专利名称：储氢碳材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及储氢碳材料，具体涉及具有改进的储氢容量的碳材料。
背景技术：
已对合金用作例如预期可应用于燃料电池车辆等中的储氢系统中的储氢材料的用途进行研究。但是，当使用储氢合金时，它的储氢容量不足。此外，取决于所用金属的种类，合金不仅耐久性低，而且在价格和储存方面也存在问题。另一方面，已对不产生资源耗费问题并且相对廉价的碳材料的使用进行了研究。例如，专利文献I描述一种碳材料，可通过将碳层之间的平均距离拓宽至0. 5nm或更高使所述碳层之间容纳氢来提高其储氢量。此外，专利文献2描述了活化的碳材料，因其孔直径大于或等于0. 3nm且小于或等于I. 5nm而具有增大的储氢量。 引用列表专利文献[专利文献1]JP 2005_41742A[专利文献2] JP 2003-171111A
发明内容
技术问题但是，不能就此断言迄今已研究的任何碳材料已具有足以实际用作储氢材料的储
氢容量。另一方面，本发明人特别关注与碳材料结构相关的两点，S卩，(I)适合于吸附氢分子的多孔结构，以及(2)适合于氢分子的解离反应的碳表面。本发明人独自进行了详细的研究，结果发现具有特定结构的碳材料可表现出高的储氢容量。由此发明人完成本发明。即，已针对上述问题完成本发明，本发明的目的是提供具有改进的储氢容量的储氢碳材料。解决方案解决上述问题的本发明的一个实施方案的储氢碳材料的总孔隙体积为0. 5cm3/g或更高，并且其每单位重量的总介孔体积与总微孔体积之比为5或更高。根据本发明，提供了具有改进的储氢容量的储氢碳材料。此外，所述储氢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％。由此可提供储氢容量有额外改进的储氢碳材料。另外，在通过三电极法中的工作电极使用所述储氢碳材料的计时电位分析法进行的电化学测定中，当相对于作为工作电极的所述储氢碳材料的阴极电流保持在1，000mA/g时，所述储氢碳材料可以具有-I. 28V或更高的稳定电位。由此提供具有更有效改进的储氢容量的储氢碳材料。应注意，本发明中使用的术语“稳定电位”是指当保持在l，000mA/g时的电流启动后，特定时间点的电位与自该时间点起10，000秒后的电位之差首次变为小于±0. 002V时的最低电位。此外，储氢碳材料可通过碳化包含有机物、金属和碳化的材料的原材料获得。本发明的有利效果根据本发明，可提供具有改进的储氢容量的储氢碳材料。
[图I]所示为根据本发明的实施方案的各实施例中的碳材料特征评价结果的说明图。[图2]所示为在根据本发明的实施方案的实施例中通过计时电位分析法进行的电化学测量的结果的实例的说明图。
具体实施方式
以下描述本发明的实施方案。应注意本发明不限于此实施方案。首先，描述本发明人的观点。碳材料储氢的机理是将氢分子吸附至该材料的表面。因此，具有易于在碳表面上吸附氢并且适合容纳被吸附的氢的具有多孔结构的碳材料被视为适合的储氢材料。鉴于前述，本发明人特别关注两点，S卩，(I)该碳材料应具有适合于吸附氢分子的多孔结构，以及(2)氢分子的解离反应应有效地在碳材料的碳表面上进行。本发明人自身经过仔细研究结果发现了基于上述储氢机理、可以在最大可能程度上运用储氢容量的碳材料。在此描述第(I)点。在碳材料中，存在于碳材料中的孔隙(直径小于IOOnm)用作吸附氢分子的位点。因此，随着碳材料的总孔隙体积增大，碳材料的储氢容量往往较高。但是，取决于总孔隙体积及其孔隙的尺寸分布，碳材料的储氢容量可以显著改变。鉴于前述，本发明人已仔细研究那些方面。结果，本发明人已发现，总孔隙体积为0. 5cm3/g或更高，且每单位重量的总介孔体积与总微孔体积之比(以下称为〃介孔/微孔比〃)为5或更高的碳材料具有优异的储氢容量。应注意在本发明中，微孔是直径小于2nm的孔隙,介孔是直径2nm或更大和50nm或更小的孔隙。此外，总孔隙体积根据例如利用氮气的BET法中的最大吸附进行计算。总介孔体积按照例如BJH法计算。总微孔体积按照例如MP法计算。传统上已知碳材料更有利于储氢，因其包含较大量的微孔(例如，具有较小的介孔/微孔比)。但是，本发明的发明人经过研究意外地揭示，介孔/微孔比大的碳材料表现
出高的储氢容量。虽然前述发现的原因尚不清楚，但是，考虑到例如氢进入碳材料的孔隙而后氢被吸附至所述孔隙的表面的作用机制，可推测介孔/微孔比大的碳材料会表现出高的储氢容量，因为与微孔相比，介孔可以更快速地达到氢的吸附平衡。所述储氢碳材料的总孔隙体积优选I. OcmVg或更高，更优选I. 5cm3/g或更高。当所述碳材料的总孔隙体积小于0. 5cm3/g时，该碳材料不能具有足够大的储氢容量。介孔/微孔比优选为10或更高，更优选15或更高。当所述碳材料的介孔/微孔比小于5时，所述碳材料不能具有足够大的储氢容量。接下来描述第⑵点。就氢在蒸气相中吸附至碳而言，当温度极高(例如，1,000° C或更高)时，建立由下式(I)表示的氢离解平衡。[化学式I]
权利要求
1.储氢碳材料，其总孔隙体积为0.5cm3/g或更高，并且每单位重量的总介孔体积与总微孔体积之比为5或更高。
2.权利要求I的储氢碳材料，其中所述储氢碳材料的氮含量大于或等于0.5重量％，且小于20重量％。
3.权利要求I或2的储氢碳材料，其中在通过三电极法中的工作电极使用所述储氢碳材料的计时电位分析法进行的电化学测定中，当相对于所述储氢碳材料的阴极电流保持在1，000mA/g时，所述储氢碳材料具有-I. 28V或更高的稳定电位。
4.权利要求1-3中的任一项的储氢碳材料，其中所述储氢碳材料通过包含有机物、金属和碳化的材料的原材料的碳化而制得。
全文摘要
提供了具有改进的储氢容量的储氢碳材料。所述储氢碳材料的总孔隙体积为0.5cm3/g或更高，其每单位重量的总介孔体积比总微孔体积之比为5或更高。此外，所述储氢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，在通过三电极法中的工作电极使用所述储氢碳材料的计时电位分析法进行的电化学测定中，当相对于所述储氢碳材料的阴极电流保持在1,000mA/g时，所述储氢碳材料具有-1.28V或更高的稳定电位。
文档编号C01B3/00GK102770371SQ20118001101
公开日2012年11月7日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年2月26日
发明者大岛康弘, 小林里江子, 尾崎纯一, 岸本武亮, 平安希子, 熊谷治夫, 藤井千弘 申请人:国立大学法人 北海道大学, 国立大学法人群马大学, 日清纺控股株式会社