JPS5854563A - 空気電極の触媒層 - Google Patents

空気電極の触媒層

Info

Publication number
JPS5854563A
JPS5854563A JP56153068A JP15306881A JPS5854563A JP S5854563 A JPS5854563 A JP S5854563A JP 56153068 A JP56153068 A JP 56153068A JP 15306881 A JP15306881 A JP 15306881A JP S5854563 A JPS5854563 A JP S5854563A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
water
air
repellent
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP56153068A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0519263B2 (ja
Inventor
Toshiaki Nakamura
中村 敏昭
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP56153068A priority Critical patent/JPS5854563A/ja
Publication of JPS5854563A publication Critical patent/JPS5854563A/ja
Publication of JPH0519263B2 publication Critical patent/JPH0519263B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水素/酸素艶電池、空気/金属電池又は酸素
センサ等の空気電極に用いて有効な触媒層に関し、更に
詳しくは重負荷放電が可能で、耐漏液性にもすぐれる空
気電極の触媒層に関する。
従来から、各種の燃料電池、空気電池、ガルバニ型の酸
素センサ等の空気電極にはガス拡散電極が用いられてい
る。
このガス拡散電極としては、当初は厚く、単一の多孔質
触媒層から成るものが用いられてきたが、現在では、電
池に対する薄型化の要求及び耐漏液性の改曽要求から薄
い多孔質触媒層に撥水性材料の薄層を一体的に添着して
成る2層構造の電極が用いられるようになっている。ま
た、漏液の許されな一場合、例えば水中の溶存酸素ガス
濃度の検出に用−るガルバニ型酸素センサにあっては、
上記の2層構造の電極の撥水性層の上に更に耐電解液性
・ガス透過性の無孔性フィルムを一体的に添着して空気
電極を構成することが行なわれている。
多孔質触媒NIヲ撥水性層とから基本的には構成される
空気電極は、更に例えばニッケルネットのような集電体
が一体的に添着されて実用の空気電極となる。
さて、このような空気電極にあっては、多孔質触媒層は
その細孔内に気相(空気)−固相(触媒とそれを担持す
る基材)一液相(電解液)の三相帯を形成し、該三相帯
において酸素ガスの電気化学的還元反応が進行する。そ
の結果、該多孔質触媒層に一体的に添着されている集電
体を介して電流を取り出すことができる。したがって、
多孔質触媒層は、例えば活性炭粉末単独又は活性炭、黒
鉛若しくは各種金属の導電性材料の粉末を基材とし、こ
れに酸素ガスに対し電気化学的還元能を有する触媒を相
持せしめて構成されている。代表的なものとしては、例
えば酸素還元過電圧の低いニッケルタングステン酸、パ
ラジウム・コバルトで被覆された炭化タングステン、ニ
ッケル、銀、白金、パラジウムなどを担持せしめた活性
炭粉末に、例えばポリテトラフロロエチレンで結着して
多孔質体を形成し、これを金属多孔質体、カーボン多孔
質体又はカーダン繊維不織布と一体化して構成されたも
のがある。
また、撥水性層としては、ポリテトラ70ロエチレン、
ポリテトラ70ロエチレンーヘキサフロロプロピレン共
重合体、zh”Jエチレン−テトラ70口エチレン共重
合体のようなフッ素樹脂又はポリプレピレンに代表され
る撥水性材料の粉末の焼結体、繊維を加熱処理して不織
布化した紙状のもの、織布状のもの、フィルム状のもの
が広く用いられている。
しかしながら、上記のような従来構造の空気電極におい
ては、薄く耐漏液性にすぐれ、かつ重負荷放電が要求さ
れる用途(例えば薄型の空気/亜鉛電池)を必ずしも満
足せし4めることがなかった。
例えば、撥水性層として上記したようなフッ素樹脂の粉
末を焼結して得た多孔箔を用いた場合、約20 mA/
/−W”というかなり重負荷の連続放電を行う事かでき
るが、その厚みは0.125〜α50−程度になる8又
該多孔箔の孔径が均一では′なく大きな孔径の孔が存在
する事から、空気電極の対極での体積膨張等によって電
池内圧上昇を生じ、特に密閉璽電池の場合には漏液現象
を引き起すことがある。一方、漏液を防止するために薄
いガス透過性の無孔性フィルムを接着剤等を用いて更に
ガス傭に粘着した空気電極においては、漏液現象を完全
に防止でき、かつその厚みも約125μm程度まで薄く
する事もできるが、この際には10 mA/d  以上
の大電流で連続して放電を行うのは非常に回置となる。
一方、他の形式の空気電極として、活性炭やニッケルの
ような導電性の基材粉末に各種の触媒を担持せしめたも
のを、ポリテトラ70ロエチレンのような撥水性材料の
粉末と混合し、得られた混合粉末を加圧成彩して成るも
のが知られている。このとき撥水性材料の粉末は基材i
末の結着剤として機能する。この場合の空気電極は2層
構造ではなく、撥水性材料が多孔質触媒層内に均一”−
に分散するものである。、とIe形式の空気電極は、多
孔質触媒層に添着される撥水性層が不要となるため、全
体の厚みに対して多孔質触媒層を厚くする(触媒量を多
くする)ことができるので、重負荷放電が′可能となる
。逆に1所定電流による重負荷放電にとっては、その厚
みを薄くすることができる。しかしながら、この形式の
空気電極においては、親水性の基材又は触媒の面がかな
シの程度露出しているので、時間の経過とともに電解液
が徐々に多孔質触媒層内に浸透して三相帯の有効面積を
漸減せしめる。その結果、重負荷放電の安定性が阻害さ
れるという不都合な事態が生ずる。
本発明者は、撥水性層を添着せず均一に撥水性材料が分
散された形式の空気電極の多孔質触媒層における上記の
ような欠点を解消するために鋭意研究を重ねた結果、該
多孔質触媒層の空気側の撥水性を電解液側の撥水性より
も高めれば、両者のバラン負する部分では好適な三相帯
が形成される可能性大と6着想を得、本発明を完成する
に到った。  ・″ すなわち、本発明は、長期に亘る重負荷放電が可能で、
耐漏液性にもすぐれ、かつ薄くすることが容易な空気電
極の触媒層の提供を目的とするものである。
本発明の触媒層は、いずれも撥水性結着剤を含有する2
つの導電性多孔質触媒層を、それぞれ空気側層及び電解
液側層として一体的に積層して成る空気電極の触媒層で
あって、該空気側層の1111水性結着剤め含有比率(
重量嘩)が、該電解液側層の該撥水性結着剤の含有比率
(重量囁)よりも大である仁とを構成上の特徴とする。
本発明の触媒層は2つの導電性多孔質触媒層を積層した
複合触媒層である。
これらの導電性多孔質触媒層は、*素ガスに対して電気
化学的還元能を有するニッケルタングステン酸、パラジ
ウム・コ纜ルシで被覆された炭化タングステン、ニッケ
ル、銀、白金、パラジウム等の触媒を担持させた活性炭
粉末又は活性炭の単独粉末を、撥水性結着剤の粉末又は
液と混合又は混練し、これを所定の方法、例えばロール
成形して所定の厚みのシートにすることによって得られ
る。このとき、用いる撥水性結着剤としては、結着性と
ともに撥水性と耐電解液性の良好なものであれば何を用
いてもよいが、とくに、ポリテトラ70ロエチレン、ホ
゛リエチレン、ポリスチレン、ポリアミド樹脂、アクリ
ル樹脂、エポキシ樹脂、ネオプレンやクロロプレンのよ
うな合成ゴムを好ましいものとしてあげることができる
複合触媒層を構成する2つの導電性多孔質触媒層のうち
、1つは空気側層、他の1つは電解液側層である。
本発明において、空気側層と電解液側層にそれぞれ含有
される撥水性結着剤の量は、その含有比率におφて異な
る。すなわち、空気側層内の撥水性結着剤の含有比率は
、その重量襲において電解液側層のそれよりも大きいこ
とを特徴とする。
かくすることによって、この複合触媒層を空気電極に適
用し念場合、空気側層内の細孔には電解液が浸透しにく
くなり、また電解液側層の細孔内には電解液が適度に浸
透するので、2つの屡の境界面又はその近傍においては
、電解液の浸透と撥水が微妙にバランスを保つことによ
って、酸素ガスの電気化学的還元度比をする三相帯が長
期に亘抄安定して存在できるようになる。
また、空気側層の厚みを大きくすれば、該層の撥水機能
を大1くなるので耐漏液性は向上する。しかしながら、
その厚みが過大になると、全体の電気抵抗が増大するこ
と、酸素ガスの拡散に対する妨害が増大することなどの
悪影響が派生し、その結果、重負荷放電が制限されると
いう事態も生ずることになる。
そこで、本発明者は、空気側!と電解液側層のそれぞれ
の厚み(ta、 te :ms)、及び各層に含有され
ている撥水性結着剤の比率(x@、 x@;重量襲)と
の関係につき調査したところ、tlXxa / teX
xeの値が&0以下のとL複合触媒層は重負荷放罵特性
及び耐漏液性にすぐれることを見出した。taxxa/
1exxe  の値が上記の値をはずれると、電解液側
、層と比較して空  −先側層の厚さが増大し、しかも
撥水性結着剤含有量(重量%)が過大になるため、空気
電極の1!lx抵抗が増大するのみならず、空気ffI
!E極全体の厚みを増したときよ抄も、はるかに酸素ガ
スの拡散を妨害することになる。
本発明の複合触媒層の作成にあたっては、予め、xh、
xe、ta、te  の異なる導電性多孔質触媒層のシ
ートを常法にょ抄作成しておき、これヲxaXta/x
eXte  の値が上記範囲になるように組合せて積層
しなうえ、圧着する。このとき、集電体(例えtfニッ
ケルネット)を各シートの間、又は電解液側層の表面に
挾持又は載置して同時に圧着して一挙に空気電極を形成
すること本できる。
以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例 導電性触媒粉末として活性炭の粉末(平均粒径80μ)
、撥水性結着剤としてポリテトラ70ロエチレン粉末(
平均粒径15μ)のディスパージョンを用い、第1表に
示したようなX&。
taI Xe、teの導電性多孔質触媒層シートを作成
した。
各シートを積層し、50〜100 k)/cyjの圧力
で圧着し一体的構造の複合触媒層試料を7枚作成した。
試料1〜5が本発明の実施例、試料6〜7は比較例であ
る。
各複合触媒層のxaXta/xeXteの値はそ−れぞ
れ第1表に併記した。
これら複合触媒層の電解液側層の上にα15φ40メツ
シユのニッケルネットを、空z側層の表面には平均孔径
3μ、厚み100μのポリテトラ70ロエテレンフイル
ムを当接し、全体を166 ky/3”で加圧して、7
個の空気電極を作成した。また、活性炭の粉末(平均粒
径80μ)、ポリエチレン粉末(平均粒径35Is)を
150Cで混練した後、ロール圧延してシートとした。
xa、tasxe、teは第21!に示したとお抄であ
った。
試料1〜7の場合と同様にして4枚の複合触媒層を作成
した。試料8〜9が実施例、試料10〜11は比較例で
ある。仁れらの複合触媒層を用いて、試料1〜7の場合
と同様にして4個の空気電極を作成した。
ついで、各空気電極と量比で3憾の水銀でアマルガム化
した60〜150メツシュ篩通過の亜鉛粉末をゲル状電
解液(水酸化ナトリウム溶液中にゲル化剤を分散して調
製したもの)に分散させて成る亜鉛極とボリアミド不織
布から成るセパレータとから空気/亜鉛電池を11個組
立てた。
これらの電池を25C空気中で16時間放置した後、各
種の電流で5分間放電し、5分後の端子電圧がLOv以
下に降下すると愈の電流値を測定した。また、各電池に
5oon定抵抗を接続し、25Cで連続放電し念。空気
側層から電解液瀘漏洩するまでの時間を測定した。
以上の結果を、第1表、第2表の試料番号に対応させて
第3表に一括して示した。
第  3  表 上表から明らかな如く、本発明に係る空気電極を用いる
事により、重負荷放電が可能となり、しかも耐漏液性が
向上する。
なお上記実施例にお−では水酸化ナトリウムを電解液と
する空気−亜鉛電池を組み立てて、その性能評価を行っ
たが、他の電解液、例えば塩化アンモニウムや水酸化カ
リウムや水酸化リチウム、水酸化セシウム、水―化ルビ
ジウム等をこれら溶液に混合した溶液を用いても同様の
効果が得られる事は言うまで亀ない。又空気−鉄電池等
にも用いる事ができる。
以上詳述の如く、本発明の触媒層を用いる事により薄く
て重負荷放電が可能で、かっ耐漏液性にすぐれる空気電
極を容易に得る事ができるので、その工業上利用価値は
大きい。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 いずれも撥水性結着剤を含有する2つの導電性多
    孔質触媒層を、それぞれ空気側層及び電解液側層として
    一体的に積層して成る空気電極の触媒層であって、該空
    気側層の該撥水性結着剤の含有比率(重置襲)が、該電
    解液側層の該撥水性結着剤の含有比率(重量%)よ抄も
    大であることを特徴とする空気電極の触媒層。 2 該空気側層の厚みと該層の該撥水性結着剤の含有比
    率(重量≦)との積が、該電解液側層の厚みと該層の該
    撥水性結着剤の含有比率(重量%)との積に対し、&O
    倍以下の値である特許請求の範囲第1項記載の空気電極
    の触媒層。
JP56153068A 1981-09-29 1981-09-29 空気電極の触媒層 Granted JPS5854563A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56153068A JPS5854563A (ja) 1981-09-29 1981-09-29 空気電極の触媒層

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56153068A JPS5854563A (ja) 1981-09-29 1981-09-29 空気電極の触媒層

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5854563A true JPS5854563A (ja) 1983-03-31
JPH0519263B2 JPH0519263B2 (ja) 1993-03-16

Family

ID=15554277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56153068A Granted JPS5854563A (ja) 1981-09-29 1981-09-29 空気電極の触媒層

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5854563A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6210865A (ja) * 1985-07-05 1987-01-19 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池用電極−マトリツクス結合体およびその製造方法
JP2007263653A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Riken Keiki Co Ltd 定電位電解式ガスセンサー用作用極、及びその製造方法
US7378450B2 (en) 2001-12-27 2008-05-27 University Of Connecticut Aerogel and metallic compositions
JP2012001814A (ja) * 2010-06-16 2012-01-05 Bayer Materialscience Ag 酸素消費電極およびその製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5045248A (ja) * 1973-08-28 1975-04-23
JPS575272A (en) * 1980-06-12 1982-01-12 Toshiba Battery Co Ltd Air cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5045248A (ja) * 1973-08-28 1975-04-23
JPS575272A (en) * 1980-06-12 1982-01-12 Toshiba Battery Co Ltd Air cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6210865A (ja) * 1985-07-05 1987-01-19 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池用電極−マトリツクス結合体およびその製造方法
US7378450B2 (en) 2001-12-27 2008-05-27 University Of Connecticut Aerogel and metallic compositions
JP2007263653A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Riken Keiki Co Ltd 定電位電解式ガスセンサー用作用極、及びその製造方法
JP2012001814A (ja) * 2010-06-16 2012-01-05 Bayer Materialscience Ag 酸素消費電極およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0519263B2 (ja) 1993-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0110491B1 (en) Size and weight graded multi-layered eas diffusion electrodes
US4448856A (en) Battery and fuel cell electrodes containing stainless steel charging additive
EP0054688B1 (en) Air electrode
US4152489A (en) Multi-ply laminar pasted air electrodes
EP0176831B1 (en) Fast response, high rate, gas diffusion electrode and method of making same
US4957826A (en) Rechargeable metal-air battery
EP0580278B1 (en) Single pass gas diffusion electrode
US4341848A (en) Bifunctional air electrodes containing elemental iron powder charging additive
US4943496A (en) Fuel cell, electrode for the cell and method of preparation thereof
EP0564498A1 (en) ELECTRODE OF OVERCAPACITOR AND METHOD OF MANUFACTURE.
US4585711A (en) Hydrogen electrode for a fuel cell
US3600230A (en) Gas-depolarized cell with hydrophobic-resin-containing cathode
GB2027260A (en) Zinc electrodes
JPS60746B2 (ja) ガス電極
JPS5854563A (ja) 空気電極の触媒層
US4804598A (en) Separator systems for silver-iron batteries
JPS5854564A (ja) ガス拡散電極用多孔質触媒層
RU2002109441A (ru) Перезаряжаемый электрохимический элемент
JPS6054164A (ja) 空気電池
JPS5882474A (ja) 空気電極の触媒層
JPH0348622B2 (ja)
JPH07220726A (ja) 空気電池用空気極集電材料及びそれを備えた空気電池
JPS59114767A (ja) 水素電極の製造方法
JPH02226659A (ja) 燃料電池の電極構造
JPH0365624B2 (ja)