[发明专利]碳催化剂、电池电极和电池

说明书

本发明提供了各自具有优异催化活性和优异耐久性的碳催化剂、电池电极和电池。所述碳催化剂包括铁，其显示出通过在氮气气氛中的热重分析测量的在由200℃至1,200℃的温度范围内的重量减少率为12.0重量％以下，并且包含在所述铁的K吸收边的X射线吸收精细结构分析中显示出以下特征(a)和/或(b)的碳结构：(a)于7,130eV的归一化的吸光度与于7,110eV的归一化的吸光度的比率为7.0以上；及(b)于7,135eV的归一化的吸光度与于7,110eV的归一化的吸光度的比率为7.0以上。

技术领域

本发明涉及碳催化剂、电池电极和电池。

背景技术

当前，作为燃料电池的电极的催化剂，而使用铂催化剂。然而，有许多问题需要解决。例如，铂的储量是有限的。在聚合物电解质燃料电池(PEFC)中，铂的使用增加了成本。因此，已经开发了不使用铂的替代技术。

具体而言，例如，在专利文献1中，描述了用于燃料电池的电极催化剂，其由通过碳化含有过渡金属的离子交换树脂而获得的碳化材料形成，并且其中各自具有平均粒径为10至20nm的壳状结构的许多碳颗粒以非聚集状态而组装。

引文清单

专利文献[PTL 1]JP 2007-207662 A

发明内容

技术问题

然而，迄今为止，难以获得具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂。

鉴于上述问题而进行了本发明，并且本发明的目的之一是提供各自具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂、电池电极和电池。

问题的解决方案

为了解决上述问题，根据本发明一个实施方案的碳催化剂包含铁，其显示出通过在氮气气氛中的热重分析在200℃至1,200℃的温度范围内测量的重量减少率为12.0重量％以下，并且包含所述铁的K吸收边的X射线吸收精细结构分析中显示出以下特征(a)和/或(b)的碳结构：(a)在7,130eV的归一化的吸光度与在7,110eV的归一化的吸光度的比率为7.0以上；并且(b)在7,135eV的归一化的吸光度与在7,110eV的归一化的吸光度的比率为7.0以上。根据本发明的一个实施方案，提供了具有优异催化活性和优异的耐久性的碳催化剂。

此外，所述碳催化剂的介孔孔容与总孔容的比率为20％以上。此外，所述碳催化剂通过电感耦合等离子体质谱测量的铁的含量为0.01重量％以上。

此外，所述碳催化剂通过基于燃烧法的元素分析测量的氮原子含量为1.0重量％以上。此外，所述碳催化剂通过基于燃烧法的元素分析测量的氮原子含量与碳原子含量的比率为1.1％以上。

此外，所述碳催化剂还包含除所述铁以外的金属。此外，所述碳催化剂通过BET法测量的比表面积为800m²/g以上。

为了解决上述问题，根据本发明的一个实施方案的电池电极包括上述碳催化剂中的任一种。根据本发明的一个实施方案，提供了一种包括具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂的电池电极。

为了解决上述问题，根据本发明的一个实施方案的电池包括上述电池电极。根据本发明的一个实施方案，提供了一种包括具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂的电池。

本发明的有益效果

根据本发明，提供了各自具有优异的催化活性和优异的耐久性的碳催化剂、电池电极和电池。

附图说明

图1A是显示根据本发明的一个实施方案，在实施例中通过对铁的K吸收边进行X射线吸收精细结构分析而获得的结果的一个实例的说明图。