JP2001316104A - 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池 - Google Patents

水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池

Info

Publication number
JP2001316104A
JP2001316104A JP2000130722A JP2000130722A JP2001316104A JP 2001316104 A JP2001316104 A JP 2001316104A JP 2000130722 A JP2000130722 A JP 2000130722A JP 2000130722 A JP2000130722 A JP 2000130722A JP 2001316104 A JP2001316104 A JP 2001316104A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
carbonaceous material
crystal axis
highly anisotropic
oriented
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.)
Pending
Application number
JP2000130722A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsuo Yamada
淳夫 山田
Seiji Shiraishi
誠司 白石
Hisashi Kajiura
尚志 梶浦
Eisuke Negishi
英輔 根岸
Masafumi Ata
誠文 阿多
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2000130722A priority Critical patent/JP2001316104A/ja
Publication of JP2001316104A publication Critical patent/JP2001316104A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素を効率的に吸蔵させることができ、軽量
で、繰り返し使用することができ、安全で、資源的、環
境的な問題を生じさせる虞のない水素吸蔵用炭素質材料
およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製
造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素
吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池を提供する。 【解決手段】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
させた水素吸蔵用炭素質材料、こうして得られた水素吸
蔵用炭素質材料に水素を吸蔵させた水素吸蔵炭素質材
料、こうして得られた水素吸蔵炭素質材料を用いた電池
および燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵用炭素質
材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびそ
の製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに
水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池に関するものであ
り、さらに詳細には、大量の水素を、効率的に吸蔵させ
ることができ、軽量で、繰り返し使用することができ、
安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のない水
素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素
質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用い
た電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】産業革命以後、自動車などのエネルギー
源としてはもちろん、電力製造などのエネルギー源とし
て、ガソリン、軽油などの化石燃料が広く用いられてき
た。この化石燃料の利用によって、人類は飛躍的な生活
水準の向上や産業の発展などの利益を享受することがで
きたが、その反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさら
され、さらに、化石燃料の枯渇の虞が生じてその長期的
な安定供給に疑問が投げかけられる事態となりつつあ
る。
【０００３】そこで、水素は、水に含まれ、地球上に無
尽蔵に存在している上、物質量あたりに含まれる化学エ
ネルギー量が大きく、また、エネルギー源として使用す
るときに、有害物質や地球温暖化ガスなどを放出しない
などの理由から、化石燃料に代わるクリーンで、かつ、
無尽蔵なエネルギー源として、近年、大きな注目を集め
るようになっている。
【０００４】ことに、近年は、水素エネルギーから電気
エネルギーを取り出すことができる燃料電池の研究開発
が盛んにおこなわれており、大規模発電から、オンサイ
トな自家発電、さらには、自動車用電源としての応用が
期待されている。
【０００５】しかしながら、水素は、常温常圧におい
て、気体状態にあるため、液体や固体と比べて、取り扱
いが難しく、ことに、液体や固体と比べて、気体の密度
は非常に小さいため、体積あたりの化学エネルギーが小
さく、また、貯蔵や運搬が困難であるという問題があ
る。さらに、気体であるため、水素は漏洩しやすく、漏
洩すると、爆発の危険があるという問題もあり、水素エ
ネルギーの活用上、大きな障害となっていた。
【０００６】したがって、水素エネルギーを用いたエネ
ルギーシステムの実用化に向けて、気体状態にある水素
を、効率的かつ安全に、小体積内に貯蔵する技術の開発
が進められており、高圧ガスとして貯蔵する方法、液化
水素として貯蔵する方法、水素吸蔵材料を用いる方法な
どが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高圧ガ
スとして貯蔵する方法にあっては、貯蔵容器として、ボ
ンベのような非常に強固な金属製の耐圧容器を用いる必
要があるため、容器自体がきわめて重くなり、また、高
