儲氫碳材料制造技術

提供了具有改進的儲氫容量的儲氫碳材料。所述儲氫碳材料的總孔隙體積為0.5cm3/g或更高，其每單位重量的總介孔體積比總微孔體積之比為5或更高。此外，所述儲氫碳材料的氮含量可以是等于或大于0.5重量%但小于20重量%。此外，在通過三電極法中的工作電極使用所述儲氫碳材料的計時電位分析法進行的電化學測定中，當相對于所述儲氫碳材料的陰極電流保持在1,000mA/g時，所述儲氫碳材料具有-1.28V或更高的穩定電位。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及儲氫碳材料，具體涉及具有改進的儲氫容量的碳材料。
技術介紹
已對合金用作例如預期可應用于燃料電池車輛等中的儲氫系統中的儲氫材料的用途進行研究。但是，當使用儲氫合金時，它的儲氫容量不足。此外，取決于所用金屬的種類，合金不僅耐久性低，而且在價格和儲存方面也存在問題。另一方面，已對不產生資源耗費問題并且相對廉價的碳材料的使用進行了研究。例如，專利文獻I描述一種碳材料，可通過將碳層之間的平均距離拓寬至0. 5nm或更高使所述碳層之間容納氫來提高其儲氫量。此外，專利文獻2描述了活化的碳材料，因其孔直徑大于或等于0. 3nm且小于或等于I. 5nm而具有增大的儲氫量。 引用列表專利文獻JP 2005_41742A JP 2003-171111A
技術實現思路
技術問題但是，不能就此斷言迄今已研究的任何碳材料已具有足以實際用作儲氫材料的儲氫容量。另一方面，本專利技術人特別關注與碳材料結構相關的兩點，S卩，(I)適合于吸附氫分子的多孔結構，以及(2)適合于氫分子的解離反應的碳表面。本專利技術人獨自進行了詳細的研究，結果發現具有特定結構的碳材料可表現出高的儲氫容量。由此專利技術人完成本專利技術。即，已針對上述問題完成本專利技術，本專利技術的目的是提供具有改進的儲氫容量的儲氫碳材料。解決方案解決上述問題的本專利技術的一個實施方案的儲氫碳材料的總孔隙體積為0. 5cm3/g或更高，并且其每單位重量的總介孔體積與總微孔體積之比為5或更高。根據本專利技術，提供了具有改進的儲氫容量的儲氫碳材料。此外，所述儲氫碳材料的氮含量可以大于或等于0. 5重量％，且小于或等于20重量％。由此可提供儲氫容量有額外改進的儲氫碳材料。另外，在通過三電極法中的工作電極使用所述儲氫碳材料的計時電位分析法進行的電化學測定中，當相對于作為工作電極的所述儲氫碳材料的陰極電流保持在1，000mA/g時，所述儲氫碳材料可以具有-I. 28V或更高的穩定電位。由此提供具有更有效改進的儲氫容量的儲氫碳材料。應注意，本專利技術中使用的術語“穩定電位”是指當保持在l，000mA/g時的電流啟動后，特定時間點的電位與自該時間點起10，000秒后的電位之差首次變為小于±0. 002V時的最低電位。此外，儲氫碳材料可通過碳化包含有機物、金屬和碳化的材料的原材料獲得。本專利技術的有利效果根據本專利技術，可提供具有改進的儲氫容量的儲氫碳材料。附圖說明所示為根據本專利技術的實施方案的各實施例中的碳材料特征評價結果的說明圖。所示為在根據本專利技術的實施方案的實施例中通過計時電位分析法進行的電化學測量的結果的實例的說明圖。具體實施方式 以下描述本專利技術的實施方案。應注意本專利技術不限于此實施方案。首先，描述本專利技術人的觀點。碳材料儲氫的機理是將氫分子吸附至該材料的表面。因此，具有易于在碳表面上吸附氫并且適合容納被吸附的氫的具有多孔結構的碳材料被視為適合的儲氫材料。鑒于前述，本專利技術人特別關注兩點，S卩，(I)該碳材料應具有適合于吸附氫分子的多孔結構，以及(2)氫分子的解離反應應有效地在碳材料的碳表面上進行。本專利技術人自身經過仔細研究結果發現了基于上述儲氫機理、可以在最大可能程度上運用儲氫容量的碳材料。在此描述第(I)點。在碳材料中，存在于碳材料中的孔隙(直徑小于IOOnm)用作吸附氫分子的位點。因此，隨著碳材料的總孔隙體積增大，碳材料的儲氫容量往往較高。但是，取決于總孔隙體積及其孔隙的尺寸分布，碳材料的儲氫容量可以顯著改變。鑒于前述，本專利技術人已仔細研究那些方面。結果，本專利技術人已發現，總孔隙體積為0. 5cm3/g或更高，且每單位重量的總介孔體積與總微孔體積之比(以下稱為〃介孔/微孔比〃)為5或更高的碳材料具有優異的儲氫容量。應注意在本專利技術中，微孔是直徑小于2nm的孔隙,介孔是直徑2nm或更大和50nm或更小的孔隙。此外，總孔隙體積根據例如利用氮氣的BET法中的最大吸附進行計算。總介孔體積按照例如BJH法計算。總微孔體積按照例如MP法計算。傳統上已知碳材料更有利于儲氫，因其包含較大量的微孔(例如，具有較小的介孔/微孔比)。但是，本專利技術的專利技術人經過研究意外地揭示，介孔/微孔比大的碳材料表現出高的儲氫容量。雖然前述發現的原因尚不清楚，但是，考慮到例如氫進入碳材料的孔隙而后氫被吸附至所述孔隙的表面的作用機制，可推測介孔/微孔比大的碳材料會表現出高的儲氫容量，因為與微孔相比，介孔可以更快速地達到氫的吸附平衡。所述儲氫碳材料的總孔隙體積優選I. OcmVg或更高，更優選I. 5cm3/g或更高。當所述碳材料的總孔隙體積小于0. 5cm3/g時，該碳材料不能具有足夠大的儲氫容量。介孔/微孔比優選為10或更高，更優選15或更高。當所述碳材料的介孔/微孔比小于5時，所述碳材料不能具有足夠大的儲氫容量。接下來描述第⑵點。就氫在蒸氣相中吸附至碳而言，當溫度極高(例如，1,000° C或更高)時，建立由下式(I)表示的氫離解平衡。權利要求1.儲氫碳材料，其總孔隙體積為0.5cm3/g或更高，并且每單位重量的總介孔體積與總微孔體積之比為5或更高。2.權利要求I的儲氫碳材料，其中所述儲氫碳材料的氮含量大于或等于0.5重量％，且小于20重量％。3.權利要求I或2的儲氫碳材料，其中在通過三電極法中的工作電極使用所述儲氫碳材料的計時電位分析法進行的電化學測定中，當相對于所述儲氫碳材料的陰極電流保持在1，000mA/g時，所述儲氫碳材料具有-I. 28V或更高的穩定電位。4.權利要求1-3中的任一項的儲氫碳材料，其中所述儲氫碳材料通過包含有機物、金屬和碳化的材料的原材料的碳化而制得。全文摘要提供了具有改進的儲氫容量的儲氫碳材料。所述儲氫碳材料的總孔隙體積為0.5cm3/g或更高，其每單位重量的總介孔體積比總微孔體積之比為5或更高。此外，所述儲氫碳材料的氮含量可以是等于或大于0.5重量%但小于20重量%。此外，在通過三電極法中的工作電極使用所述儲氫碳材料的計時電位分析法進行的電化學測定中，當相對于所述儲氫碳材料的陰極電流保持在1,000mA/g時，所述儲氫碳材料具有-1.28V或更高的穩定電位。文檔編號C01B3/00GK102770371SQ20118001101公開日2012年11月7日 申請日期2011年2月21日 優先權日2010年2月26日專利技術者大島康弘, 小林里江子, 尾崎純一, 岸本武亮, 平安希子, 熊谷治夫, 藤井千弘 申請人:國立大學法人 北海道大學, 國立大學法人群馬大學, 日清紡控股株式會社本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：藤井千弘，大島康弘，岸本武亮，小林里江子，平安希子，尾崎純一，熊谷治夫，
申請(專利權)人：國立大學法人群馬大學，國立大學法人北海道大學，日清紡控股株式會社，
類型：發明
國別省市：