JP3310736B2 - ガス拡散電極及びその使用方法 - Google Patents
ガス拡散電極及びその使用方法Info
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- diffusion electrode
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池、電解、特に
イオン交換膜法によって食塩水を電解する際にカソード
として使用されるガス拡散電極及びその使用方法に関す
る。
イオン交換膜法によって食塩水を電解する際にカソード
として使用されるガス拡散電極及びその使用方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、イオン交換膜法による食塩水の電
解（電気分解）用のカソード電極として、従来の電極の
替わりにガス拡散電極を使用することが検討されてい
る。このガス拡散電極は、図４に示すように、反応層31
と接合されたガス拡散層32に、酸素ガスを供給するため
の気室33を付設して構成され、陽イオン交換膜34によっ
て陽極室35と陰極室36に仕切られた電解槽37に、その陰
極室37の側壁の一部を形成するように取り付けてカソー
ド電極38とされ、反応層31がカセイソーダ（ＮａＯＨ）
に、かつガス拡散層32が酸素ガス (Ｏ2)に接触されるも
のである。そして、陽極室35の食塩水中のアノード電極
39との間に電流を通じると、陽極室35では、塩素ガス
（Ｃｌ2)が発生し、陰極室36では、供給されたＯ2 によ
り水酸化物イオン（ＯＨ- ) が生成すると共に、電極反
応と等量のナトリウムイオン( Ｎａ+ ) が陽極室35から
陰極室36へ移動する。この結果、陽極室35では、塩化ナ
トリウム (ＮａＣｌ）の濃度が減少し、それと等量のカ
セイソーダが陰極室36で生成する。
解（電気分解）用のカソード電極として、従来の電極の
替わりにガス拡散電極を使用することが検討されてい
る。このガス拡散電極は、図４に示すように、反応層31
と接合されたガス拡散層32に、酸素ガスを供給するため
の気室33を付設して構成され、陽イオン交換膜34によっ
て陽極室35と陰極室36に仕切られた電解槽37に、その陰
極室37の側壁の一部を形成するように取り付けてカソー
ド電極38とされ、反応層31がカセイソーダ（ＮａＯＨ）
に、かつガス拡散層32が酸素ガス (Ｏ2)に接触されるも
のである。そして、陽極室35の食塩水中のアノード電極
39との間に電流を通じると、陽極室35では、塩素ガス
（Ｃｌ2)が発生し、陰極室36では、供給されたＯ2 によ
り水酸化物イオン（ＯＨ- ) が生成すると共に、電極反
応と等量のナトリウムイオン( Ｎａ+ ) が陽極室35から
陰極室36へ移動する。この結果、陽極室35では、塩化ナ
トリウム (ＮａＣｌ）の濃度が減少し、それと等量のカ
セイソーダが陰極室36で生成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス拡散電極及びその使用方法では、反応層側が液体
に、ガス拡散層側が気体のガスにそれぞれ接触するよう
に分離されているので、次のような問題がある。 （１）気室への液漏れを生ずる。 （２）水溶液の流れが不均一となる。 （３）極間距離が大きくなり、オーム損が増大する。 そこで、本発明は、ガス拡散層側への液漏れがなく、水
溶液の流れを均一にしつつ極間距離を縮めてオーム損を
低減し得るガス拡散電極及びその使用方法を提供するこ
とを目的とする。
ガス拡散電極及びその使用方法では、反応層側が液体
に、ガス拡散層側が気体のガスにそれぞれ接触するよう
に分離されているので、次のような問題がある。 （１）気室への液漏れを生ずる。 （２）水溶液の流れが不均一となる。 （３）極間距離が大きくなり、オーム損が増大する。 そこで、本発明は、ガス拡散層側への液漏れがなく、水
溶液の流れを均一にしつつ極間距離を縮めてオーム損を
