JP2013104090A - Electrode unit for use in electrolytic cell of zero-gap type - Google Patents

Electrode unit for use in electrolytic cell of zero-gap type Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly economical electrode unit for use in electrolytic cells of a zero-gap type, whose manufacturing cost can be controlled to the extent practicable.SOLUTION: Of the constituent members of an electrode unit constituting an electrolytic cell of a gap type, an anode 20 and an electrode-supporting frame that supports the anode 20 on one side of a separation wall and a cathode on the other side are employed without modification in an electrode unit for use in electrolytic cells of a zero-gap type. In place of the cathode, a cathode structure 30 that supports an active cathode 33 via a conductive elastic body 32 in a manner of allowing the same to move back and forth, is attached to the front side of the cathode which is used as a back plate 31. Thus, an electrode unit used in electrolytic cells of a gap type is converted to an electrode unit for use in electrolytic cells of a zero-gap type, with slight modification.

Description

本発明は、ゼロギャップ式電解槽に使用される電極ユニットに関し、より詳しくは、従来主流であった非ゼロギャップ式電解槽(ギャップ式電解槽)に使用されていた既存、既設の電極ユニットをベースとする経済性の高いゼロギャップ式電解槽用電極ユニットに関する。   The present invention relates to an electrode unit used in a zero-gap electrolytic cell, and more specifically, an existing and existing electrode unit used in a non-zero-gap electrolytic cell (gap-type electrolytic cell) that has been the mainstream in the past. The present invention relates to a highly economical zero gap type electrolytic cell electrode unit.

アルカリ金属塩水溶液、すなわち塩化ナトリウム水溶液を電気分解することによって塩素や水素、水酸化ナトリウムを製造するために、陽極室と陰極室とを陽イオン交換膜によって分離し、陽極室内の陽極と陰極室内の陰極との間に電流を流して電解を行うイオン交換膜法食塩電解槽が用いられることはよく知られており、これについての様々な改良も数多く行われてきた。例えば、陽極に寸法安定性電極、陰極に水素過電圧が低い活性陰極が開発されることにより、イオン交換膜法食塩電解における電解電圧の低下が図られている。特に最近の電解技術の向上は著しく、その一つとして、陽極及び陰極を陽イオン交換膜に密着させた所謂ゼロギャップ式電解槽が開発され、電解電圧の更なる低下が図られている(特許文献1及び2)。   In order to produce chlorine, hydrogen, and sodium hydroxide by electrolyzing an alkali metal salt aqueous solution, that is, a sodium chloride aqueous solution, the anode chamber and the cathode chamber are separated by a cation exchange membrane, and the anode and cathode chambers in the anode chamber are separated. It is well known that an ion exchange membrane salt electrolytic cell is used in which electrolysis is performed by passing an electric current between the cathode and the cathode, and many improvements have been made. For example, by developing a dimensionally stable electrode as the anode and an active cathode with a low hydrogen overvoltage as the cathode, the electrolysis voltage in ion exchange membrane salt electrolysis is reduced. In particular, the recent improvement in electrolysis technology is remarkable, and as one of them, a so-called zero gap type electrolytic cell in which an anode and a cathode are in close contact with a cation exchange membrane has been developed, and the electrolysis voltage is further lowered (patent) References 1 and 2).

ゼロギャップ式電解槽、ギャップ式電解槽を問わず、イオン交換膜法食塩電解槽では、隔壁を挟んで一方の側に陽極を支持し、他方の側に陰極を支持した電極ユニットが使用される(特許文献3)。具体的には、陽イオン交換膜を挟んで複数の電極ユニットを縦列配置し連結する。これにより、図5に示すように、隣接する2つの電極ユニットの陽極2と陰極3との間にイオン交換膜Iが配置され、電解槽が構成される。電解槽構成用の縦列配置された複数の電極ユニットが電気的に直列接続されたものが複極式(バイポーラ)と呼ばれ、並列接続されたものが単極式(モノポーラ)と呼ばれている。パイポーラ電解槽は、陽極と背後の隔壁の間が陽極室、陰極と背後の隔壁の間が陰極室とされた電極ユニットを使用する。モノポーラ電解槽は、電極ユニットとして、両面に陽極を有する陽極室ユニットと、両面に陰極を有する陰極室ユニットとを使用する。そして、隣接する電極ユニット間に配置されるイオン交換膜Iに対して陽極2が密着し、陰極3が所定のギャップGをもって対峙するものがギャップ式電解槽であり、陽極2と共に陰極3も密着させたものがゼロギャップ式電解槽である。   Regardless of the zero gap type electrolytic cell or the gap type electrolytic cell, the ion exchange membrane salt electrolytic cell uses an electrode unit that supports the anode on one side and the cathode on the other side across the partition wall. (Patent Document 3). Specifically, a plurality of electrode units are arranged in cascade and connected with a cation exchange membrane interposed therebetween. Thereby, as shown in FIG. 5, the ion exchange membrane I is arrange | positioned between the anode 2 and the cathode 3 of two adjacent electrode units, and an electrolytic cell is comprised. A plurality of electrode units arranged in tandem for electrolytic cell construction are electrically connected in series is called a bipolar (bipolar), and a parallel connection is called a monopolar (monopolar). . The piper electrolytic cell uses an electrode unit in which an anode chamber is provided between the anode and the back partition, and a cathode chamber is provided between the cathode and the back partition. The monopolar electrolytic cell uses, as electrode units, an anode chamber unit having an anode on both sides and a cathode chamber unit having a cathode on both sides. The anode 2 is in close contact with the ion exchange membrane I disposed between the adjacent electrode units, and the cathode 3 is opposed to the ion exchange membrane I with a predetermined gap G. What was made to do is a zero gap type electrolytic cell.

すなわち、イオン交換膜法食塩電解槽では、陽極は当初よりイオン交換膜に密着しており、新たに陰極を密着させたものがゼロギャップ式電解槽である。それは、イオン交換膜の陽極側と陰極側とで電解液圧が異なるため(陰極側の液圧が陽極側の液圧より大であるため)、イオン交換膜は自然と陽極に押し付けられて密着するからである。そして、この状態から更に陰極をイオン交換膜に意図的、物理的に密着させてイオン交換膜と陰極との間の電気抵抗を小さくして、電解電圧を低下させるのがゼロギャップ式電解槽である。このようなゼロギャップ式電解槽では、イオン交換膜への陰極の密着に伴って、陽極へのイオン交換膜の押し付け圧が増加する。   That is, in the ion-exchange membrane method salt electrolytic cell, the anode is in close contact with the ion-exchange membrane from the beginning, and the zero-gap electrolytic cell in which the negative electrode is newly adhered. This is because the electrolyte pressure on the anode side and the cathode side of the ion exchange membrane is different (because the fluid pressure on the cathode side is larger than the fluid pressure on the anode side). Because it does. In this state, the zero gap type electrolytic cell further reduces the electrolysis voltage by intentionally and physically bringing the cathode into close contact with the ion exchange membrane to reduce the electrical resistance between the ion exchange membrane and the cathode. is there. In such a zero gap electrolytic cell, the pressure of pressing the ion exchange membrane against the anode increases as the cathode adheres to the ion exchange membrane.

