JP7441855B2 - 電気活性化により高度に活性化された電極の製造方法 - Google Patents
電気活性化により高度に活性化された電極の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7441855B2 JP7441855B2 JP2021560318A JP2021560318A JP7441855B2 JP 7441855 B2 JP7441855 B2 JP 7441855B2 JP 2021560318 A JP2021560318 A JP 2021560318A JP 2021560318 A JP2021560318 A JP 2021560318A JP 7441855 B2 JP7441855 B2 JP 7441855B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbonaceous
- electrode
- biochar
- wafer
- pores
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 72
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 title description 27
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 75
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 61
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 42
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 3
- 239000011269 tar Substances 0.000 claims description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 claims description 2
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims 2
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N Pyrrolidine Chemical class C1CCNC1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 claims 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 claims 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims 1
- 150000004693 imidazolium salts Chemical class 0.000 claims 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical group CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- AEXDMFVPDVVSQJ-UHFFFAOYSA-N trifluoro(trifluoromethylsulfonyl)methane Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)C(F)(F)F AEXDMFVPDVVSQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 27
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 27
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 24
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 17
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 14
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 11
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 5
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 5
- 241000894007 species Species 0.000 description 5
- 241000270728 Alligator Species 0.000 description 4
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000002149 hierarchical pore Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910000619 316 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 150000001723 carbon free-radicals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001821 foam rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000008040 ionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HDMKAUUMGFGBRJ-UHFFFAOYSA-N iron;dihydrate Chemical compound O.O.[Fe] HDMKAUUMGFGBRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 description 1
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 description 1
- 235000002867 manganese chloride Nutrition 0.000 description 1
- 229940099607 manganese chloride Drugs 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000021309 simple sugar Nutrition 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
- H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
- H01M4/0452—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation from solutions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/44—Raw materials therefor, e.g. resins or coal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8807—Gas diffusion layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8853—Electrodeposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
あるいは、電極のチャネル、壁及び細孔内の全表面積において見出されるかのどちらかである。
100… 電気活性化によって処理される一対の電極のための開示された方法の実施のための全体的な装置構成である。
105… 直流電源、以下、電源という。例示的な実施形態では、直流電源がTekPower Model TP3005T 直流電源である。
106… 電源装置 (105) の電圧出力とアンペア電流出力のデジタルディスプレイである。
107…電源装置(105)の電圧出力調整である。
108…電源装置(105)のアンペア数の出力調整である。
109…電源の正電圧端子(105)である。
110…電源の負電圧端子(105)である。
111…電圧極性反転装置(112)に入力される刺激である。刺激は、電圧極性反転装置(112)内から生じ得るか、又は電圧極性反転装置(112)の外部にあり得る。
112の出力端子はA、Bとラベル付けされ、電圧極性反転装置(112)が(111)によって操作されていないか、又は(111)によって刺激されていないとき、「A」端子は正の電圧を提供し、「B」端子は直流電源(105)から供給される負の電圧を提供する。
さらに、電圧極性反転装置(112)がアクティブ状態((111)によって操作されるか、又は(111)によって刺激される)にあり、装置(112)がその電圧極性反転機能を実行するとき、「B」端子は正の電圧を提供する。「A」端子は、直流電源(105)によって供給される負電圧を提供する。
116…拡大図及び描写のための概略図形領域であって、(115)に示される装置の更なる詳細を提供する。(116)内の詳細は更に、電圧極性反転装置(112)が休止位置にあり、(111)によって刺激されない場合の分極状態としての電極(150)及び(151)並びにファスナ・クリップ(125)及び(135)を描いている。これにより、ファスナ・クリップ(125)及び電極(150)に正の電圧を、又はファスナ(135)及び電極(151)に負の電圧を与える。
125…「A」極性電極(150)を保持するアセンブリの「A」電圧導電性ファスナークリップである。導電性ワイヤ(120)も、導電性ファスナクリップ(125)も、電解質(142)と接触していないことを観察する。
130…電源(105)の負極性端子(110)から電圧極性切替装置(112)の負電圧入力への負電圧ワイヤ導線である。
135…「B」極性電極(151)を保持するアセンブリの「B」電圧導電性ファスナークリップである。導電性ワイヤ(130)も導電性ファスナークリップ(135)も、電解質(142)とは接触していないことを観察する。
140…非導電性材料で作られた電解液槽容器である。
142…電解槽容器(140)内の電解液である。
145…電解液(142)を横切って電極(150)と(151)との間で生じる水の電気分解の基本的な電気化学反応の注釈である。
146…電圧極性反転装置(112)が非刺激状態にあるという事実のために、(150)が正極性電極として示されているという理解の下で、(150)として本明細書に示される正極性電極に誘引される水の電気分解(145)の間に形成される負に帯電されたイオンである。
147…電圧極性反転装置(112)が非刺激状態にあるという事実のために、(151)が負極性電極として示されているという理解の下で、負極性電極(151)に誘引される水の電気分解(145)の間に形成される正に帯電されたイオンである。
150…開示された実施形態による電極活性化を受ける「A」極性モノリシックバイオチャー電極である。
151…開示された実施形態による電極活性化を受ける「B」極性モノリシックバイオチャー電極である。
図1Bに概略的に示される例示的なセットアップを参照すると、以下の構成要素は、以下のように特定される。
160…電気活性化によって処理される複数対の電極(150、151)のための開示された方法の実施のための全体的な装置構成である。各ファスナークリップは、図1に示すものよりも大きいか又は長くされ、これにより各極性の複数の電極を保持する。ここでは、各極性「A」、「B」の1つのファスナークリップのみが使用されるという制限を伴っている。
図1Cに概略的に示される例示的なセットアップを参照すると、以下の構成要素は、以下のように特定される。
180…複数対の電極のための開示された方法の実行のための全体的な装置セットアップである。各ファスナークリップは、各極性の2つ以上の電極を保持するように、図1Aに示されるよりも大きく、又は長くされている。各極性の多数のファスナークリップが使用される延長部が備えられている。平行なファスナークリップの配置では、割り当てられた極性が、配置に沿って、1つのファスナークリップレールから次のファスナークリップレールに交互となる。
図1Dに概略的に示される例示的なセットアップを参照すると、以下の構成要素は、以下のように特定される。
190…電気活性化によって処理される一対の電極のための開示された方法の実施のための全体的な装置セットアップである。電極は、導電性ファスナークリップ単独では、電極を電解液槽中に浸漬して支持し保持するのに十分でなく、従って追加の支持体(191)を必要とし得るように、有意なサイズ及び重量であり得る。
191…導電性ファスナークリップから懸架される電極に機械的支持を提供する非導電性材料の付加された支持装置である。そのような支持体(191)を付加することにより、重量応力による電極の破損を防止する。支持体(191)はさらに、電極(150)、(151)を電解液槽(140)内に懸架するのを助けるために、他の外部支持装置(図示せず)に接続される。
200…本明細書中に開示される処理から得られるモノリシック炭素質バイオチャー電極材料の表面及び内部本体の拡大画像を示す、SEM画像の全体的な描写である。画像200は、開示された炭素質バイオチャーモノリシックウェーハ(210)を示す。
210…任意の水蒸気活性化工程を用いて高温炉で処理された一般的な水蒸気-炭素反応によって活性化されたモノリシック炭素質バイオチャー電極材料の結果のSEM画像である。
211…SEMスクリーン画像(210)を強調するグラフィック注釈であり、10ミクロンの長さ寸法に対するスクリーン画像に関連する相対スケールを示す。
212… SEM画面画像(210)上に表示されるSEMからのデータで、1320倍の画像の倍率を示す。
250…符号250は、開示された炭素質バイオチャーモノリシックウェーハ(260)のSEM画像を示す。その中のSEM画像の全体的な描写は、この実施形態において開示される処理から得られるモノリシック炭素質バイオチャー電極材料の表面及び内側本体の拡大画像を示す。
261…10ミクロンの長さ寸法に対するスクリーン画像に関連する相対スケールを示す、SEMスクリーン画像(260)を強調するグラフィック注釈である。
262…SEM画面画像(260)上において、1000倍の画像の倍率を示すSEMからのデータである。
310…1000倍の倍率で見た、開示された方法によって処理された、開示されたモノリシック炭素質バイオチャー電極の細孔及びチャネルの内部構造のSEM画像である。
さらに、続いて320で示される、さらなる拡大のためのズーム領域を示すグラフィック描写(ブラックボックス及び矢印)である。さらに、SEMスクリーン画像に対する10ミクロンの基準長さを示す、SEMスクリーンキャプチャ上のSEM画像の相対寸法を強調するグラフィック描写(黒丸)である。画像310において、優先的なグラフェン及びグラファイトの自己組織化した小板及び構造は、処理されたバイオチャーの画像上にファジーな表面としてのみ現れることに留意されたい。
320…開示された方法によって処理された、開示されたモノリシック炭素質バイオチャー電極の孔及びチャネルの内部構造のSEM画像を、5000倍の倍率で見たものである。さらに、330で後に示される、さらなる拡大のためのズーム領域を示すグラフィック描写(黒いボックス及び矢印)である。さらに、SEMスクリーン画像に対する基準長さ1ミクロンを示す、SEMスクリーンキャプチャ上のSEM画像の相対寸法を強調するグラフィック描写(黒丸)である。画像320において、優先的なグラフェン及びグラファイトの自己組織化した小板及び構造は、処理されたバイオチャーの画像上にファジーな表面としてのみ現れることに留意されたい。
330…開示された方法によって処理された、開示されたモノリシック炭素質バイオチャー電極の細孔及びチャネルの内部構造のSEM画像を、倍率20000倍で見たものである。さらに、後に340で示される、さらなる拡大のためのズーム領域を示すグラフィック描写(ブラックボックス及び矢印)である。さらに、SEMスクリーン画像に対する基準長さ1ミクロンを示す、SEMスクリーンキャプチャ上のSEM画像の相対寸法を強調するグラフィック描写(黒丸)である。画像330において、優先的なグラフェン及びグラファイトの自己組織化した小板及び構造は、SEM画像においてはっきりと見え、処理されたバイオチャーの表面上で同定することができることに留意されたい。
400…2つのSEM画像(410)及び(450)を、異なる倍率で、未処理のモノリシック炭素質バイオチャー電極の同じ領域について横に並べて参照する。
410…未処理の炭素質バイオチャー材料の表面、細孔、及びチャネルのSEM画像を500倍に拡大したものである。
411…10ミクロンのスクリーン画像に対する寸法長さを示すSEMスクリーン画像のグラフィック描写(黒丸)である。
450…10000倍の倍率での炭素質バイオチャー材料の未処理表面、細孔及びチャネルのSEM画像である。
451…1ミクロンのスクリーン画像に対する寸法長さを示すSEMスクリーン画像のグラフィック描写(黒丸)である。
500…2つのSEM画像(510)及び(520)について、異なる倍率下で、処理されたモノリシック炭素質バイオチャー電極の同じ領域を並べて参照する。
510…炭素質バイオチャー材料の表面、細孔及びチャネルを覆う、優先的に成長し、自己組織化した鉄フレーク及び花弁状構造のSEM画像である。
511…1ミクロンのスクリーン画像に対する寸法長さを示すSEMスクリーン画像のグラフィック描写(黒丸)である。
512…5000倍の倍率を示すSEMスクリーン画像のグラフィック描写(ブラックボックス)である。
520…(510)よりも高い倍率で炭素質バイオチャー材料の表面、細孔及びチャネルを覆う、優先的に成長し、自己組織化した鉄フレーク及び花弁状構造のSEM画像である。
521…1ミクロンのスクリーン画像に対する寸法長さを示すSEMスクリーン画像のグラフィック描写(黒丸)である。
522…二万倍の倍率を示すSEMスクリーン画像のグラフィック描写(ブラックボックス)である。
((A)構成要素)
開示された発明は、モノリシック構造の炭素質自立ウェーハ電極、電解液、電気分解処理槽、電源、極性反転スイッチング装置、及び関連する配線及びファスナ、及び任意の換気を具現する。
開示された発明は、とりわけ、自立ウェーハ電極の電気分解処理、電気化学的原理、及び物理的配置として本明細書に記載される。活性炭、部分活性炭、又は非活性炭電極は(好ましくは階層的な細孔及びチャネルを有する)は、Favettaらの米国特許第9,478,324号及び米国特許第10,121,563号、ならびに「process for Producing a Highly activated、Monolithic Net-Shaped Biomass Electrode for Use in Ultracapacitor、Pseudo-Capacitor、Battery or Fuel-Cell」と題する同時に出願された米国仮出願第62/826,005号(これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる「Favettaの特許出願」と総称される)に記載されるような網状技術を使用して合成され、制御された電圧電位(V)及び直流(DC)の印加電界下で、本明細書に開示されるこのプロセスを使用してさらに活性化される。
4~5モル、5~6モル、又は6~7モルなどの濃度の蒸留水における高濃度の水酸化カリウム水溶液(KOH)の塩溶液電解質が準備され、電気分解活性化浴のための環境として使用される。部分的に活性化された炭素質モノリシックバイオチャー電極の対は、ワニ口クリップのような市販の導電性ファスナでクランプされる。
これは、開示された方法による電気分解処理後に、未処理電極の公称10~40ファラド/グラムから、同じ電極の150~300ファラド/グラムまでの増加をもたらす。
炭素ベースのナノ構造の成長は、浴溶液中の解離した水分子の電気分解「オフガス」及びカソード及びアノード電極上の新しい炭素構造の「めっき成長」による、いくつかの炭素含有酸化及び電解分子又は粒子の電解液中への「放出」によって引き起こされる。この炭素質めっき及び成長効果のための炭素化合物の供給は、炭素質有機部分を含有する周囲の水溶液によって、及び、反対に分極された電極間に存在する電位におけるそれらのイオン電荷によって、電極細孔及びチャネルに輸送されて戻される炭素性化合物に由来する。
さらに、いくつかの炭素質化学種は電極細孔の炭素質壁で局所的にしか輸送されず、細孔内の不活性電解質と反応し、細孔壁上に直接析出又は結晶化してグラフェン及びグラファイト樹枝状結晶などの有利な構造を形成し、それによって表面積、導電率を増大させ、開示された方法によって処理された場合に電極の電気貯蔵能力を著しく増大させる。システムの電気化学で生成されたフリーラジカルと反応する炭素質電極中の有機化合物のこれらの他の副反応は炭素種をさらに供給し、次いで、炭素種は還元されて電極孔及びチャネルの内壁表面上に戻り、グラフェン状構造及び樹枝状結晶を形成して、電気化学的に活性化された最終電極物品の表面積及び導電率を大幅に増加させる。
水溶液中のアルカリ化合物電解質(OH-イオン種を含む)は電気を伝導して水の電気分解を促進する役割を果たすが、電極表面での電気化学においても役割を果たし、開示された効果を触媒して有機フリーラジカルを生成する。他の非アルカリ電解質イオン種の存在はさらに、これらの有機又は金属部分の還元を容易にして、電極内の細孔及びチャネル表面上に堆積及びめっきし、それによって、これらの電解処理された電極の特性及び性能を、優れた伝導率、ならびに容量性及び擬容量性性能について大幅に向上させる。
処理された電極(モノリシックバイオチャーウエハ)は一般に、ファラデーキャパシタンスが20%~300%、場合によっては約2000%増加した。本明細書に開示された方法によって処理される前のモノリシック未処理バイオチャー電極であって、Favettaの特許出願に開示された方法によって製造されたモノリシック未処理バイオチャー電極は、Favettaの特許出願に更に記載されているように、利用される製造プロセスの処方及び実施形態に応じて、50~90ファラド/グラム、例えば90~120ファラド/グラム、例えば120~140ファラド/グラム、及び140ファラド/グラム超などの望ましい電気容量を示す。これらは非常に望ましい結果である。本明細書に開示される方法及びシステムによる電気分解処理の後、ウルトラキャパシタで使用される場合、同じ処理された電極は、150ファラド/グラムを超え、300ファラド/グラムまでを示す。
Favettaの特許出願(以前に参照により援用された)に記載されているように、階層細孔構造を有する高多孔性活性化モノリシック炭素電極は、正味寸法プロセスと、それに続く任意の同時化学活性化又は任意の炭化後化学活性化を伴う高温炭化とを使用して合成される。
ウルトラキャパシタのファラデーキャパシタンスは電極の表面積に比例し、電極間の間隔に反比例するが、キャパシタンスと表面積の関係は必ずしも純粋に線形ではない。開示されたプロセスは炭素質バイオチャーモノリシック電極ウェーハの構造的完全性、機械的安定性、及び基礎となる化学的特性を損なうことなく表面積を最適化するために、本明細書に記載されたような複数の活性化ステップ(高温化学活性化など)及び/又は開示された電気分解によって、電極の内部表面積を増加させる。
例示的な開示された電気化学装置は、4~8モルの水酸化カリウム(KOH)、1~3モルの硫酸(H2SO4)、又は4~7モルの塩化カリウム(KCl)などの中性塩などの導電性電解質の電解液槽からなる。さらに、電解液槽中の電解質は、硝酸鉄(Fe(NO3)3)などの金属塩、又は水酸化鉄(Fe(OH)2)などの金属塩、又は塩化マンガン(MnCl2)などのマンガン塩であってもよい。その種及び濃度は、電極上及び電極内にめっきされることが望まれる特定の金属、並びに鉄又はマンガンベースの擬似キャパシタンスによるキャパシタンスの増大などの特性を向上させるために電極上及び電極内に堆積されるそのような金属の総量に依存する。
5.5Vまでのより高い電圧は、必要に応じて、配線内及び電極自体内の抵抗を克服するために必要な過電圧に応じて、この金属電気化学的方法のために利用することができる。
残念ながら、この「示唆された」電極間の5.5Vの電位は、バイオマスから形成されたものなどの典型的なバイオチャー炭素質電極における炭素構造の多くの破壊電圧に近く、したがって、電極材料自体の破壊電圧の限界に対して堆積速度及び活性化速度を最適化するときには注意が払われるべきである。
他の上流の方法(Favettaの特許出願に記載されているような;参照により先に組み込まれている)によって提供される炭化後活性炭電極は、本明細書に開示される本発明の方法を適用する場合、電解質水溶液との初期接触時に疎水性挙動を示し得る。これは典型的には以前の工程又は以前の適用された活性化方法(Favettaの特許出願を参照のこと)における不完全な炭化及び活性化に起因し、これは次いで、電極内の熱生成されたマイクロ及びナノ細孔の生成をより少なくするか、又は炭化の間に、電極の表面を覆い、電極の内部細孔及びチャネルの壁を覆い得る炭化の副産物から、電極内又は電極の表面上の閉塞された細孔によって引き起こされ得る(Favettaらの米国特許仮出願第62/826005号を参照のこと)。このような望ましくない炭化副生成物は、タール、オリゴマー、及び多糖のような糖を含むことができる。
Claims (17)
- 高度に活性化された電極を製造する方法であって、
炭素質バイオチャー電極ウェーハを提供するステップであって、前記バイオチャーは、バイオマス材料を炭化することで形成され、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハは、ウェーハ表面及び細孔を備え、前記細孔は細孔表面を備え、一以上の有機部分が前記細孔の中であって前記細孔表面に存在するステップと、
前記炭素質バイオチャー電極ウェーハを電流伝導ファスナに接続するステップと、
対向電極を提供するステップと
前記炭素質バイオチャー電極ウェーハと前記対向電極を水性塩浴槽に浸すステップと、
1.65~5.5Vの電圧を前記電流伝導ファスナ及び前記対向電極を通じて印加して浸された前記炭素質バイオチャー電極ウェーハに直流電流が流れるようにし、その印加される電圧の極性を3以上のサイクルで、少なくとも1極性当たり少なくとも2分に亘って周期的に変化させて、電気分解の電気化学処理を発生せしめて前記水性塩浴槽の水分子を加水分解し、これにより(i)水素ガスを発生させ、(ii)水素イオンを発生させ、(iii)酸素ガスを発生させ、(iv)前記水性塩浴槽の塩と水分子の加水分解により生成される水酸基イオンの反応に基づき水酸基イオンを発生させ、(v)前記炭素質バイオチャー電極ウェーハの前記細孔内及び前記細孔表面における1以上の有機部分を電気分解するステップと
を備え、
これにより、電気分解の電気化学処理は、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハの前記細孔を介して前記水素ガス及び前記酸素ガスの気泡を発生させることに少なくとも部分的に基づいて、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハから前記一以上の有機部分を取り除くのに効果的であり、
前記1以上の有機部分の電気分解により生成される炭素は、少なくとも1つの炭素質バイオチャー電極ウェーハの表面及び前記細孔表面に結合し、追加の炭素質構造をその上に形成し、これにより、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハを電気活性化させ、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハの活性且つ使用可能な全表面積を増加させ、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハの電気的及び化学的吸収性を増加させる
方法。 - 1.7Vを越え5.5V以下の印加電位が、前記水性塩浴槽に浸された炭素質バイオチャー電極ウェーハに直流電流が流れるように、前記電流伝導ファスナと前記対向電極を通じて印加される、請求項1に記載の方法。
- 前記電気分解の電気化学処理が、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハの表面上及び細孔内にフリーラジカル及びガスを生成する、請求項1に記載の方法。
- 前記生成されたガスが気泡を形成する、請求項3に記載の方法。
- 気泡がバイオチャー電極の細孔内及び前記バイオチャー電極ウェーハの表面上で膨張し、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハから逃げ、これにより前記炭素質バイオチャー電極ウェーハのウェーハ表面及び前記細孔の中に存在する前記1以上の有機部分を押し出し、運び出し、輸送する請求項3又は4に記載の方法。
- 前記電気分解の処理が、細孔の電気化学反応及び気体洗浄、並びに前記バイオチャー電極からのタール、油、糖、多糖及び他の不純物の少なくとも1つを含む望ましくない材料の除去のために使用される、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記加水分解の電気化学処理と関連する溶媒及び電解質が、水性水酸化カリウム、水性硫酸、水性塩化カリウム又はそれらの組み合わせからなる群から選択され、グラフェン/グラファイトの成長、ならびにグラフェン及びグラファイト材料の炭素質バイオチャー電極ウェーハの表面上及び細孔内への堆積及びめっきのうちの少なくとも1つを可能にする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 炭素質バイオチャー電極の表面、チャネル、及び細孔の上及びその内部のグラフェン及びグラファイト構造の成長のための炭素源が、フリーラジカルの炭素部分に由来する、請求項7に記載の方法。
- 炭素質又は非炭素質構造の対向電極が、印加電圧下でグラフェン/グラファイト状の材料の成長を補助するために使用され、前記材料が、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハおよび前記細孔表面の少なくとも1つにめっきされる、請求項1又は8に記載の方法。
- 材料特性を改善するために、前記水性塩浴槽の中の金属により、前記炭素質バイオチャー電極ウェーハの表面及び内部の細孔におけるナノ構造のめっき/成長のために金属対向電極が使用される、請求項1に記載の方法。
- 前記処理の後の前記炭素質バイオチャー電極ウェーハは、キャパシタンス、疑似キャパシタンス及び/又はエネルギー貯蔵能力の増加を示す、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記処理の後の前記炭素質バイオチャー電極ウェーハが、非水性用途で使用するために洗浄され、乾燥される、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非水性用途が、有機溶媒を使用するウルトラキャパシタからなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
- 前記有機溶媒がプロピレンカーボネート及びアセトニトリルから選択される、請求項13に記載の方法。
- 前記水性塩浴槽は、溶解塩をさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記溶解塩が、テトラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩、イオン性液体、ピロリジニウム化合物、イミダゾリウム化合物、BIS(トリフルオロメチルスルホン)アミド、及びその組合せ又は部分から選択される、請求項15に記載の方法。
- 前記処理の後の前記炭素質バイオチャー電極ウェーハは、ウルトラキャパシタ、擬似キャパシタ、バッテリ又は燃料電池、又は他の吸収及び/又は脱着用途での使用に適用される、請求項1~16のいずれか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201962826038P | 2019-03-29 | 2019-03-29 | |
US62/826,038 | 2019-03-29 | ||
PCT/US2020/025648 WO2020205697A1 (en) | 2019-03-29 | 2020-03-30 | Process for producing highly activated electrode through electro-activation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022526441A JP2022526441A (ja) | 2022-05-24 |
JP7441855B2 true JP7441855B2 (ja) | 2024-03-01 |
Family
ID=72666497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021560318A Active JP7441855B2 (ja) | 2019-03-29 | 2020-03-30 | 電気活性化により高度に活性化された電極の製造方法 |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US20200350553A1 (ja) |
EP (1) | EP3947782A4 (ja) |
JP (1) | JP7441855B2 (ja) |
KR (1) | KR20210145219A (ja) |
CN (1) | CN113892158A (ja) |
AU (1) | AU2020256132A1 (ja) |
CA (1) | CA3135353A1 (ja) |
EA (1) | EA202192594A1 (ja) |
MX (1) | MX2021011890A (ja) |
WO (1) | WO2020205697A1 (ja) |
ZA (1) | ZA202108298B (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113387416B (zh) * | 2021-04-20 | 2023-02-24 | 云南华谱量子材料有限公司 | 一种石墨烯复合光催化玻璃纤维电极材料及其制备方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000100668A (ja) | 1998-09-22 | 2000-04-07 | Okamura Kenkyusho:Kk | 電気二重層コンデンサの製造方法 |
US20110162960A1 (en) | 2010-01-05 | 2011-07-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of preparing an electrode for a capacitive deionization device, an electrode for a capacitive deionization device, and a capacitive deionization device having the electrode |
JP2013065639A (ja) | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Kyushu Institute Of Technology | 電気二重層キャパシタの製造方法 |
WO2013146464A1 (ja) | 2012-03-29 | 2013-10-03 | 住友電気工業株式会社 | 電極材料、及びこの電極材料を用いたキャパシタ、二次電池 |
US20170040083A1 (en) | 2011-10-10 | 2017-02-09 | Dino Favetta | Systems and Methods for Producing Biochar-Based Products |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4273839A (en) * | 1979-07-30 | 1981-06-16 | Energy Development Associates, Inc. | Activating carbonaceous electrodes |
JPH09129515A (ja) * | 1995-11-01 | 1997-05-16 | Isuzu Motors Ltd | 電気二重層コンデンサおよびその電極の製造方法 |
CN101302051B (zh) * | 2008-01-22 | 2011-11-23 | 南京大学 | 一种用于含酚废水电化学处理的石墨电极 |
WO2014033756A2 (en) * | 2012-09-03 | 2014-03-06 | Indian Institute Of Technology Madras | A method of preparing palladium dendrites on carbon based substrates |
WO2014176459A1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-30 | H2 Catalyst, Llc | Catalysts and fuels for producing hydrogen |
GB2516919B (en) * | 2013-08-06 | 2019-06-26 | Univ Manchester | Production of graphene and graphane |
EP2835362B1 (en) * | 2013-08-09 | 2016-05-04 | Rigas Tehniska universitate | Method for producing monolithic titanium suboxide TiOx ceramic electrode for water electrochemical treatment and electrode produced using same |
US9754733B2 (en) * | 2015-04-30 | 2017-09-05 | South Dakota State University | Method for plasma activation of biochar material |
US9922775B2 (en) * | 2015-10-13 | 2018-03-20 | Nanotek Instruments, Inc. | Continuous process for producing electrodes for supercapacitors having high energy densities |
-
2020
- 2020-03-30 AU AU2020256132A patent/AU2020256132A1/en active Pending
- 2020-03-30 MX MX2021011890A patent/MX2021011890A/es unknown
- 2020-03-30 CN CN202080040015.4A patent/CN113892158A/zh active Pending
- 2020-03-30 CA CA3135353A patent/CA3135353A1/en active Pending
- 2020-03-30 WO PCT/US2020/025648 patent/WO2020205697A1/en unknown
- 2020-03-30 EA EA202192594A patent/EA202192594A1/ru unknown
- 2020-03-30 EP EP20781289.2A patent/EP3947782A4/en active Pending
- 2020-03-30 JP JP2021560318A patent/JP7441855B2/ja active Active
- 2020-03-30 KR KR1020217034810A patent/KR20210145219A/ko not_active Application Discontinuation
- 2020-07-22 US US16/935,850 patent/US20200350553A1/en not_active Abandoned
-
2021
- 2021-10-27 ZA ZA2021/08298A patent/ZA202108298B/en unknown
-
2022
- 2022-06-30 US US17/854,790 patent/US20220336786A1/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000100668A (ja) | 1998-09-22 | 2000-04-07 | Okamura Kenkyusho:Kk | 電気二重層コンデンサの製造方法 |
US20110162960A1 (en) | 2010-01-05 | 2011-07-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of preparing an electrode for a capacitive deionization device, an electrode for a capacitive deionization device, and a capacitive deionization device having the electrode |
JP2013065639A (ja) | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Kyushu Institute Of Technology | 電気二重層キャパシタの製造方法 |
US20170040083A1 (en) | 2011-10-10 | 2017-02-09 | Dino Favetta | Systems and Methods for Producing Biochar-Based Products |
WO2013146464A1 (ja) | 2012-03-29 | 2013-10-03 | 住友電気工業株式会社 | 電極材料、及びこの電極材料を用いたキャパシタ、二次電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020205697A1 (en) | 2020-10-08 |
EA202192594A1 (ru) | 2022-03-24 |
JP2022526441A (ja) | 2022-05-24 |
CA3135353A1 (en) | 2020-10-08 |
MX2021011890A (es) | 2021-12-15 |
EP3947782A4 (en) | 2023-01-25 |
US20200350553A1 (en) | 2020-11-05 |
EP3947782A1 (en) | 2022-02-09 |
KR20210145219A (ko) | 2021-12-01 |
AU2020256132A1 (en) | 2021-11-04 |
CN113892158A (zh) | 2022-01-04 |
US20220336786A1 (en) | 2022-10-20 |
ZA202108298B (en) | 2023-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tang et al. | The perfect matching between the low-cost Fe 2 O 3 nanowire anode and the NiO nanoflake cathode significantly enhances the energy density of asymmetric supercapacitors | |
Anwer et al. | 2D Ti3C2Tx MXene nanosheets coated cellulose fibers based 3D nanostructures for efficient water desalination | |
Fan et al. | Achieving high current density for electrocatalytic reduction of CO2 to formate on bismuth-based catalysts | |
Pan et al. | Electrosorption of anions with carbon nanotube and nanofibre composite film electrodes | |
Youssry et al. | Superior performance of Ni (OH) 2-ErGO@ NF electrode materials as pseudocapacitance using electrochemical deposition via two simple successive steps | |
CN104495811B (zh) | 一种石墨烯复合材料及其制备方法 | |
EP3060701B1 (en) | Electrochemical cell containing a graphene coated electrode | |
US8817452B2 (en) | High performance carbon nanotube energy storage device | |
JP2016534010A (ja) | グラフェン及びグラファンの製造 | |
BR112017024432B1 (pt) | Sistemas e métodos de circuito fechado para reciclar baterias de chumbo-ácido | |
JP6193973B2 (ja) | グラフェンの製造方法 | |
US20170058420A1 (en) | Process of increasing energy conversion and electrochemical efficiency of a scaffold material using a deposition material | |
US20220336786A1 (en) | Process for Producing Highly Activated Electrode Through Electro-Activation | |
Zhai et al. | CuO nanorods grown vertically on graphene nanosheets as a battery-type material for high-performance supercapacitor electrodes | |
Li et al. | In situ generation of reduced graphene oxide on 3D CuNi foam as high-performance electrodes for capacitive deionization | |
CN110621809A (zh) | 半导体材料或导体材料的制备方法及其用途 | |
CN111924832A (zh) | 一种电极阵列电化学剥离石墨生产石墨烯的装置和方法 | |
Zhan et al. | Regeneration of carbon nanotube and nanofibre composite film electrode for electrical removal of cupric ions | |
CN212450647U (zh) | 一种电极阵列电化学剥离石墨生产石墨烯的装置 | |
EA046512B1 (ru) | Способ производства высокоактивированного электрода путем электроактивации | |
El-Gendy et al. | A facile synthesis of zeolitic analcime/spongy graphene nanocomposites as novel hybrid electrodes for symmetric supercapacitors | |
Su et al. | Flexible UiO-66-(COOH) 2 metal–organic framework membranes for salinity gradient power generation | |
CN113470982A (zh) | 一种高性能柔性超级电容器复合电极材料及其制备方法 | |
Zhu et al. | Puff pastry-like Co (OH) 2 nano-flakes grown on Nickel foams for high-performance supercapacitors | |
Wang et al. | A three-dimensional electrode fabricated by electrophoretic deposition of graphene on nickel foam for structural supercapacitors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20211228 |
|
A529 | Written submission of copy of amendment under article 34 pct |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A529 Effective date: 20211110 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211110 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426 Effective date: 20211228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221220 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230307 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230620 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230711 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20231002 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240110 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240123 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240219 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7441855 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |