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公開番号2024174360
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-17
出願番号2023092151
出願日2023-06-05
発明の名称カーボンナノチューブ成形体、電気化学的水分解用電極およびそれらの製造方法、電気化学的水分解装置
出願人株式会社日本トリム,国立大学法人東京大学
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類C01B 32/168 20170101AFI20241210BHJP(無機化学)
要約【課題】電気化学的水分解用電極の担体として用いたとしても比表面積、機械的強度などの十分な物性を備える新規なカーボンナノチューブ成形体およびそれを用いた電気化学的水分解用電極およびそれらの製造方法、電気化学的水分解装置を提供する。
【解決手段】カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ成形体であって、前記カーボンナノチューブ成形体の比表面積が700m²/g以上であり、前記カーボンナノチューブ成形体の細孔分布が3～15nmであり、前記カーボンナノチューブ成形体の引張強度が45MPa以上であり、前記カーボンナノチューブ成形体のヤング率が1600MPa以上である、カーボンナノチューブ成形体およびその製造方法。当該カーボンナノチューブ成形体と、前記カーボンナノチューブ成形体に担持された白金とを含む電気化学的水分解用電極およびその製造方法、当該電気化学的水分解用電極を備える電気化学的水分解装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ成形体であって、
前記カーボンナノチューブ成形体の比表面積が７００ｍ
２
／ｇ以上であり、
前記カーボンナノチューブ成形体の細孔分布が３～１５ｎｍであり、
前記カーボンナノチューブ成形体の引張強度が４５ＭＰａ以上であり、
前記カーボンナノチューブ成形体のヤング率が１６００ＭＰａ以上である、カーボンナノチューブ成形体。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記カーボンナノチューブ成形体における炭素の含有量が９８質量％以上である、請求項１に記載のカーボンナノチューブ成形体。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ成形体が、カーボンナノチューブシートである、請求項１に記載のカーボンナノチューブ成形体。
【請求項４】
比表面積が７００ｍ
２
／ｇ以上、細孔分布が３～１５ｎｍ、引張強度が４５ＭＰａ以上、ヤング率が１６００ＭＰａ以上であるカーボンナノチューブ成形体と、
前記カーボンナノチューブ成形体に担持された白金とを含む電気化学的水分解用電極。
【請求項５】
白金の担持量が１１～１５４μｇ／ｃｍ
２
の範囲内である、請求項４に記載の電気化学的水分解用電極。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブ成形体が、カーボンナノチューブシートであり、
前記カーボンナノチューブシートが、金属構造物の表面、または、炭素繊維もしくは炭素繊維からなる炭素繊維構造体の表面に担持されている、請求項４に記載の電気化学的水分解用電極。
【請求項７】
比表面積が７００ｍ
２
／ｇ以上、細孔分布が３～１５ｎｍ、引張強度が４５ＭＰａ以上、ヤング率が１６００ＭＰａ以上であるカーボンナノチューブ成形体と、前記カーボンナノチューブ成形体に担持された白金とを含む電気化学的水分解電極を備える、電気化学的水分解装置。
【請求項８】
電気化学的水分解用電極における白金の担持量が１１～１５４μｇ／ｃｍ
２
の範囲内である、請求項７に記載の電気化学的水分解装置。
【請求項９】
電気化学的水分解用電極における前記カーボンナノチューブ成形体が、カーボンナノチューブシートであり、
前記カーボンナノチューブシートが、金属構造物の表面、または、炭素繊維もしくは炭素繊維からなる炭素繊維構造体の表面に担持されている、請求項７に記載の電気化学的水分解装置。
【請求項１０】
カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ成形体の製造方法であって、
カーボンナノチューブ、分散剤および分散媒を含み、単糖類を含まない分散液と、セルロースナノファイバーを含み、単糖類を含まない溶液とを混合して、単糖類を含まない混合物を得る工程と、
得られた混合物を型に供給し、乾燥させて、カーボンナノチューブを含む固化物を得る工程と、
固化物を洗浄し、固化物から分散剤を除去する工程と、
固化物を焼成して、前記セルロースナノファイバーを炭化する工程と、
焼成後の固化物の表面に活性化処理を施す工程と
を含む、カーボンナノチューブ成形体の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ成形体、電気化学的水分解用電極およびそれらの製造方法、電気化学的水分解装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
水素を製造する方法として、水の電気分解（電気化学的水分解）が有望な方法として考えられている。水素製造における電気化学的水分解には、白金系触媒が最も効果的である。しかしながら、地球上の白金の埋蔵量は十分ではないため、高い効率を維持しながら担持量を減らす高度な方法が必要である。触媒の活性は触媒表面の活性サイトに依存するため、電極作製において担体材料が重要な役割を果たす。
【０００３】
近年、高い導電性、優れた熱伝導性、大きな比表面積等の優れた性質を有することから、カーボンナノチューブが注目を集めており、カーボンナノチューブを様々な形状に成形して、様々な製品に利用することが提案されている。たとえば、特開２０２２－１２１８６５号公報（特許文献１）には、カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ成形体であって、前記カーボンナノチューブ成形体の密度が、０．５５ｇ／ｃｍ
３
以上であり、前記カーボンナノチューブ成形体の比表面積が、５００ｍ
２
／ｇ以上であるカーボンナノチューブ成形体が提案されている。このカーボンナノチューブ成形体をシート状にしたカーボンナノチューブシートを上述の電極の担体として用いるためには、これまでよりもさらに優れた比表面積、機械的強度などの物性を備える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１２１８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、電気化学的水分解用電極の担体として用いたとしても比表面積、機械的強度などの十分な物性を備える新規なカーボンナノチューブ成形体およびそれを用いた電気化学的水分解用電極およびそれらの製造方法、電気化学的水分解装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ成形体であって、前記カーボンナノチューブ成形体の比表面積が７００ｍ
２
／ｇ以上であり、前記カーボンナノチューブ成形体の細孔分布が３～１５ｎｍであり、前記カーボンナノチューブ成形体の引張強度が４５ＭＰａ以上であり、前記カーボンナノチューブ成形体のヤング率が１６００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【０００７】
本発明のカーボンナノチューブ成形体において、前記カーボンナノチューブ成形体における炭素の含有量が９８質量％以上であることが好ましい。
【０００８】
本発明のカーボンナノチューブ成形体は、カーボンナノチューブシートであることが好ましい。
【０００９】
本発明はまた、比表面積が７００ｍ
２
／ｇ以上、細孔分布が３～１５ｎｍ、引張強度が４５ＭＰａ以上、ヤング率が１６００ＭＰａ以上であるカーボンナノチューブ成形体と、前記カーボンナノチューブ成形体に担持された白金とを含む電気化学的水分解用電極についても提供する。
【００１０】
本発明の電気化学的水分解用電極において、白金の担持量は１１～１５４μｇ／ｃｍ
２
の範囲内であることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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