氧化还原液流电池用电极和氧化还原液流电池制造技术

本发明专利技术的一技术方案涉及的氧化还原液流电极，是配置于离子交换膜与双极板之间的氧化还原液流电池用电极，所述电极包含导电片和层叠于所述导电片上的多孔片，所述导电片包含平均纤维直径为1μm以下的碳纳米管，所述多孔片由平均纤维直径大于1μm的纤维制成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化还原液流电池用电极和氧化还原液流电池
本专利技术涉及氧化还原液流电池用电极和具有所述电极的氧化还原液流电池。本申请基于2014年12月26日在日本提出的专利申请2014-264704要求优先权，将其内容援引于此。
技术介绍
作为大容量蓄电池已知的氧化还原液流电池中，有以钒系氧化还原液流电池为代表的使用强酸性水溶液的氧化还原液流电池。专利文献1公开了使用气相法碳纤维作为氧化还原液流电池的电极材料。专利文献2中，作为电解液在电极中通液时的压力损失小、向厚度方向的导电性良好的电极的材料，记载了在毡内部具有空隙部的碳纤维毡。另外，专利文献3公开了在离子交换膜与电极之间具备由比电极的构成材料柔软的材质构成的多孔片材的氧化还原液流电池。在先技术文献专利文献1:日本特开2006-156029号公报专利文献2:日本特开2013-144857号公报专利文献3:日本特开2013-65530号公报
技术实现思路
但是，基于上述技术的氧化还原液流电池，在电容量、电池电阻率、压力损失等性能方面存在改善的余地。本专利技术的目的是提供电容量大且电池电阻率低、电解液在电极中通液时的压力损失小的氧化还原液流电池，以及氧化还原液流电池所使用的电极。本专利技术人对上述课题进行了认真研究，结果发现通过使用配置于离子交换膜与双极板之间的、由导电片和多孔片层叠而成的氧化还原液流电池用电极，能够得到电容量、电池电阻率、压力损失的性能优异的氧化还原液流电池，所述导电片包含平均纤维直径为1μm以下的碳纳米管，所述多孔片由平均纤维直径大于1μm的纤维制成。即，本专利技术包括以下专利技术。[1]一种氧化还原液流电池用电极，具有导电片和层叠于所述导电片上的多孔片，所述导电片包含平均纤维直径为1μm以下的碳纳米管，所述多孔片由平均纤维直径大于1μm的纤维制成。[2]根据上述[1]记载的氧化还原液流电池用电极，所述碳纳米管包含平均纤维直径为100～1000nm的第1碳纳米管和平均纤维直径为30nm以下的第2碳纳米管。[3]根据上述[2]记载的氧化还原液流电池用电极，所述碳纳米管具有所述第2碳纳米管的至少一部分跨越两根以上所述第1碳纳米管的结构。[4]根据上述[2]或[3]记载的氧化还原液流电池用电极，相对于所述第1碳纳米管与所述第2碳纳米管的合计100质量份，含有0.05～30质量份的所述第2碳纳米管。[5]根据上述[1]～[4]的任一项记载的氧化还原液流电池用电极，所述导电片包含平均纤维直径大于1μm的碳纤维，相对于所述碳纳米管与所述碳纤维的合计100质量份，含有95质量份以下的所述碳纤维。[6]根据上述[5]记载的氧化还原液流电池用电极，所述导电片包含水溶性导电性高分子，相对于所述碳纳米管与所述碳纤维的合计100质量份，含有5质量份以下的所述水溶性导电性高分子。[7]根据上述[1]～[6]的任一项记载的氧化还原液流电池用电极，所述多孔片由平均纤维直径大于1μm的碳纤维制成。[8]根据上述[1]～[6]的任一项记载的氧化还原液流电池用电极，所述多孔片由平均纤维直径大于1μm的聚苯硫醚制成。[9]一种氧化还原液流电池，在离子交换膜与双极板之间具备上述[1]～[8]的任一项记载的氧化还原液流电池用电极。[10]根据上述[9]记载的氧化还原液流电池，在所述双极板的与所述电极相对的面形成有梳型形状的槽部。通过使用本专利技术的一技术方案涉及的氧化还原液流电池用电极，能够得到电容量大且电池电阻率低、电解液在电极中通液时的压力损失小的氧化还原液流电池。附图说明图1是表示具备本专利技术的一技术方案涉及的氧化还原液流电池用电极的氧化还原液流电池的基本结构的图，是沿着与电极的厚度方向平行的面的剖视图。图2是表示形成有梳型形状的槽部的双极板的一例的俯视图。具体实施方式[导电片]导电片包含平均纤维直径为1μm以下的碳纳米管。碳纳米管的平均纤维直径优选为1～300nm，更优选为10～200nm，进一步优选为15～150nm。关于平均纤维直径，通过透过型电子显微镜对每种纤维随机测定100根以上纤维的直径，分别作为其算术平均值求出。导电片中所含的碳纳米管，可以是平均纤维直径不同的多种碳纳米管混合的结构。例如，导电片中的碳纳米管优选包含平均纤维直径为100～1000nm的第1碳纳米管和平均纤维直径为30nm以下的第2碳纳米管。在平均纤维直径不同的多种碳纳米管混合于导电片的结构的情况下，通过透过型电子显微镜观察所成型的导电片，在同一视场中将纤维直径为50nm以上的视为第1碳纳米管，将纤维直径小于50nm的视为第2碳纳米管。并且，对于第1碳纳米管和第2碳纳米管，分别如上所述算出平均纤维直径。如以下这样判断导电片中所含的碳纳米管是否为将平均纤维直径不同的多种碳纳米管混合的结构。首先，通过透过型电子显微镜观察所成型的导电片，测定同一视场中的其纤维直径分布。并且，在该分布中的纤维直径的峰有两个以上的情况下，判断为是平均纤维直径不同的多种碳纳米管混合的结构。第1碳纳米管的平均纤维直径优选为100～300nm，更优选为100～200nm，进一步优选为100～150nm。第1碳纳米管的平均纤维长度优选为0.1～30μm，更优选为0.5～25μm，进一步优选为0.5～20μm。第2碳纳米管的平均纤维直径优选为1～30nm，更优选为5～25nm，进一步优选为5～20nm。第2碳纳米管的平均纤维长度优选为0.1～10μm，更优选为0.2～8μm，进一步优选为0.2～5μm。关于平均纤维长度，通过透过型电子显微镜对每种纤维随机测定100根以上纤维的长度，分别作为其算术平均值求出。第2碳纳米管的至少一部分优选跨越两根以上第1碳纳米管。即，导电片中的碳纳米管，优选具有第2碳纳米管的至少一部分跨越两根以上第1碳纳米管的结构。跨越的结构例如可以通过透过电子显微镜观察而确认。在能够确认第2碳纳米管的至少一部分与两根以上第1碳纳米管交叉的结构时，判断为“具有跨越的结构”。“跨越的结构”不需要配置于所有碳纳米管。例如，在以透过电子显微镜的10万倍倍率拍摄电极时，只要能够观察到跨越第1碳纳米管的第2碳纳米管即可。拍摄图像内的第2碳纳米管之中，具有跨越两根以上第1碳纳米管的结构的第2碳纳米管的比例优选为10％以上，更优选为50％以上。关于比例，例如以透过型电子显微镜的10万倍倍率拍摄电极，将照片中的整体被拍摄到的第2碳纳米管设为100％进行计算。从照片向端部伸出的第2碳纳米管不用于计算。如果碳纳米管具有上述的跨越结构，则导电片在其成型过程中不会散乱，能够稳定维持片的形态。另外，通过该结构，能够使第2碳纳米管埋入作为导电性主体的第1碳纳米管间的空隙，能够进一步提高电极的导电性。如果电极的导电性提高，则能够降低氧化还原液流电池的电池电阻率，并且增大电容量。如果第1碳纳米管和第2碳纳米管的平均纤维直径为上述范围，则电极成为能够维持高强度和高导电性的结构。这是由于形成第1碳纳米管作为主干、第2碳纳米管枝状悬架在多个第1碳纳米管间的结构。例如，如果第1碳纳米管的平均直径为100nm以上，则主干变得稳定，电极的结构难以发生断裂，容易确保充分的强度。另一方面，如果第2碳纳米管的平均直径为30nm以下，则第2碳纳米管能够充分地缠绕于第1碳纳米管，使导电性提高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化还原液流电池用电极，具有导电片和层叠于所述导电片上的多孔片，所述导电片包含平均纤维直径为1μm以下的碳纳米管，所述多孔片由平均纤维直径大于1μm的纤维制成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.26 JP 2014-2647041.一种氧化还原液流电池用电极，具有导电片和层叠于所述导电片上的多孔片，所述导电片包含平均纤维直径为1μm以下的碳纳米管，所述多孔片由平均纤维直径大于1μm的纤维制成。2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池用电极，所述碳纳米管包含平均纤维直径为100～1000nm的第1碳纳米管和平均纤维直径为30nm以下的第2碳纳米管。3.根据权利要求2所述的氧化还原液流电池用电极，所述碳纳米管具有所述第2碳纳米管的至少一部分跨越两根以上所述第1碳纳米管的结构。4.根据权利要求2或3所述的氧化还原液流电池用电极，相对于所述第1碳纳米管与所述第2碳纳米管的合计100质量份，含有0.05～30质量份的所述第2碳纳米管。5.根据权利要求1～4的任一项所述的氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：井关惠三，市川雅敏，织地学，塙健三，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP