(57)【要約】  収着プロセスを伴い且つ活性物質を保持するマトリックスを含むケミカルヒートポンプにおいて、少なくとも活性物質が、グラフェン及び／又は酸化グラフェンを含む材料に存在する。この材料は、何らかの塩にて大きなエネルギー量を使用して、希釈溶液から固体結晶までの全範囲を利用できるように設計されている。活性物質への及び活性物質からの熱移動が改善され、液体状態の活性物質を保持するマトリックスの能力が改善され、マトリックスの機械的強度が改善され、特定の用途における要件に従って電力及びエネルギーをより良好に変化させることができ、システム圧力がより柔軟になる。
2018518548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケミカルヒートポンプに使用するための材料であって、
前記材料が活性物質を含み、そして前記活性物質の少なくとも一部への及び前記活性物質の少なくとも一部からの気相の揮発性液体の移動を可能にし、前記材料の少なくとも一部が周囲と熱的に接触しており、前記材料が、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種のフレークを含み、各個々のフレークが１００〜１００００ｎｍの範囲の横方向のサイズ及び０．３４から５ｎｍの範囲の厚みを有することを特徴とする、材料。
【請求項２】
前記材料が、前記活性物質を囲む複数のセルを含み、前記セルの各々が少なくとも１つのセル壁を有し、前記セル壁の一側面が前記活性物質に面しており、そして前記セル壁が複数の少なくとも部分的に重なり合うフレークを含む、請求項１に記載の材料。
【請求項３】
前記フレークが前記セル壁にのみ存在する、請求項２に記載の材料。
【請求項４】
前記フレークが前記セル壁に存在し、且つ前記囲まれた活性物質と共に前記セルに囲まれている、請求項２に記載の材料。
【請求項５】
前記材料中のセルが、前記活性物質とマトリクス材料の両方を含む、請求項２から４のいずれか一項に記載の材料。
【請求項６】
前記少なくとも１種の活性物質が、塩及び酸化物からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１から５のいずれか一項に記載の材料。
【請求項７】
前記活性物質が、塩及びＣａＯからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１から５のいずれか一項に記載の材料。
【請求項８】
前記活性物質が、リチウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、コバルト、ニッケル、鉄、亜鉛、マンガン、カリウム及びアルミニウムの塩化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩及び硝酸塩、並びにリチウム、ナトリウム及びカリウムの硫化物及び水酸化物からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１から７のいずれか一項に記載の材料。
【請求項９】
前記活性物質が、Ｎａ２Ｓ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＣａＣｌ２及びＣａＢｒ２からなる群から選択される、請求項１から８のいずれか一項に記載の材料。
【請求項１０】
前記マトリクスが繊維を含む、請求項５に記載の材料。
【請求項１１】
前記材料が、セラミック材料を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の材料。
【請求項１２】
前記セルがハニカム構造を構成する、請求項２に記載の材料。
【請求項１３】
前記セルが紐形状の構造を構成する、請求項２に記載の材料。
【請求項１４】
前記セルが螺旋形状の構造を構成する、請求項２に記載の材料。
【請求項１５】
前記セルが、少なくとも２つの個々のセルを通って延在する少なくとも１つの細長い導電性コアを含む、請求項２に記載の材料。
【請求項１６】
前記セルが、ランダム構造である、請求項２に記載の材料。
【請求項１７】
前記セルが、本質的に球形である、請求項２に記載の材料。
【請求項１８】
前記材料の前記個々のセルのサイズが、０．５ｍｍから１０ｍｍの範囲にある、請求項２に記載の材料。
【請求項１９】
前記セル壁が、グラファイトを含む、請求項２に記載の材料。
【請求項２０】
前記材料が、疎水性ナノ粒子を含む外側コーティングによって囲まれたピースとして存在し、前記疎水性ナノ粒子が、１から５０μｍの平均サイズを有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の材料。
【請求項２１】
前記疎水性ナノ粒子が、ＳｉＯ２を含み、共有結合した疎水性化合物によって改質されている、請求項２０に記載の材料。
【請求項２２】
ケミカルヒートポンプであって、
前記ケミカルヒートポンプが、
リアクター部分、
エバポレーター／コンデンサー部分、及び
前記リアクター部分と前記エバポレーター／コンデンサー部分とを互いに連結して前記リアクター部分と前記エバポレーター／コンデンサー部分の間のガス交換を可能にする通路、
前記リアクター部分、前記エバポレーター／コンデンサー部分及び前記通路の内側に存在する揮発性液体、並びに
少なくとも前記リアクター部分に存在する少なくとも１種の活性物質、
を含み、
前記揮発性液体を、第１の温度で前記活性物質によって吸収され、且つ第２のより高い温度で前記活性物質によって脱着されるように適合させ、
請求項１から２１のいずれか一項に記載の材料が、少なくとも前記リアクター部分に存在し、前記材料が、揮発性液体と一緒に固相及び液体溶液の両方の前記活性物質を保持する、ケミカルヒートポンプ。
【請求項２３】
前記材料が、前記リアクター部分及び前記エバポレーター／コンデンサー部分の両方に存在する、請求項２２に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項２４】
ケミカルヒートポンプであって、
前記ケミカルヒートポンプが、
第１の貯蔵コンパートメントと第２の貯蔵コンパートメントであって、前記第１の及び第２の貯蔵コンパートメントを、請求項１から２１のいずれか一項に記載の材料を貯蔵するように適合させたもの、
前記材料へ及び前記材料から熱を移動させるように適合させた少なくとも１つの反応コンパートメントであって、前記少なくとも１つの反応コンパートメントを、前記材料への熱の移動の間に前記材料から放出された揮発性液体を受け取るように適合させ、かつ前記少なくとも１つの反応コンパートメントを、前記材料からの熱の移動の間に前記材料へ揮発性液体を分配するように適合させたもの、
前記第１の貯蔵コンパートメントから前記少なくとも１つの反応コンパートメントへ、及び前記少なくとも１つの反応コンパートメントから前記第２の貯蔵コンパートメントへ、並びに前記第２の貯蔵コンパートメントから前記少なくとも１つの反応コンパートメントへ、及び前記少なくとも１つの反応コンパートメントから前記第１の貯蔵コンパートメントへ前記材料を移動させるように適合させた移動手段、
を含む、ケミカルヒートポンプ。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの反応コンパートメントが、前記材料に熱が移動するように適合させた第１の反応コンパートメント、及び前記材料から熱が移動するように適合させた第２の反応コンパートメントを含む、請求項２４に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項２６】
前記揮発性液体が、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｈ２及びアルコールから選択される少なくとも１種である、請求項２２から２５のいずれか一項に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項２７】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の材料を製造する方法であって、
前記方法が、
活性物質を提供するステップ、
前記活性物質を、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種のフレークでコーティングするステップ
を含む、方法。
【請求項２８】
マトリクス材料が、前記コーティング前に前記活性物質と混合される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種のフレークが、コーティング前に前記活性物質と混合される、請求項２７から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
コーティング前の前記活性物質が、０．５〜１０ｍｍの範囲のサイズをそれぞれ有する粒子である、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記コーティングが、スーパーソニックコーティング、ウルトラソニックコーティング、及びスプレーコーティングからなる群から選択される少なくとも１種を使用して実施される、請求項２７から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記コーティングが、水性分散液を塗布し、続いて蒸発させることによって実施される、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記コーティングが、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種を、接着剤表面に接触させ、続いてグラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種を含む前記接着剤表面を前記活性物質に接触させることによって実施されて、前記活性物質上にコーティングを形成する、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種を含む前記接着剤表面を、前記活性物質に接触させるステップが繰返される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記コーティングされた活性物質が、残りの接着剤を蒸発させるために加熱される、請求項３３から３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記分散液が、スプレー及び浸漬からなる群から選択される少なくとも１種を使用して塗布される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記コーティングが、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種に加えて、グラファイトを含む、請求項２７から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記材料が、コーティングの後、７５０℃以上の温度でアニーリングされる、請求項２３から３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記活性物質が、前記活性物質をグラファイトと十分な機械的エネルギーで混合して、グラフェンフレークと共に活性物質を得ることによって、グラフェンフレークとの混合物として与えられる、請求項２７から３８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、概して、収着プロセスを含むケミカルヒートポンプにおける使用を意図した改良された材料（ｍａｔｅｒｉａｌ）に関する。この材料は、グラフェン及び／又は酸化グラフェンのフレークを含む。
【背景技術】
【０００２】
背景
ケミカルヒートポンプ、特に収着原理に従って動作するケミカルヒートポンプは、典型的に、少なくとも１種の塩及び少なくとも１種の揮発性液体を含む。動作原理はしばしば、固体（塩又は酸化物等）における及び固体（塩又は酸化物等）からの揮発性液体（例としては、水、アルコール、アンモニア、及び水素が挙げられる。）の可逆的な吸収及び脱着に基づく。揮発性液体の気相の吸収は典型的に、熱を発する発熱プロセスであるが、揮発性液体の気相の脱着は典型的に、吸熱性であり、エネルギーの供給を必要とする。特定の固体／気体の対、即ち特定の少なくとも１種の塩又は酸化物と少なくとも１種の揮発性液体とにより、ケミカルヒートポンプが動作する温度範囲が決まる。このようなケミカルヒートポンプの動作サイクルは典型的に、バッチサイクルを用いて不連続的な方法で行われる。
【０００３】
システムは、典型的に、コンデンサー／エバポレーターとリアクター（吸収剤／脱着剤）とを含み、両方共、周囲の系と熱を交換する。揮発性液体の蒸気及び／又は気相は、リアクター（吸収剤／脱着剤）とコンデンサー／エバポレーターとの間を流れることができる。
【０００４】
気相における揮発性液体（例えば、水又は別の物質（単数又は複数））が、活性物質（典型的に、塩又は酸化物）に吸収されると、活性物質は最初は、依然として固相のままであるが、その後より多くの揮発性液体が吸収されるにつれて、徐々に液相に変わる。揮発性液体の吸収によって、活性物質が液体になるプロセスを、液化と称する。
【０００５】
塩又は酸化物が、揮発性液体を吸収する活性物質であるシステムでは、活性物質を保持するマトリクスを設けることによって、ケミカルヒートポンプは改善することができる。
【０００６】
国際公開パンフレット第２００７／１３９４７６号に記載されているケミカルヒートポンプでは、固体状態と液体状態又は溶液相との両方における活性物質がマトリクスに保持若しくは担持され又は結合されるように、リアクター部分においてマトリクスが活性物質に供給されることが記載されている。マトリクスは、酸化アルミニウム等の不活性材料であり、細孔を有し、揮発性液体に対して透過性であり、その中に活性物質を位置させるのが有利である。特に、１つ又は複数の表面を有する材料を使用することができ、その表面に、活性物質は、液体状態で結合することができる。
【０００７】
活性物質を保持するマトリクスを使用することによって、多くの種々の利点が得られる。
【０００８】
マトリクスは、揮発性液体を吸収するプロセスには関与せず、それは支持体として作用し、活性物質を保持する。活性物質は揮発性液体を吸収する。活性物質は、種々の実施形態において種々の力によって、マトリクスに保持されるが、その例としては、毛管力、ファンデルワール力等が挙げられる。
【０００９】
Ｔ．Ｘ．Ｌｉ、Ｒ．Ｚ．Ｗａｎｇ、Ｒ．Ｇ．Ｏｌｉｖｅｉｒａ、Ｊ．Ｋ．Ｋｉｐｌａｇａｔ、及びＬ．Ｗ．Ｗａｎｇは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ  ３２巻、（２００９年）、４７〜５７頁に、ＣＯＰを高めることができると開示している。その冒頭で、熱と物質の移動を改善する添加剤として、膨張黒鉛を使用することができると述べられている。実験の項では、リアクターは、金属塩と膨張黒鉛との複合化合物であると述べられている。膨張黒鉛により、熱と物質の移動が促進されると言われている。異なるリアクター内にある高温塩及び低温塩は、２つの異なる相の間で、熱の受け入れと吸収の両方に関与する。
【００１０】
膨張黒鉛は、天然のフレークグラファイトを、クロム酸、その後濃硫酸等の酸の浴に浸漬することによって作ることができるが、これは結晶格子面を離す力を及ぼして、グラファイトを膨張させる。
【００１１】
国際公開パンフレット第２０１２／１１８４３７号には、塩及び／又はＣａＯの内側部分と、疎水性ナノ粒子を有する外側コーティングとを含む粒子が開示されている。また更に、ナノ粒子は、炭素材料と共に疎水性に改質したＳｉＯ２粒子を含むことができると開示されている。炭素材料の例としては、グラファイト及びグラフェンが挙げられ、炭素材料により熱伝導を改善することができると述べられている。コーティングは常に疎水性ナノ粒子を含む。
【００１２】
疎水性ナノ粒子でコーティングされた粒子は有望ではあるが、長期間の機械的安定性及びナノ粒子コーティングにより粉塵が出来るという問題がある。更に、外側コーティングにおける疎水性ナノ粒子には、望ましくない絶縁効果がある。機械的強度を改善して、より良好な長期間の性能を得ることできる。
【００１３】
上記のようなマトリクスを有するケミカルヒートポンプ（例えば、国際公開パンフレット第２００７／１３９４７６号）は非常に有用であり、今日ではうまく使用されているが、依然として改善の余地がある。例えば、更に国際公開パンフレット第２０１２／１１８４３７号に開示されているナノ粒子でコーティングされた活性物質を考慮して、活性物質への、及び活性物質からの熱移動を更に改善することができる。液化した塩を保持するマトリクスの能力を改善して、活性物質がマトリクスから逃げるのを防止することもまた可能である。更に、常にマトリクスの機械的強度を改善するのが望ましい。出力密度、冷却能力及びＣＯＰを改善することもまた望ましい。
【００１４】
より詳細なレベルでは、収着プロセスを含むケミカルヒートポンプにおける活性物質への及び活性物質からの熱移動を更に改善する方法が問題である。
【００１５】
ケミカルヒートポンプにおける望ましくない効果は、活性物質を保持するマトリクスを含むヒートポンプにおいて典型的に生じる活性物質の移動である。例えば、温度がより高い部分で活性物質（例えば塩）が濃縮される熱誘起の移動があるが、それは、溶液相の活性物質がこれらの部分へ向かう毛管移動のためである。同様の効果は、重力によって誘起される移動である。更に気相によって運ばれる活性物質の移動がある。特に、ガスの速度が速い場合、活性物質を含む小さな液滴が、ガスの流れと共に流れてケミカルヒートポンプの部品を汚染（コンタミネーション）する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
要約
本発明の目的は、先行技術の欠点の少なくとも幾つかを解消し、ケミカルヒートポンプ用の改善されたマトリクスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の態様では、ケミカルヒートポンプで使用するための材料を提供するが、この材料は活性物質を含み、活性物質の少なくとも一部への及び活性物質の少なくとも一部からの気相の揮発性液体の輸送を可能にし、前記材料の少なくとも一部は周囲と熱的に接触しており、前記材料はグラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種のフレークを含み、各個々のフレークは１００〜１００００ｎｍの範囲の横方向のサイズ（ｌａｔｅｒａｌ  ｓｉｚｅ）及び０．３４から５ｎｍの範囲の厚みを有する。
【００１８】
第２の態様では、ケミカルヒートポンプを提供するが、前記ケミカルヒートポンプは、
リアクター部分、
エバポレーター／コンデンサー部分及び
前記リアクター部分と前記エバポレーター／コンデンサー部分とを互いに接続し、前記リアクター部分と前記エバポレーター／コンデンサー部分との間のガス交換を可能にする通路、
前記リアクター部分、前記エバポレーター／コンデンサー部分及び前記通路の内側に存在する揮発性液体、並びに
少なくとも前記リアクター部分の中の少なくとも１種の活性物質、
を含み、
前記揮発性液体を、第１の温度で前記活性物質によって吸収され、第２のより高い温度で前記活性物質によって脱着されるように適合させ、
上記の材料が少なくとも前記リアクター部分にあり、前記材料が、固相の及び液体溶液の前記活性物質を揮発性液体と一緒に保持する。
【００１９】
第３の態様では、ケミカルヒートポンプを提供するが、前記ケミカルヒートポンプは、
第１の貯蔵コンパートメントと第２の貯蔵コンパートメントであって、前記第１の及び第２の貯蔵コンパートメントが、上記の材料を貯蔵するように適合させたもの、
前記材料へ及び前記材料から熱を移動させるように適合させた少なくとも１つの反応コンパートメントであって、前記少なくとも１つの反応コンパートメントを、前記材料への熱の移動の間に前記材料から放出された揮発性液体を受け取るように適合させ、かつ、前記少なくとも１つの反応コンパートメントを、前記材料からの熱の移動の間に前記材料へ揮発性液体を分配するように適合させたもの、
前記第１の貯蔵コンパートメントから前記少なくとも１つの反応コンパートメントへ、及び前記少なくとも１つの反応コンパートメントから前記第２の貯蔵コンパートメントへ、並びに前記第２の貯蔵コンパートメントから前記少なくとも１つの反応コンパートメントへ、及び前記少なくとも１つの反応コンパートメントから前記第１の貯蔵コンパートメントへ前記材料を移動させるように適合させた移動手段、
を含む。
【００２０】
第４の態様では、上記の材料を製造する方法を提供するが、前記方法は、
活性物質を提供するステップ、
前記活性物質を、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種のフレークを用いてコーティングするステップ
を含む。
【００２１】
更なる態様及び実施形態は、添付の特許請求の範囲に定義される。
【発明の効果】
【００２２】
１つの利点は、ケミカルヒートポンプの活性物質への及び活性物質からの熱移動が改善されることである。グラフェン及び／又は酸化グラフェンと活性物質との直接接触により、熱伝導性は大きく改善される。
【００２３】
別の利点は、機械的強度が改善されることである。
【００２４】
更に別の利点は、様々なタイプの移動（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が低減され、又は排除さえされることである。例えば、グラファイト及び／又はグラフェンの熱伝導が改善されるため、熱によって誘導される移動が低減される。液体を保持し、かつ本質的に液体が各セルの外側に移動するのを妨げるセルの存在ゆえに、重力による移動が低減される。
低減する。
【００２５】
図面の簡単な説明
次に、本発明を、添付の図面を参照し、例を挙げることによって以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本材料を構成する材料（セル）の基本的な設計を示す。  上：重なり合うフレークのコーティングを有する球形に形成された、１ピースの活性物質  中：フレークを含む、１ピースの活性物質、  下：フレークを含み、且つ重なり合うフレークのコーティングを有する、１ピースの活性物質。  セル内側の本材料は、明瞭さを改善するために、一定の縮尺で描かれておらず、更にグラフェン及び／又は酸化グラフェンのフレークもまた、一定の縮尺で描かれていない。
【００２７】
【図２】図２は、本材料が、活性物質を含む球形セルの形態をしており、且つセルが２つの表面の間に存在している実施形態を示す。セルは、互いに及び２つの表面と熱伝導接触をしている。
【図３】図３は、本材料（セル）を製造する方法の一実施形態を示す。図は、材料の一部であり得る個々のセルの製造を示す。上の図では、１ピースの活性物質が与えられ、中の図では、フレークが塗布され、そして下の図は、重なり合うフレークを含むセル壁を有する完成したセルを示す。セル内側の本材料は、明瞭さを改善するために、一定の縮尺で描かれておらず、更にグラフェン及び／又は酸化グラフェンのフレークもまた、一定の縮尺で描かれていない。
【００２８】
【図４】図４ａ及び図４ｂは、本発明に従う球の形態の本材料を含むケミカルヒートポンプの２つの異なる実施形態を示す。左側にはリアクター部分があり、右側にはエバポレーター／コンデンサー部分があり、これらは、リアクター部分とエバポレーター／コンデンサー部分との間でガスの交換を可能にする通路によって連結されている。揮発性液体は、リアクター部分、エバポレーター／コンデンサー部分及び通路の内側に存在する。本材料（即ち、セル）は、図４ａではリアクター部分に存在し、図４ｂではリアクター部分とエバポレーター／コンデンサー部分の両方に存在する。
【００２９】
【図５】図５は、熱交換スパイラルで示される２つの異なる周囲の系と熱的に接触しているリアクターとエバポレーター／コンデンサーの両方を有するシステムに関する一実施形態を示す。リアクター部分は更に、本材料用の２つの異なる貯蔵コンパートメントと連結する。装入モードでは、リアクターコンパートメントは加熱され、揮発性液体は活性物質から蒸発して、本材料からエバポレーター／コンデンサーに移動する。それらが装入されると、本材料は、リアクターから離れて装入材料用の貯蔵コンパートメントに移送される。排出モードでは、本材料は、装入材料用の貯蔵コンパートメントからリアクターへ移送されて、揮発性液体は、本材料中の活性物質によって吸収される。排出されると、本材料は排出材料用の貯蔵コンパートメントに移送される。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
詳細な説明
本発明を開示し、詳細に説明する前に、本発明は、本明細書に開示された特定の化合物、構成、方法ステップ、基材（基体）、及び材料に限定されないことを理解すべきであるが、それは、このような化合物、構成、方法ステップ、基材及び材料は、多少変えることができるからである。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されるので、本明細書で使用された用語は、特定の実施形態を説明する目的でのみ使用されており、限定することを意図していないこともまた理解すべきである。
【００３１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上明白に他を指示していない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。
【００３２】
他に何も定義されていない場合、本明細書で使用される用語及び科学用語は、本発明が関係する当業者によって一般的に理解される意味を有することが意図されている。
【００３３】
本明細書で使用される活性物質は、吸収プロセスにおいて揮発性液体と一緒に活性な部分になる物質を意味する。
【００３４】
マトリクスは、揮発性液体に対して本質的に不活性であるが、活性物質が固相である場合と、活性物質がある量の揮発性液体を吸収して液体になった場合の両方において、活性物質を保持することができる材料を意味する。
【００３５】
本明細書で使用される揮発性液体は、ケミカルヒートポンプにおいて、活性物質に吸収され且つ活性物質から脱着する能力を有する液体を意味する。揮発性液体は、液相及び気相の両方であり得る。
【００３６】
本発明には、活性物質への及び活性物質からの熱伝導を改善する利点がある。熱は周囲の系から及び周囲の系へ移動する。本材料に使用される材料は、グラフェン及び酸化グラフェンから選択される少なくとも１種である。これらの材料では、熱伝導は良好である。更に、これらの材料は、活性物質として塩を有し、温度が変わるケミカルヒートポンプにおける環境に耐えることができる。一実施形態では、セル壁は、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種に加えてグラファイトを含む。従って、グラファイトは、グラフェン及び／又は酸化グラフェンと混合することができる。
【００３７】
機械的な一体性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ：完全性）は、本材料が利用されない場合と比較して改善される。
【００３８】
活性物質を保持する能力は、特に多くの揮発性液体が吸収されて、その結果活性物質が少なくとも部分的に液体になる場合に改善される。この材料により、マトリクスがより多くの活性物質の液体を保持できるようになる。活性物質及び揮発性液体が液体状態を形成する実施形態では、全体的にこの材料を使用するのが好ましい。活性物質及び揮発性液体が固体状態を形成する実施形態では、（制限されない）オープンな材料を使用することができる。
【００３９】
活性物質は、一実施形態ではマトリクスに保持され、且つ本材料に囲まれている。別の実施形態では、活性物質は、本材料にのみ囲まれている。
【００４０】
一実施形態では、セル構造における個々のセルのサイズは、０．５ｍｍから１０ｍｍの範囲にある。別の実施形態では、セル構造における個々のセルのサイズは、０．１ｍｍから１５ｍｍの範囲にある。個々のセルの１つのサイズは、任意の方向におけるそのセルの最も長い可能性のある長さとして測定される。本質的に全てのセルが当該意図された範囲内にあるが、例えば、製造プロセスにおける不完全性のために、数個のセルがこの範囲内にない場合があり得る。しかし、このような状況でも、上記の間隔（範囲）に包含されると考えられる。意図された範囲を外れたセル数の割合は、全セル数の５％以下、好ましくは全セル数の１％以下である。
【００４１】
一実施形態では、活性物質は塩である。一実施形態では、塩は吸湿性である。一実施形態では、塩は、リチウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、コバルト、ニッケル、鉄、亜鉛、マンガン、カリウム及びアルミニウムの塩化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩及び硝酸塩、並びにリチウム、ナトリウム及びカリウムの硫化物及び水酸化物から選択される。別の実施形態では、塩はＮａ２Ｓ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＣａＣｌ２及びＣａＢｒ２から選択される。一実施形態では、塩は、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、炭酸カリウム、水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムから選択される。存在する場合、上記の全ての塩の全ての水和バージョンもまた包含される。非限定的な例として、Ｎａ２Ｓ＊９Ｈ２Ｏが包含される。
【００４２】
セルのサイズによって、セル構造の電力及びエネルギー量に関する特性が制御される。小さなセルからは一般的に、大きな電力が得られ、一方、大きなセルからは一般的に、高エネルギー量が得られる。従って、セル構造から、ケミカルヒートポンプの特性を制御する更なる可能性がもたらされる。
【００４３】
種々のセル構造を設計することにより、種々のセルへ周囲から、及び種々のセルから周囲へ、熱伝導を最適化することが可能である。
【００４４】
一実施形態では、リアクター部分とコンデンサー／エバポレーター部分の両方が本材料を含む。先行技術では、液体を保持する能力が不十分であることを含む要因のため及び／又は熱伝導能力が不十分であるために、リアクター部分及びコンデンサー／エバポレーター部分の両方で、ある種の活性物質に関する試みは成功しなかった。リアクター部分とコンデンサー／エバポレーター部分の両方における本材料によって、これらの問題が解決され、多くの利点がもたらされる。
【００４５】
リアクター又はコンデンサー／エバポレーターの内側に幾つかの表面がある実施形態では、本材料はそれらの表面の間に延在することができる。表面は、操作の異なるフェーズの間、セル構造へ又はセル構造から熱を移動させる周囲の系と、熱的に接触／熱交換的に接触している。本発明によれば、表面の間の距離を大きくすることができるので、表面／プレートの数を低減することができる。
【００４６】
種々のタイプの移動が低減されるか、又は排除さえされる。
【００４７】
熱によって誘導される移動では、活性物質（しばしば塩）の溶液は、より暖かい部分に向かって移動する。これは、乾燥領域へ塩溶液が移動するためである。ある領域が他の領域よりも速く乾燥する場合、毛管力その他の力により、活性物質の溶液の流れはそれらの乾燥領域に向かって動かされる。蒸発を繰り返した後、活性物質はそれらの領域で非常に濃縮される。それはガスに対する透過性があまりない石を形成することさえあり得る。本材料の熱伝導を改善することにより、この問題は低減又は排除さえされる。特に、グラフェンは、優れた熱伝導特性を有する。
【００４８】
重力によって誘導される移動では、熱誘導移動の場合に類似して、重力は活性物質を濃縮する傾向がある。液体は本質的に本材料の各セルに留まるので、重力誘導移動もまた低減又は排除される。従って、セルの間での及びセル外側への重力誘導移動が回避される。
【００４９】
第１の態様では、ケミカルヒートポンプに使用するための材料を提供するが、その材料は、活性物質を含み、気相の揮発性液体を活性物質の少なくとも一部へ又は活性物質の少なくとも一部から移動させることを可能にし、本材料の少なくとも一部は、周囲と熱的に接触しており、本材料は、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種のフレークを含み、個々のフレークの各々は、１００〜１００００ｎｍの範囲の横方向のサイズ及び０．３４から５ｎｍの範囲の厚みを有する。横方向のサイズは、最も大きい可能性のある横方向の距離で測定される。横方向は、厚みを測定する方向に垂直な方向として定義される。グラフェン及び／又は酸化グラフェンのフレークは、シート様構造であるので、横方向の特定が容易である。
【００５０】
一実施形態では、本材料は、活性物質を囲む複数のセルを含み、セルの各々は少なくとも１つのセル壁を有し、セル壁の１つの側面は活性物質に面しており、セル壁は複数の少なくとも部分的に重なり合うフレークを含む。セルを囲む実施形態では、例えば活性物質を適切な位置に確実に保持するなどの多くの利点がもたらされる。
【００５１】
一実施形態では、フレークはセル壁にのみ存在する。別の実施形態では、フレークは、セル壁に存在し、且つ囲まれた活性物質と共にセルに囲まれて存在する。従って、フレークを含む本材料では、フレークは、活性物質を囲むことができ、更に活性物質と混合することもまたできる。図１には、３つの代替例が示されているが、上方の図は、囲むセル壁がフレークを含む場合、真ん中の図は、囲むフレークを有することなくフレークが活性物質と混合されている場合、下方の図は、囲むセル壁がフレークを含み且つフレークが活性物質と混合されている場合である。
【００５２】
一実施形態では、本材料のセルは、活性物質とマトリクス材料の両方を含む。このようなマトリクス材料は、固体状態、溶液、及び液相の両方における活性物質を保持する作用を有する。一実施形態では、マトリクス材料は、毛管力によって活性物質を保持する。
【００５３】
一実施形態では、少なくとも１種の活性物質は、塩及び酸化物からなる群から選択される少なくとも１種である。一実施形態では、活性物質は、塩及びＣａＯからなる群から選択される少なくとも１種である。一実施形態では、活性物質は、リチウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、コバルト、ニッケル、鉄、亜鉛、マンガン、カリウム、及びアルミニウムの塩化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩及び硝酸塩、並びにリチウム、ナトリウム及びカリウムの硫化物及び水酸化物からなる群から選択される少なくとも１種である。一実施形態では、活性物質は、Ｎａ２Ｓ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＣａＣｌ２及びＣａＢｒ２からなる群から選択される。
【００５４】
一実施形態では、マトリクスは繊維を含む。一実施形態では、本材料はセラミック材料を含む。
【００５５】
一実施形態では、セルはハニカム構造を構成する。別の一実施形態では、セルは紐形状の構造を構成する。更に一実施形態では、セルは螺旋形状の構造を構成する。一実施形態では、セルは少なくとも２つの個々のセルを通って延在する少なくとも１つの細長い導電性コアを含む。一実施形態では、セルはランダム構造である。一実施形態では、セルは本質的に球形である。
【００５６】
一実施形態では、本材料の個々のセルのサイズは、０．５ｍｍから１０ｍｍの範囲である。
【００５７】
一実施形態では、セル壁はグラファイトを含む。このグラファイトはグラフェン及び／又は酸化グラフェンのフレークに添加される。
【００５８】
一実施形態では、本材料は、疎水性ナノ粒子を含む外側コーティングによって取り囲まれたピースとして存在し、疎水性ナノ粒子の平均サイズは１から５０μｍである。従って、一実施形態では、疎水性ナノ粒子は、外側のコーティングとして機能する。このようなコーティングは、フレークの上、及び外側がフレークでコーティングされていない場合は活性物質自体の上の両方に適用することができる。一実施形態では、疎水性ナノ粒子は、ＳｉＯ２を含み、共有結合した疎水性化合物によって改質されている。
【００５９】
第２の態様では、ケミカルヒートポンプを提供するが、前記ケミカルヒートポンプは、
リアクター部分、
エバポレーター／コンデンサー部分、及び
前記リアクター部分と前記エバポレーター／コンデンサー部分とを互いに連結して前記リアクター部分と前記エバポレーター／コンデンサー部分の間のガス交換を可能にする通路、
前記リアクター部分、前記エバポレーター／コンデンサー部分及び前記通路の内側に存在する揮発性液体、並びに
少なくとも前記リアクター部分に存在する少なくとも１種の活性物質、
を含み、
前記揮発性液体を、第１の温度で前記活性物質によって吸収され、且つ第２のより高い温度で前記活性物質によって脱着されるように適合させ、
上記の材料が、少なくとも前記リアクター部分に存在し、前記材料が揮発性液体と一緒に固相及び液体溶液の両方の活性物質を保持する。
【００６０】
一実施形態では、本材料は、前記リアクター部分及び前記エバポレーター／コンデンサー部分の両方に存在する。
【００６１】
第３の態様では、ケミカルヒートポンプを提供するが、前記ケミカルヒートポンプは、
第１の貯蔵コンパートメントと第２の貯蔵コンパートメントであって、前記第１の及び第２の貯蔵コンパートメントを、上記の材料を貯蔵するように適合させたもの、
前記材料へ及び前記材料から熱を移動させるように適合させた少なくとも１つの反応コンパートメントであって、前記少なくとも１つの反応コンパートメントを、前記材料への熱の移動の間に前記材料から放出された揮発性液体を受け取るように適合させ、かつ前記少なくとも１つの反応コンパートメントを、前記材料からの熱の移動の間に前記材料へ揮発性液体を分配するように適合させたもの、
前記第１の貯蔵コンパートメントから前記少なくとも１つの反応コンパートメントへ、及び前記少なくとも１つの反応コンパートメントから前記第２の貯蔵コンパートメントへ、並びに前記第２の貯蔵コンパートメントから前記少なくとも１つの反応コンパートメントへ、及び前記少なくとも１つの反応コンパートメントから前記第１の貯蔵コンパートメントへ前記材料を移動させるように適合させた移動手段、
を含む。
【００６２】
このようなケミカルヒートポンプにおける本材料の利点は、本材料がより高い機械的強度及び耐久性を有し、従って、移送及び貯蔵がより容易となり得ることである。
【００６３】
一実施形態では、少なくとも１つの反応コンパートメントは、熱が本材料に移動するように適合させた第１の反応コンパートメント、及び熱が本材料から移動するように適合させた第２の反応コンパートメントを含む。
【００６４】
本材料は、例えば、リアクター部分にあり、且つ周囲との効率的な熱交換のために、表面と接触している。熱交換器表面とグラフェン又は酸化グラフェンのセル壁との間の接点（単数又は複数）は、熱を効率的に移動させる。
【００６５】
一実施形態では、材料が、リアクター部分とエバポレーター／コンデンサー部分の両方にそれぞれ存在する。一実施形態では、リアクター部分とエバポレーター／コンデンサー部分に異なる活性物質がそれぞれ存在する。これにより、システム全体の特性及び性能に影響を及ぼす活性物質及びマトリクスの種類の両方を異ならせることができるため、設計者はより多くのパラメータを使用してシステムを最適化することができる。
【００６６】
このセットアップにより、大きなエネルギー貯蔵を構築することが可能になる。このセットアップにより、エネルギーを貯蔵する多くの材料を有する大型リアクターにおける熱交換の問題が回避される。
【００６７】
この実施形態では、揮発性液体が反応コンパートメントから貯蔵コンパートメントへ（及びその逆の貯蔵コンパートメントから反応コンパートメントへ）移動するのを回避する手段が必要である。
【００６８】
一実施形態では、少なくとも１つの反応コンパートメントは、熱が本材料に移動するように適合させた第１の反応コンパートメントと、熱が本材料から移動するように適合させた第２の反応コンパートメントとを含む。従って、材料が別の反応コンパートメントに排出され、且つ第２の貯蔵コンパートメントに移動されると同時に、材料を装入し、且つ第１の貯蔵コンパートメントに添加することが可能である。
【００６９】
一実施形態では、揮発性液体は、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｈ２及びアルコールから選択される少なくとも１種である。選択されたアルコールは、意図した温度及び圧力の範囲に関して適切な沸点を有していなければならない。アルコールの用語には、複数種のアルコールの混合物が含まれる。
【００７０】
第４の態様では、上記の材料を製造する方法を提供するが、前記方法は、
活性物質を提供するステップ、
前記活性物質を、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種のフレークでコーティングするステップを含む。
【００７１】
一実施形態では、マトリクス材料は、コーティング前に活性物質と混合される。このようなマトリクス材料は、固体状態、溶液及び液相の両方の活性物質を保持するように作用する。一実施形態では、マトリクス材料は、毛管力によって活性物質を保持する。
【００７２】
一実施形態では、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種のフレークが、コーティング前に活性物質と混合される。重なり合うフレークのコーティングはないが、活性物質と混合されたフレークを内部に有する本材料を製造するために、コーティングステップを省略して、活性物質を活性物質と混合する。
【００７３】
一実施形態では、コーティング前の活性物質は、それぞれ０．５〜１０ｍｍの範囲のサイズを有する粒子である。
【００７４】
一実施形態では、コーティングは、スーパーソニックコーティング（超音速コーティング）、ウルトラソニックコーティング（超音波コーティング）、及びスプレーコーティングからなる群から選択される少なくとも１種を使用して実施される。一実施形態では、コーティングは、水性分散液を適用し、続いて蒸発させることによって実施される。
【００７５】
一実施形態では、コーティングは、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種を、接着剤表面に接触させ、続いてグラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種を含む接着剤表面を活性物質に接触させることによって行い、活性物質上のコーティングを得る。一実施形態では、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種を含む接着剤表面を、活性物質と接触させるステップが繰返される。一実施形態では、コーティングされた活性物質は、残りの接着剤を蒸発させるために加熱される。一実施形態では、分散液は、スプレー及び浸漬からなる群から選択される少なくとも１種を使用して適用される。
【００７６】
一実施形態では、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１つを含む接着剤表面を、活性物質と接触させるステップが繰り返される。接触は、活性物質上を十分にカバーする層が得られるまで繰り返される。一実施形態では、コーティングされた活性物質は、残りの接着剤を蒸発させるために加熱される。接着剤の幾らかの残留物が活性物質に移動することも予想できる。活性物質が加熱されると、接着剤は蒸発する。このオプションが望まれる場合は、加熱時に蒸発する接着剤を選択する必要がある。セルは、連続使用のために内部の活性物質の選択に応じて、約６００〜７００℃までの温度に耐えることができる。
【００７７】
一実施形態では、本材料は、改善された重なり合うフレークの層を表面に形成するために、コーティング後に、７５０℃以上の温度でアニーリングされる。
【００７８】
一実施形態では、活性物質は、活性物質をグラファイトと十分な機械的エネルギーで混合して、グラフェンフレークを有する活性物質を得ることによって、グラフェンフレークとの混合物として提供される。
【００７９】
一実施形態では、コーティング用分散液は、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種に加えてグラファイトを含む。
【００８０】
ケミカルヒートポンプに使用するための材料を更に開示するが、前記材料は、活性物質を囲む複数のセルを含み、前記セルの各々が、少なくとも１つのセル壁を有し、前記セル壁の一つの側面が、活性物質に面し、前記セル壁は複数の少なくとも部分的に重なり合うフレークを含み、前記セル壁は前記セルの内へ及び外への気相の揮発性液体の移動を可能にし、前記材料は周囲に熱的に接触している。
【００８１】
活性物質はフレークと直接接触しており、グラフェン及び酸化グラフェンからなる群から選択される少なくとも１種の重なり合うフレークを含むセル壁は、粉末でも粒子状形態でもない。むしろ、グラフェン及び／又は酸化グラフェンは、先行技術及びＷＯ２０１２／１１８４３７における粒子とは対照的に、重なり合うフレークからなる層として適用される。
【００８２】
一実施形態では、セル構造のセルはクローズドであり（閉じられており）、セル壁は気相の揮発性液体に対して透過性である。クローズドのセルは、溶液相又は液相中の水又は活性物質が逃げることができるような大きな孔がないことを意味する。重なり合うフレークによって、クローズドのセルが得られるが、気相の揮発性液体はこのようなセル壁を通過することができる。気相の水がグラフェン又は酸化グラフェンのセル壁を通過することができるので、このセットアップは、揮発性液体としての水に対して好ましい。
【００８３】
別の実施形態では、セル構造のセル壁はオープンである（閉じられていない）。オープンセルを有するセットアップは、特に揮発性液体及び活性物質がセルで液体を形成しない場合に適している。このような揮発性液体及び活性物質（ワーキングペア）の例としては、ＮＨ３及び塩がある。オープン構造は、マトリクスが活性物質をセル内に保持する場合にも使用することができ、これにより、液体がオープンセルから逃げるのを防ぐ。
【００８４】
ＣａＯの利点は、高温が利用できることである。当業者には、Ｈ２Ｏが関与するプロセスでＣａＯが利用される場合、Ｃａ（ＯＨ）２もまた、少なくともある条件の間、本材料中に存在し、従って、Ｃａ（ＯＨ）２もまたＣａＯの用語内に包含されることが理解される。
【００８５】
一般に、任意の塩を使用することができる。塩はイオン性化合物である。一実施形態では、塩は乾燥状態にある。別の実施形態では、塩は水和されており、即ち、塩は結晶格子内側に水分子を含有する。更に別の実施形態では、塩は少なくとも部分的に水に溶解される。
【００８６】
一実施形態では、少なくとも１種の活性物質は、塩及び酸化物から選択される。一実施形態では、少なくとも１種の活性物質は塩である。塩の例としては、非限定的に、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＭｇＣｌ２、ＭｇＢｒ２、Ｍｇｌ２、ＣａＣｌ２、ＣａＢｒ２、ＣａＩ２、ＳｒＩ２、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＺｎＣｌ２、ＺｎＢｒ２、ＺｎＩ２、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３及びＡｌＩ３が挙げられる。一実施形態では、少なくとも１種の活性物質は、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＭｇＣｌ２、ＭｇＢｒ２、ＭｇＩ２、ＣａＣｌ２、ＣａＢｒ２、ＣａＩ２、ＳｒＩ２、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＺｎＣｌ２、ＺｎＢｒ２、ＺｎＩ２、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３及びＡｌＩ３からなる群から選択される少なくとも１種である。
【００８７】
一実施形態では、少なくとも１種の活性物質は、塩及び酸化物からなる群から選択される少なくとも１種である。一実施形態では、活性物質は、塩及びＣａＯからなる群から選択される少なくとも１種である。一実施形態では、活性物質は、リチウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、コバルト、ニッケル、鉄、亜鉛、マンガン、カリウム及びアルミニウムの塩化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩及び硝酸塩、並びにリチウム、ナトリウム及びカリウムの硫化物及び水酸化物からなる群から選択される少なくとも１種である。一実施形態では、活性物質は、Ｎａ２Ｓ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＣａＣｌ２及びＣａＢｒ２からなる群から選択される。
【００８８】
一実施形態では、マトリクスは、液相の揮発性液体に毛管力を及ぼす。一実施形態では、マトリクスは繊維を含む。一実施形態では、マトリクスは、揮発性液体に毛管力を及ぼす能力を有する多孔質材料である。活性物質は、揮発性液体に少なくとも部分的に溶解することができる。一実施形態では、マトリクスは繊維を含む。繊維は、液相の揮発性液体を保持することができるように、毛管特性を有するべきである。液体には、揮発性液体中に活性物質を含む液体溶液が包含される。一実施形態では、マトリクスは、液相の揮発性液体に毛管力を及ぼす構造を有する。一実施形態では、マトリクスは、１０〜６０μｍの間隔の直径を有する細孔を含む。一実施形態では、マトリクス材料は、Ｓｕｐｅｒｗｏｏｌ（登録商標）を含む。Ｓｕｐｅｒｗｏｏｌ（登録商標）は高温に耐える能力を有するガラス繊維材料である。一実施形態では、マトリクス材料はガラス繊維を含む。
【００８９】
セル構造は、多くの異なる幾何学的パターンで作製することができる。一実施形態では、セル構造はハニカム構造を含む。一実施形態では、セル構造は紐形状の構造を含む。一実施形態では、セル構造は螺旋形状の構造を含む。一実施形態では、セル構造は、少なくとも２つの個々のセルを通って延在する少なくとも１つの細長い導電性コアを含む。一実施形態では、セル構造はランダム構造である。一実施形態では、セル構造は本質的に球状の個々のセルを含む。
【００９０】
一実施形態では、本材料の個々のセルのサイズは、０．５ｍｍから１０ｍｍの範囲である。
【００９１】
リアクター部分及びエバポレーター／コンデンサー部分にそれぞれ異なる活性物質、マトリクス材料、及び材料を使用することが可能であると述べられている場合には、それぞれリアクター部分及びエバポレーター／コンデンサー部分に同じ活性物質、マトリクス材料、及びセル構造を使用することもまた可能であることが示唆されている。
【００９２】
上記の代替的な実施形態の全て又は実施形態の一部は、その組み合わせが矛盾しない限り、本発明の概念から逸脱することなく、自由に組み合わせることができる。
【００９３】
グラフェン又は酸化グラフェンの重なり合うフレークを含む本材料のセル壁は、液滴による移動を低減又は排除さえするのに特に適している。グラフェン又は酸化グラフェンのセル壁は、揮発性液体中の塩等の活性物質の移動を防止することができる。グラフェン又は酸化グラフェンの重なり合うフレークを含むセル壁は、ケミカルヒートポンプにおける汚染（コンタミネーション）の問題を効果的に低減又は排除さえする。
【００９４】
本材料は、周囲と熱的に接触している。従って、熱は、活性物質／揮発性液体との反応から、任意選択的なマトリクスへ、更にはセル構造へ、そして更には周囲の系へ移動することができる。勿論、熱は、周囲の系から本材料へ、更には任意選択的なマトリクスへ、そして更には活性物質／揮発性液体へというもう一方の方向へも移動することができる。
【００９５】
本材料の目的は、リガンド（ｌｉｇａｎｄ）（一実施形態では水等の揮発性液体）が化学反応に伴うそのエンタルピーに由来するエネルギーを現すことができる場所を提供することである。セル壁の目的は、リガンド（揮発性液体）及び熱エネルギーを移送するブリッジとして作用することだけでなく、セルを規定することの両方である。
【００９６】
本発明の他の特徴及び使用並びにそれらに関連する利点は、説明及び実施例を読むことにより当業者に明らかになるであろう。
【００９７】
本発明は、本明細書に示される特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。実施形態は、例示的な目的のために提供され、本発明の範囲を限定することを意図しない。というのも、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されるからである。
【実施例】
【００９８】
本材料の熱伝導率を高めるために、グラフェンコーティングが実施される。以下のパラメータを検討した：即ち、操作の簡便性、コスト、更にはコーティングの品質である。
【００９９】
浸漬コーティングでは、複雑な形状及び広い面積を有するフィルムを作ることができ、産業においても容易に実現される。目的は、選択されたマトリクス材料にグラフェンコーティングを製造することであった。
装置
・水中でアニオン界面活性剤によって安定化された、濃度が１ｇ／Ｌのグラフェンナノプレートレット、即ちフレークのグラフェン（水）懸濁液。個々のグラフェンナノプレートレットは、サイズが約５００ｎｍから１ミクロンの間である。粘度は約２〜３ｃｐｓである。
・マトリクス材料（紙及びセラミック繊維）
・ペトリテストボウル
・オーブン
・石英管（リアクター）
・サンプルホルダー
・真空ポンプ
・ガスフロー指示器
・窒素ガス
・アルカル（Ａｒｃａｌ）ガス
・水素ガス（還元雰囲気用）
【０１００】
テストの説明
３つの基材を使用した：
【０１０１】
ろ紙
【０１０２】
ＡｌＯｘウール（サフィル（Ｓａｆｆｉｌ））−焼成／精製
【０１０３】
ネオセラム（Ｎｅｏｃｅｒａｍ）
【０１０４】
全ての基材をペトリ皿（ｂｅｔｒｉ  ｂｏｗｌ）の底に置く。グラフェン懸濁液をペトリ皿に入れる（基材の２ｍｍ上）。
【０１０５】
ペトリ皿をオーブン（８０℃）に入れ、懸濁液の溶質を乾燥させる。
【０１０６】
ろ紙、サフィル及びネオセラムのサンプルピース（グラフェン懸濁液と共に乾燥）を反応管に入れた。
【０１０７】
サンプルを２００℃、７５０℃及び１０００℃で取り出した。
【０１０８】
アニーリング後、ろ紙基材は砕かれた。これにより、密着したグラフェン層が形成されなかったことが示されるが、それは、密着したグラフェン層は、構造を一緒に維持するはずだからである。
【０１０９】
結果
導電率
導電率は、オームメーターを利用して測定した。サフィル及びネオセラムのコーティングの結果を表１に示す。全てのサンプルを異なる測定スポットで５回測定した。
【表１】
2018518548.tif 000003
【０１１０】
表１：異なる温度でアニーリングしたサンプルの抵抗の測定値
【０１１１】
これから分かるように、７５０℃以上でアニーリングすると、抵抗は非常に低い値（より高い導電率）に達する。
【０１１２】
熱伝導率
熱伝導率の測定は、過渡的平表面熱源法の測定を使用して行った。
【０１１３】
過渡的平表面熱源法は、熱伝導率と組み合わせて，熱拡散率を測定するために使用される。
【０１１４】
コーティングされていないＡｌＯｘウール（サフィル）は、３０ｍＷ／ｍＫの伝導率を示した。
【０１１５】
一度、浸漬／コーティングされたＡｌＯｘウール（サフィル）は、６５〜８０ｍＷ／ｍＫの伝導率を示した。
【０１１６】
従って、２．５倍の熱伝導率の増加は、浸漬及びドライコーティング法を用いて、１回コーティングするときにのみ観察された。
【０１１７】
スプレーコーティング
目的は、グラフェン（水）分散液を用いてろ紙及びアルファウール基材をウルトラソニック（超音波）でコーティングすることであった。理想的なコーティングは、フレークが重なり合って連続的な被覆範囲及び連結を形成するコーティングである。ウールに材料が浸透することが望まれる。これは、光学顕微鏡下での画像化及び導電率の測定によって決定されるべきである。
【０１１８】
装置
ＦｌｅｘｉＣｏａｔ  ＸＹＺ  ガントリーシステム
【０１１９】
Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｐｒａｙ  Ｎｏｚｚｅｌ（超音波スプレーノズル）（単数又は複数）
【０１２０】
１２０ｋＨｚのＩｍｐａｃｔ（衝撃）（Ｐ／Ｎ：０６−０４−００１５７、Ｓ／Ｎ：１２０−００２４６）
【０１２１】
Ｓｏｎｏ−Ｔｅｋ  Ｓｙｒｉｎｇｅ（シリンジ）  ポンプ  Ｔｌ
【０１２２】
（ＶＯＬＵＭＥ）ｍｌ  Ｈａｍｉｌｔｏｎ  Ｇａｓｔｉｇｈｔ（密封）  シリンジ
【０１２３】
１／８インチの外径のテフロン（登録商標）チューブ
