空气极、水电解阳极、金属空气电池及水电解装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种呈现出比炭黑高的催化活性且还不用担心氧化劣化的空气极或水电解阳极、特别是用于金属空气电池或水电解装置的空气极或水电解阳极。该空气极或水电解阳极为用于金属空气电池或水电解装置的空气极或水电解阳极，其包含由LaNi1‑x‑yCuxFeyO3‑δ(式中，x＞0、y＞0、x+y＜1、0≤δ≤0.4)所表示的电子传导性材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空气极、水电解阳极、金属空气电池及水电解装置
本专利技术涉及金属空气电池用的空气极、水电解装置用的阳极(以下称为水电解阳极)、金属空气电池及水电解装置。
技术介绍
作为创新电池候选之一，可以举出金属空气电池。关于金属空气电池，因为是从空气中供给作为正极活性物质的氧，所以能够将电池容器内的空间最大限度地用于填充负极活性物质，由此，理论上能够实现高能量密度。例如，将锌用作负极活性物质的锌空气电池中，使用氢氧化钾等碱性水溶液作为电解液，为了防止正负极间的短路，使用了隔板(隔壁)。在放电时，如以下的反应式所示，在空气极(正极)侧O2被还原而生成OH-，另一方面，在负极，锌被氧化而生成ZnO。并且，在充电时，发生与以下相反的反应。空气极(正极)：O2+2H2O+4e-→4OH-负极：2Zn+4OH-→2ZnO+2H2O+4e-专利文献1(国际公开第2013/073292号)中，提出一种锌空气二次电池，其使用氢氧化物离子传导性的无机固体电解质体作为用于阻止锌枝晶生长的隔板，且将无机固体电解质体紧密接触地设置在空气极的一侧表面。另外，作为该无机固体电解质体，提出使用通式M2+1-xM3+x(OH)2An-x/n·mH2O(式中，M2+为2价的阳离子，M3+为3价的阳离子，An-为n价的阴离子)所表示的层状双氢氧化物(LDH)的致密水热固化体。并且，在这种作为隔板的无机固体电解质体上形成有由铂等催化剂粒子以及碳等导电粒子构成的空气极。专利文献2(国际公开第2013/161516号)中，公开了一种锂空气二次电池，其使用氢氧化物离子传导性的无机固体电解质体作为阴离子交换膜，且将无机固体电解质体紧密接触地设置在空气极的一侧表面。另外，作为该无机固体电解质体，提出使用层状双氢氧化物(LDH)的致密水热固化体。并且，在作为阴离子交换膜的无机固体电解质体上形成有由铂等催化剂粒子以及碳等导电粒子构成的空气极。该构成中，在空气极与碱性电解液之间夹有由氢氧化物离子传导性无机固体电解质形成的阴离子交换膜，由此，仅使在空气极生成的OH-通过到碱性电解液，另一方面，能够阻止空气中包含的二氧化碳等不希望有的物质混入。另外，通过夹有阴离子交换膜，还能够阻止碱性电解液中的Li+移动至空气极，从而避免在空气极中的细孔内生成LiOH析出物而堵塞细孔的问题。通过像这样夹有氢氧化物离子传导性的无机固体电解质体，在空气极与电解液之间授受OH-，而不是Li+。因此，在放电时，如以下的反应式所示，在空气极(正极)侧O2被还原而生成OH-，另一方面，在负极，锂溶解而生成Li+。并且，在充电时，发生与以下相反的反应。空气极(正极)：O2+2H2O+4e-→4OH-负极：Li→Li++e-由此，在上述的锌空气二次电池及锂空气二次电池中，空气极生成或利用OH-，并包含例如铂等催化剂粒子、炭黑等导电粒子。作为利用OH-的此种电极的其它用途，可以举出水电解装置。水电解装置为通过将H2O电解为H2和O2而用于制造氢的装置，其具有电解质被夹持在阳极与阴极这2个电极之间的结构。电解质具有使用了质子传导性(酸性)电解质和使用了氢氧化物离子传导性(碱性)电解质的这2个种类，其各自分别具有电解质为固体电解质的类型和电介质为电解液的类型这2个种类，共计被分类为4个种类。使用了氢氧化物离子传导性(碱性)的电解液的情况下，在电解时，如以下的反应式所示，在阳极，OH-被氧化而生成O2，另一方面，在阴极，H2O被还原而生成H2。阳极：4OH-→O2+2H2O+4e-阴极：4H2O+4e-→2H2+4OH-但是，已知含有由LaNi1-x-yCuxFeyO3-δ(式中、x＞0、y＞0、x+y＜1、0≤δ≤0.4)所表示的成分的材料(例如参见专利文献3(日本特许第4995327号公报))。专利文献3中公开以下内容：由于该材料在高温且大气下显示出所希望的导电性和热膨胀率，所以适合作为燃料电池、特别是固体氧化物型燃料电池(SOFC)用的集电层材料。应予说明，SOFC中的空气极由O2生成O2-，与上述的金属空气电池用的空气极及水电解装置用的阳极(水电解阳极)不同，并没有生成或使用OH-。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2013/073292号专利文献2：国际公开第2013/161516号专利文献3：日本特许第4995327号公报
技术实现思路
空气极或水电解阳极进行氧的还原反应及发生反应，因此，要求电子传导性、离子传导性、催化活性及气体扩散性，通常为将具有各性能的材料多个混合而得到的多孔体。特别是，炭黑通常被用作电子传导体且催化剂，但是，存在以下问题：其催化活性不充分，另外，被空气中的氧等氧化而劣化。本专利技术的专利技术人最近得到如下见解：作为集电材料已知的由LaNi1-x-yCuxFeyO3-δ(式中、x＞0、y＞0、x+y＜1、0≤δ≤0.4)所表示的材料不仅呈现电子传导性，还呈现催化功能，因此，可优选用作空气极催化剂或水电解阳极催化剂。更具体而言，得到如下见解：作为炭黑的代替材料，将上述组成的电子传导性材料用于空气极催化剂或水电解阳极催化剂，结果得到比炭黑高的催化活性。另外，还发现以下优点：该电子传导性材料为氧化物，因此，不用担心氧化劣化。本专利技术的目的是提供一种呈现比炭黑高的催化活性且不用担心氧化劣化的空气极或水电解阳极、即金属空气电池用的空气极或水电解装置用的阳极。根据本专利技术的一个方案，提供一种空气极或水电解阳极，其是用于金属空气电池或水电解装置的空气极或水电解阳极，其中，所述空气极或水电解阳极包含由LaNi1-x-yCuxFeyO3-δ(式中、x＞0、y＞0、x+y＜1、0≤δ≤0.4)所表示的电子传导性材料。根据本专利技术的另一方案，提供一种带有隔板的空气极，其包括上述方案的空气极和氢氧化物离子传导性隔板，该氢氧化物离子传导性隔板设置于所述空气极的一侧表面。根据本专利技术的再一方案，提供一种带有固体电解质的水电解阳极，其包括水电解阳极和氢氧化物离子传导性固体电解质，该氢氧化物离子传导性固体电解质设置于所述水电解阳极的一侧表面。根据本专利技术的再一方案，提供一种金属空气电池，其包括：上述方案的空气极或带有隔板的空气极、金属负极、以及电解液。根据本专利技术的再一方案，提供一种水电解装置，其包括：上述方案的水电解阳极、阴极、以及氢氧化物离子传导性固体电解质和/或氢氧化物离子传导性电解液。附图说明图1是表示使用了本专利技术的氢氧化物离子传导性电解液的水电解装置的一个方案的示意图。图2是表示使用了本专利技术的氢氧化物离子传导性固体电解质的水电解装置的一个方案的示意图。图3是表示使用了本专利技术的氢氧化物离子传导性固体电解质和氢氧化物离子传导性电解液的水电解装置的一个方案的示意图。图4是表示使用了本专利技术的氢氧化物离子传导性固体电解质和氢氧化物离子传导性电解液的水电解装置的另一方案的示意图。图5是表示电位降测定用的电化学测定体系的构成的示意图。具体实施方式空气极及水电解阳极本专利技术的空气极或水电解阳极用于金属空气电池(特别是金属空气二次电池)或水电解装置。作为这些用途中的空气极或水电解阳极，设想的典型方案是进行OH-的生成反应和/或氧化反应。使用本专利技术的空气极的金属空气电池只要包括空气极、金属负极以及电解液即可。优选设想的构成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气极或水电解阳极，其是用于金属空气电池的空气极或用于水电解装置的水电解阳极，其中，所述空气极或水电解阳极包含由LaNi1‑x‑yCuxFeyO3‑δ所表示的电子传导性材料，式中，x＞0、y＞0、x+y＜1、0≤δ≤0.4。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.13 JP 2015-0512501.一种空气极或水电解阳极，其是用于金属空气电池的空气极或用于水电解装置的水电解阳极，其中，所述空气极或水电解阳极包含由LaNi1-x-yCuxFeyO3-δ所表示的电子传导性材料，式中，x＞0、y＞0、x+y＜1、0≤δ≤0.4。2.根据权利要求1所述的空气极或水电解阳极，其中，所述电子传导性材料还作为空气极催化剂或水电解阳极催化剂发挥作用。3.根据权利要求1或2所述的空气极或水电解阳极，其中，x≤0.5。4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的空气极或水电解阳极，其中，0.01≤x≤0.5。5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的空气极或水电解阳极，其中，y≤0.3。6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的空气极或水电解阳极，其中，0.01≤y≤0.3。7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的空气极或水电解阳极，其中，所述电子传导性材料具有钙钛矿型晶相。8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的空气极或水电解阳极，其中，还包含氢氧化物离子传导性材料。9.根据权利要求8所述的空气极或水电解阳极，其中，所述氢氧化物离子传导性材料包含基本组成为通式：M2+1-xM3+x(OH)2An-x/n·mH2O的层状双氢氧化物，式中，M2+为至少1种以上的2价阳离子，M3+为至少1种以上的3价阳离子，An-为n价的阴离子，n为1以上的整数，x为0.1～0.4，m为0以上。10.根据权利要求9所述的空气极或水电解阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：服部达哉，山村嘉彦，鬼头贤信，山田直仁，齐藤直美，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP