JPH06223835A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
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- JPH06223835A JPH06223835A JP5008355A JP835593A JPH06223835A JP H06223835 A JPH06223835 A JP H06223835A JP 5008355 A JP5008355 A JP 5008355A JP 835593 A JP835593 A JP 835593A JP H06223835 A JPH06223835 A JP H06223835A
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- supply layer
- diffusion electrode
- gas diffusion
- electrode
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- 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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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガス拡散電極はガスが侵入する通路を確保す
るためにその厚みが厚く構成されており、しかも、絶縁
性結着剤が多く含まれているために、導電性が劣ってい
た。そこで、導電性の改善されたガス拡散電極を提供す
る。 【構成】 ガス供給層４、触媒層３、及び集電板５より
ガス拡散電極が構成される。触媒層３は、ガス供給層４
の一方の側に接合され、集電板５はガス供給層４の他方
の側に接合されている。このガス供給層４中には、良導
性かつ耐蝕性のある金属又は金属酸化物の微粉末が含有
されている。このガス拡散電極は集電する際の比抵抗が
低いものとなる。
るためにその厚みが厚く構成されており、しかも、絶縁
性結着剤が多く含まれているために、導電性が劣ってい
た。そこで、導電性の改善されたガス拡散電極を提供す
る。 【構成】 ガス供給層４、触媒層３、及び集電板５より
ガス拡散電極が構成される。触媒層３は、ガス供給層４
の一方の側に接合され、集電板５はガス供給層４の他方
の側に接合されている。このガス供給層４中には、良導
性かつ耐蝕性のある金属又は金属酸化物の微粉末が含有
されている。このガス拡散電極は集電する際の比抵抗が
低いものとなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集電抵抗を減少させた
燃料電池、二次電池、電気化学的リアクター、電解用電
極に適用できるガス拡散電極に関する。
燃料電池、二次電池、電気化学的リアクター、電解用電
極に適用できるガス拡散電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池等に用いられるガス拡散電極の
一般的な構造を図１に示す。図１中、１１はガス供給
層、１２は触媒層、１３は集電板であり、ガス供給層１
１の一方の側に触媒層１２が接合され、ガス供給層１１
の他方の側に集電板１３が接合された構造をもってい
る。このガス供給層１１の構成材料には撥水性カーボン
と絶縁性結着材とが使用されており、触媒層１２の構成
材料には触媒を付着させた親水性カーボンと絶縁性結着
材等とが使用されている。このようなガス拡散電極は、
例えば、特開昭６３−２４５８６３号公報、特開昭６２
−２９０６９号公報、特開昭６２−１５４５７１号公報
等に示されている。
一般的な構造を図１に示す。図１中、１１はガス供給
層、１２は触媒層、１３は集電板であり、ガス供給層１
１の一方の側に触媒層１２が接合され、ガス供給層１１
の他方の側に集電板１３が接合された構造をもってい
る。このガス供給層１１の構成材料には撥水性カーボン
と絶縁性結着材とが使用されており、触媒層１２の構成
材料には触媒を付着させた親水性カーボンと絶縁性結着
材等とが使用されている。このようなガス拡散電極は、
例えば、特開昭６３−２４５８６３号公報、特開昭６２
−２９０６９号公報、特開昭６２−１５４５７１号公報
等に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】触媒層とガス供給層と
の接合部分で発生した電気をガス供給層に接合された集
電板により効率よく集電するためには、ガス供給層が低
抵抗でなければならない。しかしながら、ガス供給層は
ガスが侵入する通路を確保する必要のためにその層厚み
が厚く構成されており、しかも、絶縁性結着剤が多く含
まれているために、ガス拡散層の導電性が劣るという問
題点があった。
の接合部分で発生した電気をガス供給層に接合された集
電板により効率よく集電するためには、ガス供給層が低
抵抗でなければならない。しかしながら、ガス供給層は
ガスが侵入する通路を確保する必要のためにその層厚み
が厚く構成されており、しかも、絶縁性結着剤が多く含
まれているために、ガス拡散層の導電性が劣るという問
題点があった。
【０００４】そこで本発明は、導電性の改善されたガス
拡散電極を提供することを目的とする。
拡散電極を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明は、ガス供給層、触媒層、及び集電板よ
り構成され、該ガス供給層の一方の側に前記触媒層が接
合され、該ガス供給層の他方の側に前記集電板が接合さ
れた構造をもつ燃料電池用ガス拡散電極において、ガス
供給層中に電気良導性かつ耐蝕性のある金属又は金属酸
化物の微粉末を含有させることにより集電抵抗を減少さ
せたことを特徴とするガス拡散電極とするものである。
るために本発明は、ガス供給層、触媒層、及び集電板よ
り構成され、該ガス供給層の一方の側に前記触媒層が接
合され、該ガス供給層の他方の側に前記集電板が接合さ
れた構造をもつ燃料電池用ガス拡散電極において、ガス
供給層中に電気良導性かつ耐蝕性のある金属又は金属酸
化物の微粉末を含有させることにより集電抵抗を減少さ
せたことを特徴とするガス拡散電極とするものである。
【０００６】
【作用】カーボン粉末（黒鉛）とＲｕＯ2 とでは、比抵
抗が３０倍位カーボンの方が大きいので、ガス供給層中
に電気良導性かつ耐蝕性のある金属又は金属酸化物の微
粉末を含有させることにより、ガス拡散電極の集電抵抗
を減少させることができる。
抗が３０倍位カーボンの方が大きいので、ガス供給層中
に電気良導性かつ耐蝕性のある金属又は金属酸化物の微
粉末を含有させることにより、ガス拡散電極の集電抵抗
を減少させることができる。
【０００７】
【実施例１】本発明において使用される金属又は金属酸
化物には、電気良導性かつ耐蝕性を有するものが適して
おり、例えば、それら名称及びそれらの一般的な抵抗値
（比抵抗）を例示すれば、ＲｕＯ2 （３−５×１０-5Ω
・ｃｍ）、ＩｒＯ2 （３−６×１０-5Ω・ｃｍ）、Ｏｓ
Ｏ2 （６×１０-5Ω・ｃｍ）、Ｒｕ（７×１０-6Ω・ｃ
ｍ）、Ｔａ（１２．５×１０-6Ω・ｃｍ）、Ｍｏ（５．
２×１０-6Ω・ｃｍ）等が挙げられる。
化物には、電気良導性かつ耐蝕性を有するものが適して
おり、例えば、それら名称及びそれらの一般的な抵抗値
（比抵抗）を例示すれば、ＲｕＯ2 （３−５×１０-5Ω
・ｃｍ）、ＩｒＯ2 （３−６×１０-5Ω・ｃｍ）、Ｏｓ
Ｏ2 （６×１０-5Ω・ｃｍ）、Ｒｕ（７×１０-6Ω・ｃ
ｍ）、Ｔａ（１２．５×１０-6Ω・ｃｍ）、Ｍｏ（５．
２×１０-6Ω・ｃｍ）等が挙げられる。
【０００８】金属又は金属酸化物を添加する意義は、こ
れらの抵抗値は電極材料であるカーボン粉末に比べて非
常に小さく、例えば、ＲｕＯ2 では、カーボン粉末（黒
鉛の場合）に比べて比抵抗が３０分の１程度で比抵抗が
小さく、またカーボン粉末（黒鉛の場合）に比べて比重
が小さく、製造される電極の厚みを小さくできる点であ
る。
れらの抵抗値は電極材料であるカーボン粉末に比べて非
常に小さく、例えば、ＲｕＯ2 では、カーボン粉末（黒
鉛の場合）に比べて比抵抗が３０分の１程度で比抵抗が
小さく、またカーボン粉末（黒鉛の場合）に比べて比重
が小さく、製造される電極の厚みを小さくできる点であ
る。
【０００９】次に本発明を図に基づいてさらに詳細に説
明する。図２は、本発明のガス拡散電極を用いたメタノ
ール燃料電池の一例を示す。図２中、６はガス拡散電極
からなるメタノール極であり、７はそれに対向する空気
極である。メタノール極６と空気極７との間は、電解質
室８が形成され、メタノール極６の他方の側に燃料室９
が、また空気極７の他方の側には空気室１０が形成され
ている。
明する。図２は、本発明のガス拡散電極を用いたメタノ
ール燃料電池の一例を示す。図２中、６はガス拡散電極
からなるメタノール極であり、７はそれに対向する空気
極である。メタノール極６と空気極７との間は、電解質
室８が形成され、メタノール極６の他方の側に燃料室９
が、また空気極７の他方の側には空気室１０が形成され
ている。
【００１０】図３に、図２中のＡの部分の拡大を示す。
ガス拡散電極であるメタノール極６は、図３に示すよう
に触媒層３（左半分）と、ガス供給層４（右半分）と集
電板５とからなる。前記触媒層３は、触媒２を担持した
導電性多孔質体または微粉体に絶縁性撥水性樹脂を分散
混合して結着することにより半撥水性の多孔質体又は微
粉体の触媒層３が得られる。この触媒層３には電解液を
含浸することのできる親水性部分と、ガス通路となる撥
水性部分とから構成される。
ガス拡散電極であるメタノール極６は、図３に示すよう
に触媒層３（左半分）と、ガス供給層４（右半分）と集
電板５とからなる。前記触媒層３は、触媒２を担持した
導電性多孔質体または微粉体に絶縁性撥水性樹脂を分散
混合して結着することにより半撥水性の多孔質体又は微
粉体の触媒層３が得られる。この触媒層３には電解液を
含浸することのできる親水性部分と、ガス通路となる撥
水性部分とから構成される。
【００１１】前記ガス供給層４は、触媒２を担持してい
ない導電性多孔質体または微粉体に撥水性樹脂を分散混
合し、さらにこの混合物に電気良導性かつ耐蝕性のある
金属又は金属酸化物の微粉末を添加することにより得ら
れる。本発明のガス拡散電極は、上記触媒層３とガス供
給層４およびＳＵＳ製の集電板５の３者が、まずコール
ドプレスされて接合され、さらにこれらをホットプレス
して接合することにより形成される。
ない導電性多孔質体または微粉体に撥水性樹脂を分散混
合し、さらにこの混合物に電気良導性かつ耐蝕性のある
金属又は金属酸化物の微粉末を添加することにより得ら
れる。本発明のガス拡散電極は、上記触媒層３とガス供
給層４およびＳＵＳ製の集電板５の３者が、まずコール
ドプレスされて接合され、さらにこれらをホットプレス
して接合することにより形成される。
【００１２】前記撥水性樹脂としてはポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥと略す）等が用いられ、導電性微
粉体としては、カーボンブラック等が用いられる。さら
にＰＴＦＥとカーボンブラックの混合物に電気良導性か
つ耐蝕性のある金属又は金属酸化物の微粉末（Ｒｕ
Ｏ2 、ＩｒＯ2 、ＯｓＯ2 、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ等）を添
加する。
ロエチレン（ＰＴＦＥと略す）等が用いられ、導電性微
粉体としては、カーボンブラック等が用いられる。さら
にＰＴＦＥとカーボンブラックの混合物に電気良導性か
つ耐蝕性のある金属又は金属酸化物の微粉末（Ｒｕ
Ｏ2 、ＩｒＯ2 、ＯｓＯ2 、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ等）を添
加する。
【００１３】この電気良導性かつ耐蝕性のある金属又は
金属酸化物の微粉末の添加量は、ＰＴＦＥとカーボンブ
ラックの混合物に対して、重量比を約１０％とすると集
電抵抗がもっとも低くなり最適である。 （１）ＲｕＯ2 微粉末添加ガス供給層作成法 撥水性カーボンブラック微粉末とＰＴＦＥ微粉末を重量
比３．５：６．５を予め水に分散させておき、水を溶媒
として超音波分散させ、原料分散液を得た。
金属酸化物の微粉末の添加量は、ＰＴＦＥとカーボンブ
ラックの混合物に対して、重量比を約１０％とすると集
電抵抗がもっとも低くなり最適である。 （１）ＲｕＯ2 微粉末添加ガス供給層作成法 撥水性カーボンブラック微粉末とＰＴＦＥ微粉末を重量
比３．５：６．５を予め水に分散させておき、水を溶媒
として超音波分散させ、原料分散液を得た。
【００１４】次に、この原料分散液を濾過し、乾燥して
ケーキを作成した。平均粒径１〜３μｍのＲｕＯ2 微粉
末を前記乾燥ケーキの全体重量に対して、添加量がそれ
ぞれ０，５，１０，１５，２０重量％となるように添加
して、添加量が異なる５種類のものをそれぞれ調製し、
混練したのち圧延してシート状に成形し、乾燥させた。
ケーキを作成した。平均粒径１〜３μｍのＲｕＯ2 微粉
末を前記乾燥ケーキの全体重量に対して、添加量がそれ
ぞれ０，５，１０，１５，２０重量％となるように添加
して、添加量が異なる５種類のものをそれぞれ調製し、
混練したのち圧延してシート状に成形し、乾燥させた。
【００１５】（２）触媒層用原料調製法 Ｐｔが担持された親水性カーボンブラック微粉末と、Ｐ
ＴＦＥが担持された撥水性カーボンブラック微粉末を
６：４の重量比でミキサーで混合した。 （３）電極組立法 前記（１）で作成されたガス供給層のシートとＳＵＳ製
集電板とを４００ｋｇ／ｃｍ2 にてコールドプレスした
後、ガス供給層の上に前記（２）で調製した触媒層（粉
末混合物）を重ね、１００ｋｇ／ｃｍ2 にて再度コール
ドプレスを行う。
ＴＦＥが担持された撥水性カーボンブラック微粉末を
６：４の重量比でミキサーで混合した。 （３）電極組立法 前記（１）で作成されたガス供給層のシートとＳＵＳ製
集電板とを４００ｋｇ／ｃｍ2 にてコールドプレスした
後、ガス供給層の上に前記（２）で調製した触媒層（粉
末混合物）を重ね、１００ｋｇ／ｃｍ2 にて再度コール
ドプレスを行う。
【００１６】上記ＳＵＳ製集電板には、特願平４−２２
３７３７号に記載された集電板、即ち、複数個の導電性
の網状開口部と導電性の板状部を備え該板状部が前記開
口部周縁を形成するように構成された集電板を用いる。
次に、各層中に含まれている結着剤すなわちＰＴＦＥを
溶かして電極全体を固定する目的で、電極全体を３４５
℃、５ｋｇ／ｃｍ2 にてホットプレスする。
３７３７号に記載された集電板、即ち、複数個の導電性
の網状開口部と導電性の板状部を備え該板状部が前記開
口部周縁を形成するように構成された集電板を用いる。
次に、各層中に含まれている結着剤すなわちＰＴＦＥを
溶かして電極全体を固定する目的で、電極全体を３４５
℃、５ｋｇ／ｃｍ2 にてホットプレスする。
【００１７】（４）抵抗値の比較データ ガス供給層に前記のとおり、ＲｕＯ2 微粉末を乾燥ケー
キの全体重量に対して、添加量がそれぞれ５，１０，１
５，２０重量％となる添加量の電極材料により製造され
た電極と、ＲｕＯ2 微粉末の無添加の材料により製造さ
れた電極の電極全体としての抵抗値を２Ｍ Ｈ2 ＳＯ4
中での電流遮断法により求めたところ、次の表１に示す
ような比抵抗値が得られた。なお、この場合の測定値は
電極の厚みを考慮せず、面積抵抗値（単位；Ω・ｃ
ｍ2 ）を得た。また表１の実験結果を図４にグラフとし
て示した。
キの全体重量に対して、添加量がそれぞれ５，１０，１
５，２０重量％となる添加量の電極材料により製造され
た電極と、ＲｕＯ2 微粉末の無添加の材料により製造さ
れた電極の電極全体としての抵抗値を２Ｍ Ｈ2 ＳＯ4
中での電流遮断法により求めたところ、次の表１に示す
ような比抵抗値が得られた。なお、この場合の測定値は
電極の厚みを考慮せず、面積抵抗値（単位；Ω・ｃ
ｍ2 ）を得た。また表１の実験結果を図４にグラフとし
て示した。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１によれば、ＲｕＯ2 微粉末の乾燥ケー
キの全体重量に対する添加量が、次第に多くなると比抵
抗値が減少し、１０重量％の時に最小の比抵抗値が得ら
れた。また、ＲｕＯ2 微粉末の添加量が１０重量％を越
えると次第に比抵抗値が高くなり、さらに添加量が１５
重量％を越える場合には、添加しない場合よりも抵抗値
が上がってしまうので添加する効果はないことがわか
る。
キの全体重量に対する添加量が、次第に多くなると比抵
抗値が減少し、１０重量％の時に最小の比抵抗値が得ら
れた。また、ＲｕＯ2 微粉末の添加量が１０重量％を越
えると次第に比抵抗値が高くなり、さらに添加量が１５
重量％を越える場合には、添加しない場合よりも抵抗値
が上がってしまうので添加する効果はないことがわか
る。
【００２０】
【発明の効果】電解液に侵されず、集電する際の比抵抗
のより低い燃料電池用ガス拡散電極を提供することがで
きる。
のより低い燃料電池用ガス拡散電極を提供することがで
きる。
【図１】燃料電池等に用いられるガス拡散電極の一般的
な構造を示す。
な構造を示す。
【図２】本発明のガス拡散電極を用いたメタノール燃料
電池の一例を示す。
電池の一例を示す。
【図３】本発明のガス拡散電極を示す。
【図４】ＲｕＯ2 微粉末の添加量に対する比抵抗に及ぼ
す添加効果を示すグラフ。
す添加効果を示すグラフ。
１ ＣＯ2 ２ 触媒 ３ 触媒層 ４ ガス供給層 ５ 集電板 ６ メタノール極 ７ 空気極 ８ 電解質室 ９ 燃料室 １０ 空気室
Claims (1)
- 【請求項１】 ガス供給層、触媒層、及び集電板より構
成され、該ガス供給層の一方の側に前記触媒層が接合さ
れ、該ガス供給層の他方の側に前記集電板が接合された
構造をもつ燃料電池用ガス拡散電極において、ガス供給
層中に電気良導性かつ耐蝕性のある金属又は金属酸化物
の微粉末を含有させることにより集電抵抗を減少させた
