JP7193111B2 - カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極及び電極製造方法 - Google Patents
カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極及び電極製造方法 Download PDFInfo
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Description
10B カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極
11 前面
12 後面
13 金属電極薄板
14 カーボン電極薄板
15 カーボンナノチューブ
16 カーボンナノホーン
17 凝集体(凝集板)
18 凝集体(凝集板)
19 アロイ微粒子
20 アロイ微粒子積層ポーラス構造
21 流路
22 通流口
23 セル
24 燃料電池(固体高分子形燃料電池)
25 燃料極
26 空気極
27 固体高分子電解質膜(電極接合体膜)
28 セパレータ(バイポーラプレート)
29 セパレータ(バイポーラプレート)
30 膜/電極接合体
31 ガス拡散層
32 ガス拡散層
33 ガスシール
34 ガスシール
35 導線
36 負荷
37 水素ガス発生装置
38 陽極
39 陰極
40 固体高分子電解質膜(電極接合体膜)
41 陽極給電部材
42 陰極給電部材
43 陽極用貯水槽
44 陰極用貯水槽
45 陽極主電極
46 陰極主電極
47 膜/電極接合体
48 遷移金属
49 遷移金属微粉体
50 遷移金属微粉体混合物
51 遷移金属微粉体圧縮物
52 アロイ成形物(合金成形物)
53 アロイ微粉体(合金微粉体)
Claims (16)
- アノード又はカソードとして使用するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極において、
前記カーボンナノチューブ電極又は前記カーボンナノホーン電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物のアロイ微粒子と、カーボンナノチューブの凝集体又はカーボンナノホーンの凝集体とを含み、前記遷移金属微粉体混合物では、前記選択された少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属が選択され、前記カーボンナノチューブ電極又は前記カーボンナノホーン電極では、前記アロイ微粒子がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持されているカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極であって、前記3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が、48Ni-42Cu-10Zn、48Ni-45Mo-7Mn、48Fe-48Ni-4Cu、48Fe-46Ti-6Ag、48Cu-48Fe-4Zn、又は、48Cu-46Fe-6Agの組成(重量比)を有する前記アロイ微粒子の仕事関数以上であることを特徴とするカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。 - 前記カーボンナノチューブの表面又は前記カーボンナノホーンの表面には、該カーボンナノチューブ又は該カーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合う前記アロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造が形成されている請求項1に記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- 前記遷移金属微粉体の粒径が、10μm~200μmの範囲にあり、前記カーボンナノチューブ電極又は前記カーボンナノホーン電極の厚み寸法が、0.03mm~0.3mmの範囲にある請求項1又は請求項2に記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- 前記遷移金属微粉体混合物が、Ni(ニッケル)の微粉体を主成分とし、前記遷移金属微粉体混合物では、前記Niの仕事関数と該Niを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から前記Niの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている請求項1ないし請求項3いずれかに記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- 前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する前記Ni(ニッケル)の微粉体の重量比が、30%~50%の範囲にあり、前記Niの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が、20%~50%の範囲にあり、前記Niの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が、3%~20%の範囲にある請求項4に記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- 前記遷移金属微粉体混合物が、Fe(鉄)の微粉体を主成分とし、前記遷移金属微粉体混合物では、前記Feの仕事関数と該Feを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から前記Feの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている請求項1ないし請求項3いずれかに記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- 前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する前記Fe(鉄)の微粉体の重量比が、30%~50%の範囲にあり、前記Feの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が、20%~50%の範囲にあり、前記Feの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が、3%~20%の範囲にある請求項6に記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- 前記遷移金属微粉体混合物が、Cu(銅)の微粉体を主成分とし、前記遷移金属微粉体混合物では、前記Cuの仕事関数と該Cuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から前記Cuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている請求項1ないし請求項3いずれかに記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- 前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する前記Cu(銅)の微粉体の重量比が、30%~50%の範囲にあり、前記Cuの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が、20%~50%の範囲にあり、前記Cuの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の前記遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が、3%~20%の範囲にある請求項8に記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- 前記アロイ成形物では、前記選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が遷移金属微粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体が接合されている請求項1ないし請求項9いずれかに記載のカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。
- アノード又はカソードとして使用するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を製造する電極製造方法において、
前記電極製造方法が、各種の遷移金属から選択する少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を作る遷移金属微粉体混合物作成工程と、前記遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、前記遷移金属微粉体圧縮物作成工程によって作られた遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成し、前記アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を蒸発させて前記カーボンナノチューブの表面又は前記カーボンナノホーンの表面に該アロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるアロイ微粒子担持工程とを有する電極製造方法であって、前記3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が、48Ni-42Cu-10Zn、48Ni-45Mo-7Mn、48Fe-48Ni-4Cu、48Fe-46Ti-6Ag、48Cu-48Fe-4Zn、又は、48Cu-46Fe-6Agの組成(重量比)を有する前記アロイ微粒子の仕事関数以上であることを特徴とする電極製造方法。
- 前記アロイ微粒子担持工程が、前記カーボンナノチューブ又は前記カーボンナノホーンの生成と同時にアロイ成形物を蒸発させ、前記アロイ成形物のアロイ微粒子を該カーボンナノチューブの表面又は該カーボンナノホーンの表面に担持させる請求項11に記載の電極製造方法。
- 前記遷移金属微粉体混合物作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも3種類の遷移金属を10μm~200μmの粒径に微粉砕する請求項11又は請求項12に記載の電極製造方法。
- 前記遷移金属微粉体圧縮物作成工程が、前記遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を500Mpa~800Mpaの圧力で加圧して前記遷移金属微粉体圧縮物を作る請求項11ないし請求項13いずれかに記載の電極製造方法。
- 前記アロイ成形物作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体を溶融させる温度で前記遷移金属微粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体を接合する請求項11ないし請求項14いずれかに記載の電極製造方法。
- 前記アロイ微粒子担持工程が、前記カーボンナノチューブ電極又は前記カーボンナノホーン電極を0.03mm~0.3mmの範囲の厚み寸法に成形し、前記カーボンナノチューブ又は前記カーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合う前記アロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造を形成する請求項11ないし請求項15いずれかに記載の電極製造方法。
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