JPS6252860A - ガス拡散電極の製造方法 - Google Patents

ガス拡散電極の製造方法

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JPS6252860A
JPS6252860A JP60189809A JP18980985A JPS6252860A JP S6252860 A JPS6252860 A JP S6252860A JP 60189809 A JP60189809 A JP 60189809A JP 18980985 A JP18980985 A JP 18980985A JP S6252860 A JPS6252860 A JP S6252860A
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ptfe porous
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ptfe
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山野辺 輝治
Michio Watabe
渡部 道雄
Hitomi Sato
ひとみ 佐藤
Toshiaki Nakamura
中村 敏昭
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FDK Twicell Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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】 [発明の技術分野] 本発明は空気電池、燃料電池等に用いるガス拡散電極と
その製造方法に関し、更に詳しくは、触媒層とそれに圧
着されるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)多孔
質膜間の接着強度が大きく、耐漏液性に優れ、しかもP
TFE多孔質咬のガス透過性が低下していないので放電
特性に優れた電池の提供が可能なガス拡散電極とその製
造方法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 空気電池等に組込まれるガス拡散電極は、ニッケルネッ
トのような集電体が添着された触媒層と、その触媒層の
空気供給側表面に形成される撥水性の多孔質膜とから構
成されている。活物質である例えば酸素はこの多孔質膜
に分布する連通孔を経由して触媒層へと拡散する。
用いる多孔質膜は、適度に撥水性であるという特性を生
かしてフッ素樹脂系の膜であることが通例である。
そして、触媒層に撥水性多孔質膜を形成するためには、
従来から概ね次のような方法が適用されている。
すなわち、既に集電体が添着されている触媒層の空気供
給側表面に所定の孔径、所定の気孔率を有するPTFE
多孔質膜を圧着して一体化する方法である。
しかしながらこの方法の場合、 PTFE多孔質膜を適
正な状態で触媒層と一体化せしめることがはなはだ困難
である。
例えif、PTFE多孔質膜を圧着する際の印加力が小
さい場合には、触媒層とPTFE多孔質膜間の接着強度
は小さくなり両者は強固に密着していないので、得られ
た電極を組込んだ電池の保存中や放電動作時に、触媒層
とPTFE多孔質膜の間に電解液が溜り、その結果、電
池の放電特性が劣化するのみならず、電池の外に空気孔
を通って漏液するという・ハ態が発生する。また、圧着
時の印加力が過大である場合には、たしかに触媒層とP
TFE多孔質膜との密着性は向上し両者間の接着強度は
大となるが、しかし他方では圧着時にPTFE多孔質膜
に分布している連通孔がつぶれてしまい連通孔の閉塞現
象が多発する。その結果、活物質である酸素の流入が阻
害されるため、電池からは必要とする電流が取出せなく
なるのみならず、ときとしてはPTFE多孔質膜自体に
亀裂等が発生する。
このように、触媒層へのPTFE多孔質膜の圧着に際し
ては、適用する圧着力を微妙に調節することが必要にな
る、しかしながら、触媒層の種類、形状やPTFE多孔
質膜の種類、孔径、気孔率。
厚みなどによって、適用する圧着力を変動させることが
必要となるため、この圧着力の調節は実際の製造工程に
おいてはなはだ煩雑な要素となる。
[発明の目的] 本発明は上記した問題を解決し、触媒層とPTFE多孔
質膜との接着強度が大きく、耐漏液性に優れたガス拡散
電極及びそれを製造する方法の提供を目的とする。
[発明の概要] 本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねる過
程で、PTFE多孔質膜を相互に接着せしめる際には、
触媒層とPTFE多孔質膜とを接着せしめる際の力より
も小さい力であっても良好な密着状態が可能であるとい
う事実に着目した。そこで本発明者らは、まず、孔径大
の連通孔が分布するPTFE多孔質膜を強い圧着力で触
媒層に圧着し、その上に更に適正な孔径分布のPTFE
多孔質膜をその連通孔がつぶれない程度の圧着力で圧着
すれば、最初の圧着時にその大なる圧着力で第1のPT
FE多孔質膜の連通孔がつぶれたとしても、それは空気
透過能を阻害しない程度であるがゆえに、ガス拡散電極
全体の空気透過能は適正な範囲内に管理され得るとの着
想を抱き、本発明を開発するに到った。
すなわち、本発明のガス拡散電極は、集電体が添着され
た触媒層と、該触媒層の空気供給側表面に一体的に積層
して圧着された少なくとも2枚のPTFE多孔質膜とか
ら成るガス拡散電極であって、該触媒層に圧着されたP
TFE多孔質膜は、その上に積層された他のPTFε多
孔質膜よりも、最大孔径又は/及び気孔率が少なくとも
大であることを特徴とし、その製造方法は、集電体が添
着された触媒層の空気供給側表面に少なくとも 2枚の
PTFE多孔質膜を順次圧着して積層するガス拡散電極
の製造方法であって、触媒層に直接圧着される第1のP
TFFE多孔質膜の最大孔径又は/及び気孔率が、その
上に順次積層されていく後続のPTFE多孔質膜の最大
孔径又は/及び気孔率よりも大であることを特徴とする
本発明のガス拡散電極は、触媒層の空気供給側表面に少
なくとも2枚のPTFE多孔質膜が圧着されている。触
媒層に直接圧着されている第1のPTFE多孔質膜は、
更にその上に圧着されていく後続のPTFE多孔賀膜と
触媒層とのいわば接着層としての役割りを果たす、後続
のPTFE多孔質膜は、触媒層への酸素の拡散を実質的
に規制する。それは1枚のみであってもよいし、複数枚
が積層された状態であってもよい。
後続のPTFE多孔質膜が酸素の触媒層への拡散舎供給
量を規定するのであるから、第1のPTFE多孔質膜の
孔径又は/及び気孔率が後続のPTFE多孔質膜のそれ
らよりも小さい場合には、この第1のPTFE多孔質膜
が酸素遮蔽層として機能して不可である。それゆえ、第
1のPTFE多孔質膜の孔径又は/及び気孔率は、後続
のそれらと等しいかまたは大であることが必要である。
通常、ガス拡散電極におけるPTFE多孔質膜は、その
最大孔径が0.15g、最大気孔率30%である。
それゆえ、第1のPTFE多孔質膜は、触媒層に圧着さ
れた時点で、その最大孔径0.15μ以上、気孔ニl?
30%以七となっていることが必要である。
このようなガス拡散電極は次のようにして製造すること
ができる。まず、既に集電体を添着した触媒層の空気供
給側表面に第1のPTFE多孔質膜を重ね合わせる。
用いるPTFE多孔質膜は1次段の圧着工程において、
分布する連通孔がつぶれてそのガス透過能は減退するの
であるから、その孔径、気孔率は圧着後に所望される孔
径、気孔率より大であることが必要である。適用する圧
着力によって異なってはくるが、用いるPTFE多孔質
膜は、その最大孔径が0.5p1以上、気孔率が40%
以−トであれば、大なる圧着力を適用して触媒層との密
着性を大たらしめた場合であっても、後続のPTFE多
孔質膜の空気透過能を妨害する虞れはない。
圧着操作は通常ロール加圧法で行なわれる。
このときのロール間隔を所定の値に設定することにより
、圧着力が制御される。
次に、得られた触媒層と第1のPTFE多孔質膜との一
体成形物に更に後続のPTFE多孔質膜を重ね合わせ・
例えばロール加圧法でPTFE多孔質膜同士を接着する
。このときの圧着力は、PTFE多孔質膜相互を接着す
るに足る力であればよいので第1のPTFE多孔質膜の
圧着時のように分布する連通孔をつぶすことはない、そ
れゆえ、後続のPTFE多孔質膜としては、その最大孔
径Q、154.最大気孔率30%のものが使用される。
[発明の実施例] (1)ガス拡散電極の製造 平均粒径5μMの活性炭粉末70重量部と平均粒径IP
のどFE粉末30重量部とを混合争攪拌しPTFE粉末
を繊維化したのち、得られた混合物を圧延ローラに通し
て厚み0.51のシートを得た。このシートの片面に、
線径0.1mm、  EIOメツシュのニッケルネット
集電体を圧着して触媒層を成形した。
この触媒層の他面(空気供給側表面)に、最大孔径0.
5g 、気孔率45%で厚み0.1+*mのPTFE多
孔質膜を重ね合わせ、全体をロール成形した。このとき
の圧着力は、成形後のPTFE多孔買多孔厚膜が0.0
9g麿となるように管理した。
この膜の上に、更に最大孔径Q、15H,気孔率30%
で厚み0.1mmのPTFE多孔質膜を重ね合わせたの
ち全体をロール成形した。このときの圧着力は、成形後
の電極の空気透過能がカーレー数(中位+sec/10
0cc a 1n2)表示で3000となるように調節
した。
比較のために、上記触媒層に最大孔径0.15μ。
気孔率30%で厚み0. Ig+aのPTFE多孔質膜
を重ね合わせ、これを全体のガーレー数が50000及
び5000となるようにそれぞれロール成形した従来の
ガス拡散電極2種類を成形した。
(2)ガス拡散電極の性能 (1)  ガーレー撤と接着強度 各電極をleg @の短冊に切断した試片につき、触媒
層とPTFE多孔質膜間の接着強度を引張り試験機(オ
ートグラフS−5000,島津製作所製)を用いた剥離
強度として測定した。その結果を第1表に示した。
第1表 結果から明らかなように、本発明のガス拡散電極は、カ
ス透過能が良好 (ガーレー数が小さい)で、しかも触
媒層と第1のPTFE多孔質膜との接着強度も大である
。しかし、第1のPTFE多孔質膜を介在させない従来
構造のガス拡散電極は、接着強度を高めるとガス透過能
が低下してしまう(比較例1電極)か、またはガス透過
能を所望水準まで高めると接着強度が低下している(比
較例2’、11を極)。
(11)  電池の性能 上記3種類の電極を常法にしたがって組込んで、PR4
4形ボタン型空気電池を製作した。
これらの電池に表示の負荷抵抗を接続し、表示の環境下
でその放電容量を測定した。結果を第2表に示した。ま
た、各電池の50個のシールを開封したのち、温度45
℃、相対湿度90%の雰囲気中に1ケ月放置し、そのと
き空気孔から漏液のあった電池個数をかぞえ、それを第
2表に併記した(漏液試験)。
更に、これらの電池について1分間につき0.5mAで
電流増加させ、そのときの端子電圧を測定し、゛電圧と
電流の関係を図に示した。
図中、曲線A、B、Cはそれぞれ本発明にかかる電池、
比較例1にかかる電池、比較例2にかかる電池の動作を
表わす。
[発明の効果] 以上の説明で明らかなように、本発明のガス拡散電極は
触媒層とPTFE多孔質膜とが大きな接着強度で密着し
ていて耐漏液性に優れる。しかも。
PTFE多孔質膜のガス透過性は何ら低下していないの
で、このガス拡散電極を組込んだ電池の放電特性は低下
しない。
【図面の簡単な説明】
図は、it池の放電電流を0.5+sA/分の速度で増
加させたときの電池端子電圧と放電電流との関係図であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、集電体が添着された触媒層と、該触媒層の空気供給
    側表面に一体的に積層して圧着された少なくとも2枚の
    ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とから成るガス拡
    散電極であって、 該触媒層に圧着されたポリテトラフルオロエチレン多孔
    質膜は、その上に積層された他のポリテトラフルオロエ
    チレン多孔質膜よりも、最大孔径又は/及び気孔率が少
    なくとも大であることを特徴とするガス拡散電極。 2、集電体が添着された触媒層の空気供給側表面に少な
    くとも2枚のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を順
    次圧着して積層するガス拡散電極の製造方法であって、 触媒層に直接圧着される第1のポリテトラフルオロエチ
    レン多孔質膜の最大孔径又は/及び気孔率が、その上に
    順次積層されていく後続のポリテトラフルオロエチレン
    多孔質膜の最大孔径又は/及び気孔率よりも大であるこ
    とを特徴とするガス拡散電極の製造方法。 3、第1のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の最大
    孔径、気孔率がそれぞれ0.5μm以上、40%以上で
    あり、後続のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の最
    大孔径、気孔率がそれぞれ0.15μm以下、30%以
    下である特許請求の範囲第2項記載のガス拡散電極の製
    造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001189155A (ja) * 1995-10-06 2001-07-10 Dow Chem Co:The 電気化学的燃料電池
JP2005523566A (ja) * 2002-04-16 2005-08-04 ゴア エンタープライズ ホールディングス,インコーポレイティド 電気化学装置の合わせフィルム

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