JPH0124868B2 - - Google Patents
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Description
「産業上の利用分野」
本発明は、水溶液の電気分解装置や燃料電池な
どの電極に好適に用いられるガス透過性を有する
電極・隔膜組立体に関するものである。 「従来の技術およびその問題点」 水溶液の電気分解等に用いられる電解装置は、
従来、溶液が貯えられる容器と、この容器内に設
けられた陰極および陽極と、これら陽極、陰極に
生じた電解生成物の混合を防止するために両極間
に設けられた隔膜とからなるものであつた。 そして、この種の電解装置の隔膜には、一般に
アスベスト等が圧縮成形されてなるものが用いら
れている。 ところが、アスベストは発ガン性を有する等の
問題が指摘されており、このような隔膜を備えた
電解装置の設置には、様々な制限が伴なう不満が
あつた。 また、このような隔膜を備えた電解装置にあつ
ては、高圧のガスを生産しようとして高圧下で電
解を行うと、陽極から発生するガスの量と陰極か
ら発生するガスの量の差により生じる圧力差の制
御が困難となり、陽極、陰極に発生したガスが隔
膜を通して混合する問題があつた。 「発明の目的」 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高
い反応効率を達成できると共に、良好なガス透過
能力をも兼ね備えた電極・隔膜組立体を提供する
ことを目的とする。 「問題点を解決するための手段」 本発明の電極・隔膜組立体は、微粒子が結合さ
れてなりかつガス透過性があつて不透水性の多孔
性膜と、該多孔性膜の表面に設けられた反応層と
からなる電極・隔膜組立体であつて、前記反応層
が、親水性カーボン粉末および撥水性カーボン粉
末がバインダーにより結合されてなる多孔質なシ
ート状支持体と、このシート状支持体中に担持さ
れた触媒とにより形成されていることを特徴とす
るものである。 「作用」 本発明の電極・隔膜組立体は、優れたガス透過
能力と、高い反応効率とを兼ね備えたものとな
る。 本発明者らは、その理由を次にように考察して
いる。 本発明の電極・隔膜組立体の反応層をなすシー
ト状支持体は、多孔質なものであり広い表面積を
有している。この反応層をなすシート状支持体中
には溶液を吸着して反応に供する親水性カーボン
粉末が分散されているので、溶液は親水性カーボ
ン粉末を伝わつて反応層内にまで浸透して反応に
あずかることとなる。 そのうえ、本発明の電極・隔膜組立体において
は、反応層をなすシート状支持体中に親水性のカ
ーボン粉末と撥水性のカーボン粉末とが分散して
いるので、反応層に侵入した溶液には撥水性カー
ボン粉末に撥ねられ親水性カーボン粉末に吸着さ
れる力が作用する。このため、反応層の空孔中に
電解液が浸透した状態にあつても、反応層中はガ
ス流通に必要な適当な空げきが容易に形成される
得る状態となる。その結果、本発明の電極・隔膜
組立体は、良好なガス透過能を発揮する。そして
このようにガスが円滑に流通するので、多孔質な
シート状支持体からなる反応層の広い表面積が有
効に利用され、高い反応効率が達成される。 「実施例」 以下、図面を参照して本発明の電極・隔膜組立
体を詳しく説明する。 第１図は、本発明の電極・隔膜組立体の第一実
施例を示すもので、図中符号１は多孔性膜、符号
２は反応層である。 この例の電極・隔膜組立体の多孔性膜１は、導
電性を有す微粒子（以下、導電性微粒子と略称す
る）が結合されてなる多孔性であつて不透水性の
層である。 この多孔性膜１に形成される孔は、口径0.5μｍ
以下、好ましくは800Å以下の連続した孔である
ことが望ましい。孔の口径が0.5μｍを越えると多
孔性膜１は、気体状態の分子だけでなく液体状態
の分子をも透過し得るものとなり、気液分離機能
が低下する不都合を生じる。 また、多孔性膜１の空孔率は40％〜80％程度で
あることが望ましい。多孔性膜１の空孔率が80％
を越えると、電極・隔膜組立体の耐圧強度が不十
分となり、空孔率が40％未満になると多孔性膜１
のガス透過速度が低下し分解生成ガスを効率良く
放出できなくなるので、いずれの場合も好ましく
ない。 この多孔性膜１をなす導電性微粒子の材料に
は、鉄、アルミニウム、銀、銅等の金属、無定形
炭素、黒鉛等の炭素、ジルコニアセラミツクス、
β−アルミナセラミツクス、ホウ素化合物［ラン
タンボライド（LaB6）、チタンボライド
（TiB2）］等の導電性セラミツクスなど種々のも
のを用いることができる。その中でも、撥水性と
耐食性を有する炭素を用いると、得られる電極・
隔膜組立体が長寿命でかつ良好な耐薬品性を有す
るものとなるので好ましい。 この導電性微粒子としては、粒径0.1μｍ以下も
のが好適に用いられる。粒径が0.1μｍを越える
と、多孔性膜１に口径の大きな孔が形成される不
都合を生じる。 多孔性膜１をなすこれら導電性微粒子は、有機
高分子化合物などからなるバインダーを介して、
あるいは焼結等により結合されている。 前記バインダーとしての有機高分子化合物に
は、フツ素樹脂、ケイ樹脂、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビ
ニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタ
レート等種々の合成樹脂材料を利用することがで
きる。中でもポリテトラフルオロエチレン
（PTFE）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポ
リビニリデンフルオライド、四フツ化エチレン−
六フツ化プロピレン共重合体等のフツ素樹脂、そ
の中でも特にPTFEは、酸にもアルカリにも侵さ
れない優れた耐食性を有すると共に優れた撥水性
を有し、得られる電極・隔膜組立体が長寿命でか
つ耐薬品性を有するものとなるので、好ましく用
いられる。このように有機高分子化合物を用いて
導電性微粒子を結合する場合、有機高分子化合物
の添加量は、有機高分子化合物にPTFF、導電性
微粒子にカーボンブラツクを用いた場合を例にと
ると、通常、それらの合計量に対する重量比で
PTFEが10％〜60％程度とされる。有機高分子化
合物の添加量が60％を越えると、形成される多孔
性膜１の電気抵抗が大きくなるうえ、多孔性膜１
のガス透過性が悪化する。また、添加量が10％未
満になると導電性微粒子の結合が不十分になり、
多孔性膜１の強度が低下する。 この多孔性膜１は、厚さ0.3mm〜２mm程度に形
成されることが望ましい。この多孔性膜１の厚さ
が２mmを越えると、多孔性膜１のガス透過速度が
低下する不都合が生じ、0.3mm未満になると、多
孔性膜１の強度が低下する不都合が生じる。 この多孔性膜１の表面には、前記反応層２が形
成されている。 この反応層２は、多孔質なシート状支持体中に
触媒が担持せしめられてなるものである。 この反応層２のシート状支持体は、親水性のカ
ーボン粉末と撥水性のカーボン粉末とが混合分散
されたもので、親水性の部分と撥水性の部分が網
目状に微細に分布した構造となつている。 前記撥水性のカーボン粉末の具体例としては、
デンカブラツク（商品名；電気化学工業社製）の
ような、アセチレンを熱分解することにより製造
されるアセチレンブラツクを挙げることができ
る。 また親水性のカーボン粉末の具体例としては、
VulcanXC−72R（商品名：バルカンキヤボツト
社製）のような、ガス油を不完全燃焼させること
