TWI557069B - 氧化石墨,氧化石墨烯或石墨烯,使用彼之電子裝置和製造彼之方法,以及電透析裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯以及使用這些材料的各種電器設備等。
石墨烯是指單層厚的sp2鍵碳原子的薄片,具有由單層厚的sp2鍵碳原子構成的如蜂窩一樣的六角形格子結構。嚴密地說,石墨烯可以如上述那樣定義,但是在本說明書中,將層疊2至100層的上述薄片而成的碳膜也稱為石墨烯。
石墨烯可以藉由各種方法製造。其中Hummers法是簡便的方法,因此對該方法已進行了大量的研究(參照專利檔案1及專利檔案2)。在Hummers法中,首先使用氧化劑將石墨氧化。作為氧化劑使用過錳酸鉀,通常同時添加硫酸等的酸以促進氧化作用。
被氧化的石墨(氧化石墨)保持層狀結構,但是與石墨相比層間間隔增大,由此藉由超聲波處理等可以容易破壞層狀結構,從而可以獲得石墨烯(氧化石墨烯)。另外,此時的氧化石墨烯有時具有1個以上的碳原子的薄片。
將所獲得的氧化石墨烯以薄膜狀形成在適當的物體表面,並使氧化石墨烯還原,來可以形成非常薄的碳膜(石墨烯)。
專利檔案1 美國專利申請公開第2007/0131915號說
明書
專利檔案2 美國專利申請公開第2010/0303706號說明書
專利檔案3 美國專利第3705846號說明書
專利檔案4 美國專利第6495013號說明書
如上所述,Hummers法是不需要昂貴的設備的方法,由此在工業上有前途。然而,為了獲得實用性氧化石墨,如下所述那樣,在精製製程中需要大量的時間、人力和資源。
如上所述,在剛將石墨氧化之後的溶液中,溶解有各種離子。在很多情況下,這些離子是不要的物質,這些離子有時會使所獲得的石墨烯的特性惡化,所以需要分離去除這些離子。為了分離離子,通常需要反復進行如下製程:用純水稀釋溶液;以離心分離使溶液分離;去除澄清部分。在利用該方法時,不容易進行連續生產,並且需用大量的純水。
另一方面,作為從氧化石墨溶液分離離子的技術,已提出了使用透析法的方法(參照專利檔案2)。當使用透析法時,可以省去用純水稀釋氧化石墨溶液的製程,但是,在該專利檔案2中沒有公開高效的透析法。
鑒於上述問題,本發明的一個方式的目的在於提供一種大量生產性高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯的製造
方法以及該製造方法所需要的設備等。此外,本發明的一個方式的目的在於提供一種利用氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯而形成的電器設備。此外,本發明的一個方式的目的在於提供一種具有特殊組成等的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯。此外,本發明的一個方式的目的在於提供一種新穎的電器設備。
本發明的一個方式是一種氧化石墨的製造方法,包括:在溶液中將石墨氧化的製程;以使溶液的氫離子濃度為pH3以下的方式添加酸的製程;用電透析從溶液中去除陽離子的製程。這裏,作為酸也可以使用鹽酸。
另外,本發明的一個方式是一種氧化石墨的製造方法,包括:在溶液中將石墨氧化的製程;以使溶液的氫離子濃度為pH6至8的方式添加pH調節劑的製程;使用電透析從溶液中去除陽離子及陰離子的製程。
另外,本發明的一個方式是一種氧化石墨的製造方法,包括:在溶液中將石墨氧化的製程;以使溶液的氫離子濃度為pH6至8的方式添加pH調節劑的製程;從溶液中去除陽離子及陰離子的第一電透析的製程;使用去除陽離子的雙極膜的第二電透析的製程。
在上述方式中,作為pH調節劑也可以使用氫氧化鋰或氫氧化銨。
另外,本發明的一個方式是一種氧化石墨烯的製造方法,其中該氧化石墨烯藉由對利用上述方法獲得的氧化石墨進行超音波處理而得到。
另外,本發明的一個方式是一種石墨烯的製造方法,其中該石墨烯藉由使利用上述方法獲得的氧化石墨烯還原而得到。
藉由上述方法而得到的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯可用於各種電器設備中。該電器設備可以為蓄電裝置。此外,該蓄電裝置可以為以離子為載子的二次電池。作為以離子為載子的二次電池,可以舉出鋰離子二次電池、鈉硫二次電池,但不侷限於此。
另外,本發明的一個方式是一種電透析裝置,包括:陽極;陰離子交換膜;陽離子交換膜;陰極,其中,在陽極與陽離子交換膜之間設置有陰離子交換膜,在陰極與陰離子交換膜之間設置有陽離子交換膜,對陽離子交換膜與陰離子交換膜之間的區域注入包含氧化石墨和陰離子且其氫濃度為pH3以下的溶液。
另外,本發明的一個方式是一種電透析裝置,包括:陽極;陰離子交換膜;雙極膜;陰極,其中,在陽極與雙極膜之間設置有陰離子交換膜,在陰極與陰離子交換膜之間設置有雙極膜,對雙極膜與陰離子交換膜之間的區域注入包含氧化石墨和陰離子且其氫濃度為pH3以下的溶液。
另外,本發明的一個方式是一種電透析裝置,包括:陽極;陰離子交換膜;陽離子交換膜;陰極,其中,在陽極與陽離子交換膜之間設置有陰離子交換膜,在陰極與陰離子交換膜之間設置有陽離子交換膜,對陽離子交換膜與陰離子交換膜之間的區域注入包含氧化石墨、陽離子及陰
離子且其氫離子濃度為pH6至pH8的溶液。
在上述方式中,也可以在陽極與陰離子交換膜之間或在陰極與陽離子交換膜之間設置有一層以上的雙極膜。
另外,本發明的一個方式是一種電透析裝置,包括:陽極;雙極膜;陽離子交換膜;陰極,其中,在陽極與陽離子交換膜之間設置有雙極膜,在陰極與雙極膜之間設置有陽離子交換膜,對陽離子交換膜與雙極膜之間的區域注入包含氧化石墨和陽離子且其氫離子濃度為pH6以上的溶液。該電透析裝置也可以用於本發明的其他方式的第二電透析的製程中。
藉由採用具有上述結構的本發明的至少一個方式,可以獲得純度高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯。此外,藉由採用具有上述結構的本發明的至少一個方式,可以連續製造純度高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯。此外,藉由採用具有上述結構的本發明的至少一個方式,可以提高純度高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯的大量生產性。
下面,參照圖式對實施方式進行說明。但是,實施方式可以以多個不同方式來實施,所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實,就是其方式和詳細內容可以被變換為各種各樣的形式而不脫離本發明的宗旨及其範圍。因此,本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的