低減し得るガス拡散電極及びその使用方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のガス拡散電極は、ガス拡散層の全面を覆う
ガストラップが設けられていることを特徴とする。前記
ガストラップは、ガス拡散層を所要空間を存して覆うと
共に、下部にガスを取り入れるガス取入口を有し、かつ
ガスを上記空間上部を経て排出するガス排出口を有する
ケーシングであることが望ましい。前記ケーシングは、
金属板のコルゲート加工によって形成され、かつフッ素
樹脂のコーティングによって撥水化処理されていること
が好ましい。前記ガストラップは、ガス拡散層に接合さ
れた多孔体であってもよい。前記多孔体は、金属からな
り、かつフッ素樹脂微粒子を細孔中に付着させているこ
とが好ましい。又、本発明のガス拡散電極の使用方法
は、ガス拡散層の全面を覆うガストラップが設けられて
いるガス拡散電極を、水溶液中に浸漬し、かつ上記ガス
トラップにガスを気泡として供給するようにカセイソー
ダ水溶液中にガスを吹き込むことを特徴とする。前記ガ
ス拡散電極の水溶液中への浸漬は、垂直面内に千鳥状に
多数配置してなされていることが望ましい。
め、本発明のガス拡散電極は、ガス拡散層の全面を覆う
ガストラップが設けられていることを特徴とする。前記
ガストラップは、ガス拡散層を所要空間を存して覆うと
共に、下部にガスを取り入れるガス取入口を有し、かつ
ガスを上記空間上部を経て排出するガス排出口を有する
ケーシングであることが望ましい。前記ケーシングは、
金属板のコルゲート加工によって形成され、かつフッ素
樹脂のコーティングによって撥水化処理されていること
が好ましい。前記ガストラップは、ガス拡散層に接合さ
れた多孔体であってもよい。前記多孔体は、金属からな
り、かつフッ素樹脂微粒子を細孔中に付着させているこ
とが好ましい。又、本発明のガス拡散電極の使用方法
は、ガス拡散層の全面を覆うガストラップが設けられて
いるガス拡散電極を、水溶液中に浸漬し、かつ上記ガス
トラップにガスを気泡として供給するようにカセイソー
ダ水溶液中にガスを吹き込むことを特徴とする。前記ガ
ス拡散電極の水溶液中への浸漬は、垂直面内に千鳥状に
多数配置してなされていることが望ましい。
【０００５】
【作用】上記ガス拡散電極においては、水溶液中への浸
漬により、反応層とガストラップを介したガス拡散層に
かかる圧力が等しくなる。又、ガス拡散電極の使用方法
においては、水溶液がガスのバブリングによって撹拌さ
れ、均一化されるため陽イオン交換膜との極間をせまく
することが可能となる。
漬により、反応層とガストラップを介したガス拡散層に
かかる圧力が等しくなる。又、ガス拡散電極の使用方法
においては、水溶液がガスのバブリングによって撹拌さ
れ、均一化されるため陽イオン交換膜との極間をせまく
することが可能となる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明のガス拡散電極の一実施例を
示す断面図である。このガス拡散電極１は、反応層２に
接合されたガス拡散層３の全面を覆うガストラップ４を
設けて構成されており、ガストラップ４は、ガス拡散層
３を所要空間を存して気密に覆うと共に、下部にガスを
取り入れるガス取入口５を有し、かつ上記空間上部を経
てガスを適宜量排出すべく上部にガス排出口６を有する
ケーシング７とされている。ケーシング７は、集電体と
して機能させ、かつ機械的強度及び後述するカセイソー
ダ水溶液の撹拌効果を高めるため、金属板のコルゲート
加工によって形成され、又、撥水性を持たせるため、フ
ッ素樹脂のコーディングによって撥水化処理されている
ことが望ましい。
て説明する。図１は本発明のガス拡散電極の一実施例を
示す断面図である。このガス拡散電極１は、反応層２に
接合されたガス拡散層３の全面を覆うガストラップ４を
設けて構成されており、ガストラップ４は、ガス拡散層
３を所要空間を存して気密に覆うと共に、下部にガスを
