JPH02250994A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
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- JPH02250994A JPH02250994A JP1069184A JP6918489A JPH02250994A JP H02250994 A JPH02250994 A JP H02250994A JP 1069184 A JP1069184 A JP 1069184A JP 6918489 A JP6918489 A JP 6918489A JP H02250994 A JPH02250994 A JP H02250994A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は各種電気化学装置に使用されるガス拡散電極に
関し、特に、イオン交換樹脂膜を電解質さする各種電気
化学装置に使用されるイオン交換樹脂膜−電極接合体よ
りなるガス拡散電極に関する。
関し、特に、イオン交換樹脂膜を電解質さする各種電気
化学装置に使用されるイオン交換樹脂膜−電極接合体よ
りなるガス拡散電極に関する。
ガス拡散電極を用いる電気化学装置には水電解槽、食塩
電解槽、塩酸電解槽、オゾン発生装置、燃料電池、酸素
分離装置などがある。特に近年では装置のコンパクト化
、高性能化が進み、イオン交換樹脂膜とガス拡散電極と
を一体としたイオン交換樹脂膜−電極接合体がよく用い
られる。
電解槽、塩酸電解槽、オゾン発生装置、燃料電池、酸素
分離装置などがある。特に近年では装置のコンパクト化
、高性能化が進み、イオン交換樹脂膜とガス拡散電極と
を一体としたイオン交換樹脂膜−電極接合体がよく用い
られる。
上記電気化学装置に用いられるガス拡散電極では例えば
水電解槽においては陰極で水素ガス発生反応、陽極で酸
素ガス発生反応というような電極反応が生じる。この際
、電極は反応触媒として電極反応を促進する機能を有し
、高性能ガス拡散電極を得るには高触媒活性な電極材料
の使用が肝要である。
水電解槽においては陰極で水素ガス発生反応、陽極で酸
素ガス発生反応というような電極反応が生じる。この際
、電極は反応触媒として電極反応を促進する機能を有し
、高性能ガス拡散電極を得るには高触媒活性な電極材料
の使用が肝要である。
水電解槽、燃料電池などの各種電気化学装置においては
様々な電極反応に対する高触媒活性及び耐久性を有する
白金１．イリジウムなどの貴金属系電極材料がしばしば
用いられるが、これら貴金属系電極材料は高価であり装
置コストが上昇する原因となっている。
様々な電極反応に対する高触媒活性及び耐久性を有する
白金１．イリジウムなどの貴金属系電極材料がしばしば
用いられるが、これら貴金属系電極材料は高価であり装
置コストが上昇する原因となっている。
例えば、イオン交換樹脂膜−電極接合体では、製造法と
して電極触媒粉末とフッ素樹脂結着剤との混合物を熱圧
着するホットプレス法（特公昭５Ｂ−１５５４４号）や
無電解メツキ法（例えば特開昭５５−３８９３４号）な
どの方法が知られているが、電極触媒低減対策としてホ
ットプレス法では触媒粉末混入量の低減、無電解メツキ
法ではめつき浴の金属塩量の低減などが行われている。
して電極触媒粉末とフッ素樹脂結着剤との混合物を熱圧
着するホットプレス法（特公昭５Ｂ−１５５４４号）や
無電解メツキ法（例えば特開昭５５−３８９３４号）な
どの方法が知られているが、電極触媒低減対策としてホ
ットプレス法では触媒粉末混入量の低減、無電解メツキ
法ではめつき浴の金属塩量の低減などが行われている。
しかしながら、従来の電極触媒低減対策では電極触媒量
の低減は電極反応面積の減少、接触抵抗の増大を意味し
、そのため電極の反応効率および耐久性の低下を招いた
。
の低減は電極反応面積の減少、接触抵抗の増大を意味し
、そのため電極の反応効率および耐久性の低下を招いた
。
本発明者らは上記問題点解決のため、まずガス拡散電極
の電極反応機構および電極反応領域の解明をイオン交換
樹脂膜−電極接合体を用いて行った。
の電極反応機構および電極反応領域の解明をイオン交換
樹脂膜−電極接合体を用いて行った。
その結果、いわゆる電解質溶液中に電極板を浸漬させる
場合のような反応物、生成物が全て電解質側により供給
、放出される電極反応では反応が電解質／電極界面で生
じるため、反応触媒活性は電極表面材料の物性により決
定されるのに対し、反応物、生成物が電極背面からも供
給、放出されるガス拡散電極を用いる電極反応では、電
極層内に生じた電位勾配に応じてそれぞれ異なる素反応
が進行するため、反応領域が電極層方向にある幅を有す
るものとなること、すなわち反応触媒活性は律速素反応
の生ずる領域の電極材料物性に左右されることを見い出
した０例えば、酸型イオン交換樹脂膜−電極接合体にお
ける水分解酸素発生の電極反応では第１図に示すように
電解質／電極界面において、水素イオンの生成、金属酸
化物の生成が起こり、より電位の高い電極層内で酸素分
子の金属上からの脱離が起こる。
場合のような反応物、生成物が全て電解質側により供給
、放出される電極反応では反応が電解質／電極界面で生
