JP2017054740A - Electrolytic solution for metal air battery, and metal air battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属空気電池用電解液、及び、金属空気電池に関する。 The present invention relates to a metal-air battery electrolyte and a metal-air battery.
活物質として酸素を利用する空気電池は、エネルギー密度が高い等の多くの利点を有している。空気電池としては、例えば、アルミニウム空気電池やマグネシウム空気電池等の金属空気電池が知られている。
このような空気電池に関する技術として、例えば特許文献１には、正極（空気極）、電解液、アルミニウム金属を用いた負極を備えるアルミニウム空気電池が開示されている。
An air battery using oxygen as an active material has many advantages such as high energy density. As an air battery, for example, a metal air battery such as an aluminum air battery or a magnesium air battery is known.
As a technique related to such an air battery, for example, Patent Document 1 discloses an aluminum air battery including a positive electrode (air electrode), an electrolytic solution, and a negative electrode using aluminum metal.
しかしながら、アルミニウム、マグネシウム等の金属元素を負極に用いた金属空気電池では、自己放電が起こってしまうという問題がある。
本発明は上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、本発明の目的は、金属空気電池の自己放電を抑制することができる金属空気電池用電解液、及び、当該電解液を用いた金属空気電池を提供することである。
However, a metal-air battery using a metal element such as aluminum or magnesium for the negative electrode has a problem that self-discharge occurs.
The present invention has been accomplished in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electrolytic solution for a metal-air battery that can suppress self-discharge of the metal-air battery, and metal air using the electrolytic solution. It is to provide a battery.
本発明の金属空気電池用電解液は、ＣｎＨ２ｎ＋１ＳＬ（ここで、ｎは自然数であり、ＬはＨ、Ｌｉ、及び、Ｎａからなる群より選ばれるいずれか一種の元素である。）を含む自己放電抑制剤を含有する水溶液からなり、アルミニウム又はマグネシウムから選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む負極を有する金属空気電池に用いられる。 The electrolytic solution for a metal-air battery of the present invention is C n H 2n + 1 SL (where n is a natural number, and L is any one element selected from the group consisting of H, Li, and Na). And is used for a metal-air battery having a negative electrode containing at least one metal element selected from aluminum or magnesium.
本発明の金属空気電池用電解液において、前記自己放電抑制剤は、ＣＨ３ＳＬ（ここで、ＬはＨ、Ｌｉ、及び、Ｎａからなる群より選ばれるいずれか一種の元素である。）であることが好ましい。
本発明の金属空気電池用電解液において、前記自己放電抑制剤の含有量は、０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上、０．１ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。
本発明の金属空気電池用電解液において、前記水溶液は、塩基性であることが好ましい。
本発明の金属空気電池用電解液において、前記水溶液は、電解質化合物としてＮａＯＨを含有することが好ましい。
In the metal-air battery electrolyte of the present invention, the self-discharge suppressor is CH 3 SL (where L is any one element selected from the group consisting of H, Li, and Na). Preferably there is.
In the metal-air battery electrolyte of the present invention, the content of the self-discharge inhibitor is preferably 0.001 mol / L or more and 0.1 mol / L or less.
In the metal-air battery electrolyte of the present invention, the aqueous solution is preferably basic.
In the metal-air battery electrolyte of the present invention, the aqueous solution preferably contains NaOH as an electrolyte compound.
本発明の金属空気電池は、酸素が供給される空気極と、
アルミニウム又はマグネシウムから選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む負極と、
前記空気極と前記負極に接触する電解液と、を備え、
前記電解液は、前記金属空気電池用電解液であることを特徴とする。
The metal-air battery of the present invention includes an air electrode supplied with oxygen,
A negative electrode containing at least one metal element selected from aluminum or magnesium;
An electrolyte solution in contact with the air electrode and the negative electrode,
The electrolyte solution is the metal-air battery electrolyte solution.
本発明によれば、金属空気電池の自己放電を抑制することができる。 According to the present invention, self-discharge of a metal-air battery can be suppressed.
１．金属空気電池用電解液
本発明の金属空気電池用電解液は、ＣｎＨ２ｎ＋１ＳＬ（ここで、ｎは自然数であり、ＬはＨ、Ｌｉ、及び、Ｎａからなる群より選ばれるいずれか一種の元素である。）を含む自己放電抑制剤を含有する水溶液からなり、アルミニウム又はマグネシウムから選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む負極を有する金属空気電池に用いられる。
1. Electrolyte for metal-air battery The electrolyte for metal-air battery of the present invention is C n H 2n + 1 SL (where n is a natural number, L is any one selected from the group consisting of H, Li, and Na) And is used for a metal-air battery having a negative electrode containing at least one metal element selected from aluminum or magnesium.
アルミニウム又はマグネシウムから選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む負極を有する金属空気電池においては、当該負極が電解液と接触した際に、金属空気電池が激しく自己放電するため、当該電池の容量損失や電池電圧の低下が大きいという問題がある。
金属空気電池の自己放電反応は、負極に含まれる金属（以下、負極金属と称する場合がある）の主元素（Ａｌ、Ｍｇ）と、当該金属中に含まれる鉄等の不純物元素との電位差により、局部電池を形成することにより生じる。例えば、上記金属の主元素がアルミニウムの場合、不純物元素の鉄が正極（カソード）となり、当該正極では、鉄表面での水の還元分解反応が進行し、負極では、アルミニウムの酸化反応（すなわち、イオン化による溶出反応）が進行する。また、電池電圧の低下は、水素発生に伴う混成電位によるものと考えられる。
一方、負極に用いる金属として、純度の高い金属を用いると自己放電は生じにくくなるが、コストが増大し、実用化が困難になるという問題がある。
本発明者らは、自己放電抑制剤として、ＣｎＨ２ｎ＋１ＳＬ（ここで、ｎは自然数であり、ＬはＨ、Ｌｉ、及び、Ｎａからなる群より選ばれるいずれか一種の元素である。）を電解液中に添加することによって、金属空気電池の自己放電を抑制することができることを見出した。
チオール化合物は自己組織化単分子膜とよばれる分子膜を金属上で形成することが知られている。アルミニウム及びマグネシウムは、鉄よりも電気化学的に卑な金属であるため、自己放電抑制剤にＣｎＨ２ｎ＋１Ｓ−アニオンが含まれる場合、当該アニオンは負極金属の主元素であるアルミニウム及びマグネシウムよりも負極金属に含まれる不純物金属である鉄金属の表面に優先的に吸着し、当該鉄金属表面に被膜を形成すると考えられる。これにより、鉄金属の電解液への直接の接触が抑制される。結果として、局部電池の形成が抑制され、金属空気電池の自己放電が抑制される。さらに水素発生に伴う電池電圧の低下が抑制されると考えられる。
In a metal-air battery having a negative electrode containing at least one metal element selected from aluminum or magnesium, the metal-air battery undergoes intense self-discharge when the negative electrode comes into contact with the electrolytic solution. There is a problem that the voltage drop is large.
