(57)【要約】【課題】エネルギー密度が高く、安価に製造可能であり、かつ長期に亘って高電圧が得られる空気電池を提供する。【解決手段】本発明の空気電池は、酸素を還元する触媒を有しつつ空気が供給される正極１と、金属を有する負極３と、正極１と負極３との間に介在された電解質５とを有する。金属はアルミニウム又はアルミニウム系合金である。電解質５は、フッ素系アニオンを含む疎水性のイオン液体と、イオン液体中に溶解された塩素イオンを電離する塩とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を還元する触媒を有しつつ空気が供給される正極と、金属を有する負極と、該正極と該負極との間に介在された電解質とを有する空気電池において、
前記金属はアルミニウム又はアルミニウム系合金であり、
前記電解質は、フッ素系アニオンを含む疎水性のイオン液体と、該イオン液体中に溶解された塩素イオンを電離する塩とを有することを特徴とする空気電池。
【請求項２】
前記塩は前記イオン液体中に１ｍｍｏｌ／Ｌ以上溶解されている請求項１記載の空気電池。
【請求項３】
前記塩はＮａＣｌである請求項２記載の空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極に金属を用いた空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気電池では、特許文献１に記載されているように、正極（陽極）は酸素を還元するＰｔ等の触媒を有しつつ空気が供給されるようになっている。また、負極（陰極）は、電解質中に溶解する金属を有している。正極と負極との間には電解質が介在されている。
【０００３】
一般的な空気電池では、負極の金属が電解質中に溶解して陽イオンとなり、これによって生じた電子が集電板に集められる。このため、空気電池の正極と負極との間に導線で接続された負荷が設けられれば、負極の電子は負荷を通って正極に移動するとともに、陽イオンは正極に引き付けられ、正極の表面で陽イオンに電子が与えられる。こうして、空気電池には起電力が生じる。
【０００４】
ところで、空気電池には高電圧かつ高エネルギー密度が要求されている。そのため、蒸気圧をもたない疎水性のイオン液体を電解質とし、電解質の揮発による出力低下を抑制した空気電池が検討されている。その中でも、フッ素系アニオンを含むイオン液体を電解質とした空気電池では、水による負極の自己放電反応が抑制され、さらに高エネルギー密度の空気電池になることが検討されている。また、この空気電池では、アルミニウム等の卑金属を負極として採用することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６６２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、発明者の確認によれば、電解質をフッ素系アニオンを含む疎水性のイオン液体とし、負極の金属をアルミニウム又はアルミニウム系合金とした場合、イオン液体中のフッ素により負極の表面に不動態膜が形成され、負極の電気化学的溶解が継続しない。このため、この空気電池では、長期の使用によって過電圧を生じ、長期間は高電圧が得られないという懸念もある。
【０００７】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、エネルギー密度が高く、安価に製造可能であり、かつ長期に亘って高電圧が得られる空気電池を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の空気電池は、酸素を還元する触媒を有しつつ空気が供給される正極と、金属を有する負極と、該正極と該負極との間に介在された電解質とを有する空気電池において、
前記金属はアルミニウム又はアルミニウム系合金であり、
前記電解質は、フッ素系アニオンを含む疎水性のイオン液体と、該イオン液体中に溶解された塩素イオンを電離する塩とを有することを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
負極のアルミニウムは、ＢＦ4-、ＰＦ6-等のフッ素系アニオンからなるイオン液体中において、次のような反応により不動態化が進行し、耐食性が与えられると考えている。
【００１０】
Ａｌ＋３ＢＦ4-→ＡｌＦ3＋３ＢＦ3＋３ｅ-
【００１１】
Ａｌ＋３ＰＦ6-→ＡｌＦ3＋３ＰＦ5＋３ｅ-
【００１２】
これに対し、本発明の空気電池では、塩素イオンを電離する塩がイオン液体中に溶解されているため、負極の溶解が持続的に生じる。この理由はその塩による塩素イオンによって不動態膜に孔食を生じるからであると考えている。このため、この空気電池では、長期の使用によって過電圧を生じ難い。
【００１３】
したがって、本発明の空気電池は、エネルギー密度が高く、安価に製造可能であり、かつ長期に亘って高電圧を出力することが可能である。
【００１４】
正極は導電体と触媒とからなり得る。また、正極は集電板を有し得る。正極の触媒は、Ｐｔ、ＭｎＯ2、ペロブスカイト型酸化物等であり得る。負極は、アルミニウム又はアルミニウム合金である。負極も集電板を有し得る。
【００１５】
フッ素系アニオンとしては、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣＦ3ＳＯ3-、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＦ4-等を採用することができる。
【００１６】
塩素イオンを電離する塩としては、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌ等を採用することが可能である。
【００１７】
発明者の確認によれば、塩素イオンを電離する塩はイオン液体中に１ｍｍｏｌ／Ｌ以上溶解されていることが好ましい（請求項２）。また、その塩は安価なＮａＣｌであることが好ましい（請求項３）。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例の空気電池の模式断面図である。
【図２】イオン液体中のアルミニウムの酸化電流を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
実施例の空気電池では、図１に示すように、正極１は導電体とＰｔ等の酸素を還元する触媒とからなる。導電体には図示しない集電板が一体に設けられている。正極１には空気が供給されるようになっており、正極１の一端には正極端子２が接続されている。
【００２１】
負極４はアルミニウム又はアルミニウム系合金を有している。負極にも図示しない集電板が一体に設けられており、集電板の一端には負極端子４が接続されている。
【００２２】
正極１と負極３との間には電解質５が介在されている。この電解質５は、フッ素系アニオンとしての（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-を含む疎水性のイオン液体と、イオン液体中に溶解されたＮａＣｌとからなる。
【００２３】
以上のように構成された空気電池では、負極３の金属が電解質中に溶解して陽イオンとなり、これによって生じた電子が負極３の集電板に集められる。このため、空気電池の正極端子２と負極端子４との間に導線で接続された負荷６が設けられれば、負極３の電子は負荷６を通って正極１に移動するとともに、陽イオンは正極１に引き付けられ、正極１の表面で陽イオンに電子が与えられることになる。こうして、空気電池には起電力が生じる。
【００２４】
この間、この空気電池では、ＮａＣｌがイオン液体中に溶解されているため、負極３の溶解が持続的に生じる。このため、この空気電池では、長期の使用によって過電圧を生じ難い。
【００２５】
したがって、この空気電池は、エネルギー密度が高く、安価に製造可能であり、かつ長期に亘って高電圧を出力することが可能である。
【００２６】
図２にイオン液体中におけるアルミニウムの酸化電流を示す。ここでは、作用極をアルミニウム、対極をＰｔ、電解質を１−エチル−３−メチルイミダゾリウム／ビス（トリフルオロメタンスルホニルイミド）、参照極をＡｇ／Ａｇ+としている。
【００２７】
図２より、イオン液体中に塩素イオンを電離する塩を添加しなければ、不動態膜の形成により過電圧を生じ、電流値が徐々に低下して行くことがわかる。これに対し、イオン液体中にＮａＣｌを添加すれば、過電圧を生じ難く、電流値が低下し難い。
【００２８】
以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド車等の蓄電池等に利用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１…正極
３…負極
５…電解質
【図１】
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【図２】
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