JPS5846828B2 - ガス拡散電極の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料電池あるいは酸素−金属電池等の電池、
食塩電解槽その他の電気化学装置に用いられるガス拡散
電極の製造法の改良に係り、その目的とするところは、
ガス拡散電極の電流−電圧特性を犠牲にすることなく、
機械的強度を増大せしめることによって寿命の改善をは
からんとするにある。

燃料電池その他の電気化学的装置に用いられるガス拡散
電極の製造法については、すでに数多くの提案がなされ
ている。

例えば、特公昭４５−３８１００には、多孔性金属板の
片面に触媒物質と撥水性結着剤としてのポリ四弗化エチ
レンとの混合物からなる触媒層、撥水層としての多孔性
ポリ四弗化エチレン膜、および補強体としての金属網を
順次圧着するというガス拡散電極の製造法が提案されて
いる。

該製造法において、多孔性ポリ四弗化エチレン膜が比較
的厚い場合には、金属網が多孔性ポリ四弗化エチレン膜
面によく、くい込み補強効果がみられた。

しかしガスの拡散性を改善して、電流−電圧特性を向上
せしめるためにはポリ四弗化エチレン膜をより薄くする
必要があるが、この場合には金属網の圧着圧力が相対的
に高いと、膜が部分的に切断され、反対に膜の網による
切断を防ぐために圧着圧力を小さくすると、電極がわん
曲したりしたときに、ポリ四弗化エチレン膜面と金属網
とが離れ金属網による補強効果がなくなるという欠点が
出る。

一方、例えば特公昭４６−２４８２３には、二枚の多孔
性金属板の間に、触媒層と多孔性ポリ四弗化エチレン膜
とを配したガス拡散電極が提案されている。

この構造の電極は、機械的強度という面からすると、確
かに極めてすぐれているものであるが、ガス側に配され
た多孔性金属板の細孔を通過するガスの拡散速度が早く
ないために、１００〜４００ ｍＡ／ｃｉといった高電
流密度での作動が困難であるという欠点がみられた。

本発明は、従来のガス拡散電極の欠点を除去するもので
ある。

すなわち上述のガス拡散電極のガス側に配された補強体
として、金属網あるいは全面が微孔からなる多孔性金属
板を用いる代りに、いわば両者の利点を兼ね具えた微孔
の金属層で被覆され、しかも開口部を有する金属板を用
いるものである。

微孔の金属層で被覆され、しかも開口部を有する金属板
は、このようにして製造される。

すなわち、まず金属網あるいはエキスパンデッドメタル
の如き開口部を有する金属からなる芯体を用意し、これ
に金属粉末をポリビニルアルコール水溶液の如き横材の
中に分散せしめて得られる分散液を吹き付けるか、前記
芯体を前記分散液に浸漬する。

なお、この吹き付けおよび浸漬工程において、前記芯体
の開口部全面が閉塞されないようにする。

最初に焼結炉内で焼結すると、金属芯体の表面に、金属
の微孔層が形成される。

かくして得られる微孔の金属層で被覆された開口部を有
する金属板を従来のガス拡散電極の製法における、多孔
性ポリ四弗化エチレン腰仙に圧着すると、圧着圧力が大
きくても金属の微孔層があるため多孔性ポリ四弗化エチ
レン膜を切断することもなげれば、また開口部があるた
めに、全面が多孔性金属板を用いる場合に比較して、ガ
スの拡散を阻害するということがな（なる。

さらには金属の微孔層をポリ四弗化エチレンや四弗化エ
チレン−六弗化プロピレン共重合体との如き、撥水剤で
処理すると、これらの撥水剤が同時・に多孔性ポリ四弗
化エチレン膜への接着効果も、もち得るという長所があ
る。

以下、本発明の一実施例について詳述する。

気孔率が８０％で、厚みが１ｍｍ、たて１１０ｍｍ、よ
こ１１０ｍｍの多孔性ニッケル板の片面に、触媒金属と
して、銀とニッケルとを含む活性炭粉末とポリ四弗化エ
チレンの水懸濁液との混合分散液を多孔性ニッケルの端
部を巾１１０１ｎだげ残すように塗着し、一旦、乾燥し
て水分を除去する。

次に、四弗化エチレンと六弗化プロピレンとの共重合物
の水懸濁液（固形分５５％〕を吹き付け、再び乾燥する
。

次いで、気孔率４０％、厚み０．０５ｍｍまたて１００
ｍｍ、よこ１００ｍｍの多孔性ポリ四弗化エチレン膜を
上記四弗化エチレン−六弗化プロピレン共重合物の吹き
付は面に、１００ｋｇ／ｃｗｔの圧力で、加圧一体化し
、さらに２５０℃で熱処理することにより、多孔性ニッ
ケル板層と触媒層と多孔性ポリ四弗化エチレン膜層との
基本的に三重層からなるガス拡散電極の本体が得られる
。

一方、微孔の金属層で被覆された開口部を有する金属板
は次のようにして製造される。

まず、はｇ菱形の開口部を有する芯体としてのニッケル
のエキスパンデッドメタルを用意する。

開口部の対角線の中長い方が５間、短い方が２關である
。

次に、カルボニルニッケル粉末１００部、ポリビニルア
ルコール１．５部、水１００部からなる粘稠分散液を用
意する。

次に上記粘稠混合液を上記芯体の両面に、開口部の対角
線の長さがそれぞれ３．２朋および０．２ｍｍとなるま
で吹き付ける。

その後、アンモニアの分解ガス雰囲気中１０００℃で３
０分間焼結する。

この焼結の間に、横材としてのポリビニルアルコールは
熱分解し、逸散すると共に、芯体としてのニッケルのエ
キスパンデッドメタルの表面に微孔のニッケル層が被覆
される。

微孔のニッケル層の平均孔径は、１０μである。

かくして得られた微孔のニッケル層で被覆された開口部
を有するニッケルのエキスパンデッドメタルを１１１１
０Ｘ１１０の大きさに切り出し、一旦、ポリ四弗化エチ
レンの水懸濁液（固形分６０％）中に浸漬したのち、窒
素空気中３８０℃で１時間熱処理を施すことにより、撥
水性をもたせる。

次に、撥水処理を施した上記ニッケルのエキスパンデッ
ドメタルの片面に、四弗化エチレン−六弗化プロピレン
共重合物の水懸濁液（固形分５５％）を吹き付け、前述
のガス拡散電極の本体の多孔性ポリ四弗化エチレン膜上
に、１００ｋｇ／ｃｎｉの圧力で加圧一体化し、次いで
窒素気流中２９０℃で熱処理を施す。

最後に、多孔性ニッケル板と、微孔のニッケル層で被覆
され、かつ開口部を有するニッケルのエキスパンデッド
メタル・とを端部でスポット溶接する。

かくして、いわゆる酸素極として有効なガス拡散電極が
得られる。

該電極の断面構造を第１図に示す。

第１図において、１は多孔性ニッケル板、２は触媒層、
３は触媒層２と多孔性ポリ四弗化エチレン膜層４とを接
合する四弗化エチレン−六弗化プロピレン共重合物から
なる接合層、旦は微孔のニッケル層で被覆された開口部
を有するニッケルのエキスパンデッドメタルである。

第２図は、微孔のニッケル層で被覆された開口部を有す
るニッケルのエキスパンデッドメタル旦の一部を拡大し
た断面図を示す。

第２図において５ａがニッケルのエキスパンデッドメタ
ルからなる芯体、５ｂが微孔のニッケルル被覆層、５ｃ
が開口部である。

次に上述の実施例で得られたガス拡散電極をＡとし、実
施例において微孔のニッケル層で液種された開口部を有
するニッケルのエキスパンデッドメタルの代りに、ニッ
ケルのエキスパンデッドメタル単独を用いたものをＢ、
全面が１０％前後の多孔を有する多孔性ニッケル板を用
いたものをＣとし、各電極を常法により空気極としての
単板試験をおこなった。

