JP3041786B1 - 形状記憶合金を用いたガス拡散電極のガス室材 - Google Patents

形状記憶合金を用いたガス拡散電極のガス室材

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
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Abstract

【要約】 【課題】 温度によって特定の相変態をする形状記憶合
金をガス室材として使用して、組立時に圧縮する必要が
なく、多くのスタックを重ねる場合も組立てが容易であ
り、しかも運転時には強固な押し付け圧が得やすく、ガ
ス拡散電極とフレームの間の通電を確実に行えるガス拡
散電極のガス室材を提供する。 【解決手段】 ガス拡散電極4とフレーム2とで形成さ
れるガス室3内に設けるガス室材として、組立時にはマ
ルテンサイト相であるが、運転時にはオーステナイト相
と相変態するNi−Ti合金で作った形状記憶合金から
なるガス室材1を使用する。組み立て時のガス室材の位
置を1で示し、運転時のガス室材の位置を6で示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換膜食塩
電解の酸素陰極、亡硝電解の電極、燃料電池の電極等に
用いるガス拡散電極のガス室内に使用するガス室材に関
し、特に電解槽、燃料電池等を構成するフレーム、バイ
ポーラプレートとガス拡散電極との間の給電、集電の効
率を向上させるガス拡散電極のガス室材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のガス拡散電極の集電体は、ガス拡
散層や反応層に埋め込まれたり、接合されたりした金属
網で、ガス拡散層の外縁からはみ出た周辺部から通電し
ていた。ところで、このようなガス拡散電極は、電極面
積が大きくなると、電極中心部から外縁までの距離が長
くなり、それに応じて金属網の集電体も周辺までの距離
が長くなるので、それだけ電気抵抗が大きくなる。電極
反応で生じた電流は、その抵抗分が熱に変わるので上記
のように電気抵抗が大きくなると、エネルギー損失が大
きくなるという問題点があった。
【0003】このような問題を解消すべく、従来から、
フレーム、バイポーラプレートとガス拡散電極の間に通
電する場合、金属多孔体を挟み込み、全体を厚さ方向に
加圧圧縮することで接触圧を上げ、導電抵抗を低下させ
る方法が提案されている。例えば、ガス拡散電極背面と
フレームの間に弾力性のあるカーボンフェルト、チタン
繊維で出来た多孔性導電体を挟み込むことが行われてい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来から使用されてきた多孔性導電体は嵩があり、
圧縮しながら押し込めて組立てる必要があり、多くのス
タックを重ねる場合の組立ては容易でない。また、この
方法で用いる多孔性導電体は、弾発性が大きい必要があ
るが、通常の金属では塑性変形が大きく、フレームとガ
ス拡散電極の間に入れても強固な押しつけ圧が得られに
くい。そこで、電解槽、燃料電池のスタックが組立てや
すく、運転時に接触が確実で接触抵抗が低いガス室材が
求められていた。
【0005】本発明は、このような従来の事情に鑑みて
なされたものであり、既存の多孔性導電体を使用せず、
組立時に圧縮する必要がなく、多くのスタックを重ねる
場合も組立てが容易であり、しかも使用時に強固な押し
つけ圧が得やすいガス拡散電極のガス室材を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、下記の事実を見出した。
すなわち、Ni−Ti合金で作った形状記憶合金は回復
温度以下では柔らかく自由に変形でき(マルテンサイト
相)、設定温度以上になると形状記憶した形状(オース
テナイト相)になる。例えば、形状回復温度を50℃に
設定した形状記憶合金を用い、必要なガス室厚さより少
し厚めになるようにガス室材に形状記憶させておく。こ
のガス室材を用いて20℃程度の常温で組立ると、この
ガス室材は柔らかく圧縮すると薄くでき、その形状が保
持されるので、組立時に圧縮する必要がなく容易に組立
ができ、無理に押し込める必要が無くなった。電解槽、
燃料電池が運転される80℃以上の温度では、記憶させ
た形状に回復し、厚くなると同時に超弾性体となり、ガ
ス拡散電極とフレーム間を加圧接触する。接触および導
電抵抗を低下させるには、この合金にメッキ等で銀被覆
するか、銀薄板を巻き付ければよい。本発明は、上記の
知見に基づいて前記課題が解決でき、前記目的を達成で
きることを見出して本発明を完成するに至った。
【0007】すなわち、本発明は、次の構成からなるも
のである。 (1)ガス拡散電極とフレームとで形成されるガス室内
に、組立時にはマルテンサイト相であるが、運転時には
オーステナイト相と相変態する形状記憶合金を使用した
ことを特徴とするガス拡散電極のガス室材。 (2)前記形状記憶合金が銀で被覆されていることを特
徴とする前記(1)記載のガス拡散電極のガス室材。 (3)前記ガス室材がガス室内に挿間内接する多孔体で
あることを特徴とする前記(1)または(2)記載のガ
