JPH0243830B2 - - Google Patents
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- JPH0243830B2 JPH0243830B2 JP58035530A JP3553083A JPH0243830B2 JP H0243830 B2 JPH0243830 B2 JP H0243830B2 JP 58035530 A JP58035530 A JP 58035530A JP 3553083 A JP3553083 A JP 3553083A JP H0243830 B2 JPH0243830 B2 JP H0243830B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- exchange membrane
- ion exchange
- gas
- chemical plating
- 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.)
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- 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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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、イオン交換膜と電極とを一体にに接
合する方法に係り、特に電極がガス拡散電極の場
合に電極とイオン交換膜との接触抵抗を小ならし
めんとするにある。
合する方法に係り、特に電極がガス拡散電極の場
合に電極とイオン交換膜との接触抵抗を小ならし
めんとするにある。
近年、イオン交換膜、特にパーフルオロカーボ
ンを基体にしたカチオン交換膜に電極を一体に接
合したタイプの電気化学装置に関する技術が飛躍
的に進歩してきている。
ンを基体にしたカチオン交換膜に電極を一体に接
合したタイプの電気化学装置に関する技術が飛躍
的に進歩してきている。
このタイプの電気化学装置としては、水電解装
置、燃料電池、酸素濃縮装置、脱酸素装置、食塩
電解装置、塩化カリ電解装置、塩酸電解装置など
がある。
置、燃料電池、酸素濃縮装置、脱酸素装置、食塩
電解装置、塩化カリ電解装置、塩酸電解装置など
がある。
これらの電気化学装置はガス電極から発生する
場合、ガスが電極に外部から供給される場合、あ
るいは一対の電極の一方からガスが発生し、他方
にはガスが供給される場合の３種類に分類でき
る。
場合、ガスが電極に外部から供給される場合、あ
るいは一対の電極の一方からガスが発生し、他方
にはガスが供給される場合の３種類に分類でき
る。
ガスが一対の電極の双方から発生する電気化学
装置としては、水電解装置、食塩電解装置、塩化
カリ電解装置および塩酸電解装置がある。ガスが
陰極、陽極の双方に供給される電気化学装置は燃
料電池である。これに対して、陰極にガス、特に
空気が供給され、陽極からガスが発生する電気化
学装置としては、酸素濃縮装置、脱酸素装置があ
る。そして、塩酸電解装置を陰極に空気を供給
し、陽極から塩素だけを発生させるタイプのもの
にすれば、この最後の種類に分類することができ
る。
装置としては、水電解装置、食塩電解装置、塩化
カリ電解装置および塩酸電解装置がある。ガスが
陰極、陽極の双方に供給される電気化学装置は燃
料電池である。これに対して、陰極にガス、特に
空気が供給され、陽極からガスが発生する電気化
学装置としては、酸素濃縮装置、脱酸素装置があ
る。そして、塩酸電解装置を陰極に空気を供給
し、陽極から塩素だけを発生させるタイプのもの
にすれば、この最後の種類に分類することができ
る。
いずれにしても、電極だけについていうなら
ば、ガスが電極から発生するタイプの電極とガス
が外部から供給されるタイプの電極とに分類する
ことができ、前者はガス発生電極といわれ、後者
はガス拡散電極といわれる。
ば、ガスが電極から発生するタイプの電極とガス
が外部から供給されるタイプの電極とに分類する
ことができ、前者はガス発生電極といわれ、後者
はガス拡散電極といわれる。
本発明は後者のガス拡散電極を特に対象とした
場合のイオン交換膜と電極との接合法に関するも
のである。
場合のイオン交換膜と電極との接合法に関するも
のである。
従来、イオン交換膜に電極を一体に接合する方
法としては、例えば特開昭55−38934号に提案さ
れているように、イオン交換膜の片面に触媒金属
の化合物の塩の水溶液を接触させ、他面に還元剤
の水溶液を接触させることによつて、イオン交換
膜の片面に触媒金属を析出させ、この析出した触
媒金属を電極とする化学メツキ法がある。この化
学メツキ法によつて得られる電極は、ガス発生電
極としては好適であり、イオン交換膜と電極との
接触抵抗も小さいが、ガス拡散電極、特に酸素の
電解還元反応に与かるいわゆる酸素極としてはほ
とんど働かない。これはイオン交換膜がプロトン
伝導性を示すカチオン交換膜の場合には酸素極で
は、O2＋4H+＋4e-→2H2O なる反応によつて、水が生成し、この水が電極の
細孔を満たして、酸素が反応サイトである電極と
イオン交換膜との界面まで到達するのを妨害する
からである。
法としては、例えば特開昭55−38934号に提案さ
れているように、イオン交換膜の片面に触媒金属
の化合物の塩の水溶液を接触させ、他面に還元剤
の水溶液を接触させることによつて、イオン交換
膜の片面に触媒金属を析出させ、この析出した触
媒金属を電極とする化学メツキ法がある。この化
学メツキ法によつて得られる電極は、ガス発生電
極としては好適であり、イオン交換膜と電極との
接触抵抗も小さいが、ガス拡散電極、特に酸素の
電解還元反応に与かるいわゆる酸素極としてはほ
とんど働かない。これはイオン交換膜がプロトン
伝導性を示すカチオン交換膜の場合には酸素極で
は、O2＋4H+＋4e-→2H2O なる反応によつて、水が生成し、この水が電極の
細孔を満たして、酸素が反応サイトである電極と
イオン交換膜との界面まで到達するのを妨害する
からである。
一方、その他のイオン交換膜と電極との一体接
合法としては、例えば特開昭54−107493号に提案
されているように、イオン交換膜に触媒金属粉末
と撥水性結合剤との混合物を加熱圧着するという
加熱圧着法がある。この加熱圧着法によつて得ら
れる電極は、撥水性結着剤が電極細孔の水の充満
を阻止し、反応ガスの拡散がスムースにおこなわ
れるので、ガス拡散電極として良好に働く。しか
し一般に、イオン交換膜表面に、触媒金属粒子と
結着剤粒子との双方が接合するため、前述の化学
メツキ法に比較すると触媒金属粒子とイオン交換
膜との接触面積が相対的に小さくなるので、イオ
ン交換膜と電極との接触抵抗が相対的に大きくな
り、電気化学装置とした場合の電圧損失につなが
るという難点がみられた。
合法としては、例えば特開昭54−107493号に提案
されているように、イオン交換膜に触媒金属粉末
と撥水性結合剤との混合物を加熱圧着するという
加熱圧着法がある。この加熱圧着法によつて得ら
れる電極は、撥水性結着剤が電極細孔の水の充満
を阻止し、反応ガスの拡散がスムースにおこなわ
れるので、ガス拡散電極として良好に働く。しか
し一般に、イオン交換膜表面に、触媒金属粒子と
結着剤粒子との双方が接合するため、前述の化学
メツキ法に比較すると触媒金属粒子とイオン交換
膜との接触面積が相対的に小さくなるので、イオ
ン交換膜と電極との接触抵抗が相対的に大きくな
り、電気化学装置とした場合の電圧損失につなが
るという難点がみられた。
本発明は、化学メツキ法と加熱圧着法の双方の
組合わせによつてイオン交換膜と電極とを一体に
接合することにより、それぞれの方法の利点を生
かし、欠点を補なおうとするものである。
組合わせによつてイオン交換膜と電極とを一体に
接合することにより、それぞれの方法の利点を生
かし、欠点を補なおうとするものである。
すなわち、本発明は、あらかじめ化学メツキ法
により、イオン交換膜に触媒金属だけを接合し、
その上に加熱圧着法により、触媒金属と撥水性結
着剤との混合層を形成することにより接触抵抗が
小さく、かつ電極がガス拡散電極として良好に機
能するイオン交換膜−電極接合体を提供するもの
である。
により、イオン交換膜に触媒金属だけを接合し、
その上に加熱圧着法により、触媒金属と撥水性結
着剤との混合層を形成することにより接触抵抗が
小さく、かつ電極がガス拡散電極として良好に機
能するイオン交換膜−電極接合体を提供するもの
である。
本発明のかかる化学メツキ法と加熱圧着法との
阜合法は一見、それぞれの方法の単なる組合わせ
のように見えるが、後述のように化学メツキ法お
よび加熱圧着法それぞれ単独の方法に比較して、
飛躍的な性能の向上がみられることとこの複合法
における化学メツキ工程でイオン交換膜に接合さ
るべき触媒金属の接合量が、化学メツキ法単独の
場合には望ましい性能が得られないほど少量にす
る必要があるという事実とから、全く新しい意義
をもつていると理解されるべきである。
阜合法は一見、それぞれの方法の単なる組合わせ
のように見えるが、後述のように化学メツキ法お
よび加熱圧着法それぞれ単独の方法に比較して、
飛躍的な性能の向上がみられることとこの複合法
における化学メツキ工程でイオン交換膜に接合さ
るべき触媒金属の接合量が、化学メツキ法単独の
場合には望ましい性能が得られないほど少量にす
る必要があるという事実とから、全く新しい意義
をもつていると理解されるべきである。
本発明に用いられるイオン交換膜としては、パ
ーフルオロカーボンを基体にし、これにスルフオ
ン基、カルボキシル基あるいは両者を導入したも
のが適している。
ーフルオロカーボンを基体にし、これにスルフオ
ン基、カルボキシル基あるいは両者を導入したも
のが適している。
化学メツキ工程でイオン交換膜に接合さるべき
触媒金属としては、白金がもつとも適している
が、ロジウム、パラジウムなどのその他の白金族
金属も使用できる。
触媒金属としては、白金がもつとも適している
が、ロジウム、パラジウムなどのその他の白金族
金属も使用できる。
また、化学メツキ法単独で電極を形成する場合
には、触媒金属の担持量を５〜10mg／cm2にする必
要があるのに対し、本発明の複合法における化学
メツキ工程では、触媒金属の担持量を５mg／cm2以
下にすることが必須である。
には、触媒金属の担持量を５〜10mg／cm2にする必
要があるのに対し、本発明の複合法における化学
メツキ工程では、触媒金属の担持量を５mg／cm2以
下にすることが必須である。
加熱圧着工程で使用される触媒粉末としては、
白金族金属、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、
タングステンカーバイト、タングステンブロン
ズ、カーボンあるいはカーボンに白金族金属を担
持したものが適している。
白金族金属、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、
タングステンカーバイト、タングステンブロン
ズ、カーボンあるいはカーボンに白金族金属を担
持したものが適している。
撥水性結着剤としては、ポリ４フツ化エチレ
ン、４フッ化エチレン−６フツ化プロピレンコポ
リマー、４フツ化エチレン−エチレンコポリマー
などが適している。
ン、４フッ化エチレン−６フツ化プロピレンコポ
リマー、４フツ化エチレン−エチレンコポリマー
などが適している。
加熱圧着工程では、化学メツキ工程であらかじ
め触媒が接合されたイオン交換膜に、触媒粉末と
撥水性結着剤とを含む泥合物を吹き付け、一旦乾
燥したのち加熱しながらプレスする方法、あるい
は触媒粉末と撥水性結着剤との混合物から、あら
かじめ抄造法、フイルター法、ロールプレス法な
どの方法で、薄膜状にしたものを加熱圧着すると
いう方法が採用される。加熱温度としては、100
〜300℃の範囲、プレス圧としては、50〜300Kg／
cm2の範囲が適している。
め触媒が接合されたイオン交換膜に、触媒粉末と
撥水性結着剤とを含む泥合物を吹き付け、一旦乾
燥したのち加熱しながらプレスする方法、あるい
は触媒粉末と撥水性結着剤との混合物から、あら
かじめ抄造法、フイルター法、ロールプレス法な
どの方法で、薄膜状にしたものを加熱圧着すると
いう方法が採用される。加熱温度としては、100
〜300℃の範囲、プレス圧としては、50〜300Kg／
cm2の範囲が適している。
なお、加熱圧着工程では触媒粉末と撥水性結着
剤との混合層の上に、さらに多孔性ポリ４フツ化
エチレン膜あるいはフツ素樹脂とカーボン粉末と
の混合物からなり、しかもフツ素樹脂の配合割合
が触媒層と比較して相対的に多くした多孔性防水
層を形成することも効果的な場合がある。
剤との混合層の上に、さらに多孔性ポリ４フツ化
エチレン膜あるいはフツ素樹脂とカーボン粉末と
の混合物からなり、しかもフツ素樹脂の配合割合
が触媒層と比較して相対的に多くした多孔性防水
層を形成することも効果的な場合がある。
以下、本発明の一実施例について詳述する。
実施例：
スルフオン基をイオン交換基とし、パーフルオ
ロカーボンを基体とするイオン交換膜の片面に、
塩化白金酸の水溶液を配し、他面に還元剤として
のヒドラジンを配することによつて、イオン交換
膜の片面に白金を析出させる。白金の析出量は、
２mg／cm2である。次に、同様にしてイオン交換膜
の他面にロジウムを７mg／cm2析出させる。
ロカーボンを基体とするイオン交換膜の片面に、
塩化白金酸の水溶液を配し、他面に還元剤として
のヒドラジンを配することによつて、イオン交換
膜の片面に白金を析出させる。白金の析出量は、
２mg／cm2である。次に、同様にしてイオン交換膜
の他面にロジウムを７mg／cm2析出させる。
一方、白金ブラック10ｇに対し、10c.c.のエチレ
ングリコールを加え、よく混合したものに60％の
ポリ４フツ化エチレン水懸濁液を５c.c.加えよく混
合した泥状物質をロールプレスして厚みが0.5mm
の白金−ポリ４フツ化エチレン混合物シートを製
作する。
ングリコールを加え、よく混合したものに60％の
ポリ４フツ化エチレン水懸濁液を５c.c.加えよく混
合した泥状物質をロールプレスして厚みが0.5mm
の白金−ポリ４フツ化エチレン混合物シートを製
作する。
次に、前述の白金とロジウムを化学メツキした
イオン交換膜の白金が接合された面に、上述の白
金−ポリ４フツ化エチレン混合物シートを載置
し、250℃の温度、100Kg／cm2の圧力で２分間加熱
プレスする。
イオン交換膜の白金が接合された面に、上述の白
金−ポリ４フツ化エチレン混合物シートを載置
し、250℃の温度、100Kg／cm2の圧力で２分間加熱
プレスする。
かくして電極とイオン交換膜とを一体に接合し
た電気化学セルが得られる。この電気化学セルは
脱酸素装置としてうまく機能する。つまり上述の
各電気化学セルの電流密度−電圧特性を求めたと
ころ、第１図に示すような効果が得られた。
た電気化学セルが得られる。この電気化学セルは
脱酸素装置としてうまく機能する。つまり上述の
各電気化学セルの電流密度−電圧特性を求めたと
ころ、第１図に示すような効果が得られた。
これらの結果から、化学メツキ法だけでイオン
交換膜に電極を接合した場合には、電気化学セル
の内部抵抗、換言すれば電極とイオン交換膜との
接触抵抗は小さいが、ガス拡散電極としては全く
機能せず、加熱圧着法単独の場合には、ガス拡散
電極としては機能するが、電極とイオン交換膜と
の接触抵抗が大きすぎるためには電気化学セルの
特性はかなり劣るのに対し、本発明にかゝる化学
メツキ法と加熱圧着法とを複合した場合には、電
極とイオン交換膜との接触抵抗は加熱圧着法に比
較して大幅に低下し、しかもガス拡散電極として
充分機能するばかりか、電気化学セルの特性も極
めてすぐれたものになることがわかる。
交換膜に電極を接合した場合には、電気化学セル
の内部抵抗、換言すれば電極とイオン交換膜との
接触抵抗は小さいが、ガス拡散電極としては全く
機能せず、加熱圧着法単独の場合には、ガス拡散
電極としては機能するが、電極とイオン交換膜と
の接触抵抗が大きすぎるためには電気化学セルの
特性はかなり劣るのに対し、本発明にかゝる化学
メツキ法と加熱圧着法とを複合した場合には、電
極とイオン交換膜との接触抵抗は加熱圧着法に比
較して大幅に低下し、しかもガス拡散電極として
充分機能するばかりか、電気化学セルの特性も極
めてすぐれたものになることがわかる。
以上詳述せる如く、本発明は、従来の化学メツ
キ法と加熱圧着法とを複合することによつて、飛
躍的にすぐれたイオン交換膜と電極とを一体に接
合する方法を提供するもので、その工業的価値極
めて大である。
キ法と加熱圧着法とを複合することによつて、飛
躍的にすぐれたイオン交換膜と電極とを一体に接
合する方法を提供するもので、その工業的価値極
めて大である。
なお、本発明における電極は、特にガス拡散電
極としてすぐれているが、ガス発生電極としても
機能する。
極としてすぐれているが、ガス発生電極としても
機能する。
第１図は脱酸素装置用電気化学セルの電流密度
−電圧特性を示す。 Ａ……本発明例、Ｂ……従来例。
−電圧特性を示す。 Ａ……本発明例、Ｂ……従来例。
Claims (1)
- １ イオン交換膜の片面に触媒金属の化合物の水
溶液を配し、他面に還元剤溶液を配することによ
り、イオン交換膜に触媒金属を析出せしめ、その
上に触媒粉末単独か触媒粉末と導電性粉末との混
合物とフツ素樹脂結着剤との混合物を加熱圧着す
ることを特徴とするイオン交換膜と電極とを一体
に接合する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58035530A JPS59159991A (ja) | 1983-03-03 | 1983-03-03 | イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58035530A JPS59159991A (ja) | 1983-03-03 | 1983-03-03 | イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59159991A JPS59159991A (ja) | 1984-09-10 |
| JPH0243830B2 true JPH0243830B2 (ja) | 1990-10-01 |
Family
ID=12444285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58035530A Granted JPS59159991A (ja) | 1983-03-03 | 1983-03-03 | イオン交換膜と電極とを一体に接合する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59159991A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1248564B (it) * | 1991-06-27 | 1995-01-19 | Permelec Spa Nora | Processo di decomposizione elettrochimica di sali neutri senza co-produzione di alogeni o di acido e cella di elettrolisi adatta per la sua realizzazione. |
| ITFI20050002A1 (it) * | 2005-01-11 | 2006-07-12 | Acta Spa | Assemblati mambrana-elettrodi per celle a combustibile, loro fabbricazione ed uso e celle a combustibile che le contegono |
| JP5065727B2 (ja) * | 2007-03-27 | 2012-11-07 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 固体電解質膜の製造方法、固体電解質膜、及び水電解装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5816082A (ja) * | 1981-07-21 | 1983-01-29 | Permelec Electrode Ltd | イオン交換膜を用いる電解装置及びその製造方法 |
-
1983
- 1983-03-03 JP JP58035530A patent/JPS59159991A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59159991A (ja) | 1984-09-10 |
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