JP2014080668A - 不溶性電極材および不溶性電極 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の不溶性電極材は、Co、TiおよびP(必須元素)からなることを特徴とする。この不溶性電極材を用いると、例えば、優れた不溶性(高耐食性)および低抵抗率を確保しつつ、大きな酸素発生電流密度を得ることができる。その結果、電気分解を効率的に行え、酸素や水素を低コストで生産することが可能となる。この効果は、不溶性電極材が必須元素以外にV、Cr、Mn、Fe、Ni、Cuなどの遷移金属元素を含有する場合でも発揮されるが、不溶性電極材が必須元素のみからなる場合に特に顕著である。電気分解用電極は、例えば、基材表面を不溶性電極材からなる不溶性皮膜で被覆することにより得られる。所望組成の不溶性皮膜は、PVD等を用いることにより容易に形成され得る。
【選択図】図1
Description
(1)先ず本発明の不溶性電極材は、コバルト(Co)、チタン(Ti)およびリン(P)を必須元素とすることを特徴とする。
(1)本発明は、不溶性電極材としてのみならず、それからなる不溶性電極としても把握できる。この不溶性電極は、全体が不溶性電極材のバルクから形成されたものでもよいし、不溶性電極材からなる不溶性皮膜とこの不溶性皮膜により被覆された基材とからなるものでもよい。なお、不溶性電極の基材は、材質、形状、大きさ等を問わない。また不溶性皮膜が形成される限り、基材のベース(中核部分)は、Ti、Al、Fe(ステンレスを含む)、Mgなどの金属でも良いし、さらには樹脂、セラミック等でも良い。
(1)本発明の不溶性電極材(不溶性電極を含む)は、当然、電極特性(不溶性、導電性、酸素発生活性等)をさらに改善し得る改質元素やコスト的または技術的な理由で除去困難な不可避不純物元素を含み得る。本発明の不溶性電極材は、必須元素以外の任意元素を含有する場合でも、相応に優れた電極特性を発現し得る。
(1)組成
本発明の不溶性電極材(不溶性電極、不溶性皮膜等を含む。)は、必須元素であるCo、TiおよびPの組成を問わない。不溶性電極材が必須元素のみからなる場合であれば、例えば、不溶性電極材全体を1として、各必須元素の原子比はそれぞれ0.2〜0.4さらには0.25〜0.35であると好ましい。
本発明の不溶性電極材(特に不溶性皮膜)は、明確な結晶構造をとらない非晶質であると、溶解の起点となる結晶粒界や格子欠陥等がなく、均質的または等方的となり好適である。なお、本発明でいう非晶質(アモルファス相)は、X線回折装置(XRD)で強い回折が検出されない程度であれば足り、結晶構造を完全にもたない非晶質でも、XRDで弱い回折が検出される潜晶質でもよい。
基材を被覆する不溶性皮膜を形成する場合(皮膜形成工程)、必須元素は基材と独立した供給源から供給されてもよいし、基材側からその一部が供給されてもよい。基材と独立した供給源から必須元素が供給される場合、所望組成に調整された不溶性皮膜の形成が容易となる。
本発明の不溶性電極材は、その用途に限定はなく、水等の化合物の電気分解用電極(特に溶解し易いアノード)、スタック型電池用電極、電線や鉄道などの各種インフラの電気防食用アノード等、種々の利用が考えられる。例えば、本発明の不溶性電極を用いて水または水溶液の電気分解を行うと、クリーンエネルギーとして期待される水素や酸素を従来より低コストで効率良く生産できる。また本発明の不溶性電極を犠牲電極に用いると、その交換期間が著しく延び、各種インフラの管理コストが低減され得る。
《試料の製造》
基材となるガラス基板(コーニング社EAGLE XG)を用意した。この基板上に、RFマグネトロンスパッタ法を用いて、皮膜を成膜した(皮膜形成工程)。
(1)各試料に係る皮膜について、ラザフォード後方散乱分析(RBS)により組成分析を行った。このときの測定は、イオン種:He、イオンエネルギー:1.8MeV、散乱角:160°、散乱槽の真空度:3×10−6Torrの条件下で行った。得られた結果を表1に示した。なお、各皮膜中に含まれるTi、P、CoおよびFeの原子比は、用いたターゲットを構成していたTi、P、CoおよびFeの原子比とほぼ同じであった。
(1)ガラス基板上に成膜された各試料を、硫酸(H2SO4)の1規定度(H:1mol/L)の水溶液(1NH2SO4:pH〜0)中に浸漬して、各試料についてアノード分極曲線を測定した。この際、掃引速度は200mV/秒とし、参照電極には飽和塩化銀電極(SSE:Ag/AgCl/飽和KCl水溶液)を用いた。そして、各試料の電極に2Vvs.SSEの電圧を印加したときの酸素発生電流密度を表1に併せて示すと共に図1に棒グラフで示した。
表1および図1から明らかなように、Ti、CoおよびP(必須元素)を適量含む試料1〜3はいずれも、酸素発生電流密度が大きい。しかも、いずれの電極も優れた不溶性(耐食性)を発揮し、抵抗率も十分に小さかった。特に、このような効果は試料1の場合に顕著であった。従って、本発明の不溶性電極材を用いれば、電気分解を効率的に行え、酸素や水素を低コストで生産することが可能になる。
Claims (9)
- コバルト(Co)、チタン(Ti)およびリン(P)を必須元素とすることを特徴とする不溶性電極材。
- 前記必須元素以外の任意元素を合計した原子比は、TiおよびPの原子比よりも小さい請求項1に記載の不溶性電極材。
- さらに、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)または銅(Cu)の一種以上からなる遷移金属元素(以下、単に「M」という)を含む請求項1または2に記載の不溶性電極材。
- 前記遷移金属元素を合計した原子比をxとして、Co(1−x)MxTiP(0≦x<1)と表される原子組成からなる請求項3に記載の不溶性電極材。
- 非晶質である請求項1〜4のいずれかに記載の不溶性電極材。
- 請求項1〜5のいずれかに記載された不溶性電極材からなることを特徴とする不溶性電極。
- 請求項1〜5のいずれかに記載された不溶性電極材からなる不溶性皮膜と、
該不溶性皮膜により被覆された基材と、
からなることを特徴とする不溶性電極。 - 水または水溶液の電気分解に用いられるアノードである請求項6または7に記載の不溶性電極。
- 電気防食用アノードである請求項6または7に記載の不溶性電極。
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