JPS5950188A - ガス拡散電極の製造方法 - Google Patents
ガス拡散電極の製造方法Info
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- JPS5950188A JPS5950188A JP57159545A JP15954582A JPS5950188A JP S5950188 A JPS5950188 A JP S5950188A JP 57159545 A JP57159545 A JP 57159545A JP 15954582 A JP15954582 A JP 15954582A JP S5950188 A JPS5950188 A JP S5950188A
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、ガス拡散箱、極用イウ利に関し、更に詳しく
言えば、特定の多孔質基利に特定のカーボンブラック粉
末を分散混入せしめてなる4’l’ )t。 耐久性の優れたカス拡散′i(j、極用月相に関する。 従来よυ、ガス拡散’N+楡は、水素−酊累燃料箪池の
燃料極及び酸化椿、空気−亜鉛札、池の空気極及び酊化
剤棒、カルバニック方式カスセンサの栴成五」、極、ア
ルカリ%、1軒槽のカス透過性陰極などとしての用途が
提案され、まだこれらの構成形態あるいは製造方法など
も梗々提案されでいる。例えば、l持開昭56−121
202号公報、特開昭57−30270号公+16など
に目、電気絶縁性連続微細多孔賀基利(以下、多孔(両
基月と略記することがある)に導“葭;(1物a粉末を
分散混入せしめてなるカス拡散1117本l、用利料が
h
言えば、特定の多孔質基利に特定のカーボンブラック粉
末を分散混入せしめてなる4’l’ )t。 耐久性の優れたカス拡散′i(j、極用月相に関する。 従来よυ、ガス拡散’N+楡は、水素−酊累燃料箪池の
燃料極及び酸化椿、空気−亜鉛札、池の空気極及び酊化
剤棒、カルバニック方式カスセンサの栴成五」、極、ア
ルカリ%、1軒槽のカス透過性陰極などとしての用途が
提案され、まだこれらの構成形態あるいは製造方法など
も梗々提案されでいる。例えば、l持開昭56−121
202号公報、特開昭57−30270号公+16など
に目、電気絶縁性連続微細多孔賀基利(以下、多孔(両
基月と略記することがある)に導“葭;(1物a粉末を
分散混入せしめてなるカス拡散1117本l、用利料が
h
【−1載されている。
而して、辿誰は多孔賀基月としてホリゾトラフルオロエ
チレン(以下、BITFKと略記することかある)の多
孔質体、導電性物質粉末としてカーボンブラック粉末を
採用するのが一般的である。また、PTFK多孔質多孔
上体は、特公昭42−13560、同42−14178
、同48−44664、同51−18991号公報など
VL記載の方法によって製造されるものが好適であると
されている。即ち、先ずPTFB未焼結粉末に液状潤滑
剤を混和し、押出し、圧延などにより所望の形状に成形
する。この成形物から液状潤滑剤を抽出、加熱蒸発など
により除去し、あるいは除去ぜずして成形物を少なくと
も一軸方向に延伸する。熱収縮防止状態にてFTFBの
焼結温亀約327℃以上に加熱して、延伸した横糸を固
定すると強度の向上したPTFK多孔質多孔上体れる。 勿論、一部収縮を許す状態で固定処理しても良い。かか
るFTFB多孔質体は、数多のG〈小結節と各結節から
出て結節相互を三次元的に結合する微細繊維とからなる
ミクロ多孔j4構造をイコしでおり、その微細繊維径と
畏さ、結節の大きさやそれらの数は大きく−することも
可能である/こめ、カス拡散′[11,イr1j用4.
」旧の多([、り(基月として伐れた特tに存翁するも
のである。 しかしながら、上記の如きカス拡散箱、(シ用拐料はF
TFBとカーポンプシックのY+’、合ν11台に問題
があり、電イとへ活性金品くする必髪からカーボンブラ
ック配合沿。を多くすると、が(形性が悪く、首だ、得
られる笛、極の沿透過哨が多くなって使用時に、カス側
に液がもれ出てカス拡散電極と(」、なりえないという
ことから実用件にb未だ不充分なものである。 そこで本発明者等tよ、上記間順虚を充分に極討した結
果、カス拡散電極をカス側層と液側層の二屑構iθとす
ることにより、上記問題点を解決しうることを見出し、
本発明者完成したもので、本発明はフッ素含有ポリマー
# WAと、フッ素含有樹脂と触媒相持カーホンを色む
階11見シートを槓ノ曽して延伸することを特徴とする
カス拡散電極の製造方法をセ旨とするものである。 本発明においては、ML極倉71欠111i層とカス(
ilij層σ)二JV6構造とすることが必侠であり、
電極活性を受は待つのは液側層であるため、カス側層と
し、てe」、液皮透を防ぎガス拡散が行われるものであ
わばよいわけであるが、本発明者等の検討によれば、ガ
ス側7mにPTFE等の多孔質薄膜を用いる時には、液
側層を特殊な方法により設けないと二層の接合が充分に
瀾足いかないことを見出した。 即ち、液(11j層として、FTFBあるいはFKP等
のフッ素含有樹脂と触媒担持カーボンを含む多孔*層を
設ける場合、カス1ili F T F B !膜の上
に、これらの混合仲°ペーストを、例えばスクリーン印
刷法の如き方法で塗布、固着しようとする場合、これら
の二層間の接合が満足のいくものどならない。 本発明者Φrは、上配点を深く検討した結果、−り記構
成の液側層を予めM膜に成形しておくときl−J、 、
これらを積層して延伸することにより、上RL問題点が
解決できると同時に、延伸されたシートが、微細繊維の
三次元的に配向、交絡した微細多孔(1″・f這になる
こと1y見出しプこものである。 仄に、フッ素含有ポリマーm yesについて説明する
。 フッ紫含肩ポリマーとし1−Jl、疎水t4の太きiも
のか好甘しく、具体的にLll、ホリテトラフルオロエ
プーレンがよい。 この理田V」1、カクO18層としては微細多孔ηであ
ることが好ましいが、PTFEの場名、押出、延伸(J
・により薄膜を製作する場召、PTFElよフィブリル
化しやすく、押出、延伸の方向に伸ひた彼細繊靜「が三
次元的に配向、交絡し、微11:L多孔質になりやすい
ことによる。 上記薄膜を製作する刀σはへ、工別(ζ限定さtするを
較ゼ、ず、例えば以下のよりな方法か61”L L <
採用沁れる。 (1) PTFES液状潤消剤を、′l・図・配合と
するペースト状混和物をれ;を製する。 (2) ぞの混合管を圧縮、押出し、圧婬あるいはそ
れらの組合せ手段によりシート状などに成形する。 (a) その成形物から液状潤滑剤を加熱、抽出など
の手段により除去した後、該成形物を少なくとも一方向
に延伸処理1−る。 (4) この列、伸処理物(未・暁成品)をPTFE
多孔質薄膜としてもよいが、必要に応じて咳延伸処34
を物存ロールやプレス板などで圧延あるいけ圧縮処胛す
る、あるいは加熱処理(完全焼成メは不完全焼成〕する
、あるいけこれら処理を適宜組合せて実施するガとによ
って多子1ノi薄II負−二してもよい。 液状潤滑剤としては、例えば石油、ソルベントナフサ、
ホワイトオイルなどの液状炭化水素などが採用窟れ、配
合給はP T F E微粉末とカーボン粉末の総算す1
100重駕部当り20〜300iIfiij部程度の範
囲から選定される。PTFFi微粉末、カーボン粉末、
液状潤滑剤を基本配合とするペースト状混第1」物は、
h々の配合順序あるいは混合手段により調製され荘る。 同、所望によりワックス、黒鉛粉末などの撥水性増強剤
、フッ累ゴムなどの補強剤、着色用顔第1などを適当帽
配合しても良い。また、電(・Jm利オ”+の使用目的
などに応じて、後述の如き名ゎ)i触奴物%′1を配合
すること(/(より、触Ilv、 r能に具備しだ矩、
極用村イ:」としても良い。 かくして得られる本発り」におりる微細多孔り1シート
はポリテトラフルオロエチレン(PTF′E)の数多の
微小結節と各結節から出て糸、′1節相互を・三次元的
に結合するPTFEのR&ll lPj #(目・4造
がらシ゛す、かつ各結節が互いに−RR(’t−a・い
て接触あるいしよ1中続化し7ている。 次幹−2、フン未含有笹j脂と触%、 4υ持カーボン
を含む薄膜について説明する。 触媒相持カーボン粉末としてtJ、公知の白金康金棺を
相持したカーホン粉末が用いられる。 フッ来含有461脂としては疎水性がっ耐食性のものが
よく、例えば四フッ化工ナレンー六弗化プロピレン共亀
合体(FEP)、PTFE、パーフルオロアルコキシ樹
脂(PFA)などが好寸しい。 上記の如き触媒担持カーボン粉末とフッ素含有樹脂に分
数剤、粘度調整剤などを加えたペーストを調型41〜、
押出し、圧延等により多孔質薄膜會製作する。 〃・くしてイくtられた触媒相持カーボン粉末紮3む多
孔yU薄刃!tとフッ氷含有ホリマー多孔y]薄膜を市
ね合わせ、例えばロール圧延して積層シートがイ(トも
れる。 そして、更にj:1合によっては、この積層シートを加
熱下に延伸処理する仁とがある。 本発明のカーボン粉末dカーポンプシック粉末が好まし
く、その配合a J−、i 、触媒相持カーボン粉末を
含む多孔y1薄膜の重量に対して5〜90%、更K j
7J1o〜80%とするのがよい。 フッ素含有ポリマー多孔質薄膜の壁孔率(空隙率)40
〜゛95チ、最大孔径01〜3ミクロン、空気透過係数
10−’ 〜10 ’ モAz/Hj ・mIn ・C
fnHg程度の多孔責構r′rとするのが良い。特に、
空孔率50〜90%、最大孔径0.1〜1ミクロン、空
気透過係数10−’ 〜10−”モル/ ctd ・m
VI ・cm Hgの物性を選定する場合に(・ま、耐
透水性、十分なカス拡散を期侍し得るので好31<1で
ある。 まIt、その厚みとして−、辿當2o〜500μ程J几
、船に30〜3oOzj程朕がメd定される。 更に、上dシ:シートに春+i曽芒れる多孔質僧H1λ
(液1jll+JteNc7)物性r(ツぃテi、i、
を孔率2o 〜90チ、好ましく tJ、30〜8oチ
、*ら太孔径IJ、 0.01〜10ミクロン、好まし
くは01〜5ミクロンかよい。 以上の本発明のガス拡散i、 (i!+−用制ネ1目、
それ単独で、あるいはそれに集%、体、多孔質III¥
などを一体化した形感で各釉用途のカス拡散箱、8くと
(〜て利用可能である。軒に均化アルカリ%、 !tf
4曹の酸素似元陰極として算、解111圧を低下せしめ
る目的で使用する場合、本発すIJにおけ々侵れた効果
を発揮さゼ得るものである。かがる陰極を用いて塩化ア
ルカリ水溶液を11.741 L−で旬1」:アルカリ
を製造するに幻4、例えは作句しj面t4”r 1図に
示した如く、電解4’¥: I含通nの方法で陽イオン
交換膜3により、陽極2を備えた1弓悼室4と飽極z5
に仕切シ、該陰イギ・室5には酬゛累蟻元陰(・チ<6
を設けて葭≧−含有ガス(窒気)供給室7を形成する。 9は被電解液でおる食塩水などの塩化アルカリ水浴液の
導入口、10は該水浴液及び生成J穐素の出口である。 まだ11は陰極室への水の供給口であり、】2は生成し
た苛性アルカリ及び水素の出1」である。13及び】4
は酸素含有ガスの夫々入口及び出口である。まノζ、第
】図においては、1ν′、J極2けイオン交換1IIV
!30表面に形成された多孔質層8に密着して設けられ
ている。 本発明に用いられる陽極としては、例えばチタンやタン
タルの母料表面にルテニウムやロジウム等の金属の酸化
物を被包せしめたり、或は白金等の所m1寸法安定性の
ある金属陽極や黒鉛、グラファイト等を適宜使用し得る
が、これらのうち、前記金親陽極を採用する場合には、
他の陽極を採用する」μ合に比し、tb、解電圧を低く
できるので特に好ましい。 又、用いられる隔膜としてtよ、例えはカルポキシルノ
11−、スルホン酸基、燐酸基、フェノール性水酸基等
の陽イオン交換基をぼ41する重合体から成り、かかる
重合体としては、合邦X jI重合体採用するのがqヶ
に好捷しい。イオン父換基含有の含弗素1合体としては
、飼えばテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロ
エチレン等のビニルモノマーとスルホン酸、カルホン酸
、燐酸基等のイメン交換基、或tよイAン交換基に転化
し得る反応性基を不するパーフルオロのビニルモノマー
との共重合体が!/(適に使用し得る。 又、トリフルオロスチレンのルー状重合体にスルホン醇
児・等のイメン交換基を導入したものや、スチレンジビ
ニルベンゼンにスルホンh? 基を纏大したもの等も使
用できる。そして、これらのうち、夫々以下の(イ)、
(ロ)の刀r合早位を形成し得る単h1体を用いる場合
には、比較的高い訃、Ht、効率で高純度−の苛性アル
カリを(’t /:l 小ができるので卿にtI■捷し
い。 (イ) −←CFx −CXX’ →−+
(ロ) +OF2 (!X →=ココf X
t、J、F’、 01. H又t、、1.−CFa
T f−、リ X/はX又fJ、 cps (OFF)
mであり、mは1〜5であり、YtJ次のものから選ば
gる。 −P −A 、 −0−(−CFt→活P、Q、R+A
ここでP It、J、 (−cy2→計cxx’すOF
z→1−であり、Qは一+−C!F2−0−CXX’→
−であり、Rは−(−OXX’ −Oair 1 ←で
あり、 (’P、 Q、 R)はP+ Q+ ”の少な
くとも一つを任意の順序で配列することを表わす。x、
x’に1、上記と同じであり、nは0〜l、a、 b、
c、d、eは0〜6である。 Aは−COOH又は−CN 、 −00F 、 −00
OR,、−(!OOM 。 −C! ON Rx Rs 4+)の加水分解若しくは
中和により−C!OOHに転捜し得る1能基を)(わす
。 R5はC3〜1oのアルキル基、Mはアルカリ金属又は
第4級アンモニウム基であり、R1+ ”1はH又は0
1〜.。のアルキル基を示す。 J−%2 Yの好ましい代表例としては、Aが弗素を有
するW素と結合された構造を持つ、例えば次の如きもの
が挙げられる。 +CF 2→−A 、 −0−(−(!Ft −)−
A 、 −←(−)−CII’2−CF→−−A。 X X 17X、
7.Zは共け、1〜10でりす、z、R1゛は−F又は
C1〜、。のパーフルオロアルキル基から選ばれた基で
あり、Aは上記と同様である。そしてこれら共重合体か
ら成る乾燥樹脂1y当りの膜内カルボン酸即j )b′
IfAi’か0.5〜20ミリ肖れ°である含弗素陽イ
オン交恒膜を用いるJJj、合シr Pa!、例えば苛
性ソータ゛の濃度か40チ以」−で詮、・つても、その
N流動率)J、、 !l (lチリ上にも達する。そし
て上記乾燥樹脂当りのカルボン1−1・゛基rfJ−I
Aが1]2〜1.7ミリ当邦の場合にね、前述の如き高
濃四−Q)苛性ソータを高π1.流効率で長期にわたり
安定して?”fる早ズバできるので’Fkに好せしい。 −jして、かかるイオン父31.!!容餉を達成−する
にン」1、上h12(イ)ツクび6尺)重合単位から成
る共F11合体の場合、好iしくに(ロ)の重合単位が
1〜40モルチ、特に3〜25モルチであるのが適当で
ある。 本発明に用いられる好ましいイオン父換膜は、上記のよ
うな非零化オレフィン単相体とカルボン酸基、若1−<
はカルホン酸基に転換し得る官能基を為する重合能ある
単量体との共11合体によって得られる非架橋性の共重
合体から構成されるが、その分子隈、は、好ましくけ1
0万〜200万、4.1に】5万〜100万が好ましい
。 又、かかる共乗合体ケ製造するには、前記各即(,4体
の一棹以上を用い、更に第三の単量体をも共重合するこ
とにより、得られる膜を改質することもできる。 例えば、cyz=cyoRf(Rfiic、〜1. ツ
バ−フルオロアルキル基)を併用することにより、得ら
ノするIt−’::に可撓性を伺力したり、或は0】I
’2−OF−(、F−OFx 、 0F2−OFO(O
F2)、〜aOF−OF2%のジビニルモノマーを併用
することにより、得ら11る共重合体を架橋せしめ、膜
に枳械的強度を付力することもできる。 弗素化オレフィン単11体と、力)Lボン酸基若しくは
該児に転換し得る官能基を町する沖合能ある単量体、更
には第三の単11体との共1ト合C」1、既知の任意の
手段で行ir−わ11る。即ち、必買に。 応じ例えばハロゲン化炭化水素等の溶媒を用い、触妙重
合、熱重合、放射線%ri合等により庫合しイM る。 又、得られた兵団合体ズハらイメン交ゼ一”H「・)に
製IIφする手段も牲に制限はなく、例えばプレスby
。 形、ロール成形、押出し成形、溶μ流処、法、ナイスバ
ージョン成形、粉末成形等適宜公知の−1・段を採用し
得る。 かくしてイ’4られる#シ、11、その厚さが20〜5
00/I、好ましく050〜400μにせし2めるのが
適当でk】る。 又、共重合体の製II1.8工程に相前後し、好寸しく
日製P後に共重合体がカルボン酸71しそのものではな
く、該基に転換し得る1能基の場合←V、j−1それに
応じた適宜表処理e(より、これらのT4能基がカルボ
ン酸基に転換さえLる。例えe」:、〜(W。 −COF、 −COOR,、−000M、−0ONR意
R1(M、R1〜R1C」上記と同じ)の場合には、酸
又e」、アルカリのアルコール消散により、加水分〃■
又tよ中和せしめてカルボン酊゛基に転換し、又官能基
か二M1結合のW合には、00112と縦比、七しめて
カルボン酸基に転換される。更に、本発明に用いられる
陽イオン又1捲框)は、必要に応じ、製膜時にポリエチ
レン、ポリゾロピレン等のメレフインの重合体、好且[
〜〈はホリテトシフルメロエチレン、エグーレンとブト
ラフルオロエチレンとの共止合体鋼の合邦%= 1<合
体を混合して成形することもでき、或はこれらの重合体
から成る布、網等の紗物、不織布又は多孔質フィルム4
’l? f支持体とし、たり、金1【ム製の糾や網、多
孔体を支軸体として月]いて脱に袖砲1゛る事もoJ能
である。 又、”1.、 l’+’lVC:供ぜられる塩化アルカ
リとしては、塩化プ) IJウムか一般的で2!するが
、その信地化カリウム、地化すプウムト(のアルカリ金
属の堪化唆)である。 次に本発明を実施例により粘・、明する。 実施例 P i’ F Tlj粉末粉末4封 持したソノ−ボンブラック(米国キャホット社1+j品
名VL]LCAN XC−72R BET il、i+
21JL%i比%’− 1fl14へ2 5 4 m’
/fl ) 4 5 jjJU<−%の混和物ヲ茂集法
eこよつ1つくった。この混第1j・jν1シ(゛)い
て、Y・2・状肖滑斉り(ソルベントプ゛フサ)令,1
1已自してペース、ト状混和物を調製し、その混和物を
圧縮(−1、フィッシュフィルからジム押出り. L.
て、1. 2 mml!’Jのシート状成形物61作っ
た。次にシート状成形物を更に押し出(、7方向と18
−角の方向にロールJf−桑化し、19戸0.35胴e
,・ンーリ肉シートとし〕ξ。 こtlとし」別に、P T F IC粉末0)み各用い
、上口己と同++I’il L,で、ノリさ03町の畜
肉シートをイ(イた。 このシートと, −tニハ己似44d持プノ−ナンフ′
シックをflむシートを」ね合わせ、全体会再びロール
月二処して、ルさ0. 3 5 11711+ 64二
j曽’Il’+ f1’jのIl.’J 1.Nシート
に成形した。 この積層したシート7、1− 3 1 F1℃e(予熱
した状にム7で1輔方向に1.9倍姑伸処理した包、仝
1(−伸ゾ−トの延伸方向の長さを固定した状態で36
0℃に加熱して完全焼成処理することによシ、銀担持カ
ーボンブラック入り多孔%PTFE層とFT)I’にσ
ノみの多孔り〜j〜e・二へ1朽造の薄h・・!を得た
。 この膜の9・めul+、 (++−1rJ−以下の如く
でめった。 厚 さ 210μ空孔率 8
1% J鯖大孔径 0.7μ さらに、成膜の鋲担持カーホンブラックを含む多孔りi
M側騎、カーホンブラックとFKPの混合物(混合比2
:5)で塗布した釘メッキを施(、またニッケル%sエ
キスバンデドメッシュ(短径1■、長8−2卵、厚さQ
、 1 am )に300℃で加熱用層し’/I、極と
し/こ。 こノ1をじ・、極と1.て、PTFE単独の多孔yJ層
側をカス(hll K削口6し、#Iζ゛ずから5胴の
間隔をおき、膜と陽挾とを接触さ−Uて第1し1に示櫨
電解槽を股りだ。 隅(θとしてtま、ブタン製のエクスバンプトメタル表
i1+)に酸化ルテニウムと酸化イリジウムの固溶体を
被覆しだ金属196極に−用い、隔膜さしては、陽枦仙
」の面に酸化ジルコニウムの多孔質層V4・l lnり
/ clの割合で刺着し/ヒ、02F4 J:CF2=
C!FO(OFz )s 0OOOHsのコホリマーか
ら成るIjrd状物(j僅Jν280μ、′1能す、゛
・・週1;+1.44 meq /(2乾燥樹脂)を加
水分解してイリられた自弗素賜イメン交換膜を用い、カ
ス共船痙に炭【心、カスケ除去した空気を1t/分の割
合て供給しつつ、4Aの111.流(ηJ゛、流密財;
20 A / dm’ )で5規定の食地水浴液存箱
解した。ト1す桶・室の食塩i’4 fly)カ351
.l’j、 91g、it4+8jノ’:;j (1ソ
p 、、j:H)カ35ηi−皐チを維持するように1
・→極隼に供矛、Iする食塙水と陰4〜室に供給する水
の供給h1を調節しつつ比、屑を実施した結果、初期の
42″IM1.圧t」、 2.23 Vであり、300
0時間′出触を継続後の廿゛+ 4[1,1Hの上昇口
、00]■でを)つだ。 才な、この間の苛性ソーダ生成の111、流動率は93
.5チであった。 比較例 ソ(、施例1においてPTF′Fi8h〕独のシートを
用いず、銀担持カーボン入υPTFFiの薄肉シートの
みを寅施例1と同様に、延伸、焼成処理して、以下に示
すqシ/l性の銀担持カーホンブラック、1多孔負P
T F K膜をi4jだ。 厚 さ 155μ望孔率
77襲 Nl:大孔径 0.7tt 成膜を用いて、実施f、Ti 1と同様な方法で電極を
作芥゛lし、実か゛II例1と同様にして電力τを行っ
たところ、以下の結果を得た。 )m、 ’1]、+圧 226v 電が、:効率 935チ また、3000時間にわたる長期t、解を行ったところ
、この間の検知′圧の上昇は初期から005■でt)つ
た。
チレン(以下、BITFKと略記することかある)の多
孔質体、導電性物質粉末としてカーボンブラック粉末を
採用するのが一般的である。また、PTFK多孔質多孔
上体は、特公昭42−13560、同42−14178
、同48−44664、同51−18991号公報など
VL記載の方法によって製造されるものが好適であると
されている。即ち、先ずPTFB未焼結粉末に液状潤滑
剤を混和し、押出し、圧延などにより所望の形状に成形
する。この成形物から液状潤滑剤を抽出、加熱蒸発など
により除去し、あるいは除去ぜずして成形物を少なくと
も一軸方向に延伸する。熱収縮防止状態にてFTFBの
焼結温亀約327℃以上に加熱して、延伸した横糸を固
定すると強度の向上したPTFK多孔質多孔上体れる。 勿論、一部収縮を許す状態で固定処理しても良い。かか
るFTFB多孔質体は、数多のG〈小結節と各結節から
出て結節相互を三次元的に結合する微細繊維とからなる
ミクロ多孔j4構造をイコしでおり、その微細繊維径と
畏さ、結節の大きさやそれらの数は大きく−することも
可能である/こめ、カス拡散′[11,イr1j用4.
」旧の多([、り(基月として伐れた特tに存翁するも
のである。 しかしながら、上記の如きカス拡散箱、(シ用拐料はF
TFBとカーポンプシックのY+’、合ν11台に問題
があり、電イとへ活性金品くする必髪からカーボンブラ
ック配合沿。を多くすると、が(形性が悪く、首だ、得
られる笛、極の沿透過哨が多くなって使用時に、カス側
に液がもれ出てカス拡散電極と(」、なりえないという
ことから実用件にb未だ不充分なものである。 そこで本発明者等tよ、上記間順虚を充分に極討した結
果、カス拡散電極をカス側層と液側層の二屑構iθとす
ることにより、上記問題点を解決しうることを見出し、
本発明者完成したもので、本発明はフッ素含有ポリマー
# WAと、フッ素含有樹脂と触媒相持カーホンを色む
階11見シートを槓ノ曽して延伸することを特徴とする
カス拡散電極の製造方法をセ旨とするものである。 本発明においては、ML極倉71欠111i層とカス(
ilij層σ)二JV6構造とすることが必侠であり、
電極活性を受は待つのは液側層であるため、カス側層と
し、てe」、液皮透を防ぎガス拡散が行われるものであ
わばよいわけであるが、本発明者等の検討によれば、ガ
ス側7mにPTFE等の多孔質薄膜を用いる時には、液
側層を特殊な方法により設けないと二層の接合が充分に
瀾足いかないことを見出した。 即ち、液(11j層として、FTFBあるいはFKP等
のフッ素含有樹脂と触媒担持カーボンを含む多孔*層を
設ける場合、カス1ili F T F B !膜の上
に、これらの混合仲°ペーストを、例えばスクリーン印
刷法の如き方法で塗布、固着しようとする場合、これら
の二層間の接合が満足のいくものどならない。 本発明者Φrは、上配点を深く検討した結果、−り記構
成の液側層を予めM膜に成形しておくときl−J、 、
これらを積層して延伸することにより、上RL問題点が
解決できると同時に、延伸されたシートが、微細繊維の
三次元的に配向、交絡した微細多孔(1″・f這になる
こと1y見出しプこものである。 仄に、フッ素含有ポリマーm yesについて説明する
。 フッ紫含肩ポリマーとし1−Jl、疎水t4の太きiも
のか好甘しく、具体的にLll、ホリテトラフルオロエ
プーレンがよい。 この理田V」1、カクO18層としては微細多孔ηであ
ることが好ましいが、PTFEの場名、押出、延伸(J
・により薄膜を製作する場召、PTFElよフィブリル
化しやすく、押出、延伸の方向に伸ひた彼細繊靜「が三
次元的に配向、交絡し、微11:L多孔質になりやすい
ことによる。 上記薄膜を製作する刀σはへ、工別(ζ限定さtするを
較ゼ、ず、例えば以下のよりな方法か61”L L <
採用沁れる。 (1) PTFES液状潤消剤を、′l・図・配合と
するペースト状混和物をれ;を製する。 (2) ぞの混合管を圧縮、押出し、圧婬あるいはそ
れらの組合せ手段によりシート状などに成形する。 (a) その成形物から液状潤滑剤を加熱、抽出など
の手段により除去した後、該成形物を少なくとも一方向
に延伸処理1−る。 (4) この列、伸処理物(未・暁成品)をPTFE
多孔質薄膜としてもよいが、必要に応じて咳延伸処34
を物存ロールやプレス板などで圧延あるいけ圧縮処胛す
る、あるいは加熱処理(完全焼成メは不完全焼成〕する
、あるいけこれら処理を適宜組合せて実施するガとによ
って多子1ノi薄II負−二してもよい。 液状潤滑剤としては、例えば石油、ソルベントナフサ、
ホワイトオイルなどの液状炭化水素などが採用窟れ、配
合給はP T F E微粉末とカーボン粉末の総算す1
100重駕部当り20〜300iIfiij部程度の範
囲から選定される。PTFFi微粉末、カーボン粉末、
液状潤滑剤を基本配合とするペースト状混第1」物は、
h々の配合順序あるいは混合手段により調製され荘る。 同、所望によりワックス、黒鉛粉末などの撥水性増強剤
、フッ累ゴムなどの補強剤、着色用顔第1などを適当帽
配合しても良い。また、電(・Jm利オ”+の使用目的
などに応じて、後述の如き名ゎ)i触奴物%′1を配合
すること(/(より、触Ilv、 r能に具備しだ矩、
極用村イ:」としても良い。 かくして得られる本発り」におりる微細多孔り1シート
はポリテトラフルオロエチレン(PTF′E)の数多の
微小結節と各結節から出て糸、′1節相互を・三次元的
に結合するPTFEのR&ll lPj #(目・4造
がらシ゛す、かつ各結節が互いに−RR(’t−a・い
て接触あるいしよ1中続化し7ている。 次幹−2、フン未含有笹j脂と触%、 4υ持カーボン
を含む薄膜について説明する。 触媒相持カーボン粉末としてtJ、公知の白金康金棺を
相持したカーホン粉末が用いられる。 フッ来含有461脂としては疎水性がっ耐食性のものが
よく、例えば四フッ化工ナレンー六弗化プロピレン共亀
合体(FEP)、PTFE、パーフルオロアルコキシ樹
脂(PFA)などが好寸しい。 上記の如き触媒担持カーボン粉末とフッ素含有樹脂に分
数剤、粘度調整剤などを加えたペーストを調型41〜、
押出し、圧延等により多孔質薄膜會製作する。 〃・くしてイくtられた触媒相持カーボン粉末紮3む多
孔yU薄刃!tとフッ氷含有ホリマー多孔y]薄膜を市
ね合わせ、例えばロール圧延して積層シートがイ(トも
れる。 そして、更にj:1合によっては、この積層シートを加
熱下に延伸処理する仁とがある。 本発明のカーボン粉末dカーポンプシック粉末が好まし
く、その配合a J−、i 、触媒相持カーボン粉末を
含む多孔y1薄膜の重量に対して5〜90%、更K j
7J1o〜80%とするのがよい。 フッ素含有ポリマー多孔質薄膜の壁孔率(空隙率)40
〜゛95チ、最大孔径01〜3ミクロン、空気透過係数
10−’ 〜10 ’ モAz/Hj ・mIn ・C
fnHg程度の多孔責構r′rとするのが良い。特に、
空孔率50〜90%、最大孔径0.1〜1ミクロン、空
気透過係数10−’ 〜10−”モル/ ctd ・m
VI ・cm Hgの物性を選定する場合に(・ま、耐
透水性、十分なカス拡散を期侍し得るので好31<1で
ある。 まIt、その厚みとして−、辿當2o〜500μ程J几
、船に30〜3oOzj程朕がメd定される。 更に、上dシ:シートに春+i曽芒れる多孔質僧H1λ
(液1jll+JteNc7)物性r(ツぃテi、i、
を孔率2o 〜90チ、好ましく tJ、30〜8oチ
、*ら太孔径IJ、 0.01〜10ミクロン、好まし
くは01〜5ミクロンかよい。 以上の本発明のガス拡散i、 (i!+−用制ネ1目、
それ単独で、あるいはそれに集%、体、多孔質III¥
などを一体化した形感で各釉用途のカス拡散箱、8くと
(〜て利用可能である。軒に均化アルカリ%、 !tf
4曹の酸素似元陰極として算、解111圧を低下せしめ
る目的で使用する場合、本発すIJにおけ々侵れた効果
を発揮さゼ得るものである。かがる陰極を用いて塩化ア
ルカリ水溶液を11.741 L−で旬1」:アルカリ
を製造するに幻4、例えは作句しj面t4”r 1図に
示した如く、電解4’¥: I含通nの方法で陽イオン
交換膜3により、陽極2を備えた1弓悼室4と飽極z5
に仕切シ、該陰イギ・室5には酬゛累蟻元陰(・チ<6
を設けて葭≧−含有ガス(窒気)供給室7を形成する。 9は被電解液でおる食塩水などの塩化アルカリ水浴液の
導入口、10は該水浴液及び生成J穐素の出口である。 まだ11は陰極室への水の供給口であり、】2は生成し
た苛性アルカリ及び水素の出1」である。13及び】4
は酸素含有ガスの夫々入口及び出口である。まノζ、第
】図においては、1ν′、J極2けイオン交換1IIV
!30表面に形成された多孔質層8に密着して設けられ
ている。 本発明に用いられる陽極としては、例えばチタンやタン
タルの母料表面にルテニウムやロジウム等の金属の酸化
物を被包せしめたり、或は白金等の所m1寸法安定性の
ある金属陽極や黒鉛、グラファイト等を適宜使用し得る
が、これらのうち、前記金親陽極を採用する場合には、
他の陽極を採用する」μ合に比し、tb、解電圧を低く
できるので特に好ましい。 又、用いられる隔膜としてtよ、例えはカルポキシルノ
11−、スルホン酸基、燐酸基、フェノール性水酸基等
の陽イオン交換基をぼ41する重合体から成り、かかる
重合体としては、合邦X jI重合体採用するのがqヶ
に好捷しい。イオン父換基含有の含弗素1合体としては
、飼えばテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロ
エチレン等のビニルモノマーとスルホン酸、カルホン酸
、燐酸基等のイメン交換基、或tよイAン交換基に転化
し得る反応性基を不するパーフルオロのビニルモノマー
との共重合体が!/(適に使用し得る。 又、トリフルオロスチレンのルー状重合体にスルホン醇
児・等のイメン交換基を導入したものや、スチレンジビ
ニルベンゼンにスルホンh? 基を纏大したもの等も使
用できる。そして、これらのうち、夫々以下の(イ)、
(ロ)の刀r合早位を形成し得る単h1体を用いる場合
には、比較的高い訃、Ht、効率で高純度−の苛性アル
カリを(’t /:l 小ができるので卿にtI■捷し
い。 (イ) −←CFx −CXX’ →−+
(ロ) +OF2 (!X →=ココf X
t、J、F’、 01. H又t、、1.−CFa
T f−、リ X/はX又fJ、 cps (OFF)
mであり、mは1〜5であり、YtJ次のものから選ば
gる。 −P −A 、 −0−(−CFt→活P、Q、R+A
ここでP It、J、 (−cy2→計cxx’すOF
z→1−であり、Qは一+−C!F2−0−CXX’→
−であり、Rは−(−OXX’ −Oair 1 ←で
あり、 (’P、 Q、 R)はP+ Q+ ”の少な
くとも一つを任意の順序で配列することを表わす。x、
x’に1、上記と同じであり、nは0〜l、a、 b、
c、d、eは0〜6である。 Aは−COOH又は−CN 、 −00F 、 −00
OR,、−(!OOM 。 −C! ON Rx Rs 4+)の加水分解若しくは
中和により−C!OOHに転捜し得る1能基を)(わす
。 R5はC3〜1oのアルキル基、Mはアルカリ金属又は
第4級アンモニウム基であり、R1+ ”1はH又は0
1〜.。のアルキル基を示す。 J−%2 Yの好ましい代表例としては、Aが弗素を有
するW素と結合された構造を持つ、例えば次の如きもの
が挙げられる。 +CF 2→−A 、 −0−(−(!Ft −)−
A 、 −←(−)−CII’2−CF→−−A。 X X 17X、
7.Zは共け、1〜10でりす、z、R1゛は−F又は
C1〜、。のパーフルオロアルキル基から選ばれた基で
あり、Aは上記と同様である。そしてこれら共重合体か
ら成る乾燥樹脂1y当りの膜内カルボン酸即j )b′
IfAi’か0.5〜20ミリ肖れ°である含弗素陽イ
オン交恒膜を用いるJJj、合シr Pa!、例えば苛
性ソータ゛の濃度か40チ以」−で詮、・つても、その
N流動率)J、、 !l (lチリ上にも達する。そし
て上記乾燥樹脂当りのカルボン1−1・゛基rfJ−I
Aが1]2〜1.7ミリ当邦の場合にね、前述の如き高
濃四−Q)苛性ソータを高π1.流効率で長期にわたり
安定して?”fる早ズバできるので’Fkに好せしい。 −jして、かかるイオン父31.!!容餉を達成−する
にン」1、上h12(イ)ツクび6尺)重合単位から成
る共F11合体の場合、好iしくに(ロ)の重合単位が
1〜40モルチ、特に3〜25モルチであるのが適当で
ある。 本発明に用いられる好ましいイオン父換膜は、上記のよ
うな非零化オレフィン単相体とカルボン酸基、若1−<
はカルホン酸基に転換し得る官能基を為する重合能ある
単量体との共11合体によって得られる非架橋性の共重
合体から構成されるが、その分子隈、は、好ましくけ1
0万〜200万、4.1に】5万〜100万が好ましい
。 又、かかる共乗合体ケ製造するには、前記各即(,4体
の一棹以上を用い、更に第三の単量体をも共重合するこ
とにより、得られる膜を改質することもできる。 例えば、cyz=cyoRf(Rfiic、〜1. ツ
バ−フルオロアルキル基)を併用することにより、得ら
ノするIt−’::に可撓性を伺力したり、或は0】I
’2−OF−(、F−OFx 、 0F2−OFO(O
F2)、〜aOF−OF2%のジビニルモノマーを併用
することにより、得ら11る共重合体を架橋せしめ、膜
に枳械的強度を付力することもできる。 弗素化オレフィン単11体と、力)Lボン酸基若しくは
該児に転換し得る官能基を町する沖合能ある単量体、更
には第三の単11体との共1ト合C」1、既知の任意の
手段で行ir−わ11る。即ち、必買に。 応じ例えばハロゲン化炭化水素等の溶媒を用い、触妙重
合、熱重合、放射線%ri合等により庫合しイM る。 又、得られた兵団合体ズハらイメン交ゼ一”H「・)に
製IIφする手段も牲に制限はなく、例えばプレスby
。 形、ロール成形、押出し成形、溶μ流処、法、ナイスバ
ージョン成形、粉末成形等適宜公知の−1・段を採用し
得る。 かくしてイ’4られる#シ、11、その厚さが20〜5
00/I、好ましく050〜400μにせし2めるのが
適当でk】る。 又、共重合体の製II1.8工程に相前後し、好寸しく
日製P後に共重合体がカルボン酸71しそのものではな
く、該基に転換し得る1能基の場合←V、j−1それに
応じた適宜表処理e(より、これらのT4能基がカルボ
ン酸基に転換さえLる。例えe」:、〜(W。 −COF、 −COOR,、−000M、−0ONR意
R1(M、R1〜R1C」上記と同じ)の場合には、酸
又e」、アルカリのアルコール消散により、加水分〃■
又tよ中和せしめてカルボン酊゛基に転換し、又官能基
か二M1結合のW合には、00112と縦比、七しめて
カルボン酸基に転換される。更に、本発明に用いられる
陽イオン又1捲框)は、必要に応じ、製膜時にポリエチ
レン、ポリゾロピレン等のメレフインの重合体、好且[
〜〈はホリテトシフルメロエチレン、エグーレンとブト
ラフルオロエチレンとの共止合体鋼の合邦%= 1<合
体を混合して成形することもでき、或はこれらの重合体
から成る布、網等の紗物、不織布又は多孔質フィルム4
’l? f支持体とし、たり、金1【ム製の糾や網、多
孔体を支軸体として月]いて脱に袖砲1゛る事もoJ能
である。 又、”1.、 l’+’lVC:供ぜられる塩化アルカ
リとしては、塩化プ) IJウムか一般的で2!するが
、その信地化カリウム、地化すプウムト(のアルカリ金
属の堪化唆)である。 次に本発明を実施例により粘・、明する。 実施例 P i’ F Tlj粉末粉末4封 持したソノ−ボンブラック(米国キャホット社1+j品
名VL]LCAN XC−72R BET il、i+
21JL%i比%’− 1fl14へ2 5 4 m’
/fl ) 4 5 jjJU<−%の混和物ヲ茂集法
eこよつ1つくった。この混第1j・jν1シ(゛)い
て、Y・2・状肖滑斉り(ソルベントプ゛フサ)令,1
1已自してペース、ト状混和物を調製し、その混和物を
圧縮(−1、フィッシュフィルからジム押出り. L.
て、1. 2 mml!’Jのシート状成形物61作っ
た。次にシート状成形物を更に押し出(、7方向と18
−角の方向にロールJf−桑化し、19戸0.35胴e
,・ンーリ肉シートとし〕ξ。 こtlとし」別に、P T F IC粉末0)み各用い
、上口己と同++I’il L,で、ノリさ03町の畜
肉シートをイ(イた。 このシートと, −tニハ己似44d持プノ−ナンフ′
シックをflむシートを」ね合わせ、全体会再びロール
月二処して、ルさ0. 3 5 11711+ 64二
j曽’Il’+ f1’jのIl.’J 1.Nシート
に成形した。 この積層したシート7、1− 3 1 F1℃e(予熱
した状にム7で1輔方向に1.9倍姑伸処理した包、仝
1(−伸ゾ−トの延伸方向の長さを固定した状態で36
0℃に加熱して完全焼成処理することによシ、銀担持カ
ーボンブラック入り多孔%PTFE層とFT)I’にσ
ノみの多孔り〜j〜e・二へ1朽造の薄h・・!を得た
。 この膜の9・めul+、 (++−1rJ−以下の如く
でめった。 厚 さ 210μ空孔率 8
1% J鯖大孔径 0.7μ さらに、成膜の鋲担持カーホンブラックを含む多孔りi
M側騎、カーホンブラックとFKPの混合物(混合比2
:5)で塗布した釘メッキを施(、またニッケル%sエ
キスバンデドメッシュ(短径1■、長8−2卵、厚さQ
、 1 am )に300℃で加熱用層し’/I、極と
し/こ。 こノ1をじ・、極と1.て、PTFE単独の多孔yJ層
側をカス(hll K削口6し、#Iζ゛ずから5胴の
間隔をおき、膜と陽挾とを接触さ−Uて第1し1に示櫨
電解槽を股りだ。 隅(θとしてtま、ブタン製のエクスバンプトメタル表
i1+)に酸化ルテニウムと酸化イリジウムの固溶体を
被覆しだ金属196極に−用い、隔膜さしては、陽枦仙
」の面に酸化ジルコニウムの多孔質層V4・l lnり
/ clの割合で刺着し/ヒ、02F4 J:CF2=
C!FO(OFz )s 0OOOHsのコホリマーか
ら成るIjrd状物(j僅Jν280μ、′1能す、゛
・・週1;+1.44 meq /(2乾燥樹脂)を加
水分解してイリられた自弗素賜イメン交換膜を用い、カ
ス共船痙に炭【心、カスケ除去した空気を1t/分の割
合て供給しつつ、4Aの111.流(ηJ゛、流密財;
20 A / dm’ )で5規定の食地水浴液存箱
解した。ト1す桶・室の食塩i’4 fly)カ351
.l’j、 91g、it4+8jノ’:;j (1ソ
p 、、j:H)カ35ηi−皐チを維持するように1
・→極隼に供矛、Iする食塙水と陰4〜室に供給する水
の供給h1を調節しつつ比、屑を実施した結果、初期の
42″IM1.圧t」、 2.23 Vであり、300
0時間′出触を継続後の廿゛+ 4[1,1Hの上昇口
、00]■でを)つだ。 才な、この間の苛性ソーダ生成の111、流動率は93
.5チであった。 比較例 ソ(、施例1においてPTF′Fi8h〕独のシートを
用いず、銀担持カーボン入υPTFFiの薄肉シートの
みを寅施例1と同様に、延伸、焼成処理して、以下に示
すqシ/l性の銀担持カーホンブラック、1多孔負P
T F K膜をi4jだ。 厚 さ 155μ望孔率
77襲 Nl:大孔径 0.7tt 成膜を用いて、実施f、Ti 1と同様な方法で電極を
作芥゛lし、実か゛II例1と同様にして電力τを行っ
たところ、以下の結果を得た。 )m、 ’1]、+圧 226v 電が、:効率 935チ また、3000時間にわたる長期t、解を行ったところ
、この間の検知′圧の上昇は初期から005■でt)つ
た。
添付図面嬉1図は、本発明の電椅用材料を塩化アルカリ
」・、%(4@3の畝緊賊元陰極として利用した一例を
69?、明する説明図である。 1・・−Tit請槽、2・・・陽極、3・・・イオン交
換膜、6・・・酸素還元陰極、7・・・酸素含有カス供
給室。 EJ+?i−ノ、!’ +++ ’: l’丁、1°に
]こり!なし)〔■−続:MIN正1丁(方式) 昭和58年2月λと」 特許庁長官 若杉和夫殿 1、Jバ件の表示 特願昭57−159545号 2、発明の名利; ガス拡散電極のS進方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸の内二丁目1番2号氏名 (
OO4)旭硝子株式会社 4、代理人 〒105 別紙の通り(タイプ浄書のため内容に変更なし)以」ニ
」・、%(4@3の畝緊賊元陰極として利用した一例を
69?、明する説明図である。 1・・−Tit請槽、2・・・陽極、3・・・イオン交
換膜、6・・・酸素還元陰極、7・・・酸素含有カス供
給室。 EJ+?i−ノ、!’ +++ ’: l’丁、1°に
]こり!なし)〔■−続:MIN正1丁(方式) 昭和58年2月λと」 特許庁長官 若杉和夫殿 1、Jバ件の表示 特願昭57−159545号 2、発明の名利; ガス拡散電極のS進方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸の内二丁目1番2号氏名 (
OO4)旭硝子株式会社 4、代理人 〒105 別紙の通り(タイプ浄書のため内容に変更なし)以」ニ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1) フッ素含有ポリマー薄膜と、フッ素含有樹脂
と触媒担持カーボンを含む薄膜シートを積層して延伸す
ることを%徴とするガス拡散1い7極の製造方法。 (2) フッ素含有ポリマーがテトラフルオロエチレ
ン(pTyg)である特許請求の範囲第(1)項のガス
拡散11〕、極の製造方法。 (8) フッ素含有ポリマー薄膜がポリテトラフルオ
ロエチレンの微小結節と各結節から出1結節相互多三次
元的に結合するポリテトラフルオロエチレンの微細繊維
とからなり、且つ各結節が互いに一部において接触をノ
るいは連続化している慣れn1″!求の範囲a′32項
記載のカス拡散/、l村・の製造方法。 (4) フッ素含有イn」l1iKがポリテトラフル
オロエチレン、四弗化エチレン−六弗化グロビレン共A
j台体(FEP)等である/l’4汀「請求の4・13
囲第(1)川のカス拡散■・、極の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57159545A JPS5950188A (ja) | 1982-09-16 | 1982-09-16 | ガス拡散電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57159545A JPS5950188A (ja) | 1982-09-16 | 1982-09-16 | ガス拡散電極の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5950188A true JPS5950188A (ja) | 1984-03-23 |
Family
ID=15696090
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57159545A Pending JPS5950188A (ja) | 1982-09-16 | 1982-09-16 | ガス拡散電極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5950188A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0632341A (ja) * | 1992-07-09 | 1994-02-08 | Asahi Breweries Ltd | 容器の擦り傷遮蔽剤および擦り傷が遮蔽された容器 |
US6048383A (en) * | 1998-10-08 | 2000-04-11 | International Fuel Cells, L.L.C. | Mass transfer composite membrane for a fuel cell power plant |
-
1982
- 1982-09-16 JP JP57159545A patent/JPS5950188A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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