JPS60140668A - ガス拡散電極 - Google Patents

ガス拡散電極

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JPS60140668A
JPS60140668A JP58245317A JP24531783A JPS60140668A JP S60140668 A JPS60140668 A JP S60140668A JP 58245317 A JP58245317 A JP 58245317A JP 24531783 A JP24531783 A JP 24531783A JP S60140668 A JPS60140668 A JP S60140668A
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film
fiber material
layer
porous
diffusion electrode
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Hiroshi Kato
博 加藤
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JAPAN GOATETSUKUSU KK
Japan Gore Tex Inc
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JAPAN GOATETSUKUSU KK
Japan Gore Tex Inc
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    • 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】 本発明はカス拡散電極の創案に係り、燃料電池や酸素−
金属電池等の電池類や食塩′紙屑槽その他のfil気化
気化学的装置用いられるガス拡散1kL極に関してその
電極特性および寿命において優れたものとなし、しかも
低コスト且つ容易に製造し得るようにしたものである。
燃料電池などに用いられるガス拡散電極は一般に触媒ノ
ーと集電体および防水通気性を有する拡散層とから構成
され・その一体としては耐を層液性および耐反応ガス性
を有する金属のメツシュやエキスバンドメタル、パンチ
ングメタル等が用いられ、又拡散層としてはポリテトラ
フルオロエチレン樹脂の微細繊維材などの撥水性を有す
る弗素樹・脂系多孔質膜羽が用いられている。即ち集電
体としては上記のように耐電解液性および耐反応ガス性
を有する限られた金属材料しか使用できないので高価と
なり、又拡散層として使用される弗素樹脂系多孔質膜は
絶縁体であるため発生電気の取出し或いは供給、史には
各セルの接続などを行うに当ってリード線を外部に取出
すことが必要であり、煩雑である。そこで上記のような
不利を避けるように拡散ノーを導電性とし、触媒層から
拡散層を通して背面に直接電気的接続が得られるような
構造のものが提案されており、即ち拡散層として黒鉛粉
末を弗素樹脂系などの撥水性を有するバインダーで結着
した多孔質体を使用し、或いは弗素樹脂等により防水処
理を施したカーボンペーパーなどを使用することが提案
されている・然しこれらの場合においては孔径が比較的
大きく又均一性にも欠けるため充分な防水性を得るには
前記バインダーとしての撥水性樹脂が多値に必猥となり
、しかもその結果は4電性が劣化する不利を有し、勿論
上記のような防水処理自体もlj雑となる。
本発明は上記したような実情に鑑み積別を11(ねて創
案さ才またものであって、その基本的な+Ill成1タ
、j係は第1図にボ丁ように、一般的な多孔質弗素樹脂
フィルム製造法によってイセられる膜厚が15μm以1
で、平均孔径が0.2〜15μmであり、を孔率90%
以上の特性を有する商延伸倍率繊維材(例えば部品名ゴ
アテツクスバッグフィルターに使用されているフィル′
ムで平均孔径3μmS膜厚12μm1空隙率95%)1
を用い、該、繊維材1は焼成品および未焼成品の何れで
あってもよい。然してこのような繊維材1の一側に触媒
層2が層着され、この触媒層2は活性炭素、グラファイ
ト粉末、カーボンブラック或いはそれらの混合物に触媒
を担持させたもの、或いは炭素粉*および触媒粉末を混
合したものを弗素樹脂接着剤などで結着させたものであ
る。更に繊維材1の他側には拡散層3を層着するが、こ
の拡散層3は上記のような特定の繊維材1が用いられて
いるのでそれ自体が防水性を有し殊更に強い防水性を必
要としないことになり、このため従来のように多重の撥
水性樹脂等を用いる必少がなく、例えばカーボンペーパ
ーや若干の防水処理したカーボンペーパーでよ(、又炭
素粉末を撥水性a1脂で結着したもので充分であり、前
記触媒層2についても同様である。
即ち前記した多孔質弗素樹脂フィルム1が膜厚15μ以
下で、平均孔径0.2〜15μmのものに上記のような
触媒層、拡散層3を積層して加圧すると上記フィルム1
の厚さがそれなりに薄くなると共にその414造は密と
なり実質的に通気性はあまり変化しないで防水性は一層
向上されることになり、しかも好ましいことは上記フィ
ルム1は元来が絶縁材として作用し導′屯性の(4Iら
れないものであるに拘わらず、良好5−t(導電性を示
すこととなる。蓋し介在ノーとして用いられた前記フィ
ルム1が触媒層2および拡散層3と共に加圧成形される
ことにより極めて薄い該フィルム1に撥水性に富んだ防
水層が形成されると共にその多孔組織中に導′u℃性の
粉末がそれなりに入り込むことにより導電性が得られる
ことになり、その厚みも薄くなることから大きな電気的
抵抗を示さプエいこととなるものと推定される。
本発明によるものにおいて多孔質四弗化エチレン樹脂の
1Pfi#が15μm以上であると加圧したときに有効
な導電性が得られないと共に通気性の損われる傾向が犬
であり、又該膜厚が2μm以下であ♂と取扱い性が著し
く悪くなると共に有効な防水性が得られなくなる。
又平均孔径が0.2μm以下では加圧積層後においても
有効な導電性を得ることができず、これに対してこの平
均孔径が15μm以上のものにおいては本発明の目的と
する防水層を形成することができない。同45’RK仝
隙率が90チ以下のものを有効な導電性が得られない。
なお上記した積層一体化に当っては面圧10製以上とす
ることがylましく、この程度以下では一体化が得られ
ないと共に前記したような導’/[性も適切に得られな
い。又xocio製を超えるような面圧では電極全体と
し又の通気性本発明によるものの具体的な製造例につい
て説明すると以下の如くである。
製造例1 %開昭57−30270号公報に記載されているガス拡
散電極用材料として、カーボンブラック(アメリカ合衆
国キャボレト社製VULCANXC−72) 70%を
含み微小結節と微細繊維とからなる弗素樹脂系多孔質膜
体2裡類を製造した。州」ちこの膜体の物性は柴犬孔径
が0.6 μm、ガレー献11秒、膜厚120μmのも
のおよび最大孔径08μm1 ガレー数10秒で膜厚8
0μmのものである。
これら2枚の膜体を平均孔径5μm1窒隙率97%、膜
厚10μmの延伸多孔質弗素樹脂繊維状材を介して前記
した第1図のように乗合し、これを史に紙を市ねた状態
でロール加圧してノ厚さ80μmの積層偽造膜を得た。
更に斯うして得られた構造膜の四辺を固定して355℃
、5分間の加熱をなし積層一体栴造膜とした。即ち上記
のようにして得られた構造膜の物性は柴犬孔径が05μ
m、ガーレー数80秒、j膜厚100μmのものであり
、この膜をメタノールで湿潤化してから水とメタノール
を置換し、更に塩化白金vXX液液置換した後に還元す
、ることにより白金担持量が0.7wtチの電極膜を得
た。
即ち上記のようにして侍られた膜材は第2図に示すよう
に該膜材1oの片面(カーボン層の薄い仰j)にカーボ
ンペーパー11を当て、又その裏面にステンレスネット
12をブトしてステンレス板13を接合させることによ
り第2図に示すような食塩′&解槽20のガス拡散電極
となし、陽極液(例えは25 wt%NaC/! )の
導入口16と陰極液(例えば30 wt%Na0H)の
導入口1Tとの間にイオン父換膜(例えばナフィオン2
27)15を使用し、食塩電解を行ったところ、電流密
度20 V賦桶温度85℃で″観解初期には槽電圧が2
.30Vであり、この値は90日後においても殆んど変
化しなかった。勿論電体まりの漏水を全く見ることがな
く、安定した操業をなすことができた。
製造例2 白金触媒10 wt % を札持したカーボンブラック
(アメリカ合衆国キャボット社製VULCANXC−7
2)に、ポリテトラフルオロディスパージョンを樹)1
8分で10wt%象加し、混練した後展開して町さ0.
15mmのシート状として触媒層を形成した。
父上記とは別に白金触媒を担持しない上記と同じカーボ
ンブラックに同じディスパージョンを4′g(加分で1
0爪胤%65加し、混練展開して厚さ0.08 M副の
シート状とした拡散層を形成した。
上記したような各シートを平均孔径3/jmで、膜厚1
0μmであり、空隙率96%の延伸多孔質弗累イυ(脂
フィルム1を介して重合させてから両端面を平均孔径0
.2μmの多孔質弗素側肋膜で挾み、面圧30υで加圧
一体化した後、更に250℃、10分間の加熱処理をな
し、勺ム1〕してからj#j端ω1の多孔質弗素樹脂膜
を剥かして全Nみが0.18mynの本発明による′亀
@!、IIaを得た。
このものは更にその拡散層側表面にポリテトラフルオロ
エチレン60%と、FEP40%の割合で混合した水性
分散液を塗布した後、更に同じ組成の水性分散液を含浸
量ZI5’させたカーボンペーパー、−を押し当てて3
0o℃に加圧加熱して県電体を接着し、ガス拡散箪愉と
した。
然して上記のようにして作表された電極を陽極、陰橙と
し、電解液にKUHを用いて酸素−水素燃料電池を構成
したものにつぃCその出力特性を測定した結果は第3図
のポIっであって安定したものであり、又耐用性試験を
行った結果は第4図の1!Jりであって、放電時間20
00時間以上でなお充分な耐用性を有することが確認さ
れた。
シ、上説明したような本発明によるときは膜厚15μm
以下で平均孔径が02〜10μmであり空隙率90%以
上を南する多孔質四弗化エチレン樹脂薄膜を介して炭素
粉末とバインダーおよび触媒から成る触媒層と4電性多
孔質層である拡散層を加圧積層して一体化することによ
り、比較的薄層のガス拡散電極を形成しイ0ると共に防
水性を良好として拡散層材質としてより広範な材料の使
用を可能となし、低コストに充分な耐用性をもった製品
を提供せしめ、更には装置全体のコンパクト化を図り得
るなどの作用効果を有しており、工業的にその効果の大
きい発明である。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第1図
は本発明によるガス拡散′6L&の断面図、第2図はそ
の製造例によるものを′電解槽に適用し、た状態の断面
的説明図、第3図はその製造例によるものの出力特性測
定結果の図表、第4図はその耐用性試験結果の固成であ
る。 然してこれらの図面において、1は多孔質四弗化エチレ
ン樹脂薄膜、2は触媒層、3は拡散層、10は電極膜材
、11はカーボンベーパー、12はステンレスネット、
13はステンレス板、16は陰極液導入口、1Tは陰極
液導入口、20は電解槽を示すものである。パ特許出願
人 ジャパンゴアテックス株式会社発 明 者 加 藤
 博 ′、、、:′、社2 手続補正書く色がゝ 昭和 5嚢12弓 0 特許庁長官若 杉 和 失敗 1、事件の表示 11ij 和6;”年特l1v−願第:241B/’7
f r。 2、発明の、i&称 カス払#緊柿 3、補正をする者 事件との関係特許出願人 名称(氏名)シェ昌0ンコアんクス味式会社昭和 年 
月 日 発送 6、補正の対象 補正の内容 1、本願明細誓中第1頁「2特許請求の範囲」の項の記
載を以下の如く削正する。 「1 膜厚が15μm以下で平均孔径が0.2〜10μ
7nてあシ、空隙率90%以上を有する多孔質四弗化エ
チレン樹脂薄膜を介して炭素粉末々バインターおよび触
媒から成る触媒層と導電性多孔質層である拡散I曽とを
加圧8’t・L層せしめたことを特徴とするカス拡散電
極。 2 多孔質四弗化エチレン樹脂薄11mが無数の結f1
11iXl♂とそ、hらを相互に連結した微細繊維から
なる!1.J許届求の範囲第1項に記載のガス拡散電極
。、」 手続補正書はり 昭和 5イ9.4 馬 日 特許庁長官若 杉 和 失敗 1、事件の表示 昭和り3年将 許願第111f#7 号; 2、発明の名称 、 刀゛ス1人柄tJk 3、補正をする者 事件との関係9 N出願人 名 称(氏名)ジャパンゴアテノクス(朱式会1土4、
代理人 昭和r52年d月り27日発送 6、補正の対象 補 正 の 内 容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、膜厚が15μm以下で平均孔径が0.2〜10μm
    であり、空隙系90%以上を有する多孔質四弗化エチレ
    ン樹脂薄膜を介して炭素粉末とバインダーおよび触媒か
    ら成るメリ;媒泗と4電性多孔質層である拡散ノーとを
    加圧横磨せしめたことを特徴とするガス拡散電極。 2、 多孔質四弗化エチレン樹脂薄膜が無数の結節部と
    それらを相互に連結した微+I41]繊維からなる特許
    請求の範囲第1項に記載のガス拡散電極・
JP58245317A 1983-12-28 1983-12-28 ガス拡散電極 Granted JPS60140668A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58245317A JPS60140668A (ja) 1983-12-28 1983-12-28 ガス拡散電極

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JP58245317A JPS60140668A (ja) 1983-12-28 1983-12-28 ガス拡散電極

Publications (2)

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JPS60140668A true JPS60140668A (ja) 1985-07-25
JPH0465498B2 JPH0465498B2 (ja) 1992-10-20

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ID=17131864

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JP58245317A Granted JPS60140668A (ja) 1983-12-28 1983-12-28 ガス拡散電極

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6441168A (en) * 1987-08-07 1989-02-13 Tanaka Precious Metal Ind Gas permeating film

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS509724A (ja) * 1973-06-01 1975-01-31

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS509724A (ja) * 1973-06-01 1975-01-31

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6441168A (en) * 1987-08-07 1989-02-13 Tanaka Precious Metal Ind Gas permeating film

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JPH0465498B2 (ja) 1992-10-20

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