【０１２４】
基材（単数又は複数）：
−ろ紙（細いもの及び粗いもの）
【０１２５】
アルファウール（厚み約１ｍｍの層で）
【０１２６】
化学物質（単数又は複数）：
グラフェン分散液（水）−Ｅｌｉｃａｒｂ／Ｔｈｏｍａｓ  Ｓｗａｎ
【０１２７】
水中でアニオン界面活性剤によって安定化された、濃度が１ｇ／Ｌのグラフェンナノプレートレット、即ちフレークのグラフェン（水）懸濁液。個々のグラフェンナノプレートレットは、サイズが約５００ｎｍから１ミクロンの間である。粘度は約２〜３ｃｐｓである。
【０１２８】
試験装置：
Ｎｉｋｏｎ  Ｅｃｌｉｐｓｅ  ＬＶ１００ＮＤ光学顕微鏡
【０１２９】
マルチメータ（抵抗測定）
【０１３０】
テストの説明
主容器からいずれの材料を取り出す前にも、分散液を超音波浴中で３０秒間撹拌し、軽く振とうする。
【０１３１】
選択された衝撃ノズルは、ガントリーシステムの最も低い取り付け位置に設置される。
【０１３２】
基材は、繰り返し可能なパターンで機械内に配置される
【０１３３】
堆積（デポジット）される材料の位置及び所望の量について対応するコーティングのルーチン。
【０１３４】
シリンジを、（親ボトルを軽く振とうした後の）材料で満し、選択された範囲のルーチンで分散する。
【０１３５】
プロセスを、実験装置によって測定した結果に基づいて調整する。
【０１３６】
所望のコーティングに達成するまで、このプロセスの反復を継続する。
【０１３７】
コーティング後、ソフトアニーリングを２００℃で８時間行う。
【０１３８】
コーティングプロセスパラメータ
コーティング処理の間、幾つかの異なるパラメータを変更する。
これらは次のように記述される。
【０１３９】
ウェット／ドライ
【０１４０】
基材の加熱
【０１４１】
流速
【０１４２】
ウェット対ドライコーティング
【０１４３】
セットアップ段階の間、ウェット又はドライと考えられるコーティングの範囲について試した。端部の厚み（ｅｎｄ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）には複数の層が必要であり、この処理は複数のパスに適している。
【０１４４】
単一のパスで多過ぎる材料が堆積したコーティングは、基材に溢れた。これにより、材料がほとんどの表面上に残ることができず、後続のパスまでの間に乾燥できない場合、後続のパスの浸透が阻止された。
【０１４５】
基材の加熱
【０１４６】
必要な処理時間を短縮するために、コーティング中に基材を戴置する一体型熱プレートを使用して、基材を加熱した。これにより、基材は、より短い時間内に層と層の間で乾燥できた。
【０１４７】
流速変動
【０１４８】
材料を堆積させる場合、ろ紙は、膨張して上方に曲がる傾向があった。これは、より低い流速と真下を加熱された表面を採用することによって減少した。
【０１４９】
アルファボード：これは非常に大きなピースの材料であった。より扱いやすいサイズであっても、顕著な浸透は起こりそうもない。これは、本材料が非常に高密度であったことによる。サンプルは試さなかった。
【０１５０】
結果
【０１５１】
サンプル４Ａ：（１８０パス）
この堆積で３つのライン。各ラインから３つのサンプルを切り取った。（ラベルとしてライン１８０−１、１８０−２等）
【０１５２】
より大きなシートを用意して、複数のサンプルを単一の処理の間に堆積可能にした。コーティング及びベーキングの後、サンプルを適切なサイズに切断し、輸送のためにラベルを貼った。
【０１５３】
所望の堆積のために、基材を覆う複数のパスが必要であった。より広い領域を覆って材料を堆積させることにより、基材上への連続的な堆積が可能であった。
【０１５４】
基材の加熱は、同じ領域について、層と層の間の停止時間（ｄｏｗｎｔｉｍｅ）を短縮するために必要であった。
【０１５５】
サンプル４Ｂ：（３６０パス）
この堆積で３つのライン。各ラインから３つのサンプルを切り取った。（ラベルとしてライン３６０−１、３６０−２等）
【０１５６】
これは、サンプル４Ａと同じ方法で、２倍の多層を堆積させた。
【０１５７】
サンプル５：（アルファウール−両側をコーティング）
当該ウールは、別々のシートに分離することが困難であった。約１ｍｍの厚みの層をテストに使用した。繊維の密な組織（ｗｅａｖｅ：織り・編み）のために浸透が抑制された。幾つかの層を越えて組織内に入り込み、液滴が捕捉されずに通過することができる開口部がほとんど存在しない。堆積した材料には、次の層を堆積する前に乾燥する時間が必要であった。層の堆積が速過ぎると、液体は頂部に集まり、ウールに浸透しなかった。これにより、材料が頂部の繊維から流出することもまた生じるであろう。
【０１５８】
サンプル６、７及び８：
これらの３つのサンプルは、３つの基材間で直接の比較を可能とするために、同じプロセスで調製した。調製された他の全てのサンプルと同様に、１２０ＫＨｚ衝撃ノズルを、材料堆積用の単一ラインパターンで基材上を通過させた。
【０１５９】
Ｅｌｉｃａｒｂのスプレーコーティング処理
スプレーコーティングテストのために、Ｔｈｏｍａｓ  Ｓｗａｎから購入したＥｌｉｃａｒｂを使用した。本材料は容易に霧化し、懸濁液中に非常に良好に留まった。この化学的操作には、混合システムが必要な理由は見出せないが、安定性のより低い分散液には混合システムが必要かもしれない。
【０１６０】
ソフトアニーリング後の導電率の結果
得られた全ての値は、プローブが基材にどのように保持されるかに非常に依存していた。コーティングされていない基材は導電性を示さなかった。全てのコーティングされたサンプルはある程度の導電性を示した。プローブは基材から約３ｍｍ離されていた。記録された全ての値はキロオームである。
【０１６１】
【表２】
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【０１６２】
これから分かるように、コーティング／スプレーによるパスの数の増加によって、電気抵抗が減少し、より安定になる。細かいろ紙の１８０パスのサンプルと３６０パスのサンプルとを比較すると、１８０パスの平均は６．９ｋΩであり、一方、３６０パスの平均は０．５ｋΩである。
【０１６３】
ウールについて１８０パスのサンプルと３６０パスのサンプルとを比較すると、１８０パスの平均は１１５．４ｋΩであり、３６０パスの平均は３２．６ｋΩである。
【０１６４】
更に、ろ紙の種類（細かいものと粗いもの）を比較すると、電気抵抗は、細かいものの１０．８ｋΩと比較して、コーティングされた粗いろ紙については幾分低く、４．０ｋΩであることが示されている。従って、粗いろ紙がグラフェンフレークとのより良好な接着特性を示すようである。
【０１６５】
コーティングされていないろ紙及びコーティングされていないウールによって表される基準サンプルについて測定すると、無限大の抵抗を示した。
【０１６６】
全ての種類の塩へのグラフェンの一体化
グラフェンフレークを塩結晶体に一体化させることにより、結晶の直径と同じ長さのグラフェンフレークが存在すると、熱伝導率を高めることができる。グラフェンは、水に浸された一定量のグラファイトフレークから形成される。高速の機械的攪拌と共に適当な量の界面活性剤を添加することによって、グラファイトフレークは、１個から１０個の原子の層の厚みのグラフェンフレークに壊れる。グラフェンフレークは、得られた懸濁液中に均一に分散する。懸濁液に可溶性塩を添加することによって、グラフェンフレークが均一に分散した新しい塩溶液が形成される。最後に、塩とグラフェンをカプセル化するために、ナノ粒子を懸濁液に添加する。再度、懸濁液を高速で機械的に撹拌する。それによって、水の形成を乾燥させるのと同様の方法でファンデルワールス力の助けを借りて、約１ミリメートルの半分の粒子が形成される。乾燥プロセスでは、水が粒子から取り出され、グラフェン塩を一体化した粒子が形成される。これらの粒子は、何らの調製工程を経ることもなく塩の代替物としてテストされており、通常の塩と比較して、単位時間当り多くのエネルギーを貯蔵及び放出することができることが分かった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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