JP2770958B2 - Sheet electrode material containing ion-exchange resin, composite material thereof and method for producing the same - Google Patents

Sheet electrode material containing ion-exchange resin, composite material thereof and method for producing the same

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JP2770958B2
JP2770958B2 JP63233739A JP23373988A JP2770958B2 JP 2770958 B2 JP2770958 B2 JP 2770958B2 JP 63233739 A JP63233739 A JP 63233739A JP 23373988 A JP23373988 A JP 23373988A JP 2770958 B2 JP2770958 B2 JP 2770958B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、イオン交換樹脂含有シート状電極材料、そ
の複合材料および、その製造方法に関するものである。
更に詳しく述べるならば、三次元的電気化学反応表面を
有し、機械的強度の高いイオン交換樹脂含有シート状電
極材料、その複合材料、およびその製造方法に関するも
のである。
The present invention relates to an ion-exchange resin-containing sheet electrode material, a composite material thereof, and a method for producing the same.
More specifically, the present invention relates to an ion exchange resin-containing sheet electrode material having a three-dimensional electrochemical reaction surface and high mechanical strength, a composite material thereof, and a method for producing the same.

〔従来の技術および解決を必要とする課題〕[Conventional technologies and issues requiring solutions]

一般に電気化学セルにおける電気化学反応は、電極と
電解質との界面で発生するものであり、従って、この電
気化学セルの電流・電圧特性は、電極と電解質との接触
面積により大きく左右される。特に、イオン交換樹脂膜
を固体電解質として使用する電解法の場合には、電極と
電解質との接触面積が、水溶液電解法の場合にくらべて
小さくなるという問題点を有している。
Generally, an electrochemical reaction in an electrochemical cell occurs at an interface between an electrode and an electrolyte. Therefore, current / voltage characteristics of the electrochemical cell largely depend on a contact area between the electrode and the electrolyte. In particular, in the case of the electrolysis method using the ion exchange resin membrane as the solid electrolyte, there is a problem that the contact area between the electrode and the electrolyte is smaller than in the case of the aqueous solution electrolysis method.

特開昭55−38934号には、イオン交換樹脂膜と、その
一面に、無電解メッキ法により形成された電極触媒金属
層とからなる電極材料が開示されているが、この場合、
電極と電解質との接触が、二次元的(平面的)であるた
め、両者の接触面積の一層の増加が望まれていた。
JP-A-55-38934 discloses an electrode material comprising an ion-exchange resin membrane and, on one side thereof, an electrode catalyst metal layer formed by an electroless plating method.
Since the contact between the electrode and the electrolyte is two-dimensional (planar), it has been desired to further increase the contact area between the two.

特開昭61−67786号、61−67788号、61−67790号、お
よび61−87887号などには、例えば、パーフルオロカー
ボン樹脂を基体とするイオン交換樹脂膜の片面又は両面
に電極触媒粉末とイオン交換樹脂とを含む樹脂層を合体
させた電極材料などが開示されている。しかしながら、
これらの電極材料においては、イオン交換樹脂粉末が、
電極材料全体にわたって分布しており、イオン交換樹脂
は親水性であるため、電極材料全体が親水性、すなわ
ち、水に濡れやすいものになる。このような親水性電極
材料から燃料電池、および酸素分離装置などのガス拡散
電極を構成すると、電極表面が容易に濡れてしまうた
め、装置に対するガスの供給に支障を生じ性能が低下す
るという不都合を生ずる。
JP-A-61-67786, 61-67788, 61-67790, and 61-87887, for example, include, for example, an electrode catalyst powder and an ion-exchange resin on one or both surfaces of an ion-exchange resin membrane based on a perfluorocarbon resin. An electrode material in which a resin layer containing an exchange resin is combined is disclosed. However,
In these electrode materials, the ion exchange resin powder is
Since the ion exchange resin is distributed throughout the electrode material and the ion exchange resin is hydrophilic, the entire electrode material is hydrophilic, that is, easily wet with water. When a gas diffusion electrode such as a fuel cell and an oxygen separation device is formed from such a hydrophilic electrode material, the electrode surface is easily wetted, which hinders gas supply to the device and lowers performance. Occurs.

このような不都合を解消するため、特開昭61−67787
号、および61−67789号などにおいては、上記イオン交
換樹脂含有電極材料の外側に、イオン交換樹脂を含まな
い疎水性樹脂例えばパーフルオロカーボン樹脂をマトリ
ックスとする被覆層を積層することを提案しているが、
このような電極材料には、構造が複雑であり、かつ高価
であるなどの欠点がある。
To solve such inconveniences, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-67787
No., 61-67789, and the like, it is proposed to laminate a coating layer having a matrix of a hydrophobic resin not containing an ion exchange resin, for example, a perfluorocarbon resin, on the outside of the ion exchange resin-containing electrode material. But,
Such an electrode material has drawbacks such as a complicated structure and high cost.

更に、上記の電極材料においては、イオン交換樹脂粉
末が電極材料中に分散されているため、イオン交換樹脂
粉末相互の接触が十分でなく、従って、電極中における
水素イオン(H+)の移動が不十分となって、電極の効果
が低いという問題点を生ずる。このような問題点を解消
するためには、イオン交換樹脂粉末の混合比率を一層高
くする必要があるが、このようにすると、当然得られる
電極材料の親水性が一層高くなるという不都合を生ずる
ばかりでなく、場合によっては電極触媒がイオン交換樹
脂により被覆されてしまって触媒作用を発揮できなくな
るなどの不都合を生ずることもある。
Furthermore, in the above-mentioned electrode material, since the ion-exchange resin powder is dispersed in the electrode material, the contact between the ion-exchange resin powders is not sufficient, and therefore, the movement of hydrogen ions (H + ) in the electrode is reduced. Insufficiency results in a problem that the effect of the electrode is low. In order to solve such a problem, it is necessary to further increase the mixing ratio of the ion-exchange resin powder. However, in this case, there is a disadvantage that the hydrophilicity of the obtained electrode material is naturally further increased. In some cases, the electrode catalyst may be covered with the ion exchange resin, and may not be able to exhibit a catalytic action.

特開昭61−295387号および61−295388号には、イオン
交換樹脂膜と、その片面又は両面上に形成されたイオン
交換樹脂と電極金属との混合物の薄膜層とからなる電極
材料が開示されている。しかし、これらの電極材料にお
いては、前記薄膜層の形成のために有機溶媒、又は有機
溶媒の水との混合溶媒を使用する必要があり、この溶媒
によってイオン交換樹脂膜が著るしく膨潤し、これを乾
燥するとはげしく収縮するため、この膜にクラックを生
ずるという不都合があり、また、イオン交換樹脂膜に、
イオン交換樹脂−金属混合物薄膜の強固な接合には、か
なりの加熱加圧を要し、このため、得られる電極材料が
押しつぶされて、実質的に有効な電極−電解質界面の接
触面積がかなり小さくなってしまうという不都合を生ず
る。
JP-A-61-295387 and JP-A-61-295388 disclose an electrode material comprising an ion-exchange resin membrane and a thin film layer of a mixture of an ion-exchange resin and an electrode metal formed on one or both surfaces thereof. ing. However, in these electrode materials, it is necessary to use an organic solvent or a mixed solvent of an organic solvent and water for forming the thin film layer, and the ion exchange resin membrane is significantly swollen by this solvent, When this is dried, it shrinks violently, so there is a disadvantage that cracks occur in this membrane.
Strong bonding of the ion-exchange resin-metal mixture thin film requires considerable heating and pressurization, which crushes the resulting electrode material and results in a substantially smaller effective electrode-electrolyte interface contact area. Inconvenience that it becomes.

更に、上記従来の電極層は、自己保持性を持たない
か、或は持っていても極めて低いため、これをイオン交
換樹脂膜に接合するためにはかなりの加熱、加圧を施す
必要があり、このためしばしばイオン交換樹脂膜を損傷
して、得られる電極材料の性能を低下したり、或は使用
不能にするなどの問題を生じている。
Furthermore, since the above-mentioned conventional electrode layer does not have self-holding property or has very low self-holding property, it is necessary to apply considerable heat and pressure to join it to the ion exchange resin membrane. For this reason, the ion exchange resin membrane is often damaged, causing problems such as lowering the performance of the obtained electrode material or making it unusable.

そこで、本発明は、電解質と電極との有効接触面積が
大きく、ガス拡散電極としても有効に使用可能であっ
て、しかも電解質膜を損傷することなく容易に製造可能
な、イオン交換樹脂含有シート状電極材料、その複合
体、およびその製造方法を提供しようとするものであ
る。
Therefore, the present invention provides an ion-exchange resin-containing sheet which has a large effective contact area between the electrolyte and the electrode, can be effectively used as a gas diffusion electrode, and can be easily manufactured without damaging the electrolyte membrane. An object is to provide an electrode material, a composite thereof, and a manufacturing method thereof.

〔課題を解決するための手段、および作用〕[Means for solving the problem and operation]

本発明に従えば、フッ素含有重合体からなるバインダ
ーと、その中に分散されている炭素粉末とを含んでな
り、かつ、多数の連続気孔を有するシート状基体と、 イオン交換樹脂単独、または、イオン交換樹脂と金属
との混合物からなるイオン交換樹脂含有材料と、 から構成され、 前記イオン交換樹脂含有材料が、前記シート状基体の
一面から厚さ方向全域にわたって、前記連続気孔内に連
続して分布しており、且つ一面から他面に向かって減少
する濃度勾配を有する、イオン交換樹脂含有シート状電
極材料が提供される。
According to the present invention, a binder comprising a fluorine-containing polymer, comprising a carbon powder dispersed therein, and a sheet-like substrate having a large number of continuous pores, ion-exchange resin alone, or, An ion-exchange resin-containing material comprising a mixture of an ion-exchange resin and a metal, wherein the ion-exchange resin-containing material is continuously formed in the continuous pores from one surface of the sheet-like substrate in the entire thickness direction. An ion-exchange resin-containing sheet electrode material is provided having a concentration gradient that is distributed and decreases from one surface to the other.

上記シート状電極材料は、そのシート状基体の一面上
に、前記イオン交換樹脂含有材料により形成された無孔
性薄膜を有し、前記シート状基体の他面上には、前記イ
オン交換樹脂含有材料が実質的に存在しないものであっ
てもよい。
The sheet-like electrode material has a non-porous thin film formed of the ion-exchange resin-containing material on one surface of the sheet-like substrate, and the ion-exchange resin-containing material on another surface of the sheet-like substrate. The material may be substantially absent.

更に、上述のシート状電極材料は、そのイオン交換樹
脂含有材料の分布している一面上に、パーフルオロカー
ボン含有イオン交換樹脂膜層を結着して、イオン交換樹
脂含有シート状電極/パーフルオロカーボン含有イオン
交換樹脂膜複合材料を形成していてもよい。
Further, the above-mentioned sheet-like electrode material is obtained by binding a perfluorocarbon-containing ion-exchange resin membrane layer on one surface on which the ion-exchange resin-containing material is distributed, and forming the ion-exchange resin-containing sheet electrode / perfluorocarbon-containing electrode. An ion exchange resin membrane composite material may be formed.

本発明の電極材料のシート状基体は、フッ素含有重合
体からなるバインダーと、その中に分散結着されている
電気化学的に機能性の材料である炭素粉末との混合物か
ら形成されたものである。
The sheet-shaped substrate of the electrode material of the present invention is formed from a mixture of a binder made of a fluorine-containing polymer and carbon powder that is an electrochemically functional material dispersed and bound therein. is there.

フッ素含有重合体バインダーは、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンパー
フルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テ
トラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合
体(FEP)、トリフルオロクロロエチレン重合体(CPTF
E)、およびテトラフルオロエチレン−エチレン共重合
体(ETFE)などから選ばれた少なくとも1種からなるも
のであって、特にPTFEからなるものが好ましい。
Examples of the fluorine-containing polymer binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer (FEP), and trifluorochloroethylene polymer. (CPTF
E) and at least one selected from tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) and the like, particularly preferably PTFE.

炭素粉末、例えばグラファイト、カーボンブラック、
および活性炭の粉末、これら炭素粉末に触媒能を有する
金属、例えば、白金族金属の少なくとも1種を担持せし
めたものを含むものである。
Carbon powder, such as graphite, carbon black,
And activated carbon powders, and those containing at least one platinum group metal supported on these carbon powders.

本発明のシート状基体における電気化学的に機能性の
材料である炭素粉末と、フッ素含有重合体バインターと
の配合比率は、製造すべき電極材料の用途および所望特
性により変化するが一般には、炭素粉末20〜98重量部に
対し、フッ素含有重合体バインダー2〜80重量部である
ことが好ましく、目的電極材料が親水性の高いことを要
求されるときは、炭素粉末の含有率を増大し、目的電極
材料が疎水性であることを要求されるときは、バインダ
ーの含有率を高くすればよい。バインダー−炭素粉末混
合物100重量部に対しバインダー含有率が2重量部未満
のときは、得られるシート状基体の機械的強度が不十分
になり、また80重量部より高いときは、得られる電極材
料の電気化学的機能が不満足なものとなる。一般に本発
明に用いられるシート状基体は、50〜400μmの厚さを
有することが好ましい。
The mixing ratio of the carbon powder, which is an electrochemically functional material, and the fluorine-containing polymer binder in the sheet-like substrate of the present invention varies depending on the use and desired characteristics of the electrode material to be produced. 20 to 98 parts by weight of the powder, preferably 2 to 80 parts by weight of the fluorine-containing polymer binder, and when the target electrode material is required to have high hydrophilicity, increase the content of the carbon powder, When the target electrode material is required to be hydrophobic, the content of the binder may be increased. When the binder content is less than 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder-carbon powder mixture, the mechanical strength of the obtained sheet-like substrate is insufficient, and when it is higher than 80 parts by weight, the obtained electrode material is Will have unsatisfactory electrochemical function. Generally, the sheet-like substrate used in the present invention preferably has a thickness of 50 to 400 μm.

本発明の電極材料において、イオン交換樹脂単独か
ら、または、イオン交換樹脂と金属、特に触媒能を有す
る金属との混合物からなるイオン交換樹脂含有材料がシ
ート状基体の一面から連続気孔内に連続して分布してい
る。イオン交換樹脂含有材料の分布量は、シート状基体
の一面から他面に向って、勾配を有する分布をなしてい
てもよく、例えば、一面側から他面側に向って次第に分
布量が低下するように分布していてもよい。
In the electrode material of the present invention, an ion-exchange resin alone or an ion-exchange resin-containing material composed of a mixture of an ion-exchange resin and a metal, particularly a metal having a catalytic ability, is continuously formed in continuous pores from one surface of the sheet-like substrate. Are distributed. The distribution amount of the ion-exchange resin-containing material may have a gradient distribution from one surface to the other surface of the sheet-like substrate.For example, the distribution amount gradually decreases from one surface side to the other surface side. It may be distributed as follows.

本発明の電極材料に用いられるイオン交換樹脂は、固
体電解質として機能するものであって、例えば、フッ素
含有炭化水素を主鎖の主成分とし、これにカチオン交換
基が結合したもの、例えば、テトラフルオロエチレンと
スルホニルフルオライドビニルエーテルとの共重合体な
どを用いることが好ましい。
The ion-exchange resin used in the electrode material of the present invention functions as a solid electrolyte. For example, a resin in which a fluorine-containing hydrocarbon is a main component of a main chain and a cation exchange group is bonded to the main component, for example, It is preferable to use a copolymer of fluoroethylene and sulfonyl fluoride vinyl ether.

また、固体電解質含有材料中の金属、特に触媒能を有
する金属は、例えば白金、イリジウム、パラジウム、ロ
ジウムなどの少なくとも1種からなるものであることが
好ましい。イオン交換樹脂含有材料中の金属の含有量
は、一般に、イオン交換樹脂重量に対し、50%以下であ
る。
Further, the metal in the solid electrolyte-containing material, particularly the metal having catalytic activity, is preferably made of at least one of platinum, iridium, palladium, rhodium and the like. The content of the metal in the ion exchange resin-containing material is generally 50% or less based on the weight of the ion exchange resin.

本発明の電極材料においてシート状基体の一面上にイ
オン交換樹脂含有材料から形成された無孔性薄膜が形成
されており、シート状基体の他の面上には、イオン交換
樹脂含有材料が実質的に存在しないこと、すなわち、全
く存在しないか、存在しても極めて少量であることが好
ましい。
In the electrode material of the present invention, a nonporous thin film formed from an ion-exchange resin-containing material is formed on one surface of a sheet-like substrate, and the ion-exchange resin-containing material is substantially formed on another surface of the sheet-like substrate. It is preferred that they are not present in all cases, that is, that they are not present at all or that they are present in very small amounts.

このような無孔性イオン交換樹脂含有材料層の形成
は、電極材料と固体電解質としてのパーフルオロイオン
交換樹脂との接触特性を向上させるのに有効である。ま
た、実質的にイオン交換樹脂含有材料が存在しない面
は、ガス供給経路として、また液透過経路として、更に
イオン交換樹脂含有材料膜と供電体(給電体)との間の
クッション材として有効なものである。
The formation of such a non-porous ion exchange resin-containing material layer is effective for improving the contact characteristics between the electrode material and the perfluoro ion exchange resin as a solid electrolyte. Further, the surface substantially free of the ion-exchange resin-containing material is effective as a gas supply path, a liquid permeation path, and a cushion material between the ion-exchange resin-containing material membrane and a power supply (power supply). Things.

本発明の電極材料は、そのイオン交換樹脂含有材料の
分布している一面上に、パーフルオロ炭化水素含有イオ
ン交換樹脂膜を積層結着して、電極複合材料とされても
よい。このような複合材料は、オーム損失を、減少さ
せ、かつ取り扱い性が良好になるなどの長所を有するも
のである。
The electrode material of the present invention may be formed as an electrode composite material by laminating and binding a perfluorohydrocarbon-containing ion-exchange resin membrane on one surface where the ion-exchange resin-containing material is distributed. Such a composite material has advantages such as reduced ohmic loss and improved handleability.

本発明のイオン交換樹脂含有シート状電極材料を製造
するための方法は、フッ素含有重合体からなるバインダ
ーと、炭素粉末とを含む混合物から多数の連続気孔を有
するシート状基体を形成し、このシート状基体の一面
を、イオン交換樹脂含有溶液と接触させて、この溶液を
前記一面から前記シート状基体中に、浸透含浸させ、こ
の含浸体に乾燥処理を施し、それによって、前記イオン
交換樹脂を、前記シート状基体一面から前記連続気孔内
に連続して分布・固定せしめる、ことを特徴とするもの
である。
The method for producing a sheet-like electrode material containing an ion-exchange resin of the present invention comprises forming a sheet-like substrate having a large number of continuous pores from a mixture containing a binder comprising a fluorine-containing polymer and carbon powder, One surface of the sheet-like substrate is brought into contact with a solution containing an ion-exchange resin, and the solution is impregnated and impregnated from the one surface into the sheet-like substrate, and the impregnated body is subjected to a drying treatment. And distributing and fixing continuously from one surface of the sheet-like substrate into the continuous pores.

また、本発明のイオン交換樹脂含有シート状電極材料
を製造するための他の方法は、フッ素含有重合体からな
るバインダーと、炭素粉末とを含む混合物から多数の連
続気孔を有するシート状基体を形成し、このシート状基
体の一面を、イオン交換樹脂と金属化合物とを含有する
溶液に接触させて、この溶液を前記一面から前記シート
状基体中に、含浸させ、この含浸体に乾燥処理を施し、
更に、前記金属化合物に対する還元処理を施し、それに
よって、前記イオン交換樹脂と金属との混合物を、前記
シート状基体の一面から前記連続気孔内に連続して分布
・固定させる、ことを特徴とするものである。
Another method for producing the sheet electrode material containing the ion exchange resin of the present invention is to form a sheet substrate having a large number of continuous pores from a mixture containing a binder comprising a fluorine-containing polymer and carbon powder. Then, one surface of the sheet substrate is brought into contact with a solution containing an ion-exchange resin and a metal compound, the solution is impregnated from the one surface into the sheet substrate, and the impregnated body is subjected to a drying treatment. ,
Further, the metal compound is subjected to a reduction treatment, whereby the mixture of the ion exchange resin and the metal is continuously distributed and fixed in the continuous pores from one surface of the sheet-shaped substrate. Things.

本発明方法において、シート状基体は、所定量の炭素
粉末と、フッ素含有重合体バインダーとを均一に混合
し、この混合物をホットプレスして製造することができ
る。或は、上記混合物を液状潤滑剤と混合し、または混
合せずに、加熱ロールにより圧延してシート状体として
もよい。上記のシート状基体製造方法において、シート
状基体内の炭素粉末粒子の間に自然に多数の連続気孔が
形成されている。
In the method of the present invention, the sheet-like substrate can be produced by uniformly mixing a predetermined amount of carbon powder and a fluorine-containing polymer binder, and hot-pressing this mixture. Alternatively, the above mixture may be mixed with a liquid lubricant or may be rolled with a heating roll without mixing to form a sheet. In the above-mentioned sheet-like substrate manufacturing method, many continuous pores are naturally formed between the carbon powder particles in the sheet-like substrate.

本発明に用いられるシート状基体は、特公昭63−1997
9号記載の方法により、上記炭素粉末とフッ素含有重合
体バインダーとの混合物に液状潤滑剤を添加して調製し
たペーストを、ロール圧延又は押出した後必要により延
伸するか、延伸したものを更に圧縮して製造したもので
あってもよい。このようなシート状基体は、機能的強度
が高く、また、気孔率および孔径の制御が容易であり、
このため本発明方法に好適なものである。
The sheet-like substrate used in the present invention is described in JP-B-63-1997.
According to the method described in No. 9, a paste prepared by adding a liquid lubricant to a mixture of the carbon powder and the fluorine-containing polymer binder is stretched as necessary after rolling or extruding, or the stretched material is further compressed. May be manufactured. Such a sheet-like substrate has high functional strength, and porosity and pore diameter can be easily controlled,
Therefore, it is suitable for the method of the present invention.

イオン交換樹脂含有材料が、イオン交換樹脂のみから
成る場合、シート状基体の1面を、少なくとも1種のイ
オン交換樹脂の溶液に接触させ、シート状基体の連続気
孔中に、前記溶液を、その接触面から浸透含浸させ、こ
のようにして得られた含浸体を乾燥処理する。前記含浸
処理によって、イオン交換樹脂溶液が、シート状基体の
一面から連続気孔内に連続的に浸透拡散する。このと
き、溶液を連続気孔内の分布量が前記一面からの距離が
大きくなる程小さくなっていてもよい。つまり、イオン
交換樹脂溶液の連続気孔内含浸量は、シート状基体の一
面(溶液と接触面)から他面に向って、減少する濃度勾
配をなして分布していてもよい。このような含浸体に例
えば乾燥処理、必要により更に熱処理を施せば、固化し
たイオン交換樹脂が、シート状基体の一面から連続気孔
内に連続して分布し固定される。このとき、イオン交換
樹脂が、シート状基体の一面から他面に向って分布量が
勾配をなして変化するように分布・固定されていてもよ
い。
When the ion-exchange resin-containing material is composed of only the ion-exchange resin, one surface of the sheet-like substrate is brought into contact with a solution of at least one ion-exchange resin, and the solution is placed in continuous pores of the sheet-like substrate. Impregnation and impregnation are performed from the contact surface, and the impregnated body thus obtained is dried. Due to the impregnation treatment, the ion exchange resin solution continuously permeates and diffuses from one surface of the sheet-like substrate into the continuous pores. At this time, the distribution amount of the solution in the continuous pores may decrease as the distance from the one surface increases. In other words, the continuous pore impregnation amount of the ion exchange resin solution may be distributed with a decreasing concentration gradient from one surface (the surface in contact with the solution) to the other surface of the sheet-like substrate. If such an impregnated body is subjected to, for example, a drying treatment and, if necessary, a further heat treatment, the solidified ion-exchange resin is continuously distributed and fixed from one surface of the sheet-like substrate into the continuous pores. At this time, the ion exchange resin may be distributed and fixed so that the distribution amount changes from one surface of the sheet-shaped substrate to the other surface with a gradient.

イオン交換樹脂含有材料が、イオン交換樹脂と金属、
特に電極触媒金属からなる場合、上記方法と同様に多数
の連続気孔を有するシート状基体を作成し、このシート
状基体の一面を、少なくとも1種のイオン交換樹脂と、
少なくとも1種の金属化合物とを含む溶液に接触させ、
この溶液をシート状基体の一面から連続気孔中に連続的
に浸透含浸させる。次にこのようにして得られた含浸体
を例えば50〜90℃の温度で乾燥し、必要により更に110
〜170℃の温度で熱処理する。次に、乾燥された、イオ
ン交換樹脂−金属化合物混合物中の金属化合物に還元処
理を施して、これを金属に還元する。これらの処理によ
りイオン交換樹脂含有材料がシート状基体の一面から連
続気孔内に連続して分布して固定される。勿論連続気孔
内のイオン交換樹脂含有材料の分布量は、シート状基体
の一面から他面に向って勾配をなしていてもよい。本発
明方法において、イオン交換樹脂溶液は、イオン交換樹
脂を、エタノール、又はエタノールと水との混合溶媒な
どの溶液に溶解して調製する。この溶液のイオン交換樹
脂濃度はこの溶液がシート状基体中に浸透し得る限り格
別の制限はないが、一般に0.5〜20重量%の範囲で用い
られる。本発明方法に用いられる金属化合物は、対応金
属に還元可能なものであって、例えば、クロロペンタア
ンミン白金、およびクロロペンタンアンミンパラジウム
などから選ばれる。
The ion exchange resin containing material is made of an ion exchange resin and a metal,
Particularly when the electrode catalyst metal is used, a sheet-like substrate having a large number of continuous pores is prepared in the same manner as the above method, and one surface of the sheet-like substrate is at least one type of ion exchange resin.
Contacting a solution containing at least one metal compound;
This solution is continuously infiltrated and impregnated from one surface of the sheet-like substrate into continuous pores. Next, the impregnated body thus obtained is dried at a temperature of, for example, 50 to 90 ° C., and if necessary,
Heat treatment at a temperature of ~ 170 ° C. Next, the dried metal compound in the ion-exchange resin-metal compound mixture is subjected to a reduction treatment to reduce the metal compound to a metal. By these treatments, the ion exchange resin-containing material is continuously distributed and fixed from one surface of the sheet-like substrate into the continuous pores. Of course, the distribution amount of the ion-exchange resin-containing material in the continuous pores may have a gradient from one surface of the sheet-like substrate to the other surface. In the method of the present invention, the ion exchange resin solution is prepared by dissolving the ion exchange resin in a solution such as ethanol or a mixed solvent of ethanol and water. The concentration of the ion exchange resin in this solution is not particularly limited as long as this solution can penetrate into the sheet-like substrate, but is generally used in the range of 0.5 to 20% by weight. The metal compound used in the method of the present invention can be reduced to a corresponding metal and is selected from, for example, chloropentaammineplatinum and chloropentaneamminepalladium.

一般に金属化合物は、還元して得られる金属が、イオ
ン交換樹脂重量に対して、5〜50%になるように用いら
れる。金属化合物の還元には還元剤として、水素、水素
化ホウ素ナトリウム、ヒドラジンなどが用いられ、還元
処理は一般に15〜180℃の温度において行われる。イオ
ン交換樹脂溶液、又は、イオン交換樹脂−金属化合物混
合物溶液を、シート状基体に浸透含浸するには、この溶
液の所定量を、シート状基体の一面に塗布して、連続気
孔中に浸透させてもよいし、反対面側に減圧吸引処理を
施しながら、シート状基体の一面から溶液を連続気孔中
に吸い上げてもよい。
Generally, the metal compound is used so that the metal obtained by reduction is 5 to 50% based on the weight of the ion exchange resin. For the reduction of the metal compound, hydrogen, sodium borohydride, hydrazine, or the like is used as a reducing agent, and the reduction treatment is generally performed at a temperature of 15 to 180 ° C. To permeate and impregnate the sheet-like substrate with the ion-exchange resin solution or the ion-exchange resin-metal compound mixture solution, a predetermined amount of this solution is applied to one surface of the sheet-like substrate, and is allowed to penetrate into continuous pores. Alternatively, the solution may be sucked into the continuous pores from one surface of the sheet-like substrate while performing the vacuum suction treatment on the opposite surface side.

本発明の電極材料にイオン交換膜を接合してもよく、
或は、本発明の電極材料を多孔質カーボン又は多孔質チ
タンなどの多孔体給電体に接着し、これをイオン交換膜
に押し当てゝ使用してもよく、或は、本発明の電極材料
を、イオン交換膜に、多孔質給電体によって押し当てる
だけで使用してもよい。上記膜体を互に接合するために
は、100〜200℃の温度で、1〜200kg/cm2の圧力で、加
熱圧接することが必要である。
An ion exchange membrane may be bonded to the electrode material of the present invention,
Alternatively, the electrode material of the present invention may be bonded to a porous power feeder such as porous carbon or porous titanium and pressed against an ion exchange membrane for use. Alternatively, the electrode material of the present invention may be used. Alternatively, it may be used simply by pressing against the ion exchange membrane with a porous power supply. In order to bond the above-mentioned film bodies to each other, it is necessary to heat-press at a temperature of 100 to 200 ° C. and a pressure of 1 to 200 kg / cm 2 .

本発明方法において、シート状基体を、給電体又は集
電体(例えば多孔質カーボン材料又はチタン材料)に接
着した後、これにイオン交換樹脂含浸処理を施してもよ
い。
In the method of the present invention, after the sheet-like substrate is bonded to a power supply or a current collector (for example, a porous carbon material or a titanium material), the sheet-like substrate may be subjected to an ion exchange resin impregnation treatment.

〔実施例〕〔Example〕

本発明を下記実施例により更に説明する。 The present invention is further described by the following examples.

実施例1 10重量%の白金を担持したカーボンブラック35重量部
と、FEP粉末15重量部と、PTFE粉末50重量との混合物に
液状潤滑剤(ソルベントナフサ)120重量を混合してペ
ーストを調製し、このペーストを押出、圧延工程に供し
て、厚さ0.25mmのシート状成形物とした。
Example 1 A paste was prepared by mixing 120 parts by weight of a liquid lubricant (solvent naphtha) with a mixture of 35 parts by weight of carbon black supporting 10% by weight of platinum, 15 parts by weight of FEP powder, and 50 parts by weight of PTFE powder. This paste was subjected to an extrusion and rolling process to obtain a 0.25 mm thick sheet-like molded product.

このシート状成形物を200℃に加熱して気孔率85%の
多孔性シート状基体を作成した。
This sheet-like molded product was heated to 200 ° C. to prepare a porous sheet-like substrate having a porosity of 85%.

濃度5%のパーフルオロスルフォン酸樹脂のアルコー
ル溶液をエタノールで希釈して濃度3重量%の溶液を作
成した。
An alcohol solution of a perfluorosulfonic acid resin having a concentration of 5% was diluted with ethanol to prepare a solution having a concentration of 3% by weight.

上記シート状基体の一面上に、上記パーフルオロスル
フォン酸樹脂溶液を20ml/m2の塗布量で塗布し、溶液
を、シート状基体の溶液塗布面から、その内部連続気孔
内に浸透含浸させ、得られた含浸体を120℃で乾燥し、
電極シートを作成した。この電極シートの前記溶液塗布
面側表面は、水滴に対し、90度の接触角を示し、従っ
て、水に濡れ、電極シート表面を垂直にしても、表面を
濡らしている水は流下しなかった。しかし、電極シート
の反対面においては水滴が、粒状で自由に移動し、すな
わちこの反対面は水に濡れなかった。このことからこの
電極シートの一面はイオン交換樹脂薄層により被覆され
ているがその反対面にはイオン交換樹脂が滲出していな
いことが確認された。
On one surface of the sheet substrate, the perfluorosulfonic acid resin solution was coated at a coverage of 20 ml / m 2, the solution from the solution coated surface of the sheet substrate, impregnated impregnated therein continuous pores, The obtained impregnated body is dried at 120 ° C,
An electrode sheet was prepared. The solution-coated side surface of the electrode sheet showed a contact angle of 90 degrees with respect to water droplets, and therefore, even when wet with water and the electrode sheet surface was vertical, the water that wet the surface did not flow down. . However, on the opposite side of the electrode sheet, water droplets were free to move in a granular manner, that is, the opposite side was not wet by water. From this, it was confirmed that one surface of the electrode sheet was covered with the ion exchange resin thin layer, but the ion exchange resin did not exude on the opposite surface.

上記電極シートを、カソードとし、片面に白金メッキ
を施したイオン交換樹脂膜(商標:ナフィオン#117,デ
ュポン社製、厚さ0.2mm)の前記白金メッキ面をアノー
ドとし、更に白金メッキを施したエキスバンデットチタ
ン膜を集電体として用い、電極シートのイオン交換樹脂
薄層面を、前記イオン交換樹脂膜に向けて、前記集電体
により押し当てゝ電解装置を組み立てた。
The electrode sheet was used as a cathode, and the platinum-plated surface of an ion-exchange resin membrane (trademark: Nafion # 117, manufactured by DuPont, 0.2 mm in thickness) with one surface plated with platinum was used as an anode, and further platinum-plated. Using an expanded titanium film as a current collector, an electrolysis apparatus was assembled by pressing the thin layer surface of the ion exchange resin of the electrode sheet toward the ion exchange resin film with the current collector.

この電解装置のアノード側に純水を供給し、カソード
側に空気を供給して酸素発生装置を構成した。この電解
装置の電流−電圧特性を測定し、その結果を第1図に示
す。また、上記電解装置において、電極シートとイオン
交換樹脂膜とに、170℃、6kg/cm2の加熱加圧を施して、
これらを接合した。得られた電解装置は、上記のものと
同様の特性を示した。
Pure water was supplied to the anode side of this electrolysis apparatus, and air was supplied to the cathode side to form an oxygen generator. The current-voltage characteristics of this electrolytic device were measured, and the results are shown in FIG. Further, in the electrolysis apparatus, the electrode sheet and the ion exchange resin membrane, 170 ° C., subjected to heating and pressure of 6 kg / cm 2 ,
These were joined. The obtained electrolysis device showed the same characteristics as those described above.

比較例1 実施例1と同様の操作を行った。但し、本実施例1記
載の電極シートの代りに、白金ブラック粉末40重量部
と、PTFE60重量部からなるシートを用いた。
Comparative Example 1 The same operation as in Example 1 was performed. However, a sheet composed of 40 parts by weight of platinum black powder and 60 parts by weight of PTFE was used instead of the electrode sheet described in Example 1.

得られた電解装置の電流−電圧特性を第1図に示す。 FIG. 1 shows the current-voltage characteristics of the obtained electrolytic device.

比較例2 実施例1と同様の操作を行った。但し、シート状基体
を、それにイオン交換樹脂含浸処理を施すことなく電極
シートとして使用した。
Comparative Example 2 The same operation as in Example 1 was performed. However, the sheet-like substrate was used as an electrode sheet without subjecting it to an ion exchange resin impregnation treatment.

得られた電解装置の電流−電圧特性を第1図に示す。 FIG. 1 shows the current-voltage characteristics of the obtained electrolytic device.

実施例2 実施例1と同様の操作を行った。但し、シート状基体
に対する含浸溶液として、パーフルオロスルフォン酸樹
脂(ナフィオン)のアルコール溶液に、クロロペンタア
ンミン白金の水溶液(白金濃度:2mg/ml)を混合して得
られたイオン交換樹脂濃度3重量%、白金濃度0.5重量
%の溶液を使用した。また、含浸体を乾燥後、これに15
0℃の温度における水素還元処理を施し、上記白金アン
ミン錯体を白金に還元した。
Example 2 The same operation as in Example 1 was performed. However, as an impregnating solution for the sheet-like substrate, an aqueous solution of chloropentaammineplatinum (platinum concentration: 2 mg / ml) was mixed with an alcohol solution of perfluorosulfonic acid resin (Nafion), and the ion exchange resin concentration was 3% by weight. %, A solution having a platinum concentration of 0.5% by weight was used. After drying the impregnated body,
A hydrogen reduction treatment was performed at a temperature of 0 ° C. to reduce the platinum ammine complex to platinum.

得られた電解装置の電流−電圧特性を第1図に示す。 FIG. 1 shows the current-voltage characteristics of the obtained electrolytic device.

実施例3 カーボンブラック75重量部、FEP10重量部およびPTFE1
5重量部の混合物から実施例1と同様の操作により厚さ1
50μm、気孔率80%の導電性・多孔質シート状基体を作
成した。
Example 3 75 parts by weight of carbon black, 10 parts by weight of FEP and PTFE1
From 5 parts by weight of the mixture, a thickness of 1 was obtained by the same operation as in Example 1.
A conductive and porous sheet-like substrate having a thickness of 50 μm and a porosity of 80% was prepared.

別に、3重量%のイオン交換樹脂を含むエタノール溶
液10mlと、2重量%の白金を含むクロロペンタアンモニ
ウム白金クロライドの水溶液3mlとの混合溶液を調製し
た。
Separately, a mixed solution of 10 ml of an ethanol solution containing 3% by weight of ion exchange resin and 3 ml of an aqueous solution of chloropentaammonium platinum chloride containing 2% by weight of platinum was prepared.

この混合溶液を、シート状基体の一面に20ml/m2の塗
布量で塗布し、反対面に減圧処理を施して、混合溶液を
シート状基体の連続気孔中に吸引して含浸した。この含
浸体の前記塗布面に更に前記溶液を20ml/m2の塗布量で
塗布し、表面層を形成し、この含浸体を50℃で乾燥し、
水素気流中で120℃の温度に加熱し、白金化合物を白金
に還元した。
This mixed solution was applied to one surface of the sheet-like substrate at a coating amount of 20 ml / m 2 , and the opposite surface was subjected to a reduced pressure treatment, and the mixed solution was sucked and impregnated into the continuous pores of the sheet-like substrate. The further the solution to the coated surface of the impregnated material was applied at a coverage of 20 ml / m 2, to form a surface layer, the impregnated material was dried at 50 ° C.,
The platinum compound was reduced to platinum by heating to a temperature of 120 ° C. in a stream of hydrogen.

得られた電極シートをカソードとし、これを厚さ200
μmのイオン交換樹脂膜(商標:ナフィオン#117,デュ
ポン社製)に密着させ、アノードとして上記イオン交換
樹脂膜に無電解メッキ法により4mg/cm2の白金メッキを
施したものを用いて、電解装置を組み立てた。
The obtained electrode sheet was used as a cathode, and this was
A 4 μm / cm 2 platinum-plated ion-exchange resin membrane was used as the anode by electroless plating. The device was assembled.

この電解装置を用いて水電解を行った。この電解装置
の電流−電圧特性を第2図に示す。
Water electrolysis was performed using this electrolysis apparatus. FIG. 2 shows the current-voltage characteristics of this electrolytic device.

比較例3 イオン交換樹脂膜(商標:ナフィオン#117,デュポン
社製、厚さ200μm)の両面に、無電解メッキ法により4
mg/cm2の白金メッキを施して得られた電解装置を用い
て、実施例3と同様の水電解を行った。この電解装置の
電流−電圧特性を第2図に示す。
Comparative Example 3 On both surfaces of an ion-exchange resin membrane (trade name: Nafion # 117, manufactured by DuPont, 200 μm thick), 4
Water electrolysis similar to that of Example 3 was performed using an electrolysis apparatus obtained by performing platinum plating of mg / cm 2 . FIG. 2 shows the current-voltage characteristics of this electrolytic device.

実施例4 複合体Aの作成 共凝集法により二酸化鉛(PbO2、平均粒径:5μm)95
重量部、FEP1重量部およびPTFE4重量部からなる共凝集
混合物を調製し、これに押出、ロール圧延を施して厚さ
50μmのPbO2含有多孔性シート状基体を作成した。
Example 4 Preparation of Composite A Lead dioxide (PbO 2 , average particle size: 5 μm) 95 by a co-aggregation method
Parts by weight, 1 part by weight of FEP and 4 parts by weight of PTFE were prepared, extruded and roll-rolled to a thickness of
A 50 μm PbO 2 -containing porous sheet-like substrate was prepared.

上記シート状基体の一面に、イオン交換樹脂の5重量
%溶液(溶媒:エタノール)を20ml/m2の塗布量で塗布
し、実施例1と同様に処理して電極シートを作成した。
A 5% by weight solution of an ion exchange resin (solvent: ethanol) was applied to one surface of the sheet-like substrate at a coating amount of 20 ml / m 2 , and processed in the same manner as in Example 1 to prepare an electrode sheet.

この電極シートを、その溶液塗布面を、イオン交換樹
脂膜(商標:ナフィオン#117)に向けて積層し、80
℃、70kg/cm2に加熱加圧して両者を接合して複合体Aと
した。
The electrode sheet is laminated with its solution-coated surface facing an ion-exchange resin membrane (trademark: Nafion # 117),
The two were joined by heating and pressing at 70 ° C. and 70 kg / cm 2 to obtain a composite A.

複合体Bの作成 共凝集法により、10重量%の白金を担持しているカー
ボンブラック35重量部、FEP20重量部およびPTFE45重量
部からなる共凝集混合物を作成し、この混合物からロー
ル圧延法により厚さ130μmの多孔性シート状基体を作
成した。
Preparation of Composite B A co-agglomeration mixture consisting of 35 parts by weight of carbon black supporting 10% by weight of platinum, 20 parts by weight of FEP and 45 parts by weight of PTFE was prepared by a co-aggregation method, and the mixture was roll-thickened from this mixture. A porous sheet-like substrate having a thickness of 130 μm was prepared.

