JP2000017471A

JP2000017471A - 水素発生装置

Info

Publication number: JP2000017471A
Application number: JP10184723A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Shimamune; 孝之島宗; Yoshinori Nishiki; 善則錦
Original assignee: Permelec Electrode Ltd
Current assignee: De Nora Permelec Ltd
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-18
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP3921300B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エネルギー源として水素を用いるために、メ
タンガスから低温で、しかも電力消費を極端に少なくし
た電解水素の製造装置を提供する。【解決手段】隔膜１によって陽極室と陰極室に分離さ
れ、酸性電解液１５を用いて陰極２より水素を発生させ
る水素発生装置において、陽極３としてメタンガス１６
を供給するガス拡散電極３を使用し、三次元的な広がり
を有する活性化陰極である多孔性の陰極２を隔膜１に密
着させ、隔膜１とガス拡散電極３との間にガス抜き用の
整流板としてスペーサー７を設け、両電極間に電解液１
５を供給するように形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタンガスから低
い温度と簡単な構造で省エネルギー的に電解水素を発生
する水素発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】環境問題に端を発する大気汚染防止問
題、更にＣＯ₂削減問題は、運輸手段である自動車の動
力を、化石燃料を燃料とする内燃機関から効率の良い電
気モーターを動かす、いわゆる電気自動車へと変えつつ
ある。従来からこの代表的なものは、二次電池を積み、
それを燃料源とする電気自動車である。この様な電気自
動車は、確かに走行中は排ガスがなく環境を汚さないと
言う特徴を有するが、電力源は発電所電力であり、その
エネルギー効率はあまりよくないという事実と共に、二
次電池の重量が極めて大きいこと、その二次電池を運ぶ
ためにも電気自動車は多くの動力を必要とすること、ま
た一回の充電での走行距離が通常の一日の走行距離分よ
り少ないというケースがあり、使用上も問題であった。

【０００３】電池重量を軽減し、外部電力による充電を
不要にすると共に、内燃機関の付加によって燃費率が大
幅に変化するという特性を電池とのハイブリッド化によ
ってうまく解決した、内燃機関と二次電池のハイブリッ
ド自動車が使われ始めるようになった。しかし、このハ
イブリッド自動車は、内燃機関に対しては排気ガスに関
する大幅なＮＯ_xの低下とＣＯ₂削減を達成したもの
の、構造が複雑であり、将来の前面的な電気化によるよ
り高効率化に向けての中間段階と捉えられている。

【０００４】最終的なターゲットとしては、燃料電池に
よる発電とその電力で効率の良い電気モーター動かし、
それを動力源とする電気自動車であるとされている。た
だ燃料電池自身は、かなりの所まで改良され、残るとこ
ろはコストダウンというところまで来ているが、燃料で
ある水素の供給が問題となっている。すなわち、メタノ
ールなどの燃料からリフォーマーによって水素を取り出
す方法と、水素ガススタンドで水素を補給する方法であ
る。特に後者の場合、水素の充填はそれ自身で冷却のた
めにある程度の水素を消費してしまうので、現在のガソ
リンスタンドのように外部から水素を運搬してきてスタ
ンドに充填、それを更に各自動車に充填していたので
は、原単位、コストの点でかなり不利になると言う問題
があった。従ってこの水素の問題解決が大きな宿題事項
となっていた。

【０００５】一方、自動車にリフォーマーを積むこと
は、一見問題ないようにみえるが、それ自身大型になっ
てしまうこと、そこからはＣＯ₂の発生があること、ま
た必ずしも効率がよいとは言えないこと、水素源である
メタノールや天然ガスなどの消費がリフォーマー自身の
加熱のために、また生成ＣＯの再燃焼のために大きくな
ってしまい、経済性も悪くなると言うことが言われてお
り、更にコールドスタートが出来ないなどと言う問題点
があった。自動車内の水素ガスの保持技術が確立されつ
つある現在、水素をオンサイト的にスタンドで作りなが
ら供給できれば、しかも効率的に安価に供給できれば、
これらの問題の一部が解決することになる。またこの場
合も、純度の高い電解水素であれば、自動車側ではその
まま使えるので最も望ましいことになる。

【０００６】また最近では、発電機の軸受け冷却用や電
子材料製造などに高純度の水素が必要になっており、そ
こでは、現在はボンベで運ぶことが行われているが、バ
ッチ作業となること、運搬時に危険が伴うことなどの問
題点があった。この様なところでは、電解水素を使うべ
く従来法の電解水素装置を一部導入する動きもあった
が、電解電圧が１．８Ｖから２．４Ｖとかなり高く、経
済性に問題を残すので、この様なところでも経済的に、
しかも水素の純度は電解水素と同等であることが要求さ
れていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】極めて小さい電力で電
解水素を製造するためには、電解装置自身の性能を上げ
る方法が行われている。これは国家プロジェクトとし
て、いわゆるＷＥ−ＮＥＴやＲＩＴＥ計画に見ることが
できるが、これは固体電解室型の通常の水電解装置を使
ったものであって、そこでのロスを最小にするという考
えである。しかし通常の条件では、理論分解電圧である
１．２３Ｖ以下には出来ないと言う問題があり、経済的
に海外の水力を使って水素を製造し、それを貯蔵媒体と
して使い、ＣＯ2 発生を減らすと言う計画として使われ
ようとしているものである。従来の電解水素発生装置よ
り経済性は高いが、やはり消費電力が大きいこと、また
この水素で燃料電池を働かせた場合は、発生電力は消費
電力の半分以下になってしまうという問題点があった。

【０００８】一方、これらに対して、陽極反応に理論分
解電圧が酸素発生より低いハロゲン反応を利用すること
が提案されている。これは、米国特許第５，２１９，６
７１号明細書や同第５，４４３，８０４号明細書に見ら
れるように、ハロゲン化水素を電解液として電解を行
い、ハロゲンを得ると共に陰極室では水素を得る方法で
あるが、理論分解電圧が、水の１．２４Ｖに対して臭素
酸の場合は１．０４Ｖになり、しかも臭素発生では陽極
過電圧がほとんどゼロとなるので、実質的には０．５Ｖ
程度の電圧削減が可能になると言うものである。そこで
生成した臭素は、天然ガスやメタノールと反応させてハ
ロゲン酸に戻し、再び電解原料として使うようにするこ
とができるものと考えられる。この方法は、電力削減に
はよいが、構造が複雑となり、しかもその割には十分に
低い電力での水素製造は行えないと言う欠点がある。ま
た、ハロゲン酸への転換に高温を必要とするなど、全体
で見ると、装置的に複雑であると同時にその運転を考え
ると、オンサイト型の発生装置にはなりにくいという問
題点を合わせ持っていた。本発明は、叙上の問題点を解
決するためになされたもので、低温でしかも電力消費を
極端に少なくした電解水素の製造装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、極めて低い電圧で電解水
素を得るためには、メタンを主体とする天然ガスを供給
ガスとして陽極に送り、発生するＣＯ₂をＨ₂と分離す
ることが、陽極電位を極めて低く保ちながら陽極で水素
を発生する省エネルギー型の水素発生装置にとって極め
て重要であることを見出して、本発明を完成するに至っ
た。すなわち、本発明は、次の構成からなるものであ
る。

【００１０】（１）隔膜によって陽極室と陰極室に分解
され、酸性電解液を用いて陰極より水素を発生させる水
素発生装置において、陽極としてメタンガスを供給する
ガス拡散電極を使用し、多孔性の陰極を隔膜に密着さ
せ、電解液を電極間に供給するように形成していること
を特徴とする水素発生装置。（２）陰極液と発生水素ガスを分離する気液分離機構を
陰極側に設けたことを特徴とする前記（１）記載の水素
発生装置。（３）陰極が三次元的な広がりを有する活性化陰極であ
ることを特徴とする前記（１）記載の水素発生装置。（４）隔膜とガス拡散電極との間にガス抜き用の整流板
を設けたことを特徴とする前記（１）記載の水素発生装
置。（５）メタンガスとして天然ガスを供給することを特徴
とする前記（１）記載の水素発生装置。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における電極反応は、陽極（燃料極）ＣＨ₄＋２Ｈ₂０^-→ＣＯ₂＋８Ｈ⁺＋ｅ（Ｅ₀＝０．１６Ｖ）陰極２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂ （Ｅ₀＝０．０Ｖ）であり、理論分解電圧は０．１６Ｖであって、通常の水
電解における理論分解電圧１．２４Ｖに比較して極めて
小さいのが特徴である。ここでの反応は、天然ガスであ
るメタンから、酸素生成のためのリフォーマーとして、
通常のリフォーマーに必要とされる熱の代わりに反応を
電気化学反応に変えることにより、わずかな電力を加え
るという考え方もできるものである。通常のガス拡散電
極を使用する反応は、ガス拡散電極においてはガスの発
生がないが、ここではＣＯ₂の発生があるために、通常
のガス拡散電極とは異なる工夫が必要であり、これらの
検討の結果本発明に至ったものである。

【００１２】すなわち、電解槽としては隔膜で陽極室と
陰極室との２室に分離する。この主目的は、陽極から発
生するＣＯ₂ガスと陰極で発生する製品である水素ガス
を分離することである。電解液は、基本的には共通であ
るので、隔膜としてはガス分離能力があるものであれば
よい。その例としては、ポリプロピレン製の濾布等が使
用されるが、厚いと電気抵抗が大きくなるので、目的を
達成できるものであれば出来るだけ薄いものが望まし
い。見かけ厚さ０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度のものが
よいようである。また、薄くするために、多孔質フッ素
樹脂膜等も使うことが出来る。イオン交換膜はそれ自身
イオン導電性があるので、望ましい材料であるが高価で
あること、本目的ではイオン交換の作用を期待しないこ
とから、特に必要とはしない。しかしながら、もちろん
使うことは出来る。このようにして、２室に分離した電
解槽の陽極室にはガス拡散陽極を設置する。

【００１３】ガス拡散陽極の形式は、特に限定されない
が、反応で出てくるＣＯ₂との分離が完全である方が良
いので、ここでは、いわゆる半疎水型ガス拡散電極であ
ることが望ましい。つまり、ガス拡散電極に、反応部で
ある親水層と、液とガスを分離しガス供給の分布を制御
するガス拡散層である疎水層を有するガス拡散電極であ
る。また、このガス拡散電極の疎水層側のガス室側面に
多孔性の、撥水性の多孔質フッ素樹脂を張ったものも好
んで使用される。この電極物質としては、副反応である
ＣＯの生成が考えられるために、Ｐｔ／Ｒｕ合金が好ま
しく使われる。これらのガス拡散電極の製造方法は、特
には限定されず、既に多くの文献に紹介されている方法
で行えばよい。たとえば、親水層としては、カーボンブ
ラックにＰＴＦＥ樹脂が４０％（体積、以下同じ）以下
となるように混練したものを用い、これを心材である耐
食性の金属メッシュの心材上に塗布し、シート状にす
る。

【００１４】他方、疎水層は、カーボンブラックにＰＴ
ＦＥ樹脂が６０％以上となるように混練したペーストを
作り、これもシート状にするが、ここでは、親水層シー
ト上に引き延ばし、親水層、疎水層をあわせてホットプ
レスにより焼き付けて電極シートとする。ホットプレス
条件は、圧力０，１から１０ｋｇ／ｃｍ²、温度１００
から３００℃である。また、多孔性のＰＴＦＥシートを
張り付ける場合は、このシートも併せてホットプレスす
ればよい。なお給電を考慮した場合、通常の多孔性ＰＴ
ＦＥシートでは絶縁体であり、裏側からの均一な給電が
出来ないので、ＰＴＦＥ中にグラファイトなど導電物質
を含浸させた導電性のＰＴＦＥ樹脂を使うことが望まし
い。このようにして出来た電極体の親水層側に電極物質
である、たとえば、白金とルテニウムを所定割合となる
ようにした塩溶液を塗布し、水素ガスなどの還元雰囲気
中で、２００から３５０℃で熱分解することによりガス
拡散電極が得られる。

【００１５】もちろん電極物質としては、この他にメタ
ンを主とする天然ガスの酸化に有効な電極物質であれば
よく、酸化イリジウム、酸化ルテニウム等の白金族金属
酸化物や、これらを含むパイロクロアー型酸化物、酸性
溶液中で耐食性のあるペロブスカイト型酸化物などが使
用される。これらの担持方法は、特には限定されず、あ
らかじめカーボンブラック粒子上に担持したものを、電
極製作時にホットプレスで付けても良いし、通常の熱分
解法でもよく、電極物質に適した方法が採用できる。た
だこの時に、ガス拡散電極本体にはダメージを与えない
ように、特に注意することが必要である。このようにし
て作ったガス拡散電極を、集電体と共に陽極室に設置す
る。集電体材料は、特に限定されないが、集電体をガス
拡散電極に押しつけることによってガスの供給が不十分
となることを防ぐために、集電体とのあたり面が少な
く、しかも効果的に給電できるために金属、たとえば金
属線の編みメッシュなどがよい。

【００１６】集電体の材質としては特に限定されない
が、チタンや銀メッキを施した商品名ハステロイと呼ば
れる耐食合金などが使われる。これは、陽極側電位がほ
とんどゼロであり、疎水性であってもガス拡散電極を通
して電解液がガス室にしみ出すことがあるので、これに
対する耐食性を有することが望ましいためである。なお
ガス拡散電極に多孔性のフッ素樹脂を裏打ちしたもので
は、集電体としての役割ではなく支持体として働くこと
になるが、材質としては同じである。尚この場合の給電
は、電極内の支持物質である金属メッシュを通じて行う
ことになる。ガス拡散電極自身中に支持材として金属メ
ッシュが入っていない場合、その電気伝導度は必ずしも
良いとはいえないので、集電体は出来るだけ細かい目
で、均一に電流を分配できることが必要である。

【００１７】電解槽への設置に当たっては、本ガス拡散
電極の場合、ガス発生、すなわちＣＯ₂の発生があるの
で、隔膜とガス拡散電極の間に、ガス抜き用の空間を作
ることが必要である。この空間は、電気抵抗から考える
と出来るだけ小さいことが望ましいが、ＣＯ₂ガスは気
泡が比較的大きくなる傾向があるので、それを考慮して
０．５から２ｍｍ程度とすることが望ましく、この間隔
を保持するために、隔膜とガス拡散電極の間に、スペー
サーを兼ねたガス抜き用の整流板を設けることが望まし
い。

【００１８】一方、陰極側は、水素発生過電圧が出来る
だけ小さいものが望ましく、三次元的な形態を有する多
孔体に電極物質を表面に形成した、いわゆる活性化陰極
を使用する。材料は、特には限定されないが、酸性雰囲
気下で使用するので、それに対して耐性のあるものが望
ましく、金属ではチタンや銀又は銅などが使われる。た
だ、チタンは通電中には電位の関係から腐食、安定の微
妙な電位範囲になることがあるので注意が必要である。
銀、銅は比較的安定であるが、電解液中に塩素イオンが
含まれると腐食してしまうことがあるので、電解液によ
って選択することが必要である。より安定な陰極材料と
しては炭素をＰＴＦＥ樹脂をバインダーとして焼結した
シートがある。これは炭素粒子の選択で多孔性に出来る
こと、また水素の気泡は極めて小さいことから、見かけ
上密に見える多孔体であってもほとんど問題なく多孔体
として使えるので、この様なものを使うこともできる。

【００１９】ただ、いずれの基材であっても、これらの
表面に電極物質を形成して活性化し、水素過電圧を最小
にしておくことが必要である。代表的な例としては、ウ
レタンフォームに銀を電着しその後ウレタンフォームを
焼却除去した銀フォームを基材として、それをプレスに
より気孔率７０から４０％程度にしたものを基材とし
て、それに更に平均粒径１μｍ以下の活性な銀の微粉末
を、バインダーであるＰＴＦＥ樹脂と共に塗り込み、１
５０から３００℃で固定したものがある。これは電解液
として希硫酸水溶液中では有効に働くし、過電圧はほと
んどゼロとなる。この様にして作成した陰極は、隔膜に
密着して取付ける。陽極とは異なり陰極の場合、水素気
泡の大きさからか、気泡の除去がほとんど問題になら
ず、陽極との距離が近いほど電圧が低くなることが観察
されていることによる。陰極が金属の場合はよいが、炭
素などの場合は、それ自身の電気伝導性が十分ではな
く、電気抵抗による電圧ロスが生じやすいので、陽極の
場合と同じく集電体には注意を要する。目の細かい金属
エクスパンドメッシュや編みメッシュ、又は金属線の焼
結体などが用いられる。

【００２０】これらを組み込んだ電解槽を使用して電解
を行い電解水素を得るが、電解液は酸であることが必要
である。つまり、アルカリ溶液の場合は、陽極側で発生
するＣＯ₂により溶解度の小さい炭酸塩を生成してしま
い、電解槽や電極が閉塞してしまう可能性があるためで
ある。従って、電解液としては、導電性が良くしかも余
分な反応の起らない酸である希硫酸を使用することが望
ましい。濃度は特に限定されないが、通常３Ｎから５Ｎ
が望ましく、３Ｎより低いと電気伝導度が不十分になり
やすく、また５Ｎより高いと腐食性が高まるので、電解
槽や電極材質に問題が出てくる可能性がある。もちろん
硫酸ナトリウムなどの塩を入れ、炭酸塩が生成しない程
度に酸性に保持することも有効な手段であり、むしろこ
の方が望ましい。

【００２１】電解条件は、ガス拡散電極側の作用から言
うと温度は高い方が望ましく、温度としては電解液が沸
騰しない条件であれば良い。たとえば、電解槽に２気圧
から３気圧程度の圧力をかけておき、温度１００℃から
１２０℃程度で電解することが望ましい。ただ、これに
限定されることなく、特にガス拡散電極が十分に低い過
電圧で、副反応を最小限として電解出来れば最も望まし
い。装置としては、ある程度の圧力に耐えられるように
作っておくことが望ましい。なお、圧力は外部からかけ
なくても、発生ガスそれ自身により１０気圧程度であれ
ば容易にかけられるので、装置としては耐圧を十分に取
っておくことが望ましい。

【００２２】なお、電解液の供給は陰極側で行うように
する。陽極液は、隔膜を通って陰極側からしみだした液
でよく、そのためにも隔膜は、液透過型でガス分離機能
の優れたものが望ましい。もちろん、陽極側に液循環機
構を設けることは差し支えない。陰極室では液を循環す
るが、陰極側で発生する水素ガス気泡は極めて小さいの
で、液との分離が不十分になりやすいため、陰極側には
気液分離機構を設けることが望ましい。構造はどのよう
なものでも良く、単なるタンク状のものでも良いが、上
記したように、圧力に耐えられるものであることが必要
である。また、陽極室側からほぼ純粋なＣＯ₂ガスがで
てくるが、環境問題からは大気放出をしないため、ま
た、純粋なＣＯ₂ガスを利用するために、トラップ機構
を付設することはなんら差し支えないことである。ただ
この場合も、圧力に対しては十分に考慮することが必要
である。

【００２３】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。ただし、本発明は、これらの実施例のみに限定され
ないことは言うまでもない。

【００２４】実施例１図１は、本発明の水素発生装置の一例の概要説明図であ
る。隔膜１として、厚さ１００μｍ、目開き２μｍの多
孔性ＰＴＦＥ樹脂膜からなる濾過膜（マイクロフィルタ
ー）を使用し、その片面に陰極２を密着させたものを用
意した。陰極２は、銅製の見かけ厚さ１ｍｍの銅フオー
ムをプレスにより見かけ厚さ２００μｍまでつぶし、そ
の表面に銀めっきを施したものを基材とし、それに平均
粒径５μｍの銀粒子をＰＴＦＥ樹脂をバインダーとして
充填したものを用い、さらにその片側表面に白金を熱分
解により担持したものを使用した。白金の担持方法は、
塩化白金酸のブタノール溶液を表面に塗布し、水素ガス
気流中で３００℃で１５分間処理することによった。こ
れを１０回繰り返して担持量１０ｇ／ｍ²を得た。この
白金担持側に上記した隔膜１を、バインダーとしてフッ
素樹脂系のイオン交換樹脂液（Ｄｕｐｏｎｔ社製ナフィ
オン液）を用いてホットプレスにより密着させた。密着
条件は温度１８０℃、圧力２ｋｇ／ｃｍ²であった。な
おナフィオンを用いた理由は、焼結温度が低くてすむこ
と、電気伝導性が失われないこと、更に多孔性を保持し
やすいことであった。

【００２５】一方、ガス拡散電極（陽極）３としては、
市販ガス拡散電極（米国Ｅ−ＴＥＫ社製商品名ＥＬＡ
Ｔ）をベースとして、その親水層側に白金とルテニウム
の１：１の合金を担持したものを使用した。担持方法は
陰極２と同じであり、塗布液を塩化ルテニウム酸と塩化
白金酸の混合ブタノール溶液としたものである。担持条
件は同じであり、やはり１０回の繰り返しで白金とルテ
ニウムの合量が１０ｇ／ｍ²となるようにした。また、
該ガス拡散電極３の疎水層側には、グラファイト粒子を
含浸させた多孔性の厚さ１０μｍのＰＴＦＥ樹脂膜をホ
ットプレスにより張り付けた。ホットプレス条件は陰極
２と同じであった。これにより裏側からの給電が可能と
なり、ガスと液との分離が完全となった。この様にして
作成したガス拡散電極と陰極／隔膜をポリプロピレン製
の電解槽４に取付けた。陰極側集電体５としてはチタン
の長繊維を焼結した網状体を空気中、４５０℃で焼成し
て表面を酸化物としたものを用い、陰極面に密着させ
た。また陽極側集電体６として、線径０．３ｍｍのチタ
ン線を編んで作った編みメッシュの表面に金メッキした
ものを用いた。なお、隔膜１と拡散電極３との間の距離
を一定に保つためにスペーサー７として線径１ｍｍのＰ
ＴＦＥ樹脂線を縦方向に１５ｍｍ間隔で並べた。

【００２６】陰極２側には下方には液供給機構８を設
け、天井部に液／ガス排出口９を設けたが、液／ガス排
出口９の先端には目皿を付けた円筒により気液を分離す
るようにした気液分離機構１０を取付け、上方にガス
を、液は側方から取り出して循環するようにした。ガス
抜き側のパイプ１１にはバルブ１２を取付け圧力を調整
できるようにした。陽極室１３の液側にも同様にバルブ
１４を取付け発生ＣＯ₂の圧力を調整できるようにし
た。また系全体を気密にして全体として圧力の調整が出
来るようにした。

【００２７】この様にして作成した電解槽４の陰極２側
から１ＮＨ₂ＳＯ₄水溶液に１００ｇ／リットルとなる
ようにＮａ₂ＳＯ₄を溶解した電解液１５を循環した。
これを１時間ほど継続して陽極３、陰極２側とも十分に
液が行き渡ってから陽極ガス１６としてＣＨ₄（メタ
ン）を供給し、わずかに電圧をかけながら温度を上昇さ
せた。温度が１１０℃になった時点で、電圧を徐々に上
げながら電流密度を１０Ａ／ｄｍ²となるようにした。
陰極２側から水素が、陽極室１３液側からＣＯ₂の発生
が見られた。圧力を２ｋｇ／ｃｍ²となるように保持し
て電解を行ったところ、電解電圧は０．３２Ｖであっ
た。なお水素発生の電流効率は９３％から９６％であ
り、ＣＨ₄の消費は理論量の１２５％であった。

【００２８】実施例２実施例１と同様にして電解槽４を作った。陰極２として
は、チタンの短繊維の焼結体を用い、それを空気中５０
０℃で１時間焼成し、表面を酸化した後、隔膜１側表面
にルテニウム黒のめっきを行った。ルテニウム黒は、塩
化ルテニウム酸を３Ｎ硫酸に３０ｇ／リットルとなるよ
うに溶解したものをめっき液として、電流密度１Ａ／ｄ
ｍ²でメッキすることからなる形成条件によって得た。
付着量は１０ｇ／ｍ²であった。陽極３としては、通常
の半疎水型ガス拡散電極の製法に準じ、親水層として親
水性カーボンブラックにその４０％量のＰＴＦＥ樹脂を
混練したものを、疎水層としては疎水性カーボンブラッ
クにその６０％量のＰＴＦＥ樹脂を混練したもの用い、
通電用兼構造基材として線径０．２ｍｍの銅の編みメッ
シュ表面に金めっきを施したものを用い、片面に親水性
カーボンブラック混練物を、その反対面に疎水性カーボ
ンブラック混練物を均一に塗布してシート状にし、それ
をホットプレスして電極とした。ホットプレス条件は圧
力５ｋｇ／ｍ²であり、温度は３００℃で３０分であっ
た。

【００２９】電極の疎水層側に実施例１と同様にしてル
テニウムと白金の１：１の合金からなる電極物質層を形
成した。隔膜１として、ポリプロピレン製の厚さ０．２
ｍｍの濾過膜を用い、陰極側集電体５として銀めっきを
行った銅製のエクスパンドメッシュを用い、また陽極側
集電体６は電極構造基材である銅メッシュに構造体周辺
の枠体から給電するようにした。なお電極の固定は、バ
ネ材を中間においた実施例１と同じ金属編みメッシュを
電極の裏に当てた。また隔膜１とガス拡散電極３の間に
は厚さ０．７５ｍｍのＰＴＦＥ板をエクスパンドメッシ
ュにして見かけ厚さ２ｍｍとしたものをはさみ、両電極
で隔膜１を挟むようにして電解槽４に固定した。電解槽
４の陽極室１３には２ＮＨ₂ＳＯ₄水溶液を供給した。
陽極３側には気液分離装置１０を取付けたことは実施例
１と同じである。陽極室１３ガスについてはガス補集装
置を取付けるようにした。

【００３０】圧力２ｋｇ／ｃｍ²、電流密度１０Ａ／ｄ
ｍ²、温度１００℃で電解を行ったところ、電圧は０．
３４Ｖであり、水素発生の電流効率は９３％であった。
また陽極３側の圧力を陰極２側より０．２ｋｇ／ｃｍ²
高めたところ、水素発生の電流効率は９５％まで改良さ
れた。陰極２、陽極３両方とも同じ圧力の場合は、隔膜
１を通って水素が陽極３に移行することがわかった。な
お発生したＣＯ₂のガスを分析したところ、ＣＯ₂のほ
かに約１％の水素が混入していた。

【００３１】

【発明の効果】本発明により以下の効果が認められた。（１）メタンガスのリフォーマーとして、従来の高温熱
分解型ではなく、電解によりわずかな電気の供給で電解
水素が得られた。（２）運転条件が極めてマイルドであり、運転が容易で
あることがわかった。（３）圧力、温度が低くて良く、しかも生成水素が電解
水素であるので、オンサイト用水素発生装置としても容
易に使用できること、また生成水素の純度から、ほとん
ど後処理の必要のない水素が得られることがわかった。（４）数気圧の高圧水素であるために、昇圧装置無しに
使えることがわかった。（５）陽極側からＣＯ₂が発生するが、純度が高いので
利用することができるので、そのまま外部に放出しなく
てもよいので、温暖化の問題に影響を与えないですむ。以上説明したように、本発明によれば上記の諸効果が得
られ、オンサイト用として実用性の高い水素発生装置が
得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水素発生装置の一例を示した概略断面
図である。

【符号の説明】

１隔膜２陰極３ガス拡散電極（陽極）４電解槽５陰極側集電体６陽極側集電体７スペーサー８液供給機構９液／ガス排出口１０気液分離機構１１ガス抜きパイプ１２バルブ１３陽極室１４バルブ１５電解液１６メタンガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K011 AA04 AA21 AA31 AA69 DA01 4K021 AA01 AB25 BA04 BB01 BB04 BB05 CA11 DB16 DB18 DB19 DB21 DB28 DB31 DB46 DC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隔膜によって陽極室と陰極室に分離さ
れ、酸性電解液を用いて陰極より水素を発生させる水素
発生装置において、陽極としてメタンガスを供給するガ
ス拡散電極を使用し、多孔性の陰極を隔膜に密着させ、
電解液を電極間に供給するように形成していることを特
徴とする水素発生装置。
【請求項２】陰極液と発生水素ガスとを分離する気液
分離機構を陰極側に設けたことを特徴とする請求項１記
載の水素発生装置。
【請求項３】陰極が三次元的な広がりを有する活性化
陰極であることを特徴とする請求項１記載の水素発生装
置。
【請求項４】隔膜とガス拡散電極との間にガス抜き用
の整流板を設けたことを特徴とする請求項１記載の水素
発生装置。
【請求項５】メタンガスとして天然ガスを供給するこ
とを特徴とする請求項１記載の水素発生装置。