碳泡沫、复合体和制造方法技术

碳泡沫包含碳纤维。碳纤维的纤维直径在任意20个位置中的90％以上的位置落在平均纤维直径的±20％以内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳泡沫、复合体和制造方法相关申请的相互援引本申请主张于2018年8月31日在日本提出申请的日本特愿2018-163652的优先权，将该在先申请的全部公开内容作为参考而援引至此。
本专利技术涉及碳泡沫，尤其涉及均质的碳泡沫。
技术介绍
碳泡沫是通过例如将三聚氰胺树脂泡沫(发泡体)在非活性气体气氛中进行热处理使其碳化而得到的材料(例如参照专利文献1)，因其多孔性、柔软性和电特性而用于各种用途。该碳泡沫在因纤维直径细而比表面积大的方面以及具有纤维全部相连而成的一体结构的方面与一般的碳纤维无纺布存在明显差异。例如，专利文献2中记载了使用碳泡沫来作为在高温或使用化学溶剂的特殊条件下使用的过滤器。此外，专利文献3中记载了使用碳泡沫来作为即使在高温下也具有高绝热性的绝热材料。进而，专利文献4中记载了使用碳泡沫来作为电活性和导电性高的电极。此外，专利文献5中记载了一种大面积且具有良好特性的碳泡沫的制造方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平4-349178号公报专利文献2：日本特开2002-326871号公报专利文献3：日本特开2004-217446号公报专利文献4：日本特开平9-167621号公报专利文献5：国际公开2018/096895号单行本
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，将碳泡沫用作上述那样的电极时，大多以某种程度的大小来制作电池单元，需要电池单元电阻良好的碳泡沫。此外，将碳泡沫用作大口径的过滤器时，也需要既确保必要的阻止性能又具有良好透过性能的碳泡沫。然而已明确：若利用上述专利文献1中记载的方法来制造碳泡沫，则碳泡沫的结构产生不均，无法制造具有良好的电池单元电阻性的碳泡沫、具有良好阻止性能和透过性能的碳泡沫。因而，本专利技术的目的在于，提供整体而言均质的碳泡沫。用于解决问题的方案本专利技术人等针对解决上述课题的方法进行了深入研究。如上所述，已明确：通过专利文献1的方法难以制作整体而言均质的碳泡沫。因而，本专利技术人等为了确定整体而言均质的碳泡沫的制作方法，针对在利用专利文献1的方法制作碳泡沫时变得不均质的机理进行了分析、研究。在制作碳泡沫时，将成为原料的树脂泡沫在非活性气体气氛下或者真空中进行碳化的理由主要在于，防止空气中所含的氧与通过碳化而得到的碳纤维发生反应从而碳纤维焚毁。可以认为：专利文献1的方法中，尽管这种碳纤维的焚毁得以防止，但仍然因部分的焚毁而发生不均质化。因而，本专利技术人等详细调查了专利文献1的方法中发生不均质化的原因。其结果，可明确不均质化的原因在于，在将作为原料的树脂泡沫加热时，从树脂泡沫中产生脱离气体，该脱离气体作为活性气体而发挥功能，与碳纤维反应而发生分解。认为：在制作碳泡沫时，树脂泡沫的内部产生的分解性脱离气体在向泡沫结构外扩散之前，先与碳纤维反应而部分分解，并发生不均质化。因而，本专利技术人等针对不发生上述不均质化地制造碳泡沫的条件进行了深入研究。其结果发现：在将树脂泡沫加热使其碳化时，在分解性脱离气体的产生量多的温度区域中，对热处理炉内进行减压排气，促进在树脂泡沫的内部产生的分解性脱离气体向泡沫结构外扩散是极其有效的，从而完成了本专利技术。此外，本专利技术的碳泡沫中的碳的纤维直径细且表面积大，呈现碳纤维三维连续而得的结构，适合于电子的迁移与性能有关的电极等用途。例如，可以用于氧化还原液流电池、固体高分子膜水分解装置、直接甲醇燃料电池等各种用途。这些电池的电极通常是在离子交换膜的两面配置多孔电极，并进一步在其外侧配置有集电板的结构，确保电极与集电板的电接触会对电池性能产生较大影响。通过使用使本专利技术的均质碳泡沫与离子交换膜接合而成的膜电极复合体，能够充分确保电极表面与集电板的接触，能够形成电池单元电阻低的良好电池，从而完成了本专利技术。即，本专利技术如下所示。[1]一种碳泡沫，其为包含碳纤维的碳泡沫，前述碳纤维的纤维直径在任意20个位置中的90％以上的位置落在平均纤维直径的±20％以内。[2]一种碳泡沫，其为包含碳纤维的碳泡沫，在表面的任意5个位置中的每3cm×3cm的单位面积的重量落在每单位面积的重量的平均值的±50％以内。[3]根据[1]或[2]所述的碳泡沫，其具有150cm2以上的表面。[4]根据[1]～[3]中任一项所述的碳泡沫，其中，前述碳纤维的平均纤维直径为0.1μm以上且5.0μm以下。[5]根据[1]～[4]中任一项所述的碳泡沫，其中，通过基于X射线光电子能谱法的表面分析而测定的碳原子之中，石墨的比例为70at％以上且80at％以下。[6]根据[1]～[5]中任一项所述的碳泡沫，其中，通过基于X射线光电子能谱法的表面分析而测定的碳原子之中，具有羟基的碳原子的比例为5at％以上且15at％以下。[7]根据[1]～[6]中任一项所述的碳泡沫，其中，通过基于X射线光电子能谱法的表面分析而测定的碳原子之中，构成羰基的碳原子的比例为9at％以上且15at％以下。[8]根据[1]～[7]中任一项所述的碳泡沫，其中，通过基于X射线光电子能谱法的表面分析而测定的碳原子之中，构成羧基的碳原子的比例为0.1at％以上且5.0at％以下。[9]一种复合体，其是在具有第一表面和第二表面的离子交换膜的至少1个表面粘接[1]所述的碳泡沫的至少一部分而得的层叠体。[10]根据[9]所述的复合体，其中，2片以上的前述碳泡沫粘接于前述离子交换膜的1个表面。[11]根据[9]所述的复合体，其是在前述第一表面和前述第二表面粘接有前述碳泡沫的层叠体。[12]根据[9]所述的复合体，其是前述碳泡沫的表面的30％以上粘接于前述离子交换膜的层叠体。[13]根据[9]所述的复合体，其中，2片以上的前述碳泡沫粘接于前述离子交换膜的1个表面，在前述2片以上的碳泡沫之中，相互邻接的2片碳泡沫之间的空隙为10mm以下。[14]根据[9]所述的复合体，其中，2片以上的前述碳泡沫粘接于前述离子交换膜的1个表面，在前述2片以上的碳泡沫之中，相互邻接的2片碳泡沫之间的空隙比例为5％以下。[15]根据[9]所述的复合体，其中，前述离子交换膜的膜厚为1μm以上且100μm以下。[16]根据[9]所述的复合体，其中，前述离子交换膜的膜厚在平均膜厚的±20％以内。[17]根据[9]所述的复合体，其中，在前述碳泡沫与前述离子交换膜的粘接面中，该碳泡沫向该离子交换膜埋入的埋入深度为5μm以下。[18]根据[9]所述的复合体，其中，碳表面的氧化状态不同的2片以上的前述碳泡沫粘接于前述离子交换膜的至少一个表面。[19]一种[9]所述的复合体的制造方法，其中，在前述离子交换膜的Tg+50℃以下的温度条件下，使前述离子交换膜与前述碳泡沫进行热压接。专利技术的效果根据本专利技术，可提供整体而言均质的碳泡沫。附图说明图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳泡沫，其为包含碳纤维的碳泡沫，/n所述碳纤维的纤维直径在任意20个位置中的90％以上的位置落在平均纤维直径的±20％以内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180831 JP 2018-1636521.一种碳泡沫，其为包含碳纤维的碳泡沫，
所述碳纤维的纤维直径在任意20个位置中的90％以上的位置落在平均纤维直径的±20％以内。


2.一种碳泡沫，其为包含碳纤维的碳泡沫，
在表面的任意5个位置中的每3cm×3cm的单位面积的重量落在每单位面积的重量的平均值的±50％以内。


3.根据权利要求1或2所述的碳泡沫，其具有150cm2以上的表面。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的碳泡沫，其中，所述碳纤维的平均纤维直径为0.1μm以上且5.0μm以下。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的碳泡沫，其中，通过基于X射线光电子能谱法的表面分析而测定的碳原子之中，石墨的比例为70at％以上且80at％以下。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的碳泡沫，其中，通过基于X射线光电子能谱法的表面分析而测定的碳原子之中，具有羟基的碳原子的比例为5at％以上且15at％以下。


7.根据权利要求1～6中任一项所述的碳泡沫，其中，通过基于X射线光电子能谱法的表面分析而测定的碳原子之中，构成羰基的碳原子的比例为9at％以上且15at％以下。


8.根据权利要求1～7中任一项所述的碳泡沫，其中，通过基于X射线光电子能谱法的表面分析而测定的碳原子之中，构成羧基的碳原子的比例为0.1at％以上且5.0at％以下。


9.一种复合体，其是在具有第一表面和第二表面的离子交换膜的至少一个表面粘接权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金田由香，铃木敦仁，山下顺也，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP