JP2001011676A - 自己組織化によるガス拡散電極の製造方法 - Google Patents
自己組織化によるガス拡散電極の製造方法Info
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Abstract
生じ、製造時間も短縮され、かつ高い酸素還元性能を有
するガス拡散電極の反応層の製造方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも触媒粒子とPTFEディスパ
ージョンを含むガス拡散電極の反応層材料の分散液に、
アルコールと電解質を添加して攪拌することにより反応
層材料の触媒微粒子とPTFE微粒子を凝集、自己組織
化させてガス拡散電極の反応層原料を製造する。その
際、加温すると、凝集速度を増加させることができる。
Description
極、亡硝電解の電極等に用いる自己組織化によるガス拡
散電極の製造方法、特に電極の酸素還元性能の高いガス
拡散電極の反応層の製造方法に関する。
の電解において、その陰極にガス拡散電極を酸素陰極と
して使用することが行われている。通常イオン交換膜法
電解は、陽イオン交換膜であるイオン交換膜により陽極
室と陰極室とに区画された電解槽で行われ、この電解槽
の陽極を有する陽極室には塩化ナトリウム水溶液が、陰
極を有する陰極部には苛性ソーダ水溶液が入っている
が、陰極としてガス拡散電極を用いる形式のものでは、
陰極部は、イオン交換膜とガス拡散電極の間の苛性ソー
ダ水溶液が入っている陰極液室と反応層、ガス供給層か
らなるガス拡散電極および酸素ガス室からなっている。
このような構成の電解槽では、陽極と陰極部(ガス拡散
電極および酸素ガス室からなっている)のガス拡散電極
の両電極間に通電して電解する際に、ガス拡散電極上で
酸素還元反応が起こり、陰極電位が低下するため、電解
電圧が著しく低減されるという利点を有する。
製造方法においては、親水性カーボンブラックに界面活
性剤を加え分散させ、銀等の微粒子触媒を担持又は添加
し、疎水性カーボンブラックを加え分散させた後、ポリ
テトラフルオロエチレン(PTFE)ディスパージョン
を添加、混合していた。この混合液にアルコールを添加
することで自己組織化させ、濾過、乾燥させて反応層粉
末を得ていた。また、疎水性カーボンブラックの分散液
に0.1ミクロンの粒径を持つ銀コロイド粒子を加え分
散させた後、PTFEディスパージョンを添加、混合し
ていた。この混合液にアルコールを添加することで自己
組織化させ、濾過、乾燥させて反応層粉末を得ていた。
極の触媒は、0.1ミクロン以下の金属及び金属酸化物
が望ましい。これらの微粒子は溶液に分散させるとコロ
イドになりやすく、アルコールのみの添加では凝集しに
くいことが判明した。凝集しない微粒子は、凝集物を濾
過する際に濾液に漏れ出てくるので、触媒としての必要
量が反応層原料中に残らない。また、微粒子が凝集せず
溶液中に分散した状態なので望ましい反応層構造となら
ず、十分な電極性能が得られないと言う問題点がしばし
ば見受けられた。その原因は、これらの金属及び金属酸
化物は疎水性コロイドなので、アルコールだけでは凝集
しないためである。
なされたものであり、凝集が容易、確実に生じ、製造時
間も短縮され、かつ高い酸素還元性能を有するガス拡散
電極の反応層原料の製造方法を提供することを目的とす
る。
解決すべく鋭意検討した結果、触媒として望ましい微粒
子状の金属及び金属酸化物は、疎水性コロイドなのでア
ルコールでは凝集しないが、電解質を添加すると凝集す
る。そこでアルコール添加後に炭酸水素ナトリウム等の
電解質を添加するか、又は、電解質を溶解したアルコー
ルを添加することで凝集することができることを知見
し、これにより上記触媒微粒子とポリテトラフルオロエ
チレン微粒子を凝集、自己組織化させることによって上
記目的を達成できることを見い出して本発明を完成する
に至った。
のである。 (1)少なくとも触媒微粒子とポリテトラフルオロエチ
レンディスパージョンを含むガス拡散電極の反応層材料
の分散液に、アルコール又はケトンと電解質を添加して
攪拌することにより反応層材料の触媒微粒子とポリテト
ラフルオロエチレン微粒子を凝集及び自己組織化させる
ことを特徴とするガス拡散電極の反応層原料の製造方
法。 (2)前記反応層構成材料の触媒微粒子とポリテトラフ
ルオロエチレン微粒子を凝集及び自己組織化させる際
に、加温することによってコロイド状の触媒微粒子とポ
リテトラフルオロエチレン微粒子の凝集速度を増加させ
ることを特徴とする前記(1)記載のガス拡散電極の反
応層原料の製造方法。
製造方法においては、先ず、カーボンブラックを界面活
性剤水溶液に分散させる。界面活性剤の濃度は2%から
5%程度が良い。この分散液に添加する触媒微粒子は
銀、白金、パラジウム、酸化ルテニウム等の微粒子で、
粒子径が小さいほど比表面積が大きいので、0.1ミク