この押し付け圧の増加に対処するため、特許文献2に記載されたゼロギャップ式電解槽では、陽極は剛性を高くしてイオン交換膜に押し付けても変形の少ない剛構造とする一方、陰極は電極支持フレームなどの公差、変形による凹凸を吸収してゼロギャップを保つような柔構造とすると共に、更に背後の背板との間に導電性クッションマットを介在させることにより、イオン交換膜を傷つけることなく、イオン交換膜と陽極との間、及びイオン交換膜と陰極との間の密着性を確保するようにしている。そして、剛構造である陽極の構造に関しては、主にイオン交換膜との間における通液性を確保する観点から、開口率が25〜75%のチタニウム製エキスパンドメタル又はチタニウム製金網からなる導電性基体の表面に触媒層を形成し、触媒層表面の凹凸の高低差の最大値を5〜50μmとし、厚みを0.7〜2.0mmとすることが推奨されている。   In order to cope with the increase in the pressing pressure, in the zero gap type electrolytic cell described in Patent Document 2, the anode has a rigid structure that is less deformed even when pressed against the ion exchange membrane while the anode is an electrode. Damage to the ion exchange membrane by making a flexible structure that maintains the zero gap by absorbing tolerances and deformation due to tolerances such as the support frame and interposing a conductive cushion mat between the back plate and the back. Instead, the adhesion between the ion exchange membrane and the anode and between the ion exchange membrane and the cathode is ensured. And regarding the structure of the anode which is a rigid structure, the electroconductivity which consists of a titanium expanded metal or a titanium metal net | network with an aperture ratio of 25 to 75% mainly from a viewpoint of ensuring liquid permeability between ion exchange membranes. It is recommended that a catalyst layer be formed on the surface of the substrate, the maximum value of the unevenness on the catalyst layer surface be 5 to 50 μm, and the thickness to be 0.7 to 2.0 mm.

しかしながら、特許文献2に記載されているようなゼロギャップ式電解槽用の電極ユニットを新たに設計し、作製するには多大の費用が必要となる。   However, enormous costs are required to newly design and manufacture an electrode unit for a zero gap electrolytic cell as described in Patent Document 2.

特開2001−262387号公報JP 2001-262387 A 特許第4453973号公報Japanese Patent No. 4453973 特開昭61−37355号公報JP 61-37355 A

本発明の目的は、ゼロギャップ式電解槽に使用されるにもかかわらず、製作コストを極力抑制することができる経済性の高いゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electrode unit for a zero-gap electrolytic cell with high economic efficiency that can suppress the manufacturing cost as much as possible even though it is used in a zero-gap electrolytic cell.

上記目的を達成するために、本発明者らは、旧来より使用されているギャップ式電解槽用電極ユニットに装着されている多くの陽極について、触媒層表面の凹凸の高低差を調査した。その結果、大多数の陽極において、触媒層表面の凹凸の高低差の最大値が、殆ど例外なく5〜50μmの範囲内に収まっていることが判明した。また、ギャップ式電解槽用電極ユニット、ゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを問わず、陽極基体として、開口率が25〜75%のチタニウム製エキスパンドメタルは公知であり、0.7〜2.0mmという陽極厚みも至極一般的である。   In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors investigated the difference in level of the unevenness on the surface of the catalyst layer for many anodes mounted on the gap type electrolytic cell electrode unit that has been used conventionally. As a result, it has been found that in most of the anodes, the maximum value of the height difference of the irregularities on the surface of the catalyst layer is almost in the range of 5 to 50 μm without exception. Further, regardless of whether the electrode unit for a gap electrolytic cell or the electrode unit for a zero gap electrolytic cell is used, an expanded metal made of titanium having an aperture ratio of 25 to 75% is known as an anode substrate, and is 0.7 to 2.0 mm. The anode thickness is also extremely common.

すなわち、特許文献2に記載のゼロギャップ式電解槽を構成するための剛構造の陽極は、旧来から使用されているギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれている陽極と何ら変るところがないのである。なぜなら、ギャップ式電解槽用電極ユニットに使用される陽極においても、導電性基体の表面に触媒層を担持するためのアンカー効果を期待するために基体表面がブラスト処理、エッチング処理により数μmから数十μm程度の粗度で粗面化されているため、その表面に形成された触媒層の表面も、望むと望まざるとにかかわらず表面の凹凸に沿って、凹凸高低差の最大値が数μmから数十μmの範囲内で凹凸化するからである。   That is, the rigid-structure anode for constituting the zero gap type electrolytic cell described in Patent Document 2 is not different from the anode incorporated in the gap type electrolytic cell electrode unit that has been used conventionally. . This is because even in the anode used in the electrode unit for the gap type electrolytic cell, the surface of the substrate is blasted or etched by several μm to several μm in order to expect an anchor effect for supporting the catalyst layer on the surface of the conductive substrate. Since the surface of the catalyst layer formed on the surface has a roughness of about 10 μm, the maximum value of the unevenness height difference is several along the unevenness of the surface, whether desired or not. This is because the surface becomes uneven within a range of μm to several tens of μm.

ここで、導電性基体の表面粗度と触媒層表面における凹凸高低差の最大値との関係について簡単に説明する。基体表面への触媒層の被覆により基体表面の凹凸が緩和されるため、凹凸高低差の最大値で比較すれば、基体表面より触媒層表面の方で小さくなるが、同じ凹凸の大きさでも、Raなどの平均粗度と凹凸高低差の最大値とでは前者より後者の方が大きく表示される。その結果、互いが相殺し合うことになり、基体表面の平均粗度と触媒層表面における凹凸高低差の最大値とは、同程度の値となるのが通例である。   Here, the relationship between the surface roughness of the conductive substrate and the maximum value of the uneven height difference on the catalyst layer surface will be briefly described. Since the unevenness of the substrate surface is relaxed by the coating of the catalyst layer on the substrate surface, when compared with the maximum unevenness height difference, the catalyst layer surface is smaller than the substrate surface, but even with the same unevenness size, In the case of the average roughness such as Ra and the maximum unevenness height difference, the latter is displayed larger than the former. As a result, they cancel each other, and the average roughness of the substrate surface and the maximum value of the uneven height difference on the surface of the catalyst layer are generally the same value.

要するに、ギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれている陽極とゼロギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれている陽極とは、共にイオン交換膜に密着する陽極である以上、材質上、製法上、使用上、同様の制限を受けるので、構造上、差のないことは当然なのである。このため、ギャップ式電解槽用電極ユニットとゼロギャップ式電解槽用電極ユニットとの構造上の差異は、結局のところ、陰極側の柔軟密着構造に過ぎないのである。   In short, the anode built into the gap type electrolytic cell electrode unit and the anode built into the zero gap type electrolytic cell electrode unit are both anodes that are in close contact with the ion exchange membrane. Since there are similar restrictions in use, it is natural that there is no difference in structure. For this reason, the difference in structure between the electrode unit for gap type electrolytic cell and the electrode unit for zero gap type electrolytic cell is only the flexible contact structure on the cathode side after all.

そうであるならば、ゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを作製するためには、全てを新たに作り直す必要はなく、旧来からギャップ式電解槽用電極ユニットの陽極向けに製造販売されている汎用電極及び電極支持フレームを含む多くの部分をゼロギャップ式電解槽用電極ユニット用に転用すればよく、これらの転用により、改造程度の手間でゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを作製できるとの結論に到達した。ちなみに、ギャップ式電解槽用電極ユニットにおける陰極は、イオン交換膜に密着しないため、ニッケル製エキスパンドメタルの如く剛構造であることが多く、導電性クッションマットを背後から支持する背板として使用できる程度の剛性は持ち合わせている。   If so, in order to produce a zero gap type electrolytic cell electrode unit, it is not necessary to recreate everything, and a conventional electrode manufactured and sold for the anode of a gap type electrolytic cell electrode unit. And a lot of parts including the electrode support frame can be diverted to the electrode unit for the zero gap type electrolytic cell, and it is concluded that the diverted one can produce the electrode unit for the zero gap type electrolytic cell with the effort of remodeling. Reached. By the way, the cathode in the gap type electrolytic cell electrode unit is not in close contact with the ion exchange membrane, so it is often a rigid structure like nickel expanded metal, and can be used as a back plate that supports the conductive cushion mat from the back. Has the rigidity.

本発明のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットは、かかる知見を基礎として完成されたものであり、ゼロギャップ式電解槽を構成するのに使用される電極ユニットであって、ギャップ式電解槽用電極ユニット向けに作製された陽極と、ギャップ式電解槽用電極ユニット向けに作製され、隔壁を挟んで一方の側に前記陽極を支持し他方の側に陰極を支持する電極支持フレームと、当該電極支持フレームにおける陰極を背板としてその正面側に導電性弾性体を介して活性陰極を前後方向で移動可能に積層支持した陰極構造体とを具備している。   The electrode unit for a zero gap electrolytic cell of the present invention has been completed on the basis of such knowledge, and is an electrode unit used for constituting a zero gap electrolytic cell, and is an electrode for a gap electrolytic cell An anode made for the unit, an electrode support frame made for the gap type electrolytic cell electrode unit, supporting the anode on one side and supporting the cathode on the other side across the partition, and the electrode support The cathode structure in which the cathode in the frame is used as a back plate and the active cathode is stacked and supported on the front side of the frame via a conductive elastic body so as to be movable in the front-rear direction.

本発明のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいては、陽極がギャップ式電解槽用電極ユニットからの転用物である。電極支持フレームもギャップ式電解槽用電極ユニットからの転用品であり、その陰極は、陰極構造体における導電性弾性体の背板として使用される。新たに必要なのは、陰極構造体における活性陰極及び導電性弾性体、並びにこれらの取付けのための電極支持フレームの若干の改造程度である。したがって、旧来から使用されているギャップ式電解槽用電極ユニットを改造する程度の手間で安価に作製することが可能となるのである。   In the zero gap type electrolytic cell electrode unit of the present invention, the anode is a diversion from the gap type electrolytic cell electrode unit. The electrode support frame is also a transfer product from the electrode unit for the gap electrolytic cell, and its cathode is used as the back plate of the conductive elastic body in the cathode structure. What is newly needed is a slight modification of the active cathode and conductive elastic body in the cathode structure and the electrode support frame for their attachment. Therefore, it becomes possible to produce the gap type electrolytic cell electrode unit that has been used for a long time at a low cost.

陽極は、通液性を有する導電性基体の表面に活性を有する触媒層を形成した活性電極であることが、電解電圧低下の観点から好ましい。陽極の導電性基体としては、耐食性等の点からチタニウム製エキスパンドメタル又はチタニウム製パンチングメタルが望ましく、経済性の観点からチタニウム製エキスパンドメタルが特に望ましい。これらの導電性基体における開口率は機械的強度と通液性の両立という観点などから25〜75%であることが望ましい。   The anode is preferably an active electrode in which a catalytic layer having activity is formed on the surface of a conductive substrate having liquid permeability, from the viewpoint of a decrease in electrolytic voltage. As the conductive substrate of the anode, a titanium expanded metal or a titanium punching metal is desirable from the viewpoint of corrosion resistance and the like, and a titanium expanded metal is particularly desirable from the viewpoint of economy. The aperture ratio in these conductive substrates is preferably 25 to 75% from the viewpoint of achieving both mechanical strength and liquid permeability.

触媒層を含めた陽極の厚みは、機械的強度と経済性の両立という観点から0.7〜2.0mmが望ましい。すなわち、導電性基体が薄すぎると、機械的強度が低下し、表面を粗面化する際に変形し、歪みを生じる。その結果、イオン交換膜と陽極との間に隙間が生じ、電解電圧が大きくなる。また、運転時の電解圧力によって変形を生じる可能性があることからも、薄過ぎる導電性基体は好ましくない。反対に厚すぎる場合は原材料コストが上り、経済性が低下する。   The thickness of the anode including the catalyst layer is preferably 0.7 to 2.0 mm from the viewpoint of achieving both mechanical strength and economical efficiency. That is, if the conductive substrate is too thin, the mechanical strength is lowered, and the surface is roughened to cause deformation and distortion. As a result, a gap is generated between the ion exchange membrane and the anode, and the electrolysis voltage increases. In addition, a conductive substrate that is too thin is not preferable because it may be deformed by the electrolytic pressure during operation. On the other hand, if it is too thick, the raw material cost increases and the economic efficiency decreases.

触媒層表面における凹凸高低差の最大値は、通液性確保とイオン交換膜保護を両立させる観点から5〜50μmが好ましく、10〜40μmがより好ましいが、導電性基体の表面側に触媒層を担持するためにその基体表面はブラスト処理やエッチング処理による粗面化処理を受けており、これによる基体表面の凹凸が触媒層の表面に反映されるために、特に意図しなくても5〜50μmの範囲内に収まることは前述したとおりである。   The maximum value of the unevenness height difference on the catalyst layer surface is preferably 5 to 50 μm and more preferably 10 to 40 μm from the viewpoint of achieving both liquid permeability and ion exchange membrane protection, but the catalyst layer is provided on the surface side of the conductive substrate. In order to carry the substrate, the surface of the substrate has been subjected to a roughening treatment by blasting or etching, and the unevenness of the surface of the substrate is reflected on the surface of the catalyst layer. As described above, it is within the range.

導電性基体の表面粗さ、触媒層表面の表面粗さを測定する場合は、触針を用いた接触式と光干渉やレーザー光を利用した非接触式の測定法がある。非接触式は、測定物に傷が生じないが高価であるため、接触式による測定法が望ましい。触針を用いた接触式による表面粗さの測定にはミツトヨ製のSJ−301などを利用する。本装置は、検出器の触針が測定物表面の微細な凹凸をなぞり、その際の触針の上下方向の変位量及び横方向の移動量から表面粗さを求める方法により表面粗さを測定する。   When measuring the surface roughness of the conductive substrate and the surface roughness of the catalyst layer surface, there are a contact type using a stylus and a non-contact type measurement method using optical interference or laser light. The non-contact method is expensive although it does not cause damage to the measurement object, and therefore a contact method is desirable. Mitutoyo's SJ-301 or the like is used for measuring the contact surface roughness using a stylus. This device measures the surface roughness by a method in which the stylus of the detector traces minute irregularities on the surface of the object to be measured, and the surface roughness is obtained from the vertical displacement and lateral movement of the stylus. To do.

測定物表面の測定値については、Ra算術平均粗さや十点平均粗さなどが測定可能であるが、ここでは、平均線からもっとも高い山頂までの高さと最も深い谷底までの深さとの和を求めた最大高さを採用する。被測定領域は任意に選ぶことが可能であるが、基体表面や触媒層表面の凹凸をある程度把握するためには、10μmから300μm四方の領域を測定することが望ましい。特に、エキスパンドメタルやその表面の触媒層を測定する場合には50μmから150μm四方の領域を測定することが望ましい。   For the measured value on the surface of the workpiece, Ra arithmetic average roughness, ten-point average roughness, etc. can be measured. Here, the sum of the height from the average line to the highest peak and the depth to the deepest valley bottom is calculated. Use the maximum height found. The area to be measured can be arbitrarily selected, but it is desirable to measure an area of 10 μm to 300 μm square in order to grasp the unevenness of the substrate surface and the catalyst layer surface to some extent. In particular, when measuring an expanded metal or a catalyst layer on the surface thereof, it is desirable to measure an area of 50 μm to 150 μm square.

陰極構造体における活性陰極についても、通液性を有する導電性基体の表面に活性を有する触媒層を形成した活性電極であることが、電解電圧低下の観点から好ましい。陰極の導電性基体としては、耐食性等の点からニッケル製エキスパンドメタル、ニッケル製パンチングメタル又はニッケル性ファインメッシュが望ましく、経済性及びイオン交換膜へのダメージ軽減等の観点から、柔構造であるニッケル製ファインメッシュが特に望ましい。陽極の場合と同様、これらの導電性基体における開口率は機械的強度、通液性などの観点から25〜75%であることが望ましく、触媒層を含む陰極の厚みは機械的強度と経済性の両立という観点から0.7〜2.0mmが望ましい。   The active cathode in the cathode structure is also preferably an active electrode in which a catalytic layer having activity is formed on the surface of a conductive substrate having liquid permeability, from the viewpoint of reduction in electrolytic voltage. As the conductive substrate of the cathode, nickel expanded metal, nickel punching metal or nickel fine mesh is desirable from the viewpoint of corrosion resistance, etc., and nickel is a flexible structure from the viewpoint of economy and reduction of damage to the ion exchange membrane. A fine mesh made is particularly desirable. As in the case of the anode, the aperture ratio in these conductive substrates is preferably 25 to 75% from the viewpoints of mechanical strength and liquid permeability, and the thickness of the cathode including the catalyst layer is mechanical strength and economical efficiency. From the viewpoint of achieving both, 0.7 to 2.0 mm is desirable.

陰極構造体における導電性弾性体としては、導電性の金属細線を錯綜させてマット状としたウーブンメッシュ(導電性クッションマット)がスプリングより好ましい。なぜなら柔軟性が高く経済性が良好なためである。金属細線の材質としては陰極の材質と同じニッケルが好ましい。金属細線の線径は通常0.05〜0.3mmであり、好ましくは0.07〜0.2mmであり、更に好ましくは0.1〜0.15mmである。   As the conductive elastic body in the cathode structure, a woven mesh (conductive cushion mat) formed by matting conductive metal wires is more preferable than a spring. This is because it is highly flexible and economical. As the material of the fine metal wire, nickel which is the same as the material of the cathode is preferable. The wire diameter of the fine metal wire is usually 0.05 to 0.3 mm, preferably 0.07 to 0.2 mm, and more preferably 0.1 to 0.15 mm.

ウーブンメッシュ(導電性クッションマット)のかさ密度は0.2〜2kg/m2 が好ましく、厚みとしては負荷を受けない状態で5〜10mm、電極ユニット連結後、イオン交換膜に密着した状態で4〜8mmが好ましい。なぜなら、ある程度の機械的強度を有していないと,陰極から陽極へのイオン交換膜の押し付け圧を確保できないからである。 The bulk density of the woven mesh (conductive cushion mat) is preferably 0.2 to 2 kg / m 2 , and the thickness is 5 to 10 mm in a state where no load is applied. After the electrode unit is connected, the bulk density is 4 in close contact with the ion exchange membrane. ˜8 mm is preferred. This is because the pressing pressure of the ion exchange membrane from the cathode to the anode cannot be secured unless it has a certain mechanical strength.

本発明のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットは、旧来から使用されているギャップ式電解槽用電極ユニット向けの多くの部材、部品を転用することにより、その電極ユニットの改造程度の手間で安価に作製することができるので、経済性に非常に優れる。また作製工期も短くなり、この点からも経済性に優れる。   The zero gap type electrolytic cell electrode unit of the present invention can be inexpensively used by remodeling the electrode unit by diverting many members and parts for the gap type electrolytic cell electrode unit that have been used in the past. Since it can be produced, it is very excellent in economic efficiency. In addition, the production period is shortened, and this point is also economical.

本発明の一実施形態を示すゼロギャップ式電解槽用電極ユニットの主要部の概略構造を示す縦断側面である。It is a vertical side surface which shows the schematic structure of the principal part of the electrode unit for zero gap type electrolytic cells which shows one Embodiment of this invention. 同主要部の概略構造を示す横断平面図で、図1中のA−A線断面矢示図である。It is a cross-sectional top view which shows schematic structure of the principal part, and is the sectional view on the AA line in FIG. 同主要部の詳細構造を示す縦断側面図で、図1中のB部拡大図である。It is a vertical side view which shows the detailed structure of the principal part, and is the B section enlarged view in FIG. 同主要部の別の詳細構造を示す縦断側面図で、図1中のB部拡大図に相当する。It is a vertical side view which shows another detailed structure of the principal part, and is equivalent to the B section enlarged view in FIG. ギャップ式電解槽用電極ユニットの主要部の詳細構造を示す縦断側面である。It is a vertical side surface which shows the detailed structure of the principal part of the electrode unit for gap type electrolytic cells. ゼロギャップ式電解槽用電極ユニットの主要部構造が図3、図4である場合の槽電圧(電解電圧)の経時変化を、図5のギャップ式電解槽用電極ユニットを使用したときと比較して示すグラフである。The change over time of the cell voltage (electrolysis voltage) when the main structure of the electrode unit for the zero gap type electrolytic cell is that shown in FIGS. It is a graph shown.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1〜図3に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットは、ゼロギャップ式のイオン交換膜法食塩電解槽に使用されるものであり、ここでは、所定数の電極ユニットUが同一極性で縦列的に配置され、隣接するユニットU,U間にイオン交換膜Iが配置されることにより、電解槽を構成する。   The electrode unit for the zero gap type electrolytic cell shown in FIGS. 1 to 3 is used for a zero gap type ion exchange membrane salt electrolytic cell. Here, a predetermined number of electrode units U have the same polarity. The ion exchange membrane I is arranged between the adjacent units U and U to constitute an electrolytic cell.

個々の電極ユニットUは、縦列方向に直角で垂直な隔壁11の一方の側に剛構造の陽極20を支持し、他方の側に陰極構造体30を支持する電極支持フレーム10を備えている。電極ユニットUにおける電極支持フレーム10は、旧来のギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれることを前提として作製されたものであり、垂直な隔壁11の一方の側に所定の隙間をあけて剛構造の陽極20を支持し、他方の側に元の陰極を含む陰極構造体30を支持する構成となっている。   Each electrode unit U includes an electrode support frame 10 that supports a rigid anode 20 on one side of a partition wall 11 that is perpendicular to the column direction and perpendicular to the partition wall 11 and supports a cathode structure 30 on the other side. The electrode support frame 10 in the electrode unit U is manufactured on the assumption that the electrode support frame 10 is incorporated into an electrode unit for a conventional gap type electrolytic cell, and has a rigid structure with a predetermined gap on one side of the vertical partition wall 11. The anode 20 is supported, and the cathode structure 30 including the original cathode is supported on the other side.

ここにおける陽極20の支持のために、垂直な隔壁11の一方の表面に、横方向に所定間隔で配置された垂直な複数の縦リブ12が取付けられており、それらの先端に陽極20が取付けられている。陽極20とその背後の隔壁11との間が陽極室20Aであり、陽極室20Aにおいて電解液が横方向で自由に流通するよう、個々の縦リブ12には、複数の貫通孔12aが設けられている。   In order to support the anode 20 here, a plurality of vertical longitudinal ribs 12 arranged at predetermined intervals in the lateral direction are attached to one surface of the vertical partition wall 11, and the anode 20 is attached to the tip of these. It has been. Between the anode 20 and the partition wall 11 behind it is an anode chamber 20A, and each vertical rib 12 is provided with a plurality of through holes 12a so that the electrolyte can freely flow in the lateral direction in the anode chamber 20A. ing.

同様に、電極支持フレーム10の垂直な隔壁11の他方の表面には、横方向に所定間隔で配置された垂直な複数の縦リブ13が取付けられており、それらの先端に陰極構造体30が取付けられている。陰極構造体30とその背後の隔壁11との間が陰極室30Aであり、陰極室30Aにおいて電解液が横方向で自由に流通するよう、個々の縦リブ13には、複数の貫通孔13aが設けられている。   Similarly, on the other surface of the vertical partition wall 11 of the electrode support frame 10, a plurality of vertical vertical ribs 13 arranged at predetermined intervals in the lateral direction are attached, and the cathode structure 30 is provided at the tip thereof. Installed. A space between the cathode structure 30 and the partition wall 11 behind it is a cathode chamber 30A, and each vertical rib 13 has a plurality of through-holes 13a so that the electrolyte can freely flow in the lateral direction in the cathode chamber 30A. Is provided.

電極ユニットUにおける剛構造の陽極20は、電極支持フレーム10と同様、旧来のギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれることを前提として作製されたものであり、電極ユニットUが縦列配置された状態で、隣接する電極ユニットUにおける陰極構造体30との間にイオン交換膜Iを挟み込む。剛構造の陽極20は、通液性を有する高剛性で板状の導電性基体、ここでは開口率が25〜75%のチタニウム製エキスパンドメタルからなる導電性基体21と、導電性基体21の正面側の表面に形成された、活性を有する触媒層22とからなる。   The anode 20 of the rigid structure in the electrode unit U is manufactured on the assumption that it is incorporated in the conventional gap type electrolytic cell electrode unit, like the electrode support frame 10, and the electrode units U are arranged in tandem. Thus, the ion exchange membrane I is sandwiched between the cathode structures 30 in the adjacent electrode units U. The anode 20 having a rigid structure is a highly rigid and plate-like conductive substrate having liquid permeability, here, a conductive substrate 21 made of titanium expanded metal having an aperture ratio of 25 to 75%, and the front surface of the conductive substrate 21. And an active catalyst layer 22 formed on the side surface.

剛構造の陽極20の厚みは0.7〜2.0mm、導電性基体21の厚みは0.7〜2.0mm、触媒層22の厚みは5〜50μmである。また、触媒層表面の凹凸高低差の最大値は5〜50μmである。   The rigid anode 20 has a thickness of 0.7 to 2.0 mm, the conductive substrate 21 has a thickness of 0.7 to 2.0 mm, and the catalyst layer 22 has a thickness of 5 to 50 μm. Moreover, the maximum value of the unevenness | corrugation height difference of the catalyst layer surface is 5-50 micrometers.

電極ユニットUにおける陰極構造体30は、電極支持フレーム10の縦リブ13に直接取付けられた元の陰極を背板31として、その正面側に導電性弾性体32を介して柔構造の活性陰極33を積層した3層構造になっている。背板31となる元の陰極は、ここでは材質上の制限から、ニッケル製エキスパンドメタルからなり、剛構造である。導電性弾性体32は、ここでは導電性の細線(ニッケル細線)を錯綜させて形成したクッションマット(ウーブンメッシュ)であり、柔構造の活性陰極33を、正面側の電極ユニットUとの間に配置されたイオン交換膜Iに弾性的に接触させるのに寄与する。柔構造の活性陰極33は、可撓性を有する導電性基体33a、ここでは開口率が25〜75%のニッケル製ファインメッシュからなる導電性基体33aの正面側の表面に、活性を有する触媒層33bを形成した活性電極である。   The cathode structure 30 in the electrode unit U has an original cathode directly attached to the vertical ribs 13 of the electrode support frame 10 as a back plate 31 and a flexible structure active cathode 33 via a conductive elastic body 32 on the front side thereof. It has a three-layer structure in which are stacked. The original cathode used as the back plate 31 is made of nickel expanded metal and has a rigid structure because of material limitations. Here, the conductive elastic body 32 is a cushion mat (woven mesh) formed by combining conductive thin wires (nickel thin wires), and an active cathode 33 having a flexible structure is placed between the electrode unit U on the front side. This contributes to elastic contact with the arranged ion exchange membrane I. The active cathode 33 having a flexible structure has an active catalyst layer on the front surface of a conductive base 33a having flexibility, here, a conductive base 33a made of nickel fine mesh having an aperture ratio of 25 to 75%. This is an active electrode formed with 33b.

柔構造の活性陰極33の厚みは0.7〜2.0mm、活性陰極33における導電性基体33aの厚みは0.7〜2.0mm、触媒層33bの厚みは1.0〜50μmである。同じく剛構造の背板31の厚みは0.7〜2.0mmである。   The thickness of the active cathode 33 having a flexible structure is 0.7 to 2.0 mm, the thickness of the conductive substrate 33 a in the active cathode 33 is 0.7 to 2.0 mm, and the thickness of the catalyst layer 33 b is 1.0 to 50 μm. Similarly, the thickness of the back plate 31 having a rigid structure is 0.7 to 2.0 mm.