なお、電解液としては３０％の苛性カリ水溶液を用い、
相手極としてはニッケル板を用いた。

試験結果の中、分極特性を第３図に、１００ｍＡ／ｃ４
での連続寿命試験結果を第４図に示す。

すなわち第３図にみられるように、本発明の一実施例に
かよる電極Ａは、従来の電極Ｂに比較してはｇ同等の特
性を示し、従来の電極Ｃに比較して、はるかにすぐれた
特性を示すことがわかる。

これは、電極Ｃの場合には、ガス側に配された多孔性ニ
ッケル板層のために、空気の拡散速度が遅いのに対し、
電極Ａあるいは電極Ｂの場合には、空気の拡散速度が充
分早いからである。

一方、第４図を見ると、電極Ａは、電極Ｂおよび電極Ｃ
に比較してはるかに長寿命を示すことがわかる。

電極Ｂの寿命の尽きる原因は、触媒層の剥離によるもの
であった。

つまりニッケルのエキスパンデッドメタル単独による補
強効果がなかった為である。

また、電極Ｃの場合には、剥離現象は観察されなかった
が、１００ ｍＡ／ｃ４といった高電流密度での作動に
耐え得なかったことが寿命の尽きた原因である。

以上の試験結果かられかるように、本発明の一実施例に
かよる電極Ａは、分極特性および寿命の双方においてよ
りすぐれた性能を示すことがわかる。

なお、上述の実施例では、金属の微孔層を形成する際、
芯体としてエキスパンデッドメタルを用いたが、網状、
格子状、縞目状等要する開口部を有していればいかなる
形状でも同様の効果が得られる。

また、金属の材質として、実施例ではニッケルを用いた
が、電気化学装置の使用目的に応じて、適宜、選択する
ことができる。

さらには、金属の微孔層を形成する際、実施例では、樹
材としてポリビニルアルコールの水溶液を用い、吹き付
は法を採用したが、樹材としては要するに結着性を有す
る液体であれば何でもよく、しかも吹き付は法の代りに
浸漬法を用いても同様の効果が得られる。

以上、詳述せる如く、本発明は、分極特性、寿命の双方
においてすぐれた性能を発揮するガス拡散電極の製造法
を提供するもので、その工業的価値極めて犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかよるガス拡散電極の断
面構造図を示し、第２図は、第１図の微孔のニジケル層
を被覆し、開口部を有するニッケルのエキスパンデッド
メタル５の一部拡大断面構造図を示す。 第３図は分極特性比較図、第４図は寿命試験結果の比較
図である。 １・・・・・・多孔性ニッケル板層、２・・・・・・触
媒層、４・・・・・・多孔性ポリ四弗化エチレン層、５
・・・・・・ニッケルのエキスパンデッドメタル、５ａ
・・・・・・芯体、５ｂ・・・・・・微孔の＝ツケル被
覆層、５ｃ・・・・・・開口部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予め、例えばエキスパンデッドメタル状、網状、あ
   るいは格子状の如き開口部を有する金属からなる芯体に
   、金属をポリビニルアルコールの水溶液の如き樹材中に
   分散せしめたものを、前記芯体の開口部を残すように塗
   着し、しかるのちに焼結することにより微孔の金属層で
   被覆された開口金属板を用意し、該開口金属板か、該開
   口金属板に撥水処理を施したものを、多孔性金属板と触
   媒層と多孔性ポリ四弗化エチレン膜との三重層からなる
   層状体の多孔性ポリ四弗化エチレン膜上に圧着してなる
   ことを特徴とするガス拡散電極の製造法。