JPH0353459A - 活性炭電極 - Google Patents
活性炭電極Info
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- JPH0353459A JPH0353459A JP1189532A JP18953289A JPH0353459A JP H0353459 A JPH0353459 A JP H0353459A JP 1189532 A JP1189532 A JP 1189532A JP 18953289 A JP18953289 A JP 18953289A JP H0353459 A JPH0353459 A JP H0353459A
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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
- 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
- Inert Electrodes (AREA)
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］
本発明は活性炭電極に係わり、詳しくは、燃料電池、レ
ドックスフロー電池等の電極や、電解反応用電極、電極
反応用電極、さらには触媒担持電極、集電用電極等とし
て好適に用い得る活性炭電極に関する． 〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
電池の電極や、電解反応または電極反応用の電極として
、電気抵抗の小さい黒鉛が一般に用いられている． しかしながら、黒鉛は比表面積が極めて小さいため、電
解液との接触効率がよくない．このため、黒鉛板の表面
をスロノト状に切削加工して溝を設け外表面積を増すこ
とにより接触効率を向上させる改良がなされている．し
かし、充分満足のいく効果は得られていないのが実情で
ある． その上、黒鉛は脆弱であり、大型になると上記スロット
加工が困難になるため、幅１．２ ｍ程度の大きさの電
極を得るのが限度である． また、電極はその用途によっては、賦活して活性炭化し
有効表面積を増やしたい場合がある．しかしながら、黒
鉛の場合、その活性炭化が一般的に困難であり、処理に
多大の費用を要する。
ドックスフロー電池等の電極や、電解反応用電極、電極
反応用電極、さらには触媒担持電極、集電用電極等とし
て好適に用い得る活性炭電極に関する． 〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
電池の電極や、電解反応または電極反応用の電極として
、電気抵抗の小さい黒鉛が一般に用いられている． しかしながら、黒鉛は比表面積が極めて小さいため、電
解液との接触効率がよくない．このため、黒鉛板の表面
をスロノト状に切削加工して溝を設け外表面積を増すこ
とにより接触効率を向上させる改良がなされている．し
かし、充分満足のいく効果は得られていないのが実情で
ある． その上、黒鉛は脆弱であり、大型になると上記スロット
加工が困難になるため、幅１．２ ｍ程度の大きさの電
極を得るのが限度である． また、電極はその用途によっては、賦活して活性炭化し
有効表面積を増やしたい場合がある．しかしながら、黒
鉛の場合、その活性炭化が一般的に困難であり、処理に
多大の費用を要する。
上記黒鉛電極の他にも、活性炭繊維布をプラスチックカ
ーボンの表面に張り付けてなる、比表面積の大きい電極
がある． しかしながら、活性炭繊維布を用いた場合、圧力頃失が
大きく、塩素化処理等の活性化処理が困難であり、また
体積当たりの活性炭充填量が１／５〜ｌ／１０ 程度と
少ないために体積当たりの電解効率および電流効率が低
い．その上、活性炭繊維布は高価である． また、活性炭繊維布を集電材としてのプラスチックカー
ボンの表面に、均一、且つ、平坦に張着する作業は困難
である． さらに、活性炭繊維布の製造用として市販されている原
料布の布幅は大きくても０．８ｍ程度と限られるため、
市販品では大型大容量の電極を得ることはできないとい
う不便がある． さらにまた、電極に表面処理を施して電池の活性を高め
たい場合がある．かかる場合、上記活性炭繊維布を張着
した電極では容積効率が悪いため処理コストが高くつく
． 上記活性炭織維布に代えて活性炭繊維フエルトをプラス
チックカーボンの表面に張着した電極も出現している． しかしながら、このものを例えばレドックスフロー型電
池の電極に適用した場合、通液抵抗が大きくなるため、
正極液や負極液が活性炭の隙間を流れにくくなる．この
ため、電極の出口付近で完結するのが電極性能を最大限
に発揮させる上で好ましい酸化還元反応が、入口付近で
完結してしまうこととなり、電池の電気容量および電流
