JP2015155360A - 焼結セラミックス電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来る焼結セラミックス電極の製造方法を提供しようとするもの。【解決手段】酸化ニッケルと酸化鉄とバインダーと、ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属とを混練する混練工程と、これを成形して焼成する焼成工程とを有する。実際の使用時に、ニッケルやイオン化傾向がニッケルより小さい金属によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることが出来る。【選択図】なし
Description
この発明は、導電性や耐溶出性に優れる焼結セラミックス電極の製造方法に関するものである。
従来、焼結セラミックス電極に関する提案があった（特許文献１）。
すなわち、電気分解や電池などの電極には、用途や求められる特性に応じて様々な電極材料が用いられている。代表的な電極としては、炭素電極、金属電極、酸化物電極などが挙げられる。このうち、酸化物電極は、塩素発生反応、酸素発生反応、水素発生反応、酸素の還元反応等、各種の電気分解に用いられている。
酸化物電極の一種である焼結セラミックス電極は、スピネル結晶構造を有する焼結セラミックスで構成されており、炭素電極や金属電極よりも、導電性が低いものの耐食性が高い。各種焼結セラミックスのうち、最も電解消耗速度が小さく、且つ抗折強度が大きいものとして、酸化鉄と酸化ニッケルの固溶酸化物であるニッケル焼結セラミックスが知られている。ニッケル焼結セラミックスからなる焼結セラミックス電極は、比較的優れた耐食性を有するため、例えば、高電圧電解に使用したり、有機物を含有するスラッジを含んだ電解液中で使用したりすることもできる。
この従来提案は、十分に高い密度と十分に低い抵抗率とを兼ね備えた焼結セラミックス電極を提供することを目的とし、ニッケル焼結セラミックスと酸化ニッケルとを含有する焼結体からなる焼結セラミックス電極を提供するものである。
この焼結セラミックス電極は、従来よりも、焼結体全体におけるＮｉ元素の割合を高くすることによって得られるものであることから、優れた耐食性を維持しつつ密度を大きくすることができる。また、酸化ニッケルとともにニッケル焼結セラミックスを含有する構造を有する焼結体は、酸化ニッケルを含有することに伴って、ニッケル焼結セラミックスにおけるＮｉ元素に対するＦｅ元素のモル比が高くなっていると考えられる。このために、抵抗率を低くすることができると考えられ、十分に高い密度と十分に低い抵抗率とを兼ね備えた焼結セラミックス電極を提供することができる、というものである。
しかし、この電極も導電性と耐溶出性が十分には両立していないという問題があった。
すなわち、電気分解や電池などの電極には、用途や求められる特性に応じて様々な電極材料が用いられている。代表的な電極としては、炭素電極、金属電極、酸化物電極などが挙げられる。このうち、酸化物電極は、塩素発生反応、酸素発生反応、水素発生反応、酸素の還元反応等、各種の電気分解に用いられている。
酸化物電極の一種である焼結セラミックス電極は、スピネル結晶構造を有する焼結セラミックスで構成されており、炭素電極や金属電極よりも、導電性が低いものの耐食性が高い。各種焼結セラミックスのうち、最も電解消耗速度が小さく、且つ抗折強度が大きいものとして、酸化鉄と酸化ニッケルの固溶酸化物であるニッケル焼結セラミックスが知られている。ニッケル焼結セラミックスからなる焼結セラミックス電極は、比較的優れた耐食性を有するため、例えば、高電圧電解に使用したり、有機物を含有するスラッジを含んだ電解液中で使用したりすることもできる。
この従来提案は、十分に高い密度と十分に低い抵抗率とを兼ね備えた焼結セラミックス電極を提供することを目的とし、ニッケル焼結セラミックスと酸化ニッケルとを含有する焼結体からなる焼結セラミックス電極を提供するものである。
この焼結セラミックス電極は、従来よりも、焼結体全体におけるＮｉ元素の割合を高くすることによって得られるものであることから、優れた耐食性を維持しつつ密度を大きくすることができる。また、酸化ニッケルとともにニッケル焼結セラミックスを含有する構造を有する焼結体は、酸化ニッケルを含有することに伴って、ニッケル焼結セラミックスにおけるＮｉ元素に対するＦｅ元素のモル比が高くなっていると考えられる。このために、抵抗率を低くすることができると考えられ、十分に高い密度と十分に低い抵抗率とを兼ね備えた焼結セラミックス電極を提供することができる、というものである。
しかし、この電極も導電性と耐溶出性が十分には両立していないという問題があった。
そこでこの発明は、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来る焼結セラミックス電極の製造方法を提供しようとするものである。
前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
