JP6179587B2 - 多孔質部材および触媒部材 - Google Patents
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Description
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
本実施形態1に従った多孔質部材1は、ベース部材5とカーボンナノ構造体(10、20)とを備える。ベース部材5は、気孔率が80%以上である多孔質体を含む。カーボンナノ構造体(10、20)は、ベース部材5の表面に形成され、幅が100nm以下である。
(多孔質部材の構造)
図1〜図5を参照して、本発明の実施形態である多孔質部材1を説明する。多孔質部材1は、平板状、柱状、筒状など任意の形状を採用することができる。
図1〜図5に示した多孔質部材1の製造方法を説明する。まず、材料準備工程(S10)を実施する。具体的には、多孔質体であるベース部材5を準備する。たとえばベース部材5としてニッケルを含む多孔質体を準備してもよい。なお、ベース部材5を構成する材料としては、他の任意の金属(たとえば銅や金など)、もしくはガラスなどの無機材料、またはセラミックスを用いることができる。
多孔質部材1の気孔率は、たとえば50%以上98%以下とすることができる。当該気孔率は、好ましくは80%以上98%以下、より好ましくは90%以上98%以下である。また、多孔質部材1の孔について、単位長さ(1cm)当たりの孔の数は、ベース部材5を形成するときに用いる発泡樹脂成形体の構造を調整することにより、たとえば2個以上60個以下の範囲で任意に調整することができる。なお、単位長さ当たりの孔の数は、多孔質部材1のサンプル表面において、任意の5か所について単位長さの直線を設定し、当該直線により横切られる孔の数を計測したうえで、当該計測値の平均値を算出することにより特定できる。
図6を参照して、本実施形態に従った多孔質部材を用いた電池30は、本発明による多孔質部材1により構成される正極31と、負極32と、セパレータ33と、電解液34と、容器35とを主に備えている。容器35の内部には、上述した本実施形態による多孔質部材1により構成された正極31が配置されている。この正極31と対向するように負極32が配置されている。正極31と負極32との間にはセパレータ33が配置されている。そして、この容器35の内部に電解液34が充填されている。正極31および負極32からはそれぞれ端子が容器35の外部にまで延びるように接続されている。
以下のように、本実施形態に従った多孔質部材の一例である、カーボンナノ構造体が表面に形成された金属多孔質体を試作した。試料として、ニッケルからなる多孔質体(ニッケルからなるセルメット(登録商標))を準備した。
石英反応管を持つ電気炉にて、石英反応管内部のベース部材を所定の温度に加熱する。その後、原料ガスの炭化水素含む不活性ガスを石英反応管内部に所望の時間流しながら、カーボンナノチューブを形成し、その後自然冷却する。
上述のようにして得られた、カーボンナノウォールが表面に形成された多孔質体の走査型電子顕微鏡写真を図10〜図13に示す。図10は、倍率が10倍であり、多孔質体の表面の一部を示している。また、図11は、多孔質体の最表面(1層目)に位置する網目構造部3の表面を示す拡大写真である。図11の倍率は5000倍である。また、図12および図13は、それぞれ多孔質体の最表面から2層目、3層目に位置する網目構造部3を示す拡大写真である。図12および図13の倍率は5000倍である。
図14〜図17を参照して、本発明に従った触媒部材100を説明する。この発明に従った触媒部材100は、平板状、柱状、筒状など任意の形状を採用することができる。触媒部材100は、多孔質体からなるベース部材500と、ベース部材500の表面に形成されたカーボンナノ構造体200と、カーボンナノ構造体200の表面に配置された触媒220と、を備える。ベース部材500は図15に示すように網目構造を有している。異なる観点から言えば、表面に触媒220が形成されたカーボンナノ構造体200とベース部材500とからなる網目構造部300は、図15に示すように3次元網目構造を有している。カーボンナノ構造体200としては、たとえばカーボンナノチューブやカーボンナノウォール、グラファイトテープなどが挙げられる。以下、表面に触媒220が形成されたカーボンナノ構造体200を、触媒付きカーボンナノ構造体110と呼ぶ。また、ベース部材500としては、たとえば多孔質の金属部材を用いることができる。具体的には、ベース部材500としてはたとえばニッケルからなる多孔質部材を用いることができる。
以下のように、本発明による触媒部材を構成する、カーボンナノ構造体が表面に形成された金属多孔質体を試作した。
ニッケルからなる多孔質体(ニッケルからなるセルメット(登録商標))を準備した。
上記多孔質体の表面への、カーボンナノチューブの形成方法は、以下のような工程である。まず、石英反応管を持つ電気炉にて、石英反応管内部のベース部材を所定の温度に加熱する。その後、原料ガスの炭化水素含む不活性ガスを石英反応管内部に所望の時間流しながら、カーボンナノチューブを形成し、その後自然冷却する。
上述のようにして得られた、カーボンナノウォールが表面に形成された多孔質体の走査型電子顕微鏡写真を図19〜図22に示す。図19は、倍率が10倍であり、多孔質体の表面の一部を示している。また、図20は、多孔質体の最表面(1層目)に位置する網目構造部300の表面を示す拡大写真である。図20の倍率は5000倍である。また、図21および図22は、それぞれ多孔質体の最表面から2層目、3層目に位置する網目構造部300を示す拡大写真である。図21および図22の倍率は5000倍である。
Claims (9)
- 気孔率が80%以上である多孔質体を含むベース部材と、
前記ベース部材の表面に形成され、前記ベース部材の表面から板状に成長し、前記表面に平行な底面における短辺が100nm以下のカーボンナノ構造体とを備える、多孔質部材。 - 前記ベース部材の表面には複数の細孔が形成され、
前記ベース部材では、前記表面から、前記表面より内側に位置する前記細孔の側壁にまで前記カーボンナノ構造体が形成されている、請求項1に記載の多孔質部材。 - 前記ベース部材を構成する材料は金属を含む、請求項1または請求項2に記載の多孔質部材。
- 前記ベース部材を構成する材料はセラミックスを含む、請求項1または請求項2に記載の多孔質部材。
- 厚みを10mmとし、測定風圧を2m/sとしたときの圧力損失が1000Pa以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の多孔質部材。
- 請求項1に記載の多孔質部材の前記カーボンナノ構造体の表面に配置された触媒を備える触媒部材。
- 前記触媒は、前記カーボンナノ構造体の表面に分散配置されている粒状体である、請求項6に記載の触媒部材。
- 前記触媒は、前記カーボンナノ構造体の側壁の少なくとも一部を覆う膜状体である、請求項6に記載の触媒部材。
- 前記触媒は、白金、金、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、タンタル、タングステン、レニウム、イリジウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む、請求項6に記載の触媒部材。
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