JP2013213275A - Electrode for electrolysis and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for electrolysis capable of obtaining high adhesion between a substrate and an electrode active material coated on a surface of the substrate while suppressing reduction in electric conductivity, and a method for producing the electrode.SOLUTION: An electrode 10 for electrolysis includes a conductive substrate 101 composed mainly of Ti, an electrode active material part 102 including platinum group metals or oxide thereof, and an adhesive force development part 103. The adhesive force development part 103 has an insulating nanofiber part 103a, in which fibers having a size of 200 nm or smaller in diameter and consisting of TiOor titanate formed on the substrate 101 are entangled. In the electrode 10 for electrolysis: the insulating nanofiber part 103a is configured to support at least a part of the electrode active material part 102; and the nanofiber part 103a has a prescribed thickness that enables the substrate and the electrode active material part 102 to be connected electrically. The method for producing the electrode 10 includes an alkali treatment process of forming the nanofiber part 103a on the surface of the substrate 101.

Description

本発明は、酸素発生ないしは塩素発生を伴う工業用および民生用電解プロセスに使用される電解用電極とその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrode for electrolysis used in industrial and consumer electrolysis processes involving oxygen generation or chlorine generation and a method for producing the same.

従来、酸素発生を伴うメッキ、金属表面処理、排水処理等の電解工程においては、鉛又は鉛合金からなる電極が使用されてきた。これらの電極の使用は、溶出した鉛によるメッキ液の汚染、陽極に析出した鉛による電極劣化等を伴うという問題があり、安定操業が出来なかった。塩素発生を伴う、食塩電解、海水電解、水電解で使用される電極に関しても同様の問題があった。   Conventionally, electrodes made of lead or lead alloys have been used in electrolysis processes such as plating with oxygen generation, metal surface treatment, and wastewater treatment. The use of these electrodes has problems such as contamination of the plating solution by the eluted lead, electrode deterioration due to lead deposited on the anode, etc., and stable operation has not been possible. There were similar problems with electrodes used in salt electrolysis, seawater electrolysis, and water electrolysis with generation of chlorine.

このような事情を背景とし、鉛又は鉛合金に代わる電極として、導電性帯基体上に電極活性物質層を形成した不溶性電極が開発され、種々提案されている。その一つがバルブ金属、なかでも特にチタン又はチタンを主成分とする合金(以下チタン合金という)を導電性基体に用いた電極であり、その上に白金族金属又はその酸化物を含む電極活性物質層を設けた電極は、工業用電解又は民生用電解における不溶性電極として広く使用されている。   In view of such circumstances, insoluble electrodes in which an electrode active material layer is formed on a conductive band substrate have been developed and variously proposed as an alternative to lead or lead alloys. One of them is a valve metal, in particular, an electrode using titanium or an alloy containing titanium as a main component (hereinafter referred to as titanium alloy) as a conductive substrate, and an electrode active material containing a platinum group metal or an oxide thereof on the electrode. The electrode provided with the layer is widely used as an insoluble electrode in industrial electrolysis or consumer electrolysis.

この不溶性電極では、電極自体が溶出することがない為、従来の鉛系電極のような汚染や電極への鉛の析出と言った課題を解決することができる。しかしながら、導電性基体と電極活性物質層との密着力に起因して電極寿命が短いという本質的な問題がある。 With this insoluble electrode, since the electrode itself does not elute, it is possible to solve the problem of contamination like conventional lead-based electrodes and precipitation of lead on the electrodes. However, there is an essential problem that the electrode life is short due to the adhesion between the conductive substrate and the electrode active material layer.

電極の導電性基体と電極活性物質層との密着性の問題を解決する為に、導電性基材の表面を事前に粗面化することが行われている。これは、粗面化によりアンカー効果を発現させ、電極活性物質層を導電性基体の表面へ強固に密着、固定させ、これによって不溶性電極の耐久性を向上させる方法である。粗面化方法としては、研削材を吹き付けて機械的に粗面化するブラスト処理法や、シュウ酸、硝酸、硫酸、塩酸、フッ酸などの酸溶液の流動浴又は静止浴に浸漬させて、導電性基体の表面を溶解させる化学的エッチング法、導電性基体表面を電解質溶液中で電解酸化し、基体の表面を多孔質化する電解酸化処理法などがある(特許文献1)。また、これらの前処理方法を2種類以上組み合わせる方法も考えられている(特許文献2)。 In order to solve the problem of adhesion between the conductive substrate of the electrode and the electrode active material layer, the surface of the conductive substrate is roughened in advance. This is a method in which an anchor effect is exhibited by roughening and the electrode active material layer is firmly adhered and fixed to the surface of the conductive substrate, thereby improving the durability of the insoluble electrode. As a roughening method, it is immersed in a fluidized bath or a static bath of an acid solution such as oxalic acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, etc. There are a chemical etching method for dissolving the surface of the conductive substrate, an electrolytic oxidation method for electrolytically oxidizing the surface of the conductive substrate in an electrolyte solution, and making the surface of the substrate porous (Patent Document 1). A method of combining two or more of these pretreatment methods is also considered (Patent Document 2).

粗面化の対策により導電性基体と電極活性物質層の密着性が改善され、電極寿命は延長される。しかしながら、塩化物イオンを含む溶液を電解して塩素あるいは次亜塩素酸を発生させる用途の電極や、電気メッキ電極など電極負荷が大きい用途に適用した場合、密着性が不十分であり、用途によっては実用上の課題が残されていた。   The roughening measures improve the adhesion between the conductive substrate and the electrode active material layer and extend the electrode life. However, when it is applied to an electrode that is used to generate chlorine or hypochlorous acid by electrolyzing a solution containing chloride ions, or an electrode that has a large electrode load such as an electroplating electrode, the adhesion is insufficient. Left practical challenges.

このような事情から、実用レベルでも満足のいく電極寿命を実現する為に、導電性基体と電極活性物質層の密着力をさらに向上させることが求められている。この技術課題に対し、導電性基体の表面に基体と同じ金属の粉末焼結体からなる多孔質層を形成し、より強力なアンカー効果を発現させ、電極活性物質の脱落を効果的に抑制させる方法が考えられている(特許文献3)。また、別の方法で、ある特定の条件で導電性基体表面を電解酸化処理することにより、基体の表面をnmオーダー径の微細孔とμmオーダー径の粗大孔からなる複合多孔質化し、より強力なアンカー効果を発現させ、電極活性物質の脱落を効果的に抑制させる方法が考えられている(特許文献4)。   Under such circumstances, in order to realize a satisfactory electrode life even at a practical level, it is required to further improve the adhesion between the conductive substrate and the electrode active material layer. In response to this technical problem, a porous layer made of a powder sintered body of the same metal as the base is formed on the surface of the conductive base to develop a stronger anchoring effect and effectively prevent the electrode active material from falling off. A method has been considered (Patent Document 3). In another method, the surface of the conductive substrate is electrolytically oxidized under certain conditions to make the surface of the substrate a composite porous material consisting of nanometer-order micropores and micrometer-order coarse pores, making it more powerful. A method has been conceived in which an effective anchor effect is exhibited and the electrode active substance is effectively prevented from falling off (Patent Document 4).

粉末焼結体からなる多孔質層を形成する対策は、電極活性物質が奥深くまでしっかり入り込めば、アンカー効果を発揮し、密着性向上に有効であり、かつ、多孔質層が導電性基体と同じ金属である為、導電性が低下するなどの問題もない。しかし、粉末焼結体からなる多孔質層は、すべての孔が導電性基体まで通じる開気孔になっている可能性は低く、途中で閉気孔になっている可能性が高い。この場合、電極活性物質は、多孔質層の途中までしか入り込めず、十分なアンカー効果が発揮されない恐れがある。したがって、この方法で十分なアンカー効果を達成する場合には焼結体中の気孔率を制御する必要があり実現が難しい。 Measures for forming a porous layer made of a powder sintered body are effective in improving the anchoring effect if the electrode active material is firmly inserted deeply, and the porous layer is connected to the conductive substrate. Since they are the same metal, there is no problem such as a decrease in conductivity. However, the porous layer made of a powder sintered body is unlikely to be open pores in which all the holes lead to the conductive substrate, and is likely to be closed pores in the middle. In this case, the electrode active substance can only enter part of the porous layer, and there is a possibility that a sufficient anchor effect may not be exhibited. Therefore, in order to achieve a sufficient anchor effect by this method, it is necessary to control the porosity in the sintered body, which is difficult to realize.

電極酸化処理により、基体の表面をnmオーダー径及びμmオーダー径に複合多孔質化する対策は、電極活性物質がその複合多孔質の奥までしっかり入り込めば、強力なアンカー効果が発揮され、電極寿命の延長に有効である。しかし、電解酸化処理により作製される表面は、導電性基体の表面がミクロ的に酸化、溶解を繰り返し、表面に微細な凹部が多数形成される現象の繰り返しにより多孔質化されたものであり、多数の凹部が組み合わさった複雑形状の多孔体と言える。従って、微細かつ複雑形状の孔の奥までしっかり電極活性物質を入り込ませることは難しく、入り込まなかった部分は空隙となり、脱落や破壊の起点となってしまい、アンカー効果の十分な改善には至っていない。
また、nmオーダー径及びμmオーダー径の孔内に電極活性物質を担持させるものであるため、担持できる電極活性物質の量には限界がある。そのため、所望の電極特性を得るために所定量の電極活性物質を担持させるためには、複雑多孔質化した部分の厚さよりもかなり厚く電極活性物質部を形成しなければならい。結果として実用上満足のいく密着性を確保することは困難であった。
Measures to make the surface of the composite into a nanometer-order diameter and μm-order diameter by electrode oxidation treatment, a strong anchor effect is demonstrated if the electrode active substance penetrates deeply into the composite porosity. It is effective for extending the service life. However, the surface produced by electrolytic oxidation treatment is made porous by repeating the phenomenon that the surface of the conductive substrate repeats microscopic oxidation and dissolution, and a large number of fine recesses are formed on the surface. It can be said that the porous body has a complex shape in which a large number of concave portions are combined. Therefore, it is difficult to firmly enter the electrode active substance deeply into the fine and complicated hole, and the part that did not enter becomes a void, which becomes a starting point of dropping and breaking, and the anchor effect has not been sufficiently improved. .
In addition, since the electrode active material is supported in the pores of the nm order diameter and the μm order diameter, there is a limit to the amount of the electrode active material that can be supported. Therefore, in order to carry a predetermined amount of electrode active material in order to obtain desired electrode characteristics, it is necessary to form the electrode active material portion considerably thicker than the thickness of the complicated porous portion. As a result, it was difficult to ensure satisfactory adhesion in practical use.

一方、骨代替材料の分野において、チタン又はチタン合金よりなる基体をアルカリ溶液中に浸漬し、基体表面をナノファイバー状に微細化処理するとともに、該ナノファイバー部にアパタイトを担持させることが知られている(特許文献5、非特許文献1)。また、ナノファイバー構造の形成機構についてもモデルが提唱されている(非特許文献2)。   On the other hand, in the field of bone substitute materials, it is known that a substrate made of titanium or a titanium alloy is dipped in an alkaline solution, the surface of the substrate is refined into nanofibers, and apatite is supported on the nanofiber portion. (Patent Document 5, Non-Patent Document 1). A model has also been proposed for the formation mechanism of the nanofiber structure (Non-Patent Document 2).

特開2009−197284号公報JP 2009-197284 A 特開平8−109490号公報JP-A-8-109490 特開2006−188742号公報JP 2006-188742 A 特開2011−202206号公報JP 2011-202206 A 特開2000−93498号公報JP 2000-93498 A

Journal of the Ceramic Society of Japan 105 [2] 111-116(1997)Journal of the Ceramic Society of Japan 105 [2] 111-116 (1997) Adv.Mater.2006,18,2807-2824Adv.Mater.2006,18,2807-2824

しかしながら、この手法は電解用電極での応用例はなく、骨代替材料においては有効であるものの、電気伝導性が求められる電解用電極に用いるには更なる課題を解決する必要があることを本発明者らは見出した。すなわち、チタン又はチタン合金よりなる基体をアルカリ溶液中に浸漬した処理を行った場合、ナノファイバー部が絶縁性の酸化チタンあるいは絶縁性のチタン酸塩により構成されることとなり、電極としての電気導電性が損なわれると言う新たな課題を見出した。   However, although this technique has no application examples for electrolysis electrodes and is effective in bone substitute materials, it is necessary to solve further problems in order to use it for electrolysis electrodes that require electrical conductivity. The inventors have found. That is, when the substrate made of titanium or a titanium alloy is immersed in an alkaline solution, the nanofiber portion is composed of insulating titanium oxide or insulating titanate, and the electric conductivity as an electrode I found a new problem that the sexuality is impaired.

