JPS59112578A - 酸素電極 - Google Patents

酸素電極

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Publication number
JPS59112578A
JPS59112578A JP57220170A JP22017082A JPS59112578A JP S59112578 A JPS59112578 A JP S59112578A JP 57220170 A JP57220170 A JP 57220170A JP 22017082 A JP22017082 A JP 22017082A JP S59112578 A JPS59112578 A JP S59112578A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
oxygen
polyorganosiloxane
porous
fluorocarbon resin
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.)
Pending
Application number
JP57220170A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Kiyota
徹 清田
Masaki Uchikura
内倉 昌樹
Michiji Okai
理治 大貝
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.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Soda Manufacturing Co Ltd filed Critical Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Priority to JP57220170A priority Critical patent/JPS59112578A/ja
Publication of JPS59112578A publication Critical patent/JPS59112578A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Inert Electrodes (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】 本発明は新規な構造ケ有する酸素電極に関するものであ
り、詳しくは【救素取り込み能を向上させ、高出力密度
化、耐久性の点で優れた酸素電極に関するものである。
酸素電極は、これ贅で燃料IIL池の分野で主として開
発が進められてきたが、この酸素電極を塩化アルカリ水
溶液rLi解に応用し、陰イタでの水素全生金なくして
理論′電解電圧を大巾に低減する省電力111解法の開
発が近年盛んに試みられている。
酸素「L極としては、多孔性炭素極お上びこれに銀白金
など全触媒として添加したもの、あるいは、炭素、触媒
、フッ素樹脂粉末から成る混合物全ロール、プレスなど
の手段で成型したもの、あるいは、ニッケル焼結体に触
媒全添加したものなど種々のタイプが提案されている。
ニッケル焼結体全基板とする電極に、強度、電気伝導度
、孔の構造などの点から好ましいとされており例えばニ
ッケル多孔体に含浸法によって触媒金属を多孔体内部に
添加し、ついでフッ素樹脂粉末の分散液で電極内部に検
水処理を加え、最後にガス側の面にフッ素樹脂粉末の分
散液でスプレー処理あるいは、フッ素樹脂製多孔シート
に張りつけるなどの撥水処理kflaして得られる電極
が代表的な例である。
このような電極は、小型の燃料IL池全全目的して開発
されたため、大型燃料電池あるいは塩化アルカリ水溶液
電解に適用するには、多孔性ニッケル基板を大型化する
ことや、触媒、フッ素樹脂を高度に分散することが難し
いのに力lえ、原料のニッケル粉が高いことなどから電
極価格が高くなると予Mされ、実際上適用は難しい。
本発明者の一人は、′電極に電流全供給する集電体と血
気化学反応を起こさせる電極活性層全分離することで多
孔性ニッケル基板の必要性?なくし、多孔性フッ素樹脂
膜を三相帯形成用の基材および補強材として用いること
で電極の多孔度、孔径、強度全改良して性能および耐久
性能を高め、大型化が容易で、しかも安価な功規のガス
拡散電極の製造方法?提案した。(!4’j開昭57−
145271及び特開昭57−155387 ) しかし、かかる方法においても酵素源として空気音用い
高屯流智度で運転した1Jffi1合、過fjU圧が尚
くなり耐久性が悪くなることが分った。原因全解析した
結果、電極中に取り込まれる酸素ii’i:が小さいた
め、1j’2素供給不足金きたしていることが判明した
そこで本発明者らに、電極中にC位素がよりとり込藍れ
易く、かつ透過t k犬きくすることが上記した問題点
を解決する方法になると考え、鋭意研究を続けたところ
、1夜素ガスと接触する表向にポリオルガノシロキサン
全付着させた電極は極めて良好な結果金示すこと金兄い
出し本発明全完成した。
すなわち、本発明げ酸系含有ガスに接触する表面層とし
てのポリオルガノシロキサンケ有する多孔性フッ素樹脂
膜から成る撥水層と、触媒、炭素及びフッ素樹脂から成
る電極活性り響とを積層した構造金有する酸素を極全提
供するものである。
本発明を更に詳細に説明する。
本発明の電極の破水層は、従来、提案されてきた多くの
酸素電極のうち、ガス室全イイする構造のセルに用いる
電極であれば容易にもうけることが可能である。なかで
も、5特開昭57−145271あるいは特開昭57−
152479に開示されている方法により製造した酸素
市、極に1通水層金もうけると本発明の効果全十分に発
揮するので好藍しい。以下、上記特許に記載されている
方法を利用する場合について詳細に説明する。
炭素、触媒、およびフッ素樹脂粉末全炭素94〜40重
量%、触媒1〜20屯叶チ、フッ素樹脂5〜40屯叶チ
になるような割合で混合、混練した水性ペースト’に作
り、該ペースト金多孔性フッ素樹脂の片面に1〜1,0
00〜/dの量均−に塗布し、100〜400℃の温度
で熱処理することで得た酸素1rL極の′電極活性層と
は反対側の面に、ポリオルガノシロキサンのフィルム全
圧着せしめる方法で、厚さ0.1〜100μの層を形成
させることによって製造する。
′rl(極活性層全構成する炭素としては、活性炭、カ
ーボンブランク、グラファイトの微粒子が、触媒として
は、白金、パラジウム、錨等の貴金属、ラネー銀等の合
金、スピネル酸化物、ペロブスカイト型化合物、金属フ
タロシアニン等の1棟又は2種以上の組合せで用いられ
る。これら触媒に酸素が電極反応により、水と反応して
水酸基を生成せしめる際、その反応速度全向上させるこ
とを目的に、添加されており、触媒の使用量が少ない時
は、満足しつる水酸基の生成速度(実際上は、塩化アル
カリ水溶液電解では′電解電圧の満足しうる減少)がイ
燵られないばかりか安定した性能の持続性も得られなく
なる。又、1IIJ!媒Htがある一定以上では、もは
や、それ以上の効果は期待し得ないので必装以上多量に
使用することは、主として、経済的な理由から好捷しく
ない。
フッ素樹脂粉末(例えば、47ソ化エチレン樹脂粉末な
ど)は炭素、触媒全結爲するために必裂であり、フン素
樹脂粉末が少な過ぎる場合は、【し7゜極活性層自体の
強度及び電極活性層と多孔性フッ素樹脂膜との結着力が
弱くなり、逆に多過ぎ゛ると触媒表面がフッ素樹脂で被
覆されるため性能低下の原因となり好捷しくない。
フッ素樹脂粉末として、乳化11(合47)化エチレン
樹脂粉末音用いると1.電極構成材との混合、混練り、
あるいはプレス、ロール加工時の++q断力で47ツ化
エチレン樹脂がフィブリル化し’l+、’ 極r&性層
の強度が向上するので好ましい。
炭素94〜40重Ii%、触媒1〜20 jljx%、
フッ素明脂5〜40重哨1%の割合のlI+’、極構成
材料は公知の方法で多孔性フッ素樹脂膜上に担持させる
。例えば、電極構成材を含む水性ペースト全多孔性樹脂
膜に塗布する、あるいは、電極構成材の(訃濁液を多孔
性樹脂膜全1材として1遇することにより、かかる膜上
に形成する方法などである。
担持1Xiは、イj(成材料の割合、触媒の種類、多孔
性フッ素樹脂膜の種類等で変′化するため、−概に規定
することはでさないが、通常は1〜l OOOrng/
 craの範囲で担持される。担持量が少な過ぎる場合
は、均一な′屯極性層が得られず、逆に多過ぎる場合は
、電極活性層がはく離しやすくなるし、電極活性層内の
反応物質の移動抵抗が犬さくなるためである。
多孔性フン素樹脂膜としては、厚さ0.1〜5酊、多孔
度10〜90%、孔径0.1−100μの47〕化エチ
レン樹脂、4フッ化エチレン−6フツ化プロピレン共重
合樹脂、37ノ化塩化エチレン樹脂などの7ノ素樹脂膜
を用いる。
多孔性フッ素樹脂膜の厚さ、多孔度、孔径は酸素t1極
の性能、強度に対してそれぞれ重要な役割を演じるが、
厚さは主として電極の強度に、多孔度、孔径に主として
性能すなわち酸素の供給および三相帯の形成に重要であ
る。多孔度および/又は孔径が小さ過ぎると酸素の供給
が不十分になったり、電極活性層との接看が不十分しこ
なるなど十分な電極性能を得ることができない。逆に多
孔度および/または孔径が太き過ぎると1電極活性層が
多孔性フッ累樹脂膜内部に深く侵入し、撥水層の役目全
十分に果せなくなるし、電極活性1.1が余分に必′、
iMになるなど好ましくない。
上記の方法で作製した酸素正極の電極活性ハ4とは反対
側の而にポリオルガノシロキサン金材系させる。
使用されるポリオルガノシロキサンとしてに、例えば次
のような繰返し巣位を一つあるいは複数含むもの全使用
することができる。
CH。
島3 さ、 ポリオルガノシロキサンとしては上記のみに限定される
ものでハナく、広く一般のポリオルガノシロキサンを用
いることができ、またポリオルガノシロキサンと他の高
分子との共重合物あるいはブレンド物であっても良い。
次に多孔性フン素樹脂膜にポリオルガノシロキサン全村
711せしめる方法としては、ポリオルガノシロキサン
のfh d、 k塗布する方法、あるいはフィルム?圧
着する方法全採用することができ、形成させる層の厚さ
は0.01〜100μmの範囲である。
層の厚さは透過速度を犬さくするという点から薄い方が
好ましい。
本方法による酸素正極は、電極から電流を取り出す集電
体全有していないため、実際には独立した集電体全必要
と子る。集電体としては、例えば、鉄、ニッケル、グラ
ファイトsの多孔体が使用され、この集電体と電極活性
層全接触させて?lj流取り出しを行なう。
以上、側音用いて説明してさた本発明tゴ、flL来の
酸素電極と異なり空気中の酸素全選択的に取り込み実質
的に高酸素濃度の酸素含有ガスを用いたのと同じ効果音
もたらす新規な酸素′11ε極となり、従来と同じ電流
密度で作動させる場合id:過′「IL圧が低くなり、
又過電用が1畦じてあれば1司′屯θIL密度で作動さ
せることが可能となる非常に優れた性能金有す酸素′電
極全製造できる。
以下、実施例をもって説明する。
実施例 市販のグラファイトおよび白金ブラックk M i+を
比4:1の割合にと9、蒸留水を少りし加え、よく混合
する。次に粒径lμ以下の4フン化エチレン樹脂全60
4(牡係含む水分敢欣全グラファイトと日<タブラック
と4ツノ化エチレン樹脂の重量比が] : 0.2 :
 0.3の割合になるように混合、混練した。該混練物
全多孔性フッ素樹脂膜(ダイキン工業(へ)月q、ポリ
フロンヘー バー )上に約100/9/−の量塗布し
、眠気炉中で320℃2分間熱処理し、30 Kg /
 oAの出力で冷却プレス全行なった。
次に、信越シリコン(商標)KE103RTV〔偽越化
学社製ポリオルガノシロキサン〕のトルエン耐液25爪
)、j′%?1;どフィルムの触媒層とげ反対の凹に塗
イ11シ、乾燥して25μの厚さのポリオルガノシロギ
ザ/層を形成せしめることによって酸木屯極をjM造し
た。
該1[1,極全陰極とし、電極活性層に接触するように
ニッケル製多孔体を用い濃度30−取量チの苛性ンーダ
水浴欣を′電解液とし、ガス室に炭酸ガスを除い7h空
気を供イjし、カス室の圧力全1.OKg/laに保っ
て温度80℃でM極′ば位を測定した。
゛I4L流密反30A/dm′で陰極電位は−0,15
VijHr/Hr□&準であり、電流密度50 A/d
m”で陰極畦位げ−0,22Vであった。
比較例 ポリオルガノシロキサン層ヲ形成させないことを除いて
実流レリと同じ方法で作製した屯憧紫用い、ガス室に炭
酸ガスを除去した空気tびCLi’、Cがら80℃で亀
JII子を行なった。
電流密度30 A/dm”で陰極′α位は−0,21V
対Hf/H? 0  基準であり、50 A/dm’で
i、lニー0.45V対H?/HfO基準であっブこ。
特許出願人 東洋葭達工業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 酸素含有ガスに接触する表面層としてのポリオル
    ガノシロキサンを有する多孔性フッ素樹脂膜から成る撥
    水層と、触媒、炭素及びフッ素樹脂から成る電極活性層
    と全積層し苑構造を有する酸素電極。
JP57220170A 1982-12-17 1982-12-17 酸素電極 Pending JPS59112578A (ja)

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JP57220170A JPS59112578A (ja) 1982-12-17 1982-12-17 酸素電極

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JP57220170A JPS59112578A (ja) 1982-12-17 1982-12-17 酸素電極

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ID=16746979

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997003476A1 (en) * 1995-07-07 1997-01-30 The Dow Chemical Company ELECTROCATALYTIC STRUCTURE COMPRISING A MATRIX OF SiOxCyHz HAVING DISPERSED THEREIN PARTICLES OF CATALYTIC MATERIAL
WO2018168673A1 (ja) * 2017-03-14 2018-09-20 三菱マテリアル株式会社 赤外線センサ

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5427934A (en) * 1977-08-01 1979-03-02 Union Carbide Corp Air deporarization cell

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