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Info
- Publication number
- 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
- Prior art keywords
- air electrode
- battery
- air
- pores
- catalyst layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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 Ｏ8 とＭｎ3
Ｏ4 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。
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 Ｏ8 とＭｎ3
Ｏ4 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。
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 Ｏ8 とＭｎ3 Ｏ4の混合物から構成さ
れるものであることが好ましい。
て作製したＭｎ5 Ｏ8 とＭｎ3 Ｏ4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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Ｏ2 ，γＭｎＯＯＨ、そしてγＭｎＯＯＨを還元雰囲気
中、３００℃で焼成して作製したＭｎ5 Ｏ8 とＭｎ3 Ｏ
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。
れるマンガン酸化物をそれぞれβＭｎＯ2 ，γＭｎ
Ｏ2 ，γＭｎＯＯＨ、そしてγＭｎＯＯＨを還元雰囲気
中、３００℃で焼成して作製したＭｎ5 Ｏ8 とＭｎ3 Ｏ
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。
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。
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
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
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)
- 【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。 - 【請求項２】 前記触媒層はγーＭｎＯＯＨを還元して
作製したＭｎ5 Ｏ8 とＭｎ3 Ｏ4 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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6153519A JPH0822828A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 空気電極およびその空気電極を用いた電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6153519A JPH0822828A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 空気電極およびその空気電極を用いた電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0822828A true JPH0822828A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=15564316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6153519A Pending JPH0822828A (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 空気電極およびその空気電極を用いた電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0822828A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004523072A (ja) * | 2001-03-01 | 2004-07-29 | エナージー コンバーション デバイセス インコーポレイテッド | 新規な燃料電池正極、並びにそれを用いた燃料電池 |
| JP2010182606A (ja) * | 2009-02-09 | 2010-08-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム空気電池 |
| WO2011010339A1 (ja) * | 2009-07-21 | 2011-01-27 | 株式会社 東芝 | 燃料電池 |
| US8871394B1 (en) | 2014-03-07 | 2014-10-28 | ZAF Energy Systems, Incorporated | Metal-air battery with reduced gas diffusion layer |
-
1994
- 1994-07-05 JP JP6153519A patent/JPH0822828A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004523072A (ja) * | 2001-03-01 | 2004-07-29 | エナージー コンバーション デバイセス インコーポレイテッド | 新規な燃料電池正極、並びにそれを用いた燃料電池 |
| JP4658450B2 (ja) * | 2001-03-01 | 2011-03-23 | エナージー コンバーション デバイセス インコーポレイテッド | 新規な燃料電池正極、並びにそれを用いた燃料電池 |
| JP2010182606A (ja) * | 2009-02-09 | 2010-08-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム空気電池 |
| WO2011010339A1 (ja) * | 2009-07-21 | 2011-01-27 | 株式会社 東芝 | 燃料電池 |
| JP5362008B2 (ja) * | 2009-07-21 | 2013-12-11 | 株式会社東芝 | 燃料電池 |
| US9312543B2 (en) | 2009-07-21 | 2016-04-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
| US8871394B1 (en) | 2014-03-07 | 2014-10-28 | ZAF Energy Systems, Incorporated | Metal-air battery with reduced gas diffusion layer |
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