Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6673759B2 - Manufacturing method of magnesium air battery - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6673759B2 - Manufacturing method of magnesium air battery - Google Patents

Manufacturing method of magnesium air battery Download PDF

Info

Publication number
JP6673759B2
JP6673759B2 JP2016124197A JP2016124197A JP6673759B2 JP 6673759 B2 JP6673759 B2 JP 6673759B2 JP 2016124197 A JP2016124197 A JP 2016124197A JP 2016124197 A JP2016124197 A JP 2016124197A JP 6673759 B2 JP6673759 B2 JP 6673759B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnesium
air
catalyst
cellulose
air battery
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
Application number
JP2016124197A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017228446A (en
Inventor
正也 野原
正也 野原
政彦 林
政彦 林
陽子 小野
陽子 小野
悠基 由井
悠基 由井
周平 阪本
周平 阪本
武志 小松
武志 小松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Inc USA filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2016124197A priority Critical patent/JP6673759B2/en
Publication of JP2017228446A publication Critical patent/JP2017228446A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6673759B2 publication Critical patent/JP6673759B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Description

本発明は、正極活性物質として酸素を用いるマグネシウム空気電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a magnesium-air battery using oxygen as a positive electrode active material.

正極活物質として空気中の酸素を用いるマグネシウム空気電池は、電池外部から常に酸素が供給され、電池内に大量の負極活物質である金属マグネシウムを充填することができる。このため、電池の単位体積当たりの放電容量の値を非常に大きくできることが報告されている。   In a magnesium-air battery using oxygen in the air as a positive electrode active material, oxygen is constantly supplied from the outside of the battery, and a large amount of metallic magnesium, which is a negative electrode active material, can be filled in the battery. For this reason, it is reported that the value of the discharge capacity per unit volume of the battery can be extremely increased.

また、正極であるガス拡散型空気極の電極触媒として、遷移金属酸化物や貴金属が検討されている。例えば、MnO2などの遷移金属酸化物(非特許文献1参照)や、Pdなどの貴金属(非特許文献2)が検討されている。 Further, transition metal oxides and noble metals are being studied as an electrode catalyst for a gas diffusion type air electrode serving as a positive electrode. For example, transition metal oxides such as MnO 2 (see Non-Patent Document 1) and noble metals such as Pd (see Non-Patent Document 2) have been studied.

Y. Xue et al., "Template-directed fabrication of porous gas diffusion layer for magnesium air batteries", Journal of Power Sources, Vol.297, pp.202-207, 2015.Y. Xue et al., "Template-directed fabrication of porous gas diffusion layer for magnesium air batteries", Journal of Power Sources, Vol.297, pp.202-207, 2015. W. Yang et al., "Comparison of CNF and XC-72 carbon supported palladium electrocatalysts for magnesium air fuel cell", Carbon, Vol.45, pp.397-401, 2007.W. Yang et al., "Comparison of CNF and XC-72 carbon supported palladium electrocatalysts for magnesium air fuel cell", Carbon, Vol. 45, pp. 397-401, 2007.

ところで、非特許文献1の報告では、25mA/cm2の電流密度で放電電圧が1.2Vとされ、100mA/cm2の電流密度で放電電圧が0.8Vと約67%に低下しており、電流密度特性は低いものであった。また、非特許文献2の報告においても、25mA/cm2の電流密度で放電電圧が1.4Vと比較的高いものの、100mA/cm2の電流密度では放電電圧が0.7Vと約50%に低下している。これらのように、従来では、放電にともない放電電圧が低下するという問題があった。 Incidentally, in the reports non-patent document 1, the discharge voltage at a current density of 25mA / cm 2 is a 1.2V, the discharge voltage at a current density of 100 mA / cm 2 has dropped to 0.8V and about 67% And the current density characteristics were low. Also in the reported non-patent document 2, although 25mA / cm 2 current density at discharge voltage is relatively high and 1.4V, discharge voltage at a current density of 100 mA / cm 2 within 0.7V and about 50% Is declining. As described above, in the related art, there has been a problem that the discharge voltage decreases with the discharge.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、マグネシウム空気電池の放電電圧の低下が抑制できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to suppress a decrease in discharge voltage of a magnesium-air battery.

本発明に係るマグネシウム空気電池の製造方法は、空気極と、マグネシウムを含んで構成された負極と、空気極と負極とに挾まれて配置された電解質と、空気極を構成する導電性材料から構成された担体に担持された金属酸化物からなる触媒とを備えるマグネシウム空気電池の製造方法であって、金属を酸化して増殖する細菌である酸化細菌に触媒を生産させる触媒生産工程を備える。   The method for manufacturing a magnesium-air battery according to the present invention comprises an air electrode, a negative electrode including magnesium, an electrolyte interposed between the air electrode and the negative electrode, and a conductive material forming the air electrode. A method for producing a magnesium-air battery comprising: a catalyst comprising a metal oxide supported on a carrier; and a catalyst production step for producing a catalyst by oxidizing bacteria, which are bacteria that oxidize metals and proliferate.

上記マグネシウム空気電池の製造方法において、酸化細菌は、レプトスリックス属、ガリオネラ属、シデロカプサ属、チオバチルス属、およびこれらの変異株のいずれかであればよい。   In the method for producing a magnesium-air battery, the oxidizing bacterium may be any one of the genera Leptostrix, Galionella, Siderocapsa, Thiobacillus, and mutants thereof.

上記マグネシウム空気電池の製造方法において、酸化細菌は、鉄酸化細菌またはマンガン酸化細菌であり、金属酸化物は、酸化鉄または酸化マンガンの少なくとも1つである。   In the method for manufacturing a magnesium-air battery, the oxidizing bacterium is an iron oxidizing bacterium or a manganese oxidizing bacterium, and the metal oxide is at least one of iron oxide and manganese oxide.

上記マグネシウム空気電池の製造方法において、セルロースを生産する細菌であるセルロース生産細菌にセルロースゲルを生産させるゲル生産工程と、生産されたセルロースゲルを凍結する凍結工程と、凍結したセルロースゲルを真空中で乾燥させる乾燥工程と、乾燥させたセルロースゲルを炭化して担体を作製する炭化工程とを備える。 In the method for producing a magnesium-air battery, a gel production step of producing a cellulose gel by a cellulose-producing bacterium that is a cellulose-producing bacterium, a freezing step of freezing the produced cellulose gel, and subjecting the frozen cellulose gel to a vacuum. a drying step of drying the cellulose gel is dried by carbonizing Ru and a carbonization step of preparing a carrier.

上記マグネシウム空気電池の製造方法において、セルロースゲルを炭化して作製した担体に酸化細菌を含有させる細菌含有工程と、酸化細菌が含有した担体に酸化細菌が生産した触媒を含有させる触媒含有工程とを備える。 In the method for producing a magnesium-air battery, the bacteria-containing step of containing the oxidizing bacteria in a carrier prepared by carbonizing the cellulose gel, and a catalyst-containing step of containing a catalyst produced by the oxidizing bacteria in a carrier containing the oxidizing bacteria. with Ru.

以上説明したように、本発明によれば、空気極の触媒を、金属を酸化して増殖する細菌である酸化細菌に生産させるようにしたのでマグネシウム空気電池の放電電圧の低下が抑制できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, an air electrode catalyst is produced by oxidizing bacteria, which are bacteria that oxidize and grow by oxidizing metals, so that a reduction in the discharge voltage of a magnesium-air battery can be suppressed. The effect is obtained.

図1は、本発明の実施の形態におけるマグネシウム空気電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a magnesium-air battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態におけるマグネシウム空気電池のより詳しい製造方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining a more detailed manufacturing method of the magnesium-air battery according to the embodiment of the present invention. 図3は、発明の実施の形態におけるマグネシウム空気電池の構成を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of the magnesium-air battery according to the embodiment of the present invention. 図4は、マグネシウム空気電池のより詳細な構成例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a more detailed configuration example of the magnesium-air battery. 図5は、実施例1におけるマグネシウム空気電池の放電状態を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating a discharge state of the magnesium-air battery in Example 1.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるマグネシウム空気電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップS101で、金属を酸化して増殖する酸化細菌に金属酸化物からなる触媒を生産させる(触媒生産工程)。次に、ステップS102で、生産した触媒を、空気極を構成する導電性材料から構成された担体に担持させた空気極を作製する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a magnesium-air battery according to an embodiment of the present invention. First, in step S101, an oxidizing bacterium that oxidizes and proliferates a metal to produce a catalyst made of a metal oxide (a catalyst production step). Next, in step S102, an air electrode is produced in which the produced catalyst is supported on a carrier made of a conductive material forming the air electrode.

例えば、触媒生産工程で得られた触媒である酸化鉄または酸化マンガンの粉末、カーボン粉末、および必要に応じてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなバインダー粉末を混合し、この混合物をチタンメッシュ等の支持体上に圧着することにより、空気極を成形することができる。   For example, powder of iron oxide or manganese oxide as a catalyst obtained in the catalyst production process, carbon powder, and if necessary, a binder powder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) are mixed, and the mixture is mixed with titanium mesh or the like. The air electrode can be formed by pressure bonding on the support of the above.

また、前述の混合物を有機溶剤等の溶媒中に分散してスラリー状にして、金属メッシュまたはカーボンクロスやカーボンシート上に塗布して乾燥することによって、空気極を形成することができる。また、電極の強度を高め電解質の漏洩を防止するために、冷間プレスだけでなく、ホットプレスを適用することによっても、より安定性に優れた空気極を作製することができる。得られた空気極によりマグネシウム空気電池を製造する。   The air electrode can be formed by dispersing the above mixture in a solvent such as an organic solvent to form a slurry, applying the slurry on a metal mesh or a carbon cloth or a carbon sheet, and drying the slurry. In addition, by applying not only a cold press but also a hot press in order to increase the strength of the electrode and prevent leakage of the electrolyte, a more stable air electrode can be produced. A magnesium air battery is manufactured from the obtained air electrode.

