JPH0896812A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
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- JPH0896812A JPH0896812A JP6252977A JP25297794A JPH0896812A JP H0896812 A JPH0896812 A JP H0896812A JP 6252977 A JP6252977 A JP 6252977A JP 25297794 A JP25297794 A JP 25297794A JP H0896812 A JPH0896812 A JP H0896812A
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- Japan
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- ion
- ion exchange
- exchange resin
- electrode
- gas diffusion
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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
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- Fuel Cell (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】アルカリ金属イオンを対イオンとして含むパー
フルオロイオン交換樹脂と触媒とをガス拡散電極に含有
させる。 【効果】酸性下では腐食により使用できない材料でもガ
ス拡散電極用の触媒として使用できる。イオン交換基の
解離度が高くなり、イオン交換容量の大きいカルボン酸
型パーフルオロイオン交換樹脂をガス拡散電極の固体高
分子電解質として使用できる。
フルオロイオン交換樹脂と触媒とをガス拡散電極に含有
させる。 【効果】酸性下では腐食により使用できない材料でもガ
ス拡散電極用の触媒として使用できる。イオン交換基の
解離度が高くなり、イオン交換容量の大きいカルボン酸
型パーフルオロイオン交換樹脂をガス拡散電極の固体高
分子電解質として使用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス拡散電極に関し、
特に、燃料電池の電極や電解用の電極に使用されるガス
拡散電極に関するものである。
特に、燃料電池の電極や電解用の電極に使用されるガス
拡散電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガス拡散電極は反応物である気体を電極
上で直接電気化学的に反応させるための電極であり、通
常は多孔性である。このガス拡散電極は、燃料電池や空
気電池の電極、また食塩電解用の酸素還元極や芒硝電解
用の水素酸化極のような電解用の電極として実用化ある
いは開発が進められている。
上で直接電気化学的に反応させるための電極であり、通
常は多孔性である。このガス拡散電極は、燃料電池や空
気電池の電極、また食塩電解用の酸素還元極や芒硝電解
用の水素酸化極のような電解用の電極として実用化ある
いは開発が進められている。
【０００３】ガス拡散電極では、電極反応を促進させる
ために電極触媒が用いられることが多く、この場合に
は、反応物（気体）、電解質（多くの場合液体）及び電
極触媒（固体）の３つの要素が存在する場所（三相界
面）でのみ反応が進行するため、ガス拡散電極中に多く
の三相界面を形成することが重要であり、これを実現す
るための方法が種々提案されている。
ために電極触媒が用いられることが多く、この場合に
は、反応物（気体）、電解質（多くの場合液体）及び電
極触媒（固体）の３つの要素が存在する場所（三相界
面）でのみ反応が進行するため、ガス拡散電極中に多く
の三相界面を形成することが重要であり、これを実現す
るための方法が種々提案されている。
【０００４】例えば、イオン交換樹脂を高分子固体電解
質とし、このイオン交換樹脂からなる電解質膜とガス拡
散電極とを一体化したいわゆるＳＰＥ型のガス拡散電極
では、電解質膜と電極を単に一体化しただけでは三相界
面は膜と電極の接触面にのみ二次元的に形成されるにす
ぎない。そこで、電解質膜と同様なイオン交換樹脂を多
孔性のガス拡散電極層内に含有させることにより、三相
界面を電極内に三次元的に形成し、有効な反応面積を増
大させることにより電極特性を向上させることが行われ
ている（特開平３−２０８２６０、特開平４−１３２１
６８、特開平５−３６４１８等）。
質とし、このイオン交換樹脂からなる電解質膜とガス拡
散電極とを一体化したいわゆるＳＰＥ型のガス拡散電極
では、電解質膜と電極を単に一体化しただけでは三相界
面は膜と電極の接触面にのみ二次元的に形成されるにす
ぎない。そこで、電解質膜と同様なイオン交換樹脂を多
孔性のガス拡散電極層内に含有させることにより、三相
界面を電極内に三次元的に形成し、有効な反応面積を増
大させることにより電極特性を向上させることが行われ
ている（特開平３−２０８２６０、特開平４−１３２１
６８、特開平５−３６４１８等）。
【０００５】いわゆるＳＰＥ型ガス拡散電極において
は、イオン伝導性、耐熱性、耐酸化性、長期の耐久性等
の観点から、フッ素系の陽イオン交換膜であるスルホン
酸型パーフルオロイオン交換膜を電解質膜とし、これに
ガス拡散電極を接合したものが用いられている。そし
て、有効な反応面積を増大させる目的でガス拡散電極内
にイオン交換樹脂を含有させるために、市販されている
プロトン型のパーフルオロスルホン酸樹脂のアルコール
系溶液（米国デュポン（Du Pont）社製、ナフィオン
（Nafion）液）を使用することができる。
は、イオン伝導性、耐熱性、耐酸化性、長期の耐久性等
の観点から、フッ素系の陽イオン交換膜であるスルホン
酸型パーフルオロイオン交換膜を電解質膜とし、これに
ガス拡散電極を接合したものが用いられている。そし
て、有効な反応面積を増大させる目的でガス拡散電極内
にイオン交換樹脂を含有させるために、市販されている
プロトン型のパーフルオロスルホン酸樹脂のアルコール
系溶液（米国デュポン（Du Pont）社製、ナフィオン
（Nafion）液）を使用することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようにイオン交換
樹脂を電解質として用いる場合には、その熱的な安定性
の観点から使用温度はたかだか１５０℃程度であり、反
応が遅いため、電極反応を速やかに進行させるために触
媒が使用される。しかしながら、プロトン型のパーフル
オロスルホン酸樹脂は非常に強い酸性であるため、触媒
として使用しうる材料はこの強酸性下でも耐食性を有す
る高価な白金族金属または白金族元素を主成分とする合
金しかない。
樹脂を電解質として用いる場合には、その熱的な安定性
の観点から使用温度はたかだか１５０℃程度であり、反
応が遅いため、電極反応を速やかに進行させるために触
媒が使用される。しかしながら、プロトン型のパーフル
オロスルホン酸樹脂は非常に強い酸性であるため、触媒
として使用しうる材料はこの強酸性下でも耐食性を有す
る高価な白金族金属または白金族元素を主成分とする合
金しかない。
【０００７】本発明の目的は、白金族以外の種々の材料
を電極触媒として使用可能なガス拡散電極を提供するこ
とにある。
を電極触媒として使用可能なガス拡散電極を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決すべくなされたものであり、アルカリ金属イオンを
対イオンとして含むパーフルオロイオン交換樹脂と触媒
とを含有することを特徴とするガス拡散電極を提供する
ものである。
解決すべくなされたものであり、アルカリ金属イオンを
対イオンとして含むパーフルオロイオン交換樹脂と触媒
とを含有することを特徴とするガス拡散電極を提供する
ものである。
【０００９】パーフルオロイオン交換樹脂の対イオンと
して用いられるアルカリ金属イオンは、使用条件下で解
離し、樹脂の酸性度を低下させるものであればいずれも
使用可能であるが、アルカリ金属塩型パーフルオロイオ
ン交換樹脂の電導度の点でリチウムイオン、ナトリウム
イオン、カリウムイオンからなる群より選ばれる少なく
ともひとつのイオンであることが好ましい。プロトン型
のパーフルオロイオン交換樹脂が酸性を示すのに対し
て、アルカリ金属イオンを対イオンとして含むパーフル
オロイオン交換樹脂はほぼ中性を示す。
して用いられるアルカリ金属イオンは、使用条件下で解
離し、樹脂の酸性度を低下させるものであればいずれも
使用可能であるが、アルカリ金属塩型パーフルオロイオ
ン交換樹脂の電導度の点でリチウムイオン、ナトリウム
イオン、カリウムイオンからなる群より選ばれる少なく
ともひとつのイオンであることが好ましい。プロトン型
のパーフルオロイオン交換樹脂が酸性を示すのに対し
て、アルカリ金属イオンを対イオンとして含むパーフル
オロイオン交換樹脂はほぼ中性を示す。
【００１０】このように、アルカリ金属イオンを対イオ
ンとして含むパーフルオロイオン交換樹脂はほぼ中性で
あるため、触媒成分として白金族金属およびその合金、
酸化物はもちろんのこと、酸性下では耐食性がなく使用
できない鉄、コバルト、ニッケル、銅等の遷移金属およ
びその合金、酸化物も使用することができる。
ンとして含むパーフルオロイオン交換樹脂はほぼ中性で
あるため、触媒成分として白金族金属およびその合金、
酸化物はもちろんのこと、酸性下では耐食性がなく使用
できない鉄、コバルト、ニッケル、銅等の遷移金属およ
びその合金、酸化物も使用することができる。
【００１１】本発明で使用される触媒は、好ましくはこ
のような固体触媒であり、これらの金属、金属酸化物、
複合酸化物等の微粒子触媒、またこれらの触媒成分を担
体上に分散させた担持触媒等が好ましく用いられる。担
体としては、炭素、金属酸化物、複合酸化物等が用いら
れるが、本発明によれば、担体材料についても触媒成分
と同様に、酸性下では腐食のために使用できない材料を
使用することができる。
のような固体触媒であり、これらの金属、金属酸化物、
複合酸化物等の微粒子触媒、またこれらの触媒成分を担
体上に分散させた担持触媒等が好ましく用いられる。担
体としては、炭素、金属酸化物、複合酸化物等が用いら
れるが、本発明によれば、担体材料についても触媒成分
と同様に、酸性下では腐食のために使用できない材料を
使用することができる。
【００１２】本発明に使用されるパーフルオロイオン交
換樹脂としては、主鎖がポリテトラフルオロエチレン構
造を有し、パーフルオロの側鎖の末端にイオン交換基と
してスルホン酸基またはカルボキシル基を有するものが
好ましく使用される。
換樹脂としては、主鎖がポリテトラフルオロエチレン構
造を有し、パーフルオロの側鎖の末端にイオン交換基と
してスルホン酸基またはカルボキシル基を有するものが
好ましく使用される。
【００１３】イオン交換基濃度が高いほどイオン交換樹
脂の電導度が高まり、電気抵抗による損失が減少するた
め好ましい。しかしながら、イオン交換基がスルホン酸
であるパーフルオロスルホン酸のポリマーにおいては、
イオン交換基濃度を高めようとするとポリマー合成時の
反応速度が著しく低下するため、イオン交換基濃度が高
いパーフルオロスルホン酸樹脂は工業的には得られない
のが現状である。
脂の電導度が高まり、電気抵抗による損失が減少するた
め好ましい。しかしながら、イオン交換基がスルホン酸
であるパーフルオロスルホン酸のポリマーにおいては、
イオン交換基濃度を高めようとするとポリマー合成時の
反応速度が著しく低下するため、イオン交換基濃度が高
いパーフルオロスルホン酸樹脂は工業的には得られない
のが現状である。
【００１４】一方、イオン交換基がカルボキシル基であ
るカルボン酸型のパーフルオロイオン交換樹脂は、スル
ホン酸型に比較してイオン交換基濃度が高いポリマーの
合成が容易である。従って、イオン交換基濃度が高いカ
ルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を用いることが
好ましいが、プロトン型のカルボン酸型パーフルオロイ
オン交換樹脂の場合にはイオン交換基の解離度が低く電
導度が著しく小さくなってしまう。この場合に、本発明
の如く、対イオンをアルカリ金属イオンとし、アルカリ
金属塩型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂と
することによって、イオン交換基濃度が高く、しかもイ
オン交換基の解離度も高く、その結果電導度が著しく高
いイオン交換樹脂が得られる。
るカルボン酸型のパーフルオロイオン交換樹脂は、スル
ホン酸型に比較してイオン交換基濃度が高いポリマーの
合成が容易である。従って、イオン交換基濃度が高いカ
ルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を用いることが
好ましいが、プロトン型のカルボン酸型パーフルオロイ
