JP2000273677A - ガス拡散電極構成材と金属材との接合方法 - Google Patents

ガス拡散電極構成材と金属材との接合方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極性能が長期間安定する寿命の長いガス拡
散電極を得るためのガス拡散電極構成材と金属材との接
合方法を提供する。 【解決手段】 ガス拡散電極構成材と銀材を接合する際
に、銀微粒子をガス拡散電極構成材及び/又は銀材の接
合表面に付着させた後にホットプレスすることを特徴と
するガス拡散電極構成材と金属材との接合方法。ガス拡
散電極構成材及び/又は銀材の接合表面に凹凸を設け、
投錨効果を用いて接合強度を高めることができる。接合
するガス拡散電極構成材及び/又は銀板の接合金属面を
粗面化して銀微粒子を塗布し、次いで銀板とガス拡散電
極構成材とを重ね合わせ、温度200℃から400℃の
範囲で5kg/cm2 以上の圧力下でホットプレスする
ことを特徴とするガス拡散電極構成材と金属材との接合
方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス拡散電極構成
材と金属材との接合方法に関し、更に詳しくは、特に食
塩電解等に使用されるガス拡散電極構成材と銀材とをよ
り強固に接合するガス拡散電極構成材と金属材との接合
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来のガス拡散電極の断面図を
示す。ガス拡散電極の重要な構成要素の一つに集電体が
ある。図5は、銀網を集電体として用いた通常のガス拡
散電極の場合である。ガス拡散電極1は一般に反応層2
とガス供給層3及び集電体4から構成される。その製造
においては反応層シート5とガス供給層シート6の間に
は集電体4を挟み、ホットプレスして接合させ一体とし
ている。従来、ガス拡散電極の集電体4には銀網、銀被
覆ニッケル網、銀メッキ発泡ニッケル等が使用され、ガ
ス供給層3の中に埋没された状態で使用される。ガス拡
散電極1は、銀網表面と、カーボンブラックとPTFE
との混合物とが、ホットプレスで接合された状態であ
る。更に、ガス拡散電極1と銀板とをホットプレスで接
合し、又は銀板同士をホットプレスで接合してある。銀
の高電気伝導性に着目して銀で給電材を形成し、更に耐
食性、接合性に着目して銀材は電解液シール材にも応用
してきた。
【0003】
【解決しようとする課題】図6は、従来のガス拡散電極
で、銀網の線状体とガス供給層との関係を示す拡大断面
図である。左の(a)は使用直前、右の(b)は長期間
の使用後の図である。銀集電体を用いたガス拡散電極は
3年以上働く。しかし、長期的には図6に示すように、
銀網7の線状体とガス供給層3との関係で少しづつ接合
面が剥がれだして隙間10が生じてくる。この隙間10
がガス拡散電極1の電極としての性能劣化の原因ともな
っている。また、接合面は電解条件の高温、高濃度の苛
性ソーダ中での長期間の運転で、接合強度が小さい部分
から液漏れが生じ、この液漏れにより電解性能が落ちる
のみならず、電極の寿命を短くする原因となる。このた
め、銀材とガス拡散電極との接合、とりわけ銀材とガス
拡散電極、又は銀材と銀材とをより強固に接合する方法
の実現が望まれている。本発明は、電極性能が長期間安
定する寿命の長いガス拡散電極を得るためのガス拡散電
極構成材と金属材との接合方法を提供することを目的す
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は以下の手段を採った。 (1)ガス拡散電極構成材と銀材を接合する際に、銀微
粒子をガス拡散電極構成材及び/又は銀材の接合表面に
付着させた後にホットプレスすることを特徴とするガス
拡散電極構成材と金属材との接合方法。 (2)ガス拡散電極構成材及び/又は銀材の接合表面に
凹凸を設け、投錨効果を用いて接合強度を高めることを
特徴とする前記(1)記載のガス拡散電極構成材と金属
材との接合方法。 (3)接合するガス拡散電極構成材及び/又は銀板の接
合金属面を粗面化して銀微粒子を塗布し、次いで銀板と
ガス拡散電極構成材とを重ね合わせ、温度200℃から
400℃の範囲で5kg/cm2 以上の圧力下でホット
プレスすることを特徴とするガス拡散電極構成材と金属
材との接合方法。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を説明す
るが、本発明はこれに限定されない。図1は、本発明の
方法で接合されたガス拡散電極1の部分断面図である。
集電体として銀材である銀網7が形成しており、その銀
網7をガス供給層3が囲んでいる。本発明の方法では、
ガス拡散電極1を製造する際、その構成材である反応層
シート5とガス供給層シート6の間に集電体として金属
材である銀網7を挟み込む。その際、銀網7の表面に銀
微粒子8を塗布した物を使用する。
【0006】図2は、ガス拡散電極1と銀枠板11との
接合箇所の断面図である。ガス拡散電極1と銀枠板11
とを接合する場合には、銀枠板11の内表面に銀微粒子
6を塗布する。その後、200℃〜400℃,10kg
/cm2 以上の条件で加温、加圧する(ホットプレ
ス)。このようにすると銀微粒子が存在する界面はより
強固に接合され、この界面からの液漏れは著しく滅少さ
れ、導電性も良くなることを見い出した。この場合は、
ガス拡散電極側はその一部の層のような構成材ではな
く、ガス拡散電極の全体である。このため、本発明にお
いては、「ガス拡散電極構成材」は、ガス拡散電極の一
部の層の他、ガス拡散電極の全体を意味するものであ
り、さらにガス拡散電極に接合している枠体のような部
材も含むものである。
【0007】図3は、ガス拡散電極1と電極パン12と
を接合する例を示す断面図である。ガス拡散電極1の周
縁部に接合用の銀板13をガス拡散電極の一部として設
けてある。また、ガス拡散電極1が直接接合され、ガス
拡散電極1の構成材の一部となる電極パン12の周縁部
14の接合面は、サンドブラストで凹凸を付けて銀メッ
キしてある。図4は、界面に凹凸を作った場合の断面図
である。ガス拡散電極1の構成材とするニッケル板15
に凹凸9を設け、銀板13と接合する。投錨効果を用い
れば更に強固に接合できる。
【0008】具体的な接合方法としては、集電体の場
合、集電体を粒径1ミクロン程度の銀微粒子6をエタノ
ールで泥状にした溶液中に浸漬して、乾燥すると、銀微
粒子6が付着した集電体4が得られる。銀微粒子の付着
はスプレー、塗布でも良い。分散液は水、アルコール等
揮発して残らない物が良い。塗布時に界面活性剤等を添
加した場合には、反応層シートとガス供給層シートで挟
み、冷間プレスして一体にしてから界面活性剤等の除去
操作を行い、ホットプレスで電極を作製することもでき
る。また、ガス供給層シート5側に銀微粒子8のペイン
トを用い、網目状に塗布しても良い。銀微粒子8は粒径
10ミクロンから0.1ミクロンがよく、球形、鱗片
状、線状でも良い。集電体4は銀網、銀多孔体、銀メッ
キニッケル網、銀メッキニッケル多孔体がよい。
【0009】ガス拡散電極と銀板の接合時にはガス拡散
電極に銀微粒子分散液を塗布する。銀板は0.05〜
0.3mmの厚さがよい。銀板の材質としては純銀が望
ましいが、高温、高圧下でプレスできる場合であれば、
各種の銀合金を用いることができる。銀合金以外でも、
ニッケル等に銀メッキしたメッキ材その他、銀ニッケル
クラッド板を使用することもできる。より強固に接合す
るには、図4に示すように銀微粒子8が介在する界面、
つまりガス拡散電極と銀材例えば銀板13との少なくと
もいずれか一方の面は凹凸を設けることが好ましい。接
合面に凹凸を設けると、銀微粒子が凹凸部からそれぞれ
の材料に銀微粒子が食い込んだ構造になり、投錨効果で
強固に結合できる。ニッケル表面を荒らして銀微粒子8
を塗布してホットプレスすることで銀とニッケル板を接
合できる。ホットプレス条件は温度200℃〜400℃
の範囲が好適である。温度が200℃より低いと接合力
が小さく、400℃より高いとPTFEの分解が始まる
ので好ましくない。圧力は低いと接合力が小さいので大
きい方がよい。実用的な圧力は20kg/cm2 〜10
0kg/cm2 程度である。
【0010】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0011】実施例1 線径0.1mm、50メッシュの銀網を、粒径0.5ミ
クロンの銀微粒子アルコール分散液に浸し、60ミクロ
ン程度の銀微粒子コートを行った。この銀網を銀が20
0g/m2 担持された反応層シートとガス供給層シート
の間に挟み、360℃、50kg/cm2 、60秒間ホ
ットプレスしてガス拡散電極を得た。このようにして得
られたガス拡散電極の大きさが1dm2 のものを酸素陰
極としてイオン交換膜型電解槽を組立て、食塩電解を行
った。90℃、濃度32%NaOH、30A/dm2
1.96Vの電解槽電圧が得られた。電圧変化は安定し
ており、1年間の長期試験を通じても電解電圧の異常な
上昇は全く見られなかった。
【0012】実施例2 0.2mm厚、13cm×23cmの長方形銀板に周囲
が1.5cm幅で回廊状に残るように内側を10cm×
20cm切り取り、銀枠を作成した。11.5cm×2
1.5cmの長方形の大きさのガス拡散電極の周囲に銀
微粒子を塗布し、上記銀枠と重ねた。重なった部分に対
し、面圧100kg/cm2 、温度260℃でホットプ
レスを行い、銀枠付きのガス拡散電極を得た。この銀枠
とガス拡散電極の間の抵抗は、銀微粒子を介在させない
従来型の場合よりほぼ1/2と小さくなった。又、銀枠
の剥離強度は銀微粒子を介在させない場合より1.6倍
になった。
【0013】実施例3 ガス拡散電極を接合させるニッケル板製の電極パンに対
し、1200番の炭化珪素粉でサンドブラストをかけ、
表面を梨地にした後、銀メッキを2ミクロン厚で被覆し
た。銀メッキしたその凸凹の銀面に銀微粒子を塗布し、
その上から0.1mm厚の銀板を50kg/cm2 で2
30℃、60秒間プレスし、電極パンに銀板を接合し
た。その結果、同一引っ張り強度を得るのに従来のホッ
トプレス温度より、20から30℃低温化が可能となっ
た。また、銀鍍金せずに梨地のニッケル面に銀微粒子を
塗布し、0.2mm厚の銀板を380℃、200kg/
cm2 で60秒間プレスする事で銀板をニッケル板に接
合した。その結果、十分な接合強度を持つことが確認さ
れた。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、銀微粒子を用いている
ため、ガス拡散電極中の集電体に銀微粒子を付着させた
場合には、集電体がガス供給層などに対し剥離しにく
く、電極性能が長期間安定な寿命の長いガス拡散電極が
得られた。また、ガス拡散電極と銀板との間の接合の場
合には、ガス拡散電極と銀板とがより強固に接合された
ので、ハンドリング性が著しく改善された。特にその接
合面の少なくとも一方の面を凹凸面としておくと、銀微
粒子が電極内部に入り込むので電気抵抗が小さくなり、
電解性能が改善された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の接合方法により得られたガス拡散電極
の部分断面図を示す。
【図2】本発明の接合方法により得られたガス拡散電極
構成材と銀枠板との接合箇所の断面図を示す。
【図3】ガス拡散電極と電極パンとを本発明の接合方法
により接合する例を表す断面説明図を示す。
【図4】本発明の接合方法による接合面に凹凸を設けた
場合の断面図である。
【図5】従来のガス拡散電極の断面図を示す。
【図6】従来のガス拡散電極で、銀網の線状体と反応層
シートとの関係を示す断面概要図であって、(a)は使
用直前のものを示し、(b)は長期間の使用後のものを
示す。
【符号の簡単な説明】
1 ガス拡散電極 2 反応層 3 ガス供給層 4 集電体 5 反応層シート 6 ガス供給層シート 7 銀網 8 銀微粒子 9 凹凸面 10 隙間 11 銀枠板 12 電極パン 13 銀板 14 周縁部 15 ニッケル板
フロントページの続き (71)出願人 000000941 鐘淵化学工業株式会社 大阪府大阪市北区中之島3丁目2番4号 (72)発明者 古屋 長一 山梨県甲府市中村町2−14 Fターム(参考) 4E067 AA08 AB01 AB05 AD09 BA01 DA09 DC03 DC06 4K011 AA12 CA04 DA03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス拡散電極構成材と銀材を接合する際
    に、銀微粒子をガス拡散電極構成材及び/又は銀材の接
    合表面に付着させた後にホットプレスすることを特徴と
    するガス拡散電極構成材と金属材との接合方法。
  2. 【請求項2】 ガス拡散電極構成材及び/又は銀材の接
    合表面に凹凸を設け、投錨効果を用いて接合強度を高め
    ることを特徴とする請求項1記載のガス拡散電極構成材
    と金属材との接合方法。
  3. 【請求項3】 接合するガス拡散電極構成材及び/又は
    銀板の接合金属面を粗面化して銀微粒子を塗布し、次い
    で銀板とガス拡散電極構成材とを重ね合わせ、温度20
    0℃から400℃の範囲で5kg/cm2 以上の圧力下
    でホットプレスすることを特徴とするガス拡散電極構成
    材と金属材との接合方法。
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