次に、図1〜図3に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットの機能について説明する。   Next, the function of the electrode unit for zero gap type electrolytic cells shown in FIGS. 1 to 3 will be described.

電解槽内に所定数の電極ユニットUが、間にイオン交換膜Iを挟みながら、同じ極性で縦列配置され、配列方向に所定の荷重が付加されることにより、電解槽を構成する。これにより、隣接する電極ユニットU,U間のイオン交換膜Iが、一方の側の電極ユニットUにおける剛構造の陽極20に対して、他方の側の電極ユニットUにおける陰極構造体30により、所定荷重で押し付けられる。具体的には、陰極構造体30において、背板31の正面側に導電性弾性体32を介して活性陰極33を配置したことにより、その活性陰極33がイオン交換膜Iに弾性的に押圧される。   A predetermined number of electrode units U are arranged in tandem with the same polarity while sandwiching the ion exchange membrane I therebetween, and a predetermined load is applied in the arrangement direction to constitute an electrolytic cell. Thereby, the ion exchange membrane I between the adjacent electrode units U and U is predetermined by the cathode structure 30 in the electrode unit U on the other side with respect to the rigid anode 20 in the electrode unit U on the one side. Pressed with a load. Specifically, in the cathode structure 30, the active cathode 33 is elastically pressed against the ion exchange membrane I by disposing the active cathode 33 on the front side of the back plate 31 via the conductive elastic body 32. The

しかも、元の陰極からなる背板31はニッケル製エキスパンドメタルを基体とする剛構造である一方、新たな活性陰極33は、ニッケル製ファインメッシュを基体とする柔構造であることから、イオン交換膜Iに対する電極押し付け荷重の分散効果が大きい。その結果、旧来のギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれる剛構造の陽極20をそのまま使用しているにもかかわらず、格別の問題を生じることはない。   Moreover, since the back plate 31 made of the original cathode has a rigid structure with a nickel expanded metal as a base, the new active cathode 33 has a flexible structure with a nickel fine mesh as a base. Dispersion effect of electrode pressing load on I is large. As a result, no particular problem arises even though the rigid anode 20 incorporated in the conventional gap type electrolytic cell electrode unit is used as it is.

運転中は陽極室20A内に食塩水が供給され、陰極室30A内に水が供給される。この状態で、電気的に直列接続された所定数の電極ユニットUに所定の電圧が印加される。これにより、陽極室20内で塩素ガス(Cl2 )が発生し、陰極室30内で水酸化ナトリウム(NaOH)及び水素ガス(H2 )が発生する。そして、活性陰極33をイオン交換膜Iに密着させたゼロギャップ構造が採用されていることにより、この間の電圧上昇が阻止され、槽電圧(電解電圧)が下がる。 During operation, saline is supplied into the anode chamber 20A, and water is supplied into the cathode chamber 30A. In this state, a predetermined voltage is applied to a predetermined number of electrode units U electrically connected in series. As a result, chlorine gas (Cl 2 ) is generated in the anode chamber 20, and sodium hydroxide (NaOH) and hydrogen gas (H 2 ) are generated in the cathode chamber 30. And since the zero gap structure which made the active cathode 33 contact | adhere to the ion exchange membrane I is employ | adopted, the voltage rise in the meantime is blocked | prevented and a cell voltage (electrolytic voltage) falls.

個々の電極ユニットUにおいては、電極支持フレーム10、陽極20及び陰極構造体30における背板31は、旧来のギャップ式電解槽用電極ユニットからの転用物であり、背板31の正面側に導電性弾性体32を介して活性陰極33を支持する程度の改造のみで、電極ユニットUが作製されるので、作製コストが非常に安い。   In each electrode unit U, the back plate 31 in the electrode support frame 10, the anode 20, and the cathode structure 30 is a diversion from the conventional gap type electrolytic cell electrode unit, and is electrically conductive on the front side of the back plate 31. Since the electrode unit U is manufactured only by modification to the extent that the active cathode 33 is supported via the elastic elastic body 32, the manufacturing cost is very low.

図4に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットは、陰極構造体30における活性陰極33がニッケル製ファインメッシュからなる導電性基体33aのみからなり、その表面に触媒層33bが形成されていない点が、図1〜図3に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットと異なる。イオン交換膜Iと接する活性陰極33が触媒層33bを有しない分、槽電圧(電解電圧)は上昇するが、電極ユニットUがギャップ式電解槽用電極ユニットからの転用物により安価に作製できることは、図1〜図3に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットと同じである。   In the zero gap type electrolytic cell electrode unit shown in FIG. 4, the active cathode 33 in the cathode structure 30 is composed only of a conductive substrate 33a made of nickel fine mesh, and the catalyst layer 33b is not formed on the surface thereof. The point differs from the electrode unit for zero gap type electrolytic cells shown in FIGS. Since the active cathode 33 in contact with the ion exchange membrane I does not have the catalyst layer 33b, the cell voltage (electrolysis voltage) rises, but the electrode unit U can be manufactured at low cost by using a diverted product from the electrode unit for gap electrolytic cell. These are the same as the zero gap type electrolytic cell electrode unit shown in FIGS.

次に、本発明の実施例を説明し、比較例と対比することにより、本発明の効果を明らかにする。   Next, examples of the present invention will be described, and the effects of the present invention will be clarified by comparing with comparative examples.

(比較例)
1991年3月8日から用途を限定せずに販売されていた2種類の汎用電極を陽極及び陰極に使用したギャップ式電解槽を比較試験に用いた。その電解槽は、イオン交換膜Iを挟みながら電極ユニットUを縦列配置することにより構成されている。個々の電極ユニットUは、図5に示すように、図示されない電極支持フレームにより隔壁の一方の側に陽極2を支持し、他方の側に陰極3を支持し、縦列配置されて電解槽を構成すると共に、対峙する両ユニットの陽極2と陰極3との間の極間距離Dを大きくして、その極間に配置されたイオン交換膜Iに対して陽極2が接触状態、陰極3が非接触状態(所定のギャップGをもって対向する状態)となるように構成されている。電極ユニットにおける電極支持フレームの材質はSUS310Sである。
(Comparative example)
A gap-type electrolytic cell using two types of general-purpose electrodes, which were sold without limitation as of March 8, 1991, as an anode and a cathode was used for a comparative test. The electrolytic cell is configured by arranging electrode units U in tandem with the ion exchange membrane I interposed therebetween. As shown in FIG. 5, each electrode unit U supports an anode 2 on one side of a partition wall by an electrode support frame (not shown), supports a cathode 3 on the other side, and is arranged in tandem to constitute an electrolytic cell. In addition, the distance D between the anode 2 and the cathode 3 of both units facing each other is increased so that the anode 2 is in contact with the ion exchange membrane I disposed between the electrodes and the cathode 3 is not in contact. It is comprised so that it may be in a contact state (state which opposes with the predetermined gap G). The material of the electrode support frame in the electrode unit is SUS310S.

汎用の前記陽極2は、開口率が50%のチタニウム製エキスパンドメタルを導電性基体2aとする通液型の剛構造電極であり、次のようにして作製されていた。その基体の表面を♯180のアルミナでブラスト処理し、その後10%の90℃のシュウ酸中で3時間エッチング処理した。エッチング後の基体表面の平均粗度は20μmであった。こうして粗面化された導電性基体2aの表面に白金族系金属を含む酸性溶液を塗布し、100℃で10分間の乾燥処理を行った後、500℃で20分間の焼成処理を行った。この塗布−乾燥−焼成のプロセスを繰り返して、基体表面に活性を有する厚みが約10μmの触媒層2bを形成することにより、前記陽極2は作製されている。触媒層2bを含む陽極2の厚みは1mmである。触媒層2bの表面の凹凸高さの最大差は、エッチング後の基体表面の平均粗度と同じ20μmであった。   The general-purpose anode 2 is a liquid-permeable type rigid structure electrode having a conductive base 2a made of a titanium expanded metal having an aperture ratio of 50%, and was manufactured as follows. The surface of the substrate was blasted with # 180 alumina and then etched in 10% 90 ° C. oxalic acid for 3 hours. The average roughness of the substrate surface after etching was 20 μm. An acidic solution containing a platinum group metal was applied to the surface of the conductive substrate 2a thus roughened, dried at 100 ° C. for 10 minutes, and then fired at 500 ° C. for 20 minutes. The anode 2 is fabricated by repeating this coating-drying-firing process to form a catalyst layer 2b having an active thickness of about 10 μm on the surface of the substrate. The thickness of the anode 2 including the catalyst layer 2b is 1 mm. The maximum difference in the uneven height on the surface of the catalyst layer 2b was 20 μm, which is the same as the average roughness of the substrate surface after etching.

一方、陰極3は、開口率が50%のニッケル製エキスパンドメタルを導電性基体とする通液型の剛構造電極である。その導電性基体の表面に活性炭分散メッキ処理を行うことにより、陰極3は作製されている。陰極3の厚みは1mmである。   On the other hand, the cathode 3 is a liquid-permeable rigid structure electrode using nickel expanded metal having an aperture ratio of 50% as a conductive base. The cathode 3 is produced by performing activated carbon dispersion plating on the surface of the conductive substrate. The thickness of the cathode 3 is 1 mm.

電極ユニットを連結して構成されたギャップ式電解槽における極間距離Dは2mmである。極間に陽極に接して配置されるイオン交換膜Iは、デュポン製陽イオン交換膜Nafion2030(Nafionは登録商標)であり、厚みは約150μmである。   An inter-electrode distance D in a gap type electrolytic cell configured by connecting electrode units is 2 mm. The ion exchange membrane I disposed in contact with the anode between the electrodes is a DuPont cation exchange membrane Nafion 2030 (Nafion is a registered trademark), and has a thickness of about 150 μm.

構成されたギャップ式電解槽内の各電極ユニットにおける陽極室に電解液として250g/Lの食塩水、陰極室に32%の水酸化ナトリウム溶液を供給し、液温80℃、電流密度4kA/m2 の条件で電解運転を20年間行っている。比較試験開始からの槽電圧(電解電圧)の経時変化を図6に示す。槽電圧(電解電圧)は当初3.22Vであり、試験開始から360日経過後には10mV上昇した。 In each of the electrode units in the gap type electrolytic cell, 250 g / L of saline solution as an electrolytic solution is supplied to the anode chamber, and 32% sodium hydroxide solution is supplied to the cathode chamber. The liquid temperature is 80 ° C. and the current density is 4 kA / m. Electrolytic operation has been conducted for 20 years under the conditions of 2 . FIG. 6 shows changes with time in the cell voltage (electrolytic voltage) from the start of the comparative test. The cell voltage (electrolysis voltage) was initially 3.22 V, and increased by 10 mV after 360 days had elapsed since the start of the test.

(実施例1)
前記比較例で使用した使用期間20年のギャップ式電解槽用電極ユニットを、図1〜図3に示すゼロギャップ式電解槽用電極ユニットUに改造した。具体的には、陽極20及び電極支持フレーム10は、ギャップ式電解槽用電極ユニットにおける陽極2及び電極支持フレームをそのまま使用した。これ以外は、電極支持フレームにおける剛構造の陰極3を背板31としてその正面側に、ニッケルウーブンメッシュからなるマット状の導電性弾性体32を介して活性陰極33を前後動可能に支持した。導電性弾性体32を構成するニッケルウーブンメッシュの線径は0.1mm、圧縮力を受けない状態での弾性体厚は約8mmである。
Example 1
The electrode unit for a gap type electrolytic cell having a service period of 20 years used in the comparative example was modified to the electrode unit U for a zero gap type electrolytic cell shown in FIGS. Specifically, the anode 20 and the electrode support frame 10 used the anode 2 and the electrode support frame in the gap type electrolytic cell electrode unit as they were. Other than this, the active cathode 33 was supported on the front side of the cathode 3 having a rigid structure in the electrode support frame via a mat-like conductive elastic body 32 made of nickel woven mesh so as to be movable back and forth. The wire diameter of the nickel woven mesh constituting the conductive elastic body 32 is 0.1 mm, and the elastic body thickness in a state where no compression force is applied is about 8 mm.

活性陰極33は、開口率が50%のニッケル製ファインメッシュを導電性基体33aとする柔構造電極である。その導電性基体33aの表面を♯180のアルミナでブラスト処理し、その後10%塩酸中で60分間、室温でエッチング処理した。こうして粗面化された導電性基体の表面に白金族系金属を含む酸性溶液を塗布し、100℃で10分間の乾燥処理を行った後、500℃で10分間の焼成処理を行った。この塗布−乾燥−焼成のプロセスを繰り返して、基体表面に活性を有する厚みが約5μmの触媒層33bを形成し、活性陰極33を完成させた。触媒層33bを含む活性陰極33の厚みは1mmである。   The active cathode 33 is a flexible structure electrode using a nickel fine mesh having an aperture ratio of 50% as a conductive substrate 33a. The surface of the conductive substrate 33a was blasted with # 180 alumina, and then etched in 10% hydrochloric acid for 60 minutes at room temperature. An acidic solution containing a platinum group metal was applied to the surface of the conductive substrate thus roughened, dried at 100 ° C. for 10 minutes, and then fired at 500 ° C. for 10 minutes. By repeating this coating-drying-firing process, an active catalyst layer 33b having an active thickness of about 5 μm was formed on the substrate surface, and the active cathode 33 was completed. The thickness of the active cathode 33 including the catalyst layer 33b is 1 mm.

陽極20と新たに作製された陰極構造体30との間にイオン交換膜Iを挟み、且つそのイオン交換膜Iに陰極構造体30を密着させながら電極ユニットUを縦列配置することにより、ゼロギャップ式電解槽を構成した。この状態での陰極構造体30における導電性弾性体32の厚みは約6mmである。   By placing the ion exchange membrane I between the anode 20 and the newly produced cathode structure 30 and arranging the electrode units U in tandem while the cathode structure 30 is in close contact with the ion exchange membrane I, a zero gap is obtained. An electrolytic cell was constructed. The thickness of the conductive elastic body 32 in the cathode structure 30 in this state is about 6 mm.