The self-discharge reaction of a metal-air battery is caused by the potential difference between the main elements (Al, Mg) of a metal (hereinafter sometimes referred to as a negative electrode metal) contained in the negative electrode and an impurity element such as iron contained in the metal. This is caused by forming a local battery. For example, when the main element of the metal is aluminum, the impurity element iron becomes a positive electrode (cathode), in which the reductive decomposition reaction of water on the iron surface proceeds, and in the negative electrode, the oxidation reaction of aluminum (that is, Elution reaction by ionization) proceeds. In addition, the decrease in battery voltage is considered to be due to the mixed potential accompanying hydrogen generation.
On the other hand, when a high-purity metal is used as the metal for the negative electrode, self-discharge is less likely to occur, but there is a problem that the cost increases and practical application becomes difficult.
The present inventors have used C n H 2n + 1 SL (where n is a natural number and L is any one element selected from the group consisting of H, Li, and Na as a self-discharge suppressor). It was found that self-discharge of the metal-air battery can be suppressed by adding) to the electrolyte.
It is known that a thiol compound forms a molecular film called a self-assembled monolayer on a metal. Since aluminum and magnesium are electrochemically base metals than iron, when the C n H 2n + 1 S - anion is contained in the self-discharge suppressor, the anion is more than aluminum and magnesium, which are the main elements of the negative electrode metal. Is preferentially adsorbed on the surface of the iron metal, which is an impurity metal contained in the negative electrode metal, and forms a film on the surface of the iron metal. Thereby, the direct contact to the electrolyte solution of iron metal is suppressed. As a result, the formation of the local battery is suppressed, and the self-discharge of the metal-air battery is suppressed. Furthermore, it is thought that the battery voltage drop accompanying hydrogen generation is suppressed.
水溶液は、少なくとも自己放電抑制剤と、電解質化合物を含む。
自己放電抑制剤としては、ＣｎＨ２ｎ＋１ＳＬ（ここで、ｎは自然数であり、ＬはＨ、Ｌｉ、及び、Ｎａからなる群より選ばれるいずれか一種の元素である。）を含むものであれば特に限定されない。ＣｎＨ２ｎ＋１ＳＬにおける炭素数ｎは、特に限定されず、好ましくは炭素数ｎが３以下であり、さらに好ましくは炭素数ｎが１である。ＣｎＨ２ｎ＋１ＳＬにおける炭素鎖の構造は特に限定されず、例えば、直鎖構造、分岐構造、環状構造等が挙げられ、好ましくは直鎖構造である。また、炭素鎖中に官能基が一種以上含まれていてもよい。
自己放電抑制剤に含まれるアニオンの具体例としては、ＣＨ３Ｓ−、ＣＨ３ＣＨ２Ｓ−、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｓ−、及び、（ＣＨ３）２ＣＨＳ−等が挙げられ、ＣＨ３Ｓ−が含まれていることが好ましい。
自己放電抑制剤に含まれるカチオンの具体例としては、Ｈ＋、Ｌｉ＋、及び、Ｎａ＋等が挙げられる。自己放電抑制剤に含まれる、Ｌｉ＋、及び、Ｎａ＋は、アルミニウム及びマグネシウムよりも電気化学的に卑な金属のカチオンである。そのため、上記金属のカチオンは、電解液中で負極金属であるアルミニウム及びマグネシウムとは反応し難い。したがって、上記金属のカチオンであれば、自己放電抑制のための、負極金属中に含まれる鉄等の不純物への上記アニオンの優先的な吸着を阻害し難いと考えられる。
自己放電抑制剤の具体例としては、ＣＨ３ＳＨ、ＣＨ３ＳＮａ、ＣＨ３ＣＨ２ＳＮａ、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＳＮａ、（ＣＨ３）２ＣＨＳＮａ、ＣＨ３ＳＬｉ、ＣＨ３ＣＨ２ＳＬｉ、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＳＬｉ、及び、（ＣＨ３）２ＣＨＳＬｉ等が挙げられ、ＣＨ３ＳＮａが好ましい。
電解液に含まれる自己放電抑制剤の含有量は、特に限定されないが、０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上、０．１ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。０．００１ｍｏｌ／Ｌ未満では、自己放電抑制効果が得られにくくなるおそれがある。０．１ｍｏｌ／Ｌを超えると、自己放電抑制剤が電解液中に溶解せずに、電池の放電反応を阻害するおそれがある。
The aqueous solution contains at least a self-discharge inhibitor and an electrolyte compound.
The self-discharge suppressor contains C n H 2n + 1 SL (where n is a natural number and L is any one element selected from the group consisting of H, Li, and Na). If there is no particular limitation. C n H 2n + 1 carbon atoms in the SL n is not particularly limited, preferably the n number of carbon atoms of 3 or less, more preferably 1 carbon number n. Structure C n H 2n + 1 carbon chain of the SL is not particularly limited, for example, a straight chain structure, branched structure, cyclic structure, and the like, is preferably straight-chain structure. One or more functional groups may be contained in the carbon chain.
Specific examples of the anion contained in the self-discharge inhibitor, CH 3 S -, CH 3 CH 2 S -, CH 3 CH 2 CH 2 S -, and, (CH 3) 2 CHS - include such, CH 3 S - often contain preferred.
Specific examples of the cation contained in the self-discharge inhibitor include H + , Li + , and Na + . Li + and Na + contained in the self-discharge suppressor are cations of a metal that is electrochemically less basic than aluminum and magnesium. Therefore, the metal cation hardly reacts with aluminum and magnesium, which are negative electrode metals, in the electrolytic solution. Therefore, if it is the said metal cation, it will be hard to inhibit the preferential adsorption | suction of the said anion to impurities, such as iron contained in a negative electrode metal, for self-discharge suppression.
Specific examples of self-discharge inhibitor, CH 3 SH, CH 3 SNa , CH 3 CH 2 SNa, CH 3 CH 2 CH 2 SNa, (CH 3) 2 CHSNa, CH 3 SLi, CH 3 CH 2 SLi, CH 3 CH 2 CH 2 SLi, (CH 3 ) 2 CHSLi and the like can be mentioned, and CH 3 SNa is preferable.
Although content of the self-discharge inhibitor contained in electrolyte solution is not specifically limited, It is preferable that they are 0.001 mol / L or more and 0.1 mol / L or less. If it is less than 0.001 mol / L, the self-discharge suppressing effect may be difficult to obtain. If it exceeds 0.1 mol / L, the self-discharge suppressant may not be dissolved in the electrolyte solution and may inhibit the battery discharge reaction.
電解質化合物は、水に対して溶解性を有し、所望のイオン伝導性を発現するものであれば特に限定されないが、水溶液が、中性又は塩基性になるものであることが好ましく、電極の反応性向上の観点から、塩基性になるものが特に好ましい。
電解質化合物としては、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及び、Ｒａからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を含むものであることが好ましい。電解質化合物の具体例としては、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＲｂＯＨ、ＣｓＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２、及び、Ｓｒ（ＯＨ）２等が挙げられ、ＮａＯＨ、ＫＯＨが好ましく、特にＮａＯＨが好ましい。
電解質化合物の濃度は、特に限定されないが、下限としては、好ましくは０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上、特に０．１ｍｏｌ／Ｌ以上、さらに１ｍｏｌ／Ｌ以上であり、上限としては、好ましくは２０ｍｏｌ／Ｌ以下、特に１０ｍｏｌ／Ｌ以下、さらに８ｍｏｌ／Ｌ以下である。
電解質化合物の濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌ未満の場合は、負極金属の溶解性が低下するおそれがある。一方、電解質化合物の濃度が、２０ｍｏｌ／Ｌを超える場合は、金属空気電池の自己放電が加速され、電池特性が低下するおそれがある。
電解液のｐＨは７以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましく、１４以上であることが特に好ましい。
The electrolyte compound is not particularly limited as long as it has solubility in water and expresses desired ionic conductivity, but the aqueous solution is preferably neutral or basic. From the viewpoint of improving reactivity, those that are basic are particularly preferred.
The electrolyte compound preferably contains at least one metal selected from the group consisting of Li, K, Na, Rb, Cs, Fr, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra. Specific examples of the electrolyte compound include LiCl, NaCl, KCl, MgCl 2 , CaCl 2 , LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , and Sr (OH) 2. NaOH and KOH are preferable, and NaOH is particularly preferable.
The concentration of the electrolyte compound is not particularly limited, but the lower limit is preferably 0.01 mol / L or more, particularly 0.1 mol / L or more, more preferably 1 mol / L or more, and the upper limit is preferably 20 mol / L or less. In particular, it is 10 mol / L or less, and further 8 mol / L or less.
When the concentration of the electrolyte compound is less than 0.01 mol / L, the solubility of the negative electrode metal may be reduced. On the other hand, when the concentration of the electrolyte compound exceeds 20 mol / L, the self-discharge of the metal-air battery is accelerated, and the battery characteristics may be deteriorated.
The pH of the electrolytic solution is preferably 7 or more, more preferably 10 or more, and particularly preferably 14 or more.
２．金属空気電池
本発明の金属空気電池は、酸素が供給される空気極と、
アルミニウム又はマグネシウムから選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む負極と、
前記空気極と前記負極に接触する電解液と、を備え、
前記電解液は、前記金属空気電池用電解液であることを特徴とする。
2. Metal-air battery The metal-air battery of the present invention includes an air electrode to which oxygen is supplied,
A negative electrode containing at least one metal element selected from aluminum or magnesium;
An electrolyte solution in contact with the air electrode and the negative electrode,
The electrolyte solution is the metal-air battery electrolyte solution.
本発明において、金属空気電池とは、空気極において、活物質である酸素の還元反応が行われ、負極において、金属元素の酸化反応が行われ、空気極と負極との間に配置される電解液によってイオンが伝導される電池を指す。金属空気電池の種類としては、例えば、マグネシウム空気一次電池、アルミニウム空気一次電池等を挙げることができる。 In the present invention, the metal-air battery is an electrolysis that is performed between the air electrode and the negative electrode in which a reduction reaction of oxygen, which is an active material, is performed in the air electrode, and an oxidation reaction of a metal element is performed in the negative electrode. A battery in which ions are conducted by liquid. As a kind of metal air battery, a magnesium air primary battery, an aluminum air primary battery, etc. can be mentioned, for example.
図１は、本発明の金属空気電池の概略的な構成を示す断面図である。
図１に示すように、金属空気電池１０は、負極１１と、負極１１と離隔されて設けられている空気極１２と、負極１１と空気極１２との間に配置される電解液１３を保持するセパレータ１４と、負極１１に接続された負極集電体１５と、空気極１２に接続された空気極集電体１６と、これらを収容する外装体１７とを備え、外装体１７の一部が撥水膜１８で構成されている。金属空気電池１０は、撥水膜１８等を用いて、電解液１３が外装体１７から漏洩しないように構成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a metal-air battery of the present invention.
As shown in FIG. 1, the metal-air battery 10 holds a negative electrode 11, an air electrode 12 provided separately from the negative electrode 11, and an electrolyte solution 13 disposed between the negative electrode 11 and the air electrode 12. Part of the outer package 17, a separator 14 that is connected to the negative electrode 11, an air electrode current collector 16 that is connected to the air electrode 12, and an outer package 17 that accommodates these. Is formed of a water repellent film 18. The metal-air battery 10 is configured so that the electrolytic solution 13 does not leak from the exterior body 17 using a water repellent film 18 or the like.
本発明の金属空気電池に使用できる電解液は、上記「１．金属空気電池用電解液」と同様のため、ここでの説明は省略する。 Since the electrolytic solution that can be used in the metal-air battery of the present invention is the same as the above-mentioned “1. Electrolytic solution for metal-air battery”, description thereof is omitted here.
本発明の金属空気電池は、必要に応じ、空気極と負極との絶縁性を確保するためのセパレータを有する。セパレータは、電解液を保持する観点から、多孔質構造を有することが好ましい。セパレータの多孔質構造は、電解液を保持することができれば特に限定されず、例えば、構成繊維が規則正しく配列されたメッシュ構造、構成繊維がランダムに配列された不織布構造、独立孔や連結孔を有する三次元網目構造等が挙げられる。セパレータは、従来公知のものを用いることができる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、セルロース等の多孔膜や、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等が挙げられる。
セパレータの厚さは、特に限定されるものではなく、例えば、０．１〜２００μｍの範囲が好ましい。
セパレータの多孔度としては、３０〜９０％であることが好ましく、４５〜７０％であることがより好ましい。多孔度が低すぎるとイオン拡散を阻害する傾向があり、高すぎると強度が低下する傾向がある。
The metal-air battery of the present invention has a separator for ensuring the insulation between the air electrode and the negative electrode as necessary. It is preferable that a separator has a porous structure from a viewpoint of hold | maintaining electrolyte solution. The porous structure of the separator is not particularly limited as long as the electrolyte solution can be retained. For example, the separator has a mesh structure in which constituent fibers are regularly arranged, a nonwoven fabric structure in which constituent fibers are randomly arranged, independent holes, and connecting holes. Examples include a three-dimensional network structure. A conventionally well-known thing can be used for a separator. Specific examples include porous films such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and cellulose, and nonwoven fabrics such as a resin nonwoven fabric and a glass fiber nonwoven fabric.
The thickness of a separator is not specifically limited, For example, the range of 0.1-200 micrometers is preferable.
The porosity of the separator is preferably 30 to 90%, and more preferably 45 to 70%. If the porosity is too low, ion diffusion tends to be inhibited, and if it is too high, the strength tends to decrease.
空気極は、少なくとも導電性材料を含む。
導電性材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば炭素材料、ペロブスカイト型導電性材料、多孔質導電性ポリマー及び金属体等を挙げることができる。
炭素材料は、多孔質構造を有するものであってもよく、多孔質構造を有しないものであってもよいが、多孔質構造を有するものであることが好ましい。比表面積が大きく、多くの反応場を提供することができるからである。多孔質構造を有する炭素材料としては、具体的にはメソポーラスカーボン等を挙げることができる。一方、多孔質構造を有しない炭素材料としては、具体的にはグラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、及び、カーボンファイバー等を挙げることができる。
金属体は、電解液に対して安定な公知の金属によって構成することができる。金属体は、具体的には、例えばＮｉ、Ｃｒ、及び、Ａｌからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を含有する金属層（被覆膜）が表面に形成されているものであっても、その全体がＮｉ、Ｃｒ、及び、Ａｌからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属からなる金属材料によって、構成されているものであってもよい。金属体の形態は、例えば、金属メッシュ、穴開け加工された金属箔、又は、発泡金属体等の公知の形態にすることができる。
空気極における導電性材料の含有量としては、例えば、空気極全体の質量を１００質量％としたとき、１０〜９９質量％、中でも５０〜９５質量％であることが好ましい。
The air electrode includes at least a conductive material.
The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include a carbon material, a perovskite-type conductive material, a porous conductive polymer, and a metal body.
The carbon material may have a porous structure or may not have a porous structure, but preferably has a porous structure. This is because the specific surface area is large and many reaction fields can be provided. Specific examples of the carbon material having a porous structure include mesoporous carbon. On the other hand, specific examples of the carbon material having no porous structure include graphite, acetylene black, carbon black, carbon nanotube, and carbon fiber.
A metal body can be comprised with the well-known metal stable with respect to electrolyte solution. Specifically, for example, the metal body has a metal layer (coating film) containing at least one metal selected from the group consisting of Ni, Cr, and Al formed on the surface, The whole may be composed of a metal material made of at least one metal selected from the group consisting of Ni, Cr, and Al. The form of the metal body can be a known form such as a metal mesh, a metal foil that has been punched, or a metal foam body.
As content of the electroconductive material in an air electrode, when the mass of the whole air electrode is 100 mass%, for example, it is preferable that it is 10-99 mass%, especially 50-95 mass%.
空気極は、電極反応を促進する触媒を含有していてもよく、触媒は上記導電性材料に担持されていてもよい。
触媒は、金属空気電池に使用可能な、酸素還元能を有する公知の触媒を適宜用いることができる。触媒としては、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、及び、白金からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属；Ｃｏ、Ｍｎ、又は、Ｆｅ等の遷移金属を含むペロブスカイト型酸化物；ポルフィリン骨格又はフタロシアニン骨格を有する金属配位有機化合物；二酸化マンガン（ＭｎＯ２）及び酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の無機セラミックス；これらの材料を混合した複合材料等を挙げることができる。
空気極における触媒の含有量は、例えば、空気極全体の質量を１００質量％としたとき、０〜９０質量％、中でも１〜９０質量％であることが好ましい。
The air electrode may contain a catalyst that promotes an electrode reaction, and the catalyst may be supported on the conductive material.
As the catalyst, a known catalyst having an oxygen reducing ability that can be used in a metal-air battery can be appropriately used. Examples of the catalyst include at least one metal selected from the group consisting of ruthenium, rhodium, palladium, and platinum; a perovskite oxide containing a transition metal such as Co, Mn, or Fe; a porphyrin skeleton or a phthalocyanine skeleton. Examples thereof include metal coordination organic compounds having inorganic ceramics such as manganese dioxide (MnO 2 ) and cerium oxide (CeO 2 ); and composite materials obtained by mixing these materials.
For example, the content of the catalyst in the air electrode is preferably 0 to 90% by mass, and more preferably 1 to 90% by mass, when the mass of the entire air electrode is 100% by mass.
空気極は、必要に応じ、導電性材料を固定化する結着剤を含有する。
結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。
空気極における結着剤の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、空気極全体の質量を１００質量％としたとき、１〜４０質量％であることが好ましく、１０〜３０質量％であることが特に好ましい。
The air electrode contains a binder for immobilizing the conductive material as necessary.
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene / butadiene rubber (SBR), and the like.
Although content of the binder in an air electrode is not specifically limited, For example, when the mass of the whole air electrode is 100 mass%, it is preferable that it is 1-40 mass%, and 10-30 mass. % Is particularly preferred.
空気極の作製方法としては、例えば、導電性材料等の上記空気極用材料を混合して圧延する方法や、上記空気極用材料と溶媒とを含むスラリーを塗布する方法が挙げられる。スラリーの調製に用いられる溶媒としては、例えば、アセトン、エタノール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等が挙げられる。スラリーの塗布方法としては、スプレー法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、ダイコート法、ドクターブレード法、インクジェット法等が挙げられる。具体的には、スラリーを後述する空気極集電体又はキャリアフィルムに塗布した後、乾燥させ、必要に応じて、圧延、切断することで、空気極を成形することができる。
空気極の厚さは、金属空気電池の用途等により異なるものであるが、例えば２〜５００μｍの範囲内、特に３０〜３００μｍの範囲内であることが好ましい。
Examples of the method for producing the air electrode include a method in which the air electrode material such as a conductive material is mixed and rolled, and a method in which a slurry containing the air electrode material and a solvent is applied. Examples of the solvent used for preparing the slurry include acetone, ethanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the like. Examples of the slurry application method include a spray method, a screen printing method, a gravure printing method, a die coating method, a doctor blade method, and an ink jet method. Specifically, the slurry can be applied to an air electrode current collector or carrier film, which will be described later, and then dried, and the air electrode can be formed by rolling and cutting as necessary.
The thickness of the air electrode varies depending on the use of the metal-air battery, but is preferably in the range of 2 to 500 μm, particularly in the range of 30 to 300 μm.
本発明の金属空気電池は、必要に応じ、空気極の集電を行う空気極集電体を有する。空気極集電体としては、所望の電子伝導性を有していれば、多孔質構造を有するものであっても、或いは緻密構造を有するものであってもよいが、空気（酸素）の拡散性の観点から、メッシュ状等の多孔質構造を有するものが好ましい。空気極集電体の形状としては、例えば箔状、板状、メッシュ（グリッド）状等を挙げることができる。多孔質構造を有する集電体の気孔率は特に限定されないが、例えば、２０〜９９％の範囲であることが好ましい。
空気極集電体の材料としては、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、銅、金、銀、パラジウム等の金属材料、カーボンファイバー、カーボンペーパー等のカーボン材料、窒化チタン等の高電子伝導性セラミックス材料等が挙げられる。
空気極集電体の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍ、特に２０〜４００μｍであることが好ましい。また、後述する外装体が空気極集電体としての機能を兼ね備えていてもよい。
空気極集電体は、外部との接続部となる端子を有していてもよい。
The metal-air battery of the present invention has an air electrode current collector that collects the air electrode as necessary. The air electrode current collector may have a porous structure or a dense structure as long as it has a desired electronic conductivity, but it may diffuse air (oxygen). From the viewpoint of property, those having a porous structure such as a mesh shape are preferable. Examples of the shape of the air electrode current collector include a foil shape, a plate shape, and a mesh (grid) shape. The porosity of the current collector having a porous structure is not particularly limited, but is preferably in the range of 20 to 99%, for example.
Examples of the material for the air electrode current collector include metal materials such as stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, copper, gold, silver and palladium, carbon materials such as carbon fiber and carbon paper, and high electrons such as titanium nitride. Examples thereof include conductive ceramic materials.
Although the thickness of an air electrode electrical power collector is not specifically limited, For example, it is preferable that it is 10-1000 micrometers, especially 20-400 micrometers. Moreover, the exterior body mentioned later may have the function as an air electrode electrical power collector.
The air electrode current collector may have a terminal serving as a connection portion with the outside.
負極は、少なくとも負極活物質を含有する。
負極活物質としては、アルミニウム金属、マグネシウム金属、アルミニウム合金、マグネシウム合金、アルミニウム化合物、及び、マグネシウム化合物等が挙げられ、アルミニウム金属が好ましい。
アルミニウム合金としては、バナジウム、ケイ素、マグネシウム、鉄、亜鉛、及び、リチウムからなる群より選ばれる金属材料との合金等が挙げられ、アルミニウム合金を構成するアルミニウム以外の金属は１種でも２種以上でもよい。
アルミニウム化合物としては、例えば、硝酸アルミニウム（ＩＩＩ）、アルミニウム（ＩＩＩ）クロリドオキシド、シュウ酸アルミニウム（ＩＩＩ）、臭化アルミニウム（ＩＩＩ）、及びヨウ化アルミニウム（ＩＩＩ）等を挙げることができる。
負極がアルミニウム金属の場合のアルミニウムの純度は、特に限定されない。アルミニウム金属中に含まれるアルミニウムの元素比は、下限としては、５０％以上、特に８０％以上、さらに９５％以上、中でも９９．５％以上であることが好ましい。また、アルミニウム金属中に含まれるアルミニウムの元素比は、上限としては、９９．９９９％未満であってもよく、９９．９９％以下であってもよく、９９．９％以下であってもよい。さらに、アルミニウム金属中には、鉄が含まれていてもよい。アルミニウム金属中に含まれる鉄の元素比は、特に限定されず、０．００１％未満であってもよく、０．０１％未満であってもよく、０．１％未満であってもよい。
アルミニウム合金は、合金全体の質量を１００質量％としたときのアルミニウムの含有割合が５０質量％以上であることが好ましい。
負極の形状は、特に限定されず、板、棒、粒子状等が挙げられ、金属空気電池の性能を高めやすい形態にする観点から、粒子状が好ましい。形状が粒子状の場合の粒子の粒径は、下限としては、１ｎｍ以上、特に１０ｎｍ以上、さらに１００ｎｍ以上であることが好ましく、上限としては、１００ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以下、さらに１ｍｍ以下であることが好ましい。
本発明における粒子の平均粒径は、常法により算出される。粒子の平均粒径の算出方法の例は以下の通りである。まず、適切な倍率（例えば、５万〜１００万倍）の透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以下、ＴＥＭと称する。）画像又は走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以下、ＳＥＭと称する。）画像において、ある１つの粒子について、当該粒子を球状と見なした際の粒径を算出する。このようなＴＥＭ観察又はＳＥＭ観察による粒径の算出を、同じ種類の２００〜３００個の粒子について行い、これらの粒子の平均を平均粒径とする。
The negative electrode contains at least a negative electrode active material.
Examples of the negative electrode active material include aluminum metal, magnesium metal, aluminum alloy, magnesium alloy, aluminum compound, and magnesium compound, and aluminum metal is preferable.
Examples of the aluminum alloy include an alloy with a metal material selected from the group consisting of vanadium, silicon, magnesium, iron, zinc, and lithium. The metal other than aluminum constituting the aluminum alloy may be one kind or two or more kinds. But you can.
Examples of the aluminum compound include aluminum (III) nitrate, aluminum (III) chloride oxide, aluminum (III) oxalate, aluminum (III) bromide, and aluminum (III) iodide.
The purity of aluminum when the negative electrode is aluminum metal is not particularly limited. The lower limit of the element ratio of aluminum contained in the aluminum metal is preferably 50% or more, particularly 80% or more, more preferably 95% or more, and especially 99.5% or more. Further, the upper limit of the element ratio of aluminum contained in the aluminum metal may be less than 99.999%, may be 99.99% or less, and may be 99.9% or less. . Furthermore, iron may be contained in the aluminum metal. The elemental ratio of iron contained in the aluminum metal is not particularly limited, and may be less than 0.001%, less than 0.01%, or less than 0.1%.
The aluminum alloy preferably has an aluminum content of 50% by mass or more when the mass of the entire alloy is 100% by mass.
The shape of the negative electrode is not particularly limited, and examples thereof include plates, rods, and particles. From the viewpoint of easily improving the performance of the metal-air battery, particles are preferable. When the shape is particulate, the particle size of the particles is preferably 1 nm or more, particularly 10 nm or more, more preferably 100 nm or more as the lower limit, and the upper limit is 100 mm or less, particularly 10 mm or less, and further 1 mm or less. Is preferred.
The average particle diameter of the particles in the present invention is calculated by a conventional method. An example of a method for calculating the average particle size of the particles is as follows. First, a transmission electron microscope (hereinafter referred to as TEM) with an appropriate magnification (for example, 50,000 to 1,000,000 times), an image or a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM). In the image, for a certain particle, the particle diameter when the particle is regarded as spherical is calculated. Calculation of the particle size by such TEM observation or SEM observation is performed for 200 to 300 particles of the same type, and the average of these particles is taken as the average particle size.
負極は、必要に応じて、導電性材料及び負極活物質を固定化する結着剤の少なくとも一方を含有する。例えば、負極活物質が板状である場合は、負極活物質のみを含有する負極とすることができる。一方、負極活物質が粉末（球）状である場合は、導電性材料及び結着剤の少なくとも一方と負極活物質とを含有する負極とすることができる。なお、導電性材料の種類及び使用量、結着剤の種類及び使用量等については、上述した空気極に記載した内容と同様とすることができる。 The negative electrode contains at least one of a binder that immobilizes the conductive material and the negative electrode active material, as necessary. For example, when the negative electrode active material is plate-shaped, a negative electrode containing only the negative electrode active material can be obtained. On the other hand, when the negative electrode active material is in a powder (sphere) shape, a negative electrode containing at least one of a conductive material and a binder and the negative electrode active material can be obtained. In addition, about the kind and usage-amount of an electroconductive material, the kind and usage-amount of a binder, it can be made to be the same as the content described in the air electrode mentioned above.
本発明の金属空気電池は、必要に応じ、負極の集電を行う負極集電体を有する。負極集電体の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス、ニッケル、銅、カーボン等を挙げることができる。負極集電体の形状としては、例えば箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができる。負極集電体の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍ、特に２０〜４００μｍであることが好ましい。また、後述する外装体が負極集電体としての機能を兼ね備えていてもよい。
負極集電体は、外部との接続部となる端子を有していてもよい。
The metal-air battery of the present invention has a negative electrode current collector that collects current from the negative electrode as necessary. The material for the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include stainless steel, nickel, copper, and carbon. Examples of the shape of the negative electrode current collector include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. Although the thickness of a negative electrode collector is not specifically limited, For example, it is preferable that it is 10-1000 micrometers, especially 20-400 micrometers. Moreover, the exterior body mentioned later may have the function as a negative electrode collector.
The negative electrode current collector may have a terminal serving as a connection portion with the outside.
本発明の金属空気電池は、通常、空気極、負極及び電解液等を収納する外装体を有する。
外装体の形状としては、例えば、コイン型、平板型、円筒型、ラミネート型等を挙げることができる。
外装体の材質は、電解液に安定なものであれば特に限定されないが、Ｎｉ、Ｃｒ、及び、Ａｌからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む金属体、並びに、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び、アクリル樹脂等の樹脂が挙げられる。外装体が金属体の場合は、外装体の表面のみが金属体で構成されるものであっても、外装体全体が金属体で構成されるものであってもよい。
外装体は、大気開放型であっても、密閉型であってもよい。大気開放型の外装体は、外部から酸素を取り込むための孔を有し、少なくとも空気極が十分に大気と接触可能な構造を有する。酸素取り込み孔には、酸素透過膜、撥水膜等を設けてもよい。密閉型の電池ケースは、酸素（空気）の導入管及び排気管を有していてもよい。
撥水膜としては電解液が漏液せず、空気を空気極へ到達させることが可能な材質であれば特に限定されない。撥水膜としては、例えば、多孔性のフッ素樹脂シート（ＰＴＦＥ等）、撥水処理を施した多孔性セルロース等が挙げられる。
空気極に供給される酸素含有ガスとしては、空気、乾燥空気、純酸素等が挙げられ、乾燥空気、純酸素であることが好ましく、純酸素であることが特に好ましい。
The metal-air battery of the present invention usually has an exterior body that houses an air electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and the like.
Examples of the shape of the exterior body include a coin type, a flat plate type, a cylindrical type, and a laminate type.
The material of the exterior body is not particularly limited as long as it is stable to the electrolytic solution, but a metal body including at least one selected from the group consisting of Ni, Cr, and Al, and polypropylene, polyethylene, and acrylic resin And the like. When the exterior body is a metal body, only the surface of the exterior body may be composed of a metal body, or the entire exterior body may be composed of a metal body.
The exterior body may be an air release type or a sealed type. The atmosphere-opening exterior body has a hole for taking in oxygen from the outside, and has a structure in which at least the air electrode can sufficiently come into contact with the atmosphere. The oxygen uptake hole may be provided with an oxygen permeable film, a water repellent film or the like. The sealed battery case may have an oxygen (air) introduction pipe and an exhaust pipe.
The water repellent film is not particularly limited as long as the electrolyte does not leak and the air can reach the air electrode. Examples of the water repellent film include porous fluororesin sheets (PTFE and the like), porous cellulose subjected to water repellent treatment, and the like.
Examples of the oxygen-containing gas supplied to the air electrode include air, dry air, pure oxygen, and the like. Dry air and pure oxygen are preferable, and pure oxygen is particularly preferable.
（実施例１）
まず、１ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨ（関東化学株式会社製）水溶液を準備した。そして、恒温槽：ＬＵ−１１３（エスペック株式会社製）中で、上記水溶液を２５℃、８時間保持した。その後、自己放電抑制剤として、ＣＨ３ＳＮａ（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を０．０１ｍｏｌ／Ｌになるように上記水溶液に添加した。次に、上記水溶液を超音波洗浄機で１５分攪拌した。そして、恒温槽中で、上記水溶液を２５℃、３時間保持し、金属空気電池用電解液を得た。
Example 1
First, a 1 mol / L NaOH (Kanto Chemical Co., Ltd.) aqueous solution was prepared. And the said aqueous solution was hold | maintained for 8 hours at 25 degreeC in thermostat: LU-113 (made by ESPEC Corporation). Thereafter, CH 3 SNa (manufactured by Aldrich) as a self-discharge inhibitor was added to the aqueous solution so as to be 0.01 mol / L. Next, the aqueous solution was stirred with an ultrasonic cleaner for 15 minutes. And the said aqueous solution was hold | maintained at 25 degreeC for 3 hours in the thermostat, and the electrolyte solution for metal air batteries was obtained.
（実施例２）
自己放電抑制剤として、ＣＨ３ＣＨ２ＳＮａ（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を０．０１ｍｏｌ／Ｌになるように上記水溶液に添加したこと以外は、実施例１と同様に金属空気電池用電解液を製造した。
(Example 2)
An electrolytic solution for a metal-air battery was produced in the same manner as in Example 1 except that CH 3 CH 2 SNa (manufactured by Aldrich) was added to the aqueous solution as a self-discharge inhibitor to 0.01 mol / L. .
（実施例３）
自己放電抑制剤として、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＳＮａ（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を０．０１ｍｏｌ／Ｌになるように上記水溶液に添加したこと以外は、実施例１と同様に金属空気電池用電解液を製造した。
(Example 3)
As a self-discharge inhibitor, a metal-air battery electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that CH 3 CH 2 CH 2 SNa (manufactured by Aldrich) was added to the aqueous solution so as to be 0.01 mol / L. Manufactured.
（実施例４）
自己放電抑制剤として、（ＣＨ３）２ＣＨＳＮａ（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を０．０１ｍｏｌ／Ｌになるように上記水溶液に添加したこと以外は、実施例１と同様に金属空気電池用電解液を製造した。
Example 4
A metal-air battery electrolyte solution was produced in the same manner as in Example 1, except that (CH 3 ) 2 CHSNa (manufactured by Aldrich) was added to the above aqueous solution as a self-discharge inhibitor to 0.01 mol / L. did.
（比較例１）
自己放電抑制剤を添加しなかったこと以外は、実施例１と同様に金属空気電池用電解液を製造した。
(Comparative Example 1)
A metal-air battery electrolyte was produced in the same manner as in Example 1 except that the self-discharge inhibitor was not added.
［自己放電抑制評価］
（電極の準備）
作用極として、純度９９．５％のアルミニウム板（Ａｌ２Ｎ 株式会社ニラコ製）を２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍのサイズに切り出したものを準備した。そして、上記アルミニウム板の表面をアセトンで拭いた。その後、ニッケルメッシュ（２０ｍｅｓｈ 株式会社ニラコ製）を準備し、上記ニッケルメッシュで上記アルミニウム板を挟み、上記ニッケルメッシュの端部を溶接した。そして、上記ニッケルメッシュにニッケルリボン（株式会社ニラコ製）を溶接し、当該ニッケルリボンを集電配線とした。
対極として、ニッケルメッシュ（１００ｍｅｓｈ 株式会社ニラコ製）を３０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍのサイズに切り出したものを準備した。そして、上記ニッケルメッシュにニッケルリボン（株式会社ニラコ製）を溶接し、当該ニッケルリボンを集電配線とした。
参照極として、Ｈｇ／ＨｇＯ電極（インターケミ株式会社製）を準備した。
（評価セルの作製）
電解液として実施例１〜４、及び、比較例１の電解液を５５ｍＬ準備した。
セル容器（容積６０ｍＬ）を用意し、上記作用極、対極、参照極を当該セル容器内に配置した。上記セル容器は実施例１〜４、及び、比較例１の電解液の数（５個）を用意した。そして、上記各電解液５５ｍＬをそれぞれ別のセル容器内に投入した。さらに、上記各セル容器に揮発抑制用の蓋を取り付け、評価セルを作製した。評価セルの作製は１０分以内に行った。
（開回路電位、及び、開回路電位保持時間の測定）
上記実施例１〜４、及び、比較例１の電解液を用いた各評価セルを用いて、作用極であるアルミニウム電極の開回路電位（ＯＣＶ）、及び、開回路電位保持時間を測定した。開回路電位は、開回路電位評価開始から１０分経過後の作用極の電位の値を読み取った。また、開回路電位保持時間は、評価用セルの作用極及び対極をポテンシオスタット／ガルバノスタット（Ｂｉｏｌｏｇｉｃ社製、ＶＭＰ３）に接続し、雰囲気温度２５℃で３０時間開回路とし、作用極の電位が、測定初期の約−１．３Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）から急激な電位上昇を示すまで（−１．０Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）になるまで）の時間を測定した。
開回路電位保持時間は、自己放電反応が進行し、完全にアルミニウム電極が溶出しきるまでの時間を意味している。そのため、開回路電位保持時間が長くなるほど自己放電速度が低下し、自己放電が抑制されていると考えられる。開回路電位保持時間の測定結果を表１に示す。
[Self-discharge suppression evaluation]
(Preparation of electrodes)
As a working electrode, an aluminum plate having a purity of 99.5% (Al2N manufactured by Nilaco Corporation) cut into a size of 25 mm × 25 mm × 1 mm was prepared. Then, the surface of the aluminum plate was wiped with acetone. Thereafter, a nickel mesh (20 mesh, manufactured by Niraco Co., Ltd.) was prepared, the aluminum plate was sandwiched between the nickel meshes, and the end portions of the nickel mesh were welded. And the nickel ribbon (made by Nilaco Co., Ltd.) was welded to the said nickel mesh, and the said nickel ribbon was used as current collection wiring.
As a counter electrode, a nickel mesh (100 mesh manufactured by Niraco Co., Ltd.) cut into a size of 30 mm × 30 mm × 1 mm was prepared. And the nickel ribbon (made by Nilaco Co., Ltd.) was welded to the said nickel mesh, and the said nickel ribbon was used as current collection wiring.
As a reference electrode, an Hg / HgO electrode (manufactured by Interchem Corporation) was prepared.
(Production of evaluation cell)
As an electrolytic solution, 55 mL of the electrolytic solutions of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were prepared.
A cell container (volume 60 mL) was prepared, and the working electrode, the counter electrode, and the reference electrode were arranged in the cell container. The said cell container prepared Examples 1-4 and the number (5 pieces) of the electrolyte solution of the comparative example 1. Then, 55 mL of each electrolytic solution was put into a separate cell container. Furthermore, a lid for suppressing volatilization was attached to each of the above cell containers to produce an evaluation cell. The evaluation cell was produced within 10 minutes.
(Measurement of open circuit potential and open circuit potential holding time)
Using the evaluation cells using the electrolytic solutions of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the open circuit potential (OCV) and the open circuit potential holding time of the aluminum electrode as the working electrode were measured. For the open circuit potential, the value of the potential of the working electrode after 10 minutes from the start of the evaluation of the open circuit potential was read. In addition, the open circuit potential holding time is such that the working electrode and counter electrode of the evaluation cell are connected to a potentiostat / galvanostat (Biologic, VMP3) and the circuit is opened for 30 hours at an ambient temperature of 25 ° C. However, the time was measured from about −1.3 V (vs. Hg / HgO) at the initial stage of the measurement until it showed a rapid increase in potential (until −1.0 V (vs. Hg / HgO)).
The open circuit potential holding time means the time until the self-discharge reaction proceeds and the aluminum electrode is completely eluted. Therefore, it is considered that the self-discharge rate is reduced as the open circuit potential holding time becomes longer, and the self-discharge is suppressed. Table 1 shows the measurement results of the open circuit potential holding time.
表１に示すように、実施例１〜４及び比較例１の電解液を用いた評価セルの開回路電位は、実施例１が−１．３８Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）、実施例２が−１．３３Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）、実施例３が−１．３４Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）、実施例４が−１．３８Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）、比較例１が−１．３１Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）であった。
また、開回路電位保持時間は、実施例１が４５８６０秒、実施例２が３０９５２秒、実施例３が３２７８１秒、実施例４が２８８８４秒、比較例１が２３１１１秒であった。
As shown in Table 1, the open circuit potentials of the evaluation cells using the electrolytic solutions of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are -1.38 V (vs. Hg / HgO) in Example 1 and in Example 2. -1.33 V (vs. Hg / HgO), Example 3 is -1.34 V (vs. Hg / HgO), Example 4 is -1.38 V (vs. Hg / HgO), and Comparative Example 1 is -1. .31 V (vs. Hg / HgO).
The open circuit potential holding time was 45860 seconds in Example 1, 30952 seconds in Example 2, 32781 seconds in Example 3, 28884 seconds in Example 4, and 23111 seconds in Comparative Example 1.
表１に示すように、実施例１〜４の開回路電位は、比較例１の開回路電位と比較して、０．０２〜０．０７Ｖ低いことがわかる。また、ＣＨ３ＳＮａと（ＣＨ３）２ＣＨＳＮａにおいて、もっとも低い−１．３８Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）という値が確認できた。
表１に示すように、実施例１〜４の開回路電位保持時間は、比較例１の開回路電位保持時間と比較して、１．２５〜１．９８倍長いことがわかる。また、ＣＨ３ＳＮａにおいて最も高い自己放電抑制効果が確認できた。
上記から、自己放電抑制剤には自己放電抑制効果、及び、電池電圧の向上効果が発見できた。さらに、ＣＨ３ＳＮａにおいて最も高い効果が得られることが確認できた。
ＣＨ３ＳＮａで高い効果が確認できた理由として、炭素数増加に伴い分子同士の反発や立体障害の影響が増加し、鉄等の不純物金属への吸着による自己放電抑制効果が低下したものと推定される。
As shown in Table 1, it can be seen that the open circuit potentials of Examples 1 to 4 are 0.02 to 0.07 V lower than the open circuit potential of Comparative Example 1. Further, in CH 3 SNa and (CH 3 ) 2 CHSNa, the lowest value of −1.38 V (vs. Hg / HgO) was confirmed.
As shown in Table 1, it can be seen that the open circuit potential holding times of Examples 1 to 4 are 1.25 to 1.98 times longer than the open circuit potential holding time of Comparative Example 1. Moreover, the highest self-discharge suppression effect has been confirmed in CH 3 SNa.
From the above, the self-discharge inhibitor has been found to have a self-discharge suppressing effect and a battery voltage improving effect. Furthermore, it was confirmed that the highest effect was obtained with CH 3 SNa.
The reason why CH 3 SNa has been confirmed to be highly effective is that the effects of repulsion between molecules and steric hindrance increase as the number of carbon atoms increases, and the effect of suppressing self-discharge due to adsorption to impurity metals such as iron is reduced. Is done.
１０ 金属空気電池
１１ 負極
１２ 空気極
１３ 電解液
１４ セパレータ
１５ 負極集電体
１６ 空気極集電体
１７ 外装体
１８ 撥水膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Metal-air battery 11 Negative electrode 12 Air electrode 13 Electrolytic solution 14 Separator 15 Negative electrode collector 16 Air electrode collector 17 Exterior body 18 Water repellent film
Claims (6)
アルミニウム又はマグネシウムから選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む負極と、
前記空気極と前記負極に接触する電解液と、を備え、
前記電解液は、前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電解液であることを特徴とする金属空気電池。 An air electrode supplied with oxygen;
A negative electrode containing at least one metal element selected from aluminum or magnesium;
An electrolyte solution in contact with the air electrode and the negative electrode,
The metal-air battery, wherein the electrolytic solution is the electrolytic solution according to any one of claims 1 to 5.
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