JPS6044786B2 - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
- Publication number
- JPS6044786B2 JPS6044786B2 JP55153331A JP15333180A JPS6044786B2 JP S6044786 B2 JPS6044786 B2 JP S6044786B2 JP 55153331 A JP55153331 A JP 55153331A JP 15333180 A JP15333180 A JP 15333180A JP S6044786 B2 JPS6044786 B2 JP S6044786B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- ptfe
- gas diffusion
- diffusion electrode
- catalyst
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電池、食塩電解槽等の電気化学的装置に用いら
れるガス拡散電極の改良に係り、特にその触媒層に関す
るもので、その目的とするところは、分極特性がすぐれ
高電流密度の作動においても寿命の長いガス拡散電極を
提供せんとするにある。
れるガス拡散電極の改良に係り、特にその触媒層に関す
るもので、その目的とするところは、分極特性がすぐれ
高電流密度の作動においても寿命の長いガス拡散電極を
提供せんとするにある。
従来より、多孔性金属板、エキスパンデツドメタル等を
電極基体としたものに、触媒金属を担持させた炭素粉末
と、ポリ四弗化エチレン（以下単にＰＴＦＥと記す）の
水懸濁液との混合物をスプレー法やろ過法にて塗布し、
加圧して触媒層を形成した後、乾燥し、多孔性ＰＴＦＥ
膜を加圧々着したものをさらに熱処理してガス拡散電極
としたものが知られている。
電極基体としたものに、触媒金属を担持させた炭素粉末
と、ポリ四弗化エチレン（以下単にＰＴＦＥと記す）の
水懸濁液との混合物をスプレー法やろ過法にて塗布し、
加圧して触媒層を形成した後、乾燥し、多孔性ＰＴＦＥ
膜を加圧々着したものをさらに熱処理してガス拡散電極
としたものが知られている。
該ガス拡散電極は、すぐれた分極特性を示し、１００ｍ
Ａ／ｃイ以下の低電流密度での作動に限つて言うならば
寿命も比較的長い。
Ａ／ｃイ以下の低電流密度での作動に限つて言うならば
寿命も比較的長い。
ところが一般に、−−−−＾＾ Ａ ／ ク警 れ−、
★ＥｅＰ仕 ｒｔｃ、ィ４、ン区１−を■１■■Ｈ、、
↓比た場合、寿命は極端に短縮される。また触媒層自体
に亀裂が生じて電極が剥離し、突如寿命が尽きるという
問題も生じる。この原因は、結着剤として水懸濁液状の
ＰＴＦＥを用いた場合、熱処理を施しても、ＰＴＦＥは
溶融流動性が極めて小さいので、触媒粉末をＰＴＦＥで
覆いつくすことがなく、適当に撥水性があつて、電極反
応部位である触媒粉末表面と電解液との接点も充分存在
するが、反面結着強度が小さく電極の機械的強度が小さ
いためである。
★ＥｅＰ仕 ｒｔｃ、ィ４、ン区１−を■１■■Ｈ、、
↓比た場合、寿命は極端に短縮される。また触媒層自体
に亀裂が生じて電極が剥離し、突如寿命が尽きるという
問題も生じる。この原因は、結着剤として水懸濁液状の
ＰＴＦＥを用いた場合、熱処理を施しても、ＰＴＦＥは
溶融流動性が極めて小さいので、触媒粉末をＰＴＦＥで
覆いつくすことがなく、適当に撥水性があつて、電極反
応部位である触媒粉末表面と電解液との接点も充分存在
するが、反面結着強度が小さく電極の機械的強度が小さ
いためである。
また作動時間の経過にともないＰＴＦＥ自体弾力性があ
るので炭素表面に吸着したＰＴＦＥの粒子間の間隙が次
第に膨潤して大きくなり、触媒粉末が電解液で濡れてき
て、良好な活性点を維持することが出来なくなつてしま
うという現象を生じるためである。なおこの現象は、高
電流密度および高液温になるほど相対的に、早期に認め
られることが判つた。一方、結着剤として四弗化エチレ
ン−エチレンＪ共重合体（以下単にＥＴＦＥと記す）の
粉末状のものを単独で用いた場合ＰＴＦＥの様な加圧成
形性はないが、例えばホット・プレスでＥＴＦＥの融点
（２５５〜２７００Ｃ）附近の温度に加熱しながら加圧
すると溶融流動性が出てくるためＰＴＦＥの場合より丁
もはるかに結着力は大きく、電極構造の密なものが得ら
れるという利点がある。
るので炭素表面に吸着したＰＴＦＥの粒子間の間隙が次
第に膨潤して大きくなり、触媒粉末が電解液で濡れてき
て、良好な活性点を維持することが出来なくなつてしま
うという現象を生じるためである。なおこの現象は、高
電流密度および高液温になるほど相対的に、早期に認め
られることが判つた。一方、結着剤として四弗化エチレ
ン−エチレンＪ共重合体（以下単にＥＴＦＥと記す）の
粉末状のものを単独で用いた場合ＰＴＦＥの様な加圧成
形性はないが、例えばホット・プレスでＥＴＦＥの融点
（２５５〜２７００Ｃ）附近の温度に加熱しながら加圧
すると溶融流動性が出てくるためＰＴＦＥの場合より丁
もはるかに結着力は大きく、電極構造の密なものが得ら
れるという利点がある。
ところが触媒表面がＥＴＦＥによつて覆いつくされるた
めに、電極としての特性は悪いという不都合がある。本
発明は、水懸濁液状のＰＴＦＥと粉末状のＥＴＦＥとの
長所をのばし、短所を補うことによつて電極の分極特性
を犠性にすることなく、より機械的強度を大きくし、高
電流密度の作動においても長寿命の電極を提供せんとす
るにある。即ち、本発明は粉末状のＥＴＦＥと水懸濁液
状のＰＴＦＥとの混合結着剤で以て、触媒粉末を結着し
、ガス拡散電極とするものである。
めに、電極としての特性は悪いという不都合がある。本
発明は、水懸濁液状のＰＴＦＥと粉末状のＥＴＦＥとの
長所をのばし、短所を補うことによつて電極の分極特性
を犠性にすることなく、より機械的強度を大きくし、高
電流密度の作動においても長寿命の電極を提供せんとす
るにある。即ち、本発明は粉末状のＥＴＦＥと水懸濁液
状のＰＴＦＥとの混合結着剤で以て、触媒粉末を結着し
、ガス拡散電極とするものである。
このような製法を採用すると、ＰＴＦＥの微粒子が触媒
粉末表面を適度に覆い、したがつてまた適度な撥水性が
出てくると共に、ＥＴＦ′Ｅの粉末が触媒粉末同志の比
較的大きな間隙を埋めるような形となり、電極全体の充
填構造が密となり、適当な熱処理（ＥＴＦＥの融点２５
５℃よりや）低い温度が好ましい）によつて、ＥＴＦＥ
の適度な溶融のために電極全体の結着強度が大きくなり
機械的強度も大きくなる。
粉末表面を適度に覆い、したがつてまた適度な撥水性が
出てくると共に、ＥＴＦ′Ｅの粉末が触媒粉末同志の比
較的大きな間隙を埋めるような形となり、電極全体の充
填構造が密となり、適当な熱処理（ＥＴＦＥの融点２５
５℃よりや）低い温度が好ましい）によつて、ＥＴＦＥ
の適度な溶融のために電極全体の結着強度が大きくなり
機械的強度も大きくなる。
また高電流密度での作動においても長期間、前述の間隙
が膨潤して大きくなることはない。つまり粉末状ＥＴＦ
Ｅ単独の場合には、加圧成形性がないのに対し、水懸濁
液状ＰＴＦＥの助けを借りると常温での加圧で成形が可
能となる。
が膨潤して大きくなることはない。つまり粉末状ＥＴＦ
Ｅ単独の場合には、加圧成形性がないのに対し、水懸濁
液状ＰＴＦＥの助けを借りると常温での加圧で成形が可
能となる。
そして次の熱処理工程でＥＴＦＥの溶融結着性により、
機械的強度か出てくる。以下、本発明の一実施例につい
て詳述する。ます、触媒金属として１０％の銀を含有せ
る活性炭粉末４ｆ１，粉末状ＥＴＦＥＯ．５ｙおよび精
製水２６，ｃｃを混合した後、ＰＴＦＥの６０％水懸濁
液３ｃｃを入れて撹拌混合する。次に、あらかじめ用意
した焼結多孔性二ツケル板（気化率６０％，厚みが０．
５Ｔｆ０ｎ，たて１００ｍ！Ｒｌ，よこ１０ｈ）の片面
にスプレガンで前述の混合物を吹付け塗布する。一旦乾
燥した！後１５０ｋ９／Ｃ７ｉの圧力で加圧すると焼結
多孔性ニツケル板の片面に触媒層が形成される。次に触
媒層面にＰＴＦＥと四弗化エチレン一六弗化プロピレン
共重合物（以下単にＦＥＰと記す。）のそれぞれの水懸
濁液との混合液を塗布し、乾燥して水分を除η去する。
次に４０％の気孔率を有する厚さ０．３Ｔｎｍの多孔性
ＰＴＦＥ膜を載置し３００ｋｇ／ａｌの圧力で加圧々着
する。最後に２４０℃で１時間、窒素雰囲気中で熱処理
を施す。かくして空気中の酸素を呼吸しながら作動する
いわゆる空気極として適したガス拡散電極が得られる。
機械的強度か出てくる。以下、本発明の一実施例につい
て詳述する。ます、触媒金属として１０％の銀を含有せ
る活性炭粉末４ｆ１，粉末状ＥＴＦＥＯ．５ｙおよび精
製水２６，ｃｃを混合した後、ＰＴＦＥの６０％水懸濁
液３ｃｃを入れて撹拌混合する。次に、あらかじめ用意
した焼結多孔性二ツケル板（気化率６０％，厚みが０．
５Ｔｆ０ｎ，たて１００ｍ！Ｒｌ，よこ１０ｈ）の片面
にスプレガンで前述の混合物を吹付け塗布する。一旦乾
燥した！後１５０ｋ９／Ｃ７ｉの圧力で加圧すると焼結
多孔性ニツケル板の片面に触媒層が形成される。次に触
媒層面にＰＴＦＥと四弗化エチレン一六弗化プロピレン
共重合物（以下単にＦＥＰと記す。）のそれぞれの水懸
濁液との混合液を塗布し、乾燥して水分を除η去する。
次に４０％の気孔率を有する厚さ０．３Ｔｎｍの多孔性
ＰＴＦＥ膜を載置し３００ｋｇ／ａｌの圧力で加圧々着
する。最後に２４０℃で１時間、窒素雰囲気中で熱処理
を施す。かくして空気中の酸素を呼吸しながら作動する
いわゆる空気極として適したガス拡散電極が得られる。
かくして得られたガス拡散電極の断面構造略図を第１図
に示す。
に示す。
図において１は電解液側に面する多孔性ニツケル板層、
２は触媒層である。触媒層２は銀を含む活性炭２ａ，Ｐ
ＴＦＥ２ｂおよびＥＴＦＥ２ｃとから構成される。即ち
、ＰＴＦＥ２ｂが活性炭表面に付着し、活性フ炭の粉末
間部分に粉末状のＥＴＦＥ２ｃが充填された形の構造で
ある。
２は触媒層である。触媒層２は銀を含む活性炭２ａ，Ｐ
ＴＦＥ２ｂおよびＥＴＦＥ２ｃとから構成される。即ち
、ＰＴＦＥ２ｂが活性炭表面に付着し、活性フ炭の粉末
間部分に粉末状のＥＴＦＥ２ｃが充填された形の構造で
ある。
３は、ＰＴＦＥとＦＥＰとの混合物からなる接合層であ
り、触媒層２と多孔性ＰＴＦＥ膜４とを接合するための
層である。
り、触媒層２と多孔性ＰＴＦＥ膜４とを接合するための
層である。
次に本発明の効果について説明する。実施例で得られた
ガス拡散電極をＡとし、実施例において、触媒層が銀触
媒を含む活性炭と結着剤としてのＰＴＦＥ単独とで形成
されている従来型の電極Ｂとして、各電極を常法により
空気極として試験に供した。
ガス拡散電極をＡとし、実施例において、触媒層が銀触
媒を含む活性炭と結着剤としてのＰＴＦＥ単独とで形成
されている従来型の電極Ｂとして、各電極を常法により
空気極として試験に供した。
つまり電解液として３０％苛性カリ水溶液を用い、相手
板としてニツケル板を用いて空気極の単板試験槽を構成
し、自然対流空気で各電極の分極特性を求め、次いで２
００ｒｎＡ／ｃ！ｌの電流密度で連続寿命試験を行なつ
た。
板としてニツケル板を用いて空気極の単板試験槽を構成
し、自然対流空気で各電極の分極特性を求め、次いで２
００ｒｎＡ／ｃ！ｌの電流密度で連続寿命試験を行なつ
た。
分極特性を第２図に示し、寿命試験結果を第３図に示す
。
。
即ち、・本発明にか）る電極Ａは、従来法の電極Ｂに比
べ分極特性においてはほとんど変らないま）で、より長
寿命であることがわかる。電極Ｂの場合、寿命の尽きた
原因は、触媒層の剥離によるものである。なお、前述の
実施例では、焼結多孔性ニツケル板を用いたが、エキス
パンドメタル，網，炭素繊維膜等を用いても同様の効果
が得られる。
べ分極特性においてはほとんど変らないま）で、より長
寿命であることがわかる。電極Ｂの場合、寿命の尽きた
原因は、触媒層の剥離によるものである。なお、前述の
実施例では、焼結多孔性ニツケル板を用いたが、エキス
パンドメタル，網，炭素繊維膜等を用いても同様の効果
が得られる。
また焼結多孔性ニツケル板と触媒層とを単に加圧だけ一
体化したが、ホツト・プレスで一体化してもよい。以上
詳述せる如く、本発明は、分極特性，寿命の双方に対し
てすぐれた性能を発揮するガス拡散電極の製造法を提供
するもので、その工業的価値極めて大である。
体化したが、ホツト・プレスで一体化してもよい。以上
詳述せる如く、本発明は、分極特性，寿命の双方に対し
てすぐれた性能を発揮するガス拡散電極の製造法を提供
するもので、その工業的価値極めて大である。
第１図は本発明の実施例にか）るガス拡散電極の断面構
造を示し、第２図は分極特性比較図，第３図は寿命試験
結果の比較図である。 １・・・・・・多孔性ニツケル板層、２・・・・・・触
媒層、２ａ・・・・・・銀を含む活性炭、２ｂ・・・・
ポリ四弗化エチレン、２ｃ・・・・・・四弗化エチレン
−エチレン共重合体、４・・・・・多孔性ポリ四弗化エ
チレン膜。
造を示し、第２図は分極特性比較図，第３図は寿命試験
結果の比較図である。 １・・・・・・多孔性ニツケル板層、２・・・・・・触
媒層、２ａ・・・・・・銀を含む活性炭、２ｂ・・・・
ポリ四弗化エチレン、２ｃ・・・・・・四弗化エチレン
−エチレン共重合体、４・・・・・多孔性ポリ四弗化エ
チレン膜。
Claims (1)
- １ 炭素粉末または、あらかじめ触媒を担持させた炭素
粉末を粉末状四弗化エチレン−エチレン共重合体と水懸
濁液状ポリ四弗化エチレンとの混合物で結着してなるこ
とを特徴とするガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55153331A JPS6044786B2 (ja) | 1980-10-30 | 1980-10-30 | ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55153331A JPS6044786B2 (ja) | 1980-10-30 | 1980-10-30 | ガス拡散電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5776762A JPS5776762A (en) | 1982-05-13 |
| JPS6044786B2 true JPS6044786B2 (ja) | 1985-10-05 |
Family
ID=15560149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55153331A Expired JPS6044786B2 (ja) | 1980-10-30 | 1980-10-30 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6044786B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10130441B4 (de) * | 2001-06-23 | 2005-01-05 | Uhde Gmbh | Verfahren zum Herstellen von Gasdiffusionselektroden |
-
1980
- 1980-10-30 JP JP55153331A patent/JPS6044786B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5776762A (en) | 1982-05-13 |
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