JPS6026686A - イオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置 - Google Patents
イオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置Info
- Publication number
- JPS6026686A JPS6026686A JP58135004A JP13500483A JPS6026686A JP S6026686 A JPS6026686 A JP S6026686A JP 58135004 A JP58135004 A JP 58135004A JP 13500483 A JP13500483 A JP 13500483A JP S6026686 A JPS6026686 A JP S6026686A
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- Japan
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- electrode
- exchange resin
- ion exchange
- oxygen
- air
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- Y—GENERAL 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
- 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
Landscapes
- Inert Electrodes (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、イオン交換樹脂膜を電解質どする各種電気化
学装置に関するものであり、その目的とするところは、
電極反応イ（）の三次元化を図ることにより、電気化学
装置の特性を向上せしめんとづ−るところにある。
学装置に関するものであり、その目的とするところは、
電極反応イ（）の三次元化を図ることにより、電気化学
装置の特性を向上せしめんとづ−るところにある。
イオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置には、水
電解装置、ハロゲン化アルカリ電Ｍ装置。
電解装置、ハロゲン化アルカリ電Ｍ装置。
酸素分離装置、水素力Ｍ装置、燃料電池等がある。
これらの各種電気化学装置において、イオン交換樹脂膜
と電極とを一体に接合した接合体を用いる場合と、そう
でない場合とがあるが、本発明（Ｊ前者の場合に関する
ものである。
と電極とを一体に接合した接合体を用いる場合と、そう
でない場合とがあるが、本発明（Ｊ前者の場合に関する
ものである。
従来、イオン交換樹脂膜と電極とを一体化する方法には
大別すると、特公昭５Ｇ −３Ｇ８７３号に記載されて
いる無電解メッキ法ど特公昭！ｉ ８−１ ！ｉ ！ｉ
４４号に記載されているように、電極月わ１粉末と結
着剤との混合物をイオン交換樹脂膜に加熱ｎ−着でる／
ｊ法とがある。しかし、いずれの方法にＪ、３いＣも、
電極の反応帯はイオン交換樹脂膜と電（す：との接ｍ：
界面であり、電極反応は二次元的にしか起らない。
大別すると、特公昭５Ｇ −３Ｇ８７３号に記載されて
いる無電解メッキ法ど特公昭！ｉ ８−１ ！ｉ ！ｉ
４４号に記載されているように、電極月わ１粉末と結
着剤との混合物をイオン交換樹脂膜に加熱ｎ−着でる／
ｊ法とがある。しかし、いずれの方法にＪ、３いＣも、
電極の反応帯はイオン交換樹脂膜と電（す：との接ｍ：
界面であり、電極反応は二次元的にしか起らない。
従って、イオン交換樹脂■９と電極どの接Ｌ’＋ｊを二
次元化すれば、電極の実質的作用面積が増大し、電極反
応はより速く進むことになる。このにうイ「観点に立脚
して、特公昭４５−１４２２０号には、イオン交換樹脂
膜の表面にイオン交換性接層剤と電極ｍｉ媒粉末との混
合物を配しさらに該混合層とどくｒりあう層として電極
触媒粉末と結着剤どのｉＩ１合物からなる電極を配し、
これらを一体化してなる燃料電池が提案されている。
次元化すれば、電極の実質的作用面積が増大し、電極反
応はより速く進むことになる。このにうイ「観点に立脚
して、特公昭４５−１４２２０号には、イオン交換樹脂
膜の表面にイオン交換性接層剤と電極ｍｉ媒粉末との混
合物を配しさらに該混合層とどくｒりあう層として電極
触媒粉末と結着剤どのｉＩ１合物からなる電極を配し、
これらを一体化してなる燃料電池が提案されている。
ところが、該引例では、イオン交換１ｆｉＪ脂膜に接合
されている電極にはイオン交換性結着剤を含む層と含ま
ない層とがあるが、実験の結果後者の層は電極反応物質
の移動を９３しく阻害するため電極の性ｔｉｆｉ ’（
！−低下ざぜることが明らかになった。
されている電極にはイオン交換性結着剤を含む層と含ま
ない層とがあるが、実験の結果後者の層は電極反応物質
の移動を９３しく阻害するため電極の性ｔｉｆｉ ’（
！−低下ざぜることが明らかになった。
本発明ば電極反応（１シの三次元化を図ることにより、
電極の特性の改善を図ろうとする点では１）ａ）小の特
公昭４５−１４２２０４と考えを−にするが、電極にお
ける物質移動をすみやかにラ−ることにより、電極反応
帯の三次元化の効果を十分に生かし、電極の分極を飛？
イ？的に低減せしむるｂのである。即ち、本発明はカル
ボン酸基もしくはスルフメン酸基のうちどちらか１つあ
るいは２つを官１゛走塁として有するイオン交換樹脂Ｉ
ｌつ）を電解質とし、電極触媒粉末とカルボン酸基ある
いはスルフォン０９塁を有するイオン交換樹脂粉末又は
その繊維と１自分子結着剤との混合物からなる囮のみを
電極どするところに特徴がある。
電極の特性の改善を図ろうとする点では１）ａ）小の特
公昭４５−１４２２０４と考えを−にするが、電極にお
ける物質移動をすみやかにラ−ることにより、電極反応
帯の三次元化の効果を十分に生かし、電極の分極を飛？
イ？的に低減せしむるｂのである。即ち、本発明はカル
ボン酸基もしくはスルフメン酸基のうちどちらか１つあ
るいは２つを官１゛走塁として有するイオン交換樹脂Ｉ
ｌつ）を電解質とし、電極触媒粉末とカルボン酸基ある
いはスルフォン０９塁を有するイオン交換樹脂粉末又は
その繊維と１自分子結着剤との混合物からなる囮のみを
電極どするところに特徴がある。
電極反応には必ず電極内部と外部どの間の物質の移動を
伴なう。たとえば燃料電池のノリソード（酸素極）では
酸素が、アノード（水素極）では水素が、又、水電解装
置の７Ｊソードでは水イ；が、アノードでは酸素が電極
反応の進行に伴なって電（々の外部から電極の内部へ、
もしくは内部から外部に移動する。この様な電極反応物
質の移動に閏゛りる分極は潤度分極と呼ばれ、反応速度
を支配Ｊる。従って電極は物質移動が速い構造にづるこ
とが極めて重要であり、この点に関して持分１１ｉ（４
！１−１４２２０号に記載されているイオン交換樹脂粉
末と電極触媒粉末どの混合層に接合されるイオン交換樹
脂粉末を含まない電極触媒粉末と高分子結着剤との混合
層は、物質の移動を阻害し、電＋ｔｌｉ Ｏ） −次元
化の効果を帖しく低減り−るものである。
伴なう。たとえば燃料電池のノリソード（酸素極）では
酸素が、アノード（水素極）では水素が、又、水電解装
置の７Ｊソードでは水イ；が、アノードでは酸素が電極
反応の進行に伴なって電（々の外部から電極の内部へ、
もしくは内部から外部に移動する。この様な電極反応物
質の移動に閏゛りる分極は潤度分極と呼ばれ、反応速度
を支配Ｊる。従って電極は物質移動が速い構造にづるこ
とが極めて重要であり、この点に関して持分１１ｉ（４
！１−１４２２０号に記載されているイオン交換樹脂粉
末と電極触媒粉末どの混合層に接合されるイオン交換樹
脂粉末を含まない電極触媒粉末と高分子結着剤との混合
層は、物質の移動を阻害し、電＋ｔｌｉ Ｏ） −次元
化の効果を帖しく低減り−るものである。
電極触媒粉末とイオン交換樹脂粉末ししくけイオン交換
樹脂繊維と高分子結着剤との１Ｆご命層からなる電極と
イオン交換樹脂膜との接合には、予め電極を作り、それ
をイオン交換樹脂膜にホラ１−ブレスづるかイオン交挽
樹脂膜１直接吹さ例（Ｊにより混合層を形成けしめ、最
後にホラ１ヘブレスＪろ方法があるが必ずしもこの方法
に限定覆るものではない。
樹脂繊維と高分子結着剤との１Ｆご命層からなる電極と
イオン交換樹脂膜との接合には、予め電極を作り、それ
をイオン交換樹脂膜にホラ１−ブレスづるかイオン交挽
樹脂膜１直接吹さ例（Ｊにより混合層を形成けしめ、最
後にホラ１ヘブレスＪろ方法があるが必ずしもこの方法
に限定覆るものではない。
この際重要なことは電極が十分に大きな電子伝専性、イ
オン伝導性９反応物質の拡散係数、電極触媒活性、践械
的強度を右Ｊることと、電極とイオン交換樹脂膜とが十
分に密着していることである。そのために電極触媒粉末
の粒径は数μｍ以下のものが望ましい。高分子結着剤は
イオン交換樹脂膜と電極層どの密性性を良くし、電極の
殴械的強度を増大せしめるだ（づでなく、反応物質の拡
散係数を増大辻しめる働きを何する。この目的にはポリ
４フツ化エチレンの様な含フッ累高分子が適している
が、上）ホの提能を有づ−る結着剤であれば特に限定さ
れない。電極触媒とｉｉ２合すべきイオン交換樹脂の粉
末あるいは繊維の材料としては、パー７６０カーボ・ン
の如き゛含フッ素高分子もしくはスチレン−ジビニルベ
ンピン共重合体の如き高分子をベースにし、カチオン交
換基を導入したものが好適であるが、カチオン交換基を
導入づ゛べき高分子ベースとしては、必ずしもこれらに
限定される−６のではない。ｊ、た電極触媒には、触媒
機能を必ずしももたない電子伝導性月料を混合してもよ
い。
オン伝導性９反応物質の拡散係数、電極触媒活性、践械
的強度を右Ｊることと、電極とイオン交換樹脂膜とが十
分に密着していることである。そのために電極触媒粉末
の粒径は数μｍ以下のものが望ましい。高分子結着剤は
イオン交換樹脂膜と電極層どの密性性を良くし、電極の
殴械的強度を増大せしめるだ（づでなく、反応物質の拡
散係数を増大辻しめる働きを何する。この目的にはポリ
４フツ化エチレンの様な含フッ累高分子が適している
が、上）ホの提能を有づ−る結着剤であれば特に限定さ
れない。電極触媒とｉｉ２合すべきイオン交換樹脂の粉
末あるいは繊維の材料としては、パー７６０カーボ・ン
の如き゛含フッ素高分子もしくはスチレン−ジビニルベ
ンピン共重合体の如き高分子をベースにし、カチオン交
換基を導入したものが好適であるが、カチオン交換基を
導入づ゛べき高分子ベースとしては、必ずしもこれらに
限定される−６のではない。ｊ、た電極触媒には、触媒
機能を必ずしももたない電子伝導性月料を混合してもよ
い。
以下、本発明の一実施例について詳ｊホづる。
実施例
第１図は本発明の一実施例にかかる空気から酸素を分離
する装置の断面構造略図を示づ。
する装置の断面構造略図を示づ。
第１図において、（１）はパーフロロカーボンにスルフ
メン酸基を有するイオン交換樹脂膜。
メン酸基を有するイオン交換樹脂膜。
（２）はパーフロロカーボンにスルフメン酸基を有する
イオン交換樹脂粉末と白金ブラックからなる電極触媒粉
末どポリ ４フツ化ニブ〜レンか’？＋ ４−る高分子
結着剤との混合層からイよる空気極Ｃある。
イオン交換樹脂粉末と白金ブラックからなる電極触媒粉
末どポリ ４フツ化ニブ〜レンか’？＋ ４−る高分子
結着剤との混合層からイよる空気極Ｃある。
一方イオン交換樹脂膜（１）のもう一方の面に（よ白金
からなる酸素発生電極（３）が接合されている。
からなる酸素発生電極（３）が接合されている。
イオン交換樹脂膜（１）にはまず無電解メッキで酸素発
生極（３）となる白金を接合し、次いでこの接合体を乾
燥してから、スＦレンージビニルベンゼンの共重合体を
ベースにし、これにスルーノオン酸基を導入したイオン
交換樹脂わ）末ど白金ブラックどポリ ４フツ化エチレ
ンとの）昆Ａ層＜２）をポットプレス法で接合する。（
４）および（４′ ）は集電体であり、（５）はカソー
ド端板、（６）はアノード端板である。（７）＋１３よ
び（７′ ）は電槽、（８）は空気導入口、（９）は空
気排出口、＜１０）は水の供給口、（１１）は酸素と水
の排出口である。
生極（３）となる白金を接合し、次いでこの接合体を乾
燥してから、スＦレンージビニルベンゼンの共重合体を
ベースにし、これにスルーノオン酸基を導入したイオン
交換樹脂わ）末ど白金ブラックどポリ ４フツ化エチレ
ンとの）昆Ａ層＜２）をポットプレス法で接合する。（
４）および（４′ ）は集電体であり、（５）はカソー
ド端板、（６）はアノード端板である。（７）＋１３よ
び（７′ ）は電槽、（８）は空気導入口、（９）は空
気排出口、＜１０）は水の供給口、（１１）は酸素と水
の排出口である。
かかる構造の空気から酸素を分間１する装置に＋３いて
、カソード端板（５）とアノード端板（６）との間に直
流電圧を印加づると、空気極（２）て（ま空気中の酸素
の還元反応が生しる。同時に酸系発生極（３）では酸素
の発生が起り酸素ＩＩ出口（１１）からＮｉ！素が排出
される。
、カソード端板（５）とアノード端板（６）との間に直
流電圧を印加づると、空気極（２）て（ま空気中の酸素
の還元反応が生しる。同時に酸系発生極（３）では酸素
の発生が起り酸素ＩＩ出口（１１）からＮｉ！素が排出
される。
次に、この空気から酸素を分前する装置を酸素発生装置
として作動させた場合の性能を従来例との比較のもとに
テストしてＪノだ。
として作動させた場合の性能を従来例との比較のもとに
テストしてＪノだ。
まず上）ホ、の本発明装置を（△）とし、特公昭４５−
１４２２０号記載の方法に準じて製作した装置で上述の
実施例のイオン交換樹脂粉末と白金ブラックと４フツ化
エチレンとの混合層の上に白金ブラックと４フツ化エチ
レンとの混合層を圧着してなる装置を（Ｂ）、従来から
の方法である、−上述実施例の空気極（１）の代りに白
金ブラックと４フツ化エチレンどの混合層を用いた装置
を（Ｃ）とし、これらの装置の電流密度−電ＩＴＥ特性
をめ！こところ、第２図に示す結果が得られた。まず（
＋３）と（Ｃ）と比較してみるど明らかに（Ｂ）の力が
１ｈ性がすぐれている。これは（Ｂ）におりる触媒粉末
とイオン交換樹脂粉末との混合にＪ、り電極の実質的な
作用面積が増大したため分極がａ（誠しＣいることを示
している。しかし電流密度２５０ｍΔｉ” Ｃ１１ｌイ
」近で電圧が急上貸しており、この電流密僚゛（ｖ累積
への酸素の拡散過程が電極反応の７１１速段階にあるこ
とが分る。一方（△）と（Ｂ）とを比軸づると（△）の
方が（Ｂ）よりも分極が小さい。さらに特筆づべぎは、
（△）に＋３りる電几の２激な立ち上りは、ＧＯＯｍＡ
／ａＩｉイ］近で（Ｂ）にくらｌ＼電流密度が２．４倍
に増大しＣいることＣある。これは電極にお（ブる酸素
の拡散が極めてづｐ）、 ｉｂかに行われ−Ｃいること
を示づものである。この様に（＋３）に＋３いてはイオ
ン交換樹脂粉末を含ｙ： ＜；い層が酸素の拡散を阻害
していることが明白である。
１４２２０号記載の方法に準じて製作した装置で上述の
実施例のイオン交換樹脂粉末と白金ブラックと４フツ化
エチレンとの混合層の上に白金ブラックと４フツ化エチ
レンとの混合層を圧着してなる装置を（Ｂ）、従来から
の方法である、−上述実施例の空気極（１）の代りに白
金ブラックと４フツ化エチレンどの混合層を用いた装置
を（Ｃ）とし、これらの装置の電流密度−電ＩＴＥ特性
をめ！こところ、第２図に示す結果が得られた。まず（
＋３）と（Ｃ）と比較してみるど明らかに（Ｂ）の力が
１ｈ性がすぐれている。これは（Ｂ）におりる触媒粉末
とイオン交換樹脂粉末との混合にＪ、り電極の実質的な
作用面積が増大したため分極がａ（誠しＣいることを示
している。しかし電流密度２５０ｍΔｉ” Ｃ１１ｌイ
」近で電圧が急上貸しており、この電流密僚゛（ｖ累積
への酸素の拡散過程が電極反応の７１１速段階にあるこ
とが分る。一方（△）と（Ｂ）とを比軸づると（△）の
方が（Ｂ）よりも分極が小さい。さらに特筆づべぎは、
（△）に＋３りる電几の２激な立ち上りは、ＧＯＯｍＡ
／ａＩｉイ］近で（Ｂ）にくらｌ＼電流密度が２．４倍
に増大しＣいることＣある。これは電極にお（ブる酸素
の拡散が極めてづｐ）、 ｉｂかに行われ−Ｃいること
を示づものである。この様に（＋３）に＋３いてはイオ
ン交換樹脂粉末を含ｙ： ＜；い層が酸素の拡散を阻害
していることが明白である。
以上の如く電極触媒粉末とイオン交換樹脂粉末と高分子
結着剤とのイ昆合層をイオン交換樹脂膜に接合するだＩ
って、電極の実質的な反応面積が大きく、さらに電極反
応物質の移動かづみヤ）かな電気化学装置を作ることが
できる。かかる意味から本発明はづ−ぐれたイオン交換
樹脂を電解質とり−る電気化学装置を提供Ｊ−るもので
、その工業的価値は極めて大である。
結着剤とのイ昆合層をイオン交換樹脂膜に接合するだＩ
って、電極の実質的な反応面積が大きく、さらに電極反
応物質の移動かづみヤ）かな電気化学装置を作ることが
できる。かかる意味から本発明はづ−ぐれたイオン交換
樹脂を電解質とり−る電気化学装置を提供Ｊ−るもので
、その工業的価値は極めて大である。
第１図は本発明の一実施例にかかる空気から酸素を分離
する装置の断面構造略図、負〕２図は本発明の一実施例
にかかる空気から酸素を分離する装置（△）と従来装置
（Ｂ、Ｃ）との電流密度−電圧特性の比較を示す図であ
る。
する装置の断面構造略図、負〕２図は本発明の一実施例
にかかる空気から酸素を分離する装置（△）と従来装置
（Ｂ、Ｃ）との電流密度−電圧特性の比較を示す図であ
る。
Claims (1)
- １、カチオン父換樹脂膜の片面もしくは両面に電極触媒
粉末とカチオン交換樹脂粉末もしくはカチ詞ン交換樹脂
繊維と高分子結着剤との混合層を接合してなることを特
徴とするイオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58135004A JPS6026686A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | イオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58135004A JPS6026686A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | イオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6026686A true JPS6026686A (ja) | 1985-02-09 |
Family
ID=15141677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58135004A Pending JPS6026686A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | イオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6026686A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6321752A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-29 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | ガス拡散電極 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54107493A (en) * | 1977-12-23 | 1979-08-23 | Gen Electric | Method and apparatus for manufacturing halogen |
-
1983
- 1983-07-22 JP JP58135004A patent/JPS6026686A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54107493A (en) * | 1977-12-23 | 1979-08-23 | Gen Electric | Method and apparatus for manufacturing halogen |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6321752A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-29 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | ガス拡散電極 |
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