JPH02210760A - ガス拡散電極製造用微粉末の合成方法 - Google Patents
ガス拡散電極製造用微粉末の合成方法Info
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- JPH02210760A JPH02210760A JP1030784A JP3078489A JPH02210760A JP H02210760 A JPH02210760 A JP H02210760A JP 1030784 A JP1030784 A JP 1030784A JP 3078489 A JP3078489 A JP 3078489A JP H02210760 A JPH02210760 A JP H02210760A
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- emulsion stabilizer
- ptfe
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- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8875—Methods for shaping the electrode into free-standing bodies, like sheets, films or grids, e.g. moulding, hot-pressing, casting without support, extrusion without support
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- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
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- 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
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- 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。
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、撥水性に優れかつガス供給能が従来のものよ
りも格段に優れたガス拡散電極製造用微粉末に関するも
のである。
りも格段に優れたガス拡散電極製造用微粉末に関するも
のである。
(従来技術とその問題点)
触媒層と該触媒層に接するガス供給層から成る燃料電池
等のガス拡散電極の前記ガス供給層は、例えばカーボン
ブラック等と撥水性のポリテトラフルオロエチレン(以
下rPTFE」という。)の微粉体の混合物を塗布また
は圧着するなどした後、使用されている。
等のガス拡散電極の前記ガス供給層は、例えばカーボン
ブラック等と撥水性のポリテトラフルオロエチレン(以
下rPTFE」という。)の微粉体の混合物を塗布また
は圧着するなどした後、使用されている。
しかし、該ガス供給層は、長時間にわたってガス供給能
を維持するためには、多量のPTFEの添加を必要とし
、その結果カーボンブラック粒子間の細孔が前記PTF
Eにより閉塞されガス供給能の低下を招き、その結果電
池などに使用したとき性能の低下をきたす欠点がある。
を維持するためには、多量のPTFEの添加を必要とし
、その結果カーボンブラック粒子間の細孔が前記PTF
Eにより閉塞されガス供給能の低下を招き、その結果電
池などに使用したとき性能の低下をきたす欠点がある。
他方、前記触媒層はガス流通路と電解液流通路とを有し
、前記ガス供給層から供給された反応ガスは前記触媒層
中のガス流通路中を拡散し、これと接する電解液中に溶
解して該電解液中の触媒上で電極反応を行うようになっ
ている。
、前記ガス供給層から供給された反応ガスは前記触媒層
中のガス流通路中を拡散し、これと接する電解液中に溶
解して該電解液中の触媒上で電極反応を行うようになっ
ている。
しかしながら該触媒層中においても、例えばリン酸型燃
料電池等で見られるように、長時間運転により前記ガス
流通路中に電解液が浸入しガス供給能が低下して、これ
により電池性能の極端な低下を招来する。
料電池等で見られるように、長時間運転により前記ガス
流通路中に電解液が浸入しガス供給能が低下して、これ
により電池性能の極端な低下を招来する。
この欠点を回避すべく撥水剤の量を増加させると触媒層
中に電解液が入り難くなり、触媒が反応に関与できなく
なり、やはり電池性能の低下を来してしまうという欠点
がある。
中に電解液が入り難くなり、触媒が反応に関与できなく
なり、やはり電池性能の低下を来してしまうという欠点
がある。
(発明の目的)
本発明は、上記従来の欠点を解決するために成されたも
