JP2007055865A - ネットワーク状炭素材料 - Google Patents

ネットワーク状炭素材料 Download PDF

Info

Publication number
JP2007055865A
JP2007055865A JP2005245221A JP2005245221A JP2007055865A JP 2007055865 A JP2007055865 A JP 2007055865A JP 2005245221 A JP2005245221 A JP 2005245221A JP 2005245221 A JP2005245221 A JP 2005245221A JP 2007055865 A JP2007055865 A JP 2007055865A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
network
carbon
bacterial cellulose
carbon material
drying
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.)
Granted
Application number
JP2005245221A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5162817B2 (ja
Inventor
Nobuo Oya
修生 大矢
Makoto Matsuo
信 松尾
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.)
Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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 Ube Industries Ltd filed Critical Ube Industries Ltd
Priority to JP2005245221A priority Critical patent/JP5162817B2/ja
Publication of JP2007055865A publication Critical patent/JP2007055865A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5162817B2 publication Critical patent/JP5162817B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors
    • 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
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

【課題】 本発明は、比表面積の大きな新規な構成のネットワーク状炭素材料およびそのシート状物を提供することを目的とする。
【解決手段】 バクテリアセルロースを凍結乾燥により、ネットワーク構造を維持したまま乾燥し、不活性ガス雰囲気下で700℃以上で炭素化して、炭素フィブリルが互いに絡み合った状態の、比表面積が30m/g以上のネットワーク状炭素材料を製造する。
【選択図】 図8

Description

本発明は、大きい比表面積を有することにより、例えば高い物質吸着性、物質透過性、電子伝導性および/または化学的安定性等の性質を示すネットワーク状炭素材料に関する。詳しくは、例えば電気二重層キャパシタ、燃料電池などの電極材料等に好適に用いられる炭素フィブリルが絡み合ったシート状の炭素材料に関する。
多孔質の炭素材料は、各種エネルギーデバイスの電極及びその周辺部材、高温フィルター、断熱材などに工業的に用いられているが、そのほとんどが炭素粉末または炭素繊維をバインダーで結合してシート状に成形して用いられている。また、バインダーで結合した後に炭素化して用いられることもしばしばある。しかしながら、その手法では多孔質構造の精密な制御は困難であり、炭素材料の設計の自由度が著しく阻害されている。この問題を解決する手段として、特開2000−335909号公報(特許文献1)にはポリイミド多孔質膜を炭素化することで微細な連続孔を有する多孔質炭化膜が得られることが記載されている。
一方、木質系セルロース系材料は炭素の前駆体と成り得ることが知られているが、その構造はフィブリル径が数μmオーダーと粗いために、機能性材料として用いる際に重要な比表面積は数m/gと非常に小さいのが一般的である。
セルロース系の微細なフィブリルとしては、特開2004−204380号公報(特許文献2)には、微生物が生産するバクテリアセルロースを乾燥することにより、比表面積の大きなシート状物を得る方法が記載されている。バクテリアセルロースは、例えば酢酸菌が生産するものは、食品素材「ナタデココ」として知られており、ナノレベルのフィブリル性を有し、特にフィブリル内部のセルロースが高度に配向、結晶化している。
しかしながら、バクテリアセルロースから比表面積の大きな炭素材料を製造することは現在まで成功していなかった。
特開2000−335909号公報 特開2004−204380号公報
本発明は、比表面積の大きな新規な構成のネットワーク状炭素材料およびそのシート状物を提供することを目的とする。
本発明は以下の事項に関する。
1. 賦活処理なしで製造され、炭素フィブリルが互いに絡み合って3次元ネットワーク構造を形成しており、比表面積が30m/g以上であることを特徴とするネットワーク状炭素材料。
2. 前記炭素フィブリルは、分岐を有しており、
構成する炭素フィブリルの50体積%以上99.99体積%以下は、1nm〜300nmの直径を有するフィブリルであることを特徴とする上記1記載のネットワーク状炭素材料。
3. バクテリアセルロースから製造されることを特徴とする上記1または2記載のネットワーク状炭素材料。
4. 黒鉛化率が30%以上であることを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載のネットワーク状炭素材料。
5. バクテリアが産生したゲル状態のバクテリアセルロースを、そのネットワーク構造を維持したまま乾燥する工程と、
乾燥後のバクテリアセルロースを不活性ガス雰囲気下で700℃〜3200℃の温度で炭素化する工程と
を有することを特徴とするネットワーク状炭素材料の製造方法。
6. 前記乾燥工程において、乾燥前のゲル状態からの見かけの収縮残存率が幅、長さ方向でも30%以上、厚み方向で10%以上となるように乾燥することを特徴とする上記5記載の製造方法。
7. 前記乾燥が凍結乾燥であることを特徴とする上記6記載の製造方法。
8. 前記炭素化工程前に、乾燥したバクテリアセルロースをハロゲン蒸気に接触させる工程を有する上記5〜7のいずれかに記載の製造方法。
9. 前記炭素化工程前に、乾燥したバクテリアセルロースを加圧密閉下で蒸し焼きする工程を有することを特徴とする上記5〜7のいずれかに記載の製造方法。
10. 前記炭素化温度が1500℃〜3200℃であることを特徴とする上記5〜9のいずれかに記載の製造方法。
11. 乾燥したバクテリアセルロースを圧縮成形してシート状に成形する工程を有する上記5〜10のいずれかに記載の製造方法。
12. 上記11記載の製造方法で製造されるシート状の上記1〜4のいずれかに記載のネットワーク状炭素材料。
本発明によれば、賦活処理なしで製造され、極めて比表面積の大きな30m/g以上のネットワーク状の多孔質炭素材料を提供することができる。本発明の1態様では、極めて直径の細い微細なフィブリルでありながら、フィブリルの脱落が少なく耐久性に優れたネットワーク状炭素材料を提供することができる。特にネットワーク間にnmオーダーの細孔(網目間隙)を有することから、種々の高機能材料として使用することができる。
また、本発明の製造方法によれば、上記のネットワーク状炭素材料を、バクテリアセルロースを原料として、その大きな表面積を維持しながら、収率よく製造することができる。また、炭素化条件を調整することで用途に合わせて黒鉛化率を変えることができ、例えば、黒鉛化率を30%以上に高めることができる。
本発明で、ネットワーク状とは、フィブリルが3次元的に絡み合った状態をいうものであり、ネットワーク状材料がシート状に成形されたものは、一種の不織布に相当するともいえる。
本発明では、炭素フィブリルが互いに絡み合って3次元ネットワーク状(3次元網目構造)を構成して、重量あたりの比表面積が30m/g以上である。従来より存在する炭素繊維の不織布等においては、フィブリル径が十数〜数μmと太いためにこのような比表面積を得ることはできなかった。従来の炭素材料では、アルカリ等で処理し表面を多孔性とするいわゆる賦活処理を行ったもので、比表面積が30m/g以上のものが知られているが、繊維径は基本的には変化しないため、本発明のような1μm以下の極細のフィブリルから得られる目の細かい多孔質炭素材料とは性状は全く異なるものである。
本発明は、賦活処理なしで得られた炭素フィブリルであって、比表面積が30m/g以上を有するものであり、このような構成は従来にない全く新規なものである。さらに好ましくは、比表面積50m/g以上である。また比表面積の極めて大きなものは製造が次第に困難になるので、一般的には3000m/g以下である。
本発明の炭素フィブリルは、分岐(枝分かれ)を有していることが好ましい。例えば、通常の炭素繊維では1本のまっすぐな繊維であるが、分岐を有する炭素フィブリルでは、1本のフィブリルが途中で2本以上(2本が多い)の複数に分かれており、多くの場合、さらにその先で複数(2本が多い)に分かれている。2本に別れた分岐点では、3本のフィブリルが結合しているともいえる。このように分岐を有することにより、フィブリル同士の絡み合いが一層多くなり、本発明の炭素材料を繰り返し使用したときにもフィブリルの脱落が抑制されるので耐久性が向上する。また、電子伝導性や熱伝導性,機械的特性の観点からも、有利となる。このような特性は、特に使用電位幅が広い高出力キャパシター用の電極として、好適である。
ネットワーク状炭素材料は、好ましくは構成する炭素フィブリルの50体積%以上99.99体積%以下が、1nm〜300nmの直径、さらに好ましくは1nm〜150nmの直径を有している。
以上のような炭素材料は、好ましくは後述するようなバクテリアセルロースを出発原料として製造される。バクテリアセルロースは、nmオーダーの細いセルロースフィブリルを基本構造としており、高い比表面積、物質透過性、空孔率を有し、さらにフィブリル中のセルロース分子の配向も高度に発達していることから、本発明の炭素材料の前駆体として極めて好適なものである。また、バクテリアセルロースでは、バクテリアの増殖に基づいてセルロースフィブリルが上述のような分岐を有している点でも好ましいものである。
次に、本発明のネットワーク状炭素材料の製造方法を説明する。
本発明で出発原料として使用するバクテリアセルロースは、公知のものが挙げられ、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(Acetobacter xylinum subsp.sucrofermentans )、アセトバクター・キシリナム(Acetobacter xylinum )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(A. pasteurianus )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及びアセトバクターキシリナムATCC10821等の酢酸菌(アセトバクター属)、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、アゾトバクター属及びズーグレア属、エンテロバクター属または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創製される各種変異株を培養することにより生産される。本発明では、特に長い繊維長のセルロースが産生されるものが好ましく、酢酸菌等が好ましい。
バクテリアセルロースはナタデココの性状を見ればわかるように、水を含んだゲル状の材料であるので、炭素化する前に乾燥する必要がある。この工程を通常の熱風乾燥で処理すると、比表面積が大幅に低下してしまい、結果として得られる炭素材料の比表面積も小さくなる。そこで、本発明では、ゲル状態のバクテリアセルロースのネットワーク構造を維持しながら乾燥する必要がある。具体的には、乾燥後に収縮したときに、最初にバクテリアセルロースのゲル状物を静置したときの状態から、見かけの収縮残存率(=収縮後の長さ/元の長さ)で幅、長さ方向でも30%以上、厚みで10%以上となるように、好ましくは幅、長さ方向でも50%以上、厚みで20%以上の大きさが残るように(収縮率では、幅、長さ方向50%以下、厚み方向80%以下に)、乾燥することが好ましい。
このような状態に乾燥できる方法であれば、どのような方法でもよいが、例えば凍結乾燥が簡便で好ましい。凍結乾燥の溶媒としては、水、アルコール等の通常使用される凍結乾燥溶媒を使用することができるが、凍った状態で蒸気圧の高いものが好ましく、特にアルコールが好ましく、中でもt−ブタノールが好ましい。水以外の溶媒を使用するときは、ゲルに含有される水を、凍結乾燥溶媒に置換してから凍結乾燥すればよい。
乾燥後のバクテリアセルロースは、セルロースフィブリルが絡み合ったスポンジ状の性状を有している。この形状のまま、炭素化処理を行っても良いが、この時点で成形することで最終的に製造される炭素材料の形状を規定することができる。通常、シート状で不織布として使用される用途では、凍結乾燥後のスポンジ状のバクテリアセルロースを一軸加圧圧縮してシート状に成形することが好ましい。
