JPS61243659A - 空気極用触媒 - Google Patents
空気極用触媒Info
- Publication number
- JPS61243659A JPS61243659A JP60083751A JP8375185A JPS61243659A JP S61243659 A JPS61243659 A JP S61243659A JP 60083751 A JP60083751 A JP 60083751A JP 8375185 A JP8375185 A JP 8375185A JP S61243659 A JPS61243659 A JP S61243659A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- manganese oxide
- air
- ray diffraction
- mnooh
- 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
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、空気(酸素)燃料電池、ボタン型空気電池な
どに用いられる空気極用触媒の改良に関するものである
。
どに用いられる空気極用触媒の改良に関するものである
。
従来の技術
2 ベージ
従来、空気極用の触媒物質としては種々のものが検討さ
れている。
れている。
たとえば、白金や銀などの貴金属を、活性炭やカーボン
ブランクに析出させたもの、活性炭と金属酸化物とを混
合したもの、さらには金属フタロシアニンとカーボン粉
末との混合物、あるいはそれらの熱処理品など数多く検
討されている。
ブランクに析出させたもの、活性炭と金属酸化物とを混
合したもの、さらには金属フタロシアニンとカーボン粉
末との混合物、あるいはそれらの熱処理品など数多く検
討されている。
発明が解決しようとする問題点
一般に、白金や銀などの触媒効果は大きいのであるが、
ボタン型空気電池のような一次電池では、空気極の再生
使用が困難なことを考慮すると、上記のような触媒は非
常に高価なものとなり、安価に提供できないと言う欠点
がある。
ボタン型空気電池のような一次電池では、空気極の再生
使用が困難なことを考慮すると、上記のような触媒は非
常に高価なものとなり、安価に提供できないと言う欠点
がある。
このため、安価な触媒の1つとして二酸化マンガンを空
気極用触媒に用いることが過去から試みられているが、
数m A/cl 以下の低い電流密度では一部良好な放
電特性の得られるものもあるが、電流密度が10 mA
/ca以上の強放電や、保存後における放電特性におい
ては満足のゆくものではなかった。
気極用触媒に用いることが過去から試みられているが、
数m A/cl 以下の低い電流密度では一部良好な放
電特性の得られるものもあるが、電流密度が10 mA
/ca以上の強放電や、保存後における放電特性におい
ては満足のゆくものではなかった。
3ベー/
本発明はこのような問題点を触媒としてのマンガン酸化
物を改良することで解決することを目的としたものであ
る。
物を改良することで解決することを目的としたものであ
る。
問題点を一解決するための手段
上記問題点を解決するために、本発明の空気極用触媒は
、X線回折による格子定数を示す回折線がCL Mn2
O3の特徴を示し、かつ化学分析値が化学式M n O
xにおいて1.40≦X≦1.50であるマンガン酸化
物を用いたものである。
、X線回折による格子定数を示す回折線がCL Mn2
O3の特徴を示し、かつ化学分析値が化学式M n O
xにおいて1.40≦X≦1.50であるマンガン酸化
物を用いたものである。
本発明者らは、安価で触媒性能にすぐれるマンガン酸化
物触媒を検討したところ、従来よりよく用いられる電解
二酸化マンガンや、化学二酸化マンガン、あるいはそれ
らの熱処理によって得られる三二酸化マンガンよりもす
ぐれた触媒性能を示すマンガン酸化物をみいだすことが
できた。
物触媒を検討したところ、従来よりよく用いられる電解
二酸化マンガンや、化学二酸化マンガン、あるいはそれ
らの熱処理によって得られる三二酸化マンガンよりもす
ぐれた触媒性能を示すマンガン酸化物をみいだすことが
できた。
すなわち、本発明の触媒の製造法上の特徴は、γ−M
n OOHを出発物質とし、これを450〜560℃の
温度で熱処理することである。
n OOHを出発物質とし、これを450〜560℃の
温度で熱処理することである。
第1図に示差熱による種々の加熱処理温度下での重量変
化率を示した。なお雰囲気はN2 ガス、温度上昇速
度は21o℃/分とした。また、X線回折分析によれば
、250〜300℃では出発物質であるγ−MnOOH
とMn608とが混存しており、300℃〜450℃で
はほぼMn508が生成し、さらに450℃〜550℃
の範囲ではa M n 2O3が生成しており550
℃以上ではMn○、 Mn 304などの低級酸化物が
生成することが判った。なお熱処理を空気中で行なって
もほぼ同様の結果が得られる。
化率を示した。なお雰囲気はN2 ガス、温度上昇速
度は21o℃/分とした。また、X線回折分析によれば
、250〜300℃では出発物質であるγ−MnOOH
とMn608とが混存しており、300℃〜450℃で
はほぼMn508が生成し、さらに450℃〜550℃
の範囲ではa M n 2O3が生成しており550
℃以上ではMn○、 Mn 304などの低級酸化物が
生成することが判った。なお熱処理を空気中で行なって
もほぼ同様の結果が得られる。
今回、種々検討を行なったところ、γ−MnOOHは触
媒活性が小さく、Mn508ではかなり良好な触媒性能
を示し、a−Mn2O3ではさらに優れた触媒性能を示
すことが判った。
媒活性が小さく、Mn508ではかなり良好な触媒性能
を示し、a−Mn2O3ではさらに優れた触媒性能を示
すことが判った。
−1だ、550℃以上での熱処理温度領域では、アルカ
リ電解液中での安定性に欠けることが判った。
リ電解液中での安定性に欠けることが判った。
第2図に、上記のN2ガス雰囲気中6o○℃でのγ−M
nOOHの熱処理によって得られた代表的なa M n
2O3のX線回折図を示した。図中、横軸が2O、縦
軸が回折強度である。
nOOHの熱処理によって得られた代表的なa M n
2O3のX線回折図を示した。図中、横軸が2O、縦
軸が回折強度である。
5ぺ−・
一方、γ−MnOOHを出発物質とし、その熱処理によ
り得られたM n Oxを化学分析によって調べたとこ
ろ、処理温度400℃において必ずしもx−1,5(M
n2O3に相描)とはならず、X値がそれより低い場合
が多い。
り得られたM n Oxを化学分析によって調べたとこ
ろ、処理温度400℃において必ずしもx−1,5(M
n2O3に相描)とはならず、X値がそれより低い場合
が多い。
このX値を決める化学分析法はつぎのように行なった。
まずM n Oxを一定のシュウ酸と硫酸との混合液に
溶解し、未反応のシュウ酸を過マンガン酸カリウムで滴
定し、b/i n 02分の比率を測定する。
溶解し、未反応のシュウ酸を過マンガン酸カリウムで滴
定し、b/i n 02分の比率を測定する。
つぎにM n Oxを塩酸で溶解し、EDTAで滴定し
てマンガン金属分の比率を測定した。
てマンガン金属分の比率を測定した。
これらの測定値より、MnOXをつぎの試算式で算出し
た。
た。
X = −+ 1
54.938
式中、aはM n O2の重量百分率であり、bは金属
マンガンの重量百分率を示す。
マンガンの重量百分率を示す。
この方法でM n OxのX値を求めたところ、実際の
測定では、いずれの雰囲気処理においても、6 ぺ−7 450〜560℃では、1.40≦X≦1.50内バラ
ツイだ。
測定では、いずれの雰囲気処理においても、6 ぺ−7 450〜560℃では、1.40≦X≦1.50内バラ
ツイだ。
このことは、γ−MnOOHの熱処理によって得られる
マンガン酸化物は単なるa−Mn2O3ではなく、格子
上の酸素欠陥を持つことを示すものである。
マンガン酸化物は単なるa−Mn2O3ではなく、格子
上の酸素欠陥を持つことを示すものである。
以上述べたように、上記の方法で得られたマンガン酸化
物は、X線回折分析においてa Mn 2O3の特徴を
示すものである。このマンガン酸化物を触媒に用いて空
気極を次のように製造した。
物は、X線回折分析においてa Mn 2O3の特徴を
示すものである。このマンガン酸化物を触媒に用いて空
気極を次のように製造した。
上記マンガン酸化物と、活性炭、カーボンブラックなど
の炭素粉末、さらにフン素樹脂の水性ディスパージョン
とを混合してペースト状となし、これをニッケルステン
レス鋼からなる金属スクリーンに塗着してシート状に成
型した後乾燥する。
の炭素粉末、さらにフン素樹脂の水性ディスパージョン
とを混合してペースト状となし、これをニッケルステン
レス鋼からなる金属スクリーンに塗着してシート状に成
型した後乾燥する。
そして、30o’c前後の温度にて熱処理をし、フッ素
樹脂を軽く焼結する。ここでのフッ素樹脂は結着剤及び
アルカリ電解液などの撥水剤となる。
樹脂を軽く焼結する。ここでのフッ素樹脂は結着剤及び
アルカリ電解液などの撥水剤となる。
また、活性炭は触媒担体として用いるものであるが、そ
れ自体は導電性が小さいのでカーボンブラックをさらに
添加する。
れ自体は導電性が小さいのでカーボンブラックをさらに
添加する。
7 ぺ−2
このようにして得られた空気極は薄型化が可能であり、
厚さ0.2証以下も可能である。
厚さ0.2証以下も可能である。
作 用
この構成により、安価でかつ、10m A/(J以上の
強電流放電が可能な性能的に優れた空気極用触媒を提供
することが可能となる。
強電流放電が可能な性能的に優れた空気極用触媒を提供
することが可能となる。
以下実施例により詳述する。
実施例
7−MnOOHを出発物質として2O0〜600℃寸で
の各温度で、空気及びN2ガス雰囲気中で約2時間熱処
理をし、マンガン酸化物を得る。第3図はこのマンガン
酸化物を空気極用触媒に用いた本発明の一実施例による
ボタン型空気電池の断面図である。図中1は負極亜鉛2
を収容した封目板、3はガスケット、4は正極ケース、
5は含浸材、6は触媒である。
の各温度で、空気及びN2ガス雰囲気中で約2時間熱処
理をし、マンガン酸化物を得る。第3図はこのマンガン
酸化物を空気極用触媒に用いた本発明の一実施例による
ボタン型空気電池の断面図である。図中1は負極亜鉛2
を収容した封目板、3はガスケット、4は正極ケース、
5は含浸材、6は触媒である。
この触媒6の具体的な構成は」二記のマンガン酸化物を
30ωt%、活性炭2Oωt%、カーボンブラック2O
ωt%、及び4フツ化エチレンの水性ディスパージョン
を固形分として3oωt%用意してこれらを練合し、こ
れを線径0.16mm、40メソシユの金属スクリーン
に充填して厚さ0.4闘の触媒シートを得、これを30
0℃にて16分間熱処理をしてポリ4フツ化エチレンを
焼結し、撥水性を強化して直径11.0mmに打ち抜い
たものである。ただしこの場合の触媒の有効直径は約9
個である。
30ωt%、活性炭2Oωt%、カーボンブラック2O
ωt%、及び4フツ化エチレンの水性ディスパージョン
を固形分として3oωt%用意してこれらを練合し、こ
れを線径0.16mm、40メソシユの金属スクリーン
に充填して厚さ0.4闘の触媒シートを得、これを30
0℃にて16分間熱処理をしてポリ4フツ化エチレンを
焼結し、撥水性を強化して直径11.0mmに打ち抜い
たものである。ただしこの場合の触媒の有効直径は約9
個である。
7は直径11.0mmのポリ47)化エチレンからなる
多孔性撥水膜、8は封止紙9で閉塞され使用時に開放さ
れる空気取入孔である。
多孔性撥水膜、8は封止紙9で閉塞され使用時に開放さ
れる空気取入孔である。
以上の構成において、直径11.6 mm 、高さ5.
4胴のR44ザイズのボタン型空気電池を作成した。
4胴のR44ザイズのボタン型空気電池を作成した。
この電池をAとし、比較のため未処理のγ−M n O
OH及びβ−M n O2を用いて作った空気電池をE
−Cとする。
OH及びβ−M n O2を用いて作った空気電池をE
−Cとする。
これら八、B、Cの電池を用い、その開路電圧(O,C
,V、 )及び130Ω負荷(平均電流密度約12 m
A/crl )での放電時の平均維持電圧を比較した。
,V、 )及び130Ω負荷(平均電流密度約12 m
A/crl )での放電時の平均維持電圧を比較した。
その結果を第4図に示しだ。この図において○9 ベー
ン はN2ガス雰囲気中、△は空気中での熱処理を示す。図
より、開路電圧では従来のβ−M n O2に比較し、
450〜600℃で熱処理したものが高いことが判った
。また、開路電圧においてはN2ガス及び空気中の熱処
理時における雰囲気の差は認められなかった。次に、1
30Ω負荷における放電時の平均維持電圧を比較すると
、従来のβ−M n O2に比較して熱処理温度300
〜600℃の範囲において優れていることが判った。特
に450〜600℃の範囲で維持電圧が高いことが判っ
た。
ン はN2ガス雰囲気中、△は空気中での熱処理を示す。図
より、開路電圧では従来のβ−M n O2に比較し、
450〜600℃で熱処理したものが高いことが判った
。また、開路電圧においてはN2ガス及び空気中の熱処
理時における雰囲気の差は認められなかった。次に、1
30Ω負荷における放電時の平均維持電圧を比較すると
、従来のβ−M n O2に比較して熱処理温度300
〜600℃の範囲において優れていることが判った。特
に450〜600℃の範囲で維持電圧が高いことが判っ
た。
しかし、650℃以上で生成したマンガン酸化物はMn
OやMn3O4などの低級酸化物を含んでいるために、
保存によりMnQjpMn304が溶出し、60℃1力
月保存後には平均維持電圧の低下が認められる。
OやMn3O4などの低級酸化物を含んでいるために、
保存によりMnQjpMn304が溶出し、60℃1力
月保存後には平均維持電圧の低下が認められる。
また、熱処理雰囲気がN2ガス中と空気中で平均維持電
圧に差が認められる。その原因については明確ではない
が、すでに述べたM n OxのX値において観測され
る格子中の酸素欠陥が、N2ガス10ベーン 中と空気中とでは差があるものと考えられる。
圧に差が認められる。その原因については明確ではない
が、すでに述べたM n OxのX値において観測され
る格子中の酸素欠陥が、N2ガス10ベーン 中と空気中とでは差があるものと考えられる。
発明の効果
以上のように本発明によるマンガン酸化物触媒は従来の
触媒と比較して安価であり、かつ電流密度10 mA/
cr1以上の強放電性能にも優れており、空気極用触媒
にして非常に有効である。
触媒と比較して安価であり、かつ電流密度10 mA/
cr1以上の強放電性能にも優れており、空気極用触媒
にして非常に有効である。
第1図は熱重量分析による各種加熱処理温度とマンガン
酸化物の重量減少率との関係を示す図、第2図はN2ガ
ス雰囲気中500℃でγ−MnOOHを熱処理して得ら
れた代表的11 Mn2O3のX線回折図、第3図は本
発明の実施例におけるボタン型空気電池の断面図、第4
図は同電池の開路電位及び放電時の平均維持電圧を示し
たものである。 1・・・・・・封口板、2・・・・・・負極亜鉛、3・
・・・・・ガスケット、4・・・・・・正極ケース、6
・・・・・・含浸材、6・・・・・・触媒、7・・・・
・撥水膜、8・・・・・空気取入孔、9・・・・・・封
止紙。
酸化物の重量減少率との関係を示す図、第2図はN2ガ
ス雰囲気中500℃でγ−MnOOHを熱処理して得ら
れた代表的11 Mn2O3のX線回折図、第3図は本
発明の実施例におけるボタン型空気電池の断面図、第4
図は同電池の開路電位及び放電時の平均維持電圧を示し
たものである。 1・・・・・・封口板、2・・・・・・負極亜鉛、3・
・・・・・ガスケット、4・・・・・・正極ケース、6
・・・・・・含浸材、6・・・・・・触媒、7・・・・
・撥水膜、8・・・・・空気取入孔、9・・・・・・封
止紙。
Claims (3)
- (1)X線回折による格子定数を示す回折線がα−Mn
_2O_3の特徴を示し、かつ化学分析値が化学式Mn
O_Xにおいて1.40≦X≦1.50であるマンガン
酸化物を用いた空気極用触媒。 - (2)マンガン酸化物が、γ−MnOOHを450℃〜
550℃の温度で熱処理したものである特許請求の範囲
第1項記載の空気極用触媒。 - (3)γ−MnOOHを熱処理する雰囲気が、実質的に
酸素を含まないものである特許請求の範囲第2項記載の
空気極用触媒。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60083751A JPS61243659A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 空気極用触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60083751A JPS61243659A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 空気極用触媒 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61243659A true JPS61243659A (ja) | 1986-10-29 |
Family
ID=13811234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60083751A Pending JPS61243659A (ja) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | 空気極用触媒 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61243659A (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59171468A (ja) * | 1983-03-18 | 1984-09-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 空気極及びその触媒の製造法 |
-
1985
- 1985-04-19 JP JP60083751A patent/JPS61243659A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59171468A (ja) * | 1983-03-18 | 1984-09-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 空気極及びその触媒の製造法 |
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