黄长石型复合氧化物制造技术

提供可以用于金属空气电池的正极催化剂的新型化合物。本发明专利技术涉及的黄长石型复合氧化物由通式(Ba

Compound oxide of plagioclase type

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】黄长石型复合氧化物
本专利技术涉及黄长石型复合氧化物。
技术介绍
对于电动车(EV)的进一步普及而言，实现与汽油汽车同等程度的续航距离的高能量密度蓄电池的开发是必不可少的。目前，作为超过现状的锂离子二次电池的“革新型蓄电池”之一，金属空气电池正受到关注。金属空气电池是指使用锌等金属作为负极活性物质、使用空气中的氧作为正极活性物质的二次电池。这样的金属空气电池有可能达成非常高的理论能量密度。对于金属空气电池、特别是使用锌作为金属的锌空气电池，以往以来国内外的研究机构一直在进行研究开发(例如，非专利文献1、2)，但目前尚未达到真正的实用化。另外，金属空气电池的空气极在放电时通过氧(活性物质)的4电子还原反应而生成氢氧根离子，而在充电时通过氢氧根离子的4电子氧化反应而产生氧。所述伴随4电子的授受的氧还原反应(以下，有时也称为“ORR”。)及析氧反应(以下，有时也称为“OER”。)为动力学上非常慢的反应，故而在充放电时产生大的过电压，因此需要可促进ORR/OER的高活性催化剂。具体而言，金属空气电池的各电极中的充电反应及放电反应如以下的(1)～(4)式所示。需要说明的是，式(1)～(4)中，方便起见，示出了使用锌作为负极的例子。(正极)充电反应(析氧反应)：4OH-→O2+2H2O+4e-···(1)放电反应(氧还原反应)：O2+2H2O+4e-→4OH-···(2)(负极)充电反应：ZnO+H2O+2e-→Zn+2OH-···(3)放电反应：Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e-···(4)此处，金属空气电极中，使用高浓度KOH水溶液这样的强碱性水溶液等作为电解液来供给上述(1)、(4)式涉及的氢氧根离子。而且，正极催化剂由于被浸渍在强碱性水溶液中，因此要求优异的化学稳定性。作为正极催化剂，已知铂、氧化钌、氧化铱等贵金属系催化剂显示高的ORR/OER活性。但是，它们中所含的贵金属稀少且昂贵，因此汽车用蓄电池等的大规模的实用化困难。因此，强烈希望以过渡金属等资源丰富的元素为主成分的显示高性能ORR/OER活性的通用性正极催化剂的开发。另一方面，近年来，作为正极催化剂，正在进行钙钛矿(ABO3)型过渡金属氧化物的开发。目前为止，已报道了钙钛矿ABO3结构中的六配位八面体的B位点的能级分裂为t2g及eg时，eg电子数为1，ORR/OER活性极大(例如，非专利文献3、4)。但是，这样的设计方针中，对于除具有BO6八面体配位结构的钙钛矿化合物以外、特别是具有其他金属-氧配位结构的化合物完全没有考虑。特别是，没有发现在金属空气电池的工作环境下可耐受实际使用的有用材料。现有技术文献非专利文献非专利文献1：F.Cheng，J.Chen，Chem.Soc.Rev.，41，2172-2192(2012).非专利文献2：Y.Li，H.Dai，Chem.Soc.Rev.43，5257-5275(2014).非专利文献3：J.Suntivich，H.A.Gasteiger，N.Yabuuchi，H.Nakanishi，J.B.Goodenough，Y.S.-Horn，Nat.Chem.，3，546-550(2011).非专利文献4：J.Suntivich，K.J.May，H.A.Gasteiger，J.B.Goodenough，Y.S.-Horn，Science，334，1383-1385(2011).
