2020 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of catalytic activity and utilization of metal oxide for metal-air batteries
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18K14020
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
西村 崇 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (20372138)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電解 / 触媒 / 金属空気二次電池 / 正極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電解法を応用することで、ランタン系ペロブスカイト型金属酸化物（LaMn系およびLaCo系）の析出および組成制御を行い、さらに導電助剤であるカーボン粉を触媒形成時に同時に固定させることで、高活性な金属空気二次電池用正極触媒層の創製を試みた。
金属酸化物の析出および組成制御に関して、電解条件を詳細に検討した結果、析出時の電位と電解液組成が重要なパラメータであることを見出した。その結果、LaMn、LaCo酸化物およびLaをSrやCaに一部置き換えた、LaSrMn、LaCaMn、LaSrCo、LaCaCo酸化物において、目的の組成の酸化物を作製することが可能となった。また、電解セルを工夫することで、ガス拡散層（カーボンペーパー）上に金属酸化物触媒とカーボン粉を同時に固定することにも成功した。カーボン粉を同時に固定した触媒層は、触媒粉末とカーボン粉を混錬して固定する従来の手法で作製した触媒層に比べて内部抵抗を低く抑えることができた。
金属空気二次電池の放電反応である酸素還元反応においては、金属酸化物触媒とカーボン粉と同時析出させること、また、Laの一部をSrやCaで置き換えた場合に活性が向上することがわかった。一方、充電反応である酸素発生反応は、カーボン粉の共存による効果は見られなかったが、LaMn系よりLaCo系の方が活性が高く、また、SrやCaを添加することによりさらに活性が向上することがわかった。これらの結果をもとに、充放電特性を評価したところ、LaSrMn、LaCaMn、LaSrCo、LaCaCo触媒において目標値（初期電位が-0.3 V (vs.Hg/HgO)以上、100サイクル充放電を繰り返した後の電位が-0.35 V(vs. Hg/HgO)以上、ハーフセル、充放電電流は5 mA/cm2）を達成することができた。
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