碳催化剂、电池电极和电池制造技术

提供了各自具有优异催化活性和优异耐久性的碳催化剂、电池电极和电池。所述碳催化剂具有碳结构，其中所述碳结构通过使用衍射角2θ为24.0

【技术实现步骤摘要】
碳催化剂、电池电极和电池
[0001]本申请是申请日为2018年7月3日的名称为“碳催化剂、电池电极和电池”的申请号为201880046591.2的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及碳催化剂、电池电极和电池。

技术介绍

[0003]当前，作为燃料电池的电极的催化剂，而使用铂催化剂。然而，有许多问题需要解决。例如，铂的储量是有限的。在聚合物电解质燃料电池(PEFC)中，铂的使用增加了成本。因此，已经开发了不使用铂的替代技术。
[0004]具体而言，例如，在专利文献1中，描述了用于燃料电池的电极催化剂，其由通过碳化含有过渡金属的离子交换树脂而获得的碳化材料形成，并且其中各自具有平均粒径为10至20nm的壳状结构的许多碳颗粒以非聚集状态而组装。
[0005]引文清单
[0006]专利文献[PTL 1]JP 2007
‑
207662 A
[0007]专利技术概述
[0008]技术问题
[0009]然而，迄今为止，难以获得具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂。
[0010]鉴于上述问题而进行了本专利技术，并且本专利技术的目的之一是提供各自具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂、电池电极和电池。
[0011]问题的解决方案
[0012]为了解决上述问题，一方面，根据本专利技术一个实施方案的碳催化剂包含碳结构，其中所述碳结构通过使用2θ为24.0
°±
4.0
°
处的衍射峰f
宽
的Bragg(布拉格)角而计算的微晶尺寸Lc落入0.80nm以上且1.20nm以下的范围内，所述衍射峰f
宽
是通过将在由使用CuKα射线的粉末X射线衍射获得的X射线衍射图中在衍射角2θ为26
°
附近的衍射峰进行分离获得的。并且显示出，在包括在25至1200℃温度下测量二氧化碳解吸量的程序升温解吸方法中，在650至1200℃的温度范围内的二氧化碳解吸量为97μmol/g以下。根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂。
[0013]为了解决上述问题，另一方面，根据本专利技术一个实施方案的碳催化剂包含碳结构，其中所述碳结构通过使用2θ为24.0
°±
4.0
°
处的衍射峰f
宽
的布拉格角而计算的微晶尺寸Lc落入0.80nm以上且1.20nm以下的范围内，所述衍射峰f
宽
是通过将在由使用CuKα射线的粉末X射线衍射获得的X射线衍射图中在衍射角2θ为26
°
附近的衍射峰进行分离获得的。并且显示出，在包括在25至1200℃温度下测量一氧化碳解吸量和二氧化碳解吸量的程序升温解吸方法中，在650至1200℃的温度范围内的一氧化碳解吸量和二氧化碳解吸量的总和为647μmol/g以下。根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂。
[0014]为了解决上述问题，还是另一方面，根据本专利技术一个实施方案的碳催化剂包含碳结构，其中所述碳结构通过使用2θ为24.0
°±
4.0
°
处的衍射峰f
宽
的布拉格角而计算的微晶尺寸Lc落入0.80nm以上且1.20nm以下的范围内，所述衍射峰f
宽
是通过将在由使用CuKα射线的粉末X射线衍射获得的X射线衍射图中在衍射角2θ为26
°
附近的衍射峰进行分离获得的。并且显示出，在包括在25至1200℃温度下测量一氧化碳解吸量的程序升温解吸方法中，在650至1200℃的温度范围内的一氧化碳解吸量为549μmol/g以下。根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂。
[0015]此外，所述碳催化剂可以包括碳结构，其显示出在包括在25至1200℃温度下测量一氧化碳解吸量和二氧化碳解吸量的程序升温解吸方法中，在650至1200℃的温度范围内的一氧化碳解吸量和二氧化碳解吸量的总和为647μmol/g以下。此外，所述碳催化剂可以包括碳结构，其显示出在包括在25至1200℃温度下测量一氧化碳解吸量的程序升温解吸方法中，在650至1200℃的温度范围内的一氧化碳解吸量为549μmol/g以下。
[0016]另外，所述碳催化剂可以包括碳结构，其显示出在通过拉曼光谱法而获得的拉曼光谱中，在1580cm
‑1附近的G带和在1360cm
‑1附近的D带之间的最小强度与G带的强度之比为0.30或更大和0.49或更小。此外，所述碳催化剂可以包括碳结构，其显示出在通过拉曼光谱法而获得的拉曼光谱中，在1360cm
‑1附近的D带的半高宽为179cm
‑1以下。此外，所述碳催化剂可以包括碳结构，其显示出在通过拉曼光谱法而获得的拉曼光谱中，在1580cm
‑1附近的G带的半高宽为80cm
‑1以下。
[0017]此外，所述碳催化剂可以包括金属。此外，所述碳催化剂可以包括通过BET法而测量的比表面积为800m2/g或更大的碳结构。另外，所述碳催化剂可以包括碳结构，其氮原子浓度与碳原子浓度的比率为2.0％以上，该氮原子浓度和碳原子浓度通过X射线光电子能谱法而测定。此外，所述碳催化剂可以包括通过基于燃烧方法的元素分析而测量的氮原子含量为1.5重量％以上的碳结构。
[0018]此外，当通过使用旋转环盘电极装置而进行电位扫描而获得的氧还原伏安图中，当
–
10μA/cm2的还原电流流过时，所述碳催化剂的电压可以为0.810V(相对于NHE)或更高，其中所述旋转环盘电极装置包括含有碳催化剂的工作电极。此外，当通过使用旋转环盘电极装置而进行电位扫描而获得的氧还原伏安图中，在施加0.7V(相对于NHE)的电压时，所述碳催化剂的电流密度可以为
–
1.0mA/cm2以下，其中所述旋转环盘电极装置包括含有碳催化剂的工作电极。
[0019]此外，关于在第五个循环的伏安图中，由在1.0V至0.0V的电位扫描时间下的曲线和在0.0V至1.0V的电位扫描时间下的曲线而包围的区域的面积，该伏安图是通过使用旋转环盘电极装置在0.0V至1.0V(相对于NHE)内进行五个周期的电位扫描而获得，其中所述旋转环盘电极装置包括含有碳催化剂的工作电极，在耐久性试验的每次开始时间和结束时间中，通过使用旋转环盘电极装置而将施加1.2V(相对于RHE)电压的状态持续10分钟，所述碳催化剂可以表现出5.70
×
10
‑5A
·
s以下的面积增加量，该面积增加量是通过从耐久性开始时的面积减去耐久性试验结束时的面积而获得。
[0020]此外，关于在通过使用旋转环盘电极装置进行电位扫描而得到的氧还原伏安图中，在施加0.7V(相对于NHE)的电压时的电流密度(mA/cm2)，其中所述旋转环盘电极装置包括含有碳催化剂的工作电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.包含载体的碳催化剂，其中所述载体包含碳结构，所述碳结构通过使用衍射角2θ为24.0
°±
4.0
°
的衍射峰f
宽
的布拉格角计算出的微晶尺寸Lc落入0.80nm以上且1.20nm以下的范围内，所述衍射峰f
宽
是通过将在由使用CuKα射线的粉末X射线衍射获得的X射线衍射图样中在衍射角2θ为26
°
附近的衍射峰进行分离获得的，并且所述碳结构显示出在包括在从25℃至1,200℃的温度范围内测量二氧化碳解吸量的程序升温解吸法中在从650℃至1,200℃的温度范围内的二氧化碳解吸量为97μmol/g以下，所述载体上负载有选自铂、钌、铑、钯、铱、金和锇中的一种或多种金属。2.包含载体的碳催化剂，其中所述载体包含碳结构，所述碳结构通过使用衍射角2θ为24.0
°±
4.0
°
的衍射峰f
宽
的布拉格角计算出的微晶尺寸Lc落入0.80nm以上且1.20nm以下的范围内，所述衍射峰f
宽
是通过将在由使用CuKα射线的粉末X射线衍射获得的X射线衍射图样中在衍射角2θ为26
°
附近的衍射峰进行分离获得的，并且所述碳结构显示出在包括在从25℃至1,200℃的温度范围内测量一氧化碳解吸量和二氧化碳解吸量的程序升温解吸法中在从650℃至1,200℃的温度范围内的一氧化碳解吸量和二氧化碳解吸量的总和为647μmol/g以下，所述载体上负载有选自铂、钌、铑、钯、铱、金和锇中的一种或多种金属。3.根据权利要求1所述的碳催化剂，其中所述载体所包含的所述碳结构显示出在包括在从25℃至1,200℃的温度范围内测量一氧化碳解吸量和二氧化碳解吸量的程序升温解吸法中在从650℃至1,200℃的温度范围内的一氧化碳解吸量和二氧化碳解吸量的总和为647μmol/g以下。4.包含载体的碳催化剂，其中所述载体包含碳结构，所述碳结构通过使用衍射角2θ为24.0
°±
4.0
°
的衍射峰f
宽
的布拉格角计算出的微晶尺寸Lc落入0.80nm以上且1.20nm以下的范围内，所述衍射峰f
宽
是通过将在由使用CuKα射线的粉末X射线衍射获得的X射线衍射图样中在衍射角2θ为26
°
附近的衍射峰进行分离获得的，并且所述碳结构显示出在包括在从25℃至1,200℃的温度范围内测量一氧化碳解吸量的程序升温解吸法中在从650℃至1,200℃的温度范围内的一氧化碳解吸量为549μmol/g以下，所述载体上负载有选自铂、钌、铑、钯、铱、金和锇中的一种或多种金属。5.根据权利要求1至3之一所述的碳催化剂，其中所述载体所包含的所述碳结构显示出在包括在从25℃至1,200℃的温度范围内测量一氧化碳解吸量的程序升温解吸法中在从650℃至1,200℃的温度范围内的一氧化碳解吸量为549μmol/g以下。6.根据权利要求1至4之一所述的碳催化剂，其中所述载体所包含的所述碳结构显示出在通过拉曼光谱法获得的拉曼光谱中在1,580cm
–1附近的G带与在1,360...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤铁太郎，窪田裕次，岸本武亮，成塚久美，镰田浩司，小林义和，
申请(专利权)人：日清纺控股株式会社，
类型：发明
国别省市：