JPS6123780A - 塩化アルカリ電解用酸素陰極及びその製造方法 - Google Patents
塩化アルカリ電解用酸素陰極及びその製造方法Info
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- JPS6123780A JPS6123780A JP14330184A JP14330184A JPS6123780A JP S6123780 A JPS6123780 A JP S6123780A JP 14330184 A JP14330184 A JP 14330184A JP 14330184 A JP14330184 A JP 14330184A JP S6123780 A JPS6123780 A JP S6123780A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野１
本発明は、塩化アルカリの電解、特にイオン交換膜法又
はＳＰＥ法による塩化アルカリの電解において、陰極内
部に酸素又は空気等の酸素含有ガスを供給して陰極反応
を行わせ陰極側に水素を発生させることなく塩化アルカ
リの水溶液を電解する方法において用いる酸素陰極に関
するものである。
はＳＰＥ法による塩化アルカリの電解において、陰極内
部に酸素又は空気等の酸素含有ガスを供給して陰極反応
を行わせ陰極側に水素を発生させることなく塩化アルカ
リの水溶液を電解する方法において用いる酸素陰極に関
するものである。
［従来の技術１
近年、塩化アルカリ電解工業においては、公；Ｉｆ防止
の観点から水銀法に代わり隔膜法が用いられるようにな
り、更に高濃度、高純度の苛性ソーブを得るためにイオ
ン交換膜法が主流となりつつある。また、電解液による
オー７１損をなくし小米るだけ低電圧での電解を行うた
めのＳ Ｉ” Ｅ法も開発されている。
の観点から水銀法に代わり隔膜法が用いられるようにな
り、更に高濃度、高純度の苛性ソーブを得るためにイオ
ン交換膜法が主流となりつつある。また、電解液による
オー７１損をなくし小米るだけ低電圧での電解を行うた
めのＳ Ｉ” Ｅ法も開発されている。
こうしたイオン交換膜法またはＳ Ｐ Ｅ法において更
に低電圧での電解を可能とするため種々の研究がなされ
ているが、その内陰極に関しては、陰極側に外部から酸
素又は空気等の酸素含有〃スを供給して陰極内部に拡散
させ、この酸素を陰極液中の水と反応させることにより
水酸イオンを生成させ、陰極側に水素〃スを発生させる
ことなく電解を行う方法により摺電圧を低Ｆできること
が知られている。この方法に用いられるいわゆる酸素陰
極は、ｌ１３極内部に〃スが拡散されるような構造でな
ければならず、陰極特性に優れ且つ耐久性を有すること
が安水される。また〃ス透過性の陰極を介して陰極液が
漏洩するのを防止するためのニー夫も必要である１゜ 従来、このような酸素陰極としては、疎水性物質である
ポリテトラフルオロエチレンの粒子と触媒物質を混合し
て固めたものを集電体であるニッケル格子や網状体又は
多孔体に密着させたＮＩＩ造のものや多孔質焼結合金に
触媒物質を含浸した後ポリテトラプルオロエチレンで疎
水処理を行ったもの等（例えば特開昭５４−９７６００
号）、或いは馴 また触媒物質や疎水性物質の混練焼成物に特殊な造花剤
を添加して陰極性能を改善しようとするもの等（例えば
特開昭５５−２８２１６’；）が知られているが、細孔
層として焼結合金を用いる場合は、孔径分布の制御が難
しく薄いものは割れやすいという欠、−χがあり、陰極
活性層がポリテトラフルオロエチレン等で固めたものは
、陰極の性能上なお不十分であり、集電体との接合に問
題がある。またいずれの場合にも集電体との接触抵抗が
生じて塩化アルカリ電解用の酸素陰極としては十分な性
能のものは得・られていないのが現状である。
に低電圧での電解を可能とするため種々の研究がなされ
ているが、その内陰極に関しては、陰極側に外部から酸
素又は空気等の酸素含有〃スを供給して陰極内部に拡散
させ、この酸素を陰極液中の水と反応させることにより
水酸イオンを生成させ、陰極側に水素〃スを発生させる
ことなく電解を行う方法により摺電圧を低Ｆできること
が知られている。この方法に用いられるいわゆる酸素陰
極は、ｌ１３極内部に〃スが拡散されるような構造でな
ければならず、陰極特性に優れ且つ耐久性を有すること
が安水される。また〃ス透過性の陰極を介して陰極液が
漏洩するのを防止するためのニー夫も必要である１゜ 従来、このような酸素陰極としては、疎水性物質である
ポリテトラフルオロエチレンの粒子と触媒物質を混合し
て固めたものを集電体であるニッケル格子や網状体又は
多孔体に密着させたＮＩＩ造のものや多孔質焼結合金に
触媒物質を含浸した後ポリテトラプルオロエチレンで疎
水処理を行ったもの等（例えば特開昭５４−９７６００
号）、或いは馴 また触媒物質や疎水性物質の混練焼成物に特殊な造花剤
を添加して陰極性能を改善しようとするもの等（例えば
特開昭５５−２８２１６’；）が知られているが、細孔
層として焼結合金を用いる場合は、孔径分布の制御が難
しく薄いものは割れやすいという欠、−χがあり、陰極
活性層がポリテトラフルオロエチレン等で固めたものは
、陰極の性能上なお不十分であり、集電体との接合に問
題がある。またいずれの場合にも集電体との接触抵抗が
生じて塩化アルカリ電解用の酸素陰極としては十分な性
能のものは得・られていないのが現状である。
［発明が解決しようとする問題点１
上記の問題点に鑑み、本発明は塩化アルカリ電解用の酸
素陰極の陰極基板材質の改善及び電極基板と集電体との
接合性についての問題を解決しようとするものであり、
電極基板を、耐食性、耐久性を有し気孔率や細孔径の調
節が容易な材質とし、且つ電極基板と集電体とを一体的
に接合する、：とにより接触抵抗をできるだけ小さくし
た酸素陰極を提供すべくなされたものである。
素陰極の陰極基板材質の改善及び電極基板と集電体との
接合性についての問題を解決しようとするものであり、
電極基板を、耐食性、耐久性を有し気孔率や細孔径の調
節が容易な材質とし、且つ電極基板と集電体とを一体的
に接合する、：とにより接触抵抗をできるだけ小さくし
た酸素陰極を提供すべくなされたものである。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、電極基板と集電体とを共に炭素質材料で構成
することによりこれらの間の接合性を優れたものとした
。即ち、本発明は、緻密炭素材料からなる集電体、多孔
質炭素材料からなる電極基板及び該電極基板に担持され
る触媒を含み、前記集電体とｉｊｆ記電極電極基板互い
の接合面において炭化状態で接合し−・体化しているこ
とを特徴とする塩化アルカリ電解用酸素陰極及びその製
造方法に関する。
することによりこれらの間の接合性を優れたものとした
。即ち、本発明は、緻密炭素材料からなる集電体、多孔
質炭素材料からなる電極基板及び該電極基板に担持され
る触媒を含み、前記集電体とｉｊｆ記電極電極基板互い
の接合面において炭化状態で接合し−・体化しているこ
とを特徴とする塩化アルカリ電解用酸素陰極及びその製
造方法に関する。
第１図は、本発明にかかる電解用酸素陰極の１例の横断
面図であり、図において、１は緻密炭素〜質材料からな
る集電体であり、２は多孔質炭素材料からなる電極基板
であり、集電体１と電極基板２とはその接合面において
炭化状態で接合されている。電極Ｊ、１．＆２には触媒
が担持されている。触媒は多孔質電極基板の細孔内に浸
透しているが、必要に応じて電極ノ１（板の表面上に更
に触媒層−３が形成される。
面図であり、図において、１は緻密炭素〜質材料からな
る集電体であり、２は多孔質炭素材料からなる電極基板
であり、集電体１と電極基板２とはその接合面において
炭化状態で接合されている。電極Ｊ、１．＆２には触媒
が担持されている。触媒は多孔質電極基板の細孔内に浸
透しているが、必要に応じて電極ノ１（板の表面上に更
に触媒層−３が形成される。
（電極基板）
本発明において用いる電極基板は、酸素陰極としての適
用−ヒ望ましくは次のような物性を有する。
用−ヒ望ましくは次のような物性を有する。
厚さ０．２〜２ ｓｚ、孔径５〜１． （１（ｌμｓ、
１１’ス透過度５ ｘ（１／ ｃｘ−ｈｒ−ｉｙｉｙ
Ｈ２０以」二、強度３０Ｋ。
１１’ス透過度５ ｘ（１／ ｃｘ−ｈｒ−ｉｙｉｙ
Ｈ２０以」二、強度３０Ｋ。
／ＣＪＩ２以上、電気抵抗５０ａΩ・ＣＩ以十、熱伝導
度０ 、５ Ｋｃａｌ／ ａ ・Ｉ＋ｒ ・”Ｃ以上。
度０ 、５ Ｋｃａｌ／ ａ ・Ｉ＋ｒ ・”Ｃ以上。
上記のような物性の電極基板は、例えば炭素繊維と結合
材及び細孔形成物質を混合し、細孔形成物質が溶媒に可
溶性のものである場合には加圧成形後細孔形成物質を除
去し更に焼成して製造され、細孔形成物質が高温で揮発
性のものである場合には加圧成形後溶出工程なしに焼成
された多孔質炭素材料からなるものである。これは、例
えば本件出願人の先の出願による特開昭５６−４８７０
０号又は特開昭５６−２１４２５８号、に開示されてい
るものであり、製法の具体例を示せば次の通りである。
材及び細孔形成物質を混合し、細孔形成物質が溶媒に可
溶性のものである場合には加圧成形後細孔形成物質を除
去し更に焼成して製造され、細孔形成物質が高温で揮発
性のものである場合には加圧成形後溶出工程なしに焼成
された多孔質炭素材料からなるものである。これは、例
えば本件出願人の先の出願による特開昭５６−４８７０
０号又は特開昭５６−２１４２５８号、に開示されてい
るものであり、製法の具体例を示せば次の通りである。
骨材として糸径６〜２０μＩ、糸［０，０５＝２０１１
１Ｎの予め１５００℃以上で焼成された炭素繊維を１０
〜８０％、結合材として７エ７−ル樹脂、石油系ピッチ
、石炭系ピッチ、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂
を１０〜５０％、細孔形成物質としてポリエチレン、ポ
リビニルアルコール、ポリメタアクリレート、ナイロン
のような高温で揮発性のもの、又は食塩、ショ糖、芒硝
、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリメチル
メタクリレートのような溶媒に可溶性のものを１０〜６
０％使用して、これらを混合し、温度５０〜２（）０℃
、圧力０．０１−２０００ Ｋｇ／ｃｉ２の条件下で成
形した後、細孔形成物質か溶媒に可溶性のちのである場
合には細孔形成物質を溶出除去した後火に１５００〜３
０００℃で焼成し、また細一孔形成物質が高温で揮発性
のものである場合には曲記成形工程の後溶出除去の工程
なしに前記温度で焼成する。
１Ｎの予め１５００℃以上で焼成された炭素繊維を１０
