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燃料電池用ガス拡散電極とその製造方法 UPDATE コモンズ

国内特許コード P150012341
整理番号 OU-0238
掲載日 2015年10月8日
出願番号 特願2013-151032
公開番号 特開2014-116289
出願日 平成25年7月19日(2013.7.19)
公開日 平成26年6月26日(2014.6.26)
優先権データ
  • 特願2012-243050 (2012.11.2) JP
発明者
  • 衣本 太郎
出願人
  • 国立大学法人 大分大学
発明の名称 燃料電池用ガス拡散電極とその製造方法 UPDATE コモンズ
発明の概要 【課題】燃料電池用ガス拡散電極として、導電率に影響するリグニン、ヘミセルロース、その他の不純物を低減して導電率が炭素繊維に対して遜色なく、また良好なガス分散機能とガス反応サイトを確保するための連通性に優れた細孔を形成した竹炭繊維電極を提供し、並びにその製造方法を提供するものである。
【解決手段】加圧圧縮された竹炭繊維体を含み、導電率が30S/cm以上である燃料電池用ガス拡散電極、ならびにチップ化した竹材をアルカリ水溶液を用いて処理し、得られた竹繊維体を不活性雰囲気下で炭化処理して竹炭繊維体を得、ついでこの竹炭繊維体を燃料電池用ガス拡散電極に用いることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


固体高分子形燃料電池のガス拡散電極は、たとえば図8に示すように、固体高分子電解質層を中間に置き、マイナス極側とプラス極側に配置される。マイナス極側のガス拡散電極は、反応ガス分散路と触媒層で構成し、プラス極側のガス拡散電極は、触媒層とガス反応(発電反応)路で構成する。このガス拡散電極は、導電性に優れていることが要求され、そのうえに反応ガス分散路はガス分散性が、ガス反応路は適正なガス反応サイトを構成する細孔性状が要求される。このため反応ガス分散路とガス反応路は、PAN系またはピッチ系の炭素繊維が多く採用されている。また、金属-空気二次電池の正極にも多孔質の炭素繊維製のガス拡散電極が用いられている。



しかしながら、これらの炭素繊維は、その高価原料の使用及び複雑で時間のかかる製造工程のためコストが著しく嵩む。



そこで、本発明者は、多量に放置され廃材化され殆んど活用されていない伐竹に注目しこれを利用して、前記機能を満足する竹炭繊維製ガス拡散電極の製作に挑戦した。従来、この竹材を活用するものとして、繊維素反応型樹脂を用いて竹繊維織物を樹脂加工し、アルカリ水溶液を付与した後、無張力又は低張力の状態で放置し、しかる後に中和、水洗することを特徴とする竹繊維織物の製造方法が提案されている(特許文献1)ものの、用途について前記電極に適用しょうとする報告はない。これは、竹繊維織物を単に炭化処理しても前記機能を満足する電極は得られないためと考えられる。すなわち、竹繊維織物にはセルロース以外にリグニン、ヘミセルロース、その他樹脂等の不純物を含有するため単純な炭化処理ではこれ等が残存してしまい炭素繊維に比較して導電率が低くまたガス分散機能とガス反応サイトを確保するための連通性に優れた密度の高い細孔形成ができないためである。

産業上の利用分野


本発明は、固体高分子形燃料電池、金属-空気二次電池等の燃料電池用のガス拡散電極とその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
チップ化した竹材をアルカリ水溶液を用いて処理し、得られた竹繊維体を不活性雰囲気下で炭化処理して竹炭繊維体を得、ついでこの竹炭繊維体を燃料電池用ガス拡散電極に用いることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。

【請求項2】
チップ化した竹材を、ほぐした後にアルカリ水溶液を用いて処理する請求項1に記載の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。

【請求項3】
アルカリ水溶液が、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液または水酸化カルシウム水溶液である請求項1または2に記載の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。

【請求項4】
アルカリ水溶液が、濃度1~10wt%、温度25~200℃である請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。

【請求項5】
アルカリ水溶液処理で得られる竹繊維体を、抄紙、不織布、または織物のいずれかの竹繊維体に圧縮成形した後に炭化処理して、竹炭繊維体を得る請求項1~4のいずれか1項に記載の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。

【請求項6】
炭化処理は、1300℃以上の温度で行なう請求項1~5のいずれか1項に記載の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。

【請求項7】
炭化処理は、不活性雰囲気下で450~1300℃の温度で予備炭化した後に、1300℃以上の温度で行なう請求項1~6のいずれか1項に記載の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。

【請求項8】
圧縮成形された竹炭繊維体を含み、導電率が30S/cm以上である燃料電池用ガス拡散電極。

【請求項9】
竹炭繊維体が請求項1~7のいずれか1項に記載の製造方法で得られた竹炭繊維体である請求項8に記載の燃料電池用ガス拡散電極。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013151032thum.jpg
出願権利状態 公開
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