[发明专利]电极和该电极的制作方法、以及使用该电极的电化学设备

说明书

本发明提供用于氧反应的催化剂活性和稳定性优异的电极、提供该电极的制作方法、以及提供使用该电极的电化学设备。该电极具有氧化物作为氧催化剂，上述氧化物在使用CuKα射线的X射线衍射测定中在2θ＝30.07°±1.00°、34.88°±1.00°、50.20°±1.00°及59.65°±1.00°的位置具有峰，以铋、钌、钠以及氧作为构成元素。

技术领域

本发明涉及用于氧反应的电极、该电极的制作方法、以及使用该电极的电化学设备。

背景技术

在本说明书中，氧反应是指电化学反应中的氧的还原、氧的产生、或这两种反应。例如，在将氢氧化锂水溶液、氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液等这样的碱性的水溶液(以下简写作碱性水溶液)作为电解质的空气电池中，已知通过氧的还原，碱性水溶液中会产生氢氧化物离子(OH^-)，通过氧的产生，碱性水溶液中的氢氧化物离子被氧化，即如下的反应。

还原：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-…(1)

氧化：4OH^-→O₂+2H₂O+4e^-…(2)

在空气电池中，发生这些氧反应的是正极。在空气一次电池中，放电时发生式(1)的还原反应。在空气二次电池中，放电与空气一次电池同样地发生式(1)，充电发生式(2)的氧化反应。像这样，因为放电能够利用空气中的氧，因此使用空气电池的称呼，同理，空气电池的正极也被称作空气电极。但是，式(1)的反应中利用的氧并不一定是空气中的氧，也可以是例如高纯度的氧。

此外，使用上述那样的碱性水溶液的空气电池的空气电极的氧还原反应与通过电解制造氢氧化钠和氯的食盐电解的氧阴极中的氧还原反应相同，它们能够使用相同的催化剂。本说明书中将用于这样的氧反应的催化剂称作氧催化剂。此外，即使是碱性燃料电池的阴极，放电时的反应也为氧的还原，空气电池的空气电极、食盐电解的氧阴极和碱性燃料电池的阴极能够利用相同的氧催化剂。进而，空气二次电池的空气电极中的充电反应为式(2)，碱性水电解中的阳极的氧产生反应也与此相同。因此，它们能够利用相同的氧催化剂。如上所述，在本说明书中，将用于氧的还原、氧的产生、或其两者的反应的催化剂称作氧催化剂。

上述空气电池、食盐电解、碱性燃料电池、碱性水电解均以碱性水溶液作为电解质，其工作温度为室温至90℃左右。即，以碱性水溶液为电解质的氧反应是在这样的温度范围的氧与氢氧化物离子之间的氧化反应、还原反应。另外，除此之外还有其他氧的还原、产生氧的电化学反应。例如，固体氧化物燃料电池(简称SOFC)的阴极的反应是从氧到氧化物离子(O^2-)的还原反应。此外，固体氧化物电解池(简称SOEC)的阳极的反应是从氧化物离子到氧的氧化反应。这些均是在600℃至1000℃左右的高温的反应。像这样，氧反应的反应机理根据温度而有所不同，因此适于氧反应的氧催化剂当然有所不同，当反应机理像这样不同时，氧催化剂的作用机理、效果也大不相同。

例如，即使知道某氧催化剂在600℃以上的高温具有高催化剂活性，该氧催化剂在100℃以下的温度未必也具有同样高的催化剂活性。本领域技术人员进行这样的类推、推测也是极为困难的。此外，通常相对于高的温度，电化学反应的催化剂在较低的温度、例如在室温附近等低的温度难以显现高的催化剂活性，也难以找到使用温度越低，则具有越高的催化剂活性的氧催化剂。进而，不仅是氧催化剂的催化剂活性，其稳定性也根据温度、反应机理而大幅变化。