JP2000273674A - ガス室一体型ガス拡散電極 - Google Patents

ガス室一体型ガス拡散電極

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JP2000273674A JP11074132A JP7413299A JP2000273674A JP 2000273674 A JP2000273674 A JP 2000273674A JP 11074132 A JP11074132 A JP 11074132A JP 7413299 A JP7413299 A JP 7413299A JP 2000273674 A JP2000273674 A JP 2000273674A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス拡散電極の背面から直接集電でき、しか
もガス拡散電極の背面を多数の個所で固定できるように
し、かつ酸素が電極に十分拡散することができるガス通
路が設けられ、集電が短距離で行えて電圧損が小さく、
液圧とガス圧に差が生じても変形することがなく、破壊
しないガス拡散電極を提供する。 【解決手段】 ガス拡散電極のガス供給層側に多数の凹
凸状溝付き金属板の銀材が存在する凸面を当接させ、ホ
ットプレスにより前記溝付き金属板の凸面に存在する銀
材部分と前記ガス拡散電極を接合し、前記金属板の凹溝
部をガス通路として構成したことを特徴とするガス室一
体型ガス拡散電極。前記接合が温度200〜400℃、
圧力20kg/cm2 以上のホットプレス条件により行
われることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ型燃料電
池、イオン交換膜型食塩電解槽に用いられるガス室一体
型ガス拡散電極に関する。
【0002】
【従来の技術】ガス拡散電極の機能の概要をイオン交換
膜法で食塩水溶液を電解する場合に陰極に使用する酸素
陰極を例として説明する。通常イオン交換膜法食塩電解
は、陽イオン交換膜で電解槽を陽極室と陰極室とに区画
し、陽極を有する陽極室には塩化ナトリウム水溶液を入
れて電解する。このイオン交換膜法食塩電解槽の一種
に、陰極として酸素を含有するガスを供給するガス拡散
電極、すなわち酸素陰極を用いるものがあり、この種の
電解槽では、電解槽の陰極室は、ガス室を備えそこから
陰極に酸素含有ガスを供給するように構成されたガス拡
散電極と苛性ソーダ水溶液を入れた電解液室(苛性室)
とからなっている。
【0003】このような従来の電解槽の陰極室において
は、図5に示すように、ガス拡散電極16は、イオン交
換膜17との間に電解液導入口18から導入された電解
液が入る陰極室19、反対側にはガス入口20を経て酸
素ガスが供給されるガス室21から構成されており、ガ
ス拡散電極16とイオン交換膜17の電解液導入口18
側には、陰極室19を密封するためのパッキング22が
設けられた構成となっている。
【0004】そして、従来の電解槽の陰極室において
は、上記のように、ガス拡散電極を使用するにはガス室
を設け、このガス室の周囲を加圧密着させてガス漏れを
防ぐ構造であった。ガス拡散電極の背面は接合されず、
ガス圧より大きい場合は、容易に膨らみガス拡散電極が
破壊されることもあった。また、集電はガス拡散電極の
周囲からか、液圧がガス圧より大きいときには、ガス室
材に使われた金属多孔体にガス供給層が加圧接触するこ
とにより、金属多孔体を導電路としてそれを介してなさ
れていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ガス拡散電極の周囲の
みが電解槽枠に固定されている現状では、ガス拡散電極
の集電は、周囲から主にガス拡散電極内部の集電網を通
して距離の長い面方向で行われる。そのため集電抵抗が
大きくなり、抵抗損のため電圧損が大きく、性能が低下
する原因となる。ガス拡散電極の集電を距離の短い厚さ
方向に、抵抗成分から由来する電圧損を最低にする集電
方法が望まれていた。また、ガス圧が液圧より高くて
も、ガス拡散電極が膨らみ、破壊されることのない構造
が望まれていた。
【0006】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、既存エレメントのようにガス拡散
電極内部の集電網を通して集電することなく、ガス拡散
電極の背面から直接集電できるようにし、しかもガス拡
散電極の背面を多数の個所で固定できるようにし、かつ
酸素が電極に十分拡散することができるガス通路が設け
られるようにして、集電が短距離で行えるため電圧損が
小さく、液圧とガス圧に差が生じても変形することがな
く、破壊しないガス拡散電極を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、ガス拡散電極の背面側に