効率が低下する． その他、炭素製の電極もあるが、大型の処理装置を必要
とするため、製造コストが高くつくという問題がある． 鋭意検討の結果、本発明者等は、電極材として粒状また
は粉末状の活性炭を用いれば、上記問題を解決し得ると
の知見を得た。
ーボンの表面に張り付けてなる、比表面積の大きい電極
がある． しかしながら、活性炭繊維布を用いた場合、圧力頃失が
大きく、塩素化処理等の活性化処理が困難であり、また
体積当たりの活性炭充填量が１／５〜ｌ／１０ 程度と
少ないために体積当たりの電解効率および電流効率が低
い．その上、活性炭繊維布は高価である． また、活性炭繊維布を集電材としてのプラスチックカー
ボンの表面に、均一、且つ、平坦に張着する作業は困難
である． さらに、活性炭繊維布の製造用として市販されている原
料布の布幅は大きくても０．８ｍ程度と限られるため、
市販品では大型大容量の電極を得ることはできないとい
う不便がある． さらにまた、電極に表面処理を施して電池の活性を高め
たい場合がある．かかる場合、上記活性炭繊維布を張着
した電極では容積効率が悪いため処理コストが高くつく
． 上記活性炭織維布に代えて活性炭繊維フエルトをプラス
チックカーボンの表面に張着した電極も出現している． しかしながら、このものを例えばレドックスフロー型電
池の電極に適用した場合、通液抵抗が大きくなるため、
正極液や負極液が活性炭の隙間を流れにくくなる．この
ため、電極の出口付近で完結するのが電極性能を最大限
に発揮させる上で好ましい酸化還元反応が、入口付近で
完結してしまうこととなり、電池の電気容量および電流
効率が低下する． その他、炭素製の電極もあるが、大型の処理装置を必要
とするため、製造コストが高くつくという問題がある． 鋭意検討の結果、本発明者等は、電極材として粒状また
は粉末状の活性炭を用いれば、上記問題を解決し得ると
の知見を得た。
本発明はかかる知見に基づきなされたものであって、そ
の目的とするところは、体積当たりの電解効率および電
流効率が高く、各種処理が容易であり、電極材が集電材
から剥離しにくい活性炭電極を提供するにある． 〔ｉ＊ｕを解決するための手段〕 上記目的を達成するための本発明に係る活性炭電極は、
粉粒状の活性炭がプラスチックカーボンの表面にバイン
ダーにより一体形成されてなるものである． 上記活性炭としては、種々の粒径のものを用いることが
できる．一般的には、直径０．１ ｔｔ冒〜５ＩＩｌＩ
１のものを用いればよい． また、種々の賦活度の活性炭を用いることができる。一
般的には、比表面ＭＡ５００ 〜２５００ｒｒｒ／ｇの
ものを用いればよい． 高温で（通常１０００’Ｃ以上）予め熱処理してその電
気抵抗を小さくした活性炭を用いれば、電気抵抗の小さ
い電極を得ることができる．この高温熱処理は、バイン
ダーにより活性炭をプラスチックカーボンと一体形戒す
る前に予め行う必要がある。
の目的とするところは、体積当たりの電解効率および電
流効率が高く、各種処理が容易であり、電極材が集電材
から剥離しにくい活性炭電極を提供するにある． 〔ｉ＊ｕを解決するための手段〕 上記目的を達成するための本発明に係る活性炭電極は、
粉粒状の活性炭がプラスチックカーボンの表面にバイン
ダーにより一体形成されてなるものである． 上記活性炭としては、種々の粒径のものを用いることが
できる．一般的には、直径０．１ ｔｔ冒〜５ＩＩｌＩ
１のものを用いればよい． また、種々の賦活度の活性炭を用いることができる。一
般的には、比表面ＭＡ５００ 〜２５００ｒｒｒ／ｇの
ものを用いればよい． 高温で（通常１０００’Ｃ以上）予め熱処理してその電
気抵抗を小さくした活性炭を用いれば、電気抵抗の小さ
い電極を得ることができる．この高温熱処理は、バイン
ダーにより活性炭をプラスチックカーボンと一体形戒す
る前に予め行う必要がある。
一体形成後に行うと、バインダーが熱分解してしまうか
らである． また、必要に応して、酸化処理、或いは、塩素化処理を
行って、活性炭を親水化してもよい。活性炭が扮粒状で
あるので、これらの処理を容易に行うことができる． 上記プラスチックカーボンは、ポリエチレン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂に黒鉛粉末を練り込ん
だものであり、可塑性を有し、且つ、電気抵抗が小さい
ため、集電板として広く用いられているものである． 本発明において用いるプラスチックカーボンは、板状、
棒状、筒状等、種々の形状であってよいが、板状のもの
が好ましい．これは、一組の電池の電圧は一定であるた
め、電圧を上げるためには、電極面積を大きくしたり、
複数組を積層したりする必要があり、このためには各電
池は薄い方が好ましく、棒状、筒状の場合は、薄く成形
することが困難だからである． 上記活性炭と上記プラスチックカーボンとを接着するた
めのバインダーとしては、種々のものを用いることがで
きるが、人手の容易なものとして、熱可塑性プラスチッ
ク微粉末が挙げられる。バインダーとしてこの種のもの
を用いた場合は、可撓性の高い活性炭電極を得ることが
できる．かかる熱可塑性のブラスチンク微粉末としては
、ポリエチレン、ポリプロピレン、導電性ポリマーが例
示される。その好適な配合量は、用いる活性炭の粒径に
よって異なる。一般的には、活性炭１００重量部に対し
て、２〜５０重量部が好ましく、３〜１０重量部がより
好ましい． その他、バインダーとして親水性ボリマーの水？８ｔＩ
．を用いてもよい． 導電性を向上させるためには、黒鉛粉末を活性炭と併用
することが好ましい．その場合の黒鉛粉末の添加量は、
活性炭１００重量部に対して、５〜４０重量部が好まし
い。これは、５重量部未満の場合、有意な添加効果が得
られないからであり、また４０重量部を越えた場合、電
極が脆弱になるとともに、活性炭の隙間が減少してしま
い、通液抵抗が大きくなるからである． 本発明に係る活性炭電極は、例えば、集電材としてのプ
ラスチックカーボン上に、バインダーを予めコーティン
グした活性炭を積層した後、バインダーの融点以上に赤
外線等を用いて加熱することにより得られる。その際、
より強固に接着するために、圧縮プレス、ロールプレス
等の加圧手段を用いて加圧してもよい， 上記バインダーのコーティングは、粉末状活性炭の場合
は、単に活性炭とバインダーとを混合するだけでよいが
、粒状活性炭の場合は、気相での静電吸着を利用するな
どして、均一且つ少量のバインダーが活性炭表面にコー
ティングされるようにすることが望ましい． 集電材上に積層される電極材としての活性炭の厚みは、
そのＭｉ層量を変えることにより調節することができる
． なお、活性炭としてね径の大きいものを用いれば、通液
抵抗を活性炭繊維布を張着した電極のそれより小さくす
ることができる． また、本発明に係る電極は、前述した活性炭織維布の場
合における寸法的な制約がなく、しかも安価である粉粒
状活性炭を用いてなるため、大型のものが可能であり、
その製造コストも安価である。
らである． また、必要に応して、酸化処理、或いは、塩素化処理を
行って、活性炭を親水化してもよい。活性炭が扮粒状で
あるので、これらの処理を容易に行うことができる． 上記プラスチックカーボンは、ポリエチレン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂に黒鉛粉末を練り込ん
だものであり、可塑性を有し、且つ、電気抵抗が小さい
ため、集電板として広く用いられているものである． 本発明において用いるプラスチックカーボンは、板状、
棒状、筒状等、種々の形状であってよいが、板状のもの
が好ましい．これは、一組の電池の電圧は一定であるた
め、電圧を上げるためには、電極面積を大きくしたり、
複数組を積層したりする必要があり、このためには各電
池は薄い方が好ましく、棒状、筒状の場合は、薄く成形
することが困難だからである． 上記活性炭と上記プラスチックカーボンとを接着するた
めのバインダーとしては、種々のものを用いることがで
きるが、人手の容易なものとして、熱可塑性プラスチッ
ク微粉末が挙げられる。バインダーとしてこの種のもの
を用いた場合は、可撓性の高い活性炭電極を得ることが
できる．かかる熱可塑性のブラスチンク微粉末としては
、ポリエチレン、ポリプロピレン、導電性ポリマーが例
示される。その好適な配合量は、用いる活性炭の粒径に
よって異なる。一般的には、活性炭１００重量部に対し
て、２〜５０重量部が好ましく、３〜１０重量部がより
好ましい． その他、バインダーとして親水性ボリマーの水？８ｔＩ
．を用いてもよい． 導電性を向上させるためには、黒鉛粉末を活性炭と併用
することが好ましい．その場合の黒鉛粉末の添加量は、
活性炭１００重量部に対して、５〜４０重量部が好まし
い。これは、５重量部未満の場合、有意な添加効果が得
られないからであり、また４０重量部を越えた場合、電
極が脆弱になるとともに、活性炭の隙間が減少してしま
い、通液抵抗が大きくなるからである． 本発明に係る活性炭電極は、例えば、集電材としてのプ
ラスチックカーボン上に、バインダーを予めコーティン
グした活性炭を積層した後、バインダーの融点以上に赤
外線等を用いて加熱することにより得られる。その際、
より強固に接着するために、圧縮プレス、ロールプレス
等の加圧手段を用いて加圧してもよい， 上記バインダーのコーティングは、粉末状活性炭の場合
は、単に活性炭とバインダーとを混合するだけでよいが
、粒状活性炭の場合は、気相での静電吸着を利用するな
どして、均一且つ少量のバインダーが活性炭表面にコー
ティングされるようにすることが望ましい． 集電材上に積層される電極材としての活性炭の厚みは、
そのＭｉ層量を変えることにより調節することができる