本発明は、基体表面に被覆された電極活性物質と基体との高い密着性を有しつつ、電気伝導度の低下を抑制可能な電解用電極及びその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an electrode for electrolysis capable of suppressing a decrease in electrical conductivity while having high adhesion between an electrode active substance coated on a substrate surface and the substrate, and a method for producing the same.

本発明にかかる電解用電極は、Tiを主成分とする導電性の基体と、基体表面上に配置される白金族金属又はその酸化物を含む電極活性物質からなる電極活性物質部と、基体と電極活性物質部との密着性を向上させるための密着力発現部とを備えた電解用電極であって、密着力発現部は、基体上に形成されたTiO2あるいはチタン酸塩からなるナノファイバーからなる絶縁性のナノファイバー部を有しており、ナノファイバー部の少なくとも一部に、電極活性物質部が担持され、ナノファイバー部は、基体と電極活性物質部とを電気的に接続することが可能な厚さであることを特徴とする。 An electrode for electrolysis according to the present invention includes a conductive substrate mainly composed of Ti, an electrode active material portion made of an electrode active material containing a platinum group metal or an oxide thereof disposed on the surface of the substrate, a substrate, An electrode for electrolysis having an adhesion developing portion for improving adhesion with an electrode active substance portion, the adhesion developing portion being formed from a nanofiber made of TiO2 or titanate formed on a substrate. The electrode active substance part is supported on at least a part of the nanofiber part, and the nanofiber part can electrically connect the substrate and the electrode active substance part. It is characterized by a possible thickness.

上述した本発明にかかる電解用電極では、密着力発現部としてナノファイバー部を設けている。
従来の方法では、ミクロまたはナノの孔が電極活性物質部を担持する領域であった。そのために孔内に電極活性物質が入り込まなかったり、入り込んだとしても微少な孔内に担持できる量は限られており十分な密着力を発現させることができなかった。
一方、本発明では担持する側をナノファイバー部とし、該ファイバーの周囲全体で電極活性物質部を担持するように工夫した。そのため従来よりも多くの電極活性物質を担持させることが可能となり、電極活性物質部との接触面積が大きくなることにより強力なアンカー効果を発現して、基体と電極活性物質部とを強固に接合することを可能とした。
In the electrode for electrolysis according to the present invention described above, a nanofiber part is provided as an adhesion developing part.
In the conventional method, the micro or nano pores are regions where the electrode active material portion is supported. Therefore, the electrode active substance does not enter into the hole, and even if it enters, the amount that can be supported in the minute hole is limited, and sufficient adhesion cannot be expressed.
On the other hand, in the present invention, the support side is a nanofiber part, and the electrode active substance part is supported on the entire periphery of the fiber. Therefore, it becomes possible to carry more electrode active materials than before, and a strong anchor effect is developed by increasing the contact area with the electrode active material portion, so that the substrate and the electrode active material portion are firmly bonded. Made it possible to do.

密着力の観点では、ナノファイバー部の厚さが厚いほど、つまりファイバーの長さが長いほど大きなアンカー効果を得ることが可能となる為に、導電性基体と電極活性物質部との密着性は良好となる。一方で、密着力発現部としてナノファイバー部を採用した場合、該ナノファイバー部はTiO2あるいはチタン酸塩からなり絶縁性を示す為に、基体と電極活性物質部との電気的な接続を妨げ、電極としての性能が低下するという新たな課題を見出した。つまり、密着力のみを考慮してナノファイバー部の厚さを厚くしすぎると、ナノファイバー部が絶縁性の酸化チタンあるいは絶縁性のチタン酸塩である為に、基体と電極活性物質部との間で電気的な接合をとることが困難となり、電極の導電率が低下して電極として機能しなくなると言う問題がある。 From the viewpoint of adhesion, the greater the thickness of the nanofiber part, that is, the longer the fiber length, the greater the anchor effect can be obtained, so the adhesion between the conductive substrate and the electrode active substance part is It becomes good. On the other hand, when the nanofiber part is adopted as the adhesion developing part, the nanofiber part is made of TiO2 or titanate to show insulation, thus preventing the electrical connection between the substrate and the electrode active substance part, The new subject that the performance as an electrode fell was discovered. In other words, if the thickness of the nanofiber part is made too thick considering only the adhesion, the nanofiber part is an insulating titanium oxide or an insulating titanate, so the base and the electrode active material part There is a problem in that it is difficult to establish an electrical connection between the electrodes, and the conductivity of the electrodes is lowered and the electrodes do not function.

これに対しナノファイバー部の厚さを、基体と電極活性物質部とが電気的に接続可能な厚さとなるように工夫している。そのため、ナノファイバー部に入り込んだ電極活性物質部とTi基体との電気的な接続を確保することが可能となり、ナノファイバー部による抵抗の影響を抑制し、また電極活性物質部と基体との接続不良を解消することが可能となる。したがって、密着力と電気伝導性との両立が可能となり電極として優れた機能を長期に亘って発現させることが可能となる。 In contrast, the nanofiber portion is devised so that the base and the electrode active material portion can be electrically connected to each other. Therefore, it becomes possible to secure an electrical connection between the electrode active material part that has entered the nanofiber part and the Ti substrate, and suppresses the influence of resistance due to the nanofiber part, and also connects the electrode active material part and the substrate. Defects can be eliminated. Therefore, it is possible to achieve both adhesion and electrical conductivity, and to exhibit an excellent function as an electrode over a long period of time.

本発明におけるナノファイバー部の厚さとは、走査型電子顕微鏡(SEM)で断面を観察した場合の、基材に接触したファイバー根元から、基材から垂直方向に最も離れた点までの長さとする。 The thickness of the nanofiber part in the present invention is the length from the fiber root in contact with the substrate to the point farthest away from the substrate in the vertical direction when the cross section is observed with a scanning electron microscope (SEM). .

なお、Tiを主体とする基体表面は、通常数nm程度のごく薄い酸化被膜に覆われているため、厳密には基体と電極活性物質部とは該酸化被膜を介して接触している。しかしながら、酸化被膜程度のごく薄い被膜は電極活性物質部と基体との電気的な接続には影響を与えるものではない。つまり本発明においては電気的な接続に影響を与えない範囲であれば、例えば酸化被膜を介して基体と電極活性物質部とが接していてもよく、必ずしも基体と電極活性物質部とが物理的に接触していなくてもよい。 Since the surface of the substrate mainly composed of Ti is usually covered with a very thin oxide film of about several nm, strictly speaking, the substrate and the electrode active material part are in contact with each other through the oxide film. However, a very thin film such as an oxide film does not affect the electrical connection between the electrode active material portion and the substrate. That is, in the present invention, as long as the electrical connection is not affected, the substrate and the electrode active material portion may be in contact with each other through an oxide film, for example, and the substrate and the electrode active material portion are not necessarily physically connected. It may not be in contact with.

本発明にかかる電解用電極では、ナノファイバー部の厚みを10nm以上10μm以下にすることが好ましい。 In the electrode for electrolysis according to the present invention, the thickness of the nanofiber portion is preferably 10 nm or more and 10 μm or less.

ナノファイバー部の厚みが10nm未満の場合、十分なアンカー効果を得ることが難しく基体と電極活性物質部との間で十分な密着力を発現させることができない。一方で、ナノファイバー部の厚みを大きくしすぎると、ナノファイバー部の根元への応力集中が大きくなり、ナノファイバー部が根元から剥離してしまう恐れがある。また、ナノファイバー部が剥離せずに倒れた場合、ナノファイバー部の厚み空間におけるナノファイバー部が占める割合が多くなり、電極活性物質部の担持が可能な空間が減少してしまう。よって、電極活性物質部のナノファイバー部への担持不良が発生し、密着力が低下したり、電気的な接続を確保することが出来ない恐れがある。さらに、ナノファイバー部が倒れずに長く成長した場合でも、ナノファイバー部が絶縁性である為に導電率が低下してしまう。また、ナノファイバー部が長く伸びていると、根元まで電極活性物質部が入り込みにくくなり、電極活性物質部のナノファイバー部への担持不良が発生し、電気的な接続を確保することが出来ない恐れがある。ナノファイバー部の厚みの上限については、基体と電極活性物質部とを電気的に接続可能な範囲であれば特に限定はしないが、上記理由から、おおむね10μm以下であることが望ましい。
したがって、ナノファイバー部の厚みを10nm以上10μm以下の範囲とすることでナノファイバー部の基材からの剥離を防ぐとともに、基体と電極活性物質部との間の優れた密着性と電気伝導度の確保との両立が可能となる。
When the thickness of the nanofiber portion is less than 10 nm, it is difficult to obtain a sufficient anchor effect, and sufficient adhesion between the substrate and the electrode active material portion cannot be expressed. On the other hand, if the thickness of the nanofiber part is excessively increased, stress concentration at the base of the nanofiber part increases, and the nanofiber part may be peeled off from the base. Moreover, when the nanofiber part falls down without peeling, the ratio of the nanofiber part in the thickness space of the nanofiber part increases, and the space in which the electrode active substance part can be supported decreases. Therefore, poor support of the electrode active substance part to the nanofiber part may occur, and the adhesion may be reduced, or electrical connection may not be ensured. Furthermore, even when the nanofiber part grows long without falling down, the conductivity is lowered because the nanofiber part is insulative. In addition, if the nanofiber part is extended for a long time, it becomes difficult for the electrode active substance part to penetrate to the base, and the electrode active substance part is poorly supported on the nanofiber part, and it is not possible to ensure electrical connection. There is a fear. The upper limit of the thickness of the nanofiber part is not particularly limited as long as the base and the electrode active substance part can be electrically connected to each other. However, for the above reason, it is preferably about 10 μm or less.
Therefore, by making the thickness of the nanofiber part in the range of 10 nm or more and 10 μm or less, the nanofiber part is prevented from being peeled off from the base material, and excellent adhesion and electrical conductivity between the substrate and the electrode active substance part are achieved. It becomes possible to balance with securing.

なお、例えば塩化物イオンを含む溶液を電気分解して塩素を発生させ、その塩素と水の次亜塩素酸の殺菌水を生成する用途に用いる電極の場合は、印加できる電圧条件の観点から、ナノファイバー部の厚みは10nm以上5μm以下の範囲であることが好ましい。 In addition, for example, in the case of an electrode used for the purpose of electrolyzing a solution containing chloride ions to generate chlorine and generating sterilized water of the chlorine and water hypochlorous acid, from the viewpoint of the voltage conditions that can be applied, The thickness of the nanofiber part is preferably in the range of 10 nm to 5 μm.

本発明にかかる電解用電極では、ナノファイバーは、直径が200nm以下のサイズであることも好ましい。 In the electrode for electrolysis according to the present invention, the nanofiber preferably has a diameter of 200 nm or less.

ナノファイバーの直径を200nm以下のサイズにすることで、基体単位面積あたりのナノファイバー部と電極活性物質部の接触面積を十分に確保することができ、強力なアンカー効果を発現して、基体と電極活性物質部とを強固に接合することが可能となる。   By making the diameter of the nanofibers 200 nm or less, the contact area between the nanofiber part and the electrode active substance part per unit area of the substrate can be sufficiently secured, and a strong anchor effect is expressed, It is possible to firmly bond the electrode active material part.

本発明にかかる電解用電極では、電解活性物質は、白金族金属またはその酸化物の微粒子を含み、該微粒子の粒径は該ナノファイバー部のファイバー間隔よりも小さくすることも好ましい。 In the electrode for electrolysis according to the present invention, the electrolytically active substance preferably includes fine particles of a platinum group metal or an oxide thereof, and the particle size of the fine particles is preferably smaller than the fiber interval of the nanofiber portion.

電解活性物質の白金族金属またはその酸化物の微粒子の粒子径をナノファイバー部のファイバー間隔より小さくすることで、電解活性物質をより確実にファイバー間に担持させることが可能となる。そのため、十分な担持量をより確実に確保することが可能となり、基材と電極活性物質部との電気的な接合不良の発生をより抑制することが可能となる。 By making the particle diameter of the platinum group metal or oxide fine particles of the electroactive substance smaller than the fiber spacing of the nanofiber part, the electroactive substance can be more reliably supported between the fibers. Therefore, it is possible to ensure a sufficient carrying amount more reliably, and it is possible to further suppress the occurrence of poor electrical bonding between the base material and the electrode active material part.

本発明にかかる電解用電極では、ナノファイバー部と電極活性物質部の間には、保護層が形成されていることも好ましい。このようにすることで、長期使用などにより電極活性物質が剥離してしまった場合でも、基体と電解液が接触することがない為、電圧印加による基体の損傷が起こらない。また、ナノファイバー部と保護層の密着力は、接触面積が大きいことから従来のものより高く、強固に接合できる。なお、保護層は電極活性物質部となじみがよく、基体と電極活性物質部の電気伝導性を阻害しないものである必要がある。 In the electrode for electrolysis according to the present invention, it is also preferable that a protective layer is formed between the nanofiber portion and the electrode active material portion. By doing so, even when the electrode active material is peeled off due to long-term use or the like, the substrate and the electrolytic solution do not come into contact with each other, so that the substrate is not damaged by voltage application. In addition, the adhesion between the nanofiber part and the protective layer is higher than the conventional one because of the large contact area, and can be firmly joined. The protective layer should be familiar with the electrode active material part and should not inhibit the electrical conductivity between the substrate and the electrode active material part.

