JP2011511158A - 水電解装置用高性能カソード - Google Patents
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Abstract
Description
2H2O → 2H2 + O2
この反応式は、水素と酸素が一定の体積比率(酸素の体積が1であるのに対して水素の体積は2)で生成されることを示す。
‐金属の基材、及び
‐上記基材上に設けられ、実質的に純粋な酸化ルテニウムからなるコーティング層
を備える。
a)金属基材の前処理;
b)酸化ルテニウムの適切な前駆体を溶媒へ溶解させることによる、活性溶液の調製;
c)金属基材への上記活性溶液の塗布;
d)金属基材へコーティングを固定するための最終熱処理の実行
を含む。
水の電解装置は、100cm2の作用表面を有し電極を収容する、60個の双極セルを備えるセルスタックと共に用いられた。電極を、円形状を有しており、微細孔を有する厚さ0.2mmのニッケルシートから切り出した。目打ち孔は、0.5mmの直径及び1mmの三角形ピッチを有する。各セルのカソード及びアノードは、厚さ0.5mmのポリスルフォン布の隔壁の介在によって分離される。薄いナイロンネットは、各電極と隔壁との間に挿入される。双極セルは、厚み0.5mmのニッケルシートの双極プレートによって互いに分離される。ニッケルの電極コレクタによって、電極と双極プレートとの間の良好な接触が維持される。
本実施例の水の電解装置は、600cm2の作用領域の電極を収容する48個の双極セルを備えるセルスタックを主体とする。電極は、円形であり、延伸された厚み0.2mmのニッケルシートから切り出され、横軸ピッチが1.3mmで縦軸ピッチが0.65mmであり、進展が0.25mmであるひし形の開口を有する。
24個のカソードを一組として鉛直方向に収容する支持体にカソードを挿入した。余剰の溶液を滴下除去した後、炉に入れて、300℃に保ち、6分間、わずかな空気循環下で乾燥させた。この操作の最後に、カソードを収容する支持体を炉から出し、開放空気中、室温下に放置して冷却した。
[実施例3]
室内実験を、100cm2の電極領域を有する10個の双極型の電解セルを備えるセルスタックを用いて準備した。スタックは、電解試験台に組み込まれ、電解試験台は、電源供給シミュレータを通じて120AまでのDC電流を供給可能である。再生可能であり、20分の期間中に圧縮された風力タービンの出力は、24時間の期間で記録された。実際、風力タービンの出力は、電解セルにおける高い様々な負荷を含み、対応する応力を伴う太陽光発電の出力よりも時間の制限が少ない。瞬間的な負荷は、DC電界全体における偏位を含み、不純物の混ざった水素の生成を避けるための、DC電流が5A未満に低下したときの自動中断を含む。試験期間における負荷中断は4回であった。
Claims (17)
- 電解セルでの水の電解に用いられるカソードであって、
‐金属の基材、及び
‐前記基材上に設けられ、実質的に純粋な酸化ルテニウムからなるコーティング層
を備える
カソード。 - 前記コーティング層は、0.1〜2mg/cm2、好ましくは0.4〜1mg/cm2の範囲である
請求項1に記載のカソード。 - 前記金属基材は、軟鋼、合金鋼、ニッケル及びニッケル合金からなる群より選択される材料で作られる
請求項1又は2に記載のカソード。 - 前記カソードの形状は、板、穴の開いた又は延伸されたシート、グリードから選択されるいずれかである
請求項1〜3のいずれか1項に記載のカソード。 - アノード及び請求項1〜4のいずれか1項に記載のカソードを少なくとも備える、水の電解用の電解セル。
- 水の電気分解から純粋な水素を生成する電解装置であって、
請求項5に記載の電解セルを少なくとも備える、
電解装置。 - 不安定で間欠的な電力供給下における電解セルの性能を向上させるために、水の電解用の電解セルの金属カソードのコーティングにおける、実質的に純粋な酸化ルテニウムの使用。
- 前記不安定で間欠的な電力は、再生可能なエネルギー源によって供給される、
請求項7に記載の実質的に純粋な酸化ルテニウムの使用。 - 水から水素(H2)を製造する方法であって、
少なくとも1つの電解セル中でアルカリ性水溶液の電解を行うステップを備え、
水素はカソードで発生し、
前記セルは請求項1〜4のいずれか1項に記載のカソードを備える、
水素の製造方法。 - 前記電解セルは、再生可能エネルギー源によって電力供給を受ける、
請求項9に記載の水素の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のカソードを製造する方法であって、少なくとも下記ステップ:
a)金属基材の前処理;
b)酸化ルテニウムの適切な前駆体を溶媒へ溶解させることによる活性溶液の調製;
c)金属基材への前記活性溶液の塗布;
d)金属基材へのコーティングを固定させる最終的な熱処理の実行;
を含む方法。 - ステップb)を、塩化ルテニウムをアルコール溶液へ溶解させることによって実行する、
請求項11に記載の方法。 - 前記塩化ルテニウムは、水和三塩化物RuCl3・nH2Oであり、
前記溶液は、イソプロパノール又は2‐プロパノールをベースとし、蒸留水及び塩酸水溶液が添加されている
請求項12に記載の方法。 - 前記ステップc)は、活性溶液を金属基材に塗布する一連の操作によって実行され、
塗布する毎に、余剰の溶液を金属基材から滴下除去し、次の塗布までにカソードを乾燥させる中間ステップを行う
請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。 - 乾燥を、150℃〜350℃の間の熱風を出すことのできる熱風炉中で行い、基材が炉に留まる時間は3〜12分である、
請求項14に記載の方法。 - 活性溶液の塗布を、5〜15回繰り返す、
請求項14又は15に記載の方法。 - 前記ステップd)における最終的な熱処理を、熱風炉で、温度250℃〜400℃、処理時間1〜2時間で行う、
請求項11〜16のいずれか1項に記載の方法。
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