JPS6044785B2 - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
- Publication number
- JPS6044785B2 JPS6044785B2 JP55153329A JP15332980A JPS6044785B2 JP S6044785 B2 JPS6044785 B2 JP S6044785B2 JP 55153329 A JP55153329 A JP 55153329A JP 15332980 A JP15332980 A JP 15332980A JP S6044785 B2 JPS6044785 B2 JP S6044785B2
- Authority
- JP
- Japan
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- electrode
- ptfe
- gas diffusion
- catalyst
- powder
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電池、食塩電解層等の電気化学的装置に用い
られるガス拡散電極の改良に係り、特にその触媒層に関
するもので、その目的とするところは分極特性がすぐれ
、高電流密度の作動においても寿命の長いガス拡散電極
を提供せんとするにあ。
られるガス拡散電極の改良に係り、特にその触媒層に関
するもので、その目的とするところは分極特性がすぐれ
、高電流密度の作動においても寿命の長いガス拡散電極
を提供せんとするにあ。
従来より、多孔性金属板、エキスパンドメタル等を電極
基体としたものに、触媒金属を担持させた炭素粉末と合
成樹脂結着剤との混合物をスプレー法やろ過法にて塗布
し、加圧して触媒層を形成した後、乾燥し、多孔性合成
樹脂膜を加圧圧着したものをさらに熱処理してガス拡散
電極としたものが知られている。
基体としたものに、触媒金属を担持させた炭素粉末と合
成樹脂結着剤との混合物をスプレー法やろ過法にて塗布
し、加圧して触媒層を形成した後、乾燥し、多孔性合成
樹脂膜を加圧圧着したものをさらに熱処理してガス拡散
電極としたものが知られている。
また、この合成樹脂結着剤としては、結着剤と撥水剤と
しての役目を兼ね備えた弗素樹脂系結着剤を用いれば、
かなりすぐれたガス拡散電極が得られることも知られて
いる。しカルながらこの選択する各種の弗素樹脂系結、
′ 一 宣』（ ゛←、１−」【１ｗ＾１ ＾ユ、 ↓
ッいは粉末状のものかによつて電極の性能は著しく異
なる。さらにその熱処理温度によつても異なつてくる。
弗素樹脂結着剤としては、ポリ弗化エチレン（以下単に
ＰＴＦＥと記す）あるいは四弗孔エチレン−六弗化プロ
ピレン共重合物（以下、ＦＥＰと記す）が用いられてい
る。
しての役目を兼ね備えた弗素樹脂系結着剤を用いれば、
かなりすぐれたガス拡散電極が得られることも知られて
いる。しカルながらこの選択する各種の弗素樹脂系結、
′ 一 宣』（ ゛←、１−」【１ｗ＾１ ＾ユ、 ↓
ッいは粉末状のものかによつて電極の性能は著しく異
なる。さらにその熱処理温度によつても異なつてくる。
弗素樹脂結着剤としては、ポリ弗化エチレン（以下単に
ＰＴＦＥと記す）あるいは四弗孔エチレン−六弗化プロ
ピレン共重合物（以下、ＦＥＰと記す）が用いられてい
る。
またそれぞれ粉末状のものと水懸濁液状のものとがある
。粉末状ＰＴＦＥを用いると、一般にその粒子径が大き
すぎるために触媒粉末との均一な混合がむずカルく、得
られる電極は部分的に電解液によつて濡れきつてしまい
、寿命が短かいという難点があつた。
。粉末状ＰＴＦＥを用いると、一般にその粒子径が大き
すぎるために触媒粉末との均一な混合がむずカルく、得
られる電極は部分的に電解液によつて濡れきつてしまい
、寿命が短かいという難点があつた。
これに対し、水懸濁液状ＰＴＦＥを用いた場合には、逆
にＰＴＦＥの粒子径が触媒粉末に比べて小さすぎる（Ｏ
、２μ）ために、撥水性のすぐれた電極は得られるもの
の、結着強度が小さいという問題があつた。
にＰＴＦＥの粒子径が触媒粉末に比べて小さすぎる（Ｏ
、２μ）ために、撥水性のすぐれた電極は得られるもの
の、結着強度が小さいという問題があつた。
一方、ＦＥＰについていえば、粉末を用いた場’合には
、一般にはその粒子径が粉末状ＰＴＦＥよりも小さいの
で、ＰＴＦＥより少量でも触媒粉末との相互分散性がよ
いという利点があるが、この粉末単独ではＰＴＦＥの場
合のような加圧成形性がなく、常温でプレスしても結着
性がないという難点・があつた。
、一般にはその粒子径が粉末状ＰＴＦＥよりも小さいの
で、ＰＴＦＥより少量でも触媒粉末との相互分散性がよ
いという利点があるが、この粉末単独ではＰＴＦＥの場
合のような加圧成形性がなく、常温でプレスしても結着
性がないという難点・があつた。
ただホットプレスを行なえばむしろ結着強度は大きくな
るという面がある。しかし、所詮は水懸濁液状ＰＴＦＥ
（７）ＰＴＦＥ粒子と比較すると粒子が大きいので充分
な撥水性が得られない。水懸濁液状ＦＥＰを用いた場合
には、ＰＴＦＥの場合と同様その粒子が小さすぎて、電
極の機械的強度が小さいという難点がある。また熱処理
を施すと、ＰＴＦＥの場合には溶融流動性が極めて小さ
いので、触媒粉末をＰＴＦＥで覆いつくすということが
なく、適当に撥水性があつて電極反応部位である触媒粉
末表面と電解液との接点も充分存在するが、ＦＥＰの場
合には熱処理によつて溶融流動性が出てくるために、触
媒表面がＦＥＰによつて覆いつくされるために電極とし
ての特性が悪いという不都合がある。要するに、弗素樹
脂を単味で用いると、それぞれ長所、欠点が出てくる。
るという面がある。しかし、所詮は水懸濁液状ＰＴＦＥ
（７）ＰＴＦＥ粒子と比較すると粒子が大きいので充分
な撥水性が得られない。水懸濁液状ＦＥＰを用いた場合
には、ＰＴＦＥの場合と同様その粒子が小さすぎて、電
極の機械的強度が小さいという難点がある。また熱処理
を施すと、ＰＴＦＥの場合には溶融流動性が極めて小さ
いので、触媒粉末をＰＴＦＥで覆いつくすということが
なく、適当に撥水性があつて電極反応部位である触媒粉
末表面と電解液との接点も充分存在するが、ＦＥＰの場
合には熱処理によつて溶融流動性が出てくるために、触
媒表面がＦＥＰによつて覆いつくされるために電極とし
ての特性が悪いという不都合がある。要するに、弗素樹
脂を単味で用いると、それぞれ長所、欠点が出てくる。
本発明は各弗素樹脂の長所をのはし、短所を補なうこと
によつて電極の分極特性を犠性にすることなく、より機
械的強度の大きい電極を提供せんとするにある。
によつて電極の分極特性を犠性にすることなく、より機
械的強度の大きい電極を提供せんとするにある。
すなわち本発明は粉末状のＦＥＰと水懸濁液状のＰＴＦ
Ｅとの混合結着剤で以て、触媒粉末を結着しガス拡散電
極とするものである。
Ｅとの混合結着剤で以て、触媒粉末を結着しガス拡散電
極とするものである。
このような製法を採用すると、ＰＴＦＥの微粒子が触媒
粉表面を適度に覆い、したがつてまた適度な撥水性が出
てくるとともに、ＦＥＰの粉末が触媒粉末同志の比較的
大きな間隙を埋めるような形となり、電極全体の充填構
造が密となり、適当な熱処理（ＦＥＰの融点２８５℃よ
りや）低い温度が望ましい）によるＦＥＰの適度な溶融
のために電極．全体の結着力が大きくなり機械的強度も
大きくなる。
粉表面を適度に覆い、したがつてまた適度な撥水性が出
てくるとともに、ＦＥＰの粉末が触媒粉末同志の比較的
大きな間隙を埋めるような形となり、電極全体の充填構
造が密となり、適当な熱処理（ＦＥＰの融点２８５℃よ
りや）低い温度が望ましい）によるＦＥＰの適度な溶融
のために電極．全体の結着力が大きくなり機械的強度も
大きくなる。
つまり粉末状ＦＥＰ単独の場合には加圧成形性がないの
に対し、水懸濁液状ＰＴＦＥの助けを借りると、常温で
のプレスで成形が可能となる。そして次に熱処理工程で
ＦＥＰの溶融結着性に．より機械的強度が出てくる。以
下本発明の実施例について詳述する。
に対し、水懸濁液状ＰＴＦＥの助けを借りると、常温で
のプレスで成形が可能となる。そして次に熱処理工程で
ＦＥＰの溶融結着性に．より機械的強度が出てくる。以
下本発明の実施例について詳述する。
実施例 １
触媒金属として１０％の銀を含有する炭素粉末１０ｙ．
．ＦＥＰの粉末１ｙおよび精製水８０ｃｃからなる・混
合物にＰＴＦＥの６０％水懸濁液５ｃｃを徐々に撹拌し
ながら添加し混合する。
．ＦＥＰの粉末１ｙおよび精製水８０ｃｃからなる・混
合物にＰＴＦＥの６０％水懸濁液５ｃｃを徐々に撹拌し
ながら添加し混合する。
この泥状混合物を焼結多孔性ニツケル板（気孔率６０％
，厚み０．５順，たて１００ｒ！Ｒｌｎ，よこ１０ｈ）
の片面に吹き付け乾燥したのち、圧力５００ｋｇ／ＣＴ
ｌで加圧し、窒素中２４０℃で熱処理する。かくして触
媒層が形成される。次にこの触媒層面にＰＴＦＥ（５Ｆ
ＥＰの混合水懸濁液を塗布し、乾燥して水分を除去する
。この上に４０％の気孔率を有する厚さ０．３ｗ０ｎの
多孔性ＰＴＦＥ膜を載積し、３００ｋ９／Ｃｒｌの圧力
で加圧々着する。最後に２４０℃で１時間窒素雰囲気中
で熱処理を施す。かくしていわゆる空気極として有効な
ガス拡散電極が得られる。） かくして得られたガス拡
散電極の断面構造略図を第１図に示す。
，厚み０．５順，たて１００ｒ！Ｒｌｎ，よこ１０ｈ）
の片面に吹き付け乾燥したのち、圧力５００ｋｇ／ＣＴ
ｌで加圧し、窒素中２４０℃で熱処理する。かくして触
媒層が形成される。次にこの触媒層面にＰＴＦＥ（５Ｆ
ＥＰの混合水懸濁液を塗布し、乾燥して水分を除去する
。この上に４０％の気孔率を有する厚さ０．３ｗ０ｎの
多孔性ＰＴＦＥ膜を載積し、３００ｋ９／Ｃｒｌの圧力
で加圧々着する。最後に２４０℃で１時間窒素雰囲気中
で熱処理を施す。かくしていわゆる空気極として有効な
ガス拡散電極が得られる。） かくして得られたガス拡
散電極の断面構造略図を第１図に示す。
図において１は電解液面側に面する多孔性ニツケル板層
で、２は触媒層である。
で、２は触媒層である。
触媒層は銀を含む炭素粉末２ａをＰＴＦＥ２ｂが部分的
に覆い、そ・の粒子間の間隙にＦＥＰ２ｃが充填された
構造である。３はＰＴＦＥ（５ＦＥＰとの混合物からな
る接合層であり、触媒層２と多孔性ＰＴＦＥ膜層４とを
接合するための層である。
に覆い、そ・の粒子間の間隙にＦＥＰ２ｃが充填された
構造である。３はＰＴＦＥ（５ＦＥＰとの混合物からな
る接合層であり、触媒層２と多孔性ＰＴＦＥ膜層４とを
接合するための層である。
次に本発明の効果について説明する。
実施例１で得られたガス拡散電極をＡとし、実施例１に
おいて、結着剤としてＰＴＦＥの水懸濁液のみを用いた
もの、即ち触媒層２が銀触媒を含む炭素粉末とＰＴＦＥ
との混合層だけで形成されている従来型の電極をＢとし
た。
おいて、結着剤としてＰＴＦＥの水懸濁液のみを用いた
もの、即ち触媒層２が銀触媒を含む炭素粉末とＰＴＦＥ
との混合層だけで形成されている従来型の電極をＢとし
た。
それぞれの電極を常法によつて空気極として試験に供し
た。
た。
つまり電解液として３０％の苛性カリ水溶液を用い相手
板としてニツケル板を用いて空気極の単板試験槽を構成
し、各電極の分極特性を求め、次いで２００ｒＴ１Ａ／
ｃ＃ｆの電流密度で連続試験を行なつた。分極特性を第
２図に、連続寿命試験を第３図に示す。
板としてニツケル板を用いて空気極の単板試験槽を構成
し、各電極の分極特性を求め、次いで２００ｒＴ１Ａ／
ｃ＃ｆの電流密度で連続試験を行なつた。分極特性を第
２図に、連続寿命試験を第３図に示す。
即ち本発明の実施例にか）る電極Ａの特性は、従来法の
電極Ｂと比べ分極特性において、ほとんど変らないま）
で、より長寿命であることがわかる。また、従来型の電
極Ｂの場合、寿命の尽きた原因は触媒層の亀裂による電
極の剥離であつた。
電極Ｂと比べ分極特性において、ほとんど変らないま）
で、より長寿命であることがわかる。また、従来型の電
極Ｂの場合、寿命の尽きた原因は触媒層の亀裂による電
極の剥離であつた。
なお、上述の実施例ては電極基体として多孔性金属板を
用いたが、エキスパンデツドメタル、網および炭素繊維
膜等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、寿命の双方に対してすぐれた性
能を発揮するガス拡散電極を提供するもので、その工業
的価値極めて大である。
用いたが、エキスパンデツドメタル、網および炭素繊維
膜等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、寿命の双方に対してすぐれた性
能を発揮するガス拡散電極を提供するもので、その工業
的価値極めて大である。
第１図は本発明の実施例１におけるガス拡散電極の断面
構造を示し、第２図は、分極特性、第３図は連続寿命試
験結果を示す。 １・・・・・・多孔性ニツケル板層、２・・・・・・触
媒層、２ａ・・・・・・銀を含む炭素粉末、２ｂ・・・
・ポリ四弗化エチレン、２ｃ・・・・・・四弗化エチレ
ン一六弗化プロピレンの共重合体、４・・・・・・多孔
性ポリ四弗化エチレン膜層。
構造を示し、第２図は、分極特性、第３図は連続寿命試
験結果を示す。 １・・・・・・多孔性ニツケル板層、２・・・・・・触
媒層、２ａ・・・・・・銀を含む炭素粉末、２ｂ・・・
・ポリ四弗化エチレン、２ｃ・・・・・・四弗化エチレ
ン一六弗化プロピレンの共重合体、４・・・・・・多孔
性ポリ四弗化エチレン膜層。
Claims (1)
- １ 炭素粉末またはあらかじめ触媒を担持させた炭素粉
末を、粉粋末状四弗化エチレン−六弗化プロピレン共重
合物と水懸濁液状ポリ四弗化エチレンとの混合物で結着
してなることを特徴とするガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55153329A JPS6044785B2 (ja) | 1980-10-30 | 1980-10-30 | ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55153329A JPS6044785B2 (ja) | 1980-10-30 | 1980-10-30 | ガス拡散電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5776760A JPS5776760A (en) | 1982-05-13 |
| JPS6044785B2 true JPS6044785B2 (ja) | 1985-10-05 |
Family
ID=15560106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55153329A Expired JPS6044785B2 (ja) | 1980-10-30 | 1980-10-30 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6044785B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6074354A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-26 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池のガス拡散電極 |
| JPS60124358A (ja) * | 1983-12-08 | 1985-07-03 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池のガス拡散電極 |
| JP4215979B2 (ja) * | 2001-12-17 | 2009-01-28 | 日本バルカー工業株式会社 | 拡散膜、該拡散膜を有する電極および拡散膜の製造方法 |
| JP5578134B2 (ja) * | 2011-05-06 | 2014-08-27 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の製造方法 |
-
1980
- 1980-10-30 JP JP55153329A patent/JPS6044785B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5776760A (en) | 1982-05-13 |
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