ス拡散電極のガス室材。 (4)組立時には圧縮して薄く形成されており、運転時
には形状を回復し厚くなるように構成したことを特徴と
する前記(1)〜(3)のいずれかに記載のガス拡散電
極のガス室材。
【0008】
【発明の実施の形態】ガス室材に用いる形状記憶合金
は、耐食性が大きいNi−Ti合金が適している。もち
ろん、他の形状記憶合金を用いることができる。形状回
復温度は運転時の温度より低ければ良いが、組立時の温
度と運転温度の中間が望ましい。Ni−Ti合金は板
状、線状のものを用いることができる。ガス室材はガス
の流れる空間が多いほど良いので形状は網状、溝状等と
なる。ガス拡散電極とフレームの圧力はNi−Ti合金
の板厚、線径、歪み率で制御できる。導電性を大きくす
るために銀等の良導電体をめっき、溶射等で被覆するこ
とが望ましい。ガス室材の形状としては、下記実施例に
例示したV字型樋に限定されることなく、組立時には圧
縮して薄くなり、運転時には形状回復し厚くなるように
構成されたものであれば如何なる形態のものであっても
よく、例えば、三次元織物、不織布、波板状等のガス室
内に挿間内接できるものであって、ガスの流れる空間を
多くする多孔体、網状体、溝状体等が好ましく使用でき
る。そして、三次元織物で多孔性にする場合には、銀線
を同時に織り込むとよい。
【0009】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
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。
【0010】実施例1 形状回復温度50℃、厚さ0.3mm、幅10mm、長
さ200mmのNi−Ti合金薄板を細長いV字型溝の
ジグに入れ、450℃で10分間加圧変形させ、水中で
冷却した。V字型樋の高さは約2.5mmであった。こ
の裏と表に溶射法で銀を約5ミクロン厚に被覆し、ガス
室材1を得た。図1に示すように幅100mm、高さ2
00mmのイオン交換膜型食塩電解槽の銀メッキしたニ
ッケルフレーム2上に設けられる深さ1.5mmのガス
室3にほぼ平らに変形させたガス室材1を縦に(図1で
は横方向に)10枚並べ、その上に銀メッキニッケル網
で裏打ちしたガス拡散電極4を載せ、更に厚さ0.3m
mのカーボンクロス5を載せ、イオン交換膜、陽極(図
示省略)と重ねて電解槽を組立てた。このとき押し込め
る必要がある材料が無いので組立ては簡単であった。3
0A/dm2 、90℃、32%NaOH、理論値の1.
6倍量の酸素供給でガス室材1は形状回復して厚くなり
(ガス室材6)、フレーム2およびガス拡散電極4に強
く圧接するようになり、その結果2.05Vの電解槽電
圧が得られた。接触抵抗成分は1mΩ/cm2 以下であ
った。
【0011】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明のガス拡散電
極のガス室材は、組立て時には圧縮によって薄く形成さ
れているが、運転時には形状回復し厚くなる形状記憶合
金を使用しているので、本発明のガス室材を用いること
で電解槽、燃料電池のスタックを重ねる組立てが容易に
なり、ガス拡散電極とフレーム、バイポーラプレートの
間の通電が確実となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガス拡散電極のガス室材を用いた
ガス室の構造の要部の一例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
1 組立時のガス室材 2 フレーム 3 ガス室 4 ガス拡散電極 5 カーボンクロス 6 運転時のガス室材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22F 1/10 C25B 11/20 (72)発明者 古屋 長一 山梨県甲府市中村町2−14 (56)参考文献 特開 平5−271974(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25B 1/00 - 15/08 H01M 8/02 C22F 1/00 630 C22F 1/10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス拡散電極とフレームとで形成される
    ガス室内に、組立時にはマルテンサイト相であるが、運
    転時にはオーステナイト相と相変態する形状記憶合金を
    使用したことを特徴とするガス拡散電極のガス室材。
  2. 【請求項2】 前記形状記憶合金が銀で被覆されている
    ことを特徴とする請求項1記載のガス拡散電極のガス室
    材。
  3. 【請求項3】 前記ガス室材がガス室内に挿間内接する
    多孔体であることを特徴とする請求項1または2記載の
    ガス拡散電極のガス室材。
  4. 【請求項4】 組立時には圧縮して薄く形成されてお
    り、運転時には形状を回復し厚くなるように構成したこ
    とを特徴とする上記請求項1〜3のいずれか1項記載の
    ガス拡散電極のガス室材。
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