JPH027400B2 - - Google Patents
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- JPH027400B2 JPH027400B2 JP59191240A JP19124084A JPH027400B2 JP H027400 B2 JPH027400 B2 JP H027400B2 JP 59191240 A JP59191240 A JP 59191240A JP 19124084 A JP19124084 A JP 19124084A JP H027400 B2 JPH027400 B2 JP H027400B2
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、イオン交換樹脂膜−電極接合体の製
造法に関するものである。さらに詳しくは、本発
明は、燃料電池、水電解槽、食塩電解槽、塩酸電
解槽、電気化学的酸素分離装置、電気化学的水素
分離装置、水電解式湿度センサー、有機化合物の
電解酸化還元装置等の各種電気化学装置に用いら
れるイオン交換樹脂膜−電極接合体の製造法に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for producing an ion exchange resin membrane-electrode assembly. More specifically, the present invention relates to fuel cells, water electrolyzers, salt electrolyzers, hydrochloric acid electrolyzers, electrochemical oxygen separation devices, electrochemical hydrogen separation devices, water electrolysis humidity sensors, and electrolytic redox devices for organic compounds. The present invention relates to a method for producing an ion exchange resin membrane-electrode assembly used in various electrochemical devices such as the present invention.
従来の技術
イオン交換樹脂膜を固体電解質とし、これに電
極を一体に接合した電気化学装置としてすでに燃
料電池(例えばアメリカ特許3134697号)、水電解
槽(例えばJ.S.Bone、Proceedings of 14th
Annual Power Sources Conference、p62〜64
(1960))、ハロゲン化物の電解槽(例えば特開昭
54−107493号)、電気化学的酸素分離装置(例え
ば特公昭43−25001号、あるいは特公昭56−33979
号)、電気化学的水素分離装置(例えばStanley
H.Langer and Robert G.Haldeman、Science、
Vol 142、No.3587(1963))および水電解式湿度セ
ンサー(例えば竹中啓恭、島養栄一、川見洋二、
センサ技術、Vol.4No.5(1984))などが提案され
ている。Conventional technology Electrochemical devices in which an ion exchange resin membrane is used as a solid electrolyte and electrodes are integrally bonded to it have already been used in fuel cells (e.g., U.S. Pat. No. 3,134,697) and water electrolyzers (e.g., JSBone, Proceedings of the 14th
Annual Power Sources Conference, p62-64
(1960)), halide electrolysers (e.g. JP-A-Sho
54-107493), electrochemical oxygen separator (e.g. Japanese Patent Publication No. 43-25001, or Japanese Patent Publication No. 56-33979)
), electrochemical hydrogen separation devices (e.g. Stanley
H. Langer and Robert G. Haldeman, Science;
Vol 142, No. 3587 (1963)) and water electrolysis humidity sensors (e.g. Keiyasu Takenaka, Eiichi Shimayo, Yoji Kawami,
Sensor Technology, Vol. 4 No. 5 (1984)) have been proposed.
イオン交換樹脂膜としては、かつてはスチレン
−ジビニルベンゼン樹脂を母核とし、これにイオ
ン交換基を導入したものが用いられていたが、近
年になつて、スルフオン酸基、カルボン酸基ある
いは両者をイオン交換基として有するパーフルオ
ロカーボン樹脂が、よりすぐれているという理由
から一般的に利用されるようになつている。イオ
ン交換基は、燃料電池あるいは水電解槽では、プ
ロトン型のものが利用され、食塩電解槽ではナト
リウムイオン型のものが用いられる。 Ion-exchange resin membranes used to have styrene-divinylbenzene resin as a core with ion-exchange groups introduced into it, but in recent years, membranes with sulfonic acid groups, carboxylic acid groups, or both have been used. Perfluorocarbon resins having ion-exchange groups have become commonly used because they are superior. As the ion exchange group, a proton type is used in a fuel cell or a water electrolyzer, and a sodium ion type is used in a salt electrolyzer.
