JPH05125577A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
- Publication number
- JPH05125577A JPH05125577A JP3314086A JP31408691A JPH05125577A JP H05125577 A JPH05125577 A JP H05125577A JP 3314086 A JP3314086 A JP 3314086A JP 31408691 A JP31408691 A JP 31408691A JP H05125577 A JPH05125577 A JP H05125577A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- reaction layer
- gas
- diffusion electrode
- layer
- Prior art date
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- 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
Landscapes
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電解、燃料電池、電気メッキ等に於いて、電
極間を狭くしても電解液やガスを多く流すことができ、
電極反応の進行に必要な物質移動を容易にできるのでエ
ネルギー効率を上げることのできるガス拡散電極を提供
する。 【構成】 液体の浸透できる微細な親水部と気体の出入
可能な微細な撥水部が入り組み接し合って混在している
反応層に、等間隔に透孔が多数貫通穿設されてなるガス
拡散電極。反応層には触媒が担持されているものもあ
り、さらにはこれら反応層に、同じ位置に透孔を有し、
気体の出入可能な微細な撥水部が微細に分散しているガ
ス拡散層が張り合わされている場合もあり、またこれら
の構造のガス拡散電極に集電体が張り合わせ又は内蔵さ
れている場合もある。ガス拡散電極の一部がさらに撥水
化される場合もある。
極間を狭くしても電解液やガスを多く流すことができ、
電極反応の進行に必要な物質移動を容易にできるのでエ
ネルギー効率を上げることのできるガス拡散電極を提供
する。 【構成】 液体の浸透できる微細な親水部と気体の出入
可能な微細な撥水部が入り組み接し合って混在している
反応層に、等間隔に透孔が多数貫通穿設されてなるガス
拡散電極。反応層には触媒が担持されているものもあ
り、さらにはこれら反応層に、同じ位置に透孔を有し、
気体の出入可能な微細な撥水部が微細に分散しているガ
ス拡散層が張り合わされている場合もあり、またこれら
の構造のガス拡散電極に集電体が張り合わせ又は内蔵さ
れている場合もある。ガス拡散電極の一部がさらに撥水
化される場合もある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電解、燃料電池、電気
メッキ、電気化学的リアクター等に用いるガス拡散電極
の改良に関する。
メッキ、電気化学的リアクター等に用いるガス拡散電極
の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のガス拡散電極は、液体の浸透でき
る微細な親水部（通路）と気体の出入可能な微細な撥水
部（通路）が入り組み接し合って混在している反応層に
触媒を担持させてなるものと、この触媒を担持させた反
応層に気体の出入可能な微細な撥水部（通路）が微細に
分散しているガス拡散層を張り合わせてなるものとが、
一般的である。その使用法は反応層側に電解液を保持し
ガス拡散層側に気体を通すことで作動させている。
る微細な親水部（通路）と気体の出入可能な微細な撥水
部（通路）が入り組み接し合って混在している反応層に
触媒を担持させてなるものと、この触媒を担持させた反
応層に気体の出入可能な微細な撥水部（通路）が微細に
分散しているガス拡散層を張り合わせてなるものとが、
一般的である。その使用法は反応層側に電解液を保持し
ガス拡散層側に気体を通すことで作動させている。
【０００３】ところで、このようなガス拡散電極は、電
解、電池、電気メッキ等に於いて、電極間（陽極と陰極
の間）が広いと、抵抗が大きくなり、エネルギー効率が
低下するので、電極間を狭くしたい。しかし、電極間を
狭くすると、電極反応の結果生じ電解液中に増加又は減
少する物質を排出又は補給するために必要な電解液を流
すことが難しくなり、効率が低下する。
解、電池、電気メッキ等に於いて、電極間（陽極と陰極
の間）が広いと、抵抗が大きくなり、エネルギー効率が
低下するので、電極間を狭くしたい。しかし、電極間を
狭くすると、電極反応の結果生じ電解液中に増加又は減
少する物質を排出又は補給するために必要な電解液を流
すことが難しくなり、効率が低下する。
【０００４】また、電解によっては電極間にイオン交換
膜を使う場合があるが、この場合においても電極間を狭
くすると、イオン交換膜と電極との間が一層狭くなり、
電解液の流量が減少し、効率が低下する。
膜を使う場合があるが、この場合においても電極間を狭
くすると、イオン交換膜と電極との間が一層狭くなり、
電解液の流量が減少し、効率が低下する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、電極
間を狭くしても電解液やガスを多く流すことができ、エ
ネルギー効率を上げることのできるガス拡散電極を提供
しようとするものである。
間を狭くしても電解液やガスを多く流すことができ、エ
ネルギー効率を上げることのできるガス拡散電極を提供
しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のガス拡散電極は、液体の浸透できる微細な親
水部と気体の出入可能な微細な撥水部が入り組み接し合
って混在している反応層に、透孔が多数貫通穿設されて
なるものである。
の本発明のガス拡散電極は、液体の浸透できる微細な親
水部と気体の出入可能な微細な撥水部が入り組み接し合
って混在している反応層に、透孔が多数貫通穿設されて
なるものである。
【０００７】前記反応層には触媒が担持されている場合
もある。
もある。
【０００８】またこれら反応層には、該反応層の透孔と
同じ位置に透孔を有し、気体の出入可能な微細な撥水部
が微細に分散しているガス拡散層が張り合わされている
場合もある。
同じ位置に透孔を有し、気体の出入可能な微細な撥水部
が微細に分散しているガス拡散層が張り合わされている
場合もある。
【０００９】さらにこれらの構造のガス拡散電極に、集
電体が張り合わせ又は内蔵されている場合もある。
電体が張り合わせ又は内蔵されている場合もある。
【００１０】
【作用】上述のように本発明のガス拡散電極は、透孔が
多数貫通穿設されているので、電解、燃料電池、電気メ
ッキ等に用いた際、電極間を狭くしても電極の背面側で
電解液やガスを多く流して、透孔を通して電解液を反応
層の親水部に、ガスを反応層の撥水部や反応層に張り合
わされたガス拡散層に吸収できるので、又は排出できる
反応が促進され、エネルギー効率が向上する。
多数貫通穿設されているので、電解、燃料電池、電気メ
ッキ等に用いた際、電極間を狭くしても電極の背面側で
電解液やガスを多く流して、透孔を通して電解液を反応
層の親水部に、ガスを反応層の撥水部や反応層に張り合
わされたガス拡散層に吸収できるので、又は排出できる
反応が促進され、エネルギー効率が向上する。
【００１１】
【実施例】本発明のガス拡散電極の一実施例を図１によ
って説明すると、１は親水性カーボンブラック、撥水性
カーボンブラック、ポリ四弗化エチレンよりなり、液体
の浸透できる微細な親水部と気体の出入可能な微細な撥
水部が入り組み接し合って混在している反応層で、この
反応層１に円形の透孔２が千鳥に貫通穿設されている。
この構造のガス拡散電極３の反応層１には、白金族金
属、その酸化物、或いは白金族合金等の触媒を担持させ
たものもある。
って説明すると、１は親水性カーボンブラック、撥水性
カーボンブラック、ポリ四弗化エチレンよりなり、液体
の浸透できる微細な親水部と気体の出入可能な微細な撥
水部が入り組み接し合って混在している反応層で、この
反応層１に円形の透孔２が千鳥に貫通穿設されている。
この構造のガス拡散電極３の反応層１には、白金族金
属、その酸化物、或いは白金族合金等の触媒を担持させ
たものもある。
【００１２】本発明のガス拡散電極の他の実施例を図２
によって説明すると、１は前記と同じ反応層で、これに
反応層１の透孔２と同じ位置に透孔４を有し、撥水性カ
ーボンブラック、ポリ四弗化エチレンよりなり、気体の
出入可能な微細な撥水部が微細に分散しているガス拡散
層５が張り合わされてガス拡散電極６が構成されてい
る。この構造のガス拡散電極６の反応層１には、白金族
金属、その酸化物、或いは白金族合金等の触媒を担持さ
せたものもある。
によって説明すると、１は前記と同じ反応層で、これに
反応層１の透孔２と同じ位置に透孔４を有し、撥水性カ
ーボンブラック、ポリ四弗化エチレンよりなり、気体の
出入可能な微細な撥水部が微細に分散しているガス拡散
層５が張り合わされてガス拡散電極６が構成されてい
る。この構造のガス拡散電極６の反応層１には、白金族
金属、その酸化物、或いは白金族合金等の触媒を担持さ
せたものもある。
【００１３】本発明のガス拡散電極のさらに他の実施例
を図３によって説明すると、６は図２と同じガス拡散電
極で、このガス拡散電極６のガス拡散層５に網状の集電
体７が張り合わされて、ガス拡散電極６′が構成されて
いる。ガス拡散層の一部にポリ四弗化プロピレンディス
パージョンをスプレーする方法でさらに撥水化させた。
を図３によって説明すると、６は図２と同じガス拡散電
極で、このガス拡散電極６のガス拡散層５に網状の集電
体７が張り合わされて、ガス拡散電極６′が構成されて
いる。ガス拡散層の一部にポリ四弗化プロピレンディス
パージョンをスプレーする方法でさらに撥水化させた。
【００１４】次にこれらガス拡散電極の使用態様を、図
２に示すガス拡散電極６（反応層２にＰｔ触媒を担持さ
せてある。）を代表して説明する。
２に示すガス拡散電極６（反応層２にＰｔ触媒を担持さ
せてある。）を代表して説明する。
【００１５】先ず、電解の場合について説明すると、図
４に示すようにイオン交換膜10を挾んでガス拡散電極６
を陽極と陰極に用い、両極を陽イオン交換膜10に接近す
るように配する。そして陽極側にＮａＣｌ水溶液とＨ2
を流し、陰極側にＮａＯＨ水溶液とＯ2 を流すと、陽イ
オン交換膜10と陽極、陰極の間が狭くともＨ2 は陽極の
背面側で、またＯ2 は陰極の背面側のガス拡散層に捕集
され、容易に反応層に移動でき、ＮａＣｌはガス拡散層
５の透孔４、反応層１の透孔２を通って反応層１に供給
され、電解によって陽イオン交換膜を通過したＮａ+ は
ＯＨ- と反応してＮａＯＨを生じる。このＮａＯＨは透
孔２、４を通り電解液側に移動する。このようにして反
応が進む。このように電極間が狭くとも電解液やガスを
多く流すことができ、物質移動が容易となったので電解
が効率良く行われ、エネルギー効率が向上する。
４に示すようにイオン交換膜10を挾んでガス拡散電極６
を陽極と陰極に用い、両極を陽イオン交換膜10に接近す
るように配する。そして陽極側にＮａＣｌ水溶液とＨ2
を流し、陰極側にＮａＯＨ水溶液とＯ2 を流すと、陽イ
オン交換膜10と陽極、陰極の間が狭くともＨ2 は陽極の
背面側で、またＯ2 は陰極の背面側のガス拡散層に捕集
され、容易に反応層に移動でき、ＮａＣｌはガス拡散層
５の透孔４、反応層１の透孔２を通って反応層１に供給
され、電解によって陽イオン交換膜を通過したＮａ+ は
ＯＨ- と反応してＮａＯＨを生じる。このＮａＯＨは透
孔２、４を通り電解液側に移動する。このようにして反
応が進む。このように電極間が狭くとも電解液やガスを
多く流すことができ、物質移動が容易となったので電解
が効率良く行われ、エネルギー効率が向上する。
【００１６】次に硫酸型燃料電池の場合について説明す
ると、図５に示すように透孔を有しない反応層11とガス
拡散層12とよりなるガス拡散電極13を気室側の酸素極と
し、図２に示すガス拡散電極６（反応層１にＰｔ触媒を
担持させてある。）を液室側の水素極として接近して配
したもので、気室側にあるＯ2 がガス拡散電極13のガス
拡散層12中に拡散して反応層11の撥水部に至り、ここで
液室側から反応層11の親水部に侵入したH2SO4 とＰｔ触
媒で反応が行われ、電子の授受が行われて電流が生じ
る。液室には薄いガラスフィルター等のセパレーターを
用いることが望ましい。一方、液室側に供給されたＨ2
はガス拡散電極６の背面側から透孔４を通ってガス拡散
層５中に拡散して反応層１の撥水部に至り、ここで反応
層１の親水部に侵入したH2SO4 とＰｔ触媒で反応が行わ
れて電子の授受が行われて電流が生じる。この燃料電池
において、H2SO4 水溶液は酸素極と水素極との間が狭く
とも水素極の背面側で容易に移動でき、電池の発熱をH2
SO4 水溶液の移動（循環）によって冷却することが可能
となり、従来電池の発熱を除くべく別の冷却手段を必要
としたものが省略できる。しかも電極間を狭くできたこ
とによりエネルギー効率が向上する。
ると、図５に示すように透孔を有しない反応層11とガス
拡散層12とよりなるガス拡散電極13を気室側の酸素極と
し、図２に示すガス拡散電極６（反応層１にＰｔ触媒を
担持させてある。）を液室側の水素極として接近して配
したもので、気室側にあるＯ2 がガス拡散電極13のガス
拡散層12中に拡散して反応層11の撥水部に至り、ここで
液室側から反応層11の親水部に侵入したH2SO4 とＰｔ触
媒で反応が行われ、電子の授受が行われて電流が生じ
る。液室には薄いガラスフィルター等のセパレーターを
用いることが望ましい。一方、液室側に供給されたＨ2
はガス拡散電極６の背面側から透孔４を通ってガス拡散
層５中に拡散して反応層１の撥水部に至り、ここで反応
層１の親水部に侵入したH2SO4 とＰｔ触媒で反応が行わ
れて電子の授受が行われて電流が生じる。この燃料電池
において、H2SO4 水溶液は酸素極と水素極との間が狭く
とも水素極の背面側で容易に移動でき、電池の発熱をH2
SO4 水溶液の移動（循環）によって冷却することが可能
となり、従来電池の発熱を除くべく別の冷却手段を必要
としたものが省略できる。しかも電極間を狭くできたこ
とによりエネルギー効率が向上する。
【００１７】次いで電気メッキの場合について説明する
と、図６に示すように電解槽内に被メッキ物14としての
陰極とガス拡散電極６の陽極を接近して配し、電解槽内
にZnSO4 水溶液を充填し、Ｈ2 （ガス）を供給して、通
電すると、ZnSO4 水溶液はガス拡散電極６と被メッキ物
14との間が狭くともガス拡散電極６の背面側で容易に移
動し、ガス拡散層５の透孔４、反応層１の透孔２を通っ
て反応層１の親水部に吸収され、Ｈ2 は透孔４を通って
ガス拡散層５に吸収され、ここから反応層１の撥水部に
至り、Ｐｔ触媒で結果的にH2SO4 が生じる。Ｈ2 は酸化
されZnは被メッキ物14にメッキされる。陰極である被メ
ッキ物14上にＨ2 が発生するが、このＨ2 は透孔２、４
を通ってガス拡散層５に吸収されるので、その分Ｈ2 の
供給を節約できる。このように電気メッキにおいても電
極間が狭くともガス拡散電極側の背面側で電解液が容易
に移動できるので、Ｚｎ2+イオンの供給が容易で電気メ
ッキは効率良く行うことができ、エネルギー効率が良
い。
と、図６に示すように電解槽内に被メッキ物14としての
陰極とガス拡散電極６の陽極を接近して配し、電解槽内
にZnSO4 水溶液を充填し、Ｈ2 （ガス）を供給して、通
電すると、ZnSO4 水溶液はガス拡散電極６と被メッキ物
14との間が狭くともガス拡散電極６の背面側で容易に移
動し、ガス拡散層５の透孔４、反応層１の透孔２を通っ
て反応層１の親水部に吸収され、Ｈ2 は透孔４を通って
ガス拡散層５に吸収され、ここから反応層１の撥水部に
至り、Ｐｔ触媒で結果的にH2SO4 が生じる。Ｈ2 は酸化
されZnは被メッキ物14にメッキされる。陰極である被メ
ッキ物14上にＨ2 が発生するが、このＨ2 は透孔２、４
を通ってガス拡散層５に吸収されるので、その分Ｈ2 の
供給を節約できる。このように電気メッキにおいても電
極間が狭くともガス拡散電極側の背面側で電解液が容易
に移動できるので、Ｚｎ2+イオンの供給が容易で電気メ
ッキは効率良く行うことができ、エネルギー効率が良
い。
【００１８】尚、本発明のガス拡散電極の透孔は円形に
限らず角形でも良いものであり、その配列も千鳥に限ら
ずどのような配列でも良い。また図７に示すように透孔
２、４の周りを少し傾けた形状にして電解液やガスの流
れを変えてより多く接触するようにしても良い。
限らず角形でも良いものであり、その配列も千鳥に限ら
ずどのような配列でも良い。また図７に示すように透孔
２、４の周りを少し傾けた形状にして電解液やガスの流
れを変えてより多く接触するようにしても良い。
【００１９】
【発明の効果】以上の通り本発明のガス拡散電極は、透
孔が多数貫通穿設されているので、電解、燃料電池、電
気メッキ等に用いた際、電極間を狭くしても電極の背面
側で電解液やガスを多く流して、透孔を通して電解液を
反応層の親水部に、ガスを反応層の撥水部や反応層に張
り合わされたガス拡散層に吸収されるので、反応が促進
されるので、エネルギー効率が良い。従って、電解装
置、燃料電池、電気メッキ装置の容量増大を図っても大
型化する必要がなく、大型化すれば大容量のものが容易
に得られる。
孔が多数貫通穿設されているので、電解、燃料電池、電
気メッキ等に用いた際、電極間を狭くしても電極の背面
側で電解液やガスを多く流して、透孔を通して電解液を
反応層の親水部に、ガスを反応層の撥水部や反応層に張
り合わされたガス拡散層に吸収されるので、反応が促進
されるので、エネルギー効率が良い。従って、電解装
置、燃料電池、電気メッキ装置の容量増大を図っても大
型化する必要がなく、大型化すれば大容量のものが容易
に得られる。
【図１】本発明のガス拡散電極の一実施例を示す一部拡
大断面図である。
大断面図である。
【図２】本発明のガス拡散電極の他の実施例を示す一部
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図３】本発明のガス拡散電極のさらに他の実施例を示
す一部拡大断面図である。
す一部拡大断面図である。
【図４】図２のガス拡散電極を用いて電解を行う場合を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
【図５】図２のガス拡散電極を硫酸型燃料電池に用いた
場合を示す概略断面図である。
場合を示す概略断面図である。
【図６】図２のガス拡散電極を用いて電気メッキを行う
場合を示す概略断面図である。
場合を示す概略断面図である。
【図７】本発明のガス拡散電極における透孔の形状変更
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
１ 反応層 ２ 透孔 ３ ガス拡散電極 ４ 透孔 ５ ガス拡散層 ６、６′ ガス拡散電極 ７ 集電体
Claims (5)
- 【請求項１】 液体の浸透できる微細な親水部と気体の
出入可能な微細な撥水部が入り組み接し合って混在して
いる反応層に、透孔が多数貫通穿設されてなるガス拡散
電極。 - 【請求項２】 反応層に、触媒が担持されていることを
特徴とする請求項１記載のガス拡散電極。 - 【請求項３】 反応層に、該反応層の透孔と同じ位置に
透孔を有し、気体の出入可能な微細な撥水部が微細に分
散しているガス拡散層が張り合わされていることを特徴
とする請求項１又は２記載のガス拡散電極。 - 【請求項４】 請求項１又は２若しくは３記載のガス拡
散電極に、集電体が張り合わせ又は内蔵されていること
を特徴とするガス拡散電極。 - 【請求項５】 上記ガス拡散電極の一部にフッ素樹脂か
らなる多孔体を接合していることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかであるガス拡散電極。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3314086A JPH05125577A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | ガス拡散電極 |
| US08/421,840 US5618392A (en) | 1991-10-31 | 1995-04-13 | Gas diffusion electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3314086A JPH05125577A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05125577A true JPH05125577A (ja) | 1993-05-21 |
Family
ID=18049070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3314086A Pending JPH05125577A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05125577A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004001884A1 (ja) * | 2002-06-24 | 2003-12-31 | Nec Corporation | 燃料電池、燃料電池用電極およびそれらの製造方法 |
| JP2006222026A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Masaru Hori | 燃料電池構造及びその製造方法 |
| WO2014061280A1 (ja) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | パナソニック株式会社 | 燃料電池用ガス拡散層およびその製造方法 |
| CN105019008A (zh) * | 2014-04-30 | 2015-11-04 | 先丰通讯股份有限公司 | 电镀装置 |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP3314086A patent/JPH05125577A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004001884A1 (ja) * | 2002-06-24 | 2003-12-31 | Nec Corporation | 燃料電池、燃料電池用電極およびそれらの製造方法 |
| JP2006222026A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Masaru Hori | 燃料電池構造及びその製造方法 |
| WO2014061280A1 (ja) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | パナソニック株式会社 | 燃料電池用ガス拡散層およびその製造方法 |
| JP5562509B1 (ja) * | 2012-10-19 | 2014-07-30 | パナソニック株式会社 | 燃料電池用ガス拡散層およびその製造方法 |
| EP2911226A4 (en) * | 2012-10-19 | 2015-09-02 | Panasonic Ip Man Co Ltd | FUEL CELL GAS DIFFUSION LAYER AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| CN105019008A (zh) * | 2014-04-30 | 2015-11-04 | 先丰通讯股份有限公司 | 电镀装置 |
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