JPH04296455A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH04296455A JPH04296455A JP3062324A JP6232491A JPH04296455A JP H04296455 A JPH04296455 A JP H04296455A JP 3062324 A JP3062324 A JP 3062324A JP 6232491 A JP6232491 A JP 6232491A JP H04296455 A JPH04296455 A JP H04296455A
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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
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質電極基体に電解
質を保持させた燃料電池に係り、特に、その電極構造に
改良を施した燃料電池に関するものである。
質を保持させた燃料電池に係り、特に、その電極構造に
改良を施した燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃料の有している化学的エネルギ
ーを直接電気エネルギーに変換するものとして、燃料電
池が知られている。この燃料電池は、通常、電解質を挟
んで燃料極（アノード）及び酸化剤極（カソード）の一
対の多孔質電極を配置すると共に、アノードの背面に水
素などの燃料ガスを接触させ、また、カソードの背面に
酸素等の酸化剤ガスを接触させ、この時に起こる電気化
学的反応により発生する電気エネルギーを、上記一対の
電極から取り出すようにしたものである。
ーを直接電気エネルギーに変換するものとして、燃料電
池が知られている。この燃料電池は、通常、電解質を挟
んで燃料極（アノード）及び酸化剤極（カソード）の一
対の多孔質電極を配置すると共に、アノードの背面に水
素などの燃料ガスを接触させ、また、カソードの背面に
酸素等の酸化剤ガスを接触させ、この時に起こる電気化
学的反応により発生する電気エネルギーを、上記一対の
電極から取り出すようにしたものである。
【０００３】また、この電解質としては、溶融炭酸塩、
アルカリ溶液、酸性溶液等が用いられるが、以下に、代
表的な燃料電池としてリン酸を電解質とする燃料電池に
ついて説明する。
アルカリ溶液、酸性溶液等が用いられるが、以下に、代
表的な燃料電池としてリン酸を電解質とする燃料電池に
ついて説明する。
【０００４】即ち、図２に示した様に、対向して配置さ
れたアノード２及びカソード３の間に電解質層１が設け
られている。この電解質層１は、マトリックス層を形成
する繊維質シートまたは鉱物質粉末にリン酸を含浸して
形成されている。また、前記アノード２及びカソード３
は炭素質の多孔性の電極であり、通常、電解質層１に接
する面に白金触媒が塗布されている。さらに、アノード
２の背面側には、水素を含む燃料ガスが流れる空間４が
、また、カソード３の背面側には、酸化剤ガス（普通は
空気）が流れる空間５が形成されている。
れたアノード２及びカソード３の間に電解質層１が設け
られている。この電解質層１は、マトリックス層を形成
する繊維質シートまたは鉱物質粉末にリン酸を含浸して
形成されている。また、前記アノード２及びカソード３
は炭素質の多孔性の電極であり、通常、電解質層１に接
する面に白金触媒が塗布されている。さらに、アノード
２の背面側には、水素を含む燃料ガスが流れる空間４が
、また、カソード３の背面側には、酸化剤ガス（普通は
空気）が流れる空間５が形成されている。
【０００５】この様に構成されたリン酸形燃料電池は、
以下に述べる様に作用する。即ち、空間４に流入した水
素は、アノード２の気孔中に拡散して触媒層に達する。 ここで、水素ガスは次式の様に触媒の作用によって水素
イオンと電子に解離する。 Ｈ２ →２Ｈ＋ ＋２ｅ
以下に述べる様に作用する。即ち、空間４に流入した水
素は、アノード２の気孔中に拡散して触媒層に達する。 ここで、水素ガスは次式の様に触媒の作用によって水素
イオンと電子に解離する。 Ｈ２ →２Ｈ＋ ＋２ｅ
【０００６】この水素イオンは電解質層１に入り、濃度
拡散及び電界作用によってカソード３に向かって泳動す
る。一方、水素ガスの解離によって分離した電子はアノ
ード２に流れ込む。カソード３ではアノード２から泳動
してきた水素イオンと、酸化剤ガスとして空間５に供給
され、さらに、カソード３の気孔を拡散してきた酸素と
、アノード２から外部の電力負荷を通って仕事をし、電
池のカソード３に戻ってきた電子の３つが触媒表面で次
式の反応を起こす。 ４Ｈ＋ ＋４ｅ＋Ｏ２ →２Ｈ２ Ｏ
拡散及び電界作用によってカソード３に向かって泳動す
る。一方、水素ガスの解離によって分離した電子はアノ
ード２に流れ込む。カソード３ではアノード２から泳動
してきた水素イオンと、酸化剤ガスとして空間５に供給
され、さらに、カソード３の気孔を拡散してきた酸素と