イオン交換樹脂膜に電極を一体に接合する方法
としては、電極触媒粉末と結着剤としてのフツ素
樹脂との混合物をイオン交換樹脂膜に加熱圧着す
る方法(例えば、アメリカ特許3134697号、特公
昭58−15544号)と電極触媒金属をイオン交換樹
脂膜に無電解メツキする方法(例えば特開昭55−
38934号)とがある。 A method for integrally bonding an electrode to an ion exchange resin membrane is to heat and press a mixture of an electrode catalyst powder and a fluororesin as a binder to an ion exchange resin membrane (for example, as described in U.S. Pat. No. 3,134,697, No. 58-15544) and a method of electroless plating of an electrode catalyst metal onto an ion-exchange resin membrane (for example, JP-A No. 55-1989)
38934).
電極は、電気化学装置の種類によつて異なる
が、大別するとガス拡散電極とガス発生電極とに
分類することができる。ガス拡散電極の場合に
は、反応ガスが電極に供給され、ガス発生電極の
場合には、電解反応によつてガスが電極から発生
する。ガス拡散電極は燃料電池、電気化学的酸素
分離装置の陰極、電気化学的水素分離装置の陽
極、および酸素を陰極減極剤とする場合のハロゲ
ン化物電解槽の陰極に用いられる。ガス発生電極
は、水電解槽、電気化学的酸素分離装置の陽極、
電気化学的水素分離装置の陰極、ハロゲン化物電
解槽の陽極などに用いられる。 Electrodes differ depending on the type of electrochemical device, but can be broadly classified into gas diffusion electrodes and gas generation electrodes. In the case of a gas diffusion electrode, a reactant gas is supplied to the electrode, and in the case of a gas generation electrode, the gas is generated from the electrode by an electrolytic reaction. Gas diffusion electrodes are used in fuel cells, cathodes in electrochemical oxygen separators, anodes in electrochemical hydrogen separators, and cathodes in halide electrolysers when oxygen is used as the cathode depolarizer. Gas generating electrodes are used as anodes in water electrolyzers, electrochemical oxygen separators,
Used as cathodes in electrochemical hydrogen separation equipment, anodes in halide electrolyzers, etc.
一般に、上述のイオン交換樹脂膜に電極を一体
に接合する方法のうち、加熱圧着法は、ガス拡散
電極およびガス発生電極の双方に適用できるが、
無電解メツキ法は、ガス発生電極にしか適用でき
ない。これは、ガス発生電極の場合には電極の反
応サイトが水に濡れてもかまわないが、ガス拡散
電極の場合には、水に濡れる部分と水に濡れない
部分とが共存していないと反応が首尾よく進まな
いからである。つまり、加熱圧着法における結着
剤としてのフツ素樹脂の撥水性がガス拡散電極反
応に有効に寄与する。 Generally, among the methods for integrally bonding an electrode to an ion exchange resin membrane mentioned above, the heat-pressing method can be applied to both gas diffusion electrodes and gas generation electrodes.
Electroless plating can only be applied to gas generating electrodes. In the case of a gas generation electrode, it does not matter if the reaction site of the electrode gets wet with water, but in the case of a gas diffusion electrode, the reaction will occur if the parts that get wet with water and the parts that do not get wet with water coexist. This is because it does not proceed smoothly. In other words, the water repellency of the fluororesin used as a binder in the thermocompression bonding method effectively contributes to the gas diffusion electrode reaction.
電気化学反応は、電極と電解質との界面で起
り、その電気化学セルの電流−電圧特性は、電極
と電解質との接触面積に大きく影響される。電解
質が水溶液である場合には一般に電極と電解質と
の接触面積が大きいのに対し、電解質がイオン交
換樹脂膜のような固体電解質の場合には、電極と
電解質との接触面積が相対的に小さい。この問題
を改善する方法のひとつに、例えば特公昭45−
14220号に記載されているように、固体電解質と
してのイオン交換樹脂膜と電極との間に、電極触
媒粉末とイオン交換樹脂粉末と結着剤との混合物
層を介在させ、イオン交換樹脂膜と電極との接触
面積を増大させる方法がある。このような構造で
は、電極触媒粉末とイオン交換樹脂粉末と結着剤
との混合物層は電極としての機能と、電解質とし
ての機能の双方を兼ね具えているが、電極の一部
としてとられることもできる。何故なら、この混
合物層に隣接するイオン交換樹脂を含まない電極
層は必ずしもなくてもすむからである。 An electrochemical reaction occurs at the interface between the electrode and the electrolyte, and the current-voltage characteristics of the electrochemical cell are greatly influenced by the contact area between the electrode and the electrolyte. When the electrolyte is an aqueous solution, the contact area between the electrode and the electrolyte is generally large, whereas when the electrolyte is a solid electrolyte such as an ion exchange resin membrane, the contact area between the electrode and the electrolyte is relatively small. . One of the ways to improve this problem is, for example,
As described in No. 14220, a layer of a mixture of electrode catalyst powder, ion exchange resin powder, and binder is interposed between the ion exchange resin membrane as a solid electrolyte and the electrode, and the ion exchange resin membrane and the electrode are interposed. There is a method of increasing the contact area with the electrode. In such a structure, the mixture layer of electrode catalyst powder, ion exchange resin powder, and binder has both the function of an electrode and the function of an electrolyte, but it cannot be taken as part of the electrode. You can also do it. This is because an electrode layer not containing an ion exchange resin adjacent to this mixture layer is not necessarily required.
発明が解決しようとする問題点
上述の特公昭45−14220号に記載されているイ
オン交換樹脂膜と電極との接触面積を増大させる
方法は、基本的考え方としては極めて有効であ
る。しかし、ここで採用されている材料に問題が
あつて、イオン交換樹脂膜と電極との接合体を用
いた電気化学装置の性能に限界があつた。すなわ
ち、上記文献ではイオン交換樹脂膜材料としてス
ルフオン酸基を導入したスチレン−ジビニルベン
ゼン共重合体が用いられているため、耐熱性およ
び化学的安定性に問題がある。また電極触媒粉末
とイオン交換樹脂粉末と結着剤との混合物層にお
けるイオン交換樹脂粉末材料として、スルフオン
酸化スチレン−ジビニルベンゼン共重合体が用い
られているが、この材料もやはり耐熱性および化
学的安定性に難点がある。特に、この材料を陽極
(アノード)に用いたときには耐陽極酸化性に難
点がある。さらには結着剤としてのポリスチレン
のトリクロールエチレン溶液も撥水性が不充分で
あるし、電解触媒表面およびイオン交換樹脂粉末
表面を膜状に被覆してしまうために、実質的に電
極触媒粉末とイオン交換樹脂粉末との接触面積の
増大がそれほど期待できない。Problems to be Solved by the Invention The method of increasing the contact area between the ion exchange resin membrane and the electrode described in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 45-14220 is extremely effective as a basic concept. However, there were problems with the materials used here, and there was a limit to the performance of the electrochemical device using an assembly of an ion exchange resin membrane and an electrode. That is, in the above-mentioned literature, a styrene-divinylbenzene copolymer into which sulfonic acid groups have been introduced is used as an ion exchange resin membrane material, which causes problems in heat resistance and chemical stability. In addition, a sulfonated styrene oxide-divinylbenzene copolymer is used as the ion exchange resin powder material in the mixture layer of the electrode catalyst powder, ion exchange resin powder, and binder, but this material also has heat resistance and chemical properties. There is a problem with stability. In particular, when this material is used for an anode, there is a problem in its resistance to anodic oxidation. Furthermore, the trichlorethylene solution of polystyrene used as a binder has insufficient water repellency and coats the electrocatalyst surface and ion exchange resin powder surface in a film-like manner, so it is virtually impossible to separate the electrocatalyst powder. It is not expected that the contact area with the ion exchange resin powder will increase much.
一方、本願発明者等は、すでに特願昭59−
190332号において、イオン交換膜および電極の中
に混入すべきイオン交換樹脂の材料として、スチ
レン−ジビニルベンゼン共重合体を基体としたイ
オン交換樹脂の代りに、化学的にも熱的にもより
安定で、しかも耐陽極酸化性おいてより優れたパ
ーフルオロカーボンを基体とするイオン交換樹脂
を用いることを提案した。 On the other hand, the inventors of the present application have already filed a patent application
No. 190332, a chemically and thermally more stable ion exchange resin was introduced as a material for the ion exchange resin to be mixed into the ion exchange membrane and electrode, instead of an ion exchange resin based on a styrene-divinylbenzene copolymer. Therefore, we proposed the use of an ion exchange resin based on perfluorocarbon, which has better resistance to anodic oxidation.
しかるに、この場合、電極を製作する際、電極
触媒粉末とパーフルオロカーボン系イオン交換樹
脂の有機溶媒溶液もしくは有機溶媒と水との混合
溶媒溶液とフツ素樹脂結着剤との混合物をイオン
交換膜に加熱圧着し、この行程において溶媒を揮
散せしめるという方法を採用した。かかる方法に
よつて得られたイオン交換膜−電極接合体を各種
電気化学装置に適用した場合、比較的低電流密度
領域においては、極めて優れた特性を示すが、比
較的高電流密度領域における濃度過電圧がかなり
大きいという問題があることがわかつた。これ
は、イオン交換樹脂を溶液状で用いたため、イオ
ン交換樹脂が電極触媒粉末表面を過大に被覆し、
その帰結として電極反応物質の電極触媒粉末(反
応サイト)への拡散あるいは吸着が遅れるからで
あると考えられる。 However, in this case, when manufacturing the electrode, a mixture of the electrode catalyst powder, a perfluorocarbon ion exchange resin solution in an organic solvent or a mixed solvent solution of an organic solvent and water, and a fluororesin binder is applied to the ion exchange membrane. We adopted a method of heat-pressing and volatilizing the solvent during this process. When the ion exchange membrane-electrode assembly obtained by this method is applied to various electrochemical devices, it shows extremely excellent characteristics in a relatively low current density region, but the concentration in a relatively high current density region is It was found that the problem was that the overvoltage was quite large. This is because the ion exchange resin was used in solution form, so the ion exchange resin excessively covered the surface of the electrode catalyst powder.
This is considered to be because the diffusion or adsorption of the electrode reactant to the electrode catalyst powder (reaction site) is delayed as a result.
問題点を解決するたの手段
本発明はパーフルオロカーボンを母核としスル
フオン酸基、カルボン酸基などのイオン交換基を
有するイオン交換樹脂の有機溶媒溶液もしくは有
機溶媒と水との混合溶媒溶液の溶媒を揮散せしめ
ることによつて得られるイオン交換樹脂粉末と、
電極触媒粉末と、ポリ4フツ化エチレン、4フツ
化エチレン−6フツ化プロピレン共重合物、4フ
ツ化エチレン−エチレン共重合物等のフツ素樹脂
からなる結着剤との混合物を、パーフルオロカー
ボンを母核としスルフオン酸基、カルボン酸基な
どのイオン交換基を有するイオン交換樹脂膜の片
面もしくは両面に膜状に加熱圧着することによつ
て上述の如き問題点を解決したものである。Means for Solving the Problems The present invention is a solvent for an organic solvent solution or a mixed solvent solution of an organic solvent and water of an ion exchange resin having a perfluorocarbon as a core and having ion exchange groups such as sulfonic acid groups and carboxylic acid groups. An ion exchange resin powder obtained by volatilizing the
A mixture of an electrode catalyst powder and a binder made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, or tetrafluoroethylene-ethylene copolymer is mixed with a perfluorocarbon. The above-mentioned problems have been solved by heat-pressing the film onto one or both sides of an ion-exchange resin film having a core of ion-exchange groups such as sulfonic acid groups and carboxylic acid groups.
作 用
本発明の最大の特徴は、電極の中に混入すべき
イオン交換樹脂粉末の出発材料として、パーフル
オロカーボンを母核とするイオン交換樹脂の有機
溶媒溶液もしくは有機溶媒と水との混合溶媒溶液
を用いる点にある。Function The greatest feature of the present invention is that as a starting material for the ion exchange resin powder to be mixed into the electrode, an organic solvent solution or a mixed solvent solution of an organic solvent and water of an ion exchange resin containing perfluorocarbon as a core is used. The point is to use
パーフルオロカーボンを母核とするイオン交換
樹脂の代表的なものはパーフルオロカーボンスル
フオン酸樹脂である。パーフルオロカーボンスル
フオン酸樹脂の有機溶媒との親和性はスルフオン
酸基のモル数によつて変り、このイオン交換樹脂
はその交換容量が大きい領域で低級脂肪族アルコ
ール、例えばn−ブタノール、その他の極性の高
い有機溶媒に溶解することが知られている(特公
昭48−13333号)。 A typical ion exchange resin having perfluorocarbon as a core is perfluorocarbon sulfonic acid resin. The affinity of perfluorocarbon sulfonic acid resins with organic solvents varies depending on the number of moles of sulfonic acid groups, and this ion exchange resin has a high exchange capacity in the region of lower aliphatic alcohols, such as n-butanol, and other polar It is known that it is soluble in organic solvents with high concentrations (Japanese Patent Publication No. 13333/1983).
このようなイオン交換樹脂溶液は、例えば米国
のアルドリツチケミカル社(Aldrich Chemical
Company)からナフイオン溶液(NAFION
Solution)という名称で販売されている。ナフイ
オン溶液は米国のデユポン社(Du Pont)から発
売されているナフイオン(NAFION)いう商標
のパーフルオロカーボンスルフオン酸樹脂の5%
低級脂肪族アルコール(10%の水を含む)溶液で
ある。 Such an ion exchange resin solution is manufactured by, for example, Aldrich Chemical Co., Ltd. in the United States.
Nafion Solution (NAFION Company)
It is sold under the name Solution. Nafion solution is a 5% perfluorocarbon sulfonic acid resin trademarked as NAFION, which is sold by Du Pont in the United States.
It is a lower aliphatic alcohol (containing 10% water) solution.
ナフイオン溶液の如きイオン交換樹脂溶液か
ら、溶媒を噴霧乾燥法あるいは凍結真空乾燥法な
どにより揮散せしめることによつて、パーフルオ
ロカーボン樹脂を基体とするイオン交換樹脂の微
粉が得られる。 A fine powder of an ion exchange resin based on a perfluorocarbon resin can be obtained by volatilizing the solvent from an ion exchange resin solution such as a naphion solution by a spray drying method, a freeze vacuum drying method, or the like.
パーフルオロカーボンを母核とするイオン交換
樹脂は、前述のようなスチレン−ジビニルベンゼ
ン共重合体を母核とするイオン交換樹脂に比較す
ると、その耐熱性、化学的安定性および耐陽極酸
化性においてはるかにすぐれている。 Ion exchange resins that have perfluorocarbon as a core have far superior heat resistance, chemical stability, and anodic oxidation resistance compared to ion exchange resins that have a styrene-divinylbenzene copolymer core as described above. Excellent.
次に、パーフルオロカーボン樹脂を基体とする
イオン交換樹脂の電極への混入方法について述べ
る。すなわち、前述のように、電極を製作する
際、イオン交換樹脂の溶液と電極触媒粉末との混
合分散液を用いた場合には、イオン交換樹脂が電
極触媒表面をあまりにも微細な形(1μ以下)で
過大に被覆してしまうのに対し、本発明のよう
に、予めイオン交換樹脂溶液から噴霧乾燥法ある
いは凍結真空乾燥法などにより溶媒を揮散して得
た10μ前後のイオン交換樹脂粉末を電極触媒粉末
および結着剤と混合して電極を製作すると、電極
触媒表面はイオン交換樹脂に過大に被覆されるこ
とがないため電極反応物質の吸着サイトが充分確
保されるため、比較的高電流密度領域での分極特
性がより優れたものになる。 Next, a method for incorporating an ion exchange resin based on perfluorocarbon resin into an electrode will be described. In other words, as mentioned above, when manufacturing an electrode, if a mixed dispersion of an ion exchange resin solution and an electrode catalyst powder is used, the ion exchange resin may form too fine a shape (less than 1 μm) on the surface of the electrode catalyst. ), whereas in the present invention, an ion-exchange resin powder of around 10μ obtained by volatilizing the solvent from an ion-exchange resin solution by spray drying or freeze-vacuum drying is applied to the electrode. When an electrode is made by mixing catalyst powder and a binder, the surface of the electrode catalyst is not covered excessively with ion exchange resin, and sufficient adsorption sites for electrode reactants are secured, resulting in a relatively high current density. The polarization characteristics in this region become even better.
電極の中に混入されるイオン交換樹脂のイオン
交換基としては、スルフオン酸基、カルボン酸基
および両者を混合したものが利用できる。また、
イオン交換基の移動イオンとしてはプロトン型、
ナトリウムイオン型、カリウムイオン型等、対象
となる電気化学装置によつて適宜選択すればよ
い。またプロトンから他のイオンへの置換は、イ
オン交換樹脂膜に電極を接合したのちにおこなつ
てもよい。 As the ion exchange group of the ion exchange resin mixed into the electrode, a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, or a mixture of both can be used. Also,
The mobile ions of ion exchange groups are proton type,
A sodium ion type, a potassium ion type, etc. may be selected depending on the target electrochemical device. Further, the replacement of protons with other ions may be performed after the electrode is bonded to the ion exchange resin membrane.
電極触媒粉末としては、従来公知のものがすべ
て利用することができる。 All conventionally known electrode catalyst powders can be used.
フツ素樹脂からなる結着剤としては、ポリ4フ
ツ化エチレン、4フツ化エチレン−6フ化プロピ
レン共重合体、4フツ化エチレン−エチレン共重
合体、ポリ3フツ化塩化エチレンの単独もしくは
混合物が用いられる。またこれらのフツ素樹脂は
粉末状、水懸濁液状あるいは有機溶媒懸濁液状の
ものが用いられる。また懸濁液状のフツ素樹脂の
中に、粉末状のフツ素樹脂を混合分散させたもの
を用いることも効果的なことである。 As the binder made of fluororesin, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, polytetrafluorochloride ethylene may be used alone or in mixtures. is used. These fluororesins are used in the form of powder, water suspension, or organic solvent suspension. It is also effective to use a suspension of fluororesin mixed and dispersed with powdered fluororesin.
イオン交換樹脂膜材料としては、スルフオン酸
基、カルボン酸基あるいはこれらの混合物からな
るイオン交換基を有するパーフルオロカーボン樹
脂を用いるのがよい。また移動イオンとしては、
プロトン型、ナトリウムイオン型、カリウムイオ
ン型等、対象となる電気化学装置によつて適宜選
択すればよい。 As the ion exchange resin membrane material, it is preferable to use a perfluorocarbon resin having an ion exchange group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, or a mixture thereof. In addition, as mobile ions,
Proton type, sodium ion type, potassium ion type, etc. may be selected depending on the electrochemical device to be used.
イオン交換樹脂膜への電極の接合方法としては
種々の方法が適用可能である。第1の方法は、電
極触媒粉末とイオン交換樹脂粉末とフツ素樹脂か
らなる結着剤との混合分散液から薄膜シートを製
作し、分散媒を揮散させたものをイオン交換樹脂
膜に加熱圧着するという方法であり、第1の方法
は、上述の混合分散液をイオン交換樹脂膜に吹き
つけ、分散媒を揮散させたのち、加熱プレスする
という方法であり、第3の方法は、上述の混合分
散液をイオン交換樹脂膜にスクリーン印刷し、加
熱プレスするという方法である。しかし本発明は
これらの方法に限定するものではない。 Various methods can be used to bond the electrode to the ion exchange resin membrane. The first method is to make a thin film sheet from a mixed dispersion of electrode catalyst powder, ion exchange resin powder, and a binder made of fluororesin, and heat and press the sheet after the dispersion medium has been volatilized onto the ion exchange resin membrane. The first method is to spray the above-mentioned mixed dispersion onto an ion exchange resin membrane, volatilize the dispersion medium, and then heat press. This method involves screen printing a mixed dispersion liquid onto an ion exchange resin membrane, followed by hot pressing. However, the present invention is not limited to these methods.
いずれにしても、本発明で用いられるイオン交
換樹脂および結着剤はすべて含フツ素ポリマーで
あるため、耐熱性、化学的安定性、耐陽極酸化性
にすぐれているばかりでなく、電極に含まれる各
材料同志および電極とイオン交換樹脂膜との相互
の接合強度が極めて大きい。 In any case, since the ion exchange resin and binder used in the present invention are all fluorine-containing polymers, they not only have excellent heat resistance, chemical stability, and anodic oxidation resistance, but also have excellent heat resistance, chemical stability, and anodic oxidation resistance. The bonding strength between each material and between the electrode and the ion exchange resin membrane is extremely high.
本発明のイオン交換樹脂膜−電極接合体の製造
法は、陰極側、陽極側の双方に適用してもよい
し、片方だけに適用してもよい。すなわち、陰極
と陽極のどちらか一方の側には従来のイオン交換
樹脂を含まない電極を接合してもよい。 The method for producing an ion exchange resin membrane-electrode assembly of the present invention may be applied to both the cathode side and the anode side, or only to one side. That is, a conventional electrode not containing an ion exchange resin may be bonded to either the cathode or the anode.
上述のように、電極を電極触媒粉末とイオン交
換樹脂粉末とフツ素樹脂との混合物だけで形成す
る他に、この混合物層の上にイオン交換樹脂粉末
を含まない電極触媒粉末とフツ素樹脂との混合物
で形成される第2の電極を接合してもよい。 As mentioned above, in addition to forming the electrode with only a mixture of electrode catalyst powder, ion exchange resin powder, and fluororesin, the electrode catalyst powder and fluororesin, which do not contain ion exchange resin powder, are formed on top of this mixture layer. A second electrode formed of a mixture of may be bonded.
実施例
1 5%ナフイオン溶液(米国、アルドリツチケ
ミカル社製、パーフルオロカーボンスルフオン
酸樹脂の低級脂肪族アルコールと水との混合溶
媒溶液)を噴霧乾燥して溶媒を揮散させ、パー
フルオロカーボンスルフオン酸樹脂の微粉末を
得た。Example 1 A 5% naphion solution (manufactured by Aldrich Chemical Co., USA, mixed solvent solution of perfluorocarbon sulfonic acid resin with lower aliphatic alcohol and water) was spray-dried to volatilize the solvent, and perfluorocarbon sulfonic acid A fine resin powder was obtained.
この微粉末0.5gと電極触媒粉末としての白金
ブラツク粉末10gと4mlの60%ポリ4フツ化エチ
レン水懸濁液と10mlの水とをよく混合し、圧延
し、真空乾燥して、厚さが0.2mmの電極シートを
製作した。 0.5 g of this fine powder, 10 g of platinum black powder as an electrode catalyst powder, 4 ml of a 60% polytetrafluoroethylene aqueous suspension, and 10 ml of water were thoroughly mixed, rolled, vacuum dried, and the thickness was reduced. A 0.2mm electrode sheet was manufactured.
この電極シートを米国、デユポン社製のパーフ
ルオロカーボンスルフオン酸樹脂膜であるナフイ
オン117の両面に、100℃の温度、200Kg/cm2の
圧力でホツトプレスした。 This electrode sheet was hot pressed on both sides of Nafion 117, a perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane manufactured by DuPont, USA, at a temperature of 100° C. and a pressure of 200 kg/cm 2 .
かくして得られたイオン交換樹脂膜−電極接合
体は電気化学的酸素分離装置になる。すなわち、
この接合体の片面を陰極と、他面を陽極とし、陰
極側に空気を供給し、陽極側に水を供給して、両
電極に直流電流を通電すると、陽極側から純酸素
が発生し、陰極側で空気から酸素が除去されたガ
スが得られる。 The ion exchange resin membrane-electrode assembly thus obtained becomes an electrochemical oxygen separation device. That is,
When one side of this bonded body is used as a cathode and the other side is used as an anode, air is supplied to the cathode side, water is supplied to the anode side, and DC current is applied to both electrodes, pure oxygen is generated from the anode side. On the cathode side, a gas from which oxygen has been removed from the air is obtained.
次に、実施例で得られたイオン交換樹脂膜−電
極接合体をAとし、実施例において、電極を製作
する際、イオン交換樹脂として粉末状の形の代り
にパーフルオロカーボンスルフオン酸樹脂の有機
溶媒と水との混合物の形で用いた場合の接合体を
Cとし、両者の電気化学的酸素分離装置としての
分極特性を求めた結果を第2図に示す。第2図か
ら、200mA/cm2以下の電流密度領域では従来法
Cの方が優れているが、200mA/cm2以上の電流
密度領域ではAの方が優れていることがわかる。 Next, the ion exchange resin membrane-electrode assembly obtained in the example is referred to as A, and in the example, when manufacturing the electrode, an organic perfluorocarbon sulfonic acid resin is used instead of the powder form as the ion exchange resin. The conjugate used in the form of a mixture of solvent and water is designated as C, and the results of determining the polarization characteristics of both as an electrochemical oxygen separation device are shown in FIG. From FIG. 2, it can be seen that conventional method C is superior in the current density region of 200 mA/cm 2 or less, but method A is superior in the current density region of 200 mA/cm 2 or more.
