[发明专利]碳催化剂、电池电极、及电池

说明书

提供了一种碳催化剂、一种电池电极和一种电池，每个都表现出优异的催化性能。一种碳催化剂包括两种过渡金属且具有如下的碳结构：通过分离利用CuKα射线进行粉末X‑射线衍射而获得的粉末X‑射线衍射图中的衍射角(2θ)为26°附近的衍射峰所获得的三个衍射峰f_broad、f_middle和f_narrow中一个衍射峰的布拉格角而确定的晶面间距d₀₀₂为0.374nm或更大，所述一个衍生峰为衍射峰f_broad。

技术领域

本发明涉及碳催化剂、电池电极、和电池。

发明背景

当前，铂催化剂被用作燃料电池的电极。然而，有许多问题尚待解决。例如，铂的储量是有限的。在聚合物电解质燃料电池(PEFC)中，使用铂会增加成本。因此，已经开发了不使用铂的替代技术。

具体而言，例如，专利文献1公开了用于燃料电池的电极催化剂，其由具有壳形结构的碳化材料形成。

引用列表

专利文献

[专利文献1]JP 2007-207662 A

发明概述

技术问题

然而，相关技术的碳催化剂的催化性能并不总是很好。

鉴于上述问题作出了本发明，并且本发明的目的之一是提供各自具有优异催化性能的碳催化剂、电池电极和电池。

问题的解决方案

根据本发明的一个实施方案，为了解决上述问题，提供了一种碳催化剂，其包括两种过渡金属，以及具有晶面间距d₀₀₂为0.374nm或更大的碳结构，所述晶面间隙间距d₀₀₂由衍射峰f_broad的布拉格角确定，该衍射峰f_broad是通过将粉末X-射线衍射(CuKα射线)的X-射线衍射图谱中26°的衍射角(2θ)附近的衍射峰分离而得到的三个衍射峰f_broad、f_middle和f_narrow中的一个。根据本发明的一个实施方案，提供了具有优异催化性能的碳催化剂。

所述碳催化剂的碳结构的晶体尺寸Lc可以为1.19nm或更大且2.17nm或更小，所述晶体尺寸Lc由衍射峰f_broad的布拉格角确定。所述碳催化剂的碳结构的晶体尺寸La可以为2.39nm或更大且2.89nm或更小，所述晶体尺寸La由通过分离粉末X-射线(CuKα射线)的X-射线图谱在衍射角(2θ)为45°附近的衍射峰而获得的碳(100)衍射线f₁₀₀的布拉格角确定。

所述碳结构的平均碳网络平面尺寸L可以为10nm或更大且40nm或更小，所述平均碳网络平面尺寸L通过程序升温脱附分析确定，温度可升高至1600℃。

在使用旋转圆盘电极装置对电位进行扫描和施加而获得的氧还原伏安图中，所述碳催化剂可以在-10μA/cm²的还原电流下表现出0.820V或更高(相对于NHE)的电压E_O2，其中所述旋转圆盘电极装置具有含所述碳催化剂的工作电极。

在使用旋转圆盘电极装置对电位进行扫描和施加而获得的氧还原伏安图中，在0.7V(相对于NHE)的电压下，所述碳催化剂可以表现出0.92或更高的电流密度i_0.7(mA/cm²)绝对值，其中所述旋转圆盘电极装置具有含所述碳催化剂的工作电极。

所述碳催化剂可包括的两种过渡金属可以是选自由钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜和锌所组成的组中的两种过渡金属。