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JP5968686B2 - Selective oxygen permeable substrate, positive electrode for air battery and air battery - Google Patents
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JP5968686B2 - Selective oxygen permeable substrate, positive electrode for air battery and air battery - Google Patents

Selective oxygen permeable substrate, positive electrode for air battery and air battery Download PDF

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Description

本発明は、選択的酸素透過基体、空気電池用正極及び空気電池に関する。更に詳しくは、空気中の酸素を選択的に内部に導入することが可能であるとともに電解液に対する耐性の高い選択的酸素透過基体に関する。また、当該選択的酸素透過基体を備えた空気電池用正極、及び当該空気電池用正極を備えた空気電池に関する。   The present invention relates to a selective oxygen permeable substrate, a positive electrode for an air battery, and an air battery. More specifically, the present invention relates to a selective oxygen permeable substrate that can selectively introduce oxygen in the air and has high resistance to an electrolytic solution. The present invention also relates to an air battery positive electrode provided with the selective oxygen permeable substrate and an air battery provided with the air battery positive electrode.

空気電池は、負極活物質として金属を用い、正極活物質として酸素を用いるため、「正極活物質の単位質量」当たりの放電容量が極めて大きいものである。近年、電気自動車や携帯機器等において、電池の高容量化や高出力化が求められており、空気電池の高性能化が期待されている。   Since an air battery uses a metal as a negative electrode active material and oxygen as a positive electrode active material, the discharge capacity per “unit mass of the positive electrode active material” is extremely large. In recent years, there has been a demand for higher capacity and higher output of batteries in electric vehicles and portable devices, and high performance of air batteries is expected.

上記のように、空気電池の正極活物質は酸素であるため、当該正極活物質として空気中の酸素を使用することができる。しかし、空気電池に空気をそのまま導入すると、空気中の二酸化炭素も導入されることになる。二酸化炭素は、空気電池に用いられている電解液と反応して、電池性能を低下させることがあるため、空気電池内には、導入しないことが望ましい。このように、空気電池の正極として空気中の酸素を使用する場合には、空気電池の正極には導入しないことが好ましい二酸化炭素も、空気電池に供給されるという問題があった。   As described above, since the positive electrode active material of the air battery is oxygen, oxygen in the air can be used as the positive electrode active material. However, if air is directly introduced into the air battery, carbon dioxide in the air is also introduced. Since carbon dioxide may react with the electrolytic solution used in the air battery and deteriorate the battery performance, it is desirable not to introduce it into the air battery. Thus, when oxygen in the air is used as the positive electrode of the air battery, carbon dioxide, which is preferably not introduced into the positive electrode of the air battery, is also supplied to the air battery.

このような問題点を解決するため、空気電池に供給される空気から二酸化炭素を除去する方法が検討されている(例えば、特許文献1を参照)。   In order to solve such a problem, a method of removing carbon dioxide from air supplied to an air battery has been studied (for example, see Patent Document 1).

一方、空気中に含有される酸素を濃縮することが可能な、磁性粒子を分散させた酸素選択透過膜(酸素富化膜)が検討されている(例えば、特許文献2を参照)。   On the other hand, oxygen selective permeable membranes (oxygen-enriched membranes) in which magnetic particles are dispersed, which can concentrate oxygen contained in the air, have been studied (see, for example, Patent Document 2).

特開平10−99629号公報JP 10-99629 A 特開2007−237138号公報JP 2007-237138 A

上記特許文献1に記載の空気電池においては、フェライト系磁石とステンレス鋼を備えた気体分離器を、酸素を選択透過させるための装置として用いている。そのため、空気電池全体として、体積及び質量の大きなものになると推察される。   In the air battery described in Patent Document 1, a gas separator including a ferrite magnet and stainless steel is used as an apparatus for selectively permeating oxygen. Therefore, it is assumed that the air battery as a whole has a large volume and mass.

また、上記特許文献2に記載の酸素富化膜は、シリコーン系の膜を使用している。シリコーン等の有機高分子膜では、柔軟な分子鎖に由来する溶解拡散機構によってガス透過が行われるため、二酸化炭素の膜中への溶解を抑制できない。そのため、仮に、シリコーン系の膜を空気中の酸素を空気電池の正極活物質として用いる際の酸素濃縮用の膜として用いた場合、二酸化炭素の膜中への溶解のため、十分な酸素濃縮を行うことができないと推察される。また、シリコーン系の膜では、空気電池に用いられている電解液に対して十分な耐性を有していないものと推察される。   In addition, the oxygen-enriched film described in Patent Document 2 uses a silicone film. In an organic polymer film such as silicone, gas permeation is performed by a dissolution / diffusion mechanism derived from a flexible molecular chain, so that dissolution of carbon dioxide into the film cannot be suppressed. Therefore, if a silicone-based membrane is used as a membrane for oxygen concentration when oxygen in the air is used as the positive electrode active material of an air battery, sufficient oxygen concentration is required to dissolve carbon dioxide in the membrane. It is assumed that it cannot be done. In addition, it is assumed that the silicone film does not have sufficient resistance to the electrolyte used in the air battery.

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。すなわち、空気中の酸素を選択的に内部に導入することが可能であるとともに電解液に対する耐性の高い選択的酸素透過基体を提供することを目的とする。更に、当該選択的酸素透過基体を備えた空気電池用正極、及び当該空気電池用正極を備えた空気電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a selective oxygen permeable substrate that can selectively introduce oxygen in the air and has high resistance to an electrolytic solution. Furthermore, it aims at providing the positive electrode for air batteries provided with the said selective oxygen permeable base | substrate, and the air battery provided with the said positive electrode for air batteries.

[1] 炭素を主成分とし磁性体が分散された磁性体分散層と、多孔質基材とを有し、前記磁性体分散層が、気体を内部に導入するための気体導入面を有し、前記多孔質基材の材質が、セラミックである、選択的酸素透過基体。 [1] and the magnetic material-dispersed layer to which the magnetic material is dispersed as a main component of carbon, and a porous substrate, wherein the magnetic material-dispersed layer, have a gas introduction surface for introducing gas therein the material of the porous substrate, Ru ceramic der, selective oxygen permeable substrate.

[2] 前記磁性体分散層が、多孔質炭素膜に磁性体が分散されたものである[1]に記載の選択的酸素透過基体。 [2] The selective oxygen permeable substrate according to [1], wherein the magnetic material dispersion layer is obtained by dispersing a magnetic material in a porous carbon film.

] [1]又は[2]に記載の選択的酸素透過基体を備えた空気電池用正極。 [ 3 ] A positive electrode for an air battery comprising the selective oxygen permeable substrate according to [1] or [2] .

] 前記選択的酸素透過基体に担持された空気電池用触媒を更に備えた[]に記載の空気電池用正極。 [ 4 ] The air battery positive electrode according to [ 3 ], further comprising an air battery catalyst supported on the selective oxygen permeable substrate.

] 正極と、金属を負極活物質とする負極と、前記正極と前記負極との間に介在する電解液とを備え、前記正極が、[]又は[]に記載の空気電池用正極である空気電池。 [ 5 ] A positive electrode, a negative electrode using a metal as a negative electrode active material, and an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode is for an air battery according to [ 3 ] or [ 4 ] An air battery that is a positive electrode.