實施方式所記載的內容中。
在本實施方式中,參照圖1、圖2、圖4A說明製造氧化石墨烯的製程。圖2示出本實施方式的氧化石墨烯的製造製程的概況。作為材料的石墨,可以使用平均粒徑為1μm至100μm的石墨。首先,對石墨添加濃硫酸及氧化劑,獲得氧化石墨(圖2的P1)。
接著,為了使過剩的氧化劑失活,添加過氧化氫水(圖2的P2)。該步驟的溶液包含各種離子、氧化石墨以外的沉澱物、未反應的石墨等。首先,藉由過濾該溶液,去除水溶性離子(圖2的P3)。
接著,對殘留的固形物(包含氧化石墨、氧化石墨以外的沉澱物、未反應的石墨等)添加純水,並使溶液的氫離子濃度為pH3以下,來使沉澱物溶解。較佳的是,為了調節pH添加鹽酸,但是也可以使用其他的物質。在該步驟,還可以進一步進行過濾,以去除溶於溶液中的離子。在此情況下,藉由充分乾燥固形物,可以減小氯離子。
另外,該溶液包含少量的未反應石墨。為此,藉由進行離心分離,使未反應石墨分離(圖2的P4)。未反應的石墨可以用作原料的一部分。注意,在存在於溶液中的未反應石墨量極小的情況下,不需要進行該製程。
藉由上述方式獲得的溶液呈酸性,且包含氯離子。為了去除氯離子進行電透析(圖2的P5)。此時,較佳的
是,使溶液的氫離子濃度為pH3以下。
在此,對電透析進行說明。圖1示出本實施方式的氧化石墨烯的製造製程中使用的電透析裝置的概況。電透析裝置包括陽極101、陰極102、陰離子交換膜103、陽離子交換膜104。此外,電透析裝置還包括兩種系統的管道,即:流過夾在陰離子交換膜103與陽離子交換膜104之間的區域的精製溶液管105;流過夾在陽極101與陰離子交換膜103之間的區域和夾在陰極102與陽離子交換膜104之間的區域的廢液管106。精製溶液管105配有精製溶液槽107和精製溶液泵109,廢液管106配有廢液槽108和廢液泵110。
首先,在精製溶液槽107中放入氧化石墨溶液,並在廢液槽108中放入純水或包含適當的電解質的溶液。溶液按圖1的箭頭所示那樣流過。此外,在圖1所示的電透析裝置中,還可以設置:對精製溶液管105和廢液管106中的任一者或兩者從外部追加溶液的裝置;以及將溶液取出到外部的裝置。藉由使用陰離子交換膜103和陽離子交換膜104,從在精製溶液管105中流動的溶液中去除包含在其中的陰離子和陽離子,並將該陰離子和陽離子移送到廢液管106。
使用圖4A簡單地說明本實施方式的電透析。在圖4A中,示意性地示出圖1所示的陽極101、陰極102、陰離子交換膜103、陽離子交換膜104、精製溶液管105、廢液管106。在陽極101與陰極102之間施加有電壓。在精製
溶液管105中流動的溶液所包含的氯離子(Cl-)及氫離子(H+)分別被陽極101及陰極102吸引,到達陰離子交換膜103及陽離子交換膜104。
陰離子交換膜103具有透過陰離子但不透過陽離子的性質,而陽離子交換膜104具有透過陽離子但不透過陰離子的性質。由此,氯離子透過陰離子交換膜103,到達陽極101一側的廢液管106,而氫離子透過陽離子交換膜104,到達陰極102一側的廢液管106。藉由這樣的方式,精製溶液管105的離子濃度降低。與此相反,廢液管106的氯離子濃度及氫離子濃度增加。
此外,在精製溶液管105中,還包含有氧化石墨。但是,由於該氧化石墨的分子巨大,不能透過陰離子交換膜103、陽離子交換膜104,所以殘留於精製溶液管105中。此外,氧化石墨在溶液中發生電離,而成為陰離子狀的物質(GO-)。
另外,如圖1所示,在廢液管106中,氯離子和氫離子混合在一起。因此,陰極102附近的氯離子有時到達陽離子交換膜104,但由於陽離子交換膜104不透過氯離子,所以氯離子停留在廢液管106中。
當精製溶液管105的氯離子濃度充分降低時,較佳的是,取出在精製溶液管105中流動的溶液的一部分或全部,並追加要精製的溶液。同時,取出在廢液管106中流動的溶液的一部分或全部,並添加純水或離子濃度低的溶液。自精製溶液管105取出的溶液包含氧化石墨。
這裏,從廢液管106得到的溶液包含鹽酸。該溶液也可以用作圖2所示的製程的原料。
使包含藉由上述方式而獲得的氧化石墨的溶液蒸發(圖2的P6)。所得到的固形物是純度高的氧化石墨。再者,藉由將氧化石墨懸浮在適當的溶劑中,並進行超音波處理,可以破壞氧化石墨的層狀結構,而可以獲得氧化石墨烯(圖2的P7)。
注意,圖2的P6的製程並不是必需的。藉由對使用電透析精製的溶液直接進行超音波處理也可以獲得氧化石墨烯。
在本實施方式中,對使用雙極膜而代替陽離子交換膜的溶液精製方法進行說明。雙極膜是指貼合陰離子交換膜與陽離子交換膜而成的膜。當對雙極膜施加分解水(H2O)時所需要的電壓以上的電壓時,起到將水分離為氫離子(H+)和氫氧化物離子(OH-)的作用(參照專利檔案3和專利檔案4)。此時,在雙極膜中,從陰離子交換膜一側釋放出氫離子,從陽離子交換膜一側釋放出氫氧化物離子。
使用圖4B說明本實施方式的電透析。這裏,用於本實施方式所說明的電透析的裝置可以根據圖4B,與圖1同樣地構成。本實施方式所使用的電透析裝置包括陽極111、陰極112、陰離子交換膜113、雙極膜114。
如圖4B所示,設置雙極膜114而代替圖4A的陽離子交換膜104。雙極膜114的陽極111一側是陰離子交換膜,而陰極112一側是陽離子交換膜。
此外,在陰離子交換膜113與雙極膜114之間設置有精製溶液管115,並在陽極111與陰離子交換膜113之間及在陰極112與雙極膜114之間設置有廢液管116。
首先,使包含氧化石墨的溶液流過精製溶液管115,並使純水或包含適當的電解質的溶液流過廢液管116。
在上述結構中,當對陽極111與陰極112之間施加適當的電壓時,精製溶液管115中的溶液中的氯離子透過陰離子交換膜113,而遷移到廢液管116中。其結果,精製溶液管115中的溶液中的氯離子濃度降低。
此外,在雙極膜114中,水被分解,並且氫離子供應給廢液管116,氫氧化物離子供應給精製溶液管115。其結果,在廢液管116中,可以獲得鹽酸。所獲得的鹽酸可以用作圖2所示的製程的原料。此外,向精製溶液管115釋放出的氫氧化物離子與精製溶液管115中的氫離子結合而成為水。
在本實施方式的電透析中,在要處理的溶液中的氫離子以外的陽離子的濃度充分低的情況下,與實施方式1所示的電透析相比,能夠高效地去除氯離子。另一方面,由於不能藉由精製溶液管115排出氫離子以外的陽離子,所以當氫離子以外的陽離子濃度高到一定程度時,有時不能利用該電透析。
在本實施方式中,對在電透析製程中從氧化石墨溶液分離離子時使用雙極膜的方法進行說明。
