JPS62208554A - ガス拡散電極及びその製造方法 - Google Patents

ガス拡散電極及びその製造方法

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JPS62208554A
JPS62208554A JP61050019A JP5001986A JPS62208554A JP S62208554 A JPS62208554 A JP S62208554A JP 61050019 A JP61050019 A JP 61050019A JP 5001986 A JP5001986 A JP 5001986A JP S62208554 A JPS62208554 A JP S62208554A
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JP
Japan
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hydrophilic
water
repellent
carbon black
polytetrafluoroethylene
Prior art date
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Pending
Application number
JP61050019A
Other languages
English (en)
Inventor
Choichi Furuya
長一 古屋
Satoru Motoo
本尾 哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Original Assignee
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Inert Electrodes (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、燃料電池、二次電池、電気化学的リアクター
、めっき用陽極等に用いるガス拡散電極及びその製造方
法に関する。
(従来の技術) 従来、ガス拡散電極として、白金、親水性カーボンブラ
ック、ポリ四弗化エチレンより成る親水外部分と10水
性部分を有する反応層に、撥水性カーボンブラック、ポ
リ四弗化エチレンより成る1發水性のガス拡散層を接合
して成るものがある。
このガス拡散電極は、燃料電池等に使用した場合電解液
は反応層を透過するが、ガス拡散層を透過せず、触媒反
応により生成したガス或いは供給ガスのみガス拡散層を
拡散透過するものである。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、上記ガス拡散電極の反応層は、親水性カーボ
ンブラックに白金触媒を付着させ、ポリ四弗化エチレン
と混合し結着したものであるから、白金触媒部分が必ず
電解液の透過できる構造にはならず、しかも電解液の浸
透できる白金触媒部分とガス拡散通路とが均一微細に隣
接した構造にならない。その為、反応層中の白金触媒に
は電解液と接触せず反応に寄与しないものでかあり、ま
た電解液とガス拡散通路との接触面積が十分でなく、触
媒性能が低いものである。つまり、従来のガス拡散電極
は、単位面積当りの白金触媒の反応面積比及び電解液と
ガス拡散通路との接触面積が小さく、従ってガス拡散電
極の単位面積当りの流せる電流が少ないという問題点が
ある。
そこで本発明は、反応層の白金触媒を全て電解液と接触
させ、且つ電解液とガス拡散通路との接触面積を大きく
して触媒性能を高めようとする。ものである。
(問題点を解決するための手段) 上記問題点を解決するための本発明のガス拡散電極は、
白金族金属又はその酸化物若しくはその両方、親水性カ
ーボンブラック、ポリ四弗化エチレンより成る親水性分
と、10水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレンよ
り成る撥水性部分とが、中間に白金族金属又はその酸化
つ若しくはその両方、親水性カーボンブラック、1B水
性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレンより成る親水
・IΩ水の混性部分を介在して交互に配されてシート状
に成るものである。
また斯かる構造のガス拡散電極を作る本発明の製造方法
は、親水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレン、溶
媒を混合圧延して成る親水性シートと、親水性カーボン
ブラック、1B水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチ
レン、溶媒を混合圧延して成る親水・撥水混性シートと
、撥水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレン、溶媒
を混合圧延して成る撥水性シートとさらに前記の親水・
撥水混性シートとを4枚圧延、圧着を複数回繰返した後
、多数積層或いは巻層にし、圧着してブロックを作り、
次いでこれを加熱して溶媒を除去し、親水性部分とfΩ
水性部分とが中間に親水・撥水の混性部分を介在して交
互に配された反応層素材シートを作り、次にこの反応層
素材シートに白金族化合物溶液を含浸させ、然る後反応
層素材シートを加熱し、白金族化合物溶液を分解して白
金族金属又はその酸化物若しくはその両方を親水性部分
及び混性部分の親水部に付着させ、反応層を形成するこ
とを特徴とするものである。
(作用) 上記の如(構成された本発明のガス拡散電極は、反応層
に親水性部分と(C水性部分とが、中間に親水・撥水の
混性部分を介在して交互に均一微細に配されているので
、燃料電池等に使用した場合、電解液は親水性部分全体
に浸透し、さらに混性部分の親水部にも浸透し、反応層
中の殆んどの白金触媒に電解液が接触し、且つ電解液と
ガス拡散通路との接触面面積も著しく大きくなる。従っ
て、本発明のガス拡散電極は、単位面積当りの流せる電
流が著しく大きいものとなる。
(実施例) 本発明のガス拡散電極とその製造方法の実施例を図面に
よって説明する。
第1図に示す本発明のガス拡散電極1は、平均粒径50
人の白金と平均粒径450人の親水性カーボンブラック
と平均粒径0.3μのポリ四弗化エチレンとがO,’7
:7:3の割合から成る幅1μ、長さ100龍、高さ0
.1mmの親水性部分2と、平均粒径420人の撥水性
カーボンブラックと平均粒径0.3μのポリ四弗化エチ
レンとが7=3の割合から成る幅1μ、長さ100mm
、高さQ、1mmの撥水性部分3とが、中間に平均粒径
50人の白金と平均粒径450人の親水性カーボンブラ
ックと平均粒径450人の撥水性カーボンブラックと平
均粒径0,3μのポリ四弗化エチレンとが0,7:7:
3:3の割合から成る幅1μ、長さ10(1+m、高さ
0.1mmの親水・↑Ω水の混性部分4を介在して2.
5 X 10’本交互に配列接合されて幅100mm、
長さLoomm、厚さ0.1關のシートに成形された反
応層5より成るものである。
斯かる構造のガス拡散電極lの製造方法について説明す
ると、先ず第2図aに示す如く平均粒径450人の親水
性カーボンブラックと平均粒径0.3μのポリ四弗化エ
チレン粉末とを7:3の割合で混合し、それにソルベン
トナフサをt:t、aの比率で混合し圧延成形して成る
幅100龍、長さ3m、厚さ’l mmの親水性シート
6と、平均粒径420人の親水性カーボンブラックと平
均粒径420人の↑B水性カーボンブラックと平均粒径
0.3μのポリ四弗化エチレンとを773:3の割合で
混合し、それにソルベントナフサを1:1.8比率で混
合し圧延成形して成る幅100fI、長さ3m、厚さ2
龍の親水・撥水混性シート7と、平均粒径420人のt
Ω水性カーボンブラックと平均粒径0.3μのポリ四弗
化エチレン粉末とを7:3の割合で混合し、それにソル
ベントナフサを1:1.8の比率で混合し、圧延成形し
て成る幅100mm、長さ3m、rg−さ21mの撥水
性シート8と、さらに前記の親水・撥水混性シート7と
を合計4枚重ねて第2図すに示す如く厚さ2.0鶴に圧
延し、次にこれを2つに切断し、第2図Cに示す如く重
ねて第2図dに示す如く厚さ2.0鰭に圧延し、次いで
この重ね合せ、圧延工程を10回繰返して第2図eに示
す如(多層シート9を作った後、この多層シート9を長
さ100111に切断し、50枚重ねて第2図rに示す
如く圧着してブロック10を作り、次にそのブロックl
Oの端部を順次厚さ0 、2 龍に垂直にスライスした
後、280℃まで加熱してソルベントナフサを除去し、
第2図gに示す如く親水性部分2と(Ω水性部分3とが
、中間に親水・tΩ水の混性部分4を挾んで交互に平行
に配されたLoom、長さ100龍の反応層素材シート
11を形成し、次いでこの反応層素材シート11の表面
に第2図りに示す如(塩化白金酸溶液を塗布して親水性
部分2及び混性部分4中の親水部に含浸させ次いで20
0℃にて60分間加熱して前記溶液を分解し、さらに水
素中で200℃、60分分間光を行い、白金を親水性部
分2及び混性部分4中の親水部に付着させ、反応層5を
形成し、ガス拡散電極1を得た。
こうして作った実施例のガス拡散電極1を、燃料電池等
に使用すると、反応N5の撥水性部分3及び混性部分4
中の撥水部には電解液は全く浸透せず、白金触媒を有す
る親水性部分2及び混性部分4中の親水部のみに浸透し
、殆んどの白金触媒に電解液が接触する。従って、反応
N5中の白金触媒は殆んど触媒反応に寄与するものであ
る。
上記実施例のガス拡散電極は、反応層5が親水性部分2
と1Ω水性部分3とが混性部分4を挾んで交互に平行に
配されているが、第3図に示す如く親水性部分2と撥水
性部分3とが混性部分4を挾んで渦巻状に巻かれて半径
方向に交互に配されていても良いものである。
このような反応層5′を有するガス拡散電極1′を作る
には、上記実施例の第2図aに示す如くシート6.7.
8.7を重ね合せした4層シート6を1 、01111
間隔に薄く圧延し、これを第4図aに示す如く渦巻状に
多層に巻き込み、圧着して円柱状のブロック10′を作
り、次にそのブロック10′の端部を順次スライスした
後、280℃まで加熱してソルベントナフサを除去し、
第4図すに示す如く親水性部分2′と撥水性部分3′と
が中間に親水・撥水の混性部分4′を挾んで半径方向に
交互に配された反応層素材シート11′を形成し、次い
でこの反応層素材シート11′の表面に第4図Cに示す
如く塩化白金酸溶液を塗布し親水性部分2′及び混性部
分4′中の親水部に含浸させ、次いでその溶液を前記実
施例と同様に加熱して分解し、さらに還元し、白金を親
水性部分2′と撥水性分4′中の親水部に付着させ、反
応層5′を形成し、ガス拡散電極1′となすものである
こうして作ったガス拡散電極1′も燃料電池等に使用し
た際には、反応層5′の白金触媒を有する親水性部分2
′及び混性部分4′中の親水部のみに電解液が浸透し、
殆んどの白金触媒に接触する。従って、反応層5′中の
白金触媒は殆んど触媒反応に寄与するものである。
尚、上記実施例のガス拡散電極1.1′は反応層5.5
′のみより成るが、場合によっては反応層5.5′に夫
々撥水性のカーボンブラックとポリ四弗化エチレンから
成る撥水性のガス拡散層を接合したり、或いは電解液を
保有できるガス拡散層やIB水処理したカーボンペーパ
ーを接合したりして、ガス拡散電極として使用しても良
いものである。
これらの撥水性のガス拡散層、電解液を保有できるガス
拡散層、↑θ水処理したカーボンペーパー等を接合する
時期としては、第2図f及び第4図すに示すブロック1
0.10’をスライスした後、第2図りに示す如く反応
層素材シート11.11′の表面に塩化白金酸溶液を塗
布して親水性部分2.2′及び混性部分4.4′中の親
水部に含浸させるまでの間に行えば良い。
また実施例では、溶媒にソルベントナフサを使用したが
、これに限るものではなく、水やエタノール、イソプロ
ピルアルコール類やn−7’タン等の炭化水素でも良い
ものである。
(発明の効果) 以上の説明で判るように本発明のガス拡散電極は、反応
層が親水性部分と(Ω水性部分とが中間に親水・↑Ω水
の混性部分を介在して交互に配されているので、電解液
とガス拡散通路との接触面積が極めて大きく、また白金
触媒の殆んどが電解液と接触し、触媒反応に寄与する。
従って、反応層の触媒性能が極めて高くガス拡散電極と
して単位面積当りの流せ電流が大きいという優れた効果
がある。
また、本発明のガス拡散電極の製造方法によれば、上記
の優れたガス拡散電極を容易に作ることができるという
利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のガス拡散電極の一実施例を示す一部拡
大断面図、第2図a乃至りはそのガス拡散電極の製造方
法の工程を示す図、第3図は本発明のガス拡散電極の他
の実施例を示す斜視図、第4図a乃至Cはそのガス拡散
電極の製造方法の工程を示す図である。 出願人   田中貴金属工業株式会社 木尾 哲 古屋長− 第2図(f) 10・・・ ブ゛ロック 第2図(9) 第2図(h) 11・・・反八層幸ネイシ斗

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)白金族金属又はその酸化物若しくはその両方、親水
    性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレンより成る親水
    性部分と、撥水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレ
    ンより成る撥水性部分とが、中間に白金族金属又はその
    酸化物若しくはその両方、親水性カーボンブラック、撥
    水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレンより成る親
    水・撥水の混性部分を介在して交互に配されてシート状
    になされた反応層より成るガス拡散電極。 2)親水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレン、溶
    媒を混合圧延して成る親水性シートと、親水性カーボン
    ブラック、撥水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレ
    ン、溶媒を混合圧延して成る親水・撥水混性シートと、
    撥水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレン、溶媒を
    混合圧延して成る撥水性シートと、さらに前記の親水・
    撥水混性シートとを4枚圧着、圧延を複数回繰返した後
    、多数積層或いは巻層にし、圧着してブロックを作り、
    次にその端部を順次直角にスライスし、次いでこれを加
    熱して溶媒を除去し、親水性部分と撥水性部分とが中間
    に親水・撥水の混性部分を介在して交互に配された反応
    層素材シートを作り、次にこの反応層素材シートに白金
    族化合物溶液を含浸させ、然る後反応層素材シートを加
    熱し、白金族化合物溶液を分解して白金族金属又はその
    酸化物若しくはその両方を親水性部分及び混性部分の親
    水部に付着させ、反応層を形成することを特徴とするガ
    ス拡散電極の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0435835A2 (en) * 1989-12-15 1991-07-03 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Process for electroplating zinc alloy and apparatus employed therefor
WO2002073722A1 (fr) * 2001-03-08 2002-09-19 Sony Corporation Corps d'electrode a diffusion de gaz, procede de fabrication du corps d'electrode et dispositif electrochimique
JP2011524618A (ja) * 2008-06-20 2011-09-01 エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア ガス拡散層

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