JPH0578145B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は新規な多孔質ガス拡散電極の製造方
法、より詳細には、空気一金属電池ならびに燃料
電池等に用いられ、積層化が容易でかつ高い信頼
性にて使用することができる発電要素を構成する
端部シールを備えた多孔質ガス拡散電極の製造方
法に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕 空気−金属系電池あるいは水素−空気（酸素）
燃料電池は、その起動機構としてガスをイオン化
する電極が必要である。電導性のないガスを連続
して起電反応にあづからせるガス拡散電極は、電
導性で多孔質の板状の基体を用い、その基体の片
方の面を電解質と接触せしめ、他方の面から流入
せしめたガスが基体中部で起電反応にあづかるよ
うに構成されている。なお一般に反応ガスを供給
するためにその基体自体に反応ガス供給流路を設
けるか、又はその基体自体には設けないが、その
基体を反応ガス供給流路を有する他の要素と接す
るようにして用いる。

これらの電池系は単電池の出力電圧が高々0.5
〜1.5Vにすぎないので実用に供するには単電池
をかなりの数積層することが必要である。この際
一つの基体自体に設けられているか又は積層使用
時基体に接して設けられる反応ガス供給流路はそ
の上又は下に設けられる他のガス供給流路とは互
いにその方向が交叉するように積重ねられる。従
つて一つの反応ガス供給流路を流れる一つの反応
ガス例えば水素ガスとその上下は下方のガス供給
流路を流れる他のガス例えば空気とが互に混合し
ないように、それぞれのガス供給流路に平行な基
体の側面端部を処理することが必要である。また
同時に多数積重ねて機械的に強く圧縮されても電
気的な絶縁を維持しうるようにその端部を処理す
ることも必要である。

このようにガス供給流路に平行な基体端部で異
なるガスが混ざらないように、そして電気的絶縁
を維持しうるようにその端部を処理するためには
その端部に合成樹脂類を塗着する方法、テトラフ
ルオロエチレン重合体やテトラフルオロエチレン
共重合体デイスパージヨン液を含浸させる方法も
試みられたが十分な機能を得るに至つていない。

〔発明の目的〕

かくて本発明はそれ自体反応ガス供給流路を有
するか又は使用時反応ガス供給流路に接して用い
られる、導電性の板状多孔質基体から構成される
空気−金属系電池或は水素−空気（酸素）燃料電
池用多孔質ガス拡散電極の製造方法において、前
記反応ガス供給流路に平行な基体端部で積重時も
確実にガス流を遮断し、電気的絶縁を保持し、製
造工程における歩留りを向上しうる多孔質ガス拡
散電極の製造方法を提供することを目的とするも
のである。

〔発明の概要〕

よつて、本発明は反応ガス供給流路を有する
か、又は反応ガス供給流路に接して用いられる、
導電性の板状多孔質基体から構成される多孔質ガ
ス拡散電極の少くともその基体の前記反応ガス供
給流路に平行な両端部に、テトラフルオロエチレ
ン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体
からなるガス不透過性、電気絶縁性シールを設け
るための製造方法を提供するものであつて、この
方法は少くともその基体の反応ガス供給流路に平
行な端部に、テトラフルオロエチレン−パーフロ
ロアルキルビニルエーテル共重合体を予め端部形
状に合わせた形状に成形し、これを嵌め合わせ
て、予めフツ素油を被覆した共重合体が溶着しに
くい金属例えば平滑表面を有するアルミニウム、
あるいはアルミニウム合金製の圧着治具を用い
て、熱圧着して、前記共重合体からなるガス不透
過性、電気絶縁性シールを形成することを特徴と
するものである。

〔発明の具体的説明〕

本発明をその一実施例を示す図面を参照しつつ
詳細に説明すれば、第１図において上から順に反
応ガス供給流路付電極１、電解質層２、薄形電極
３、反応ガス供給流路付積層化素子４が示されて
いる。５は前記電極１に設けられた数ケの反応ガ
ス供給流路、６は前記積層化素子４に前記ガス流
路５と交叉する方向に設けられた反応ガス供給流
路を示す。

前記電極１及び３にはともに多孔度が60〜70％
の電子電導性の板状の多孔質基体が用いられる。
例えばニツケル焼結体や黒鉛繊維を抄紙し熱処理
してえられる多孔板等を用いることができる。電
解質として濃リン酸のような濃厚な酸性液を用い
る燃料電池等では後者が適している。

本発明ではかかる電極１及び３の端部にガス不
透過性、電気絶縁性シールを歩留り良く設ける製
造方法であり、第１図に示すように反応ガス供給
流路付電極１においては反応ガス供給流路５と平
行な両端部７，７、薄型電極３においては積層時
これと接する積層化素子４に設けられた反応ガス
供給流路６に平行な両端部８，８に設けるのであ
る。なお薄型電極３においては例えば前記流路６
に交叉する端部等他の部分に設けることもできる
が、少なくとも前記流路６に平行な両端部８，８
には前記シールを設けるものとする。

前記シールを形成するためには、前記端部の細
孔を目止めしてここからの反応ガスの通過乃至洩
れを防ぎ、且つ積層時の機械的圧力にも拘わらず
電気絶縁性を維持するとともに、濃厚な酸性電解
質を用いての高温作動にも耐えるように耐薬品性
に優れ熱的にも250℃を超える温度で安定で、短
時間ならば350℃の温度に耐え、そしてヒートシ
ール性を有する材料を用いることが必要であり、
かかる材料として本発明ではテトラフルオロエチ
レン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合
体が用いられる。テトラフルオロエチレンは周知
のようにCF₂＝CF₂の分子式を有し、パーフロロ
アルキルビニルエーテルはCH₂＝CHORの分子
式を有する。ここにＲは通常炭素数３のアルキル
基の水素原子がすべてフツ素原子で置換されたパ
ーフロロアルキル基を示す。この共重合体のテト
ラフルオロエチレンの含有量は約96〜97重量％の
範囲である。

この共重合体は粉状、粒状、膜状、エマルジヨ
ン状等で市販されており、本発明では特に、膜状
の前記共重合体を例えば予め前記端部形状にあわ
せてコの字型乃至はＵの字型に成形しておき、こ
れを端部に全面的にかぶせ、これに熱と圧力を加
えて多孔質基体端部に密着させてシールを形成す
る。

或はまた粉状又は粒状又はエマルジヨン状の前
記共重合体を前記端部表面に分散あるいは塗着
し、その上に膜状の前記共重合体を前記のように
かぶせ、ここに熱と圧力を加えてシールを形成す
ることができる。

さらに、多孔質ガス拡散電極１及び３の端部シ
ールを形成する方法について詳細に説明すれば膜
状の前記共重合体は常温では比較的硬いため、前
記端部にかぶせるのは容易ではない為予め200〜
230℃の温度に加熱し、治具により前記端部に合
わせてたとえば断面コの字型乃至Ｕの字型に成形
したのち多孔質基体の端部にかぶせ、これを予め
フツ素油からなる離型剤を塗布した表面が平滑な
アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の金型
等の金属等の金属製圧着治具のメス型内部に入
れ、前記共重合体をかぶせた端部表面上にメス型
同様離型剤を塗布したオス型を当て380℃以下の
温度、好ましくは340〜350℃の範囲の温度で15〜
30分間加熱し、加圧して熱圧着させる。フツ素油
としては市販のフツ素ワツクスをそのまま用いて
よく、又はこれを更にフツ素溶媒に混合し攪拌し
てえられたものを用いることができる。ここにお
いて重要なことは金属製の圧着治具として前記共
重合体が通常金属に対しても良好なヒートシール
性を有するがアルミニウムもしくはアルミニウム
合金の平滑表面には溶着しにくいことが実験で得
られ、これに着目して、アルミニウムもしくはア
ルミニウム合金製の表面が平滑な治具を用い、こ
の圧着治具の表面の所要部分即ち少くとも前記共
重合体の被覆部分と接触する部分に予め離型剤と
してフツ素油を塗布しておくことであり、また加
熱温度を380℃以上にしないことも重要である。

第２図はこの方法を説明するためのものであり
１０は電極を形成する多孔質基体を示し、その端
部に予めコの字型に成形した厚さ約0.1〜0.2mmの
膜状の共重合体１５がかぶせられ、これを予めフ
ツ素油離型剤１４が塗布されている金型のメス型
１２に入れ、次いで同様に離型剤１４が塗布され
ているオス型により上下Ａ・Ｂ方向から約20〜40
Kg／cm²の面圧をかけ、340〜380℃の温度で15〜30
分間加熱し次いで80〜90℃の温度で約１時間アニ
ーリングして熱圧着される。

次に第３図について説明すれば、ここではまず
粉状又は粒状の前記共重合体をフツ素系等の適宜
溶媒と混ぜ、室温乃至40℃で攪拌して塗着用の合
剤をつくり、これを前記電極を構成する多孔質基
体１０の端部表面に塗着して空気乾燥して粉状又
は粒状の前記共重合体１１を端部表面にくまなく
均一に分散させる。その量は後の熱圧着、風乾後
約0.1〜0.3mm盛上る程度になるような量とする。
次いで前述の如き厚さ及び形状に成形された膜状
の共重合体１５をその上にかぶせてから、所要箇
所に予めフツ素油１４が塗布されているアルミニ
ウムもしくはアルミニウム合金製の平滑表面を有
する金型のメス型に入れ、後はオス型により前述
と同様な圧力、温度条件で熱圧着させる。尚粉状
又は粒状の共重合体をまず分散し熱圧着してこれ
を多孔質基体内部に圧入して、それから更に膜状
共重合体をかぶせ再度熱圧着を行なうようにして
もよい。

この外エマルジヨン状の共重合体を多孔質基体
の表面上に塗布し乾燥した後に膜状の共重合体を
かぶせ前述の如き金型により熱圧着を行なうよう
にすることもできる。前記エマルジヨン状の共重
合体は例えば粉状又は粒状の共重合体20〜60重量
部に水100重量部と非イオン界面活性剤１〜５重
量部を加え強く攪拌することによつてつくること
ができる。

〔発明の効果〕

このように本発明に従つて、少くとも多孔質基
体の反応ガス供給流路に平行な両端部に、テトラ
フルオロエチレン−パーフロロアルキルビニルエ
ーテル共重合体からなるガス不透過性、電気絶縁
性シールを形成することによつて前記端部にこの
端部形状に倣わない平膜状の前記共重合体を用い
るとうまく端部の形状例えば断面コの字型に納ま
らず熱圧着後の歩留りが50〜60％に達しなかつた
ものが、予め前記膜状共重合体を端部形状に略々
合わせて例えば断面コの字型に成形し、これを端
部にかぶせ熱圧着することにより80〜90％にまで
歩留りは向上するが、熱圧着の治具表面を平滑な
アルミニウムもしくはアルミニウム合金とするこ
とにより金型への共重合体の溶着がなくなりほぼ
歩留りを100％とすることが出来る。これにより
多孔質ガス拡散電極は端部よりの反応ガスのリー
クを完全に防止しうるばかりでなく、これら電極
その外の発電要素を積層化する際に、機械的に強
化されていて強い圧力を受けても破損に至ること
なく且つ良好な電気絶縁性を有していて旧来よく
発生していた端部でのセミシヨートを完全に防止
することができる。又発電要素の積層化が容易に
なり積層組立に要する時間を大幅短縮することが
でき、積層体の高い信頼性を維持することができ
る。

〔発明の実施例〕

実施例 １ 薄型の黒鉛繊維からなる板状の多孔質基体とし
てサイズ700mm×700mm、厚さ0.5mmのカーボンペ
ーパー（呉羽化学工業(株)、商品名Ｅ−715）の端
部、幅20mmに予め厚さ0.13mmの膜状のテトラフル
オロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテ
ル共重合体（三井フロロケミカル(株)、商品名テフ
ロンPFA500LP）を220〜230℃に加熱した成形
金型で軟化させ端部形状にほぼ合わせたコの字型
乃至Ｕの字型に成形し、これを端部に挿入する。

次いで熱圧着治具の金型表面をアルミ箔で覆
い、この表面所要部にフツ素ワツクス（大阪金属
工業(株)、ダイフロイル＃100）を塗布した金型に
上記多孔質基体を入れ、面圧20Kgｆ／cm²で圧着
し、350〜370℃で30分間加熱したのち80〜90℃に
て１時間アニーリングして熱圧着した後金型から
取外して端部シールを完成した。このようにして
得られた端部シールは端面が均一でここからのガ
スのリークは全くなかつた。

実施例 ２ 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粉末（三井フロロケミ
カル(株)、商品名HP−20）192Kgをフツ素系溶媒
（住友スリーエム(株)、商品名フロラートFC721）
128ｇと混ぜ室温にて30分間攪拌して塗着用合剤
をつくつた。

黒鉛繊維を抄紙してえられた板状多孔質基体と
して、サイズ700mm×700mm、厚さ２mmのカーボン
ペーパー（呉羽化学工業(株)、商品名Ｅ−750）の
端部20mmのところに前記合剤を塗着し、風感した
後、この上に更に厚さ0.13mmの膜状テトラフルオ
ロエチレンパーフロロアルキルビニルエーテル共
重合体（三井フロロケミカル(株)、商品名テフロン
PFA500LP）を前述の実施例と同様に予めコの
字乃至Ｕの字型に成形し、これを端部に挿入し
た。

別途にフツ素ワツクス（大阪金属工業(株)、ダイ
フロイル＃100）120ｇをフツ素溶媒（三井フロロ
ケミカル(株)、フレオン113）180ｇに混ぜ45〜50℃
で30分間攪拌してフツ素油を得、これを予め平滑
な表面に仕上げたアルミニウム性金型の所要部分
に塗布、被覆し、この金型に、前記のように端部
に粉末状及び膜状の共重合体を分散乃至被覆した
多孔質基板を入れ、実施例１と同じ条件で熱圧着
して、端部シールを形成した。

このようにしてえられた端部のシールからはガ
スのリークは全くなく、端面が平らであり、特に
このシールを用いてえられた電極を含む発電要素
を積重ねてえられた電池は高温で長時間運転して
もその劣化を検出することができなかつた。電気
絶縁性についても同様であつた。

実施例 ３ テトラフルオロエチレン−パーフロロアルキル
ビニル共重合体（三井フロロケミカル(株)、商品各
テフロンMP−20）40重量部に水100重量部及び
非イオン界面活性剤（ロームアンドハースジヤパ
ン(株)、商品名Tritonx−100）３重量部を加えて
激しく攪拌して前記共重合体を分散してそのエマ
ルジヨンをつくる。

次いでサイズ700mm×700mm、厚さ0.5mmを有す
るカーボンペーパーからなる薄形の黒鉛繊維によ
る板状多孔質基体（呉羽化学工業(株)、商品名Ｅ−
715）の両端部、幅20mmに上記エマルジヨンを塗
着し、乾燥した。ついでこの上に更に厚さ0.13mm
の膜状のテトラフルオロエチレン−パーフロロア
ルキルビニルエーテル共重合体（三井フロロケミ
カル(株)、商品名PFA500LP）を前述の実施例１
と同様にコの字乃至Ｕ字型に成形し、これを端部
に挿入した。

この後前述の実施例と同様にしてフツ素油を塗
着したアルミニウム合金のシルミンで形成した金
型内で同様な条件下で熱圧着したところ、ガス不
透過性、電気絶縁性にすぐれたシール部が形成さ
れた。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明に従つて端部にシールを形
成した多孔質ガス拡散電極を含む発電素子の一般
を示す説明図、第２図及び第３図は夫々本発明の
方法に従つて金型にて熱圧着する状態を示す説明
図であり、第２図は膜状の共重合体、第３図は粉
状又は粒状の共重合体と膜状の共重合体を用いて
実施した場合を夫々示す図である。 １……ガス流路付電極、２……電解質層、３…
…薄形電極、４……ガス流路付積層化素子、５，
６……ガス流路、１４……離型剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 反応ガス供給流路を有するか、又は反応ガス
   供給流路に接して用いられる導電性の板状多孔質
   基体から構成される多孔質ガス拡散電極の製造方
   法において、少なくともその基体の前記反応ガス
   供給流路に平行な両端部に、膜状のテトラフルオ
   ロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル
   共重合体を予め前記端部に合わせた形状に加熱成
   形し、この成形した前記共重合体を前記端部に嵌
   め合わせ、予め耐熱性油を被覆した平滑表面を有
   する圧着治具を用いて熱圧着して、前記重合体か
   らなるガス不透過性、電気絶縁性シールを形成す
   ることを特徴とする、多孔質ガス拡散電極の製造
   方法。