本発明の選択的酸素透過基体によれば、「炭素を主成分とし磁性体が分散された磁性体分散層」を有するため、磁性体により形成される磁場の影響で、常磁性体である酸素を選択的に選択的酸素透過基体内に導入する(取り込む)ことができる。一方、常磁性体でない二酸化炭素や水等の分子は排除することができる。また、磁性体分散層が炭素を主成分とするものであり、炭素は剛直な分子構造を有し、酸やアルカリにも強い耐性を有している。そのため、選択的酸素透過基体を、空気電池用正極に用いた場合に、当該空気電池用正極が、電解液に対して高い耐性を有するものとなる。   According to the selective oxygen permeable substrate of the present invention, since it has a “magnetic material dispersion layer in which carbon is a main component and in which a magnetic material is dispersed”, oxygen, which is a paramagnetic material, is affected by the magnetic field formed by the magnetic material. Can be selectively introduced (incorporated) into the selective oxygen permeable substrate. On the other hand, molecules such as carbon dioxide and water that are not paramagnetic substances can be excluded. Further, the magnetic material dispersion layer is mainly composed of carbon, which has a rigid molecular structure and has a strong resistance to acids and alkalis. Therefore, when the selective oxygen permeable substrate is used for a positive electrode for an air battery, the positive electrode for an air battery has high resistance to an electrolytic solution.

本発明の空気電池用正極によれば、上記本発明の選択的酸素透過基体を備えるため、空気中の酸素を選択的に空気電池用正極内(選択的酸素透過基体内)に導入することができる。また、本発明の空気電池用正極は、上記本発明の選択的酸素透過基体を備えるため、電解液に対して高い耐性を有するものである。   According to the positive electrode for an air battery of the present invention, since the selective oxygen permeable substrate of the present invention is provided, oxygen in the air can be selectively introduced into the positive electrode for the air battery (in the selective oxygen permeable substrate). it can. Moreover, since the positive electrode for air batteries of this invention is equipped with the selective oxygen permeable base | substrate of the said invention, it has high tolerance with respect to electrolyte solution.

本発明の空気電池によれば、上記本発明の空気電池用正極を正極として用いるため、空気中の酸素を選択的に空気電池用正極内(選択的酸素透過基体内)に導入することができる。また、本発明の空気電池は、上記本発明の空気電池用正極を正極として用いるため、電解液に対して高い耐性を有するものである。   According to the air battery of the present invention, since the air battery positive electrode of the present invention is used as a positive electrode, oxygen in the air can be selectively introduced into the air battery positive electrode (selective oxygen permeable substrate). . Moreover, since the air battery of this invention uses the said positive electrode for air batteries of this invention as a positive electrode, it has high tolerance with respect to electrolyte solution.

本発明の選択的酸素透過基体の一実施形態の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of one Embodiment of the selective oxygen permeation | transmission base | substrate of this invention. 択的酸素透過基体の他の実施形態の断面を示す模式図である。It is a schematic view showing a cross section of another embodiment of a selection択的oxygen transmissive substrates. 本発明の空気電池の一実施形態の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of one Embodiment of the air battery of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. It should be understood that modifications and improvements as appropriate to the following embodiments are also included in the scope of the present invention based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It is.

(1)選択的酸素透過基体:
本発明の選択的酸素透過基体の一実施形態は、図1に示されるように、炭素を主成分とし磁性体3が分散された磁性体分散層2を有し、磁性体分散層2が、気体を内部に導入するための気体導入面5を有するものである。図1は、本発明の選択的酸素透過基体の一実施形態の断面を示す模式図である。
(1) Selective oxygen permeable substrate:
As shown in FIG. 1, an embodiment of the selective oxygen permeable substrate of the present invention has a magnetic material dispersion layer 2 in which a magnetic material 3 is mainly composed of carbon, and the magnetic material dispersion layer 2 is It has a gas introduction surface 5 for introducing gas into the interior. FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of an embodiment of the selective oxygen permeable substrate of the present invention.

このように、本実施形態の選択的酸素透過基体は、「炭素を主成分とし磁性体が分散された磁性体分散層」を有する。そのため、磁性体により形成される磁場の影響で、常磁性体である酸素を選択的に選択的酸素透過基体内に導入する(取り込む)ことができる。このとき、酸素は、気体導入面から選択的酸素透過基体内に取り込まれる。また、磁性体分散層が炭素を主成分とするものであるため、本実施形態の選択的酸素透過基体を、空気電池用正極に用いた場合に、当該空気電池用正極が、電解液に対して高い耐性を有するものとなる。また、本実施形態の選択的酸素透過基体を、燃料電池用正極に用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。   As described above, the selective oxygen permeable substrate of the present embodiment has “a magnetic material dispersion layer in which carbon is a main component and a magnetic material is dispersed”. Therefore, oxygen, which is a paramagnetic substance, can be selectively introduced (taken in) into the selective oxygen permeable substrate under the influence of a magnetic field formed by the magnetic substance. At this time, oxygen is taken into the selective oxygen permeable substrate from the gas introduction surface. In addition, since the magnetic material dispersion layer is mainly composed of carbon, when the selective oxygen permeable substrate of this embodiment is used for an air battery positive electrode, the air battery positive electrode And has high resistance. Further, when the selective oxygen permeable substrate of this embodiment is used for a positive electrode for a fuel cell, the same effect can be obtained.

本実施形態の選択的酸素透過基体1は、図1に示されるように、多孔質基材6に、「磁性体が分散された多孔質炭素膜」(磁性体分散層2)が配設されたものである。そのため、磁性体分散層も多孔質である。そして、磁性体分散層2と多孔質基材6とにより選択的酸素透過基体1が形成されている。そのため、選択的酸素透過基体1全体が多孔質である。尚、「多孔質である」とは、少なくとも酸素が透過可能であるということである。磁性体分散層2は、多孔質炭素膜に磁性体が分散されたものであるが、他の要素を有していてもよい。また、選択的酸素透過基体1は、磁性体分散層2と多孔質基材6とを有しているが、他の要素を有していてもよい。   In the selective oxygen permeable substrate 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a “porous carbon film in which a magnetic material is dispersed” (magnetic material dispersed layer 2) is disposed on a porous substrate 6. It is a thing. Therefore, the magnetic material dispersion layer is also porous. A selective oxygen permeable substrate 1 is formed by the magnetic material dispersion layer 2 and the porous substrate 6. Therefore, the entire selective oxygen permeable substrate 1 is porous. “Porous” means that at least oxygen can permeate. The magnetic substance dispersion layer 2 is a porous carbon film in which a magnetic substance is dispersed, but may have other elements. Further, the selective oxygen permeable substrate 1 has the magnetic material dispersion layer 2 and the porous substrate 6, but may have other elements.

本実施形態の選択的酸素透過基体1は、空気中の酸素を、磁性体分散層2の気体導入面5から内部に導入する(取り入れる)。そして、磁性体分散層2内に導入された酸素は、磁性体分散層2を透過して多孔質基材6内に移動する。そのため、本実施形態の選択的酸素透過基体1を空気電池用正極の基材(構成要素)として使用すると、空気電池の正極に空気中の酸素を効率的に供給することが可能となる。この場合、多孔質基材6において正極の反応(例えば、リチウムイオンと酸素との反応)をさせることになる。   The selective oxygen permeable substrate 1 of the present embodiment introduces (takes in) oxygen in the air from the gas introduction surface 5 of the magnetic material dispersion layer 2. The oxygen introduced into the magnetic material dispersion layer 2 passes through the magnetic material dispersion layer 2 and moves into the porous substrate 6. Therefore, when the selective oxygen permeable substrate 1 of the present embodiment is used as a base material (component) of a positive electrode for an air battery, oxygen in the air can be efficiently supplied to the positive electrode of the air battery. In this case, a positive electrode reaction (for example, a reaction between lithium ions and oxygen) is caused in the porous substrate 6.

磁性体分散層2は、炭素を主成分とするものである。ここで、「炭素を主成分とする」とは、磁性体を除いた成分の中で、炭素の含有量が50質量%以上であることを意味する。炭素以外の成分としては、酸素、窒素、水素、金属元素等が含有されていてもよい。磁性体分散層2は、炭素を主成分とするものである。そのため、本実施形態の選択的酸素透過基体1を空気電池用正極の構成要素として用いた場合に、空気電池用正極が電解液により劣化することを防止することができる。   The magnetic material dispersion layer 2 is mainly composed of carbon. Here, “consisting mainly of carbon” means that the carbon content is 50% by mass or more in the components excluding the magnetic substance. As components other than carbon, oxygen, nitrogen, hydrogen, metal elements, and the like may be contained. The magnetic material dispersion layer 2 is mainly composed of carbon. Therefore, when the selective oxygen permeable substrate 1 of this embodiment is used as a component of the positive electrode for an air battery, it is possible to prevent the positive electrode for an air battery from being deteriorated by the electrolytic solution.

磁性体分散層2の形状としては、特に限定されないが、例えば、板状、膜状、シート状、フィルム状、棒状、チューブ状、モノリス状等が好ましい。磁性体分散層2が板状の場合、気体導入面5は、「板」における最大面積を有する「並行する一対の面(表面と裏面)」(例えば、「板」が直方体の場合平行な一対の面)の中の一方の面であることが好ましい。また、磁性体分散層2が膜状、シート状又はフィルム状の場合、「膜、シート若しくはフィルム」における一方の面(並行する一対の面(表面と裏面)の中の、一方の面)であることが好ましい。   The shape of the magnetic material dispersion layer 2 is not particularly limited, but for example, a plate shape, a film shape, a sheet shape, a film shape, a rod shape, a tube shape, a monolith shape and the like are preferable. When the magnetic material dispersion layer 2 is plate-shaped, the gas introduction surface 5 has “a pair of parallel surfaces (front surface and back surface)” having the maximum area in the “plate” (for example, a pair of parallel plates when the “plate” is a rectangular parallelepiped. It is preferable that it is one side in (side). Further, when the magnetic material dispersion layer 2 is in the form of a film, a sheet, or a film, one side of the “film, sheet, or film” (one side of a pair of parallel surfaces (front surface and back surface)) Preferably there is.

磁性体分散層2の厚さ(気体導入面5から、並行するもう一方の面までの距離)は、0.1〜1000μmであることが好ましく、0.5〜100μmであることが更に好ましい。0.1μmより薄いと、ピンホールなどの欠陥を生じることがあるため酸素を選択的に取り込む効果が低下することがある。1000μmより厚いと、酸素が、多孔質基材6まで移動し難くなることがある。また、磁性体分散層2の、気体導入面5の面積は、特に限定されず、用途に合わせて適宜決定することができる。   The thickness of the magnetic material dispersion layer 2 (distance from the gas introduction surface 5 to the other parallel surface) is preferably 0.1 to 1000 μm, and more preferably 0.5 to 100 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, defects such as pinholes may occur, and the effect of selectively taking in oxygen may be reduced. If it is thicker than 1000 μm, it may be difficult for oxygen to move to the porous substrate 6. Further, the area of the gas introduction surface 5 of the magnetic material dispersion layer 2 is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the application.

磁性体分散層2(多孔質炭素膜)の平均細孔径は、0.3〜5nmであることが好ましく、0.4〜1nmであることが更に好ましい。0.3nmより小さいと、酸素分子径に近接するために酸素を取り込む速度が低下することがある。5nmより大きいと、酸素分子径よりも十分に大きいために酸素を選択的に取り込む効果が低下することがある。   The average pore diameter of the magnetic material dispersion layer 2 (porous carbon film) is preferably 0.3 to 5 nm, and more preferably 0.4 to 1 nm. If it is smaller than 0.3 nm, the oxygen uptake speed may decrease because of the proximity to the oxygen molecular diameter. If it is larger than 5 nm, the effect of selectively taking in oxygen may be reduced because it is sufficiently larger than the oxygen molecular diameter.

本発明における磁性体分散層2に含有される磁性体3とは、磁化された強磁性体又はフェリ磁性体を示す。磁性体としては、外部磁場がなくても自発磁化を持つものであれば種類は特に限定されない。磁性体としては、具体的には、酸化鉄、金属鉄、鉄を含む合金、希土類磁石、フェライト系磁石、マグネタイト等を挙げることができる。また、磁性体は、磁性体粒子であることが好ましい。磁性体粒子の平均粒子径は、0.01〜10μmであることが好ましく、0.1〜5μmであることが更に好ましい。0.01μmより小さいと、磁性体の磁力が不十分になることがある。10μmより大きいと、磁性体分散層2の機械的強度が低下することがある。   The magnetic substance 3 contained in the magnetic substance dispersion layer 2 in the present invention indicates a magnetized ferromagnetic substance or ferrimagnetic substance. The type of magnetic material is not particularly limited as long as it has spontaneous magnetization even without an external magnetic field. Specific examples of the magnetic material include iron oxide, metallic iron, an alloy containing iron, a rare earth magnet, a ferrite magnet, and magnetite. The magnetic material is preferably magnetic particles. The average particle diameter of the magnetic particles is preferably 0.01 to 10 μm, and more preferably 0.1 to 5 μm. If it is smaller than 0.01 μm, the magnetic force of the magnetic material may be insufficient. If it is larger than 10 μm, the mechanical strength of the magnetic material dispersion layer 2 may be lowered.

磁性体分散層2には、磁性体3が均一に分散していることが好ましい。磁性体分散層2中に含有される磁性体3の含有率は、1〜90質量%が好ましいが、磁性体の磁力の強さにより適宜含有率を調整することができる。1質量%より少ないと、酸素を選択的に取り込む効果が低下することがある。90質量%より多いと、磁性体分散層2の機械的強度が低下することがある。   It is preferable that the magnetic substance 3 is uniformly dispersed in the magnetic substance dispersion layer 2. The content of the magnetic material 3 contained in the magnetic material dispersion layer 2 is preferably 1 to 90% by mass, but the content can be appropriately adjusted depending on the strength of the magnetic force of the magnetic material. If it is less than 1% by mass, the effect of selectively taking in oxygen may be reduced. If it is more than 90% by mass, the mechanical strength of the magnetic material dispersion layer 2 may be lowered.