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术是鉴于如上所述的实际情况而作出的，其目的在于，提供可以用于金属空气电池的正极催化剂的新型化合物。用于解决问题的方案本申请的专利技术人为了解决上述问题而反复进行了深入研究。其结果，发现可以将通式(Ba1-z)2Sr2zCoxFe2-2x(SiyGe1-y)1+xO7(式中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。其中，不包括x＝1并且y＝1的情况、x＝1并且y＝0的情况、及x＝0并且y＝0的情况。)所示的黄长石型复合氧化物用于金属空气电池的正极催化剂，从而完成了本专利技术。具体而言，本专利技术提供以下方案。(1)本专利技术的第1专利技术为黄长石型复合氧化物，其由通式(BazSr1-z)2CoxFe2-2x(SiyGe1-y)1+xO7(式中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。其中，不包括x＝1并且y＝1并且z＝0的情况、x＝1并且y＝1并且z＝1的情况、x＝1并且y＝0并且z＝0的情况、x＝1并且y＝0并且z＝1的情况、x＝0并且y＝0并且z＝0的情况、及x＝0并且y＝0并且z＝1的情况。)表示。(2)本专利技术的第2专利技术为第1专利技术中的黄长石型复合氧化物，其中，前述通式中，0.5≤x≤0.9。(3)本专利技术的第3专利技术为第1或第2专利技术中的黄长石型复合氧化物，其中，前述通式中，0≤y≤0.1。(4)本专利技术的第4专利技术为黄长石型复合氧化物，其由通式(Baz1Sr1-z1-z2REz2)2Cox1Znx2Fe2-2(x1+x2)(SiyGe1-y)1+x1+x2O7(式中，0＜x1≤1，0≤x2≤0.2，0≤y≤1，0≤z1≤1，0≤z2≤0.2，并且x2及z2中的至少任一者大于0)表示。(5)本专利技术的第5专利技术为黄长石型复合氧化物，其中，前述黄长石型复合氧化物的前述通式中，RE为Y。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供可以用于金属空气电池的正极催化剂的新型化合物。附图说明[图1]为黄长石型复合氧化物的ab面中的构成元素的配置的示意图。[图2]为一实施方式涉及的空气金属电池的截面图。[图3]为实施例5的试样的KOH水溶液浸渍前后的水溶液的照片。(a)为浸渍前，(b)为室温下浸渍后，(c)为于40℃浸渍后，(d)为于60℃浸渍后[图4]为KOH水溶液浸渍前后的实施例5的试样的XRD图案。[图5]中，(a)为实施例7、参考例2及比较例1、2的ORR反应的电流密度-电位曲线，(b)为实施例7、参考例2及比较例1、2的试样的OER反应的电流密度-电位曲线。[图6]中，(a)为实施例5、7、9、10及参考例1、2的试样的ORR反应的电流密度-电位曲线，(b)为实施例5、7、9、10及参考例1、2的试样的OER反应的电流密度-电位曲线。[图7]中，(a)为实施例6、18及参考例1～4的试样的ORR反应的电流密度-电位曲线，(b)为实施例6、18及参考例1～4的试样的OER反应的电流密度-电位曲线。[图8]中，(a)为实施例25及参考例2、5的试样的ORR反应的电流密度-电位曲线，(b)为实施例25及参考例2、5的试样的OER反应的电流密度-电位曲线。[图9]为参考例1的试样的中子衍射图案及Rietverd解析的结果。[图10]为实施例7的试样的中子衍射图案及Rietverd解析的结果。[图11]为实施例9的试样的中子衍射图案及Rietverd解析的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.黄长石型复合氧化物，其由通式(Ba

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 JP 2017-1908081.黄长石型复合氧化物，其由通式(BazSr1-z)2CoxFe2-2x(SiyGe1-y)1+xO7表示，
式中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，其中，不包括x＝1并且y＝1并且z＝0的情况、x＝1并且y＝1并且z＝1的情况、x＝1并且y＝0并且z＝0的情况、x＝1并且y＝0并且z＝1的情况、x＝0并且y＝0并且z＝0的情况、及x＝0并且y＝0并且z＝1的情况。


2.如权利要求1所述的黄长石型复合氧化物，其中，所述通式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川哲志，本桥辉树，斋藤美和，铃木健太，
申请(专利权)人：学校法人神奈川大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP