JPH11302891A - 水電解セル用給電体 - Google Patents
水電解セル用給電体Info
- Publication number
- JPH11302891A JPH11302891A JP10114476A JP11447698A JPH11302891A JP H11302891 A JPH11302891 A JP H11302891A JP 10114476 A JP10114476 A JP 10114476A JP 11447698 A JP11447698 A JP 11447698A JP H11302891 A JPH11302891 A JP H11302891A
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- electrode assembly
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Abstract
(57)【要約】
【課題】隣接して配される膜電極接合体の耐久性が向上
し、かつ損失電圧が小さく効率的な給電体とする。 【解決手段】チタン繊維１を圧縮、成形し、焼結して製
作したチタン繊維焼結板の膜電極接合体と接する表面
に、不活性ガス雰囲気中でチタンをプラズマ溶射して溶
融固化金属チタン２よりなる表面層を形成して平滑化す
る。
し、かつ損失電圧が小さく効率的な給電体とする。 【解決手段】チタン繊維１を圧縮、成形し、焼結して製
作したチタン繊維焼結板の膜電極接合体と接する表面
に、不活性ガス雰囲気中でチタンをプラズマ溶射して溶
融固化金属チタン２よりなる表面層を形成して平滑化す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を用いて水素および酸素を製造する水電解セルの給電
体に関する。
膜を用いて水素および酸素を製造する水電解セルの給電
体に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質膜を用いて水素および
酸素を製造する水電解セルは、例えば特開平7-252682号
公報に開示されているごとく、フィルタープレス型の構
造に構成されており、固体高分子電解質膜の両面に触媒
槽を接合してなる膜電極接合体の両側面に給電体を配し
てユニットを形成し、このユニットを多数積層して、そ
の両端に主電極を備えた構成が一般に用いられている。
酸素を製造する水電解セルは、例えば特開平7-252682号
公報に開示されているごとく、フィルタープレス型の構
造に構成されており、固体高分子電解質膜の両面に触媒
槽を接合してなる膜電極接合体の両側面に給電体を配し
てユニットを形成し、このユニットを多数積層して、そ
の両端に主電極を備えた構成が一般に用いられている。
【０００３】このうち膜電極接合体に密接して配される
給電体には、電流を通電し、水を供給し、水電解反応で
生じたガスを速やかに排出する機能が要求され、さら
に、陽極給電体は、酸化性雰囲気で使用できる材質より
なることが必要である。従来知られている給電体に、チ
タンのエキスパンドメタル、パンチング板、あるいはメ
ッシュ板などを用いたものがあるが、これらはいずれも
開口部が非常に大きく、圧接した際に膜電極接合体が開
口部にめり込み、膜電極接合体が破損しやすいという難
点がある。また、粉末チタン焼結体を用いている場合も
あるが、この粉末チタン焼結体は表面が緻密であるとい
う利点をもつ反面、割れやすく、大面積の給電体の製作
は困難である。
給電体には、電流を通電し、水を供給し、水電解反応で
生じたガスを速やかに排出する機能が要求され、さら
に、陽極給電体は、酸化性雰囲気で使用できる材質より
なることが必要である。従来知られている給電体に、チ
タンのエキスパンドメタル、パンチング板、あるいはメ
ッシュ板などを用いたものがあるが、これらはいずれも
開口部が非常に大きく、圧接した際に膜電極接合体が開
口部にめり込み、膜電極接合体が破損しやすいという難
点がある。また、粉末チタン焼結体を用いている場合も
あるが、この粉末チタン焼結体は表面が緻密であるとい
う利点をもつ反面、割れやすく、大面積の給電体の製作
は困難である。
【０００４】このため、最近では、これらの材料に比べ
てより優れた陽極給電体としての機能を備えたチタン繊
維焼結板が使われている。しかしながら、チタン繊維焼
結板はチタン繊維を圧縮、成形し、焼結して製作されて
おり、20〜140 μｍと太く、堅いチタン繊維をもちいて
いるので、表面に鋭角の起伏があり、圧縮、成形された
チタン繊維の間隔も大きい。このため、このチタン繊維
焼結板に固体高分子電解質膜の両面に触媒槽を接合した
膜電極接合体を圧接した場合には、チタン繊維の間に深
くめり込むことにより厚さが 50 〜200 μｍの薄くて柔
らかい膜電極接合体に引き千切るほどの過大な圧力が加
わったり、チタン繊維の角部によって損傷し、膜電極接
合体の耐久性が低下するという難点があるので、例えば
特開平２−３２３５７号公報に開示されているごとく、
チタン繊維を圧縮、成形し、焼結して基体を製作したの
ち、溶射等により基体より細かい空孔率のチタン層を表
面層として形成し、給電体の表面を平滑化して用いる方
法が採られている。
てより優れた陽極給電体としての機能を備えたチタン繊
維焼結板が使われている。しかしながら、チタン繊維焼
結板はチタン繊維を圧縮、成形し、焼結して製作されて
おり、20〜140 μｍと太く、堅いチタン繊維をもちいて
いるので、表面に鋭角の起伏があり、圧縮、成形された
チタン繊維の間隔も大きい。このため、このチタン繊維
焼結板に固体高分子電解質膜の両面に触媒槽を接合した
膜電極接合体を圧接した場合には、チタン繊維の間に深
くめり込むことにより厚さが 50 〜200 μｍの薄くて柔
らかい膜電極接合体に引き千切るほどの過大な圧力が加
わったり、チタン繊維の角部によって損傷し、膜電極接
合体の耐久性が低下するという難点があるので、例えば
特開平２−３２３５７号公報に開示されているごとく、
チタン繊維を圧縮、成形し、焼結して基体を製作したの
ち、溶射等により基体より細かい空孔率のチタン層を表
面層として形成し、給電体の表面を平滑化して用いる方
法が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高温の
プラズマでチタン粉末を溶かし、チタン繊維焼結板に衝
突させて被膜を形成するプラズマ溶射法によって表面層
を形成すると、プラズマトーチから出てチタン繊維焼結
板に達する間にチタンの表面が酸化するため、図３に表
面近傍の層方向断面図を示したように、チタン繊維１よ
りなるチタン繊維焼結板の表面に、導電性の悪い酸化チ
タンと金属チタンの混合物１０が形成されることとな
る。このため、表面は平滑化されるが、表面層の電気抵
抗が高くなり、１〜３〔Ａ／cm2 〕の高電流密度で用い
る水電解セルにおいては大きな損失電圧を生じるという
難点があった。
プラズマでチタン粉末を溶かし、チタン繊維焼結板に衝
突させて被膜を形成するプラズマ溶射法によって表面層
を形成すると、プラズマトーチから出てチタン繊維焼結
板に達する間にチタンの表面が酸化するため、図３に表
面近傍の層方向断面図を示したように、チタン繊維１よ
りなるチタン繊維焼結板の表面に、導電性の悪い酸化チ
タンと金属チタンの混合物１０が形成されることとな
る。このため、表面は平滑化されるが、表面層の電気抵
抗が高くなり、１〜３〔Ａ／cm2 〕の高電流密度で用い
る水電解セルにおいては大きな損失電圧を生じるという
難点があった。
【０００６】本発明の目的は、このような従来技術の難
点を解消して、膜電極接合体の耐久性が向上し、かつ損
失電圧が小さく効率的な水電解セル用給電体を提供する
ことにある。
点を解消して、膜電極接合体の耐久性が向上し、かつ損
失電圧が小さく効率的な水電解セル用給電体を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、膜電極接合体の両側面に配し
て用いられる水電解セル用給電体を、例えばアルゴン、
ヘリウム、あるいは窒素等の不活性ガス雰囲気中でチタ
ンをプラズマ溶射することにより前記膜電極接合体に接
する表面を平滑化したチタン繊維焼結板から構成するこ
ととする。
めに、本発明においては、膜電極接合体の両側面に配し
て用いられる水電解セル用給電体を、例えばアルゴン、
ヘリウム、あるいは窒素等の不活性ガス雰囲気中でチタ
ンをプラズマ溶射することにより前記膜電極接合体に接
する表面を平滑化したチタン繊維焼結板から構成するこ
ととする。
【０００８】このように、チタン繊維焼結板の膜電極接
合体に接する表面に不活性ガス雰囲気中でチタンをプラ
ズマ溶射して平滑化すれば、膜電極接合体がチタン繊維
の間にめり込むことがなくなるので、膜電極接合体の耐
久性の低下がなくなる。また、不活性ガス雰囲気中でプ
ラズマ溶射することとしたので、プラズマトーチから出
てチタン繊維焼結板に達する間にチタンの表面が酸化す
る恐れがなく、チタン繊維焼結板の表面には導電性の優
れた金属チタンのみからなる表面層が形成されることと
なる。したがって、表面層の電気抵抗は極めて低い値と
なり、損失電圧が小さくなる。
合体に接する表面に不活性ガス雰囲気中でチタンをプラ
ズマ溶射して平滑化すれば、膜電極接合体がチタン繊維
の間にめり込むことがなくなるので、膜電極接合体の耐
久性の低下がなくなる。また、不活性ガス雰囲気中でプ
ラズマ溶射することとしたので、プラズマトーチから出
てチタン繊維焼結板に達する間にチタンの表面が酸化す
る恐れがなく、チタン繊維焼結板の表面には導電性の優
れた金属チタンのみからなる表面層が形成されることと
なる。したがって、表面層の電気抵抗は極めて低い値と
なり、損失電圧が小さくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例の水電解
セル用給電体の構成を示す表面近傍の層方向断面図、図
２は、本実施例の水電解セル用給電体の製作に用いたプ
ラズマ溶射装置の構成図である。図２に示したごとく、
プラズマ溶射を行うためのプラズマトーチ４と、チタン
繊維を圧縮、成形し、焼結して製作したチタン繊維焼結
板７を、不活性ガス雰囲気チャンバー９の中に設置し、
内部をアルゴンガスで満たして不活性ガス雰囲気とした
のちプラズマ溶射を行った。被膜８を形成するためのチ
タン材には粒径が100〜150 μｍのチタン粉末５を用
い、作動ガス６として流量 30 〔リットル／min〕のアルゴ
ンガスと流量 15 〔リットル／min 〕の窒素ガスを供給し、
直流アーク電流を 300Ａとしてプラズマ溶射した。な
お、プラズマトーチ４の先端とチタン繊維焼結板７との
間の距離は 130 mm とした。
セル用給電体の構成を示す表面近傍の層方向断面図、図
２は、本実施例の水電解セル用給電体の製作に用いたプ
ラズマ溶射装置の構成図である。図２に示したごとく、
プラズマ溶射を行うためのプラズマトーチ４と、チタン
繊維を圧縮、成形し、焼結して製作したチタン繊維焼結
板７を、不活性ガス雰囲気チャンバー９の中に設置し、
内部をアルゴンガスで満たして不活性ガス雰囲気とした
のちプラズマ溶射を行った。被膜８を形成するためのチ
タン材には粒径が100〜150 μｍのチタン粉末５を用
い、作動ガス６として流量 30 〔リットル／min〕のアルゴ
ンガスと流量 15 〔リットル／min 〕の窒素ガスを供給し、
直流アーク電流を 300Ａとしてプラズマ溶射した。な
お、プラズマトーチ４の先端とチタン繊維焼結板７との
間の距離は 130 mm とした。
【００１０】このように不活性ガス雰囲気中でプラズマ
溶射して得られた水電解セル用給電体は、図１に示した
ごとく、チタン繊維１の表面付近の隙間は溶融固化金属
チタン２によって埋められ、膜電極接合体と接する表面
には溶融固化金属チタン２よりなる平滑な層が形成され
ている。したがって、水電解セルを形成したとき、膜電
極接合体がチタン繊維の間にめり込むことがなくなるの
で、従来見られたような膜電極接合体の耐久性の低下を
生じる恐れはない。また、表面が平滑化されているので
膜電極接合体との接触面積が広くなり、接触抵抗が小さ
くなる。
溶射して得られた水電解セル用給電体は、図１に示した
ごとく、チタン繊維１の表面付近の隙間は溶融固化金属
チタン２によって埋められ、膜電極接合体と接する表面
には溶融固化金属チタン２よりなる平滑な層が形成され
ている。したがって、水電解セルを形成したとき、膜電
極接合体がチタン繊維の間にめり込むことがなくなるの
で、従来見られたような膜電極接合体の耐久性の低下を
生じる恐れはない。また、表面が平滑化されているので
膜電極接合体との接触面積が広くなり、接触抵抗が小さ
くなる。
【００１１】次表は、上記のごとく製作した本発明の水
電解セル用給電体の電流通電時の損失電圧を示したもの
で、表には、大気中でプラズマ溶射して得られた同一の
厚みを備えた給電体の損失電圧が、従来例として示され
ている。なお、本損失電圧は、供試用の給電体を白金メ
ッキした２枚の端板で挟み、9.8 ×105 Paの圧力が加わ
るように両端から加圧した状態において、１〜３〔Ａ／
cm2 〕の直流電流を端板間に通電し、そのときの端板間
の電圧を測定して求めたものである。
電解セル用給電体の電流通電時の損失電圧を示したもの
で、表には、大気中でプラズマ溶射して得られた同一の
厚みを備えた給電体の損失電圧が、従来例として示され
ている。なお、本損失電圧は、供試用の給電体を白金メ
ッキした２枚の端板で挟み、9.8 ×105 Paの圧力が加わ
るように両端から加圧した状態において、１〜３〔Ａ／
cm2 〕の直流電流を端板間に通電し、そのときの端板間
の電圧を測定して求めたものである。
【００１２】
【表１】 表に見られるように、本実施例の給電体の損失電圧は、
従来例の給電体に比べて大幅に低下している。不活性ガ
ス雰囲気中でプラズマ溶射することによって、従来生じ
ていた被膜への酸化チタンの形成が抑制され、導電性の
良好な金属チタンによって被膜が形成されたことによる
ものである。
従来例の給電体に比べて大幅に低下している。不活性ガ
ス雰囲気中でプラズマ溶射することによって、従来生じ
ていた被膜への酸化チタンの形成が抑制され、導電性の
良好な金属チタンによって被膜が形成されたことによる
ものである。
【００１３】なお、本実施例では、不活性ガス雰囲気を
得るために不活性ガス雰囲気チャンバー９の中にアルゴ
ンガスを満たしているが、アルゴンに限らず、ヘリウム
や窒素等のガスを満たしてプラズマ溶射することとして
も、チタンの酸化が防止されるので、本実施例と同等の
効果が得られる。
得るために不活性ガス雰囲気チャンバー９の中にアルゴ
ンガスを満たしているが、アルゴンに限らず、ヘリウム
や窒素等のガスを満たしてプラズマ溶射することとして
も、チタンの酸化が防止されるので、本実施例と同等の
効果が得られる。
【００１４】
【発明の効果】上述のごとく、本発明によれば、膜電極
接合体の両側面に配して用いられる水電解セル用給電体
を、例えばアルゴン、ヘリウム、あるいは窒素等の不活
性ガス雰囲気中でチタンをプラズマ溶射することにより
前記膜電極接合体に接する表面を平滑化したチタン繊維
焼結板から構成することとしたので、膜電極接合体の耐
久性が向上し、かつ損失電圧が小さく効率的な水電解セ
ル用給電体が得られることとなった。
接合体の両側面に配して用いられる水電解セル用給電体
を、例えばアルゴン、ヘリウム、あるいは窒素等の不活
性ガス雰囲気中でチタンをプラズマ溶射することにより
前記膜電極接合体に接する表面を平滑化したチタン繊維
焼結板から構成することとしたので、膜電極接合体の耐
久性が向上し、かつ損失電圧が小さく効率的な水電解セ
ル用給電体が得られることとなった。
【図１】本発明の実施例の水電解セル用給電体の構成を
示す表面近傍の層方向断面図
示す表面近傍の層方向断面図
【図２】本実施例の水電解セル用給電体の製作に用いた
プラズマ溶射装置の構成図
プラズマ溶射装置の構成図
【図３】従来の水電解セル用給電体の構成を示す表面近
傍の層方向断面図
傍の層方向断面図
１ チタン繊維 ２ 溶融固化金属チタン ３ 給電体 ４ プラズマトーチ ５ チタン粉末 ６ 作動ガス ７ チタン繊維焼結板 ８ 被膜 ９ 不活性ガス雰囲気チャンバー
Claims (2)
- 【請求項１】膜電極接合体の両側面に配して用いられる
水電解セル用給電体で、不活性ガスの雰囲気中でチタン
をプラズマ溶射することにより前記膜電極接合体に接す
る表面を平滑化したチタン繊維焼結板からなることを特
徴とする水電解セル用給電体。 - 【請求項２】前記の不活性ガスが、アルゴン、ヘリウム
および窒素のうちのいずれか一つであることを特徴とす
る請求項１に記載の水電解セル用給電体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10114476A JPH11302891A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 水電解セル用給電体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10114476A JPH11302891A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 水電解セル用給電体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11302891A true JPH11302891A (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=14638702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10114476A Pending JPH11302891A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 水電解セル用給電体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11302891A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001342587A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-12-14 | Shinko Pantec Co Ltd | 給電体 |
| EP1683594A2 (en) * | 2001-02-16 | 2006-07-26 | Sumitomo Titanium Corporation | Titanium powder sintered compact |
| JP2007262531A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Kurita Water Ind Ltd | 電解セルおよび該電解セルを用いた硫酸リサイクル型洗浄システム |
| JP2008177047A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-07-31 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池 |
| JP2010053401A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Honda Motor Co Ltd | 電解装置用セパレータ及びその製造方法 |
| JP2012057226A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Honda Motor Co Ltd | 高圧水電解装置 |
| JP2022023997A (ja) * | 2021-11-05 | 2022-02-08 | 東京瓦斯株式会社 | 電気化学デバイス |
-
1998
- 1998-04-24 JP JP10114476A patent/JPH11302891A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001342587A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-12-14 | Shinko Pantec Co Ltd | 給電体 |
| EP1683594A2 (en) * | 2001-02-16 | 2006-07-26 | Sumitomo Titanium Corporation | Titanium powder sintered compact |
| EP1683594A3 (en) * | 2001-02-16 | 2006-11-29 | Sumitomo Titanium Corporation | Titanium powder sintered compact |
| JP2007262531A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Kurita Water Ind Ltd | 電解セルおよび該電解セルを用いた硫酸リサイクル型洗浄システム |
| JP4623307B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2011-02-02 | 栗田工業株式会社 | 電解セルおよび該電解セルを用いた硫酸リサイクル型洗浄システム |
| JP2008177047A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-07-31 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池 |
| JP2010053401A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Honda Motor Co Ltd | 電解装置用セパレータ及びその製造方法 |
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| JP2022023997A (ja) * | 2021-11-05 | 2022-02-08 | 東京瓦斯株式会社 | 電気化学デバイス |
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