JP2017053037A - 電気化学セル、及びこのセルを用いた減酸素装置、並びにこの減酸素装置を用いた冷蔵庫と電気化学装置 - Google Patents
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Abstract
Description
カソードでの反応 2H2O+2e−→H2+2OH
アノードでの反応 2Cl−→Cl2+2e−
全反応 2H2O+2NaCl→2NaOH+Cl2+H2
水酸化ナトリウム製造のアノードの基材としてチタンを用いる理由は、アノード電位が非常に高電位になるためである。ステンレス、銅、ニッケルなどをアノードの基材として用いた場合、アノード電位が高電位になると、溶出が起こることがある。
このことから、同じ開口率では、開口密度が高いほど、高い反応速度を実現できるので、電極基材が薄いほど有利である。
このため、この電位で溶けにくい白金(Pt)で、導電板や給電板となるチタンの表面を、スパッタやめっきによって被覆したアノードを用いなければならない。
図5中符号1で示す第1実施形態の電気化学セルは、アノード11と、カソード31と、これらの間に挟まれた電解質膜35とを備えている。
カソード31での反応 H2 →2H++2e−
アノード11での反応 2H2O→2O2+4e−+4H+
全反応 2H2O→2H2+O2
前記実施例1の電気化学装置2での100kHzインピーダンス抵抗は、運転開始後1時間で44.6mΩであり、そのときに200mA/cm2のセル電流が流れるために必要な電解電圧は、1.94Vであった。また、運転開始から50時間電解した後のインピーダンス抵抗は47mΩであり、そのときの電解電圧は1.94Vであった。
第一の面の開口径と第二の面の開口径及び開口密度が同じで、前記実施例1と同じ厚みの電極基材(チタン製、厚み0.5mm、Wが1.0mm、LWが2.0mm、θが120°)に、実施例1と同様にイリジウム酸化物をアノード触媒としてコーティングして作製された多孔構造のアノードを用意した。このアノードを備えた比較例1の電気化学装置を作成して、実施例1と同じ条件で水の電気分解を行なった。
チタン製の電極基材(T1が0.1mm、Wが0.1mm、LWが0.57mm、θが120°)に、実施例1と同様にイリジウム酸化物をアノード触媒としてコーティングして作製された多孔構造のアノードを用意した。このアノードに、表面に耐食処理がされていないチタン製の給電板(厚みが0.4mm、Wが1.0mm、LWが2.0mm、θが120°)を重ね合わせたアノード接合体を用意した。このアノード接合体を備えた比較例2の電気化学装置を作成して、実施例1と同じ条件で水の電気分解を行なった。
チタン製の電極基材(T1が0.1mm、Wが0.1mm、LWが0.57mm、θが120°)に、実施例1と同様にイリジウム酸化物をアノード触媒としてコーティングして作製された多孔構造のアノードを用意した。このアノードに、表面に耐食処理がされていないチタン製の給電板(厚みが0.4mm、Wが1.0mm、LWが2.0mm、θが120°)を重ね合わせ、これらをスポット溶接したアノード接合体を用意した。スポット溶接は、3×4cmの大きさのアノード接合体に対して1cm置きに行ない、そのスポット溶接面積は4mm2とした。このアノード接合体を備えた比較例3の電気化学装置を作成して、実施例1と同じ条件で水の電気分解を行なった。
第一の面の開口径と第二の面の開口径及び開口密度が同じで、実施例1と同じ厚みの電極基材(チタン製、T1が0.5mm、Wが1.0mm、LWが2.0mm、θが120°)に、実施例1と同様にイリジウム酸化物をアノード触媒としてコーティングして作製された多孔構造のアノードを用意した。このアノードを備えた比較例4の電気化学装置を作成して、実施例2と同じ条件で食塩電解を行なった。
チタン製の電極基材(T1が0.1mm、Wが0.1mm、LWが0.57mm、θが120°)に、実施例1と同様にイリジウム酸化物をアノード触媒としてコーティングして作製された多孔構造のアノードを用意した。このアノードに、表面に耐食処理がされていないチタン製の給電板(厚みが0.4mm、Wが1.0mm、LWが2.0mm、θが120°)を重ね合わせたアノード接合体を用意した。このアノード接合体を備えた比較例2の電気化学装置を作成して、実施例2と同じ条件で食塩電解を行なった。
チタン製の電極基材(T1が0.1mm、Wが0.1mm、LWが0.57mm、θが120°)に、実施例1と同様にイリジウム酸化物をアノード触媒としてコーティングして作製された多孔構造のアノードを用意した。このアノードに、表面に耐食処理がされていないチタン製の給電板(厚みが0.4mm、Wが1.0mm、LWが2.0、θが120°)を重ね合わせ、これらをスポット溶接したアノード接合体を用意した。スポット溶接は、3×4cmの大きさのアノード接合体に対して1cm置きに行ない、そのスポット溶接面積は4mm2とした。このアノード接合体を備えた比較例6の電気化学装置を作成して、実施例1と同じ条件で食塩電解を行なった。
第2実施形態は、第1実施形態で説明した電気化学セル1を備えて減酸素装置、酸素濃縮装置、加湿装置、又は除湿装置として用いられる電気化学装置を示している。したがって、第1実施形態と同じ構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
カソード31での反応 2O2+4e−+4H+ →2H2O
アノード11での反応 2H2O →2O2+4e−+4H+
一方、前記運転により、電解質膜35に酸性のものを用いた電解セル(電気化学セル1)を備えた第一の電気化学装置2Aと第二の電気化学装置2Bのカソード31では、カソード室4に供給される酸素と、アノード11で発生し電解質膜35を通ってカソード31にイオン伝導するプロトンとが反応して、水が生成される。これにより、第一の電気化学装置2Aと第二の電気化学装置2Bは、減酸素装置又は加湿装置として機能する。
カソード31での反応 O2+2H2O+4e−→4OH−
アノード11での反応 4OH−→O2+2H2O+4e−
したがって、第一の電気化学装置2Aと第二の電気化学装置2Bを、加湿を目的とする加湿装置や除湿を目的とする除湿装置として実施する場合は、電解容器10を給水容器又は貯水容器として用いればよい。
第一の面の開口径と第二の面の開口径及び開口密度が同じで、実施例3と同じ厚みの電極基材(チタン製、T1が0.5mm、Wが1.0mm、LWが2.0mm、θが120°)に、実施例1と同様にイリジウム酸化物をアノード触媒としてコーティングして作製された多孔構造のアノードを用意した。このアノードを備えた比較例7の電気化学装置を作成して、実施例3と同じ条件で電解(減酸素運転)を行なった。
第一の面の開口径と第二の面の開口径及び開口密度が同じで、実施例3と同じ厚みの電極基材(チタン製、T1が0.5mm、Wが1.0mm、LWが2.0mm、θが120°)に、実施例1と同様にイリジウム酸化物をアノード触媒としてコーティングして作製された多孔構造のアノードを用意した。このアノードを備えた比較例8の電気化学装置を作成して、実施例4と同じ条件で電解(減酸素運転)を行なった。
図9は減酸素装置40を備えた冷蔵庫41の概念図である。図9に示す冷蔵庫41が備える冷蔵庫本体42に減酸素室43を有している。なお、冷蔵庫41を模式的に示した図9において、他の冷蔵室や冷凍室との識別を容易にするために、減酸素室43は平行斜線を付して示した。
Claims (12)
- アノードと、カソードと、これらの間に挟まれた電解質膜とを具備する電気化学セルにおいて、
前記アノードとカソードのうちの少なくとも一方の電極が、一体に構成された導電性の一枚板で形成されていて、前記電解質膜に接する第一の面、及び前記第一の面から厚み方向に離間した第二の面を有しているとともに、
前記少なくとも一方の電極が、前記第一の面に開放される複数の第一の孔部と、前記第二の面に開放される複数の第二の孔部とを有し、前記第二の孔部が前記第一の孔部の一部に連通されており、
前記各第一の孔部が前記各第二の孔部より小さく、前記第一の面の開口密度が前記第二の面の開口密度より大きく、
さらに、前記第一の孔部の数が、30個/cm2以上である電気化学セル。 - 前記第二の面の第二の孔部の数が30個/cm2以下である請求項1記載の電気化学セル。
- 前記第一の孔部の数が、200個/cm2以上である請求項1または2のうちいずれかに記載の電気化学セル。
- 前記第二の孔部が、これに連通された前記第一の孔部側ほど狭く前記第二の面側ほど広く形成されている請求項1または3のうちのいずれか一項に記載の電気化学セル。
- 前記複数の第一の孔部が開放された前記第一の面に触媒層が形成されている請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の電気化学セル。
- 開閉部材で開閉される減酸素室を形成する電解容器と、請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の電気化学セルからなり、前記電解容器に取付けられて、前記電気化学セルが有したアノードで水を電気分解するとともに前記電気化学セルが有したカソードで前記減酸素室内の酸素を還元する減酸素セルと、この減酸素セルに電圧を印加する電圧印加手段と、を具備する減酸素装置。
- 減酸素室を有した冷蔵庫本体と、この冷蔵庫本体に前記減酸素室を開閉可能に取付けられ、閉じられた状態で前記減酸素室を密閉状態に保持する開閉部材と、請求項6に記載の減酸素装置であって、この装置が有する減酸素セルのカソードが前記減酸素室の酸素と反応するように前記冷蔵庫本体に配設された前記減酸素装置と、を具備する冷蔵庫。
- 請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の電気化学セルを用いる電気化学装置。
- 請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の前記電気化学セルが配設された電解容器と、
前記電気化学セルに電圧を印加する電源と、
前記電気化学セルに対する電圧の印加を制御する制御手段とを有する電気化学装置。 - 前記電解容器は、前記電気化学セルのアノードに臨んでいるアノード室と、前記電気化学セルのカソードに臨んでいるカソード室が形成されている請求項9記載の電気化学装置。
- 前記電気化学装置は、電解用である請求項8から10のうちのいずれか一項に記載の電気化学装置。
- 前記電気化学装置は、食塩電解用である請求項11記載の電気化学装置。
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