氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯、使用它們的電器設(shè)備、制造它們的方法以及電滲析設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的之一是實現(xiàn)批量生產(chǎn)高純度的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯。通過對利用氧化劑將石墨氧化而獲得的氧化石墨溶液進行電滲析去除水溶性離子，來提高氧化石墨的純度。通過將使用該氧化石墨制造的氧化石墨烯與粉體混合并進行還原，可以獲得呈導電性的石墨烯，且可以與粉體結(jié)合。可以將該石墨烯用作各種電池的導電助劑及粘結(jié)劑的代替物。
【專利說明】氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯、使用它們的電器設(shè)備、制造它們的方法以及電滲析設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯以及使用這些材料的各種電器設(shè)備?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]石墨烯被定義為單層厚的Sp2鍵碳原子的薄片，該Sp2鍵碳原子形成蜂窩狀六方晶格。嚴密地說，石墨烯如上述那樣被定義，但是在本說明書中，由層疊有至多100層的上述薄片構(gòu)成的碳膜也被稱為石墨烯。
[0003]石墨烯可以通過各種方法制造。其中Hummers法是簡便的方法，因此對該方法已進行了大量的研究(參照專利文件I及專利文件2)。在Hummers法中，首先使用氧化劑將石墨氧化。作為氧化劑使用過錳酸鉀，通常同時添加硫酸等酸以促進氧化作用。
[0004]被氧化的石墨(氧化石墨)保持層狀結(jié)構(gòu)，但是其層間間隔比石墨的層間間隔大，由此通過超聲波處理等可以容易破壞層狀結(jié)構(gòu)，從而可以獲得被氧化的石墨烯(氧化石墨烯)。所獲得的氧化石墨烯可能具有至少一片的碳原子的薄片。
[0005]將氧化石墨烯以薄膜狀形成在適當?shù)奈矬w表面，并使氧化石墨烯還原，來可以形成非常薄的碳膜(石墨烯)。
[參考文件]
[0006]專利文件I美國專利申請公開第2007 / 0131915號說明書 專利文件2美國專利申請公開第2010 / 0303706號說明書
專利文件3美國專利第3705846號說明書 專利文件4美國專利第6495013號說明書

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]如上所述，Hummers法是不需要昂貴的設(shè)備的方法，由此在工業(yè)上有前途。然而，為了準備實用性氧化石墨，如下所述那樣，在精制工序中需要大量的時間、人力和資源。
[0008]如上所述，在將石墨氧化而獲得的溶液中，溶解有各種離子。在很多情況下，這些離子是不要的物質(zhì)，這些離子可能會使所獲得的石墨烯的特性惡化，所以需要分離去除這些離子。為了分離離子，通常需要反復進行如下工序:用純水稀釋溶液；以離心分離使溶液分離；然后去除澄清部分。在利用該方法時，不容易進行連續(xù)生產(chǎn)，并且需用大量的純水。
[0009]另一方面，作為從氧化石墨溶液分離離子的技術(shù)，已提出了滲析法(參照專利文件2)。當使用滲析法時，可以省去用純水稀釋氧化石墨溶液的工序，但是，在該專利文件2中沒有公開高效的滲析法。
[0010]鑒于上述問題，本發(fā)明的一實施方式的目的在于提供一種批量生產(chǎn)性高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯的制造方法以及該制造方法所需要的設(shè)備等。本發(fā)明的一實施方式的目的在于提供一種利用氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯而形成的電器設(shè)備。本發(fā)明的一實施方式的目的在于提供一種具有特殊組成等的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯。本發(fā)明的一實施方式的目的在于提供一種新穎的電器設(shè)備。
[0011]本發(fā)明的一實施方式是一種氧化石墨的制造方法，包括如下步驟:在溶液中將石墨氧化；以將溶液中的氫離子濃度降低到pH3以下的方式添加酸；以及通過電滲析從溶液中去除陽離子。作為酸也可以使用鹽酸。
[0012]另外，本發(fā)明的一實施方式是一種氧化石墨的制造方法，包括如下步驟:在溶液中將石墨氧化；以將溶液中的氫離子濃度調(diào)節(jié)為PH6至pH8的方式添加pH調(diào)節(jié)劑；以及通過電滲析從溶液中去除陽離子及陰離子。
[0013]另外，本發(fā)明的一實施方式是一種氧化石墨的制造方法，包括如如下步驟:在溶液中將石墨氧化；以將溶液中的氫離子濃度調(diào)節(jié)為PH6至pH8的方式添加pH調(diào)節(jié)劑；從溶液中去除陽離子及陰離子的第一電滲析；以及使用去除陽離子的雙極膜的第二電滲析。
[0014]在上述方式中，作為pH調(diào)節(jié)劑也可以使用氫氧化鋰或氫氧化銨。
[0015]另外，本發(fā)明的一實施方式是一種氧化石墨烯的制造方法，其中對利用上述方法制造的氧化石墨進行超聲波處理。
[0016]另外，本發(fā)明的一實施方式是一種石墨烯的制造方法，其中使利用上述方法制造的氧化石墨烯還原。
[0017]利用上述方法制造的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯可用于各種電器設(shè)備。該電器設(shè)備例如為蓄電裝置。此外，該蓄電裝置例如為以離子為載流子的二次電池。作為以離子為載流子的二次電池，例如可以舉出鋰離子二次電池、鈉硫二次電池，但不局限于此。
[0018]另外，本發(fā)明的一實施方式是一種電滲析設(shè)備，包括:陽極；陰離子交換膜；陽離子交換膜；以及陰極，其中，在陽極與陽離子交換膜之間設(shè)置有陰離子交換膜，在陰極與陰離子交換膜之間設(shè)置有陽離子交換膜，對陽離子交換膜與陰離子交換膜之間注入包含氧化石墨和陰離子且其氫離子濃度為PH3以下的溶液。
[0019]另外，本發(fā)明的一實施方式是一種電滲析設(shè)備，包括:陽極；陰離子交換膜；雙極膜；以及陰極，其中，在陽極與雙極膜之間設(shè)置有陰離子交換膜，在陰極與陰離子交換膜之間設(shè)置有雙極膜，對雙極膜與陰離子交換膜之間注入包含氧化石墨和陰離子且其氫離子濃度為PH3以下的溶液。
[0020]另外，本發(fā)明的一實施方式是一種電滲析設(shè)備，包括:陽極；陰離子交換膜；陽離子交換膜；以及陰極，其中，在陽極與陽離子交換膜之間設(shè)置有陰離子交換膜，在陰極與陰離子交換膜之間設(shè)置有陽離子交換膜，對陽離子交換膜與陰離子交換膜之間注入包含氧化石墨、陽離子及陰離子且其氫離子濃度為PH6至pH8的溶液。
[0021]在上述方式中，也可以在陽極與陰離子交換膜之間或在陰極與陽離子交換膜之間設(shè)置有一層以上的雙極膜。
[0022]另外，本發(fā)明的一實施方式是一種電滲析設(shè)備，包括:陽極；雙極膜；陽離子交換膜；以及陰極，其中，在陽極與陽離子交換膜之間設(shè)置有雙極膜，在陰極與雙極膜之間設(shè)置有陽離子交換膜，對陽離子交換膜與雙極膜之間注入包含氧化石墨和陽離子且其氫離子濃度為PH6以上的溶液。該電滲析設(shè)備也可以用于本發(fā)明的其他實施方式的第二電滲析的工序中。