発明の効果
実施例で得られたイオン交換樹脂膜−電極接合
体をAとし、実施例において電極の中に混入する
イオン交換樹脂粉末としてパーフルオロカーボン
スルフオン酸樹脂の代りに、従来のスルフオン酸
化スチレン−ジビニルベンゼン樹脂を用いた場合
の接合体をBとし、それぞれ電気化学的酸素分離
装置に組立て、200mA/cm2の電流密度における
寿命試験をおこなつたところ第1図に示すような
作動時間と電圧との関係が得られた。すなわち本
発明品Aの場合には何ら異常が認められなかつた
のに対し、従来品Bの場合には作動時間の経過と
ともに電圧が異常に上昇した。これは、Aの場合
に陽極に混入されているパーフルオロカーボンス
ルフオン酸樹脂の方が、Bの場合のスルフオン酸
化スチレン−ジビニルベンゼン樹脂より耐陽極酸
化性がすぐれているからに他ならない。Effects of the Invention The ion exchange resin membrane-electrode assembly obtained in the example is referred to as A, and in the example, the conventional sulfonated styrene oxide resin was used instead of the perfluorocarbon sulfonic acid resin as the ion exchange resin powder mixed into the electrode. - When divinylbenzene resin was used, the bonded body was assembled into an electrochemical oxygen separation device, and a life test was conducted at a current density of 200 mA/cm 2. As a result, the operating time and A relationship with voltage was obtained. That is, in the case of the product A of the present invention, no abnormality was observed, whereas in the case of the conventional product B, the voltage increased abnormally as the operating time elapsed. This is simply because the perfluorocarbon sulfonic acid resin mixed in the anode in case A has better anodic oxidation resistance than the sulfonated styrene-divinylbenzene resin in case B.
第1図は本発明の一実施例にかかるイオン交換
樹脂膜−電極接合体を電気化学的酸素分離装置に
適用した場合の電圧の経時変化を従来品のそれと
比較した図、第2図は本発明方法および従来方法
により得たイオン交換樹脂膜−電極接合体の電気
化学的酸素分離装置としての分極特性の比較図で
ある。
Figure 1 is a diagram comparing the change in voltage over time when an ion exchange resin membrane-electrode assembly according to an embodiment of the present invention is applied to an electrochemical oxygen separation device with that of a conventional product. FIG. 2 is a comparison diagram of the polarization characteristics of ion exchange resin membrane-electrode assemblies obtained by the invention method and the conventional method as an electrochemical oxygen separation device.
Claims (1)
酸基、カルボン酸基などのイオン交換基を有する
イオン交換樹脂の有機溶媒溶液もしくは有機溶媒
と水との混合溶媒溶液の溶媒を揮散せしめること
によつて得られるイオン交換樹脂粉末と、電極触
媒粉末と、ポリ4フツ化エチレン、4フツ化エチ
レン−6フツ化プロピレン共重合物、4フツ化エ
チレン−エチレン共重合物等のフツ素樹脂からな
る結着剤との混合物をパーフルオロカーボンを母
核としスルフオン酸基、カルボン酸基などのイオ
ン交換基を有するイオン交換樹脂膜の片面もしく
は両面に膜状に加熱圧着することを特徴とするイ
オン交換樹脂膜−電極接合体の製造法。1 Ions obtained by volatilizing the solvent of an organic solvent solution or a mixed solvent solution of an organic solvent and water of an ion exchange resin having a perfluorocarbon as a core and an ion exchange group such as a sulfonic acid group or a carboxylic acid group. Exchangeable resin powder, electrode catalyst powder, and a binder made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, etc. An ion exchange resin membrane-electrode assembly characterized in that the mixture is heat-pressed to form a membrane on one or both sides of an ion exchange resin membrane having perfluorocarbon as a core and ion exchange groups such as sulfonic acid groups and carboxylic acid groups. manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59191240A JPS6167790A (en) | 1984-09-11 | 1984-09-11 | Production of joined body of ion exchange resin film and electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59191240A JPS6167790A (en) | 1984-09-11 | 1984-09-11 | Production of joined body of ion exchange resin film and electrode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6167790A JPS6167790A (en) | 1986-04-07 |
| JPH027400B2 true JPH027400B2 (en) | 1990-02-16 |
Family
ID=16271229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59191240A Granted JPS6167790A (en) | 1984-09-11 | 1984-09-11 | Production of joined body of ion exchange resin film and electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6167790A (en) |
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-
1984
- 1984-09-11 JP JP59191240A patent/JPS6167790A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6167790A (en) | 1986-04-07 |
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