JPH07220727A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
- Publication number
- JPH07220727A JPH07220727A JP6034093A JP3409394A JPH07220727A JP H07220727 A JPH07220727 A JP H07220727A JP 6034093 A JP6034093 A JP 6034093A JP 3409394 A JP3409394 A JP 3409394A JP H07220727 A JPH07220727 A JP H07220727A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- diffusion electrode
- diffusion layer
- current
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- Inert Electrodes (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 集電体の通電距離を短くし、集電抵抗を小さ
くして、エネルギー効率を大きくできるガス拡散電極を
提供する。 【構成】 集電ピンをガス拡散層の厚さ方向に設けてガ
ス拡散層の外方に突出していることを特徴とするガス拡
散電極。集電ピンは撥水性の場合もある。
くして、エネルギー効率を大きくできるガス拡散電極を
提供する。 【構成】 集電ピンをガス拡散層の厚さ方向に設けてガ
ス拡散層の外方に突出していることを特徴とするガス拡
散電極。集電ピンは撥水性の場合もある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池、電解装置に
使用されるガス拡散電極の改良に関する。
使用され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の集電体は、ガス拡
散層や反応層に埋め込まれたり、接合されたりした金属
網で、ガス拡散層の外縁からはみ出た周辺部から通電し
ていた。ところで、このようなガス拡散電極は、電極面
積が大きくなると、電極中心部から外縁までの距離が長
くなり、それに応じて金属網の集電体も周辺までの距離
が長くなるので、それだけ電気抵抗が大きくなる。電極
反応で生じた電流は、その抵抗分が熱に変わるので、上
記のように電気抵抗が大きくなると、エネルギー損失が
大きくなる。
散層や反応層に埋め込まれたり、接合されたりした金属
網で、ガス拡散層の外縁からはみ出た周辺部から通電し
ていた。ところで、このようなガス拡散電極は、電極面
積が大きくなると、電極中心部から外縁までの距離が長
くなり、それに応じて金属網の集電体も周辺までの距離
が長くなるので、それだけ電気抵抗が大きくなる。電極
反応で生じた電流は、その抵抗分が熱に変わるので、上
記のように電気抵抗が大きくなると、エネルギー損失が
大きくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、集電
体の通電距離を短くし、集電抵抗を小さくして、エネル
ギー効率を大きくできるガス拡散電極を提供しようとす
るものである。
体の通電距離を短くし、集電抵抗を小さくして、エネル
ギー効率を大きくできるガス拡散電極を提供しようとす
るものである。
【０００４】
【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、集電ピンをガス拡散層の厚
さ方向に設けてガス拡散層の外方に突出したことを特徴
とするものである。上記集電ピンは撥水性であることが
好ましい。
の本発明のガス拡散電極は、集電ピンをガス拡散層の厚
さ方向に設けてガス拡散層の外方に突出したことを特徴
とするものである。上記集電ピンは撥水性であることが
好ましい。
【０００５】
【作用】上記のように本発明のガス拡散電極は、集電ピ
ンをガス拡散層の厚さ方向に設けてガス拡散層の外方に
突出しているので、集電母材とコンタクトすることによ
り、通電距離を短くでき、集電抵抗が小さくなって、エ
ネルギー効率が大きくなる。特にガス拡散層がポリテト
ラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるフッ素樹
脂多孔体からなるガス拡散電極での集電に有効である。
また、集電ピンが撥水性の場合、ガス捕集型のガス拡散
電極として食塩水電解のカソード電極に使用すると、電
解液に供給されたバブリングガス（Ｏ2 ガス）が集電ピ
ンに捕捉されるので、ガス拡散層へと伝わり易くなり、
反応層へのガス供給速度が著しく増大し、電極反応が促
進されて、電解効率が向上する。