取り入れるガス取入口５を有し、かつ上記空間上部を経
てガスを適宜量排出すべく上部にガス排出口６を有する
ケーシング７とされている。ケーシング７は、集電体と
して機能させ、かつ機械的強度及び後述するカセイソー
ダ水溶液の撹拌効果を高めるため、金属板のコルゲート
加工によって形成され、又、撥水性を持たせるため、フ
ッ素樹脂のコーディングによって撥水化処理されている
ことが望ましい。
【０００７】上記構成のガス拡散電極１を食塩水電解用
のカソード電極として使用するには、図２に示すように
電解槽８内を陽イオン交換膜９によって陽極室10と陰極
室11に仕切り、陽極室10に飽和食塩水を供給し、かつ陰
極室11に薄いカセイソーダ水溶液を供給する一方、多数
のガス拡散電極１を上下及び左右に適宜に離隔して金属
製の保持枠（図示せず）に千鳥状に配置して保持し、こ
の保持枠を陽イオン交換膜９に接近させて陰極室11の金
属製の構造材（図示せず）を介してカセイソーダ水溶液
中に垂直に取り付け、かつ各ガス拡散電極１のガストラ
ップ４に酸素ガスを気泡として供給するように、カセイ
ソーダ水溶液中に酸素ガスを吹き込むものである。陽極
室10の食塩水中に陽イオン交換膜９に接近させて浸漬さ
れた不溶解アノード（ＤＳＡ）電極12との間に電流を通
じると、従来と同様に陽極室10では、塩化ナトリウムの
濃度が減少し、それと等量のカセイソーダが陰極室11で
生成する。
のカソード電極として使用するには、図２に示すように
電解槽８内を陽イオン交換膜９によって陽極室10と陰極
室11に仕切り、陽極室10に飽和食塩水を供給し、かつ陰
極室11に薄いカセイソーダ水溶液を供給する一方、多数
のガス拡散電極１を上下及び左右に適宜に離隔して金属
製の保持枠（図示せず）に千鳥状に配置して保持し、こ
の保持枠を陽イオン交換膜９に接近させて陰極室11の金
属製の構造材（図示せず）を介してカセイソーダ水溶液
中に垂直に取り付け、かつ各ガス拡散電極１のガストラ
ップ４に酸素ガスを気泡として供給するように、カセイ
ソーダ水溶液中に酸素ガスを吹き込むものである。陽極
室10の食塩水中に陽イオン交換膜９に接近させて浸漬さ
れた不溶解アノード（ＤＳＡ）電極12との間に電流を通
じると、従来と同様に陽極室10では、塩化ナトリウムの
濃度が減少し、それと等量のカセイソーダが陰極室11で
生成する。
【０００８】したがって、上記ガス拡散電極１において
は、カセイソーダ水溶液中への浸漬により、反応層２と
ガストラップ４中の酸素ガスを介したガス拡散層３にか
かる圧力が等しくなるので、ガス拡散層３側へのカセイ
ソーダ水溶液の液漏れがなくなる。又、上記ガス拡散電
極１の食塩水電解用のカソード電極としての使用におい
ては、カセイソーダ水溶液が酸素ガスのバブリングによ
って撹拌されるので、カセイソーダ水溶液の流れを均一
化することができ、かつこの均一化と相俟つて陽イオン
交換膜９に接近可能となるので、オーム損を低減するこ
とができる。更に、千鳥状の配置によって、カセイソー
ダ水溶液の濃度の偏りを防止できると共に、一枚の大き
く均質なガス拡散電極を作る必要がない効果が得られ
る。
は、カセイソーダ水溶液中への浸漬により、反応層２と
ガストラップ４中の酸素ガスを介したガス拡散層３にか
かる圧力が等しくなるので、ガス拡散層３側へのカセイ
ソーダ水溶液の液漏れがなくなる。又、上記ガス拡散電
極１の食塩水電解用のカソード電極としての使用におい
ては、カセイソーダ水溶液が酸素ガスのバブリングによ
って撹拌されるので、カセイソーダ水溶液の流れを均一
化することができ、かつこの均一化と相俟つて陽イオン
交換膜９に接近可能となるので、オーム損を低減するこ
とができる。更に、千鳥状の配置によって、カセイソー
ダ水溶液の濃度の偏りを防止できると共に、一枚の大き
く均質なガス拡散電極を作る必要がない効果が得られ
る。
【０００９】なお、ガス拡散電極は、前述したものに限
定されるものではなく、例えば図３に示すガス拡散電極
１′のように、反応層２に接合されたガス拡散層３の全
