JPS59159991A - イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法 - Google Patents
イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法Info
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- JPS59159991A JPS59159991A JP58035530A JP3553083A JPS59159991A JP S59159991 A JPS59159991 A JP S59159991A JP 58035530 A JP58035530 A JP 58035530A JP 3553083 A JP3553083 A JP 3553083A JP S59159991 A JPS59159991 A JP S59159991A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
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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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (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。
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、イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法
に係り、特に電極がカス拡散電極の場合に電極とイオン
交換膜との接触抵抗を小ならしめんとするにある。
に係り、特に電極がカス拡散電極の場合に電極とイオン
交換膜との接触抵抗を小ならしめんとするにある。
近年、イオン交換膜、時にパーフルオロカーボンを基体
にしたカチオン交換膜に電極を一体に接合したタイプの
電気化学装置に関する技術が飛躍的に進歩してきている
。
にしたカチオン交換膜に電極を一体に接合したタイプの
電気化学装置に関する技術が飛躍的に進歩してきている
。
このタイプの電気化学装置としては、水電解装置，燃料
電池，酸素濃縮装置，脱酸素装置，食塩電解装置，塩化
カリ電解装置，塩酸電解装置などがある。
電池，酸素濃縮装置，脱酸素装置，食塩電解装置，塩化
カリ電解装置，塩酸電解装置などがある。
これらの電気化学装置はガス電極から発生する場合、ガ
スが電極に外部から供給される場合、あるいは一対の電
極の一方からガスが発生し、他方にはガスか供給される
場合の３種類に分類できる。
スが電極に外部から供給される場合、あるいは一対の電
極の一方からガスが発生し、他方にはガスか供給される
場合の３種類に分類できる。
ガスが一対の電極の双方から発生する電気化学装置とし
ては、水電解装置，食塩電解装置，塩化カリ電解装置お
よび塩酸電解装置がある。ガスが陰極，陽極の双方に供
給される電気化学装置は燃料電池である。これに対して
、陰極にガス、特に空気が供給され、陽極からガスか発
生する電気化学装置としては、酸素濃縮装置，脱酸素装
置がある。そして、塩酸電解装置を陰極に空気を供給し
、陽極から塩素だけを発生させるタイプのものにすれば
、この最後の種類に分類することができる。
ては、水電解装置，食塩電解装置，塩化カリ電解装置お
よび塩酸電解装置がある。ガスが陰極，陽極の双方に供
給される電気化学装置は燃料電池である。これに対して
、陰極にガス、特に空気が供給され、陽極からガスか発
生する電気化学装置としては、酸素濃縮装置，脱酸素装
置がある。そして、塩酸電解装置を陰極に空気を供給し
、陽極から塩素だけを発生させるタイプのものにすれば
、この最後の種類に分類することができる。
いずれにしても、電極だけについていうならば、ガスが
電極から発生するタイプの電極とガスが外部から供給さ
れるタイプの電極とに分類することができ、前者はガス
発生電極といわれ、後者はガス拡散電極といわれる。
電極から発生するタイプの電極とガスが外部から供給さ
れるタイプの電極とに分類することができ、前者はガス
発生電極といわれ、後者はガス拡散電極といわれる。
本発明は後者のガス拡散電極を特に対象とした場合のイ
オン交換膜と電極との接合法に関するものである。
オン交換膜と電極との接合法に関するものである。
従来、イオン交換膜に電極を一体に接合する方法として
は、例えば特開昭５５−３８９３４号に提案されている
ように、イオン交換膜の片面に触媒金属の化合物の塩の
水溶液を接触させ、他面に還元剤の水溶液を接触させる
ことによって、イオン交換膜の片面に触媒金属を析出さ
せ、この析出した触媒金属を電極とする化学メッキ法が
ある。この化学メッキ法によって得られる電極は、ガス
発生電極としては好適であり、イオン交換膜と電極との
接触抵抗も小さいが、ガス拡散電極、特に酸素の電解還
元反応に与かるいわゆる酸素極としてはほとんど働かな
い。これはイオン交換膜がプロトン伝導性を示すカチオ
ン交換膜の場合には酸素極では、Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
＋２Ｈ２Ｏ なる反応によって、水が生成し、この水が電極の細孔を
満たして、酸素が反応サイトである電極とイオン交換膜
との界面まで到達するのを妨害するからである。
は、例えば特開昭５５−３８９３４号に提案されている
ように、イオン交換膜の片面に触媒金属の化合物の塩の
水溶液を接触させ、他面に還元剤の水溶液を接触させる
ことによって、イオン交換膜の片面に触媒金属を析出さ
せ、この析出した触媒金属を電極とする化学メッキ法が
ある。この化学メッキ法によって得られる電極は、ガス
発生電極としては好適であり、イオン交換膜と電極との
接触抵抗も小さいが、ガス拡散電極、特に酸素の電解還
元反応に与かるいわゆる酸素極としてはほとんど働かな
い。これはイオン交換膜がプロトン伝導性を示すカチオ
ン交換膜の場合には酸素極では、Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
＋２Ｈ２Ｏ なる反応によって、水が生成し、この水が電極の細孔を
満たして、酸素が反応サイトである電極とイオン交換膜
との界面まで到達するのを妨害するからである。
一方、その他のイオン交換膜と電極との一体接合法とし
ては、例えば特開昭５４−１０７４９３号に提案されて
いるように、イオン交換膜に触媒金属粉末と撥水性結着
剤との混合物を加熱圧着するという加熱圧着法がある。
ては、例えば特開昭５４−１０７４９３号に提案されて
いるように、イオン交換膜に触媒金属粉末と撥水性結着
剤との混合物を加熱圧着するという加熱圧着法がある。
この加熱圧着法によって得られる電極は、撥水性結着剤
が電極細孔の水の充満を阻止し、反応ガスの拡散がスム
ースにおこなわれるので、ガス拡散電極として良好に働
く。
が電極細孔の水の充満を阻止し、反応ガスの拡散がスム
ースにおこなわれるので、ガス拡散電極として良好に働
く。
しかし一般に、イオン交換膜表面に、触媒金属粒子と結
着剤粒子との双方が接合するため、前述の化学メッキ法
に比較すると触媒金属粒子とイオン交換膜との接触面積
が相対的に小さくなるので、イオン交換膜と電極との接
触抵抗が相対的に大きくなり、電気化学装置とした場合
の電圧損失につながるという難点がみられた。
着剤粒子との双方が接合するため、前述の化学メッキ法
に比較すると触媒金属粒子とイオン交換膜との接触面積
が相対的に小さくなるので、イオン交換膜と電極との接
触抵抗が相対的に大きくなり、電気化学装置とした場合
の電圧損失につながるという難点がみられた。
本発明は、化学メッキ法と加熱圧着法の双方の組合わせ
によってイオン交換膜と電極とを一体に接合することに
より、それぞれの方法の利点を生かし、欠点を補なおう
とするものである。
によってイオン交換膜と電極とを一体に接合することに
より、それぞれの方法の利点を生かし、欠点を補なおう
とするものである。
すなわち、本発明は、あらかじめ化学メッキ法により、
イオン交換膜に触媒金属だけを接合し、その上に加熱圧
着法により、触媒金属と炭水性結着剤との混合層を形成
することにより接触抵抗が小さく、かつ電極がガス拡散
電極として良好に機能するイオン交換膜−電極接合体を
提供するものである。
イオン交換膜に触媒金属だけを接合し、その上に加熱圧
着法により、触媒金属と炭水性結着剤との混合層を形成
することにより接触抵抗が小さく、かつ電極がガス拡散
電極として良好に機能するイオン交換膜−電極接合体を
提供するものである。
本発明のかかる化学メッキ法と加熱圧着法との複合法は
一見、それぞれの方法の単なる組合わせのように見える
が、後述のように化学メッキ法および加熱圧着法それぞ
れ単独の方法に比較して、飛躍的な性能の向上がみられ
ることとこの復合法における化学メッキ工程でイオン交
換膜に接合さるべき触媒金属の接合量が、化学メッキ法
単独の場合には望ましい性能が得られないほど少量にす
る必要があるという事実とから、全く新しい意義をもっ
ていると理解されるべきである。
一見、それぞれの方法の単なる組合わせのように見える
が、後述のように化学メッキ法および加熱圧着法それぞ
れ単独の方法に比較して、飛躍的な性能の向上がみられ
ることとこの復合法における化学メッキ工程でイオン交
換膜に接合さるべき触媒金属の接合量が、化学メッキ法
単独の場合には望ましい性能が得られないほど少量にす
る必要があるという事実とから、全く新しい意義をもっ
ていると理解されるべきである。
本発明に用いられるイオン交換膜としては、パーフルオ
ロカーボンを基体にし、これにスルフォン基，カルボキ
シル基あるいは両者を導入したものが適している。
ロカーボンを基体にし、これにスルフォン基，カルボキ
シル基あるいは両者を導入したものが適している。
化学メッキ工程でイオン交換膜に接合さるべき触媒金属
としては、白金がもっとも適しているが、ロジウム，パ
ラジウムなどのその他の白金族金属も使用できる。
としては、白金がもっとも適しているが、ロジウム，パ
ラジウムなどのその他の白金族金属も使用できる。
また、化学メッキ法単独で電極を形成する場合には、触
媒金属の担持量を５〜１０ｍｑ／ｃｍ２にする必要があ
るのに対し、本発明の複合法における化学メッキ工程で
は、触媒金属の担持量を５ｍｇ／ｃｍ２以下にすること
が必須である。
媒金属の担持量を５〜１０ｍｑ／ｃｍ２にする必要があ
るのに対し、本発明の複合法における化学メッキ工程で
は、触媒金属の担持量を５ｍｇ／ｃｍ２以下にすること
が必須である。
加熱圧着工程で使用される触媒粉末としては、白金族金
属，酸化イリジウム，酸化ルテニウム，タンクステンカ
ーバイト，タンクステンブロンズ，カーボンあるいはカ
ーボンに白金族金属を担持したものが適している。
属，酸化イリジウム，酸化ルテニウム，タンクステンカ
ーバイト，タンクステンブロンズ，カーボンあるいはカ
ーボンに白金族金属を担持したものが適している。
撥水性結着剤としては、ポリ４フッ化エチレン，４フッ
化エチレン−６フッ化プロピレンコポルマー，４フッ化
エチレン−エチレンコポリマーなどが適している。
化エチレン−６フッ化プロピレンコポルマー，４フッ化
エチレン−エチレンコポリマーなどが適している。
加熱圧着工程では、化学メッキ工程であらかじめ触媒が
接合されたイオン交換膜に、触媒粉末と撥水性結着剤と
を含む泥状物を吹き付け、一旦乾燥したのち加熱しなが
らプレスする方法、あるいは触媒粉末と撥水性結着剤と
の混合物から、あらかじめ抄造法、フィルター法，ロー
ルプレス法などの方法で、薄膜状にしたものを加熱圧着
するという方法が採用される。加熱温度としては、１０
０〜３００℃の範囲、プレス圧としては、５０〜３００
ｋｇ／ｃｍ２の範囲が適している。
接合されたイオン交換膜に、触媒粉末と撥水性結着剤と
を含む泥状物を吹き付け、一旦乾燥したのち加熱しなが
らプレスする方法、あるいは触媒粉末と撥水性結着剤と
の混合物から、あらかじめ抄造法、フィルター法，ロー
ルプレス法などの方法で、薄膜状にしたものを加熱圧着
するという方法が採用される。加熱温度としては、１０
０〜３００℃の範囲、プレス圧としては、５０〜３００
ｋｇ／ｃｍ２の範囲が適している。
なお、加熱圧着工程では触媒粉末と撥水性結着剤との混
合層の上に、さらに多孔性ポリ４フッ化エチレン膜ある
いはフッ素樹脂とカーボン粉末との混合物からなり、し
かもフッ素樹脂の配合割合が触媒層と比較して相対的に
多くした多孔性防水層を形成することも効果的な場合が
ある。
合層の上に、さらに多孔性ポリ４フッ化エチレン膜ある
いはフッ素樹脂とカーボン粉末との混合物からなり、し
かもフッ素樹脂の配合割合が触媒層と比較して相対的に
多くした多孔性防水層を形成することも効果的な場合が
ある。
以下、本発明の一実施例について詳述する。
実施例：スルフォン基をイオン交換基とし、パーフルオ
ロカーボンを基体とするイオン交換膜の片面に、塩化白
金酸の水溶液を配し、他面に還元剤としてのヒドラジン
を配することによって、イオン交換膜の片面に白金を析
出させる。白金の析出量は、２ｍｇ／ｃｍ２である。次
に、同様にしてイオン交換膜の他面にロジウムを７Ｍｇ
／ｃｍ２析出させる。
ロカーボンを基体とするイオン交換膜の片面に、塩化白
金酸の水溶液を配し、他面に還元剤としてのヒドラジン
を配することによって、イオン交換膜の片面に白金を析
出させる。白金の析出量は、２ｍｇ／ｃｍ２である。次
に、同様にしてイオン交換膜の他面にロジウムを７Ｍｇ
／ｃｍ２析出させる。
一方、白金ブラック１０ｇに対し、ｌ０ｃｃのエチレン
グリコールを加え、よく混合したものに６０％のポリ４
フッ化エチレン水懸濁液を５ｃｃ加えよく混合した泥状
物質をロールプレスして厚みが０．５ｍｍの白金−ポリ
４フッ化エチレン混合物シートを製作する。
グリコールを加え、よく混合したものに６０％のポリ４
フッ化エチレン水懸濁液を５ｃｃ加えよく混合した泥状
物質をロールプレスして厚みが０．５ｍｍの白金−ポリ
４フッ化エチレン混合物シートを製作する。
次に、前述の白金とロジウムを化学メッキしたイオン交
換膜の白金が接合された面に、上述の白金−ポリ４フッ
化エチレン混合物シートを載置し、２５０℃の温度，１
００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で２分間加熱プレスする。
換膜の白金が接合された面に、上述の白金−ポリ４フッ
化エチレン混合物シートを載置し、２５０℃の温度，１
００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で２分間加熱プレスする。
かくして電極とイオン交換膜とを一体に接合した電気化
学セルが得られる。この電気化学セルは脱酸素装置とし
てうまく機能する。つまり上述の各電気化学セルの電流
密度−電圧特性を求めたところ、第１図に示すような効
果が得られた。
学セルが得られる。この電気化学セルは脱酸素装置とし
てうまく機能する。つまり上述の各電気化学セルの電流
密度−電圧特性を求めたところ、第１図に示すような効
果が得られた。
これらの結果から、化学メッキ法だけでイオン交映膜に
電極を接合した場合には、電気化学セルの内部抵抗，換
言すれば電極とイオン交換膜との接触抵抗は小さいが、
ガス拡散電極としては全く機能せず、加熱圧着法単独の
場合には、ガス拡散電極としては機能するが、電極とイ
オン交換膜との接触抵抗が大きすぎるためには電気化学
セルの特性はかなり劣るのに対し、本発明にかかる化学
メッキ法と加熱圧着法とを複合した場合には、電極とイ
オン交換摸との接触抵抗は加熱圧着法に比較して大幅に
低下し、しかもガス拡散電極として充分機能するばかり
か、電気化学セルの特性も極めてすぐれたものになるこ
とがわかる。
電極を接合した場合には、電気化学セルの内部抵抗，換
言すれば電極とイオン交換膜との接触抵抗は小さいが、
ガス拡散電極としては全く機能せず、加熱圧着法単独の
場合には、ガス拡散電極としては機能するが、電極とイ
オン交換膜との接触抵抗が大きすぎるためには電気化学
セルの特性はかなり劣るのに対し、本発明にかかる化学
メッキ法と加熱圧着法とを複合した場合には、電極とイ
オン交換摸との接触抵抗は加熱圧着法に比較して大幅に
低下し、しかもガス拡散電極として充分機能するばかり
か、電気化学セルの特性も極めてすぐれたものになるこ
とがわかる。
以上詳述せる如く、本発明は、従来の化学メッキ法と加
熱圧着法とを複合することによって、飛躍的にすぐれた
イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法を提供する
もので、その工業的価値極めて大である。
熱圧着法とを複合することによって、飛躍的にすぐれた
イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法を提供する
もので、その工業的価値極めて大である。
なお、本発明における電極は、特にガス拡散電極として
すぐれているが、ガス発生電極としても機能する。
すぐれているが、ガス発生電極としても機能する。
第１図は脱酸素装置用電気化学セルの電流密度−電圧特
性を示す。
性を示す。
Claims (1)
- イオン交換膜の片面に触媒金属の化合物の水溶液を配し
、他面に還元剤溶液を配することにより、イオン交換膜
に触媒金属を析出せしめ、その上に触媒粉末単独か触媒
粉末と導電性粉末との混合物とフッ素樹脂結着剤との混
合物を加熱圧着することを待徴とするイオン交換膜と電
極とを一体に接合する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58035530A JPS59159991A (ja) | 1983-03-03 | 1983-03-03 | イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58035530A JPS59159991A (ja) | 1983-03-03 | 1983-03-03 | イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59159991A true JPS59159991A (ja) | 1984-09-10 |
| JPH0243830B2 JPH0243830B2 (ja) | 1990-10-01 |
Family
ID=12444285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58035530A Granted JPS59159991A (ja) | 1983-03-03 | 1983-03-03 | イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59159991A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TR26992A (tr) * | 1991-06-27 | 1994-09-13 | Permelec Spa Nora | Ilgili baz ve asitler olusturmak amaciyla elektro kimyasal ayrisan tuz eriyikleri icin yeni cihaz ve yöntem. |
| JP2008240069A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 固体電解質膜の製造方法、固体電解質膜、及び水電解装置 |
| JP4918046B2 (ja) * | 2005-01-11 | 2012-04-18 | アクタ ソシエタ ペル アチオニ | 燃料電池用の膜／電極接合体、並びにその製造方法及びそれを含む燃料電池 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5816082A (ja) * | 1981-07-21 | 1983-01-29 | Permelec Electrode Ltd | イオン交換膜を用いる電解装置及びその製造方法 |
-
1983
- 1983-03-03 JP JP58035530A patent/JPS59159991A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5816082A (ja) * | 1981-07-21 | 1983-01-29 | Permelec Electrode Ltd | イオン交換膜を用いる電解装置及びその製造方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TR26992A (tr) * | 1991-06-27 | 1994-09-13 | Permelec Spa Nora | Ilgili baz ve asitler olusturmak amaciyla elektro kimyasal ayrisan tuz eriyikleri icin yeni cihaz ve yöntem. |
| JP4918046B2 (ja) * | 2005-01-11 | 2012-04-18 | アクタ ソシエタ ペル アチオニ | 燃料電池用の膜／電極接合体、並びにその製造方法及びそれを含む燃料電池 |
| JP2008240069A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 固体電解質膜の製造方法、固体電解質膜、及び水電解装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0243830B2 (ja) | 1990-10-01 |
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