また、次に例示することにより、マグネシウム空気電池を製造してもよい。図2のフローチャートに示すように、ステップS111で、セルロースを生産するセルロース生産細菌にセルロースゲルを生産させ、これを炭化することで担体を作製する(担体作製工程)。次に、ステップS112で、作製した担体に酸化細菌を含有させる(細菌含有工程)。次に、ステップS113で、金属を含む培地で酸化細菌を培養して触媒を生産させることで、担体に酸化細菌が生産した触媒を含有させて空気極とする(触媒含有工程)。このようにして作製した空気極により、マグネシウム空気電池を製造する。   Further, a magnesium-air battery may be manufactured by the following example. As shown in the flowchart of FIG. 2, in step S111, a cellulose gel is produced by a cellulose producing bacterium that produces cellulose, and carbonized to produce a carrier (carrier producing step). Next, in step S112, the prepared carrier contains oxidizing bacteria (bacteria-containing step). Next, in step S113, the oxidizing bacteria are cultured in a metal-containing medium to produce a catalyst, so that the carrier contains the catalyst produced by the oxidizing bacteria to form an air electrode (catalyst containing step). A magnesium-air battery is manufactured from the air electrode thus manufactured.

以下にも詳述するように、セルロース生産細菌に生産させたセルロースゲルを炭化することで得られる担体の気孔率は95%以上であり、優れた吸水性を有する。このため、上記担体に液体培地を投入することで、優れた培地となる。液体培地は、鉄酸化細菌およびマンガン酸化細菌が培養可能ならば、特に指定はないが、滅菌地下水1L中、リン酸水素二ナトリウム12水和物0.076g、リン酸二水素カリウム2水和物0.02g、HEPES[4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid:緩衝液用物質]2.383g、硫酸鉄0.01mmol/L、pHを水酸化ナトリウム水溶液で7.0に調整したJOP液体培地が好ましい。   As described in detail below, the porosity of a carrier obtained by carbonizing a cellulose gel produced by a cellulose-producing bacterium is 95% or more, and has excellent water absorption. Therefore, an excellent medium can be obtained by adding a liquid medium to the carrier. The liquid medium is not particularly limited as long as iron oxidizing bacteria and manganese oxidizing bacteria can be cultured, but in 1 L of sterilized groundwater, 0.076 g of disodium hydrogen phosphate decahydrate, potassium dihydrogen phosphate dihydrate are contained. 0.03 g, HEPES [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazineethanesulfonic acid: buffer substance] 2.383 g, iron sulfate 0.01 mmol / L, pH adjusted to 7.0 with sodium hydroxide aqueous solution Liquid media are preferred.

例えば、上述したセルロースゲルを炭化して得た担体および液体培地を試験管のような適切な容器に取り、ここに、鉄酸化細菌を鉄小片と共に投入し、この状態で培養を実施すればよい。酸化鉄からなる触媒が担持した担体による空気極が得られる。また、例えば、セルロースゲルを炭化して得た担体および液体培地を試験管のような適切な容器に取り、ここに、マンガン酸化細菌をマンガン小片と共に投入し、この状態で培養を実施すればよい。酸化マンガンからなる触媒が担持した担体による空気極が得られる。   For example, a carrier and a liquid medium obtained by carbonizing the above-described cellulose gel are taken in an appropriate container such as a test tube, and iron oxidizing bacteria are put into the container together with iron pieces, and culturing may be performed in this state. . An air electrode is obtained using a carrier on which a catalyst made of iron oxide is supported. In addition, for example, the carrier and the liquid medium obtained by carbonizing the cellulose gel are placed in an appropriate container such as a test tube, and the manganese-oxidizing bacteria are added thereto together with the manganese small pieces, and the culture may be performed in this state. . An air electrode is obtained using a carrier on which a catalyst made of manganese oxide is supported.

培養時間は6時間以上が好ましく、12時間以上がより好ましい。また、鉄酸化細菌およびマンガン酸化細菌を同時に培養することで、酸化鉄および酸化マンガンを混合した触媒を炭化したバクテリアセルロース内に含有させることも可能である。セルロースゲルを炭化して得た担体内部に細菌が触媒を含有させることで、高分散に触媒を含有させることができ、このようにして作製した空気極によるマグネシウム空気電池は高い性能を示す。   The culture time is preferably at least 6 hours, more preferably at least 12 hours. Further, by simultaneously culturing the iron oxidizing bacteria and the manganese oxidizing bacteria, it is possible to include a catalyst in which iron oxide and manganese oxide are mixed in carbonized bacterial cellulose. Bacteria contain the catalyst inside the carrier obtained by carbonizing the cellulose gel, so that the catalyst can be contained in a highly dispersed manner. The magnesium-air battery with the air electrode thus produced exhibits high performance.

上述した製造方法は、図3に示すマグネシウム空気電池を製造する方法である。このマグネシウム空気電池は、正極でありガス拡散型の空気極101と、マグネシウムを含んで構成された負極102と、空気極101と負極102とに挾まれて配置された電解質103とを備える。空気極101の一方の面は大気に曝され、他方の面は電解質103と接する。また、負極102の電解質103の側の面は、電解質103と接する。なお、電解質103は、電解液または固体電解質のいずれであってもよい。電解液とは、電解質が液体形態である場合をいう。また、固体電解質とは、電解質がゲル形態または固体形態である場合をいう。   The manufacturing method described above is a method for manufacturing the magnesium-air battery shown in FIG. The magnesium-air battery includes a gas diffusion type air electrode 101 serving as a positive electrode, a negative electrode 102 including magnesium, and an electrolyte 103 interposed between the air electrode 101 and the negative electrode 102. One surface of the cathode 101 is exposed to the atmosphere, and the other surface is in contact with the electrolyte 103. The surface of the negative electrode 102 on the side of the electrolyte 103 is in contact with the electrolyte 103. Note that the electrolyte 103 may be either an electrolytic solution or a solid electrolyte. Electrolyte refers to the case where the electrolyte is in liquid form. Further, a solid electrolyte refers to a case where the electrolyte is in a gel form or a solid form.

本発明のマグネシウム空気電池は、空気極101の触媒が、金属を酸化して増殖する酸化細菌を対応する金属と共に培養することで酸化細菌に生産させた金属酸化物から構成されているところに特徴がある。   The magnesium-air battery of the present invention is characterized in that the catalyst of the air electrode 101 is composed of a metal oxide produced by oxidizing bacteria by culturing oxidizing bacteria that oxidize and grow the metal together with the corresponding metal. There is.

次に、正極である空気極101について説明する。空気極101は、よく知られているように、導電性材料から構成された担体から構成され、この担体に触媒が担持されている。また、結着剤などを添加して用いる。導電性材料から構成された担体は、例えば、繊維系50nm以下の微細繊維からなる三次元ネットワーク構成とされた共連続体である。例えば、よく知られた酢酸菌により生産されたセルロースゲルを炭化することで得られる。繊維径50nm以下の微細繊維からなる三次元ネットワーク構造の共連続体は、繊維同士の結合部および繊維部が変形可能とされており、伸縮性を有した構造となっている。   Next, the air electrode 101 serving as a positive electrode will be described. As is well known, the air electrode 101 is formed of a carrier made of a conductive material, and a catalyst is supported on the carrier. Further, a binder or the like is added for use. The carrier composed of a conductive material is, for example, a cocontinuous body having a three-dimensional network configuration composed of fibrous fibers of 50 nm or less. For example, it can be obtained by carbonizing a cellulose gel produced by a well-known acetic acid bacterium. The co-continuous body having a three-dimensional network structure made of fine fibers having a fiber diameter of 50 nm or less has a structure in which a bonding portion between fibers and a fiber portion are deformable, and has elasticity.

次に、触媒について説明する。空気極101に添加する(担体に担持させる)触媒は、金属を酸化して増殖する細菌である酸化細菌に生産させたものである。例えば、鉄酸化細菌が生成した酸化鉄、または、マンガン酸化細菌が生成した酸化マンガンが触媒となる。   Next, the catalyst will be described. The catalyst added to the air electrode 101 (supported on a carrier) is produced by oxidizing bacteria, which are bacteria that oxidize metals and proliferate. For example, iron oxide produced by iron oxidizing bacteria or manganese oxide produced by manganese oxidizing bacteria serves as a catalyst.

空気極101では、電解質/電極触媒/ガス(酸素)の三相部分(三相界面)において電極反応が進行する。空気極101中に電解質103が浸透し、ここに大気中の酸素ガスが供給されることで、電解質−電極触媒−ガス(酸素)が共存する三相部位が形成される。電極触媒が高活性であれば、酸素還元(放電)および酸素発生(充電)が円滑に進行し、電池性能が大きく向上することになる。   At the air electrode 101, an electrode reaction proceeds at a three-phase portion (three-phase interface) of electrolyte / electrode catalyst / gas (oxygen). The electrolyte 103 permeates into the air electrode 101 and is supplied with oxygen gas in the atmosphere, thereby forming a three-phase portion where the electrolyte, the electrode catalyst, and the gas (oxygen) coexist. If the electrode catalyst has high activity, oxygen reduction (discharge) and oxygen generation (charge) proceed smoothly, and the battery performance is greatly improved.

空気極101での放電反応は次のように表すことができる。   The discharge reaction at the air electrode 101 can be expressed as follows.

(1/2)H2O+(1/2)O2+e-→OH-・・・(1) (1/2) H 2 O + (1/2) O 2 + e → OH (1)

上式中の水酸化物イオン(OH-)は、空気極101から電気化学的還元により水溶液電解液などの電解質103中に溶解し、電解質103中を負極102の表面まで移動する。また、酸素(O2)は、大気(空気)中から空気極101内部に取り込まれたものである。なお、負極102から溶解する材料(Mg2+)、負極102で析出する材料[Mg(OH)2]、および空気(O2)を図3の構成要素と共に示した。 The hydroxide ion (OH ) in the above formula is dissolved in the electrolyte 103 such as an aqueous electrolyte from the air electrode 101 by electrochemical reduction, and moves through the electrolyte 103 to the surface of the negative electrode 102. Oxygen (O 2 ) is taken into the air electrode 101 from the atmosphere (air). The material (Mg 2+ ) dissolved from the negative electrode 102, the material [Mg (OH) 2 ] deposited on the negative electrode 102, and air (O 2 ) are shown together with the components in FIG.