（１）この発明の焼結セラミックス電極の製造方法は、酸化ニッケルと酸化鉄とバインダーと、ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属とを混練する混練工程と、これを成形して焼成する焼成工程とを有することを特徴とする。
ここで、前記イオン化傾向がニッケル（Ni）より小さい金属として、スズ（Sn）、鉛（Pb）、銅（Cu）、銀（Ag）、白金（Pt）、金（Au）を例示することが出来る。
（１）この発明の焼結セラミックス電極の製造方法は、酸化ニッケルと酸化鉄とバインダーと、ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属とを混練する混練工程と、これを成形して焼成する焼成工程とを有することを特徴とする。
ここで、前記イオン化傾向がニッケル（Ni）より小さい金属として、スズ（Sn）、鉛（Pb）、銅（Cu）、銀（Ag）、白金（Pt）、金（Au）を例示することが出来る。
この焼結セラミックス電極の製造方法は、酸化ニッケルと酸化鉄とバインダーと、ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属とを混練する混練工程を有するので、これを成形して焼成工程で焼成することにより製造した電極は、実際の使用時に、ニッケルやイオン化傾向がニッケルより小さい金属によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることが出来る。
（２）前記ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属を、白金又は／及びイオン化傾向が白金より小さい金属としてもよい。
ここで、イオン化傾向が白金（Pt）より小さい金属として金（Au）を例示することが出来る。
ここで、イオン化傾向が白金（Pt）より小さい金属として金（Au）を例示することが出来る。
この焼結セラミックス電極の製造方法は、酸化ニッケルと酸化鉄とバインダーと、白金又は／及びイオン化傾向が白金より小さい金属とを混練する混練工程を有するので、これを成形して焼成工程で焼成することにより製造した電極は、実際の使用時に、白金やイオン化傾向が白金より小さい金属によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることが出来る。
白金やイオン化傾向が白金より小さい金属によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることが出来るので、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来る焼結セラミックス電極の製造方法を提供することが出来る。
また、請求項１の場合よりも耐溶出性に優れるという利点を有する。
白金やイオン化傾向が白金より小さい金属によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることが出来るので、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来る焼結セラミックス電極の製造方法を提供することが出来る。
また、請求項１の場合よりも耐溶出性に優れるという利点を有する。
（３）前記ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属が液体中の分散状態で添加するようにしてもよい。
このように構成すると、ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属がパウダーの状態で添加するよりも均一分散性に優れたものとなる。
このように構成すると、ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属がパウダーの状態で添加するよりも均一分散性に優れたものとなる。
この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
ニッケルやイオン化傾向がニッケルより小さい金属によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることが出来るので、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来る焼結セラミックス電極の製造方法を提供することが出来る。
ニッケルやイオン化傾向がニッケルより小さい金属によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることが出来るので、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来る焼結セラミックス電極の製造方法を提供することが出来る。
以下、この発明の実施の形態を説明する。
〔実施形態１〕
この実施形態の焼結セラミックス電極の製造方法は、酸化ニッケル（粉体）と酸化鉄（粉体）とバインダー（液体）と、ニッケル（Ni）とイオン化傾向がニッケルより小さい金属（スズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag））とを数時間、均一に分散するように混練（ブレンド）する混練工程と、これをトレーに入れて約150℃に加熱してバインダー（液体）を飛ばす予備加熱工程と、この紛体状の電極素材を室温でディスク状に圧縮成形する成形工程と、成形したディスク状電極前駆体を酸素を約1％含む窒素雰囲気下で室温から約1,380℃に昇温して焼成する焼成工程とを有する。
酸化ニッケルと酸化鉄の合計重量に対し、23重量％の酸化ニッケルを配合した。酸化ニッケルの配合を増やすと焼成後の密度が向上して使用時の溶出量が減る傾向があり、逆に酸化鉄の配合を増やすと使用時の導電率が向上する傾向があった。
また、前記スズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag）として、これらの金属イオン（液体中の分散状態）を含むメッキ液を配合した。このメッキ液の液体部分は約150℃の予備加熱工程でバインダーの液体部分と共に蒸発し、前記予備加熱後にスズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag）が電極素材内に均一に分散した。
〔実施形態１〕
この実施形態の焼結セラミックス電極の製造方法は、酸化ニッケル（粉体）と酸化鉄（粉体）とバインダー（液体）と、ニッケル（Ni）とイオン化傾向がニッケルより小さい金属（スズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag））とを数時間、均一に分散するように混練（ブレンド）する混練工程と、これをトレーに入れて約150℃に加熱してバインダー（液体）を飛ばす予備加熱工程と、この紛体状の電極素材を室温でディスク状に圧縮成形する成形工程と、成形したディスク状電極前駆体を酸素を約1％含む窒素雰囲気下で室温から約1,380℃に昇温して焼成する焼成工程とを有する。
酸化ニッケルと酸化鉄の合計重量に対し、23重量％の酸化ニッケルを配合した。酸化ニッケルの配合を増やすと焼成後の密度が向上して使用時の溶出量が減る傾向があり、逆に酸化鉄の配合を増やすと使用時の導電率が向上する傾向があった。
また、前記スズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag）として、これらの金属イオン（液体中の分散状態）を含むメッキ液を配合した。このメッキ液の液体部分は約150℃の予備加熱工程でバインダーの液体部分と共に蒸発し、前記予備加熱後にスズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag）が電極素材内に均一に分散した。
次に、この実施形態の焼結セラミックス電極の製造方法の使用状態を説明する。
この実施形態では、酸化ニッケルと酸化鉄とバインダー（液体）と、ニッケルとイオン化傾向がニッケルより小さい金属（スズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag））とを混練する混練工程を有するので、これを成形して焼成工程で焼成することにより製造した電極は、実際の使用時に、ニッケルやイオン化傾向がニッケルより小さい金属（スズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag））によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることができ、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来るという利点を有する。
〔実施形態２〕
この実施形態の焼結セラミックス電極の製造方法は、酸化ニッケル（粉体）と酸化鉄（粉体）とバインダー（液体）と、白金（Pt）とイオン化傾向が白金より小さい金属（金Au）とを数時間、均一に分散するように混練（ブレンド）する混練工程と、これをトレーに入れて約150℃に加熱してバインダー（液体）を飛ばす予備加熱工程と、この紛体状の電極素材を室温でディスク状に圧縮成形する成形工程と、成形したディスク状電極前駆体を酸素を約1％含む窒素雰囲気下で室温から約1,380℃に昇温して焼成する焼成工程とを有する。
酸化ニッケルと酸化鉄の合計重量に対し、23重量％の酸化ニッケルを配合した。酸化ニッケルの配合を増やすと焼成後の密度が向上して使用時の溶出量が減る傾向があり、逆に酸化鉄の配合を増やすと使用時の導電率が向上する傾向があった。
また、前記白金と金として、これらの金属イオン（液体中の分散状態）を含むメッキ液を配合した。このメッキ液の液体部分は約150℃の予備加熱工程でバインダーの液体部分と共に蒸発し、前記予備加熱後に白金と金が電極素材内に均一に分散した。
この実施形態では、酸化ニッケルと酸化鉄とバインダー（液体）と、ニッケルとイオン化傾向がニッケルより小さい金属（スズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag））とを混練する混練工程を有するので、これを成形して焼成工程で焼成することにより製造した電極は、実際の使用時に、ニッケルやイオン化傾向がニッケルより小さい金属（スズ（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag））によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることができ、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来るという利点を有する。
〔実施形態２〕
この実施形態の焼結セラミックス電極の製造方法は、酸化ニッケル（粉体）と酸化鉄（粉体）とバインダー（液体）と、白金（Pt）とイオン化傾向が白金より小さい金属（金Au）とを数時間、均一に分散するように混練（ブレンド）する混練工程と、これをトレーに入れて約150℃に加熱してバインダー（液体）を飛ばす予備加熱工程と、この紛体状の電極素材を室温でディスク状に圧縮成形する成形工程と、成形したディスク状電極前駆体を酸素を約1％含む窒素雰囲気下で室温から約1,380℃に昇温して焼成する焼成工程とを有する。
酸化ニッケルと酸化鉄の合計重量に対し、23重量％の酸化ニッケルを配合した。酸化ニッケルの配合を増やすと焼成後の密度が向上して使用時の溶出量が減る傾向があり、逆に酸化鉄の配合を増やすと使用時の導電率が向上する傾向があった。
また、前記白金と金として、これらの金属イオン（液体中の分散状態）を含むメッキ液を配合した。このメッキ液の液体部分は約150℃の予備加熱工程でバインダーの液体部分と共に蒸発し、前記予備加熱後に白金と金が電極素材内に均一に分散した。
次に、この実施形態の焼結セラミックス電極の製造方法の使用状態を説明する。
この実施形態では、酸化ニッケルと酸化鉄とバインダー（液体）と、白金とイオン化傾向が白金より小さい金属（金）とを混練する混練工程を有するので、これを成形して焼成工程で焼成することにより製造した電極は、実際の使用時に、白金やイオン化傾向が白金より小さい金属（金）によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることができ、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来るという利点を有する。
また、実施形態１の場合よりも耐溶出性に優れるという利点を有する。
この実施形態では、酸化ニッケルと酸化鉄とバインダー（液体）と、白金とイオン化傾向が白金より小さい金属（金）とを混練する混練工程を有するので、これを成形して焼成工程で焼成することにより製造した電極は、実際の使用時に、白金やイオン化傾向が白金より小さい金属（金）によって導電性を向上させることが出来ると共にその小さなイオン化傾向によって耐溶出性をアップさせることができ、従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来るという利点を有する。
また、実施形態１の場合よりも耐溶出性に優れるという利点を有する。
従来よりも導電性と耐溶出性を両立させることが出来ることによって、種々の焼結セラミックス電極の製造方法の用途に適用することができる。
Claims (3)
- 酸化ニッケルと酸化鉄とバインダーと、ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属とを混練する混練工程と、これを成形して焼成する焼成工程とを有することを特徴とする焼結セラミックス電極の製造方法。
- 前記ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属を、白金又は／及びイオン化傾向が白金より小さい金属とした請求項１記載の焼結セラミックス電極の製造方法。
- 前記ニッケル又は／及びイオン化傾向がニッケルより小さい金属がイオンである液状の状態で添加するようにした請求項１又は２記載の焼結セラミックス電極の製造方法。
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Citations (5)
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| JPS59200783A (ja) * | 1983-04-11 | 1984-11-14 | アルミニウム・カンパニ−・オブ・アメリカ | 溶融塩中に溶解している金属化合物の電解還元による金属の製造に使用するのに適した不活性電極組成物 |
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| JPH07335212A (ja) * | 1994-06-06 | 1995-12-22 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | アルカリ蓄電池用焼結式ニッケル極板及びその製造方法 |
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2014
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