圧ガスの密度も、通常１２ｍｇ／ｃｃ程度であって、水
素の貯蔵密度が非常に小さく、貯蔵効率が低いという問
題があるだけでなく、高圧であるため、安全面にも問題
を有していた。
【０００８】これに対して、液化水素として貯蔵する方
法においては、水素の貯蔵密度は、通常７０ｍｇ／ｃｃ
程度であって、水素の貯蔵密度はかなり大きいが、水素
を液化するため、水素を−２５０℃以下に冷却すること
が必要になり、冷却装置などの付加的な装置が要求さ
れ、システムが複雑になるだけでなく、冷却のためのエ
ネルギーが必要になるという問題があった。
【０００９】一方、水素吸蔵材料の中では、水素吸蔵合
金が最も有効な材料とされ、たとえば、ランタンニッケ
ル系、パナジウム系、マグネシウム系の水素吸蔵合金が
知られているが、これらの水素吸蔵合金の実用的な水素
貯蔵密度は、通常１００ｍｇ／ｃｃ前後であり、他の物
質中に、水素を貯蔵するにもかかわらず、液体水素の密
度以上で、従来の水素貯蔵方法の中では、最も効率的で
ある。しかも、水素吸蔵合金を用いる場合には、室温レ
ベルの温度で、水素吸蔵合金へ水素を吸蔵させ、水素吸
蔵合金から水素を放出させることができ、さらには、水
素分圧との平衡で、水素の吸蔵状態が制御されるため、
高圧ガスや液体水素に比して、取り扱いが容易であると
いう利点もある。
【００１０】しかしながら、水素吸蔵合金は、構成材料
が金属合金であるため重く、単位重量あたりの水素吸蔵
量は２０ｍｇ／ｇ程度にとどまり、十分とは言えず、ま
た、水素吸蔵合金は、水素ガスの吸蔵、放出の繰り返し
によって、徐々に、構造が破壊され、性能が劣化すると
いう問題があり、さらに、合金の組成によっては、資源
的な問題や、環境的な問題も生じる虞がある。
【００１１】そこで、従来の水素の貯蔵方法のかかる問
題を解決するため、近年、水素吸蔵材料として、炭素材
料に注目が集まっており、種々の角度からの研究がなさ
れている。
【００１２】たとえば、特開平５−２７０８０１号公報
は、フラーレン類に、水素を付加反応させ、水素を吸蔵
させる方法を提案している。しかしながら、この方法に
あっては、炭素原子と水素原子の間に、共有結合的な化
学結合が形成されてしまうため、吸蔵というよりは、水
素付加と呼ぶべきもので、化学結合によって、付加する
ことのできる水素量の上限は、基本的に、炭素原子の不
飽和結合数に限定されるので、水素の吸蔵量には限界が
あった。
【００１３】また、特開平１０−７２２９１号公報は、
フラーレン類を水素吸蔵材料として用い、フラーレン類
の表面を、真空蒸着やスパッタリングによって、白金な
どの触媒金属で覆い、水素を吸蔵させる技術を提案して
いる。しかしながら、白金を触媒金属として用いて、フ
ラーレン類の表面を覆うためには、多くの白金を使用す
る必要があり、コストが高くなるだけでなく、資源的に
も問題があった。
【００１４】また、炭素質材料の中でも、カーボンナノ
チューブやグラファイトなどの異方性の高い炭素質材料
が、水素吸蔵材料として、注目を集めているが、これら
の炭素質材料に、水素を吸蔵させる場合には、水素吸蔵
合金に水素を吸蔵させる場合に比して、吸蔵に多大な時
間を要し、効率的ではなく、実用上、大きな問題があっ
た。
【００１５】このように、従来、知られている水素の貯
蔵方法は、水素エネルギーを活用する上で、実用的なも
のとは言い難く、とくに、自動車、船舶、一般家庭用電
源、各種小型電気機器などのエネルギー源として、水素
エネルギーを用いる場合や、大量の水素を運搬する必要
がある場合には、従来の水素の貯蔵方法は、実用性を有
していなかった。
【００１６】したがって、本発明は、水素を効率的に吸
蔵させることができ、軽量で、繰り返し使用することが
でき、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞の
ない水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸
蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料
を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料
電池を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、本発明のか
かる目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、異方
性の高い炭素質材料の結晶軸を配向させることによっ
て、より短時間に、水素を、異方性の高い炭素質材料に
吸蔵させることが可能になることを見出し、異方性の高
い炭素質材料の結晶軸を配向させた水素吸蔵用炭素質材
料によって、本発明の前記目的を達成した。
【００１８】本発明によれば、単に、異方性の高い炭素
質材料の結晶軸を配向させることによって、水素吸蔵速
度が高く、水素吸蔵能力が向上した水素吸蔵用炭素質材
料を生成することができるから、水素を効率的に吸蔵さ
せることができ、軽量で、繰り返し使用することがで
き、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のな
い水素吸蔵用炭素質材料を得ることが可能になる。
【００１９】本発明の前記目的はまた、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させることを特徴とする水素吸
蔵用炭素質材料の製造方法によって達成される。
【００２０】本発明の前記目的はまた、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵
炭素質材料によって達成される。
【００２１】本発明によれば、単に、異方性の高い炭素
質材料の結晶軸を配向させ、配向させた結晶軸の方向に
水素ガスを供給して、水素を吸蔵させることによって、
効率的に、水素が吸蔵された水素吸蔵炭素質材料を生成
することができるから、水素を効率的に吸蔵させること
ができ、軽量で、繰り返し使用することが可能で、安全
で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のない水素吸
蔵炭素質材料を得ることが可能になる。
【００２２】本発明の前記目的はまた、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させることを特
徴とする水素吸蔵炭素質材料の製造方法によって達成さ
れる。
【００２３】本発明の前記目的はまた、負極と、正極
と、これらの間に介在する電解質とを有し、前記負極お