本発明にかかる電解用電極では、基体表面がブラスト処理法、酸溶液による化学的エッチング法、電解酸化処理法などによる処理により、処理前よりも比表面積が増加された粗面部を有し、ナノファイバー部を粗面部上に形成することも好ましい。 In the electrode for electrolysis according to the present invention, the substrate surface has a rough surface portion having a specific surface area increased by a blast treatment method, a chemical etching method using an acid solution, an electrolytic oxidation treatment method, etc. It is also preferable to form the fiber portion on the rough surface portion.

粗面部とは、Ti基体表面の構造を変化させたものであり、処理前よりも比表面積が増加されていれば良い。基材表面に粗面部を形成し、その上にナノファイバー部を形成することで、ナノファイバー部の形成量を増やすことが可能となり、より強固なアンカー効果を発現させることが可能となる。また、粗面部自体のアンカー効果も期待できるため、基体と電極活性物質部との間の密着力をより強固なものとすることが可能となる。   The rough surface portion is obtained by changing the structure of the surface of the Ti substrate, and it is sufficient that the specific surface area is increased as compared with that before the treatment. By forming a rough surface portion on the surface of the base material and forming a nanofiber portion thereon, it is possible to increase the amount of formation of the nanofiber portion and to develop a stronger anchor effect. Moreover, since the anchor effect of the rough surface portion itself can be expected, the adhesion force between the substrate and the electrode active material portion can be further strengthened.

ナノファイバー部は絶縁性であるため、電極活性物質部と基体との間の主な電気的な接続の確保は、基体表面におけるナノファイバー部が形成されていない領域において行われる。したがって、基体表面に粗面部を形成して比表面積を増やすと、電極活性物質部と基体との間の電気的な接続箇所をも増やすことができる。そのため、電極活性物質部と基体との間の電気伝導性の低下をより効果的に抑制することが可能となる。 Since the nanofiber portion is insulative, the main electrical connection between the electrode active material portion and the substrate is ensured in the region where the nanofiber portion is not formed on the substrate surface. Therefore, if the rough surface portion is formed on the surface of the substrate to increase the specific surface area, the number of electrical connection points between the electrode active material portion and the substrate can be increased. For this reason, it is possible to more effectively suppress a decrease in electrical conductivity between the electrode active material portion and the substrate.

本発明にかかる電解用電極では、粗面部上に形成されるナノファイバー部の厚みを、表面上に粗面部を形成せずに直接ナノファイバー部を形成した際のナノファイバー部の厚みよりも小さくすることも好ましい。 In the electrode for electrolysis according to the present invention, the thickness of the nanofiber portion formed on the rough surface portion is smaller than the thickness of the nanofiber portion when the nanofiber portion is formed directly without forming the rough surface portion on the surface. It is also preferable to do.

基材表面に粗面部を形成することで、ナノファイバー量の増加および粗面部形成により密着力が向上する。つまり、ナノファイバー部の厚さを粗面部を形成していない場合の厚さよりも小さくしても十分な密着力を確保することが可能となる。したがって、密着力を保持しつつナノファイバー部の厚さを小さくすることができ、電極活性物質部と基体との電気伝導性の低下をより抑制することが可能となる。 By forming the rough surface portion on the substrate surface, the adhesion is improved by increasing the amount of nanofibers and forming the rough surface portion. That is, even if the thickness of the nanofiber portion is smaller than the thickness when the rough surface portion is not formed, it is possible to ensure sufficient adhesion. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the nanofiber portion while maintaining the adhesive force, and it is possible to further suppress a decrease in electrical conductivity between the electrode active material portion and the substrate.

本発明にかかる電解用電極では、100A/m2以上の電流密度で使用する用途の電解用電極に利用することも好ましい。 The electrode for electrolysis according to the present invention is also preferably used for an electrode for electrolysis used for a current density of 100 A / m 2 or more.

一般的に電極は、電流密度が高くなると電極活性物質の剥離・溶解が起こりやすくなり、電解用電極の寿命は短くなる。従って、電流密度が高い状況での使用は電解用電極にとって過酷な使用状況と言える。しかし、本発明による電解用電極では、100A/m2以上の電流密度を使用する用途においても、基体と電極活性物質が強固に密着していることから剥離・溶解が起こりにくく、優れた機能を長期に亘り発揮することが可能となる。 In general, when the current density of the electrode is increased, the electrode active substance is easily peeled and dissolved, and the life of the electrode for electrolysis is shortened. Accordingly, it can be said that use in a situation where the current density is high is a severe use situation for the electrode for electrolysis. However, in the electrode for electrolysis according to the present invention, even in applications where a current density of 100 A / m 2 or more is used, the base and the electrode active substance are firmly adhered, so that peeling and dissolution hardly occur, and an excellent function is provided for a long time. It is possible to demonstrate over the range.

100A/m2以上の高電流密度で使用する用途の電解用電極としては、例えば、塩化物イオンを含む溶液を電気分解するための電極が挙げられ、この場合、陽極に塩素を発生させ、この塩素と水の反応により次亜塩素酸の殺菌水を生成する用途に用いることができる。また、水を電気分解するための電極が挙げられ、この場合、陽極にオゾンを発生させ、このオゾンを水に溶解してオゾン水を生成する用途に用いることができる。   Examples of the electrode for electrolysis for use at a high current density of 100 A / m 2 or more include an electrode for electrolyzing a solution containing chloride ions. In this case, chlorine is generated at the anode, and the chlorine It can be used for the purpose of producing sterilized water of hypochlorous acid by the reaction of water with water. Moreover, the electrode for electrolyzing water is mentioned, In this case, it can be used for the use which produces | generates ozone water by generating ozone at an anode and melt | dissolving this ozone in water.

本発明にかかる電解用電極では、陽極の陰極化現象を伴う電解プロセスの電解用電極や定期的に電極の正負の極性を入れ替える電解用電極に利用することも好ましい。 The electrode for electrolysis according to the present invention is also preferably used for an electrode for electrolysis in an electrolysis process accompanied by an anode cathodic phenomenon or an electrode for electrolysis in which the polarity of the electrode is periodically switched.

陽極としてのみ利用する場合は高い耐久性を有する電解用電極でも、陽極の陰極化現象を伴う電解プロセスでは、陰極化が生じる部分での消耗が急速に進むことが分かっている。鋼板の電気メッキラインを例にとり陽極の陰極化現象を説明する。 It has been found that even when an electrode for electrolysis having high durability is used only as an anode, in an electrolysis process involving the cathodic phenomenon of the anode, consumption at a portion where cathodicization occurs rapidly proceeds. Taking the electroplating line of steel plate as an example, the cathodic phenomenon of the anode will be described.

鋼板の電気メッキラインにおいて、鋼板の両面をメッキするために2枚の陽極が対向配置され、その間を陰極となる鋼帯が通過することにより鋼帯の両面にメッキ金属が析出する。ここで、対向配置された2枚の陽極の幅は、その間を通過する鋼帯の幅が多種類ある為、鋼帯の最大幅に合わせて設定されている。この為、最大幅より小さい幅の鋼帯が通過するときは、陽極の両側の側端部で電極同士が直接対向することになる。そして、鋼帯の両面に厚さの異なる金属メッキを施すような場合は、2枚の陽極の間に電位差が生じ、低電位側の陽極においては、電極同士が直接対向する側端部分が陰極と機能し、カソード電流が流れる。これが陽極の陰極化現象である。 In an electroplating line for steel plates, two anodes are arranged opposite to each other in order to plate both surfaces of the steel plate, and a plated metal is deposited on both surfaces of the steel strip by passing a steel strip serving as a cathode between them. Here, the width of the two anodes arranged opposite to each other is set in accordance with the maximum width of the steel strip because there are various types of steel strips that pass between them. For this reason, when a steel strip having a width smaller than the maximum width passes, the electrodes are directly opposed at the side end portions on both sides of the anode. When metal plating with different thicknesses is applied to both surfaces of the steel strip, a potential difference is generated between the two anodes. In the anode on the low potential side, the side end portion where the electrodes directly face each other is a cathode. And the cathode current flows. This is the cathodic phenomenon of the anode.

また、電極への付着物防止などの為に定期的に電極の正負の極性を入れ替える場合、意図的に陰極化を生じさせていることになるのでより急速に消耗が進む。
本発明による電解用電極では、このような過酷な使用状況においても、高い密着性と優れた電気伝導性を有することから、優れた機能を長期にわたり発揮することが可能となる。
Further, when the positive and negative polarities of the electrodes are periodically switched to prevent the deposits on the electrodes, the cathodes are intentionally generated, so that the consumption proceeds more rapidly.
Since the electrode for electrolysis according to the present invention has high adhesiveness and excellent electrical conductivity even in such a severe use situation, it is possible to exhibit an excellent function for a long period of time.

本発明にかかる電解用電極では、塩化物イオンを含む溶液を電解して塩素あるいは次亜塩素酸を発生させる用途の電解用電極に利用することも好ましい。 In the electrode for electrolysis concerning this invention, it is also preferable to utilize for the electrode for electrolysis of the use which electrolyzes the solution containing a chloride ion and generates chlorine or hypochlorous acid.

塩化物イオンを28.2×10−9mоl/L以上20mоl/L以下含む塩化物イオンを含む溶液を電解すると、塩素を発生する。塩素は非常に反応性が高く、多くの金属や有機物と反応して塩化物を形成することが知られている。また、溶液中にカルシウムイオンやマグネシウムイオンが含まれる場合には、電極へのカルシウムまたはマグネシウムの析出防止の為に、定期的に電極の正負の極性を入れ替える必要がある。
本発明による電解用電極では、発生した塩素が電極活性物質部とナノファイバー部の界面に触れたとしても、強い密着性と高い化学的安定性を有することから、優れた機能を長期にわたり発揮することが可能となる。また密着力も良好なため、陰極化現象に対しても高い耐性を示すことができる。
When a solution containing chloride ions containing 28.2 × 10 −9 mol / L or more and 20 mol / L or less of chloride ions is electrolyzed, chlorine is generated. Chlorine is very reactive and is known to react with many metals and organics to form chlorides. When calcium ions or magnesium ions are contained in the solution, it is necessary to periodically change the polarity of the electrode in order to prevent the precipitation of calcium or magnesium on the electrode.
In the electrode for electrolysis according to the present invention, even if the generated chlorine touches the interface between the electrode active substance part and the nanofiber part, it has strong adhesion and high chemical stability, and thus exhibits excellent functions over a long period of time. It becomes possible. Moreover, since the adhesive force is also good, it can show high resistance against the cathodic phenomenon.

本発明にかかる電解用電極は、塩化物イオンを含む溶液を電解して塩素あるいは次亜塩素酸を発生させる用途の電解用電極において、高電圧条件で利用することも好ましい。 The electrode for electrolysis according to the present invention is also preferably used under high voltage conditions in an electrode for electrolysis used to generate chlorine or hypochlorous acid by electrolyzing a solution containing chloride ions.

塩化物イオンを含む溶液を電気分解して塩素あるいはジア塩素酸を発生させる用途において、特に、水道水又は水道水に食塩を加えた希薄食塩水など、塩化物イオンを28.2×10−9mоl/L以上14.1×10−3mоl/L以下しか含まれない希薄な溶液の場合、電気伝導性が高くない為、電気化学反応を起こす為に10V以上50V未満の高電圧を電極に掛ける必要がある。また、同量の電気化学反応量を確保しつつ電解用電極のサイズを小さくする必要のある場合、高電流密度で使用することになる。
このような高電圧、高電流密度は電極活性物質の脱離・剥離・溶解などを促進するので、電解用電極にとって過酷な使用状況であり、電解用電極にかかる電気的な負荷が大きくなるが、本発明による電解用電極では、このような過酷な使用状況においても、高い密着性により電極としての優れた機能を長期にわたり発現させることが可能となる
In an application where a solution containing chloride ions is electrolyzed to generate chlorine or dichloric acid, 28.2 × 10 −9 of chloride ions such as tap water or dilute saline obtained by adding salt to tap water is used. In the case of a dilute solution containing only mol / L or more and 14.1 × 10 −3 mol / L or less, since the electric conductivity is not high, a high voltage of 10 V or more and less than 50 V is applied to the electrode to cause an electrochemical reaction. Need to hang. In addition, when it is necessary to reduce the size of the electrode for electrolysis while ensuring the same amount of electrochemical reaction, it is used at a high current density.
Such a high voltage and high current density promote the desorption / peeling / dissolution of the electrode active substance, which is a severe use situation for the electrode for electrolysis, and the electrical load on the electrode for electrolysis increases. In the electrode for electrolysis according to the present invention, it is possible to develop an excellent function as an electrode over a long period of time due to high adhesion even under such severe usage conditions.

