[发明专利]电极材料、电极和电池有效
申请号: | 201410042832.X | 申请日: | 2014-01-28 |
公开(公告)号: | CN103972521B | 公开(公告)日: | 2018-02-16 |
发明(设计)人: | 饭田广范;村田贤一;中川贵晶;山田心一郎 | 申请(专利权)人: | 索尼公司 |
主分类号: | H01M4/96 | 分类号: | H01M4/96;H01M12/06 |
代理公司: | 北京康信知识产权代理有限责任公司11240 | 代理人: | 余刚,梁韬 |
地址: | 日本*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 电极 材料 电池 | ||
相关申请的交叉参考
本申请要求于2013年2月5日提交的日本在先专利申请JP2013-020215的利益,其全部内容包括在本文中作为参考。
技术领域
本公开内容涉及电极材料、电极和电池。
背景技术
具有催化氧还原能力的电极(在下文中称为“氧还原电极”)用于各种类型的电池、电极和传感器,例如:
(A)使用有机物例如糖、醇或纤维素作为燃料的酶生物燃料电池单元(biofuel cell);
(B)用于废水处理或淤泥处理的微生物燃料电池单元,其中使用废水或淤泥中含有的有机物引起反应以分解有机物;
(C)金属空气电池,其包括具有负极活性物质的负极,该负极活性物质包含金属与合金材料;
(D)各种类型的燃料电池单元,例如高分子电解质燃料电池单元、磷酸燃料电池单元、熔融碳酸盐燃料电池单元、固体氧化物燃料电池单元、碱性燃料电池单元和直接甲醇燃料电池单元;
(E)用于在食盐电解中用于氧还原的气体扩散电极;以及
(F)用于检测氧的电化学传感器。
具有催化氧还原的显著能力的构成氧还原电极的现有氧还原催化剂是铂(Pt)。然而因为铂的高价,所以存在对铂的替换催化剂的强烈需求。
包括含锌、铝或镁的负极与含至少一种氧还原催化剂的正极的金属空气电池已知的,例如参见日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)No.2012-517075。在日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)No.2012-517075中披露的金属空气电池包括含贵金属等的氧还原催化剂,并且氧还原催化剂被承载在碳黑、石墨、木炭、活性碳等上。
发明内容
在日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)No.2012-517075中,碳黑、石墨、木炭和活性碳称为承载氧还原催化剂的材料。然而,在日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)No.2012-517075中没有提到这些材料自身可以用作氧还原催化剂。
例如,由于酶生物电池单元和微生物燃料电池单元希望pH中性的操作条件,因此它们的氧还原电极(氧还原催化剂)必须展现在pH中性条件下催化氧还原的能力。然而,展现在pH中性条件下催化氧还原能力的氧还原催化剂类型有限,并且在日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)No.2012-517075中披露的氧还原催化剂在pH中性条件下催化氧还原能力低下。具有在pH中性条件下催化氧还原能力的氧还原催化剂的现有例子是酶“胆红素氧化酶”(参见221st ECS Meeting,2012The Electrochemical Society,Abstract#1437,Kano Kenji,“Significance of Carbon Electrode Materials to Improve the Performance of DET-type Fructose/O2Biofuel cells”)。然而,使用该酶的电池具有低电流密度,并且迄今报告的最大电流密度是40mA/cm2。另外,酶的最严重的一个缺点是它们的稳定性低。
因此希望提供能够在pH中性条件下工作的电极材料、包括该电极材料的电极和包括该电极的电池。
根据本公开的一个实施方式提供电极,该电极包括具有催化氧还原能力的得自植物的多孔碳材料。
根据本公开的一个实施方式提供电极材料,该电极材料包括具有催化氧还原能力的得自植物的多孔碳材料。
根据本公开的一个实施方式提供电池,该电池包括正极,该正极包括具有催化氧还原能力的得自植物的多孔碳材料。
根据本公开的实施方式的电池的电极材料、电极和正极包括具有催化氧还原能力的源自植物的多孔碳材料,并因此在pH中性条件下充分展现氧还原能力。此外,由于根据本公开的实施方式的电池的电极材料、电极和正极不使用酶,因此对电极和电池操作环境的限制较少,这取决于电池结构。
附图说明
图1是示出在实施例1和比较例1A到1D中制备的测试氧还原电极的氧还原能力的评估结果的曲线图;
图2是示出铂电极的氧还原能力的评估结果的曲线图,该铂电极作为参考例示出;
图3A和图3B各自示出在实施例1中使用的源自植物的多孔碳材料和在比较例1A中使用的材料的累积孔隙体积的测量结果;
图4是示出在实施例2中制备的测试氧还原电极的氧还原能力的评估结果的曲线图;
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- 本发明公开了一种单原子铁基碳材料及制备方法和电催化应用。该方法是将一定质量的柠檬酸铁铵粉末溶解于特定体积的去离子水中,而后加入沸石咪唑骨架结构材料ZIF‑7,剧烈搅拌4~24小时后离心水洗干燥得黄色固体粉末;将一定质量的黄色固体粉末置于石英舟内,然后放入装有石英管的卧式管式炉中;在惰性气氛下升高温度至600~1100℃,并保持2~12小时,自然冷却至室温;在酸溶液和低于90℃的温度下处理8~24小时,过滤水洗干燥后,得到单原子铁基碳材料。本发明所使用的前驱体来源广泛且制备过程简易,可实现批量化宏量制备。
- 全钒液流电池电极组件-201610994029.5
- 李道玉;彭穗;陈婷;曹敏;龙秀丽;刘波;韩慧果;陈勇 - 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
- 2016-11-11 - 2019-03-15 - H01M4/96
- 本发明提供了一种全钒液流电池电极组件。所述电极组件包括由膨胀石墨和热固性树脂构成的复合材料集流体与碳纤维毡,所述碳纤维毡基体表面有序排列的碳纳米管,碳纳米管的平均长度为200nm~600nm,碳纳米管含量为碳纤维毡质量的3%~8%,碳纳米管表面接枝有官能团,所述膨胀石墨表面含有含氧基团,所述膨胀石墨的质量为集流体质量的15%~25%。本发明的全钒液流电池电极组件,具有能耗低、反应温和、易操作和适于工业生产等优点。
- 多孔基材、多孔电极、碳纤维纸、碳纤维纸的制造方法、多孔基材的制造方法-201780043252.4
- 龙野宏人;隅冈和宏;秀岛幸太 - 三菱化学株式会社
- 2017-07-21 - 2019-03-15 - H01M4/96
- 本发明寻求兼备适于燃料电池汽车用气体扩散层的气体透过性和可承受卷对卷的连续加工的机械强度的多孔基材和多孔电极以及适于氧化还原液流电池用电极的电解液扩散性优异的多孔电极。本发明提供一种多孔基材,是将平均纤维直径为10~20μm、平均纤维长度为2~30mm、拉伸弹性模量为200~600GPa、拉伸强度为3000~7000MPa的碳纤维(A)用碳粘合剂(D)粘结而成的。
- 气体扩散电极基材及其制造方法以及气体扩散电极、膜电极接合体和固体高分子型燃料电池-201780042893.8
- 梶原健太郎;下山悟;渡边史宜;谷村宁昭 - 东丽株式会社
- 2017-07-04 - 2019-03-01 - H01M4/96
- 本发明将提高由碳纤维无纺布构成的气体扩散电极中的排水性作为课题。本发明是,一种气体扩散电极基材,本质上由碳纤维无纺布构成,其中,碳纤维无纺布在面内具有单位面积重量图案,所述单位面积重量图案配置有:具有相对高的单位面积重量的高单位面积重量区域、和具有相对低的单位面积重量的低单位面积重量区域而成,并且,在至少一个面具有:配置有凹部和凸部而成并且与单位面积重量图案独立地形成的凹凸图案。
- 多孔聚合物衍生的碳纳米球氧还原催化剂及其制备与应用-201811135980.0
- 张超;陈山;刘天西;郑勇 - 东华大学
- 2018-09-28 - 2019-02-15 - H01M4/96
- 本发明提供了一种三嗪类多孔聚合物衍生的碳纳米球及其制备方法与应用,该材料采用一步溶剂热法制得多孔碳纳米球前驱体后转移至惰性气氛下升温进行碳化制得;制备方法为:将三聚氯氰,三聚硫氰酸溶解于溶剂中,进行溶剂热反应,过滤,离心并干燥得到粉末,加入丙酮混匀,离心分离出固体浆料,洗涤,真空干燥得到前驱体,后置于惰性气氛下升温进行碳化,最后水洗、真空干燥,得到多孔碳纳米球材料。本发明方法简单,前驱体制备容易,一步碳化制备得到碳纳米球材料,该材料催化性能优异,循环稳定性好;作为非金属催化剂材料,经济廉价,在质子交换膜燃料电池储能材料应用上有很好的前景。
- 一种过渡金属-氮-碳基电催化剂的制备方法及应用-201610270553.8
- 张海民;张显;刘荣荣;臧一鹏;陈春;赵惠军 - 中国科学院合肥物质科学研究院
- 2016-04-26 - 2019-02-15 - H01M4/96
- 本发明公开了一种过渡金属‑氮‑碳基电催化剂的制备方法及应用,该制备方法包括以下步骤:将生物质烘干并研磨成生物质粉末;将所述生物质粉末与去离子水混合,并在180℃下保温10小时;然后冷却至室温,采用膜孔径为0.22μm的滤膜过滤2遍,再以14000转离心20分钟,从而制得氮掺杂碳量子点溶液;采用吡咯对过渡金属离子溶液和所述的氮掺杂碳量子点溶液进行聚合,从而制得聚合产物;在保护气氛中对所述聚合产物进行高温煅烧,从而制得过渡金属‑氮‑碳基电催化剂。本发明不仅制备工艺简单、成本低廉,而且所制备出的电催化剂具有优异的电催化性能。
- 一种生物质焦油制备具有氧还原与氧析出活性的双功能催化剂的方法-201811102417.3
- 袁浩然;李德念;陈会兵 - 中国科学院广州能源研究所
- 2018-09-20 - 2019-02-01 - H01M4/96
- 本发明公开了一种生物质焦油制备具有氧还原与氧析出活性的双功能催化剂的方法,以生物质焦油为碳源,通过氢氧化钾与软模板辅助高温碳化耦合氨气还原,利用高温碱活化与软模板致孔提升材料比表面积与石墨化程度,并通过氮掺杂提升材料催化活性、选择性以及稳定性,得到的催化剂具有原材料成本低、来源广、催化活性强、稳定性较好等特点。
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