JPH05156479A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
- Publication number
- JPH05156479A JPH05156479A JP3340347A JP34034791A JPH05156479A JP H05156479 A JPH05156479 A JP H05156479A JP 3340347 A JP3340347 A JP 3340347A JP 34034791 A JP34034791 A JP 34034791A JP H05156479 A JPH05156479 A JP H05156479A
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- JP
- Japan
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- gas diffusion
- gas
- diffusion electrode
- repellent
- holes
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- Pending
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (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、
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】 導電多孔質体の少なくとも一面に、凹凸部が
多数設けられ、この凹凸部が設けられた導電多孔質体の
一面全体に、気体の出入可能な微細な撥水性孔を有する
ガス拡散層が密着して張り合わされ、このガス拡散層の
全面又は凹部以外の面に、液体の浸透できる微細な親水
性孔と気体の出入可能な微細な撥水性孔が入り組み接し
合って混在している反応層が張り合わされてなるガス拡
散電極。
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
供する。 【構成】 導電多孔質体の少なくとも一面に、凹凸部が
多数設けられ、この凹凸部が設けられた導電多孔質体の
一面全体に、気体の出入可能な微細な撥水性孔を有する
ガス拡散層が密着して張り合わされ、このガス拡散層の
全面又は凹部以外の面に、液体の浸透できる微細な親水
性孔と気体の出入可能な微細な撥水性孔が入り組み接し
合って混在している反応層が張り合わされてなるガス拡
散電極。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電解、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。
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
る微細な親水性孔（通路）と気体の出入可能な微細な撥
水性孔（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性孔（通路）を
有す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。
る微細な親水性孔（通路）と気体の出入可能な微細な撥
水性孔（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性孔（通路）を
有す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。
【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、電解液による抵抗が大きくなり、電気
エネルギーがジュール熱に変わるためエネルギー効率が
低下するので、電極間をできるだけ狭くしたい。しか
し、電極間を狭くすると、電解液を多く流すことが難し
くなり、電極反応を進行させるのに必要な物質移動がで
きなくなり低電流密度でないと運転できず効率が低下す
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、電解液による抵抗が大きくなり、電気
エネルギーがジュール熱に変わるためエネルギー効率が
低下するので、電極間をできるだけ狭くしたい。しか
し、電極間を狭くすると、電解液を多く流すことが難し
くなり、電極反応を進行させるのに必要な物質移動がで
きなくなり低電流密度でないと運転できず効率が低下す
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、上記と同様に効率が低下する。
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、上記と同様に効率が低下する。
【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、導電多孔質体の一面に、凹
凸が設けられ、この凹凸が設けられた導電多孔質体の一
面全体に、気体の出入可能な微細な撥水性孔を有するガ
ス拡散層が密着して張り合わされ、このガス拡散層の全
面又は凹部以外の面に、液体の浸透できる親水性孔と気
体の出入可能な微細な撥水性孔が入り組み接し合って混
在している反応層が張り合わされてなるものである。
の本発明のガス拡散電極は、導電多孔質体の一面に、凹
凸が設けられ、この凹凸が設けられた導電多孔質体の一
面全体に、気体の出入可能な微細な撥水性孔を有するガ
ス拡散層が密着して張り合わされ、このガス拡散層の全
面又は凹部以外の面に、液体の浸透できる親水性孔と気
体の出入可能な微細な撥水性孔が入り組み接し合って混
在している反応層が張り合わされてなるものである。
【０００７】
【作用】上述のように本発明のガス拡散電極は、一面に
凹凸が多数に設けられているので、電解、電池、電気メ
ッキ等に用いた際、電極間を狭くしても電解液を凹部内
に多く流すことができるので、反応が促進され、エネル
ギー効率が向上する。
凹凸が多数に設けられているので、電解、電池、電気メ
ッキ等に用いた際、電極間を狭くしても電解液を凹部内
に多く流すことができるので、反応が促進され、エネル
ギー効率が向上する。
【０００８】
【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は導電多孔質体、本例では炭素の厚
さ５mmの導電多孔質体で、この一面に３mm間隔に幅３m
m、深さ３mmの凹溝（凹部）２が設けられ、この凹溝２
が設けられた一面全体に、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
水性孔が微細に分散している厚さ 0.3mmのガス拡散層３
が密着して張り合わされ、このガス拡散層３の凹溝２以
外の面即ち凸部６の上面に、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性孔と気体の出入可能
な微細な撥水性孔が入り組み接し合って混在している厚
さ 0.1mmの反応層４が張り合わされている。
って説明すると、１は導電多孔質体、本例では炭素の厚
さ５mmの導電多孔質体で、この一面に３mm間隔に幅３m
m、深さ３mmの凹溝（凹部）２が設けられ、この凹溝２
が設けられた一面全体に、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
水性孔が微細に分散している厚さ 0.3mmのガス拡散層３
が密着して張り合わされ、このガス拡散層３の凹溝２以
外の面即ち凸部６の上面に、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性孔と気体の出入可能
な微細な撥水性孔が入り組み接し合って混在している厚
さ 0.1mmの反応層４が張り合わされている。
【０００９】この構造のガス拡散電極５の反応層４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。
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。
【００１０】本発明のガス拡散電極の他の実施例は、前
記のガス拡散電極５のガス拡散層３の凹部２以外の面の
みならず、凹部２の内面にも、つまりガス拡散層３の全
面に、図２に示すように反応層４を張り合わせたもので
ある。
記のガス拡散電極５のガス拡散層３の凹部２以外の面の
みならず、凹部２の内面にも、つまりガス拡散層３の全
面に、図２に示すように反応層４を張り合わせたもので
ある。
【００１１】この構造のガス拡散電極７の反応層４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。
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】次にこれらガス拡散電極の使用態様を、図
１に示すガス拡散電極５（反応層４にＰｔ触媒を担持さ
せてある。）を代表して説明する。
１に示すガス拡散電極５（反応層４にＰｔ触媒を担持さ
せてある。）を代表して説明する。
【００１３】先ず電解の場合を説明すると、図３に示す
ようにイオン交換膜８（ナフィオン）を挟んでガス拡散
電極５を陽極と陰極に用い、両極をイオン交換膜８に接
近するように配する。そして陽極側に 200ｇ／ｌのＮａ
Ｃｌ溶液を流し、陰極側にＮａＯＨ（30％）溶液とＯ2
ガスを混相流として流すと、イオン交換膜８と陽極、陰
極の間が狭くともＯ2 ガスは陰極の凹溝２のガス拡散層
３の撥水性孔より捕集されガス拡散層３及び導電多孔質
体１中を容易に移動でき、反応層４に供給されＯＨ- に
還元される。イオン交換膜８を通過したＮａ+ はＯＨ-
と反応しＮａＯＨとなるが、凹溝２を流れている電解液
に容易に移動できるため濃度上昇は小さい。陽極で発生
するＣｌ2 ガスは導電多孔質体１より排出される。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、反応に必要な物質移動を容易に行わすことができ
るので電解が効率良く行われ、エネルギー効率が向上す
る。
ようにイオン交換膜８（ナフィオン）を挟んでガス拡散
電極５を陽極と陰極に用い、両極をイオン交換膜８に接
近するように配する。そして陽極側に 200ｇ／ｌのＮａ
Ｃｌ溶液を流し、陰極側にＮａＯＨ（30％）溶液とＯ2
ガスを混相流として流すと、イオン交換膜８と陽極、陰
極の間が狭くともＯ2 ガスは陰極の凹溝２のガス拡散層
３の撥水性孔より捕集されガス拡散層３及び導電多孔質
体１中を容易に移動でき、反応層４に供給されＯＨ- に
還元される。イオン交換膜８を通過したＮａ+ はＯＨ-
と反応しＮａＯＨとなるが、凹溝２を流れている電解液
に容易に移動できるため濃度上昇は小さい。陽極で発生
するＣｌ2 ガスは導電多孔質体１より排出される。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、反応に必要な物質移動を容易に行わすことができ
るので電解が効率良く行われ、エネルギー効率が向上す
る。
【００１４】次に硫酸型燃料電池の場合を説明すると、
図４に示すように凹溝２を有しない反応層９とガス拡散
層10とよりなるガス拡散電極11を気室側の酸素極とし、
図１に示すガス拡散電極５（反応層４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て
ある。気室側にあるＯ2ガスはガス拡散電極11のガス拡
散層10中に拡散して反応層９の撥水性孔に至り、ここで
液室側から反応層９の親水性孔に浸入した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。一方液室側に供給されたＨ2 ガスはガス拡散電極５
の凹溝２の撥水性孔で捕集されガス拡散層３中に拡散し
て反応層４の撥水性孔に至り、ここで反応層４の親水性
孔に浸入した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。
図４に示すように凹溝２を有しない反応層９とガス拡散
層10とよりなるガス拡散電極11を気室側の酸素極とし、
図１に示すガス拡散電極５（反応層４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て
ある。気室側にあるＯ2ガスはガス拡散電極11のガス拡
散層10中に拡散して反応層９の撥水性孔に至り、ここで
液室側から反応層９の親水性孔に浸入した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。一方液室側に供給されたＨ2 ガスはガス拡散電極５
の凹溝２の撥水性孔で捕集されガス拡散層３中に拡散し
て反応層４の撥水性孔に至り、ここで反応層４の親水性
孔に浸入した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。
【００１５】この燃料電池において、 H2SO4溶液は酸素
極と水素極との間が狭くとも水素極の凹溝２を容易に移
動でき、電池の発熱を H2SO4溶液の移動によって冷却す
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。
極と水素極との間が狭くとも水素極の凹溝２を容易に移
動でき、電池の発熱を H2SO4溶液の移動によって冷却す
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。
【００１６】次いで電気メッキの場合について説明する
と、図５に示すように硫酸酸性ZnSO4溶液の充填された
電解槽内に被メッキ物12としての陰極とガス拡散電極５
の陽極を接近して配し、電解槽内にＨ2 ガスを供給して
通電すると、 ZnSO4溶液はガス拡散電極５と被メッキ物
12との間が狭くともガス拡散電極５の凹溝２で容易に移
動できるので電析に必要な亜鉛イオンを十分に供給でき
る。陽極反応に必要なＨ2 ガスはガス拡散層３の撥水性
孔に吸収され、ここから反応層４の撥水性孔に至り、Ｐ
ｔ触媒上でとＨ2 ガスは酸化されＨ+ イオンとなる。陰
極で副反応として10％程度の電流効率でＨ2 ガスが発生
するが、このＨ2 ガスは凹溝２内に入ってガス拡散層３
の撥水性孔に捕集吸収されるので、その分Ｈ2 ガスの供
給を節約できる。
と、図５に示すように硫酸酸性ZnSO4溶液の充填された
電解槽内に被メッキ物12としての陰極とガス拡散電極５
の陽極を接近して配し、電解槽内にＨ2 ガスを供給して
通電すると、 ZnSO4溶液はガス拡散電極５と被メッキ物
12との間が狭くともガス拡散電極５の凹溝２で容易に移
動できるので電析に必要な亜鉛イオンを十分に供給でき
る。陽極反応に必要なＨ2 ガスはガス拡散層３の撥水性
孔に吸収され、ここから反応層４の撥水性孔に至り、Ｐ
ｔ触媒上でとＨ2 ガスは酸化されＨ+ イオンとなる。陰
極で副反応として10％程度の電流効率でＨ2 ガスが発生
するが、このＨ2 ガスは凹溝２内に入ってガス拡散層３
の撥水性孔に捕集吸収されるので、その分Ｈ2 ガスの供
給を節約できる。
【００１７】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５の凹溝２で電解液が容易に移動
できるので、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。導電多孔質体は撥水処理すること
が望ましい。尚、上記実施例では、溶液と共にガスを供
給排出しているがガス拡散電極の導電多孔質体側からガ
スを供給又は排出するようにしてもよいものである。ま
た上記実施例では、凹部が平行しているが、クロスする
ようにしてもよいものである。
狭くともガス拡散電極５の凹溝２で電解液が容易に移動
できるので、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。導電多孔質体は撥水処理すること
が望ましい。尚、上記実施例では、溶液と共にガスを供
給排出しているがガス拡散電極の導電多孔質体側からガ
スを供給又は排出するようにしてもよいものである。ま
た上記実施例では、凹部が平行しているが、クロスする
ようにしてもよいものである。
【００１８】
【発明の効果】以上の通り本発明のガス拡散電極は、一
面に凹凸が設けられているので、電解電池、電気メッキ
等に用いた際、電極間を狭くしても電解液を凹部内に多
く流して、電解液を反応層の親水性孔に、ガスを導電多
孔質体、ガス拡散層を通して反応層の撥水性孔へ吸収さ
れるか又は発生したガスをガス拡散層、導電多孔質体を
通して排出されるので、反応が促進され、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、また大
型化すれば大容量のものが容易に得られる。
面に凹凸が設けられているので、電解電池、電気メッキ
等に用いた際、電極間を狭くしても電解液を凹部内に多
く流して、電解液を反応層の親水性孔に、ガスを導電多
孔質体、ガス拡散層を通して反応層の撥水性孔へ吸収さ
れるか又は発生したガスをガス拡散層、導電多孔質体を
通して排出されるので、反応が促進され、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、また大
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
大横断面図である。
大横断面図である。
【図２】本発明のガス拡散電極の他の実施例を示す一部
拡大横断面図である。
拡大横断面図である。
【図３】図１のガス拡散電極を用いて電解を行う場合を
示す概略横断面図である。
示す概略横断面図である。
【図４】図１のガス拡散電極を硫酸型燃料電池に用いた
場合を示す概略横断面図である。
場合を示す概略横断面図である。
【図５】図１のガス拡散電極を用いて電気メッキを行う
場合を示す概略横断面図である。
場合を示す概略横断面図である。
１ 導電多孔質体 ２ 凹溝（凹部） ３ ガス拡散層 ４ 反応層 ５，７ ガス拡散電極 ６ 凸部
Claims (1)
- 【請求項１】 導電多孔質体の一面に、凹凸が多数設け
られ、この凹凸が設けられた導電多孔質体の一面全体
に、気体の出入可能な微細な撥水性孔を有するガス拡散
層が密着して張り合わされ、このガス拡散層の全面又は
凹部以外の面に、液体の浸透できる微細な親水性孔と気
体の出入可能な微細な撥水性孔が入り組み接し合って混
在している反応層が張り合わされてなるガス拡散電極。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3340347A JPH05156479A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP3340347A JPH05156479A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05156479A true JPH05156479A (ja) | 1993-06-22 |
Family
ID=18336069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3340347A Pending JPH05156479A (ja) | 1991-10-31 | 1991-11-29 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05156479A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118028856A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-05-14 | 三碳(安徽)科技研究院有限公司 | 一种具有植物维管束仿生结构的零间隙电解槽 |
| KR20240098652A (ko) * | 2022-12-21 | 2024-06-28 | 주식회사 테크로스 | 전기화학적 과산화수소 생산을 위한 가스확산전극 및 이의 제조방법 |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP3340347A patent/JPH05156479A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240098652A (ko) * | 2022-12-21 | 2024-06-28 | 주식회사 테크로스 | 전기화학적 과산화수소 생산을 위한 가스확산전극 및 이의 제조방법 |
| CN118028856A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-05-14 | 三碳(安徽)科技研究院有限公司 | 一种具有植物维管束仿生结构的零间隙电解槽 |
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