JPH0822828A - 空気電極およびその空気電極を用いた電池 - Google Patents

空気電極およびその空気電極を用いた電池

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JPH0822828A
JPH0822828A JP6153519A JP15351994A JPH0822828A JP H0822828 A JPH0822828 A JP H0822828A JP 6153519 A JP6153519 A JP 6153519A JP 15351994 A JP15351994 A JP 15351994A JP H0822828 A JPH0822828 A JP H0822828A
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JP
Japan
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air electrode
battery
air
pores
catalyst layer
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Pending
Application number
JP6153519A
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English (en)
Inventor
Harunari Shimamura
治成 島村
Koji Yoshizawa
浩司 芳澤
Akira Miura
晃 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • 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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  • Inert Electrodes (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素吸着能と酸素還元能を有する触媒層に存
在する細孔のうち、細孔直径が0.01〜0.3μmで
ある細孔の容積の占める割合を全細孔容積の20%以上
とした空気電極とそれを用いた電池を提供する。 【効果】 高効率放電ができる優れた空気電極およびそ
れを用いた電池が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気電池や燃料電池に
用いられる空気電極、およびその空気電極を用いた電池
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来この種の電池は、正極にマンガン酸
化物のMnO2 を活性炭粉末とフッ素樹脂結着剤と導電
材とともに混合して作製した空気電極を用いていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来の方法で作製
された空気電極は、空気電極の酸素吸着能と酸素還元能
を有する触媒層に存在する細孔のうち、細孔直径が0.
01〜0.3μmである細孔の容積の占める割合が、全
細孔容積の20%未満である。細孔直径が0.01〜
0.3μmである細孔では、三相界面が形成され、その
三相界面で電気化学反応が起こると考えられている。し
たがって、細孔直径が0.01〜0.3μmである細孔
の容積の占める割合が、全細孔容積に対し20%未満で
ある空気電極を用いて作製された電池を放電した場合、
高効率な放電ができないという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ため、本発明者等が鋭意検討の結果、マンガン酸化物に
γーMnOOHを還元して作製したMn5 8 とMn3
4 の混合物を使用することで、空気電極の触媒層に存
在する細孔のうち、細孔直径が0.01〜0.3μmで
ある細孔の容積の占める割合が、全細孔容積の20%以
上である空気電極を作製し得ることを知見した。
【0005】本発明はかかる知見によりなされたもの
で、本発明の空気電極は、空気電極の酸素吸着能と酸素
還元能を有する触媒層に存在する細孔のうち、細孔直径
が0.01〜0.3μmである細孔の容積の占める割合
を全細孔容積の20%以上としたことを特徴とする。
【0006】尚、前記触媒層はγーMnOOHを還元し
て作製したMn5 8 とMn3 4の混合物から構成さ
れるものであることが好ましい。
【0007】また、本発明の電池は、酸素を活物質とし
空気電極上で電気化学反応を起こさせる空気電池におい
て、正極に前記空気電極を用い、負極に亜鉛を用い、電
解液に水酸化カリウムを主成分にした水溶液を用いるこ
とを特徴とする。
【0008】
【作用】細孔直径が0.01〜0.3μmである細孔に
は三相界面が形成され、電気化学反応を起こすと考えら
れている。よって、このような細孔直径が0.01〜
0.3μmである細孔の容積の占める割合が、全細孔容
積の20%以上である空気電極を用いて電池を作製する
と、その電池の放電電気量の増加が可能となる。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
【0010】図1は、本発明の実施例に用いた単3型空
気亜鉛電池の構造断面図を示すもので、図中の4は、触
媒層1、集電体層2、およびガス拡散層3によって構成
された3層構造の空気電極である。
【0011】空気電極4を構成するには、まず、線径約
0.15mmのステンレス線を40メッシュ相当に織り
込んでニッケルメッキした集電体ネットからなる集電体
層2にシート状の触媒層1を圧着する。この触媒層1
は、カーボンブラック1.5kg、活性炭4.5kg、
マンガン酸化物6kgおよびフッ素樹脂粉末0.88k
gを混合し、この混合合剤に水25kgを加えて混練し
た後、押し出し成形により偏平帯状にし、更に約60℃
に加熱した2本ローラーに通して圧延し、0.6mmの
シートにしたものである。このようにして得られた触媒
層1および集電体層2からなる2層構造の平板を触媒層
1が内側になるように湾曲させて両端部の1部を重ね合
せて筒形とする。ついで、この2層構造の一部の触媒層
1を取り除いて集電体層2を露出させ端子の代わりとす
る。次に、カーボンブラックとフッ素樹脂を水とポリオ
キシエチレンアルキルエステル系界面活性剤を使って混
練し、約200μmのシート状に成形したガス拡散層3
を外側から巻き付ける。このときの巻き付け回数は2周
以上とする。以上の工程により、3層構造の円筒型空気
電極4が作製される。
【0012】5は、セロハンをビニロン不織布にラミネ
ートしたセパレータである。6は、40wt%の水酸化
カリウム水溶液(酸化亜鉛を3wt%含む)に3wt%
のポリアクリル酸ソーダと1wt%のカルボキシメチル
セルロースを加えてゲル化したものに、その2倍の重量
の亜鉛粉末を加えて混合したゲル状亜鉛負極であり、理
論容量は3700mAhである。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剥がす密封
シール、12は、皿紙である。13は、金属製の外キャ
ップ、14は金属製の内キャップで、これらキャップ1
3,14間に円筒型空気電極4を挟み込んで圧着させ、
正極缶8とスポット溶接することにより集電するように
した。尚図中15は、有機封止剤、16は、樹脂封口
体、17は、負極端子キャップ、18は、負極集電子で
ある。
【0013】空気電極a,b,c,dの触媒層に用いら
れるマンガン酸化物をそれぞれβMnO2 ,γMn
2 ,γMnOOH、そしてγMnOOHを還元雰囲気
中、300℃で焼成して作製したMn5 8 とMn3
4 の混合物を使用して作製し、それらの細孔分布を島津
製作所製、オートポア9920形水銀ポロシメーターを
用いて測定した。これら空気電極a,b,c,dに存在
する細孔は、細孔直径が0.01〜0.3μmである細
孔の容積の占める割合が、それぞれ全細孔容積の5%、
11%、20%、32%であった。
【0014】さらに空気電極a,b,c,dを使って、
前記構成の空気電池A,B,C,Dを作製し、500m
Aで連続放電を行った。その結果を図2に示す。これに
よると、空気電池A,B,C,Dの放電容量は、それぞ
れ1000mAh、1200mAh,2500mAh,
2800mAhとなる。このように、空気電極の触媒層
に存在する細孔のうち、細孔直径が0.01〜0.3μ
mである細孔の容積の占める割合が、全細孔容積の20
%以上である空気電極を使用した電池の方が高効率放電
することが分かる。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明は、触媒層に存在す
る細孔のうち細孔直径が0.01〜0.3μmである細
孔の容積の占める割合が、全細孔容積の20%以上であ
る空気電極を使用することにより、高効率放電ができる
優れた空気電極およびそれを用いた電池が実現できるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における円筒型空気亜鉛電池の
構成図
【図2】本発明の実施例における放電電気量を示す図
【符号の説明】
1 触媒層 2 集電体層 3 ガス拡散層 4 空気電極 5 セパレータ 6 亜鉛負極 7 空気拡散紙 8 正極缶 9 絶縁チューブ 10 空気取り入れ孔 11 密封シール 12 皿紙 13 金属製外カップ 14 金属製内カップ 15 封止剤 16 樹脂封口体 17 負極端子キャップ 18 負極集電子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素吸着能と酸素還元能を有する触媒層
    に存在する細孔のうち、細孔直径が0.01〜0.3μ
    mである細孔の容積の占める割合を全細孔容積の20%
    以上としたことを特徴とする空気電極。
  2. 【請求項2】 前記触媒層はγーMnOOHを還元して
    作製したMn5 8 とMn3 4 の混合物から構成され
    ることを特徴とする請求項1記載の空気電極。
  3. 【請求項3】 酸素を活物質とし空気電極上で電気化学
    反応を起こさせる空気電池において、正極に請求項1記
    載の空気電極を用い、負極に亜鉛を用い、電解液に水酸
    化カリウムを主成分にした水溶液を用いることを特徴と
    する電池。
  4. 【請求項4】 酸素を活物質とし空気電極上で電気化学
    反応を起こさせる空気電池において、正極に請求項2記
    載の空気電極を用い、負極に亜鉛を用い、電解液に水酸
    化カリウムを主成分にした水溶液を用いることを特徴と
    する電池。
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