このシート状基体を、フッ素樹脂により表面撥水処理
された多層SUSメッシュ(表面層:65メッシュ)に、350
℃、1kg/cm2の条件で加熱加圧して接合した。この接合
体の、シート状基体表面に、実施例記載のものと同一の
イオン交換樹脂−クロロペンタアンミン白金混合溶液を
20ml/m2の塗布量で塗布し、接合体のSUSメッシュ側から
減圧吸引して、混合溶液を、シート状基体の連続気孔内
に吸引含浸した。更に、シート状基体表面に混合溶液を
20ml/m2の塗布量で塗布し、この含浸接合体を50℃で乾
燥し、これに120℃で水素還元処理を施して、白金を析
出させた。複合体Bが得られた。
This sheet-shaped substrate is coated with a 350 SUS mesh (surface layer: 65 mesh) which has been subjected to a water-repellent treatment with a fluororesin.
Bonding was performed by heating and pressing at 1 ° C. and 1 kg / cm 2 . The same ion exchange resin-chloropentaammineplatinum mixed solution as described in the examples was applied to the sheet-like substrate surface of this bonded body.
The mixture was applied at an application amount of 20 ml / m 2 , and the mixture was suctioned under reduced pressure from the SUS mesh side of the joined body. Further, the mixed solution is applied to the surface of the sheet-like substrate.
The impregnated joined body was dried at 50 ° C., and subjected to a hydrogen reduction treatment at 120 ° C. to deposit platinum at a coating amount of 20 ml / m 2 . Complex B was obtained.

電解装置の作成 複合体AのPbO2含有電極シートをアノードとし、複合
体Bの電極シートをカソードとして電解装置を組み立て
た。
Preparation of Electrolytic Device An electrolytic device was assembled using the PbO 2 -containing electrode sheet of the composite A as an anode and the electrode sheet of the composite B as a cathode.

この電解装置のアノード側に純水を供給し、カソード
側に空気を供給して電解を行った。
Pure water was supplied to the anode side of this electrolysis apparatus, and air was supplied to the cathode side to perform electrolysis.

このときの電流−電圧特性を第3図に示す。また、上
記電解操作によりアノード側から、約13%濃度のオゾン
を含む酸素が得られたが、カソード側において水素の発
生はみられなかった。
FIG. 3 shows the current-voltage characteristics at this time. Further, oxygen containing about 13% concentration of ozone was obtained from the anode side by the above electrolysis operation, but no generation of hydrogen was observed on the cathode side.

比較例4 実施例4と同様の操作を行った。但し、複合体A,Bに
おけるイオン交換樹脂含有溶液の含浸を行わなかった。
Comparative Example 4 The same operation as in Example 4 was performed. However, the composites A and B were not impregnated with the ion exchange resin-containing solution.

得られた電解装置の電流−電圧特性を第3図に示す。 FIG. 3 shows current-voltage characteristics of the obtained electrolytic device.

実施例5 共凝集法により、10重量%の白金を担持したカーボン
ブラック40重量、FEP20重量部およびPTFE40重量部から
なる共凝集混合物を作成し、これを析出、圧延して、厚
さ200μmの多孔質シート状基体を作成した。
Example 5 A co-agglomeration mixture consisting of 40% by weight of carbon black supporting 10% by weight of platinum, 20 parts by weight of FEP, and 40 parts by weight of PTFE was prepared by a co-aggregation method, and the mixture was deposited and rolled to obtain a 200 μm-thick porous film. A porous sheet-like substrate was prepared.

このシート状基体を、フッ素樹脂により表面撥水処理
されたカーボンペーパーに、355℃、1kg/cm2の条件で加
熱加圧して接合した。
This sheet-shaped substrate was bonded to carbon paper that had been subjected to a water-repellent treatment with a fluororesin by heating and pressing at 355 ° C. and 1 kg / cm 2 .

mlこのようにして得られた複合体のシート状基体表面
に、実施例2記載のものと同一のイオン交換樹脂−クロ
ロペンタアンミン白金混合溶液を20ml/m2の塗布量で塗
布し、複合体のカーボンペーパー側から減圧吸引して、
混合溶液をシート状基体の連続気孔内に吸引含浸した。
この含浸複合体を50℃で乾燥し、これに、120℃におけ
る水素還元を施して、白金を析出させて複合電極シート
を作成した。
ml The same ion-exchange resin-chloropentaammineplatinum mixed solution as described in Example 2 was applied to the sheet-like substrate surface of the composite thus obtained at a coating amount of 20 ml / m 2 to obtain the composite. Vacuum suction from the carbon paper side of
The mixed solution was suction-impregnated into the continuous pores of the sheet-like substrate.
The impregnated composite was dried at 50 ° C., and subjected to hydrogen reduction at 120 ° C. to precipitate platinum to prepare a composite electrode sheet.

2枚の複合電極シートを、カーボンペーパーが外側に
配置されるように積層し、両層の間にイオン交換樹脂
(商標:ナフィオン#117,200μm)を挿入し、3者
を、170℃、3kg/cm2で加熱加圧して一体化した。
The two composite electrode sheets are laminated so that the carbon paper is disposed on the outside, and an ion exchange resin (trademark: Nafion # 117,200 μm) is inserted between both layers. The pieces were integrated by heating and pressing at cm 2 .

このようにして得れらた、電解装置の一面側に加湿し
た水素ガスを供給し、他面側に空気を供給して、SPEタ
イプの燃料電池を構成し、これを作働させた。このとき
の電流−電圧特性を第4図に示す。
A humidified hydrogen gas was supplied to one side of the electrolysis apparatus and air was supplied to the other side of the electrolysis apparatus thus obtained, and an SPE type fuel cell was constructed and operated. FIG. 4 shows the current-voltage characteristics at this time.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の電極材料は下記の特徴を有するものである。 The electrode material of the present invention has the following characteristics.

1. イオン交換樹脂が、シート状基体の連続気孔中に連
続して分布し固定されているので、電極と電解質との連
続接触面が、三次元的に形成され、従って水素イオン
(H+)の移動がスムースに進行するので電気化学的反応
が効率よく行われる。
1. Since the ion-exchange resin is continuously distributed and fixed in the continuous pores of the sheet-like substrate, a continuous contact surface between the electrode and the electrolyte is formed three-dimensionally, and thus hydrogen ions (H + ) Since the movement of the particles proceeds smoothly, the electrochemical reaction is efficiently performed.

2. シート状基体中のイオン交換樹脂の含浸量および分
布を、所望に応じて設定製造することができる。
2. The impregnation amount and distribution of the ion exchange resin in the sheet-like substrate can be set and manufactured as desired.

3. 電極材料の一面を、イオン交換樹脂の存在しない疎
水性のものにして、これを燃料電池、酸素分離装置など
のガス拡散電極などの用途に用いることができる。
3. One surface of the electrode material can be made hydrophobic without an ion-exchange resin, and used for gas diffusion electrodes such as fuel cells and oxygen separators.

4. 電極材料の一面を、イオン交換樹脂層で被覆して、
親水性を高め、これを水電解、食塩電解、塩酸電解など
の用途に用いることができる。
4. One side of electrode material is covered with ion exchange resin layer,
The hydrophilicity is enhanced, and this can be used for applications such as water electrolysis, salt electrolysis, and hydrochloric acid electrolysis.

5. シート状基体として高強度膜体(例えば、特公昭63
−19979号の方法により作られたもの)を用いることに
より、イオン交換樹脂膜や給電体と接合せずに、単に密
着させるだけで十分な自己支持性が得られる。
5. A high-strength film (eg, JP-B-63
Using the method of No. 19979), a sufficient self-supporting property can be obtained simply by adhering to the ion-exchange resin membrane or the power feeder without joining.

6. イオン交換膜上に電極を形成する必要がなく、この
ため、電極材料の損傷がない。
6. There is no need to form an electrode on the ion exchange membrane, so there is no damage to the electrode material.

7. イオン交換膜に加熱圧接しても、電極材料内の三次
元的反応界面面積にほとんど減少を生じない。
7. Even when heated and pressed against the ion exchange membrane, the three-dimensional reaction interface area in the electrode material hardly decreases.

8. 導電性シート状基体中に三次元的反応界面が形成さ
れているため、給電(例えば酸素分離装置、水電解装置
における)効率、および集電(例えば燃料電池におけ
る)効率が極めて高い。この効果は、イオン交換樹脂と
金属との混合物をシート状基体の連続気孔中に分布させ
ることにより特に高められる。
8. Since a three-dimensional reaction interface is formed in the conductive sheet-like substrate, power supply (eg, in an oxygen separator, a water electrolyzer) and power collection (eg, in a fuel cell) efficiency are extremely high. This effect is particularly enhanced by distributing the mixture of the ion exchange resin and the metal in the continuous pores of the sheet-like substrate.

9. シート状基体は、溶媒により膨潤することがないの
で、イオン交換樹脂含有溶液の含浸工程が容易で、高性
能電極材料が効率よく得られる。
9. Since the sheet-like substrate does not swell with the solvent, the step of impregnating the ion-exchange resin-containing solution is easy, and a high-performance electrode material can be obtained efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図、第2図、第3図および第4図は、それぞれ、本
発明のシート状電極材料を用いて得られる電解装置およ
び比較電解装置の電流−電圧特性を示すグラフである。
FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are graphs respectively showing current-voltage characteristics of an electrolytic device and a comparative electrolytic device obtained using the sheet-shaped electrode material of the present invention.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】フッ素含有重合体からなるバインダーと、
その中に分散されている炭素粉末とを含んでなり、か
つ、多数の連続気孔を有するシート状基体と、 イオン交換樹脂単独、または、イオン交換樹脂と金属と
の混合物からなるイオン交換樹脂含有材料と、 から構成され、 前記イオン交換樹脂含有材料が、前記シート状基体の一
面から厚さ方向全域にわたって、前記連続気孔内に連続
して分布しており、且つ一面から他面に向かって減少す
る濃度勾配を有する、イオン交換樹脂含有シート状電極
材料。
1. A binder comprising a fluorine-containing polymer,
A sheet-like substrate comprising carbon powder dispersed therein and having a large number of continuous pores; and an ion-exchange resin-containing material comprising an ion-exchange resin alone or a mixture of an ion-exchange resin and a metal. Wherein the ion-exchange resin-containing material is continuously distributed in the continuous pores from one surface of the sheet-shaped substrate to the entire thickness direction, and decreases from one surface to the other surface. An ion exchange resin-containing sheet electrode material having a concentration gradient.
【請求項2】前記イオン交換樹脂含有材料が、前記シー
ト状基体の一面上において、無孔性薄膜を形成し、他面
上には実質的に存在していない、請求項1に記載のシー
ト状電極材料。
2. The sheet according to claim 1, wherein the ion-exchange resin-containing material forms a nonporous thin film on one surface of the sheet-like substrate and is substantially absent on the other surface. Electrode material.
【請求項3】前記請求項1または2に記載のイオン交換
樹脂含有シート状電極材料と、パーフルオロ炭化水素含
有イオン交換樹脂膜層とからなり、この膜層が、前記シ
ート状電極材料のイオン交換樹脂含有材料の分布してい
る一面上に結着されている、イオン交換樹脂含有シート
状電極複合材料。
3. An ion-exchange resin-containing sheet electrode material according to claim 1 or 2, and a perfluorohydrocarbon-containing ion-exchange resin membrane layer, wherein the membrane layer comprises an ion-exchanged ion-exchange resin film. A sheet-like electrode composite material containing an ion-exchange resin, which is bound on one surface on which the exchange resin-containing material is distributed.
【請求項4】フッ素含有重合体からなるバインダーと、
炭素粉末とを含む混合物から、多数の連続気孔を有する
シート状基体を形成し、このシート状基体の一面を、イ
オン交換樹脂含有溶液と接触させて、この溶液を前記一
面から前記シート状基体の連続気孔中に浸透含浸させ、
この含浸体に乾燥処理を施し、それによって前記イオン
交換樹脂を、前記シート状基体の一面から前記連続気孔
内に連続して分布せしめ、かつ一面から他面に向かって
減少する濃度勾配を有するようにしたことを含むイオン
交換樹脂含有シート状電極材料の製造方法。
4. A binder comprising a fluorine-containing polymer,
From the mixture containing the carbon powder, a sheet-like substrate having a large number of continuous pores is formed, and one surface of the sheet-like substrate is brought into contact with a solution containing an ion exchange resin, and the solution is discharged from the one surface to the sheet-like substrate. Infiltrate and impregnate into continuous pores,
The impregnated body is subjected to a drying treatment, whereby the ion-exchange resin is continuously distributed from one surface of the sheet-like substrate into the continuous pores, and has a concentration gradient that decreases from one surface to the other surface. A method for producing a sheet-like electrode material containing an ion-exchange resin, comprising:
【請求項5】フッ素含有重合体からなるバインダーと、
炭素粉末とを含む混合物から、多数の連続気孔を有する
シート状基体を形成し、このシート状基体の一面を、イ
オン交換樹脂と金属化合物とを有する溶液に接触させ
て、この溶液を前記一面から前記シート状基体の連続気
孔中に浸透含浸させ、この含浸体に乾燥処理を施し、更
に、前記金属化合物に対する還元処理を施し、それによ
って、前記イオン交換樹脂と金属との混合物を、前記シ
ート状基体の一面から前記連続気孔内に連続して分布せ
しめ、かつ一面から他面に向かって減少する濃度勾配を
有するようにしたことを含むイオン交換樹脂含有シート
状電極材料の製造方法。
5. A binder comprising a fluorine-containing polymer,
From a mixture containing carbon powder, a sheet-like substrate having a large number of continuous pores is formed, one surface of the sheet-like substrate is brought into contact with a solution containing an ion exchange resin and a metal compound, and the solution is removed from the one surface. The continuous pores of the sheet-like substrate are impregnated and impregnated, the impregnated body is subjected to a drying treatment, and further subjected to a reduction treatment for the metal compound, whereby the mixture of the ion-exchange resin and the metal is mixed with the sheet-like material. A method for producing a sheet-like electrode material containing an ion-exchange resin, comprising: distributing continuously from one surface of the substrate into the continuous pores; and having a concentration gradient decreasing from one surface to the other surface.
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