よび／または前記正極が、異方性の高い炭素質材料の結
晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガ
スを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵炭素質材料を
含んだ電池によって達成される。
【００２４】本発明によれば、電解質に水酸化カリウム
水溶液などのアルカリ水溶液を用いたアルカリ蓄電池の
場合は、充電時には、正極からアルカリ水溶液を介し
て、負極へプロトンが移動して、そこで吸蔵され、放電
時には、負極側からアルカリ水溶液を介して、正極側へ
プロトンを移動させることができ、また、電解質にパー
フルオロスルホン酸高分子電解質膜などを使用した水素
−空気電池においては、充電または吸蔵処理によって、
水素極にあらかじめ吸蔵されたプロトンが、放電時に、
高分子電解質膜を介して空気極に供給される。したがっ
て、本発明によれば、安定して電力を取り出すことので
きる電池を提供することが可能になる。
【００２５】本発明の前記目的はまた、負極と、プロト
ン伝導体と、正極との積層構造を有し、さらに、異方性
の高い炭素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記
結晶軸の方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた
水素吸蔵炭素質材料を含み、水素を放出して、前記負極
に供給するように構成された水素供給部を備えた燃料電
池によって達成される。
【００２６】本発明によれば、負極と、プロトン伝導体
と、正極との積層構造を有し、さらに、異方性の高い炭
素質材料の結晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の
方向に水素ガスを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵
炭素質材料を含み、水素を放出して、負極に供給するよ
うに構成された水素供給部を備えているから、水素供給
部から放出された水素が、負極における触媒作用によ
り、プロトンを生成し、生成されたプロトンが、プロト
ン伝導体によって生成されたプロトンとともに、正極に
移動し、酸素と化合して、水を生成しつつ、起電力を発
生する。したがって、本発明によれば、水素供給部を設
けない場合に比べ、効率良く、水素を供給することがで
き、かつ、プロトンの伝導率が高い燃料電池を提供する
ことが可能となる。
【００２７】本発明において、吸蔵させる水素とは、水
素分子、水素原子のみならず、水素の原子核であるプロ
トンを含んでいる。
【００２８】本発明の好ましい実施態様においては、異
方性の高い炭素質材料の結晶軸が一次元に配向される。
【００２９】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記異方性の高い炭素質材料が、カーボンナノチュ
ーブ、カーボンナノファイバーおよびグラファイトより
なる群から選ばれる炭素質材料より形成されている。
【００３０】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、炭素質材料は、その表面に、水素分子を水素原子
に、あるいは、さらにプロトンと電子に分離させる機能
を有する金属または金属の合金の微粒子を有している。
金属または合金の微粒子の平均サイズは１ミクロン以下
であることが望ましく、金属としては、鉄、希土類元
素、ニッケル、コバルト、パラジウム、ロジウム、白
金、またはこれらの金属の１または２以上の合金よりな
る群から選ばれる金属または合金が好ましく使用され
る。
【００３１】カーボンナノチューブ、カーボンナノファ
イバー、グラファイトなどの炭素質材料をアーク放電法
によって生成する場合には、アーク放電に先立って、金
属またはその合金を、グラファイトのロッドに混入させ
ることが好ましく、アーク放電の際に、かかる金属また
はその合金を存在させることによって、これらの金属ま
たはその合金の触媒的作用によって、炭素質材料の収率
が高まり、曲率を有する水素吸蔵用炭素質材料の生成を
促進させることができる。なお、これらの金属またはそ
の合金は、レーザーアブレーション法によって、カーボ
ンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイ
トなどの炭素質材料を生成する際、触媒的作用を果たす
ことが知られており、その方法により生成したカーボン
ナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイト
などの炭素質材料を収集し、それを水素吸蔵用炭素質材
料に添加混合して、水素吸蔵用炭素質材料の表面が、こ
れらの金属またはその合金を有するようにしてもよい。
【００３２】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、これらの金属または合金を含有する炭素質材料、あ
るいは、これらの金属または合金を含有しない炭素質材
料の少なくとも表面に対し、水素分子を水素原子へ、さ
らには、プロトンと電子へと分離することのできる触媒
能を有する金属微粒子が１０重量％以下、担持されてい
る。そのような触媒能を有する好ましい金属としては、
たとえば、白金または白金合金などを挙げることがで
き、炭素質材料の表面に、これらの金属を担持させるに
は、スパッタ、真空蒸着、化学的手法、混合などの公知
の手法を用いることができる。
【００３３】また、白金微粒子または白金合金微粒子を
炭素質材料に担持させる場合には、白金錯体を含む溶液
を用いる化学的担持法、あるいは、白金を含む電極を用
いるアーク放電法の手法を適用することができる。化学
的担持法においては、たとえば、塩化白金酸水溶液を亜
硫酸水素ナトリウムや過酸化水素で処理し、次いで、こ
の溶液に、炭素質材料を加えて、攪拌することによっ
て、白金微粒子または白金合金微粒子を炭素質材料に担
持させることができる。他方、アーク放電法において
は、アーク放電の電極部に、白金や白金合金を部分的に
組み込んでおき、それをアーク放電させることによって
蒸発させ、チャンバー内に収納した炭素質材料上に付着
させることができる。
【００３４】このような金属や合金を担持させることに
より、それを担持させない場合に比べ、水素吸蔵能をよ
り高めることができ、さらに、電子供与体であるフッ素
やアンモニアなどのアミン系分子を炭素質材料と混合
し、あるいは、結合させることによって、電荷分離がよ
り能率的に生じることが判明している。