じるため、反応触媒活性は電極表面材料の物性により決
定されるのに対し、反応物、生成物が電極背面からも供
給、放出されるガス拡散電極を用いる電極反応では、電
極層内に生じた電位勾配に応じてそれぞれ異なる素反応
が進行するため、反応領域が電極層方向にある幅を有す
るものとなること、すなわち反応触媒活性は律速素反応
の生ずる領域の電極材料物性に左右されることを見い出
した０例えば、酸型イオン交換樹脂膜−電極接合体にお
ける水分解酸素発生の電極反応では第１図に示すように
電解質／電極界面において、水素イオンの生成、金属酸
化物の生成が起こり、より電位の高い電極層内で酸素分
子の金属上からの脱離が起こる。
以上の知見をもとに、本発明者らはガス拡散電極におい
て律速素反応の生ずる領域のみ高触媒活性を有する電極
材料を使用した電極を製作することにより、高触媒活性
を有する電極材料のみでガス拡散電極層を形成したもの
に比して、その触媒量を低減させたにもかかわらず、電
極性能は同等かもしくはそれ以上の良好な性能を示す電
極を得た。
て律速素反応の生ずる領域のみ高触媒活性を有する電極
材料を使用した電極を製作することにより、高触媒活性
を有する電極材料のみでガス拡散電極層を形成したもの
に比して、その触媒量を低減させたにもかかわらず、電
極性能は同等かもしくはそれ以上の良好な性能を示す電
極を得た。
本発明は上記の知見に基づいて完成されたものでイオン
交換樹脂膜−電極接合体よりなるガス拡散電極において
、電極が触媒活性の異なる複数の電極材料よりなる多層
構造を有することを特徴とするガス拡散電極である。
交換樹脂膜−電極接合体よりなるガス拡散電極において
、電極が触媒活性の異なる複数の電極材料よりなる多層
構造を有することを特徴とするガス拡散電極である。
以下には上記多層構造を有する電極の製作例を示すが、
多層構造を有する電極の製作法はそれに限定されるもの
ではなく、各種無電解めっき法、電気めっき法、ホット
プレス法、焼結法、蒸着法、イオンミキシング法など種
々の方法による製作が可能である。
多層構造を有する電極の製作法はそれに限定されるもの
ではなく、各種無電解めっき法、電気めっき法、ホット
プレス法、焼結法、蒸着法、イオンミキシング法など種
々の方法による製作が可能である。
表面粗化を施したデュポン社製のナフィオン膜をイオン
交換樹脂膜として用いて、浸透法によりナフィオン膜の
片面に厚さ約０．５μの白金層およびその表面に厚さｉ
ｐのニッケル層を、ナフィオン膜の他面に厚さｌμの白
金層を析出させた。この白金−ニッケル層をカソード、
白金層をアノードにして用い水電解を行ったところ第２
図■に示す電流−電圧特性を得た。
交換樹脂膜として用いて、浸透法によりナフィオン膜の
片面に厚さ約０．５μの白金層およびその表面に厚さｉ
ｐのニッケル層を、ナフィオン膜の他面に厚さｌμの白
金層を析出させた。この白金−ニッケル層をカソード、
白金層をアノードにして用い水電解を行ったところ第２
図■に示す電流−電圧特性を得た。
〔実施例２〕
イオン交換樹脂膜としてデュポン社製のナフィオン−１
１７を使用し、まずサンドブラストにより表面粗化を行
った０次に、浸透法と呼ばれる無電解めっき法を用いて
ナフィオン膜両面に厚さＩｇの白金層を析出させ、さら
に一方の面について同様のめつき法により厚さ０．５μ
のイリジウム層を析出させた。
１７を使用し、まずサンドブラストにより表面粗化を行
った０次に、浸透法と呼ばれる無電解めっき法を用いて
ナフィオン膜両面に厚さＩｇの白金層を析出させ、さら
に一方の面について同様のめつき法により厚さ０．５μ
のイリジウム層を析出させた。
この白金層をカソード、白金−イリジウム層をアノード
として用い水電解を行ったところ、第２図■に示す電流
−電圧特性を得た。なお、第２図■は従来型の白金層を
カソード及びアノードとして用いた電流−電圧特性を示
している。
として用い水電解を行ったところ、第２図■に示す電流
−電圧特性を得た。なお、第２図■は従来型の白金層を
カソード及びアノードとして用いた電流−電圧特性を示
している。
第２図は従来の単一金属種で形成されたガス拡散電極を
有するイオン交換樹脂膜−電極接合体および本発明によ
る多層構造のガス拡散電極を有するイオン交換樹脂膜−
電極接合体の一例についてその水電解時の電流−電圧特
性を示したものであるが、それぞれ従来型のガス拡散電
極より本発明の多層構造型のガス拡散電極の水電解性能
が優れていることを示している。
有するイオン交換樹脂膜−電極接合体および本発明によ
る多層構造のガス拡散電極を有するイオン交換樹脂膜−
電極接合体の一例についてその水電解時の電流−電圧特
性を示したものであるが、それぞれ従来型のガス拡散電
極より本発明の多層構造型のガス拡散電極の水電解性能
が優れていることを示している。
また、従来型のガス拡散電極に比べ、本発明の多層構造
型のガス拡散電極は高触媒活性電極材の使用量は５０％
〜７５％程度減少している。
型のガス拡散電極は高触媒活性電極材の使用量は５０％
〜７５％程度減少している。
本発明により高価な高触媒活性電極材の使用量を低減す
ることよる低コスト性および高触媒活性電極材を使用す
ることによる高活性特性を有するガス拡散電極を得られ
