JPH05135775A - ガス拡散電極及びその製造法 - Google Patents

ガス拡散電極及びその製造法

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JPH05135775A
JPH05135775A JP3326552A JP32655291A JPH05135775A JP H05135775 A JPH05135775 A JP H05135775A JP 3326552 A JP3326552 A JP 3326552A JP 32655291 A JP32655291 A JP 32655291A JP H05135775 A JPH05135775 A JP H05135775A
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gas diffusion
flat plate
ridge
diffusion electrode
carbon fibers
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Takeshi Goto
孟 後藤
Tadashi Yokochi
忠 横地
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 平板部上に突条部と、この突条部間に形成さ
れるガス流路とを有するガス拡散電極において、突条部
と平板部が構造的に分離されているガス拡散電極。 【効果】 本願発明の構成をとることによって、ガス拡
散電極は、電極の機械的強度、ガス拡散性能電気伝導性
に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に燃料電池用に好適
なガス拡散電極及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガス拡散電極の代表的構造を図5に示
す。ガス拡散電極はその一面に複数の突条部(2)とセ
パレータ(3)と呼ばれる気体不透過性の黒鉛板で形成
されるガス流路(1−2)を設け平板部(1)の反対面
に触媒層(1−3)を設けた炭素多孔質体である。
【0003】このガス拡散電極は、多孔質体でありなが
ら、電気伝導性、ガス流路(1−2)形成のための機械
加工、電池構成に当って電極の積層圧力に耐える十分な
機械的強度等が要求される。
【0004】従来、電極用多孔質体を製造するための技
術としては、数ミリメートルの炭素繊維を出来るだけ方
向性(平面方向及び厚さ方向)のない様に抄紙した薄板
に樹脂含浸を行った後、この樹脂を炭化して繊維の結合
材とした多孔質体を機械加工によりガス流路を形成した
ものであるが多孔質性と前記要求性能の向上は相反する
ものでありこの両者を満足せしめることは困難であっ
た。
【0005】この様な問題に対し特公平1−29309
公報、特開昭63−968公報等には補強成分を付加す
ることによって解決する方法が提案されている。しかし
従来提案された方法では、多孔性を犠牲にしたり経済的
或は具体性に欠ける等の問題を含んでいた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ガス
拡散電極を突条部と平面部に分離することによって電極
の各部位に最も好ましい構造を実現するための新規なガ
ス拡散電極を具体化することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガス拡散電極
用多孔質体の構造、特に燃料電池のガス拡散電極として
炭素繊維により構成された多孔質電極でガス流路を形成
する所定間隔毎の突条部を有する電極板の構造に係るも
ので、その要旨とするところは、平板部上に突条部と該
突条部間に形成されるガス流路とを有するガス拡散電極
に於て、突条部と平板部が構造的に分離されていること
を特徴とするガス拡散電極にある。
【0008】本発明の電極構造は、図1に模式的に示さ
れる如く平板部(1)と突条部(2)が分離された構造
である。この様な構造は従来技術により得た多孔質体で
は機械的強度が低いため実現することが不可能であった
が、本発明の構成に於ては可能となりこの様な分離され
た構造をとることによって電極各部位に最も好ましい多
孔質構造を実現することが可能となる。
【0009】なお、この平板部(1)と突条部(2)の
分離した構造は、それぞれを製作した後接着或は機械的
接合を行った電極、さらには、構造の異なる突条部と平
板部を炭化前に接合した後炭化処理を行って得た電極も
含まれるものであり、本発明に於ける分離した構造とは
多孔質の構造が分離しているか否かであり、外見状分離
しているか否かを定義するものではない。
【0010】本発明に於て突条部(2)の好ましい性質
は、細い角柱(辺寸法が1〜2mm、長さが1m程度)
を取扱うのに十分な曲げ強度を持つこと、突条部の高さ
方向に高い電気伝導性を有すること、電解質の供給と貯
蔵に適すること等を満足する多孔質体であることであ
る。
【0011】本発明の突条部(2)の構造は図2に示す
如く、突条部を形成する角柱はその側部(4)は主とし
て突条部の高さ方向(5)に添った方向に配向方向を有
する炭素繊維からなる紙状物により構成され、側部に挟
まれた中央部(6)は主として突条部の長手方向(7)
に添った方向に配向方向を有する炭素繊維からなる紙状
物により構成されていることを特徴とするものである。
【0012】配向方向を有する炭素繊維からなる紙状物
とは、特定の方向に対し±5°以内の方向に配向してい
る炭素繊維の重量が全体の繊維重量に対し(割合をパー
セントで示した配向度が)30%以上95%未満の紙状
物を意味し、配向性を有する紙状物は上記範囲の配向度
に於て良好な機械的性質と多孔質性が維持させる。
【0013】図2に示された本発明の突条部(2)を形
成する角柱は、例えば図3に示す如く矢印(8)の方向
に配向方向を有する炭素繊維からなる紙状物の間に矢印
(9)の方向に配向方向を有する炭素繊維からなる紙状
物を積層して得た板状物を図の一点鎖線(10)に添っ
て切断することによって得ることが出来る。この様にし
て得た本発明の突条部の構造は、突条部の高さ方向に配
向した繊維によって高い圧縮強度と、高さ方向の高い電
気伝導度を実現することが可能となり中央部を構成する
突条部の長手方向に配向した繊維により高い曲げ強度と
電解質の高い流動性を実現することが出来る。本発明の
構造によれば、特公平1−29309号公報に記載され
ている如く緻密な異種の材料を配置する必要がなく、単
純な積層作業によって好ましい構造が得られる特徴があ
る。
【0014】本発明の突条部(2)の構造に於て中央部
(6)及び側部(4),(4)の構成は、例えば多孔質
性の維持、層間の強度向上等の理由により若干の無配向
の炭素繊維からなる紙状体或は反する配向方向の炭素繊
維からなる紙状体を含んで構成することを防げるもので
はない。
【0015】本発明の突条部(2)の構造に於て、更に
好ましくは中央部(6)の密度を下げて構成するときに
は中央部(6)のガス透過性と電解質の保持量増加に有
効である。
【0016】このための手段としては、側部(4),
(4)と中央部(6)の樹脂含有率に予め差を設けて達
成する方法、側部と中央部に炭素化収率の異る樹脂を用
いる方法等がある。
【0017】突条部(2)の中央部(6)と側部
(4),(4)の比率については特に限定するものでは
ないが中央部の厚さは、突条部(2)巾の1/3〜3/
4程度が一般的で圧縮強度、電気的特性、角柱の曲げ強
度等によって決定される。
【0018】本発明の平板部(1)の構造を図4に示
す。本発明の平板部(1)に於ては平板部の全体又は一
部が配向性を有する炭素繊維からなる紙状物で構成さ
れ、平板部(1)が突条部(2)と接する表層(13)
は突条部(2)の長手方向と交叉する方向(11)に配
向方向を有する炭素繊維からなる紙状物で構成されてい
ることを特徴とする構造であって、この様な構造によ
り、ガス拡散(特に突条部下部)の向上と極板積層に係
る積層圧力を向上せしめることが可能となる。表層(1
3)の下部に位置する多孔質体(12)の構成及び表層
(13)の厚さについては特に限定されない。
【0019】また、該下部構造は突条部(2)の長手方
向の平板部強度向上のためのこの方向に添った配向方向
を有する炭素繊維からなる紙状物、極大の多孔質性を繊
維するための無配向の炭素繊維からなる紙状物等の積層
構造をとることが可能であるが、平板部の形態繊維(平
面性、低歪性)を考慮すると平板部(1)はその中心に
対し対称積層構造であることが好ましい。
【0020】さらに、平板部(1)はガス拡散性が要求
される部位であり、平板部の機械的強度に寄与率の小さ
い中層部の密度が表層部及び下層部よりも低くすること
が電極性能の向上に効果的である。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて説明する。 実施例1 特開昭60−199996号公報に記載されている方法
によって太さ7〜8μ、繊維長10mm、弾性率24ト
ン/mm2 の炭素繊維が紙状物の巾方向に85%配向し
た目付10g/m2 の炭素繊維からなる紙状物を得、次
いで15g/m2 のエポキシ樹脂を含浸樹脂含有率60
%のプリプレグとした。
【0022】このプリプレグを0°×8プライ/90°
×16プライ/0°×8プライの積層を行い、1kg/
cm2 の圧力下、130℃×90分の樹脂硬化を行い厚
さ1.2mmの成形板とした。次にこれをN2 ガス中で
2000℃でエポキシ樹脂の炭化処理を行い、厚さ14
mmの炭素繊維が炭素で結着された多孔質板(以下C/
C多孔質板と称す)を得た。このC/C多孔質板の密度
は0.26g/cm3 であり、その空隙率は凡そ86%
(計算による推定値)であった。
【0023】次いで、このC/C多孔質板を外層部の繊
維配向方向(0°)と直交する方向(90°)に巾1.
4mmに裁断し、一辺が1.4mmの角柱を得た。
【0024】前記プリプレグを、0°×3プライ/90
°/0°/90°/0°/90°/0°×3プライ計1
1プライの積層を行い、上記と同様の熱処理を行い厚さ
0.35mmの成形薄板とし、次いで上記と同様の炭化
処理を行って厚さ0.4mm、密度0.32、空隙率8
2%のC/C多孔質板を得た。
【0025】前記で得た一辺が1.4mmの角柱を厚さ
0.4mmの気体不透過性黒鉛板に角柱の側部の繊維配
向が黒鉛板に直交する(突条部の高さ方向となる)様
に、かつ、該角柱の長手方向が0.4mmのC/C多孔
質板の表面の繊維配向と直交するようにグラファイト系
接着剤で3mmピッチで並列に接着した。
【0026】前記、厚さ0.4mmのC/C多孔質板を
電極の平板部として用い、また1辺1.4mmの断面を
有する角柱を突条部として用いたガス拡散電極は、取扱
い、及び積層に十部耐える機械的強度を有し、かつ電気
伝導性ガス拡散性能の優れたガス拡散電極であった。
【0027】実施例2 実施例1で得た厚さ1.2mmの樹脂硬化成形板を実施
例1と同様な方向に1.4mm巾に切断して断面が1.
2mm×1.4mmの角柱とし、この角柱を実施例1で
得た厚さ0.35mmの成形薄板(未だ炭素化されない
状態)に、角柱の側部の繊維配向方向が成形薄板の表面
に直立する様にエポキシ樹脂で3mmピッチで固定し、
突条部を形成した。
【0028】こうして製造した未炭素化状態の電極前駆
体を巾1.4mm、深さ1.4mmの溝が3mmピッチ
に刻まれた黒鉛板と平らな平面を有する黒鉛板の間に固
定し、その状態でエポキシ樹脂の炭化処理を行い平板部
に突条部が形成されたガス拡散電極を得た。
【0029】実施例3 実施例1で用いた15g/m2 のエポキシ樹脂をマトリ
ックスとする炭素繊維/エポキシプリプレグと、マトリ
ックス樹脂をフェノール樹脂に変更した炭素繊維/フェ
ノールプリプレグの2種のプリプレグを作成した。
【0030】実施例1の突条部を得るための積層板構成
(0°×8プライ/90°×16プライ/0°×8プラ
イ)の内側部を形成する0°×8プライの内の外側6プ
ライを炭素繊維/フェノールプリプレグ、残りの積層
(0°×2プライ/90°×16プライ/0°×2プラ
イ)を全て炭素繊維/エポキシプリプレグを用いて樹脂
の硬化を行い、さらに炭化処理を行い電極の突条部の側
部に相当するC/C多孔質板の表面の密度が高く内層部
の密度が低い構造のガス拡散電極を得た。(フェノール
樹脂とエポキシ樹脂の炭素化収率の異いによる。)
【0031】実施例4 実施例1の電極の平板部に構成すべき厚さ0.35mm
の成形薄板の製作に於て、薄板の内層部を形成する90
°/0°/90°/0°/90°の5プライの代りに通
常の抄紙法により得られた10g/m2 の炭素繊維が無
配向の状態である紙状物に15g/m2 のエポキシ樹脂
を含浸せしめた。無配向炭素繊維/エポキシプリプレグ
を4プライ積層した成形薄板とした。この成形薄板を炭
化して得た0.4mmのC/C多孔質薄板は、表層に対
して内層の密度の低い多孔質板であり、ガス拡散性能の
向上が期待されるものであった。
【0032】またこの様な製造法を採用するとき平板部
に強度上の異方性(例えば本実施例の平板部の積層構
成)がある場合突条部の長手方向の強度が利用出来るの
で特に有益な製法上の利点となる。
【0033】
【発明の効果】本発明のガス拡散電極は、電極の機械的
強度ガス拡散性能、電気伝導性に優れ、又ガス拡散電極
を経済的に得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス拡散電極の部分外観模式図であ
る。
【図2】突条部の繊維配向方向と一部積層構造を示す外
観模式図。
【図3】突条部のを製作法を示す部分外観模式図。
【図4】平板部の繊維配向方向と積層構造を示す部分外
観模式図。
【図5】従来のガス拡散電極の構造を示す部分外観模式
図である。
【符号の説明】
1 平板部 1−2 ガス流路 1−3 触媒層 2 突条部 3 セパレータ 4 側部 6 中央部 12 多孔質体 13 表層
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平板部上に突条部と該突条間に形成され
    るガス流路とを有するガス拡散電極に於て、突条部と平
    板部が構造的に分離されていないことを特徴とするガス
    拡散電極。
  2. 【請求項2】 突条部の全体又は一部が配向性を有する
    炭素繊維からなる紙状物により構成され、突条部の側部
    は突条部の高さ方向に配向を有する炭素繊維からなる紙
    状物で構成され、突条部の中央部は主として突条部の長
    手方向に配向方向を有する炭素繊維からなる紙状物で構
    成されていることを特徴とする請求項1のガス拡散電
    極。
  3. 【請求項3】 平板部の全体又は一部が配向性を有する
    炭素繊維からなる紙状部により構成され、平板部が突条
    部と接する表層は突条部の長手方向と交叉する方向に配
    向方向を有する炭素繊維からなる紙状物で構成されてい
    ることを特徴とする請求項1のガス拡散電極。
  4. 【請求項4】 突条部の中央部の密度が側部よりも低い
    ことを特徴とする請求項1又は2のガス拡散電極。
  5. 【請求項5】 平板部の中央層の密度が平板部と突条部
    の接する表層よりも低いことを特徴とする請求項1又は
    3のガス拡散電極。
  6. 【請求項6】 平板部上に突条部と該突条部間に形成さ
    れるガス流路とを有するガス拡散電極の製造法に於て、
    突条部と平板部を形成する炭素繊維と未だ炭素化されて
    いないマトリックス樹脂から成る前駆体をガス拡散電極
    形状に構成した後マトリックス樹脂を炭化することを特
    徴とするガス拡散電極の製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014062886A (ja) * 2012-08-30 2014-04-10 Casio Comput Co Ltd 指針
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CN111600087A (zh) * 2020-05-29 2020-08-28 重庆长安新能源汽车科技有限公司 锂离子电池检测用参比电极和三电极系统及制备方法

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