、アノード２から外部の電力負荷を通って仕事をし、電
池のカソード３に戻ってきた電子の３つが触媒表面で次
式の反応を起こす。 ４Ｈ＋ ＋４ｅ＋Ｏ２ →２Ｈ２ Ｏ
【０００７】この様にして、水素が酸化されて水になる
反応と、この時の化学的エネルギーが電気エネルギーと
なって、外部の電気負荷中で電気エネルギーを与える電
池としての全反応が完了する。
反応と、この時の化学的エネルギーが電気エネルギーと
なって、外部の電気負荷中で電気エネルギーを与える電
池としての全反応が完了する。
【０００８】ところで、通常、燃料電池は、一対の多孔
質電極とその間に配設される電解質層とから成る単位セ
ルを、セパレータを介して複数個積層して構成されてい
るが、この様に単位セルを積層するに際しては、各単位
セル間の電気的接続経路を確保すると同時に、各単位セ
ルに反応ガスを供給し、また、反応生成物を除去するガ
ス通路を確保する必要がある。また、燃料電池において
は、セルの長時間の運転を可能とするために、電解質を
絶えず電解質層に供給できるようなセル構造とすること
が必要である。そのため、従来、リブ付きの電極構造が
提案されている。 図３は、リン酸を電解質としたリ
ブ付き電極型の燃料電池における単位セルの構成例を示
したものである。即ち、アノード２及びカソード３には
それぞれ燃料ガス流路８，酸化剤ガス流路９が形成され
、また、電解質層１と接する面には、それぞれアノード
触媒層１０及びカソード触媒層１１が形成されている。 さらに、アノード２及びカソード３には、燃料ガス流路
８及び酸化剤ガス流路９にそれぞれ平行な電極端部に、
湿潤シール部７が形成され、反応ガスがリークしないよ
うに構成されている。
質電極とその間に配設される電解質層とから成る単位セ
ルを、セパレータを介して複数個積層して構成されてい
るが、この様に単位セルを積層するに際しては、各単位
セル間の電気的接続経路を確保すると同時に、各単位セ
ルに反応ガスを供給し、また、反応生成物を除去するガ
ス通路を確保する必要がある。また、燃料電池において
は、セルの長時間の運転を可能とするために、電解質を
絶えず電解質層に供給できるようなセル構造とすること
が必要である。そのため、従来、リブ付きの電極構造が
提案されている。 図３は、リン酸を電解質としたリ
ブ付き電極型の燃料電池における単位セルの構成例を示
したものである。即ち、アノード２及びカソード３には
それぞれ燃料ガス流路８，酸化剤ガス流路９が形成され
、また、電解質層１と接する面には、それぞれアノード
触媒層１０及びカソード触媒層１１が形成されている。 さらに、アノード２及びカソード３には、燃料ガス流路
８及び酸化剤ガス流路９にそれぞれ平行な電極端部に、
湿潤シール部７が形成され、反応ガスがリークしないよ
うに構成されている。
【０００９】また、ガス流路８，９を流れる反応ガスが
、アノード２及びカソード３の気孔の中を拡散し、電解
質層１との間に形成された触媒層１０，１１まで移動す
ることができるように、アノード２及びカソード３はガ
ス拡散を妨げない程度の密度で、且つ、気孔の大きさも
部材の強度、ガス拡散性を考慮して構成されている。 そして、この単位セルをセパレータ６を介して複数個積
層して単位セル積層体が構成されている。なお、このセ
パレータ６は、燃料ガス及び酸化剤ガスの混合を防止し
、各単位電池を電気的に接続するインタコネクタの役目
を果たすもので、一般的には、気体を透過しない気密性
の高い炭素板から構成されている。
、アノード２及びカソード３の気孔の中を拡散し、電解
質層１との間に形成された触媒層１０，１１まで移動す
ることができるように、アノード２及びカソード３はガ
ス拡散を妨げない程度の密度で、且つ、気孔の大きさも
部材の強度、ガス拡散性を考慮して構成されている。 そして、この単位セルをセパレータ６を介して複数個積
層して単位セル積層体が構成されている。なお、このセ
パレータ６は、燃料ガス及び酸化剤ガスの混合を防止し
、各単位電池を電気的に接続するインタコネクタの役目
を果たすもので、一般的には、気体を透過しない気密性
の高い炭素板から構成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様な構成を有する従来の燃料電池には、以下に述べる様
な解決すべき課題があった。即ち、アノード触媒層１０
及びカソード触媒層１１は、それぞれアノード２及びカ
ソード３に直接塗布されて形成されており、また、電解
質層１に直接接触して配設されているため、アノード２
及びカソード３を形成する多孔性炭素基板は、電解質に
対し高電位にさらされ、その結果、前記多孔性炭素基板
は腐蝕しやすくなっていた。
様な構成を有する従来の燃料電池には、以下に述べる様
な解決すべき課題があった。即ち、アノード触媒層１０
及びカソード触媒層１１は、それぞれアノード２及びカ
ソード３に直接塗布されて形成されており、また、電解
質層１に直接接触して配設されているため、アノード２
及びカソード３を形成する多孔性炭素基板は、電解質に
対し高電位にさらされ、その結果、前記多孔性炭素基板
は腐蝕しやすくなっていた。
【００１１】そのため、前記多孔性炭素基板にあっては
、耐腐蝕性を向上させる目的で黒鉛化するために、２０
００℃以上の高温で熱処理する必要があった。また、高
温熱処理を行わなければならないため、多大なエネルギ
ーを消費する上に、熱処理を均一に行う必要があり、製
造コストが高くなるばかりでなく、品質のバラツキの原
因にもなっていた。
、耐腐蝕性を向上させる目的で黒鉛化するために、２０
００℃以上の高温で熱処理する必要があった。また、高
温熱処理を行わなければならないため、多大なエネルギ
ーを消費する上に、熱処理を均一に行う必要があり、製
造コストが高くなるばかりでなく、品質のバラツキの原
因にもなっていた。
【００１２】さらに、前記多孔性炭素から成るアノード
２及びカソード３の内、少なくともいずれか一方には、
電解質を含浸するために親水処理を施す必要があり、こ
の親水処理が不均一になった場合には、燃料電池の寿命
が短くなるといった問題もあった。
２及びカソード３の内、少なくともいずれか一方には、
電解質を含浸するために親水処理を施す必要があり、こ
の親水処理が不均一になった場合には、燃料電池の寿命
が短くなるといった問題もあった。
【００１３】本発明は、上記の様な従来技術の欠点を解
決するために提案されたもので、その目的は、電極を構
成する多孔性炭素基板の熱処理温度を低減し、電解質の
保持性を向上させ、多孔性炭素基板の腐蝕を防止するこ
とのできる燃料電池を提供することにある。 ［発明の構成］
決するために提案されたもので、その目的は、電極を構
成する多孔性炭素基板の熱処理温度を低減し、電解質の
保持性を向上させ、多孔性炭素基板の腐蝕を防止するこ
とのできる燃料電池を提供することにある。 ［発明の構成］
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、電解質を含浸
した電解質層を挟んで、一対の多孔質電極を配置して成
る燃料電池において、前記一対の多孔質電極の内、少な
くともいずれか一方を、触媒層を塗布した平板状の電極
部と、反応ガス流路を備えた積層化素子に２分割して構
成したことを特徴とするものである。
した電解質層を挟んで、一対の多孔質電極を配置して成
る燃料電池において、前記一対の多孔質電極の内、少な
くともいずれか一方を、触媒層を塗布した平板状の電極
部と、反応ガス流路を備えた積層化素子に２分割して構
成したことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】本発明の燃料電池によれば、多孔質電極を、触
媒層を塗布した平板状の電極部と、反応ガス流路を備え
た積層化素子に２分割して構成したので、電解質層に直
接接触しない積層化素子部分は高電位にさらされず、低
電位に維持することができる。そのため、積層化素子の
腐蝕性は大幅に低減され、熱処理温度を低下させること
が可能となる。
媒層を塗布した平板状の電極部と、反応ガス流路を備え
た積層化素子に２分割して構成したので、電解質層に直
接接触しない積層化素子部分は高電位にさらされず、低
電位に維持することができる。そのため、積層化素子の
腐蝕性は大幅に低減され、熱処理温度を低下させること
が可能となる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて具
体的に説明する。なお、図３に示した従来型と同一の部
材には同一の符号を付して、説明は省略する。
体的に説明する。なお、図３に示した従来型と同一の部
材には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００１７】本実施例においては、図１に示した様に、
アノード２０が、アノード触媒層１０を塗布した平板状
の電極部である電極アノード２０ａと、燃料ガス流路８
を備えたアノード側積層化素子２０ｂとから構成されて
いる。一方、カソード２１は、カソード触媒層１１を塗
布した平板状の電極部である電極カソード２１ａと、酸
化剤ガス流路９を備えたカソード側積層化素子２１ｂと
から構成されている。そして、前記電極アノード２０ａ
と電極カソード２１ａとが、それぞれの触媒層１０，１
１が電解質層１に接触するように対向配置されている。 また、アノード側積層化素子２０ｂに形成された燃料ガ
ス流路８及びカソード側積層化素子２１ｂに形成された
酸化剤ガス流路９は、それぞれ電極アノード２０ａ及び
電極カソード２１ａに接する側に配置され、さらに、両
ガス流路８，９は互いに直交するように配設されている
。
アノード２０が、アノード触媒層１０を塗布した平板状
の電極部である電極アノード２０ａと、燃料ガス流路８
を備えたアノード側積層化素子２０ｂとから構成されて
いる。一方、カソード２１は、カソード触媒層１１を塗
布した平板状の電極部である電極カソード２１ａと、酸
化剤ガス流路９を備えたカソード側積層化素子２１ｂと
から構成されている。そして、前記電極アノード２０ａ
と電極カソード２１ａとが、それぞれの触媒層１０，１
１が電解質層１に接触するように対向配置されている。 また、アノード側積層化素子２０ｂに形成された燃料ガ
ス流路８及びカソード側積層化素子２１ｂに形成された
酸化剤ガス流路９は、それぞれ電極アノード２０ａ及び
電極カソード２１ａに接する側に配置され、さらに、両
ガス流路８，９は互いに直交するように配設されている
。
【００１８】また、上記の様に２分割して構成されたア
ノード２０及びカソード２１と、電解質層１によって単
位セルが構成され、この単位セルをセパレータ６を介し
て複数個積層して単位セル積層体が構成されている。な
お、前記アノード側積層化素子２０ｂ及びカソード側積
層化素子２１ｂは、２０００℃以下、望ましくは９００
〜１６００℃で熱処理されている。
ノード２０及びカソード２１と、電解質層１によって単
位セルが構成され、この単位セルをセパレータ６を介し
て複数個積層して単位セル積層体が構成されている。な
お、前記アノード側積層化素子２０ｂ及びカソード側積
層化素子２１ｂは、２０００℃以下、望ましくは９００
〜１６００℃で熱処理されている。
【００１９】この様な構成を有する本実施例の燃料電池
においては、アノード２０及びカソード２１はそれぞれ
２分割されて構成されており、アノード側積層化素子２
０ｂ及びカソード側積層化素子２１ｂは、触媒層１０，
１１には直接接触していない。そのため、電解質に対し
て電極アノード２０ａ及び電極カソード２１ａは高電位
にさらされるにもかかわらず、両積層化素子２０ｂ，２
１ｂは、低電位に維持される。
においては、アノード２０及びカソード２１はそれぞれ
２分割されて構成されており、アノード側積層化素子２
０ｂ及びカソード側積層化素子２１ｂは、触媒層１０，
１１には直接接触していない。そのため、電解質に対し
て電極アノード２０ａ及び電極カソード２１ａは高電位
にさらされるにもかかわらず、両積層化素子２０ｂ，２
１ｂは、低電位に維持される。
【００２０】そのため、両積層化素子２０ｂ，２１ｂは
、上記の様に熱処理温度が低いにもかかわらず、腐蝕す
ることはなくなる。一方、電極アノード２０ａ及び電極
カソード２１ａは従来と同様に高温で熱処理されている
ため、耐腐蝕性が高く、腐蝕されない。また、両積層化
素子２０ｂ，２１ｂは、親水性処理を施さなくても、高
い電解質の保持性を確保できる。さらに、電解質の消失
も大幅に低減されるので、電池寿命を大幅に延ばすこと
ができる。
、上記の様に熱処理温度が低いにもかかわらず、腐蝕す
ることはなくなる。一方、電極アノード２０ａ及び電極
カソード２１ａは従来と同様に高温で熱処理されている
ため、耐腐蝕性が高く、腐蝕されない。また、両積層化
素子２０ｂ，２１ｂは、親水性処理を施さなくても、高
い電解質の保持性を確保できる。さらに、電解質の消失
も大幅に低減されるので、電池寿命を大幅に延ばすこと
ができる。
【００２１】この様に、本実施例によれば、アノード及
びカソードを、触媒層を塗布した平板状の電極部と、反
応ガス流路を備えた積層化素子の２つに分割して構成す
ることによって、積層化素子の電位を低く維持すること
ができ、積層化素子の腐蝕性を大幅に低減することがで
き、積層化素子の熱処理温度を低下させることができる
。
びカソードを、触媒層を塗布した平板状の電極部と、反
応ガス流路を備えた積層化素子の２つに分割して構成す
ることによって、積層化素子の電位を低く維持すること
ができ、積層化素子の腐蝕性を大幅に低減することがで
き、積層化素子の熱処理温度を低下させることができる
。
【００２２】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、触媒層を塗布した平板状の電極部と、
反応ガス流路を備えた積層化素子の２つに分割して構成
するのは、アノード及びカソードのいずれか一方でも良
い。また、積層化素子の熱処理温度を適宜変更して、そ
の最適値を検討した結果、上記の様に、２０００℃以下
、望ましくは９００〜１６００℃で熱処理することが望
ましいという結果が得られた。
るものではなく、触媒層を塗布した平板状の電極部と、
反応ガス流路を備えた積層化素子の２つに分割して構成
するのは、アノード及びカソードのいずれか一方でも良
い。また、積層化素子の熱処理温度を適宜変更して、そ
の最適値を検討した結果、上記の様に、２０００℃以下
、望ましくは９００〜１６００℃で熱処理することが望
ましいという結果が得られた。
【００２３】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、電解
質を挟んで対向配置される一対の多孔質電極の内、少な
くともいずれか一方を、触媒層を塗布した平板状の電極
部と、反応ガス流路を備えた積層化素子に２分割して構
成することによって、電極を構成する多孔性炭素基板の
熱処理温度を低減し、電解質の保持性を向上させ、多孔
性炭素基板の腐蝕を防止することのできる燃料電池を提
供することができる。
質を挟んで対向配置される一対の多孔質電極の内、少な
くともいずれか一方を、触媒層を塗布した平板状の電極
部と、反応ガス流路を備えた積層化素子に２分割して構
成することによって、電極を構成する多孔性炭素基板の
熱処理温度を低減し、電解質の保持性を向上させ、多孔
性炭素基板の腐蝕を防止することのできる燃料電池を提
供することができる。
【図１】本発明の燃料電池の一実施例を示す要部斜視図
【図２】一般的な燃料電池の構成を示す概略図
【図３】
従来の燃料電池の一例を示す要部斜視図
従来の燃料電池の一例を示す要部斜視図
１…電解質層
２…アノード
３…カソード
４，５…空間
６…セパレータ
７…湿潤シール部
８…燃料ガス流路
９…酸化剤ガス流路
１０…アノード触媒層
１１…カソード触媒層
２０…アノード
２０ａ…電極アノード
２０ｂ…アノード側積層化素子
２１…カソード
２１ａ…電極カソード
２１ｂ…カソード側積層化素子
Claims (1)
- 【請求項１】 電解質を含浸した電解質層を挟んで、
一対の多孔質電極を配置して成る燃料電池において、前
記一対の多孔質電極の内、少なくともいずれか一方が、
触媒層を塗布した平板状の電極部と、反応ガス流路を備
えた積層化素子に２分割されて構成されていることを特
徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062324A JPH04296455A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062324A JPH04296455A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296455A true JPH04296455A (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=13196844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3062324A Pending JPH04296455A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04296455A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6849697B2 (en) | 1991-12-13 | 2005-02-01 | Solvay Polyolefins, S.A. | Polyphenylene sulphide-based compositions with improved impact strength and process for preparing them |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61279064A (ja) * | 1985-06-04 | 1986-12-09 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPS6237876A (ja) * | 1985-08-10 | 1987-02-18 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池用ガス拡散電極 |
| JPS6310468A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-18 | Mitsubishi Electric Corp | 積層型燃料電池 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3062324A patent/JPH04296455A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61279064A (ja) * | 1985-06-04 | 1986-12-09 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPS6237876A (ja) * | 1985-08-10 | 1987-02-18 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池用ガス拡散電極 |
| JPS6310468A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-18 | Mitsubishi Electric Corp | 積層型燃料電池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6849697B2 (en) | 1991-12-13 | 2005-02-01 | Solvay Polyolefins, S.A. | Polyphenylene sulphide-based compositions with improved impact strength and process for preparing them |
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