JPS62287571A - ガス拡散電極用材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガス拡散電極用材料に関し、アルカリ型、硫
酸型及びリン酸型燃料電池用電極、その他電解工業にお
ける食塩電解用電極等、槙々の電気化学用リアクターの
電極、二次電池用電極、電気化学用センサー、東にはメ
ッキ用陽極等に応用される。

〔従来の技術〕

ガス拡散電極は、炭素或いは金楓の多孔性板を電極構成
材として用いてガスと電解液の、また電１子・イオンと
電解液との電気化学反応に関与し、電子又はイ′オンを
導く役目を果たす。

ガス拡散電極は、反応に関与するイオンを含む水浴液、
電子を通すガス間においてイオン反応が行われる場が存
在する三相界面電極である。したがって、ガス拡散電極
性能を向上させるためにはガスが透過でき゛る疎水性領
域と電解質が存在できる親水性領域を制御して界面を増
大させることが重装である。

従来、ガス拡散電極としては、疎水部材料として、アセ
チレンブラックとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）等の撥水性重合体粒子との混合物を、また、親水性
゛材料として、ファーネスブラックＪＰ栽水化処理して
なるアセチレンブラックを使用したものが知られている
。

〔発明が解決しようとする間地点〕

しかし、疎水部に用いるアセチレンブラックは一次粒子
が球形であるため撥水性重合体粒子との混合物とした場
合に空間が少なくなってガスの透過能が十分でなくなる
。巣には、導１を性を向上させるためには電極を作製す
るときのプレス圧を高くする必要がある。しかし、プレ
ス圧を高くするとガスの透過能が小さくなりガス供給が
低下し、その結果、限界電流密度が低下する。即ち高電
流密度の電極が作れない。この疎水部のアセチレンブラ
ックのガス透過性及び導電性を向上させることによって
史に高性能のガス拡散電極が作製できる。

本発明は、ガス拡散電極における上記問題点を解決しよ
うとする材料を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、撥水性１合体粒子とアセチレンブ
ラックを含有してなる混合物を加圧加熱焼成してなるガ
ス拡散電極用材料において、前記アセチレンブラックは
、カーがンブラックの空隙内に気相法により得られた繊
維状炭素が介在してなる複合構造のカーボンブラックを
原料としたものであることを特徴とするガス拡散電極用
材料である。

以下、さらに詳しく本発明を説明する。

撥水性重合体粒子としては、撥水性、耐酸化性、熱及び
化学薬剤に対する安定性にすぐれたものが要求される。

具体的には、ポリエチレン、シリコーン、ＰＴＦＥ等の
フッ素樹脂などをあけることができるが、これらのうち
ＰＴＦＥが特に好ましい。

撥水性重合体粒子の太きさとしては、通常、０．２〜０
．３μ風のものが使用される。

本発明の主たる特徴は、疎水部のアセチレンブラックを
、カーボンブラックの２８内に気相法により得られた繊
維状炭素が介在してなる複合構造で・ のカーボンシラツクとすることかある。

繊維状炭素の割合は、繊維状炭素１１量部に対しカーボ
ンブラック１〜９９］Ｌ短部、その大きさは、繊維長１
１Ｅ１１以下で太さが５０μ以下であるものが好ましい
。このような複合構造のカーボンブラックは、％開昭６
０−３８４７２号公報に示されているとおり、カーボン
ブラックに、例えばＦａ　、　Ｃｏ　、　Ｎｉ　、　Ｖ
　ｊＮｂ　、　Ｔａ　、　Ｔｉ　ａ　Ｚｒ等の金属又は
金属化合物の微粒子をシーディング（担持）させ、それ
を気化させた炭化水素ガス、例えばベンゼン、トルエン
、メタン、エタン等金キャリヤーガスと共に、外部加熱
方式の管状炉に供給し、温度９００〜１５００°Ｃに保
持することによって製造することができる。

繊維状炭素の割合が前記割合よりも少ないと従来のアセ
チレンブラックのガス透過能とあｆり変わらず、また、
前記割合よりも多くなると逆にガス透過能が上がるが、
細孔分布は大孔径となりすぎるので電極としたときに電
解液がもれてしまう。

なお、耐水圧としては５ｋｇ／ｃｒｒＬ″程度は必要で
ある。

一方、繊維長が１鶴をこえると相互にからみ合って毛玉
状となるので所望の気孔率及び細孔分布が度られず、耐
水圧が急くなる。また、繊維の太さが５０μをこえると
カーポンプシックの導電性が低下する。

以上の材料から、本発明のガス拡散電極用材料全製造す
る方法について説明すると、本発明に係る複合構造のカ
ーボンブラック１００重量部と撥水性重合体粒子１０〜
５０重量部とを混合する。

混合に際しては、界面活性剤含有の水溶ｇ、を用い超音
波・高剪断によるのが望ましい。次いで、該混合物を凍
結乾燥してから２６０〜２８０℃程度の温度で加熱して
界面活性剤を除き、それをホットプレス成形するか、又
は冷開成形後加熱すれば本発明のガス拡散笥、極用材料
を製造することができる。成形にあたっては、集電と補
強の目的からカーボンペーパー、グラファイト板、金属
メツシュ等の導電材を配設することができる。

以上のようにして得られた本発明のガス拡散電極用材料
を用いてガス拡散電極をつくるには、従来と同様にして
、親水部ｔｍ成するため親水性ブラックと一体化すれば
よい。

〔実施例〕

以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的に本発明を
説明する。

本発明に係る複合構造カーボンブラックの製造−アセチ
レンブラック粒状品（電気化学１栗（株）製）１．０！
ｉに、エテルアルコール１００　ｃｃに硝酸鉄肌０８０
ｇを溶解した溶液の一部を噴霧し、脱水、乾燥した。鉄
としての担持量は約０．０２重量％であった。これをア
ルミナ質ポートに装填し反応管径５０朋φの電気炉に導
入し、予め９００〜１０００’Ｃで数分間水素ガスのみ
を流した後、ベンゼン（１０ＶＯＩチ）と水素との混合
ガスを１００〜３００　ＣＣ／分で１０〜１８０分間流
した。

得られた複合構造のカーボンブラックを寛子顕微鋭で観
察するとカーボンブラックの空隙内に繊維状炭素が成長
しており、この長さは４０〜１００μ、太さは２００〜
５００Ｘの範囲で変動し、全体の１鈑は１．１ｇに増加
した。

電気比抵抗＠　ＪＩＳＫ−１４６９に準拠して測定した
ところ、原料アセチレンブラックの粒状品が０．６０Ω
−ｃｍ　（５０Ｋ／ａｒｔ”　）であったのに対し、本
発明に係るカーボンブラックは０．１５〜０．０３０−
ｃｒｒｔ　（５０ｋｇ／ｃｒｒＬ２）であった。本発明
に係るカーざンブラックと市販アセチレンブラック（電
気化学工業（株）製）の物性を比較し表１に示す。

表１ 表１中の物性値は次の測定法によった。

０比表面積・・・「カンタソーブ」（カンタクローム社
製比安面積測定器）により測定。

Ｏ電気比抵抗・・・５ＲＩＳ　−２３０１に従って測定
。

（実施例） 撥水性重合体粒子としてＰＴＦＥ　（ダイキン工業（株
）襞間品名「ポリフロンディスパージョンＤ−１Ｊ、）
６５重量部と界面活性剤（トリトン）１０％水浴液２０
００重量部及び本発明に係る複合構造のカーボンブラッ
ク６５ｉ量部を超音波ホモジナイザ−（周波数３１３　
ｋＨｚ　、回転数１２０　Ｏｒｐｍ　）にて高分散・混
合した後凍結乾燥法（温度−７０°Ｃ→８０°Ｃ）によ
り乾燥し、この粉末を大気中２８０００１２時間加熱し
界面活性剤を除いた。この様にして得た原料粉末をプレ
ス金型へ充填し、６８００Ｃ％　６００　ｋｇ／ｃｍ”
　ｘ　３秒でホットプレスし面積１００ｃＩｒＬ２、厚
さ０．５朋の本発明のガス拡散電極用材料からなる試料
膜を得た。

（比較例） 本発明に係る複合構造のカーボンブラックのかわりにア
セチレンブラックとしたこと以外は実施例と同一の方法
でガス拡散電極用材料からなる試料膜を作製した。

これらの試料膜の特性を表２に示す。また、実施例で得
られた試料膜の耐水圧を測定したところ２５　ｋｌｌＪ
／ｃｍ２であり、十分に高いものであった。

表２ 弐２中の物性値は次の測定法によった。

Ｏ電気比抵抗・・・ＳＲ工Ｓ　−２３０１に準拠して測
定。

０ガス透過度・・・試料膜の下面より０２ガスを０．５
ａｔｍで導入しアクリル板で仕切られた試ｙ＃＋膜ｅ透
過したガス流量を石謙膜流量計で測定する。

このときのｆＮ、量（ｌｕ／５ｅｃ）を試料膜の断面積
及び厚みで補正しガス透過度とする。

〔発明の効果〕

本発明のガス拡散電極用材料は優れたｇ＊１！注とガス
透過能及び耐水圧を持つためガス拡散電極の反応層中の
疎水部及びガス供給層として最適な材料であることが明
らかである。この特性を利用し、電気化学リアクター、
電気化学用センサー、メッキ用陽極及び燃料電池用電極
等として応用できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、撥水性重合体粒子とアセチレンブラックを含有して
   なる混合物を加圧加熱焼成してなるガス拡散電極用材料
   において、前記アセチレンブラックは、カーボンブラッ
   クの空隙内に気相法により得られた繊維状炭素が介在し
   てなる複合構造のカーボンブラックを原料としたもので
   あることを特徴とするガス拡散電極用材料。