JP2013049913A - アルカリ水電解用電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】硫酸ニッケル・六水和物を25〜50g/L、タングステン酸ナトリウム・二水和物を30〜100g/L、チオ尿素を15〜80g/L、クエン酸・無水物又はクエン酸ナトリウム・二水和物を60〜120g/L、及び応力緩和剤を添加剤として含み、pH3〜6のニッケル−タングステン−硫黄合金めっき液を用いて、基材1上にアモルファス状又は微結晶状のNi−W−S合金膜2を形成する方法によって上記課題を解決する。このとき、応力緩和剤がスルホサリチル酸であり、Ni−W−S合金膜が、W:3質量%以上15質量%以下、S:15質量%以上30質量%以下、N:残部、及び不可避不純物を含有することが好ましい。
【選択図】 図1
Description
本発明に係るアルカリ水電解用電極の製造方法は、pH3〜6のニッケル−タングステン−硫黄合金めっき液を用い、図1に示すように、基材1上にアモルファス状又は微結晶状のNi−W−S合金膜2を形成する方法である。ニッケル−タングステン−硫黄合金めっき液としては、硫酸ニッケル・六水和物を25〜50g/L、タングステン酸ナトリウム・二水和物を30〜100g/L、チオ尿素を15〜80g/L、クエン酸・無水物又はクエン酸ナトリウム・二水和物を60〜120g/L、及び応力緩和剤を添加剤として含み、pHが3〜6に調整されていることに特徴がある。以下、詳しく説明する。
基材1は、電極としての導電性とアルカリ水電解用溶液に対する耐食性とを有するものであればその種類は特に限定されないが、導電性と耐食性とに優れた金属材料で構成されたものであることが好ましい。通常、低価格で耐食性のよいステンレス鋼が好ましく用いられる。ステンレス鋼の種類については特に限定されず、アルカリ水電解用溶液に対する耐食性を考慮して任意に選択される。また、チタン又はチタン合金、ニッケル又はニッケル合金、等であってもよい。基材1の表面は、平坦面であってもよいし、粗面化処理された微細凹凸面であってもよい。なお、アルカリ水電解用溶液は、例えば、30質量%KOH等や、その他のアルカリ水溶液を挙げることができる。
めっき液は、Ni−W−S合金膜2を形成するための溶液であり、ニッケル塩、タングステン塩、硫黄化合物、支持電解質、及び応力緩和剤を含むニッケル−タングステン−硫黄合金めっき液である。具体的には、硫酸ニッケル・六水和物(NiSO4・2H2O)を25〜50g/L、タングステン酸ナトリウム・二水和物(Na2WO4・2H2O)を30〜100g/L、チオ尿素(CH4N2S)を15〜80g/L、クエン酸・無水物(C6H8O7)又はクエン酸ナトリウム・二水和物(Na3(C6H5O7)・2H2O)を60〜120g/L、及び応力緩和剤を添加剤として含み、pHが3〜6に調整された水溶液である。
上記めっき液により、基材1上にNi−W−S合金膜2を形成できる。形成されたNi−W−S合金膜2の成分組成は、W:3質量%以上15質量%以下、S:15質量%以上30質量%以下、及びNi:残部(約63質量%以上、約82質量%以下)を含有する。この成分範囲のNi−W−S合金膜2は、アモルファス状又は微結晶の膜となり、後述する実施例に記載のように、高い耐久性と高い水素発生触媒能を示した。なお、Ni−W−S合金膜2には、不可避不純物が含まれていてもよい。
図2は、本発明に係るアルカリ水電解用電極の製造方法で得られたアルカリ水電解用電極11を用いて構成した水素発生装置20の一例を示す模式構成図である。水素発生装置20は、図2に示すように、アルカリ水電解用電極11と、隔壁22とを交互に複数配置した電解セルを有する。具体的には、一方の面をアノード電極2Aとし、他方の面をカソード電極2Cとする複数の電極板と、その複数の電極板の間に設けられた隔膜22とで構成された電解セルを有している。その複数の電極板は、既述したアルカリ電解用電極11を好ましく用いることができる。
(電極の作製)
基材1として、表面が均一で滑らかなSUS430ステンレス鋼板(株式会社ニコラ製、厚さ0.5mm)を用い、10mm×5mmとなるようにマスキングした。そのステンレス鋼板の表面に対し、脱脂等の下処理をして清浄化した。
(表面観察)
電界放出形走査電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、型番:FE−SEM)で電極表面観察を行った。加速電圧を15kVとし、1000倍と5000倍の拡大倍率で表面状況を観察した。その結果を図3に示した。図3では、上段から、Ni−S合金膜(No.6)、Ni−W−S合金膜(No.1)、Ni−W−S合金膜(No.2)の表面SEM写真である。
Ni−W−S合金膜の組成の定性及び定量分析をエネルギー分散型X線分析装置(株式会社堀場製作所製、型番:EMAX−5770)を利用し、加速電圧15kV、プローブ電流0.2nAで行った。その結果を表1に示した。
XRD(X線回折)により、試料の結晶構造解析を行った。分析には株式会社リガク社製のX線回折装置(型名:RINT2100)を用いた。走査範囲2θ/θ20〜90°、走査速度4°/秒にて評価を行った。その結果を図4に示した。
LSV(リニアスープボルタンメトリー)をポテンショスタット(北斗電工株式会社製、HZ5000)により行い、合金膜のカソード分極曲線を測定し、電気化学特性を確認した。電解液には30質量%KOH(工業用フレーク状KOH95.5%、日本曹達株式会社)水溶液を用い、液温度は投込式恒温装置にて保温された液中にビーカーを入れ、60℃に保温した。対極にはPtメッシュ電極を用い、参照電極にはAg/AgCl電極を用い、走査速度を10mV/秒とし、走査電位範囲を−1640〜−0mVとした。その結果を図5に示した。
耐久性確認試験は、30質量%の水酸化カリウム(日本曹達株式会社製、工業用フレーク状KOH 95.5%)水溶液を電解液に用いた。評価電極としてNi−W−S合金膜(No.1)とNi−W−S合金膜(No.2)用い、対極としてPtメッシュ電極を用い、60℃、定電流30mAで48時間の電解試験を行った。定期的に電解電圧を測定するとともに、LSVを測定し、長期電解に伴う電解性能の変化を確認した。測定を行うタイミングとして電解開始から0,2,6,12,18,24,30,36,48時間の9点を計測した。その結果を図6及び図7に示した。
エネルギー効率は、水素発生量、及びポテンシオガルバノスタットにて観測された電気量と電解電圧から算出した。結果は表1に示した。なお、電流電解開始前に、電極表面を活性化させるために定電圧2Vで20分間の予備電解を行った。
2 Ni−W−S合金膜
2A アノード電極側のNi−W−S合金膜
2C カソード電極側のNi−W−S合金膜
11 アルカリ水電解用電極
20 水素発生装置
22 隔膜
23 電解質(アルカリ水溶液)
24,25 電解セルを構成する保持プレート
26 ガス配管
40 測定装置
41,42 Ni−W−S合金膜
43 配線
44 測定セル
45 隔壁
46 電解質(アルカリ水溶液)
47 水槽
48 ポテンシオガルバノスタット
49 コンピュータ
Claims (3)
- 硫酸ニッケル・六水和物を25〜50g/L、タングステン酸ナトリウム・二水和物を30〜100g/L、チオ尿素を15〜80g/L、クエン酸・無水物又はクエン酸ナトリウム・二水和物を60〜120g/L、及び応力緩和剤を添加剤として含み、pH3〜6のニッケル−タングステン−硫黄合金めっき液を用いて、基材上にアモルファス状又は微結晶状のNi−W−S合金膜を形成することを特徴とするアルカリ水電解用電極の製造方法。
- 前記応力緩和剤がスルホサリチル酸である、請求項1に記載のアルカリ水電解用電極の製造方法。
- 前記Ni−W−S合金膜が、W:3質量%以上15質量%以下、S:15質量%以上30質量%以下、N:残部、及び不可避不純物を含有する、請求項1又は2に記載のアルカリ水電解用電極の製造方法。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10376874B2 (en) | 2014-01-29 | 2019-08-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrode composition for capacitive deionization device, and electrode for capacitive deionization device containing the same |
EP3587624A1 (en) * | 2018-05-31 | 2020-01-01 | Honeywell International Inc. | Coatings containing nickel-tungsten plating layers and methods for the production thereof |
WO2020109062A1 (fr) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | IFP Energies Nouvelles | Procede de preparation d'un materiau catalytique d'electrode pour des reactions de reduction electrochimique prepare par electroreduction |
CN112111765A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 苏州大学 | 镍钨合金镀层的形成方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6293389A (ja) * | 1985-10-18 | 1987-04-28 | Tokuyama Soda Co Ltd | 電極 |
JPS63162892A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-06 | Toagosei Chem Ind Co Ltd | 低水素過電圧陰極の製造方法 |
JPH04214892A (ja) * | 1991-02-25 | 1992-08-05 | Shimizu:Kk | Ni−W合金連続めっき用電解浴補給液 |
JP2002507666A (ja) * | 1998-03-24 | 2002-03-12 | エントン・オーエムアイ・インコーポレイテッド | ニッケル・タングステン合金のための延性剤 |
-
2011
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6293389A (ja) * | 1985-10-18 | 1987-04-28 | Tokuyama Soda Co Ltd | 電極 |
JPS63162892A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-06 | Toagosei Chem Ind Co Ltd | 低水素過電圧陰極の製造方法 |
JPH04214892A (ja) * | 1991-02-25 | 1992-08-05 | Shimizu:Kk | Ni−W合金連続めっき用電解浴補給液 |
JP2002507666A (ja) * | 1998-03-24 | 2002-03-12 | エントン・オーエムアイ・インコーポレイテッド | ニッケル・タングステン合金のための延性剤 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10376874B2 (en) | 2014-01-29 | 2019-08-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrode composition for capacitive deionization device, and electrode for capacitive deionization device containing the same |
EP3587624A1 (en) * | 2018-05-31 | 2020-01-01 | Honeywell International Inc. | Coatings containing nickel-tungsten plating layers and methods for the production thereof |
WO2020109062A1 (fr) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | IFP Energies Nouvelles | Procede de preparation d'un materiau catalytique d'electrode pour des reactions de reduction electrochimique prepare par electroreduction |
FR3089134A1 (fr) * | 2018-11-30 | 2020-06-05 | IFP Energies Nouvelles | Procédé de préparation d’un matériau catalytique d’électrode pour des réactions de réduction électrochimique préparé par électroréduction. |
CN112111765A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 苏州大学 | 镍钨合金镀层的形成方法 |
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