乾燥後のバクテリアセルロースの炭素化は、通常、不活性ガス雰囲気下で700℃〜3200℃の温度で行う。好ましくは、3000℃以下である。また、炭素の結晶化を促進して黒鉛質を上げるためには、高温で炭素処理をすることが好ましく、黒鉛化率30%以上のネットワーク状炭素材料を得るためには、炭素化温度として1500℃〜3200℃(好ましくは3000℃以下)、好ましくは2000℃〜3000℃である。結晶子が発達して黒鉛化率が30%以上になると、透過型電子顕微鏡で炭素六角網目が容易に観察できるようになる。黒鉛化率を高める場合には、炭素化処理を2段階に分けて行ってもよく、1500℃未満の第1次炭素化処理を行った後、1500℃以上で第2次炭素化処理(黒鉛化処理)を行う。不活性ガスとしては窒素、アルゴン等が好ましく、特に黒鉛化の際の高温での処理ではアルゴンが好ましい。尚、黒鉛化率は広角X線散乱強度を学振法で解析することにより求められる値である。用途により要求される物性が異なるので、用途に合わせて黒鉛化率を変えることが好ましい。
炭素化工程では、乾燥後のバクテリアセルロースを炭素板の間に挟んで処理することが好ましい。このような処理により、炭素収率{=残存重量×100/乾燥セルロース重量}で、10重量%程度以上が得られる。一方、例えばるつぼの中に静置して処理を行うと、炭素収率で7%以下、最悪の場合0%になる場合があり、比表面積も前駆体のバクテリアセルロースより大幅に低下し、フィブリル構造が緻密化してしまうことがある。これは、バクテリアセルロースのフィブリルが特に繊細なために影響を受けやすいためと考えられる。従って、炭素板の間に挟んで処理を行うことは、バクテリアセルロースを原料とする場合に特に好ましい方法である。
本発明の1実施形態では、炭素化工程前に、乾燥したバクテリアセルロースをハロゲン蒸気に接触させることが好ましい。ハロゲンとしては、臭素およびヨウ素が好ましく、特にヨウ素が好ましい。この工程は、乾燥したバクテリアセルロースにハロゲン蒸気が接触するようにすればどのような方法でもよく、密閉容器中で処理してもよいし、流通式で処理しても良い。処理雰囲気は、純ハロゲン蒸気だけで満たした空間でもよいし、空気または反応に悪影響を与えないアルゴン等の不活性ガスが共存していてもよい。処理条件は、蒸気圧も考慮して適宜設定するができるが、例えば20〜120℃程度、好ましくは50〜100℃で、10分〜10日程度、好ましくは6時間から3日程度処理すればよい。
このようにハロゲン処理を行ったバクテリアセルロースを、好ましくは上述のように炭素板の間に挟んで炭素化処理を行うと、炭素収率15重量%以上の高い収率で、高比表面積の炭素材料が得られる。
さらに本発明の1実施形態では、炭素化工程前に、乾燥したバクテリアセルロースを加圧密閉下で蒸し焼きすることが好ましい。蒸し焼きは、不活性ガス雰囲気中で、適当な密閉容器中で、完全に炭素化しない温度で加熱することにより行われる。通常、700℃未満、好ましくは500℃以下で、通常200℃以上の温度である、処理時間は10分〜3日間、好ましくは1〜24時間、さらに好ましくは2〜10時間(例えば5時間)である。
このように加圧密閉下で蒸し焼き処理を行ったバクテリアセルロースを、好ましくは上述のように炭素板の間に挟んで炭素化処理を行うと、炭素収率15重量%以上の高い収率で、高比表面積の炭素材料が得られる。
本発明の製造方法では、ハロゲン処理と蒸し焼き処理を併用しても良い。その場合は、通常はハロゲン処理してから蒸し焼き処理することが好ましい。
以上の処理、即ち、炭素板に挟んでの炭素化、炭素化工程前のハロゲン処理および蒸し焼き処理は、成形していない乾燥バクテリアセルロースに対しても、シート状に成形したものに対しても適用できる。
このようにして得られたネットワーク状炭素材料、特にシート状物は、その高い比表面積により、高い物質吸着性、物質透過性、電子伝導性等の物性を生かして、電気二重層キャパシタの電極材料として好適に使用することができる。特に、結晶性を高めて電極の化学的安定性を向上させたり、逆に結晶性を抑えて電解液に対する影響を抑えたりすることができるので、処理温度により黒鉛化率を調整してバランスのよい電極材料を提供することができる。
また、燃料電池の触媒を担持する担体は、大きな表面積が必要である一方、水素、酸素、水が容易に通過できる空間・空隙が必要であるが、本発明のネットワーク状炭素材料、特にシート状物は、このような燃料電池の触媒担体用途にも好適に使用される。さらに、フィルタ、その他の表面積と空間が必要な用途に好適に使用することができる。
次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
尚、乾燥したバクテリアセルロース、ネットワーク状炭素材料の細孔構造は窒素吸着法により測定した。比表面積はBET法により算出した。細孔径分布は、窒素吸着等温線を利用してDollimore-Heal(DH)法により算出した。
<比較例1>
ゲル状の市販の微生物産生微細繊維状セルロース(バクテリアセルロース)含水物を熱風乾燥した。重量は1%以下になり、外観で厚み方向には1/100以下、縦、横方向で1/2以下の寸法に収縮した。表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した結果、緻密化していることが分かった。比表面積を測定したところ、2m/g以下であった。
<実施例1>
比較例1で用いたバクテリアセルロース含水物をt−ブチルアルコール中に20時間以上浸漬することで、水とt−ブチルアルコールの溶媒交換を行った。その後、試料を冷却して凍結し、凍結乾燥処理を行った。その結果、白いスポンジ状の乾燥物を得た。出発原料のゲル状物から、厚み方向が98%、縦、横方向が95%の大きさまで収縮していた。
SEM観察を行った結果、表面(図1参照)、内部(図2参照)ともに、微細なフィブリルが分岐で連結したネットワーク構造(多孔質構造)を有していることが分かった。得られたものの比表面積は、50m/g以上であった。また、細孔径分布を測定したところ、直径が2〜10nmの範囲の細孔を多数有していることが明らかになった(図3参照)。
<比較例2>
実施例1で得られたバクテリアセルロース乾燥物を炭素るつぼの中に静置し、窒素雰囲気化で1400℃1時間の熱処理を行ったところ、外観で1/10程度に寸法が収縮した炭素化物を得た。炭素収率を算出したところ、10%以下であった。
<実施例2>
実施例1で得られたバクテリアセルロース乾燥物を一軸圧縮成形機で、厚みが元の試料の1/10になるように加圧成形してシート状物を得た。この試料を窒素吸着で比表面積、細孔径分布を測定したところ、圧縮前後でほとんど変化が無いことが確認できた。
<実施例3>
実施例2で得た試料を2枚の炭素板で挟み、炭素るつぼ中に静置し、窒素雰囲気化で1400℃1時間の熱処理を行ったところ、シート状の炭素膜が得られた。炭素収率は、14%であった。SEM観察を行ったところ、表面、断面共に炭素フィブリルが連結した多孔質構造を維持していることが分かった。また、比表面積は70m/gと若干増加していた。細孔径分布は、わずかに径が大きい側にシフトしていた(図3参照)。
<実施例4>(蒸し焼き処理)
実施例2で得られたシート状物を、小型のオートクレーブ中に静置し窒素ガスで中を置換した後に密閉し400℃3時間の加熱処理を行ったところ、茶色のシートを得た。収率は40%であった。SEM観察を行ったところ、表面、断面共に炭素フィブリルが連結した多孔質構造を保持していることを確認できた(図4、5参照)。その後、実施例3と同様の1400℃の炭素化処理を行い、黒色のシート物を得た。収率は45%であり、バクテリアセルロース乾燥物からの収率は18%と大きな改善が確認できた。SEM観察を行ったところ、表面、断面共に炭素フィブリルが連結した多孔質構造であることが分かった(図6、7参照)。また、比表面積は70m/gと前駆体であるバクテリアセルロースと比べて若干増加していた。細孔径分布は、わずかに径が大きい側にシフトしていた。広角X線散乱において2θ=25°付近にブロードな散乱が確認された。黒鉛化度は10%以下であった。
<実施例5>(黒鉛化処理)
実施例4で作製したネットワーク状多孔質炭素シートを黒鉛化炉内に炭素板で挟んで静置し、アルゴンガス雰囲気で3000℃1.5時間の熱処理を行った。その結果、灰色の鈍い光沢を呈する炭素シートを得た。SEM観察を行ったところ、表面は炭素フィブリルが連結した多孔質構造であり、断面はシート平面方向にフィブリルが配向した構造を有していることが分かった(図8、9参照)。また、高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)で観察した結果、炭素六角網面の発達を示す格子縞が多数観察された(図10参照)。広角X線散乱を測定したところ、黒鉛結晶の成長を示す002反射が2θ=26°付近に明確に観察された。黒鉛化率は、約30%と推算された。
<実施例6>(ヨウ素処理)
実施例2で得られたバクテリアセルロースシート状物0.3gとヨウ素0.6gを500ccのガラス容器内に入れ、密閉した後に80℃で24時間加熱処理を行った。その後、実施例3と同様に1400℃で炭素化処理を行い黒色のシート物を得た。バクテリアセルロースからの炭素収率は22%であり、大きな改善が確認できた。SEM観察を行ったところ、表面は炭素フィブリルが連結した多孔質構造であることが分かった。広角X線散乱において2θ=25°付近にブロードな散乱が確認された。黒鉛化度は10%以下であった。
<実施例7>(黒鉛化処理)
実施例6で作製したネットワーク状多孔質炭素シートを黒鉛化炉内に炭素板で挟んで静置し、アルゴンガス雰囲気で3000℃1.5時間の熱処理を行った。その結果、灰色の鈍い光沢を呈する炭素シートを得た。SEM観察を行ったところ、表面は炭素フィブリルが連結した多孔質構造であり、断面はシート平面方向にフィブリルが配向した構造を有していることが分かった(図11、12参照)。また、高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)で観察した結果、炭素六角網面の発達を示す格子縞が多数観察された(図13参照)。また、同じ視野の電子線回折パターンから、黒鉛結晶が配向していることが分かった(図14)。広角X線散乱を測定したところ、黒鉛結晶の成長を示す002反射が2θ=26°付近に明確に観察され、黒鉛化率は約35%であった。
実施例1で作製したバクテリアセルロース乾燥物の表面のSEM画像である。 実施例1で作製したバクテリアセルロース乾燥物の内部のSEM画像である。 実施例1,3のバクテリアセルロースまたは炭素材料のDH法による細孔径分布を示すグラフである。 実施例4で蒸し焼き処理後のバクテリアセルロース表面のSEM画像である。 実施例4で蒸し焼き処理後のバクテリアセルロースの断面のSEM画像である。 実施例4で作製した炭素材料表面のSEM画像である。 実施例4で作製した炭素材料の断面のSEM画像である。 実施例5で作製した炭素材料表面のSEM画像である。 実施例5で作製した炭素材料の断面のSEM画像である。 実施例5で作製した炭素材料のHRTEM画像である。 実施例7で作製した炭素材料表面のSEM画像である。 実施例7で作製した炭素材料の断面のSEM画像である。 実施例7で作製した炭素材料のHRTEM画像である。 図13のHRTEM画像視野での電子線回折パターンである。

Claims (12)

  1. 賦活処理なしで製造され、炭素フィブリルが互いに絡み合って3次元ネットワーク構造を形成しており、比表面積が30m/g以上であることを特徴とするネットワーク状炭素材料。
  2. 前記炭素フィブリルは、分岐を有しており、
    構成する炭素フィブリルの50体積%以上99.99体積%以下は、1nm〜300nmの直径を有するフィブリルであることを特徴とする請求項1記載のネットワーク状炭素材料。
  3. バクテリアセルロースから製造されることを特徴とする請求項1または2記載のネットワーク状炭素材料。
  4. 黒鉛化率が30%以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のネットワーク状炭素材料。
  5. バクテリアが産生したゲル状態のバクテリアセルロースを、そのネットワーク構造を維持したまま乾燥する工程と、
    乾燥後のバクテリアセルロースを不活性ガス雰囲気下で700℃〜3200℃の温度で炭素化する工程と
    を有することを特徴とするネットワーク状炭素材料の製造方法。
  6. 前記乾燥工程において、乾燥前のゲル状態からの見かけの収縮残存率が幅、長さ方向でも30%以上、厚み方向で10%以上となるように乾燥することを特徴とする請求項5記載の製造方法。
  7. 前記乾燥が凍結乾燥であることを特徴とする請求項6記載の製造方法。
  8. 前記炭素化工程前に、乾燥したバクテリアセルロースをハロゲン蒸気に接触させる工程を有する請求項5〜7のいずれかに記載の製造方法。
  9. 前記炭素化工程前に、乾燥したバクテリアセルロースを加圧密閉下で蒸し焼きする工程を有することを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の製造方法。
  10. 前記炭素化温度が1500℃〜3200℃であることを特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の製造方法。
  11. 乾燥したバクテリアセルロースを圧縮成形してシート状に成形する工程を有する請求項5〜10のいずれかに記載の製造方法。
  12. 請求項11記載の製造方法で製造されるシート状の請求項1〜4のいずれかに記載のネットワーク状炭素材料。
JP2005245221A 2005-08-26 2005-08-26 ネットワーク状炭素材料 Active JP5162817B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005245221A JP5162817B2 (ja) 2005-08-26 2005-08-26 ネットワーク状炭素材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005245221A JP5162817B2 (ja) 2005-08-26 2005-08-26 ネットワーク状炭素材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007055865A true JP2007055865A (ja) 2007-03-08
JP5162817B2 JP5162817B2 (ja) 2013-03-13

Family

ID=37919667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005245221A Active JP5162817B2 (ja) 2005-08-26 2005-08-26 ネットワーク状炭素材料

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5162817B2 (ja)

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008034557A (ja) * 2006-07-27 2008-02-14 Kyoto Univ 電極材料およびその製造方法
JP2008088050A (ja) * 2006-09-04 2008-04-17 Univ Of Tsukuba フィルム状炭素材料を製造する方法およびフィルム状炭素材料
JP2009292676A (ja) * 2008-06-04 2009-12-17 Kazuo Akagi 炭素材料の製造方法および炭素材料
JP2010037412A (ja) * 2008-08-04 2010-02-18 Fukushima Univ 摺動部材の製造方法
JP2011113768A (ja) * 2009-11-25 2011-06-09 Univ Of Tsukuba 燃料電池用ガス拡散層
JP2013220966A (ja) * 2012-04-13 2013-10-28 Univ Of Yamanashi 金属酸化物担持炭素紙の製造方法及び金属酸化物担持炭素紙
WO2013183668A1 (ja) 2012-06-05 2013-12-12 国立大学法人筑波大学 触媒を用いた炭素材料の製造方法および炭素材料
CN105355450A (zh) * 2015-12-25 2016-02-24 哈尔滨工业大学 一种氮掺杂碳纤维/氮掺杂石墨烯/细菌纤维素膜材料的制备方法及其应用
KR20160078598A (ko) * 2014-12-24 2016-07-05 중앙대학교 산학협력단 박테리아 셀룰로오스-실리카 복합체, 및 이의 제조 방법
WO2016143439A1 (ja) * 2015-03-06 2016-09-15 国立大学法人大阪大学 バクテリアセルロースとポリマーとを含む多孔質体およびその製造方法
JPWO2015198920A1 (ja) * 2014-06-23 2017-04-20 東レ株式会社 多孔質炭素材料
JP2017117524A (ja) * 2015-12-21 2017-06-29 日本電信電話株式会社 リチウム空気二次電池用空気極およびその製造方法並びにリチウム空気二次電池
CN107240506A (zh) * 2016-03-28 2017-10-10 国家纳米科学中心 一种氮掺杂碳纳米复合材料及其制备方法和用途
JP2017228446A (ja) * 2016-06-23 2017-12-28 日本電信電話株式会社 マグネシウム空気電池の製造方法
JP2018092854A (ja) * 2016-12-07 2018-06-14 日本電信電話株式会社 亜鉛空気電池の製造方法
CN108538647A (zh) * 2018-05-07 2018-09-14 中国科学技术大学 膜电极的制备方法
JPWO2018003724A1 (ja) * 2016-07-01 2018-10-11 日本電信電話株式会社 電池およびその正極の製造方法
JP2018206513A (ja) * 2017-05-31 2018-12-27 日本電信電話株式会社 マグネシウム空気電池およびその正極、負極ならびにセパレータの製造方法
CN109256528A (zh) * 2017-07-12 2019-01-22 天津大学 磷酸铁锂—细菌纤维素—石墨烯复合材料及其制备方法和应用
KR20190037876A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 인하대학교 산학협력단 나트륨 금속 전지 음극용 촉매형 탄소 나노 주형 및 그 제조 방법
CN109776851A (zh) * 2019-01-04 2019-05-21 浙江工业大学 一种细菌纤维素/金属硫化物复合凝胶及其制备方法和导电处理方法
CN110289179A (zh) * 2019-05-29 2019-09-27 南京源恒能源科技有限公司 活性金属氧化物-碳化细菌纤维素电极材料的制备方法
CN110289173A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 陕西科技大学 一种高比电容的细菌纤维素基柔性氮掺杂石墨烯超级电容器电极材料及其制备方法和应用
CN110474008A (zh) * 2019-08-22 2019-11-19 浙江工业大学 一种锂电池隔膜的制备方法
WO2020149150A1 (ja) * 2019-01-16 2020-07-23 日本電信電話株式会社 セルロースナノファイバーカーボンとその製造方法
KR20200116700A (ko) * 2019-04-02 2020-10-13 강원대학교산학협력단 나트륨 금속 전지 음극용 촉매형 황 도핑 탄소 나노주형 및 그 제조 방법
JPWO2020230227A1 (ja) * 2019-05-13 2020-11-19
CN113913971A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 南京理工大学 一种木质纤维中原位生长细菌纤维素的方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105174253A (zh) * 2015-09-08 2015-12-23 哈尔滨工业大学 一步法制备纳米活性碳纤维的方法
CN105609324A (zh) * 2015-12-25 2016-05-25 哈尔滨工业大学 一种氮磷掺杂碳纤维/石墨烯/细菌纤维素柔性电极材料的制备方法及其应用
CN110184849A (zh) * 2019-05-20 2019-08-30 龙云峰 一种导电碳纤维纸的制备方法
KR102300948B1 (ko) 2019-12-02 2021-09-13 한국과학기술연구원 마그네슘 전지 음극용 탄소 소성체 및 이의 제조방법
CN112103090B (zh) * 2020-08-24 2021-11-30 宁波工程学院 一种自支撑柔性超级电容器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09502566A (ja) * 1993-09-10 1997-03-11 ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド 炭素フィブリル含有電極を有するリチウム電池
JP2003082535A (ja) * 2001-09-12 2003-03-19 Shigenori Kuga セルロース原料由来の微細繊維状炭素材料およびその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09502566A (ja) * 1993-09-10 1997-03-11 ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド 炭素フィブリル含有電極を有するリチウム電池
JP2003082535A (ja) * 2001-09-12 2003-03-19 Shigenori Kuga セルロース原料由来の微細繊維状炭素材料およびその製造方法

Cited By (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008034557A (ja) * 2006-07-27 2008-02-14 Kyoto Univ 電極材料およびその製造方法
JP2008088050A (ja) * 2006-09-04 2008-04-17 Univ Of Tsukuba フィルム状炭素材料を製造する方法およびフィルム状炭素材料
JP2009292676A (ja) * 2008-06-04 2009-12-17 Kazuo Akagi 炭素材料の製造方法および炭素材料
JP2010037412A (ja) * 2008-08-04 2010-02-18 Fukushima Univ 摺動部材の製造方法
JP2011113768A (ja) * 2009-11-25 2011-06-09 Univ Of Tsukuba 燃料電池用ガス拡散層
JP2013220966A (ja) * 2012-04-13 2013-10-28 Univ Of Yamanashi 金属酸化物担持炭素紙の製造方法及び金属酸化物担持炭素紙
WO2013183668A1 (ja) 2012-06-05 2013-12-12 国立大学法人筑波大学 触媒を用いた炭素材料の製造方法および炭素材料
JPWO2013183668A1 (ja) * 2012-06-05 2016-02-01 日本製紙株式会社 触媒を用いた炭素材料の製造方法および炭素材料
US9523163B2 (en) 2012-06-05 2016-12-20 Nippon Paper Industries Co., Ltd. Method for producing carbon material using catalyst, and carbon material
JPWO2015198920A1 (ja) * 2014-06-23 2017-04-20 東レ株式会社 多孔質炭素材料
TWI710521B (zh) * 2014-06-23 2020-11-21 日商東麗股份有限公司 多孔質碳材料
KR20160078598A (ko) * 2014-12-24 2016-07-05 중앙대학교 산학협력단 박테리아 셀룰로오스-실리카 복합체, 및 이의 제조 방법
KR101669462B1 (ko) * 2014-12-24 2016-10-27 중앙대학교 산학협력단 박테리아 셀룰로오스-실리카 복합체, 및 이의 제조 방법
WO2016143439A1 (ja) * 2015-03-06 2016-09-15 国立大学法人大阪大学 バクテリアセルロースとポリマーとを含む多孔質体およびその製造方法
JP2017117524A (ja) * 2015-12-21 2017-06-29 日本電信電話株式会社 リチウム空気二次電池用空気極およびその製造方法並びにリチウム空気二次電池
CN105355450A (zh) * 2015-12-25 2016-02-24 哈尔滨工业大学 一种氮掺杂碳纤维/氮掺杂石墨烯/细菌纤维素膜材料的制备方法及其应用
CN107240506A (zh) * 2016-03-28 2017-10-10 国家纳米科学中心 一种氮掺杂碳纳米复合材料及其制备方法和用途
JP2017228446A (ja) * 2016-06-23 2017-12-28 日本電信電話株式会社 マグネシウム空気電池の製造方法
US11876207B2 (en) 2016-07-01 2024-01-16 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Battery and method of manufacturing cathode of the same
JPWO2018003724A1 (ja) * 2016-07-01 2018-10-11 日本電信電話株式会社 電池およびその正極の製造方法
JP2018092854A (ja) * 2016-12-07 2018-06-14 日本電信電話株式会社 亜鉛空気電池の製造方法
JP2018206513A (ja) * 2017-05-31 2018-12-27 日本電信電話株式会社 マグネシウム空気電池およびその正極、負極ならびにセパレータの製造方法
CN109256528A (zh) * 2017-07-12 2019-01-22 天津大学 磷酸铁锂—细菌纤维素—石墨烯复合材料及其制备方法和应用
KR101972952B1 (ko) * 2017-09-29 2019-04-26 인하대학교 산학협력단 나트륨 금속 전지 음극용 촉매형 탄소 나노 주형 및 그 제조 방법
KR20190037876A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 인하대학교 산학협력단 나트륨 금속 전지 음극용 촉매형 탄소 나노 주형 및 그 제조 방법
CN108538647A (zh) * 2018-05-07 2018-09-14 中国科学技术大学 膜电极的制备方法
CN109776851A (zh) * 2019-01-04 2019-05-21 浙江工业大学 一种细菌纤维素/金属硫化物复合凝胶及其制备方法和导电处理方法
WO2020149150A1 (ja) * 2019-01-16 2020-07-23 日本電信電話株式会社 セルロースナノファイバーカーボンとその製造方法
JP2020111859A (ja) * 2019-01-16 2020-07-27 日本電信電話株式会社 セルロースナノファイバーカーボンとその製造方法
JP7273286B2 (ja) 2019-01-16 2023-05-15 日本電信電話株式会社 セルロースナノファイバーカーボンとその製造方法
KR102246094B1 (ko) * 2019-04-02 2021-04-29 강원대학교산학협력단 나트륨 금속 전지 음극용 촉매형 황 도핑 탄소 나노주형 및 그 제조 방법
KR20200116700A (ko) * 2019-04-02 2020-10-13 강원대학교산학협력단 나트륨 금속 전지 음극용 촉매형 황 도핑 탄소 나노주형 및 그 제조 방법
JPWO2020230227A1 (ja) * 2019-05-13 2020-11-19
WO2020230227A1 (ja) * 2019-05-13 2020-11-19 日本電信電話株式会社 セルロースナノファイバーカーボンの製造方法
JP7227532B2 (ja) 2019-05-13 2023-02-22 日本電信電話株式会社 セルロースナノファイバーカーボンの製造方法
CN110289179A (zh) * 2019-05-29 2019-09-27 南京源恒能源科技有限公司 活性金属氧化物-碳化细菌纤维素电极材料的制备方法
CN110289173A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 陕西科技大学 一种高比电容的细菌纤维素基柔性氮掺杂石墨烯超级电容器电极材料及其制备方法和应用
CN110289173B (zh) * 2019-06-25 2021-04-13 陕西科技大学 细菌纤维素基柔性超级电容器电极材料及制备方法和应用
CN110474008A (zh) * 2019-08-22 2019-11-19 浙江工业大学 一种锂电池隔膜的制备方法
CN113913971A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 南京理工大学 一种木质纤维中原位生长细菌纤维素的方法
CN113913971B (zh) * 2020-07-10 2024-03-12 南京理工大学 一种木质纤维中原位生长细菌纤维素的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5162817B2 (ja) 2013-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5162817B2 (ja) ネットワーク状炭素材料
Inagaki New carbons-control of structure and functions
Williams et al. Development of activated carbon pore structure via physical and chemical activation of biomass fibre waste
KR101529747B1 (ko) 탄소 섬유 및 그 제조 방법
Ugarte High-temperature behaviour of “fullerene black”
JP2006193858A (ja) 微多孔性セルロースシート及びその製造方法
WO2003025271A1 (fr) Substance de carbone microfibreux provenant d'une matiere cellulosique et procede de production
Johnson et al. The fine structure of lignin-based carbon fibres
CN104428243B (zh) 使用了催化剂的碳材料的制造方法以及碳材料
CN110997563B (zh) 纤维素纳米纤维碳及其制造方法
Meng et al. Understanding the local structure of disordered carbons from cellulose and lignin
KR100652065B1 (ko) 박테리아 셀룰로오스 전도성 필름의 제조 방법 및 그에 의하여 제조된 전도성 필름
CN109761216A (zh) 一种通用的、基于有机锌盐制备多孔碳材料的方法
Chen et al. Scalable fabrication of novel SiC nanowire nonwoven fabric
JP5388051B2 (ja) メソポーラスカーボン(mc−mcm−48)およびその製造方法
KR101005115B1 (ko) 표면에 그라파이트 나노 구조층을 갖는 셀룰로오스 탄화물 구조체의 합성방법
JP2009292676A (ja) 炭素材料の製造方法および炭素材料
US20230142450A1 (en) Thermal insulation materials suitable for use at high temperatures, and process for making said materials
El Korhani et al. Synthesis and performances of bio-sourced nanostructured carbon membranes elaborated by hydrothermal conversion of beer industry wastes
JPH02184511A (ja) 多孔質グラファイトの製造方法
Buettner Investigation Of Bacterial Cellulose As A Carbon Fiber Precursor And Its Potential For Piezoelectric Energy Harvesting
KR101562559B1 (ko) 다공성 금속산화물의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 다공성 금속산화물
JP4310126B2 (ja) 易黒鉛化性物質の製造方法
JPH01203267A (ja) 炭素/炭素複合材料の製造法
Othman et al. Effects of carbonization conditions on the microporous structure and high-pressure methane adsorption behavior of glucose-derived graphene

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080519

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110406

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110602

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120508

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: 20121120

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121203

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151228

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5162817

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

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

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250