[发明专利]碳材料及其制造方法、电化学电池、减氧装置和冰箱

说明书

技术领域

本实施方式涉及碳材料及其制造方法、电化学电池、减氧装置和冰箱。

背景技术

目前，公知的是用氮原子部分置换的碳材料成为燃料电池等的氧还原催化剂。其中，公知的是至少一部分含有纳米壳结构的碳粒子，以纤维状构成的碳催化剂。纤维状有利于燃料的气体及生成的水的扩散。但是，现有的维持纤维状形态的碳催化剂的活性点少，因此存在不能引入充分的电流的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2009-208061号公报

发明内容

发明要解决的课题

因此，实施方式的发明是提供能够导通大电流的碳材料。

用于解决课题的手段

实施方式的碳材料的特征在于，含有碳纤维，所述碳纤维具有柱状结构，所述柱状结构是由包括碳原子的一部分被氮原子置换了的结构的具有石墨烯骨架的碳化合物紧密地层叠而成，碳化合物的石墨烯骨架面相对于柱状结构的柱轴方向以5度以上80度以下的角度倾斜。

附图说明

图1是实施方式的碳材料的概念图；

图2是实施方式的碳材料的放大概念图；

图3是包含实施方式的碳材料的原子结构的示意图；

图4是在正极或负极使用了实施方式的碳材料的电化学电池的概念图；

图5是实施方式的减氧装置的概念图；

图6是实施方式的冰箱的概念图；

图7是实施例1的碳材料的扫描型电子显微镜(SEM)照片；

图8是实施例1的碳材料的透射型电子显微镜(TEM)照片；

图9是实施例1的碳材料其它部位的透射型电子显微镜(TEM)照片；

图10是实施例1的碳材料的透射型电子显微镜(TEM)高倍率照片；

图11是实施例1的碳材料其它部位的透射型电子显微镜(TEM)高倍率照片；

图12是实施例1的碳材料另外其它部位的透射型电子显微镜(TEM)高倍率照片；

图13是用于检查碳材料的氧还原活性的装置的示意图；

图14是实施例1和比较例1的碳材料的氧还原活性的测量曲线；

图15是比较例1的碳材料的扫描型电子显微镜(SEM)照片。

符号说明

10：柱状结构体、11：石墨烯面、12：柱轴方向、13：柱状面、21：单层石墨烯、22：磷化合物、23：金属粒子或金属离子、30：电化学电池、31：正极、32：电解质、33：负极、34：外部电路、40：减氧装置、41：减氧容器、42：正极区域、43：负极室、50：冰箱、51：冷藏室(蔬菜室)、60：用于检查氧还原活性的装置、61：烧瓶、62：硫酸溶液、63：氧气、64：旋转圆盘状玻碳电极、65：氧还原催化剂、66：碳配极、67：银/氯化银电极、68：电动机、69：恒电位仪、71：实施例1的碳材料的氧中的测量曲线、72：实施例1的碳材料的氮中的测量曲线、73：比较例1的碳材料的氧中的测量曲线、74：比较例1的碳材料的氮中的测量曲线

具体实施方式

以下，根据需要参照附图说明实施方式。实施方式的碳材料优选含有具有包含碳原子的一部分被氮原子置换了的结构的具有石墨烯骨架的碳化合物紧密地层叠的柱状结构的碳纤维，碳化合物的石墨烯骨架面相对于柱状结构的柱轴方向以5度以上80度以下的角度倾斜。

本实施方式的碳材料10如图1的概念图所示，实施方式的碳材料具有碳化合物11层叠的柱状结构体10。至少一部分碳化合物的石墨烯骨架的碳原子的一部分被氮原子置换，或碳原子与氧原子键合。符号13’表示放大柱状结构体的侧面区域13的概念图。柱状结构体的侧面区域13’的碳化合物11的石墨烯骨架面(以下，简称为石墨烯面)的特征在于具有相对于柱轴方向12分布在5度～80度之间的角度倾斜的石墨烯面。以下将石墨烯面的符号也记为11。石墨烯面是图1的概念图中的符号11的线段，根据线段和相对于柱轴的角度可知石墨烯面相对于柱轴方向12的角度。作为具有柱状结构体10的部件，可举出碳纤维。