ンをガス拡散層の厚さ方向に設けてガス拡散層の外方に
突出しているので、集電母材とコンタクトすることによ
り、通電距離を短くでき、集電抵抗が小さくなって、エ
ネルギー効率が大きくなる。特にガス拡散層がポリテト
ラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるフッ素樹
脂多孔体からなるガス拡散電極での集電に有効である。
また、集電ピンが撥水性の場合、ガス捕集型のガス拡散
電極として食塩水電解のカソード電極に使用すると、電
解液に供給されたバブリングガス（Ｏ2 ガス）が集電ピ
ンに捕捉されるので、ガス拡散層へと伝わり易くなり、
反応層へのガス供給速度が著しく増大し、電極反応が促
進されて、電解効率が向上する。
【０００６】
【実施例】本発明のガス拡散電極の一実施例を説明す
る。なお、以下で用いる親水性カーボンブラックは表面
に−ＣＯＯＨ等の水と親和性のある活性基を持つもの
で、水に分散する性質を有し、撥水性カーボンブラック
はグラファイト化が進行しており、水と親和性のある活
性基を持たず、そのままでは水に分散しないものを使用
した。図１に示すように穴１のあいた治具２上に、ＰＴ
ＦＥと撥水性カーボンブラックより成る厚さ 0.2mmのガ
ス拡散層シート３を置き、線径 0.5mm、長さ５mmのピン
４を植立したニッケル網５を、ピン４を穴１に貫通させ
てガス拡散層シート３に重ね、さらにその上に厚さ 0.5
mmのガス拡散層シート３、ＰＴＦＥ、親水性カーボンブ
ラック及び撥水性カーボンブラックより成り触媒を担持
した厚さ 0.2mmの反応層シート６を重ねた上、 380℃で
プレスして、図２に示すように反応層６′とガス拡散層
３′と該ガス拡散層３′の厚さ方向に設けてガス拡散層
３′の外方に突出した集電ピン４を有する集電体５とよ
りなるガス拡散電極７を得た。
る。なお、以下で用いる親水性カーボンブラックは表面
に−ＣＯＯＨ等の水と親和性のある活性基を持つもの
で、水に分散する性質を有し、撥水性カーボンブラック
はグラファイト化が進行しており、水と親和性のある活
性基を持たず、そのままでは水に分散しないものを使用
した。図１に示すように穴１のあいた治具２上に、ＰＴ
ＦＥと撥水性カーボンブラックより成る厚さ 0.2mmのガ
ス拡散層シート３を置き、線径 0.5mm、長さ５mmのピン
４を植立したニッケル網５を、ピン４を穴１に貫通させ
てガス拡散層シート３に重ね、さらにその上に厚さ 0.5
mmのガス拡散層シート３、ＰＴＦＥ、親水性カーボンブ
ラック及び撥水性カーボンブラックより成り触媒を担持
した厚さ 0.2mmの反応層シート６を重ねた上、 380℃で
プレスして、図２に示すように反応層６′とガス拡散層
３′と該ガス拡散層３′の厚さ方向に設けてガス拡散層
３′の外方に突出した集電ピン４を有する集電体５とよ
りなるガス拡散電極７を得た。
【０００７】こうして得たガス拡散電極７は、集電ピン
４を図３に示すようにセルの集電母材８に溶接して組込
んでカソード電極として使用した処、反応層６′からの
電流は、集電ピン４を通って最短距離で電気抵抗の小さ
い集電母材８に受け渡されるので、集電抵抗が小さく、
エネルギー損出が殆んど無くなって、エネルギー効率が
大きくなった。
４を図３に示すようにセルの集電母材８に溶接して組込
んでカソード電極として使用した処、反応層６′からの
電流は、集電ピン４を通って最短距離で電気抵抗の小さ
い集電母材８に受け渡されるので、集電抵抗が小さく、
エネルギー損出が殆んど無くなって、エネルギー効率が
大きくなった。
【０００８】次に他の実施例を説明すると、図４に示す
ように穴１のあいた治具２上に、ＰＴＦＥと撥水性カー
ボンブラックより成る厚さ 0.2mmのガス拡散層シート３
とカーボンクロス９を置き、その上から線径 0.5mm、長
さ10mmのフッ素樹脂のコーティングによって撥水化処理
した釘ピン10を治具２の穴１に貫通させ、さらにその上
に厚さ 0.5mmのガス拡散層シート３と、ＰＴＦＥ、親水
性カーボンブラック及び撥水性カーボンブラックより成
り触媒を担持した厚さ 0.2mmの反応層シート６を重ねた
上、 380℃でプレスして、図５に示すように反応層６′
とガス拡散層３′と該ガス拡散層３′の厚さ方向に設け
てガス拡散層３′の外方に突出した撥水性集電ピン10を
有する集電体９とよりなるガス拡散電極11を得た。
ように穴１のあいた治具２上に、ＰＴＦＥと撥水性カー
ボンブラックより成る厚さ 0.2mmのガス拡散層シート３
とカーボンクロス９を置き、その上から線径 0.5mm、長
さ10mmのフッ素樹脂のコーティングによって撥水化処理
した釘ピン10を治具２の穴１に貫通させ、さらにその上
に厚さ 0.5mmのガス拡散層シート３と、ＰＴＦＥ、親水
性カーボンブラック及び撥水性カーボンブラックより成
り触媒を担持した厚さ 0.2mmの反応層シート６を重ねた
上、 380℃でプレスして、図５に示すように反応層６′
とガス拡散層３′と該ガス拡散層３′の厚さ方向に設け
てガス拡散層３′の外方に突出した撥水性集電ピン10を
有する集電体９とよりなるガス拡散電極11を得た。
【０００９】こうして得たガス拡散電極11は、図６に示
すように撥水性集電ピン10の中間に集電母材８を溶接し
た上、陽イオン交換膜12によって陽極室13と陰極室14と
に仕切った電解槽15の陰極室14内に配して陽イオン交換
膜12に接近させ、陽極室13に飽和食塩水を供給すると共
に陰極室14に薄いカセイソーダ水溶液を供給し、且つカ
セイソーダ水溶液中にバブリングガスとして酸素ガスを
吹き込み、陽極室13の食塩水中に陽イオン交換膜12に接
近させて浸漬した不溶解アノード電極16との間に電流を
通じると、従来と同様に陽極室13では、塩化ナトリウム
の濃度が減少し、それと等量のカセイソーダが陰極室14
で生成する。
すように撥水性集電ピン10の中間に集電母材８を溶接し
た上、陽イオン交換膜12によって陽極室13と陰極室14と
に仕切った電解槽15の陰極室14内に配して陽イオン交換
膜12に接近させ、陽極室13に飽和食塩水を供給すると共
に陰極室14に薄いカセイソーダ水溶液を供給し、且つカ
セイソーダ水溶液中にバブリングガスとして酸素ガスを
吹き込み、陽極室13の食塩水中に陽イオン交換膜12に接
近させて浸漬した不溶解アノード電極16との間に電流を
通じると、従来と同様に陽極室13では、塩化ナトリウム
の濃度が減少し、それと等量のカセイソーダが陰極室14
で生成する。
【００１０】この食塩水電解において、カセイソーダ水
溶液のバブリングガスとして供給された酸素ガスは、撥
水性集電ピン10に気泡として捕捉され、ガス拡散層３′
へ伝わり易くなって、反応層６′へのガス供給速度が著
しく増大し、電極反応が促進され、電解効率が向上し
た。
溶液のバブリングガスとして供給された酸素ガスは、撥
水性集電ピン10に気泡として捕捉され、ガス拡散層３′
へ伝わり易くなって、反応層６′へのガス供給速度が著
しく増大し、電極反応が促進され、電解効率が向上し
た。
【００１１】
【発明の効果】以上の通り本発明のガス拡散電極は、集
電ピンをガス拡散層の厚さ方向に設けてガス拡散層の外
方に突出しているので、集電母材とコンタクトすること
により、通電距離が短くなり、集電抵抗が小さくなっ
て、エネルギー効率が大きくなる。また、集電ピンを撥
水性にしたものにあっては、ガス捕集型のガス拡散電極
として食塩水電解のカソード電極として使用した際、電
解液に供給されたバブリングガスを集電ピンに捕捉でき
るので、ガス拡散層へ伝わり易くなって、反応層へのガ
ス供給速度が著しく増大し、電極反応が促進されて、電
解効率が向上する。
電ピンをガス拡散層の厚さ方向に設けてガス拡散層の外
方に突出しているので、集電母材とコンタクトすること
により、通電距離が短くなり、集電抵抗が小さくなっ
て、エネルギー効率が大きくなる。また、集電ピンを撥
水性にしたものにあっては、ガス捕集型のガス拡散電極
として食塩水電解のカソード電極として使用した際、電
解液に供給されたバブリングガスを集電ピンに捕捉でき
るので、ガス拡散層へ伝わり易くなって、反応層へのガ
ス供給速度が著しく増大し、電極反応が促進されて、電
解効率が向上する。
【図１】本発明のガス拡散電極の一実施例の製作方法を
示す図である。
示す図である。
【図２】図１の製作方法で作った本発明のガス拡散電極
を示す図である。
を示す図である。
【図３】図２のガス拡散電極の使用例を示す図である。
【図４】本発明のガス拡散電極の他の実施例の製作方法
を示す図である。
を示す図である。
【図５】図４の製作方法で作った本発明のガス拡散電極
を示す図である。
を示す図である。
【図６】図５のガス拡散電極の使用例を示す図である。
３′ ガス拡散層 ４、10 集電ピン ５、11 ガス拡散電極
Claims (3)
- 【請求項１】 集電ピンをガス拡散電極の厚さ方向に設
けてガス拡散層の外方に突出していることを特徴とする
ガス拡散電極。 - 【請求項２】 前記集電ピンが撥水性であることを特徴
とする請求項１記載のガス拡散電極。 - 【請求項３】 前記ガス拡散層がフッ素樹脂を含有する
多孔体であることを特徴とする請求項１又は請求項２記
載のガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6034093A JPH07220727A (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6034093A JPH07220727A (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07220727A true JPH07220727A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=12404664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6034093A Pending JPH07220727A (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07220727A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003511829A (ja) * | 1999-10-12 | 2003-03-25 | キャボット コーポレーション | 変性炭素製品含有ガス拡散電極 |
| JP2007005172A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 燃料電池 |
| JP2010092877A (ja) * | 2003-07-24 | 2010-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用集電構造及び固体酸化物形燃料電池スタック |
| KR20170013108A (ko) * | 2015-07-27 | 2017-02-06 | 삼성전자주식회사 | 금속 공기 전지 및 이에 구비된 양극 전류 집전체 |
| WO2021197787A1 (de) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung und verfahren zur kohlenstoffdioxid- oder kohlenstoffmonoxid-elektrolyse |
| EP4570960A1 (de) * | 2023-12-14 | 2025-06-18 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Elektrolysezelle mit optimierter kontaktierung einer katalysatorschicht |
-
1994
- 1994-02-07 JP JP6034093A patent/JPH07220727A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003511829A (ja) * | 1999-10-12 | 2003-03-25 | キャボット コーポレーション | 変性炭素製品含有ガス拡散電極 |
| JP2010092877A (ja) * | 2003-07-24 | 2010-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用集電構造及び固体酸化物形燃料電池スタック |
| JP2007005172A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 燃料電池 |
| KR20170013108A (ko) * | 2015-07-27 | 2017-02-06 | 삼성전자주식회사 | 금속 공기 전지 및 이에 구비된 양극 전류 집전체 |
| WO2021197787A1 (de) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung und verfahren zur kohlenstoffdioxid- oder kohlenstoffmonoxid-elektrolyse |
| CN115398037A (zh) * | 2020-04-01 | 2022-11-25 | 西门子能源环球有限责任两合公司 | 用于二氧化碳或一氧化碳电解的设备和方法 |
| EP4570960A1 (de) * | 2023-12-14 | 2025-06-18 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Elektrolysezelle mit optimierter kontaktierung einer katalysatorschicht |
| WO2025124766A1 (de) * | 2023-12-14 | 2025-06-19 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Elektrolysezelle mit optimierter kontaktierung einer katalysatorschicht |
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