により製造されたフアーネスブラツクを挙げるこ
とができる。 アセチレンブラツクとフアーネスブラツクとを
比較すると、その表面状態が異なつている。アセ
チレンブラツクは、炭化が充分で表面のグラフア
イト化が進み不純物が少ないため、優れた撥水性
を示す。これに対しフアーネスブラツクは製法上
表面の炭化が不充分で、表面に−OH基、＝Ｏ基
等の親水基が多く存在しており、親水性を示す。 これらカーボン粉末には、粒径0.5μｍ以下もの
が好適に用いられる。粒径が0.5μｍを越えると、
反応層２に口径の大きな孔が形成される不都合を
生じる。 これた親水性および撥水性カーボン粉末は、バ
インダによつて結合されている。このバインダー
としては、上記多孔性膜１で挙げたバインダーと
しての有機高分子化合物と同様に種々のものを利
用できる。 このシート状支持体の孔の口径は、0.5μｍ〜
0.01μｍ程度とされ、反応層２の空孔率は40％〜
80％程度とされることが望ましい。孔の口径が
0.5μｍを越えると、反応層２の強度が低下する。
また、口径が0.01μｍ未満になると反応層２に溶
液が浸透しにくくなり、反応層２の表面のみしか
電気分解等の反応に寄与せず、反応効率が低下す
る不都合が生じる。 また、反応層２をなすシート状支持体の空孔率
が80％を越えると、得られる反応層２は耐圧強度
が不十分なものとなり好ましくない。空孔率が40
％未満になると十分な量の触媒を担持せしめるこ
とができず好ましくない。 このシート状支持体中には触媒が担持されてい
る。このように触媒を担持せしめる方法として
は、触媒が溶かされた溶液（触媒溶液）を、シー
ト表面に塗布あるいはスプレーしてシート内に浸
透せしめ、この後これを乾燥する方法が簡便であ
る。このようにすると、反応層２の内部に触媒を
担持させることができる。 反応層２をなす触媒としては、電気分解等の化
学反応を促進するニツケル（Ni）、コバルト
（Co）、鉄（Fe）等の鉄族元素あるいは、白金
（Pt）、ルテニウム（Ru）、金（Au）、銀（Ag）、
銅（Cu）、クロム（Cr）、マンガン（Mn）、パラ
ジウム（Pd）等の貴金属元素あるいはそれらの
酸化物またはそれらの合金等からなる触媒など各
種のものを利用できる。中でも、水溶液等の電気
分解には、Ni、Pt、Ruなどからなる触媒が、電
解効率を大幅に向上し得る点で、好ましく用いら
れる。 この反応層２は、厚さが約1.0mm以下に形成さ
れることが望ましい。この反応層２の厚さが1.0
mmを越えると、反応層２で生成されたガスが多孔
性膜１へ透過し難くなる不都合が生じる。 次に、本発明の電極・隔膜組立体の製造方法の
一例を説明する。 まず、平均粒径0.042μｍの撥水性のカーボンブ
ラツク70重量部と、平均粒径0.25μｍのPTFE30
重量部とを十分混合して混合物Ａを作成した。ま
た、親水性のカーボン粉末（VulcanXC−72R）
70重量部と、平均粒径0.25μｍのPTFEとを十分
混合して混合物Ｂを作成した。ついでこれら混合
物Ａ、ＢをＡ：Ｂ＝４：６の比で混合し、有機溶
媒（ナフサ）を加えて、均一に混練した。これを
加圧して厚さ0.4mmのシートＡを成形した。この
シートＡは、後に反応層２のシート状支持体とな
るものである。 これとは別に、平均粒径0.042μｍの撥水性のカ
ーボンブラツク70重量部と平均粒径0.25μｍの
PTFE30重量部を十分混合した混合物Ｃを作成
し、これに有機溶媒（ナフサ）加えペースト状に
し、均一になるように十分混練した。このものを
加圧して、厚さ2.5mmのシートＢを成形した。こ
のシートＢは、後に多孔性膜となるものである。 このように成形された２種類のシートＡ、Ｂを
重ね合わせてローラで圧接して一体に接合しつつ
厚さ0.9mmのシートとした。このものを乾燥して
溶媒を揮散させ、ついで280℃の加熱炉中で熱処
理した。次に、このものを380℃で所定時間ホツ
トプレスして、厚さ0.8mmのシート状に成形した。
ついで、上記シートＡにより形成された部分（反
応層２のシート状支持体に相当する部分）に、触
媒が溶かされた溶液（触媒溶液）を、シート内に
浸透するように塗布した。 こうして、親水性カーボン粉末と撥水性カーボ
ン粉末とからなるシート状支持体中に触媒が担持
された反応層を有する電極・隔膜組立体が得られ
る。 なお、本発明の電極・隔膜組立体は、上記実施
例に限られるものではない。例えば、この電極・
隔膜組立体には必要により金属網を貼着できる。
金属網を貼着する場合、その位置は、多孔性膜１
の表面、反応層２の表面、多孔性膜１と反応層２
との間のいずれであつてもよい。この金属網とし
ては、銅等の電気伝導性の良い金属からなるもの
が好適に用いられる。また、金属網のメツシユは
30〜100程度であることが望ましく、金属網をな
す金属繊維には径100μｍ〜500μｍ程度のものが
好適に用いられる。 このような金属網の貼着は、例えば上記シート
Ａ、Ｂを重ね合わせる際に適宜な位置に金属網を
セツトし、これをホツトプレスすることにより行
なわれる。 実験例 １ 本発明の電極・隔膜組立体を用いて常温型水素
−酸素燃料電池を作成し、本発明の効果を確認し
た。 第２図は、試作した燃料電池の概略構成を示す
ものである。この装置は、電解液流路２１と水素
室２２と酸素室２３とが並列に設けられてなるも
ので、電解液流路２１と水素室２２の間は電極・
隔膜組立体Ａで、電解液流路２１と酸素室２３と
の間は電極・隔膜組立体Ｂでそれぞれ仕切られて
いる。また各組立体Ａ，Ｂは、反応層２が電解液
流路２１側に面するように設けられている。ま
た、組立体Ａ，Ｂ間の距離は１mmに設定されてい
る。 この実験に用いられた電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ
の仕様は以下の通りである。 () 電極・隔膜組立体Ａ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン粉末（平均粒径0.038μｍ）
（親水性：撥水性＝１：１） 70重量部 PTFE（平均粒径0.25μｍ） 30重量部 触媒：白金系、平均粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン粉末（平均粒径0.042μ
ｍ） 70重量部 PTFE（平均粒径0.25μｍ） 30重量部 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å () 電極・隔膜組立体Ｂ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン粉末（平均粒径0.048μｍ）
（親水性：撥水性＝１：１） 70重量部 PTFE（平均粒径0.25μｍ） 30重量部 触媒：ニツケル系、平均粒径300Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン粉末（平均粒径0.042μ
ｍ） 65重量部 PTFE（平均粒径0.25μｍ） 35重量部 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å 尚、上記撥水性カーボン粉末には、市販のデン
カブラツク（電気化学工業社製）を用い、親水性
カーボン粉末にはVulcanXC−72R（バルカンキ
ヤボツト社製）を用いた（以下の実験においても
同様）。 比較の為に、反応層２が撥水性カーボンのみで
形成された点のみが異なる電極・隔膜組立体を用
いた燃料電池（比較例１）と、反応層２が親水性
カーボンのみで形成された点のみが異なる電極・
隔膜組立体を用いた燃料電池（比較例２）を製作
した。 これらの燃料電池を次のように運転して、電圧
−電流特性を調べた。 運転は、電解液流路２１に水酸化カリウム
（KOH）を20wt％溶液を0.12／分、2.2Kg／
cm2・Ｇ（ゲージ圧）で供給し、水素室２２に圧力
0.05Kg／cm2・Ｇの水素を1.0／分で供給し、酸
素室２３に圧力0.05Kg／cm2・Ｇの酸素を毎分0.5
（標準状態）供給して行つた。 結果を第３図に示す。 この結果、撥水性カーボン粉末と親水性カーボ
ン粉末とからなる本発明の電極・隔膜組立体を用
いると、反応効率が顕著に向上することが確認さ
れた。これは本発明の電極・隔膜組立体が良好な
ガス透過能を有しているため、水素ガスおよび酸
素ガスが電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ内に速やかに侵
入して電極反応に供される為と思われる。 実験例 ２ 本発明の電極・隔膜組立体を利用したガス分離
精製装置３を試作し、空気からの酸素の分離を行
つた。 第４図は、試作したガス分離精製装置３の概略
構成を示すものである。この装置は、原料ガス室
４と溶液流通室５とガス回収室６とが並列に設け
られてなるもので、原料ガス室４と溶液流通室５
との間は電極・隔膜組立体Ａで、ガス回収室６と
溶液流通室５との間は電極・隔膜組立体Ｂでそれ
ぞれ仕切られている。また、電極・隔膜組立体
Ａ，Ｂは、それぞれ反応層２，２が溶液流通室５
側に面するように取り付けられている。また組立
体Ａ，Ｂ間の距離は１mmに設定されている。 この実験には、実験例１と同一の電極・隔膜組
立体Ａ，Ｂを用いた。 このガス分離精製装置３の溶液流通室５に、水
酸化カリウム（KOH）の20wt％溶液を0.12／
分、2.2Kg／cm2・Ｇ（ゲージ圧）で供給した。ま
た、原料ガス室４に0.01Kg／cm2・Ｇの空気を80
／分で供給した。そして、組立体Ａを陰極、組
立体Ｂを陽極とし、これら組立体Ａ，Ｂ間に水の
電解に必要な電圧（1.25V）よりも低い電圧
0.96Vと、電流450Aを印加した。 以上の条件で装置を運転したところ、ガス回収
室６から純度99.99％、圧力２Kg／cm2・Ｇ（約
3atm）の酸素が毎分1.56（標準状態）得られ
た。 ついで、上記水酸化カリウム溶液の代わりに、
20wt％水酸化ナトリウム溶液を用いて同様の実
験を行つたところ、標準状態で1.55／分の酸素
（純度99.99％）を分離することができた。 本発明の電極・隔膜組立体は強い耐圧強度（約
20Kg／cm2以上）を有するので、本発明の電極・隔
膜組立体を備えたガス分離精製装置３は、溶液流
通室５の圧力を高く維持し得るものとなる。 またこの装置では、電極・隔膜組立体Ａ，Ｂが
良好なガス透過能を有するので、溶液流通室５の
圧力とほぼ等しい圧力のガスが得られた。このた
め、溶液流通室５の圧力を高めることにより、高
圧の酸素を多量に生産することができる。 実験例 ３ 実験例２と同一構造のガス分離精製装置３を用
いて、水素ガスの精製を行つた。 この実験に用いられた電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ
の仕様は以下の通りである。 () 電極・隔膜組立体Ａ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅膜とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、平均粒径0.038μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：白金系、粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：64％ 孔の口径：平均440Å () 電極・隔膜組立体Ｂ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmのガス
浸透層１と銅網とが順次積層されてなる３層
構造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、平均粒径0.038μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：白金系、粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：64％ 孔の口径：平均440Å このような電極・隔膜組立体Ａ，Ｂが取り付け
られたガス分離精製装置３の溶液流通室５に５重
量％の希硫酸溶液を0.2／分、2.2Kg／cm2・Ｇで
供給した。また、原料ガス室４に酸素と窒素を含
む純度99％の水素ガスを0.01Kg／cm2・Ｇ、８／
分で供給した。そして、組立体Ａを陽極、組立体
Ｂを陰極とし、組立体Ａ，Ｂ間に電圧0.2V（この
値は水電解に最低必要な電圧1.25Vよりも低い）
と、電流900Aを印加した。 以上の条件で装置を運転したところ、ガス回収
室６から純度99.999％、圧力２Kg／cm2・Ｇの水素
ガスが標準状態に換算して毎分6.26得られた。 この装置において、標準状態で１m3の水素ガス
を精製するのに要したエネルギーは0.48KW・hr
であつた。これに対して、従来のパラジウム膜を
利用した水素精製の場合は1.0KW・hr／m3、深
冷水素精製の場合は1.2KW・hr／m3であり、本
発明の電極・隔膜組立体を備えたガス分離精製装
置３によれば水素ガスの精製を効率良く行えるこ
とが確認できた。 実験例 ４ 本発明の電極・隔膜組立体を利用したガス発生
装置を試作して、水素ガスと酸素ガスを生産し
た。 第５図は、試作したガス発生装置７の概略構成
を示すものである。この装置は、溶液流通室８の
両側に発生ガス回収室９，１０が設けられてなる
もので、溶液流通室８と発生ガス回収室９，１０
と間はそれぞれ電極・隔膜組立体Ａ，Ｂで仕切ら
れている。電極・隔膜組立体Ａ，Ｂは、それぞれ
反応層２，２が溶液流通室８側に面するように取
り付けられ、膜Ａ，Ｂ間の距離は１mmに設定され
ている。 この実験に用いられた電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ
の仕様は以下の通りである。 () 電極・隔膜組立体Ａ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン65重量部、平均粒径0.042μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE35重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：RuO2系、粒径100Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：65％ 孔の口径：平均460Å () 電極・隔膜組立体Ｂ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、平均粒径0.038μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：白金系、粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å このような電極・隔膜組立体Ａ，Ｂが取り付け
られたガス発生装置７の溶液流通室８に20mol％
の希硫酸溶液を0.12／分、2.2Kg／cm2・Ｇで供
給しつつ、電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ間に電圧
1.8V、電流900Aを印加した。この際、組立体Ａ
を陽極、組立体Ｂを陽極とした。 以上の条件で装置を運転したところ、発生ガス
回収室９から酸素ガスを毎分3.13（標準状態
下）、発生ガス回収室１０から水素ガスを毎分
6.25（標準状態下）づつ得ることができた。 ついで、上記硫酸溶液の代わりに、アルカリ溶
液（25wt％水酸化カリウム溶液）、中性溶液
（20wt％硫酸ナトリウム溶液）等を用いて同様の
実験を行つたところ、同様に酸素ガス、水素ガス
を効率良く生産することができた。 実験例 ５ 実験例４のガス発生装置７を用いて、炭酸ガス
と水素ガスを生産した。 この実験に用いられた電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ
の仕様は以下の通りである。 () 電極・隔膜組立体Ａ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、（平均粒径0.042μ
ｍ）（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：粒径50Åの白金系触媒および粒径100
ÅのRuO2系触媒 (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å () 電極・隔膜組立体Ｂ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmのガ多
孔性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層
構造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、平均粒径0.038μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：白金系、粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å まず、0.5mol／希硫酸溶液にメタノールを
10vol％混合した原料溶液を作成した。そして、
ガス発生装置７の溶液流通室８にこの原料溶液を
0.1／分、2.0Kg／cm2・Ｇで供給しつつ、電極・
隔膜組立体Ａ，Ｂ間に電圧0.6〜0.7V、電流450A
を印加した。この際、組立体Ａを陽極、組立体Ｂ
を陰極とした。また、原料溶液の温度は65℃であ
つた。 以上の条件で装置を運転したところ、発生ガス
回収室９から純度99.9％、圧力1.5Kg／cm2・Ｇの
炭酸ガスを標準状態に換算して毎分1.03、発生
ガス回収室１０から純度99.9％、圧力1.5Kg／
cm2・Ｇの水素ガスを標準状態に換算して毎分6.24
得ることができた。 この装置にあつては、メタノールが減極作用を
果たすので、電力使用量を大幅に低減できた。 「発明の効果」 本発明の電極・隔膜組立体の反応層は、親水性
のカーボン粉末と撥水性のカーボン粉末とが混合
分散した状態で結合固着されてなる多孔質のシー
ト状支持体中に触媒が担持されたものなので、多
孔質であり広い表面積を有している。この反応層
をなすシート状支持体中には溶液を吸着して反応
に供する親水性カーボン粉末が分散されているの
で、溶液は親水性カーボン粉末を伝わつて反応層
内にまで浸透し、反応にあずかることとなる。 そのうえ、本発明の電極・隔膜組立体において
は、反応層をなすシート状支持体中に親水性のカ
ーボン粉末と撥水性のカーボン粉末とが分散して
いるので、反応層に侵入した溶液には撥水性カー
ボン粉末に撥ねられ親水性カーボン粉末に吸着さ
れる力が作用する。このため、反応層の空孔中に
電解液が浸透した状態にあつても、反応層中はガ
ス流通に必要な空げきが容易に形成される得る状
態となつている。 従つて本発明の電極・隔膜組立体は、良好なガ
ス透過能を発揮する。そしてこのようにガスが円
滑に流通するので、多孔質なシート状支持体から
なる反応層の広い表面積が有効に利用され、高い
反応効率が達成される。よつて、本発明の電極・
隔膜組立体は、良好なガス透過性と高い反応効率
を兼備したものとなる。 また本発明の電極・隔膜組立体は、前述のよう
にガス透過性を発揮するものなので、良好なガス
透過性を維持しつつ、カーボンの充填密度をより
高めることが可能である。従つて、本発明の電
極・隔膜組立体は、電流密度を100〜500A／ｄm2
と大幅に向上し得るものとなる。（従来の一般的
な水電解装置にあつては、10〜20A／ｄm2程度で
あつた。） また、本発明の電極・隔膜組立体は、各種試験
の結果、強い耐圧強度を有するものであることが
確認された（20Kg／cm2以上）。このように本発明
の電極・隔膜組立体は強い耐圧強度と良好なガス
透過能を有するので、これを備えたガス分離精製
装置あるいはガス発生装置は、溶液流通室の圧力
を高く維持して、高圧のガスを多量に精製・生産
することができるものとなる。またこれらの装置
にあつては、電解液に圧力を加えることにより、
各極から高圧のガスを混合することなく得ること
ができるから、ガスの昇圧装置として利用するこ
とも可能である。 またさらに、本発明の電極・隔膜組立体は良好
なガス透過能を有するので、電解処理に使用され
た場合、生成されたガスの気泡で表面が覆われて
しまうことがなく、減極が防止され、高い電流効
率を実現できる。
どの電極に好適に用いられるガス透過性を有する
電極・隔膜組立体に関するものである。 「従来の技術およびその問題点」 水溶液の電気分解等に用いられる電解装置は、
従来、溶液が貯えられる容器と、この容器内に設
けられた陰極および陽極と、これら陽極、陰極に
生じた電解生成物の混合を防止するために両極間
に設けられた隔膜とからなるものであつた。 そして、この種の電解装置の隔膜には、一般に
アスベスト等が圧縮成形されてなるものが用いら
れている。 ところが、アスベストは発ガン性を有する等の
問題が指摘されており、このような隔膜を備えた
電解装置の設置には、様々な制限が伴なう不満が
あつた。 また、このような隔膜を備えた電解装置にあつ
ては、高圧のガスを生産しようとして高圧下で電
解を行うと、陽極から発生するガスの量と陰極か
ら発生するガスの量の差により生じる圧力差の制
御が困難となり、陽極、陰極に発生したガスが隔
膜を通して混合する問題があつた。 「発明の目的」 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高
い反応効率を達成できると共に、良好なガス透過
能力をも兼ね備えた電極・隔膜組立体を提供する
ことを目的とする。 「問題点を解決するための手段」 本発明の電極・隔膜組立体は、微粒子が結合さ
れてなりかつガス透過性があつて不透水性の多孔
性膜と、該多孔性膜の表面に設けられた反応層と
からなる電極・隔膜組立体であつて、前記反応層
が、親水性カーボン粉末および撥水性カーボン粉
末がバインダーにより結合されてなる多孔質なシ
ート状支持体と、このシート状支持体中に担持さ
れた触媒とにより形成されていることを特徴とす
るものである。 「作用」 本発明の電極・隔膜組立体は、優れたガス透過
能力と、高い反応効率とを兼ね備えたものとな
る。 本発明者らは、その理由を次にように考察して
いる。 本発明の電極・隔膜組立体の反応層をなすシー
ト状支持体は、多孔質なものであり広い表面積を
有している。この反応層をなすシート状支持体中
には溶液を吸着して反応に供する親水性カーボン
粉末が分散されているので、溶液は親水性カーボ
ン粉末を伝わつて反応層内にまで浸透して反応に
あずかることとなる。 そのうえ、本発明の電極・隔膜組立体において
は、反応層をなすシート状支持体中に親水性のカ
ーボン粉末と撥水性のカーボン粉末とが分散して
いるので、反応層に侵入した溶液には撥水性カー
ボン粉末に撥ねられ親水性カーボン粉末に吸着さ
れる力が作用する。このため、反応層の空孔中に
電解液が浸透した状態にあつても、反応層中はガ
ス流通に必要な適当な空げきが容易に形成される
得る状態となる。その結果、本発明の電極・隔膜
組立体は、良好なガス透過能を発揮する。そして
このようにガスが円滑に流通するので、多孔質な
シート状支持体からなる反応層の広い表面積が有
効に利用され、高い反応効率が達成される。 「実施例」 以下、図面を参照して本発明の電極・隔膜組立
体を詳しく説明する。 第１図は、本発明の電極・隔膜組立体の第一実
施例を示すもので、図中符号１は多孔性膜、符号
２は反応層である。 この例の電極・隔膜組立体の多孔性膜１は、導
電性を有す微粒子（以下、導電性微粒子と略称す
る）が結合されてなる多孔性であつて不透水性の
層である。 この多孔性膜１に形成される孔は、口径0.5μｍ
以下、好ましくは800Å以下の連続した孔である
ことが望ましい。孔の口径が0.5μｍを越えると多
孔性膜１は、気体状態の分子だけでなく液体状態
の分子をも透過し得るものとなり、気液分離機能
が低下する不都合を生じる。 また、多孔性膜１の空孔率は40％〜80％程度で
あることが望ましい。多孔性膜１の空孔率が80％
を越えると、電極・隔膜組立体の耐圧強度が不十
分となり、空孔率が40％未満になると多孔性膜１
のガス透過速度が低下し分解生成ガスを効率良く
放出できなくなるので、いずれの場合も好ましく
ない。 この多孔性膜１をなす導電性微粒子の材料に
は、鉄、アルミニウム、銀、銅等の金属、無定形
炭素、黒鉛等の炭素、ジルコニアセラミツクス、
β−アルミナセラミツクス、ホウ素化合物［ラン
タンボライド（LaB6）、チタンボライド
（TiB2）］等の導電性セラミツクスなど種々のも
のを用いることができる。その中でも、撥水性と
耐食性を有する炭素を用いると、得られる電極・
隔膜組立体が長寿命でかつ良好な耐薬品性を有す
るものとなるので好ましい。 この導電性微粒子としては、粒径0.1μｍ以下も
のが好適に用いられる。粒径が0.1μｍを越える
と、多孔性膜１に口径の大きな孔が形成される不
都合を生じる。 多孔性膜１をなすこれら導電性微粒子は、有機
高分子化合物などからなるバインダーを介して、
あるいは焼結等により結合されている。 前記バインダーとしての有機高分子化合物に
は、フツ素樹脂、ケイ樹脂、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビ
ニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタ
レート等種々の合成樹脂材料を利用することがで
きる。中でもポリテトラフルオロエチレン
（PTFE）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポ
リビニリデンフルオライド、四フツ化エチレン−
六フツ化プロピレン共重合体等のフツ素樹脂、そ
の中でも特にPTFEは、酸にもアルカリにも侵さ
れない優れた耐食性を有すると共に優れた撥水性
を有し、得られる電極・隔膜組立体が長寿命でか
つ耐薬品性を有するものとなるので、好ましく用
いられる。このように有機高分子化合物を用いて
導電性微粒子を結合する場合、有機高分子化合物
の添加量は、有機高分子化合物にPTFF、導電性
微粒子にカーボンブラツクを用いた場合を例にと
ると、通常、それらの合計量に対する重量比で
PTFEが10％〜60％程度とされる。有機高分子化
合物の添加量が60％を越えると、形成される多孔
性膜１の電気抵抗が大きくなるうえ、多孔性膜１
のガス透過性が悪化する。また、添加量が10％未
満になると導電性微粒子の結合が不十分になり、
多孔性膜１の強度が低下する。 この多孔性膜１は、厚さ0.3mm〜２mm程度に形
成されることが望ましい。この多孔性膜１の厚さ
が２mmを越えると、多孔性膜１のガス透過速度が
低下する不都合が生じ、0.3mm未満になると、多
孔性膜１の強度が低下する不都合が生じる。 この多孔性膜１の表面には、前記反応層２が形
成されている。 この反応層２は、多孔質なシート状支持体中に
触媒が担持せしめられてなるものである。 この反応層２のシート状支持体は、親水性のカ
ーボン粉末と撥水性のカーボン粉末とが混合分散
されたもので、親水性の部分と撥水性の部分が網
目状に微細に分布した構造となつている。 前記撥水性のカーボン粉末の具体例としては、
デンカブラツク（商品名；電気化学工業社製）の
ような、アセチレンを熱分解することにより製造
されるアセチレンブラツクを挙げることができ
る。 また親水性のカーボン粉末の具体例としては、
VulcanXC−72R（商品名：バルカンキヤボツト
社製）のような、ガス油を不完全燃焼させること
により製造されたフアーネスブラツクを挙げるこ
とができる。 アセチレンブラツクとフアーネスブラツクとを
比較すると、その表面状態が異なつている。アセ
チレンブラツクは、炭化が充分で表面のグラフア
イト化が進み不純物が少ないため、優れた撥水性
を示す。これに対しフアーネスブラツクは製法上
表面の炭化が不充分で、表面に−OH基、＝Ｏ基
等の親水基が多く存在しており、親水性を示す。 これらカーボン粉末には、粒径0.5μｍ以下もの
が好適に用いられる。粒径が0.5μｍを越えると、
反応層２に口径の大きな孔が形成される不都合を
生じる。 これた親水性および撥水性カーボン粉末は、バ
インダによつて結合されている。このバインダー
としては、上記多孔性膜１で挙げたバインダーと
しての有機高分子化合物と同様に種々のものを利
用できる。 このシート状支持体の孔の口径は、0.5μｍ〜
0.01μｍ程度とされ、反応層２の空孔率は40％〜
80％程度とされることが望ましい。孔の口径が
0.5μｍを越えると、反応層２の強度が低下する。
また、口径が0.01μｍ未満になると反応層２に溶
液が浸透しにくくなり、反応層２の表面のみしか
電気分解等の反応に寄与せず、反応効率が低下す
る不都合が生じる。 また、反応層２をなすシート状支持体の空孔率
が80％を越えると、得られる反応層２は耐圧強度
が不十分なものとなり好ましくない。空孔率が40
％未満になると十分な量の触媒を担持せしめるこ
とができず好ましくない。 このシート状支持体中には触媒が担持されてい
る。このように触媒を担持せしめる方法として
は、触媒が溶かされた溶液（触媒溶液）を、シー
ト表面に塗布あるいはスプレーしてシート内に浸
透せしめ、この後これを乾燥する方法が簡便であ
る。このようにすると、反応層２の内部に触媒を
担持させることができる。 反応層２をなす触媒としては、電気分解等の化
学反応を促進するニツケル（Ni）、コバルト
（Co）、鉄（Fe）等の鉄族元素あるいは、白金
（Pt）、ルテニウム（Ru）、金（Au）、銀（Ag）、
銅（Cu）、クロム（Cr）、マンガン（Mn）、パラ
ジウム（Pd）等の貴金属元素あるいはそれらの
酸化物またはそれらの合金等からなる触媒など各
種のものを利用できる。中でも、水溶液等の電気
分解には、Ni、Pt、Ruなどからなる触媒が、電
解効率を大幅に向上し得る点で、好ましく用いら
れる。 この反応層２は、厚さが約1.0mm以下に形成さ
れることが望ましい。この反応層２の厚さが1.0
mmを越えると、反応層２で生成されたガスが多孔
性膜１へ透過し難くなる不都合が生じる。 次に、本発明の電極・隔膜組立体の製造方法の
一例を説明する。 まず、平均粒径0.042μｍの撥水性のカーボンブ
ラツク70重量部と、平均粒径0.25μｍのPTFE30
重量部とを十分混合して混合物Ａを作成した。ま
た、親水性のカーボン粉末（VulcanXC−72R）
70重量部と、平均粒径0.25μｍのPTFEとを十分
混合して混合物Ｂを作成した。ついでこれら混合
物Ａ、ＢをＡ：Ｂ＝４：６の比で混合し、有機溶
媒（ナフサ）を加えて、均一に混練した。これを
加圧して厚さ0.4mmのシートＡを成形した。この
シートＡは、後に反応層２のシート状支持体とな
るものである。 これとは別に、平均粒径0.042μｍの撥水性のカ
ーボンブラツク70重量部と平均粒径0.25μｍの
PTFE30重量部を十分混合した混合物Ｃを作成
し、これに有機溶媒（ナフサ）加えペースト状に
し、均一になるように十分混練した。このものを
加圧して、厚さ2.5mmのシートＢを成形した。こ
のシートＢは、後に多孔性膜となるものである。 このように成形された２種類のシートＡ、Ｂを
重ね合わせてローラで圧接して一体に接合しつつ
厚さ0.9mmのシートとした。このものを乾燥して
溶媒を揮散させ、ついで280℃の加熱炉中で熱処
理した。次に、このものを380℃で所定時間ホツ
トプレスして、厚さ0.8mmのシート状に成形した。
ついで、上記シートＡにより形成された部分（反
応層２のシート状支持体に相当する部分）に、触
媒が溶かされた溶液（触媒溶液）を、シート内に
浸透するように塗布した。 こうして、親水性カーボン粉末と撥水性カーボ
ン粉末とからなるシート状支持体中に触媒が担持
された反応層を有する電極・隔膜組立体が得られ
る。 なお、本発明の電極・隔膜組立体は、上記実施
例に限られるものではない。例えば、この電極・
隔膜組立体には必要により金属網を貼着できる。
金属網を貼着する場合、その位置は、多孔性膜１
の表面、反応層２の表面、多孔性膜１と反応層２
との間のいずれであつてもよい。この金属網とし
ては、銅等の電気伝導性の良い金属からなるもの
が好適に用いられる。また、金属網のメツシユは
30〜100程度であることが望ましく、金属網をな
す金属繊維には径100μｍ〜500μｍ程度のものが
好適に用いられる。 このような金属網の貼着は、例えば上記シート
Ａ、Ｂを重ね合わせる際に適宜な位置に金属網を
セツトし、これをホツトプレスすることにより行
なわれる。 実験例 １ 本発明の電極・隔膜組立体を用いて常温型水素
−酸素燃料電池を作成し、本発明の効果を確認し
た。 第２図は、試作した燃料電池の概略構成を示す
ものである。この装置は、電解液流路２１と水素
室２２と酸素室２３とが並列に設けられてなるも
ので、電解液流路２１と水素室２２の間は電極・
隔膜組立体Ａで、電解液流路２１と酸素室２３と
の間は電極・隔膜組立体Ｂでそれぞれ仕切られて
いる。また各組立体Ａ，Ｂは、反応層２が電解液
流路２１側に面するように設けられている。ま
た、組立体Ａ，Ｂ間の距離は１mmに設定されてい
る。 この実験に用いられた電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ
の仕様は以下の通りである。 () 電極・隔膜組立体Ａ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン粉末（平均粒径0.038μｍ）
（親水性：撥水性＝１：１） 70重量部 PTFE（平均粒径0.25μｍ） 30重量部 触媒：白金系、平均粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン粉末（平均粒径0.042μ
ｍ） 70重量部 PTFE（平均粒径0.25μｍ） 30重量部 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å () 電極・隔膜組立体Ｂ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン粉末（平均粒径0.048μｍ）
（親水性：撥水性＝１：１） 70重量部 PTFE（平均粒径0.25μｍ） 30重量部 触媒：ニツケル系、平均粒径300Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン粉末（平均粒径0.042μ
ｍ） 65重量部 PTFE（平均粒径0.25μｍ） 35重量部 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å 尚、上記撥水性カーボン粉末には、市販のデン
カブラツク（電気化学工業社製）を用い、親水性
カーボン粉末にはVulcanXC−72R（バルカンキ
ヤボツト社製）を用いた（以下の実験においても
同様）。 比較の為に、反応層２が撥水性カーボンのみで
形成された点のみが異なる電極・隔膜組立体を用
いた燃料電池（比較例１）と、反応層２が親水性
カーボンのみで形成された点のみが異なる電極・
隔膜組立体を用いた燃料電池（比較例２）を製作
した。 これらの燃料電池を次のように運転して、電圧
−電流特性を調べた。 運転は、電解液流路２１に水酸化カリウム
（KOH）を20wt％溶液を0.12／分、2.2Kg／
cm2・Ｇ（ゲージ圧）で供給し、水素室２２に圧力
0.05Kg／cm2・Ｇの水素を1.0／分で供給し、酸
素室２３に圧力0.05Kg／cm2・Ｇの酸素を毎分0.5
（標準状態）供給して行つた。 結果を第３図に示す。 この結果、撥水性カーボン粉末と親水性カーボ
ン粉末とからなる本発明の電極・隔膜組立体を用
いると、反応効率が顕著に向上することが確認さ
れた。これは本発明の電極・隔膜組立体が良好な
ガス透過能を有しているため、水素ガスおよび酸
素ガスが電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ内に速やかに侵
入して電極反応に供される為と思われる。 実験例 ２ 本発明の電極・隔膜組立体を利用したガス分離
精製装置３を試作し、空気からの酸素の分離を行
つた。 第４図は、試作したガス分離精製装置３の概略
構成を示すものである。この装置は、原料ガス室
４と溶液流通室５とガス回収室６とが並列に設け
られてなるもので、原料ガス室４と溶液流通室５
との間は電極・隔膜組立体Ａで、ガス回収室６と
溶液流通室５との間は電極・隔膜組立体Ｂでそれ
ぞれ仕切られている。また、電極・隔膜組立体
Ａ，Ｂは、それぞれ反応層２，２が溶液流通室５
側に面するように取り付けられている。また組立
体Ａ，Ｂ間の距離は１mmに設定されている。 この実験には、実験例１と同一の電極・隔膜組
立体Ａ，Ｂを用いた。 このガス分離精製装置３の溶液流通室５に、水
酸化カリウム（KOH）の20wt％溶液を0.12／
分、2.2Kg／cm2・Ｇ（ゲージ圧）で供給した。ま
た、原料ガス室４に0.01Kg／cm2・Ｇの空気を80
／分で供給した。そして、組立体Ａを陰極、組
立体Ｂを陽極とし、これら組立体Ａ，Ｂ間に水の
電解に必要な電圧（1.25V）よりも低い電圧
0.96Vと、電流450Aを印加した。 以上の条件で装置を運転したところ、ガス回収
室６から純度99.99％、圧力２Kg／cm2・Ｇ（約
3atm）の酸素が毎分1.56（標準状態）得られ
た。 ついで、上記水酸化カリウム溶液の代わりに、
20wt％水酸化ナトリウム溶液を用いて同様の実
験を行つたところ、標準状態で1.55／分の酸素
（純度99.99％）を分離することができた。 本発明の電極・隔膜組立体は強い耐圧強度（約
20Kg／cm2以上）を有するので、本発明の電極・隔
膜組立体を備えたガス分離精製装置３は、溶液流
通室５の圧力を高く維持し得るものとなる。 またこの装置では、電極・隔膜組立体Ａ，Ｂが
良好なガス透過能を有するので、溶液流通室５の
圧力とほぼ等しい圧力のガスが得られた。このた
め、溶液流通室５の圧力を高めることにより、高
圧の酸素を多量に生産することができる。 実験例 ３ 実験例２と同一構造のガス分離精製装置３を用
いて、水素ガスの精製を行つた。 この実験に用いられた電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ
の仕様は以下の通りである。 () 電極・隔膜組立体Ａ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅膜とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、平均粒径0.038μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：白金系、粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：64％ 孔の口径：平均440Å () 電極・隔膜組立体Ｂ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmのガス
浸透層１と銅網とが順次積層されてなる３層
構造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、平均粒径0.038μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：白金系、粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：64％ 孔の口径：平均440Å このような電極・隔膜組立体Ａ，Ｂが取り付け
られたガス分離精製装置３の溶液流通室５に５重
量％の希硫酸溶液を0.2／分、2.2Kg／cm2・Ｇで
供給した。また、原料ガス室４に酸素と窒素を含
む純度99％の水素ガスを0.01Kg／cm2・Ｇ、８／
分で供給した。そして、組立体Ａを陽極、組立体
Ｂを陰極とし、組立体Ａ，Ｂ間に電圧0.2V（この
値は水電解に最低必要な電圧1.25Vよりも低い）
と、電流900Aを印加した。 以上の条件で装置を運転したところ、ガス回収
室６から純度99.999％、圧力２Kg／cm2・Ｇの水素
ガスが標準状態に換算して毎分6.26得られた。 この装置において、標準状態で１m3の水素ガス
を精製するのに要したエネルギーは0.48KW・hr
であつた。これに対して、従来のパラジウム膜を
利用した水素精製の場合は1.0KW・hr／m3、深
冷水素精製の場合は1.2KW・hr／m3であり、本
発明の電極・隔膜組立体を備えたガス分離精製装
置３によれば水素ガスの精製を効率良く行えるこ
とが確認できた。 実験例 ４ 本発明の電極・隔膜組立体を利用したガス発生
装置を試作して、水素ガスと酸素ガスを生産し
た。 第５図は、試作したガス発生装置７の概略構成
を示すものである。この装置は、溶液流通室８の
両側に発生ガス回収室９，１０が設けられてなる
もので、溶液流通室８と発生ガス回収室９，１０
と間はそれぞれ電極・隔膜組立体Ａ，Ｂで仕切ら
れている。電極・隔膜組立体Ａ，Ｂは、それぞれ
反応層２，２が溶液流通室８側に面するように取
り付けられ、膜Ａ，Ｂ間の距離は１mmに設定され
ている。 この実験に用いられた電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ
の仕様は以下の通りである。 () 電極・隔膜組立体Ａ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン65重量部、平均粒径0.042μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE35重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：RuO2系、粒径100Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：65％ 孔の口径：平均460Å () 電極・隔膜組立体Ｂ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、平均粒径0.038μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：白金系、粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å このような電極・隔膜組立体Ａ，Ｂが取り付け
られたガス発生装置７の溶液流通室８に20mol％
の希硫酸溶液を0.12／分、2.2Kg／cm2・Ｇで供
給しつつ、電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ間に電圧
1.8V、電流900Aを印加した。この際、組立体Ａ
を陽極、組立体Ｂを陽極とした。 以上の条件で装置を運転したところ、発生ガス
回収室９から酸素ガスを毎分3.13（標準状態
下）、発生ガス回収室１０から水素ガスを毎分
6.25（標準状態下）づつ得ることができた。 ついで、上記硫酸溶液の代わりに、アルカリ溶
液（25wt％水酸化カリウム溶液）、中性溶液
（20wt％硫酸ナトリウム溶液）等を用いて同様の
実験を行つたところ、同様に酸素ガス、水素ガス
を効率良く生産することができた。 実験例 ５ 実験例４のガス発生装置７を用いて、炭酸ガス
と水素ガスを生産した。 この実験に用いられた電極・隔膜組立体Ａ，Ｂ
の仕様は以下の通りである。 () 電極・隔膜組立体Ａ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmの多孔
性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層構
造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、（平均粒径0.042μ
ｍ）（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：粒径50Åの白金系触媒および粒径100
ÅのRuO2系触媒 (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å () 電極・隔膜組立体Ｂ 構造：厚さ0.1mmの反応層２と厚さ0.5mmのガ多
孔性膜１と銅網とが順次積層されてなる３層
構造。 面積：900cm2 (a) 反応層２ 組成：カーボン70重量部、平均粒径0.038μｍ
（撥水性：親水性＝１：１） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 触媒：白金系、粒径50Å (b) 多孔性膜１ 組成：撥水性カーボン70重量部、（平均粒径
0.042μｍ） PTFE30重量部、平均粒径0.25μｍ 空孔率：65％ 孔の口径：平均450Å まず、0.5mol／希硫酸溶液にメタノールを
10vol％混合した原料溶液を作成した。そして、
ガス発生装置７の溶液流通室８にこの原料溶液を
0.1／分、2.0Kg／cm2・Ｇで供給しつつ、電極・
隔膜組立体Ａ，Ｂ間に電圧0.6〜0.7V、電流450A
を印加した。この際、組立体Ａを陽極、組立体Ｂ
を陰極とした。また、原料溶液の温度は65℃であ
つた。 以上の条件で装置を運転したところ、発生ガス
回収室９から純度99.9％、圧力1.5Kg／cm2・Ｇの
炭酸ガスを標準状態に換算して毎分1.03、発生
ガス回収室１０から純度99.9％、圧力1.5Kg／
cm2・Ｇの水素ガスを標準状態に換算して毎分6.24
得ることができた。 この装置にあつては、メタノールが減極作用を
果たすので、電力使用量を大幅に低減できた。 「発明の効果」 本発明の電極・隔膜組立体の反応層は、親水性
のカーボン粉末と撥水性のカーボン粉末とが混合
分散した状態で結合固着されてなる多孔質のシー
ト状支持体中に触媒が担持されたものなので、多
孔質であり広い表面積を有している。この反応層
をなすシート状支持体中には溶液を吸着して反応
に供する親水性カーボン粉末が分散されているの
で、溶液は親水性カーボン粉末を伝わつて反応層
内にまで浸透し、反応にあずかることとなる。 そのうえ、本発明の電極・隔膜組立体において
は、反応層をなすシート状支持体中に親水性のカ
ーボン粉末と撥水性のカーボン粉末とが分散して
いるので、反応層に侵入した溶液には撥水性カー
ボン粉末に撥ねられ親水性カーボン粉末に吸着さ
れる力が作用する。このため、反応層の空孔中に
電解液が浸透した状態にあつても、反応層中はガ
ス流通に必要な空げきが容易に形成される得る状
態となつている。 従つて本発明の電極・隔膜組立体は、良好なガ
ス透過能を発揮する。そしてこのようにガスが円
滑に流通するので、多孔質なシート状支持体から
なる反応層の広い表面積が有効に利用され、高い
反応効率が達成される。よつて、本発明の電極・
隔膜組立体は、良好なガス透過性と高い反応効率
を兼備したものとなる。 また本発明の電極・隔膜組立体は、前述のよう
にガス透過性を発揮するものなので、良好なガス
透過性を維持しつつ、カーボンの充填密度をより
高めることが可能である。従つて、本発明の電
極・隔膜組立体は、電流密度を100〜500A／ｄm2
と大幅に向上し得るものとなる。（従来の一般的
な水電解装置にあつては、10〜20A／ｄm2程度で
あつた。） また、本発明の電極・隔膜組立体は、各種試験
の結果、強い耐圧強度を有するものであることが
確認された（20Kg／cm2以上）。このように本発明
の電極・隔膜組立体は強い耐圧強度と良好なガス
透過能を有するので、これを備えたガス分離精製
装置あるいはガス発生装置は、溶液流通室の圧力
を高く維持して、高圧のガスを多量に精製・生産
することができるものとなる。またこれらの装置
にあつては、電解液に圧力を加えることにより、
各極から高圧のガスを混合することなく得ること
ができるから、ガスの昇圧装置として利用するこ
とも可能である。 またさらに、本発明の電極・隔膜組立体は良好
なガス透過能を有するので、電解処理に使用され
た場合、生成されたガスの気泡で表面が覆われて
しまうことがなく、減極が防止され、高い電流効
率を実現できる。
第１図は本発明の電極・隔膜組立体の一実施例
を示す断面図、第２図は実験例１で用いた水素−
酸素燃料電池の構造を示す概略図、第３図は実験
例１で得られた結果を示す電圧−電流特性のグラ
フ、第４図および第５図はそれぞれ本発明の電
極・隔膜組立体を利用したガス発生装置を示す概
略構成図である。 １……多孔性膜、２……反応層。
を示す断面図、第２図は実験例１で用いた水素−
酸素燃料電池の構造を示す概略図、第３図は実験
例１で得られた結果を示す電圧−電流特性のグラ
フ、第４図および第５図はそれぞれ本発明の電
極・隔膜組立体を利用したガス発生装置を示す概
略構成図である。 １……多孔性膜、２……反応層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 微粒子が結合されてなりかつガス透過性があ
つて不透水性の多孔性膜と、該多孔性膜の表面に
設けられた反応層とからなる電極・隔膜組立体で
あつて、 前記反応層が、親水性カーボン粉末および撥水
性カーボン粉末がバインダーにより結合されてな
る多孔質なシート状支持体と、このシート状支持
体中に担持された触媒とにより形成されているこ
とを特徴とする電極・隔膜組立体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60154882A JPS6217193A (ja) | 1985-07-13 | 1985-07-13 | 電極・隔膜組立体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60154882A JPS6217193A (ja) | 1985-07-13 | 1985-07-13 | 電極・隔膜組立体 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62328802A Division JPH0668157B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | ガス浸透膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPS6217193A JPS6217193A (ja) | 1987-01-26 |
| JPH0124868B2 true JPH0124868B2 (ja) | 1989-05-15 |
Family
ID=15594014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60154882A Granted JPS6217193A (ja) | 1985-07-13 | 1985-07-13 | 電極・隔膜組立体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6217193A (ja) |
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Citations (1)
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| JPS59133386A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-07-31 | Asahi Glass Co Ltd | ガス拡散電極の製造法 |
-
1985
- 1985-07-13 JP JP60154882A patent/JPS6217193A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59133386A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-07-31 | Asahi Glass Co Ltd | ガス拡散電極の製造法 |
Also Published As
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| JPS6217193A (ja) | 1987-01-26 |
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