ことを特徴とするガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5008355A JPH06223835A (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5008355A JPH06223835A (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06223835A true JPH06223835A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=11690928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5008355A Pending JPH06223835A (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06223835A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997020358A1 (de) * | 1995-11-28 | 1997-06-05 | Hoechst Research & Technology Deutschland Gmbh & Co. Kg | Gasdiffusionselektrode für polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen |
| JP2003027269A (ja) * | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Choichi Furuya | 触媒含有ガス拡散電極 |
| WO2003049935A1 (fr) * | 2001-12-13 | 2003-06-19 | Beijing Meiliyuan Tech. Co., Ltd | Feuille de micropoudre compacte inorganique, son procede de production et produit ainsi obtenu |
| JP2009152143A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体および固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法 |
| WO2012023535A1 (ja) * | 2010-08-16 | 2012-02-23 | Matsumoto Hiroshige | 水電解セル |
| JP2020105617A (ja) * | 2018-12-28 | 2020-07-09 | 富士電機株式会社 | 調湿素子及び調湿ユニット |
-
1993
- 1993-01-21 JP JP5008355A patent/JPH06223835A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997020358A1 (de) * | 1995-11-28 | 1997-06-05 | Hoechst Research & Technology Deutschland Gmbh & Co. Kg | Gasdiffusionselektrode für polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen |
| JP2003027269A (ja) * | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Choichi Furuya | 触媒含有ガス拡散電極 |
| WO2003049935A1 (fr) * | 2001-12-13 | 2003-06-19 | Beijing Meiliyuan Tech. Co., Ltd | Feuille de micropoudre compacte inorganique, son procede de production et produit ainsi obtenu |
| JP2009152143A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体および固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法 |
| WO2012023535A1 (ja) * | 2010-08-16 | 2012-02-23 | Matsumoto Hiroshige | 水電解セル |
| JP2012041578A (ja) * | 2010-08-16 | 2012-03-01 | Hiroshige Matsumoto | 水電解セル |
| JP2020105617A (ja) * | 2018-12-28 | 2020-07-09 | 富士電機株式会社 | 調湿素子及び調湿ユニット |
| CN112752870A (zh) * | 2018-12-28 | 2021-05-04 | 富士电机株式会社 | 湿度调节元件及湿度调节单元 |
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