JPH0285387A - イオン交換樹脂含有シート状電極材料、その複合材料並びにその製造方法 - Google Patents

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、イオン交換樹脂含有シート状電極材料、その
複合材料および、その製造方法に関するものである。更
に詳しく述べるならば、三次元的電気化学反応表面を有
し、機械的強度の高いイオン交換樹脂含有シート状電極
材料、その複合材料、およびその製造方法に関するもの
である。

〔従来の技術および解決を必要とする課題〕一般に電気
化学セルにおける電気化学反応は、電極と電解質との界
面で発生するものであり、従って、この電気化学セルの
電流・電圧特性は、電極と電解質との接触面積により大
きく左右される。

特に、イオン交換樹脂膜を固体電解質として使用する電
解法の場合には、電極と電解質との接触面積が、水溶液
電解法の場合にくらべて小さくなるという問題点を有し
ている。

特開昭５５−３８９３４号には、イオン交換樹脂膜と、
その一面に、無電解メツキ法により形成された電極触媒
金属層とからなる電極材料が開示されているが、この場
合、電極と電解質との接触が、二次元的（平面的）であ
るため、両者の接触面積の一層の増加が望まれていた。

特開昭６１−６７７８６号、６１−６７７８８号、６１
−６７７９０号、および６１−８７８８７号などには、
例えば、パーフルオロカーボン樹脂を基体とするイオン
交換樹脂膜の片面又は両面に電極触媒粉末とイオン交換
樹脂とを含む樹脂層を合体させた電極材料などが開示さ
れている。しかしながら、これらの電極材料においては
、イオン交換樹脂粉末が、電極材料全体にわたって分布
しており、イオン交換樹脂は親水性であるため、電極材
料全体が親水性、すなわち、水に濡れやすいものになる
。このような親水性電極材料から燃料電池、および酸素
分離装置などのガス拡散電極を構成すると、電極表面が
容易に濡れてしまうため、装置に対するガスの供給に支
障を生じ性能が低下するという不都合を生ずる。

このような不都合を解消するため、特開昭６１６７７８
７号、および６１−６７７８９号などにおいては、上記
イオン交換樹脂含有電極材料の外側に、イオン交換樹脂
を含まない疎水性樹脂例えばパーフルオロカーボン樹脂
をマトリ７クスとする被覆層を積層することを提案して
いるが、このような電極材料には、構造が複雑であり、
かつ高価であるなどの欠点がある。

更に、上記の電極材料においては、イオン交換樹脂粉末
が電極材料中に分散されているため、イオン交換樹脂粉
末相互の接触が十分でなく、従って、電極中における水
素イオン（Ｈ゛）の移動が不十分となって、電極の効果
が低いという問題点を生ずる。このような問題点を解消
するためには、イオン交換樹脂粉末の混合比率を一層高
くする必要があるが、このようにすると、当然得られる
電極材料の親水性が一層高くなるという不都合を生ずる
ばかりでなく、場合によっては電極触媒がイオン交換樹
脂により被覆されてしまって触媒作用を発揮できなくな
るなどの不都合を生ずることもある。

特開昭６１−２９５３８７号および６１−２９５３８８
号には、イオン交換樹脂膜と、その片面又は両面上に形
成されたイオン交換樹脂と電極金属との混合物の薄膜層
とからなる電極材料が開示されている。しかし、これら
の電極材料においては、前記薄膜層の形成のために有機
溶媒、又は有機溶媒と水との混合溶媒を使用する必要が
あり、この溶媒によってイオン交換樹脂膜が著るしく膨
潤し、これを乾燥するとはげしく収縮するため、この膜
にクランクを生ずるという不都合があり、また、イオン
交換樹脂膜に、イオン交換樹脂−金属混合物薄膜の強固
な接合には、かなりの加熱加圧を要し、このため、得ら
れる電極材料が押しつぶされて、実質的に有効な電極−
電解質界面の接触面積がかなり小さくなってしまうとい
う不都合を生ずる。

更に、上記従来の電極層は、自己保持性を持たないか、
或は持っていても極めて低いため、これをイオン交換樹
脂膜に接合するためにはかなりの加熱、加圧を施す必要
があり、このためしばしばイオン交換樹脂膜を損傷して
、得られる電極材料の性能を低下したり、或は使用不能
にするなどの問題を生じている。

そこで、本発明は、電解質と電極との有効接触面積が大
きく、ガス拡散電極としても有効に使用可能であって、
しかも電解質膜を損傷することなく容易に製造可能な、
イオン交換樹脂含有シート状電極材料、その複合体、お
よびその製造方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段、および作用〕本発明のイ
オン交換樹脂含有シート状電極材料は、フッ素含有重合
体からなるバインダーと、その中に分散されている電気
化学的機能性材料粉末とを含んでなり、かつ、多数の連
続気孔を有するシート状基体と、イオン交換樹脂単独、
または、イオン交換樹脂と金属との混合物からなるイオ
ン交換樹脂含有材料と、から構成され、前記イオン交換
樹脂含有材料が、前記シート状基体の一面から前記連続
気孔内に連続して分布していることを特徴とするもので
ある。

上記シート状電極材料は、そのシート状基体の一面上に
、前記イオン交換樹脂含有材料により形成された無孔性
薄膜を有し、前記シート状基体の他面上には、前記イオ
ン交換樹脂含有材料が実質的に存在しないものであって
もよい。

更に、上述のシート状電極材料は、そのイオン交換樹脂
含有材料の分布している一面上に、パーフルオロカーボ
ン含有イオン交換樹脂膜層を結着して、イオン交換樹脂
含有シート状電極／パーフルオロカーボン含有イオン交
換樹脂膜複合材料を形成していてもよい。

本発明の電極材料のシート状基体は、フッ素含有重合体
からなるバインダーと、その中に分散結着されている電
気化学的機能材料粉末との混合物から形成されたもので
ある。

フッ素含有重合体バインダーは、例えばポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）　、テトラフルオロエチレン
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ
）、テトラフルオロエチレン−へキサフルオロエチレン
共重合体（ＦＥＰ）　、Ｉ−リフルオロクロロエチレン
重合体（ＣＰＴＦＥ）、およびテトラフルオロエチレン
−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などから選ばれた少な
（とも１種からなるものであって、特にＰＴＦＥからな
るものが好ましい。

電気化学的機能材料粉末は、例えば、炭素粉末、例えば
グラファイト、カーボンブランク、および活性炭の粉末
、これら炭素粉末に触媒能を有する金属、例えば、白金
族金属の少なくとも１種を担持せしめたもの、触媒能を
有する金属の粉末（例えば白金黒、パラジウム黒など）
、金属酸化物（例えば、Ｒｕ０ｉ　、　Ｉｒｅ、　、　
Ｐｂ０ｚなど）の粉末などから選ばれた１種以上を含む
ものである。

本発明のシート状基体における電気化学的機能材料粉末
と、フッ素含有重合体バインダーとの配合比率は、製造
すべき電極材料の用途および所望特性により変化するが
一般には、電気化学的機能性材料粉末２０〜９８重量部
に対し、フッ素含有重合体バインダー２〜８０重量部で
あることが好ましく、目的電極材料が親水性の高いこと
を要求されるときは、電気化学的機能性材料粉末の含有
率を増大し、目的Ｔｊ、ｔ’Ｎ材料が疎水性であること
を要求されるときは、バインダーの含有率を高くすれば
よい。バインダー−機能性材料混合物１００重量に対し
バインダー含有率が２重量部未満のときは、得られるシ
ート状基体の機械的強度が不十分になり、また８０重量
部より高いときは、得られる電極材料の電気化学的機能
が不満足なものとなる。

−ａに本発明に用いられるシート状基体は、５０〜４０
０μの厚さを有することが好ましい。

本発明の電極材料において、イオン交換樹脂単独から、
または、イオン交換樹脂と金属、特に触媒能を有する金
属との混合物からなるイオン交換樹脂含有材料がシート
状基体の一面から連続気孔内に連続して分布している。

イオン交換樹脂含有材料の分布量は、シート状基体の一
面から他面に向って、勾配を有する分布をなしていても
よく、例えば、一面側から他面側に向って次第に分布量
が低下するように分布していてもよい。

本発明の電極材料に用いられるイオン交換樹脂は、固体
電解質として機能するものであって、例えば、フッ素含
有炭化水素を主鎖の主成分とし、これにカチオン交換基
が結合したもの、例えば、テトラフルオロエチレンとス
ルホニルフルオライドビニルエーテルとの共重合体など
を用いることが好ましい。