面を覆うガストラップ４′を設けて構成し、ガストラッ
プ４′を、ガス拡散層３を所要空間を存して気密に覆う
と共に、下部にガスを取り入れる拡開したガス取入口
５′を有し、かつ上記空間上部を経てガスを適宜量排出
すべく空間上部を連通してガス取入口５′の適宜上方に
開口するガス排出口６′を有するケーシング７′として
もよい。このケーシング７′は、集電体として機能さ
せ、かつ機械的強度及びカセイソーダ水溶液の撹拌効果
を高めるため、金属板のコルゲート加工によって形成さ
れ、又、撥水性を持たせるため、フッ素樹脂のコーティ
ングによって撥水化処理されていることが望ましい。
又、ガストラップは、ガス拡散層３に接合された多孔体
であってもよい。この多孔体は、金属からなり、かつフ
ッ素樹脂微粒子を細胞中に付着させていることが望まし
い。上記ガス拡散電極１′は、前述したガス拡散電極１
と同様にして食塩水電解用のカソード電極として使用さ
れるものであり、かつほぼ同様の作用効果が得られる。
なお、本発明ガス拡散電極は、アルカリ性電解液を隔膜
で仕切り、該隔膜の両側に設置し、各々の電極室に水素
ガス、酸素ガスを提供することにより、燃料電池にする
こともできる。
定されるものではなく、例えば図３に示すガス拡散電極
１′のように、反応層２に接合されたガス拡散層３の全
面を覆うガストラップ４′を設けて構成し、ガストラッ
プ４′を、ガス拡散層３を所要空間を存して気密に覆う
と共に、下部にガスを取り入れる拡開したガス取入口
５′を有し、かつ上記空間上部を経てガスを適宜量排出
すべく空間上部を連通してガス取入口５′の適宜上方に
開口するガス排出口６′を有するケーシング７′として
もよい。このケーシング７′は、集電体として機能さ
せ、かつ機械的強度及びカセイソーダ水溶液の撹拌効果
を高めるため、金属板のコルゲート加工によって形成さ
れ、又、撥水性を持たせるため、フッ素樹脂のコーティ
ングによって撥水化処理されていることが望ましい。
又、ガストラップは、ガス拡散層３に接合された多孔体
であってもよい。この多孔体は、金属からなり、かつフ
ッ素樹脂微粒子を細胞中に付着させていることが望まし
い。上記ガス拡散電極１′は、前述したガス拡散電極１
と同様にして食塩水電解用のカソード電極として使用さ
れるものであり、かつほぼ同様の作用効果が得られる。
なお、本発明ガス拡散電極は、アルカリ性電解液を隔膜
で仕切り、該隔膜の両側に設置し、各々の電極室に水素
ガス、酸素ガスを提供することにより、燃料電池にする
こともできる。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス拡散
電極によれば、水溶液中への浸漬により、反応層とガス
トラップを介したガス拡散層にかかる圧力が等しくなる
ので、ガス拡散層側への水溶液の液漏れがなくなる。
又、本発明のガス拡散電極の使用方法によれば、水溶液
が酸素ガスのバブリングによって撹拌され、かつ陽イオ
ン交換膜に対する接近が可能となるとなるので、水溶液
の流れが均一化できることと相俟つてオーム損を低減す
ることができる。
電極によれば、水溶液中への浸漬により、反応層とガス
トラップを介したガス拡散層にかかる圧力が等しくなる
ので、ガス拡散層側への水溶液の液漏れがなくなる。
又、本発明のガス拡散電極の使用方法によれば、水溶液
が酸素ガスのバブリングによって撹拌され、かつ陽イオ
ン交換膜に対する接近が可能となるとなるので、水溶液
の流れが均一化できることと相俟つてオーム損を低減す
ることができる。
【図１】本発明のガス拡散電極の一実施例を示す断面図
である。
である。
【図２】図１のガス拡散電極の使用方法を示す断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明のガス拡散電極の他の実施例を示す断面
図である。
図である。
【図４】従来のガス拡散電極の使用方法を示す断面図で
ある。
ある。
３ ガス拡散層 ４ ガストラップ ４′ガストラップ ５ ガス取入口 ５′ガス取入口 ６ ガス排出口 ６′ガス排出口 ７ ケーシング ７′ケーシング
Claims (7)
- 【請求項１】 ガス拡散層の全面を覆うガストラップが
設けられていることを特徴とするガス拡散電極。 - 【請求項２】 前記ガストラップが、ガス拡散層を所要
空間を存して覆うと共に、下部にガスを取り入れるガス
取入口を有し、かつガスを上記空間上部を経て排出する
ガス排出口を有するケーシングであることを特徴とする
請求項１記載のガス拡散電極。 - 【請求項３】 前記ケーシングが、金属板のコルゲート
加工によって形成され、かつフッ素樹脂のコーティング
によって撥水化処理されていることを特徴とする請求項
２記載のガス拡散電極。 - 【請求項４】 前記ガストラップが、ガス拡散層に接合
された多孔体であることを特徴とする請求項１記載のガ
ス拡散電極。 - 【請求項５】 前記多孔体が、金属からなり、かつフッ
素樹脂微粒子を細孔中に付着させていることを特徴とす
る請求項４記載のガス拡散電極。 - 【請求項６】 ガス拡散層の全面を覆うガストラップが
設けられているガス拡散電極を、電解液中に浸漬し、か
つ上記ガストラップにガスを気泡として供給するように
電解液中にガスを吹き込むことを特徴とするガス拡散電
極の使用方法。 - 【請求項７】 前記ガス拡散電極のカセイソーダ水溶液
中への浸漬は、垂直面内に千鳥状に多数配置してなされ
ていることを特徴とする請求項６記載のガス拡散電極の
使用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26188893A JP3310736B2 (ja) | 1993-09-25 | 1993-09-25 | ガス拡散電極及びその使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26188893A JP3310736B2 (ja) | 1993-09-25 | 1993-09-25 | ガス拡散電極及びその使用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790662A JPH0790662A (ja) | 1995-04-04 |
| JP3310736B2 true JP3310736B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=17368165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26188893A Expired - Lifetime JP3310736B2 (ja) | 1993-09-25 | 1993-09-25 | ガス拡散電極及びその使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3310736B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3437127B2 (ja) | 1999-07-07 | 2003-08-18 | 東亞合成株式会社 | 塩化アルカリ電解槽の運転方法 |
| US8906563B2 (en) | 2011-11-04 | 2014-12-09 | Fluidic, Inc. | Internal convection cell |
| CN109478643B (zh) | 2016-07-22 | 2022-03-15 | 南特能源公司 | 电化学电池中的水分和二氧化碳管理系统 |
-
1993
- 1993-09-25 JP JP26188893A patent/JP3310736B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0790662A (ja) | 1995-04-04 |
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