本発明にかかる電解用電極の製造方法は、Tiを主成分とする導電性の基体と、基体表面上に配置される白金族金属又はその酸化物を含む電極活性物質部を備えた電解用電極の製造方法であって、基体をアルカリ処理し、TiO2あるいはチタン酸塩からなる直径がナノサイズのナノファイバーからなる絶縁性のナノファイバー部を形成する工程と、ナノファイバー部に、電極活性物質部の少なくとも一部を担持する工程と、を備えており、ナノファイバー部を形成する工程において、ナノファイバー部を、基体と電極活性物質部とを電気的に接続することが可能な厚さとすることを特徴とする。   The method for producing an electrode for electrolysis according to the present invention includes an electrode for electrolysis comprising a conductive base mainly composed of Ti and an electrode active material portion containing a platinum group metal or an oxide thereof disposed on the surface of the base. And a step of forming an insulating nanofiber portion made of nanofibers having a diameter of nanosize made of TiO2 or titanate, and an electrode active material portion in the nanofiber portion. A step of forming at least a part of the nanofiber portion, and in the step of forming the nanofiber portion, the nanofiber portion has a thickness capable of electrically connecting the substrate and the electrode active material portion. It is characterized by.

上述した本発明にかかる電解用電極の製造方法では、アルカリ処理という簡便な方法にて、基体と電極活性物質部との間に強力なアンカー効果を発現するナノファイバー部を形成することができる。
ナノファイバー部は、ファイバーの長さが長いほど、より強力なアンカー効果を期待できるが、ナノファイバー部は絶縁性のTiO2あるいはチタン酸塩からなる為に、長過ぎると、基体と電極活性物質部との電気的な接合をとることが困難となり、電極の導電率が低下して電極として機能しなくなってしまう。従って、アルカリ溶液の濃度、アルカリ溶液の温度、浸漬時間などのアルカリ処理条件を工夫してナノファイバー部が、基体と電極活性物質部が直接接触して電気的な接合をすることが可能な所定の厚さになるように工夫している。そのため、簡便な方法で密着性の確保と電気伝導性の低下の抑制とを両立させることが可能となる。
In the method for producing an electrode for electrolysis according to the present invention described above, a nanofiber portion that exhibits a strong anchor effect can be formed between the substrate and the electrode active material portion by a simple method called alkali treatment.
The nanofiber part can be expected to have a stronger anchor effect as the fiber length is longer. However, since the nanofiber part is made of insulating TiO2 or titanate, if it is too long, the substrate and the electrode active material part It becomes difficult to make an electrical connection to the electrode, and the electrical conductivity of the electrode is lowered, so that it does not function as an electrode. Therefore, the nanofiber part can be electrically contacted by direct contact between the substrate and the electrode active substance part by devising the alkali treatment conditions such as the concentration of the alkali solution, the temperature of the alkali solution, and the immersion time. It is devised to become the thickness of. Therefore, it is possible to achieve both ensuring of adhesion and suppression of decrease in electrical conductivity by a simple method.

本発明にかかる電解用電極の製造方法は、担持される電極活性物質部を白金族金属の酸化物とすることも好ましい。 In the method for producing an electrode for electrolysis according to the present invention, it is also preferable that the supported electrode active material part is an oxide of a platinum group metal.

Tiを主成分とする基体をアルカリ処理すると、絶縁性のナノファイバー部が形成されるとともに、基体表面のうち該ナノファイバー部が形成されていない部分には電気伝導性に影響を与えない程度のごく薄い厚さの酸化被膜が形成される。この酸化被膜が形成された箇所はすなわちナノファイバー部の根元であって、電極活性物質部と基体との電気的な接続を確保するためには、該ナノファイバー部を介して該酸化被膜の形成された箇所まで十分に電極活性物質部を浸透させる必要がある。
そこで、電極活性物質部を白金族金属の酸化物とすることで、ナノファイバー部及びナノファイバー部の根元に形成された酸化被膜との親和性が向上するため、電極活性物質部をより根元まで浸透させやすくなる。そのため、より確実に電極活性物質部と基体との電気的な接続を確保することが可能となる。また酸化物同士であるため、密着性も良好となる。
When the base mainly composed of Ti is alkali-treated, an insulating nanofiber portion is formed, and the portion of the base surface where the nanofiber portion is not formed does not affect the electrical conductivity. A very thin oxide film is formed. The portion where the oxide film is formed is at the base of the nanofiber part, and in order to ensure electrical connection between the electrode active substance part and the substrate, the oxide film is formed via the nanofiber part. It is necessary to sufficiently permeate the electrode active material part up to the formed part.
Therefore, by making the electrode active substance part an oxide of a platinum group metal, the affinity with the nanofiber part and the oxide film formed at the base of the nanofiber part is improved. Easy to penetrate. Therefore, it becomes possible to ensure the electrical connection between the electrode active material portion and the substrate more reliably. Moreover, since it is oxides, adhesiveness also becomes favorable.

本発明にかかる電解用電極の製造方法は、基体表面にブラスト処理法、酸溶液による化学的エッチング法、電解酸化処理法などの処理によって粗面部を形成させて処理前よりも比表面積を増加させる工程をさらに備え、比表面積を増加させる工程の後に、ナノファイバー部を形成する工程を備えることも好ましい。   In the method for producing an electrode for electrolysis according to the present invention, a rough surface portion is formed on a substrate surface by a blast treatment method, a chemical etching method using an acid solution, an electrolytic oxidation treatment method, etc., and the specific surface area is increased as compared with that before the treatment. It is also preferable to further include a step of forming a nanofiber portion after the step of further including a step and increasing the specific surface area.

ナノファイバー部を形成する工程の前に、ブラスト処理法、酸溶液による化学的エッチング処理法、電解酸化処理法などの処理により粗面部を形成させて処理前よりも比表面積を増加させる工程を行う事で、形成されるナノファイバーの量を多くすることが可能であり、さらに粗面部自体のアンカー効果により、基体と電極活性物質部との間により強力な密着力を発現することが可能となる。また、基体と電極活性物質部との間で電気的な接続点となる箇所も増えるため、電極活性物質部と基体との電気伝導性の低下をより効果的に抑制することが可能となる。   Before the step of forming the nanofiber portion, a step of forming a rough surface portion by a blast treatment method, a chemical etching treatment method using an acid solution, an electrolytic oxidation treatment method, etc. to increase the specific surface area before the treatment is performed. In this way, it is possible to increase the amount of nanofibers to be formed, and furthermore, it is possible to express a stronger adhesion between the substrate and the electrode active material part due to the anchor effect of the rough surface part itself. . In addition, since the number of electrical connection points between the substrate and the electrode active material portion is increased, it is possible to more effectively suppress a decrease in electrical conductivity between the electrode active material portion and the substrate.

本発明にかかる電解用電極の製造方法は、密着力発現層の上に電極活性物質部を形成する工程において、金属イオンを含むモノマーあるいはオリゴマー溶液を出発原料として電極活性物質部を形成することも好ましい。   In the method for producing an electrode for electrolysis according to the present invention, in the step of forming the electrode active material part on the adhesion developing layer, the electrode active material part may be formed using a monomer or oligomer solution containing metal ions as a starting material. preferable.

密着力発現部はナノファイバーの微細な構造となっている為、電極活性物質の出発原料のサイズが大きすぎるとナノファイバー部に入り込みにくく、十分なアンカー効果を得ることが出来なくなってしまう。そこで、電極活性物質の出発原料を、金属イオンを含むモノマーあるいはオリゴマー溶液とすることで微細なナノファイバー部に入り込ませ、十分なアンカー効果を発現させることができる。   Since the adhesion developing portion has a fine structure of nanofibers, if the size of the starting material of the electrode active substance is too large, it is difficult to enter the nanofiber portion and a sufficient anchor effect cannot be obtained. Therefore, by making the starting material of the electrode active substance into a monomer or oligomer solution containing metal ions, it is possible to enter the fine nanofiber part and to exhibit a sufficient anchor effect.

本発明にかかる電解用電極の製造方法は、モノマーあるいはオリゴマー溶液を、溶媒を水とした水溶液とすることも好ましい。 In the method for producing an electrode for electrolysis according to the present invention, the monomer or oligomer solution is preferably an aqueous solution containing water as a solvent.

本発明によるナノファイバー部は、アルカリ処理によって形成されるためナノファイバー表面の水酸基密度が高い特徴を有する。そのため、電極活性物質部を形成するためのモノマーあるいはオリゴマー溶液を水溶液とすることで、ナノファイバー部と電極活性物質部との親和性、すなわちなじみがよくなって、ナノファイバー部の奥まで電極活性物質部102をより確実に入り込ませることができる。 Since the nanofiber part according to the present invention is formed by alkali treatment, it has a feature that the hydroxyl density of the nanofiber surface is high. Therefore, by making the monomer or oligomer solution for forming the electrode active substance part into an aqueous solution, the affinity between the nanofiber part and the electrode active substance part, that is, the familiarity is improved, and the electrode activity is further increased to the back of the nanofiber part. The substance part 102 can be made to enter more reliably.

本発明は、基体表面に被覆された電極活性物質と基体との高い密着性を有しつつ、電気伝導度の低下を抑制可能な電解用電極及びその製造方法を提供することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an electrode for electrolysis that can suppress a decrease in electrical conductivity while having high adhesion between an electrode active material coated on the surface of the substrate and the substrate, and a method for producing the same.

本発明にかかる第1の実施形態の電解用電極の断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-section of the electrode for electrolysis of 1st Embodiment concerning this invention. 本発明にかかる第2の実施形態の電解用電極の断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-section of the electrode for electrolysis of 2nd Embodiment concerning this invention. 本発明による基体表面のナノファイバー部の走査型電子顕微鏡写真である。3 is a scanning electron micrograph of a nanofiber portion on a substrate surface according to the present invention. 従来のシュウ酸溶液処理による基体表面の走査型電子顕微鏡写真である。It is the scanning electron micrograph of the base-material surface by the conventional oxalic acid solution process. 参考例による基体のナノファイバー部の断面の走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the cross section of the nanofiber part of the base | substrate by a reference example. 実施例及び比較例におけるナノファイバー部の厚みと抵抗値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness of a nanofiber part and resistance value in an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の耐久試験における電解時間1.7時間後の電極表面写真である。It is the electrode surface photograph after the electrolysis time 1.7 hours in the durability test of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例における電極活性物質の担持量と耐久電解との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the load of the electrode active material and durable electrolysis in an Example and a comparative example.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にする為、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same components in the drawings are denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

(第1の実施形態)
本発明の電解用電極の第1の実施形態について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明にかかる第1の実施形態の電解用電極の断面構造を示す模式図である。
図1に示すように、電解用電極10は基体101と電極活性物質部102と密着力発現部103を備えており、基体101と電極活性物質102とは電気的に接続されている。
(First embodiment)
A first embodiment of the electrode for electrolysis of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of an electrode for electrolysis according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the electrode for electrolysis 10 includes a base 101, an electrode active material portion 102, and an adhesion force expressing portion 103, and the base 101 and the electrode active material 102 are electrically connected.

基体101は、チタン又はチタン合金からなる導電性を有する材料であり、形状は用いられる電解用電極に対応する形状に加工されている。
なお、チタンまたはチタン合金からなる基体101の最表面は、通常酸化被膜で覆われているが、その厚さはごく薄いため基体101と電極活性物質部102との電気的な接続を阻害するものではない。
The substrate 101 is a conductive material made of titanium or a titanium alloy, and the shape is processed into a shape corresponding to the electrode for electrolysis to be used.
The outermost surface of the base 101 made of titanium or a titanium alloy is usually covered with an oxide film, but its thickness is so thin that the electrical connection between the base 101 and the electrode active material portion 102 is obstructed. is not.

電極活性物質部102は、白金族金属またはその酸化物を含む電極活性物質からなるものであり、電極の用途が酸素発生の場合、白金族金属又はその酸化物とバルブ金属(チタン、タンタル、ニオブ、タングステン、ジルコニウム)及び錫からなる群より選ばれた1種類以上の金属の酸化物との混合酸化物が好適である。代表的な例としては、イリジウム―タンタル混合酸化物、イリジウム―タンタル―チタン混合酸化物等を挙げることができる。
電極の用途が塩素発生の場合、イリジウム、ルテニウム、白金、パラジウム、ロジウム等の白金族金属又はその酸化物とバルブ金属(チタン、タンタル、ニオブ、タングステン、ジルコニウム)及び錫からなる群より選ばれた1種類以上の金属の酸化物との混合酸化物が好適である。代表的な例としては、イリジウム―白金―タンタル混合酸化物、イリジウム―白金―ロジウム―タンタル混合酸化物などが挙げることができる。白金及びイリジウム酸化物も用いることができる。
The electrode active material portion 102 is made of an electrode active material containing a platinum group metal or an oxide thereof. When the electrode is used for oxygen generation, the platinum group metal or an oxide thereof and a valve metal (titanium, tantalum, niobium). , Tungsten, zirconium) and mixed oxides with one or more metal oxides selected from the group consisting of tin are preferred. Representative examples include iridium-tantalum mixed oxide, iridium-tantalum-titanium mixed oxide, and the like.
When the electrode is used for generating chlorine, it is selected from the group consisting of platinum group metals such as iridium, ruthenium, platinum, palladium, rhodium or oxides thereof and valve metals (titanium, tantalum, niobium, tungsten, zirconium) and tin. Mixed oxides with one or more metal oxides are preferred. Typical examples include iridium-platinum-tantalum mixed oxide, iridium-platinum-rhodium-tantalum mixed oxide, and the like. Platinum and iridium oxides can also be used.

電極活性物質の結晶の状態としては、アモルファスでも結晶性を有してもよい。 The crystalline state of the electrode active material may be either amorphous or crystalline.

基体101の最表面は通常電気伝導可能な程度に十分に薄い酸化皮膜で覆われているため、電極活性物質が白金族金属の酸化物を含んでいる場合、酸化物同士のなじみがよく、基体101の表面に沿う形で電極活性物質部102が形成されやすい。また、酸化物同士なので化学的密着力も強固となる。 Since the outermost surface of the base 101 is usually covered with an oxide film that is thin enough to conduct electricity, when the electrode active material contains an oxide of a platinum group metal, the oxides are familiar to each other. The electrode active material portion 102 is easily formed along the surface of the surface 101. Moreover, since it is an oxide, chemical adhesive force becomes strong.

また、ナノファイバー部103aを構成する材料も酸化物である為、電極活性物質部102が白金族金属の酸化物を含む場合、酸化物同士なのでなじみがよく、ナノファイバー部103aに沿う形で電極活性物質部102が形成されやすい。そのため、ナノファイバー部が絶縁性であっても、基体101からナノファイバー部103aに沿って電気の通り道を確保することができる。また、酸化物同士なので電極活性物質部102とナノファイバー部103aとの化学的密着力を強固なものとすることができる。   Moreover, since the material which comprises the nanofiber part 103a is also an oxide, when the electrode active substance part 102 contains the oxide of a platinum group metal, since it is oxides, it is familiar and it is an electrode along the nanofiber part 103a. The active material portion 102 is easily formed. Therefore, even if the nanofiber part is insulative, it is possible to secure an electrical path from the base 101 along the nanofiber part 103a. Further, since the oxides are used, the chemical adhesion between the electrode active material portion 102 and the nanofiber portion 103a can be strengthened.

次に密着力発現部103について述べる。
密着力発現部103は絶縁性のナノファイバー部103aを有している。
本発明においてナノファイバー部103aとは、TiO2あるいはチタン酸塩からなるナノファイバーからなる。ここで、ナノファイバーは、直径が5nm以上200nm以下が好ましい。また、電極活性物質との接触面積及びナノファイバー部作製時の熱処理条件を考えると、直径5nm以上15nm以下とすることがより好ましい。なお、ここで言う直径の値は、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した場合の値とする。
Next, the adhesion developing unit 103 will be described.
The adhesion developing portion 103 has an insulating nanofiber portion 103a.
In the present invention, the nanofiber portion 103a is made of nanofiber made of TiO2 or titanate. Here, the nanofibers preferably have a diameter of 5 nm to 200 nm. Further, considering the contact area with the electrode active substance and the heat treatment conditions when producing the nanofiber part, the diameter is more preferably 5 nm or more and 15 nm or less. In addition, let the value of the diameter said here be a value at the time of observing with a transmission electron microscope (TEM).

なお、ナノファイバー部103aは熱処理温度やアルカリ濃度等の作製条件により中空構造を備えたチューブ形状または、中実構造を備えたワイヤー形状のいずれの構造とすることも可能である。一般にチューブ形状のほうがワイヤー形状よりもファイバー径が小さくなる傾向にあること、およびチューブ内にも電極活性物質部を担持することが可能であることから中空構造を備えたチューブ形状をより好適に利用することが可能である。   Note that the nanofiber portion 103a can have any structure of a tube shape having a hollow structure or a wire shape having a solid structure depending on manufacturing conditions such as a heat treatment temperature and an alkali concentration. In general, the tube shape tends to have a smaller fiber diameter than the wire shape, and it is possible to carry the electrode active substance part in the tube, so the tube shape with a hollow structure is more preferably used. Is possible.

ナノファイバー部103aの厚さd1は、走査型電子顕微鏡(SEM)で断面を観察した場合の、基材に接触したファイバー根元から、基材から垂直方向に最も離れた点までの長さであり、10nm以上10μm以下が好ましい。厚さが厚いほど、電極活性物質部102との接触面積が大きくなる為、強いアンカー効果を発現し、基体101と電極活性物質部102を強力に密着させることが可能となる。一方、厚さが厚すぎるとナノファイバー部103aが絶縁性である為に、基体101と電極活性物質部102との電気的な接合をとることが困難となり、電気エネルギーを電極活性物質部102に十分伝えることが出来ず、電極活性が低下してしまう。従って、ナノファイバー部103aの厚さd1は、アンカー効果が働き、かつ、電気エネルギーを電極活性物質に届けることができる所定の厚みにすることが好ましい。
また、ファイバーの長さが長くなりすぎるとファイバーの根元に応力が集中し、ファイバーの根元から剥離してしまう恐れもある。したがって、10nm以上10μm以下の範囲が好ましい。
なお、この所定の厚みとは、ファイバーが剥離しない範囲内で電解用電極の用途に応じた電圧条件を考慮して適宜選択することができる。
The thickness d1 of the nanofiber portion 103a is the length from the fiber root in contact with the substrate to the point farthest from the substrate in the vertical direction when the cross section is observed with a scanning electron microscope (SEM). 10 nm or more and 10 μm or less are preferable. The thicker the thickness, the larger the contact area with the electrode active material portion 102, so that a strong anchor effect is exhibited and the base 101 and the electrode active material portion 102 can be strongly adhered. On the other hand, if the thickness is too thick, the nanofiber portion 103a is insulative, so that it is difficult to electrically connect the base 101 and the electrode active material portion 102, and electric energy is transferred to the electrode active material portion 102. It cannot be transmitted sufficiently and electrode activity is reduced. Accordingly, the thickness d1 of the nanofiber portion 103a is preferably set to a predetermined thickness that allows the anchor effect to work and allows electric energy to reach the electrode active material.
Further, if the length of the fiber becomes too long, stress concentrates on the fiber base, and there is a possibility that the fiber will peel off from the fiber base. Therefore, the range of 10 nm or more and 10 μm or less is preferable.
The predetermined thickness can be appropriately selected in consideration of the voltage condition according to the use of the electrode for electrolysis within a range where the fiber does not peel off.

電解用電極として用いられる際のチタンまたはチタン合金からなる基体101の表面は、電極活性物質部102によって完全に被覆されていることが好ましく、この場合、基体101の表面が直接電解液と接触することはない。しかしながら、長期に亘って使用するなどして電極活性物質部102の一部がナノファイバー部103aから剥離して基体101の一部が露出して直接電解液と接触する状態が発生する場合がある。この基体101の表面が一部露出した状態で電圧を印加すると基体が激しく損傷してしまう。
この状態を防ぐために、基体101表面に形成されたナノファイバー部103aの表面に保護層を形成し、たその上に電極活性物質を担持させ電極活性物質部102を形成する態様をとる場合もある。保護層は基体101とも電極活性物質部102ともなじみやすい材料で構成することで、基体101と電極活性物質部102との密着力を向上させる機能をも発現させることが可能となり好ましい。保護層としては、金属タンタルや金属タンタル合金を含む金属、又はタンタル酸化物やタンタル酸化物の複合酸化物が考えられる。
なお、該保護層を形成する際には基体101と電極活性物質部102との電気伝導性を阻害しないものとする必要がある。例えば電気伝導性を備えている材料により構成するか、または電気的に絶縁な材料で構成する場合には、基体101と電極活性物質部102との電気伝導性を損なわない程度に十分薄く形成すればよい。
The surface of the substrate 101 made of titanium or a titanium alloy when used as an electrode for electrolysis is preferably completely covered with the electrode active material portion 102. In this case, the surface of the substrate 101 is in direct contact with the electrolytic solution. There is nothing. However, there may be a case where a part of the electrode active material part 102 is peeled off from the nanofiber part 103a and a part of the substrate 101 is exposed to be in direct contact with the electrolytic solution after being used for a long time. . If a voltage is applied with the surface of the substrate 101 partially exposed, the substrate will be severely damaged.
In order to prevent this state, there is a case in which a protective layer is formed on the surface of the nanofiber portion 103a formed on the surface of the substrate 101, and an electrode active material is supported thereon to form the electrode active material portion 102. . It is preferable that the protective layer is made of a material that is easily compatible with both the base 101 and the electrode active substance portion 102 because the function of improving the adhesion between the base 101 and the electrode active substance portion 102 can be expressed. As the protective layer, a metal containing metal tantalum or a metal tantalum alloy, or a composite oxide of tantalum oxide or tantalum oxide can be considered.
In forming the protective layer, it is necessary that the electrical conductivity between the substrate 101 and the electrode active material portion 102 is not impaired. For example, when it is made of a material having electrical conductivity or is made of an electrically insulating material, it should be formed thin enough so as not to impair the electrical conductivity between the base 101 and the electrode active material portion 102. That's fine.

ナノファイバー部103aは、直径が200nm以下のサイズのナノファイバーからなる為、ナノファイバー間に隙間が多く、電解酸化処理法などにより形成された従来の多孔質体構造よりも、電極活性物質が入り込みやすく、また担持可能な電極活性物質の量が多いために、ナノファイバー部103aの電気的な絶縁性の影響を希釈化することが可能である。   Since the nanofiber portion 103a is composed of nanofibers having a diameter of 200 nm or less, there are many gaps between the nanofibers, and the electrode active material enters more than the conventional porous body structure formed by an electrolytic oxidation method or the like. Since the amount of the electrode active material that can be easily supported is large, it is possible to dilute the influence of the electrical insulation of the nanofiber portion 103a.

さらに電極活性物質部102を白金族金属またはその酸化物の微粒子を含む電極活性物質からなるようにして、該微粒子の粒径をナノファイバー間隔よりも小さくすれば、電極活性物質部102がナノファイバー間に容易に入り込むことが可能となり、ナノファイバー部103aの根元、すなわち基体101側まで確実に担持させることが可能となる。したがって、より確実に基材101と電極活性物質部102とを電気的に接続させることが可能となる。
また、電極活性物質部102の前駆体の粘度もファイバー間に入り込みやすく、かつ液垂れしない範囲で適宜調整することが好ましい。
Further, if the electrode active material portion 102 is made of an electrode active material containing fine particles of a platinum group metal or its oxide, and the particle size of the fine particles is made smaller than the nanofiber interval, the electrode active material portion 102 becomes a nanofiber. It is possible to easily enter the gap between them, and it is possible to securely carry the nanofiber portion 103a to the base, that is, the base 101 side. Therefore, the base material 101 and the electrode active material part 102 can be electrically connected more reliably.
Moreover, it is preferable that the viscosity of the precursor of the electrode active material portion 102 is appropriately adjusted within a range in which the precursor easily enters between fibers and does not drip.

また、本発明によるナノファイバー部103aは、ナノファイバー表面の水酸基密度が高い特徴を有する。そのため、電極活性物質部102を形成するための溶液を水溶液とすることで、ナノファイバー部103aと電極活性物質部102とのなじみがよくなって、ナノファイバー部103aの奥まで電極活性物質部102をより容易に入り込みやすくすることができる。 Further, the nanofiber portion 103a according to the present invention is characterized by a high hydroxyl group density on the nanofiber surface. Therefore, by making the solution for forming the electrode active material part 102 into an aqueous solution, the familiarity between the nanofiber part 103a and the electrode active material part 102 is improved, and the electrode active material part 102 is deeply inserted into the nanofiber part 103a. Can be made easier to enter.

(第2の実施形態)
本発明の電解用電極の第2の実施形態について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明にかかる第2の実施形態の電解用電極の断面構造を示す模式図である。
図2に示すように第2の実施形態において、密着力発現部103はナノファイバー部103aと粗面部103bとを備えており、粗面部103bを備えている以外は第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the electrode for electrolysis of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the electrode for electrolysis according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, in the second embodiment, the adhesion developing portion 103 includes a nanofiber portion 103a and a rough surface portion 103b, and is the same as the first embodiment except that the rough surface portion 103b is provided. is there.

粗面部103bは、基体101の表面をブラスト処理法、酸溶液による化学的エッチング法、電解酸化処理法などにより処理して基体表面の構造を変化させたものであり、粗面化することで、基体101の表面の比表面積を増加させたしたものである。ナノファイバー部103aは、粗面部103b上に形成されている。   The rough surface portion 103b is obtained by changing the structure of the substrate surface by treating the surface of the substrate 101 with a blast treatment method, a chemical etching method with an acid solution, an electrolytic oxidation treatment method, or the like. The specific surface area of the surface of the substrate 101 is increased. The nanofiber portion 103a is formed on the rough surface portion 103b.

粗面部103bを形成することで基体101表面の比表面積が大きくなるので、粗面部103b上に形成されるナノファイバー部103aの形成量をより多くすることが可能となる。そのため、より大きなアンカー効果を得ることが可能となる。
また、粗面部103bとナノファイバー部103aが組み合わさった構造とすることにより、ナノファイバー部103aによるアンカー効果だけでなく、粗面部103b自体のアンカー効果も加わってより強力なアンカー効果を発現させることができ、基体101と電極活性物質部102とをより強固に接合することが可能となる。
Since the specific surface area of the surface of the substrate 101 is increased by forming the rough surface portion 103b, it is possible to increase the amount of the nanofiber portion 103a formed on the rough surface portion 103b. Therefore, it is possible to obtain a larger anchor effect.
In addition, by combining the rough surface portion 103b and the nanofiber portion 103a, not only the anchor effect by the nanofiber portion 103a but also the anchor effect of the rough surface portion 103b itself can be added to express a stronger anchor effect. As a result, the substrate 101 and the electrode active material portion 102 can be bonded more firmly.

また、基体101表面の比表面積が増えることで、基体101と電極活性物質部102との間の電気伝導性の確保に寄与している基体101表面上のナノファイバー部103aが形成されていない領域も増加するため、基体101とナノファイバー部103aとの間の電気伝導性をより確実に確保することが可能となる。 Moreover, the area | region where the nanofiber part 103a on the surface of the base | substrate 101 which has contributed to ensuring of electrical conductivity between the base | substrate 101 and the electrode active material part 102 is not formed by the specific surface area of the base | substrate 101 surface increasing increases. Therefore, the electrical conductivity between the substrate 101 and the nanofiber portion 103a can be ensured more reliably.

密着力発現部103の構造をナノファイバー部103aおよび粗面部103bを備えるように工夫すると、粗面部103bを備えない場合のナノファイバー部の厚さd1で得られる密着力と同等の密着力を発現させるためのナノファイバー部103aの厚さd2は、d1より小さい値にすることが可能となる。絶縁性のナノファイバー部103aの厚さd2が小さくなれば、基体101と電極活性物質部102とが電気的に接続しやすくなり、電気エネルギーを効率的に電解化学反応に利用することが可能となり、より確実に密着性の確保と電気伝導性の確保との両立を図ることが可能となる。   If the structure of the adhesion developing portion 103 is devised to include the nanofiber portion 103a and the rough surface portion 103b, an adhesion force equivalent to the adhesion force obtained by the thickness d1 of the nanofiber portion when the rough surface portion 103b is not provided is expressed. The thickness d2 of the nanofiber portion 103a for making it possible to make it smaller than d1. If the thickness d2 of the insulative nanofiber portion 103a is reduced, the base 101 and the electrode active material portion 102 are easily electrically connected, and the electric energy can be efficiently used for the electrolytic chemical reaction. Thus, it is possible to achieve both of ensuring adhesion and ensuring electrical conductivity more reliably.

(電解用電極の製造方法)
本発明による電解用電極10の製造方法について、以下に詳細を説明する。
(Method for producing electrode for electrolysis)
Details of the method for manufacturing the electrode 10 for electrolysis according to the present invention will be described below.

本発明による電解用電極10の製造方法は、まず、チタン又はチタン合金からなる導電性基体101を用意する。導電性基体101の形状は、製造すべき電解用電極10に対応する形状に加工されたものでもよいし、加工される前の板状でもよい。   In the method for manufacturing the electrode 10 for electrolysis according to the present invention, first, a conductive substrate 101 made of titanium or a titanium alloy is prepared. The shape of the conductive substrate 101 may be processed into a shape corresponding to the electrode 10 for electrolysis to be manufactured, or may be a plate shape before being processed.

次いで、この基体101を脱脂後、アルカリ溶液に浸漬させるアルカリ処理を行う。アルカリ処理の前に、研削材を吹き付けて機械的に粗面化するブラスト処理法や、シュウ酸、硝酸、硫酸、塩酸、フッ酸などの酸溶液の流動浴又は静止浴に浸漬させて、基体101の表面を溶解させる化学的エッチング法、基体101表面を電解質溶液中で電解酸化し、基体101の表面を多孔質化する電解酸化処理法などで粗面化して粗面部103bを形成し、基体101の比表面積を増加させてもよい。 Next, the base 101 is degreased and then subjected to an alkali treatment in which it is immersed in an alkaline solution. Before the alkali treatment, the substrate is immersed in a fluidized or static bath of an acid solution such as oxalic acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, or a blasting method in which abrasives are sprayed to roughen the surface mechanically. The surface of the base 101 is electrolytically oxidized in an electrolyte solution, and the surface of the base 101 is electrolytically oxidized to make the surface porous. The specific surface area of 101 may be increased.

アルカリ処理に用いるアルカリ溶液は、塩基性を有するものであればよいが、入手のしやすさ、水溶性で扱いやすいことから、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの強塩基化合物の単独溶液又は混合溶液を用いることが好ましい。濃度は0.01mоl/L以上であればよく、好ましくは5mоl/L以上であると、ナノファイバー部103の形成を好適に行うことができる。 The alkali solution used for the alkali treatment is not particularly limited as long as it has basicity. However, since it is easily available and water-soluble and easy to handle, a single solution or a mixture of a strong base compound such as sodium hydroxide or potassium hydroxide is used. It is preferable to use a solution. The concentration may be 0.01 mol / L or more, and preferably 5 mol / L or more, the nanofiber portion 103 can be suitably formed.

アルカリ処理時のアルカリ溶液温度は、20℃〜250℃の範囲であればよい。温度が高くなると、ナノファイバー部103aは、径が小さく中空構造のチューブ形状ではなく、より径が大きく中実状構造のワイヤー形状となることが知られている。したがって電極活性物質部102との接触面積及び生成における熱処理条件を考えると、好ましくはチューブ形状を形成可能な40℃〜180℃の範囲が好適に利用できる。 The alkali solution temperature during the alkali treatment may be in the range of 20 ° C to 250 ° C. It is known that when the temperature is increased, the nanofiber portion 103a is not a tube shape having a small diameter and a hollow structure, but a wire shape having a larger diameter and a solid structure. Therefore, in consideration of the contact area with the electrode active material portion 102 and the heat treatment conditions in production, a range of 40 ° C. to 180 ° C. in which a tube shape can be preferably used can be suitably used.

アルカリ処理の浸漬時間は、溶液のアルカリ濃度や温度によって変化するものの、一般的には1分以上であれば良く、好ましくは1時間以上100時間未満の範囲である。この浸漬時間により、ナノファイバー部103aの厚さが決まるので、用いられる電解用電極10の用途ごとの要求寿命、電圧条件、あるいは電極活性物質部102の性状などに応じて、基体101と電極活性物質部102との導電性を確保できる範囲で時間を調整することができる。   Although the immersion time of the alkali treatment varies depending on the alkali concentration and temperature of the solution, it is generally 1 minute or more, and preferably 1 hour or more and less than 100 hours. Since the thickness of the nanofiber portion 103a is determined by this immersion time, the substrate 101 and the electrode activity are determined according to the required life, voltage conditions, or the properties of the electrode active material portion 102 for each application of the electrode 10 for electrolysis to be used. The time can be adjusted within a range in which conductivity with the substance portion 102 can be ensured.

このアルカリ処理により、チタン又はチタン合金からなる導電性基体101の表面に、アンカー効果を発揮するのに極めて効果的なナノファイバー部103aを形成することが出来る。 By this alkali treatment, it is possible to form the nanofiber portion 103a that is extremely effective for exerting the anchor effect on the surface of the conductive substrate 101 made of titanium or a titanium alloy.

次に、ナノファイバー部103aの形成メカニズムを説明する。なお、ナノファイバー部の形成メカニズムは定かではないが、以下のように考えられる。しかし、以下の説明はあくまで仮説であり、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
まず、アルカリ溶液により基体101の表面のチタンが溶解するが、表面近傍でチタンイオンの濃度が高い為に、再度析出する。この再析出は成長方向に異方性を持っており、溶解―再析出を繰り返すことにより、一つの方向へ伸びたナノファイバーが形成される。このナノファイバーは基体表面の様々な場所で形成されることから、複雑に絡み合ったナノファイバー部103aとなることも考えられる。
Next, the formation mechanism of the nanofiber part 103a will be described. In addition, although the formation mechanism of a nanofiber part is not certain, it thinks as follows. However, the following explanation is only a hypothesis, and the present invention is not limited by this.
First, titanium on the surface of the substrate 101 is dissolved by the alkaline solution, but is precipitated again because of the high concentration of titanium ions in the vicinity of the surface. This reprecipitation has anisotropy in the growth direction, and nanofibers extending in one direction are formed by repeating dissolution-reprecipitation. Since this nanofiber is formed at various locations on the surface of the substrate, it can be considered that the nanofiber portion 103a is intertwined in a complicated manner.

ナノファイバー部103aは溶解―再析出メカニズムにより形成される為、基体101の表面近傍でのチタンイオンの濃度バランスが重要である。そのためアルカリ溶液濃度、アルカリ処理温度などの因子を制御して、基体101の表面近傍でのチタンイオン濃度を変えると、ナノファイバー部103aが形成されなかったり、形成に要する時間が異なったりする。 Since the nanofiber portion 103a is formed by the dissolution-reprecipitation mechanism, the concentration balance of titanium ions in the vicinity of the surface of the substrate 101 is important. Therefore, if factors such as the alkali solution concentration and the alkali treatment temperature are controlled to change the titanium ion concentration in the vicinity of the surface of the substrate 101, the nanofiber portion 103a is not formed or the time required for the formation varies.

アルカリ処理の後、基体101を取出し、水で洗浄する。ナトリウム等の陽イオンを除去する為に酸性溶液で洗浄してもよい。さらに、アルカリ処理後の基体101の表面は、プロトン、ナトリウム等を含むチタン酸になっている為、熱処理を行い、TiO2あるいはチタン酸塩にすることもできる。 After the alkali treatment, the substrate 101 is taken out and washed with water. You may wash | clean with an acidic solution in order to remove cations, such as sodium. Furthermore, since the surface of the base 101 after the alkali treatment is titanic acid containing protons, sodium, etc., it can be heat treated to be TiO 2 or titanate.

次に、基体101の表面に形成されたナノファイバー部103aに電極活性物質部102を担持する工程について説明する。
基体101の表面への電極活性物質部102の形成方法としては、熱分解焼結法や電気メッキ方等を適用できるが、技術的難易度及びコストの理由から熱分解焼結法が好ましい。
Next, a process of supporting the electrode active material portion 102 on the nanofiber portion 103a formed on the surface of the substrate 101 will be described.
As a method for forming the electrode active material portion 102 on the surface of the substrate 101, a pyrolytic sintering method, an electroplating method, or the like can be applied. However, the pyrolytic sintering method is preferable because of technical difficulty and cost.

電極活性物質は金属イオンを含むモノマーあるいはオリゴマー溶液を出発原料とすることが好ましい。これは、密着力発現部103であるナノファイバー部103aがナノファイバーの微細な構造となっている為、電極活性物質の出発原料のサイズが大きすぎるとナノファイバー部に入り込みにくく、十分なアンカー効果を得ることが出来なくなってしまう為である。コロイドを出発原料とする際は、同様の理由からコロイド粒子をナノファイバー部の間隔よりも小さくすることが好ましい。なお、ナノファイバー部の間隔とは、1本のナノファイバーと、そのファイバーのいちばん近い位置にある別のナノファイバーとの距離であり、数nm〜200nm程度である。   The electrode active material is preferably a monomer or oligomer solution containing a metal ion as a starting material. This is because the nanofiber portion 103a, which is the adhesion developing portion 103, has a fine structure of nanofibers, so if the size of the starting material of the electrode active material is too large, it is difficult to enter the nanofiber portion, and a sufficient anchor effect It is because it becomes impossible to obtain. When colloid is used as the starting material, it is preferable to make the colloid particles smaller than the interval between the nanofiber portions for the same reason. In addition, the space | interval of a nanofiber part is a distance of one nanofiber and another nanofiber in the closest position of the fiber, and is about several nm-200 nm.

また、金属イオンを含むモノマーあるいはオリゴマー溶液を水溶液とすることで、水酸基を多く含むナノファイバー部103aとのなじみをよくして、ナノファイバー間への電極活性物質の入り込みをより容易にすることも好ましい。   Also, by using a monomer or oligomer solution containing metal ions as an aqueous solution, it is possible to improve the familiarity with the nanofiber part 103a containing a large amount of hydroxyl groups, and to make it easier for the electrode active substance to enter between the nanofibers. preferable.

基体101の表面に電極活性物質を含む溶液を塗布する方法は、基体101と電極活性物質部102との電気的な接続が取れる範囲内で既存の各種手法、例えばフローコート、スピンコート、テープ成型、スクリーン印刷、ハケ塗り等を用いることができる。 The method of applying a solution containing an electrode active material to the surface of the substrate 101 is a variety of existing methods, for example, flow coating, spin coating, tape molding, as long as the electrical connection between the substrate 101 and the electrode active material portion 102 can be obtained. , Screen printing, brush coating, and the like can be used.

また、ナノファイバー部103aの表面には、タンタルなどの保護層を形成した上に電極活性物質を担持させ電極活性物質部102を形成させてもよい。 In addition, a protective layer such as tantalum may be formed on the surface of the nanofiber portion 103a, and an electrode active material may be supported to form the electrode active material portion 102.

溶液塗布後は乾燥させて電極活性物質部102を基体101に固定化させるとともに、電極活性物質部102を結晶化させる為に、300℃〜800℃の温度で加熱処理を行う。加熱処理の温度については、目的の電極活性物質部102が形成される温度にする必要があるが、あまりに高温だと基体101の表面に形成される酸化物被膜の厚さが厚くなって、基体101と電極活性物質部102との間の電気伝導性を阻害する恐れがある。したがって、基体101と電極活性物質部102との電気伝導性が阻害されない範囲内で適宜選択することが好ましい。   After application of the solution, the electrode active material portion 102 is dried to fix the electrode active material portion 102 to the substrate 101, and heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. to 800 ° C. in order to crystallize the electrode active material portion 102. The temperature of the heat treatment needs to be a temperature at which the target electrode active material portion 102 is formed. However, if the temperature is too high, the thickness of the oxide film formed on the surface of the base 101 increases, and the base There is a possibility that electrical conductivity between the electrode 101 and the electrode active material portion 102 may be hindered. Therefore, it is preferable to select appropriately within a range in which the electrical conductivity between the base 101 and the electrode active material portion 102 is not hindered.

塗布、乾燥、焼成の工程は、数回から数十回繰り返し、目標とする電極活性物質量を基体101の表面に担持させる。 The coating, drying, and baking steps are repeated several to several tens of times, and the target amount of the electrode active material is supported on the surface of the substrate 101.

上述のように、本願発明によれば基体101と電極活性物質部102との間の電気的な接続を損なうことなくナノファイバー部103aによる強固な密着力を確保可能な電解用電極10及びその製造方法を提供することができる。そのため、特に基体101と電極活性物質部102とのより強固な密着性が必要となる用途に特に好適に利用することができる。   As described above, according to the present invention, the electrode 10 for electrolysis capable of securing a strong adhesion force by the nanofiber portion 103a without impairing the electrical connection between the base 101 and the electrode active material portion 102 and the production thereof. A method can be provided. Therefore, it can be particularly suitably used for applications that require stronger adhesion between the substrate 101 and the electrode active material portion 102.

例えば、100A/m2以上の電流密度下での使用、鋼板の電気めっきラインのように陽極の陰極化現象を伴う電解プロセスでの使用、塩素または次亜塩素酸を発生させる用途への使用においても、電極としての機能を低下させることなく電極活性物質部102が基体101から脱離することを効果的に防止でき、従来と比較して電極寿命を長寿命化することができる。 For example, in use under a current density of 100 A / m2 or more, use in an electrolytic process involving the cathodic phenomenon of an anode, such as a steel plate electroplating line, and use in applications that generate chlorine or hypochlorous acid. Further, it is possible to effectively prevent the electrode active material portion 102 from being detached from the base 101 without deteriorating the function as an electrode, and the life of the electrode can be prolonged as compared with the conventional case.

本発明を以下の例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。 The present invention will be specifically described based on the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例)
導電性基体として、JIS1種チタン板(厚さ:0.5mm)を20mm×40mmの形状にプレス加工したものを用意した。これをアセトンに浸漬させ10分間超音波洗浄し、脱脂した後、表1に示す基体処理方法の温度及び時間の条件にて、5mоl/L水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させ、基体のアルカリ処理を行った。参考例のサンプル1〜6については、電極活性物質を塗布せず、この時点で完成とした。
(Example)
As the conductive substrate, a JIS type 1 titanium plate (thickness: 0.5 mm) pressed into a shape of 20 mm × 40 mm was prepared. This was immersed in acetone, ultrasonically cleaned for 10 minutes, degreased, and then immersed in a 5 mol / L sodium hydroxide aqueous solution under the temperature and time conditions of the substrate processing method shown in Table 1 to perform alkali treatment of the substrate. It was. Samples 1 to 6 of the reference example were completed at this point without applying the electrode active material.

次に、イリジウム濃度100g/Lに調整した塩化イリジウム酸のブタノール溶液と、タンタル濃度100g/Lに調整したタンタルエトキシドのブタノール溶液と、白金濃度200g/Lに調整した塩化白金酸のブタノール溶液と、ロジウム濃度100g/Lに調整した塩化ロジウムのブタノール溶液を、Ir-Ta-Pt-Rhの金属換算の組成比が表1に示すモル%になるようにそれぞれ秤量し、金属換算の合計濃度が表1に示すようになるようにブタノールにて希釈し、塗布溶液を作製した。 Next, a butanol solution of chloroiridium acid adjusted to an iridium concentration of 100 g / L, a butanol solution of tantalum ethoxide adjusted to a tantalum concentration of 100 g / L, and a butanol solution of chloroplatinic acid adjusted to a platinum concentration of 200 g / L, The rhodium chloride butanol solution adjusted to a rhodium concentration of 100 g / L was weighed so that the metal conversion composition ratio of Ir—Ta—Pt—Rh was the mol% shown in Table 1, and the total metal conversion concentration was As shown in Table 1, it was diluted with butanol to prepare a coating solution.

この溶液をそれぞれ表1に示す量だけピペットで秤量し、それをチタン基体に形成したナノファイバー部に塗布した後、室温で乾燥し、さらに550℃の大気中で10分間焼成した。この塗布・乾燥・焼成を表1に示す回数だけ繰り返し、電解用電極の実施例サンプル1〜10を作製した。 Each solution was weighed with a pipette in the amount shown in Table 1, applied to the nanofiber part formed on the titanium substrate, dried at room temperature, and further baked in the air at 550 ° C. for 10 minutes. This application / drying / firing was repeated as many times as shown in Table 1 to prepare Example Samples 1 to 10 of the electrode for electrolysis.

(比較例)
比較例として、表1に示すように、上記実施例の基体処理を、行わずに、もしくは、90℃の10wt%シュウ酸溶液に1時間浸漬させる処理を行い、それ以外の処理は実施例と同じにして比較例のサンプル1〜5を作製した。
(Comparative example)
As a comparative example, as shown in Table 1, the substrate treatment of the above example was not performed, or a treatment of immersing in a 10 wt% oxalic acid solution at 90 ° C. for 1 hour was performed. Samples 1 to 5 of comparative examples were produced in the same manner.

(評価)
作製された電解用電極の実施例サンプル1〜10、比較例サンプル1に対し、ポテンシオスタット(Hz−5000、北斗電工(株)製)を用いて電位を掛け、電流値を測定し、抵抗値を求めた。測定は、電解液に1Mの硫酸ナトリウム溶液(液温27℃、pH6.5)、参照極にAg−AgCl電極、対極にPt電極を用い、電極間距離0.5mm、自然電位から5mV/sのスピードで2Vまで電位を上昇させ、電流値を測定した。抵抗値は、電流が0.4A流れる地点での電位の値から求めた。
(Evaluation)
The sample samples 1 to 10 and the comparative example sample 1 of the produced electrode were applied with a potential using a potentiostat (Hz-5000, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), the current value was measured, and the resistance was measured. The value was determined. The measurement uses a 1 M sodium sulfate solution (liquid temperature 27 ° C., pH 6.5) as the electrolyte, an Ag-AgCl electrode as the reference electrode, and a Pt electrode as the counter electrode, a distance between the electrodes of 0.5 mm, and a natural potential of 5 mV / s. The potential was increased to 2 V at a speed of 1 mm and the current value was measured. The resistance value was obtained from the value of the potential at a point where current flows 0.4 A.

作製された電解用電極の実施例サンプル7〜10、比較例サンプル2〜5に対し、次亜塩素酸発生電極としての耐久試験を実施した。耐久試験は、電解液に流量0.45L/minの水道水を用い、電極間距離0.5mm、電流密度1470A/m2(電流1A、電極面積680mm2)の定電流制御、電解時間5秒ごとにアノードとカソードを逆転し、5秒電解で1秒無電解の電解サイクルを繰り返す条件で行った。電解電圧値および遊離塩素濃度の経時変化を記録し、電解用電極により発生した遊離塩素濃度が0.3ppmを下回った時点を寿命とした。なお、遊離塩素濃度は、ポケット残留塩素系(型番:HACH2470、使用試薬:DPD(ジエチル―p―フェニレンジアミン)10ml用)を用いて測定した。   The endurance test as a hypochlorous acid generation electrode was implemented with respect to the Example electrode 7-10 of the produced electrode for electrolysis, and the comparative example samples 2-5. In the durability test, tap water with a flow rate of 0.45 L / min was used as the electrolyte, the distance between the electrodes was 0.5 mm, the current density was 1470 A / m 2 (current 1 A, electrode area 680 mm 2), and the electrolysis time was every 5 seconds. The anode and the cathode were reversed, and the electrolysis cycle was repeated for 5 seconds by electrolysis for 1 second. The time course of the electrolysis voltage value and free chlorine concentration was recorded, and the time when the free chlorine concentration generated by the electrode for electrolysis fell below 0.3 ppm was defined as the life. The free chlorine concentration was measured using a pocket residual chlorine system (model number: HACH2470, reagent used: for DPD (diethyl-p-phenylenediamine) 10 ml).

図3にアルカリ処理を行った後のサンプル1のTi基体表面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示す。また、図4には比較例として、シュウ酸溶液による処理後のSEM写真を示す。図3よりTi基体表面がナノワイヤーの絡み合ったナノファイバー構造となっていることが確認できる。これに対し、図4よりシュウ酸溶液による処理では、基体表面がマイクロオーダーのレベルの凹凸が形成されている。 FIG. 3 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the Ti substrate of Sample 1 after the alkali treatment. Moreover, in FIG. 4, the SEM photograph after a process by an oxalic acid solution is shown as a comparative example. From FIG. 3, it can be confirmed that the surface of the Ti substrate has a nanofiber structure in which nanowires are intertwined. On the other hand, as shown in FIG. 4, in the treatment with the oxalic acid solution, the surface of the substrate is formed with unevenness on the micro order level.

図5に参考例サンプル1〜6のTi基体のナノファイバー部の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示す。(a)〜(c)から、浸漬時間が長くなるほど、ナノファイバー部の厚みが厚くなっていることが確認できる。また、(a)〜(c)と(d)〜(f)の比較から、浸漬時間が同じ場合、溶液温度が高温である方が、ナノファイバー部の厚みが厚くなっていることが確認できる。 The scanning electron microscope (SEM) photograph of the cross section of the nanofiber part of Ti base | substrate of the reference example samples 1-6 is shown in FIG. From (a)-(c), it can confirm that the thickness of a nanofiber part is so thick that immersion time becomes long. Moreover, from the comparison of (a) to (c) and (d) to (f), when the immersion time is the same, it can be confirmed that the higher the solution temperature is, the thicker the nanofiber portion is. .

表1にポテンシオスタットによる抵抗値の結果を示す。基体処理においてアルカリ溶液の温度が同じ場合、浸漬時間が長くなるほど、抵抗値が高くなっている。また、浸漬時間が同じ場合、アルカリ溶液の温度が60℃のものより100℃のものの方がいずれも抵抗値が高くなっている。また、図6に、実施例サンプル1〜16,比較例サンプル1のファイバー部の厚みと抵抗値の関係を示す。横軸が同基材処理条件のものを走査型電子顕微鏡(SEM)で確認したファイバー部の厚み、縦軸が抵抗値である。これより、ファイバー部の厚みが厚くなるほど抵抗値が高くなることが分かる。 Table 1 shows the result of the resistance value by the potentiostat. When the temperature of the alkaline solution is the same in the substrate treatment, the resistance value increases as the immersion time increases. Further, when the immersion time is the same, the resistance value is higher when the temperature of the alkaline solution is 100 ° C. than when the temperature is 60 ° C. Moreover, in FIG. 6, the relationship between the thickness of the fiber part of Examples 1-16 and the comparative example sample 1 and resistance value is shown. The horizontal axis indicates the thickness of the fiber portion confirmed by the scanning electron microscope (SEM) under the same substrate processing conditions, and the vertical axis indicates the resistance value. This shows that the resistance value increases as the thickness of the fiber portion increases.

表1に耐久試験の結果を示す。同等の電極活性物質部の担持量間で比較すると、実施例サンプル7の寿命は3.7時間であるのに対し比較例サンプル2は1.2時間、実施例サンプル8が52時間であるのに対し比較例サンプル3は39.5時間、実施例サンプル9が372時間であるのに対し比較例サンプル4は182時間、実施例サンプル10が732時間であるのに対し比較例サンプル5は267時間となっている。これらより、電極活性物質の組成、電極活性物質の担持量が同じ場合でも、Ti基体の処理方法によって寿命が大きく異なり、いずれの場合もアルカリ処理によってTi基体の表面をナノファイバー層としたサンプルの方が長寿命となっていることが分かる。これは、実施例において密着力発現部、すなわちナノファイバー部に担持された電極活性物質部の量が、比較例において密着力発現部、すなわち粗面化された凹凸部に担持された量よりもはるかに多くなっており、より強固な密着力を発現していたためと考えられる。 Table 1 shows the results of the durability test. Comparing between the amounts of the equivalent electrode active substance parts loaded, the life of the example sample 7 is 3.7 hours, whereas the comparison sample 2 is 1.2 hours and the example sample 8 is 52 hours. On the other hand, Comparative Sample 3 is 39.5 hours and Example Sample 9 is 372 hours, while Comparative Sample 4 is 182 hours and Example Sample 10 is 732 hours, while Comparative Sample 5 is 267 hours. It's time. From these, even when the composition of the electrode active material and the amount of the electrode active material supported are the same, the life varies greatly depending on the treatment method of the Ti substrate. It can be seen that has a longer life. This is because the amount of the electrode active substance part supported on the adhesion developing part, that is, the nanofiber part in the example is larger than the quantity supported on the adhesion developing part, that is, the roughened uneven part in the comparative example. This is considered to be due to the fact that it was much more and a stronger adhesion was expressed.

図7に耐久試験において電解時間1.7時間後のサンプルの表面写真を示す。図7(a)が実施例サンプル7、図7(b)が比較例サンプル2の電極表面写真であり、実施例サンプル7と比較例サンプル2では密着力発現部の構造が異なるのみで、電極活性物質部の組成、及び担持させた量は同じである。
写真状、黒く見える部分が電極活性物質部であり、白く見える部分は電極活性物質がなくなり、Ti基体が見えている部分である。シュウ酸処理によって密着力発現部を形成した比較例サンプル2の大部分で電極活性物質部が剥離・消耗し、基体のチタンが剥き出しになっているのに対し、アルカリ処理によってナノファイバー部を備えた密着力発現部を形成した実施例であるサンプル13では大部分で電極活性物質部を保持したままである。従来のシュウ酸処理による粗面化表面と、本発明のアルカリ処理によるナノファイバー部の密着力の違いを顕著に示していると言える。
FIG. 7 shows a surface photograph of the sample after 1.7 hours of electrolysis in the durability test. FIG. 7A is an electrode surface photograph of Example Sample 7 and FIG. 7B is Comparative Example Sample 2. The Example Sample 7 and the Comparative Example Sample 2 differ only in the structure of the adhesion developing portion. The composition of the active substance part and the amount carried are the same.
The photo-like and black portions are the electrode active material portions, and the white portions are the portions where the electrode active material disappears and the Ti substrate is visible. In the comparative sample 2 in which the adhesion developing part is formed by the oxalic acid treatment, the electrode active material part is peeled and consumed, and the titanium of the substrate is exposed, whereas the nanofiber part is provided by the alkali treatment. In the sample 13 which is an example in which the adhesion developing portion is formed, the electrode active material portion is mostly retained. It can be said that the difference in adhesion between the roughened surface by the conventional oxalic acid treatment and the nanofiber portion by the alkali treatment of the present invention is remarkably shown.

図8に横軸をメインの電極活性物質であるIrの担持量、縦軸を耐久電解時間としたグラフを示す。基本的に、電極はIrの担持量の増加に伴い長寿命となることがわかる。ここで注目すべきは、Ti基体の前処理方法の違いにより、その傾きが異なること事である。このことは、本発明によるTi基体表面のナノファイバー部が強力なアンカー効果を発揮することから、Ti基体と電極活性物質の密着性が高くなっており、10V〜50Vの高電圧でかつ、極性が定期的に入れ替えられるような電解用電極にとって過酷な条件下においても非常に高い耐性を有することを示している。 FIG. 8 is a graph in which the horizontal axis represents the amount of Ir, which is the main electrode active material, and the vertical axis represents the durable electrolysis time. Basically, it can be seen that the electrode has a longer life as the amount of Ir supported increases. It should be noted here that the inclination differs depending on the difference in the pretreatment method of the Ti substrate. This is because the nanofiber portion on the surface of the Ti substrate according to the present invention exhibits a strong anchoring effect, so that the adhesion between the Ti substrate and the electrode active material is high, and a high voltage of 10 V to 50 V and a polarity Shows that the electrode for electrolysis that is periodically replaced has a very high resistance even under severe conditions.

10:電解用電極
101:基体
102:電極活性物質部
103:密着力発現部
103a:ナノファイバー部
103b:粗面部
d1、d2:ナノファイバー部の厚さ
10: Electrode for electrolysis 101: Substrate
102: Electrode active substance part 103: Adhesive force expression part 103a: Nanofiber part 103b: Rough surface part d1, d2: Nanofiber part thickness

Claims (15)

Tiを主成分とする導電性の基体と、
前記基体表面上に配置される白金族金属又はその酸化物を含む電極活性物質からなる電極活性物質部と、
前記基体と前記電極活性物質部との密着性を向上させるための密着力発現部と、を備えた電解用電極であって、
前記密着力発現部は、前記基体上に形成されたTiO2あるいはチタン酸塩からなるナノファイバーからなる絶縁性のナノファイバー部を有しており、
前記ナノファイバー部の少なくとも一部に前記電極活性物質部が担持され、
前記ナノファイバー部は、前記基体と前記電極活性物質部とを電気的に接続することが可能な厚さであることを特徴とする電解用電極。
A conductive substrate mainly composed of Ti;
An electrode active material portion comprising an electrode active material containing a platinum group metal or an oxide thereof disposed on the surface of the substrate;
An electrode for electrolysis comprising an adhesion force-expressing part for improving adhesion between the substrate and the electrode active substance part,
The adhesion developing part has an insulating nanofiber part made of nanofibers made of TiO2 or titanate formed on the substrate,
The electrode active substance part is supported on at least a part of the nanofiber part,
The electrode for electrolysis characterized in that the nanofiber portion has a thickness capable of electrically connecting the substrate and the electrode active material portion.
前記ナノファイバー部は、厚みが10nm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電解用電極。 The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the nanofiber portion has a thickness of 10 nm or more and 10 µm or less. 前記ナノファイバーは、直径が200nm以下のサイズであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電解用電極。 The electrode for electrolysis according to claim 1 or 2, wherein the nanofiber has a diameter of 200 nm or less. 前記電極活性物質は、前記白金族金属またはその酸化物の微粒子を含み、
該微粒子の粒径は該ナノファイバー部のファイバー間隔よりも小さいことを特徴とする、請求項1または2に記載の電解用電極。
The electrode active material includes fine particles of the platinum group metal or oxide thereof,
The electrode for electrolysis according to claim 1 or 2, wherein the particle diameter of the fine particles is smaller than the fiber interval of the nanofiber portion.
前記ナノファイバー部と前記電極活性物質部の間には、保護層が形成されており、
前記保護層の少なくとも一部は前記電極活性物質部を担持していることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極用電極。
A protective layer is formed between the nanofiber part and the electrode active substance part,
The electrode for electrode according to claim 1, wherein at least a part of the protective layer carries the electrode active material part.
前記基体表面がブラスト処理法、酸溶液による化学的エッチング法、電解酸化処理法などによる処理により、処理前よりも比表面積が増加された粗面部を有し、
前記ナノファイバー部は、前記粗面部上に形成されたことを特徴とする請求項1〜4に記載の電解用電極。
The surface of the substrate has a rough surface portion with a specific surface area increased by a treatment by a blast treatment method, a chemical etching method using an acid solution, an electrolytic oxidation treatment method, or the like,
The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the nanofiber part is formed on the rough surface part.
前記粗面部上に形成される前記ファイバー部の厚みは、前記表面上に前記粗面部を形成せずに直接前記ファイバー部を形成した際の前記ファイバー部の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項5に記載の電解用電極。 The thickness of the fiber portion formed on the rough surface portion is smaller than the thickness of the fiber portion when the fiber portion is directly formed without forming the rough surface portion on the surface, The electrode for electrolysis according to claim 5. 100A/m2以上の電流密度で使用する電解用電極に利用することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電解用電極。 The electrode for electrolysis according to any one of claims 1 to 6, which is used for an electrode for electrolysis used at a current density of 100 A / m 2 or more. 陽極の陰極化現象を伴う電解プロセスの電解用電極又は定期的に電極の正負の極性を入れ替える電解用電極に利用することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電解用電極。 It is used for the electrode for electrolysis of the electrolysis process accompanied by the cathodic phenomenon of the anode, or the electrode for electrolysis which periodically switches the positive and negative polarities of the electrode. electrode. 塩化物イオンを含む溶液を電解して塩素あるいは次亜塩素酸を発生させる用途の電解用電極に利用したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電解用電極。 The electrode for electrolysis according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrode for electrolysis is used as an electrode for electrolysis for generating chlorine or hypochlorous acid by electrolyzing a solution containing chloride ions. Tiを主成分とする導電性の基体と、前記基体表面上に配置される白金族金属又はその酸化物を含む電極活性物質からなる電極活性物質部を備えた電解用電極の製造方法であって、
前記基体をアルカリ処理し、TiO2あるいはチタン酸塩からなる直径がナノサイズのナノファイバーからなる絶縁性のナノファイバー部を形成する工程と、
前記ナノファイバー部に、前記電極活性物質部の少なくとも一部を担持する工程と、を備えており、
前記ナノファイバー部を形成する工程において、前記ナノファイバー部を、前記基体と前記電極活性物質部とを電気的に接続することが可能な厚さとすることを特徴とする電解用電極の製造方法。
A method for producing an electrode for electrolysis comprising an electroconductive substrate mainly composed of Ti and an electrode active material portion comprising an electrode active material containing a platinum group metal or oxide thereof disposed on the surface of the substrate. ,
A step of alkali-treating the substrate to form an insulating nanofiber portion made of nanofibers having a diameter of TiO2 or titanate;
A step of supporting at least a part of the electrode active substance part on the nanofiber part,
In the step of forming the nanofiber part, the nanofiber part has a thickness capable of electrically connecting the base and the electrode active substance part.
前記電極活性物質が白金属金属の酸化物であることを特徴とする、請求項10に記載の電解用電極の製造方法。 The method for producing an electrode for electrolysis according to claim 10, wherein the electrode active material is an oxide of a white metal metal. 前記基体をブラスト処理法、酸溶液による化学的エッチング法、電解酸化処理法などの処理によって前記基体表面に粗面部を形成させて処理前よりも比表面積を増加させる工程をさらに備え、
前記比表面積を増加させる工程の後に、前記ナノファイバー部を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項10または11に記載の電解用電極の製造方法。
The substrate further includes a step of forming a rough surface portion on the surface of the substrate by a blasting method, a chemical etching method using an acid solution, an electrolytic oxidation method, and the like to increase the specific surface area before the treatment,
The method for producing an electrode for electrolysis according to claim 10 or 11, further comprising a step of forming the nanofiber portion after the step of increasing the specific surface area.
前記電極活性物質は、金属イオンを含むモノマーあるいはオリゴマー溶液を出発原料として形成されたことを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の電解用電極の製造方法。   The method for producing an electrode for electrolysis according to any one of claims 10 to 12, wherein the electrode active material is formed using a monomer or oligomer solution containing a metal ion as a starting material. 前記金属イオンを含むモノマーあるいはオリゴマー溶液は、溶媒を水とした水溶液であることを特徴とする、請求項10〜13のいずれか1項に記載の電解用電極の製造方法。 The method for producing an electrode for electrolysis according to any one of claims 10 to 13, wherein the monomer or oligomer solution containing metal ions is an aqueous solution using a solvent as water.
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