【００３５】このように、上述の金属や合金を担持させ
た強い電子受容体である水素吸蔵用炭素質材料に、陽子
と電子とからなる水素を供与することによって、水素が
陽子の形態で、吸蔵され、そのため、占有体積が大幅に
小さくなり、従来の水素原子の化学吸着による貯蔵に比
して、大量の水素を水素吸蔵用炭素質材料中に貯蔵する
ことが可能となる。すなわち、水素を、原子の状態か
ら、電子と陽子に分離させて、水素吸蔵用炭素質材料中
に効率的に電子を貯蔵することにより、水素を、最終的
には、陽子の状態で、高密度にかつ大量に貯蔵すること
ができる。したがって、水素吸蔵用炭素質材料の表面
に、上述の金属や合金を担持させた場合は、水素をより
効率的にかつより大量に吸蔵することができ、軽量で運
搬が容易であり、構造破壊を伴わずに、室温レベルでの
反復使用が可能で、取扱上も安全である。さらに、白金
などの金属触媒の使用量も削減でき、出発原料であるフ
ラーレンなどの炭素質材料も低コストで容易に製造する
ことができ、資源調達の面で問題がない上に、使用時に
環境破壊などの問題を起こすことがないという優れた実
用性を発揮することが可能になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明にかかる好ましい実施態様につき、詳細に説明を加え
る。
【００３７】図１は、本発明の好ましい実施態様にかか
る燃料電池の概略的構成を示す図面である。
【００３８】図１に示されるように、本実施態様にかか
る燃料電池は、互いに対向するように配置された正極
（酸素極）１と、負極２（燃料極または水素極）とを備
えている。正極１は正極リード３を有するとともに、触
媒５が分散または密着されており、負極２も同様に、負
極リード６を有するとともに、触媒７が分散または密着
されている。正極１と負極２の間には、プロトン伝導体
部８が挟着されている。水素供給源１０から、導入口１
１を介して、燃料である水素１２が、負極２側の流路１
３に供給されて、排出口１４から排出され、正極１側で
は、空気１５が導入口１６から、流路１７に供給され、
排出口１８から、排出されるように構成されている。
【００３９】導入口１１から流路１３に供給された燃料
である水素１２が流路１３を通過する間に、プロトンが
発生し、発生したプロトンは、プロトン伝導体部８で発
生したプロトンとともに、正極１側へ移動する。その結
果、導入口１６から流路１７に供給されて、排出口１８
へ向かう空気１５中の酸素と反応し、これによって、所
望の起電力が取り出される。
【００４０】本実施態様においては、水素供給源１０
に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、
グラファイトなどの異方性の高い炭素質材料の結晶軸を
配向させた後、１００気圧の水素圧力で、水素を吸蔵さ
せて得た水素吸蔵炭素質材料が用いられている。
【００４１】本実施態様にかかる燃料電池は、プロトン
伝導部８において、プロトンが解離しつつ、負極２側か
ら供給されるプロトンが正極１側へ移動するので、プロ
トンの伝導率が高いという特長がある。したがって、従
来、プロトンの伝導のために必要とされた加湿装置など
は不要となるので、システムの簡略化、軽量化を図るこ
とが可能になる。
【００４２】
【実施例】以下において、本発明の効果を、一層明らか
にするため、実施例および比較例を掲げる。
【００４３】実施例１ 合成容器内を、ヘリウム雰囲気とし、圧力を１．３３×
１０４パスカルに保持し、直流電源を用いて、３０分間
にわたって、一対の炭素電極間に、アーク放電を発生さ
せ、放電終了後、合成容器内の炭素ススおよび陰極に堆
積成長した炭素質材料を回収した。
【００４４】回収した炭素ススおよび炭素質材料を乳鉢
ですりつぶした後、硫酸中で、超音波拡散させた。
【００４５】さらに、過マンガン酸カリウムを加えた
後、加熱処理をし、アモルファスカーボンを酸化させ
て、除去して、試料＃１を得た。
【００４６】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および透過型
電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、試料＃１を観察した結
果、試料＃１が、カーボンナノチューブであることが確
認された。
【００４７】こうして得られた試料＃１に、１トン／平
方センチメートルの一軸性の圧力を加え、二次元方向に
配向して、試料＃２を得た．他方、試料＃１に、０．２
トン／平方センチメートルの圧力下で、ローリング処理
を施した後、１トン／平方センチメートルの一軸性の圧
力を加え、一次元的にのみ配向した試料＃３を得た．得
られた試料＃１、＃２および＃３を、一方向にのみガス
経路が形成されたラミネートカートリッジ内に密封し、
ラミネートカートリッジを、１００気圧の水素ガスを含
む容器中に入れて、経時的に、容器内の水素ガス圧力変
化を検出し、水素の吸蔵量を算出した。
【００４８】その結果は、図２に示されている。
【００４９】図２に示されるように、６時間以上を経過
した後の水素吸蔵量は、１２００ｃｃで、試料＃１、＃
２および＃３の間で、有意差は認められなかったが、平
衡に達するまでの時間は、結晶軸を一次元に配向した試
料＃３が最も短く、結晶軸を配向しなかった試料＃１が
最も長いこと、すなわち、結晶軸を一次元に配向した試
料＃３が最も水素吸蔵速度が高く、結晶軸を二次元に配
向した試料＃２も、結晶軸を配向しなかった試料＃１に
比して、水素吸蔵速度が大幅に改善されることがわかっ
た。
【００５０】実施例２ 次のようにして、アルカリ蓄電池を作製した。
【００５１】＜正極の作製＞平均粒径３０μｍの球状水
酸化ニッケル１０ｇ、水酸化コバルト１ｇに対して、カ
ルボキシメチルセルロース３重量％を加え、水で混練す
ることにより、ペーストを調製した。このペーストを空
孔率９５％の発泡式ニッケル多孔体に充填、乾燥、加圧
した後、打ち抜いて、直径２０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの
正極を作製した。
【００５２】＜負極の作製＞実施例１にしたがって、試
料＃３を調製し、５０気圧で、水素を吸蔵させた水素吸
蔵炭素質材料にカルボキシメチルセルロース５％と水と
を加え、混練したペーストを調製し、このペーストを空
孔率９５％の発泡式ニッケル多孔体に充填し、乾燥及び
加圧したのち、打ち抜いて、直径２０ｍｍ、厚さ０．５
ｍｍの負極を作製した。
【００５３】＜アルカリ蓄電池＞次に、上述のように作
製した正極および負極を用い、７Ｎの水酸化カリウム水
溶液を電解液として、図３に概略的に示されるアルカリ
蓄電池（二次電池）を作製した。
【００５４】なお、このアルカリ電池は、電池容器２０
に正極１と負極２とが電解液２１を挟んで内蔵され、そ
れぞれの極から、正極リード３と負極リード６とが電池
容器２０の外部へ取り出されている。
【００５５】＜充放電性能＞このようにして作製したア
ルカリ蓄電池につき、０．１Ｃ、上限１．４Ｖ、下限
０．８Ｖで、充放電試験を行った。そのサイクル特性を
図４に示す。
【００５６】図４から明らかなように、電池構造的な理
由から、サイクル寿命は十分とはいえないものの、基本
的な充放電性能を確認することができた。 実施例３ 次のようにして、水素−空気電池を作製した。
【００５７】＜空気極の作製＞実施例１にしたがって、
試料＃３を調製し、５０気圧で、水素を吸蔵させて、水
素吸蔵炭素質材料を得た。こうして得られた水素吸蔵炭
素質材料と、パーフルオロスルホン酸からなる高分子電
解質のアルコール溶液とを、ｎ−酢酸ブチル中に分散さ
せて、触媒層スラリーを調製した。
【００５８】一方、厚み２５０μｍのカーボン不織布を
フッ素系撥水剤のエマルジョン液に浸漬し、乾燥したの
ち、４００℃に加熱することにより、カーボン不織布に
撥水処理を施した。続いて、このカーボン不織布を４ｃ
ｍ×４ｃｍに切断し、その一方の面に上述のようにして
調製した触媒層スラリーを塗布した。
【００５９】＜空気極と高分子電解質膜との接合＞触媒
層を塗布したカーボン不織布の塗布面に、厚み５０μｍ
のパーフルオロスルホン酸からなる高分子電解質膜を接
合し、しかるのちに、乾燥した。
【００６０】＜水素極の作製＞空気極の作製に用いたの
と同じ水素吸蔵炭素質材料にカルボキシメチルセルロー
ス５％と水とを加えてペーストを調製し、このペースト
を空孔率９５％の発泡式ニッケル多孔体に充填、乾燥し
たのち、加圧し、４ｃｍ×４ｃｍに切断して、厚み０．
５ｍｍの水素極を作製した。
【００６１】＜水素−空気電池の作製＞上述のようにし
て得た空気極とパーフルオロスルホン酸高分子電解質膜
との接合体に、高分子電解質膜を中にして、水素極を重
ね合わせ、その両面を厚み３ｍｍのテフロン（登録商
標）板でしっかり挟み込んで、ボルトにより固定した。
なお、空気極側に配置したテフロン板には、予め直径
１．５ｍｍの多数の孔が設けられ、電極に空気がスムー
ズに供給されるようにしてある。
【００６２】こうして組み立てられた水素−空気電池の
概略的構造を図５に示す。
【００６３】図５に示されるように、こうして作製され
た水素−空気電池は、高分子電解質膜３０を中にして、
水素極３１と空気極３２とが対向して配置され、これら
の外側を、テフロン板３３と、多数の空気孔３４を設け
たテフロン板３５とで挟み込み、全体をボルト３６、３
６により固定したもので、各極から外部に水素極リード
３７、空気極リード３８が、それぞれ取り出されてい
る。
【００６４】＜水素−空気電池の放電特性＞次に、この
水素−空気電池の放電特性を調べた。
【００６５】まず、充電方向に電流密度１ｍＡ／ｃｍ２
で通電し、水素極に水素を吸蔵させたのち、電流密度１
ｍＡ／ｃｍ２で放電させた。その結果、図６に示すよう
な放電特性が得られ、水素−空気電池として機能するこ
とが確認された。
【００６６】さらに、電池を組み立てる前に、あらかじ
め、水素極に、圧力１００ｋｇ／ｃｍ２で水素を吸蔵さ
せておき、これを、上述のようにして得た空気極とパー
フルオロスルホン酸高分子電解質膜との接合体に重ね合
わせて、水素−空気電池を組み立て、得られた電池につ
いて、電流密度１ｍＡ／ｃｍ２で、放電特性を測定した
ところ、図７に示すような放電特性が得られ、この場合
も水素−空気電池として機能することが確認できた。
【００６７】本発明は、以上の実施態様および実施例に
限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明
の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の
範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００６８】たとえば、前記実施態様においては、水素
吸蔵用炭素質材料および水素吸蔵炭素質材料を用いた燃
料電池につき説明を加えたが、本発明にかかる水素吸蔵
用炭素質材料および水素吸蔵炭素質材料は、燃料電池に
かぎらず、アルカリ蓄電池、水素−空気電池などの他の
電池はもちろん、水素を貯蔵するため用途に広く用いる
ことができる。
【００６９】また、前記実施例においては、炭素質材料
として、アーク放電によって生成されたカーボンナノチ
ューブが用いられているが、本発明においては、異方性
の高い炭素質材料であれば、いかなる炭素質材料を用い
ることができ、カーボンナノチューブに限らず、カーボ
ンナノファイバー、グラファイトなどの異方性の高い炭
素質材料は、本発明の炭素質材料として、好ましく使用
することができる。
【００７０】さらに、前記実施例においては、ローリン
グ処理によって、カーボンナノチューブの結晶軸を一次
元に配向させているが、炭素質材料の結晶軸を配向させ
る方法は、ローリング処理に限定されるものではなく、
任意の配向方法を選択して使用することができる。
【００７１】
【発明の効果】本発明によれば、水素を効率的に吸蔵さ
せることができ、軽量で、繰り返し使用することがで
き、安全で、資源的、環境的な問題を生じさせる虞のな
い水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵
炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を
用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電
池を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる燃
料電池の概略的構成を示す図面である。
【図２】図２は、実施例１における容器内の水素ガス圧
力変化と時間の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、実施例２において作製したアルカリ蓄
電池（二次電池）の概略的構成を示す図面である。
【図４】図４は、実施例２において作製したアルカリ蓄
電池のサイクル特性を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例３において作製した水素−空気
電池の概略的構造を示す図面である。
【図６】図６は、実施例３において作製した水素−空気
電池の放電特性を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例３において作製した水素−空気
電池の放電特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 正極 ２ 負極 ３ 正極リード ５ 触媒 ６ 負極リード ７ 触媒 ８ プロトン伝導体部 １０ 水素供給源 １１ 導入口 １２ 水素 １３ 流路 １４ 排出口 １５ 空気 １６ 導入口 １７ 流路 １８ 排出口 ２０ 電池容器 ２１ 電解液 ３０ 高分子電解質膜 ３１ 水素極 ３２ 空気極 ３３ テフロン板 ３４ 空気孔 ３５ テフロン板 ３６ ボルト ３７ 水素極リード ３８ 空気極リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 4/02 Ｈ０１Ｍ 4/02 Ｚ ５Ｈ０３２ 4/24 4/24 Ｚ ５Ｈ０５０ 4/38 4/38 Ｚ 8/04 8/04 Ｊ 10/30 10/30 Ｚ 12/08 12/08 Ｓ Ｋ (72)発明者 梶浦 尚志 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 根岸 英輔 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 阿多 誠文 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 AA01 AA32 4G046 CA00 CB08 CC10 EA05 EB00 EC05 4G066 AA04B AA47D BA05 BA31 CA38 DA05 FA11 FA40 GA14 5H027 AA02 BA13 5H028 AA05 BB00 EE01 5H032 AA00 AS00 AS12 BB10 CC02 CC11 CC17 5H050 AA15 AA17 BA14 BA20 CA03 CA14 CB07 CB08 EA02 EA03 EA05 EA25 FA19

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
    させたことを特徴とする水素吸蔵用炭素質材料。
  2. 【請求項２】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結晶
    軸を一次元に配向させたことを特徴とする請求項１に記
    載の水素吸蔵用炭素質材料。
  3. 【請求項３】 前記異方性の高い炭素質材料が、カーボ
    ンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラフ
    ァイトよりなる群から選ばれる炭素質材料によって形成
    されたことを特徴とする請求項１または２に記載の水素
    吸蔵用炭素質材料。
  4. 【請求項４】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
    させることを特徴とする水素吸蔵用炭素質材料の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結晶
    軸を一次元に配向させることを特徴とする請求項４に記
    載の水素吸蔵用炭素質材料の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記異方性の高い炭素質材料が、カーボ
    ンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラフ
    ァイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成さ
    れたことを特徴とする請求項４または５に記載の水素吸
    蔵用炭素質材料の製造方法。
  7. 【請求項７】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向
    させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガスを供給し
    て、水素を吸蔵させたことを特徴とする水素吸蔵炭素質
    材料。
  8. 【請求項８】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結晶
    軸を一次元に配向させたことを特徴とする請求項７に記
    載の水素吸蔵炭素質材料。
  9. 【請求項９】 前記異方性の高い炭素質材料が、カーボ
    ンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラフ
    ァイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成さ
    れたことを特徴とする請求項７または８に記載の水素吸
    蔵炭素質材料。
  10. 【請求項１０】 異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配
    向させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガスを供給
    して、水素を吸蔵させることを特徴とする水素吸蔵炭素
    質材料の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結
    晶軸を一次元に配向させることを特徴とする請求項１０
    に記載の水素吸蔵炭素質材料の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記異方性の高い炭素質材料が、カー
    ボンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラ
    ファイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成
    されたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の
    水素吸蔵炭素質材料の製造方法。
  13. 【請求項１３】 負極と、正極と、これらの間に介在す
    る電解質とを有し、前記負極および／または前記正極
    が、異方性の高い炭素質材料の結晶軸を配向させ、配向
    させた前記結晶軸の方向に水素ガスを供給して、水素を
    吸蔵させた水素吸蔵炭素質材料を含んだことを特徴とす
    る電池。
  14. 【請求項１４】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結
    晶軸を一次元に配向させたことを特徴とする請求項１３
    に記載の電池。
  15. 【請求項１５】 前記異方性の高い炭素質材料が、カー
    ボンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラ
    ファイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成
    されたことを特徴とする請求項１３または１４に記載の
    電池。
  16. 【請求項１６】 負極と、プロトン伝導体と、正極との
    積層構造を有し、さらに、異方性の高い炭素質材料の結
    晶軸を配向させ、配向させた前記結晶軸の方向に水素ガ
    スを供給して、水素を吸蔵させた水素吸蔵炭素質材料を
    含み、水素を放出して、前記負極に供給するように構成
    された水素供給部を備えたことを特徴とする燃料電池。
  17. 【請求項１７】 前記異方性の高い炭素質材料の前記結
    晶軸を一次元に配向させたことを特徴とする請求項１６
    に記載の燃料電池。
  18. 【請求項１８】 前記異方性の高い炭素質材料が、カー
    ボンナノチューブ、カーボンナノファイバーおよびグラ
    ファイトよりなる群から選ばれる炭素質材料よって形成
    されたことを特徴とする請求項１６または１７に記載の
    燃料電池。
JP2000130722A 2000-04-28 2000-04-28 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池 Pending JP2001316104A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000130722A JP2001316104A (ja) 2000-04-28 2000-04-28 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000130722A JP2001316104A (ja) 2000-04-28 2000-04-28 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001316104A true JP2001316104A (ja) 2001-11-13

Family

ID=18639758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000130722A Pending JP2001316104A (ja) 2000-04-28 2000-04-28 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001316104A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007182357A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Nok Corp 炭素材料薄膜の後処理方法
JP2007182356A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Nok Corp カーボンナノチューブ薄膜の製膜方法
WO2010084614A1 (ja) * 2009-01-26 2010-07-29 トヨタ自動車株式会社 空気電池
WO2011074122A1 (ja) * 2009-12-18 2011-06-23 トヨタ自動車株式会社 空気電池用空気極、及び、当該空気極を備えた空気電池
WO2017149633A1 (ja) * 2016-03-01 2017-09-08 株式会社日立製作所 水処理装置及びこれに用いる導電性多孔質炭素材料
CN110915016A (zh) * 2017-07-24 2020-03-24 苹果公司 具有氢清除剂的可再充电蓄电池
US11652230B1 (en) 2018-01-12 2023-05-16 Apple Inc. Rechargeable battery with pseudo-reference electrode
US11888112B2 (en) 2017-05-19 2024-01-30 Apple Inc. Rechargeable battery with anion conducting polymer

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007182356A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Nok Corp カーボンナノチューブ薄膜の製膜方法
JP2007182357A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Nok Corp 炭素材料薄膜の後処理方法
KR101244578B1 (ko) 2009-01-26 2013-03-25 도요타 지도샤（주） 공기 전지
WO2010084614A1 (ja) * 2009-01-26 2010-07-29 トヨタ自動車株式会社 空気電池
CN102396100A (zh) * 2009-01-26 2012-03-28 丰田自动车株式会社 空气电池
US8273497B2 (en) 2009-01-26 2012-09-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air battery
WO2011074122A1 (ja) * 2009-12-18 2011-06-23 トヨタ自動車株式会社 空気電池用空気極、及び、当該空気極を備えた空気電池
JP5392356B2 (ja) * 2009-12-18 2014-01-22 トヨタ自動車株式会社 空気電池用空気極、及び、当該空気極を備えた空気電池
WO2017149633A1 (ja) * 2016-03-01 2017-09-08 株式会社日立製作所 水処理装置及びこれに用いる導電性多孔質炭素材料
JP6224269B1 (ja) * 2016-03-01 2017-11-01 株式会社日立製作所 水処理装置及びこれに用いる導電性多孔質炭素材料
US11888112B2 (en) 2017-05-19 2024-01-30 Apple Inc. Rechargeable battery with anion conducting polymer
CN110915016A (zh) * 2017-07-24 2020-03-24 苹果公司 具有氢清除剂的可再充电蓄电池
US11652230B1 (en) 2018-01-12 2023-05-16 Apple Inc. Rechargeable battery with pseudo-reference electrode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4658450B2 (ja) 新規な燃料電池正極、並びにそれを用いた燃料電池
CA2802852A1 (en) Chemical and electrochemical cells utilizing taylor vortex flows
JP5110836B2 (ja) 燃料電池用触媒電極、それを用いた、膜・電極接合体、及び燃料電池
KR100812403B1 (ko) 전기화학 디바이스 및 그 제조방법
WO2001017900A1 (fr) Materiau carbone destine au stockage d'hydrogene et procede de preparation, element de pile et pile a combustible
WO2007078787A1 (en) Porous metal hydride electrode
US20040076561A1 (en) Method for producing hydrogen storage material and hydrogen storing and desorbing apparatus
JP2001316104A (ja) 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池
US7014952B2 (en) Hydrogen-storing carbonaceous material and method for producing the same, hydrogen-stored carbonaceous material and method for producing the same and battery and fuel cell using hydrogen-stored carbonaceous material
US7008725B2 (en) Hydrogen-storing carbonaceous material and method for producing the same, hydrogen-stored carbonaceous material and method for producing the same and battery and fuel cell using hydrogen-stored carbonaceous material
Zhang et al. A review of anodes for direct borohydride fuel cells: Electrode and catalytic environment
EP3345868B1 (en) Ammonia borane confinement in graphene oxide 3d structures
JPH0831444A (ja) 電気化学セル及びその作動方法
JP2001328804A (ja) 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池
JP4686865B2 (ja) 水素吸蔵放出装置
JP2001302223A (ja) 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池
JP2001328805A (ja) 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池
US7037622B2 (en) Carbonaceous material for hydrogen storage and method for preparation thereof, carbonaceous material having hydrogen absorbed therein and method for preparation thereof, cell and fuel cell using carbonaceous material having hydrogen absorbed therein
US7014951B2 (en) Carbonaceous material for hydrogen storage, and method for preparation thereof, carbonaceous material having hydrogen absorbed therein and method for preparation thereof, cell and fuel cell using carbonaceous material having hydrogen absorbed therein
Liu et al. An amorphous MnO2/lithiated NiO nanosheet array as an efficient bifunctional electrocatalyst for iron molten air batteries
JP2002102694A (ja) 炭素質材料への触媒担持方法
US20030108475A1 (en) Carbonaceous material for hydrogen storage and method for preparation thereof, carbonaceous material having hydrogen absorbed therein and method for preparation thereof, cell and fuel using carbonaceous material having hydrogen absorbed therein
Li et al. Hydrogen storage alloy and carbon nanotubes mixed catalyst in a direct borohydride fuel cell
JPWO2002056405A1 (ja) 発電装置
JP2001348201A (ja) 水素吸蔵材料からの水素放出方法、水素吸蔵放出システムおよび水素吸蔵放出システムを用いた燃料電池ならびに水素エネルギーシステム