JPH0693486A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
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- JPH0693486A JPH0693486A JP4078597A JP7859792A JPH0693486A JP H0693486 A JPH0693486 A JP H0693486A JP 4078597 A JP4078597 A JP 4078597A JP 7859792 A JP7859792 A JP 7859792A JP H0693486 A JPH0693486 A JP H0693486A
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- gas diffusion
- gas
- diffusion electrode
- reaction layer
- electrodes
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- 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
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電解、燃料電池、電気メッキ等に用いた際、
電極間を狭くしても電解液やガスを多く流すことができ
て反応を促進させることができ、しかも導電機能、集電
機能に優れて、エネルギー効率を向上させることのでき
るガス拡散電極を提供する。 【構成】 液体の浸透できる微細な親水部と気体の出入
可能な微細な撥水部が入り組み接し合って混在している
反応層に、気体の出入可能な微細な撥水部が部分的に形
成されている液体の浸透できる導電性粗孔体が接合され
てなるガス拡散電極。
電極間を狭くしても電解液やガスを多く流すことができ
て反応を促進させることができ、しかも導電機能、集電
機能に優れて、エネルギー効率を向上させることのでき
るガス拡散電極を提供する。 【構成】 液体の浸透できる微細な親水部と気体の出入
可能な微細な撥水部が入り組み接し合って混在している
反応層に、気体の出入可能な微細な撥水部が部分的に形
成されている液体の浸透できる導電性粗孔体が接合され
てなるガス拡散電極。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電解、燃料電池、電気
メッキ、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。
メッキ、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。
【０００２】
【従来の技術】従来のガス拡散電極は、液体の浸透でき
る微細な親水部（通路）と気体の出入可能な微細な撥水
部（通路）が入り組み接しあって混在している反応層
に、触媒を担持させてなるものと、この触媒を担持させ
た反応層に、気体の出入可能な微細な撥水部（通路）が
微細に分散しているガス拡散層を張り合わせてなるもの
とが一般的である。その使用法は、反応層側に電解液を
保持し、ガス拡散層側に気体を通すことで作動させてい
る。
る微細な親水部（通路）と気体の出入可能な微細な撥水
部（通路）が入り組み接しあって混在している反応層
に、触媒を担持させてなるものと、この触媒を担持させ
た反応層に、気体の出入可能な微細な撥水部（通路）が
微細に分散しているガス拡散層を張り合わせてなるもの
とが一般的である。その使用法は、反応層側に電解液を
保持し、ガス拡散層側に気体を通すことで作動させてい
る。
【０００３】ところで、このようなガス拡散電極は、電
解、燃料電池、電気メッキ等に於いて、電極間（陽極と
陰極の間）が広いと、抵抗が大きくなり、エネルギー効
率が低下するので、電極間を狭くしたい。しかし、電極
間を狭くすると、電極反応により生じ電解液中に増加又
は減少する物質を排出又は補給する為に必要な電解液を
流すことが難しくなり、効率が低下する。
解、燃料電池、電気メッキ等に於いて、電極間（陽極と
陰極の間）が広いと、抵抗が大きくなり、エネルギー効
率が低下するので、電極間を狭くしたい。しかし、電極
間を狭くすると、電極反応により生じ電解液中に増加又
は減少する物質を排出又は補給する為に必要な電解液を
流すことが難しくなり、効率が低下する。
【０００４】また、電解によっては電極間にイオン交換
膜を使う場合があるが、この場合においても電極間を狭
くすると、イオン交換膜と電極との間が一層狭くなり、
電解液の流量が減少し、効率が低下する。
膜を使う場合があるが、この場合においても電極間を狭
くすると、イオン交換膜と電極との間が一層狭くなり、
電解液の流量が減少し、効率が低下する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、電極
間を狭くしても電解液やガスを多く流すことができ、エ
ネルギー効率を上げることのできるガス拡散電極を提供
しようとするものである。
間を狭くしても電解液やガスを多く流すことができ、エ
ネルギー効率を上げることのできるガス拡散電極を提供
しようとするものである。
【０００６】
【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、液体の浸透できる微細な親
水部と気体の出入可能な微細な撥水部が入り組み接し合
って混在している反応層に、気体の出入可能な微細な撥
水部が部分的に形成されている液体の透過できる導電性
粗孔体が接合されてなるものである。前記反応層には透
孔が多数貫通穿設されている場合もある。また、前記導
電性粗孔体には溝が形成されていても良いものである。
さらに、前記導電性粗孔体は、ポーラスグラファイト、
金属網、発泡金属等の透けて見える海綿状の軽量の粗孔
体であればどのようなものでも良い。
の本発明のガス拡散電極は、液体の浸透できる微細な親
水部と気体の出入可能な微細な撥水部が入り組み接し合
って混在している反応層に、気体の出入可能な微細な撥
水部が部分的に形成されている液体の透過できる導電性
粗孔体が接合されてなるものである。前記反応層には透
孔が多数貫通穿設されている場合もある。また、前記導
電性粗孔体には溝が形成されていても良いものである。
さらに、前記導電性粗孔体は、ポーラスグラファイト、
金属網、発泡金属等の透けて見える海綿状の軽量の粗孔
体であればどのようなものでも良い。
【０００７】
【作用】上記のように本発明のガス拡散電極は、反応層
に気体の出入可能な微細な撥水部が部分的に形成されて
いる導電性粗孔体が接合されているので、電解、燃料電
池、電気メッキ等に用いた際、電極間を狭くしても電極
の背面側で電解液やガスを多く流して導電性粗孔体に電
解液を通し、導電性粗孔体に部分的に形成されている撥
水部にガスを通して反応層の撥水部に吸収させることが
できるので、反応を促進させることができ、しかも導電
性粗孔体が優れた導電機能、集電機能を有するので、エ
ネルギー効率が著しく向上する。
に気体の出入可能な微細な撥水部が部分的に形成されて
いる導電性粗孔体が接合されているので、電解、燃料電
池、電気メッキ等に用いた際、電極間を狭くしても電極
の背面側で電解液やガスを多く流して導電性粗孔体に電
解液を通し、導電性粗孔体に部分的に形成されている撥
水部にガスを通して反応層の撥水部に吸収させることが
できるので、反応を促進させることができ、しかも導電
性粗孔体が優れた導電機能、集電機能を有するので、エ
ネルギー効率が著しく向上する。
【０００８】
【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は親水性カーボンブラック、撥水性
カーボンブラック、ポリ四弗化エチレンよりなり、液体
の浸透できる微細な親水部と気体の出入可能な微細な撥
水部が入り組み接し合って混在している反応層で、この
反応層１に気体の出入可能な微細な撥水部が部分的に形
成されてなる導電性粗孔体２が接合されて、ガス拡散電
極３が構成されている。このガス拡散電極３は、反応層
１に白金族金属、その酸化物、或いは白金族合金等の触
媒を担持させたものもある。またこのガス拡散電極３
は、反応層１に図２に示すように円形の透孔４を千鳥に
多数貫通穿設させたものもある。さらにこのガス拡散電
極３は、導電性粗孔体２に図３に示すように縦方向に角
溝５を多数設けたものもある。またこのガス拡散電極３
は、導電性粗孔体２が発泡金属よりなり、部分的に撥水
性カーボンブラックとポリ四弗化エチレンよりなる微細
な撥水部が形成されているが、発泡金属はポーラスグラ
ファイトや金属網に代えても良いものである。
って説明すると、１は親水性カーボンブラック、撥水性
カーボンブラック、ポリ四弗化エチレンよりなり、液体
の浸透できる微細な親水部と気体の出入可能な微細な撥
水部が入り組み接し合って混在している反応層で、この
反応層１に気体の出入可能な微細な撥水部が部分的に形
成されてなる導電性粗孔体２が接合されて、ガス拡散電
極３が構成されている。このガス拡散電極３は、反応層
１に白金族金属、その酸化物、或いは白金族合金等の触
媒を担持させたものもある。またこのガス拡散電極３
は、反応層１に図２に示すように円形の透孔４を千鳥に
多数貫通穿設させたものもある。さらにこのガス拡散電
極３は、導電性粗孔体２に図３に示すように縦方向に角
溝５を多数設けたものもある。またこのガス拡散電極３
は、導電性粗孔体２が発泡金属よりなり、部分的に撥水
性カーボンブラックとポリ四弗化エチレンよりなる微細
な撥水部が形成されているが、発泡金属はポーラスグラ
ファイトや金属網に代えても良いものである。
【０００９】次にこれらガス拡散電極３の使用態様を、
図１に示すガス拡散電極３（反応層１にＰｔ触媒を担持
させてある。）を代表して使用する。ここでは粗孔体と
して住友電工のセルメット（ＮＴ条孔体）にＰＴＦＥの
分散メッキをして一部揆水化したものを使用した。先ず
電解の場合について説明すると、図４に示すように陽イ
オン交換膜10を挾んでガス拡散電極３を陽極と陰極に用
い、両極を陽イオン交換膜10に接近するように配する。
そして陽極側にＮａＣｌ水溶液を流し、陰極側にＮａＯ
Ｈ水溶液とＯ2 を流すと、陽イオン交換膜10と陽極、陰
極の間が狭くとも陽極で発生したＣｌ2 は背面側の導電
性粗孔体２の撥水部から排出され、またＯ2 は陰極の背
面側の導電性粗孔体２の撥水部に捕集され、容易に反応
層１に移動でき、Ｎａ+ イオンは導電性粗孔体２を通っ
て反応層１を透過し陽イオン交換膜10を通過する。その
Ｎａ+ はＯＨ- と反応してＮａＯＨを生じる。このＮａ
ＯＨは反応層１、導電性粗孔体２を通り電解液側に移動
する。このようにして反応が進むので、電極間が狭くと
も電解液やガスを多く流すことができ、物質移動が容易
となったので、電解が効率良く行われ、しかも導電性粗
孔体２が優れた導電機能を有するので、エネルギー効率
が著しく向上する。
図１に示すガス拡散電極３（反応層１にＰｔ触媒を担持
させてある。）を代表して使用する。ここでは粗孔体と
して住友電工のセルメット（ＮＴ条孔体）にＰＴＦＥの
分散メッキをして一部揆水化したものを使用した。先ず
電解の場合について説明すると、図４に示すように陽イ
オン交換膜10を挾んでガス拡散電極３を陽極と陰極に用
い、両極を陽イオン交換膜10に接近するように配する。
そして陽極側にＮａＣｌ水溶液を流し、陰極側にＮａＯ
Ｈ水溶液とＯ2 を流すと、陽イオン交換膜10と陽極、陰
極の間が狭くとも陽極で発生したＣｌ2 は背面側の導電
性粗孔体２の撥水部から排出され、またＯ2 は陰極の背
面側の導電性粗孔体２の撥水部に捕集され、容易に反応
層１に移動でき、Ｎａ+ イオンは導電性粗孔体２を通っ
て反応層１を透過し陽イオン交換膜10を通過する。その
Ｎａ+ はＯＨ- と反応してＮａＯＨを生じる。このＮａ
ＯＨは反応層１、導電性粗孔体２を通り電解液側に移動
する。このようにして反応が進むので、電極間が狭くと
も電解液やガスを多く流すことができ、物質移動が容易
となったので、電解が効率良く行われ、しかも導電性粗
孔体２が優れた導電機能を有するので、エネルギー効率
が著しく向上する。
【００１０】次に硫酸型燃料電池の場合について説明す
ると、図５に示すように反応層11とガス拡散層12とより
なる在来のガス拡散電極13を気室側の酸素極とし、図１
に示す本発明のガス拡散電極３（反応層１にＰｔ触媒を
担持させてある。）を液室側の水素極として接近して配
したもので、気室側にあるＯ2 がガス拡散電極13のガス
拡散層12に拡散して反応層11の撥水部に至り、ここで液
室側から反応層11の親水部に浸入したH2SO4 とＰｔ触媒
で反応が行われ、電子の授受が行われて電流が生じる。
一方、液室側に供給されたＨ2 はガス拡散電極３の導電
性粗孔体２（多孔質のカーボンにＰＴＦＥ処理をしたも
の、またはさらにカーボンとＰＴＦＥの混合物を付着さ
せたもの）撥水部に捕集され、反応層１の撥水部に移動
し、ここで反応層１の親水部に浸入したH2SO4 とＰｔ触
媒で反応が行われ、電子の授受が行われて電流が生じ
る。この燃料電池に於いて、H2SO4 水溶液は酸素極と水
素極との間が狭くとも水素極の背面側で容易に移動で
き、電池の発熱をH2SO4 水溶液の移動（循環）によって
冷却することが可能となり、従来電池の発熱を除くべく
別の冷却手段を必要としたものが省略できる。しかも電
極間を狭くできたことと導電性粗孔体２の優れた集電機
能とによりエネルギー効率が向上する。
ると、図５に示すように反応層11とガス拡散層12とより
なる在来のガス拡散電極13を気室側の酸素極とし、図１
に示す本発明のガス拡散電極３（反応層１にＰｔ触媒を
担持させてある。）を液室側の水素極として接近して配
したもので、気室側にあるＯ2 がガス拡散電極13のガス
拡散層12に拡散して反応層11の撥水部に至り、ここで液
室側から反応層11の親水部に浸入したH2SO4 とＰｔ触媒
で反応が行われ、電子の授受が行われて電流が生じる。
一方、液室側に供給されたＨ2 はガス拡散電極３の導電
性粗孔体２（多孔質のカーボンにＰＴＦＥ処理をしたも
の、またはさらにカーボンとＰＴＦＥの混合物を付着さ
せたもの）撥水部に捕集され、反応層１の撥水部に移動
し、ここで反応層１の親水部に浸入したH2SO4 とＰｔ触
媒で反応が行われ、電子の授受が行われて電流が生じ
る。この燃料電池に於いて、H2SO4 水溶液は酸素極と水
素極との間が狭くとも水素極の背面側で容易に移動で
き、電池の発熱をH2SO4 水溶液の移動（循環）によって
冷却することが可能となり、従来電池の発熱を除くべく
別の冷却手段を必要としたものが省略できる。しかも電
極間を狭くできたことと導電性粗孔体２の優れた集電機
能とによりエネルギー効率が向上する。
【００１１】次いで電気メッキの場合について説明する
と、図６に示すように電解槽内に被メッキ物14としての
陰極とガス拡散電極３の陽極を接近して配し、電解槽内
にZnSO4 水溶液を充填し、Ｈ2 （ガス）を供給して、通
電すると、ZnSO4 水溶液はガス拡散電極３と被メッキ物
14との間が狭くともガス拡散電極３の背面側で容易に移
動し、導電性粗孔体２（多孔性チタンにＰｔメッキを行
いＰＴＦＥ処理したもの）を通って反応層１の親水部に
吸収され、Ｈ2 は導電性粗孔体２の撥水部に吸収され、
ここから反応層１の撥水部に至り、Ｐｔ触媒でH2SO4 が
生じる。Ｈ2 は酸化され、Ｚｎは被メッキ物14にメッキ
される。陰極である被メッキ物14上にＨ2 が発生する
が、このＨ2 はガス拡散電極３の反応層１の撥水部に吸
収されるので、その分Ｈ2 の供給を節約できる。このよ
うに電気メッキに於いて、電極間が狭くともガス拡散電
極３の背面側で電解液が容易に移動できるので、Ｚｎ2+
イオンの供給が容易で、電気メッキは効率良く行うこと
ができ、しかも導電性粗孔体２の優れた導電機能によ
り、エネルギー効率が著しく向上する。
と、図６に示すように電解槽内に被メッキ物14としての
陰極とガス拡散電極３の陽極を接近して配し、電解槽内
にZnSO4 水溶液を充填し、Ｈ2 （ガス）を供給して、通
電すると、ZnSO4 水溶液はガス拡散電極３と被メッキ物
14との間が狭くともガス拡散電極３の背面側で容易に移
動し、導電性粗孔体２（多孔性チタンにＰｔメッキを行
いＰＴＦＥ処理したもの）を通って反応層１の親水部に
吸収され、Ｈ2 は導電性粗孔体２の撥水部に吸収され、
ここから反応層１の撥水部に至り、Ｐｔ触媒でH2SO4 が
生じる。Ｈ2 は酸化され、Ｚｎは被メッキ物14にメッキ
される。陰極である被メッキ物14上にＨ2 が発生する
が、このＨ2 はガス拡散電極３の反応層１の撥水部に吸
収されるので、その分Ｈ2 の供給を節約できる。このよ
うに電気メッキに於いて、電極間が狭くともガス拡散電
極３の背面側で電解液が容易に移動できるので、Ｚｎ2+
イオンの供給が容易で、電気メッキは効率良く行うこと
ができ、しかも導電性粗孔体２の優れた導電機能によ
り、エネルギー効率が著しく向上する。
【００１２】
【発明の効果】以上の通り本発明のガス拡散電極は、反
応層に、撥水部が部分的に形成されている導電性粗孔体
が接合されているので、電解、燃料電池、電気メッキ等
に用いた際、電極間を狭くしても電極の背面側で電解液
やガスを多く流して導電性粗孔体に電解液を通して反応
層の親水部に浸透させることができ、導電性粗孔体の撥
水部にガスを通して反応層の撥水部に吸収させることが
できるので、反応が促進され、しかも導電性粗孔体が導
電機能、集電機能に優れているので、エネルギー効率が
良い。従って、電解装置、燃料電池、電気メッキ装置の
容量増大を図っても大型化する必要がなく、また大型化
すれば大容量のものが容易に得られる。
応層に、撥水部が部分的に形成されている導電性粗孔体
が接合されているので、電解、燃料電池、電気メッキ等
に用いた際、電極間を狭くしても電極の背面側で電解液
やガスを多く流して導電性粗孔体に電解液を通して反応
層の親水部に浸透させることができ、導電性粗孔体の撥
水部にガスを通して反応層の撥水部に吸収させることが
できるので、反応が促進され、しかも導電性粗孔体が導
電機能、集電機能に優れているので、エネルギー効率が
良い。従って、電解装置、燃料電池、電気メッキ装置の
容量増大を図っても大型化する必要がなく、また大型化
すれば大容量のものが容易に得られる。
【図１】本発明のガス拡散電極の一実施例を示す一部拡
大断面図である。
大断面図である。
【図２】本発明のガス拡散電極の他の実施例を示す一部
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図３】本発明のガス拡散電極のさらに他の実施例を示
す一部拡大断面図である。
す一部拡大断面図である。
【図４】図１のガス拡散電極を用いて電解を行う場合を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
【図５】図１のガス拡散電極を硫酸型燃料電池に用いた
場合を示す概略断面図である。
場合を示す概略断面図である。
【図６】図１のガス拡散電極を用いて電気メッキを行う
場合を示す概略断面図である。
場合を示す概略断面図である。
１ 反応層 ２ 導電性粗孔体 ３ ガス拡散電極
Claims (1)