ロンより小さい粒子が好適に用いられる。触媒微粒子は
粉体状の物を分散させてもよいし、コロイド溶液をその
まま添加してもよい。次にPTFEディスパージョンを
添加混合した後、エチルアルコールを添加攪拌し、さら
に炭酸水素ナトリウム水溶液を添加攪拌することで自己
組織化させる。濾液に触媒微粒子が残らない良好な状態
で反応層原料が出来る。このとき電解液を含むアルコー
ルを添加してもよい。また、電解質を添加した後、アル
コールを加えてもよい。添加アルコールはメタノール、
エタノール、イソプロピルアルコールが好ましく、アル
コールではないがアセトンでも良い(アルコール又はア
セトンを、以下「アルコール等」ということがある)。
電解質としては食塩、炭酸塩、炭酸水素塩、ミョウバ
ン、アルカリ等が使用可能である。炭酸水素ナトリウム
が好適に用いられる。
1部に対し0.3〜1.0部程度、電解質は該分散液量
の0.01〜1%程度添加すればよい。更に30℃〜6
0℃に加温すると凝集速度が速くなり、操作時間が短く
なるし、濾過が容易に出来るようになる。
るが、本発明はこの実施例により何等限定されるもので
ない。また、実施例及び比較例を通じて部及びパーセン
トとも格別の指示なき限り、すべて重量表示による。
ンブラック(デンカブラック、平均粒径390オングス
トローム、電気化学工業社製)2部を添加攪拌分散す
る。このカーボンブラック分散液をジェットミル(ジー
ナス、ノズル径0.2mm)を100kg/cm2 の圧
力で2回通過させた。その結果、平均粒子径は0.6ミ
クロンとなった。この分散液に銀コロイド(田中貴金属
社製試作品、平均粒径0.1ミクロン)10部を加え、
攪拌混合した。更に、PTFEディスパージョン(D−
1、平均粒径0.3ミクロン、ダイキン工業社製)1.
5部を加え、攪拌混合した。この分散液にイソプロピル
アルコールを100部加え、攪拌しながら2.0%炭酸
水素ナトリウム水溶液を50部加え、10分間攪拌して
自己組織化させ、濾過することにより反応層原料を得
た。濾過時間は比較例の1/3であった。ロール法で反
応層とガス供給層から成るガス拡散電極シートを製造
し、80℃で3時間乾燥、界面活性剤をエタノール抽出
装置で除去した。乾燥後、銀網と共に50kg/cm2
で350℃、60秒間プレスすることによりガス拡散電
極を得た。このガス拡散電極の酸素還元性能を80℃、
32%NaOH中で測定したところ、30A/dm2 で
0.848V(vs.RHE)の高い性能が得られた。
プロピルアルコール200部のみを加え自己組織化さ
せ、濾過したところ液が黒く着色し、銀微粒子が濾紙を
通過しており、濾過時間も実施例1より3倍要した。こ
の濾過物を反応層原料として用い、ロール法でガス拡散
電極シートを製造し、80℃で3時間乾燥、界面活性剤
をエタノール抽出装置で除去した。乾燥後、銀網と共に
50kg/cm2 で350℃、60秒間プレスすること
によりガス拡散電極を得た。このガス拡散電極の酸素還
元性能を80℃、32%NaOH中で測定したところ、
30A/dm2 で0.78V(vs.RHE)の性能し
か得られなかった。
B−12、平均粒径400オングストローム、試作品、
電気化学工業社製)7部、疎水性カーボンブラック(N
o.6、平均粒径500オングストローム、試作品、電
気化学工業社製)3部を添加、超音波分散機で平均粒径
1ミクロン以下に分散した。この分散液に10%銀コロ
イド溶液(田中貴金属社製試作品、平均粒径0.1ミク
ロン以下)5部(銀重量)を加え、攪拌混合した。更
に、PTFEディスパージョン(D−1、ダイキン工業
製)4部を加え、攪拌混合した。この分散液に炭酸水素
ナトリウムを1%含む90%エチルアルコールを300
部加え、凝集、自己組織化させ、濾過したところ濾液は
透明であった。しかし、炭酸水素ナトリウムを添加しな
い場合、濾液は黒く濁っており、銀コロイドが濾液に1
0%以上漏れ出て、更に濾過物の表面に銀微粒子が浮き
出ていた。これらの反応層原料を用いてロール法で反応
層とガス供給層から成るガス拡散電極シートを製造し、
80℃で3時間乾燥、界面活性剤をエタノール抽出装置
で除去した。乾燥後、銀網と共に50kg/cm2 で3
80℃、60秒間プレスすることによりガス拡散電極を
得た。これらのガス拡散電極の酸素還元性能を80℃、
32%NaOH中で測定したところ、電解質を含むもの
は30A/dm2 で0.790V(vs.RHE)の高
い性能のガス拡散電極が得られたが、アルコールのみの
場合は0.761V(vs.RHE)と性能が不十分で
あった。
たアルコール系分散液に電解質を添加攪拌することによ
り、ガス拡散電極の反応層の銀やカーボンブラックの微
粒子とPTFE微粒子を自己組織化することができる。
その結果、反応層原料分散液に含まれるコロイド状触媒
微粒子の完全な凝集が可能となり、濾過時間も短縮さ
れ、かつ高性能なガス拡散電極が安定して製造できるよ
うになる。
Claims (2)
