碳泡沫、膜电极复合体制造技术

一种具有线状部和结合该线状部的结合部的碳泡沫和膜电极复合体；以及碳含有率为51质量％以上，具有线状部和结合该线状部的结合部，基于川端评价系统法的摩擦系数的平均偏差为0.006以下的碳泡沫和膜电极复合体。

Carbon foam and membrane electrode complex

A carbon foam and a membrane electrode complex having a linear part and a bonding part of the linear part, and a carbon content rate of 51 mass% or more, having a linear part and a binding part connecting the linear part, and a carbon foam and a membrane electrode complex with an average deviation of 0.006 below the friction coefficient based on the Sichuan end evaluation system method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳泡沫、膜电极复合体
本专利技术涉及一种碳泡沫以及具备电解质膜和碳电极的膜电极复合体。
技术介绍
近年来，作为应对全球变暖的措施，正在不断导入利用太阳能、风力等的可再生能源的发电。这些发电的输出受天气的影响很大，因此存在系统电源的电压、频率不稳定的问题。因此，在大规模导入发电时，需要通过与大容量蓄电池组合，实现平滑输出、均衡负载。碳泡沫是通过将例如三聚氰胺树脂泡沫(发泡体)在惰性气体气氛下进行热处理并碳化得到的材料，由于其具有多孔性、柔软性和电特性，因而被用于各种用途中。该碳泡沫由于纤维直径较细，因此具有致密的微细结构，比表面积大，还具有所有的纤维连接而成的一体的结构，在这一方面与一般的碳纤维无纺布有很大的不同。例如，专利文献1中记载了使用碳泡沫作为在高温或药剂使用等特殊的条件下使用的过滤器。另外，专利文献2中记载了使用碳泡沫作为即使在高温下也具有高隔热性的隔热材。进一步地，专利文献3和专利文献4中记载了使用碳泡沫作为电活性和导电性高的电极。作为碳电极的使用方法，可以列举出例如，铅酸电池、钠硫电池、金属-卤素电池、氧化还原液流电池等。为了解决近年来作为应对全球变暖的措施而不断导入的利用太阳能、风力等的可再生能源的发电时的技术问题，即平滑输出、均衡负载，需要与大规模的发电组合导入这些大容量蓄电池。上述大容量蓄电池中，氧化还原液流电池是在可靠性、经济性方面优于其他的电池，实用化可能性最高的1种电池。图6是示出了氧化还原液流电池的一般结构的示意图。如该图所示，氧化还原液流电池100具备电解槽101、和存储电解液的槽102、103、和使电解液在槽与电解槽之间循环的泵104、105。另外，电解槽101具有由电解质膜111隔开的正极112a和负极112b组成的电极112，连接于电源106上。上述氧化还原液流电池100中，通过泵104、105使电解液在槽102、103与电解槽101之间循环，同时在电解槽101的电极112上进行电化学能量转换，进行充放电。图6所示的氧化还原液流电池100中，电解质膜111与电极112是分离的结构。为了增加电极的单位面积的电流密度，如图7(a)所示，多是通过将电解质膜11与电极12接合形成膜电极复合体10，介由分隔件13通过集电器14夹持该膜电极复合体10，形成图7(b)所示的电池单元20，设置多个该电池单元20从而构成电池。图7(b)所示的电池单元20中，由于作为电极12需要确保导电性、电化学稳定性和电解液的流通性，因此一般使用碳纤维集合体。例如，专利文献5中记载了使用碳纤维纸作为电极的材料，专利文献6记载了使用碳纤维无纺布作为电极的材料。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-326871号公报专利文献2：日本特开2004-217446号公报专利文献3：日本特开平9-167621号公报专利文献4：日本特开2007-269505号公报专利文献5：日本特表2014-514697号公报专利文献6：日本特开2001-85028号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题<本专利技术的第1实施方式要解决的技术问题>将碳泡沫用于上述的过滤器、隔热材、电极等用途时，有时会向碳泡沫施加压缩载荷。例如，使用碳泡沫作为隔热材时，为了提高隔热性能，有时会对碳泡沫进行压缩后使用。另外，使用碳泡沫作为充电电池的电极时，为了增加电极的单位面积的电流密度，一般采用在电解质膜的两面上配置碳泡沫，在该碳泡沫的表面上配置集电器的结构。此时，为了确保集电器与碳泡沫的电接触，碳泡沫会更牢固地被夹持于集电器中。但是，对现有的碳泡沫进行压缩后使用的话，存在碳泡沫的性能、使用碳泡沫的系统的性能降低的风险。<本专利技术的第2实施方式要解决的技术问题>另外，将碳泡沫用于蓄电池时，对通过设置多个上述电池单元20而构成的氧化还原液流电池重复进行充放电时，有时膜电极复合体10中的电解质膜11会从电极12上剥离，造成电池性能大幅下降。这样的电解质膜的剥离在其他的用途中有时也会发生。即，上述的膜电极复合体并不仅仅被用于氧化还原液流电池中，还被用于固体聚合物膜水电解装置、直接甲醇燃料电池等各种各样的用途中。