JPH04337249A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
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- JPH04337249A JPH04337249A JP3139582A JP13958291A JPH04337249A JP H04337249 A JPH04337249 A JP H04337249A JP 3139582 A JP3139582 A JP 3139582A JP 13958291 A JP13958291 A JP 13958291A JP H04337249 A JPH04337249 A JP H04337249A
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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
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- 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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学的リアクター
に用いるガス拡散電極の改良に関する。
に用いるガス拡散電極の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のガス拡散電極は、親水性カーボン
ブラックとポリ四弗化エチレンより成る親水部と、撥水
性カーボンブラックとポリ四弗化エチレンより成る撥水
部とから成り、且つ親水部に触媒を担持させた反応層の
一面にイオン交換樹脂（例えばナフィオン）膜を形成し
、他面に撥水性カーボンブラックとポリ四弗化エチレン
より成るガス拡散層を接合して成るものである。このガ
ス拡散電極に於ける反応層は、実際には、親水性カーボ
ンブラックと、撥水性カーボンブラックと、ポリ四弗化
エチレンと、触媒とから構成されていて、直接電解液が
接触しないようにイオン交換樹脂で保護されている。
ブラックとポリ四弗化エチレンより成る親水部と、撥水
性カーボンブラックとポリ四弗化エチレンより成る撥水
部とから成り、且つ親水部に触媒を担持させた反応層の
一面にイオン交換樹脂（例えばナフィオン）膜を形成し
、他面に撥水性カーボンブラックとポリ四弗化エチレン
より成るガス拡散層を接合して成るものである。このガ
ス拡散電極に於ける反応層は、実際には、親水性カーボ
ンブラックと、撥水性カーボンブラックと、ポリ四弗化
エチレンと、触媒とから構成されていて、直接電解液が
接触しないようにイオン交換樹脂で保護されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ガス拡
散電極のイオン交換樹脂を１０ミクロン以上に厚くなる
と極度にイオンの透過率が低下し、またナフィオン膜が
厚くなるにつれて剥離しやすくなる。さらに電解液中の
金属イオンを陽極側で酸化（例えば２価の金属イオンを
３価の金属イオンにする）すると共に水素イオンを陰極
側で還元して水素ガスを得ようとする場合に、ナフィオ
ン膜のイオン透過効率が低いので、電解で消費された電
力量に見合った水素ガスを得るにはエネルギー的にみて
効率の低いものである。またナフィオン膜はイオン透過
性において、元素による選択性がないので、陽極側で酸
化された金属イオンも透過し、陰極で還元されてしまう
という問題もある。そこで本発明は、金属イオンの還元
を抑え、水素イオンの陰極への移動を妨げることなく水
素イオンを還元して水素ガスを効率よく電極の背面から
発生させるためのガス拡散電極を提供しようとするもの
である。
散電極のイオン交換樹脂を１０ミクロン以上に厚くなる
と極度にイオンの透過率が低下し、またナフィオン膜が
厚くなるにつれて剥離しやすくなる。さらに電解液中の
金属イオンを陽極側で酸化（例えば２価の金属イオンを
３価の金属イオンにする）すると共に水素イオンを陰極
側で還元して水素ガスを得ようとする場合に、ナフィオ
ン膜のイオン透過効率が低いので、電解で消費された電
力量に見合った水素ガスを得るにはエネルギー的にみて
効率の低いものである。またナフィオン膜はイオン透過
性において、元素による選択性がないので、陽極側で酸
化された金属イオンも透過し、陰極で還元されてしまう
という問題もある。そこで本発明は、金属イオンの還元
を抑え、水素イオンの陰極への移動を妨げることなく水
素イオンを還元して水素ガスを効率よく電極の背面から
発生させるためのガス拡散電極を提供しようとするもの
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のガス拡散電極は、親水部と撥水部から成り、
その親水部には触媒が担持されて成る反応層の一面に電
解液浸透可能な非導電性多孔質膜（以下単に多孔質膜と
いう）を設け、他面にガス拡散層を接合したことを特徴
とするものである。また前記多孔質膜が塩化ビニールか
ら成ることを特徴とするものである。
の本発明のガス拡散電極は、親水部と撥水部から成り、
その親水部には触媒が担持されて成る反応層の一面に電
解液浸透可能な非導電性多孔質膜（以下単に多孔質膜と
いう）を設け、他面にガス拡散層を接合したことを特徴
とするものである。また前記多孔質膜が塩化ビニールか
ら成ることを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】上記のように構成されたガス拡散電極は、その
反応層の一面に多孔質膜を設けている。従って、多孔質
膜中に浸透した電解液は対流によって移動できず、拡散
移動のみとなるため、反応層に陽極側で酸化された金属
イオンを含んだ電解液は殆んど供給されない。一方水素
イオンは、透過率の高い多孔質膜を通り電極面（反応層
中の親水部）で還元されて水素ガスとなり、反応層中の
撥水部及びガス拡散層を通ってガス拡散電極の背面から
発生する。尚、多孔質膜の気孔率は、電解中の電気抵抗
による電力ロスを抑える意味合いから９０％以上が好ま
しい。また多孔質膜の気孔径の大きさは、電解液を拡散
によってのみ移動させる目的から１０μｍ以下が好まし
い。
反応層の一面に多孔質膜を設けている。従って、多孔質
膜中に浸透した電解液は対流によって移動できず、拡散
移動のみとなるため、反応層に陽極側で酸化された金属
イオンを含んだ電解液は殆んど供給されない。一方水素
イオンは、透過率の高い多孔質膜を通り電極面（反応層
中の親水部）で還元されて水素ガスとなり、反応層中の
撥水部及びガス拡散層を通ってガス拡散電極の背面から
発生する。尚、多孔質膜の気孔率は、電解中の電気抵抗
による電力ロスを抑える意味合いから９０％以上が好ま
しい。また多孔質膜の気孔径の大きさは、電解液を拡散
によってのみ移動させる目的から１０μｍ以下が好まし
い。
【０００６】
【実施例】本発明のガス拡散電極の一実施例を図１によ
って説明すると、１は反応層、２は反応層１に接合され
たガス拡散層、３は反応層１に重合された多孔質膜であ
る。前記反応層１は平均粒径 ３９０Åの親水性カーボ
ンブラックと、平均粒径 ４２０Åの撥水性カーボンブ
ラックと、平均粒径 ０．３μｍのポリ四弗化エチレン
粉末とが４：３：３の割合で混合成形された厚さ ０．
１ｍｍ、幅 １００ｍｍ、長さ １００ｍｍのシートに
於ける親水性カーボンブラックに白金触媒が５０ｍｇ担
持されている。前記ガス拡散層２は平均粒径 ４２０Å
の撥水性カーボンブラックと平均粒径 ０．３μｍのポ
リ四弗化エチレン粉末とが７：３の割合で混合成形され
た厚さ ０．５ｍｍ、幅 １２０ｍｍ、長さ １２０ｍ
ｍのシートより成るものである。前記多孔質膜３は塩化
ビニールで形成された厚さ ０．２ｍｍ、幅 １００ｍ
ｍ、長さ １００ｍｍ、気孔率９２％、気孔径１０μｍ
以下のシートより成るものである。然してこのガス拡散
電極４を、例えば図２に示す如くガス拡散電極４の多孔
質膜３側に不溶性電極５を対向させ、電解槽６にＦｅ＋
＋とＦｅ３＋をそれぞれ １．５Ｍ／ｌを含む５Ｍ塩酸
溶液から成る電解液７を矢印のように流入し、ガス拡散
電極４を陰極とし、不溶性電極５を陽極として ０．２
Ａ／ｃｍ２ で電解したところ、Ｆｅ＋＋は陽極側で酸
化されてＦｅ＋＋＋ になる。一方陰極側の多孔質膜３
に浸透した電解液７中のＨ＋ は反応層２の親水部で還
元されＨ２ （水素ガス）になり、反応層２の撥水部及
びガス拡散層２を通ってガス拡散電極４の背面から水素
ガスが発生し気室８の水素ガス取り出し口９から得られ
た。 このときの水素発生過電圧は４０ｍＶであった。得られ
た水素ガスの量は電流効率で９６％であった。
って説明すると、１は反応層、２は反応層１に接合され
たガス拡散層、３は反応層１に重合された多孔質膜であ
る。前記反応層１は平均粒径 ３９０Åの親水性カーボ
ンブラックと、平均粒径 ４２０Åの撥水性カーボンブ
ラックと、平均粒径 ０．３μｍのポリ四弗化エチレン
粉末とが４：３：３の割合で混合成形された厚さ ０．
１ｍｍ、幅 １００ｍｍ、長さ １００ｍｍのシートに
於ける親水性カーボンブラックに白金触媒が５０ｍｇ担
持されている。前記ガス拡散層２は平均粒径 ４２０Å
の撥水性カーボンブラックと平均粒径 ０．３μｍのポ
リ四弗化エチレン粉末とが７：３の割合で混合成形され
た厚さ ０．５ｍｍ、幅 １２０ｍｍ、長さ １２０ｍ
ｍのシートより成るものである。前記多孔質膜３は塩化
ビニールで形成された厚さ ０．２ｍｍ、幅 １００ｍ
ｍ、長さ １００ｍｍ、気孔率９２％、気孔径１０μｍ
以下のシートより成るものである。然してこのガス拡散
電極４を、例えば図２に示す如くガス拡散電極４の多孔
質膜３側に不溶性電極５を対向させ、電解槽６にＦｅ＋
＋とＦｅ３＋をそれぞれ １．５Ｍ／ｌを含む５Ｍ塩酸
溶液から成る電解液７を矢印のように流入し、ガス拡散
電極４を陰極とし、不溶性電極５を陽極として ０．２
Ａ／ｃｍ２ で電解したところ、Ｆｅ＋＋は陽極側で酸
化されてＦｅ＋＋＋ になる。一方陰極側の多孔質膜３
に浸透した電解液７中のＨ＋ は反応層２の親水部で還
元されＨ２ （水素ガス）になり、反応層２の撥水部及
びガス拡散層２を通ってガス拡散電極４の背面から水素
ガスが発生し気室８の水素ガス取り出し口９から得られ
た。 このときの水素発生過電圧は４０ｍＶであった。得られ
た水素ガスの量は電流効率で９６％であった。
【０００７】
【従来例】上記実施例におけるガス拡散電極の多孔質膜
をナフィオン膜に代えた以外は全て実施例と同じにした
ところ、水素過電圧は ５６０ｍＶで得られた水素ガス
の量は電流効率で６８％であった。
をナフィオン膜に代えた以外は全て実施例と同じにした
ところ、水素過電圧は ５６０ｍＶで得られた水素ガス
の量は電流効率で６８％であった。
【０００８】尚、上記実施例では多孔質膜に塩化ビニー
ル多孔質膜を用いたが、本発明はこれに限るものではな
く、ポリプロピレン多孔質膜、アルミナ粉をテフロンで
結着した多孔質膜、炭化けい素粉をテフロンあるいは塩
化ビーニルで結着した多孔質膜等電解液が浸透可能で非
導電性の多孔質膜であれば良いものである。
ル多孔質膜を用いたが、本発明はこれに限るものではな
く、ポリプロピレン多孔質膜、アルミナ粉をテフロンで
結着した多孔質膜、炭化けい素粉をテフロンあるいは塩
化ビーニルで結着した多孔質膜等電解液が浸透可能で非
導電性の多孔質膜であれば良いものである。
【０００９】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明のガス拡
散電極は、反応層上に多孔質膜が設けられているので、
反応層は流動する電解液にさらされることが無い。従っ
て、反応層を保護すると共に反応層への電解液の移動を
拡散のみによるものとし、金属イオンの還元を抑え、水
素イオンの移動をナフィオン膜のように妨げることなく
反応層へ拡散させて還元し、水素ガスを極めて効率良く
電極の背面から発生できる効果がある。
散電極は、反応層上に多孔質膜が設けられているので、
反応層は流動する電解液にさらされることが無い。従っ
て、反応層を保護すると共に反応層への電解液の移動を
拡散のみによるものとし、金属イオンの還元を抑え、水
素イオンの移動をナフィオン膜のように妨げることなく
反応層へ拡散させて還元し、水素ガスを極めて効率良く
電極の背面から発生できる効果がある。
【図１】本発明のガス拡散電極の要部断面拡大図である
。
。
【図２】本発明のガス拡散電極の使用例を示す断面図で
ある。
ある。
１ 反応層
２ ガス拡散層
３ 多孔質膜
４ 本発明のガス拡散電極
Claims (2)
- 【請求項１】 親水部と撥水部から成り、その親水部
には触媒が担持されて成る反応層の一面に電解液が浸透
可能な非導電性多孔質膜を設け、他面に撥水性のガス拡
散層を接合したことを特徴とするガス拡散電極。 - 【請求項２】 前記電解液浸透可能な非導電性多孔質
膜が塩化ビニール、ポリプロピレン、アルミナ粉をテフ
ロンで結着したもの、炭化けい素粉をテフロンあるいは
塩化ビニールで結着したもののいずれかから成ることを
特徴とする請求項１に記載のガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3139582A JPH04337249A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3139582A JPH04337249A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337249A true JPH04337249A (ja) | 1992-11-25 |
Family
ID=15248621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3139582A Pending JPH04337249A (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04337249A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018154865A (ja) * | 2017-03-16 | 2018-10-04 | 株式会社東芝 | 電気化学反応装置 |
-
1991
- 1991-05-15 JP JP3139582A patent/JPH04337249A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018154865A (ja) * | 2017-03-16 | 2018-10-04 | 株式会社東芝 | 電気化学反応装置 |
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