比較例と同じ条件で電解運転を行った。槽電圧(電解電圧)の経時変化を図6に示す。ゼロギャップ化及び陰極の活性化により、運転開始当初の槽電圧(電解電圧)は2.96Vであり、比較例に比べて260mV低下した。運転開始から360日経過後の電圧上昇は僅か10mVであった。   The electrolysis operation was performed under the same conditions as in the comparative example. FIG. 6 shows changes with time in the cell voltage (electrolytic voltage). The cell voltage (electrolysis voltage) at the beginning of the operation was 2.96 V due to the zero gap and the activation of the cathode, which was 260 mV lower than the comparative example. The voltage increase after the elapse of 360 days from the start of operation was only 10 mV.

(実施例2)
実施例1において、陽極20の導電性基体21として使用されるチタニウム製エキスパンドメタルの粗面化処理後の平均粗度を60μmとした。完成された陽極20における触媒層22表面の凹凸高さの最大差は、粗面化処理後の基体表面の平均粗度と同じ60μmであった。運転開始からの槽電圧(電解電圧)の経時変化を図6に示す。槽電圧(電解電圧)は比較例と比べて240mV低下した。
(Example 2)
In Example 1, the average roughness after the roughening treatment of the titanium expanded metal used as the conductive substrate 21 of the anode 20 was set to 60 μm. The maximum difference in the unevenness on the surface of the catalyst layer 22 in the completed anode 20 was 60 μm, which is the same as the average roughness of the substrate surface after the roughening treatment. FIG. 6 shows changes with time in the cell voltage (electrolytic voltage) from the start of operation. The cell voltage (electrolytic voltage) decreased by 240 mV compared to the comparative example.

(実施例3)
実施例1において、活性陰極33の導電性基体33aの表面に形成された触媒層33bを省略した。すなわち、図4に示すゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを使用した。運転開始からの槽電圧(電解電圧)の経時変化を図6に示す。槽電圧(電解電圧)は、比較例と比べて210mV低下した。
(Example 3)
In Example 1, the catalyst layer 33b formed on the surface of the conductive substrate 33a of the active cathode 33 was omitted. That is, the zero gap type electrolytic cell electrode unit shown in FIG. 4 was used. FIG. 6 shows changes with time in the cell voltage (electrolytic voltage) from the start of operation. The cell voltage (electrolytic voltage) decreased by 210 mV compared to the comparative example.

U 電極ユニット
I イオン交換膜
D ギャップ式電解槽における極間距離
G ギャップ式電解槽における陰極とイオン交換膜との間のギャップ
10 電極支持フレーム
11 隔壁
12,13 縦リブ
12a,13a 貫通孔
2,20 陽極
20A 陽極室
30 陰極構造体
30A 陰極室
31 背板
32 導電性弾性体
3 陰極
33 活性陰極
U electrode unit I ion exchange membrane D distance between electrodes in gap type electrolytic cell G gap between cathode and ion exchange membrane in gap type electrolytic cell 10 electrode support frame 11 partition 12, 13 vertical rib 12a, 13a through hole 2, 20 Anode 20A Anode chamber 30 Cathode structure 30A Cathode chamber 31 Back plate 32 Conductive elastic body 3 Cathode 33 Active cathode

Claims (7)

ゼロギャップ式電解槽を構成するのに使用される電極ユニットであって、ギャップ式電解槽用電極ユニット向けに作製された陽極と、ギャップ式電解槽用電極ユニット向けに作製され、隔壁を挟んで一方の側に前記陽極を支持し他方の側に陰極を支持する電極支持フレームと、当該電極支持フレームにおける陰極を背板としてその正面側に導電性弾性体を介して陰極を前後方向で移動可能に積層支持した陰極構造体とを具備するゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。   An electrode unit used to construct a zero-gap electrolytic cell, an anode made for a gap-type electrolytic cell electrode unit and a gap-type electrolytic cell electrode unit, with a partition wall in between An electrode support frame that supports the anode on one side and a cathode on the other side, and the cathode in the electrode support frame can be moved back and forth through a conductive elastic body on the front side of the cathode as a back plate An electrode unit for a zero gap type electrolytic cell comprising a cathode structure laminated and supported on the electrode unit. 請求項1に記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陽極は、通液性を有する導電性基体の表面に活性を有する触媒層を形成した活性電極であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。   The electrode unit for zero gap type electrolytic cells according to claim 1, wherein the anode is an active electrode in which an active catalyst layer is formed on the surface of a conductive substrate having liquid permeability. . 請求項2に記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陽極は、導電性基体として開口率が25〜75%のチタニウム製エキスパンドメタル又はチタニウム製パンチングメタルを用いた剛構造であり、且つ触媒層を含めた厚みが0.7〜2.0mmであると共に、触媒層表面の凹凸の高低差の最大値が5〜50μmであるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。   3. The electrode unit for a zero gap type electrolytic cell according to claim 2, wherein the anode has a rigid structure using a titanium expanded metal or a titanium punching metal having an aperture ratio of 25 to 75% as a conductive substrate, and a catalyst. A zero gap type electrolytic cell electrode unit having a thickness including a layer of 0.7 to 2.0 mm and a maximum difference in height of unevenness on the surface of the catalyst layer of 5 to 50 μm. 請求項1〜3の何れかに記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陰極構造体における陰極は、通液性を有する導電性基体として開口率が25〜75%のニッケル製エキスパンドメタル、ニッケル製パンチングメタル又はニッケル製ファインメッシュを用い、その表面に活性を有する触媒層を形成した活性電極であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。   The electrode unit for zero gap type electrolytic cells according to any one of claims 1 to 3, wherein the cathode in the cathode structure is a nickel expanded metal having an aperture ratio of 25 to 75% as a conductive substrate having liquid permeability. An electrode unit for a zero gap electrolytic cell, which is an active electrode using nickel punching metal or nickel fine mesh and having an active catalyst layer formed on the surface thereof. 請求項4に記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陰極構造体における陰極は、ニッケル製ファインメッシュを導電性基体とする柔構造の活性電極であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。   5. The electrode unit for a zero gap type electrolytic cell according to claim 4, wherein the cathode in the cathode structure is a flexible active electrode having a nickel fine mesh as a conductive substrate. 請求項1〜5の何れかに記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陰極構造体における導電性弾性体は、導電性の金属細線を錯綜させてマット状としたウーブンメッシュであるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。   The electrode unit for a zero gap type electrolytic cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive elastic body in the cathode structure is a woven mesh formed by mating conductive metal wires into a mat shape. Electrode unit for electrolytic cell. 請求項6に記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、金属細線は線径が0.05〜0.3mmのニッケル線であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。   The electrode unit for zero gap type electrolytic cells according to claim 6, wherein the thin metal wire is a nickel wire having a wire diameter of 0.05 to 0.3 mm.
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