这些用途中，若重复进行电解、充放电等，有时电解质膜会从电极上剥离，造成性能下降。因此，本专利技术的第1实施方式的目的在于，提供一种抑制了施加压缩载荷时的碳纤维的断裂，减少了粉末脱落的碳泡沫。另外，本专利技术的第2实施方式的目的在于，提供一种能够抑制由于重复进行电解、充放电等导致的电解质膜从电极的剥离，抑制性能的下降的膜电极复合体。用于解决问题的方案<用于解决第1技术问题的技术手段>本专利技术人等对用于解决上述技术问题的方法进行了深入研究。结果发现，若向现有的碳泡沫施加压缩载荷，存在碳纤维发生断裂并落下，即发生大量的粉末脱落，由此碳泡沫本身的性能出现下降的风险。还发现，若将现有的碳泡沫组装至氧化还原液流电池等的装置中，存在由于发生粉末脱落，电极破损而导致装置的性能下降的风险。即，本专利技术为如下所示。[1]一种碳泡沫，其特征在于，该碳泡沫具有线状部和结合该线状部的结合部，碳含有率为51质量％以上，施加1.25MPa压缩载荷，静置1分钟之后，粉末脱落为10质量％以下。[2]一种碳泡沫，其特征在于，该碳泡沫具有线状部和结合该线状部的结合部，碳含有率为51质量％以上，至少一部分中，所述结合部的密度为30000个/mm3以上。[3]一种碳泡沫，其特征在于，该碳泡沫具有线状部和结合该线状部的结合部，至少一部分中，在以所述碳泡沫的厚度方向为x方向、与所述x方向垂直的方向为y方向、与所述x方向和所述y方向垂直的方向为z方向，将300μm×300μm×300μm的区域内含有的所述线状部的、相对于所述x方向的取向角度的平均值定义为θavex、相对于所述y方向的取向角度的平均值定义为θavey、相对于所述z方向的取向角度的平均值定义为θavez时，所述θavex、所述θavey、所述θavez中的最大值与最小值的差θc为3°以上。[4]根据[1]～[3]的任一项所述的碳泡沫，其中，相对着色力为5％以上且60％以下。[5]根据[1]～[4]的任一项所述的碳泡沫，其中，所述线状部的数量与所述结合部的数量的比例为1.2以上且1.7以下。[6]根据[5]所述的碳泡沫，其中，所述线状部的数量与所述结合部的数量的比例为1.4以上且1.5以下。[7]根据[1]～[6]的任一项所述的碳泡沫，其中，所述线状部的纤维状碳的平均直径为5μm以下。[8]根据[1]～[7]的任一项所述的碳泡沫，其中，根据粉末X射线衍射测定中的(002)面的衍射，微晶尺寸为1.50nm以上。[9]根据[1]～[8]的任一项所述的碳泡沫，其中，单轴压缩试验中，压缩至初始膜厚的40％后，释放载荷，在60秒以内恢复至初始膜厚的80％以上。[10]根据[1]～[9]的任一项所述的碳泡沫，其中，基于川端评价系统法的摩擦系数的平均偏差为0.006以下。[11]根据[1]～[10]的任一项所述的碳泡沫，其中，根据所述碳泡沫的真密度与所述线状部的所述纤维状碳的平均直径求出的比表面积为0.5m2/g以上。[12]一种膜电极复合体，其特征在于，其具备电解质膜、和位于该电解质膜的一面或两面上的[1]～[1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳泡沫，其特征在于，该碳泡沫具有线状部和结合该线状部的结合部，碳含有率为51质量％以上，施加1.25MPa压缩载荷，静置1分钟之后，粉末脱落为10质量％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.24 JP 2016-228110;2016.11.24 JP 2016-228111.一种碳泡沫，其特征在于，该碳泡沫具有线状部和结合该线状部的结合部，碳含有率为51质量％以上，施加1.25MPa压缩载荷，静置1分钟之后，粉末脱落为10质量％以下。2.一种碳泡沫，其特征在于，该碳泡沫具有线状部和结合该线状部的结合部，碳含有率为51质量％以上，至少一部分中，所述结合部的密度为30000个/mm3以上。3.一种碳泡沫，其特征在于，该碳泡沫具有线状部和结合该线状部的结合部，至少一部分中，在以所述碳泡沫的厚度方向为x方向、与所述x方向垂直的方向为y方向、与所述x方向和所述y方向垂直的方向为z方向，将300μm×300μm×300μm的区域内含有的所述线状部的、相对于所述x方向的取向角度的平均值定义为θavex、相对于所述y方向的取向角度的平均值定义为θavey、相对于所述z方向的取向角度的平均值定义为θavez时，所述θavex、所述θavey、所述θavez中的最大值与最小值的差θc为3°以上。4.根据权利要求1～3的任一项所述的碳泡沫，其中，相对着色力为5％以上且60％以下。5.根据权利要求1～4的任一项所述的碳泡沫，其中，所述线状部的数量与所述结合部的数量的比例为1.2以上且1.7以下。6.根据权利要求5所述的碳泡沫，其中，所述线状部的数量与所述结合部的数量的比例为1.4以上且1.5以下。7.根据权利要求1～6的任一项所述的碳泡沫，其中，所述线状部的纤维状碳的平均直径为5μm以下。8.根据权利要求1～7的任一项所述的碳泡沫，其中，根据粉末X射线衍射测定中的(002)面的衍射，微晶尺寸为1.50nm以上。9.根据权利要求1～8的任一项所述的碳泡沫，其中，单轴压缩试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下顺也，福永理美，铃木敦仁，高田省三，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP