JP2017139222A5

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Publication number: JP2017139222A5
Application number: JP2017010659A
Authority: JP
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2037-01-24

Description

上記目的を達成するため、本発明に係る窒素含有炭素電極の製造方法は、
重量割合３０−８０％の炭素材料と、重量割合１５−６０％の高分子材料と、重量割合３−２５％の改質剤（但し、前記改質剤は窒素を含有するアミン類、アミド類、窒素含有複素環式有機化合物、アンモニウム塩からなる群から選択される）とを混合させることにより、予備成形体を形成するステップと、
前記予備成形体に対して成形プロセスを行うことで成形体を得るステップと、
前記成形体に対して高温焼結を行うことで、前記高分子材料の一部を分解除去し、前記高分子材料の他の一部は、前記炭素材料とともに複数の孔隙を含有する骨格構造を形成し、また、前記改質剤中の前記窒素を前記骨格構造に付着させて窒素含有官能基を形成することにより、窒素含有炭素電極を形成するステップを含む。

ステップ１（Ｓ１）：
炭素材料、高分子材料、及び改質剤を混合させて予備成形体を形成し、予備成形体において、例えば炭素材料の重量割合３０−８０％、高分子材料の重量割合１５−６０％、改質剤の重量割合３−２５％とし、更に、改質剤は窒素を含有する。この実施例において、炭素材料をカ−ボンナノチュ−ブ、グラフェン、カ−ボンブラック、炭素繊維、活性炭、石墨、中空炭、軟炭、硬炭、またはそれらの組合わせとすることできる。高分子材料をポリ塩化ビニル（Polyvinyl chloride、PVC）、ポリテトラフルオロエチレン（Polytetrafluoroethene、PTFE）、フラン樹脂（Furan resin）、エポキシ化合物（Epoxy）、フェノ−ル樹脂（Phenol formaldehyde resin）、ポリアクリロニトリル（Polyacrylonitrile、PAN）、ポリビニルアルコ−ル（Polyvinyl alcohol、PVA)、セルロ−ス（Cellulose）、ポリフッ化ビニリデン（Polyvinylidene fluoride、PVDF）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体(Fluorinated ethylene propylene、FEP)、またはそれらの組合わせとすることできる。また、改質剤をアミン類、アミド類、窒素含有複素環式有機化合物、アンモニウム塩、またはそれらの組合わせとすることができる。

Claims

重量割合３０−８０％の炭素材料と、重量割合１５−６０％の高分子材料と、重量割合３−２５％の改質剤（但し、前記改質剤は窒素を含有するアミン類、アミド類、窒素含有複素環式有機化合物、アンモニウム塩からなる群から選択される）とを混合させることにより、予備成形体を形成するステップと、
前記予備成形体に対して成形プロセスを行うことで成形体を得るステップと、
前記成形体に対して高温焼結を行うことで、前記高分子材料の一部を分解除去し、前記高分子材料の他の一部は、前記炭素材料とともに複数の孔隙を含有する骨格構造を形成し、また、前記改質剤中の前記窒素を前記骨格構造に付着させて窒素含有官能基を形成することにより、窒素含有炭素電極を形成するステップを含む、
窒素含有炭素電極の製造方法。
前記炭素材料は、カ−ボンナノチュ−ブ、グラフェン、カ−ボンブラック、炭素繊維、活性炭、石墨、中空炭、軟炭、及び硬炭からなる群から選択される請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
前記高分子材料は、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、フラン樹脂、エポキシ化合物、フェノ−ル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコ−ル、セルロ−ス、ポリフッ化ビニリデン、及び４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体からなる群から選択される請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
前記アミン類は、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、３−メチル−２−アミノペンタン、エチレンジアミン、アニリン、トルイジン、ナフチルアミン、ベンジジン、ジアミノビフェニル、フェニレンジアミン、トルエンジアミン、及び２,６−ジアミノトルエンからなる群から選択される請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
前記アミド類は、アセトアミド、尿素、及びアセトアニリドからなる群から選択される請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
前記窒素含有複素環式有機化合物は、ピロリジン、ピロ−ル、ピリジン、ヘキサヒドロピリジン、４−アミノ−２−オキソピリミジン、２,４−ジオキソピリミジン、メラミン、及び５−メチル−２,４−ジオキソピリミジンからなる群から選択される請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
前記アンモニウム塩は、カルバミン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、及び炭酸アンモニウムからなる群から選択される請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
前記成形プロセスにおいて、前記予備成形体を１００−２２０℃の受熱温度及び５−２００Ｋｇｆ／ｃｍ^２の成形圧力の環境に配置する請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
前記高温焼結において、前記成形体を４００−１２００℃の加熱温度の環境に配置する請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
前記窒素含有炭素電極は、１０−８５％の孔隙率を有する請求項１記載の窒素含有炭素電極の製造方法。
隔膜、
前記隔膜の片側に設置される第１電池セル、
前記隔膜の前記第１電池セルから離間する側に設置される第２電池セル、及び
前記隔膜の対向する両側に設置される２つの炭素電極を含み、
前記炭素電極は、請求項１に記載の方法で製造され、
前記炭素電極は、前記第１電池セルに設置される第１炭素電極及び前記第２電池セルに設置される第２炭素電極、
前記第１炭素電極に接触する第１電流コレクタ、
前記第２炭素電極に接触する第２電流コレクタ、
前記第１電流コレクタ及び前記第２電流コレクタに電気的に接続される導電性部品、
前記第１電池セルに連通し、且つ第１電解液を前記第１電池セルに輸送する第１電解液貯蔵部品、及び
前記第２電池セルに連通し、且つ第２電解液を前記第２電池セルに輸送する第２電解液貯蔵部品を含む、
レドックスフロー電池。
前記隔膜の材料は、パ−フルオロスルホン酸膜、部分フッ化膜、非フッ素系イオン交換膜、及び多孔質のイオン導電性隔膜からなる群から選択される請求項１１記載のレドックスフロー電池。