- 【請求項１】 液体の浸透できる微細な親水部と気体の
出入可能な微細な撥水部が入り組み接し合って混在して
いる反応層に、気体の出入可能な微細な撥水部が部分的
に形成されている液体の浸透できる導電性粗孔体が接合
されてなるガス拡散電極。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07859792A JP3171642B2 (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | ガス拡散電極 |
| US08/421,840 US5618392A (en) | 1991-10-31 | 1995-04-13 | Gas diffusion electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07859792A JP3171642B2 (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | ガス拡散電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693486A true JPH0693486A (ja) | 1994-04-05 |
| JP3171642B2 JP3171642B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=13666313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07859792A Expired - Fee Related JP3171642B2 (ja) | 1991-10-31 | 1992-02-28 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3171642B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10048182B4 (de) * | 1999-10-25 | 2004-04-29 | General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit | Verbundananordnung zur Gasverteilung bei Brennstoffzellen |
| DE10345030A1 (de) * | 2003-09-29 | 2005-04-14 | Daimlerchrysler Ag | Membran-Elektroden-Anordnung für eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle |
| DE10345261A1 (de) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Ballard Power Systems | Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle mit stabiler Leistung |
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| JP2020530647A (ja) * | 2017-08-11 | 2020-10-22 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティー | 大規模エネルギー貯蔵のための金属−水素バッテリー |
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| JPH03130395A (ja) * | 1989-10-16 | 1991-06-04 | Katayama Tokushu Kogyo Kk | 電池電極板用金属多孔体の製造方法および該方法により製造された電池電極板用金属多孔体 |
| JPH03130393A (ja) * | 1989-10-16 | 1991-06-04 | Katayama Tokushu Kogyo Kk | 金属多孔体の製造方法および該方法により製造された金属多孔体 |
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-
1992
- 1992-02-28 JP JP07859792A patent/JP3171642B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3171642B2 (ja) | 2001-05-28 |
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