多数の凹凸状溝付き金属板を接合するようにすれば、ガ
ス拡散電極の背面側を多数の個所で固定できるし、かつ
ガス拡散電極の背面側にガスが自由に流通することがで
きるガス通路を確保することができることを考え、その
際ガス拡散電極と金属板との接合は困難であるが、前記
金属板の凸面の個所が銀材で構成されていれば、この銀
材とガス拡散電極とをホットプレスによって接合させる
ことができ、上記目的を達成できることを見出して本発
明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、次の構成からなるも
のである。 (1)ガス拡散電極のガス供給層側に多数の凹凸状溝付
き金属板の銀材が存在する凸面を当接させ、ホットプレ
スにより前記溝付き金属板の凸面に存在する銀材部分と
前記ガス拡散電極を接合し、前記金属板の凹溝部をガス
通路として構成したことを特徴とするガス室一体型ガス
拡散電極。 (2)前記接合が温度200〜400℃、圧力20kg
/cm2 以上のホットプレス条件により行われることを
特徴とする前記(1)記載のガス室一体型ガス拡散電
極。
【0009】
【発明の実施の形態】上記した本発明のガス室一体型ガ
ス拡散電極の技術的特徴を図面に基づいて詳しく説明す
る。なお、実施態様を説明するための全図において、同
一機能を有するものは同一符号を付け、その繰返しの説
明は省略する。本発明においては、多数の凹凸状溝付き
金属板としては、種々の構造を持つものを用いることが
できるが、最も代表的には横方向に角波型の金属板を用
いると、縦方向に多数の凹凸状溝を持つ金属板として使
用することができる。その波型は細かい方がよいし、波
型の凸部が平坦であることはガス拡散電極との接合上好
ましい。このような構造の金属板はプレス成形などによ
り容易に得られる。また、金属板の上面に多数の平行な
溝を持つ金属板を使用してもよく、これは金属板を切削
加工して容易に得られる。溝の形状は平行以外に、ガス
の流速を大にするため大きく屈曲してもよい。また、前
記金属板の溝の深さは、0.5mm〜1mm程度で、ガ
スを供給するのに十分な大きさがあればよく、その限度
でなるべく浅い方がガス室の厚さが薄くなり、ガス室一
体型ガス拡散電極の厚さが薄くなって好ましい。また、
0.5mm〜1mm程度と溝の幅は小さい方が凸部の面
積が大きくなり、ガス拡散電極との接合面積が大きくな
るが、大きくするとガス拡散電極のガス供給層の露出面
を少なくするので、そのバランスを考慮する必要があ
る。
【0010】図1は、凹凸状角波型の溝付き金属板6と
ガス拡散電極2のガス供給層4とでガス室5を形成する
場合の、両者の接合状態を示す断面説明図である。溝付
き金属板6は、銀をクラッドしたニッケル薄板をプレス
成形して作製したものである。例えば、厚さ0.1mm
の銀をクラッドした厚さ0.5mmのニッケル板をプレ
ス加工で1.2mmピッチ、1.2mm深さの波形の縦
溝を作製する。溝付き金属板6の上にガス拡散電極2を
そのガス供給層4が下に来るようにして重ね合わせるこ
とにより、ガス拡散電極2のガス供給層4と溝付き金属
板6の凸面に存在する銀材8を突き合わせ、200〜4
00℃、20kg/cm2 以上の条件でホットプレスす
る。
【0011】それにより前記銀材部とガス拡散電極が強
固に接合される。この作用を利用し、ガス通路となる溝
7(ガス室5)を凹部に、銀面を凸部に持つ金属板6と
ガス拡散電極2を上記条件でホットプレスしているの
で、ガス拡散電極1のガス供給層4と銀材8が強固に接
合される。凹凸部は1mm程度のピッチであるから、集
電が図示したように最短距離で行え、液圧とガス圧の差
が生じても変形することなく、電極が破壊されることは
ない。なお、ガス供給は図示した如く、ガス室5からガ
ス供給層4を通ってガス拡散電極2の反応層3に向かっ
て行われる。また、ホットプレス時には、図示した如く
変形防止材10が用いられ、これによって、強固な接合
面9が形成される。なお、銀材8は、銀がめっきされた
ものでもよいし、銀クラッドとなっているものでもよ
く、形態を問題とするものではなく、特別に厚い銀部材
が存在する必要はなく、ホットプレスの際に金属板6と
ガス拡散電極2を接合するのに十分な量があればよい。
【0012】図2は、図1の凹凸角波板状プレス成形板
の代わりに溝加工板(溝付き金属板)を使用した場合
の、凹凸状溝付き金属板6とガス拡散電極2のガス供給
層4とでガス室5を形成する場合の、両者の接合状態を
示す断面説明図である。この場合は、凹溝を切削加工に
より深さ1.2mmの縦溝11に形成し、この凹溝形成
面全体または少なくともガス供給層4との接合面9上に
銀材を貼合せ等適宜の手段により付着させる。この溝付
き金属板6の上部と下部には、図3に示すように横溝1
2のガス溜部を設け、溝付き金属板6の縦溝11(ガス
室)がつながるように構成される。なお、図2の実施態
様では、ホットプレス時には図1の場合と違って背面全
体が平面になっているので、特に変形防止材10を用い
なくても、強固な接合面9を形成することができる。
【0013】溝付き金属板6用の板材は銀板でも良い
が、強度と価格の点から銀ニッケルクラッド材が良い。
このほかに、銀銅クラッド材、銀カーボン張り合わせ材
でも良い。ガス拡散電極の給電体は銀網、銀メッキ発泡
ニッケルが好適に使用できる。反応層3がカーボンブラ
ック系、銀とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)
から成るガス拡散電極等の各種のガス拡散電極が使用で
きる。接合面7はガス拡散電極の一部であれば、カーボ
ンブラックとPTFEの混合物であるガス供給層4、銀
集電網、銀微粒子またはこれらの共存部でも良い。
【0014】銀板をガス拡散電極2のガス供給層4と重
ね、合わせ部に200℃〜400℃、10〜100kg
/cm2 でホットプレスを行うことでガス拡散電極2と
接合出来る。補強のために図4(a)に示すように、ガ
ス拡散電極2の周囲には銀薄板(0.1mm)で銀縁1
3を付けても良い。なお、図4において、(a)は本発
明に係る凹凸板接合ガス拡散電極の平面図、(b)はそ
の縦方向の断面図、(c)は横方向の断面図である。
【0015】
【発明の効果】本発明の凹凸板接合ガス拡散電極は、ガ
ス拡散電極と銀を、ガス通路となる溝を凹部に、銀面を
凸部に持つ金属板材とガス拡散電極を重ね合わせ、20
0℃〜400℃、20kg/cm2 以上の条件でホット
プレスすることによって、これらが強固に接合される。
ガス拡散電極の集電が距離の短い厚さ方向となったの
で、抵抗成分に由来する電圧損が最低になった。また、
ガス圧が液圧より高くても、ガス拡散電極が膨らみ破壊
されることのないガス拡散電極となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の凹凸板接合ガス拡散電極の一実施態様
の要部を示す断面説明図である。
【図2】本発明の凹凸板接合ガス拡散電極の溝加工板を
用いた場合の要部を示す断面説明図である。
【図3】本発明に係る溝付き金属板の溝構成を説明する
平面図である。
【図4】(a)は本発明のガス拡散電極の全体の一例を
示す平面図、(b)はその縦方向の断面図、(c)は横
方向の断面図である。
【図5】従来の酸素陰極の電解槽構造の一例を示す断面
説明図である。
【符号の説明】
1 ガス室一体型ガス拡散電極 2 ガス拡散電極 3 反応層 4 ガス供給層 5 ガス室 6 溝付き金属板 7 溝 8 銀材 9 接合面 10 変形防止材 11 縦溝 12 横溝 13 銀縁 14 ガス入口 15 ガス出口 16 ガス拡散電極 17 イオン交換膜 18 電解液導入口 19 陰極室 20 ガス入口 21 ガス室 22 パッキング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000000941 鐘淵化学工業株式会社 大阪府大阪市北区中之島3丁目2番4号 (72)発明者 古屋 長一 山梨県甲府市中村町2−14 Fターム(参考) 4K011 AA02 AA04 AA11 AA13 BA04 CA04 DA03 DA11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス拡散電極のガス供給層側に多数の凹
    凸状溝付き金属板の銀材が存在する凸面を当接させ、ホ
    ットプレスにより前記溝付き金属板の凸面に存在する銀
    材部分と前記ガス拡散電極を接合し、前記金属板の凹溝
    部をガス通路として構成したことを特徴とするガス室一
    体型ガス拡散電極。
  2. 【請求項2】 前記接合が温度200〜400℃、圧力
    20kg/cm2 以上のホットプレス条件により行われ
    ることを特徴とする請求項1記載のガス室一体型ガス拡
    散電極。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005504893A (ja) * 2001-10-02 2005-02-17 バイエル マテリアルサイエンス アーゲー 特に塩素の電気化学的製造のための電解槽
US12098470B2 (en) 2017-03-21 2024-09-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrochemical reaction device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005504893A (ja) * 2001-10-02 2005-02-17 バイエル マテリアルサイエンス アーゲー 特に塩素の電気化学的製造のための電解槽
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