る。
ることよる低コスト性および高触媒活性電極材を使用す
ることによる高活性特性を有するガス拡散電極を得られ
る。
第１図はガス拡散電極における電極反応の様子を示すた
めに、酸型イオン交換樹脂膜−電極接合体の水分解酸素
発生反応を１例として示した図、第２図は従来型および
本発明による多層構造型のガス拡散電極を有するイオン
交換樹脂膜−電極接合体の水電解時における電流−電圧
特性を示した図である。 手 続 補 正 書 平成１年１１月１９ 日 特許庁長官 吉 １）文 毅 殿 １、事件の表示 平成１年特許願第６９１８４号２、
発明の名称 ガス拡散電極 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号名称
（６２０）三菱重工業株式会社 ４、代理人 住 所 東京都港区虎ノ門−丁目１６番２号５、補正
命令の日付 自 発補正 ６、補正により増加する発明の数 な し７、補正の対
象 ８、補正の内容 図 面 第１図 （Ａｄｄ鴬す
めに、酸型イオン交換樹脂膜−電極接合体の水分解酸素
発生反応を１例として示した図、第２図は従来型および
本発明による多層構造型のガス拡散電極を有するイオン
交換樹脂膜−電極接合体の水電解時における電流−電圧
特性を示した図である。 手 続 補 正 書 平成１年１１月１９ 日 特許庁長官 吉 １）文 毅 殿 １、事件の表示 平成１年特許願第６９１８４号２、
発明の名称 ガス拡散電極 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号名称
（６２０）三菱重工業株式会社 ４、代理人 住 所 東京都港区虎ノ門−丁目１６番２号５、補正
命令の日付 自 発補正 ６、補正により増加する発明の数 な し７、補正の対
象 ８、補正の内容 図 面 第１図 （Ａｄｄ鴬す
Claims (1)
- イオン交換樹脂膜−電極接合体よりなるガス拡散電極に
おいて、電極が触媒活性の異なる複数の電極材料よりな
る多層構造を有することを特徴とするガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1069184A JP2749861B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1069184A JP2749861B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | ガス拡散電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02250994A true JPH02250994A (ja) | 1990-10-08 |
| JP2749861B2 JP2749861B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=13395386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1069184A Expired - Lifetime JP2749861B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2749861B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003221691A (ja) * | 2002-01-31 | 2003-08-08 | Permelec Electrode Ltd | 電解用陰極とこれを用いる電解槽 |
| JP2006528730A (ja) * | 2003-07-24 | 2006-12-21 | バイエル マテリアルサイエンス アーゲー | 電気化学セル |
| JP2008303464A (ja) * | 1997-01-22 | 2008-12-18 | De Nora Elettrodi Spa | イオン導電性膜からなる金属化された膜、その膜を使用した燃料電池、その燃料電池を使用する方法、その膜を使用する電極、及びその電極を被覆する方法 |
| JP2009007647A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Hitachi Ltd | 有機ハイドライド製造装置、及び、それを用いた分散電源と自動車 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59160970A (ja) * | 1983-03-01 | 1984-09-11 | Japan Storage Battery Co Ltd | 酸素極 |
| JPH01139786A (ja) * | 1987-11-27 | 1989-06-01 | Permelec Electrode Ltd | 電極構造体 |
-
1989
- 1989-03-23 JP JP1069184A patent/JP2749861B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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