JP7149525B2 - 空気二次電池用の空気極触媒及び空気二次電池 - Google Patents
空気二次電池用の空気極触媒及び空気二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7149525B2 JP7149525B2 JP2019018099A JP2019018099A JP7149525B2 JP 7149525 B2 JP7149525 B2 JP 7149525B2 JP 2019018099 A JP2019018099 A JP 2019018099A JP 2019018099 A JP2019018099 A JP 2019018099A JP 7149525 B2 JP7149525 B2 JP 7149525B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- secondary battery
- electrode
- air electrode
- negative electrode
- 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.)
- Active
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims description 46
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 46
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 35
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 31
- SVRRMEJIJVIXAM-UHFFFAOYSA-N oxobismuth;ruthenium Chemical compound [Ru].[Bi]=O SVRRMEJIJVIXAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 27
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 23
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 16
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 9
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 25
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 18
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 14
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 11
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 10
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 5
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical group OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910019083 Mg-Ni Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910019403 Mg—Ni Inorganic materials 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical group 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical group [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 230000010757 Reduction Activity Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229940000425 combination drug Drugs 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229940023462 paste product Drugs 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
-
- 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
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
-
- 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
-
- 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
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- 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
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8689—Positive electrodes
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
本発明は、空気二次電池用の空気極触媒及び空気二次電池に関する。
近年、大気中の酸素を正極活物質とする空気電池が、エネルギー密度が高く、小型、軽量化が容易であること等の理由から注目を集めている。このような空気電池においては、亜鉛空気一次電池が補聴器用の電源として実用化されている。
また、充電が可能な空気電池として、負極用金属に、Ｌｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇなどを用いる空気二次電池の研究がなされており、このような空気二次電池は、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を超える新しい二次電池として期待されている。
しかしながら、上記したような負極用金属を用いる空気二次電池は、電池における充放電の際の化学反応（以下、電池反応という）にともない当該負極用金属の溶解析出反応が繰り返されるので、負極用金属が樹枝状に析出するいわゆるデンドライト成長が起き、それにともなう内部短絡が発生したり、シェイプチェンジにより負極の形状が変化することで電池容量が低下してしまうといった問題があり、未だ実用化には至っていない。
ところで、空気二次電池の一種として、電解液にアルカリ性水溶液（アルカリ電解液）を用い、負極活物質に水素を用いる空気水素二次電池の研究がなされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に代表されるような空気水素二次電池は、負極用金属として水素吸蔵合金を用いているが、空気水素二次電池における負極活物質は、上記した水素吸蔵合金に吸蔵放出される水素であるので、電池反応にともない水素吸蔵合金自体の溶解析出反応は起こらない。このため、空気水素二次電池においては、上記したようなデンドライト成長による内部短絡やシェイプチェンジによる電池容量の低下の問題は起こらない。
上記の空気水素二次電池のようにアルカリ電解液を用いる空気二次電池では、正極（以下、空気極という）において以下に示すような充放電反応が起こる。
充電（酸素発生反応）：４ＯＨ－→Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－・・・（I）
放電（酸素還元反応）：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－→４ＯＨ－・・・（II）
空気二次電池の空気極は、充電時には反応式（I）で表されるように酸素と水を生成し、放電時には反応式（II）で表されるように酸素を還元して水酸化物イオンを生成する。空気極で発生した酸素は、空気極における大気に開放されている部分から大気中に放出される。
放電（酸素還元反応）：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－→４ＯＨ－・・・（II）
空気二次電池の空気極は、充電時には反応式（I）で表されるように酸素と水を生成し、放電時には反応式（II）で表されるように酸素を還元して水酸化物イオンを生成する。空気極で発生した酸素は、空気極における大気に開放されている部分から大気中に放出される。
ところで、上記した空気二次電池においては、エネルギー効率は未だ十分な値とはなっておらず、また、高出力化も未だ十分には図られていない。このため、空気二次電池の実用化を図るためには、更なるエネルギー効率の向上や高出力化が求められている。
上記したようなエネルギー効率の向上や高出力化を妨げている要因の一つとしては、空気極における放電反応すなわち酸素還元反応の過電圧が大きいことが挙げられる。
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、放電反応における過電圧を低減することができる空気二次電池用の空気極触媒、及び、この空気極触媒を含む、エネルギー効率の向上と高出力化が図られた空気二次電池を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によれば、一般式：Ａ２－ｘＢ２－ｙＯ７－ｚ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、－０．５≦ｚ≦０．５の関係を満たし、Ａは、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｎ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｂは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｓｂ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を表している。）で表されるパイロクロア型複合酸化物であって、酸素量が異なる結晶構造を２つ以上有するパイロクロア型複合酸化物を備えている、空気二次電池用の空気極触媒が提供される。
前記パイロクロア型複合酸化物は、ビスマスルテニウム酸化物である構成とすることが好ましい。
前記パイロクロア型複合酸化物は、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２で表される結晶構造もしくはＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２で表される結晶構造に類似する結晶構造と、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３で表される結晶構造もしくはＢｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３で表される結晶構造に類似する結晶構造とを少なくとも有している、構成とすることがより好ましい。
また、本発明によれば、セパレータを介して重ね合わされた空気極及び負極を含む電極群と、前記電極群をアルカリ電解液とともに収容している容器と、を備え、前記空気極は、上記した何れかの空気二次電池用の空気極触媒を含んでいる、空気二次電池が提供される。
前記負極は、水素吸蔵合金を含んでいる構成とすることが好ましい。
本発明に係る空気二次電池用の空気極触媒は、一般式：Ａ２－ｘＢ２－ｙＯ７－ｚ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、－０．５≦ｚ≦０．５の関係を満たし、Ａは、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｎ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｂは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｓｂ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を表している。）で表されるパイロクロア型複合酸化物であって、酸素量が異なる結晶構造を２つ以上有するパイロクロア型複合酸化物を備えていることから、放電反応における酸素の授受がスムーズに行われる結果、放電反応における過電圧を低減することに貢献する。よって、斯かる空気極触媒を含む空気二次電池は、エネルギー効率が向上し、出力も高くなる。このため、本発明によれば、放電反応における過電圧を低減することができる空気二次電池用の空気極触媒、及び、この空気極触媒を含む、エネルギー効率の向上と高出力化が図られた空気二次電池を提供することができる。
以下、本発明に係る空気二次電池用の空気極触媒を含む空気水素二次電池２（以下、電池２という）について図面を参照して説明する。
図１に示すように、電池２は、容器４と、この容器４の中に電解液（図示せず）とともに入れられた電極群１０とを備えている。
電極群１０は、負極１２と、空気極（正極）１６とがセパレータ１４を介して重ね合わされて形成されている。
負極１２は、多孔質構造をなし多数の空孔を有する導電性の負極基材と、前記した空孔内及び負極基材の表面に担持された負極合剤とを含んでいる。上記したような負極基材としては、例えば発泡ニッケルを用いることができる。
負極合剤は、負極活物質としての水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末と、導電材と、結着剤とを含む。ここで、導電材としては、黒鉛、カーボンブラック等を用いることができる。
水素吸蔵合金粒子を構成する水素吸蔵合金としては、特に限定されるものではないが、希土類－Ｍｇ－Ｎｉ系水素吸蔵合金が用いられる。この希土類－Ｍｇ－Ｎｉ系水素吸蔵合金の組成は自由に選択できるが、例えば、一般式：
Ｌｎ１－ａＭｇａＮｉｂ－ｃ－ｄＡｌｃＭｄ・・・（III）
で表されるものを用いるのが好ましい。
Ｌｎ１－ａＭｇａＮｉｂ－ｃ－ｄＡｌｃＭｄ・・・（III）
で表されるものを用いるのが好ましい。
ただし、一般式（III）中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ及びＴｉよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を表し、Ｍは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｐ及びＢよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を表し、添字ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ、０．０１≦ａ≦０．３０、２．８≦ｂ≦３．９、０．０５≦ｃ≦０．３０、０≦ｄ≦０．５０の関係を満たす数を表す。
ここで、水素吸蔵合金粒子は、例えば以下のようにして得られる。
まず、所定の組成となるように金属原材料を計量して混合し、この混合物を不活性ガス雰囲気下にて、例えば、高周波誘導溶解炉で溶解してインゴットにする。得られたインゴットは、不活性ガス雰囲気下にて９００～１２００℃に加熱され、その温度で５～２４時間保持する熱処理が施され均質化される。この後、インゴットを粉砕し、篩分けを行うことにより所望粒径の水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末を得る。
まず、所定の組成となるように金属原材料を計量して混合し、この混合物を不活性ガス雰囲気下にて、例えば、高周波誘導溶解炉で溶解してインゴットにする。得られたインゴットは、不活性ガス雰囲気下にて９００～１２００℃に加熱され、その温度で５～２４時間保持する熱処理が施され均質化される。この後、インゴットを粉砕し、篩分けを行うことにより所望粒径の水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末を得る。
結着剤としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。
ここで、負極１２は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末、導電材、結着剤及び水を混練して負極合剤ペーストを調製する。得られた負極合剤ペーストは負極基材に充填され、乾燥させられる。乾燥後、水素吸蔵合金粒子等が付着した負極基材はロール圧延されて、体積当たりの合金量を高められ、その後、裁断がなされ、これにより負極１２が製造される。この負極１２は、全体として板状をなしている。
まず、水素吸蔵合金粒子の集合体である水素吸蔵合金粉末、導電材、結着剤及び水を混練して負極合剤ペーストを調製する。得られた負極合剤ペーストは負極基材に充填され、乾燥させられる。乾燥後、水素吸蔵合金粒子等が付着した負極基材はロール圧延されて、体積当たりの合金量を高められ、その後、裁断がなされ、これにより負極１２が製造される。この負極１２は、全体として板状をなしている。
次に、空気極１６は、多孔質構造をなし多数の空孔を有する導電性の空気極基材と、前記した空孔内及び空気極基材の表面に担持された空気極合剤（正極合剤）とを含んでいる。上記したような空気極基材としては、例えば、発泡ニッケルやニッケルメッシュを用いることができる。
空気極合剤は、空気二次電池用の空気極触媒と、導電材と、結着剤とを含む。
空気二次電池用の空気極触媒としては、複合酸化物が用いられる。複合酸化物は、酸素発生及び酸素還元に対して２元機能を有する場合があり、このような二元機能を有する触媒は、充電過程でも、放電過程でも電池の過電圧を低減させることに寄与する。
空気二次電池用の空気極触媒としては、複合酸化物が用いられる。複合酸化物は、酸素発生及び酸素還元に対して２元機能を有する場合があり、このような二元機能を有する触媒は、充電過程でも、放電過程でも電池の過電圧を低減させることに寄与する。
本発明において、空気二次電池用の空気極触媒としては、一般式：Ａ２－ｘＢ２－ｙＯ７－ｚ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、－０．５≦ｚ≦０．５の関係を満たし、Ａは、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｎ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｂは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｓｂ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を表している。）で表されるパイロクロア型複合酸化物であって、酸素量が異なる結晶構造を２つ以上有するパイロクロア型複合酸化物が用いられる。
好ましくは、第１の結晶構造と、第２の結晶構造とを有する２相のパイロクロア型複合酸化物が用いられる。
ここで、上記した第１の結晶構造における酸素量をＱとし、上記した第２の結晶構造における酸素量をＲとした場合に、Ｑ＜Ｒの関係を満たすようにすることが好ましい。つまり、本発明に係るパイロクロア型複合酸化物は、酸素量が異なる結晶構造を２つ有する態様とすることが好ましい。
本発明者は、パイロクロア型複合酸化物において、酸素量の異なる結晶構造が２相又は３相以上含まれていることで、優れた触媒活性を示すことを見出した。パイロクロア型複合酸化物では、結晶構造内の酸素量が酸素還元に大きく影響しており、２種類又はそれ以上の結晶構造の組み合わせにより、相乗効果が生じ、酸素と空気極触媒の表面との結合強度が変化すること、以下に示すような２電子還元経路の過程で生じる中間体である過酸化水素イオン（ＨＯ２
－）の分解を促進することなどの触媒の多元機能が引き起こされると考えられる。
ここで、アルカリ電解液中での酸素の電気化学的還元機構は、上記した（II）式で示されるような４電子還元経路の他に、以下の（IV）式で示されるような、２電子還元経路が存在する。この２電子還元経路は、中間体として過酸化水素イオン（ＨＯ２
－）を生じる。
Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－→ＨＯ２ －＋ＯＨ－・・・（IV）
Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－→ＨＯ２ －＋ＯＨ－・・・（IV）
ＨＯ２
－は、電極表面に吸着して反応を阻害し、電池反応に悪影響を及ぼし、電池の過電圧の上昇の原因となる。しかし、本発明に係る２相の結晶構造を有するパイロクロア型複合酸化物を含む空気極触媒は、ＨＯ２
－の分解を促進させると考えられ、以下の（V）式の反応を進行させていると考えられる。
２ＨＯ２ －→２ＯＨ－＋Ｏ２・・・（V）
なお、上記した（IV）式及び（V）式による全反応は、（II）式と同様となる。
２ＨＯ２ －→２ＯＨ－＋Ｏ２・・・（V）
なお、上記した（IV）式及び（V）式による全反応は、（II）式と同様となる。
本発明に用いるパイロクロア型複合酸化物としては、好ましくはビスマスルテニウム酸化物が用いられる。このビスマスルテニウム酸化物は、酸素発生と酸素還元の二元機能を有する触媒である。
また、酸素量が異なるパイロクロア型複合酸化物としては、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２で表される結晶構造もしくはＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２で表される結晶構造に類似する結晶構造と、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３で表される結晶構造もしくはＢｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３で表される結晶構造に類似する結晶構造とを少なくとも有しているパイロクロア型複合酸化物を用いることがより好ましい。
次に、空気二次電池用触媒の製造方法に関し、パイロクロア型のビスマスルテニウム酸化物を例に挙げて具体的に以下に説明する。
Ｂｉ（ＮＯ３）３・５Ｈ２Ｏ及びＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏを同じ濃度となるように蒸留水の中に投入し、撹拌してＢｉ（ＮＯ３）３・５Ｈ２Ｏ及びＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏの混合水溶液を調製する。このとき蒸留水の温度は、６０℃以上、９０℃以下とする。そして、この混合水溶液に、１ｍｏｌ／Ｌ以上、３ｍｏｌ／Ｌ以下のＮａＯＨ水溶液を加える。この際の浴温度は６０℃以上、９０℃以下に保持し、酸素バブリングを行いながら撹拌する。この操作によって生じた沈殿物を含む溶液を８０℃以上、１００℃以下に保持して水分の一部を蒸発させてペーストを形成する。このペーストを蒸発皿に移し、１００℃以上、１５０℃以下に加熱し、その状態で１０時間以上、２０時間以下保持して乾燥させ、ペーストの乾燥物を得る。そして、この乾燥物を乳鉢で粉砕した後、空気雰囲気下で３５０℃以上、５５０℃以下の温度に加熱し、０．５時間以上、２４時間以下保持することにより焼成し、焼成物を得る。得られた焼成物を６０℃以上、９０℃以下の蒸留水を用いて水洗した後乾燥させる。これにより、パイロクロア型のビスマスルテニウム酸化物が得られる。
次に、調製されたビスマスルテニウム酸化物に酸処理として硝酸水溶液に浸漬させる酸処理を施すことが好ましい。具体的には、以下の通りである。
まず、硝酸水溶液を準備する。ここで、硝酸水溶液の濃度は、５ｍｏｌ／Ｌ以下とすることが好ましく、硝酸水溶液の量は、ビスマスルテニウム酸化物１ｇに対して２０ｍＬの割合となる量を準備することが好ましく、硝酸水溶液の温度は、２０℃以上、２５℃以下に設定することが好ましい。
そして、準備された硝酸水溶液の中に、ビスマスルテニウム酸化物を浸漬し、６時間以下撹拌する。所定時間経過後、硝酸水溶液中からビスマスルテニウム酸化物を吸引濾過する。濾別されたビスマスルテニウム酸化物は、６０℃以上、８０℃以下に設定されたイオン交換水に投入され洗浄される。
洗浄されたビスマスルテニウム酸化物は、１００℃以上、１２０℃以下の環境下で１時間以上、２時間以下保持され、乾燥させられる。
以上のようにして、酸処理が施されたビスマスルテニウム酸化物を得る。このように酸処理を施すことにより、ビスマスルテニウム酸化物（パイロクロア型複合酸化物）の製造過程で生じる副生成物を除去することができる。なお、酸処理に用いられる酸性水溶液は、硝酸水溶液に限定されるものではなく、硝酸水溶液の他に塩酸水溶液、硫酸水溶液を用いることができる。これら、塩酸水溶液及び硫酸水溶液においても、硝酸水溶液と同様に副生成物を除去できるという効果が得られる。
次に、導電材について説明する。この導電材は、空気二次電池の高出力化を図るべく内部抵抗を低下させるため、及び、上記した触媒の担体として用いられる。斯かる導電材として、例えば、ニッケル粒子の集合体であるニッケル粉末を用いることが好ましい。上記したニッケル粒子としては、例えば、平均粒径が０．１μｍ～１０μｍの粒子を用いることが好ましい。ここで、本発明においては、平均粒径といった場合、対象となる粒子の集合体である粉末について、レーザー回折・散乱式粒径分布測定装置を用いて体積基準で粒径分布を測定して得られた体積平均粒径を指すものとする。
上記したニッケル粉末は、空気極合剤中において、６０質量％以上含有させることが好ましい。このニッケル粉末の含有量の上限は、空気極合剤における他の構成材料との関係から８０質量％以下とすることが好ましい。
また、導電材としては、上記したニッケル粉末に限定されるものではなく、コア材料に金属材料を被覆した金属被覆導電フィラーを用いることもできる。この金属被覆導電フィラーは、全体が金属で形成されている金属粒子よりも軽く、空気極全体としての軽量化に貢献する。上記したコア材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、シリカの粒子が挙げられる。そして、金属被覆層としては、ニッケルを採用することが好ましい。このような金属被覆導電フィラーの集合体である金属被覆導電フィラー粉末は、空気極合剤に対し、３０質量％以上含有させることが好ましい。
結着剤は、空気極合剤の構成材料を結着させるとともに空気極１６に適切な撥水性を付与する働きをする。ここで、結着剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、フッ素樹脂が用いられる。なお、好ましいフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が用いられる。
空気極１６は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、ビスマスルテニウム酸化物、導電材、結着剤及び水を含む空気極合剤ペーストを調製する。
まず、ビスマスルテニウム酸化物、導電材、結着剤及び水を含む空気極合剤ペーストを調製する。
得られた空気極合剤ペーストは、シート状に成形され、その後、ニッケルメッシュ（空気極基材）にプレス圧着される。これにより、空気極の中間製品が得られる。
次いで、得られた中間製品は、焼成炉に投入され焼成処理が行われる。この焼成処理は、不活性ガス雰囲気中で行われる。この不活性ガスとしては、例えば、窒素ガスやアルゴンガスが用いられる。焼成処理の条件としては、３００℃以上、４００℃以下の温度に加熱し、この状態で、１０分以上、２０分以下の間保持する。その後、中間製品を焼成炉内で自然冷却し、中間製品の温度が１５０℃以下になったところで大気中に取り出す。これにより、焼成処理が施された中間製品が得られる。この焼成処理後の中間製品を所定形状に裁断することにより、空気極１６を得る。
以上のようにして得られた空気極１６及び負極１２は、セパレータ１４を介して積層され、これにより電極群１０が形成される。このセパレータ１４は、空気極１６及び負極１２の間の短絡を避けるために配設され、電気絶縁性の材料が採用される。このセパレータ１４に採用される材料としては、例えば、ポリアミド繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したもの等を用いることができる。
形成された電極群１０は、アルカリ電解液とともに容器４の中に入れられる。この容器４としては、電極群１０とアルカリ電解液とを収容できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アクリル製の箱状の容器４が用いられる。この容器４は、例えば、図１に示すように、容器本体６と、蓋８とを含んでいる。
容器本体６は、底壁１８と、底壁１８の周縁部から上方に延びる側壁２０とを有する箱形状をなしている。側壁２０の上端縁２１で囲まれた部分は、開口している。つまり、底壁１８の反対側には、開口部２２が設けられている。また、側壁２０においては、右側壁２０Ｒ及び左側壁２０Ｌの所定位置に、それぞれ貫通孔が設けられており、これら貫通孔は、後述するリード線の引出口２４、２６となる。
蓋８は、容器本体６の平面視形状と同じ平面視形状をなしており、容器本体６の上部に被せられ、開口部２２を塞ぐ。蓋８は容器本体６に被せられた際、側壁の上端縁２１との間は液密に封止される。
蓋８において、容器本体６の内側に臨む内面部２８には、通気路３０が設けられている。通気路３０は、容器本体６の内側に面する部分が開放されており、全体として１本のサーペンタイン形状をなしている。更に、蓋８の所定位置には、厚さ方向に貫通する入側通気孔３２及び出側通気孔３４が設けられている。入側通気孔３２は、通気路３０の一方端と連通しており、出側通気孔３４は、通気路３０の他方端と連通している。つまり、通気路３０は、入側通気孔３２及び出側通気孔３４を介して大気に開放されている。
容器本体６の底壁１８の上には、必要に応じて、調整部材３６を配置する。調整部材３６は、容器４内において、電極群１０の高さ方向の位置合わせに用いられる。調整部材３６としては、例えば、発泡ニッケルのシートが用いられる。
調整部材３６の上には、電極群１０が配設される。このとき、電極群１０の負極１２は、調整部材３６と接するように配設される。
一方、電極群１０の空気極１６側には、空気極１６と接するように撥水通気部材４０が配設される。この撥水通気部材４０は、ＰＴＦＥ多孔膜４２に不織布拡散紙４４が組み合わされたものである。撥水通気部材４０は、ＰＴＦＥにより撥水効果を発揮するとともに、気体の通過を許容する。撥水通気部材４０は、蓋８と空気極１６との間に介在し、蓋８及び空気極１６の両方に密着している。この撥水通気部材４０は、蓋８の通気路３０、入側通気孔３２及び出側通気孔３４の全体をカバーする大きさを有している。
上記のような、電極群１０、調整部材３６及び撥水通気部材４０を収容した容器本体６には、所定量のアルカリ電解液が注入された後、蓋８が被せられる。そして、図１において概略的に描かれているように、容器４（容器本体６及び蓋８）の周端縁部４６、４８が連結具５０、５２により上下から挟みこまれる。このようにして、電池２が形成される。
なお、上記したアルカリ電解液としては、アルカリ二次電池に用いられる一般的なアルカリ電解液が好適に用いられ、具体的には、ＮａＯＨ、ＫＯＨ及びＬｉＯＨのうち、少なくとも１種を溶質として含む水溶液が用いられる。
ここで、電池２においては、蓋８の通気路３０は撥水通気部材４０に相対している。撥水通気部材４０は、気体は通すが水分は遮断するので、空気極１６は撥水通気部材４０、通気路３０、入側通気孔３２及び出側通気孔３４を介して大気に開放されることになる。つまり、空気極１６は、撥水通気部材４０を通じて大気と接することになる。
また、この電池２においては、空気極（正極）１６に空気極リード（正極リード）５４が電気的に接続されており、負極１２に負極リード５６が電気的に接続されている。これら空気極リード５４及び負極リード５６は、図１中においては概略的に描かれているが、気密性及び水密性を保持した状態で引出口２４、２６から容器４の外に引き出されている。そして、空気極リード５４の先端には空気極端子（正極端子）５８が設けられており、負極リード５６の先端には負極端子６０が設けられている。したがって、電池２においては、これら空気極端子５８及び負極端子６０を利用して充放電の際の電流の入力及び出力が行われる。
［実施例］
１．電池の製造
（実施例１）
（１）空気極触媒の合成
第１ステップとして、Ｂｉ（ＮＯ３）３・５Ｈ２Ｏ及びＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏを所定量準備し、これらＢｉ（ＮＯ３）３・５Ｈ２Ｏ及びＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏが同じ濃度となるように７５℃の蒸留水中に投入し、撹拌してＢｉ（ＮＯ３）３・５Ｈ２Ｏ及びＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏの混合水溶液を調製した。そして、この混合水溶液に、２ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨ水溶液を加えた。この際の浴温度は７５℃とし、酸素バブリングを行いながら撹拌した。この操作によって生じた沈殿物を含む溶液を８５℃に保持して水分の一部を蒸発させてペーストを形成した。このペーストを蒸発皿に移し、１２０℃に加熱し、その状態で１２時間保持して乾燥させ、ペーストの乾燥物（前駆体）を得た。
１．電池の製造
（実施例１）
（１）空気極触媒の合成
第１ステップとして、Ｂｉ（ＮＯ３）３・５Ｈ２Ｏ及びＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏを所定量準備し、これらＢｉ（ＮＯ３）３・５Ｈ２Ｏ及びＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏが同じ濃度となるように７５℃の蒸留水中に投入し、撹拌してＢｉ（ＮＯ３）３・５Ｈ２Ｏ及びＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏの混合水溶液を調製した。そして、この混合水溶液に、２ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨ水溶液を加えた。この際の浴温度は７５℃とし、酸素バブリングを行いながら撹拌した。この操作によって生じた沈殿物を含む溶液を８５℃に保持して水分の一部を蒸発させてペーストを形成した。このペーストを蒸発皿に移し、１２０℃に加熱し、その状態で１２時間保持して乾燥させ、ペーストの乾燥物（前駆体）を得た。
第２ステップとして、得られた乾燥物を乳鉢で粉砕した後、空気雰囲気下で４００℃に加熱し、１時間保持する焼成処理を施し、焼成物を得た。得られた焼成物を７０℃の蒸留水を用いて水洗した後、吸引濾過し、１２０℃で乾燥させた。これにより、パイロクロア型のビスマスルテニウム酸化物を得た。
得られたビスマスルテニウム酸化物を、乳鉢を用いて粉砕することにより所定粒子径の粒子の集合体であるビスマスルテニウム酸化物の粉末を得た。このビスマスルテニウム酸化物の粉末に関し、走査型電子顕微鏡による二次電子像を観察した結果、ビスマスルテニウム酸化物の粒子径は０．１μｍ以下であった。
第３ステップとして、ビスマスルテニウム酸化物の粉末２ｇを４０ｍＬの硝酸水溶液とともにスターラーの撹拌槽に入れ、当該硝酸水溶液の温度を２５℃に保持したまま１時間撹拌した。ここで、硝酸水溶液の濃度は２ｍｏｌ／Ｌとした。
撹拌が終了した後、硝酸水溶液中からビスマスルテニウム酸化物の粉末を吸引濾過することにより取り出した。取り出されたビスマスルテニウム酸化物の粉末は、７０℃に加熱したイオン交換水１リットルで洗浄した。洗浄後、ビスマスルテニウム酸化物の粉末を、２５℃の室温下で減圧容器に入れ、減圧環境下で１２時間保持することにより乾燥を行った。
以上のようにして、硝酸処理されたビスマスルテニウム酸化物の粉末、すなわち、空気二次電池用の空気極触媒を得た。ここで、得られた空気極触媒のうち、一部は分析用試料として取り分けておき、残りを空気極の製造用とした。
（２）空気極の製造
ニッケルの粒子の集合体であるニッケル粉末を準備した。このニッケルの粒子は、平均粒径が１０～２０μｍであった。
ニッケルの粒子の集合体であるニッケル粉末を準備した。このニッケルの粒子は、平均粒径が１０～２０μｍであった。
更に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョン及びイオン交換水を準備した。
上記のようにして得られたビスマスルテニウム酸化物の粉末（空気極触媒）に、ニッケル粉末、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョン及びイオン交換水を混合した。このとき、ビスマスルテニウム酸化物の粉末は２０質量部、ニッケル粉末は７０質量部、ＰＴＦＥディスパージョンは１０質量部、イオン交換水は３０質量部の割合で均一に混合して空気極合剤のペーストを製造した。
得られた空気極合剤のペーストをシート状に成形し、このシート状の空気極合剤のペーストをメッシュ数６０、線径０．０８ｍｍ、開口率６０％のニッケルメッシュにプレス圧着させた。
ニッケルメッシュに圧着された空気極合剤のペーストを窒素ガス雰囲気下で３４０℃に加熱し、この温度で１３分間保持し、焼成した。焼成された空気極合剤のシートは、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍに裁断され、これにより、空気極１６を得た。この空気極１６の厚さは０．２３ｍｍであった。なお、得られた空気極１６において、ビスマスルテニウム酸化物の粉末（パイロクロア型複合酸化物触媒）の量は０．２３ｇであった。
（３）負極の製造
Ｎｄ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｌの各金属材料を所定のモル比となるように混合した後、高周波誘導溶解炉に投入しアルゴンガス雰囲気下にて溶解させ、得られた溶湯を鋳型に流し込み、２５℃の室温まで冷却してインゴットを製造した。
Ｎｄ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｌの各金属材料を所定のモル比となるように混合した後、高周波誘導溶解炉に投入しアルゴンガス雰囲気下にて溶解させ、得られた溶湯を鋳型に流し込み、２５℃の室温まで冷却してインゴットを製造した。
ついで、このインゴットに対し、温度１０００℃のアルゴンガス雰囲気下にて１０時間保持する熱処理を施した後、アルゴンガス雰囲気下で機械的に粉砕して、希土類－Ｍｇ－Ｎｉ系水素吸蔵合金粉末を得た。得られた希土類－Ｍｇ－Ｎｉ系水素吸蔵合金粉末について、レーザー回折・散乱式粒径分布測定装置により体積平均粒径（ＭＶ）を測定した。その結果、体積平均粒径（ＭＶ）は６０μｍであった。
この水素吸蔵合金粉末の組成を高周波プラズマ分光分析法（ＩＣＰ）によって分析したところ、組成は、Ｎｄ０．８９Ｍｇ０．１１Ｎｉ３．３３Ａｌ０．１７であった。
得られた水素吸蔵合金の粉末１００質量部に対し、ポリアクリル酸ナトリウムの粉末０．２質量部、カルボキシメチルセルロースの粉末０．０４質量部、スチレンブタジエンゴムのディスパージョン３．０質量部、カーボンブラックの粉末０．５質量部、水２２．４質量部を添加して２５℃の環境下において混練し、負極合剤ペーストを調製した。
この負極合剤ペーストを面密度（目付）が約２５０ｇ／ｍ２、厚みが約０．６ｍｍの発泡ニッケルのシートに充填した。そして、負極合剤ペーストを乾燥させ、負極合剤が充填された発泡ニッケルのシートを得た。得られたシートは圧延され、体積当たりの合金量を高めた後、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍに切断して負極１２を得た。なお、負極１２の厚さは、０．２５ｍｍであった。
次に、得られた負極１２に、活性化処理を施した。この活性化処理の手順を以下に示す。
まず、一般的な焼結式の水酸化ニッケル正極を準備した。なお、この水酸化ニッケル正極としては、その正極容量が負極１２の負極容量よりも十分大きいものを準備した。そして、この水酸化ニッケル正極と、得られた負極１２とを、これらの間にポリエチレンの不織布で形成されたセパレータを介在させた状態で重ね合わせて、活性化処理用電極群を形成した。この活性化処理用電極群を所定量のアルカリ電解液とともにアクリル樹脂製の容器に収容した。これにより、ニッケル水素二次電池の単極セルを形成した。
まず、一般的な焼結式の水酸化ニッケル正極を準備した。なお、この水酸化ニッケル正極としては、その正極容量が負極１２の負極容量よりも十分大きいものを準備した。そして、この水酸化ニッケル正極と、得られた負極１２とを、これらの間にポリエチレンの不織布で形成されたセパレータを介在させた状態で重ね合わせて、活性化処理用電極群を形成した。この活性化処理用電極群を所定量のアルカリ電解液とともにアクリル樹脂製の容器に収容した。これにより、ニッケル水素二次電池の単極セルを形成した。
この単極セルに対し、初回の充放電操作として、温度２５℃の環境下にて、５時間静置後、０．１Ｉｔで１４時間の充電を行った後、０．５Ｉｔで電池電圧が０．７０Ｖになるまで放電させた。次いで、２回目の充放電操作として、０．５Ｉｔで２．８時間の充電を行った後に、０．５Ｉｔで電池電圧が０．７０Ｖになるまで放電させる操作を行った。３回目以降は、上記した２回目の充放電操作を１サイクルとする充放電サイクルを複数回行うことにより負極１２の活性化処理を行った。また、各充放電サイクルにおいては単極セルの容量を求めた。そして、得られた容量の最大値を負極の容量とした。なお、負極の容量は６４０ｍＡｈであった。
その後、０．５Ｉｔで２．８時間の充電を行った後、単極セルから負極１２を取り外した。このようにして、活性化処理及び充電が済んだ負極１２を得た。
（４）空気水素二次電池の製造
得られた空気極１６及び負極１２を、これらの間にセパレータ１４を挟んだ状態で重ね合わせ、電極群１０を製造した。この電極群１０の製造に使用したセパレータ１４はスルホン基を有するポリプロピレン繊維製不織布により形成されており、その厚みは０．１ｍｍ(目付量５３ｇ／ｍ２)であった。
得られた空気極１６及び負極１２を、これらの間にセパレータ１４を挟んだ状態で重ね合わせ、電極群１０を製造した。この電極群１０の製造に使用したセパレータ１４はスルホン基を有するポリプロピレン繊維製不織布により形成されており、その厚みは０．１ｍｍ(目付量５３ｇ／ｍ２)であった。
次いで、容器本体６を準備し、この容器本体６内に上記した電極群１０を収容した。このとき、容器本体６の底壁１８の上に調整部材３６としての発泡ニッケルのシートを配置し、この調整部材３６の上に電極群１０を載置した。ここで、発泡ニッケルのシートは、厚さが１ｍｍであり、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍの正方形状をなしている。
次いで、電極群１０の上（空気極１６の上）に撥水通気部材４０を配設した。ここで、撥水通気部材４０は、縦が４５ｍｍ、横が４５ｍｍ、厚さが０．１ｍｍであるＰＴＦＥ多孔膜４２と、縦が４０ｍｍ、横が４０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍである不織布拡散紙４４とが組み合わされて形成されている。
その後、容器本体６内には、アルカリ電解液（５ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ水溶液）を２ｍＬ注入した。
次いで、容器本体６の開口部２２を塞ぐように蓋８を被せた。このとき、蓋８の内面部２８における通気路３０、入側通気孔３２及び出側通気孔３４を含むエリアの全体が撥水通気部材４０で覆われるように、当該エリアと撥水通気部材４０とを密着させる。ここで、通気路３０は、全体として１本のサーペンタイン形状をなしている。通気路３０の横断面は、矩形状をなしており、当該矩形における縦寸法が１ｍｍ、横寸法が１ｍｍである。この通気路３０は、撥水通気部材４０側が開放されている。
容器本体６及び蓋８が組み合わされて形成された容器４については、その周端縁部４６、４８が連結具５０、５２により上下から挟みこまれる。なお、容器本体６と蓋８との接触部には、図示しない樹脂製のパッキンが配設されており、アルカリ電解液の漏れを防止している。
以上のようにして、図１に示すような電池２を製造した。得られた電池２は、２５℃の環境下で１時間静置し、電極群１０にアルカリ電解液を浸透させた。
なお、空気極１６には空気極リード５４が、負極１２には負極リード５６が、それぞれ電気的に接続されており、これら空気極リード５４及び負極リード５６は、容器４の気密性及び水密性を保持した状態でリード線の引出口２４、２６から容器４の外側へ適切に延びている。また、空気極リード５４の先端には空気極端子５８が取り付けられており、負極リード５６の先端には負極端子６０が取り付けられている。
（比較例１）
ビスマスルテニウム酸化物を製造する際の第２ステップにおける焼成処理で、焼成温度を３００℃としたことを除いて、実施例１と同様にして空気水素二次電池を製造した。
ビスマスルテニウム酸化物を製造する際の第２ステップにおける焼成処理で、焼成温度を３００℃としたことを除いて、実施例１と同様にして空気水素二次電池を製造した。
（比較例２）
ビスマスルテニウム酸化物を製造する際の第２ステップにおける焼成処理で、焼成温度を６００℃としたことを除いて、実施例１と同様にして空気水素二次電池を製造した。
ビスマスルテニウム酸化物を製造する際の第２ステップにおける焼成処理で、焼成温度を６００℃としたことを除いて、実施例１と同様にして空気水素二次電池を製造した。
２．空気水素二次電池の評価
（１）空気極触媒のＸ線回折（ＸＲＤ）分析
実施例１、比較例１、２の空気極触媒の分析用試料についてＸ線回折（ＸＲＤ）分析を行った。分析には平行ビームＸ線回折装置を用いた。ここでの分析の条件は、Ｘ線源はＣｕＫα、管電圧は４０ｋＶ、管電流は１５ｍＡ、スキャンスピードは１度／ｍｉｎ、ステップ幅は０．０１度であった。分析結果のプロファイルを図２～図４に示した。ここで、図２は、全体的なプロファイルであり、図３及び図４は、図２のうちの一部を拡大して示したプロファイルである。
また、分析結果より、最強線のピーク位置及び格子定数を求めた。得られた結果を表１に示した。
（１）空気極触媒のＸ線回折（ＸＲＤ）分析
実施例１、比較例１、２の空気極触媒の分析用試料についてＸ線回折（ＸＲＤ）分析を行った。分析には平行ビームＸ線回折装置を用いた。ここでの分析の条件は、Ｘ線源はＣｕＫα、管電圧は４０ｋＶ、管電流は１５ｍＡ、スキャンスピードは１度／ｍｉｎ、ステップ幅は０．０１度であった。分析結果のプロファイルを図２～図４に示した。ここで、図２は、全体的なプロファイルであり、図３及び図４は、図２のうちの一部を拡大して示したプロファイルである。
また、分析結果より、最強線のピーク位置及び格子定数を求めた。得られた結果を表１に示した。
（２）放電試験
実施例１、比較例１、２の空気水素二次電池については、空気極端子５８及び負極端子６０を介して、０．５Ｉｔで１．２時間充電し、０．５Ｉｔで電池電圧が０．４Ｖになるまで放電することを１サイクルとし、斯かる充放電を１０サイクル繰り返した。このとき、充放電に関わらず、入側通気孔３２から空気を入れ、出側通気孔３４から空気を排出するようにして、通気路３０には、５３ｍＬ／分の割合で常に空気を供給し続けた。なお、負極容量（６４０ｍＡｈ）を１Ｉｔとした。
実施例１、比較例１、２の空気水素二次電池については、空気極端子５８及び負極端子６０を介して、０．５Ｉｔで１．２時間充電し、０．５Ｉｔで電池電圧が０．４Ｖになるまで放電することを１サイクルとし、斯かる充放電を１０サイクル繰り返した。このとき、充放電に関わらず、入側通気孔３２から空気を入れ、出側通気孔３４から空気を排出するようにして、通気路３０には、５３ｍＬ／分の割合で常に空気を供給し続けた。なお、負極容量（６４０ｍＡｈ）を１Ｉｔとした。
そして、各サイクルにおいて、放電容量と電圧とを測定した。
ここで、放電スタート時の放電容量と電圧との関係から放電特性カーブを求めた。その結果を図５に示した。
ここで、放電スタート時の放電容量と電圧との関係から放電特性カーブを求めた。その結果を図５に示した。
また、放電容量の値が全放電容量の半分の値になった時の電池電圧を中間電圧として測定した。得られた中間電圧のうち放電スタート時の値を放電中間電圧として表１に示した。
（３）考察
図２～４より、空気極触媒の焼成温度を３００℃とした比較例１では、●印で示すＪＣＰＤカード０１－０８２－０３８０のＢｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３に対応する回折ピークとほぼ一致しており、○印で示すＪＣＰＤカード０１－０８２－０３８１のＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２の回折ピークは確認できなかった。
図２～４より、空気極触媒の焼成温度を３００℃とした比較例１では、●印で示すＪＣＰＤカード０１－０８２－０３８０のＢｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３に対応する回折ピークとほぼ一致しており、○印で示すＪＣＰＤカード０１－０８２－０３８１のＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２の回折ピークは確認できなかった。
一方、空気極触媒の焼成温度を４００℃とした実施例１では、僅かにピークシフトは見られるがＪＣＰＤカード０１－０８２－０３８０のＢｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３及びＪＣＰＤカード０１－０８２－０３８１のＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２の両方の回折ピークが確認できており、酸素量が異なる２種類の結晶構造が存在していることがわかる。
また、空気極触媒の焼成温度を６００℃とした比較例２では、ＪＣＰＤカード０１－０８２－０３８１のＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２の回折ピークのみ確認できた。
実施例１、比較例１及び２の放電特性カーブを示した図５の結果から、比較例１及び２の放電特性カーブに比べ実施例１の放電特性カーブは放電電圧が高い方にシフトしており、実施例１では、放電側の過電圧が低減されたことがわかる。
また、放電中間電圧を示した表１の結果からも、比較例１の放電中間電圧が０．７５１Ｖであり、比較例２の放電中間電圧が０．７６６Ｖであるのに比べ、実施例１では０．７８８Ｖと向上しており、放電側の過電圧が低減されたことがわかる。
以上より、異なる酸素量を有するＢｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３及びＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２の２相が共存した実施例１が最も放電電圧が上昇したといえる。これは、酸素還元活性の向上により電荷移動抵抗が低下したためである。このような放電特性の改善は、酸素量が異なる結晶相が存在することにより相乗効果が生じ、酸素と触媒表面との結合強度が変化する、または２電子還元過程の中間体である過酸化水素イオンの分解を促進させるなど、触媒の多元機能化に起因すると考えられる。上記した実施例１は、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３及びＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２の両方の回折ピークを有したが、それぞれの結晶構造に類似する結晶構造を有しているパイロクロア型複合酸化物触媒であっても同様の効果が期待できる。更に、実施例１のパイロクロア型複合酸化物触媒は、結晶構造が２相であったが、３相以上の酸素量が異なる結晶構造を有するパイロクロア型複合酸化物触媒であっても同様の効果が期待できる。
なお、本発明は上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、空気二次電池用の空気極触媒としては、ビスマスルテニウム酸化物の他に、上記したパイロクロア型複合酸化物の組成を表す一般式において挙げた選択可能元素の酸化物が挙げられる。また、パイロクロア型複合酸化物は、結晶構造が２つである態様に限定されず、２つよりも多く、すなわち３つ以上の結晶構造を含んでいても構わない。この場合、それぞれの結晶構造は、少なくとも酸素量が異なる構成とする。また、本発明は、空気水素二次電池に限定されるものではなく、負極に用いる金属として、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉなどを用いた他の空気二次電池であっても構わない。これら他の空気二次電池も上記した空気水素二次電池と同様に放電側の過電圧を低減する効果が得られる。
＜本発明の態様＞
本発明の第１の態様は一般式：Ａ２－ｘＢ２－ｙＯ７－ｚ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、－０．５≦ｚ≦０．５の関係を満たし、Ａは、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｎ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｂは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｓｂ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を表している。）で表されるパイロクロア型複合酸化物であって、酸素量が異なる結晶構造を２つ以上有するパイロクロア型複合酸化物を備えている、空気二次電池用の空気極触媒である。
本発明の第１の態様は一般式：Ａ２－ｘＢ２－ｙＯ７－ｚ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、－０．５≦ｚ≦０．５の関係を満たし、Ａは、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｎ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｂは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｓｂ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を表している。）で表されるパイロクロア型複合酸化物であって、酸素量が異なる結晶構造を２つ以上有するパイロクロア型複合酸化物を備えている、空気二次電池用の空気極触媒である。
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記パイロクロア型複合酸化物は、ビスマスルテニウム酸化物である、空気二次電池用の空気極触媒である。
本発明の第３の態様は、上記した本発明の第１の態様又は本発明の第２の態様において、前記パイロクロア型複合酸化物は、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２で表される結晶構造もしくはＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２で表される結晶構造に類似する結晶構造と、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３で表される結晶構造もしくはＢｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３で表される結晶構造に類似する結晶構造とを少なくとも有している、空気二次電池用の空気極触媒である。
本発明の第４の態様は、セパレータを介して重ね合わされた空気極及び負極を含む電極群と、前記電極群をアルカリ電解液とともに収容している容器と、を備え、前記空気極は、上記した本発明の第１の態様～第３の態様の何れかの空気二次電池用の空気極触媒を含んでいる、空気二次電池である。
本発明の第５の態様は、上記した本発明の第４の態様において、前記負極は、水素吸蔵合金を含んでいる、空気二次電池である。
２ 電池（空気水素二次電池）
４ 容器
６ 容器本体
８ 蓋
１０ 電極群
１２ 負極
１４ セパレータ
１６ 空気極（正極）
３０ 通気路
４０ 撥水通気部材
４ 容器
６ 容器本体
８ 蓋
１０ 電極群
１２ 負極
１４ セパレータ
１６ 空気極（正極）
３０ 通気路
４０ 撥水通気部材
Claims (5)
- 一般式：Ａ２－ｘＢ２－ｙＯ７－ｚ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、－０．５≦ｚ≦０．５の関係を満たし、Ａは、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｎ、Ｙ、Ｚｎ及びＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｂは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｓｂ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏから選ばれる少なくとも１種の元素を表している。）で表されるパイロクロア型複合酸化物であって、酸素量が異なる結晶構造を２つ以上有するパイロクロア型複合酸化物を備えている、空気二次電池用の空気極触媒。
- 前記パイロクロア型複合酸化物は、ビスマスルテニウム酸化物である、請求項１に記載の空気二次電池用の空気極触媒。
- 前記パイロクロア型複合酸化物は、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２で表される結晶構造もしくはＢｉ２Ｒｕ２Ｏ６．９２で表される結晶構造に類似する結晶構造と、Ｂｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３で表される結晶構造もしくはＢｉ２Ｒｕ２Ｏ７．３３で表される結晶構造に類似する結晶構造とを少なくとも有している、請求項１又は２に記載の空気二次電池用の空気極触媒。
- セパレータを介して重ね合わされた空気極及び負極を含む電極群と、
前記電極群をアルカリ電解液とともに収容している容器と、を備え、
前記空気極は、請求項１～３の何れかに記載の空気二次電池用の空気極触媒を含んでいる、空気二次電池。 - 前記負極は、水素吸蔵合金を含んでいる、請求項４に記載の空気二次電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019018099A JP7149525B2 (ja) | 2019-02-04 | 2019-02-04 | 空気二次電池用の空気極触媒及び空気二次電池 |
| US16/781,192 US11495804B2 (en) | 2019-02-04 | 2020-02-04 | Air electrode catalyst for air secondary battery and air secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019018099A JP7149525B2 (ja) | 2019-02-04 | 2019-02-04 | 空気二次電池用の空気極触媒及び空気二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020126754A JP2020126754A (ja) | 2020-08-20 |
| JP7149525B2 true JP7149525B2 (ja) | 2022-10-07 |
Family
ID=71837877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019018099A Active JP7149525B2 (ja) | 2019-02-04 | 2019-02-04 | 空気二次電池用の空気極触媒及び空気二次電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11495804B2 (ja) |
| JP (1) | JP7149525B2 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006196329A (ja) | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Doshisha | 空気極および該空気極を用いた空気二次電池 |
| WO2012111134A1 (ja) | 2011-02-17 | 2012-08-23 | 富士通株式会社 | フィルタ及び空気電池 |
| JP2016152068A (ja) | 2015-02-16 | 2016-08-22 | 学校法人同志社 | 正極およびその製造方法、並びにその正極を用いた空気二次電池 |
| JP2019195775A (ja) | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 国立大学法人 大分大学 | 酸素発生反応及び酸素還元反応触媒 |
| WO2020153401A1 (ja) | 2019-01-23 | 2020-07-30 | 学校法人同志社 | 酸素触媒及び該酸素触媒を用いる電極 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4959494A (en) * | 1986-12-11 | 1990-09-25 | Monsanto Company | Oxidation of organic compounds with pyrochlore catalysts |
| JP5626872B2 (ja) * | 2010-09-16 | 2014-11-19 | 学校法人同志社 | 水素／空気二次電池 |
| WO2012111101A1 (ja) * | 2011-02-16 | 2012-08-23 | 富士通株式会社 | 空気二次電池 |
-
2019
- 2019-02-04 JP JP2019018099A patent/JP7149525B2/ja active Active
-
2020
- 2020-02-04 US US16/781,192 patent/US11495804B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006196329A (ja) | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Doshisha | 空気極および該空気極を用いた空気二次電池 |
| JP4568124B2 (ja) | 2005-01-14 | 2010-10-27 | 学校法人同志社 | 空気極および該空気極を用いた空気二次電池 |
| WO2012111134A1 (ja) | 2011-02-17 | 2012-08-23 | 富士通株式会社 | フィルタ及び空気電池 |
| JP2016152068A (ja) | 2015-02-16 | 2016-08-22 | 学校法人同志社 | 正極およびその製造方法、並びにその正極を用いた空気二次電池 |
| JP2019195775A (ja) | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 国立大学法人 大分大学 | 酸素発生反応及び酸素還元反応触媒 |
| WO2020153401A1 (ja) | 2019-01-23 | 2020-07-30 | 学校法人同志社 | 酸素触媒及び該酸素触媒を用いる電極 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11495804B2 (en) | 2022-11-08 |
| US20200251746A1 (en) | 2020-08-06 |
| JP2020126754A (ja) | 2020-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11322751B2 (en) | Method for producing catalyst for air secondary battery, method for producing air secondary battery, catalyst for air secondary battery, and air secondary battery | |
| WO2006011430A1 (ja) | アルカリ蓄電池用正極活物質、アルカリ蓄電池用正極、アルカリ蓄電池、及びアルカリ蓄電池用正極活物質の製造方法 | |
| US11355751B2 (en) | Air electrode for air secondary battery and air secondary battery | |
| JP2018055811A (ja) | 空気二次電池用の空気極及びこの空気極を含む空気−水素二次電池 | |
| US11811069B2 (en) | Catalyst for air electrode, air electrode including catalyst for air electrode, and air secondary battery including air electrode | |
| JP2018055810A (ja) | 空気二次電池用の空気極、この空気極を含む空気−水素二次電池 | |
| JP7149525B2 (ja) | 空気二次電池用の空気極触媒及び空気二次電池 | |
| JP7364317B2 (ja) | 空気二次電池用の空気極触媒及びその製造方法、ならびに空気二次電池 | |
| JP7513411B2 (ja) | 空気二次電池 | |
| JP7122946B2 (ja) | 空気二次電池用の空気極触媒、この空気極触媒の製造方法及び空気二次電池 | |
| JP7414584B2 (ja) | 空気二次電池用の空気極及び空気二次電池 | |
| JP7256350B2 (ja) | 水素空気二次電池用の水素吸蔵合金負極、及び、この水素吸蔵合金負極を含む水素空気二次電池 | |
| JP7299449B2 (ja) | 空気二次電池用の空気極及びこの空気極を含む空気二次電池 | |
| JP2024085594A (ja) | 空気二次電池用の空気極及びこの空気極を含む空気二次電池 | |
| US20230049091A1 (en) | Catalyst for air secondary battery, air electrode, and air secondary battery | |
| JP2022138169A (ja) | 空気二次電池用触媒、空気極及び空気二次電池 | |
| JP2022118881A (ja) | 空気二次電池用触媒及び空気二次電池 | |
| JP2020202155A (ja) | 空気二次電池用の空気極及び空気二次電池 | |
| JP2023076130A (ja) | 空気極用触媒、この空気極用触媒を含む空気極及びこの空気極を含む空気二次電池 | |
| JP2023077116A (ja) | 空気二次電池用の空気極及び空気二次電池 | |
| JP7353454B1 (ja) | リチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 | |
| JP7454642B1 (ja) | リチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 | |
| JP2022123608A (ja) | 空気二次電池用の空気極触媒及びその製造方法、ならびに空気二次電池 | |
| WO2023181992A1 (ja) | リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用正極活物質の製造方法 | |
| JP2024094989A (ja) | 空気二次電池用の空気極及び空気二次電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20190327 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20190327 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20190327 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211207 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220817 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220907 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220915 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7149525 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |