガンを用いたもの
（特公平３−６９１４５号および特開昭５９−１４３２
７６号公報）などが提案されている。
合触媒において、二酸化マンガン以外のマンガン酸化物
としては、三酸化二マンガンを用いたもの（特公平３−
３８７０２号公報）や、八酸化五マンガンを用いたもの
（特公平３−６９１４５号および特開昭５９−１４３２
７６号公報）などが提案されている。
【０００５】最近になって、プッシュプル回路を備えた
補聴器；メロディ呼出しまたはバイブレータ呼出し機能
を備えたページャーなどの機器が開発され、これらの機
器に用いられるボタン型空気電池に対しては、１５〜３
０mA/cm2もの消費電流が要求されており、これは従来の
消費電流（数mA/cm2）をはるかに上回るものである。
補聴器；メロディ呼出しまたはバイブレータ呼出し機能
を備えたページャーなどの機器が開発され、これらの機
器に用いられるボタン型空気電池に対しては、１５〜３
０mA/cm2もの消費電流が要求されており、これは従来の
消費電流（数mA/cm2）をはるかに上回るものである。
【０００６】二酸化マンガンと活性炭の混合物を酸素還
元触媒とする、従来のガス拡散型空気極を用いた空気電
池を、上記のような大電流で放電すると、電池電圧の降
下が大きく、機器が作動しなくなるという問題点があっ
た。
元触媒とする、従来のガス拡散型空気極を用いた空気電
池を、上記のような大電流で放電すると、電池電圧の降
下が大きく、機器が作動しなくなるという問題点があっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決するためになされたものであり、大電流放電特性
が良好なガス拡散型空気極を提供することを目的とす
る。
を解決するためになされたものであり、大電流放電特性
が良好なガス拡散型空気極を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、四酸化三マン
ガン、二酸化マンガンおよび活性炭の混合物を酸素還元
触媒とするガス拡散型空気極に関する。
ガン、二酸化マンガンおよび活性炭の混合物を酸素還元
触媒とするガス拡散型空気極に関する。
【０００９】本発明者らは、酸化マンガンと活性炭の混
合物を酸素還元触媒とするガス拡散型空気極について鋭
意研究を進めた結果、四酸化三マンガン、二酸化マンガ
ンおよび活性炭の混合物からなる酸素還元触媒を用いる
ことにより、大電流放電時の電池電圧の降下が軽減され
ることを見出し本発明を完成した。
合物を酸素還元触媒とするガス拡散型空気極について鋭
意研究を進めた結果、四酸化三マンガン、二酸化マンガ
ンおよび活性炭の混合物からなる酸素還元触媒を用いる
ことにより、大電流放電時の電池電圧の降下が軽減され
ることを見出し本発明を完成した。
【００１０】本発明のガス拡散型空気極は、例えば、四
酸化三マンガン粉末、二酸化マンガン粉末および活性炭
粉末の混合物を酸素還元触媒として、好ましくはこれに
撥水性物質を加えて、シート状などに一体成形して触媒
層を形成させ、次いでこの触媒層に集電体および撥水性
多孔質膜を圧着することによって得られる。
酸化三マンガン粉末、二酸化マンガン粉末および活性炭
粉末の混合物を酸素還元触媒として、好ましくはこれに
撥水性物質を加えて、シート状などに一体成形して触媒
層を形成させ、次いでこの触媒層に集電体および撥水性
多孔質膜を圧着することによって得られる。
【００１１】四酸化三マンガンとしては、湿式酸化して
製造される四酸化三マンガン粉末（例えば、東ソー社
製、商品名ブラウノックス）を用いる。このような四酸
化三マンガンの粒径は０．３〜２５μm の範囲のものが
好ましい。
製造される四酸化三マンガン粉末（例えば、東ソー社
製、商品名ブラウノックス）を用いる。このような四酸
化三マンガンの粒径は０．３〜２５μm の範囲のものが
好ましい。
【００１２】二酸化マンガンとしては、粉末状の天然二
酸化マンガン、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マ
ンガンなどを用いることができ、１０〜１００μm の粒
径のものが好ましい。
酸化マンガン、電解二酸化マンガン、化学合成二酸化マ
ンガンなどを用いることができ、１０〜１００μm の粒
径のものが好ましい。
【００１３】活性炭としては、例えば、粒径１０〜２０
０μm のものが用いられる。
０μm のものが用いられる。
【００１４】次に、上記の、四酸化三マンガン粉末、二
酸化マンガン粉末および活性炭粉末（粒子）を、例えば
バーチカルグラニュレーターなどを用いて０．５〜２時
間混合することによって、酸素還元触媒である混合物を
得る。四酸化三マンガン粉末、二酸化マンガン粉末およ
び活性炭粉末（粒子）の割合は、重量比で５：１５：３
０〜１５：５：５０であり、１０：２０：３０〜２０：
１０：５０が好ましい。四酸化三マンガン粉末と二酸化
マンガン粉末の含有量の合計が、１５重量％以下では、
触媒能力が小さくなり、正極としての分極特性が劣るた
め好ましくなく、また活性炭粉末（粒子）の含有量が２
５重量％以下でも、同様に正極としての反応界面が少な
くなり、酸素の分解反応が遅くなるため好ましくない。
酸化マンガン粉末および活性炭粉末（粒子）を、例えば
バーチカルグラニュレーターなどを用いて０．５〜２時
間混合することによって、酸素還元触媒である混合物を
得る。四酸化三マンガン粉末、二酸化マンガン粉末およ
び活性炭粉末（粒子）の割合は、重量比で５：１５：３
０〜１５：５：５０であり、１０：２０：３０〜２０：
１０：５０が好ましい。四酸化三マンガン粉末と二酸化
マンガン粉末の含有量の合計が、１５重量％以下では、
触媒能力が小さくなり、正極としての分極特性が劣るた
め好ましくなく、また活性炭粉末（粒子）の含有量が２
５重量％以下でも、同様に正極としての反応界面が少な
くなり、酸素の分解反応が遅くなるため好ましくない。
【００１５】以上のようにして得られる触媒混合物は、
そのまま板状などの形状に成形してもよいが、ポリテト
ラフルオロエチレン粉末などの撥水性物質を加えてシー
ト状などの形状に成形するのが好ましい。撥水性物質を
加えるのは、触媒層に撥水性を付与して電解液の浸込み
を防止するためである。なお、シート状に成形するに
は、ローラープレス機やロールプレス機が用いられる。
そのまま板状などの形状に成形してもよいが、ポリテト
ラフルオロエチレン粉末などの撥水性物質を加えてシー
ト状などの形状に成形するのが好ましい。撥水性物質を
加えるのは、触媒層に撥水性を付与して電解液の浸込み
を防止するためである。なお、シート状に成形するに
は、ローラープレス機やロールプレス機が用いられる。
【００１６】このようにして得られる触媒層には、例え
ばシート状触媒層の場合、片面にニッケルネットなどの
集電体を圧着し、もう一方の面には撥水性、通気性を兼
ね備えるポリテトラフルオロエチレン膜などの撥水性多
孔質膜を圧着する。
ばシート状触媒層の場合、片面にニッケルネットなどの
集電体を圧着し、もう一方の面には撥水性、通気性を兼
ね備えるポリテトラフルオロエチレン膜などの撥水性多
孔質膜を圧着する。
【００１７】
【実施例】以下に、実施例および比較例を挙げて、本発
明をより具体的に説明する。
明をより具体的に説明する。
【００１８】実施例 （１）ガス拡散型空気極の作製 図１は、本発明のガス拡散型空気極の縦断面図である。
電解生成マンガンの湿式酸化物であって、平均粒径０．
７μm の四酸化三マンガン粉末２００ｇ、平均粒径２０
μm の二酸化マンガン粉末１００ｇ、平均粒径２０μm
の活性炭粉末４５０ｇおよびポリテトラフルオロエチレ
ン粉末２５０ｇをバーチカルグラニュレーターで１時間
混合し、得られた混合物をローラープレス機を用いて圧
延し、厚さ０．３５μm のシート状の触媒層（１１）を
成形した。
電解生成マンガンの湿式酸化物であって、平均粒径０．
７μm の四酸化三マンガン粉末２００ｇ、平均粒径２０
μm の二酸化マンガン粉末１００ｇ、平均粒径２０μm
の活性炭粉末４５０ｇおよびポリテトラフルオロエチレ
ン粉末２５０ｇをバーチカルグラニュレーターで１時間
混合し、得られた混合物をローラープレス機を用いて圧
延し、厚さ０．３５μm のシート状の触媒層（１１）を
成形した。
【００１９】このようにして得られた触媒層（１１）の
片面に、集電体（１２）として線径０．１６mm、４０メ
ッシュのニッケルメッキを施したステンレス製ネット
を、ローラプレス機を用いて圧着した。次いで、もう一
方の触媒層（１１）面に、撥水性多孔質膜（１３）とし
て厚さ１００μm のポリテトラフルオロエチレン膜を、
同じくローラープレス機を用いて圧着して厚さ０．４０
mmのシートとし、これを円形に打抜いてガス拡散型空気
極（６）とした。
片面に、集電体（１２）として線径０．１６mm、４０メ
ッシュのニッケルメッキを施したステンレス製ネット
を、ローラプレス機を用いて圧着した。次いで、もう一
方の触媒層（１１）面に、撥水性多孔質膜（１３）とし
て厚さ１００μm のポリテトラフルオロエチレン膜を、
同じくローラープレス機を用いて圧着して厚さ０．４０
mmのシートとし、これを円形に打抜いてガス拡散型空気
極（６）とした。
【００２０】空気電池の組立 図２は、本発明のガス拡散型空気極（６）を正極に用い
た空気電池の縦断面図である。シールテープ（１０）で
封口された空気孔（９）を有する正極ケース（４）内
に、拡散紙（８）、撥水性多孔質膜（７）として前記ガ
ス拡散型空気極（６）に用いたのと同じポリテトラフル
オロエチレン膜、上記ガス拡散型空気極（６）およびセ
パレータ（５）を、この順序で載置した。次に、セパレ
ータ（５）上に亜鉛ゲルからなる負極（２）を載置し、
正極ケース（４）の開口部に絶縁ガスケット（３）を介
して封口板（１）を嵌合し、かしめて、直径２３．２m
m、高さ３．０mmのボタン型空気電池ＰＲ２３３０を組
立てた。
た空気電池の縦断面図である。シールテープ（１０）で
封口された空気孔（９）を有する正極ケース（４）内
に、拡散紙（８）、撥水性多孔質膜（７）として前記ガ
ス拡散型空気極（６）に用いたのと同じポリテトラフル
オロエチレン膜、上記ガス拡散型空気極（６）およびセ
パレータ（５）を、この順序で載置した。次に、セパレ
ータ（５）上に亜鉛ゲルからなる負極（２）を載置し、
正極ケース（４）の開口部に絶縁ガスケット（３）を介
して封口板（１）を嵌合し、かしめて、直径２３．２m
m、高さ３．０mmのボタン型空気電池ＰＲ２３３０を組
立てた。
【００２１】大電流放電試験 上記のようにして１０個のボタン型空気電池を組立て、
各々について、次のような大電流放電試験を行った。空
気電池をメロディ呼出し機能付ページャー内に装着し、
４０〜５０mAの消費電流で２０秒間メロディ鳴音呼出し
を行い、電池電圧の経時変化を測定した。測定した１０
個の電池電圧について、上記２０秒経過後の最大値、最
小値および平均値を表１に示す。また、電池電圧の経時
変化の代表例を図３に示す。
各々について、次のような大電流放電試験を行った。空
気電池をメロディ呼出し機能付ページャー内に装着し、
４０〜５０mAの消費電流で２０秒間メロディ鳴音呼出し
を行い、電池電圧の経時変化を測定した。測定した１０
個の電池電圧について、上記２０秒経過後の最大値、最
小値および平均値を表１に示す。また、電池電圧の経時
変化の代表例を図３に示す。
【００２２】比較例 ガス拡散型空気極の酸素還元触媒成分として、四酸化三
マンガン粉末２００ｇと二酸化マンガン粉末１００ｇに
代えて、二酸化マンガン粉末のみを３００ｇ用いた以外
は、実施例と同様にしてガス拡散型空気極を作製してボ
タン型空気電池を組立て、これらを用いて同様に大電流
放電試験を行った。結果を、表１および図４に示す。
マンガン粉末２００ｇと二酸化マンガン粉末１００ｇに
代えて、二酸化マンガン粉末のみを３００ｇ用いた以外
は、実施例と同様にしてガス拡散型空気極を作製してボ
タン型空気電池を組立て、これらを用いて同様に大電流
放電試験を行った。結果を、表１および図４に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１、図３および図４より、本発明のガス
拡散型空気極を用いたボタン型空気電池は、従来のガス
拡散型空気極を用いたものに比べて、大電流放電時の平
均電池電圧が１００mV以上も高いことが明らかとなっ
た。
拡散型空気極を用いたボタン型空気電池は、従来のガス
拡散型空気極を用いたものに比べて、大電流放電時の平
均電池電圧が１００mV以上も高いことが明らかとなっ
た。
【００２５】
【発明の効果】ガス拡散型空気極の酸素還元触媒とし
て、四酸化三マンガン、二酸化マンガンおよび活性炭の
混合物を用いることによって、空気電池を大電流放電し
た場合に、電圧の降下を抑制することが可能となる。こ
の理由は、下記に示す正極での酸素還元反応において、
律速段階である過酸化水素物イオン（ＨＯ2 -）の分解反
応の触媒作用が向上し活性化エネルギーが小さくなるた
め、全体の反応がスムースに生起するためと考えられ
る。
て、四酸化三マンガン、二酸化マンガンおよび活性炭の
混合物を用いることによって、空気電池を大電流放電し
た場合に、電圧の降下を抑制することが可能となる。こ
の理由は、下記に示す正極での酸素還元反応において、
律速段階である過酸化水素物イオン（ＨＯ2 -）の分解反
応の触媒作用が向上し活性化エネルギーが小さくなるた
め、全体の反応がスムースに生起するためと考えられ
る。
【図１】本発明のガス拡散型空気極の縦断面図である。
【図２】本発明のガス拡散型空気極を用いた空気電池の
縦断面図である。
縦断面図である。
【図３】実施例の大電流放電試験における電池電圧の経
時変化を示すグラフである。
時変化を示すグラフである。
【図４】比較例の大電流放電試験における電池電圧の経
時変化を示すグラフである。
時変化を示すグラフである。
１…封口板 ２…負極 ３…ガスケット ４…正極ケース ５…セパレータ ６…ガス拡散型空気極 ７，１３…撥水性多孔質膜 ８…拡散紙 ９…空気孔 １０…シールテープ １１…触媒層 １２…集電体
Claims (2)
- 【請求項１】 四酸化三マンガン、二酸化マンガンおよ
び活性炭の混合物を酸素還元触媒とするガス拡散型空気
極。 - 【請求項２】 前記四酸化三マンガンが、電解マンガン
の湿式酸化物である請求項１記載のガス拡散型空気極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7013550A JPH08203538A (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | ガス拡散型空気極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7013550A JPH08203538A (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | ガス拡散型空気極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08203538A true JPH08203538A (ja) | 1996-08-09 |
Family
ID=11836280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7013550A Pending JPH08203538A (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | ガス拡散型空気極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08203538A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000036676A1 (en) * | 1998-12-15 | 2000-06-22 | Electric Fuel Limited | An air electrode providing high current density for metal-air batteries |
-
1995
- 1995-01-31 JP JP7013550A patent/JPH08203538A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000036676A1 (en) * | 1998-12-15 | 2000-06-22 | Electric Fuel Limited | An air electrode providing high current density for metal-air batteries |
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