JP3002974B2 - ガス拡散電極の製造方法 - Google Patents
ガス拡散電極の製造方法Info
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Description
用いられるガス拡散電極の製造方法に関し、特に食塩電
解用の酸素陰極に使用した場合にガス室への液漏れがな
いガス拡散電極の製造方法に関する。
に用いられているが、最近特に食塩電解において酸素陰
極としての使用が注目されている。この分野では、ガス
拡散電極としては、通常反応層とガス供給層の2層から
なるものが使用されているが、従来の形式の一つであ
る、図5に示すような、反応層12が銀微粒子とPTF
Eとからなり、ガス供給層13がPTFE多孔体とから
なるものであり、両層の間に例えば銀網の様な金属網が
配置されている構造の、銀とPTFEのみから構成され
ているガス拡散電極11は、カーボンブラックを用いて
いないので、長寿命を有することが期待されている。こ
の電極は、銀微粒子とPTFEディスパージョンの混合
物をアルコールで自己組織化した泥漿を銀網等に塗布
し、乾燥後、界面活性剤を除いて反応層シートを作る。
この反応層シートとガス供給層となるPTFEファイン
パウダー層とを、10kg/cm2 、250℃の圧力、
温度でホットプレスすることにより、ガス拡散電極を得
ていた。
により製造されるガス拡散電極は、PTFEファインパ
ウダーをホットプレスしたガス供給層は、PTFE微粒
子相互の結着が弱いために、機械的強度が小さく、反応
層との密着力も小さい。さらに、加熱によりPTFEの
結晶化が進行するため、脆くひび割れが生じ易い。その
ため、酸素陰極として使用していると、液圧によりガス
室側に液漏れが生じる可能性が大きいという問題点があ
った。この強度不足を解決するには、PTFEの融点の
327℃以上に加熱すれば強度の点は解決されるが、ガ
ス透過性がほとんど無くなり、ガス供給層として役に立
たなくなる。本発明は、ガス透過性が十分あり、ガス供
給層におけるガス漏れがなく、かつ機械的強度が大きい
ガス拡散電極を得ることを目的とするものである。さら
に、本発明は、そのようなガス拡散電極を得る方法を得
ることを目的とするものである。
点を検討したところ、カーボンブラックを用いたガス拡
散電極の劣化は、反応層を構成するのに用いられる触媒
担体の親水性カーボンブラックの腐食が主な原因であ
り、疎水性カーボンブラックの腐食はほとんどないこと
がこれまでの研究で明らかになった。そこで、反応層か
らカーボンブラックを除いて、触媒(銀)成分とPTF
Eとで構成し、ガス供給層は、高強度を得られる疎水性
カーボンブラックとPTFEとの混合物をプレスするこ
とにより得るようにすることにより、劣化のない本発明
のガス拡散電極を得ることができることを見出し、本発
明に到達した。
解決した。 (1)反応層とガス供給層とからなるガス拡散電極の製
造方法において、ガス供給層シート上に金属微粉末とP
TFEディスパージョンの泥漿を0.5mm以下の厚さ
に付着させ、乾燥後、反応層から界面活性剤を除去し、
集電体と共にホットプレスすることことを特徴とするガ
ス拡散電極の製造方法。 (2)前記ガス供給層シートとして、シート状にしたガ
ス供給層シートから界面活性剤を除き、PTFEの融点
以上に加熱し、冷却したガス供給層シートを用いること
を特徴とする前記(1)記載のガス拡散電極の製造方
法。 (3)前記のガス供給層シートの加熱において、330
℃以上の温度でホットプレスしたガス供給層シートを用
いることを特徴とする前記(1)記載のガス拡散電極の
製造方法。 (4)前記ガス供給層シートとして、その加熱に際して
330℃以上の温度でホットプレスした少なくとも片面
に凹凸があるガス供給層シートを用いることを特徴とす
る前記(2)又は(3)記載のガス拡散電極の製造方
法。
すように、反応層2は、触媒金属微粒子とPTFEディ
スパージョンとからなり、ガス供給層3は、疎水性カー
ボンブラックとPTFEとから構成する。ここでは、ガ
ス供給層をアセチレンブラック(疎水性カーボンブラッ
ク)とPTFEディスパージョンの混合物からシートを
作製した。シートの作製方法はロール法が一般的である
が、均一なシートが得られれば粉末をプレスしてシート
を作製してもよい。反応層に用いる金属微粒子は、白金
族金属、金、銀、これらの酸化物及びこれらの金属の合
金を用いることができる。具体的には、安価な銀微粒子
とPTFEディスパージョンの組み合わせを挙げること
ができる。これらを界面活性剤を添加した水溶液中で分
散し、アルコールにより自己組織化して、水分を除き、
泥漿としたものをガス供給層上に塗布し、又はスプレー
することで、反応層をガス供給層上に載せる。乾燥後、
界面活性剤を除いて、次に集電体の銀網4を反応層2又
はガス供給層3側に積層して、これらをホットプレスす
ることによりガス拡散電極1を製造する。
図1であり、ガス供給層3側に設けたのが図2である。
また、金属網は導電体の断面積が小さいために、導電性
が余り高くならないので、導電性を高くしたい場合に
は、図3に示すように、導電性多孔体5内にガス供給層
の材料(泥漿)を押し込み、乾燥することにより、導電
性多孔体5を骨格としたガス供給層3を形成させること
ができる。この導電性多孔体5をガス室内に別の導電性
多孔体(図示しない)と接触させるように、ガス拡散電
極1を配置すると、高い導電性を持たせることができ
る。図3のものは、導電性多孔体5は、その大きさがガ
ス供給層3の大きさと同程度のものであるが、図4に示
すように、反応層2の中間までとさらに下部はガス室全
部を含む大きさの導電性多孔体5を用いる時には、この
導電性多孔体5によりガス拡散電極が支持されているの
で、全体の強度が増し、また導電性がさらに良く、ガス
室内でガス流れが攪乱されるので、ガス拡散電極へのガ
スの供給が均一化されるという利点がある。6は、導電
性多孔体5のガス室部分である。
る。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定される
ものではない。 実施例1 疎水性カーボンブラック(No.6:電気化学工業社
製)6部(重量)(以下同様)に界面活性剤として10
%トライトン100部を加え、超音波分散機で分散させ
る。これにPTFEディスパージョンD−1(ダイキン
工業社製)4部を添加し、分散混合する。この分散物に
エタノール50部を加え、自己組織化する。これを濾
過、乾燥後に、ソルベントナフサを加え、ロールするこ
とで、厚さ0.5mmのガス供給層シートをつくり、乾
燥する。銀微粒子(三井金属鉱業社製、Ag−301
0、平均粒径0.11ミクロン)5部にトライトンを1
部、水9部を加え、超音波分散機で分散させる。これに
PTFEディスパージョンD−1(ダイキン工業社製)
1部を添加し、攪拌・混合した後にエタノール10部を
加え、攪拌することで自己組織化させる。この自己組織
化させた時の沈殿物を孔径0.8ミクロンの濾紙で濾過
し、泥漿を得た。
0ミクロンの厚さで均一に塗布する。乾燥後、このシー
トからエチルアルコールを用いた抽出器で界面活性剤を
除去する。更に、100℃で乾燥後、50メッシュ、
0.1mm厚さの銀網を反応層側に敷き、350℃、2
0kg/cm2 の圧力で、10秒間ホットプレスして銀
担持ガス拡散電極を得た。この電極の銀微粒子の使用量
は390g/m2 であった。この電極は、ガス供給層が
PTFEのみからなるガス拡散電極に比べ、引っ張り強
度は10倍以上、反応層とガス供給層の剥離強度は8倍
以上と増加した。また、この電極の酸素還元性能を測定
したところ、30A/dm2 で0.73V(vs.RH
E)の性能が得られた。集電体は、銀網、銀メッキニッ
ケル網、銀メッキ発泡ニッケルが好適に用いられる。
製)6部に10%トライトン100部を加え、超音波分
散機で分散させる。これにPTFEディスパージョンD
−1(ダイキン工業社製)4部を添加し、分散混合す
る。この分散物にエタノール50部を加え、自己組織化
する。これを濾過、乾燥後に、ソルベントナフサを加
え、ロールすることで、厚さ0.5mmのガス供給層シ
ートをつくり、乾燥する。このシートをエチルアルコー
ルを用いた抽出器で界面活性剤を除去する。100℃で
乾燥後、50メッシュ、0.19mm厚さの銀網をガス
供給層側に敷き、370℃、50kg/cm2 の圧力
で、60秒間ホットプレスする。
を100ml水溶液中に分散させ、トライトンを1部、
水9部を加え超音波分散機で分散させる。これにPTF
EディスパージョンD−1(ダイキン工業社製)4部を
加え、攪拌混合した後にエタノールを20部加え、攪拌
することで自己組織化させ、孔径0.2ミクロンの濾紙
で水分を除き泥漿とする。この泥漿を前述のガス供給層
シートに200ミクロンの厚さで均一に塗布する。乾燥
後、このシートをエチルアルコールを用いた抽出器で界
面活性剤を除去する。更に、100℃で乾燥後、250
℃、20kg/cm2 の圧力で、10秒間ホットプレス
して銀担持ガス拡散電極を得た。この電極は、強度が優
れ、ガス供給層がPTFEのみからなるガス拡散電極に
比べ引っ張り強度は8倍以上、反応層とガス供給層の剥
離強度は5倍以上と増加した。また、この電極の酸素還
元性能を測定したところ、30A/dm2 で0.77V
(vs.RHE)の高い性能が得られた。
製)6部に10%トライトン100部を加え、超音波分
散機で分散させる。これにPTFEディスパージョンD
−1(ダイキン工業社製)を添加し、分散混合する。こ
の分散物にエタノール50部を加え、自己組織化する。
これを濾過、乾燥後に、ソルベントナフサを加え、ロー
ルすることで、厚さ0.5mmのガス供給層シートをつ
くり、乾燥する。このシートをエチルアルコールを用い
た抽出器で界面活性剤を除去する。100℃で乾燥後、
50メッシュ、0.1mm厚さのステンレス網と共に3
40℃、30kg/cm2 の圧力で、60秒間ホットプ
レスする。ガス供給層からステンレス網を取り除き、出
来た凹凸面に以下の反応層泥漿を塗布する。
を100ml水溶液中に分散させ、トライトンを1部、
水9部を加え超音波分散機で分散させる。これにPTF
EディスパージョンD−1(ダイキン工業社製)4部を
加え、攪拌混合した後にエタノールを20部加え、攪拌
することで自己組織化させ、孔径0.2ミクロンの濾紙
で水分を除き泥漿とする。この泥漿を前述の凹凸付きガ
ス供給層シートに200ミクロンの厚さで均一に塗布す
る。乾燥後、このシートをエチルアルコールを用いた抽
出器で界面活性剤を除去する。更に、100℃で乾燥
後、250℃、20kg/cm2 の圧力で、10秒間ホ
ットプレスして銀担持ガス拡散電極を得た。この電極
は、強度が優れ、ガス供給層がPTFEのみからなるガ
ス拡散電極に比べ引っ張り強度は7倍以上、反応層とガ
ス供給層の剥離強度は8倍以上と増加した。また、この
電極の酸素還元性能を測定したところ、30A/dm2
で0.79V(vs.RHE)の高い性能が得られた。
の接着力が増大したので、両層の剥離が少なくなり、ガ
ス拡散電極の寿命が延びた。またガス供給層が柔軟で、
緻密な強度のあるものとなったので、ガス拡散電極から
ガス室への液漏れが無くなった。
す。
示す。
概略断面図を示す。
た本発明のガス拡散電極の概略断面図を示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 反応層とガス供給層とからなるガス拡散
電極の製造方法において、ガス供給層シート上に金属微
粉末とPTFEディスパージョンの泥漿を0.5mm以
下の厚さに付着させ、乾燥後、反応層から界面活性剤を
除去し、集電体と共にホットプレスすることことを特徴
とするガス拡散電極の製造方法。 - 【請求項2】 前記ガス供給層シートとして、シート状
にしたガス供給層シートから界面活性剤を除き、PTF
Eの融点以上に加熱し、冷却したガス供給層シートを用
いることを特徴とする請求項1記載のガス拡散電極の製
造方法。 - 【請求項3】 前記のガス供給層シートの加熱におい
て、330℃以上の温度でホットプレスしたガス供給層
シートを用いることを特徴とする請求項1記載のガス拡
散電極の製造方法。 - 【請求項4】 前記ガス供給層シートとして、その加熱
に際して330℃以上の温度でホットプレスした少なく
とも片面に凹凸があるガス供給層シートを用いることを
特徴とする請求項2又は請求項3記載のガス拡散電極の
製造方法。
Priority Applications (1)
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JP10138602A JP3002974B2 (ja) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | ガス拡散電極の製造方法 |
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JPH11335886A JPH11335886A (ja) | 1999-12-07 |
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