オン交換樹脂の場合にはイオン交換基の解離度が低く電
導度が著しく小さくなってしまう。この場合に、本発明
の如く、対イオンをアルカリ金属イオンとし、アルカリ
金属塩型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂と
することによって、イオン交換基濃度が高く、しかもイ
オン交換基の解離度も高く、その結果電導度が著しく高
いイオン交換樹脂が得られる。
【００１５】ガス拡散電極では、上述したように、反応
物と、イオン交換樹脂からなる高分子固体電解質と電極
触媒との３つの要素が存在する場所（三相界面）で反応
が進行するから、ガス拡散電極中に多くの三相界面を形
成することが重要であり、このためにイオン交換樹脂と
触媒とをガス拡散電極内に含有させて三相界面をガス拡
散電極内に三次元的に形成することが好ましい。
物と、イオン交換樹脂からなる高分子固体電解質と電極
触媒との３つの要素が存在する場所（三相界面）で反応
が進行するから、ガス拡散電極中に多くの三相界面を形
成することが重要であり、このためにイオン交換樹脂と
触媒とをガス拡散電極内に含有させて三相界面をガス拡
散電極内に三次元的に形成することが好ましい。
【００１６】このようなガス拡散電極は、例えば、アル
カリ金属イオンを対イオンとして含むパーフルオロイオ
ン交換樹脂を触媒に含有させたものを成形して形成する
ことができる。この場合に、上記イオン交換樹脂が触媒
を被覆した状態で含有されていることが好ましい。
カリ金属イオンを対イオンとして含むパーフルオロイオ
ン交換樹脂を触媒に含有させたものを成形して形成する
ことができる。この場合に、上記イオン交換樹脂が触媒
を被覆した状態で含有されていることが好ましい。
【００１７】触媒にアルカリ金属イオンを対イオンとし
て含むパーフルオロイオン交換樹脂を含有させる方法
は、イオン交換樹脂が固形物である場合には、乳鉢やミ
キサー等により両者を粉粒状にせしめながら機械的に混
合する方法、触媒とイオン交換樹脂を分散媒に分散させ
濾過、乾燥等により分散媒を除去する方法等が好ましく
適用される。イオン交換樹脂の溶液を用いる場合には、
触媒にイオン交換樹脂溶液を含浸後溶媒を除去する方
法、吸着により触媒表面に付着させる方法、イオン交換
樹脂溶液中に触媒を分散させ、貧溶媒の添加等により触
媒上に樹脂を凝集、析出させる方法等が利用できる。ま
た、あらかじめアルカリ金属イオン型にしたパーフルオ
ロイオン交換樹脂を触媒に含有させてもよいし、プロト
ン型のパーフルオロイオン交換樹脂を触媒に含有させた
後、水酸化アルカリ水溶液等のアルカリ金属イオンを含
む液を用いてパーフルオロイオン交換樹脂をプロトン型
からアルカリ金属イオン型にイオン交換してもよい。
て含むパーフルオロイオン交換樹脂を含有させる方法
は、イオン交換樹脂が固形物である場合には、乳鉢やミ
キサー等により両者を粉粒状にせしめながら機械的に混
合する方法、触媒とイオン交換樹脂を分散媒に分散させ
濾過、乾燥等により分散媒を除去する方法等が好ましく
適用される。イオン交換樹脂の溶液を用いる場合には、
触媒にイオン交換樹脂溶液を含浸後溶媒を除去する方
法、吸着により触媒表面に付着させる方法、イオン交換
樹脂溶液中に触媒を分散させ、貧溶媒の添加等により触
媒上に樹脂を凝集、析出させる方法等が利用できる。ま
た、あらかじめアルカリ金属イオン型にしたパーフルオ
ロイオン交換樹脂を触媒に含有させてもよいし、プロト
ン型のパーフルオロイオン交換樹脂を触媒に含有させた
後、水酸化アルカリ水溶液等のアルカリ金属イオンを含
む液を用いてパーフルオロイオン交換樹脂をプロトン型
からアルカリ金属イオン型にイオン交換してもよい。
【００１８】本発明のガス拡散電極は、その電極内にア
ルカリ金属イオンを対イオンとして含むパーフルオロイ
オン交換樹脂を含有することを必須とするが、その製造
手段、構造等は特に限定されるものではない。前述のよ
うにしてアルカリ金属イオンを対イオンとして含むパー
フルオロイオン交換樹脂と、触媒と、必要ならば導電
材、バインダー、集電体等を用いて成形してもよいし、
触媒を含有するガス拡散電極を成形した後に前述の触媒
の場合と同様な方法によりアルカリ金属イオン型パーフ
ルオロイオン交換樹脂を含有させてもよいし、さらにプ
ロトン型のパーフルオロイオン交換樹脂をガス拡散電極
に含有させた後、水酸化アルカリ水溶液等のアルカリ金
属イオンを含む液を用いてパーフルオロイオン交換樹脂
をプロトン型からアルカリ金属イオン型にイオン交換し
てもよい。
ルカリ金属イオンを対イオンとして含むパーフルオロイ
オン交換樹脂を含有することを必須とするが、その製造
手段、構造等は特に限定されるものではない。前述のよ
うにしてアルカリ金属イオンを対イオンとして含むパー
フルオロイオン交換樹脂と、触媒と、必要ならば導電
材、バインダー、集電体等を用いて成形してもよいし、
触媒を含有するガス拡散電極を成形した後に前述の触媒
の場合と同様な方法によりアルカリ金属イオン型パーフ
ルオロイオン交換樹脂を含有させてもよいし、さらにプ
ロトン型のパーフルオロイオン交換樹脂をガス拡散電極
に含有させた後、水酸化アルカリ水溶液等のアルカリ金
属イオンを含む液を用いてパーフルオロイオン交換樹脂
をプロトン型からアルカリ金属イオン型にイオン交換し
てもよい。
【００１９】
【実施例】以下に本発明の具体的態様を実施例および比
較例により説明するが、本発明は必ずしもこれら実施例
にのみ限定されるものではない。
較例により説明するが、本発明は必ずしもこれら実施例
にのみ限定されるものではない。
【００２０】［実施例１］水で十分に湿らせた５０重量
％ニッケル担持炭素触媒を、旭硝子株式会社製のイオン
交換基濃度が１．１ｍｅｑ／ｇでプロトン型のスルホン
酸型パーフルオロイオン交換樹脂を１重量％含有するエ
タノール溶液中に、触媒とイオン交換樹脂との重量比が
８対２になるように添加し、均一に分散させた。これを
７０℃で減圧乾燥して水とエタノールを除去し、イオン
交換樹脂を２０重量％含有する触媒粉末を得た。この粉
末を１規定の水酸化リチウム水溶液に分散させ、５５℃
に一昼夜保持してイオン交換し、イオン交換水で十分に
洗浄し、乾燥することにより、リチウムイオン型のスル
ホン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を２０重量％含有
する触媒粉末を得た。
％ニッケル担持炭素触媒を、旭硝子株式会社製のイオン
交換基濃度が１．１ｍｅｑ／ｇでプロトン型のスルホン
酸型パーフルオロイオン交換樹脂を１重量％含有するエ
タノール溶液中に、触媒とイオン交換樹脂との重量比が
８対２になるように添加し、均一に分散させた。これを
７０℃で減圧乾燥して水とエタノールを除去し、イオン
交換樹脂を２０重量％含有する触媒粉末を得た。この粉
末を１規定の水酸化リチウム水溶液に分散させ、５５℃
に一昼夜保持してイオン交換し、イオン交換水で十分に
洗浄し、乾燥することにより、リチウムイオン型のスル
ホン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を２０重量％含有
する触媒粉末を得た。
【００２１】このイオン交換樹脂を含有する触媒粉末８
０重量％とポリテトラフルオロエチレン粉末２０重量％
を混合し、錠剤成型器により直径１ｃｍのペレット状と
し、白金網の集電体に圧着して試験用電極とした。白金
網が露出した部分はフッ素樹脂のシール剤により被覆し
た。
０重量％とポリテトラフルオロエチレン粉末２０重量％
を混合し、錠剤成型器により直径１ｃｍのペレット状と
し、白金網の集電体に圧着して試験用電極とした。白金
網が露出した部分はフッ素樹脂のシール剤により被覆し
た。
【００２２】この電極を、酸素ガスを飽和させた１ｍｏ
ｌ／リットルの硫酸中に浸漬して試験極とし、対極に白
金板、参照極にＳＣＥ（飽和カロメル電極）を用いて、
酸素ガスを吹き込みながら定電流電解を行いその時の作
動電位を測定することで電極の酸素還元活性を評価し
た。この電極をそのまま電解液中に一晩保持した後、再
度同じ測定を実施した。過電圧の変化は５％以下であっ
た。
ｌ／リットルの硫酸中に浸漬して試験極とし、対極に白
金板、参照極にＳＣＥ（飽和カロメル電極）を用いて、
酸素ガスを吹き込みながら定電流電解を行いその時の作
動電位を測定することで電極の酸素還元活性を評価し
た。この電極をそのまま電解液中に一晩保持した後、再
度同じ測定を実施した。過電圧の変化は５％以下であっ
た。
【００２３】［比較例１］実施例１においてプロトン型
のイオン交換樹脂を含む触媒粉末をリチウムイオン型に
変換したこと以外は実施例１と同様にして、プロトン型
のスルホン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を含む電極
を作成し、実施例１と同様の試験を行った。過電圧は５
０％以上増加し、また電解液に着色がみられた。
のイオン交換樹脂を含む触媒粉末をリチウムイオン型に
変換したこと以外は実施例１と同様にして、プロトン型
のスルホン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を含む電極
を作成し、実施例１と同様の試験を行った。過電圧は５
０％以上増加し、また電解液に着色がみられた。
【００２４】［実施例２］水で十分に湿らせた１０重量
％白金担持炭素触媒を、旭硝子株式会社製のイオン交換
基濃度が１．８ｍｅｑ／ｇでリチウムイオン型のカルボ
ン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を１重量％含有する
エタノール溶液中に、触媒とイオン交換樹脂の重量比が
８対２になるように添加し、均一に分散させた。これを
７０℃で減圧乾燥して水とエタノールを除去し、リチウ
ムイオン型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂
を２０重量％含有する触媒粉末を得た。この触媒粉末を
用いて実施例１と同様にして電極とした。
％白金担持炭素触媒を、旭硝子株式会社製のイオン交換
基濃度が１．８ｍｅｑ／ｇでリチウムイオン型のカルボ
ン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を１重量％含有する
エタノール溶液中に、触媒とイオン交換樹脂の重量比が
８対２になるように添加し、均一に分散させた。これを
７０℃で減圧乾燥して水とエタノールを除去し、リチウ
ムイオン型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂
を２０重量％含有する触媒粉末を得た。この触媒粉末を
用いて実施例１と同様にして電極とした。
【００２５】実施例１と同様な方法により初期性能を測
定した後、１ｍｏｌ／リットルの硫酸中に浸漬して５５
℃で２週間保持し、再度同様な方法により性能を評価し
た。結果を表１に示した。プロトン型（比較例２）より
も過電圧が小さく、浸漬保存後も活性を維持していた。
定した後、１ｍｏｌ／リットルの硫酸中に浸漬して５５
℃で２週間保持し、再度同様な方法により性能を評価し
た。結果を表１に示した。プロトン型（比較例２）より
も過電圧が小さく、浸漬保存後も活性を維持していた。
【００２６】［実施例３］実施例２のリチウムイオン型
のカルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を２０重量
％含有する触媒粉末を１規定の水酸化ナトリウム水溶液
に分散させ、５５℃に一昼夜保持してイオン交換し、イ
オン交換水で十分に洗浄し、乾燥することにより、ナト
リウムイオン型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換
樹脂を２０重量％含有する触媒粉末を得た。
のカルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を２０重量
％含有する触媒粉末を１規定の水酸化ナトリウム水溶液
に分散させ、５５℃に一昼夜保持してイオン交換し、イ
オン交換水で十分に洗浄し、乾燥することにより、ナト
リウムイオン型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換
樹脂を２０重量％含有する触媒粉末を得た。
【００２７】これを用いて実施例２と同様に評価した。
結果を表１に示した。プロトン型（比較例２）よりも過
電圧が小さく、浸漬保存後も活性を維持していた。
結果を表１に示した。プロトン型（比較例２）よりも過
電圧が小さく、浸漬保存後も活性を維持していた。
【００２８】［実施例４］実施例３の水酸化ナトリウム
水溶液を水酸化カリウム水溶液に変えることにより、カ
リウムイオン型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換
樹脂を２０重量％含有する触媒粉末を得た。
水溶液を水酸化カリウム水溶液に変えることにより、カ
リウムイオン型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換
樹脂を２０重量％含有する触媒粉末を得た。
【００２９】これを用いて実施例２と同様に評価した。
結果を表１に示した。プロトン型（比較例２）よりも過
電圧が小さく、浸漬保存後も活性を維持していた。
結果を表１に示した。プロトン型（比較例２）よりも過
電圧が小さく、浸漬保存後も活性を維持していた。
【００３０】［比較例２］実施例３の水酸化ナトリウム
水溶液を硫酸に変ることにより、プロトン型のカルボン
酸型パーフルオロイオン交換樹脂を２０重量％含有する
触媒粉末を得た。
水溶液を硫酸に変ることにより、プロトン型のカルボン
酸型パーフルオロイオン交換樹脂を２０重量％含有する
触媒粉末を得た。
【００３１】これを用いて実施例２と同様に評価した。
結果を表１に示した。過電圧が大きく、浸漬保存後にお
いては活性を示さなかった。
結果を表１に示した。過電圧が大きく、浸漬保存後にお
いては活性を示さなかった。
【００３２】
【表１】
【００３３】［実施例５］白金担持炭素６０重量％とポ
リテトラフルオロエチレン４０重量％からなる厚さ約１
００μｍの多孔質シート電極を用意した。これにプロト
ン型のスルホン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を２重
量％含有する水−エタノール（１：１）混合溶液を含浸
させ、溶媒を除去してイオン交換樹脂を０．２ｍｇ／ｃ
ｍ2 含有するガス拡散電極を作成した（電極１）。同様
にリチウムイオン型のカルボン酸型パーフルオロイオン
交換樹脂を２重量％含有する水−エタノール（１：１）
混合溶液を用いて、イオン交換樹脂を０．２ｍｇ／ｃｍ
2 含有するガス拡散電極を作成した（電極２）。
リテトラフルオロエチレン４０重量％からなる厚さ約１
００μｍの多孔質シート電極を用意した。これにプロト
ン型のスルホン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を２重
量％含有する水−エタノール（１：１）混合溶液を含浸
させ、溶媒を除去してイオン交換樹脂を０．２ｍｇ／ｃ
ｍ2 含有するガス拡散電極を作成した（電極１）。同様
にリチウムイオン型のカルボン酸型パーフルオロイオン
交換樹脂を２重量％含有する水−エタノール（１：１）
混合溶液を用いて、イオン交換樹脂を０．２ｍｇ／ｃｍ
2 含有するガス拡散電極を作成した（電極２）。
【００３４】厚さ８０μｍのフレミオンＳ膜（商品名、
旭硝子株式会社製スルホン酸型パーフルオロイオン交換
膜）の片面に電極１を、それと対向する面に電極２を１
５０℃、圧力１０ｋｇ／ｃｍ2 で１０秒間の条件で、ホ
ットプレスしてガス拡散電極（電極１および電極２）と
膜とを接合した。これを燃料電池性能測定用セルに組み
込んで、７０℃で電極１側に水素を、電極２側に酸素を
常圧で供給して発電試験を行った。０．５Ａ／ｃｍ2 の
電流密度で０．５５Ｖのセル電圧を得た。
旭硝子株式会社製スルホン酸型パーフルオロイオン交換
膜）の片面に電極１を、それと対向する面に電極２を１
５０℃、圧力１０ｋｇ／ｃｍ2 で１０秒間の条件で、ホ
ットプレスしてガス拡散電極（電極１および電極２）と
膜とを接合した。これを燃料電池性能測定用セルに組み
込んで、７０℃で電極１側に水素を、電極２側に酸素を
常圧で供給して発電試験を行った。０．５Ａ／ｃｍ2 の
電流密度で０．５５Ｖのセル電圧を得た。
【００３５】［比較例３］実施例５の電極２を１規定の
硫酸に浸漬し、５５℃に一昼夜保持してイオン交換し、
イオン交換水で十分に洗浄し、乾燥することにより、プ
ロトン型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を
０．２ｍｇ／ｃｍ2 含有するガス拡散電極を作成した
（電極３）。
硫酸に浸漬し、５５℃に一昼夜保持してイオン交換し、
イオン交換水で十分に洗浄し、乾燥することにより、プ
ロトン型のカルボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂を
０．２ｍｇ／ｃｍ2 含有するガス拡散電極を作成した
（電極３）。
【００３６】実施例５の電極２の替わりに電極３を用い
たこと以外は、実施例５と同様に発電試験を行った。こ
のものでは、０．５Ａ／ｃｍ2 の電流密度で電流を流す
ことはできなかった。
たこと以外は、実施例５と同様に発電試験を行った。こ
のものでは、０．５Ａ／ｃｍ2 の電流密度で電流を流す
ことはできなかった。
【００３７】
【発明の効果】本発明のアルカリ金属イオンを対イオン
として含むパーフルオロイオン交換樹脂は、ガス拡散電
極または触媒に含有されることにより三相界面を効果的
に増大させるが、アルカリ金属塩型パーフルオロイオン
交換樹脂は中性であるため酸性下では耐食性を有さない
触媒材料でも安定に作動させることができる。
として含むパーフルオロイオン交換樹脂は、ガス拡散電
極または触媒に含有されることにより三相界面を効果的
に増大させるが、アルカリ金属塩型パーフルオロイオン
交換樹脂は中性であるため酸性下では耐食性を有さない
触媒材料でも安定に作動させることができる。
【００３８】また、イオン交換基濃度を高くできるカル
ボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂の場合には、プロ
トン型はイオン交換基の解離度が低く電導度が低いため
抵抗の増大による特性の低下を引き起こすが、アルカリ
金属塩型は解離度が高く、その結果電導度が高くなり非
常に有効である。また、このプロトン型とアルカリ金属
塩型の電導度の違いから、電極の一部に反応が集中した
場合にその部分のイオン交換樹脂がプロトン化し、抵抗
が増大して反応が抑制されるといった電極自身による反
応の均一化作用があるという効果もある。
ボン酸型パーフルオロイオン交換樹脂の場合には、プロ
トン型はイオン交換基の解離度が低く電導度が低いため
抵抗の増大による特性の低下を引き起こすが、アルカリ
金属塩型は解離度が高く、その結果電導度が高くなり非
常に有効である。また、このプロトン型とアルカリ金属
塩型の電導度の違いから、電極の一部に反応が集中した
場合にその部分のイオン交換樹脂がプロトン化し、抵抗
が増大して反応が抑制されるといった電極自身による反
応の均一化作用があるという効果もある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下平 哲司 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 三宅 晴久 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】アルカリ金属イオンを対イオンとして含む
パーフルオロイオン交換樹脂と触媒とを含有することを
特徴とするガス拡散電極。 - 【請求項２】前記パーフルオロイオン交換樹脂のイオン
交換基がカルボキシル基である請求項１記載のガス拡散
電極。 - 【請求項３】前記アルカリ金属イオンが、リチウムイオ
ン、ナトリウムイオン、カリウムイオンからなる群より
選ばれる少なくともひとつのイオンである請求項１また
は２記載のガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6252977A JPH0896812A (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6252977A JPH0896812A (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0896812A true JPH0896812A (ja) | 1996-04-12 |
Family
ID=17244793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6252977A Withdrawn JPH0896812A (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0896812A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018154643A1 (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 日本碍子株式会社 | 苛性ソーダ製造用の食塩電解装置 |
-
1994
- 1994-09-21 JP JP6252977A patent/JPH0896812A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018154643A1 (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 日本碍子株式会社 | 苛性ソーダ製造用の食塩電解装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |