JPH07211325A - ガス拡散電極 - Google Patents

ガス拡散電極

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Publication number
JPH07211325A
JPH07211325A JP6012134A JP1213494A JPH07211325A JP H07211325 A JPH07211325 A JP H07211325A JP 6012134 A JP6012134 A JP 6012134A JP 1213494 A JP1213494 A JP 1213494A JP H07211325 A JPH07211325 A JP H07211325A
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JP
Japan
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gas diffusion
gas
diffusion layer
electrode
water
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Pending
Application number
JP6012134A
Other languages
English (en)
Inventor
Choichi Furuya
長一 古屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Original Assignee
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
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Publication date
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Publication of JPH07211325A publication Critical patent/JPH07211325A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常の使用に際してガス供給能の向上を図る
一方、ガス捕集型としての使用に際して性能の向上をな
し得るガス拡散電極を提供する。 【構成】 撥水性カーボンブラックとフッ素樹脂からな
るガス拡散層4の厚さが適宜に厚くされ、かつその表面
に深さ 0.1mm以上の多数の穴6又はメッシュ状若しくは
多数の波状の溝3が設けられていることにより、通常の
使用に際し、ガス拡散層と充填網との間に空間を確保す
る一方、ガス捕集型としての使用に際し、ガスを付着し
易くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、通常のガス拡散電極及
びガス捕集型ガス拡散電極に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ガス拡散電極は、例えば50メッシ
ュのニッケル集電網を介在して厚さ0.1mmの反応層と厚
さ 0.5mmのガス拡散層とを接合してなり、反応層を電解
液に接触させ、かつガス拡散層を気体に接触させる通常
のものと、電解液中に浸漬され、かつガス拡散層にバブ
リングによって気泡を供給するガス捕集型のものとがあ
るが、いずれのものもガス拡散層の表面は平面であっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス拡散電極では、通常の使用に際し、電解液圧をガス
圧より高くする場合、その変形を防止するため気室を網
等で充填保持する必要があるものの、ガス拡散層の表面
が平面であるので、充填網とガス拡散層表面が密着して
ガス接触面積が減少し、ガス供給能が低下する不具合が
ある。又、長時間使用すると、電解液の漏れ、汚れの付
着等により撥水性の低下を来たし、ガス拡散層表に水滴
の付着が起こり、ガス供給が阻害される結果、電極寿命
が短いという不具合がある。一方、ガス捕集型の使用に
際し、ガス拡散層の表面が平面であるので、ガスの付着
確立と保持量が小さく性能が低いという不具合がある。
そこで、本発明は、通常の使用に際してガス供給能の向
上を量り、又電極寿命の飛躍的に長くする一方、ガス捕
集型としての使用に際して性能の向上をなし得るガス拡
散電極の提供を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のガス拡散電極は、撥水性カーボンブラック
とフッ素樹脂からなるガス拡散層表面に深さ 0.1mm以上
の多数の穴又はメッシュ状若しくは多数の波状の溝が設
けられていることを特徴とする。前記穴又は溝の開口面
積は、深さ方向によって狭くなっていることが好まし
い。又、前記ガス拡散層の表面は、一部又は全部が撥水
処理されて水との接触角が90°以上となっていることが
好ましい。更に、前記ガス拡散層の表面は、穴又は溝を
除いて水との接触角が90°以上の撥水性多孔膜によって
被覆されていてもよい。なお、ここでいう撥水性カーボ
ンブラックは、グラファイト化が進行しており、水と親
和性のある−COOH等の活性基を持たないカーボンブ
ラックのことである。
【0005】
【作用】本発明のガス拡散電極においては、通常の使用
に際し、ガス拡散層と充填網との間に空間が確保される
一方、ガス捕集型としての使用に際し、ガスが付着し易
くなる。又、穴又は溝の開口面積が深さ方向に狭くなっ
ていることにより、穴又は溝の形状が出口に向かって広
くなり、穴又は溝に水滴が付着してもその成長に伴って
自然に押し出される。更に、ガス拡散層の表面の一部又
は全部が撥水処理され、あるいはガス拡散層の表面が穴
又は溝を除いて撥水性多孔膜によって被覆されているこ
とにより、撥水性の低下が少なくなる。
【0006】一方、穴又は溝の深さが 0.1mm未満である
と、上記効果が得られない。又、撥水性多孔膜の孔径は
0.2μm程度が好ましい。前記ガス拡散層の多数の穴の
形成は、ガス拡散層の表面に円錐台状の多数の突起が設
けられた治具を当てたホットプレスにより、又、メッシ
ュ状の溝の形成は、ガス拡散層の表面に金網を当てたホ
ットプレスにより、更に多数の波状の溝の形成は、ガス
拡散層の表面に多数の波状突起が設けられた治具を当て
たホットプレスによって行なわれる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。なお、以下で用いている親水性カーボンブ
ラックは表面に−COOH等の水と親和性のある活性基
を持つもので、水に分散する性質を有し、撥水性カーボ
ンブラックはグラファイト化が進行しており、水と親和
性のある活性基を持たず、そのままでは水に分散しない
ものを使用する。
【実施例1】撥水性カーボンブラック及びPTFE(ポ
リテトラフルオロエチレン)よりなる厚さ 0.5mmのガス
拡散層シート、50メッシュのニッケル集電網、厚さ 0.5
mm、のガス拡散シート、及び撥水性カーボンブラック、
親水性カーボンブラック及びPTFEよりなり、厚さ0.
15mmの反応層シートを順次積み重ね、その下に50メッシ
ュのステンレス網を敷き、ホットプレスした後ステンレ
ス網を剥離した。その後、反応層に白金を担持すること
により、図1、図2に示すように、白金白金が担持され
た反応層1と、この反応層1に接合されると共に、ニッ
ケル集電網2が介在され、かつ撥水性カーボンブラック
とPTFEからなり、表面に前記ステンレス網の形状の
転写によってメッシュ状の溝3が形成されたガス拡散層
4とからなるガス拡散電極5を得た。上記ホットプレス
に際しては、ステンレス網にフッ素化テフロン等の撥水
剤を付着させておくことが望ましい。このようにするこ
とにより、ステンレス網を剥離するときに容易に剥離で
きるものである。又、ステンレス網の形状は、特に問わ
れない。更に、ステンレス網の上下に積層した電極シー
トを置いてホットプレスすることにより、2枚のガス拡
散電極が一度に2枚作製できる。
【0008】上記ガス拡散電極の性能をみるため、20%
硫酸電解液で水素−酸素燃料電池を構成する一方、溝な
しの従来のガス拡散電極で同様の電池を構成したとこ
ろ、0.6Vで 460mA/cm2となり有意差がなかった。しか
し、電池寿命は、従来型のものが1000時間で60mvの電池
電圧の低下があったが、本発明に係るものが2000時間で
も変化が認められなかった。又、上記ガス拡散電極のガ
ス捕集型のものとしての性能をみるため、25%NaOH
中に浸漬し、ガス拡散層面へ酸素ガスをバブリングして
酸素還元電極として用いる一方、溝なしの従来のガス拡
散電極も同様の電極として用いたところ、従来型のもの
では、 0.7V(水素極基準)で 160mA/cm2であったが、
本発明に係るものでは、 0.7V(水素極基準)で 400mA
/cm2となり、 2.5倍となった。
【0009】
【実施例2】実施例1と同様な厚さ 0.5mm、のガス拡散
層シート、50メッシュのニッケル集電網、厚さ 0.4mmの
ガス拡散層シート、及び厚さ 0.1mmの反応層シートを順
次積み重ね、その下に高さ 0.5mmの三角形の断面を有す
る多数の波状の突起を1 mmのピッチで形成した治具を置
き、ホットプレスした後治具を剥離した。この際、治具
にグラファイト系の剥離剤を薄く塗布した。その後反応
層に白金を担持させた。この結果、白金担持された反応
層と、この反応層に接合されると共に、ニッケル集電網
が介在され、表面に治具の形状の転写によって多数の波
状の溝が形成されたガス拡散層とからなるガス拡散電極
を得た。そして、上記ガス拡散電極のガス拡散層の表面
に、テフロンディスパージョンを吹き付けて熱処理する
ことによって撥水処理を施した。
【0010】上記ガス拡散電極の性能をみるため、20%
硫酸電解液で水素−酸素燃料電池を構成する一方、溝な
しの従来のガス拡散電極で同様の電池を構成したとこ
ろ、0.6Vで 460mA/cm2で有意差が無かった。しかし、
電極寿命は、従来型のものが1000時間で60mVの電池電圧
の低下があったが、本発明に係るものが1900時間でも変
化が認められなかった。又、上記ガス拡散電極のガス捕
集型のものとしての性能をみるため、25%NaOH中に
浸漬し、酸素ガスをガス拡散層面へバブリングすること
により、酸素還元電極として用いる一方、溝なしの従来
のガス拡散電極も同様の電極として用いたところ、従来
型のものでは、 0.7V(水素極基準) 160mA/cm2であっ
たが、本発明に係るものでは、 0.7V(水素極基準)で
410mA/cm2となり、約 2.5倍となった。
【0011】
【実施例3】実施例2と同様にしてガス拡散電極を得た
後、そのガス拡散層の表面に溝を除いて孔径 0.2μmの
ゴアテックスを熱圧着により接合した。上記ガス拡散電
極のガス捕集型のものとして性能をみるため、25%Na
OH中に浸漬して、ガス拡散層面へ酸素ガスをバブリン
グして、酸素還元電極として用いる一方、溝なしの従来
のガス拡散電極も同様の電極として用いたところ、従来
型のものでは、 0.7V(水素極基準) 160mA/cm2であっ
たが、本発明に係るものでは、 0.7V(水素極基準)で
380mA/cm2となり、約 2.4倍となった。又、気相が水素
で満たされた密閉容器中で上部だけ電解液面より露出さ
せて水素酸化性能を測定したところ、過電圧 0.1Vで従
来のものが50mA/cm2であったが、本発明に係るものが 2
10mA/cm2であった。
【0012】なお、上記各実施例においては、ガス拡散
層の表面にメッシュ状若しくは多数の波状の溝を設ける
場合について述べたが、これに限定されるものではな
く、例えば図3、図4に示すように、ガス拡散層4の表
面に擂り鉢状の多数の穴6を設けたガス拡散電極51とし
てもよい。又、ガス拡散層の表面に対する撥水処理は、
全面に限らず、溝のみ又は溝を除く表面のみに行なって
もよく、かつ撥水性多孔膜による被覆は、溝を除く表面
に限らず、溝のみまたは全面に行なってもよい。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス拡散
電極によれば、通常の使用に際し、ガス拡散層と充填網
との間に空間が確保されるので、ガス供給能を良好にす
ることができる一方、ガス捕集型としての使用に際し、
ガスが付着し易くなるので、電極性能を従来の2倍以上
とすることができる。又、穴又は溝の開口面積が深さ方
向に狭くなっていることにより、穴又は溝の形状が出口
に向かって広くなり、穴又は溝に水滴が付着してもその
成長に伴って自然に押し出されるので、従来のようにガ
ス供給が阻害されることがなく、電極寿命を飛躍的に長
くできる。更に、ガス拡散層の表面の一部又は全部が撥
水処理され、あるいはガス拡散層の表面が穴又は溝を除
いて撥水性多孔膜によって被覆されていることにより、
撥水性の低下が少なくなるので、ガス供給能の減少が防
止され、一層寿命を長くできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス拡散電極の一実施例を示す一部を
破断した平面図である。
【図2】図1のガス拡散電極の要部の断面図である。
【図3】本発明のガス拡散電極の他の実施例を示す一部
を破断した平面図である。
【図4】図3のガス拡散電極の要部の断面図である。
【符号の説明】 1 反応層 2 ニッケル集電網 3 溝 4 ガス拡散層 6 穴

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 撥水性カーボンブラックとフッ素樹脂か
    らなるガス拡散層の表面に深さ 0.1mm以上の多数の穴又
    はメッシュ状若しくは多数の波状の溝が設けられている
    ことを特徴とするガス拡散電極。
  2. 【請求項2】 前記穴又は、溝の開口面積は、深さ方向
    に狭くなっていることを特徴とする請求項1記載のガス
    拡散電極
  3. 【請求項3】 前記ガス拡散層の表面は、一部又は全部
    が撥水処理され,水との接触角が90°以上であることを
    特徴とする請求項1又は2記載のガス拡散電極。
  4. 【請求項4】 前記ガス拡散層の表面は、穴又は溝を除
    いて水との接触角が90°以上の撥水性多孔膜によって被
    覆されていることを特徴とする請求項1又は2記載のガ
    ス拡散電極。
JP6012134A 1994-01-07 1994-01-07 ガス拡散電極 Pending JPH07211325A (ja)

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JP6012134A JPH07211325A (ja) 1994-01-07 1994-01-07 ガス拡散電極

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006134886A (ja) * 2004-11-03 2006-05-25 Samsung Sdi Co Ltd 燃料電池用電極とその製造方法,燃料電池用電極を含む膜−電極接合体,及びこの膜−電極接合体を含む燃料電池システム
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