- 【請求項1】 少なくとも触媒微粒子とポリテトラフル
オロエチレンディスパージョンを含むガス拡散電極の反
応層材料の分散液に、アルコール又はアセトンと電解質
を添加して攪拌することにより反応層材料の触媒微粒子
とポリテトラフルオロエチレン微粒子を凝集及び自己組
織化させることを特徴とするガス拡散電極の反応層原料
の製造方法。 - 【請求項2】 前記反応層材料の触媒微粒子とポリテト
ラフルオロエチレン微粒子を凝集及び自己組織化させる
際に、加温することによってコロイド状の触媒微粒子と
ポリテトラフルオロエチレン微粒子の凝集速度を増加さ
せることを特徴とする請求項1記載のガス拡散電極の反
応層原料の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18777899A JP3373174B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 自己組織化によるガス拡散電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP18777899A JP3373174B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 自己組織化によるガス拡散電極の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2001011676A true JP2001011676A (ja) | 2001-01-16 |
JP3373174B2 JP3373174B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=16212065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18777899A Expired - Lifetime JP3373174B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 自己組織化によるガス拡散電極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3373174B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003027269A (ja) * | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Choichi Furuya | 触媒含有ガス拡散電極 |
JP2003338289A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-11-28 | Choichi Furuya | ガス拡散電極用分散液及びその製造方法 |
US20210371602A1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | Zeus Industrial Products, Inc. | Microparticles from thermomechanically degraded ptfe |
-
1999
- 1999-07-01 JP JP18777899A patent/JP3373174B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003027269A (ja) * | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Choichi Furuya | 触媒含有ガス拡散電極 |
JP2003338289A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-11-28 | Choichi Furuya | ガス拡散電極用分散液及びその製造方法 |
US20210371602A1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-12-02 | Zeus Industrial Products, Inc. | Microparticles from thermomechanically degraded ptfe |
US11939435B2 (en) * | 2020-05-26 | 2024-03-26 | Zeus Company Inc. | Microparticles from thermomechanically degraded PTFE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3373174B2 (ja) | 2003-02-04 |
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