〜８０％、結合材として７エ７−ル樹脂、石油系ピッチ
、石炭系ピッチ、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂
を１０〜５０％、細孔形成物質としてポリエチレン、ポ
リビニルアルコール、ポリメタアクリレート、ナイロン
のような高温で揮発性のもの、又は食塩、ショ糖、芒硝
、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリメチル
メタクリレートのような溶媒に可溶性のものを１０〜６
０％使用して、これらを混合し、温度５０〜２（）０℃
、圧力０．０１−２０００ Ｋｇ／ｃｉ２の条件下で成
形した後、細孔形成物質か溶媒に可溶性のちのである場
合には細孔形成物質を溶出除去した後火に１５００〜３
０００℃で焼成し、また細一孔形成物質が高温で揮発性
のものである場合には曲記成形工程の後溶出除去の工程
なしに前記温度で焼成する。
本発明の電極基板の製造においては最後の焼成は、後に
述べるように集電体との接合のための焼成で兼ねること
ができる。
述べるように集電体との接合のための焼成で兼ねること
ができる。
」−記のようにして作成される電極基板は細孔の制御、
調整が容易であり、触媒を担持するのに優れ且つ供給す
る酸素の分散状態の良いものである。 １（
集電体） また本発明において用いる集電体は、ｖｌ密炭素材料か
らなるものであり、望ましくは次のような物性を有する
。
調整が容易であり、触媒を担持するのに優れ且つ供給す
る酸素の分散状態の良いものである。 １（
集電体） また本発明において用いる集電体は、ｖｌ密炭素材料か
らなるものであり、望ましくは次のような物性を有する
。
ガス透過度１０−’ｔｔｔｌ！／ ｃｘ ・ｈｒ−ｉｘ
ｌ−＋ ２０以丁、強度５００Ｋｇ／ｃｍ２以上、電気
抵抗１０ＩΩ・（＃以下、熱伝導度３ Ｋ ｃａｌ／
ａ−１＋ｒ ・’ＩＣ以Ｉ−０このような物性の＆を密
度素質材料は例えば次のようにして製造することができ
る。
ｌ−＋ ２０以丁、強度５００Ｋｇ／ｃｍ２以上、電気
抵抗１０ＩΩ・（＃以下、熱伝導度３ Ｋ ｃａｌ／
ａ−１＋ｒ ・’ＩＣ以Ｉ−０このような物性の＆を密
度素質材料は例えば次のようにして製造することができ
る。
粒径１〜１００μ１１真密度１．８ｇ／ｃｚ３以ドのハ
ードカーボン粒子を３０〜９１）Ｖｏ１％に対し、結合
材としてフェノール樹脂、石油系ピッチ、石炭系ピッチ
、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂などの内１つ又
は２つ以−Ｉ−、組み合わせたものを粒径１〜１００μ
肩にして、混介し、温度８０−２００℃、圧力１０・−
４（ｌ Ｏ（ｌ Ｋ ｇ／ ｃｘ２の条件ドで成形し、
その後ｊ：： ５００−１５０ （１’Ｃｔ’焼成する
。上記のハードカーボン粒子に代えて粒径１−１００μ
肩、嵩密度１． ８ＦＩ／ｃ＊３以１−のソフトカーボ
ン粒子を用いることもできる。また結合材として、液体
７エ／−ル樹脂、液状石油ピッチ、液状石炭ビッナ、液
状エポキシ樹脂、液状ポリビニルアルコール等の液状バ
イングニを使用することもできる。
ードカーボン粒子を３０〜９１）Ｖｏ１％に対し、結合
材としてフェノール樹脂、石油系ピッチ、石炭系ピッチ
、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂などの内１つ又
は２つ以−Ｉ−、組み合わせたものを粒径１〜１００μ
肩にして、混介し、温度８０−２００℃、圧力１０・−
４（ｌ Ｏ（ｌ Ｋ ｇ／ ｃｘ２の条件ドで成形し、
その後ｊ：： ５００−１５０ （１’Ｃｔ’焼成する
。上記のハードカーボン粒子に代えて粒径１−１００μ
肩、嵩密度１． ８ＦＩ／ｃ＊３以１−のソフトカーボ
ン粒子を用いることもできる。また結合材として、液体
７エ／−ル樹脂、液状石油ピッチ、液状石炭ビッナ、液
状エポキシ樹脂、液状ポリビニルアルコール等の液状バ
イングニを使用することもできる。
来電体は、酸素又は空気等の酸素含有ガスを外部より導
入してＰ３極に送り込むことができるような構造とする
。ｊｐ２図は、第１図の構造の酸素陰極に用いる集電体
の斜視図で゛あり、これはガスの流路となる複数のリブ
（例えば口径２〜１０ｙｚ、ピッチ４〜２０ＪＩＪ）を
片側に設けた板状体に形成されている。集電体の構造に
ついては電解槽の′構゛造に応じて種々の応用が考えら
れる。第３図に、第２図に示した集電体をバイポーラ型
電解槽に適用した場合の横断面図を示す。ｐＩＳ３図に
おいて、４は電解槽の−・単位であり、５は 集電体１
、電極基板２及びこれに担持される触媒を含む酸素陰極
であり、６は陽極である。陰極ｇ７と陽極室８とは、陽
イオン交換ｖ９によって区ｌＴ１１されている。
入してＰ３極に送り込むことができるような構造とする
。ｊｐ２図は、第１図の構造の酸素陰極に用いる集電体
の斜視図で゛あり、これはガスの流路となる複数のリブ
（例えば口径２〜１０ｙｚ、ピッチ４〜２０ＪＩＪ）を
片側に設けた板状体に形成されている。集電体の構造に
ついては電解槽の′構゛造に応じて種々の応用が考えら
れる。第３図に、第２図に示した集電体をバイポーラ型
電解槽に適用した場合の横断面図を示す。ｐＩＳ３図に
おいて、４は電解槽の−・単位であり、５は 集電体１
、電極基板２及びこれに担持される触媒を含む酸素陰極
であり、６は陽極である。陰極ｇ７と陽極室８とは、陽
イオン交換ｖ９によって区ｌＴ１１されている。
第４図及び第６図は、別の構造例の集電体を用いた酸素
陰極の横断面図を示すものであり、ＰＳ７ 。
陰極の横断面図を示すものであり、ＰＳ７ 。
図は、第６図のＡ−Ａ線断面図である。第５図は、第４
図の構造の酸素陰極をモノポーラ型電解イ１に適用した
場合の横断面図である。酸素陰極５の片側、陽イオン交
換膜９により区画された陰極室７と陽極室８、及び陽極
６によって、電解層の−・単位４が構成される。
図の構造の酸素陰極をモノポーラ型電解イ１に適用した
場合の横断面図である。酸素陰極５の片側、陽イオン交
換膜９により区画された陰極室７と陽極室８、及び陽極
６によって、電解層の−・単位４が構成される。
第５図に示される電解槽における酸素陰極の代わりに、
第６図の酸素陰極を用いることができる。
第６図の酸素陰極を用いることができる。
ｆＩＳ６図の酸素陰極においては、集電体１の酸素〃ス
供給通路は両側の陰極室について共通の構造となってい
る。
供給通路は両側の陰極室について共通の構造となってい
る。
（電極基板と集電体との接合）
萌述のようにして各々作成された電極基板と集電体は、
その接合すべき面を突き合わせて温度８０−２００℃、
圧力０．０１−２０００ Ｋｇ／ｃｘ’で接合し、更に
１５００°Ｃ以上で焼成することによって、互いの接合
面において炭化状態で一体化され、上記第１図、第４図
又は第６図のように形成される。
その接合すべき面を突き合わせて温度８０−２００℃、
圧力０．０１−２０００ Ｋｇ／ｃｘ’で接合し、更に
１５００°Ｃ以上で焼成することによって、互いの接合
面において炭化状態で一体化され、上記第１図、第４図
又は第６図のように形成される。
電極基板を焼成してから集電体と接合する場合には、接
合材が必要であり、接合材としては、電極基板の材料の
１つとして用いた、７よ／−ル崩脂、石油系ピッチ、石
炭系ピッチ、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等の
結合材と同様のものを用いる。電極基板の焼成工程を集
電体との接合の際の焼成で兼ねる場合には、成形後焼成
前の電極基板と予備焼成後の集電体とを接合して焼成す
る。集電体の−ｒ４Ｒ焼成は両者の熱挙動を一致させる
ために行なわれる。この場合には接合材は必ずしも必要
ではないが、」１記と同様の接合材を用いでもよい。電
極基板の焼成を、電極基板と集電体との接合のための焼
成工程で兼ねる場合には焼成工程が一回節約される２１
人で望ましい。この焼成により、両者の接合とともに電
極基板は多孔質炭素化され、集電体は緻密炭素化される
。
合材が必要であり、接合材としては、電極基板の材料の
１つとして用いた、７よ／−ル崩脂、石油系ピッチ、石
炭系ピッチ、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等の
結合材と同様のものを用いる。電極基板の焼成工程を集
電体との接合の際の焼成で兼ねる場合には、成形後焼成
前の電極基板と予備焼成後の集電体とを接合して焼成す
る。集電体の−ｒ４Ｒ焼成は両者の熱挙動を一致させる
ために行なわれる。この場合には接合材は必ずしも必要
ではないが、」１記と同様の接合材を用いでもよい。電
極基板の焼成を、電極基板と集電体との接合のための焼
成工程で兼ねる場合には焼成工程が一回節約される２１
人で望ましい。この焼成により、両者の接合とともに電
極基板は多孔質炭素化され、集電体は緻密炭素化される
。
（触媒）
上記のように電極基板と集電体が一体化された後、電極
基板に触媒が導入される。触媒は塩化アルカリ電解用の
酸素陰極触媒として適切なもの、′ｌ 即ち陰極に導入された酸素が電解液中の水と反応して水
酸イオンを生成する反応を促進する作用を有する公知の
もの、例えば白金、銀ｔ９・のｉ？ｊ金属、ラネー銀、
その他のものを用いる。特にカーボンブラック粒子の表
面に貴金属粒子をまぶした貴金属担持カーボンブラック
は本発明において望ましく使用できる。
基板に触媒が導入される。触媒は塩化アルカリ電解用の
酸素陰極触媒として適切なもの、′ｌ 即ち陰極に導入された酸素が電解液中の水と反応して水
酸イオンを生成する反応を促進する作用を有する公知の
もの、例えば白金、銀ｔ９・のｉ？ｊ金属、ラネー銀、
その他のものを用いる。特にカーボンブラック粒子の表
面に貴金属粒子をまぶした貴金属担持カーボンブラック
は本発明において望ましく使用できる。
このような触媒を導入する方法としては、触媒粒子を含
有するサスペンションを電極基板］二に塗布し溶媒を乾
燥除去する方法がある。また電気メッキにより貴金属を
被覆したり、触媒となリイ！する金属の化合物を含む溶
液を電極基板に含υさせた後、この化合物を熱分解又は
還元反応により触媒の金属に転換してもよい。
有するサスペンションを電極基板］二に塗布し溶媒を乾
燥除去する方法がある。また電気メッキにより貴金属を
被覆したり、触媒となリイ！する金属の化合物を含む溶
液を電極基板に含υさせた後、この化合物を熱分解又は
還元反応により触媒の金属に転換してもよい。
（疎水処理）
酸素陰極のガス側に陰極液が漏洩しないように電極基板
に対し疎水処理を行う。疎水処理剤は、ポリテトラフル
オロエチレンのような７ツ索系高分子重合体が望ましく
、触媒の表面を覆って触媒の活性を損なわないために、
通常前記した触媒の導入以前に疎水処理剤の塗布を行っ
ておき、疎水処理剤の上に触媒を導入した後電極基板に
溶着する。このような疎水処理により電極基板の導電性
が低下しないＪ二うに疎水処理の際７・ン素系高分子重
合体粒子にカーボンブラックを混合して塗布することが
望ましい。例えば粒径１００〜５０００人のポリテトラ
フルオロエチレンの粒子と粒径１００ ・−５００ＯＡ
のカーボンブラ７りを含有するエマルジョンを電極基板
に塗布し、その後その」二に触媒粒子を含有するサスペ
ンションを塗布し、サスペンションの溶媒を乾燥除去し
、次に３００〜４００℃でポリテトラフルオロエチレン
の粒子を焼結させて、電極基板の細孔内に強く接着した
ポリテトラフルオロエチレンの膜を形成させる。
に対し疎水処理を行う。疎水処理剤は、ポリテトラフル
オロエチレンのような７ツ索系高分子重合体が望ましく
、触媒の表面を覆って触媒の活性を損なわないために、
通常前記した触媒の導入以前に疎水処理剤の塗布を行っ
ておき、疎水処理剤の上に触媒を導入した後電極基板に
溶着する。このような疎水処理により電極基板の導電性
が低下しないＪ二うに疎水処理の際７・ン素系高分子重
合体粒子にカーボンブラックを混合して塗布することが
望ましい。例えば粒径１００〜５０００人のポリテトラ
フルオロエチレンの粒子と粒径１００ ・−５００ＯＡ
のカーボンブラ７りを含有するエマルジョンを電極基板
に塗布し、その後その」二に触媒粒子を含有するサスペ
ンションを塗布し、サスペンションの溶媒を乾燥除去し
、次に３００〜４００℃でポリテトラフルオロエチレン
の粒子を焼結させて、電極基板の細孔内に強く接着した
ポリテトラフルオロエチレンの膜を形成させる。
またポリテトラフルオロエチレンの粒子と触媒粒子とを
混合して塗布することより、触媒の導入と疎水処理を同
時に行うこともできる。
混合して塗布することより、触媒の導入と疎水処理を同
時に行うこともできる。
１作用１
本発明においては、電極基板は多孔質炭素材料でも１成
され、触媒を担持するとノ（に供給される酸素を分散す
る役割をする。集電体は緻密炭素材料で構成され、電極
基板と接合面において炭化状態で一体的に接続されて、
接触抵抗のない状態で電極基板に通電する。また集電体
は適切な構造とｆることによって陰極への酸素の供給と
外部に対するがスシールの役割をする。電極基板に担持
される触媒は、電極基板の多数の細孔内に付着保持され
、必要に応じて電極基板の表面にも被榎される。
され、触媒を担持するとノ（に供給される酸素を分散す
る役割をする。集電体は緻密炭素材料で構成され、電極
基板と接合面において炭化状態で一体的に接続されて、
接触抵抗のない状態で電極基板に通電する。また集電体
は適切な構造とｆることによって陰極への酸素の供給と
外部に対するがスシールの役割をする。電極基板に担持
される触媒は、電極基板の多数の細孔内に付着保持され
、必要に応じて電極基板の表面にも被榎される。
本発明の酸素陰極はイ゛オン交換膜法及びＳ １） Ｅ
法電解槽、或いは陽極側のみＳ Ｐ Ｅとした電解槽の
いずれの塩化アルカリ電解槽にも用いることができる。
法電解槽、或いは陽極側のみＳ Ｐ Ｅとした電解槽の
いずれの塩化アルカリ電解槽にも用いることができる。
［実施例１
集電体： 市販のピッチ粉末（５１羽化学（株）５Ｖ！
Ｍ、Ｉ−１− Ｉ Ｐ ）を予め窒素雰囲気下で焼成〔
、た後に、冷却し、平均粒径６μＩまで粉砕したものを
ハードカーボン粒子として原料骨材に使用し、結合材は
、市販７エ／−ル樹脂粉末（３２（１メツシユアンダー
８５％以上のもの）を用い、ノ）−ドカーボン粒子６
５％（重量）、７１ノ一ル樹脂３５％（重量）の割合で
混合し、リブ付き金型に均一に分散して、温度１５０℃
、圧力１００ Ｋｇ／ｃｗ２で成形し、次に１０００℃
でそれを焼成炭化した。
Ｍ、Ｉ−１− Ｉ Ｐ ）を予め窒素雰囲気下で焼成〔
、た後に、冷却し、平均粒径６μＩまで粉砕したものを
ハードカーボン粒子として原料骨材に使用し、結合材は
、市販７エ／−ル樹脂粉末（３２（１メツシユアンダー
８５％以上のもの）を用い、ノ）−ドカーボン粒子６
５％（重量）、７１ノ一ル樹脂３５％（重量）の割合で
混合し、リブ付き金型に均一に分散して、温度１５０℃
、圧力１００ Ｋｇ／ｃｗ２で成形し、次に１０００℃
でそれを焼成炭化した。
電極基板： 市販の予め２００６℃で焼成しである炭素
ａ維（呉羽化学（株）製Ｍ２Ｏ４Ｔ、糸径１９μ肩、平
均糸艮２５０μ屑）３５％（重量）と、結合材としての
市販の７エ／−ル樹脂粉末（３２０メツシユ アングー
８５％以Ｊ−）２５％（ｆｆｌ量）、及び細孔形成物質
としてのポリビニルアルコール粒子（１２０μｓ径）３
０％（重量）とポリエチレン粒子（１００μ膚径）１０
％（重量）を混合し、平面金型」二に均一に分散して、
温度１１０℃、圧力３５ Ｋ ｇ／ ｃｘ２で成形した
。
ａ維（呉羽化学（株）製Ｍ２Ｏ４Ｔ、糸径１９μ肩、平
均糸艮２５０μ屑）３５％（重量）と、結合材としての
市販の７エ／−ル樹脂粉末（３２０メツシユ アングー
８５％以Ｊ−）２５％（ｆｆｌ量）、及び細孔形成物質
としてのポリビニルアルコール粒子（１２０μｓ径）３
０％（重量）とポリエチレン粒子（１００μ膚径）１０
％（重量）を混合し、平面金型」二に均一に分散して、
温度１１０℃、圧力３５ Ｋ ｇ／ ｃｘ２で成形した
。
集電体と電極基板との接合二 上記のようにして作成し
た集電体のリブが付いているｈに電極基板を突き合わせ
、温度１３５℃、圧力３５に３／ｃ１２で接合させて、
それを２０００℃で焼成することによって集電体と電極
基板を一体化させた。
た集電体のリブが付いているｈに電極基板を突き合わせ
、温度１３５℃、圧力３５に３／ｃ１２で接合させて、
それを２０００℃で焼成することによって集電体と電極
基板を一体化させた。
疎水処理と触媒の導入二 上記のよう１こして先に集電
体と一体化された電極基板に、ｊｌＦ販のポリテトラフ
ルオロエチレンエマルジョン（Ｅ、 井７０ロケミカル
製）とカーボンブラックの混合液を塗布し、次いで白金
粒子が表面にまぶしであるカーボンブラックのサスペン
ションを電極基板表面に塗布し、乾燥後、３３０“Ｃで
ポリテトラフルオロエチレン粒子を電極基板に溶着させ
た１、このようにして作成された陰極に残留するポリテ
トラフルオロエチレン粒子は電極基板の重量に対し０．
２、カーボンブラックは０．５の比率となり、白金は１
肩ｇ／ｃ１２であった。
体と一体化された電極基板に、ｊｌＦ販のポリテトラフ
ルオロエチレンエマルジョン（Ｅ、 井７０ロケミカル
製）とカーボンブラックの混合液を塗布し、次いで白金
粒子が表面にまぶしであるカーボンブラックのサスペン
ションを電極基板表面に塗布し、乾燥後、３３０“Ｃで
ポリテトラフルオロエチレン粒子を電極基板に溶着させ
た１、このようにして作成された陰極に残留するポリテ
トラフルオロエチレン粒子は電極基板の重量に対し０．
２、カーボンブラックは０．５の比率となり、白金は１
肩ｇ／ｃ１２であった。
電極試験： 上記のようにして製造した酸素陰極を用い
て９Ｎ苛性ソーダ水溶液中で次の反応の陰極特性を測定
し、電極性能試験を行った。
て９Ｎ苛性ソーダ水溶液中で次の反応の陰極特性を測定
し、電極性能試験を行った。
測定結果を比較例の結果と共に第８図に示す。
［比較例１］
ニッケル線格子を芯材にもち、ポリテトラフルオロエチ
レン粒子でＩＭぬられた多孔質炭素電撞からなり、空気
あるいは酸素の導入面に多孔質ポリテトラフルオロエチ
レン膜を有するいわゆるニッケル膜テフロン電極に実施
例と同様の触媒塗布、溶着処理を行い、実施例と同様の
条件で電極性能試験を行った。その結果を第８図に示し
た。
レン粒子でＩＭぬられた多孔質炭素電撞からなり、空気
あるいは酸素の導入面に多孔質ポリテトラフルオロエチ
レン膜を有するいわゆるニッケル膜テフロン電極に実施
例と同様の触媒塗布、溶着処理を行い、実施例と同様の
条件で電極性能試験を行った。その結果を第８図に示し
た。
実施例と比較して、同一電流密度にす５ける酸素陰極電
位が茗しく低くなった。これは多孔質炭素電極の電気抵
抗が大きいこと、又集電体としての槻能を兼ねるニッケ
ル線格子と多孔質炭素電極基材との接触抵抗が大きいこ
とがＩＴ′Ｘ因であり、本発明によるすべて炭素材料か
らなる電気的接触抵抗を持たない酸素陰極の優秀性が示
された。
位が茗しく低くなった。これは多孔質炭素電極の電気抵
抗が大きいこと、又集電体としての槻能を兼ねるニッケ
ル線格子と多孔質炭素電極基材との接触抵抗が大きいこ
とがＩＴ′Ｘ因であり、本発明によるすべて炭素材料か
らなる電気的接触抵抗を持たない酸素陰極の優秀性が示
された。
〔比較例２〕
実施例と同様の方法で電極基板の未焼成品、集電体の未
焼成品を作成し、双方を−・体化しないで各々２０００
℃で焼成して電極基板と集電体を製造し、実施例と同様
の疎水処理、触媒塗布を行い、実施例と同様の条件下で
電極性能試験を行い、その結果を第８図に示した。
焼成品を作成し、双方を−・体化しないで各々２０００
℃で焼成して電極基板と集電体を製造し、実施例と同様
の疎水処理、触媒塗布を行い、実施例と同様の条件下で
電極性能試験を行い、その結果を第８図に示した。
実施例に比較して、同一・電流密度における酸素陰極電
位が代り・。これは実施例に比べて集電体と電極基板の
開の接触電気抵抗が存在することが原因であり、本発明
による電気的接触抵抗を持なない酸素陰極の優秀性が示
された二 り発明の効果１ 本発明の酸素陰極は、集電体と電極基板とがノ（に炭素
質の材料で構成され、互いの接合面において炭化状態で
接合し一体化しているために、これを電解に用いる場合
には、集電体と電極基板と間の接触抵抗による電解電圧
の上昇はほとんどない。
位が代り・。これは実施例に比べて集電体と電極基板の
開の接触電気抵抗が存在することが原因であり、本発明
による電気的接触抵抗を持なない酸素陰極の優秀性が示
された二 り発明の効果１ 本発明の酸素陰極は、集電体と電極基板とがノ（に炭素
質の材料で構成され、互いの接合面において炭化状態で
接合し一体化しているために、これを電解に用いる場合
には、集電体と電極基板と間の接触抵抗による電解電圧
の上昇はほとんどない。
したがって従来の塩化アルカリ電解に比較して低電圧で
の電解が可能である。
の電解が可能である。
また電極基板としては、多孔質の炭素材料を用いている
ので、耐食性、耐久性を有すると共に電極基板に予め孔
径が制御されて多数形成されている細札内に触媒粒子を
担持させることができるので、触媒の導入が比較的容易
であり優れた陰極特性のものが得られる。特に電極基板
として炭素繊維と結合材及び細孔形成物質を用いて作成
されたものを用いれば、細孔の調整が容易で適度な孔径
で且つ均一に分布した細孔を有し、酸素の分散が良好な
電極基板となる。
ので、耐食性、耐久性を有すると共に電極基板に予め孔
径が制御されて多数形成されている細札内に触媒粒子を
担持させることができるので、触媒の導入が比較的容易
であり優れた陰極特性のものが得られる。特に電極基板
として炭素繊維と結合材及び細孔形成物質を用いて作成
されたものを用いれば、細孔の調整が容易で適度な孔径
で且つ均一に分布した細孔を有し、酸素の分散が良好な
電極基板となる。
第１図は、本発明にかかる酸素陰極の一例の横断面図で
ある。第２図は、ｆ５１図の酸素陰極に用いられる集電
体の斜視図であり、１５３図は、ｆｊＳ１図の酸素陰極
を電解槽に適用した場合の電解槽の横断面図である。第
４図は、別の構造の集電体を用いた酸素陰極の横断面図
であり、１５図は、第４図の酸素陰極を電解槽に適用し
た場合の電解槽の横断面図である。第６図は、更に別の
補遺の集電体を用いた酸素陰極の横断面図であり、ｐｔ
Ｓ７図は、第６図のＡ−Ａ線断面図である。 １・・・・・・・・・集電体 ２・・・・・・・・・電極基板 ３・・・・・・・・・触媒層 ４・・・・・・・・・電解槽の一単位 ５・・・・・・・・・酸素陰極 ６・・・・・・・・・陽極 ７・・・・・・・・・陰極室 ８・・・・・・・・・陽極室 ９・・・・・・・・・陽イオン文換膜 第８図は、酸素陰極の電極性能を測定した結果を示すグ
ラフである。 第１図 第２図 第３図 第８図 セ謬皮［、ＩＡ／η′］ 手続補正書（自発） 昭和６０年５Ｂ２９日
ある。第２図は、ｆ５１図の酸素陰極に用いられる集電
体の斜視図であり、１５３図は、ｆｊＳ１図の酸素陰極
を電解槽に適用した場合の電解槽の横断面図である。第
４図は、別の構造の集電体を用いた酸素陰極の横断面図
であり、１５図は、第４図の酸素陰極を電解槽に適用し
た場合の電解槽の横断面図である。第６図は、更に別の
補遺の集電体を用いた酸素陰極の横断面図であり、ｐｔ
Ｓ７図は、第６図のＡ−Ａ線断面図である。 １・・・・・・・・・集電体 ２・・・・・・・・・電極基板 ３・・・・・・・・・触媒層 ４・・・・・・・・・電解槽の一単位 ５・・・・・・・・・酸素陰極 ６・・・・・・・・・陽極 ７・・・・・・・・・陰極室 ８・・・・・・・・・陽極室 ９・・・・・・・・・陽イオン文換膜 第８図は、酸素陰極の電極性能を測定した結果を示すグ
ラフである。 第１図 第２図 第３図 第８図 セ謬皮［、ＩＡ／η′］ 手続補正書（自発） 昭和６０年５Ｂ２９日
Claims (6)
- （１）緻密炭素材料からなる集電体、多孔質炭素材料か
らなる電極基板及び該電極基板に担持される触媒を含み
、前記集電体と前記電極基板とが互いの接合面において
炭化状態で接合し一体化していることを特徴とする塩化
アルカリ電解用酸素陰極。 - （２）電極基板が、炭素繊維とに結合材及び高温で揮発
性の細孔形成物質を混合し加圧成形後更に焼成して製造
されたものである特許請求の範囲第１項記載の塩化アル
カリ電解用酸素陰極。 - （３）電極基板が、炭素繊維と結合材及び可溶性の細孔
形成物質を混合し加圧成形後細孔形成物質を溶出除去し
更に焼成して製造されたものである特許請求の範囲第１
項記載の塩化アルカリ電解用酸素陰極。 - （４）炭素繊維と結合材及び細孔形成物質を原料として
加圧成形し焼成する前の電極基板と予備焼成した炭素質
集電体の接合すべき面を突き合わせて加熱加圧し焼成す
ることにより互いの接合面において炭化状態で接合する
とともに、前記集電体を緻密炭素化し並びに前記電極基
板を多孔質炭素化した後、該電極基板に対し疎水処理と
触媒の導入を行うことを特徴とする塩化アルカリ電解用
酸素陰極の製造方法。 - （５）電極基板にフッ素系高分子粒子とカーボンブラッ
クを含有するエマルジョンを塗布した後、更に、触媒粒
子を含有するサスペンジョンを塗布し溶媒を乾燥除去し
、その後前記フッ素系高分子粒子が溶着するように加熱
処理することにより、電極基板に対し疎水処理と触媒の
導入を行う特許請求の範囲第４項記載の塩化アルカリ電
解用酸素陰極の製造方法。 - （６）触媒粒子が表面に貴金属をまぶしたカーボンブラ
ックである特許請求の範囲第５項記載の塩化アルカリ電
解用酸素陰極の製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14330184A JPS6123780A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 塩化アルカリ電解用酸素陰極及びその製造方法 |
| US06/751,525 US4675094A (en) | 1984-07-12 | 1985-07-03 | Oxygen-cathode for use in electrolysis of alkali chloride and process for preparing the same |
| CA000486286A CA1273897A (en) | 1984-07-12 | 1985-07-04 | Forming oxygen-cathode by joining moulded carbon sustrate with carbonaceous collector electrode |
| GB08517034A GB2161833B (en) | 1984-07-12 | 1985-07-05 | Oxygen-cathode for use in the electrolysis of alkali chlorides |
| DE19853524604 DE3524604A1 (de) | 1984-07-12 | 1985-07-10 | Sauerstoffkathode und verfahren zu deren herstellung |
| FR858510655A FR2567543B1 (fr) | 1984-07-12 | 1985-07-11 | Cathode a oxygene utilisable dans l'electrolyse de chlorure alcalin et procede pour sa preparation |
| US06/817,541 US4744879A (en) | 1984-07-12 | 1986-01-10 | Oxygen-cathode for use in electrolysis of alkali chloride and process for preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14330184A JPS6123780A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 塩化アルカリ電解用酸素陰極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6123780A true JPS6123780A (ja) | 1986-02-01 |
Family
ID=15335568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14330184A Pending JPS6123780A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 塩化アルカリ電解用酸素陰極及びその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4675094A (ja) |
| JP (1) | JPS6123780A (ja) |
| CA (1) | CA1273897A (ja) |
| DE (1) | DE3524604A1 (ja) |
| FR (1) | FR2567543B1 (ja) |
| GB (1) | GB2161833B (ja) |
Cited By (1)
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1984
- 1984-07-12 JP JP14330184A patent/JPS6123780A/ja active Pending
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1985
- 1985-07-03 US US06/751,525 patent/US4675094A/en not_active Expired - Fee Related
- 1985-07-04 CA CA000486286A patent/CA1273897A/en not_active Expired - Fee Related
- 1985-07-05 GB GB08517034A patent/GB2161833B/en not_active Expired
- 1985-07-10 DE DE19853524604 patent/DE3524604A1/de active Granted
- 1985-07-11 FR FR858510655A patent/FR2567543B1/fr not_active Expired - Fee Related
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1986
- 1986-01-10 US US06/817,541 patent/US4744879A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63230894A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-27 | Kamioka Kogyo Kk | 電解用陰極材及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3524604A1 (de) | 1986-01-16 |
| GB2161833A (en) | 1986-01-22 |
| CA1273897A (en) | 1990-09-11 |
| DE3524604C2 (ja) | 1988-04-14 |
| GB2161833B (en) | 1988-01-27 |
| FR2567543B1 (fr) | 1990-07-27 |
| FR2567543A1 (fr) | 1986-01-17 |
| GB8517034D0 (en) | 1985-08-14 |
| US4744879A (en) | 1988-05-17 |
| US4675094A (en) | 1987-06-23 |
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