ので、ガス拡散電極製造用微粉末の表面に均一なPTF
Eの撥水性微粒子膜を施すことにより、より高いガス供
給能を持ち、より長寿命の、より安定したガス拡散電極
を製造するだめの原料を合成する方法を提供するもので
ある。
ので、ガス拡散電極製造用微粉末の表面に均一なPTF
Eの撥水性微粒子膜を施すことにより、より高いガス供
給能を持ち、より長寿命の、より安定したガス拡散電極
を製造するだめの原料を合成する方法を提供するもので
ある。
(問題点を解決するための手段)
本発明は、ガス拡散電極製造用微粉末上に乳化安定剤、
あるいは乳化安定剤と乳化剤の両方を薄膜状にプリコー
トし、その後、該薄膜状の表面でPTFEを重合するこ
とを特徴とするガス拡散電極製造用微粉末の合成方法で
ある。なおこのグリコート過程を経ず、単に各材料、該
カーボンブラック微粉末、乳化安定材、乳化剤、溶媒等
を加えてテトラフロロエチレンモノマーを導入し重合さ
せると、P T F Eの微粒子は重合できるがカーボ
ンブラック微粉末の周囲に均一付着せず偏在してしまい
、ガス拡散電極の高性能化に対する十分な解決手段には
なっていない点がありこれを解決するためのものである
。
あるいは乳化安定剤と乳化剤の両方を薄膜状にプリコー
トし、その後、該薄膜状の表面でPTFEを重合するこ
とを特徴とするガス拡散電極製造用微粉末の合成方法で
ある。なおこのグリコート過程を経ず、単に各材料、該
カーボンブラック微粉末、乳化安定材、乳化剤、溶媒等
を加えてテトラフロロエチレンモノマーを導入し重合さ
せると、P T F Eの微粒子は重合できるがカーボ
ンブラック微粉末の周囲に均一付着せず偏在してしまい
、ガス拡散電極の高性能化に対する十分な解決手段には
なっていない点がありこれを解決するためのものである
。
以下本発明をより詳しく説明する。
ガス拡散電極製造用微粉末としてカーボンブラック微粉
末を用いた場合について説明する。
末を用いた場合について説明する。
上記カーボンブラック微粉末の表面を乳化安定剤として
はパラフィン、CsF +o(CF−)2.02F4C
I12、H(CF2)、l(1,あるいはC2F、C1
3を用い、乳化剤としては、B(CF2)r、CH2A
CBltHまたはF、AはCOOM 、 −OP O
(OM ) 2、−0SO,M。
はパラフィン、CsF +o(CF−)2.02F4C
I12、H(CF2)、l(1,あるいはC2F、C1
3を用い、乳化剤としては、B(CF2)r、CH2A
CBltHまたはF、AはCOOM 、 −OP O
(OM ) 2、−0SO,M。
−P O(OM) 2、−NR2など、ただしMは金属
元素またRはアルキル基をあられす] 、F (CF2
)−−O−CF(X)、CF、−0−、、CF(X)C
OOA(XはFおよびパーフルオロメチル基、mは1〜
5、nは0〜10、AはHおよび一価の塩の基)、ある
いは、C4,5+ 6.7.7−hexachloro
bicyclo (2,2゜1)−5−heptane
2.3−dicarboxylic acid 、を用
いて薄膜状にプリコートすることでPTFEを重合する
場所をもうける。
元素またRはアルキル基をあられす] 、F (CF2
)−−O−CF(X)、CF、−0−、、CF(X)C
OOA(XはFおよびパーフルオロメチル基、mは1〜
5、nは0〜10、AはHおよび一価の塩の基)、ある
いは、C4,5+ 6.7.7−hexachloro
bicyclo (2,2゜1)−5−heptane
2.3−dicarboxylic acid 、を用
いて薄膜状にプリコートすることでPTFEを重合する
場所をもうける。
乳化安定剤のみを該カーボンブラック微粉末の表面にグ
リコートするには、該カーボンブラック微粉末の平均粒
径から表面積を算出し、その表面を所定の厚みの乳化安
定剤薄膜で被覆するに必要な童を算出する。これを溶解
した有機溶媒と該カーボンブラック微粉末とを混合し、
攪拌しながら有機溶媒を揮散させ、所定量の乳化安定剤
をプリコートする。
リコートするには、該カーボンブラック微粉末の平均粒
径から表面積を算出し、その表面を所定の厚みの乳化安
定剤薄膜で被覆するに必要な童を算出する。これを溶解
した有機溶媒と該カーボンブラック微粉末とを混合し、
攪拌しながら有機溶媒を揮散させ、所定量の乳化安定剤
をプリコートする。
また、乳化安定剤と乳化剤の両方をカーボンブラック微
粉末の表面に薄膜状にグリコートするには、まず、乳化
安定剤を前記の方法でカーボンブラック微粉末の表面に
薄膜形成する。そののち、PTFEを重合する際に必要
とする溶液をすべて乳化させるために最も適した量の乳
化剤の約ηの量を有機溶媒に溶解し、前記乳化安定剤の
薄膜形成したカーボンブラック微粉末に加えて混合攪拌
してのち有機溶媒を蒸発乾固し乳化安定剤に乳化剤が混
合した薄膜状のプリコートをすることができる。
粉末の表面に薄膜状にグリコートするには、まず、乳化
安定剤を前記の方法でカーボンブラック微粉末の表面に
薄膜形成する。そののち、PTFEを重合する際に必要
とする溶液をすべて乳化させるために最も適した量の乳
化剤の約ηの量を有機溶媒に溶解し、前記乳化安定剤の
薄膜形成したカーボンブラック微粉末に加えて混合攪拌
してのち有機溶媒を蒸発乾固し乳化安定剤に乳化剤が混
合した薄膜状のプリコートをすることができる。
また、乳化剤と乳化安定剤をそれぞれ有機溶媒に溶解し
て混合し、カーボンブラック微粉末を加えて混合攪拌し
たのち、有機溶媒を蒸発乾固して該カーボンブラック微
粉末の表面に乳化剤と乳化安定剤の混合した薄膜状プリ
コートをしてもよいものである。
て混合し、カーボンブラック微粉末を加えて混合攪拌し
たのち、有機溶媒を蒸発乾固して該カーボンブラック微
粉末の表面に乳化剤と乳化安定剤の混合した薄膜状プリ
コートをしてもよいものである。
該薄膜の厚みは、PTFE重合後重合化安定剤および乳
化剤の除去処理時間を考慮すると、おおむね1〜IOA
程度でよい。
化剤の除去処理時間を考慮すると、おおむね1〜IOA
程度でよい。
乳化安定剤、あるいは乳化安定剤と乳化剤の両方を薄膜
状にプリコートすることにより、反応温度で該カーボン
ブラック微粉末の表面は、グリコート被膜が溶融した油
相として存在し、重合反応が該カーボンブラック微粉末
の表面のこの油相内で行われる。その結果、カーボンブ
ラック微粉末の表面の全面でPTFEの重合反応が行わ
れ、均一なPTFE粒子膜が形成できるのである。
状にプリコートすることにより、反応温度で該カーボン
ブラック微粉末の表面は、グリコート被膜が溶融した油
相として存在し、重合反応が該カーボンブラック微粉末
の表面のこの油相内で行われる。その結果、カーボンブ
ラック微粉末の表面の全面でPTFEの重合反応が行わ
れ、均一なPTFE粒子膜が形成できるのである。
カーボンブラック微粉末を親水性のままで乳化安定剤、
乳化剤、蒸留水等のPTFEを重合するための試薬を別
途に加えて重合反応をすると、重合したPTFE粒子が
カーボンブラック微粉末の周囲に偏在してしまい、本発
明の如き均一なPTFEの生成ができない。
乳化剤、蒸留水等のPTFEを重合するための試薬を別
途に加えて重合反応をすると、重合したPTFE粒子が
カーボンブラック微粉末の周囲に偏在してしまい、本発
明の如き均一なPTFEの生成ができない。
(実施例1)
カーボンブラック微粉末10.σgを乳化安定剤として
パラフィン0.5 gと乳化剤としてペンタデカフルオ
ルカプリル酸1.0gで表面をプリコートし、次いで、
オートクレーブ中に入れ、蒸留水600rn!!と上記
の乳化剤をさらに1.0g加え、テトラフルオロエチレ
ンモノマーを4kg/cafで導入して60℃に昇温す
る。
パラフィン0.5 gと乳化剤としてペンタデカフルオ
ルカプリル酸1.0gで表面をプリコートし、次いで、
オートクレーブ中に入れ、蒸留水600rn!!と上記
の乳化剤をさらに1.0g加え、テトラフルオロエチレ
ンモノマーを4kg/cafで導入して60℃に昇温す
る。
APS水溶液を反応開始剤として加え重合開始し、PT
FE30%/Cとなるまで重合した。
FE30%/Cとなるまで重合した。
つぎに、これを取り出し、濾過洗浄、したのち270℃
にて熱処理して、乳化剤および乳化安定剤を除去して撥
水性粒子で表面を被覆したカーボンブラック微粉末を得
た。
にて熱処理して、乳化剤および乳化安定剤を除去して撥
水性粒子で表面を被覆したカーボンブラック微粉末を得
た。
(実施例2)
カーボンブラック微粉末10.0 gを乳化安定剤とし
てパラフィン0.2gと乳化剤としてペンタデカフルオ
ルカプリル酸1.0gで表面をグリコートし、次いで、
オートクレーブ中に入れ、蒸留水600TnIlと上記
の乳化剤をさらに1.0g加え、テトラフルオロエチレ
ンモノマーを4kg/cfflで導入して60℃に昇温
する。
てパラフィン0.2gと乳化剤としてペンタデカフルオ
ルカプリル酸1.0gで表面をグリコートし、次いで、
オートクレーブ中に入れ、蒸留水600TnIlと上記
の乳化剤をさらに1.0g加え、テトラフルオロエチレ
ンモノマーを4kg/cfflで導入して60℃に昇温
する。
APS水溶液を反応開始剤として加え重合開始し、PT
FE30%/Cとなるまで重合した。
FE30%/Cとなるまで重合した。
つぎに、これを取り出し、濾過洗浄、したのち270℃
にて熱処理して、乳化剤および乳化安定剤を除去して撥
水性粒子で表面を被覆したカーボンブラック微粉末を得
た。
にて熱処理して、乳化剤および乳化安定剤を除去して撥
水性粒子で表面を被覆したカーボンブラック微粉末を得
た。
(実施例3)
カーボンブラック微粉末10.0 gを乳化安定剤とし
てパラフィン0.5gと乳化剤としてペンタデカフルオ
ルカプリル酸1.0gで表面をプリコートし、次いで、
オートクレーブ中に入れ、蒸留水600−と上記の乳化
剤をさらに1.0g加え、テトラフルオロエチレンモノ
マーヲ4kg/C1Ilテ導入して60℃に昇温する。
てパラフィン0.5gと乳化剤としてペンタデカフルオ
ルカプリル酸1.0gで表面をプリコートし、次いで、
オートクレーブ中に入れ、蒸留水600−と上記の乳化
剤をさらに1.0g加え、テトラフルオロエチレンモノ
マーヲ4kg/C1Ilテ導入して60℃に昇温する。
APS水溶液を反応開始剤として加え重合開始し、PT
FEIO%/Cとなるまで重合した。
FEIO%/Cとなるまで重合した。
つぎに、これを取り出し、濾過洗浄、したのち270℃
にて熱処理して、乳化剤および乳化安定剤を除去して1
0水性粒子で表面を被覆したカーボンブラック微粉末を
得た。
にて熱処理して、乳化剤および乳化安定剤を除去して1
0水性粒子で表面を被覆したカーボンブラック微粉末を
得た。
(従来例)
攪拌羽根を有するオートクレーブ(111”)に蒸留水
500m11パラフインLog、パーフロロオフタル酸
アンモニウム0.35g1ジコハク酸パーオキサイド0
.3g、過硫酸アンモニウム10mg。
500m11パラフインLog、パーフロロオフタル酸
アンモニウム0.35g1ジコハク酸パーオキサイド0
.3g、過硫酸アンモニウム10mg。
カーボンブラック200gを充填し、6kg/Cmのテ
トラフロロエチレンモノマーを注意深く導入しなかから
、約50℃で重合を行わせ、反応時間を調節してカーボ
ンブラックの粒径より小さい粒子にし、撥水性微粒子で
あるPTFEの被覆量を加減した。
トラフロロエチレンモノマーを注意深く導入しなかから
、約50℃で重合を行わせ、反応時間を調節してカーボ
ンブラックの粒径より小さい粒子にし、撥水性微粒子で
あるPTFEの被覆量を加減した。
このように撥水化処理を行ったカーボンブラック粉末(
PTFE15重量%含有)を得た。
PTFE15重量%含有)を得た。
前記実施例3で得たカーボンブラック微粉末に結着用P
TFE粉末を5%加えて基材上に単位Cl11当たり2
0mg塗布した後、360℃、50kg/am!、3秒
の条件でホットプレスを行い目的とする電極Aを得た。
TFE粉末を5%加えて基材上に単位Cl11当たり2
0mg塗布した後、360℃、50kg/am!、3秒
の条件でホットプレスを行い目的とする電極Aを得た。
電極A中の全PTFEの割合は15%である。
また、従来例で得たカーボンブラック粉末には、結着用
PTFE粉末20%を加えて基材上に前記同様に単位c
at当たり20mg塗布し以下同様に処理して電極Bを
得た。電極B中の全PTFEの割合は35%である。
PTFE粉末20%を加えて基材上に前記同様に単位c
at当たり20mg塗布し以下同様に処理して電極Bを
得た。電極B中の全PTFEの割合は35%である。
上記で得た電極AとBを190℃のリン酸に浸漬したと
ころ、時間とともにリン酸を吸収し約50時間後に飽和
に達した。
ころ、時間とともにリン酸を吸収し約50時間後に飽和
に達した。
このときのカーボンブラック粉末光たりのリン酸吸収量
は電極Aは0.05g/gで電極Bは0.10g/gで
あった。
は電極Aは0.05g/gで電極Bは0.10g/gで
あった。
また、電極基材の中の気孔の全体積に占めるリン酸の割
合は電極Aは1%程度で電極Bは2%程度であった。前
者は、PTFE量が少ないにもかかわらず撥水性が高い
ことがわかった。
合は電極Aは1%程度で電極Bは2%程度であった。前
者は、PTFE量が少ないにもかかわらず撥水性が高い
ことがわかった。
別に、従来例で得たカーボンブラック粉末に結着用PT
FE粉末を15%加えて基材上に単位crl当たり20
[f1g塗布した後、360℃、50kg/caf、3
秒の条件でホットプレスを行い目的とする電極Cを得、
実施例1で得たカーボンブラック微粉末はそのまま基材
上に前記同様に単位Cll1当たり20mg塗布し以下
同様に処理して電極りを得た。画電極とも全PTFEの
割合は30%である。
FE粉末を15%加えて基材上に単位crl当たり20
[f1g塗布した後、360℃、50kg/caf、3
秒の条件でホットプレスを行い目的とする電極Cを得、
実施例1で得たカーボンブラック微粉末はそのまま基材
上に前記同様に単位Cll1当たり20mg塗布し以下
同様に処理して電極りを得た。画電極とも全PTFEの
割合は30%である。
上記で得た電極CとDを190℃のリン酸に浸漬したと
ころ、時間とともにリン酸を吸収し約50時間後に飽和
に達した。
ころ、時間とともにリン酸を吸収し約50時間後に飽和
に達した。
このときのカーボンブラック粉末当たりのリン酸吸収量
は電極Cは0.15g/gで電極りは0.05g/gで
あった0 また、電極基材の中の気孔の全体積に占めるリン酸の割
合は電極Cは3%程度で電極りは1%程度であった。本
発明に基く電極りの方が撥水性が優れることがわかった
。
は電極Cは0.15g/gで電極りは0.05g/gで
あった0 また、電極基材の中の気孔の全体積に占めるリン酸の割
合は電極Cは3%程度で電極りは1%程度であった。本
発明に基く電極りの方が撥水性が優れることがわかった
。
次いで、実施例3で得たカーボンブラック微粉末に結着
用PTFE粉末を5%混合したものを50%と、10%
Pt/C触媒を50%とを混合した触媒層を電極A上に
ホットプレスで形成しガス拡散電極とし、その電極性能
を半電池試験で調べたところ、1.2A/cafまで濃
度分極に伴う性能低下が見られなかった。
用PTFE粉末を5%混合したものを50%と、10%
Pt/C触媒を50%とを混合した触媒層を電極A上に
ホットプレスで形成しガス拡散電極とし、その電極性能
を半電池試験で調べたところ、1.2A/cafまで濃
度分極に伴う性能低下が見られなかった。
また、寿命試験したところ、10.000時までリン酸
のオーバーフィリングによる性能低下は見られなかった
。
のオーバーフィリングによる性能低下は見られなかった
。
(発明の効果)
本発明によると、ガス拡散電極製造用微粉末の表面上に
均一なPTFE層を形成させることができ、電解液吸収
の殆どない電極基材を得ることができ、該電極基材を使
用して大電流密度でも濃度分極が少なく、更に長時間高
いガス供給能を維持できる高性能電極を製造することが
可能である。
均一なPTFE層を形成させることができ、電解液吸収
の殆どない電極基材を得ることができ、該電極基材を使
用して大電流密度でも濃度分極が少なく、更に長時間高
いガス供給能を維持できる高性能電極を製造することが
可能である。
出願人 田中貴金属工業株式会社
渡辺政廣
Claims (1)
- 1、ガス拡散電極製造用微粉末上に乳化安定剤、あるい
は乳化安定剤と乳化剤の両方を薄膜状にプリコートし、
その後、該薄膜状の表面でポリテトラフルオロエチレン
を重合することを特徴とするガス拡散電極製造用微粉末
の合成方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63231997A JPH0282455A (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | ガス拡散電極構成用微粉体・多孔質体及びその撥水化処理方法 |
| JP1030784A JPH02210760A (ja) | 1988-09-16 | 1989-02-09 | ガス拡散電極製造用微粉末の合成方法 |
| EP90830105A EP0447735A1 (en) | 1988-09-16 | 1990-03-15 | Fine powdery body for gas diffusion electrode and water repellent treatment thereof |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63231997A JPH0282455A (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | ガス拡散電極構成用微粉体・多孔質体及びその撥水化処理方法 |
| JP1030784A JPH02210760A (ja) | 1988-09-16 | 1989-02-09 | ガス拡散電極製造用微粉末の合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02210760A true JPH02210760A (ja) | 1990-08-22 |
Family
ID=40120205
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63231997A Pending JPH0282455A (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | ガス拡散電極構成用微粉体・多孔質体及びその撥水化処理方法 |
| JP1030784A Pending JPH02210760A (ja) | 1988-09-16 | 1989-02-09 | ガス拡散電極製造用微粉末の合成方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63231997A Pending JPH0282455A (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | ガス拡散電極構成用微粉体・多孔質体及びその撥水化処理方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0447735A1 (ja) |
| JP (2) | JPH0282455A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0282455A (ja) * | 1988-09-16 | 1990-03-23 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | ガス拡散電極構成用微粉体・多孔質体及びその撥水化処理方法 |
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