使用圖4C說明本實施方式的電透析。這裏,用於本實施方式所說明的電透析的裝置可以根據圖4C,與圖1同樣地構成。本實施方式所使用的電透析裝置包括陽極121、陰極122、陰離子交換膜123、第一雙極膜124、第二雙極膜127。
如圖4C所示,在陽極121與陰離子交換膜123之間設置第二雙極膜127,在陰極122與陰離子交換膜123之間設置第一雙極膜124。第一雙極膜124的陽極121一側是陰離子交換膜,而第二雙極膜127的陰極122一側是陽離子交換膜。此外,在陰離子交換膜123與第一雙極膜124之間設置有精製溶液管125。
在陰離子交換膜123與第二雙極膜127之間設置有廢液管126。此外,在第一雙極膜124與陰極122之間及第二雙極膜127與陽極121之間設置有中和管128。
首先,使包含氧化石墨的溶液流過精製溶液管125,並使純水或包含適當濃度的電解質的溶液流過廢液管126及中和管128。
在上述結構中,當對陽極121與陰極122之間施加適當的電壓時,精製溶液管125中的溶液中的氯離子透過陰離子交換膜123,而遷移到廢液管126中。其結果,精製
溶液管125中的溶液中的氯離子濃度降低。
此外,在第一雙極膜124中,水被分解,並且氫氧化物離子供應給精製溶液管125,氫離子供應給中和管128。此外,在第二雙極膜127中,氫離子供應給廢液管126,氫氧化物離子供應給中和管128。其結果,在廢液管126中,可以獲得鹽酸。所獲得的鹽酸可以用作圖2所示的製程的原料。
此外,氫離子和氫氧化物離子藉由第一雙極膜124及第二雙極膜127供應給中和管128中。這些離子立即產生中和反應而成為水。在圖4C的電透析裝置中,氯離子不接觸於陽極121,由此不腐蝕陽極121且不發生氯氣體。從而,可以安全地操作該裝置。
在本實施方式中,使用圖5A說明製造氧化石墨烯的製程。在本實施方式中,與實施方式1至3不同,在進行電透析(圖2的P5)之前,將pH調節劑添加在要精製的溶液中,使溶液的氫離子濃度為pH6至pH8。
作為pH調節劑可以使用各種鹼溶液、鹼鹽。例如,可以使用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化銨、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、碳酸鋰等。
此外,根據氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯的用途,包含在pH調節劑中的陽離子有時成為降低特性的雜質。包含在pH調節劑中的陽離子的大部分可利用電透析去除
,但微量的陽離子有時殘留在氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯中。
例如,在將製造的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯用作鋰離子二次電池的原料的情況下,作為pH調節劑,與氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣相比,使用氫氧化鋰或碳酸鋰較佳。
此外,如果之後有以200℃以上的溫度進行加熱的製程,就可以使用氫氧化銨。在加熱製程中氫氧化銨揮發,不殘留於氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯中。
使用圖5A簡單地說明本實施方式的電透析。在本實施方式的電透析中,可以使用與圖1所示的裝置同等的裝置。這裏,作為pH調節劑使用氫氧化物(MOH)。在圖5A中示出陽極131、陰極132、陰離子交換膜133、陽離子交換膜134、精製溶液管135、廢液管136。在陽極131與陰極132之間施加有電壓。
在精製溶液管135中流動的溶液所包含的氯離子(Cl-)及陽離子(M+)分別被陽極131及陰極132吸引,到達陰離子交換膜133及陽離子交換膜134。氯離子透過陰離子交換膜133,到達陽極131一側的廢液管136,而陽離子透過陽離子交換膜134,到達陰極132一側的廢液管136。藉由這樣的方式,精製溶液管135的離子濃度降低。與此相反,廢液管136的離子濃度增加。
當精製溶液管135的離子濃度充分降低時,較佳的是,取出在精製溶液管135中流動的溶液的一部分或全部,
並追加要精製的溶液。同時,取出在廢液管136中流動的溶液的一部分或全部,並添加純水或離子濃度低的溶液。
此外,從廢液管136獲得的溶液中包含氯離子及陽離子。藉由對該溶液進行電分解,可以取出鹽酸和氫氧化物(MOH、pH調節劑),並將其分別用作製造氧化石墨時的原料。藉由利用包含根據上述方式而獲得的氧化石墨的溶液,可以獲得氧化石墨烯。
在實施方式4中,作為廢液得到了混合有陽離子與氯離子的溶液。如上所述,該廢液藉由電分解可以成為鹽酸和氫氧化物,而可以分別用於氧化石墨的製造製程。針對於此,在本實施方式中,對不電分解廢液,而藉由使用雙極膜,在進行電透析製程(圖2的P5)的同時獲得鹽酸和氫氧化物的方法進行說明。
使用圖5B說明本實施方式的電透析。這裏,用於本實施方式所說明的電透析的裝置可以根據圖5B,與圖1同樣地構成。本實施方式所使用的電透析裝置包括陽極141、陰極142、陰離子交換膜143、陽離子交換膜144、第一雙極膜148、第二雙極膜149。
如圖5B所示,在陽極141與陰離子交換膜143之間設置第一雙極膜148,在陰極142與陽離子交換膜144之間設置第二雙極膜149。第一雙極膜148的陽極141一側是陰離子交換膜,而第二雙極膜149的陰極142一側是陽
離子交換膜。
此外,在陰離子交換膜143與陽離子交換膜144之間設置有精製溶液管145,在陰離子交換膜143與第一雙極膜148之間及第二雙極膜149與陰極142之間設置有酸管146,在陽離子交換膜144與第二雙極膜149之間及第一雙極膜148與陽極141之間設置有鹼管147。
首先,使包含氧化石墨的溶液流過精製溶液管145,並使純水或包含適當的電解質的溶液流過酸管146及鹼管147。
在上述結構中,當對陽極141與陰極142之間施加適當的電壓時,精製溶液管145中的溶液中的氯離子及陽離子分別透過陰離子交換膜143及陽離子交換膜144,而遷移到酸管146及鹼管147中。其結果,精製溶液管145中的溶液中的離子濃度降低。
此外,在第一雙極膜148及第二雙極膜149中,水被分解,並且氫離子供應給酸管146,氫氧化物離子供應給鹼管147。其結果,在酸管146中,可以獲得鹽酸,而在鹼管147中,可以獲得氫氧化物。所獲得的鹽酸和氫氧化物分別可以用作製造氧化石墨的原料。
在本實施方式中,對與實施方式5同樣在電透析製程中當從氧化石墨溶液分離離子時使用雙極膜分別回收陽離子和陰離子來獲得鹽酸和氫氧化物(MOH)的方法進行說