択的酸素透過基体1において、多孔質基材6の材質(材料)としては、セラミック、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、ガラス、炭素、及び金属からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。本実施形態の選択的酸素透過基体1において、多孔質基材6の材質(材料)は、セラミックである。セラミックとしては、シリカ、チタニア、アルミナ、又はジルコニアが好ましい。金属としては、ステンレス又は貴金属が好ましい。材質をセラミック、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、ガラス、炭素、及び金属からなる群から選択される少なくとも1種とすることにより、本実施形態の選択的酸素透過基体1を空気電池用正極の構成要素として用いた場合に、空気電池用正極が電解液により劣化することを防止することができる。また、多孔質基材6の材質を炭素又は金属にすると、多孔質基材6が導電性になる。そのため、本実施形態の選択的酸素透過基体1を空気電池用正極の構成要素として使用する場合、正極の導電性は確保される。また、多孔質基材6の材質をセラミックにして、本実施形態の選択的酸素透過基体1を空気電池用正極の構成要素として使用する場合、正極の導電性を確保するために、当該セラミックに導電性部材を複合化してもよい。 In selecting択的oxygen transmissive substrates 1, as the material of the porous substrate 6 (material), a ceramic, an inorganic oxide, inorganic nitride, at least an inorganic carbide, glass, is selected from the group consisting of carbon, and metal 1 Preferably it is a seed. In the selective oxygen permeable substrate 1 of the present embodiment, the material (material) of the porous substrate 6 is ceramic. As the ceramic, silica, titania, alumina, or zirconia is preferable. As the metal, stainless steel or noble metal is preferable. By using at least one material selected from the group consisting of ceramic, inorganic oxide, inorganic nitride, inorganic carbide, glass, carbon, and metal as the material, the selective oxygen permeable substrate 1 of this embodiment is used for an air battery. When used as a component of the positive electrode, it is possible to prevent the positive electrode for an air battery from being deteriorated by the electrolytic solution. Moreover, when the material of the porous substrate 6 is carbon or metal, the porous substrate 6 becomes conductive. Therefore, when the selective oxygen permeable substrate 1 of this embodiment is used as a component of the positive electrode for an air battery, the conductivity of the positive electrode is ensured. When the porous substrate 6 is made of ceramic and the selective oxygen permeable substrate 1 of this embodiment is used as a component of the positive electrode for an air battery, the ceramic is used to ensure the conductivity of the positive electrode. A conductive member may be combined.

多孔質基材6は、磁性体分散層2の気体導入面5に並行する面(気体導入面5の裏側に位置する面)に配設(積層)されていることが好ましい。   The porous substrate 6 is preferably disposed (laminated) on a surface parallel to the gas introduction surface 5 of the magnetic material dispersion layer 2 (a surface located behind the gas introduction surface 5).

多孔質基材6の形状としては、特に限定されないが、例えば、板状、膜状、シート状、フィルム状、棒状、チューブ状、モノリス状等が好ましい。   Although it does not specifically limit as a shape of the porous base material 6, For example, plate shape, film | membrane shape, sheet shape, film shape, rod shape, tube shape, monolith shape, etc. are preferable.

多孔質基材6の厚さは、0.1〜500μmであることが好ましく、1〜100μmであることが更に好ましく、2〜50μmであることが特に好ましい。0.1μmより薄いと、本実施形態の選択的酸素透過基体1を空気電池用正極の構成要素として用いた場合、空気電池の放電容量が低下することがある。500μmより厚いと、磁性体分散層2を透過して多孔質基材6内に導入される酸素が、多孔質基材6全体に供給され難くなることがある。尚、「多孔質基材6の厚さ」は、磁性体分散層2に接合している面(「接合面A」ということがある。)から、当該「接合面A」の裏側に位置する面までの距離のことである。また、多孔質基材6の、上記「接合面A」の面積は、特に限定されず、用途に合わせて適宜決定することができる。   The thickness of the porous substrate 6 is preferably 0.1 to 500 μm, more preferably 1 to 100 μm, and particularly preferably 2 to 50 μm. When the thickness is less than 0.1 μm, when the selective oxygen permeable substrate 1 of the present embodiment is used as a component of the positive electrode for an air battery, the discharge capacity of the air battery may be reduced. If the thickness is greater than 500 μm, oxygen introduced through the magnetic material dispersion layer 2 and introduced into the porous substrate 6 may be difficult to be supplied to the entire porous substrate 6. The “thickness of the porous substrate 6” is located on the back side of the “bonding surface A” from the surface bonded to the magnetic material dispersion layer 2 (sometimes referred to as “bonding surface A”). It is the distance to the surface. Further, the area of the “joining surface A” of the porous substrate 6 is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the application.

本実施形態の選択的酸素透過基体は、更に撥水性の層(撥水層)を有してもよい(図示せず)。本実施形態の選択的酸素透過基体は、撥水層を有することにより、水が内部に浸入したり外部に漏出することを防止することができる。これにより、本実施形態の選択的酸素透過基体を空気電池用正極の基材(構成要素)として用いた場合、空気電池用正極の水による影響を防止することが可能となる。   The selective oxygen permeable substrate of this embodiment may further have a water repellent layer (water repellent layer) (not shown). The selective oxygen permeable substrate of the present embodiment has a water-repellent layer, thereby preventing water from entering inside or leaking outside. As a result, when the selective oxygen permeable substrate of the present embodiment is used as the base material (component) of the positive electrode for an air battery, it is possible to prevent the influence of water on the positive electrode for the air battery.

撥水層の材質は、フッ素樹脂等であることが好ましい。また、撥水層は、多孔質基材(磁性体分散層)の気体導入面側に配設されてもよいし、磁性体分散層と多孔質基材との間に配設されてもよい。磁性体分散層の気体導入面側に撥水層が配設された場合には、気体導入面は、外部に露出しない状態になる。尚、気体導入面は外部に露出した状態であってもよいし、外部に露出しない状態であってもよい。撥水層の形状は、板状、膜状、シート状、フィルム状、棒状等が好ましい。撥水層の厚さは、水の透過を抑制できれば特に限定されない。   The material of the water repellent layer is preferably a fluororesin or the like. The water repellent layer may be disposed on the gas introduction surface side of the porous substrate (magnetic dispersion layer), or may be disposed between the magnetic dispersion layer and the porous substrate. . When the water repellent layer is disposed on the gas introduction surface side of the magnetic material dispersion layer, the gas introduction surface is not exposed to the outside. The gas introduction surface may be exposed to the outside or may not be exposed to the outside. The shape of the water repellent layer is preferably a plate shape, a film shape, a sheet shape, a film shape, a rod shape, or the like. The thickness of the water repellent layer is not particularly limited as long as water permeation can be suppressed.

択的酸素透過基体は、図2に示されるように、選択的酸素透過基体全体が炭素を主成分とし、選択的酸素透過基体全体が磁性体分散層2であってもよい。図2は、択的酸素透過基体の他の実施形態(選択的酸素透過基体21)の断面を示す模式図である。 Selection択的oxygen permeability substrate, as shown in FIG. 2, a main component of carbon entire selective oxygen permeable substrate, the entire selective oxygen permeable substrate may be a magnetic material-dispersed layer 2. Figure 2 is a schematic view showing a cross section of another embodiment of a selection択的oxygen transmissive substrates (selective oxygen permeable substrate 21).

このように、択的酸素透過基体21は、選択的酸素透過基体全体が炭素を主成分とするものである。そのため、選択的酸素透過基体21全体が導電性となり、選択的酸素透過基体21を空気電池用正極として使用した場合に、導電性部材等を付加しなくてもよい。また、炭素は、構造を選択することにより空気電池用の触媒として機能し得るため、選択的酸素透過基体21を空気電池用正極として使用した場合に、触媒の担持量を減らすことが可能となる。さらに必要に応じて二酸化マンガンなどの触媒層を有してもよい。 Thus, selection択的oxygen transmissive substrates 21 are those overall selective oxygen permeable substrate is mainly composed of carbon. Therefore, the entire selective oxygen permeable substrate 21 becomes conductive, and when the selective oxygen permeable substrate 21 is used as a positive electrode for an air battery, it is not necessary to add a conductive member or the like. Moreover, since carbon can function as a catalyst for an air battery by selecting a structure, when the selective oxygen permeable substrate 21 is used as a positive electrode for an air battery, the amount of catalyst supported can be reduced. . Furthermore, you may have a catalyst layer, such as manganese dioxide, as needed.

択的酸素透過基体21は、磁性体3が選択的酸素透過基体全体に分散しているため、酸素を選択的に取り込む効果を向上させることができる。 Selection択的the oxygen transmission substrate 21, since the magnetic body 3 is dispersed throughout selectively oxygen transmission substrate, it is possible to improve the selective capture effect of oxygen.

択的酸素透過基体21は、全体が炭素を主成分としているとともに、全体が磁性体分散層2である(磁性体3が選択的酸素透過基体全体に分散している)。そして、本実施形態の選択的酸素透過基体21は、このこと以外については、上記本発明の一実施形態の選択的酸素透過基体1と同様であることが好ましい。 Selection択的oxygen transmission substrate 21 (distributed across the magnetic body 3 is selectively oxygen transmissive substrates) whole with its primary component a carbon entirely of a magnetic material dispersion layer 2. The selective oxygen permeable substrate 21 of the present embodiment is preferably the same as the selective oxygen permeable substrate 1 of the above-described embodiment of the present invention except for this.

(2)選択的酸素透過基体の製造方法:
次に、本発明の選択的酸素透過基体の一実施形態(選択的酸素透過基体1(図1参照))の製造方法について説明する。
(2) Method for producing selective oxygen permeable substrate:
Next, a method for producing an embodiment of the selective oxygen permeable substrate of the present invention (selective oxygen permeable substrate 1 (see FIG. 1)) will be described.

本実施形態の選択的酸素透過基体は、まず、多孔質基材を作製し、その後、多孔質基材の一の面に磁性体分散層を配設することにより作製することが好ましい。   The selective oxygen permeable substrate of the present embodiment is preferably produced by first producing a porous substrate and then disposing a magnetic material dispersion layer on one surface of the porous substrate.

(2−1)
多孔質基材の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、以下の方法が好ましい。
(2-1)
Although it does not specifically limit as a manufacturing method of a porous base material, For example, the following methods are preferable.

多孔質基材6の材質が、セラミックである場合、まず、粉末状のセラミック原料を含有する成形原料を調製する。セラミック原料としては、上記本発明の選択的酸素透過基体の一実施形態において、多孔質基材の材質(材料)として好ましいとされたものが好ましい。セラミック原料に、必要に応じて、バインダー、造孔材、可塑剤、分散剤、分散媒等を混合することにより、スラリー状の成形原料を作製することが好ましい。次に、得られたスラリー状の成形原料を、シート状に成形加工して、多孔質基材用グリーンシートを形成する。得られたグリーンシートを乾燥、脱脂し、その後に焼成することにより多孔質基材を得ることが好ましい。または、セラミック粉末原料を金型等によりブロック状に成形し、電気炉等で焼結させた後に、切断加工等によりシート状の多孔質基材を得ることもできる。   When the material of the porous substrate 6 is ceramic, first, a forming raw material containing a powdered ceramic raw material is prepared. As the ceramic raw material, those preferred as the material (material) of the porous substrate in the embodiment of the selective oxygen permeable substrate of the present invention are preferable. It is preferable to prepare a slurry-like forming raw material by mixing a ceramic raw material with a binder, a pore former, a plasticizer, a dispersant, a dispersion medium, and the like as necessary. Next, the obtained slurry-like forming raw material is formed into a sheet to form a green sheet for a porous substrate. It is preferable to obtain a porous substrate by drying, degreasing and then firing the obtained green sheet. Alternatively, the ceramic powder raw material can be formed into a block shape using a mold or the like and sintered in an electric furnace or the like, and then a sheet-like porous substrate can be obtained by cutting or the like.

多孔質基材6の材質が、炭素からなる場合、例えば、粉末状又は繊維状の炭素原料(アモルファスカーボン、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、メソポーラスカーボンなど)を調製する。そして、当該炭素原料に、必要に応じて、バインダー、造孔材、可塑剤、分散剤、分散媒等を混合することにより、スラリー状の成形原料を作製することが好ましい。次に、得られたスラリー状の成形原料を、シート状に成形加工して、多孔質基材を得ることが好ましい。また、別の製造方法として、シート状に成形加工した高分子原料を、炭化処理することにより、多孔質基材を得ることも好ましい。または、ポリイミド樹脂やフェノール樹脂等のブロック状樹脂を炭化処理した後に、切断加工等によりシート状の多孔質基材を得ることもできる。   When the material of the porous substrate 6 is made of carbon, for example, a powdery or fibrous carbon raw material (amorphous carbon, graphite, carbon nanotube, fullerene, mesoporous carbon, etc.) is prepared. And it is preferable to produce a slurry-like forming raw material by mixing the carbon raw material with a binder, a pore former, a plasticizer, a dispersant, a dispersion medium and the like, if necessary. Next, it is preferable that the obtained slurry-shaped molding raw material is molded into a sheet to obtain a porous substrate. As another production method, it is also preferable to obtain a porous substrate by carbonizing a polymer raw material that has been molded into a sheet. Or after carbonizing block-shaped resin, such as a polyimide resin and a phenol resin, a sheet-like porous base material can also be obtained by cutting.

多孔質基材6の材質が、金属からなる場合、例えば、粉末状又は繊維状の金属原料をシート状に成形加工し、その後に焼結して、多孔質基材を得ることが好ましい。また、別の製造方法として、発泡樹脂に金属めっき処理を施し、加熱処理することにより、多孔質基材を得ることも好ましい。さらに、別の製造方法として、繊維状の金属原料をメッシュ状に成形加工し、多孔質基材を得ることも好ましい。または、金属粉末を金型等によりブロック状に成形し、電気炉等で焼結させた後に、切断加工等によりシート状の多孔質基材を得ることもできる。または、アルミニウム等の陽極酸化により多孔質基材を得ることもできる。   When the material of the porous substrate 6 is made of metal, for example, it is preferable to form a powdery or fibrous metal raw material into a sheet and then sinter it to obtain a porous substrate. As another manufacturing method, it is also preferable to obtain a porous substrate by subjecting the foamed resin to metal plating treatment and heat treatment. Furthermore, as another production method, it is also preferable to form a porous metal substrate by forming a fibrous metal raw material into a mesh shape. Alternatively, it is possible to obtain a sheet-like porous substrate by cutting or the like after the metal powder is formed into a block shape by a mold or the like and sintered in an electric furnace or the like. Alternatively, a porous substrate can be obtained by anodic oxidation of aluminum or the like.

製造過程における各条件は、所望の多孔質基材が得られるように適宜決定することができる。   Each condition in the production process can be appropriately determined so that a desired porous substrate is obtained.

(2−2)
多孔質基材の一の面に磁性体分散層を配設する方法は以下の通りである。
(2-2)
The method for disposing the magnetic material dispersion layer on one surface of the porous substrate is as follows.

次に、多孔質基材上に磁性体分散層を積層して、選択的酸素透過基体を作製する。例えば、多孔質炭素膜の原料となる高分子材料と磁性体粒子を溶媒中で混合することにより原料溶液を調製する。そして、多孔質基材上に、ディップコート、スピンコート、ドリップコート、スプレーコート、ろ過コート等の方法によって原料溶液を被覆して、被覆体を得ることが好ましい。次に、得られた被覆体を乾燥し、真空中又は不活性雰囲気中で熱処理することによって炭化処理し、選択的酸素透過基体を得ることが好ましい。磁性体は、あらかじめ磁化したものを使用してもよいし、選択的酸素透過基体を得た後に磁化してもよい。   Next, a magnetic material dispersion layer is laminated on the porous substrate to produce a selective oxygen permeable substrate. For example, a raw material solution is prepared by mixing a polymer material that is a raw material of the porous carbon film and magnetic particles in a solvent. And it is preferable to coat | cover a raw material solution by methods, such as a dip coat, a spin coat, a drip coat, a spray coat, and a filtration coat, on a porous base material, and obtain a coating body. Next, it is preferable that the obtained coated body is dried and carbonized by heat treatment in a vacuum or in an inert atmosphere to obtain a selective oxygen permeable substrate. The magnetic material may be magnetized in advance, or may be magnetized after obtaining a selective oxygen permeable substrate.

(2−3)
図2に示される、本発明の選択的酸素透過基体21の製造方法は、以下の通りである。
(2-3)
The method for producing the selective oxygen permeable substrate 21 of the present invention shown in FIG. 2 is as follows.

例えば、まず、多孔質炭素膜の原料となる高分子材料と磁性体粒子を溶媒中で混合することにより原料溶液を調製する。そして、テフロン(登録商標)等の板上に原料溶液をキャストして、シート状成形体を得ることが好ましい。次に、得られたシート状成形体を乾燥し、テフロン(登録商標)等の板から剥離する。その後に、乾燥させたシート状の成形体を、真空中又は不活性雰囲気中で熱処理することによって炭化処理し、選択的酸素透過基体を得ることが好ましい。または、ワニス状のポリイミド樹脂やフェノール樹脂等に磁性体粉末を分散させ、ブロック状に固化させ炭化処理した後に、切断加工等によりシート状の多孔質基材を得ることもできる。磁性体は、あらかじめ磁化したものを使用してもよいし、選択的酸素透過基体を得た後に磁化してもよい。   For example, first, a raw material solution is prepared by mixing a polymer material as a raw material for a porous carbon film and magnetic particles in a solvent. And it is preferable to cast a raw material solution on plates, such as Teflon (trademark), and to obtain a sheet-like molded object. Next, the obtained sheet-like molded body is dried and peeled from a plate such as Teflon (registered trademark). Thereafter, the dried sheet-like molded body is preferably carbonized by heat treatment in vacuum or in an inert atmosphere to obtain a selective oxygen permeable substrate. Alternatively, a magnetic powder can be dispersed in a varnish-like polyimide resin or a phenol resin, solidified into a block shape, carbonized, and then a sheet-like porous substrate can be obtained by cutting or the like. The magnetic material may be magnetized in advance, or may be magnetized after obtaining a selective oxygen permeable substrate.

(3)空気電池用正極:
本発明の空気電池用正極の一実施形態は、本発明の選択的酸素透過基体の一実施形態(選択的酸素透過基体1(図1参照))を備えたものである。また、本実施形態の空気電池用正極10(図3参照)は、選択的酸素透過基体に担持された空気電池用触媒を更に備えることが好ましい。
(3) Positive electrode for air battery:
One embodiment of the positive electrode for an air battery of the present invention comprises one embodiment of the selective oxygen permeable substrate of the present invention (selective oxygen permeable substrate 1 (see FIG. 1)). Moreover, it is preferable that the positive electrode 10 for air batteries (refer FIG. 3) of this embodiment is further equipped with the catalyst for air batteries carry | supported by the selective oxygen permeation | transmission base | substrate.

本実施形態の空気電池用正極は、本発明の選択的酸素透過基体の一実施形態(選択的酸素透過基体1(図1参照))を備えるものである。そのため、本実施形態の空気電池用正極は、空気中の酸素を選択的に空気電池用正極内(選択的酸素透過基体内)に導入することができる。また、本発明の空気電池用正極は、上記本発明の選択的酸素透過基体を備えるため、電解液に対して高い耐性を有するものである。   The positive electrode for an air battery according to this embodiment includes one embodiment of the selective oxygen permeable substrate of the present invention (selective oxygen permeable substrate 1 (see FIG. 1)). Therefore, the positive electrode for an air battery of the present embodiment can selectively introduce oxygen in the air into the positive electrode for an air battery (in a selective oxygen permeable substrate). Moreover, since the positive electrode for air batteries of this invention is equipped with the selective oxygen permeable base | substrate of the said invention, it has high tolerance with respect to electrolyte solution.

空気電池用触媒は、多孔質基材に担持されることが好ましい。また、更に磁性体分散層にも担持されていてもよい。   The air battery catalyst is preferably supported on a porous substrate. Further, it may be carried on the magnetic material dispersion layer.

空気電池用触媒としては、マンガンを含有する化合物、Au、Co、NiO、Fe、Pt、Pd、RuO、CuO、V、MoO、Y、炭素等を用いることができる。これらのなかでも、特に、マンガンを含有する化合物が好ましく、マンガン酸化物が更に好ましい。マンガン酸化物としては、二酸化マンガン(α−MnO、β−MnO等)等を挙げることができる。 As an air battery catalyst, manganese-containing compounds, Au, Co 3 O 4 , NiO, Fe 2 O 3 , Pt, Pd, RuO 2 , CuO, V 2 O 5 , MoO 3 , Y 2 O 3 , carbon Etc. can be used. Among these, a compound containing manganese is particularly preferable, and a manganese oxide is more preferable. Examples of the manganese oxide include manganese dioxide (α-MnO 2 , β-MnO 2 and the like).

本実施形態の空気電池用正極には、導電性を良好にするために、導電性部材を配設してもよい。導電性部材としては、炭素や金属からなるものを用いることができる。   In the positive electrode for an air battery of the present embodiment, a conductive member may be disposed in order to improve the conductivity. As the conductive member, one made of carbon or metal can be used.

(4)空気電池:
本発明の空気電池の一実施形態は、図3に示されるように、正極11と、金属リチウムを負極活物質とする負極12と、正極11と負極12との間に介在する電解液13とを備えるものである。そして、本実施形態の空気電池100は、正極11が本発明の空気電池用正極10である。図3は、本発明の空気電池の一実施形態(空気電池100)の断面を示す模式図である。
(4) Air battery:
As shown in FIG. 3, one embodiment of the air battery of the present invention includes a positive electrode 11, a negative electrode 12 using metallic lithium as a negative electrode active material, and an electrolyte solution 13 interposed between the positive electrode 11 and the negative electrode 12. Is provided. And the air battery 100 of this embodiment WHEREIN: The positive electrode 11 is the positive electrode 10 for air batteries of this invention. FIG. 3 is a schematic view showing a cross section of one embodiment (air battery 100) of the air battery of the present invention.

本実施形態の空気電池は、本発明の空気電池用正極の一実施形態を正極として用いるため、空気中の酸素を選択的に空気電池用正極内(選択的酸素透過基体内)に導入することができる。また、本発明の空気電池は、上記本発明の空気電池用正極を正極として用いるため、電解液に対して高い耐性を有するものである。   Since the air battery of this embodiment uses one embodiment of the positive electrode for an air battery of the present invention as the positive electrode, oxygen in the air is selectively introduced into the positive electrode for the air battery (in a selective oxygen permeable substrate). Can do. Moreover, since the air battery of this invention uses the said positive electrode for air batteries of this invention as a positive electrode, it has high tolerance with respect to electrolyte solution.

図3に示すように、本実施形態の空気電池100において、正極11は、一の面(電解液導入面11b)が電解液13に接し、他の面(空気導入面11a)が空気に接するように配設されていることが好ましい。尚、空気導入面11aの表面に撥水層が配設されている場合には、撥水層の表面が空気に接するように配設されていることが好ましい。ここで、選択的酸素透過基体の磁性体分散層の気体導入面5が、空気電池の正極の空気導入面11aになる。また、正極11の「一の面」と「他の面」は、例えば、正極11が板状、膜状、シート状、フィルム状等の場合、当該板、膜、シート、フィルム等の「表面」と「裏面」であることが好ましい。   As shown in FIG. 3, in the air battery 100 of this embodiment, the positive electrode 11 has one surface (electrolyte introduction surface 11b) in contact with the electrolyte solution 13 and the other surface (air introduction surface 11a) in contact with air. It is preferable that they are arranged as described above. In addition, when the water repellent layer is arrange | positioned on the surface of the air introduction surface 11a, it is preferable to arrange | position so that the surface of a water repellent layer may contact air. Here, the gas introduction surface 5 of the magnetic material dispersion layer of the selective oxygen permeable substrate becomes the air introduction surface 11a of the positive electrode of the air battery. The “one surface” and the “other surface” of the positive electrode 11 are, for example, “surfaces” of the plate, film, sheet, film, etc. when the positive electrode 11 is plate-shaped, film-shaped, sheet-shaped, film-shaped, etc. And “back side” are preferable.

本実施形態の空気電池100において、電解液13は、非水電解液、水性電解液、又はこれら両方の組み合わせ(混合するのではなく、セパレータ等を介して複数の層を形成する)であることが好ましい。電解液としては、既知のものを用いることができる。   In the air battery 100 of the present embodiment, the electrolytic solution 13 is a non-aqueous electrolytic solution, an aqueous electrolytic solution, or a combination of both (rather than mixing, a plurality of layers are formed via a separator or the like). Is preferred. As the electrolytic solution, a known one can be used.

本実施形態の空気電池100は、正極と負極との間にセパレータを備えてもよい(図示せず)。セパレータとしては、空気電池の使用に耐えうる材質であれば特に限定されない。   The air battery 100 of the present embodiment may include a separator (not shown) between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited as long as it is a material that can withstand the use of an air battery.

本実施形態の空気電池100は、図3に示されるように、正極11、負極12及び電解液13が、保護体16に格納され、さらに空気電池用容器(ケーシング)14内に配設されたものである。正極、負極、電解液等で構成された電池構造を直接格納するための保護体16は、導電性を有しない材料により絶縁されていることが好ましい。保護体16の形状は、所望の形状にすることができる。保護体16の形状としては、図3に示すように、正極11、負極12及び電解液13の周囲を隔離し(気密封止し)それぞれの絶縁を確保し、かつ正極11の空気導入面11aに、外気(空気)が供給されるような形状であることが好ましい。例えば、図3に示すように、正極11の空気導入面11aを、外側に露出させることができるような形状であることが好ましい。保護体16に更なる機械的強度や水等からの保護を目的とするために配設する空気電池用容器(ケーシング)14は、金属等の剛性を有する材質を適宜用いるのが好ましい。また、空気電池用容器14の厚さは、空気電池の大きさ等に合わせて適宜決定することができる。また、本実施形態の空気電池100は、正極11及び負極12のそれぞれに、集電体15が配設されていることが好ましい。また、空気電池用容器14は、例えば、図3に示すように、正極11の空気導入面11aが、外側に露出するような形状であることが好ましい。ただし空気導入面11aは、外気(空気)が供給されるような形状であれば、メッシュや穴の開いた板等により表面を保護することができる。   As shown in FIG. 3, in the air battery 100 of the present embodiment, the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the electrolytic solution 13 are stored in a protector 16 and further disposed in an air battery container (casing) 14. Is. The protector 16 for directly storing a battery structure composed of a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution and the like is preferably insulated by a material having no conductivity. The shape of the protector 16 can be a desired shape. As shown in FIG. 3, the shape of the protector 16 is such that the periphery of the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the electrolytic solution 13 is isolated (hermetically sealed) to ensure insulation, and the air introduction surface 11a of the positive electrode 11 is provided. Furthermore, it is preferable that the outside air (air) is supplied. For example, as shown in FIG. 3, it is preferable that the air introduction surface 11a of the positive electrode 11 has a shape that can be exposed to the outside. The air battery container (casing) 14 disposed in the protector 16 for the purpose of further mechanical strength and protection from water or the like is preferably made of a rigid material such as metal. Further, the thickness of the air battery container 14 can be appropriately determined according to the size of the air battery. In the air battery 100 of the present embodiment, it is preferable that the current collector 15 is disposed on each of the positive electrode 11 and the negative electrode 12. Moreover, it is preferable that the air battery container 14 has a shape such that, for example, the air introduction surface 11a of the positive electrode 11 is exposed to the outside as shown in FIG. However, the surface of the air introduction surface 11a can be protected by a mesh, a plate with a hole, or the like as long as it has a shape to which outside air (air) is supplied.

(実施例1)
N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶媒とするポリアミド酸濃度10質量%のポリアミド酸溶液に、平均粒子径が約1μmのバリウムフェライト(磁性体)粉末を添加してポリアミド酸溶液−磁性体混合物を得た。そして、得られたポリアミド酸溶液−磁性体混合物を24時間攪拌することで成膜用の原料溶液を作製した。上記ポリアミド酸溶液としては、宇部興産株式会社製のU−ワニス−A(商品名)を用いた。また、バリウムフェライト粉末は、ポリアミド酸100質量部に対して5質量部添加した。得られた原料溶液を、多孔質アルミナ板(多孔質基材)上に塗布し、150℃で60分加熱乾燥した後、250℃で30分間加熱してイミド化を行った(ポリイミド膜を得た)。以上の塗布から加熱までの工程を合計で3回繰り返した。その後、多孔質アルミナ板を、真空のボックス炉にて、800℃で熱処理し、前記イミド化により得られたポリイミド膜を炭化した。これにより、膜厚が約1μmの「バリウムフェライトが分散した炭素膜」を得た。得られた炭素膜を、磁束方向が多孔質アルミナ板に鉛直となるように1テスラの磁界を印加して着磁した。これにより、多孔質基材の表面に選択的酸素透過膜が配設された選択的酸素透過基体を得た。
Example 1
A barium ferrite (magnetic body) powder having an average particle diameter of about 1 μm is added to a polyamic acid solution having a polyamic acid concentration of 10% by mass using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent, and a polyamic acid solution-magnetic body is added. A mixture was obtained. And the raw material solution for film-forming was produced by stirring the obtained polyamic-acid solution-magnetic substance mixture for 24 hours. U-Varnish-A (trade name) manufactured by Ube Industries, Ltd. was used as the polyamic acid solution. Moreover, 5 mass parts of barium ferrite powder was added with respect to 100 mass parts of polyamic acid. The obtained raw material solution was applied onto a porous alumina plate (porous substrate), dried by heating at 150 ° C. for 60 minutes, and then imidized by heating at 250 ° C. for 30 minutes (a polyimide film was obtained). ) The above steps from application to heating were repeated 3 times in total. Thereafter, the porous alumina plate was heat-treated at 800 ° C. in a vacuum box furnace to carbonize the polyimide film obtained by the imidization. As a result, a “carbon film in which barium ferrite was dispersed” having a film thickness of about 1 μm was obtained. The obtained carbon film was magnetized by applying a magnetic field of 1 Tesla so that the magnetic flux direction was perpendicular to the porous alumina plate. As a result, a selective oxygen permeable substrate having a selective oxygen permeable membrane disposed on the surface of the porous substrate was obtained.

得られた選択的酸素透過基体について、以下の方法で「ガス透過試験」を行った。得られた結果を表1に示す。   The resulting selective oxygen permeable substrate was subjected to a “gas permeation test” by the following method. The obtained results are shown in Table 1.

(ガス透過試験)
多孔質基材に配設された膜の一方の面側に、100cm/分で乾燥空気を供給する。そして、膜を透過して他方の面側に流出したガス(透過ガス)の成分をガスクロマトグラフィーにて分析し、透過ガスの酸素濃度を求める。
(Gas permeation test)
Dry air is supplied at 100 cm 3 / min to one side of the membrane disposed on the porous substrate. And the component of the gas (permeate gas) which permeate | transmitted the film | membrane and flowed out to the other surface side is analyzed by a gas chromatography, and the oxygen concentration of permeate gas is calculated | required.

Figure 0005968686
Figure 0005968686

(比較例1)
バリウムフェライト粉末を添加せずに成膜用の原料溶液を作製した以外は、実施例1と同様にして、多孔質基材の表面に炭素膜が配設された積層体を作製した。膜の厚さは、1μmであった。
(Comparative Example 1)
A laminate in which a carbon film was disposed on the surface of a porous substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that a raw material solution for film formation was prepared without adding barium ferrite powder. The thickness of the film was 1 μm.

表1より、磁性体を含有する膜は、選択的酸素透過膜として機能していることが分かる。また、磁性体を含有しない膜は、酸素を選択的に透過させる機能を有さないことが分かる。   It can be seen from Table 1 that the film containing the magnetic substance functions as a selective oxygen permeable film. It can also be seen that the film not containing a magnetic substance does not have a function of selectively transmitting oxygen.

本発明の選択的酸素透過基体は、空気電池の正極の基材として好適に利用することができる。また、本発明の空気電池は、電気自動車産業等の、電池が用いられる産業において好適に利用することができる。   The selective oxygen permeable substrate of the present invention can be suitably used as a positive electrode substrate of an air battery. The air battery of the present invention can be suitably used in industries where batteries are used, such as the electric vehicle industry.

1,21:選択的酸素透過基体、2:磁性体分散層、3:磁性体、5:気体導入面、6:多孔質基材、10:空気電池用正極、11:正極、11a:空気導入面、11b:電解液導入面、12:負極、13:電解液、14:空気電池用容器、15:集電体、16:保護体、100:空気電池、A:接合面。 1, 2: 1: Selective oxygen permeable substrate, 2: Magnetic dispersion layer, 3: Magnetic material, 5: Gas introduction surface, 6: Porous substrate, 10: Positive electrode for air battery, 11: Positive electrode, 11a: Air introduction Surface, 11b: electrolyte introduction surface, 12: negative electrode, 13: electrolyte, 14: air battery container, 15: current collector, 16: protector, 100: air battery, A: bonding surface.

Claims (5)

炭素を主成分とし磁性体が分散された磁性体分散層と、多孔質基材とを有し、
前記磁性体分散層が、気体を内部に導入するための気体導入面を有し、
前記多孔質基材の材質が、セラミックである、選択的酸素透過基体。
A magnetic material dispersion layer in which a magnetic material is mainly composed of carbon, and a porous substrate ;
The magnetic material-dispersed layer, have a gas introduction surface for introducing gas therein,
The material of the porous substrate, Ru ceramic der, selective oxygen permeable substrate.
前記磁性体分散層が、多孔質炭素膜に磁性体が分散されたものである請求項1に記載の選択的酸素透過基体。   2. The selective oxygen permeable substrate according to claim 1, wherein the magnetic material dispersion layer is a porous carbon film in which a magnetic material is dispersed. 請求項1又は2に記載の選択的酸素透過基体を備えた空気電池用正極。 The positive electrode for air batteries provided with the selective oxygen permeable base | substrate of Claim 1 or 2 . 前記選択的酸素透過基体に担持された空気電池用触媒を更に備えた請求項に記載の空気電池用正極。 The positive electrode for an air battery according to claim 3 , further comprising an air battery catalyst supported on the selective oxygen permeable substrate. 正極と、
金属を負極活物質とする負極と、
前記正極と前記負極との間に介在する電解液とを備え、
前記正極が、請求項又はに記載の空気電池用正極である空気電池。
A positive electrode;
A negative electrode using a metal as a negative electrode active material;
An electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode,
An air battery, wherein the positive electrode is the positive electrode for an air battery according to claim 3 or 4 .
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