[发明专利]氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯、使用它们的电器设备、制造它们的方法以及电渗析设备

说明书

技术领域

本发明涉及氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯以及使用这些材料的各种电器设备。

背景技术

石墨烯被定义为单层厚的sp²键碳原子的薄片，该sp²键碳原子形成蜂窝状六方晶格。严密地说，石墨烯如上述那样被定义，但是在本说明书中，由层叠有至多100层的上述薄片构成的碳膜也被称为石墨烯。

石墨烯可以通过各种方法制造。其中Hummers法是简便的方法，因此对该方法已进行了大量的研究(参照专利文件1及专利文件2)。在Hummers法中，首先使用氧化剂将石墨氧化。作为氧化剂使用过锰酸钾，通常同时添加硫酸等酸以促进氧化作用。

被氧化的石墨(氧化石墨)保持层状结构，但是其层间间隔比石墨的层间间隔大，由此通过超声波处理等可以容易破坏层状结构，从而可以获得被氧化的石墨烯(氧化石墨烯)。所获得的氧化石墨烯可能具有至少一片的碳原子的薄片。

将氧化石墨烯以薄膜状形成在适当的物体表面，并使氧化石墨烯还原，来可以形成非常薄的碳膜(石墨烯)。

[参考文件]

专利文件1美国专利申请公开第2007／0131915号说明书

专利文件2美国专利申请公开第2010／0303706号说明书

专利文件3美国专利第3705846号说明书

专利文件4美国专利第6495013号说明书

发明内容

如上所述，Hummers法是不需要昂贵的设备的方法，由此在工业上有前途。然而，为了准备实用性氧化石墨，如下所述那样，在精制工序中需要大量的时间、人力和资源。

如上所述，在将石墨氧化而获得的溶液中，溶解有各种离子。在很多情况下，这些离子是不要的物质，这些离子可能会使所获得的石墨烯的特性恶化，所以需要分离去除这些离子。为了分离离子，通常需要反复进行如下工序：用纯水稀释溶液；以离心分离使溶液分离；然后去除澄清部分。在利用该方法时，不容易进行连续生产，并且需用大量的纯水。

另一方面，作为从氧化石墨溶液分离离子的技术，已提出了渗析法(参照专利文件2)。当使用渗析法时，可以省去用纯水稀释氧化石墨溶液的工序，但是，在该专利文件2中没有公开高效的渗析法。

鉴于上述问题，本发明的一实施方式的目的在于提供一种批量生产性高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯的制造方法以及该制造方法所需要的设备等。本发明的一实施方式的目的在于提供一种利用氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯而形成的电器设备。本发明的一实施方式的目的在于提供一种具有特殊组成等的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯。本发明的一实施方式的目的在于提供一种新颖的电器设备。

本发明的一实施方式是一种氧化石墨的制造方法，包括如下步骤：在溶液中将石墨氧化；以将溶液中的氢离子浓度降低到pH3以下的方式添加酸；以及通过电渗析从溶液中去除阳离子。作为酸也可以使用盐酸。

另外，本发明的一实施方式是一种氧化石墨的制造方法，包括如下步骤：在溶液中将石墨氧化；以将溶液中的氢离子浓度调节为pH6至pH8的方式添加pH调节剂；以及通过电渗析从溶液中去除阳离子及阴离子。

另外，本发明的一实施方式是一种氧化石墨的制造方法，包括如如下步骤：在溶液中将石墨氧化；以将溶液中的氢离子浓度调节为pH6至pH8的方式添加pH调节剂；从溶液中去除阳离子及阴离子的第一电渗析；以及使用去除阳离子的双极膜的第二电渗析。

在上述方式中，作为pH调节剂也可以使用氢氧化锂或氢氧化铵。

另外，本发明的一实施方式是一种氧化石墨烯的制造方法，其中对利用上述方法制造的氧化石墨进行超声波处理。

另外，本发明的一实施方式是一种石墨烯的制造方法，其中使利用上述方法制造的氧化石墨烯还原。

利用上述方法制造的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯可用于各种电器设备。该电器设备例如为蓄电装置。此外，该蓄电装置例如为以离子为载流子的二次电池。作为以离子为载流子的二次电池，例如可以举出锂离子二次电池、钠硫二次电池，但不局限于此。

另外，本发明的一实施方式是一种电渗析设备，包括：阳极；阴离子交换膜；阳离子交换膜；以及阴极，其中，在阳极与阳离子交换膜之间设置有阴离子交换膜，在阴极与阴离子交换膜之间设置有阳离子交换膜，对阳离子交换膜与阴离子交换膜之间注入包含氧化石墨和阴离子且其氢离子浓度为pH3以下的溶液。