明。
使用圖5C說明本實施方式的電透析。這裏,用於本實施方式所說明的電透析的裝置可以根據圖5C,與圖1同樣地構成。本實施方式所使用的電透析裝置包括陽極151、陰極152、陰離子交換膜153、陽離子交換膜154、第一雙極膜158、第二雙極膜159。
如圖5C所示,在陽極151與陰離子交換膜153之間設置第一雙極膜158,在陰極152與陽離子交換膜154之間設置第二雙極膜159。第一雙極膜158的陽極151一側是陰離子交換膜,而第二雙極膜159的陰極152一側是陽離子交換膜。此外,在陰離子交換膜153與陽離子交換膜154之間設置有精製溶液管155。上述結構與圖5B所示的結構相同。
圖5C所示的電透析裝置的下述結構與圖5B不同。在陰離子交換膜153與第一雙極膜158之間設置有酸管156,在陽離子交換膜154與第二雙極膜159之間設置有鹼管157。而且,在第一雙極膜158與陽極151之間及第二雙極膜159與陰極152之間設置有中性液管160。
首先,使包含氧化石墨的溶液流過精製溶液管155,並使純水或包含適當的電解質的溶液流過酸管156及鹼管157。此外,使純水或包含適當濃度的電解質的溶液流過中性液管160。
藉由上述結構,當對陽極151與陰極152之間施加適當的電壓時,精製溶液管155中的溶液中的氯離子及陽離
子分別透過陰離子交換膜153及陽離子交換膜154,而遷移到酸管156及鹼管157中。其結果,精製溶液管155中的溶液中的離子濃度降低。
此外,在第一雙極膜158及第二雙極膜159中,水被分解,並且氫離子供應給酸管156,氫氧化物離子供應給鹼管157。其結果,在酸管156中,可以獲得鹽酸,而在鹼管157中,可以獲得氫氧化物。所獲得的鹽酸和氫氧化物分別可以用作製造氧化石墨的製程的原料。
此外,氫氧化物離子和氫離子藉由第一雙極膜158及第二雙極膜159供應給中性液管160中。這些離子立即產生中和反應而成為水。在圖5C的電透析裝置中,氯離子不接觸於陽極151,由此陽極151不會被腐蝕且不會產生氯氣體。從而,可以安全地操作該裝置。
在本實施方式中,使用圖3及圖6說明製造氧化石墨烯的製程。在本實施方式中,分兩個步驟進行電透析。圖3示出本實施方式的氧化石墨烯的製造製程的概況。對於電透析以外的製程,可以參照實施方式1。首先,對石墨添加濃硫酸及氧化劑,來獲得氧化石墨(圖3的P1)。
接著,為了使過剩的氧化劑失活,添加過氧化氫水(圖3的P2)。該步驟的溶液包含各種離子、氧化石墨以外的沉澱物、未反應的石墨等。首先,藉由過濾該溶液,去除水溶性離子的大部分(圖3的P3)。
接著,對殘留的固形物(包含氧化石墨、氧化石墨以外的沉澱物、未反應的石墨等)添加純水,並使溶液的氫離子濃度為pH3以下,來溶解沉澱物。較佳的是,為了調節pH添加鹽酸。
為了從藉由上述方式得到的溶液中去除氯離子,利用電透析。在本實施方式中,進行兩個步驟的電透析,即:第一電透析製程(圖3的P5A)和第二電透析製程(圖3的P5B)。在第一電透析製程之前,較佳的是,添加pH調節劑,以使溶液的氫離子濃度為pH6至pH8。
在此,使用圖6A簡單地說明第一電透析。用於第一電透析的電透析裝置可以使用與圖1所示的同樣的裝置。這裏,作為pH調節劑使用氫氧化物(MOH)。在圖6A中示出陽極161、陰極162、陰離子交換膜163、陽離子交換膜164、精製溶液管165、廢液管166。在陽極161與陰極162之間施加有電壓。包含於在精製溶液管165中流動的溶液的氯離子(Cl-)和陽離子(M+)中的氯離子透過陰離子交換膜163,到達陽極161一側的廢液管166,而陽離子透過陽離子交換膜164,到達陰極162一側的廢液管166。藉由上述方式,精製溶液管165的離子濃度降低。與此相反,廢液管166的離子濃度增加。
當精製溶液管165的離子濃度充分降低時,較佳的是,取出在精製溶液管165中流動的溶液的一部分或全部,並追加要精製的溶液。在取出的溶液中,除了氧化石墨之外,還包含微量的陽離子。該陽離子的大部分源出於pH調
節劑。由於在溶液中氧化石墨電離而成為陰離子狀的物質(GO-),為了維持電中性需要相應量的陽離子,所以最終會殘留微量的陽離子。該陽離子藉由下面的第二電透析製程被去除。
此外,當在廢液管166中流動的溶液的離子濃度增高時,取出其一部分或全部,並追加純水或離子濃度低的溶液。此外,從廢液管166獲得的溶液中包含氯離子及陽離子。藉由對該溶液進行電分解,可以取出鹽酸和氫氧化物(MOH),並將其分別用作圖3所示的製程的原料。
此外,當如實施方式5(或圖5B)或實施方式6(或圖5C)所示那樣以使用雙極膜的方法進行第一電透析時,可以在該製程中獲得鹽酸和氫氧化物。也就是說,作為用於第一電透析的裝置,也可以使用實施方式5或實施方式6所示的裝置。當利用實施方式5所示的裝置進行電透析時,對殘留在精製溶液管145中的溶液進行第二電透析,即可。利用實施方式6所示的裝置進行電透析的情況也與上述相同。
用於第二電透析製程(圖3的P5B)的電透析裝置是在圖1所示的電透析裝置中使用雙極膜173代替陰離子交換膜163的裝置。使用圖6B說明第二電透析的原理。在圖6B中示出陽極171、陰極172、雙極膜173、陽離子交換膜174、精製溶液管175、廢液管176。這裏,雙極膜的陽極171一側是陰離子交換膜,而陰極172一側是陽離子交換膜。
在陽極171與陰極172之間施加有電壓。在精製溶液管175中流動的溶液的氫離子濃度較佳為pH6以上。該溶液包含陽離子(M+)和已被電離的氧化石墨(GO-),其中,陽離子(M+)被陰極172吸引,透過陽離子交換膜174,到達廢液管176。
另一方面,在雙極膜173中,水被分解,並且氫氧化物離子(OH-)釋放到陽極171一側(也就是,廢液管176),氫離子(H+)釋放到陰極172一側(也就是,精製溶液管175)。其結果,在精製溶液管175中殘留純度高的氧化石墨,而在廢液管176中可獲得氫氧化物。在廢液管176中獲得的氫氧化物可以用作上述pH調節劑。
藉由上述方式獲得的溶液包含純度高的氧化石墨。藉由對該包含氧化石墨的溶液進行超音波處理,可以破壞氧化石墨的層狀結構,而可以獲得氧化石墨烯(圖3的P7)。
在本實施方式中,使用圖7對蓄電裝置(以下稱為鋰離子二次電池)的製造方法進行說明。圖7A是蓄電裝置301的平面圖,而圖7B示出沿著圖7A的鏈式線A-B的剖面圖。
圖7A所示的蓄電裝置301在外裝部件302的內部具有蓄電元件303。另外,蓄電裝置301還具有與蓄電元件303連接的端子部304、端子部305。外裝部件302可以使
用層壓薄膜、高分子薄膜、金屬薄膜、金屬殼、塑膠殼等。
如圖7B所示,蓄電元件303包括負極306、正極307、設置在負極306與正極307之間的分離體308、填充在外裝部件302中的電解質309。
負極306包括負極集電器310及負極活性物質層311。正極307包括正極集電器312及正極活性物質層313。負極活性物質層311形成在負極集電器310的一者或兩者的面上。正極活性物質層313形成在正極集電器312的一者或兩者的面上。
另外,負極集電器310與端子部304連接。另外,正極集電器312與端子部305連接。另外,端子部304、端子部305的一部分分別導出到外裝部件302的外側。
正極集電器312使用鋁、不鏽鋼等。正極集電器312可以採用箔狀、板狀、網狀等的形狀。負極集電器310可以使用銅、鈦等而形成。
作為電解質309的溶質,使用能夠轉移作為載子離子的鋰離子且可以使鋰離子穩定存在的材料。作為電解質的溶質的典型例子,有LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、Li(C2F5SO2)2N等的鋰鹽。另外,當載子離子是鋰以外的鹼金屬離子或鹼土金屬離子時,作為電解質309的溶質,可以適當地使用鈉鹽、鉀鹽等的鹼金屬鹽、鈣鹽、鍶鹽、鋇鹽等的鹼土金屬鹽、鈹鹽、鎂鹽等。
另外,作為電解質309的溶劑,使用能夠轉移鋰離子
的材料。作為電解質309的溶劑,使用非質子有機溶劑較佳。作為非質子有機溶劑的典型例子,有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁內酯、乙腈、二甲氧基乙烷、四氫呋喃等,可以使用它們中的一種或多種。
另外,藉由作為電解質309的溶劑使用會膠凝化的高分子材料,降低漏液的危險性,而提高安全性。另外,可以實現蓄電裝置301的薄型化及輕量化。作為會膠凝化的高分子材料的典型例子,有矽凝膠、丙烯凝膠、丙烯腈凝膠、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟類聚合物等。另外,作為電解質309,可以使用Li3PO4等的固體電解質。
隔離體308使用絕緣多孔體。隔離體308可以使用纖維素(紙)、聚乙烯、聚丙烯等的有機物而製造。此外,也可以使用玻璃纖維等的無機物。
以下,將簡單說明負極活性物質層311、正極活性物質層313的製造方法。首先,製造用作添加劑的氧化石墨烯。對於氧化石墨烯的製造方法,可以參照實施方式1至7。這裏,由於氧化石墨烯的周圍由官能團終結,所以氧化石墨烯可以懸浮在水、氯仿、N,N-dimethylformamide(DMF)或N-methylpyrrolidone(NMP)等的極性溶劑中。
接著,將氧化石墨烯與活性物質粒子混合在一起。在混合時,將活性物質粒子的比率設定為混合物的90%以上,較佳為95%以上。在混合之前,較佳的是,將氧化石墨烯單獨懸浮在水或NMP等的溶液中。然後,藉由混合活
性物質粒子,可以獲得漿料。還可以適當地混合乙炔黑等的其他導電助劑及黏結劑。
如上所述,氧化石墨烯具有多個各種官能團,其中,由於羧基或羥基,氧化石墨烯自身發揮理想性的分散劑的作用。因此,尤其是當混合粒徑為100nm以下的微粒子時,可以抑制二次粒子的生成。
作為活性物質,可以使用各種材料。例如,作為正極活性物質的材料,可以使用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、矽酸錳鋰、矽酸鐵鋰等,但是不侷限於此。此外,作為負極活性物質的材料,可以使用矽、錫、鍺、石墨等。
活性物質粒子的粒徑較佳為20nm至100nm。另外,也可以在正極活性物質粒子的製造製程中混合葡萄糖等碳水化合物,以將碳塗敷在正極活性物質粒子上。藉由進行該處理,提高導電性。
將包含所得到的正極活性物質粒子和氧化石墨烯的漿料塗敷在正極集電器312上,並將包含所得到的負極活性物質粒子和氧化石墨烯的漿料塗敷在負極集電器310上。可以任意設定其厚度,但較佳為1μm至1mm。然後,使漿料乾燥。在乾燥之後,根據需要還可以進行壓平。
然後,為了使氧化石墨烯還原,在大氣中、真空中、或氮或氬等還原氛圍中,以150℃至900℃進行還原。該溫度可以考慮集電器或活性物質的耐熱性、氧化石墨烯所需要的導電率等而決定。
此外,在上述還原處理的過程中,氧化石墨烯分子與
相鄰的氧化石墨烯分子結合,成長為更巨大的石墨烯,從而形成如網眼那樣的立體網路結構。此時,因為活性物質粒子被引入到該分子中,所以在結果上可以提高活性物質粒子之間的結合力。
注意,石墨烯的導電性根據還原溫度變化,除此之外,其撓性及強度等也變化。還原溫度可以考慮到所需要的導電性、撓性、強度等而決定。此外,當使用導電性不足夠的石墨烯而代替黏合劑時,添加需要量的已知導電助劑以補充導電性較佳。
另外,在本實施方式中,雖然作為蓄電裝置301示出被密封的薄型蓄電裝置,但是可以實現紐扣型蓄電裝置、圓筒型蓄電裝置、角形型蓄電裝置等的各種結構的蓄電裝置。另外,在本實施方式中,雖然示出層疊有正極、負極和隔離體的結構,但是也可以採用捲繞有正極、負極和隔離體的結構。
鋰離子二次電池的記憶效應小,能量密度高且放電容量大。另外,輸出電壓高。由此,可以實現小型化及輕量化。另外,因反復充放電而導致的劣化少,可以長時間地使用,因此可以縮減成本。
接著,作為蓄電裝置的另一個例子,對電容器的結構進行說明。作為電容器的典型例子,有雙電層電容器、鋰離子電容器等。這裏,將說明鋰離子電容器。鋰離子電容器的充放電效率高,能夠進行快速充放電且重複利用時的使用壽命也長。
作為電容器,可以使用能夠可逆地貯藏鋰離子及/或負離子的材料代替圖7B所示的鋰離子二次電池的正極活性物質層313。作為正極活性物質層313的典型例子,有活性炭、導電高分子、多並苯有機半導體(PAS)。可以如上述那樣將這些微粒子與氧化石墨烯混合而製造漿料,在將該漿料塗敷於正極集電器之後,進行還原處理。此外,作為負極可以使用上述包含負極集電器、負極活性物質層的電極。
另外,使用所公開的發明的一個方式的電極的蓄電裝置不侷限於上述蓄電裝置。例如,作為蓄電裝置的另一個方式的空氣電池的負極,也可以使用上述包含負極集電器及負極活性物質層的電極。在此情況下也可以製造循環特性高的蓄電裝置。
實施方式8所示的蓄電裝置可以用作利用電力而驅動的各種電子裝置或電器設備的電源。
作為使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置的電子裝置或電器設備的具體例子,可以舉出:顯示裝置;照明設備;桌面型或筆記型個人電腦;重放儲存在DVD(Digital Versatile Disc)等儲存介質中的靜態影像或動態影像的影像重放裝置;行動電話;可攜式遊戲機;可攜式資訊終端;電子書閱讀器;攝像機、數位相機等影像拍攝裝置;微波爐等高頻加熱裝置;電飯煲、洗衣機、空調器等空調系
統、電冰箱、電冷凍箱、電冷藏冷凍箱等的電器產品;DNA保存用冰凍器、透析裝置等的醫療設備等。
另外,利用來自蓄電裝置的電力藉由電動機推進的移動體等也包括在電子裝置或電器設備的範疇內。作為上述移動體,例如可以舉出:電動汽車;兼有內燃機和電動機的混合動力汽車(hybrid vehicle);以及包括電動輔助自行車的電動自行車等。
另外,在上述電子裝置或電器設備中,作為用來供應大部分的耗電量的蓄電裝置(也稱為主電源),可以使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置。或者,在上述電子裝置或電器設備中,作為當來自上述主電源或商業電源的電力供應停止時能夠進行對電子裝置或電器設備的電力供應的蓄電裝置(也稱為不間斷電源),可以使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置。或者,在上述電子裝置或電器設備中,作為與來自上述主電源或商業電源的電力供應同時進行的將電力供應到電子裝置或電器設備的蓄電裝置(也稱為輔助電源),可以使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置。
圖8示出上述電子裝置或電器設備的具體結構。在圖8中,顯示裝置401是使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置405的電子裝置或電器設備的一個例子。明確地說,顯示裝置401相當於電視廣播接收用顯示裝置,具有外殼402、顯示部403、揚聲器部404和蓄電裝置405等。根據本發明的一個方式的蓄電裝置405設置在外殼402的內部
。
顯示裝置401既可以接受來自商業電源的電力供應,又可以使用蓄積在蓄電裝置405中的電力。因此,即使當由於停電等不能接受來自商業電源的電力供應時,藉由將根據本發明的一個方式的蓄電裝置405用作不間斷電源,也可以利用顯示裝置401。
作為顯示部403,可以使用半導體顯示裝置諸如液晶顯示裝置、在每個像素中具備有機EL元件等發光元件的發光裝置、電泳顯示裝置、DMD(數位微鏡裝置:Digital Micromirror Device)、PDP(電漿顯示面板:Plasma Display Panel)及FED(場致發射顯示器:Field Emission Display)等。
另外,除了電視廣播接收用以外,用於個人電腦或廣告顯示等的所有資訊顯示的顯示裝置包括在顯示裝置中。
在圖8中,安鑲型照明設備411是使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置414的電器設備的一個例子。明確地說,照明設備411具有外殼412、光源413和蓄電裝置414等。雖然在圖8中例示蓄電裝置414設置在鑲有外殼412及光源413的天花板415的內部的情況,但是蓄電裝置414也可以設置在外殼412的內部。
照明設備411既可以接受來自商業電源的電力供應,又可以使用蓄積在蓄電裝置414中的電力。因此,即使當由於停電等不能接受來自商業電源的電力供應時,藉由將根據本發明的一個方式的蓄電裝置414用作不間斷電源,
也可以利用照明設備411。
另外,雖然在圖8中例示設置在天花板415的安鑲型照明設備411,但是根據本發明的一個方式的蓄電裝置既可以用於設置在天花板415以外的例如牆416、地板417或窗戶418等的安鑲型照明設備,又可以用於臺式照明設備等。
另外,作為光源413,可以使用利用電力人工性地得到光的人工光源。明確地說,作為上述人工光源的一個例子,可以舉出白熾燈泡、螢光燈等放電燈以及LED或有機EL元件等發光元件。
在圖8中,具有室內機421及室外機425的空調器是使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置424的電器設備的一個例子。明確地說,室內機421具有外殼422、送風口423和蓄電裝置424等。雖然在圖8中例示蓄電裝置424設置在室內機421中的情況,但是蓄電裝置424也可以設置在室外機425中。或者,也可以在室內機421和室外機425的兩者中設置有蓄電裝置424。
空調器既可以接受來自商業電源的電力供應,又可以使用蓄積在蓄電裝置424中的電力。尤其是,當在室內機421和室外機425的兩者中設置有蓄電裝置424時,即使當由於停電等不能接受來自商業電源的電力供應時,藉由將根據本發明的一個方式的蓄電裝置424用作不間斷電源,也可以利用空調器。
另外,雖然在圖8中例示由室內機和室外機構成的分
體式空調器,但是也可以將根據本發明的一個方式的蓄電裝置用於在一個外殼中具有室內機的功能和室外機的功能的一體式空調器。
在圖8中,電冷藏冷凍箱431是使用根據本發明的一個方式的蓄電裝置435的電器設備的一個例子。明確地說,電冷藏冷凍箱431具有外殼432、冷藏室門433、冷凍室門434和蓄電裝置435等。在圖8中,蓄電裝置435設置在外殼432的內部。電冷藏冷凍箱431既可以接受來自商業電源的電力供應,又可以使用蓄積在蓄電裝置435中的電力。因此,即使當由於停電等不能接受來自商業電源的電力供應時,藉由將根據本發明的一個方式的蓄電裝置435用作不間斷電源,也可以利用電冷藏冷凍箱431。
另外,在上述電子裝置或電器設備中,微波爐等高頻加熱裝置和電飯煲等電器設備在短時間內需要高功率。因此,藉由將根據本發明的一個方式的蓄電裝置用作用來輔助商業電源不能充分供應的電力的輔助電源,當使用電器設備時可以防止商業電源的總開關跳閘。
另外,在不使用電子裝置或電器設備的時間段,尤其是在商業電源的供應源能夠供應的總電量中的實際使用的電量的比率(稱為功率使用率)低的時間段中,將電力蓄積在蓄電裝置中,由此可以抑制在上述時間段以外的時間段中電力使用率增高。例如,在為電冷藏冷凍箱431時,在氣溫低且不進行冷藏室門433或冷凍室門434的開關的夜間,將電力蓄積在蓄電裝置435中。並且,在氣溫高且
進行冷藏室門433或冷凍室門434的開關的白天,將蓄電裝置435用作輔助電源,由此可以抑制白天的電力使用率。
在本實施方式中,使用圖9的方塊圖對將實施方式8所示的蓄電裝置(二次電池)用於無線供電系統(以下稱為RF供電系統)時的一個例子進行說明。注意,雖然在圖9中根據功能將受電裝置及供電裝置內的構成要素分類並作為彼此獨立的方塊圖而示出,但是實際上難以根據功能將構成要素完全分類,一個構成要素有時與多個功能有關。
首先,對RF供電系統的概況進行說明。受電裝置501包含在利用從供電裝置511供給的電力而驅動的電子裝置或電力牽引車輛等中,但是也可以適當地應用於其他利用電力驅動的設備。
作為電子裝置的典型例子,有數位相機、數位攝像機等影像拍攝裝置、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、移動資訊終端、音頻再生裝置、顯示裝置、電腦等。
另外,作為電力牽引車輛的典型例子,有電動汽車、混合動力汽車、鐵路用電動車廂、工作車、卡丁車、輪椅等。另外,供電裝置511具有向受電裝置501供給電力的功能。
在圖9中,受電裝置501具有受電裝置部502和電源負載部509。受電裝置部502至少具有受電裝置用天線電路503、信號處理電路504、二次電池505。另外,供電裝置511至少具有供電裝置用天線電路512和信號處理電路513。
受電裝置用天線電路503具有接收供電裝置用天線電路512所發送的信號或對供電裝置用天線電路512發送信號的功能。信號處理電路504具有處理受電裝置用天線電路503所接收的信號,並控制二次電池505的充電以及從二次電池505供給到電源負載部509的電力的功能。另外,信號處理電路504具有控制受電裝置用天線電路503的工作的功能。這樣,可以控制從受電裝置用天線電路503發送的信號的強度、頻率等。
電源負載部509是從二次電池505接收電力並驅動受電裝置501的驅動部。作為電源負載部509的典型例子有電動機、驅動電路等,但是可以適當地使用其他的藉由接收電力來驅動受電裝置的裝置。另外,供電裝置用天線電路512具有對受電裝置用天線電路503發送信號或接收來自受電裝置用天線電路503的信號的功能。
信號處理電路513具有處理供電裝置用天線電路512所接收的信號的功能。另外,信號處理電路513控制供電裝置用天線電路512的工作。這樣,可以控制從供電裝置用天線電路512發送的信號的強度、頻率等。
根據本發明的一個方式的二次電池被用作在圖9說明
的RF供電系統中的受電裝置501所具有的二次電池505。藉由將根據本發明的一個方式的二次電池用於RF供電系統,與習知的二次電池相比,可以增加蓄電量。因此,可以延長無線供電的時間間隔(即,可以省去多次供電的步驟)。
另外,藉由將根據本發明的一個方式的二次電池用於RF供電系統,如果用來驅動電源負載部509的蓄電量與習知的二次電池相同,則可以實現受電裝置501的小型化及輕量化。因此,可以縮減總成本。
受電裝置501具有受電裝置部502和電源負載部509。受電裝置部502至少具有受電裝置用天線電路503、信號處理電路504、二次電池505、整流電路506、調變電路507、電源電路508。另外,供電裝置511至少具有供電裝置用天線電路512、信號處理電路513、整流電路514、調變電路515、解調變電路516、振盪電路517。
受電裝置用天線電路503具有接收供電裝置用天線電路512所發送的信號或對供電裝置用天線電路512發送信號的功能。當接收供電裝置用天線電路512所發送的信號時,整流電路506具有利用受電裝置用天線電路503所接收的信號生成直流電壓的功能。
信號處理電路504具有處理受電裝置用天線電路503所接收的信號,並控制二次電池505的充電以及從二次電池505供給到電源電路508的電力的功能。電源電路508具有將二次電池505所儲蓄的電壓轉換為電源負載部509
所需的電壓的功能。當從受電裝置501將回應信號發送到供電裝置511時使用調變電路507。
藉由具有電源電路508,可以控制供給到電源負載部509的電力。由此,可以降低施加到電源負載部509的過電壓,從而可以降低受電裝置501的劣化或損壞。
另外,藉由具有調變電路507,可以從受電裝置501對供電裝置511發送信號。由此,可以判斷受電裝置501的充電量,當進行了一定量的充電時從受電裝置501對供電裝置511發送信號,而停止從供電裝置511對受電裝置501供電。其結果,藉由不對二次電池505進行100%的充電,可以增加二次電池505的充電次數。
另外,供電裝置用天線電路512具有對受電裝置用天線電路503發送信號或從受電裝置用天線電路503接收信號的功能。當對受電裝置用天線電路503發送信號時,信號處理電路513生成發送到受電裝置的信號。振盪電路517生成一定頻率的信號。調變電路515具有根據信號處理電路513所生成的信號和振盪電路517所生成的一定頻率的信號對供電裝置用天線電路512施加電壓的功能。
由此,從供電裝置用天線電路512輸出信號。另一方面,當從受電裝置用天線電路503接收信號時,整流電路514具有對所接收的信號進行整流的功能。解調變電路516具有從由整流電路514進行了整流的信號抽出受電裝置501對供電裝置511發送的信號的功能。信號處理電路513具有對由解調變電路516抽出的信號進行分析的功能
。
另外,只要能夠進行RF供電,就可以在各電路之間設置任何電路。例如,也可以在受電裝置501接收信號且在整流電路506中生成直流電壓之後利用設置在後級的DC-DC轉換器或調整器等的電路生成恆壓。由此,可以抑制受電裝置501內部被施加過電壓。
另外,當將根據本發明的一個方式的二次電池用於RF供電系統並將受電裝置用天線電路503和二次電池505重疊時,較佳的是,不因二次電池505的充放電而導致二次電池505的形狀變化;並且較佳的是,不因該變形導致的天線變形而使受電裝置用天線電路503的阻抗發生變化。這是因為如果天線的阻抗發生變化則有可能不能實現充分的電力供給。
例如,將二次電池505裝入金屬或陶瓷的電池箱即可。另外,此時受電裝置用天線電路503和電池組離開幾十μm以上較佳。
另外,對充電用信號的頻率沒有特別的限制,只要是能夠傳送電力的頻率,就可以是任何帶域的頻率。充電用信號的頻率例如可以是135kHz的LF帶(長波)、13.56MHz的HF帶、900MHz至1GHz的UHF帶、2.45GHz的微波帶。
另外,作為信號的傳送方式,有電磁耦合方式、電磁感應方式、共振方式、微波方式等的各種類型,適當地進行選擇即可。然而,為了抑制雨、泥等的含水的異物所引
起的能量損失,較佳的是,使用利用了頻率低的頻帶,明確而言,短波的3MHz至30MHz、中波的300kHz至3MHz、長波的30kHz至300kHz及超長波的3kHz至30kHz的頻率的電磁感應方式以及共振方式。
本實施方式可以與上述實施方式組合而實施。
101‧‧‧陽極
102‧‧‧陰極
103‧‧‧陰離子交換膜
104‧‧‧陽離子交換膜
105‧‧‧精製溶液管
106‧‧‧廢液管
107‧‧‧精製溶液槽
108‧‧‧廢液槽
109‧‧‧精製溶液泵
110‧‧‧廢液泵
111‧‧‧陽極
112‧‧‧陰極
113‧‧‧陰離子交換膜
114‧‧‧雙極膜
115‧‧‧精製溶液管
116‧‧‧廢液管
121‧‧‧陽極
122‧‧‧陰極
123‧‧‧陰離子交換膜
124‧‧‧第一雙極膜
125‧‧‧精製溶液管
126‧‧‧廢液管
127‧‧‧第二雙極膜
128‧‧‧中和管
131‧‧‧陽極
132‧‧‧陰極
133‧‧‧陰離子交換膜
134‧‧‧陽離子交換膜
135‧‧‧精製溶液管
136‧‧‧廢液管
141‧‧‧陽極
142‧‧‧陰極
143‧‧‧陰離子交換膜
144‧‧‧陽離子交換膜
145‧‧‧精製溶液管
146‧‧‧酸管
147‧‧‧鹼管
148‧‧‧第一雙極膜
149‧‧‧第二雙極膜
151‧‧‧陽極
152‧‧‧陰極
153‧‧‧陰離子交換膜
154‧‧‧陽離子交換膜
155‧‧‧精製溶液管
156‧‧‧酸管
157‧‧‧鹼管
158‧‧‧第一雙極膜
159‧‧‧第二雙極膜
160‧‧‧中性液管
161‧‧‧陽極
162‧‧‧陰極
163‧‧‧陰離子交換膜
164‧‧‧陽離子交換膜
165‧‧‧精製溶液管
166‧‧‧廢液管
171‧‧‧陽極
172‧‧‧陰極
173‧‧‧雙極膜
174‧‧‧陽離子交換膜
175‧‧‧精製溶液管
176‧‧‧廢液管
301‧‧‧蓄電裝置
302‧‧‧外裝部件
303‧‧‧蓄電元件
304‧‧‧端子部
305‧‧‧端子部
306‧‧‧負極
307‧‧‧正極
308‧‧‧分離器
309‧‧‧電解質
310‧‧‧負極集電器
311‧‧‧負極活性物質層
312‧‧‧正極集電器
313‧‧‧正極活性物質層
401‧‧‧顯示裝置
402‧‧‧外殼
403‧‧‧顯示部
404‧‧‧揚聲器部
405‧‧‧蓄電裝置
411‧‧‧照明設備
412‧‧‧外殼
413‧‧‧光源
414‧‧‧蓄電裝置
415‧‧‧天花板
416‧‧‧牆
417‧‧‧地板
418‧‧‧窗戶
421‧‧‧室內機
422‧‧‧外殼
423‧‧‧送風口
424‧‧‧蓄電裝置
425‧‧‧室外機
431‧‧‧電冷藏冷凍箱
432‧‧‧外殼
433‧‧‧冷藏室門
434‧‧‧冷凍室門
435‧‧‧蓄電裝置
501‧‧‧受電裝置
502‧‧‧受電裝置部
503‧‧‧受電裝置用天線電路
504‧‧‧信號處理電路
505‧‧‧二次電池
506‧‧‧整流電路
507‧‧‧調變電路
508‧‧‧電源電路
509‧‧‧電源負載部
511‧‧‧供電裝置
512‧‧‧供電裝置用天線電路
513‧‧‧信號處理電路
514‧‧‧整流電路
515‧‧‧調變電路
516‧‧‧解調變電路
517‧‧‧振盪電路
在圖式中:圖1是本發明的一個方式所使用的電透析裝置的模式圖;圖2是示出本發明的一個方式的氧化石墨烯的製造製程的圖;圖3是示出本發明的一個方式的氧化石墨烯的製造製程的圖;圖4A至4C是示出本發明的一個方式的原理的圖;圖5A至5C是示出本發明的一個方式的原理的圖;圖6A和6B是示出本發明的一個方式的原理的圖;圖7A和7B是示出二次電池的例子的圖;圖8是說明蓄電裝置的應用方式的圖;圖9是示出無線供電系統的結構的圖。
101‧‧‧陽極
102‧‧‧陰極
103‧‧‧陰離子交換膜
104‧‧‧陽離子交換膜
105‧‧‧精製溶液管
106‧‧‧廢液管
107‧‧‧精製溶液槽
108‧‧‧廢液槽
109‧‧‧精製溶液泵
110‧‧‧廢液泵
Claims (14)
- 一種氧化石墨的製造方法,包括:在溶液中將石墨氧化;對該溶液添加pH調節劑,以使該溶液為pH6至8;以及進行電透析,以從該溶液中去除陽離子及陰離子,其中該pH調節劑是氫氧化鋰或氫氧化銨。
- 根據申請專利範圍第1項之氧化石墨的製造方法,其中,該進行電透析的步驟包括進行第一電透析以從該溶液中去除該陽離子及該陰離子的第一步驟;以及進行第二電透析以從該溶液中去除該陽離子的第二步驟。
- 一種氧化石墨的製造方法,包括:在溶液中將石墨氧化;對該溶液添加pH調節劑,以使該溶液為pH6至8;以及進行電透析,以從該溶液中去除陽離子及陰離子,其中,該進行電透析的步驟包括進行第一電透析以從該溶液中去除該陽離子及該陰離子的第一步驟;以及進行第二電透析以從該溶液中去除該陽離子的第二步驟,在該第一電透析中使用第一陽離子交換膜和陰離子交換膜,並且,在該第二電透析中使用第二陽離子交換膜和雙極膜。
- 一種氧化石墨烯的製造方法,包括: 在溶液中將石墨氧化;對該溶液添加pH調節劑,以使該溶液為pH6至8;進行電透析,以從該溶液中去除陽離子及陰離子;以及對藉由該電透析而獲得的氧化石墨進行超音波處理,其中,該進行電透析的步驟包括進行第一電透析以從該溶液中去除該陽離子及該陰離子的第一步驟;以及進行第二電透析以從該溶液中去除該陽離子的第二步驟,在該第一電透析中使用第一陽離子交換膜和陰離子交換膜,並且,在該第二電透析中使用第二陽離子交換膜和雙極膜。
- 根據申請專利範圍第4項之氧化石墨烯的製造方法,其中,該進行電透析的步驟包括進行第一電透析以從該溶液中去除該陽離子及該陰離子的第一步驟;以及進行第二電透析以從該溶液中去除該陽離子的第二步驟。
- 一種石墨烯的製造方法,包括使根據申請專利範圍第4項之方法獲得的氧化石墨烯還原的步驟。
- 一種電透析裝置,包括陽極、陰離子交換膜、陽離子交換膜、陰極;以及設置在該陽極與該陰離子交換膜之間的雙極膜,其中,在該陽極與該陽離子交換膜之間設置有該陰離子交換膜, 在該陰極與該陰離子交換膜之間設置有該陽離子交換膜,並且,對該陽離子交換膜與該陰離子交換膜之間注入包含氧化石墨、陽離子和陰離子的溶液。
- 一種電透析裝置,包括陽極、陰離子交換膜、陽離子交換膜、陰極;以及設置在該陰極與該陽離子交換膜之間的雙極膜,其中,在該陽極與該陽離子交換膜之間設置有該陰離子交換膜,在該陰極與該陰離子交換膜之間設置有該陽離子交換膜,並且,對該陽離子交換膜與該陰離子交換膜之間注入包含氧化石墨、陽離子和陰離子的溶液。
- 根據申請專利範圍第7或8項之電透析裝置,其中該溶液的pH為3以下。
- 根據申請專利範圍第7或8項之電透析裝置,其中該溶液的pH為6至8。
- 一種電透析裝置,包括陽極、陰離子交換膜、雙極膜、陰極;設置在該陽極與該陰離子交換膜之間的第二雙極膜,以及其中,在該陽極與該雙極膜之間設置有該陰離子交換膜,在該陰極與該陰離子交換膜之間設置有該雙極膜, 並且,對該雙極膜與該陰離子交換膜之間注入包含氧化石墨和陽離子的溶液。
- 根據申請專利範圍第11項之電透析裝置,其中該溶液的pH為3以下。
- 一種電透析裝置,包括陽極、陽離子交換膜、雙極膜、陰極;設置在該陰極與該陽離子交換膜之間的第二雙極膜,以及其中,在該陽極與該陽離子交換膜之間設置有該雙極膜,在該陰極與該雙極膜之間設置有該陽離子交換膜,並且,對該雙極膜與該陽離子交換膜之間注入包含氧化石墨和陽離子的溶液。
- 根據申請專利範圍第13項之電透析裝置,其中該溶液的pH為6以上。
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