． なお、活性炭としてね径の大きいものを用いれば、通液
抵抗を活性炭繊維布を張着した電極のそれより小さくす
ることができる． また、本発明に係る電極は、前述した活性炭織維布の場
合における寸法的な制約がなく、しかも安価である粉粒
状活性炭を用いてなるため、大型のものが可能であり、
その製造コストも安価である。
以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明するが
、本発明は下記実施例により何ら限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲において適宜変更実施可
能なものである。
、本発明は下記実施例により何ら限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲において適宜変更実施可
能なものである。
粒度範囲１０〜３２メノシュ、比表面積２００Ｏｎｆ／
ｇの椰子殻系粒伏活性炭を１３５０’Ｃの温度で熱処理
した後、これに５００ ”Ｃの温度で塩素化処理を施し
、塩素含有率６％の活性炭を得た． 次いで、上記活性炭１００重量部、平均粒子径５０μ−
の黒鉛粉末５重量部、および、平均粒径３０μｍのポリ
エチレン１０重量部を混合し、この混合物をプラスチン
クカーボンの表面に積層した後、厚さ５Ｍの板状体に加
圧成形した。
ｇの椰子殻系粒伏活性炭を１３５０’Ｃの温度で熱処理
した後、これに５００ ”Ｃの温度で塩素化処理を施し
、塩素含有率６％の活性炭を得た． 次いで、上記活性炭１００重量部、平均粒子径５０μ−
の黒鉛粉末５重量部、および、平均粒径３０μｍのポリ
エチレン１０重量部を混合し、この混合物をプラスチン
クカーボンの表面に積層した後、厚さ５Ｍの板状体に加
圧成形した。
この板状体からｌ， ｃｔｓ ｘ ５ ｃｍの大きさの
板材を切り出し、鉄クロムイオン系のレドックスフロー
システムからなる小型単電池（ミニセル）を作製し上記
小型単電池の充放電時の各種性能を下記の実験条件で試
験したお （実験条件） 電解液組成：正極 ０．５モルＦｅＣｉ．３および１．
５モルＦｅＣｌ２を含む ４規定ＨＣＮ溶液 負極 １モルＣｒＣｌｘを含む４規 定ＨＣｆ溶液 電解液温度＝４０゜Ｃ ｔ流密度 ： ４０ｍＡＩ ｃｄ （実験結果） 結果を表に示す．なお、上記実施例と同様の方法にてＰ
ＡＮ系炭素繊維布をプラスチックカーボン上に張着して
得た電極についての試験結果を、比較例として併記する
。
板材を切り出し、鉄クロムイオン系のレドックスフロー
システムからなる小型単電池（ミニセル）を作製し上記
小型単電池の充放電時の各種性能を下記の実験条件で試
験したお （実験条件） 電解液組成：正極 ０．５モルＦｅＣｉ．３および１．
５モルＦｅＣｌ２を含む ４規定ＨＣＮ溶液 負極 １モルＣｒＣｌｘを含む４規 定ＨＣｆ溶液 電解液温度＝４０゜Ｃ ｔ流密度 ： ４０ｍＡＩ ｃｄ （実験結果） 結果を表に示す．なお、上記実施例と同様の方法にてＰ
ＡＮ系炭素繊維布をプラスチックカーボン上に張着して
得た電極についての試験結果を、比較例として併記する
。
（以下、余白）
表より明らかなように、本発明に係る活性炭電極は比較
例のものに比べてきわめて高い性能を有していることが
分かる． 〔発明の効果〕 以上、詳細に説明したように、本発明に係る活性炭電極
は、粉粒状活性炭を電極材とする炭素密度の高い電極で
あるため、体積当たりの電解効率およびａ流効率が高い
． また、電極材が粉粒状であるため、集電材から剥離しに
くい． さらに、活性炭が籾粒状であるため、活性炭の電気抵抗
を低下させるために通常行う高温熱処理、親水性を付与
するための酸化処理および塩素化処理等の各種処理を容
易且つ安価に行うことができるという製造上の利点をも
有している．以上の如く、 本発明は優れた特有の効果を奏す る。
例のものに比べてきわめて高い性能を有していることが
分かる． 〔発明の効果〕 以上、詳細に説明したように、本発明に係る活性炭電極
は、粉粒状活性炭を電極材とする炭素密度の高い電極で
あるため、体積当たりの電解効率およびａ流効率が高い
． また、電極材が粉粒状であるため、集電材から剥離しに
くい． さらに、活性炭が籾粒状であるため、活性炭の電気抵抗
を低下させるために通常行う高温熱処理、親水性を付与
するための酸化処理および塩素化処理等の各種処理を容
易且つ安価に行うことができるという製造上の利点をも
有している．以上の如く、 本発明は優れた特有の効果を奏す る。
特
許
出
願
人
クラレケミカル株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、粉粒状の活性炭がプラスチックカーボンの表面にバ
インダーにより一体形成されてなる活性炭電極。 ２、粉粒状の活性炭１００重量部および黒鉛粉末５〜４
０重量部からなる混合物がプラスチックカーボンの表面
にバインダーにより一体形成されてなる活性炭電極。 ３、前記バインダーとして、前記粉粒状の活性炭１００
重量部に対して粒径１０〜５０μｍのポリエチレン５〜
４０重量部を用いてなる請求項１または２記載の活性炭
電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1189532A JPH0353459A (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 活性炭電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1189532A JPH0353459A (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 活性炭電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0353459A true JPH0353459A (ja) | 1991-03-07 |
Family
ID=16242875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1189532A Pending JPH0353459A (ja) | 1989-07-20 | 1989-07-20 | 活性炭電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0353459A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5603867A (en) * | 1994-09-09 | 1997-02-18 | Nippon Sanso Corporation | Method of production for active carbon electrode for use as electrical double layer condenser and active carbon electrode obtained thereby |
| JP2009090287A (ja) * | 2003-04-17 | 2009-04-30 | Sony Corp | 酸素還元触媒及びその製造方法、並びに電気化学デバイス |
| JP2013137958A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Asahi Kasei E-Materials Corp | レドックスフロー二次電池 |
| JP2013137957A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Asahi Kasei E-Materials Corp | レドックスフロー二次電池 |
| US10183308B2 (en) | 2014-10-14 | 2019-01-22 | Conopco, Inc. | Spraying device |
-
1989
- 1989-07-20 JP JP1189532A patent/JPH0353459A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5603867A (en) * | 1994-09-09 | 1997-02-18 | Nippon Sanso Corporation | Method of production for active carbon electrode for use as electrical double layer condenser and active carbon electrode obtained thereby |
| JP2009090287A (ja) * | 2003-04-17 | 2009-04-30 | Sony Corp | 酸素還元触媒及びその製造方法、並びに電気化学デバイス |
| JP2013137958A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Asahi Kasei E-Materials Corp | レドックスフロー二次電池 |
| JP2013137957A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Asahi Kasei E-Materials Corp | レドックスフロー二次電池 |
| US10183308B2 (en) | 2014-10-14 | 2019-01-22 | Conopco, Inc. | Spraying device |
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