[发明专利]碳系材料以及具有该碳系材料的电极和微生物燃料电池

说明书

本发明涉及一种碳系材料(10)，其含有由膨胀石墨粒子(2)构成的膨胀石墨片材(1)。另外，碳系材料含有掺杂于膨胀石墨粒子表面的、选自氮和硫之中的至少一种非金属元素的非金属原子或者非金属离子。再者，碳系材料含有掺杂于膨胀石墨粒子表面的、选自周期表的8～11族元素之中的至少一种金属元素的金属原子或者金属离子。另外，电极具有上述的碳系材料，微生物燃料电池具有上述的电极。

技术领域

本发明涉及碳系材料以及具有该碳系材料的电极和微生物燃料电池。详细地说，本发明涉及催化活性高、能够更加容易地制造的碳系材料以及具有该碳系材料的电极和微生物燃料电池。

背景技术

下述所示的氧还原反应是H₂/O₂燃料电池、食盐电解等中的正极反应，在能量转换电化学装置等中是重要的。

O₂+4H⁺+4e^－→2H₂O

另外，该氧还原反应的逆反应即下述的氧生成反应作为水的电解等中的负极反应是重要的。

2H₂O→O₂+4H⁺+4e^－

在各种装置中进行氧还原反应或者氧生成反应的情况下，通常广泛使用铂、氧化钌、氧化铱等贵金属作为催化剂。例如在专利文献1中，开发了一种固体高分子形燃料电池的制造方法，其使用了在碳黑载体上担载着选自铂族金属和铂族合金之中的金属粒子的金属担载催化剂。另外，还公开了如下的内容：将包含上述催化剂和含氟离子交换树脂的固体物质粉碎，并将得到的粉末固定在由碳布等构成的气体扩散层上。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-184414号公报

发明内容

然而，在催化剂如专利文献1那样为粒子状的情况下，需要耗费用于使催化剂在气体扩散层等上固定化的劳力和时间。另外，为了将催化剂固定于气体扩散层等构件上，需要含氟离子交换树脂等粘结剂。不过，如果长时间使用气体扩散电极，则在由电极反应生成的氧自由基物种等的作用下，粘结剂逐渐发生劣化。其结果是，存在的问题是气体扩散电极容易发生随时间的劣化。

本发明是鉴于这样的现有技术所具有的课题而完成的。而且本发明的目的在于：提供催化活性高、能够容易地制造、进而可以抑制随时间的劣化的碳系材料以及具有该碳系材料的电极和微生物燃料电池。

为了解决上述的课题，本发明的第一方式涉及一种碳系材料，其含有由膨胀石墨粒子构成的膨胀石墨片材。另外，碳系材料含有掺杂于膨胀石墨粒子表面的、选自氮和硫之中的至少一种非金属元素的非金属原子或者非金属离子。再者，碳系材料含有掺杂于膨胀石墨粒子表面的、选自周期表的8～11族元素之中的至少一种金属元素的金属原子或者金属离子。

本发明的第二方式涉及一种碳系材料，其含有由膨胀石墨粒子构成的膨胀石墨片材。另外，碳系材料含有化合物，所述化合物含有选自氮和硫之中的至少一种非金属元素的非金属原子或者非金属离子、和选自周期表的8～11族元素之中的至少一种金属元素的金属原子或者金属离子。而且该化合物担载于膨胀石墨粒子的表面。

本发明的第三方式涉及一种电极，其具有上述的碳系材料。

本发明的第四方式涉及一种微生物燃料电池，其具有上述的电极。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的碳系材料的示意剖视图。

图2是表示本发明的实施方式的燃料电池的示意图。

图3是表示实施例1的气体扩散电极的线性扫描伏安法的测定结果的图。