また、固体電解質含有材料中の金属、特に触媒能を有す
る金属は、例えば白金、イリジウム、パラジウム、ロジ
ウムなどの少なくとも１種からなるものであることが好
ましい。イオン交換樹脂含有材料中の金属の含有量は、
一般に、イオン交換樹脂重量に対し、５０％以下である
。

本発明の電極材料においてシート状基体の一面上にイオ
ン交換樹脂含有材料から形成された無孔性薄膜が形成さ
れており、シート状基体の他の面上には、イオン交換樹
脂含有材料が実質的に存在しないこと、すなわち、全く
存在しないか、存在しても掻めて少量であることが好ま
しい。

このような無孔性イオン交換樹脂含有材料層の形成は、
電極材料と固体電解質としてのパーフルオロイオン交換
樹脂との接触特性を向上させるのに有効である。また、
実質的にイオン交換樹脂含有材料が存在しない面は、ガ
ス供給経路として、また液透過経路として、更にイオン
交換樹脂含有材料膜と供電体（給電体）との間のクツシ
ョン材として有効なものである。

本発明の電極材料は、そのイオン交換樹脂含有材料の分
布している一面上に、パーフルオロ炭化水素含有イオン
交換樹脂膜を積層結着して、電極複合材料とされてもよ
い。このような複合材料は、オーム損失を、減少させ、
かつ取り扱い性が良好になるなどの長所を有するもので
ある。

本発明のイオン交換樹脂含有シート状電極材料を製造す
るための方法は、フッ素含有重合体からなるバインダー
と、電気化学的機能性材料粉末とを含む混合物から多数
の連続気孔を有するシート状基体を形成し、このシート
状基体の一面を、イオン交換樹脂含有溶液と接触させて
、この溶液を前記一面から前記シート状基体中に、浸透
含浸させ、この含浸体に乾塵処理を施し、それによって
、前記イオン交換樹脂を、前記シート状基体一面から前
記連続気孔内に連続して分布・固定せしめる、ことを特
徴とするものである。

また、本発明のイオン交換樹脂含有シート状電極材料を
製造するための他の方法は、フッ素含有重合体からなる
バインダーと、電気化学的機能性材料粉末とを含む混合
物から多数の連続気孔を有するシート状基体を形成し、
このシート状基体の一面を、イオン交換樹脂と金属化合
物とを含有する溶液に接触させて、この溶液を前記一面
から前記シート状基体中に、含浸させ、この含浸体に乾
燥処理を施し、更に、前記金属化合物に対する還元処理
を施し、それによって、前記イオン交換樹脂と金属との
混合物を、前記シート状基体の一面から前記連続気孔内
に連続して分布・固定させる、ことを特徴とするもので
ある。

本発明方法において、シート状基体は、所定量の電気化
学的機能性材料粉末と、フッ素含有重合体バインダーと
を均一に混合し、この混合物をホントプレスして製造す
ることができる。或は、上記混合物を液状潤滑剤と混合
し、または混合せずに、加熱ロールにより圧延してシー
ト状体としてもよい。上記のシート状基体製造方法にお
いて、シート状基体内の電気化学的機能性材料粉末粒子
の間に自然に多数の連続気孔が形成されている。

本発明に用いられるシート状基体は、特公昭６３−１９
９７９号記載の方法により、上記電気化学的機能性粉末
とフッ素含有重合体バインダーとの混合物に液状潤滑剤
を添加して調製したペーストを、ロール圧延又は押出し
て製造したものであってもよい。このようなシート状基
体は、機能的強度が高く、また、気孔率および孔径の制
御が容易であり、このため本発明方法に好適なものであ
る。

イオン交換樹脂含有材料が、イオン交換樹脂のみから成
る場合、シート状基体の１面を、少な（とも１種のイオ
ン交換樹脂の溶液に接触させ、シート状基体の連続気孔
中に、前記溶液を、その接触面から浸透含浸させ、この
ようにして得られた含浸体を乾燥処理する。前記含浸処
理によって、イオン交換樹脂溶液が、シート状基体の一
面から連続気孔内に連続的に浸透拡散する。このとき、
溶液の連続気孔内の分布量が前記一面からの距離が大き
くなる程小さくなっていてもよい。つまり、イオン交換
樹脂溶液の連続気孔内含浸量は、シート状基体の一面（
溶液と接触面）から他面に向って、減少する濃度勾配を
なして分布していてもよい。このような含浸体に例えば
乾燥処理、必要により更に熱処理を施せば、固化したイ
オン交換樹脂が、シート状基体の一面から連続気孔内に
連続して分布し固定される。このとき、イオン交換樹脂
が、シート状基体の一面から他面に向って分布量が勾配
をなして変化するように分布・固定されていてもよい。

イオン交換樹脂含有材料が、イオン交換樹脂と金属、特
に電極触媒金属からなる場合、上記方法と同様に多数の
連続気孔を有するシート状基体を作成し、このシート状
基体の一面を、少なくとも１種のイオン交換樹脂と、少
なくとも１種の金属化合物とを含む溶液に接触させ、こ
の溶液をシート状基体の一面から連続気孔中に連続的に
浸透含浸させる。次にこのようにして得られた含浸体を
例えば５０〜９０℃の温度で乾燥し、必要により更に１
１０〜１７０℃の温度で熱処理する。次に、乾燥された
、イオン交換樹脂−金属化合物混合物中の金属化合物に
還元処理を施して、これを金属に還元する。これらの処
理によりイオン交換樹脂含有材料がシート状基体の一面
から連続気孔内に連続して分布して固定される。勿論連
続気孔内のイオン交換樹脂含有材料の分布量は、シート
状基体の一面から他面に向って勾配をなしていてもよい
。本発明方法において、イオン交換樹脂溶液は、イオン
交換樹脂を、エタノール、又はエタノールと水との混合
溶媒などの溶媒に溶解して調製する。この溶液のイオン
交換樹脂濃度はこの溶液がシート状基体中に浸透し得る
限り格別の制限はないが、一般に０．５〜２０重量％の
範囲で用いられる。本発明方法に用いられる金属化合物
は、対応金属に還元可能なものであって、例えば、クロ
ロペンタアンミン白金、およびクロロペンタンケ改ンパ
ラジウムなどから選ばれる。

一般に金属化合物は、還元して得られる金属が、イオン
交換樹脂重量に対して、５〜５０％になるように用いら
れる。金属化合物の還元には還元側として、水素、水素
化ホウ素ナトリウム、ヒドラジンなどが用いられ、還元
処理は一般に１５〜１８０℃の温度において行われる。

イオン交換樹脂溶液、又は、イオン交換樹脂−金属化合
物混合物溶液を、シート状基体に浸透含浸するには、こ
の溶液の所定量を、シート状基体の一面に塗布して、連
続気孔中に浸透させてもよいし、反対面側に減圧吸引処
理を施しながら、シート状基体の一面から溶液を連続気
孔中に吸い上げてもよい。

本発明の電極材料にイオン交換膜を接合してもよく、或
は、本発明の電極材料を多孔質カーボン又は多孔質チタ
ンなどの多孔体給電体に接着し、これをイオン交換膜に
押し当て＼使用してもよく、或は、本発明の電極材料を
、イオン交換膜に、多孔質給電体によって押し当てるだ
けで使用してもよい。上記膜体を互に接合するためには
、１００〜２００℃の温度で、１〜２００　ｋｇ　／　
ｃｊの圧力で、加熱圧接することが必要である。

本発明方法において、シート状基体を、給電体又は集電
体（例えば多孔質カーボン材料又はチタン材料）に接着
した後、これにイオン交換樹脂含浸処理を施してもよい
。

〔実施例〕

本発明を下記実施例により更に説明する。

実施炎上 １０重量％の白金を担持したカーボンブラック３５重量
部と、ＦＥＰ粉末１５重量部と、ＰＴＦＥ粉末５０重量
部との混合物に液状潤滑剤（ソルベントナフサ）１２０
重量部を混合してペーストを調製し、このペーストを押
出、圧延工程に供して、厚さ０．２５ｍのシート状成形
物とした。

このシート状成形物を２００℃に加熱して気孔率８５％
の多孔性シート状基体を作成した。

濃度５％のパーフルオロスルフオン酸樹脂のアルコール
溶液をエタノールで希釈して濃度３重量％の溶液を作成
した。

上記シート状基体の一面上に、上記パーフルオロスルフ
オン酸樹脂溶液を２０ｄ／ｒｒｒの塗布量で塗布し、溶
液を、シート状基体の溶液塗布面から、その内部連続気
孔内に浸透含浸させ、得られた含浸体を１２０℃で乾燥
し、電極シートを作成した。

この電極シートの前記溶液塗布面側表面は、水滴に対し
、９０度の接触角を示し、従って、水に濡れ、電極シー
ト表面を垂直にしても、表面を濡らしている水は流下し
なかった。しかし、電極シートの反対面においては水滴
が、粒状で自由に移動し、すなわちこの反対面は水に濡
れなかった。このことからこの電極シートの一面はイオ
ン交換樹脂薄層により被覆されているがその反対面には
イオン交換樹脂が滲出していないことが確認された。

上記電極シートを、カソードとし、片面に白金メツキを
施したイオン交換樹脂膜（商標：ナフィオン＃１１７　
　、デュポン社製、厚さ０．２鶴）の前記白金メツキ面
をアノードとし、更に白金メツキを施したエキスパンデ
ッドチタン膜を集電体として用い、電極シートのイオン
交換樹脂薄層面を、前記イオン交換樹脂膜に向けて、前
記集電体により押し当て＼電解装置を組み立てた。

この電解装置のアノード側に純水を供給し、カソード側
に空気を供給して酸素発生装置を構成した。この電解装
置の電流−電圧特性を測定し、その結果を第１図に示す
。また、上記電解装置において、電極シートとイオン交
換樹脂膜とに、１７０℃、６　ｋｇ　／　ＣＩｌ＋の加
熱加圧を施して、これらを接合した。得られた電解装置
は、上記のものと同様の特性を示した。

土較±上 実施例１と同様の操作を行った。但し、本実施例１記載
の電極シートの代りに、白金ブラック粉末４０重量部と
、ＰＴＦＦ６０重量部からなるシートを用いた。

得られた電解装置の電流−電圧特性を第１図に示す。

土較拠１ 実施例１と同様の操作を行った。但し、シート状基体を
、それにイオン交換樹脂含浸処理を施すことなく電極シ
ートとして使用した。

得られた電解装置の電流−電圧特性を第１図に示す。

裏立拠１ 実施例１と同様の操作を行った。但し、シート状基体に
対する含浸溶液として、パーフルオロスルフオン酸樹脂
（ナフィオン）のアルコール溶液に、クロロペンタアン
ミン白金の水溶液（白金濃度：２ｍｇ／ｄ）を混合して
得られたイオン交換樹脂濃度３重量％、白金濃度０．５
重量％の溶液を使用した。また、含浸体を乾燥後、これ
に１５０℃の温度における水素還元処理を施し、上記白
金アンミン錯体を白金に還元した。

得られた電解装置の電流−電圧特性を第１図に示す。

実施■１ カーボンブランク７５重量部、ＦＥＰｌ　０！ｉ量部お
よびＰＴＦＥ１５重量部の混合物から実施例１と同様の
操作により厚さ１５０１ｎａ、気孔率８０％の導電性・
多孔質シート状基体を作成した。

別に、３重量％のイオン交換樹脂を含むエタノール溶液
１０ｒＩＬｌと、２重量％の白金を含むクロロペンタア
ンモニウム白金クロライドの水溶液３ｍｌとの混合溶液
を調製した。

この混合溶液を、シート状基体の一面に２０ａ／／ｄの
塗布量で塗布し、反対面に減圧処理を施して、混合溶液
をシート状基体の連続気孔中に吸引して含浸した。この
含浸体の前記塗布面に更に前記溶液を２０ｍ１ｒｄの塗
布量で塗布し、表面層を形成し、この含浸体を５０’Ｃ
で乾燥し、水素気流中で１２０℃の温度に加熱し、白金
化合物を白金に還元した。

得られた電極シートをカソードとし、これを厚さ２００
趨のイオン交換樹脂膜（商標：ナフィオン＃１１７　、
デュポン社製）に密着させ、アノードとして上記イオン
交換樹脂膜に無電解メツキ法により４■／ｃ１ｉの白金
メツキを施したものを用いて、電解装置を組み立てた。

この電解装置を用いて水電解を行った。この電解装置の
電流−電圧特性を第２図に示す。

ル較撚主 イオン交換樹脂膜（商標：ナフィオン＃１１７　。

デュポン社製、厚さ２００ｕ１ｍ）の両面に、無電解メ
ツキ法により４■／　ｃｄの白金メツキを施して得られ
た電解装置を用いて、実施例３と同様の水電解を行った
。この電解装置の電流−電圧特性を第２図に示す。

共凝集法により二酸化鉛（ＰｂＯ□、平均粒径；５ｊ１
１ａ）９５重量部、ＦＥＰ　１重量部およびＰＴｌ’Ｅ
　４重量部からなる共凝集混合物を調製し、これに押出
、ロール圧延を施して厚さ５０−のｐｂｏ□含有多孔性
シート状基体を作成した。

上記シート状基体の一面に、イオン交換樹脂の５重量％
溶液（溶媒：エタノール）を２０ａｊ／ｒ４の塗布量で
塗布し、実施例１と同様に処理して電極シートを作成し
た。

この電極シートを、その溶液塗布面を、イオン交換樹脂
膜（商標：ナフィオン＃１１７　）に向けて積層し、８
０℃、７０ｋｇ／ａ！に加熱加圧して両者を接合して複
合体Ａとした。

複企体旦■立爪 共凝集法により、１０重量％の白金を担持しているカー
ボンブラック３５重量部、ＦＥＰ　２　（Ｎｌｌ郡部よ
びＰＴＦＥ４５重量部からなる共凝集混合物を作成し、
この混合物からロール圧延法により厚さ１３０−の多孔
性シート状基体を作成した。

このシート状基体を、フッ素樹脂により表面ｔａ水処理
された多層ＳＵＳメツシュ（表面Ｎ：６５メツシユ）に
、３５０℃、１ｋｇ／ｃｄの条件で加熱加圧して接合し
た。この接合体の、シート状基体表面に、実施例記載の
ものと同一のイオン交換樹脂−クロロペンタアンミン白
金混合溶液を２０−／イの塗布量で塗布し、接合体のＳ
ＵＳメ・ノシュ側から減圧吸引して、混合溶液を、シー
ト状基体の連続気孔内に吸引含浸した。更に、シート状
基体表面に混合溶液を２０ｎｕ／ｍの塗布量で塗布し、
この含浸接合体を５０℃で乾燥し、これに１２０℃で水
素還元処理を施して、白金を析出させた。複合体Ｂが得
られた。

１邂装置■作底 複合体ＡのＰｂＯ２含有電極シートをアノードとし、複
合体Ｂの電極シートをカソードとして電解装置を組み立
てた。

この電解装置のアノード側に純水を供給し、カソード側
に空気を供給して電解を行った。

このときのｔ流−電圧特性を第３図に示す。また、上記
電解操作によりアノード側から、約１３％濃度のオゾン
を含む酸素が得られたが、カッド側において水素の発生
はみられなかった。

上較■土 実施例４と同様の操作を行った。但し、複合体Ａ、Ｂに
おけるイオン交換樹脂含有溶液の含浸を行わなかった。

得られた電解装置の電流−電圧特性を第３図に示す。

１扇■工 共凝集法により、１０重量％の白金を担持したカーボン
ブラック４０！！量部、ＦＥＰ２０重量部およびＰＴＦ
Ｅ４０重量部からなる共凝集混合物を作成し、これを析
出、圧延して、厚さ２００Ｉ！ｍの多孔質シート状基体
を作成した。

このシート状基体を、フッ素樹脂により表面撥水処理さ
れたカーボンペーパーに、３５５℃、１　ｋｇ／ｃｄの
条件で加熱加圧して接合した。

−このようにして得られた複合体のシート状基体表面に
、実施例２記載のものと同一のイオン交換樹脂−クロロ
ペンタアンミン白金混合溶液を２０ｔａｌ　／　ｃｄの
塗布量で塗布し、複合体のカーボンペーパー側から減圧
吸引して、混合溶液をシート状基体の連続気孔内に吸引
含浸した。この含浸複合体を５０℃で乾燥し、これに、
１２０℃にお゛ける水素還元を施して、白金を析出させ
て複合電極シートを作成した。

２枚の複合電橋シートを、カーボンペーパーが外側に配
置されるように積層し、両層の間にイオン交換樹脂膜（
商標：ナフィオン＃１１７　、　２０Ｏｎ）を挿入し、
３者を、１７０℃、３ｋｇ／ｃｄで加熱加圧して一体化
した。

このようにして得られた、電解装置の一面側に加湿した
水素ガスを供給し、他面側に空気を供給して、ＳＰＥタ
イプの燃料電池を構成し、これを作動させた。このとき
の電流−電圧特性を第４図に示す。

〔発明の効果〕

本発明の電極材料は下記の特徴を有するものである。

１、　イオン交換樹脂が、シート状基体の連続気孔中に
連続して分布し固定されているので、電極と電解質との
連続接触面が、三次元的に形成され、従って水素イオン
（Ｈ″″）の移動がスムースに進行するので電気化学的
反応が効率よく行われる。

２、　シート状基体中のイオン交換樹脂の含浸量および
分布を、所望に応じて設定製造することができる。

３、電極材料の一面を、イオン交換樹脂の存在しない疎
水性のものにして、これを燃料電池１、酸素分離装置な
どのガス拡散電極などの用途に用いることができる。

４、電極材料の一面を、イオン交換樹脂層で被覆して、
親水性を高め、これを水電解、食塩電解、塩酸電解など
の用途に用いることができる。

５、　シート状基体として高強度膜体（例えば、特公昭
６３−１９９７９号の方法により作られたもの）を用い
ることにより、イオン交換樹脂膜や給電体と接合せずに
、単に密着させるだけで十分な自己支持性が得られる。

６、　イオン交換膜上に電極を形成する必要がなく、こ
のため、電極材料の損傷がない。

７、　イオン交換膜に加熱圧接しても、電極材料内の三
次元的反応界面面積にほとんど減少を生じない。

８、導電性シート状基体中に三次元的反応界面が形成さ
れているため、給電（例えば酸素分離装置、水電解装置
における）効率、および集電（例えば燃料電池における
）効率が極めて高い。この効果は、イオン交換樹脂と金
属との混合物をシート状基体の連続気孔中に分布させる
ことにより特に高められる・。

９、　シート状基体は、溶媒により膨潤することがない
ので、イオン交換樹脂含有溶液の含浸工程が容易で、高
性能電極材料が効率よく得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図および第４図は、それぞれ、本
発明のシート状電極材料を用いて得られる電解装置およ
び比較電解装置の電流−電圧特性を示すグラフである。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フッ素含有重合体からなるバインダーと、その中に
   分散されている電気化学的機能性材料粉末とを含んでな
   り、かつ、多数の連続気孔を有するシート状基体と、 イオン交換樹脂単独、または、イオン交換樹脂と金属と
   の混合物からなるイオン交換樹脂含有材料と、 から構成され、 前記イオン交換樹脂含有材料が、前記シート状基体の一
   面から、前記連続気孔内に連続して分布している、イオ
   ン交換樹脂含有シート状電極材料。 ２、前記イオン交換樹脂含有材料が、前記シート状基体
   の一面上において、無孔性薄膜を形成し、他面上には実
   質的に存在していない、請求項１記載のシート状電極材
   料。 ３、前記請求項１または２記載のイオン交換樹脂含有シ
   ート状電極材料と、パーフルオロ炭化水素含有イオン交
   換樹脂膜層とからなり、この膜層が、前記シート状電極
   材料のイオン交換樹脂含有材料の分布している一面上に
   結着されている、イオン交換樹脂含有シート状電極複合
   材料。 ４、フッ素含有重合体からなるバインダーと、電気化学
   的機能性材料粉末とを含む混合物から、多数の連続気孔
   を有するシート状基体を形成し、このシート状基体の一
   面を、イオン交換樹脂含有溶液と接触させて、この溶液
   を前記一面から前記シート状基体の連続気孔中に浸透含
   浸させ、この含浸体に乾燥処理を施し、それによって前
   記イオン交換樹脂を、前記シート状基体の一面から前記
   連続気孔内に連続して分布せしめる、ことを含むイオン
   交換樹脂含有シート状電極材料の製造方法。 ５、フッ素含有重合体からなるバインダーと、電気化学
   的機能性材料粉末とを含む混合物から、多数の連続気孔
   を有するシート状基体を形成し、このシート状基体の一
   面を、イオン交換樹脂と金属化合物とを有する溶液に接
   触させて、この溶液を前記一面から前記シート状基体の
   連続気孔中に浸透含浸させ、この含浸体に乾燥処理を施
   し、更に、前記金属化合物に対する還元処理を施し、そ
   れによって、前記イオン交換樹脂と金属との混合物を、
   前記シート状基体の一面から前記連続気孔内に連続して
   分布せしめることを含むイオン交換樹脂含有シート状電
   極材料の製造方法。