鉄酸化細菌に生産させた酸化鉄やマンガン酸化細菌に生産させた酸化マンガンなどの触媒は、酸素との相互作用が強く、多くの酸素種を触媒表面に吸着できる。触媒の表面上に吸着された酸素種は、上記式(1)の酸素源(活性な中間反応体)として酸素還元反応に使用され、上記反応が容易に進むようになる。このように、酸化鉄や酸化マンガンは、触媒として有効に機能する。   Catalysts such as iron oxide produced by iron oxidizing bacteria and manganese oxide produced by manganese oxidizing bacteria have strong interaction with oxygen and can adsorb many oxygen species on the catalyst surface. The oxygen species adsorbed on the surface of the catalyst is used in the oxygen reduction reaction as an oxygen source (active intermediate reactant) of the above formula (1), so that the reaction easily proceeds. Thus, iron oxide and manganese oxide function effectively as catalysts.

マグネシウム空気電池では、電池の放電過電圧を下げるために、電極反応を引き起こす反応サイト[電解質/電極触媒/空気(酸素)の三相部分]がより多く存在することが望ましい。この要求に対し、本発明によれば、高比表面積な触媒が作製可能であり、上述の三相部位が電極触媒表面に多量に存在するマグネシウム空気電池の空気極を得ることができる。   In a magnesium-air battery, it is desirable that more reaction sites [three-phase portion of electrolyte / electrocatalyst / air (oxygen)] to cause an electrode reaction exist in order to reduce the discharge overvoltage of the battery. In response to this requirement, according to the present invention, a catalyst having a high specific surface area can be produced, and an air electrode of a magnesium-air battery having a large amount of the above-described three-phase portion on the surface of the electrode catalyst can be obtained.

具体的には、本発明によれば、触媒として、比表面積が50m2/g以上の酸化鉄および酸化マンガンを得ることができる。マグネシウム空気電池の空気極に用いる触媒の比表面積は、30m2/g以上であることが好ましいが、上述した値はこの条件が満たされている。なお、比表面積は、市販されている測定装置を用い、液体窒素の温度で窒素ガスを吸着させるBET法で測定した。 Specifically, according to the present invention, iron oxide and manganese oxide having a specific surface area of 50 m 2 / g or more can be obtained as a catalyst. The specific surface area of the catalyst used for the air electrode of the magnesium-air battery is preferably 30 m 2 / g or more, but the above value satisfies this condition. The specific surface area was measured by a BET method using a commercially available measuring device to adsorb nitrogen gas at the temperature of liquid nitrogen.

次に、触媒を作製するために用いる酸化細菌について説明する。酸化細菌は、レプトスリックス属、ガリオネラ属、シデロカプサ属、チオバチルス属のいずれかであればよい。また、これらをニトロソグアニジン(NTG)などを用いる公知の方法によって変異処理することにより得られる変異株であってもよい。   Next, the oxidizing bacteria used for preparing the catalyst will be described. The oxidizing bacterium may be any one of the genera Leptostrix, Galionella, Siderocapsa, and Thiobacillus. Alternatively, mutant strains obtained by subjecting these to mutation treatment by a known method using nitrosoguanidine (NTG) or the like may be used.

例えば、鉄酸化細菌を、鉄小片と共に液体培地に投入して培養することで、酸化鉄が得られる。また、マンガン酸化細菌を、マンガン小片と共に液体培地に投入して培養することで、酸化マンガンが得られる。液体培地は、鉄酸化細菌やマンガン酸化細菌が培養可能なものであればよく、特に指定はない。例えば、前述したようにJOP液体培地が好ましい。   For example, iron oxide is obtained by throwing iron oxidizing bacteria together with small pieces of iron into a liquid medium and culturing them. In addition, manganese oxide can be obtained by introducing a manganese oxidizing bacterium into a liquid medium together with small pieces of manganese and culturing it. The liquid medium is not particularly specified as long as it can culture iron-oxidizing bacteria and manganese-oxidizing bacteria. For example, as described above, a JOP liquid medium is preferable.

培養時間は6時間以上が好ましく、12時間以上がより好ましい。また、鉄酸化細菌およびマンガン酸化細菌を同時に培養することで、酸化鉄および酸化マンガンを混合した触媒を得ることも可能である。このようにして得られた酸化鉄および酸化マンガンは、本発明のマグネシウム空気電池の空気極の触媒として用いることにより、上述したように高い性能を示すものとなる。   The culture time is preferably at least 6 hours, more preferably at least 12 hours. In addition, by simultaneously culturing iron-oxidizing bacteria and manganese-oxidizing bacteria, it is also possible to obtain a catalyst in which iron oxide and manganese oxide are mixed. The thus obtained iron oxide and manganese oxide exhibit high performance as described above when used as a catalyst for the air electrode of the magnesium-air battery of the present invention.

次に、空気極101に用いる導電性材料(担体)について説明する。導電性材料は、例えばカーボンである。例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラック類、活性炭類、グラファイト類、カーボン繊維類などのカーボンが導電性材料として用いることができる。空気極101中で反応サイトを十分に確保するためには、カーボンは比表面積が大きなものが適している。具体的には、BET比表面積で300m2/g以上の値を有しているものが望ましい。これらのカーボンは、例えば市販品として、または公知の合成により得ることが可能である。 Next, a conductive material (carrier) used for the air electrode 101 will be described. The conductive material is, for example, carbon. For example, carbon such as Ketjen black and acetylene black, and carbon such as activated carbon, graphite and carbon fiber can be used as the conductive material. In order to secure sufficient reaction sites in the air electrode 101, carbon having a large specific surface area is suitable. Specifically, a material having a BET specific surface area of 300 m 2 / g or more is desirable. These carbons can be obtained, for example, as commercial products or by known synthesis.

また、導電性材料は、セルロース生産細菌に生産させたセルロースゲルを炭化することで製造したものであってもよい。   Further, the conductive material may be manufactured by carbonizing a cellulose gel produced by a cellulose-producing bacterium.

ここで、セルロースゲルによる導電性材料の作製について説明する。
第1に,セルロース生産細菌にセルロースセルを生産させる(ゲル生産工程)。
第2に、生産させたセルロースゲルを凍結する(凍結工程)。
第3に、凍結したセルロースゲルを真空中で乾燥させる(乾燥工程)。
第4に、乾燥させたセルロースゲルを不活性ガス雰囲気で熱処理して炭化する(炭化工程)。
Here, preparation of a conductive material using cellulose gel will be described.
First, cellulose-producing bacteria are caused to produce a cellulose cell (gel production step).
Second, the produced cellulose gel is frozen (freezing step).
Third, the frozen cellulose gel is dried in a vacuum (drying step).
Fourth, the dried cellulose gel is heat-treated in an inert gas atmosphere and carbonized (carbonization step).

ゲル生産工程で生産されたセルロースゲルを、凍結工程および乾燥工程により乾燥させることで、セルロースからなる三次元ネットワーク構造を有する共連続体が得られる。ゲル生産工程では、セルロース生産細菌により網目状に一体とされたナノファイバー状のセルロースによる共連続体が生産され、この形状が凍結工程により維持され、形状が維持された状態で、乾燥工程で乾燥される。   By drying the cellulose gel produced in the gel production step by the freezing step and the drying step, a co-continuous body having a three-dimensional network structure composed of cellulose can be obtained. In the gel production step, a cellulose-producing bacterium produces a co-continuous body of nanofibrous cellulose integrated into a network by the cellulose-producing bacteria, and the shape is maintained by the freezing step. Is done.

ナノファイバーは、直径が1nmから1μmであり、長さが直径の100倍以上の繊維状物質である。ナノファイバーは、中空状、コイル状であっても良く、形状に対し限定されない。また、ゲルは、分散媒が分散質(セルロース)の三次元ネットワーク構造により流動性を失い固体状になったものを意味する。具体的には、ずり弾性率が102〜106Paである分散系を意味する。 A nanofiber is a fibrous substance having a diameter of 1 nm to 1 μm and a length of 100 times or more the diameter. The nanofiber may be hollow or coiled, and is not limited in shape. In addition, the gel refers to a solid in which the dispersion medium loses fluidity due to a three-dimensional network structure of the dispersoid (cellulose) and becomes solid. Specifically, it means a dispersion having a shear modulus of 10 2 to 10 6 Pa.

ゲルの分散媒は、水(H2O)等の水系または、カルボン酸、メタノール(CH3OH)、エタノール(C25OH)、プロパノール(C37OH)、n−ブタノール、イソブタノール、n−ブチルアミン、ドデカン、不飽和脂肪酸、エチレングリコール、ヘプタン、ヘキサデカン、イソアミルアルコール、オクタノール、イソプロパノール、アセトン、グリセリンなどの有機系であり、これらから2種類以上を混合してもよい。 The dispersion medium of the gel may be an aqueous system such as water (H 2 O) or a carboxylic acid, methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), propanol (C 3 H 7 OH), n-butanol, iso- Organic compounds such as butanol, n-butylamine, dodecane, unsaturated fatty acids, ethylene glycol, heptane, hexadecane, isoamyl alcohol, octanol, isopropanol, acetone, and glycerin, may be used in combination of two or more.

前述したように、空気極101の担体は高比表面積であることが望ましい。セルロース生産細菌が生成するゲルは、nmオーダーのファイバーを基本構造としており、高比表面積を有する。具体的には、比表面積300m2/g以上を有する空気極101の担体合成が可能である。 As described above, the carrier of the cathode 101 preferably has a high specific surface area. The gel produced by the cellulose-producing bacteria has a basic structure of fibers of the order of nm, and has a high specific surface area. Specifically, it is possible to synthesize a support for the air electrode 101 having a specific surface area of 300 m 2 / g or more.

セルロース生産細菌に生産されるセルロースゲルは、セルロースファイバーがコイル状や網目状に絡まった構造を有し、さらにセルロース生産細菌の増殖に基づいてナノファイバーが分岐した構造を有しているため、300m2/g以上という優れた比表面積が実現されている。このようなナノファイバー材料は、空気極101の導電性材料として好適である。 Cellulose gel produced by cellulose-producing bacteria has a structure in which cellulose fibers are entangled in a coil or mesh, and further has a structure in which nanofibers are branched based on the growth of cellulose-producing bacteria. An excellent specific surface area of 2 / g or more is realized. Such a nanofiber material is suitable as a conductive material of the air electrode 101.

セルロース生産細菌は、例えば、アセトバクター・キシリナム・サブスピーシーズ・シュクロファーメンタ、アセトバクター・キシリナムATCC23768、アセトバクター・キシリナムATCC23769、アセトバクター・パスツリアヌスATCC10245、アセトバクター・キシリナムATCC14851、アセトバクター・キシリナムATCC11142、アセトバクター・キシリナムATCC10821などの酢酸菌がある。   Cellulose-producing bacteria include, for example, Acetobacter xylinum subspecies schlofermenta, Acetobacter xylinum ATCC 23768, Acetobacter xylinum ATCC 23769, Acetobacter pasteurianus ATCC 10245, Acetobacter xylinum ATCC 14851, Acetobacter xylinum ATCC 11142, There are acetic acid bacteria such as Acetobacter xylinum ATCC10821.

また、セルロース生産細菌は、アグロバクテリウム属、リゾビウム属、サルシナ属、シュードモナス属、アクロモバクター属、アルカリゲネス属、アエロバクター属、アゾトバクター属、ズーグレア属、エンテロバクター属、クリューベラ属、並びにそれらをNTG(ニトロソグアニジン)等を用いる公知の方法によって変異処理することにより得られる各種変異株であってもよい。   In addition, cellulose-producing bacteria include Agrobacterium, Rhizobium, Sarsina, Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Aerobacterium, Azotobacter, Zugrea, Enterobacter, Kluvela, and NTG. Various mutant strains obtained by performing a mutation treatment by a known method using (nitrosoguanidine) or the like may be used.

セルロース生産細菌により生成したセルロースセルの凍結は、試験管のような適切な容器に取り、液体窒素などの冷却材中で試験管の周囲を冷却して実施すればよい。凍結は、セルロース生産細菌セルロースゲルの分散媒を凝固点以下に冷却ができれば、特に限定されるものではなく、冷凍庫による冷却により実施してもよい。   Freezing of the cellulose cell produced by the cellulose-producing bacterium may be carried out by placing the cell in an appropriate container such as a test tube and cooling the periphery of the test tube in a coolant such as liquid nitrogen. The freezing is not particularly limited as long as the dispersion medium of the cellulose-producing bacterial cellulose gel can be cooled below the freezing point, and may be carried out by cooling in a freezer.

凍結させることで形状を固定しているが、凍結しない場合、乾燥工程において、分散媒の蒸発に伴い分散質が凝集するため、十分な比表面積を得ることができず、十分な性能を得ることができない。凍結させた状態で乾燥させることで、形状が維持できる。乾燥工程では、凍結させた分散媒を固体状態から昇華させることで、網目状のナノファイバーセルロースを維持した分散質を分散媒から分離する。   The shape is fixed by freezing, but when not freezing, in the drying step, since the dispersoids coagulate with the evaporation of the dispersion medium, a sufficient specific surface area cannot be obtained, and sufficient performance is obtained. Can not. By drying in a frozen state, the shape can be maintained. In the drying step, the dispersoid maintaining the network-like nanofiber cellulose is separated from the dispersion medium by sublimating the frozen dispersion medium from the solid state.

凍結させたセルロースゲルを真空中に配置することで、乾燥が実施できる。例えば、凍結させたセルロースをフラスコのような適切な容器に取り、フラスコ内を真空引きすればよい。凍結したセルロースゲルを真空雰囲気下に置くことで、分散媒の昇華点が低下し、常圧では昇華しない物質においても分散媒の昇華が可能である。真空度は、使用する分散媒によって異なるが、分散媒が昇華する真空度であれば、特に制限されない。例えば、分散媒に水を使用した場合、真空度を0.06MPa以下にすればよいが、昇華潜熱として熱が奪われるため、乾燥に時間を有する。従って、分散媒に水を使用した場合、真空度は1.0×10-6〜1.0×10-2Paとすればよい。さらに乾燥時にヒーターなどで熱を加えても良い。 Drying can be performed by placing the frozen cellulose gel in a vacuum. For example, the frozen cellulose may be placed in a suitable container such as a flask, and the inside of the flask may be evacuated. By placing the frozen cellulose gel in a vacuum atmosphere, the sublimation point of the dispersion medium is lowered, and the dispersion medium can be sublimated even with a substance that does not sublime at normal pressure. The degree of vacuum varies depending on the dispersion medium used, but is not particularly limited as long as the dispersion medium sublimates. For example, when water is used as the dispersion medium, the degree of vacuum may be reduced to 0.06 MPa or less. Therefore, when water is used as the dispersion medium, the degree of vacuum may be set to 1.0 × 10 −6 to 1.0 × 10 −2 Pa. Further, heat may be applied by a heater or the like during drying.

従来知られている大気中で乾燥させる方法では、分散媒が液体の状態を経ることになる。このため、網目状に得られたナノファイバーセルロースが、液態の分散媒中で流動的になり、変形して凝集することになり、得られた導電性材料(担体)は比表面積が大きく減少してしまう。このため、大気中で乾燥させる方法では、高比表面積な導電性材料が得られない。   In the conventionally known method of drying in the atmosphere, the dispersion medium goes through a liquid state. For this reason, the nanofiber cellulose obtained in the form of a network becomes fluid in a liquid dispersion medium, deforms and agglomerates, and the specific surface area of the obtained conductive material (carrier) is greatly reduced. Would. For this reason, a method of drying in the air cannot provide a conductive material having a high specific surface area.

次に、炭化工程について説明する。セルロースゲルはセルロースから構成されており、導電性がないため、炭化して導電性を与える。セルロースが酸化して二酸化炭素とならないように、不活性ガス中で加熱することで炭化する。セルロースゲルを炭化することで得られる導電性材料は、高導電性、耐腐食性、高比表面積を有しており、マグネシウム空気電池の空気極101として好適である。   Next, the carbonization step will be described. Cellulose gel is made of cellulose and has no conductivity, and is carbonized to provide conductivity. Carbonization is performed by heating in an inert gas so that cellulose is not oxidized to carbon dioxide. A conductive material obtained by carbonizing cellulose gel has high conductivity, corrosion resistance, and high specific surface area, and is suitable as the air electrode 101 of a magnesium-air battery.

セルロースゲルの炭化は、乾燥工程の後で、得られたセルロースゲルを不活性ガス雰囲気中で500℃〜2000℃、より好ましくは、900℃〜1800℃で焼成することで実施する。炭化において用いる不活性ガスは、セルロースが燃焼しないガスであれば特に限定されないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガス、二酸化炭素ガスなどを用いればよい。また、一酸化炭素ガスなどの還元性ガスを用い、還元性ガス雰囲気で加熱することで炭化してもよい。例えば、セルロースゲルに対し賦活効果を有し、高活性化が期待できる二酸化炭素ガスまたは一酸化炭素ガスを用いて炭化することがより好ましい。   The carbonization of the cellulose gel is carried out after the drying step by firing the obtained cellulose gel in an inert gas atmosphere at 500 ° C to 2000 ° C, more preferably 900 ° C to 1800 ° C. The inert gas used in carbonization is not particularly limited as long as it is a gas that does not burn cellulose. For example, a nitrogen gas, an argon gas, a hydrogen gas, a carbon dioxide gas, or the like may be used. Alternatively, carbonization may be performed by using a reducing gas such as a carbon monoxide gas and heating in a reducing gas atmosphere. For example, it is more preferable to carbonize using a carbon dioxide gas or a carbon monoxide gas which has an activating effect on cellulose gel and can be expected to be highly activated.

次に、空気極101に添加可能な結着剤(バインダー)について説明する。結着剤は、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリブタジエンゴムなどを例として挙げることができる。これらの結着剤は、粉末としてまたは分散液として用いることができる。   Next, a binder (binder) that can be added to the air electrode 101 will be described. The binder is not particularly limited, and examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polybutadiene rubber. These binders can be used as a powder or as a dispersion.

次に、負極102について説明する。負極102は、負極活性物質から構成する。この負極活性物質は、マグネシウム空気電池の負極材料として用いることができる材料であれば特に制限されない。例えば、金属マグネシウムを挙げることができる。あるいは、マグネシウム含有物質として、マグネシウムイオンを放出することができるマグネシウム合金を例として挙げることができる。   Next, the negative electrode 102 will be described. The negative electrode 102 is made of a negative electrode active material. This negative electrode active material is not particularly limited as long as it can be used as a negative electrode material of a magnesium-air battery. For example, metal magnesium can be mentioned. Alternatively, as the magnesium-containing substance, a magnesium alloy capable of releasing magnesium ions can be mentioned as an example.

金属マグネシウムから構成した負極102における放電時の反応は、以下のように表すことができる。   The reaction at the time of discharging in the negative electrode 102 made of metallic magnesium can be expressed as follows.

(放電反応)
Mg→Mg2++2e-・・・(2)
(Discharge reaction)
Mg → Mg 2+ + 2e - ··· (2)

負極102は、公知の方法で形成することができる。例えば、マグネシウム金属を負極とする場合には、所定の大きさおよび形状に金属マグネシウム箔を切断および成形することで、負極を作製すればよい。   The negative electrode 102 can be formed by a known method. For example, when a magnesium metal is used as the negative electrode, the negative electrode may be manufactured by cutting and forming a metal magnesium foil into a predetermined size and shape.

次に、電解質103について説明する。電解質103は、空気極101および負極102の間で水酸化物イオンの移動が可能な物質であればよい。例えば、イオンを含む水溶液を電解質103とすればよい。具体的には、塩化ナトリウム水溶液、塩化カリウム水溶液、海水、尿、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、塩酸、酢酸、並びに、これらの中からの二種類以上を混合した溶媒[例えば塩化ナトリウムおよび塩化カリウム(体積比1:1)の混合溶液]を挙げることができる。   Next, the electrolyte 103 will be described. The electrolyte 103 may be any substance capable of moving hydroxide ions between the air electrode 101 and the negative electrode 102. For example, an aqueous solution containing ions may be used as the electrolyte 103. Specifically, an aqueous solution of sodium chloride, an aqueous solution of potassium chloride, seawater, urine, sodium hydroxide, potassium hydroxide, hydrochloric acid, acetic acid, and a solvent in which two or more of these are mixed [for example, sodium chloride and potassium chloride (1: 1 volume ratio).

また、電解質103は、水酸化物イオンを通す固体電解質、水酸化物イオンを通すポリマー電解質(例えば、ポリエチレンオキシド系、具体的には、例えば、上記水溶液とポリエチレンオキシドをコンポジット化した物質など)などから構成してもよい。なお、電解質103を構成する材料は、これらに限定されず、マグネシウム空気電池で使用される公知の水酸化物イオンを通す固体電解質またはポリマー電解質であれば好適に使用することができる。   In addition, the electrolyte 103 is a solid electrolyte that allows hydroxide ions to pass through, a polymer electrolyte that allows hydroxide ions to pass (for example, a polyethylene oxide-based material, specifically, for example, a substance in which the above-described aqueous solution and polyethylene oxide are composited) and the like. May be configured. The material constituting the electrolyte 103 is not limited to these, and any known solid electrolyte or polymer electrolyte that allows hydroxide ions to be used in a magnesium-air battery can be suitably used.

なお、マグネシウム空気電池は、上記構成に加え、セパレータ、電池ケース、金属メッシュ(例えばチタンメッシュ)などの構造部材、また、マグネシウム空気電池に要求される要素を含むことができる。これらは、従来公知のものを使用することができる。   Note that, in addition to the above configuration, the magnesium-air battery can include a separator, a battery case, structural members such as a metal mesh (for example, titanium mesh), and elements required for the magnesium-air battery. These can be conventionally known ones.

例えば、マグネシウム空気電池は、図4に示すように構成することができる。このマグネシウム空気電池は、空気極201,負極202,電解質203,セパレータ204,空気極支持体205、空気極固定用リング206,負極固定用リング207,負極固定用座金208,負極支持体209,固定ねじ210,Oリング211,空気極端子221,負極端子222を備える。   For example, a magnesium-air battery can be configured as shown in FIG. The magnesium-air battery includes an air electrode 201, a negative electrode 202, an electrolyte 203, a separator 204, an air electrode support 205, an air electrode fixing ring 206, a negative electrode fixing ring 207, a negative electrode fixing washer 208, a negative electrode support 209, and a fixing member. A screw 210, an O-ring 211, an air electrode terminal 221, and a negative electrode terminal 222 are provided.

空気極201,負極202,電解質203,セパレータ204は、円筒形状の空気極支持体205に収容されている。空気極支持体205は、円筒内中央部に仕切り251があり、仕切り251により空気極201が配置される第1領域205aと、負極202およびセパレータ204が配置される第2領域205bとに区画されている。また、仕切り251は中央部が開口しており、開口部により第1領域205aと第2領域205bが連通している。   The air electrode 201, the negative electrode 202, the electrolyte 203, and the separator 204 are housed in a cylindrical air electrode support 205. The air electrode support 205 has a partition 251 at the center in the cylinder, and is partitioned into a first area 205a where the air electrode 201 is arranged and a second area 205b where the negative electrode 202 and the separator 204 are arranged. ing. The partition 251 has an opening at the center, and the opening connects the first region 205a and the second region 205b.

液状の電解質203は、仕切り251の開口に配置され、空気極201および塩橋となるセパレータ204に挟まれている。セパレータ204には電解質203が含浸している。なお、セパレータ204の周囲にも電解質203は配置されている。電解質203は、例えば、2mol/lの塩化ナトリウム(NaCl/H2O)水溶液である。 The liquid electrolyte 203 is disposed at the opening of the partition 251 and is sandwiched between the air electrode 201 and the separator 204 serving as a salt bridge. The separator 204 is impregnated with the electrolyte 203. The electrolyte 203 is also arranged around the separator 204. The electrolyte 203 is, for example, a 2 mol / l aqueous solution of sodium chloride (NaCl / H 2 O).

また、空気極201は、ポリテトラフルオロエチレン (PTFE)より構成された空気極固定用リング206と仕切り251とに挟まれて、空気極支持体205の円筒内の第1領域205aに固定されている。空気極固定用リング206の開口内において、空気極201と空気との接触する電極の有効面積は、2cm2とされている。一方、セパレータ204は、PTFEより構成された負極固定用リング207と仕切り251とに挟まれて、空気極支持体205の円筒内の第2領域205bに固定されている。このようにして、液状の電解質203が、仕切り251の開口において空気極201とセパレータ204との間に封入されている。 The air electrode 201 is sandwiched between an air electrode fixing ring 206 made of polytetrafluoroethylene (PTFE) and a partition 251 and is fixed to a first region 205 a in a cylinder of the air electrode support 205. I have. Within the opening of the air electrode fixing ring 206, the effective area of the electrode in contact with the air electrode 201 and air is 2 cm 2 . On the other hand, the separator 204 is fixed to the second region 205 b in the cylinder of the air electrode support 205 by being sandwiched between the negative electrode fixing ring 207 made of PTFE and the partition 251. In this manner, the liquid electrolyte 203 is sealed between the air electrode 201 and the separator 204 at the opening of the partition 251.

また、負極202は、負極固定用リング207の内部で、負極固定用座金208が積層され、この上に金属から構成された負極支持体209が被せられている。負極202は、厚さ500μmの金属マグネシウム箔から構成され、負極固定用座金208に圧着されている。負極202は、有効面積が2cm2とされている。負極支持体209は、固定ねじ210により空気極支持体205に固定されている。また、空気極支持体205と負極支持体209との間には、Oリング211が配置されている。 In the negative electrode 202, a negative electrode fixing washer 208 is laminated inside a negative electrode fixing ring 207, and a negative electrode support 209 made of metal is put on the negative electrode fixing washer 208. The negative electrode 202 is made of a 500-μm-thick metal magnesium foil, and is crimped to the negative electrode fixing washer 208. The negative electrode 202 has an effective area of 2 cm 2 . The negative electrode support 209 is fixed to the air electrode support 205 by fixing screws 210. An O-ring 211 is arranged between the cathode support 205 and the anode support 209.

固定ねじ210により空気極支持体205の側に押しつけられている負極支持体209により、負極固定用座金208を介し、負極202がセパレータ204の方向に押圧され、セパレータ204に圧接されている。これら構成としたマグネシウム空気電池は、露点が−60℃以下の乾燥空気中で作製される。   The negative electrode 202 is pressed in the direction of the separator 204 via the negative electrode fixing washer 208 by the negative electrode support 209 pressed against the air electrode support 205 by the fixing screw 210, and is pressed against the separator 204. The magnesium-air batteries having these configurations are manufactured in dry air having a dew point of −60 ° C. or less.

なお、空気極支持体205は、金属から構成されているが、図示していないが、PTFEに被覆され、電解質203,セパレータ204などと絶縁分離されている。なお、空気極201と空気極支持体205が接触する部分は、電気的接触をとるためにPTFEによる被覆を施さない。また、金属から構成された固定ねじ210も、図示していないが、PTFEに被覆され、空気極支持体205と負極支持体209とが、電気的に分離された状態としている。   The air electrode support 205 is made of metal, but is not shown, but is coated with PTFE and is insulated and separated from the electrolyte 203, the separator 204 and the like. The portion where the air electrode 201 and the air electrode support 205 are in contact with each other is not coated with PTFE for electrical contact. The fixing screw 210 made of metal is also covered with PTFE, though not shown, so that the air electrode support 205 and the negative electrode support 209 are electrically separated.

以下、実施例を用いてより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実施例1]
はじめに、実施例1について説明する。実施例1は、鉄酸化細菌が生成した酸化鉄を触媒として用いる例である。
[Example 1]
First, a first embodiment will be described. Example 1 is an example in which iron oxide produced by iron-oxidizing bacteria is used as a catalyst.

まず、鉄酸化細菌であるレプトスリックス・オクラセア(Leptothrix ochracea)を、鉄小片(純度99.9%以上、高純度化学研究所製)と共に試験管中のJOP液体培地に投入し、振とう器で20℃を維持して14日間培養した。レプトスリックス・オクラセアは、ATCC(American Type Culture Collection)から購入した。なお、JOP液体培地は、滅菌地下水1L中、リン酸水素二ナトリウム12水和物0.076g、リン酸二水素カリウム2水和物0.02g、HEPES2.383g、硫酸鉄0.01mmol/L、pHを水酸化ナトリウム水溶液で7.0に調整したものである。   First, Leptothrix ochracea, an iron-oxidizing bacterium, was put into a JOP liquid medium in a test tube together with iron pieces (purity of 99.9% or more, manufactured by High Purity Chemical Laboratory), and shaken with a shaker. The cells were cultured at 20 ° C. for 14 days. Leptotrix Ochracea was purchased from the ATCC (American Type Culture Collection). The JOP liquid medium was prepared by dissolving disodium hydrogen phosphate dodecahydrate 0.076 g, potassium dihydrogen phosphate dihydrate 0.02 g, HEPES 2.383 g, iron sulfate 0.01 mmol / L in 1 L of sterile groundwater. The pH was adjusted to 7.0 with an aqueous sodium hydroxide solution.

14日培養した後、鉄小片を取り除き、得られた酸化鉄を、振とう器を用いて純水中で24時間洗浄を行った。この洗浄において、純水は3度交換した。洗浄した酸化鉄を80℃で24時間乾燥させた後、乳鉢および乳棒を用いて粉砕することで、鉄酸化細菌が生成した酸化鉄の粉末を得た。得られた酸化鉄の粉末は、X線回折(XRD)測定、BET比表面積測定を行い、評価した。   After culturing for 14 days, iron pieces were removed, and the obtained iron oxide was washed in pure water for 24 hours using a shaker. In this cleaning, the pure water was replaced three times. The washed iron oxide was dried at 80 ° C. for 24 hours, and then pulverized using a mortar and a pestle to obtain an iron oxide powder produced by iron-oxidizing bacteria. The obtained iron oxide powder was evaluated by X-ray diffraction (XRD) measurement and BET specific surface area measurement.

評価の結果、鉄酸化細菌が生産した酸化鉄粉末は、XRD測定により酸化鉄(Fe23)であることを確認した。また、BET法により酸化鉄粉末の比表面積を測定したところ、68m2/gであった。 As a result of the evaluation, it was confirmed that the iron oxide powder produced by the iron-oxidizing bacteria was iron oxide (Fe 2 O 3 ) by XRD measurement. The specific surface area of the iron oxide powder measured by the BET method was 68 m 2 / g.

次に、得られた酸化鉄粉末を、ケッチェンブラックおよびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末と、50:30:20の重量比で混合し、らいかい機を用いて十分に粉砕混合し、得られたスラリーをロール成形して、シート状電極(厚さ:0.5mm)を作製した。このシート状電極を直径23mmの円形に切り抜き、チタンメッシュ上にプレスすることにより、ガス拡散型の空気極201を得た。   Next, the obtained iron oxide powder was mixed with Ketjen black and polytetrafluoroethylene (PTFE) powder in a weight ratio of 50:30:20, and sufficiently pulverized and mixed using a grinder to obtain a mixture. The obtained slurry was roll-formed to produce a sheet-like electrode (thickness: 0.5 mm). This sheet-shaped electrode was cut into a circle having a diameter of 23 mm and pressed on a titanium mesh to obtain a gas diffusion type air electrode 201.

次に、作製した空気極201を用い、マグネシウム空気電池セルを、露点が−60℃以下の乾燥空気中で、以下の手順で作製した。作製した空気極201を、空気極支持体205の第1領域205aにおいて、仕切り251に接する状態に配置して空気極固定用リング206で固定した。空気極201と空気極支持体205が接触する部分は、電気的接触をとるためにPTFEによる被覆を施していない。   Next, using the produced air electrode 201, a magnesium-air battery cell was produced in dry air having a dew point of −60 ° C. or less according to the following procedure. The produced cathode 201 was arranged in the first region 205 a of the cathode support 205 in a state of being in contact with the partition 251, and was fixed with the cathode fixing ring 206. The portion where the air electrode 201 and the air electrode support 205 are in contact with each other is not coated with PTFE for electrical contact.

次に、空気極支持体205の第2領域205bにおいて、仕切り251に接する状態にセパレータ204を配置した。次に、負極固定用リング207に負極202として厚さ500μmの金属マグネシウム箔(有効面積:2cm2)を圧着した。次に、負極固定用リング207を、空気極支持体205の第2領域205bに配置し、この中央部に、負極202が圧着された負極固定用リング207を勘合した。 Next, in the second region 205 b of the cathode support 205, the separator 204 was arranged in contact with the partition 251. Next, a 500-μm-thick metal magnesium foil (effective area: 2 cm 2 ) was pressure-bonded to the negative electrode fixing ring 207 as the negative electrode 202. Next, the negative electrode fixing ring 207 was arranged in the second region 205b of the air electrode support 205, and the negative electrode fixing ring 207 to which the negative electrode 202 was crimped was fitted to the center.

次に、空気極201と負極202との間に電解質203を構成する電解液を充填し、この状態で、空気極支持体205の底面にOリング211を配置して負極支持体209を被せ、固定ねじ210で空気極支持体205に固定した。電解液としては、2mol/lの塩化ナトリウム水溶液を用いた。この後、空気極端子221を空気極支持体205に接続して固定し、負極端子222を負極支持体209に接続して固定した。   Next, an electrolytic solution constituting the electrolyte 203 is filled between the air electrode 201 and the negative electrode 202. In this state, an O-ring 211 is arranged on the bottom surface of the air electrode support 205, and the negative electrode support 209 is covered. It was fixed to the cathode support 205 with fixing screws 210. As the electrolytic solution, a 2 mol / l sodium chloride aqueous solution was used. Thereafter, the cathode terminal 221 was connected and fixed to the cathode support 205, and the anode terminal 222 was connected and fixed to the anode support 209.

次に、作製した実施例1のマグネシウム空気電池の電池性能を測定した。なお、電池性能の測定試験においては、空気極端子221よび負極端子222を用いた。電池の放電試験として、充放電測定システム(Bio Logic社製、VMP−3)を用い、開回路電圧から電池電圧が0Vに低下するまで放電電圧の測定を行った。電池の放電試験は、通常の生活環境下で行った。充放電容量は負極(マグネシウム)1重量当たりの値(mAh/g)で表した。   Next, the battery performance of the manufactured magnesium air battery of Example 1 was measured. In the battery performance measurement test, the air electrode terminal 221 and the negative electrode terminal 222 were used. As a battery discharge test, the charge / discharge measurement system (manufactured by BioLogic, VMP-3) was used to measure the discharge voltage until the battery voltage dropped from the open circuit voltage to 0V. The battery discharge test was performed in a normal living environment. The charge / discharge capacity was represented by a value (mAh / g) per weight of the negative electrode (magnesium).

実施例1のマグネシウム空気電池の電池性能として、空気極201の有効面積当たりの電流密度で25mA/cm2を通電した際の放電曲線を図3に示す。図3に示すように、鉄酸化細菌が生産した酸化鉄を空気極触媒に用いた場合の平均放電電圧は1.50V、放電容量は1900mAh/gであることが分かる。ここで、平均放電電圧は、図3中の全放電容量の中間値時の放電電圧と定義する。 FIG. 3 shows a discharge curve when a current density per effective area of the air electrode 201 of 25 mA / cm 2 was applied as the battery performance of the magnesium-air battery of Example 1. As shown in FIG. 3, when iron oxide produced by iron-oxidizing bacteria was used as the air electrode catalyst, the average discharge voltage was 1.50 V and the discharge capacity was 1900 mAh / g. Here, the average discharge voltage is defined as a discharge voltage at an intermediate value of the total discharge capacity in FIG.

実施例1のマグネシウム空気電池の電池性能として、電流密度特性を以下の表1に示す。表1に示す電流密度は、空気極201の有効面積当たりの電流密度である。実施例1では、100mA/cm2を通電しても、大きな放電容量(mAh/g)および放電電圧の減少は見られず、優れた電流密度特性を得られた。このように、鉄酸化細菌が生成した酸化鉄は、マグネシウム空気電池の空気極用の触媒として非常に優れた活性を有していることが分かった。   The current density characteristics are shown in Table 1 below as the battery performance of the magnesium-air battery of Example 1. The current density shown in Table 1 is a current density per effective area of the air electrode 201. In Example 1, even when a current of 100 mA / cm 2 was applied, a large discharge capacity (mAh / g) and a decrease in the discharge voltage were not observed, and excellent current density characteristics were obtained. Thus, it was found that the iron oxide produced by the iron-oxidizing bacteria had a very excellent activity as a catalyst for an air electrode of a magnesium-air battery.

[実施例2]
次に、実施例2について説明する。実施例2は、マンガン酸化細菌が生成した酸化マンガンを触媒として用いる例である。
[Example 2]
Next, a second embodiment will be described. Example 2 is an example in which manganese oxide produced by manganese oxidizing bacteria is used as a catalyst.

まず、マンガン酸化細菌であるレプトスリックス・ディスコフォラ(Leptothrix discophora)を、マンガン小片(純度99.9%以上、高純度化学研究所製)と共に試験管中のJOP液体培地に投入し、振とう器で20℃を維持して14日間培養した。レプトスリックス・ディスコフォラは、ATCC(American Type Culture Collection)から購入した。   First, a manganese oxidizing bacterium, Leptothrix discophora, is introduced into a JOP liquid medium in a test tube together with manganese fragments (purity of 99.9% or more, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory), and then shaken. And maintained at 20 ° C. for 14 days. Leptotrix discophora was purchased from ATCC (American Type Culture Collection).

14日培養した後、マンガン小片を取り除き、得られた酸化マンガンを、振とう器を用いて純水中で24時間洗浄を行った。この洗浄において、純水は3度交換した。洗浄した酸化マンガンを80℃で24時間乾燥させた後、乳鉢および乳棒を用いて粉砕することで、マンガン酸化細菌が生成した酸化マンガンの粉末を得た。得られた酸化マンガンの粉末は、X線回折(XRD)測定、BET比表面積測定を行い、評価した。   After culturing for 14 days, manganese small pieces were removed, and the obtained manganese oxide was washed in pure water for 24 hours using a shaker. In this cleaning, the pure water was replaced three times. The washed manganese oxide was dried at 80 ° C. for 24 hours, and then pulverized using a mortar and pestle to obtain manganese oxide powder produced by manganese oxidizing bacteria. The obtained manganese oxide powder was evaluated by X-ray diffraction (XRD) measurement and BET specific surface area measurement.

上述したことにより酸化マンガン細菌が生産した酸化マンガン粉末は、XRD測定により酸化マンガン(MnO2)であることを確認した。また、BET法により酸化マンガン粉末の比表面積を測定したところ、52m2/gであった。 XRD measurement confirmed that the manganese oxide powder produced by the manganese oxide bacteria was manganese oxide (MnO 2 ). The specific surface area of the manganese oxide powder measured by the BET method was 52 m 2 / g.

次に、前述した実施例1と同様にすることで、得られた酸化マンガン粉末を用いて空気極201を作製し、また、実施例2のマグネシウム空気電池を作製した。   Next, in the same manner as in Example 1 described above, an air electrode 201 was manufactured using the obtained manganese oxide powder, and a magnesium-air battery of Example 2 was manufactured.

次に、作製した実施例2のマグネシウム空気電池の電池性能を、実施例1と同様に測定した。実施例2のマグネシウム空気電池の電池性能として、電流密度特性を以下の表1に示す。表1に示すように、実施例2の放電容量は、1960mAh/gを示し、実施例1の鉄酸化細菌が生成した酸化鉄よりも大きい値であった。また、表1に示すように放電電圧についても、実施例1よりも過電圧の減少が見られ、電流密度特性の改善を達成することができた。これらの特性の向上は、マンガン酸化細菌が生成した酸化マンガンが電池反応における活性中心として働いたため、酸素還元(放電)反応が円滑に行われたことによると考えられる。   Next, the battery performance of the manufactured magnesium air battery of Example 2 was measured in the same manner as in Example 1. The current density characteristics of the magnesium-air battery of Example 2 are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, the discharge capacity of Example 2 was 1960 mAh / g, which was larger than the iron oxide produced by the iron-oxidizing bacteria of Example 1. Further, as shown in Table 1, the discharge voltage also showed a decrease in overvoltage as compared with Example 1, and the current density characteristics could be improved. It is considered that the improvement of these properties is due to the fact that the manganese oxide generated by the manganese oxidizing bacteria worked as an active center in the battery reaction, and thus the oxygen reduction (discharge) reaction was performed smoothly.

[実施例3]
次に、実施例3について説明する。実施例3は、マンガン酸化細菌が生成した酸化マンガンを触媒として用い、また、導電性材料としてセルロースゲル(バクテリアセルロース)を炭化して用いた。
[Example 3]
Next, a third embodiment will be described. In Example 3, manganese oxide produced by manganese oxidizing bacteria was used as a catalyst, and cellulose gel (bacterial cellulose) was carbonized and used as a conductive material.

まず、酸化マンガン粉末は、前述した実施例2と同様にして作製(生産)した。   First, manganese oxide powder was produced (produced) in the same manner as in Example 2 described above.

次に、実施例3では、バクテリアセルロースとしてナタデココ(フジッコ製)を用いた。ナタデココ(フジッコ製)は、酢酸菌であるアセトバクター・キシリナム(Acetobacter xylinum)により生産されたセルロースゲルである。このナタデココを、試験管に入れ、試験管を液体窒素中に30分間浸すことで、ナタデココ(バクテリアセルロースゲル)を完全に凍結させた。   Next, in Example 3, Natadoko (manufactured by Fujikko) was used as bacterial cellulose. Natadoko (Fujikko) is a cellulose gel produced by Acetobacter xylinum, which is an acetic acid bacterium. This nata de coco was placed in a test tube, and the test tube was immersed in liquid nitrogen for 30 minutes to completely freeze the nata de coco (bacterial cellulose gel).

バクテリアセルロースゲルを完全に凍結させた後、凍結させたバクテリアセルロースゲルをナスフラスコに取り出し、これを凍結乾燥機(東京理科器械株式会社製)により10Pa以下の真空中で乾燥させることで、バクテリアセルロースを含む網目状のナノファイバーセルロースを得た。次に、得られたナノファイバーセルロースを、窒素雰囲気下で1200℃、2時間の焼成を行い炭化した。このようにして得られた空気極導電性材料(担体)の比表面積を、BET法により測定したところ、520m2/gであった。 After completely freezing the bacterial cellulose gel, the frozen bacterial cellulose gel is taken out into an eggplant flask and dried by a freeze dryer (manufactured by Tokyo Rikakiki Co., Ltd.) in a vacuum of 10 Pa or less to obtain bacterial cellulose. Was obtained. Next, the obtained nanofiber cellulose was carbonized by firing at 1200 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. The specific surface area of the air electrode conductive material (carrier) thus obtained was 520 m 2 / g when measured by the BET method.

次に、作製した担体に実施例2と同様にして作製した酸化マンガン粉末を混合して担持させる。次に、酸化マンガンを担持させた担体シートを、打ち抜き刃、レーザーカッターなどにより直径23mmの円形に切り抜き、ガス拡散型の空気極を得た。得られた空気極を、前述同様にすることで空気極201としてマグネシウム空気電池を組み立てた。   Next, manganese oxide powder produced in the same manner as in Example 2 was mixed and supported on the produced carrier. Next, the carrier sheet supporting manganese oxide was cut into a circular shape having a diameter of 23 mm using a punching blade, a laser cutter, or the like, to obtain a gas diffusion type air electrode. By using the obtained air electrode in the same manner as described above, a magnesium air battery was assembled as the air electrode 201.

次に、作製した実施例3のマグネシウム空気電池の電池性能を、実施例1と同様に測定した。実施例3のマグネシウム空気電池の電池性能として、電流密度特性を以下の表1に示す。表1に示すように、実施例3の放電容量は、2000mAh/gを示し、実施例2のケッチェンブラックを導電性材料に用いた空気極201によるマグネシウム空気電池よりも大きい値であった。   Next, the battery performance of the manufactured magnesium air battery of Example 3 was measured in the same manner as in Example 1. The current density characteristics are shown in Table 1 below as the battery performance of the magnesium-air battery of Example 3. As shown in Table 1, the discharge capacity of Example 3 was 2000 mAh / g, which was a value larger than that of the magnesium air battery with the air electrode 201 using Ketjen black of Example 2 as a conductive material.

また、表1に示すように放電電圧についても、実施例2よりも過電圧の減少が見られ、電流密度特性の改善を達成することができた。これらの特性の向上は、バクテリアセルロースを炭化した導電性材料が、高比表面積でかつ高活性であるためと考えられる。   Further, as shown in Table 1, the discharge voltage also showed a decrease in overvoltage as compared with Example 2, and the current density characteristics were able to be improved. It is considered that these properties are improved because the conductive material obtained by carbonizing bacterial cellulose has a high specific surface area and high activity.

[実施例4]
次に、実施例4について説明する。実施例4は、マンガン酸化細菌が生成した酸化マンガンを触媒として用い、また、導電性材料としてセルロースゲル(バクテリアセルロース)を炭化して用いた。
[Example 4]
Next, a fourth embodiment will be described. In Example 4, manganese oxide produced by manganese oxidizing bacteria was used as a catalyst, and cellulose gel (bacterial cellulose) was used as a conductive material by carbonization.

まず、前述した実施例3と同様に、ナタデココを原料として空気極導電性材料(担体)を作製した。次に、作製した担体を、実施例2のマンガン酸化細菌,マンガン小片を含むJOP液体培地に投入し、この状態でマンガン酸化細菌を培養して触媒となる酸化マンガンを生産させ、担体にマンガン酸化細菌が生産した酸化マンガンを含有させる。このようにして酸化マンガンを含浸させて担持させた担体シートを、打ち抜き刃、レーザーカッターなどにより直径23mmの円形に切り抜き、ガス拡散型の空気極を得た。得られた空気極を、前述同様にすることで空気極201としてマグネシウム空気電池を組み立てた。   First, an air electrode conductive material (carrier) was produced using nata de coco as a raw material in the same manner as in Example 3 described above. Next, the prepared carrier was put into a JOP liquid medium containing the manganese oxidizing bacteria and manganese fragments of Example 2, and in this state, the manganese oxidizing bacteria were cultured to produce manganese oxide serving as a catalyst. Contains manganese oxide produced by bacteria. The carrier sheet impregnated with manganese oxide in this manner was cut into a circular shape having a diameter of 23 mm using a punching blade, a laser cutter, or the like to obtain a gas diffusion type air electrode. By using the obtained air electrode in the same manner as described above, a magnesium air battery was assembled as the air electrode 201.

次に、作製した実施例4のマグネシウム空気電池の電池性能を、実施例1と同様に測定した。実施例4のマグネシウム空気電池の電池性能として、電流密度特性を以下の表1に示す。表1に示すように、実施例4の放電容量は、2100mAh/gを示し、実施例3よりも大きい値であった。   Next, the battery performance of the manufactured magnesium air battery of Example 4 was measured in the same manner as in Example 1. The current density characteristics are shown in Table 1 below as the battery performance of the magnesium air battery of Example 4. As shown in Table 1, the discharge capacity of Example 4 was 2100 mAh / g, which was larger than that of Example 3.

また、表1に示すように放電電圧についても、実施例3よりも過電圧の減少が見られ、電流密度特性の改善を達成することができた。これらの特性の向上は、実施例4の空気極201においては、バクテリアセルロースを炭化して得た担体の内部に、酸化マンガンが高分散担持されているため、反応サイトが増加し高活性化したためと考えられる。   Further, as shown in Table 1, the discharge voltage also showed a decrease in overvoltage as compared with Example 3, and the current density characteristics could be improved. The improvement of these characteristics is due to the fact that in the air electrode 201 of Example 4, manganese oxide is highly dispersed and supported inside the carrier obtained by carbonizing bacterial cellulose, so that the number of reaction sites is increased and the activity is increased. it is conceivable that.

[比較例1]
次に、比較例1について説明する。比較例1では、市販されている酸化鉄(Fe23)(和光純薬工業社製)を用いて、前述した実施例1と同様にすることでマグネシウム空気電池セルを作製した。また、電池の試験の条件は、実施例1と同様である。
[Comparative Example 1]
Next, Comparative Example 1 will be described. In Comparative Example 1, using a commercially available iron oxide (Fe 2 O 3 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), a magnesium-air battery cell was produced in the same manner as in Example 1 described above. The battery test conditions are the same as in Example 1.

表1に示すように、比較例1では、放電容量は1900mAh/gであり、例えば実施例1よりも小さな値を示した。また、表1からも分かるように、比較例1による放電電圧は、実施例1〜4よりも明らかに低い値であるとともに、大電流を通電させると明らかに過電圧が増加している。   As shown in Table 1, in Comparative Example 1, the discharge capacity was 1900 mAh / g, which was smaller than that of Example 1, for example. Further, as can be seen from Table 1, the discharge voltage of Comparative Example 1 is clearly lower than those of Examples 1 to 4, and when a large current is applied, the overvoltage clearly increases.

Figure 0006673759
Figure 0006673759

以上の結果より、本発明の製造方法により製造されたマグネシウム空気電池は、従来よりも放電電圧および電流密度特性に優れており、有効であることが確認された。   From the above results, it was confirmed that the magnesium-air battery manufactured by the manufacturing method of the present invention was superior in discharge voltage and current density characteristics as compared with the related art, and was effective.

以上に説明したように、本発明によれば、金属を酸化して増殖する細菌である酸化細菌に生産させた触媒を空気極に用いるようにしたので、マグネシウム空気電池の放電電圧の低下が抑制できるようになる。本発明によれば、充放電サイクル性能に優れたマグネシウム空気電池を作製することができ、作製したマグネシウム空気電池は、様々な電子機器の駆動源として有効利用することができる。   As described above, according to the present invention, a catalyst produced by oxidizing bacteria, which are bacteria that oxidize and grow by oxidizing metals, is used for the air electrode, so that a decrease in the discharge voltage of the magnesium-air battery is suppressed. become able to. According to the present invention, a magnesium-air battery having excellent charge-discharge cycle performance can be manufactured, and the manufactured magnesium-air battery can be effectively used as a drive source for various electronic devices.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications and combinations can be made by those having ordinary knowledge in the art without departing from the technical concept of the present invention. That is clear.

101…空気極、102…負極、103…電解質。   101: air electrode, 102: negative electrode, 103: electrolyte.

Claims (3)

空気極と、マグネシウムを含んで構成された負極と、空気極と負極とに挾まれて配置された電解質と、前記空気極を構成する導電性材料から構成された担体に担持された金属酸化物からなる触媒とを備えるマグネシウム空気電池の製造方法であって、
金属を酸化して増殖する細菌である酸化細菌に前記触媒を生産させる触媒生産工程を備え
セルロースを生産する細菌であるセルロース生産細菌にセルロースゲルを生産させるゲル生産工程と、
生産された前記セルロースゲルを凍結する凍結工程と、
凍結した前記セルロースゲルを真空中で乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記セルロースゲルを炭化して前記担体を作製する炭化工程と、
前記セルロースゲルを炭化して作製した前記担体に前記酸化細菌を含有させる細菌含有工程と、
前記酸化細菌が含有した前記担体に前記酸化細菌が生産した前記触媒を含有させる触媒含有工程と
を備えることを特徴とするマグネシウム空気電池の製造方法。
An air electrode, a negative electrode containing magnesium, an electrolyte interposed between the air electrode and the negative electrode, and a metal oxide supported on a carrier made of a conductive material forming the air electrode A method for producing a magnesium-air battery comprising a catalyst comprising:
A catalyst production step of producing the catalyst by oxidizing bacteria, which are bacteria that grow by oxidizing metals ,
A gel production step of producing a cellulose gel by a cellulose-producing bacterium that is a bacterium that produces cellulose,
A freezing step of freezing the produced cellulose gel,
A drying step of drying the frozen cellulose gel in a vacuum,
Carbonization step of carbonizing the dried cellulose gel to produce the carrier,
A bacteria-containing step of containing the oxidizing bacteria in the carrier produced by carbonizing the cellulose gel,
A catalyst-containing step of causing the carrier containing the oxidizing bacteria to contain the catalyst produced by the oxidizing bacteria;
Manufacturing method of the magnesium-air battery, characterized in Rukoto equipped with.
請求項1記載のマグネシウム空気電池の製造方法において、
前記酸化細菌は、レプトスリックス属、ガリオネラ属、シデロカプサ属、チオバチルス属、およびこれらの変異株のいずれかであることを特徴とするマグネシウム空気電池の製造方法。
The method for manufacturing a magnesium-air battery according to claim 1,
The method for producing a magnesium-air battery, wherein the oxidizing bacterium is any one of a genus Leptotrix, a genus Galionella, a genus Siderocapsa, a genus Thiobacillus, and a mutant thereof.
請求項1または2記載のマグネシウム空気電池の製造方法において、
前記酸化細菌は、鉄酸化細菌またはマンガン酸化細菌であり、
前記金属酸化物は、酸化鉄または酸化マンガンの少なくとも1つであることを特徴とするマグネシウム空気電池の製造方法。
The method for manufacturing a magnesium-air battery according to claim 1 or 2,
The oxidizing bacterium is an iron oxidizing bacterium or a manganese oxidizing bacterium,
The method for manufacturing a magnesium-air battery, wherein the metal oxide is at least one of iron oxide and manganese oxide.
JP2016124197A 2016-06-23 2016-06-23 Manufacturing method of magnesium air battery Active JP6673759B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016124197A JP6673759B2 (en) 2016-06-23 2016-06-23 Manufacturing method of magnesium air battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016124197A JP6673759B2 (en) 2016-06-23 2016-06-23 Manufacturing method of magnesium air battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017228446A JP2017228446A (en) 2017-12-28
JP6673759B2 true JP6673759B2 (en) 2020-03-25

Family

ID=60892125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016124197A Active JP6673759B2 (en) 2016-06-23 2016-06-23 Manufacturing method of magnesium air battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6673759B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7038285B2 (en) * 2017-01-27 2022-03-18 三協立山株式会社 Magnesium air battery
JP7025644B2 (en) * 2018-05-18 2022-02-25 日本電信電話株式会社 Metal-air battery and air electrode manufacturing method
CN109921030B (en) * 2019-03-29 2020-06-19 郑州轻工业学院 Microbial modified lithium-air battery positive electrode material and preparation method thereof
JP7578950B2 (en) * 2021-02-17 2024-11-07 株式会社ニソール Fertilizer-based microbial fuel cell
US20250343303A1 (en) * 2022-05-31 2025-11-06 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Magnesium Air Battery and Manufacturing Method of It

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5162817B2 (en) * 2005-08-26 2013-03-13 宇部興産株式会社 Network carbon material
JP2015027268A (en) * 2013-07-30 2015-02-12 日産自動車株式会社 Method of producing metal catalyst material using microorganism

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017228446A (en) 2017-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Synergistic coupling derived cobalt oxide with nitrogenated holey two-dimensional matrix as an efficient bifunctional catalyst for metal–air batteries
KR101762258B1 (en) Carbon material for use as catalyst carrier
Yu et al. 3D ordered porous Mo x C (x= 1 or 2) for advanced hydrogen evolution and Li storage
Wu et al. Nitrogen-doped graphene-rich catalysts derived from heteroatom polymers for oxygen reduction in nonaqueous lithium–O2 battery cathodes
Yuan et al. Nitrogen-doped carbon sheets derived from chitin as non-metal bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction and evolution
JP6711915B2 (en) Battery and method for manufacturing positive electrode thereof
JP6673759B2 (en) Manufacturing method of magnesium air battery
Gao et al. Co-N-doped directional multichannel PAN/CA-based electrospun carbon nanofibers as high-efficiency bifunctional oxygen electrocatalysts for Zn–air batteries
Noori et al. Azadirachta indica leaf-extract-assisted synthesis of CoO–NiO mixed metal oxide for application in a microbial fuel cell as a cathode catalyst
JP6951623B2 (en) Manufacturing method of magnesium water battery and its positive electrode
JP2009208061A (en) Carbon catalyst, slurry containing the carbon catalyst, manufacturing method of carbon catalyst, fuel cell using carbon catalyst, electric storage device and environmental catalyst
JP6037498B2 (en) Method for producing metal oxide-carrying carbon paper and metal oxide-carrying carbon paper
JP6563804B2 (en) Air electrode for lithium air secondary battery, method for producing the same, and lithium air secondary battery
Tamilselvi et al. Reduced graphene oxide (rGO): supported NiO, Co3O4 and NiCo2O4 hybrid composite on carbon cloth (CC)—bi-functional electrode/catalyst for energy storage and conversion devices
CN110860301B (en) A ruthenium phosphide-supported carbon microchip bifunctional electrocatalyst and its preparation and application for high-efficiency electrolytic hydrogen production
JP2019200953A (en) Metal-air battery and air electrode manufacturing method
Ni et al. Space-confined synthesis of multilayer Cu–N-doped graphene nanosheets for efficient oxygen electroreduction
CN110526227A (en) A kind of carbon material and its preparation method and application
Yuan et al. Synthesis of graphitic mesoporous carbon from sucrose as a catalyst support for ethanol electro-oxidation
CN115036516A (en) Cobalt and nitrogen co-doped hollow tubular porous carbon composite material and preparation method and application thereof
JP6715173B2 (en) Zinc-air battery manufacturing method
KR101580094B1 (en) Heteroatoms-containing Porous Carbon using Seaweed and Fabrication Method thereof
JP7356053B2 (en) Air battery and method for manufacturing air battery
JP7464857B2 (en) Metal-air battery and method for manufacturing the metal-air battery
CN118693298A (en) A cotton carbon fiber self-supporting electrode with Fe-FeO-Fe2O3 nanoparticles uniformly embedded and carbon mesh wrapped, and preparation method and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180904

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190905

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191001

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191125

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: 20200303

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200305

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6673759

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350