JP2003105466A - 水素発生用ニッケル合金電極 - Google Patents
水素発生用ニッケル合金電極Info
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- JP2003105466A JP2003105466A JP2001297992A JP2001297992A JP2003105466A JP 2003105466 A JP2003105466 A JP 2003105466A JP 2001297992 A JP2001297992 A JP 2001297992A JP 2001297992 A JP2001297992 A JP 2001297992A JP 2003105466 A JP2003105466 A JP 2003105466A
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- molybdenum
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 めっき法で作製し、高温の中性および濃厚ア
ルカリ中における電気分解の陰極として水素発生に高活
性で、電解停止時の高温濃アルカリにも侵されない耐久
性電極を提供する。 【解決手段】 モリブデンを５〜２０原子％と炭素を２
〜１５原子％含み残部は実質的にニッケルからなり、電
気めっき法で作られる水素発生用ニッケル合金電極。
ルカリ中における電気分解の陰極として水素発生に高活
性で、電解停止時の高温濃アルカリにも侵されない耐久
性電極を提供する。 【解決手段】 モリブデンを５〜２０原子％と炭素を２
〜１５原子％含み残部は実質的にニッケルからなり、電
気めっき法で作られる水素発生用ニッケル合金電極。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温の中性ないし
濃厚アルカリ中における電気分解で、水素を高速に発生
し、電気分解時および電気分解停止時における耐久性に
優れ、電気めっき法で作られる水素発生用ニッケル合金
電極に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】本発明者らは、高温海水の電気分解ある
いはソーダ工業における電解において水素を発生する陰
極として高性能な電極を探索してきた。中でも、電気め
っき法で作製されるＮｉ−Ｍｏ二元合金電極は、従来知
られる電極の中でも最高の初期活性を示すことを見いだ
したが、水素発生の結果生じる高温のアルカリ溶液中で
は、特に電解中断時にモリブデンが６価のモリブデン酸
イオンとして溶解するため、耐久性に劣るという欠点が
あった。 【０００３】これに対し、本発明者らは、これらの合金
についてさらに研究した結果、ニッケルーモリブデン合
金に炭素を添加し、合金中においてモリブデンが炭素と
結合しているＮｉ−Ｍｏ−Ｃとすることによって、水素
発生に対する活性が向上するだけでなく、合金中のモリ
ブデンがモリブデン酸イオンとして溶解するのを防止す
ることができ、水素発生に対する高活性とともに優れた
耐久性を備えていることを見いだし本発明を達成した。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】電気めっき法というき
わめて単純な方法によって、高温の中性あるいはアルカ
リ性溶液の電気分解による水素発生に対し高活性なニッ
ケルーモリブデン合金が得られ、この実用化には耐久性
の向上が鍵となっていた。 【０００５】本発明は、上述の課題のためになされたも
ので、合金中の金属元素と結合を生じる半金属である炭
素を添加することによって、合金中のモリブデンがモリ
ブデン酸イオンとして溶解するのを防止することを基本
とするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、モリブデンを
５〜２０原子％と炭素を２〜１５原子％含み残部は実質
的にニッケルからなり、電気めっき法で作られる水素発
生用ニッケル合金電極である。 【０００７】 【作用】本発明の実施の形態を以下詳述する。 【０００８】本発明者らは長年にわたり合金の性質の研
究を行い、合金を構成する元素の化学的役割を明らかに
し、ニッケルが白金族元素に次いで電気分解による水素
発生に高活性な元素であること、ニッケルにモリブデン
を合金化することによって、白金族元素を凌ぐ高活性を
電気分解による水素発生に対して示すこと、炭素の添加
が合金中の金属との結合によって、金属元素の溶解を防
止することを見いだしてきた。 【０００９】その合金に係る本発明は、特許請求の範囲
に記すものであり、ニッケル、モリブデン、炭素を必須
元素とし、単純な電気めっき法で作製するものである。 【００１０】次の表１に、本発明に係る合金の構成元素
および含有率を示す。 【００１１】 【表１】 次に、本発明における各成分組成を限定する理由を述べ
る。ニッケルは本発明合金の基礎となる元素であって、
電気めっき法で作製でき、水素発生の活性をになう元素
である。 【００１２】モリブデンはニッケルが電気めっきされる
際に、共同析出する元素であって、ニッケル上での水素
の放電を加速する作用を備えた元素であって、炭素と共
存して水素発生に高活性を付与するため、５原子％以上
添加する必要がある。しかし、炭素と共存する場合、２
０原子％を越えるモリブデンの添加は水素発生の活性の
向上に効果がなく、またモリブデンの過剰添加は電気分
解停止時の高温濃厚アルカリ中におけるモリブデンの溶
解を起こし、耐久性を損なう危険があるため、２０原子
％以下にとどめる必要がある。 【００１３】炭素はニッケルーモリブデン合金中で金属
元素と結合し、電荷移動によって水素の放電を加速し水
素発生に対する活性を向上させるとともに、電解停止時
の金属元素の腐食溶解を防止する作用を有する元素であ
るため、２原子％以上含む必要がある。しかし、過剰の
添加は、水素発生をになう金属元素の濃度を低下させる
ので１５原子％以下とする必要がある。 【００１４】なお、本合金において、炭素に加えて、硫
黄やリンを少量含むことは、本合金の電気分解による水
素発生に対する活性と耐久性に、なんら支障はない。 【００１５】次に本発明の実施例を示す。 【００１６】実施例１ ３００ｇ／ｌのＮｉＳＯ4・６Ｈ2Ｏ、３０ｇ／ｌのＮｉ
Ｃｌ2・６Ｈ2Ｏ、３０ｇ／ｌのＨ3ＢＯ3、３０ｇ／ｌの
ＨＯＯＣＣＨ2Ｃ（ＯＨ）（ＣＯＯＨ）ＣＨ2ＣＯＯＨ・
Ｈ2Ｏ、２ｇ／ｌのＮａ2ＭｏＯ4・２Ｈ2Ｏ、１．８２６
５ｇ／ｌのＨ2Ｎ（ＣＨ2）4ＣＨ（ＮＨ2）ＣＯＯＨ・Ｈ
Ｃｌを含む溶液に４モルＮａＯＨを滴下しｐＨを５とし
た２５℃の溶液を用い、電流密度６ｍＡ／ｃｍ2でめっ
きを行ってＮｉ−Ｍｏ（１０．４原子％）−Ｃ（７．０
原子％）合金を得た。本合金を、９０℃の８モルＮａＯ
Ｈの電気分解に陰極として用いた場合、１００Ａ／ｍ2
の電流密度で水素発生過電圧がわずかに５０ｍＶと高活
性を示した。また、９０℃の８モルＮａＯＨ中に１８日
間自然浸漬した後も、全く水素発生過電圧は上がらず自
然浸漬前と同じカソード分極曲線を示し、高耐久性電極
であることが確認された。なお、９０℃で海水相当の
０．５モルＮａＣｌ中における電気分解による水素発生
の過電圧は、９０℃の８モルＮａＯＨ中における結果と
同じであった。 【００１７】実施例２ 実施例１と同様の溶液について、Ｎａ2ＭｏＯ4・２Ｈ2
ＯおよびＨ2Ｎ（ＣＨ2）4ＣＨ（ＮＨ2）ＣＯＯＨ・ＨＣ
ｌの濃度を種々に変化させたｐＨ５〜６の溶液を用い、
表１の組成の種々の合金を作製した。これらの合金はい
ずれも、８モルＮａＯＨの電気分解に陰極として用いた
場合、１００Ａ／ｍ2の電流密度で水素発生過電圧がき
わめて低く高活性電極であることが以下の表２で示され
る様に確認された。 【００１８】 【表２】 また、９０℃の８モルＮａＯＨ中に１５日〜２０日間自
然浸漬した後も、全く水素発生過電圧に変化がないこと
が確認された。 【００１９】これらの結果本発明の電気めっき法で作製
するニッケルーモリブデンー炭素合金は高温の中性およ
び濃厚アルカリ溶液中における電気分解による水素発生
に対して高活性であるとともに、本来モリブデンが腐食
溶解する高温濃厚アルカリ中においても安定な耐久性電
極であることが判明した。 【００２０】 【発明の効果】以上のように本発明の合金は、高温の中
性および濃厚アルカリ溶液中における電気分解による水
素発生に対して高活性であるとともに、高温濃厚アルカ
リ中においても安定な耐久性電極である。
濃厚アルカリ中における電気分解で、水素を高速に発生
し、電気分解時および電気分解停止時における耐久性に
優れ、電気めっき法で作られる水素発生用ニッケル合金
電極に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】本発明者らは、高温海水の電気分解ある
いはソーダ工業における電解において水素を発生する陰
極として高性能な電極を探索してきた。中でも、電気め
っき法で作製されるＮｉ−Ｍｏ二元合金電極は、従来知
られる電極の中でも最高の初期活性を示すことを見いだ
したが、水素発生の結果生じる高温のアルカリ溶液中で
は、特に電解中断時にモリブデンが６価のモリブデン酸
イオンとして溶解するため、耐久性に劣るという欠点が
あった。 【０００３】これに対し、本発明者らは、これらの合金
についてさらに研究した結果、ニッケルーモリブデン合
金に炭素を添加し、合金中においてモリブデンが炭素と
結合しているＮｉ−Ｍｏ−Ｃとすることによって、水素
発生に対する活性が向上するだけでなく、合金中のモリ
ブデンがモリブデン酸イオンとして溶解するのを防止す
ることができ、水素発生に対する高活性とともに優れた
耐久性を備えていることを見いだし本発明を達成した。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】電気めっき法というき