[0023]根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的至少一實施方式，可以獲得純度高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯。此外，根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的至少一實施方式，可以連續(xù)制造純度高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯。此外，根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的至少一實施方式，可以提高純度高的氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯的批量生產(chǎn)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的一實施方式所使用的電滲析設(shè)備的模式圖；
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的氧化石墨烯的制造工序的圖；
圖3是示出本發(fā)明的一實施 方式的氧化石墨烯的制造工序的圖；
圖4A至4C是示出本發(fā)明的一實施方式的原理的圖；
圖5A至5C是示出本發(fā)明的一實施方式的原理的圖；
圖6A和6B是不出本發(fā)明的一實施方式的原理的圖；
圖7A和7B是示出二次電池的例子的圖；
圖8是說明蓄電裝置的應用方式的圖；
圖9是示出無線供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0025]下面，參照附圖對實施方式進行說明。但是，實施方式可以以多個不同方式來實施，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個事實，就是其方式和詳細內(nèi)容可以被變換為各種各樣的形式而不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內(nèi)容中。
[0026]實施方式I
在本實施方式中，參照圖1、圖2、圖4A說明制造氧化石墨烯的工序。圖2示出本實施方式的氧化石墨烯的制造工序的概況。作為材料的石墨，可以使用平均粒徑為I U m至100 ii m的石墨。首先，對石墨添加濃硫酸及氧化劑，由此獲得氧化石墨(圖2的Pl)。
[0027]此外，為了使過剩的氧化劑失活，添加過氧化氫水(圖2的P2)。所得到的溶液包含各種離子、氧化石墨以外的沉淀物、未反應的石墨等。首先，通過過濾該溶液，去除水溶性離子(圖2的P3)。
[0028]此外，對殘留的固形物(包含氧化石墨、氧化石墨以外的沉淀物、未反應的石墨等)添加純水，并使溶液的氫離子濃度為PH3以下，來使沉淀物溶解。作為pH調(diào)節(jié)劑，優(yōu)選添加鹽酸，但是也可以使用其他的物質(zhì)。在該階段，還可以進一步進行過濾，以去除溶液中的離子。在此情況下，通過使固形物的溶劑充分蒸發(fā)，可以減少氯離子。
[0029]另外，包含在該溶液中的少量的未反應石墨通過離心分離被分離(圖2的P4)。未反應的石墨可以用作氧化石墨烯的原料的一部分。注意，在存在于溶液中的未反應石墨量極小的情況下，不需要進行該工序。
[0030]通過上述方式獲得的溶液呈酸性，且包含氯離子。為了去除氯離子進行電滲析(圖2的P5)。此時，優(yōu)選使溶液的氫離子濃度為pH3以下。
[0031]在此，對電滲析進行說明。圖1示出在本實施方式的氧化石墨烯的制造工序中使用的電滲析設(shè)備的概況。電滲析設(shè)備包括陽極101、陰極102、陰離子交換膜103、陽離子交換膜104。此外，電滲析設(shè)備還包括如下兩種系統(tǒng)的管道，即:設(shè)在陰離子交換膜103與陽離子交換膜104之間的精制溶液管105 ;設(shè)在陽極101與陰離子交換膜103之間及陰極102與陽離子交換膜104之間的廢液管106。精制溶液管105配有精制溶液槽107和精制溶液泵109，廢液管106配有廢液槽108和廢液泵110。
[0032]首先，在精制溶液槽107中放入氧化石墨溶液，并在廢液槽108中放入純水或包含適當?shù)碾娊赓|(zhì)的溶液。溶液按圖1的箭頭所示那樣流過。此外，在圖1所示的電滲析設(shè)備中，還可以設(shè)置:對精制溶液管105和廢液管106中的任一方或雙方從外部追加溶液的裝置；或者將溶液從精制溶液管105和廢液管106中的任一方或雙方取出到外部的裝置。通過使用陰離子交換膜103和陽離子交換膜104，從在精制溶液管105中流動的溶液中去除陰離子和陽離子，并將該陰離子和陽離子移動到廢液管106。
[0033]使用圖4A簡單地說明本實施方式的電滲析。在圖4A中，示意性地示出圖1所示的陽極101、陰極102、陰離子交換膜103、陽離子交換膜104、精制溶液管105、廢液管106。在陽極101與陰極102之間施加有電壓。在精制溶液管105中流動的溶液所包含的氯離子(CD及氫離子(H+)分別被陽極101及陰極102吸引，到達陰離子交換膜103及陽離子交換膜104。
[0034]陰離子交換膜103具有使陰離子透過但不使陽離子透過的性質(zhì)，而陽離子交換膜104具有使陽離子透過但不使陰離子透過的性質(zhì)。由此，氯離子透過陰離子交換膜103，到達陽極101 —側(cè)的廢液管106，而氫離子透過陽離子交換膜104，到達陰極102 —側(cè)的廢液管106。通過這樣的方式，精制溶液管105的離子濃度降低。與此相反，廢液管106的氯離子濃度及氫離子濃度增加。
[0035]包含在精制溶液管105中的氧化石墨由于其分子尺寸大，不能透過陰離子交換膜103、陽離子交換膜104，所 以殘留于精制溶液管105中。此外，氧化石墨在溶液中發(fā)生電離，而成為陰離子狀的物質(zhì)(GCT)。
[0036]如圖1所示，在廢液管106中，氯離子和氫離子混合在一起。因此，陰極102附近的氯離子可能到達陽離子交換膜104，但由于陽離子交換膜104不使氯離子透過，所以氯離子停留在廢液管106中。
[0037]在將精制溶液管105的氯離子濃度充分降低之后，可以取出流在精制溶液管105中的溶液的一部分或全部，并對精制溶液管105追加要精制的溶液。同時，可以取出流在廢液管106中的溶液的一部分或全部，并對廢液管106添加純水或離子濃度低的溶液。從精制溶液管105取出的溶液包含氧化石墨。
[0038]從廢液管106取出的溶液雖然包含鹽酸但可以用作圖2所示的工序的原料。
[0039]使所得到的包含氧化石墨的溶液蒸發(fā)(圖2的P6)。所得到的固形物是純度高的氧化石墨。再者，通過將氧化石墨懸浮在適當?shù)娜軇┲校⑦M行超聲波處理，可以破壞氧化石墨的層狀結(jié)構(gòu)，而可以獲得氧化石墨稀(圖2的P7)。
[0040]注意，圖2的P6的工序并不是必需的。通過對使用電滲析精制的溶液直接進行超聲波處理也可以獲得氧化石墨烯。
[0041]實施方式2
在本實施方式中，對使用雙極膜而代替陽離子交換膜的溶液精制方法進行說明。雙極膜包括彼此貼合的陰離子交換膜和陽離子交換膜，并在被施加足以分解水(H2O)的高電壓時起到將水分離為氫離子(H+)和氫氧根離子(0H_)的作用(參照專利文件3和專利文件4)。此時，在雙極膜中，從陰離子交換膜一側(cè)釋放出氫離子，從陽離子交換膜一側(cè)釋放出氫氧根離子。
[0042]使用圖4B說明本實施方式的電滲析。這里，用于本實施方式所說明的電滲析的設(shè)備可以根據(jù)圖4B，與圖1同樣地構(gòu)成。本實施方式所使用的電滲析設(shè)備包括陽極111、陰極112、陰離子交換膜113、雙極膜114。
[0043]如圖4B所示，設(shè)置雙極膜114而代替圖4A的陽離子交換膜104。雙極膜114的陽極111 一側(cè)是陰離子交換膜，而陰極112 —側(cè)是陽離子交換膜。
[0044]此外，在陰離子交換膜113與雙極膜114之間設(shè)置有精制溶液管115，并在陽極111與陰離子交換膜113之間及在陰極112與雙極膜114之間設(shè)置有廢液管116。
[0045]首先，在精制溶液管115中放入包含氧化石墨的溶液，并在廢液管116中放入純水或包含適當?shù)碾娊赓|(zhì)的溶液。
[0046]在上述結(jié)構(gòu)中，當對陽極111與陰極112之間施加適當?shù)碾妷簳r，流在精制溶液管115中的溶液中的氯離子透過陰離子交換膜113，而遷移到廢液管116中。其結(jié)果，精制溶液管115中的溶液中的氯離子濃度降低。
[0047]此外，水被雙極膜114分解，以將氫離子供應給廢液管116，并將氫氧根離子供應給精制溶液管115。其結(jié)果，在廢液管116中，可以獲得鹽酸。所獲得的鹽酸可以用作圖2所示的工序的原料。此外，向精制溶液管115釋放出的氫氧根離子與精制溶液管115中的氫離子結(jié)合而成為水。
[0048]根據(jù)本實施方式的 電滲析，在要處理的溶液中的氫離子以外的陽離子的濃度充分低的情況下，與實施方式I所示的電滲析相比，能夠高效地去除氯離子。另一方面，由于不能通過精制溶液管115排出氫離子以外的陽離子，所以當溶液中的氫離子以外的陽離子濃度高一點時，有時不能利用本實施方式的電滲析。
[0049]實施方式3
在本實施方式中，對在電滲析工序中從氧化石墨溶液分離離子時使用雙極膜的方法進行說明。
[0050]使用圖4C說明本實施方式的電滲析。這里，用于本實施方式所說明的電滲析的設(shè)備可以根據(jù)圖4C，與圖1同樣地構(gòu)成。本實施方式所使用的電滲析設(shè)備包括陽極121、陰極122、陰離子交換膜123、第一雙極膜124、第二雙極膜127。
[0051]如圖4C所示，在陽極121與陰離子交換膜123之間設(shè)置第二雙極膜127，在陰極122與陰離子交換膜123之間設(shè)置第一雙極膜124。第一雙極膜124的陽極121 —側(cè)是陰離子交換膜，而第二雙極膜127的陰極122 —側(cè)是陽離子交換膜。此外，在陰離子交換膜123與第一雙極膜124之間設(shè)置有精制溶液管125。
[0052]在陰離子交換膜123與第二雙極膜127之間設(shè)置有廢液管126。此外，在第一雙極膜124與陰極122之間及第二雙極膜127與陽極121之間設(shè)置有中和管128。
[0053]首先，在精制溶液管125中放入包含氧化石墨的溶液，并在廢液管126及中和管128中放入純水或包含適當濃度的電解質(zhì)的溶液。
[0054]在上述結(jié)構(gòu)中，當對陽極121與陰極122之間施加適當?shù)碾妷簳r，流在精制溶液管125中的溶液中的氯離子透過陰離子交換膜123，而遷移到廢液管126中。其結(jié)果，精制溶液管125中的溶液中的氯離子濃度降低。
[0055]此外，水被第一雙極膜124分解，以將氫氧根離子供應給精制溶液管125，并將氫離子供應給中和管128。與此同樣，水被第二雙極膜127分解，以將氫離子供應給廢液管126，并將氫氧根離子供應給中和管128。其結(jié)果，在廢液管126中，可以獲得鹽酸。所獲得的鹽酸可以用作圖2所示的工序的原料。
[0056]氫離子和氫氧根離子通過第一雙極膜124及第二雙極膜127供應給中和管128中。這些離子立即相互產(chǎn)生中和反應而成為水。在圖4C的電滲析設(shè)備中，氯離子不接觸于陽極121，由此不腐蝕陽極121且不發(fā)生氯氣體。從而，可以安全地操作該設(shè)備。
[0057]實施方式4
在本實施方式中，使用圖5A說明制造氧化石墨烯的工序。在本實施方式中，與實施方式I至3不同，在進行電滲析(圖2的P5)之前，將pH調(diào)節(jié)劑添加在要精制的溶液中，以將溶液中的氫離子濃度調(diào)節(jié)為PH6至pH8。
[0058]作為pH調(diào)節(jié)劑可以使用各種堿溶液、堿鹽。例如,可以使用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鋰、氫氧化銨、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、碳酸鋰等。
[0059]此外，根據(jù)氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯的用途，包含在pH調(diào)節(jié)劑中的陽離子可能成為降低特性的雜質(zhì)。包含在PH調(diào)節(jié)劑中的陽離子的大部分可利用電滲析去除，但微量的陽離子可能殘留在氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯中。[0060]例如，在將氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯用作鋰離子二次電池的原料的情況下，作為PH調(diào)節(jié)劑，與氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣相比，優(yōu)選使用氫氧化鋰或碳酸鋰。
[0061]此外，在之后有以200°C以上的溫度進行加熱的工序的情況下，可以使用氫氧化銨。在加熱工序中氫氧化銨揮發(fā)，不殘留于氧化石墨、氧化石墨烯或石墨烯中。
[0062]使用圖5A簡單地說明本實施方式的電滲析。在本實施方式的電滲析中，可以使用與圖1所示的設(shè)備同等的設(shè)備。這里，作為PH調(diào)節(jié)劑使用氫氧化物(MOH)。在圖5A中示出陽極131、陰極132、陰離子交換膜133、陽離子交換膜134、精制溶液管135、廢液管136。在陽極131與陰極132之間施加有電壓。
[0063]在精制溶液管135中流動的溶液所包含的氯離子(CD及陽離子(M+)分別被陽極131及陰極132吸引，到達陰離子交換膜133及陽離子交換膜134。氯離子透過陰離子交換膜133，到達陽極131 —側(cè)的廢液管136，而陽離子透過陽離子交換膜134，到達陰極132 —側(cè)的廢液管136。通過這樣的方式，精制溶液管135的離子濃度降低。與此相反，廢液管136的離子濃度增加。
[0064]在將精制溶液管135的離子濃度充分降低之后，可以取出流在精制溶液管135中的溶液的一部分或全部，并對精制溶液管135追加要精制的溶液。同時，可以取出流在廢液管136中的溶液的一部分或全部，并對廢液管136添加純水或離子濃度低的溶液。
[0065]此外，從廢液管136取出的溶液包含氯離子及陽離子。通過對該溶液進行電分解，可以取出鹽酸和氫氧化物(MOH、pH調(diào)節(jié)劑)，并將其分別用作制造氧化石墨時的原料。從包含根據(jù)上述方式而獲得的氧化石墨的溶液可以獲得氧化石墨烯。
[0066]實施方式5
在實施方式4中，作為廢液得到了包含陽離子與氯離子的溶液。如上所述，可以將該廢液電分解為鹽酸和氫氧化物，而可以分別用于氧化石墨的制造工序。針對于此，在本實施方式中，對不電分解廢液，而使用雙極膜，在進行電滲析工序(圖2的P5)時獲得鹽酸和氫氧化物的方法進行說明。
[0067]使用圖5B說明本實施方式的電滲析。這里，用于本實施方式所說明的電滲析的設(shè)備可以根據(jù)圖5B，與圖1同樣地構(gòu)成。本實施方式所使用的電滲析設(shè)備包括陽極141、陰極142、陰離子交換膜143、陽離子交換膜144、第一雙極膜148、第二雙極膜149。
[0068]如圖5B所示，在陽極141與陰離子交換膜143之間設(shè)置第一雙極膜148，在陰極142與陽離子交換膜144之間設(shè)置第二雙極膜149。第一雙極膜148的陽極141 一側(cè)是陰離子交換膜，而第二雙極膜149的陰極142 —側(cè)是陽離子交換膜。
[0069]此外，在陰離子交換膜143與陽離子交換膜144之間設(shè)置有精制溶液管145，在陰離子交換膜143與第一雙極膜148之間及第二雙極膜149與陰極142之間設(shè)置有酸管146，在陽離子交換膜144與第二雙極膜149之間及第一雙極膜148與陽極141之間設(shè)置有堿管147。
[0070]首先，在包含氧化石墨的溶液中放入精制溶液管145，并在酸管146及堿管147中放入純水或包含適當?shù)碾娊赓|(zhì)的溶液。
[0071]在上述結(jié)構(gòu)中，當對陽極141與陰極142之間施加適當?shù)碾妷簳r，精制溶液管145中的溶液中的氯離子及陽離子分別透過陰離子交換膜143及陽離子交換膜144，而遷移到酸管146及堿管147中。其結(jié)果，精制溶液管145中的溶液中的離子濃度降低。
[0072]此外，水被第一雙極膜148及第二雙極膜149分解，以將氫離子供應給酸管146，并將氫氧根離子供應給堿管147。其結(jié)果，在酸管146中，可以獲得鹽酸，而在堿管147中，可以獲得氫氧化物。所獲得的鹽酸和氫氧化物分別可以用作制造氧化石墨時的原料。
[0073]實施方式6
在本實施方式中，對通過與實`施方式5同樣在電滲析工序中使用雙極膜將離子從氧化石墨溶液分離為陽離子和陰離子來獲得鹽酸和氫氧化物(MOH)的方法進行說明。
[0074]使用圖5C說明本實施方式的電滲析。這里，用于本實施方式所說明的電滲析的設(shè)備可以根據(jù)圖5C，與圖1同樣地構(gòu)成。本實施方式所使用的電滲析設(shè)備包括陽極151、陰極152、陰離子交換膜153、陽離子交換膜154、第一雙極膜158、第二雙極膜159。
[0075]如圖5C所示，在陽極151與陰離子交換膜153之間設(shè)置第一雙極膜158，在陰極152與陽離子交換膜154之間設(shè)置第二雙極膜159。第一雙極膜158的陽極151 —側(cè)是陰離子交換膜，而第二雙極膜159的陰極152 —側(cè)是陽離子交換膜。此外，在陰離子交換膜153與陽離子交換膜154之間設(shè)置有精制溶液管155。上述結(jié)構(gòu)與圖5B所示的結(jié)構(gòu)相同。
[0076]圖5C所示的電滲析設(shè)備的結(jié)構(gòu)與圖5B的不同之處如下:在陰離子交換膜153與第一雙極膜158之間設(shè)置有酸管156，在陽離子交換膜154與第二雙極膜159之間設(shè)置有堿管157 ;而且，在第一雙極膜158與陽極151之間及第二雙極膜159與陰極152之間設(shè)置有中性液管160。
[0077]首先，在精制溶液管155中放入包含氧化石墨的溶液，并在酸管156及堿管157中放入純水或包含適當濃度的電解質(zhì)的溶液。此外，在中性液管160中放入純水或包含適當濃度的電解質(zhì)的溶液。
[0078]在上述結(jié)構(gòu)中，通過對陽極151與陰極152之間施加適當?shù)碾妷?，精制溶液?55中的溶液中的氯離子及陽離子分別透過陰離子交換膜153及陽離子交換膜154，而遷移到酸管156及堿管157中。其結(jié)果，精制溶液管155中的溶液中的離子濃度降低。[0079]此外，水被第一雙極膜158及第二雙極膜159分解，以將氫離子供應給酸管156，并將氫氧根離子供應給堿管157。其結(jié)果，在酸管156中，可以獲得鹽酸，而在堿管157中，可以獲得氫氧化物。所獲得的鹽酸和氫氧化物分別可以用作制造氧化石墨時的原料。
[0080]氫氧根離子和氫離子通過第一雙極膜158及第二雙極膜159供應給中性液管160中。這些離子立即相互產(chǎn)生中和反應而成為水。在圖5C的電滲析設(shè)備中，氯離子不接觸于陽極151，由此陽極151不會被腐蝕且不會產(chǎn)生氯氣體。從而，可以安全地操作該設(shè)備。
[0081]實施方式7
在本實施方式中，使用圖3及圖6A和6B說明制造氧化石墨烯的工序。在本實施方式中，分兩個階段進行電滲析。圖3示出本實施方式的氧化石墨烯的制造工序的概況。對于電滲析以外的工序，可以參照實施方式I。首先，對石墨添加濃硫酸及氧化劑，來獲得氧化石墨(圖3的Pl)。
[0082]接著，為了使過剩的氧化劑失活，添加過氧化氫水(圖3的P2)。該階段的溶液包含各種離子、氧化石墨以外的沉淀物、未反應的石墨等。首先，通過過濾該溶液，去除水溶性離子的大部分(圖3的P3)。
[0083]接著，對殘留的固形物(包含氧化石墨、氧化石墨以外的沉淀物、未反應的石墨等)添加純水，并使溶液的氫離子濃度為PH3以下，來溶解沉淀物。作為pH調(diào)節(jié)劑優(yōu)選添加鹽酸。
[0084]為了從所得到的溶液中去除氯離子，利用電滲析。在本實施方式中，進行兩個階段的電滲析，即:第一電滲 析工序(圖3的P5A)和第二電滲析工序(圖3的P5B)。在第一電滲析工序之前，優(yōu)選添加PH調(diào)節(jié)劑，以將溶液中的氫離子濃度調(diào)節(jié)為pH6至pH8。
[0085]在此，使用圖6A簡單地說明第一電滲析。用于第一電滲析的電滲析設(shè)備可以使用與圖1所示的同樣的設(shè)備。在本實施方式中，作為PH調(diào)節(jié)劑使用氫氧化物(MOH)。在圖6A中示出陽極161、陰極162、陰離子交換膜163、陽離子交換膜164、精制溶液管165、廢液管166。在陽極161與陰極162之間施加有電壓。在精制溶液管165中流動的溶液所包含的氯離子(Cl—)和陽離子(M+)中的氯離子透過陰離子交換膜163，到達陽極161 —側(cè)的廢液管166，而陽離子透過陽離子交換膜164，到達陰極162 —側(cè)的廢液管166。通過上述方式，精制溶液管165的離子濃度降低。與此相反，廢液管166的離子濃度增加。
[0086]在將精制溶液管165的離子濃度充分降低之后，可以取出流在精制溶液管165中的溶液的一部分或全部，并對精制溶液管165追加要精制的溶液。在從精制溶液管165取出的溶液中，除了氧化石墨之外，還包含微量的陽離子。該陽離子的大部分源出于PH調(diào)節(jié)劑。由于在溶液中氧化石墨電離而成為陰離子狀的物質(zhì)(G0—)，為了保持電中性需要相應量的陽離子，所以最終會殘留微量的陽離子。該陽離子通過第二電滲析工序被去除。
[0087]此外，當在廢液管166中流動的溶液的離子濃度增高時，可以取出流在廢液管166中的溶液的一部分或全部，并對廢液管166追加純水或離子濃度低的溶液。此外，從廢液管166取出的溶液包含氯離子及陽離子。通過對該溶液進行電分解，可以取出鹽酸和氫氧化物(MOH)，并將其分別用作圖3所示的工序的原料。
[0088]此外，當如實施方式5 (或圖5B)或?qū)嵤┓绞? (或圖5C)所示那樣以使用雙極膜的方法進行第一電滲析時，可以在該工序中獲得鹽酸和氫氧化物。也就是說，作為用于第一電滲析的設(shè)備，也可以使用實施方式5或?qū)嵤┓绞?所示的設(shè)備。當利用實施方式5所示的設(shè)備進行第一電滲析時，對殘留在精制溶液管145中的溶液進行第二電滲析，即可。利用實施方式6所示的設(shè)備進行第一電滲析的情況也與上述相同。
[0089]用于第二電滲析工序(圖3的P5B)的電滲析設(shè)備是在圖1所示的電滲析設(shè)備中使用雙極膜173代替陰離子交換膜163的裝置。使用圖6B說明第二電滲析的原理。在圖6B中示出陽極171、陰極172、雙極膜173、陽離子交換膜174、精制溶液管175、廢液管176。雙極膜173的陽極171 —側(cè)是陰離子交換膜，而陰極172 —側(cè)是陽離子交換膜。
[0090]在陽極171與陰極172之間施加有電壓。在精制溶液管175中流動的溶液的氫離子濃度優(yōu)選為PH6以上。該溶液包含陽離子(M+)和已被電離的氧化石墨(G0_)，其中，陽離子(M+)被陰極172吸引，透過陽離子交換膜174，到達廢液管176。
[0091]另一方面，水被雙極膜173分解，以將氫氧根離子(0H_)釋放到陽極171 —側(cè)(也就是，釋放到廢液管176)，并將氫離子(H+)釋放到陰極172—側(cè)(也就是，釋放到精制溶液管175)。其結(jié)果，在精制溶液管175中殘留純度高的氧化石墨，而在廢液管176中可獲得氫氧化物。在廢液管176中獲得的氫氧化物可以用作上述pH調(diào)節(jié)劑。
[0092]通過上述方式獲得的溶液包含純度高的氧化石墨。通過對該包含氧化石墨的溶液進行超聲波處理，可以破壞氧化石墨的層狀結(jié)構(gòu)，而可以獲得氧化石墨烯(圖3的P7)。
[0093]實施方式8
在本實施方式中，使用 圖7A和7B對蓄電裝置(以下稱為鋰離子二次電池)的制造方法進行說明。圖7A是蓄電裝置301的平面圖，而圖7B示出沿著圖7A的鏈式線A-B的截面圖。
[0094]圖7A所示的蓄電裝置301在外裝部件302的內(nèi)部具有蓄電元件303。另外，蓄電裝置301還具有與蓄電元件303連接的端子部304、端子部305。外裝部件302可以使用層壓薄膜、高分子薄膜、金屬薄膜、金屬殼、塑料殼等。
[0095]如圖7B所示，蓄電元件303包括負極306、正極307、設(shè)置在負極306與正極307之間的分離體308、填充在由外裝部件302圍繞的蓄電裝置301中的電解質(zhì)309。
[0096]負極306包括負極集電體310及負極活性物質(zhì)層311。正極307包括正極集電體312及正極活性物質(zhì)層313。負極活性物質(zhì)層311形成在負極集電體310的一方或雙方的面上。正極活性物質(zhì)層313形成在正極集電體312的一方或雙方的面上。
[0097]負極集電體310與端子部304連接。正極集電體312與端子部305連接。端子部304、端子部305延伸到外裝部件302的外側(cè)。
[0098]正極集電體312使用鋁、不銹鋼等。正極集電體312可以采用箔狀、板狀、網(wǎng)狀等的形狀。負極集電體310可以使用銅、鈦等而形成。
[0099]作為電解質(zhì)309的溶質(zhì)，使用作為載流子離子的鋰離子可以轉(zhuǎn)移并穩(wěn)定地存在的材料。作為電解質(zhì)的溶質(zhì)的典型例子，有LiC104、LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li (C2F5SO2) 2N等的鋰鹽。另外，當載流子離子是鋰以外的堿金屬離子或堿土金屬離子時，作為電解質(zhì)309的溶質(zhì)，可以適當?shù)厥褂?鈉鹽、鉀鹽等堿金屬鹽；鈣鹽、鍶鹽、鋇鹽等堿土金屬鹽；鈹鹽；鎂鹽
坐寸o
[0100]另外，作為電解質(zhì)309的溶劑，使用載流子離子可以轉(zhuǎn)移的材料。作為電解質(zhì)309的溶劑，優(yōu)選使用非質(zhì)子有機溶劑。作為非質(zhì)子有機溶劑的典型例子，有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、Y-丁內(nèi)酯、乙腈、二甲氧基乙烷、四氫呋喃等，可以使用它們中的一種或多種。
[0101]另外，作為電解質(zhì)309的溶劑可以使用膠凝化的高分子材料，以降低漏液的危險性，從而提高安全性。另外，可以實現(xiàn)蓄電裝置301的薄型化及輕量化。作為膠凝化的高分子材料的典型例子，有硅凝膠、丙烯凝膠、丙烯腈凝膠、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟類聚合物等。另外，作為電解質(zhì)309,可以使用Li3PO4等的固體電解質(zhì)。
[0102]隔離體308使用絕緣多孔體。隔離體308可以使用纖維素(紙)、聚乙烯、聚丙烯等的有機物而制造。此外，也可以使用玻璃纖維等的無機物。
[0103]以下，將簡單說明負極活性物質(zhì)層311、正極活性物質(zhì)層313的制造方法。首先，制造用作添加劑的氧化石墨烯。對于氧化石墨烯的制造方法，可以參照實施方式I至7。這里，由于氧化石墨烯由官能團終結(jié)，所以氧化石墨烯可以懸浮在水、氯仿、N，N-dimethylformamide (DMF)或 N-methylpyrroIidone (NMP)等的極性溶劑中。
[0104]接著，將氧化石墨烯與活性物質(zhì)粒子混合在一起。在混合時，優(yōu)選將混合物中的活性物質(zhì)粒子的比率設(shè)定為90%以上，更優(yōu)選為95%以上。在混合之前，優(yōu)選將氧化石墨烯單獨懸浮在水或NMP等的溶液中。然后，通過混合活性物質(zhì)粒子，可以獲得漿料。還可以適當?shù)鼗旌弦胰埠诘鹊钠渌麑щ娭鷦┘罢辰Y(jié)劑。
[0105]如上所述，氧化石墨烯具有多種官能團，其中，由于羧基或羥基，氧化石墨烯自身發(fā)揮理想性的分散劑的作用。因此，尤其是當混合粒徑為IOOnm以下的微粒子時，可以抑制二次粒子的生成。
[0106]作為活性物質(zhì)，可以使用各種材料。例如，作為正極活性物質(zhì)，可以使用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、硅酸錳鋰、硅酸鐵鋰等，但是本發(fā)明不局限于此。此外，作為負極活性物質(zhì)，可以使用娃、錫、錯、石墨等。
[0107]活性物質(zhì)粒子的粒徑優(yōu)選為20nm至lOOnm。另外，也可以在正極活性物質(zhì)粒子的制造工序中混合葡萄糖等碳水化合物，以將碳涂敷在正極活性物質(zhì)粒子上。由此提高導電性。
[0108]將所得到的包含正極活性物質(zhì)粒子和氧化石墨烯的漿料涂敷在正極集電體312上，并將所得到的包含負極活性物質(zhì)粒子和氧化石墨烯的漿料涂敷在負極集電體310上?？梢赃m當?shù)卦O(shè)定其厚度，但優(yōu)選為I Pm至1_。然后，使?jié){料的溶劑蒸發(fā)。根據(jù)需要還可以進行壓平。
[0109]然后，為了使氧化石墨烯還原，在真空中、或者氮或氬等還原氣氛中，以150°C至900°C進行還原。該溫度根據(jù)集電體或活性物質(zhì)的耐熱性、氧化石墨烯所需要的導電率等而決定。
[0110]此外，在上述還原處理的過程中，氧化石墨烯分子與相鄰的氧化石墨烯分子結(jié)合，成長為更巨大的石墨烯，從而形成如網(wǎng)眼那樣的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。經(jīng)該過程，因為活性物質(zhì)粒子被引入到該分子中，所以在結(jié)果上可以提高活性物質(zhì)粒子之間的結(jié)合力。
[0111]所獲得的石墨烯的導電性根據(jù)還原溫度變化，除此之外，其柔性及強度等也變化。還原溫度可以考慮到所需要的導電性、柔性、強度等而決定。在用作粘合劑的石墨烯的導電性不足夠的情況下，優(yōu)選添加需要量的已知導電助劑以補充導電性。
[0112]另外，在本實施方式中，雖然作為蓄電裝置301示出被密封的薄型蓄電裝置，但是可以實現(xiàn)紐扣型蓄電裝置、圓筒型蓄電裝置、方形型蓄電裝置等的各種結(jié)構(gòu)的蓄電裝置。另外，在本實施方式中，雖然示出層疊有正極、負極和隔離體的結(jié)構(gòu)，但是也可以采用卷繞有正極、負極和隔離體的結(jié)構(gòu)。
[0113]鋰離子二次電池的記憶效應小，能量密度高且放電容量大。另外，輸出電壓高。由此，可以實現(xiàn)鋰離子二次電池的小型化及輕量化。另外，鋰離子二次電池因反復充放電而導致的劣化少，可以長時間地使用，因此可以縮減成本。
[0114]接著，作為蓄電裝置的另一個例子，對電容器的結(jié)構(gòu)進行說明。作為電容器的典型例子，有雙電層電容器、鋰離子電容器等。以下，將說明鋰離子電容器。鋰離子電容器的充放電效率高，能夠進行快速充放電且重復利用時的使用壽命也長。
[0115]作為電容器，優(yōu)選使用能夠可逆地貯藏鋰離子及/或陰離子的材料代替圖7B所示的鋰離子二次電池的正極活性物質(zhì)層313。作為正極活性物質(zhì)層313的典型例子，有活性炭、導電高分子、多并苯有機半導體(PAS)?？梢匀缟鲜瞿菢訉⑦@些微粒子與氧化石墨烯混合而制造漿料，并可以將該漿料涂敷于正極集電體并還原。此外，作為負極可以使用上述包含負極集電體、負極活性物質(zhì)層的電極。
[0116]另外，使用所公開的發(fā)明的一實施方式的電極的蓄電裝置不局限于上述蓄電裝置。例如，作為蓄電裝置的另一實施方式的空氣電池的負極，也可以使用上述包含負極集電體及負極活性物質(zhì)層的電極。在此情況下也可以制造循環(huán)特性高的蓄電裝置。
[0117]實施方式9
實施方式8所示的蓄電裝置可以用作利用電力而驅(qū)動的各種電子設(shè)備及電器設(shè)備的電源。
[0118]作為使用根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置的電子設(shè)備及電器設(shè)備的具體例子，可以舉出:顯示裝置；照明裝置；桌面型或筆記型個人計算機；重放儲存在DVD (DigitalVersatile Disc)等記錄媒`體中的靜態(tài)圖像或動態(tài)圖像的圖像重放裝置；移動電話；便攜式游戲機；便攜式信息終端；電子書閱讀器；攝像機、數(shù)碼相機等影像拍攝裝置；微波爐等高頻加熱設(shè)備；電飯煲；洗衣機；空調(diào)器等空調(diào)系統(tǒng)；電冰箱；電冷凍箱；電冷藏冷凍箱；DNA保存用冰凍器、滲析設(shè)備等的醫(yī)療設(shè)備等。
[0119]另外，利用來自蓄電裝置的電力通過電動機驅(qū)動的移動體等也包括在電子設(shè)備及電器設(shè)備的范疇內(nèi)。作為上述移動體，例如可以舉出:電動汽車；兼有內(nèi)燃機和電動機的混合動力汽車(hybrid vehicle);以及包括電動輔助自行車的電動自行車等。
[0120]在上述電子設(shè)備及電器設(shè)備中，作為用來供應大部分的耗電量的蓄電裝置(也稱為主電源)，可以使用根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置。另外，在上述電子設(shè)備及電器設(shè)備中，作為當來自上述主電源或商業(yè)電源的電力供應停止時能夠進行對電子設(shè)備及電器設(shè)備的電力供應的蓄電裝置(也稱為不間斷電源)，可以使用根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置。另外，在上述電子設(shè)備及電器設(shè)備中，作為在進行來自上述主電源或商業(yè)電源的電力供應的同時將電力供應到電子設(shè)備及電器設(shè)備的蓄電裝置(也稱為輔助電源)，可以使用根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置。
[0121]圖8示出上述電子設(shè)備及電器設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)。在圖8中，顯示裝置401是使用根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置405的電子設(shè)備及電器設(shè)備的一個例子。具體而言，顯示裝置401相當于電視廣播接收用顯示裝置，具有框體402、顯示部403、揚聲器部404和蓄電裝置405等。根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置405設(shè)置在框體402的內(nèi)部。[0122]顯示裝置401既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應，又可以使用蓄積在蓄電裝置405中的電力。因此，即使當由于停電等不能接受來自商業(yè)電源的電力供應時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置405用作不間斷電源，也可以驅(qū)動顯示裝置401。
[0123]作為顯示部403，可以使用半導體顯示裝置諸如液晶顯示裝置、在每個像素中具備有機EL元件等發(fā)光元件的發(fā)光裝置、電泳顯示裝置、DMD(數(shù)字微鏡裝置=DigitalMicromirror Device)、F1DP (等離子體顯不面板:Plasma Di splay Panel)及 FED (場致發(fā)身寸顯不器:Field Emission Display)等。
[0124]另外，除了電視廣播接收用以外，用于個人計算機或廣告顯示等的所有信息顯示的顯示裝置包括在顯示裝置中。
[0125]在圖8中，安鑲型照明裝置411是使用根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置414的電器設(shè)備的一個例子。具體而言，照明裝置411具有框體412、光源413和蓄電裝置414等。雖然在圖8中例示蓄電裝置414設(shè)置在鑲有框體412及光源413的天花板415的內(nèi)部的情況，但是蓄電裝置414也可以設(shè)置在框體412的內(nèi)部。
[0126]照明裝置411既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應，又可以使用蓄積在蓄電裝置414中的電力。因此，即使當由于停電等不能接受來自商業(yè)電源的電力供應時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置414用作不間斷電源，也可以驅(qū)動照明裝置411。
[0127]雖然在圖8中例示設(shè)置在天花板415的安鑲型照明裝置411，但是根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置既可以用于設(shè)置在天花板415以外的例如墻416、地板417或窗戶418等的安鑲型照明裝置，又可以用于臺式照明裝置等。
[0128]作為光源413，可以使用利用電力人工性地發(fā)出光的人工光源。具體而言，作為上述人工光源的一個例子，可以舉出白熾燈泡、熒光燈等放電燈以及LED或有機FL元件等發(fā)光元件。
[0129]在圖8中，具有室內(nèi)機421及室外機425的空調(diào)器是使用根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置424的電器設(shè)備的一個例子。具體而言，室內(nèi)機421具有框體422、送風口 423和蓄電裝置424等。雖然在圖8中例示蓄電裝置424設(shè)置在室內(nèi)機421中的情況，但是蓄電裝置424也可以設(shè)置在室外機425中?；蛘?，也可以在室內(nèi)機421和室外機425的雙方中設(shè)置有蓄電裝置424。
[0130]空調(diào)器既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應，又可以使用蓄積在蓄電裝置424中的電力。具體而言，當在室內(nèi)機421和室外機425的雙方中設(shè)置有蓄電裝置424時，即使當由于停電等不能接受來自商業(yè)電源的電力供應時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置424用作不間斷電源，也可以驅(qū)動空調(diào)器。
[0131]雖然在圖8中例示由室內(nèi)機和室外機構(gòu)成的分體式空調(diào)器，但是也可以將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置用于在一個框體中具有室內(nèi)機的功能和室外機的功能的空調(diào)器。
[0132]在圖8中，電冷藏冷凍箱431是使用根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置435的電器設(shè)備的一個例子。具體而言，電冷藏冷凍箱431具有框體432、冷藏室門433、冷凍室門434和蓄電裝置435等。在圖8中，蓄電裝置435設(shè)置在框體432的內(nèi)部。電冷藏冷凍箱431既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應，又可以使用蓄積在蓄電裝置435中的電力。因此，即使當由于停電等不能接受來自商業(yè)電源的電力供應時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置435用作不間斷電源，也可以驅(qū)動電冷藏冷凍箱431。
[0133]在上述電子設(shè)備及電器設(shè)備中，微波爐等高頻加熱設(shè)備和電飯煲等電器設(shè)備在短時間內(nèi)需要高功率。因此，通過將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的蓄電裝置用作用來輔助商業(yè)電源不能充分供應的電力的輔助電源，當使用電器設(shè)備時可以防止商業(yè)電源的總開關(guān)跳閘。
[0134]另外，在不使用電子設(shè)備及電器設(shè)備的時間段，具體而言在商業(yè)電源的供應源能夠供應的總電量中的實際使用的電量的比率(稱為功率使用率)低的時間段中，將電力蓄積在蓄電裝置中，由此可以減少在使用電子設(shè)備及電器設(shè)備的時間段中電力使用率。例如，在為電冷藏冷凍箱431時，在氣 溫低且不進行冷藏室門433或冷凍室門434的開關(guān)的夜間，將電力蓄積在蓄電裝置435中。并且，在氣溫高且進行冷藏室門433或冷凍室門434的開關(guān)的白天，將蓄電裝置435用作輔助電源，由此可以減少白天的電力使用率。
[0135]實施方式10
在本實施方式中，使用圖9的方框圖對將實施方式8所示的蓄電裝置(二次電池)用于無線供電系統(tǒng)(以下稱為RF供電系統(tǒng))時的一個例子進行說明。雖然在圖9中根據(jù)功能將受電裝置及供電裝置內(nèi)的構(gòu)成要素分類并作為彼此獨立的方框圖而示出，但是實際上難以根據(jù)功能將構(gòu)成要素完全分類，一個構(gòu)成要素可能與多個功能有關(guān)。
[0136]首先，對RF供電系統(tǒng)的概況進行說明。受電裝置501包含在利用從供電裝置511供給的電力而驅(qū)動的電子設(shè)備或電力推進車輛等中，還可以適當?shù)貞糜谄渌秒娏︱?qū)動的設(shè)備。
[0137]作為電子設(shè)備的典型例子，有數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等影像拍攝裝置、數(shù)碼相框、移動電話機(也稱為移動電話、移動電話裝置)、便攜式游戲機、移動信息終端、聲音再現(xiàn)裝置、顯示裝置、計算機等。
[0138]另外，作為電力推進車輛的典型例子，有電動汽車、混合動力汽車、鐵路用電動車廂、工作車、卡丁車、輪椅等。另外，供電裝置511具有向受電裝置501供給電力的功能。
[0139]在圖9中，受電裝置501具有受電裝置部502和電源負荷部509。受電裝置部502至少具有受電裝置用天線電路503、信號處理電路504、二次電池505。另外，供電裝置511至少具有供電裝置用天線電路512和信號處理電路513。
[0140]受電裝置用天線電路503接收供電裝置用天線電路512所發(fā)送的信號或者對供電裝置用天線電路512發(fā)送信號。信號處理電路504處理受電裝置用天線電路503所接收的信號，并控制二次電池505的充電以及從二次電池505供給到電源負荷部509的電力。另外，信號處理電路504控制受電裝置用天線電路503的工作。就是說，信號處理電路504可以控制從受電裝置用天線電路503發(fā)送的信號的強度、頻率等。
[0141]電源負荷部509是從二次電池505接收電力并驅(qū)動受電裝置501的驅(qū)動部。作為電源負荷部509的典型例子有電動機、驅(qū)動電路等，但是可以適當?shù)厥褂闷渌耐ㄟ^接收電力來驅(qū)動受電裝置的裝置作為電源負荷部509。另外，供電裝置用天線電路512對受電裝置用天線電路503發(fā)送信號或接收來自受電裝置用天線電路503的信號。
[0142]信號處理電路513處理供電裝置用天線電路512所接收的信號。另外，信號處理電路513控制供電裝置用天線電路512的工作。就是說，信號處理電路513可以控制從供電裝置用天線電路512發(fā)送的信號的強度、頻率等。[0143]根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的二次電池被用作在圖9說明的RF供電系統(tǒng)中的受電裝置501所具有的二次電池505。通過將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的二次電池用于RF供電系統(tǒng)，與現(xiàn)有的二次電池相比，可以增加蓄電量。因此，可以延長無線供電的時間間隔(即，可以減少供電頻率)。
[0144]另外，通過將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的二次電池用于RF供電系統(tǒng)，可以在足以驅(qū)動電源負荷部509的現(xiàn)有蓄電量的基礎(chǔ)上實現(xiàn)受電裝置501的小型化及輕量化。因此，可以縮減總成本。
[0145]受電裝置501具有受電裝置部502和電源負荷部509。受電裝置部502至少具有受電裝置用天線電路503、信號處理電路504、二次電池505、整流電路506、調(diào)制電路507、電源電路508。另外，供電裝置511至少具有供電裝置用天線電路512、信號處理電路513、整流電路514、調(diào)制電路515、解調(diào)電路516、振蕩電路517。
[0146]受電裝置用天線電路503接收供電裝置用天線電路512所發(fā)送的信號或?qū)╇娧b置用天線電路512發(fā)送信號。當受電裝置用天線電路503接收供電裝置用天線電路512所發(fā)送的信號時，整流電路506從受電裝置用天線電路503所接收的信號生成直流電壓。
[0147]信號處理電路504處理受電裝置用天線電路503所接收的信號，并控制二次電池505的充電以及從二次電池505供給到電源電路508的電力。電源電路508將二次電池505所儲蓄的電壓轉(zhuǎn)換為電源負荷部509所需的電壓。當從受電裝置501將回應信號發(fā)送到供電裝置511時使用調(diào)制電路507。
[0148]通過具有電源電路508，可以控制供給到電源負荷部509的電力。由此，可以抑制施加到電源負荷部509的過電壓，從而可以降低受電裝置501的劣化或損壞。
[0149]另外，通過具有調(diào)制電路507，可以從受電裝置501對供電裝置511發(fā)送信號。由此，根據(jù)受電裝置501的充電量達到一定量的判斷，可以從受電裝置501對供電裝置511發(fā)送信號，而停止從供電裝置51`1對受電裝置501供電。其結(jié)果，二次電池505不充滿電，而可以增加二次電池505的充電次數(shù)。
[0150]供電裝置用天線電路512對受電裝置用天線電路503發(fā)送信號或從受電裝置用天線電路503接收信號。當對受電裝置用天線電路503發(fā)送信號時，信號處理電路513生成發(fā)送到受電裝置的信號。振蕩電路517生成一定頻率的信號。調(diào)制電路515根據(jù)信號處理電路513所生成的信號和振蕩電路517所生成的一定頻率的信號對供電裝置用天線電路512施加電壓。
[0151]由此，從供電裝置用天線電路512輸出信號。另一方面，當從受電裝置用天線電路503接收信號時，整流電路514對所接收的信號進行整流。解調(diào)電路516從由整流電路514進行了整流的信號抽出受電裝置501對供電裝置511發(fā)送的信號。信號處理電路513對由解調(diào)電路516抽出的信號進行分析。
[0152]只要能夠進行RF供電，就可以在各電路之間設(shè)置任何電路。例如，也可以在受電裝置501接收信號且整流電路506生成直流電壓之后利用設(shè)置在后級的DC-DC轉(zhuǎn)換器或調(diào)整器等的電路生成恒壓。由此，可以抑制受電裝置501內(nèi)部被施加過電壓。
[0153]注意，當將根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的二次電池用于RF供電系統(tǒng)并使受電裝置用天線電路503和二次電池505彼此重疊時，優(yōu)選不使受電裝置用天線電路503的阻抗發(fā)生變化，這由于伴隨二次電池505的充放電的二次電池505變形及伴隨該變形的天線變形而導致。如果天線的阻抗發(fā)生變化則有時不能實現(xiàn)充分的電力供給。
[0154]例如，將二次電池505裝入由金屬或陶瓷形成的電池箱即可。此時優(yōu)選受電裝置用天線電路503和電池組離開幾十iim以上。
[0155]對充電用信號的頻率沒有特別的限制，只要是能夠傳送電力的頻率，就可以是任何帶域的頻率。充電用信號的頻率例如可以是135kHz的LF帶(長波)、13.56MHz的HF帶、900MHz 至 IGHz 的 UHF 帶、2.45GHz 的微波帶。
[0156]信號的傳送方式可以從電磁耦合方法、電磁感應方法、共振方法、微波方法等各種方法適當?shù)剡x擇。然而，為了抑制雨、泥等的含水的異物所引起的能量損失，優(yōu)選使用利用低頻帶，具體而言，超短波的3kHz至30kHz、短波的30kHz至300kHz、中波的300kHz至3MHz或長波的3MHz至30MHz的頻率的電磁感應方法以及共振方法。
[0157]本實施方式可以與上述任何其他實施方式組合而實施。 本申請基于2011年7月22日提交到日本專利局的日本專利申請N0.2011-160695、2011-160697以及2011-160696，通過引用將其完整內(nèi)容并入在此。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化石墨的制造方法，包括: 在溶液中將石墨氧化； 對所述溶液添加酸，以使所述溶液為PH3以下；以及 進行電滲析，以從所述溶液中去除陽離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨的制造方法，其中所述酸是鹽酸。
3.一種氧化石墨的制造方法，包括: 在溶液中將石墨氧化； 對所述溶液添加PH調(diào)節(jié)劑，以使所述溶液為pH6至pH8 ；以及 進行電滲析，以從所述溶液中去除陽離子及陰離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化石墨的制造方法，其中所述pH調(diào)節(jié)劑是氫氧化鋰或氫氧化銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的 氧化石墨的制造方法， 其中，所述進行電滲析的步驟包括進行第一電滲析以從所述溶液中去除所述陽離子及所述陰離子的第一步驟；以及進行第二電滲析以從所述溶液中去除所述陽離子的第二步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化石墨的制造方法， 其中，所述進行電滲析的步驟包括進行第一電滲析以從所述溶液中去除所述陽離子及所述陰離子的第一步驟；以及進行第二電滲析以從所述溶液中去除所述陽離子的第二步驟， 在所述第一電滲析中使用第一陽離子交換膜和陰離子交換膜， 并且，在所述第二電滲析中使用第二陽離子交換膜和雙極膜。
7.一種氧化石墨烯的制造方法，包括: 在溶液中將石墨氧化； 對所述溶液添加酸，以使所述溶液為PH3以下； 進行電滲析，以從所述溶液中去除陽離子，以及 對通過所述電滲析而獲得的氧化石墨進行超聲波處理。
8.—種石墨烯的制造方法，包括使根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法獲得的氧化石墨烯還原的步驟。
9.一種氧化石墨烯的制造方法，包括: 在溶液中將石墨氧化； 對所述溶液添加PH調(diào)節(jié)劑，以使所述溶液為pH6至pH8 ； 進行電滲析，以從所述溶液中去除陽離子及陰離子，以及 對通過所述電滲析而獲得的氧化石墨進行超聲波處理。
10.一種石墨烯的制造方法，包括使根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法獲得的氧化石墨烯還原的步驟。
11.一種電滲析設(shè)備，包括陽極、陰離子交換膜、陽離子交換膜、陰極， 其中，在所述陽極與所述陽離子交換膜之間設(shè)置有所述陰離子交換膜， 在所述陰極與所述陰離子交換膜之間設(shè)置有所述陽離子交換膜， 并且，對所述陽離子交換膜與所述陰離子交換膜之間注入包含氧化石墨、陽離子和陰離子的溶液。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電滲析設(shè)備，其中所述溶液的pH為3以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電滲析設(shè)備，其中所述溶液的pH為6至8。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電滲析設(shè)備，還包括設(shè)置在所述陽極與所述陰離子交換膜之間的雙極膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電滲析設(shè)備，還包括設(shè)置在所述陰極與所述陽離子交換膜之間的雙極膜。
16.一種電滲析設(shè)備，包括陽極、陰離子交換膜、雙極膜、陰極， 其中，在所述陽極與所述雙極膜之間設(shè)置有所述陰離子交換膜， 在所述陰極與所述陰離子交換膜之間設(shè)置有所述雙極膜， 并且，對所述雙極膜與所述陰離子交換膜之間注入包含氧化石墨和陽離子的溶液。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電滲析設(shè)備，其中所述溶液的pH為3以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電滲析設(shè)備，還包括設(shè)置在所述陽極與所述陰離子交換膜之間的第二雙極膜。
19.一種電滲析設(shè)備，包括陽極、陽離子交換膜、雙極膜、陰極， 其中，在所述陽極與所述陽離子交換膜之間設(shè)置有所述雙極膜， 在所述陰極與所述雙極膜之間設(shè)置有所述陽離子交換膜， 并且，對所述雙極膜與所述陽離子交換膜之間注入包含氧化石墨和陽離子的溶液。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電滲析設(shè)備，其中所述溶液的pH為6以上。
【文檔編號】C01B31/02GK103702936SQ201280036403
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月22日
【發(fā)明者】等等力弘篤, 竹村保彥, 野元邦治 申請人:株式會社半導體能源研究所