CARBON ELECTRODE MATERIAL FOR MANGANESE/TITANIUM-BASED REDOX FLOW BATTERY

• Main Authors: IWAHARA, Ryouhei, MORIMOTO, Kana, HASHIMOTO, Koichi, DONG, Yongrong, OYA, Masayuki, MATSUMURA, Takahiro, KOBAYASHI, Masaru, KAWAGOE, Yoshiyasu
• Format: Patent
• Language: English; French; Japanese
• Published: 17.09.2020
• Subjects: BASIC ELECTRIC ELEMENTS; ELECTRICITY; PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSIONOF CHEMICAL INTO ELECTRICAL ENERGY

The present invention provides a carbon electrode material used for a negative electrode of a manganese/titanium-based redox flow battery with which it is possible to lower the cell resistance during initial charging/discharging and which has exceptional battery energy efficiency. A carbon electrode material for a manganese/titanium-based redox flow battery, the carbon electrode material being used in a negative electrode of a redox flow battery in which a manganese/titanium-based electrolytic solution is used, wherein the carbon electrode material is characterized in: comprising carbonaceous fibers (A), carbon particles (B) other than graphite particles, and a carbonaceous material (C) that binds the carbonaceous fibers (A) and the carbon particles (B); and satisfying the following requirements. (1) The carbon particles (B) other than graphite particles have a grain diameter of 1 μm or less. (2) Lc(B) is 10 nm or less, where Lc(B) is the size of crystallites in the carbon particles (B) other than graphite particles in the c-axis direction obtained by X-ray diffraction. (3) Lc(C)/Lc(A) is 1.0-5, where Lc(A) and Lc(C) are the sizes of crystallites in the carbonaceous fiber (A) and the carbonaceous material (C), respectively, in the c-axis direction obtained by X-ray diffraction. (4) The mesopore specific surface area derived from the nitrogen gas adsorption amount is 30 m2/g or higher. (5) The number of bonded oxygen atoms on the surface of the carbon electrode material is at least 1% of the total number of carbon atoms on the surface of the carbon electrode material. L'invention fournit un matériau d'électrode de carbone qui permet de réduire une résistance de cellule lors d'une charge et décharge initiale, et qui est mis en œuvre dans une électrode négative d'une batterie redox à base de manganèse et titane présentant un excellent rendement énergétique de batterie. Plus précisément, l'invention concerne un matériau d'électrode de carbone pour batterie redox à base de manganèse et titane qui est mis en œuvre dans une électrode négative d'une batterie redox mettant à son tour en œuvre une solution électrolytique à base de manganèse et titane. Ledit matériau d'électrode de carbone est caractéristique en ce qu'il est constitué de fibres carbonées (A), de particules de carbone (B) autres que des particules de graphite et d'une matière carbonée (C) liant ceux-ci, et en ce qu'il satisfait les conditions suivantes. (1) Le diamètre particulaire des particules de carbone (B) autres que des particules de graphite est inférieur ou égal à １μｍ ; (2) dans les particules de carbone (B) autres que des particules de graphite, lorsque la taille de cristallite dans une direction axiale (c) obtenue par diffraction des rayons X est représentée par Ｌｃ（Ｂ）, alors Ｌｃ（Ｂ） est supérieure ou égale à 10nm ; (3) dans les fibres carbonées (A) et la matière carbonée (C), lorsque la taille de cristallite dans une direction axiale (c) obtenue par diffraction des rayons X est représentée respectivement par Ｌｃ（Ａ） et Ｌｃ（Ｃ）, alors Ｌｃ（Ｃ）／Ｌｃ（Ａ） est compris entre 1,0 et 5 ; (4) la surface spécifique de mésopores obtenue à partir de la quantité d'adsorption d'azote gazeux est supérieure ou égale à ３０ｍ2／ｇ ; enfin, (5) le nombre d'atomes d'oxygène liés à la surface du matériau d'électrode de carbone, est supérieur ou égal à 1% du nombre d'atomes de carbone total à la surface du matériau d'électrode de carbone. 初期充放電時のセル抵抗を低下でき、電池エネルギー効率に優れたマンガン／チタン系レドックスフロー電池の負極に使用される炭素電極材を提供する。マンガン／チタン系電解液を用いたレドックスフロー電池の負極に用いられる炭素電極材であって、前記炭素電極材は、炭素質繊維（Ａ）と、黒鉛粒子以外の炭素粒子（Ｂ）と、これらを結着する炭素質材料（Ｃ）と、からなり、下記の要件を満足することを特徴とするマンガン／チタン系レドックスフロー電池用炭素電極材。 （１）黒鉛粒子以外の炭素粒子（Ｂ）の粒径は１μｍ以下、 （２）黒鉛粒子以外の炭素粒子（Ｂ）における、Ｘ線回折で求めたｃ軸方向の結晶子の大きさをＬｃ（Ｂ）としたとき、Ｌｃ（Ｂ）は１０ｎｍ以下、 （３）炭素質繊維（Ａ）および炭素質材料（Ｃ）における、Ｘ線回折で求めたｃ軸方向の結晶子の大きさをそれぞれＬｃ（Ａ）、Ｌｃ（Ｃ）としたとき、Ｌｃ（Ｃ）／Ｌｃ（Ａ）は１．０～５、 （４）窒素ガス吸着量から求められるメソ孔比表面積が３０ｍ2／ｇ以上、 （５）炭素電極材表面の結合酸素原子数が炭素電極材表面の全炭素原子数の１％以上