わめて単純な方法によって、高温の中性あるいはアルカ
リ性溶液の電気分解による水素発生に対し高活性なニッ
ケルーモリブデン合金が得られ、この実用化には耐久性
の向上が鍵となっていた。 【０００５】本発明は、上述の課題のためになされたも
ので、合金中の金属元素と結合を生じる半金属である炭
素を添加することによって、合金中のモリブデンがモリ
ブデン酸イオンとして溶解するのを防止することを基本
とするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、モリブデンを
５〜２０原子％と炭素を２〜１５原子％含み残部は実質
的にニッケルからなり、電気めっき法で作られる水素発
生用ニッケル合金電極である。 【０００７】 【作用】本発明の実施の形態を以下詳述する。 【０００８】本発明者らは長年にわたり合金の性質の研
究を行い、合金を構成する元素の化学的役割を明らかに
し、ニッケルが白金族元素に次いで電気分解による水素
発生に高活性な元素であること、ニッケルにモリブデン
を合金化することによって、白金族元素を凌ぐ高活性を
電気分解による水素発生に対して示すこと、炭素の添加
が合金中の金属との結合によって、金属元素の溶解を防
止することを見いだしてきた。 【０００９】その合金に係る本発明は、特許請求の範囲
に記すものであり、ニッケル、モリブデン、炭素を必須
元素とし、単純な電気めっき法で作製するものである。 【００１０】次の表１に、本発明に係る合金の構成元素
および含有率を示す。 【００１１】 【表１】 次に、本発明における各成分組成を限定する理由を述べ
る。ニッケルは本発明合金の基礎となる元素であって、
電気めっき法で作製でき、水素発生の活性をになう元素
である。 【００１２】モリブデンはニッケルが電気めっきされる
際に、共同析出する元素であって、ニッケル上での水素
の放電を加速する作用を備えた元素であって、炭素と共
存して水素発生に高活性を付与するため、５原子％以上
添加する必要がある。しかし、炭素と共存する場合、２
０原子％を越えるモリブデンの添加は水素発生の活性の
向上に効果がなく、またモリブデンの過剰添加は電気分
解停止時の高温濃厚アルカリ中におけるモリブデンの溶
解を起こし、耐久性を損なう危険があるため、２０原子
％以下にとどめる必要がある。 【００１３】炭素はニッケルーモリブデン合金中で金属
元素と結合し、電荷移動によって水素の放電を加速し水
素発生に対する活性を向上させるとともに、電解停止時
の金属元素の腐食溶解を防止する作用を有する元素であ
るため、２原子％以上含む必要がある。しかし、過剰の
添加は、水素発生をになう金属元素の濃度を低下させる
ので１５原子％以下とする必要がある。 【００１４】なお、本合金において、炭素に加えて、硫
黄やリンを少量含むことは、本合金の電気分解による水
素発生に対する活性と耐久性に、なんら支障はない。 【００１５】次に本発明の実施例を示す。 【００１６】実施例１ ３００ｇ／ｌのＮｉＳＯ4・６Ｈ2Ｏ、３０ｇ／ｌのＮｉ
Ｃｌ2・６Ｈ2Ｏ、３０ｇ／ｌのＨ3ＢＯ3、３０ｇ／ｌの
ＨＯＯＣＣＨ2Ｃ（ＯＨ）（ＣＯＯＨ）ＣＨ2ＣＯＯＨ・
Ｈ2Ｏ、２ｇ／ｌのＮａ2ＭｏＯ4・２Ｈ2Ｏ、１．８２６
５ｇ／ｌのＨ2Ｎ（ＣＨ2）4ＣＨ（ＮＨ2）ＣＯＯＨ・Ｈ
Ｃｌを含む溶液に４モルＮａＯＨを滴下しｐＨを５とし
た２５℃の溶液を用い、電流密度６ｍＡ／ｃｍ2でめっ
きを行ってＮｉ−Ｍｏ（１０．４原子％）−Ｃ（７．０
原子％）合金を得た。本合金を、９０℃の８モルＮａＯ
Ｈの電気分解に陰極として用いた場合、１００Ａ／ｍ2
の電流密度で水素発生過電圧がわずかに５０ｍＶと高活
性を示した。また、９０℃の８モルＮａＯＨ中に１８日
間自然浸漬した後も、全く水素発生過電圧は上がらず自
然浸漬前と同じカソード分極曲線を示し、高耐久性電極
であることが確認された。なお、９０℃で海水相当の
０．５モルＮａＣｌ中における電気分解による水素発生
の過電圧は、９０℃の８モルＮａＯＨ中における結果と
同じであった。 【００１７】実施例２ 実施例１と同様の溶液について、Ｎａ2ＭｏＯ4・２Ｈ2
ＯおよびＨ2Ｎ（ＣＨ2）4ＣＨ（ＮＨ2）ＣＯＯＨ・ＨＣ
ｌの濃度を種々に変化させたｐＨ５〜６の溶液を用い、
表１の組成の種々の合金を作製した。これらの合金はい
ずれも、８モルＮａＯＨの電気分解に陰極として用いた
場合、１００Ａ／ｍ2の電流密度で水素発生過電圧がき
わめて低く高活性電極であることが以下の表２で示され
る様に確認された。 【００１８】 【表２】 また、９０℃の８モルＮａＯＨ中に１５日〜２０日間自
然浸漬した後も、全く水素発生過電圧に変化がないこと
が確認された。 【００１９】これらの結果本発明の電気めっき法で作製
するニッケルーモリブデンー炭素合金は高温の中性およ
び濃厚アルカリ溶液中における電気分解による水素発生
に対して高活性であるとともに、本来モリブデンが腐食
溶解する高温濃厚アルカリ中においても安定な耐久性電
極であることが判明した。 【００２０】 【発明の効果】以上のように本発明の合金は、高温の中
性および濃厚アルカリ溶液中における電気分解による水
素発生に対して高活性であるとともに、高温濃厚アルカ
リ中においても安定な耐久性電極である。
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フロントページの続き
(72)発明者 目黒 眞作
宮城県仙台市太白区八木山本町２丁目10−
18
(72)発明者 根本 秀和
宮城県遠田郡小牛田町北浦字姥ヶ沢78−２
(72)発明者 浅見 勝彦
宮城県仙台市太白区太白２丁目５−３
Ｆターム(参考） 4K011 AA06 AA15 AA16 AA17 DA01
DA03 DA04
4K024 AA15 AB01 BA01 BB09 BC10
GA16
5G301 AA14 AA30 AB13 AD10
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 モリブデンを５〜２０原子％と炭素を２
〜１５原子％含み残部は実質的にニッケルからなり、電
気めっき法で作られる水素発生用ニッケル合金電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297992A JP2003105466A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 水素発生用ニッケル合金電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297992A JP2003105466A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 水素発生用ニッケル合金電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003105466A true JP2003105466A (ja) | 2003-04-09 |
Family
ID=19118967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001297992A Pending JP2003105466A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 水素発生用ニッケル合金電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003105466A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015178668A (ja) * | 2014-03-19 | 2015-10-08 | 日立造船株式会社 | 水溶液電解用電極の製造方法 |
| JP2021527612A (ja) * | 2018-06-13 | 2021-10-14 | ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニー | セラミックと金属を接合するためのろう付けプロセス、およびそれを使用した半導体処理と産業機器 |
-
2001
- 2001-09-27 JP JP2001297992A patent/JP2003105466A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015178668A (ja) * | 2014-03-19 | 2015-10-08 | 日立造船株式会社 | 水溶液電解用電極の製造方法 |
| JP2021527612A (ja) * | 2018-06-13 | 2021-10-14 | ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニー | セラミックと金属を接合するためのろう付けプロセス、およびそれを使用した半導体処理と産業機器 |
| US11666993B2 (en) | 2018-06-13 | 2023-06-06 | Watlow Electric Manufacturing Company | Nickel-carbon and nickel-cobalt-carbon brazes and brazing processes for joining ceramics and metals and semiconductor processing and industrial equipment using same |
| JP7443257B2 (ja) | 2018-06-13 | 2024-03-05 | ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニー | セラミックと金属を接合するためのろう付けプロセス、およびそれを使用した半導体処理と産業機器 |
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