JP2018154908A - Electrode for electrolysis, electrolytic unit and electrolyzed water generating apparatus using the electrode for electrolysis - Google Patents

Electrode for electrolysis, electrolytic unit and electrolyzed water generating apparatus using the electrode for electrolysis Download PDF

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直美 信田
内藤 勝之
Katsuyuki Naito
勝之 内藤
典裕 吉永
Norihiro Yoshinaga
典裕 吉永
梅 武
Takeshi Ume
武 梅
横田 昌広
Masahiro Yokota
昌広 横田
英男 太田
Hideo Ota
英男 太田
宏貴 猪又
Hirotaka Inomata
宏貴 猪又
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power-saving electrode for electrolysis, an electrolytic unit and an electrolyzed water generating apparatus using the same.SOLUTION: An electrode for electrolysis 11 comprises: a flat electrolysis substrate having a first main surface 18 and a second main surface opposite to the first main surface 18; an opening 16 disposed at least on the first main surface 18; wherein the first main surface 18 has a groove 3 having a first depth ranging from 100 to 1500 nm arranged from one end part of the opening 16 to around thereof. An electrolytic unit comprises: an electrode for electrolysis 6; a second electrode disposed so as to confront the electrode for electrolysis 6; and a first separating membrane disposed between the electrode for electrolysis 11 and the second electrode.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明の実施形態は、電解用電極,これを用いた電解ユニット及び電解水生成装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an electrode for electrolysis, an electrolysis unit using the electrode, and an electrolyzed water generating apparatus.

近年、水を電解して様々な機能を有する電解水、例えば、アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する電解装置が提供されている。電解水の内、次亜塩素酸水は、優れた殺菌力を有するとともに、人体に安全で食品添加物としても認可されている。また、電解装置は水素製造等にも用いられる。   2. Description of the Related Art In recent years, electrolyzers have been provided that generate electrolyzed water having various functions by electrolyzing water, such as alkali ion water, ozone water, or hypochlorous acid water. Among electrolyzed water, hypochlorous acid water has an excellent sterilizing power and is safe for the human body and approved as a food additive. The electrolyzer is also used for hydrogen production and the like.

電解装置としては、例えば、3室型の電解槽を有する電解水生成装置が提案されている。電解槽内は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜によって、中間室と、この中間室の両側に位置する陽極室および陰極室との3室に仕切られている。陽極室および陰極室には、陽極および陰極がそれぞれ設けられている。電極として、金属板基材にエクスパンド、エッチング、あるいはパンチングによって多数の孔を加工した多孔構造の電極が用いられているが電圧が高いという問題がある。   As an electrolysis apparatus, for example, an electrolyzed water generation apparatus having a three-chamber electrolysis tank has been proposed. The inside of the electrolytic cell is divided into three chambers, an intermediate chamber, and an anode chamber and a cathode chamber located on both sides of the intermediate chamber, by a cation exchange membrane and an anion exchange membrane. The anode chamber and the cathode chamber are provided with an anode and a cathode, respectively. As the electrode, a porous electrode in which a large number of holes are processed by expanding, etching, or punching on a metal plate substrate is used, but there is a problem that the voltage is high.

このような電解装置では、例えば、中間室に塩水を流し、陽極室および陰極室にそれぞれ水を流通する。中間室の塩水を陰極および陽極で電解することで、陽極で次亜塩素酸水や塩素を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水や水素を生成する。生成した次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水は洗浄水等して活用される。水素は水素水もしくは燃料として活用される。特に塩素や水素をメインに製造する場合にはより大電流で電解が行われる。   In such an electrolysis apparatus, for example, salt water is passed through the intermediate chamber, and water is circulated through the anode chamber and the cathode chamber, respectively. By electrolyzing the salt water in the intermediate chamber at the cathode and the anode, hypochlorous acid water and chlorine are generated at the anode, and sodium hydroxide water and hydrogen are generated at the cathode chamber. The generated hypochlorous acid water is used as sterilizing / disinfecting water, and sodium hydroxide water is used as washing water. Hydrogen is used as hydrogen water or fuel. In particular, when chlorine and hydrogen are mainly produced, electrolysis is performed with a larger current.

国際公開第2016/043109号International Publication No. 2016/043109 特許第5677752号公報Japanese Patent No. 5777752

本発明の実施形態の課題は、省電力な電解用電極を提供することにある。   An object of an embodiment of the present invention is to provide a power-saving electrolysis electrode.

実施形態にかかる電解用電極は、第1主面及び前記第1主面の反対側の第2主面を有する平面電極基材と、
少なくとも前記第1主面に設けられた開口と、
前記第1の主面は、前記開口の端部から前記開口の周囲にかけて設けられた100ないし1500nmの範囲の第1深さを有する溝とを含む。
The electrode for electrolysis according to the embodiment includes a planar electrode substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
At least an opening provided in the first main surface;
The first main surface includes a groove having a first depth in the range of 100 to 1500 nm provided from an end of the opening to the periphery of the opening.

実施形態に係る電解用電極の開口周囲の様子を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the mode of the opening periphery of the electrode for electrolysis which concerns on embodiment. 実施形態に係る電解用電極の一例を表す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing an example of the electrode for electrolysis which concerns on embodiment. 実施形態にかかる電解ユニットの構成の一例を表す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing an example of the composition of the electrolysis unit concerning an embodiment. 図2の電解用電極の開口周囲の様子を表す図である。It is a figure showing the mode around the opening of the electrode for electrolysis of FIG. 比較の電解用電極の開口周囲の様子を表す図である。It is a figure showing the mode around the opening of the electrode for a comparison electrolysis. 実施形態にかかる電解用電極の変形例の開口周囲の様子を表す図である。It is a figure showing the mode around the opening of the modification of the electrode for electrolysis concerning embodiment. 実施形態にかかる電解用電極の酸化膜の状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state of the oxide film of the electrode for electrolysis concerning embodiment. 他の実施形態にかかる電解用電極の酸化膜の状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state of the oxide film of the electrode for electrolysis concerning other embodiment. 溝の形成に用いられる部材の他の一例を表す概略図を表す概略図である。It is the schematic showing the schematic showing another example of the member used for formation of a groove | channel. 溝の形成に用いられる部材の他の一例を表す概略図を表す概略図である。It is the schematic showing the schematic showing another example of the member used for formation of a groove | channel. 実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing showing an example of the structure of the electrolyzed water generating apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る電解用電極の溝の光学顕微鏡写真である。It is an optical microscope photograph of the groove | channel of the electrode for electrolysis which concerns on embodiment. 図12の溝の一部の面内粗さを表すAFM画像である。FIG. 13 is an AFM image showing the in-plane roughness of a part of the groove in FIG. 12. 図13の断面の解析データを表すグラフ図である。It is a graph showing the analysis data of the cross section of FIG. 図13の断面の解析データを表すグラフ図である。It is a graph showing the analysis data of the cross section of FIG. 実施形態に係る電解用電極の溝の光学顕微鏡写真である。It is an optical microscope photograph of the groove | channel of the electrode for electrolysis which concerns on embodiment. 図16の溝の一部の面内粗さを表すAFM画像である。It is an AFM image showing the in-plane roughness of a part of the groove of FIG. 図17の断面の解析データを表すグラフ図である。It is a graph showing the analysis data of the cross section of FIG.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。例えば図では電極は平面上に描かれているが、電解ユニットの形状に合わせて彎曲してもよいし、円筒状になっていてもよい。   In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, each drawing is a schematic diagram for promoting the embodiment and its understanding, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are considered in consideration of the following description and known techniques. The design can be changed as appropriate. For example, in the drawing, the electrodes are drawn on a plane, but may be bent in accordance with the shape of the electrolysis unit or may be cylindrical.

実施形態にかかる電解用電極は、第1主面と第1主面の反対側の第2主面とを有する平面電極基材を含む。両主面のうち少なくとも第1主面に開口を含む。   The electrode for electrolysis according to the embodiment includes a planar electrode base material having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. An opening is included in at least the first main surface of both main surfaces.

開口の数は、1つまたは2以上である。   The number of openings is one or more.

上記開口のうち少なくとも1つの開口の端部から周囲にかけて、少なくとも第1の溝が設けられている。   At least a first groove is provided from the end of at least one of the openings to the periphery.

図1に、実施形態に係る電解用電極の開口周囲の様子を表す模式図を示す。   In FIG. 1, the schematic diagram showing the mode of the opening periphery of the electrode for electrolysis which concerns on embodiment is shown.

図示するように、この電解用電極6は、平面電極基材5に設けられた開口1と、開口1の端部2から周囲にかけて設けられた第1の溝3を有する。   As shown in the figure, the electrode 6 for electrolysis has an opening 1 provided in the planar electrode base 5 and a first groove 3 provided from the end 2 of the opening 1 to the periphery.

第1の溝3は深さは100〜1500nmである。   The depth of the first groove 3 is 100 to 1500 nm.

溝の深さは、開口周囲に4点の測定点を取り、光学顕微鏡を用いて溝を例えば200倍の開口端部の溝を十分観察できる倍率で確認し、AFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)により測定する。   The depth of the groove is determined by taking four measurement points around the opening, and using an optical microscope, confirming the groove at a magnification capable of sufficiently observing the groove at the opening end of 200 times, for example, AFM (Atomic Force Microscope) Measure with a force microscope.

実施形態にかかる電解ユニットは、上記電解用電極と、電解用電極と対向配置された対向電極と、電解用電極及び対向電極の間に配置された第1隔膜を含む。   The electrolysis unit according to the embodiment includes the electrolysis electrode, a counter electrode disposed to face the electrolysis electrode, and a first diaphragm disposed between the electrolysis electrode and the counter electrode.

実施形態にかかる電解水生成装置は、上記電解ユニットを搭載している。   The electrolyzed water generating apparatus according to the embodiment is equipped with the electrolysis unit.

例えば、電解水生成装置は、電解槽、及び電解槽に組み入れられた電解ユニット、電解ユニットにより仕切られた第1電極室及び第2電極室を有することができる。電解ユニットには電圧を印加する機構例えば電極に電圧を印加するための電源、及び制御装置などを搭載することができる。   For example, the electrolyzed water generating apparatus can have an electrolytic cell, an electrolytic unit incorporated in the electrolytic cell, a first electrode chamber and a second electrode chamber partitioned by the electrolytic unit. The electrolysis unit can be equipped with a mechanism for applying a voltage, for example, a power source for applying a voltage to the electrodes, a control device, and the like.

実施形態によれば、開口の端部から周囲にかけて設けられた溝を有する電解用電極を用いることにより、平面電極基材の親水性が向上するため、電解中に開口に発生する気泡と開口端との間に、電解液が効率よく入り込み、気泡が大きくならずに開口から脱離する。これにより、電解液と電極基材が接触しやすくなるので電圧の上昇を防ぐことができる。   According to the embodiment, since the hydrophilicity of the planar electrode substrate is improved by using the electrode for electrolysis having a groove provided from the end of the opening to the periphery, the bubbles generated in the opening during the electrolysis and the opening end In between, the electrolyte efficiently enters, and the bubbles are detached from the opening without increasing in size. Thereby, since it becomes easy to contact electrolyte solution and an electrode base material, a raise of a voltage can be prevented.

電解用電極の製造方法としては、第1主面及び前記第1主面の反対側の第2主面を有し、少なくとも第1主面に開口が設けられた平面電極基材を用意し、少なくとも開口の端部から開口の周囲にかけて荒目のヤスリを接触させて擦り、溝を形成することを含む。   As a method for producing an electrode for electrolysis, a planar electrode substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and having an opening provided at least on the first main surface is prepared, At least from the end of the opening to the periphery of the opening, a rough file is contacted and rubbed to form a groove.

実施形態によれば、開口の端部から周囲にかけて、複数の溝を形成することにより、平面電極基材の親水性が向上するため、電解中に開口に発生する気泡と開口端との間に、電解液が効率よく入り込み、気泡が大きくならずに開口から脱離し、電解液と電極基材が接触しやすくなるので電圧の上昇を防ぐことができる。   According to the embodiment, since the hydrophilicity of the planar electrode base material is improved by forming a plurality of grooves from the end of the opening to the periphery, the gap between the bubble generated in the opening and the opening end during electrolysis is improved. The electrolytic solution enters efficiently, bubbles are detached from the opening without increasing in size, and the electrolytic solution and the electrode substrate are easily brought into contact with each other, so that an increase in voltage can be prevented.

また、例えばステンレス鋼のように、電極基材の材質によっては、開口を設ける過程などで表面に厚い酸化膜が化学的に形成される場合、ヤスリ等により物理的に溝を形成すると、厚い酸化膜を除去して、電極を低抵抗化し、電圧の上昇を防ぐことができる。なお、物理的に酸化膜を除去すると自然酸化膜が形成されるが、化学的に形成される酸化膜よりも遙かに薄く、電極の低抵抗化の効果は十分に得られる。さらに、平面電極基材において、ヤスリをかける面積をより広範囲することにより、電極をより低抵抗化できる。   Also, depending on the material of the electrode base material, such as stainless steel, when a thick oxide film is chemically formed on the surface in the process of providing an opening, etc., if a groove is physically formed by a file or the like, a thick oxide film is formed. By removing the film, the resistance of the electrode can be lowered and the voltage rise can be prevented. When the oxide film is physically removed, a natural oxide film is formed. However, the oxide film is much thinner than a chemically formed oxide film, and the effect of reducing the resistance of the electrode can be sufficiently obtained. Furthermore, in the planar electrode substrate, the resistance of the electrode can be further reduced by widening the filed area.

第1深さを有する第1の溝は、電極表面の開口の端部付近の1mm四方の光学顕微鏡観察において、面内方向に50μm以下の振れ幅、かつ電極表面の開口の端部付近の20μm四方の原子間力顕微鏡観察において面内方向に5μm以上20μm以下の振れ幅を有することができる。   The first groove having the first depth has a deflection width of 50 μm or less in the in-plane direction and 20 μm near the end of the opening on the electrode surface in an 1 mm square optical microscope observation near the end of the opening on the electrode surface. It can have a deflection width of 5 μm or more and 20 μm or less in the in-plane direction in the four-way atomic force microscope observation.

実施形態において、溝とは、20μm四方の原子間力顕微鏡観察において幅の10倍以上の長さを有する凹みをいう。   In the embodiment, the groove refers to a recess having a length of 10 times or more of the width in 20 μm square atomic force microscope observation.

このような電極の製造方法は、第1主面及び前記第1主面の反対側の第2主面を有し、少なくとも第1主面に開口が設けられた平面電極基材を用意し、100〜1500nmの凹凸が表面に形成された圧延ローラーを用いて電極材料基板を延伸プレスすることにより作製する。   A method for producing such an electrode is provided with a planar electrode substrate having a first principal surface and a second principal surface opposite to the first principal surface, and at least an opening is provided in the first principal surface. It is produced by stretching and pressing the electrode material substrate using a rolling roller having irregularities of 100 to 1500 nm formed on the surface.

実施形態によれば、開口の端部から周囲にかけて、広い領域で複数の略直線状の溝を形成することにより、平面電極基材の親水性が向上するため、電解中に開口に発生する気泡と開口端との間に、電解液が効率よく入り込み、気泡が大きくならずに開口から脱離し、電解液と電極基材が接触しやすくなるので電圧の上昇およびバラツキを低下することができる。また狭い領域においてはうねりがある溝では電極面積が増大するため電圧を低下することができる。   According to the embodiment, by forming a plurality of substantially linear grooves in a wide area from the end of the opening to the periphery, the hydrophilicity of the planar electrode base material is improved, so that bubbles generated in the opening during electrolysis Since the electrolytic solution efficiently enters between the opening and the opening, bubbles are detached from the opening without increasing in size, and the electrolytic solution and the electrode base material are easily brought into contact with each other, voltage increase and variation can be reduced. In addition, in a narrow region, the voltage can be lowered because the electrode area increases in a groove having undulations.

実施形態にかかる電解用電極は、開口の端部から開口の周囲にかけて設けられ、第1深さとは異なる第2深さを有する溝を1または2以上さらに含み、第2の深さのうち最大深さは200μm以下にすることができる。   The electrode for electrolysis according to the embodiment is provided from the end of the opening to the periphery of the opening, and further includes one or more grooves having a second depth different from the first depth, and the maximum of the second depths. The depth can be 200 μm or less.

複数の溝が存在することに親水性がさらに増し、気泡の脱離が容易になる。しかし最大深さが200μmを超えると機械的な強度、特に水素脆化が起こると強度が低下する。   The presence of a plurality of grooves further increases hydrophilicity and facilitates bubble detachment. However, when the maximum depth exceeds 200 μm, mechanical strength, particularly when hydrogen embrittlement occurs, the strength decreases.

第2深さを有する溝は、電極表面の開口の端部付近の1mm四方の光学顕微鏡観察において面内方向に50μm以下の振れ幅、かつ開口の端部付近の20μm四方のAFM観察において面内方向に5μm以上20μm以下の振れ幅を有するうねりをもつことが確認できる。   The groove having the second depth is a width of 50 μm or less in the in-plane direction in the 1 mm square optical microscope observation near the edge of the opening on the electrode surface, and in the plane in the 20 μm square AFM observation near the edge of the opening. It can be confirmed that there is a undulation having a swing width of 5 μm or more and 20 μm or less in the direction.

実施形態に用いられる溝は、一方向に設けられていてもよい。水流がある場合には溝は水流と平行の方が気泡抜けがよい。水流がなく気泡が重力で自然に抜ける場合には溝は水平方向の方がよい。   The groove used in the embodiment may be provided in one direction. When there is a water flow, it is better that the grooves are parallel to the water flow to eliminate bubbles. If there is no water flow and bubbles naturally escape by gravity, the groove should be in the horizontal direction.

実施形態に用いられる溝は、第1主面と第2主面の両方に設けられる方が好ましい。両面に設けることにより気泡抜けがより起こりやすくなる。   The groove used in the embodiment is preferably provided on both the first main surface and the second main surface. By providing on both sides, air bubbles are more likely to escape.

(第1および第2の実施形態)
図2は、第1の実施形態に係る電解用電極の一例を表す概略断面図である。
(First and second embodiments)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the electrode for electrolysis according to the first embodiment.

また、図3は、第2の実施形態にかかる電解ユニットの構成の一例を表す概略断面図である。   FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of the electrolysis unit according to the second embodiment.

図2に示すように、この第1電解用電極11は、第1の主面18と、その反対面の第2の主面19とを有する。第1の主面18には開口16,第2の主面19には開口17が設けられている。図1では、開口16と開口17は貫通している。この第1電解用電極11はこのような貫通孔が複数設けられた多孔構造を有する。なお、開口16と開口17は貫通しなくても良く、開口は少なくとも第1の主面に設けられていればよい。   As shown in FIG. 2, the first electrode 11 for electrolysis has a first main surface 18 and a second main surface 19 opposite to the first main surface 18. An opening 16 is provided in the first main surface 18, and an opening 17 is provided in the second main surface 19. In FIG. 1, the opening 16 and the opening 17 are penetrating. The first electrolysis electrode 11 has a porous structure provided with a plurality of such through holes. The opening 16 and the opening 17 do not need to penetrate, and the opening only needs to be provided on at least the first main surface.

また、図3に示すように、電解ユニット10は、図2の第1電解用電極11と、対向して配置された第2電解用電極12と、第1電解用電極11及び第2電解用電極12の間に配置された第1隔膜13を含む。第2電解電極12及び第1隔膜13は、第1電解用電極11の第1主面18側に配置することができる。第1隔膜として、陽イオンを透過する膜、例えば、ナフィオンやアルカリ性でゼータ電位が負の多孔質膜である多孔質テフロン(登録商標)やポリフッ化ビニリデン膜、酸化ケイ素や酸化タングステン、酸化チタンで被覆された多孔質膜等を使用することができる。   As shown in FIG. 3, the electrolysis unit 10 includes a first electrolysis electrode 11 shown in FIG. 2, a second electrolysis electrode 12 disposed opposite to the first electrolysis electrode 11, a first electrolysis electrode 11 and a second electrolysis electrode. A first diaphragm 13 disposed between the electrodes 12 is included. The second electrolytic electrode 12 and the first diaphragm 13 can be disposed on the first main surface 18 side of the first electrolysis electrode 11. As the first diaphragm, a cation-permeable membrane, for example, Nafion, a porous Teflon (registered trademark) which is a porous membrane having a negative zeta potential, a polyvinylidene fluoride membrane, silicon oxide, tungsten oxide or titanium oxide is used. A coated porous membrane or the like can be used.

第2電解用電極12は図3のように多孔構造を有することができる。あるいは、孔がなくてもよい。また、第1電解用電極11と第1隔膜13との間は、図3で示すように接触させることができる。あるいは、他の構造体を介在させることができる。また、第1隔膜13と第2電解用電極12との間に第2隔膜14を設置することができる。これにより、第1隔膜13と第2隔膜14の間に電解液を保持する構造15を形成することができる。第2電解電極及び第1隔膜は、第1電解用電極の第1主面側に配置することができる。第2隔膜として、陰イオンを透過する多孔質膜、例えば、4級アンモニウム塩を測差に有する陰イオン交換膜やゼータ電位が中性もしくは酸性で正のアルミナやチタニアもしくはジルコニアで被覆されたテフロンやフッ化ビニリデンの多孔質膜等を使用することができる。   The second electrolysis electrode 12 may have a porous structure as shown in FIG. Alternatively, there may be no holes. Further, the first electrolysis electrode 11 and the first diaphragm 13 can be contacted as shown in FIG. Alternatively, other structures can be interposed. In addition, a second diaphragm 14 can be provided between the first diaphragm 13 and the second electrolysis electrode 12. Thereby, the structure 15 which hold | maintains electrolyte solution between the 1st diaphragm 13 and the 2nd diaphragm 14 can be formed. The second electrolytic electrode and the first diaphragm can be disposed on the first main surface side of the first electrolysis electrode. As the second membrane, an anion-permeable porous membrane, such as an anion exchange membrane having a quaternary ammonium salt as a measurement, or a teflon coated with alumina, titania or zirconia having a neutral or acidic zeta potential and positive Or a porous film of vinylidene fluoride can be used.

図4は、図2の電解用電極の開口周囲の様子を表す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state around the opening of the electrode for electrolysis in FIG.

図示するように、ステンレス(SUS)製の第1電解用電極11の第1の主面18には、例えばパンチングにより円状の開口16が設けられている。開口16の開口端31から開口周囲32の平面部にかけて設けられた第1の溝21が設けられている。   As shown in the drawing, a circular opening 16 is provided on the first main surface 18 of the first electrode 11 for electrolysis made of stainless steel (SUS), for example, by punching. A first groove 21 provided from the opening end 31 of the opening 16 to the flat portion around the opening 32 is provided.

実施形態によれば、深さ100nmから1500nmの範囲の溝が存在し電極の親水性が増すことにより、開口端の疎水性のガス脱離がうまくいく。   According to the embodiment, the groove having a depth in the range of 100 nm to 1500 nm exists, and the hydrophilicity of the electrode is increased, so that hydrophobic gas desorption at the open end is successful.

溝の断面形状はどのようなものでもよいが,好ましくはV字型もしくはU字型である.V字,U字は角が丸みを帯びていても良い.溝の断面深さおよび,断面形状はAFMで20μm角の領域で少なくとも3個所測定する。   The groove may have any cross-sectional shape, but is preferably V-shaped or U-shaped. V-shaped and U-shaped may have rounded corners. The cross-sectional depth and cross-sectional shape of the groove are measured by AFM at least at three locations in a 20 μm square region.

溝の方向性は,ランダムであってもよいし、一方向であってもよいし,直行していてもよい。ランダムであれば親水性を高くすることができる。   The directionality of the groove may be random, may be unidirectional, or may be orthogonal. If it is random, the hydrophilicity can be increased.

図4で示したように開口端から開口周囲にかけて溝が設けられていると、泡は開口から外に広がろうとするが溝が広がる方向にあるため溝には水が入り込みやすく泡は大きくならず脱離が起こる。   As shown in FIG. 4, when a groove is provided from the opening end to the periphery of the opening, the bubbles tend to spread out from the opening, but since the grooves are in the direction of spreading, water can easily enter the grooves and the bubbles should be large. Desorption occurs.

電解用電極の開口の端部から開口周囲にかかる溝の数が2本未満であると、泡の脱離が起こりにくくなる傾向がある。   When the number of grooves extending from the end of the opening of the electrode for electrolysis to the periphery of the opening is less than 2, there is a tendency that bubbles are not easily detached.

また、第1の溝及び第2の溝を含む複数の溝は、少なくとも第1の主面に広範囲に亘って設けることができる。   The plurality of grooves including the first groove and the second groove can be provided over a wide range at least on the first main surface.

平面電極基材の材料は、チタンもしくはステンレスにすることができる。   The material of the planar electrode substrate can be titanium or stainless steel.

実施形態にかかる電解用電極の第2の主面に、第1の主面と同様にして開口及び溝を設けることができる。   An opening and a groove can be provided on the second main surface of the electrode for electrolysis according to the embodiment in the same manner as the first main surface.

第1電極が陰極の場合は発生するガスは水素が主である。陽極である第2電極では酸素や塩素等が発生する。溝構造は水素や酸素等の泡抜けに有効である。   When the first electrode is a cathode, the generated gas is mainly hydrogen. Oxygen, chlorine, etc. are generated at the second electrode as the anode. The groove structure is effective for removing bubbles such as hydrogen and oxygen.

図5は、比較の電解用電極の開口周囲の様子を表す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state around the opening of a comparative electrolysis electrode.

この電解用電極33は、パンチングによって多数の孔を加工した多孔構造の電極基材であり、パンチングの際に開口周囲34が平滑化されている。ここでは、開口端から開口周囲にかけての溝が形成されていない。このため、電極の十分な親水性が得られず、水素泡35は脱離しにくくなる傾向がある。電解中に発生する水素泡が脱離しないとその電極領域では電解は起こらずそのため定電流運転においては他の領域での電解を増加させようとして電圧が上昇する。   The electrode 33 for electrolysis is a porous electrode base material in which a large number of holes are processed by punching, and an opening periphery 34 is smoothed during punching. Here, the groove from the opening end to the periphery of the opening is not formed. For this reason, sufficient hydrophilicity of the electrode cannot be obtained, and the hydrogen bubbles 35 tend to be difficult to desorb. If the hydrogen bubbles generated during electrolysis do not desorb, electrolysis does not occur in the electrode region, and therefore the voltage increases in an attempt to increase electrolysis in other regions during constant current operation.

この傾向は100mA/cm以上の高電流密度で運転するほど顕著になる。 This tendency becomes more prominent as driving at a high current density of 100 mA / cm 2 or more.

これに対し、実施形態にかかる第1電解用電極を用いると、100mA/cm以上の電流密度で運転する電源と接続しても、水素泡が脱離するため、電圧の上昇を発生しにくくすることができる。 On the other hand, when the first electrolysis electrode according to the embodiment is used, even when connected to a power source that operates at a current density of 100 mA / cm 2 or more, hydrogen bubbles are detached, so that it is difficult for voltage increase to occur. can do.

図6は、実施形態にかかる電解用電極の変形例の開口周囲の様子を表す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a state around an opening of a modified example of the electrode for electrolysis according to the embodiment.

この電解用電極45は、パンチングによって多数の孔を加工した多孔構造の電極基材であり、パンチングの際に開口周囲34’が平滑化されていること以外は、図4と同様である。開口周囲34’の表面粗さは、開口周囲34’の端部36を境界として、その外側の領域32’の表面粗さより小さい。   This electrode 45 for electrolysis is a porous electrode base material in which a large number of holes are processed by punching, and is the same as FIG. 4 except that the opening periphery 34 ′ is smoothed during punching. The surface roughness of the opening periphery 34 ′ is smaller than the surface roughness of the outer region 32 ′ with the end 36 of the opening periphery 34 ′ as a boundary.

電解用電極45は、例えパンチングの際に開口周囲34’が平滑化されていていても、開口端31から開口周囲34’にかけて第1の溝21が形成されているので、これらの溝を通して開口16に水が入り込みやすく、水素泡は大きくならずに脱離し得る。   Even when the opening periphery 34 'is smoothed during punching, the first electrode 21 is formed from the opening end 31 to the opening periphery 34'. Therefore, the electrode 45 for electrolysis is opened through these grooves. Water can easily enter 16 and hydrogen bubbles can be detached without increasing.

図7は、実施形態にかかる電解用電極の酸化膜の状態を示す概略図である。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a state of an oxide film of the electrode for electrolysis according to the embodiment.

図示するように、開口を持つSUS製の電解用電極基板40の表面には、パンチングやエッチング等のプロセスにおいて厚い酸化物が形成される。実施形態にかかる電解用電極基板の製造方法によれば、ヤスリを接触させて溝21を形成すると、酸化物層が大きく削られ、この作用が物理的であるため、その後新たに形成される酸化物は薄い自然酸化物なので、最終的な酸化物層41はヤスリを接触させる前より薄くなる。これにより、電解用電極基板40が低抵抗化されて、電解の駆動電圧を小さくすることができる。実施形態ではヤスリを用いているので、物理的に酸化物を除去することができるけれども、溝を作製する操作の際に用いる冶具や薬品によっては酸化物をほとんど削ることができず、酸化物が厚いままであると、電解用電極基板の低抵抗化の効果は得にくい。   As shown in the drawing, a thick oxide is formed on the surface of the electrode substrate 40 for electrolysis made of SUS having an opening by a process such as punching or etching. According to the method for manufacturing an electrode substrate for electrolysis according to the embodiment, when the groove 21 is formed by contacting a file, the oxide layer is greatly scraped, and this action is physical. Since the object is a thin native oxide, the final oxide layer 41 is thinner than before the file is contacted. Thereby, the resistance of the electrode substrate for electrolysis 40 can be reduced, and the electrolysis drive voltage can be reduced. In the embodiment, since the file is used, the oxide can be physically removed. However, depending on the jig and the chemical used in the operation for forming the groove, the oxide can hardly be removed. If it remains thick, it is difficult to obtain the effect of reducing the resistance of the electrode substrate for electrolysis.

図8は、他の実施形態にかかる電解用電極の酸化膜の状態を示す概略図である。   FIG. 8 is a schematic view showing a state of an oxide film of an electrode for electrolysis according to another embodiment.

図示するように、ヤスリを接触させて溝を形成しないと、金属製の電解用電極基板50の表面に全体に厚みのある酸化物42が存在するため、駆動電圧が大きくなりやすい。   As shown in the drawing, unless a groove is formed by contacting a file, the driving voltage is likely to increase because the oxide 42 having a thickness exists on the entire surface of the electrode substrate 50 for metal electrolysis.

電解用電極の製造方法は、第1主面及び前記第1主面の反対側の第2主面を有し、少なくとも第1主面に開口が設けられた平面電極基材を用意し、少なくとも開口の端部から開口の周囲にかけて荒目のヤスリを接触させて擦り、複数の溝を形成することを含む。   The method for producing an electrode for electrolysis comprises preparing a planar electrode substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and at least an opening provided in the first main surface, It includes contacting a rubbing file from the end of the opening to the periphery of the opening and rubbing to form a plurality of grooves.

使用するヤスリは、好ましくは♯80から♯1000の粒度を有する。より好ましくは、♯80から♯100の粒度を有する。   The file used preferably has a particle size of # 80 to # 1000. More preferably, it has a particle size of # 80 to # 100.

♯80未満であると、溝の最高深さが100nm未満となる傾向があり、♯1000を超えると、溝の最高深さが1500nmより大となる傾向がある。   When it is less than # 80, the maximum depth of the groove tends to be less than 100 nm, and when it exceeds # 1000, the maximum depth of the groove tends to be larger than 1500 nm.

上記方法では、複数の溝を形成する工程で荒目のヤスリを使用しているが、溝の形成には、他の部材を使用することも可能である。   In the above method, a rough file is used in the step of forming a plurality of grooves, but other members can be used for forming the grooves.

図9は、溝の形成に用いられる部材の他の一例を表す概略図である。   FIG. 9 is a schematic diagram illustrating another example of a member used for forming a groove.

電解用電極の表面に図示するようなグラインダー、あるいは紙ヤスリ等を配置して,電解用電極を加工することにより電極表面に溝を形成することができる。   A groove can be formed on the electrode surface by arranging a grinder as shown in the figure or a paper file on the surface of the electrode for electrolysis and processing the electrode for electrolysis.

このグラインダー60は、ディスク状の研削砥石62と、研削砥石62を回転させるモーターに接続された図示しないスピンドルと、スピンドルをカバーするスピンドルカラー64と、研削砥石62の回転を変速させるギアを収容したギアハウジング65と、ギアハウジング65を指示する本体61とを含む。   The grinder 60 accommodated a disc-shaped grinding wheel 62, a spindle (not shown) connected to a motor that rotates the grinding wheel 62, a spindle collar 64 that covers the spindle, and a gear that changes the rotation of the grinding wheel 62. A gear housing 65 and a main body 61 indicating the gear housing 65 are included.

図10は、溝の形成に用いられる部材の他の一例を表す概略図である。   FIG. 10 is a schematic diagram illustrating another example of a member used for forming a groove.

図示するように、例えば、酸化物層73が設けられた金属平面基板72からなる電解用電極基材74の表面に、凸部76が設けられた硬質ローラー77を配置し,電解用電極基材74上でローラー77を矢印71の方向に回転することにより電解用電極基材74表面に溝を形成することができる。   As shown in the figure, for example, a hard roller 77 provided with a convex portion 76 is disposed on the surface of an electrode base 74 for electrolysis made of a flat metal substrate 72 provided with an oxide layer 73, and the electrode base for electrolysis is provided. By rotating the roller 77 in the direction of arrow 71 on 74, a groove can be formed on the surface of the electrode base material 74 for electrolysis.

(第3の実施形態)
実施形態の電解装置は、上記第1の実施形態の電解ユニットを搭載することができる。
(Third embodiment)
The electrolysis apparatus of the embodiment can mount the electrolysis unit of the first embodiment.

実施形態に係る電解用電極は陰極として使用し得る。   The electrode for electrolysis according to the embodiment can be used as a cathode.

これにより省電力の電解装置を得ることができる。   Thereby, a power-saving electrolysis apparatus can be obtained.

図11は、第3の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す概略断面図である。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the electrolyzed water generating device according to the third embodiment.

電解水生成装置550は、3室型の電解ユニット508および電極ユニット507を備えている。電解ユニット508は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部は、隔壁509および電極ユニット507により、陽極室510と陰極室511と、電極間に形成された中間室506との3室に仕切られている。   The electrolyzed water generating device 550 includes a three-chamber electrolysis unit 508 and an electrode unit 507. The electrolysis unit 508 is formed in a flat rectangular box shape, and the inside thereof is partitioned into three chambers of an anode chamber 510, a cathode chamber 511, and an intermediate chamber 506 formed between electrodes by a partition wall 509 and an electrode unit 507. It has been.

電極ユニット507は、陽極室510内に位置する第2電極503と、陰極室511内に位置し、所定の複数の貫通孔を有する第1電極504と、第1電極504の第2電極側の表面上に第1多孔質隔膜(電解質膜)502を有する。第2電極503の第1電極側表面に第2多孔質隔膜501を設けることができる。第2電極503および第1電極504は、隙間をおいて互いに平行に対向し、これらの第2の多孔質隔膜501、第1の多孔質隔膜502間に、電解液を保持する中間室(電解液室)506を形成している。中間室506内に、電解液を保持する図示しない保持体を設けても良い。第2電極503および第1電極504は、絶縁性を有する複数の図示しないブリッジにより、互いに連結してもよい。   The electrode unit 507 includes a second electrode 503 positioned in the anode chamber 510, a first electrode 504 positioned in the cathode chamber 511 and having a plurality of predetermined through holes, and a second electrode side of the first electrode 504. A first porous diaphragm (electrolyte membrane) 502 is provided on the surface. A second porous diaphragm 501 can be provided on the first electrode side surface of the second electrode 503. The second electrode 503 and the first electrode 504 face each other in parallel with a gap therebetween, and an intermediate chamber (electrolytic chamber) that holds an electrolytic solution between the second porous diaphragm 501 and the first porous diaphragm 502. Liquid chamber) 506 is formed. A holding body (not shown) that holds the electrolytic solution may be provided in the intermediate chamber 506. The second electrode 503 and the first electrode 504 may be connected to each other by a plurality of bridges (not shown) having insulating properties.

電解水生成装置550は、電極ユニット507の第2電極503および第1電極504に電圧を印加するための電源514、およびこれを制御する制御装置513を備えている。電源514と第2電極503および第1電極504との間に電流計516、電圧計515を備えることができる。電流計516、電圧計515を制御装置513と接続することができる。   The electrolyzed water generating device 550 includes a power source 514 for applying a voltage to the second electrode 503 and the first electrode 504 of the electrode unit 507, and a control device 513 for controlling the power source 514. An ammeter 516 and a voltmeter 515 can be provided between the power source 514 and the second electrode 503 and the first electrode 504. An ammeter 516 and a voltmeter 515 can be connected to the control device 513.

陽極室510、陰極室511には液体の流路を設けることができる。中間室506に塩化物イオンを含む電解質溶液を導入するラインL1、ラインL1に接続された電解質溶液タンク517、給水源から陽極室510および陰極室511に水を供給するラインL3、陽極室510から酸性電解水を取り出すラインL4、及び陰極室511からアルカリ性電解水を取り出すラインL5をさらに設けることができる。また、中間室506から塩化物イオンを含む余剰の電解質溶液を回収して電解質溶液タンク517に循環するためのラインL2を設けてもよいし、ラインL2の代わりに、塩化物イオンを含む電解質溶液を排出するためのラインを設けることができる。水質センサーとして酸性電解水を取り出すラインL4には導電率センサー518を、アルカリ性電解水を取り出すラインL5にはpHセンサー519を各々取り付けることができる。   A liquid channel can be provided in the anode chamber 510 and the cathode chamber 511. From the line L1 for introducing an electrolyte solution containing chloride ions into the intermediate chamber 506, the electrolyte solution tank 517 connected to the line L1, the line L3 for supplying water from the water supply source to the anode chamber 510 and the cathode chamber 511, from the anode chamber 510 A line L4 for taking out the acidic electrolyzed water and a line L5 for taking out the alkaline electrolyzed water from the cathode chamber 511 can be further provided. Further, a line L2 for recovering an excess electrolyte solution containing chloride ions from the intermediate chamber 506 and circulating it to the electrolyte solution tank 517 may be provided. Instead of the line L2, an electrolyte solution containing chloride ions may be provided. A line for discharging can be provided. A conductivity sensor 518 can be attached to the line L4 for taking out the acidic electrolyzed water as a water quality sensor, and a pH sensor 519 can be attached to the line L5 for taking out the alkaline electrolyzed water.

(実施例1)
図3と同様の構成を有する電解ユニットを作製する。
Example 1
An electrolysis unit having the same configuration as that of FIG. 3 is produced.

陰極電極基材には、0.5mm厚の平坦なSUS310Sを使用し、2mm径の開孔を3mmピッチで千鳥にパンチングで作製する。この電極表面を粒度♯100の紙ヤスリを用いて両面の表面を削り、溝を作製する。   As the cathode electrode base material, 0.5 mm-thick flat SUS310S is used, and 2 mm-diameter holes are punched at a pitch of 3 mm. The surface of this electrode is scraped on both surfaces using a paper file having a particle size of # 100 to form a groove.

図12に、開孔の端から周囲にかけて形成された溝の光学顕微鏡写真を示す。   FIG. 12 shows an optical micrograph of the groove formed from the end of the opening to the periphery.

図12に示すように、光学顕微鏡写真から、開孔端から電極表面に向かっている溝が形成されていることがわかる。   As shown in FIG. 12, it can be seen from the optical micrograph that a groove is formed from the open end toward the electrode surface.

図13に、図12の溝の一部の面内粗さを表すAFM画像を示す。   FIG. 13 shows an AFM image representing the in-plane roughness of a part of the groove of FIG.

図14は、図13のXで表される電極表面の断面の解析データを表すグラフ図を示す。   FIG. 14 is a graph showing analysis data of the cross section of the electrode surface represented by X in FIG.

図15は、図13のYで表される電極表面の断面の解析データを表すグラフ図を示す。   FIG. 15 is a graph showing analysis data of the cross section of the electrode surface represented by Y in FIG.

図14、図15に示すように、AFM測定から、図12の開口端から開口周囲にかけて、深い溝の深さは最大1000nmであり,100nmから300nmである溝を有することがわかる。また100nmより浅い溝も存在する。   As shown in FIGS. 14 and 15, it can be seen from AFM measurement that the depth of the deep groove is 1000 nm at the maximum and from 100 nm to 300 nm from the opening end to the periphery of the opening in FIG. 12. There are also grooves shallower than 100 nm.

陽極電極基材には0.5mm厚の平坦なチタン基材を使用し、2mm径の孔を3mmピッチで千鳥にパンチングで作製する。この電極を10重量%シュウ酸水溶液中1時間80℃で処理する。塩化イリジウム(IrCl・nHO)に1−ブタノールを0.25M(Ir)になるように加えて調整した溶液を、陽極電極基材の小さい開口の面に塗布した後、乾燥と焼成をする。この場合、乾燥は80℃で10分間行ない、焼成は450℃で10分間行なう。こうした塗布と乾燥と焼成を5回繰り返して酸化イリジウム触媒を作製した陽電極とする。 A flat titanium substrate having a thickness of 0.5 mm is used as the anode electrode substrate, and holes having a diameter of 2 mm are formed by punching in a staggered manner at a pitch of 3 mm. This electrode is treated at 80 ° C. for 1 hour in a 10 wt% aqueous oxalic acid solution. After applying a solution prepared by adding 1-butanol to iridium chloride (IrCl 3 .nH 2 O) to 0.25 M (Ir) on the surface of the small opening of the anode electrode substrate, drying and baking are performed. To do. In this case, drying is performed at 80 ° C. for 10 minutes, and baking is performed at 450 ° C. for 10 minutes. Such a coating, drying, and firing are repeated five times to obtain a positive electrode for producing an iridium oxide catalyst.

陽電極側の多孔質隔膜としては4級アンモニウム塩をイオン交換基に持つ陰イオン交換膜を用いる。陰電極側の多孔質隔膜としてナフィオン117を用い、図3と同様の構成を有する電解ユニットを作成する。   An anion exchange membrane having a quaternary ammonium salt as an ion exchange group is used as the porous membrane on the positive electrode side. An electrolysis unit having the same configuration as that shown in FIG. 3 is prepared using Nafion 117 as the negative electrode-side porous diaphragm.

この電解ユニットを用いて図11と同様の構成を有する電解水生成装置を作製する。   Using this electrolysis unit, an electrolyzed water generating apparatus having the same configuration as in FIG. 11 is produced.

両電極の開口部の大きさは10cm×14cmである。   The size of the opening of both electrodes is 10 cm × 14 cm.

ストレート流路が形成された塩ビ製の陽極室と陰極室を形成し、飽和食塩水を供給するためのタンクを電解ユニットに接続する。さらに、制御装置、電源、電圧計、電流計を設置し、陽極室および陰極室に水道水を供給するための配管とポンプ、多孔質ポリスチレンに飽和食塩水を循環供給するための飽和食塩水だめと配管、ポンプを設置する。   A positive electrode chamber and a negative electrode chamber made of vinyl chloride with straight channels formed therein are formed, and a tank for supplying saturated saline is connected to the electrolysis unit. In addition, a control device, power supply, voltmeter, and ammeter are installed, piping and pumps for supplying tap water to the anode chamber and cathode chamber, and a saturated saline reservoir for circulating and supplying saturated saline to porous polystyrene. And piping and pumps.

この電解水生成装置を用いて、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。30Aで電解した時の駆動電圧は8.0Vである。   Using this electrolyzed water generator, hypochlorous acid water is produced on the anode side and sodium hydroxide water is produced on the cathode side. The drive voltage when electrolyzed at 30 A is 8.0V.

(実施例2〜5)
表1に示すように、紙ヤスリの種類を変えることを除いては実施例1と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
(Examples 2 to 5)
As shown in Table 1, an electrolysis unit and an electrolysis apparatus are produced in the same manner as in Example 1 except that the type of paper file is changed.

電極は深さ100nmから1500nmの範囲に含まれる溝を有する。   The electrode has a groove included in a depth range of 100 nm to 1500 nm.

得られた結果を下記表1に示す。   The obtained results are shown in Table 1 below.

(比較例1)
♯100の粒度を有する紙ヤスリを用いて表面を削らないことを除いては実施例1と同様にして電解装置を作製する。30Aで電解した時の駆動電圧は9.0Vである。
(Comparative Example 1)
An electrolytic device is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the surface is not cut using a paper file having a particle size of # 100. The drive voltage when electrolyzed at 30A is 9.0V.

(比較例2)
♯100の粒度を有する紙ヤスリを用いて表面を削らず、1N塩酸に7分間電極を浸漬した後、水洗い及び乾燥し、表面を削り、凹凸を作ることを除いては実施例1と同様にして電解装置を作製する。30Aで電解した時の駆動電圧は9.0Vである。
(Comparative Example 2)
The surface was not cut using a paper file having a particle size of # 100, but the electrode was immersed in 1N hydrochloric acid for 7 minutes, washed with water and dried, and then the surface was cut to create irregularities. To prepare an electrolysis apparatus. The drive voltage when electrolyzed at 30A is 9.0V.

(比較例3〜5)
♯100の粒度を有する紙ヤスリの代わりに粒度の大きい紙ヤスリを用いることを除いては実施例1と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。下記表1に最大の溝の深さと30Aで電解した時の駆動電圧を示す。表1で示すように駆動電圧は8.5V以上である。
(Comparative Examples 3-5)
An electrolysis unit and an electrolysis apparatus are produced in the same manner as in Example 1 except that a paper file having a large particle size is used instead of a paper file having a particle size of # 100. Table 1 below shows the maximum groove depth and the driving voltage when electrolysis is performed at 30A. As shown in Table 1, the driving voltage is 8.5V or higher.

(実施例6)
電極両面の代わりに多孔質隔膜側の電極表面のみを紙ヤスリで削ることを除いては実施例1と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
(Example 6)
An electrolysis unit and an electrolysis apparatus are produced in the same manner as in Example 1 except that only the electrode surface on the porous diaphragm side is scraped with a paper file instead of the electrode surfaces.

30Aで電解した時の駆動電圧は8.2Vである。   The drive voltage when electrolyzed at 30 A is 8.2V.

(実施例7)
SUS310Sの代わりにチタンを用いることを除いては実施例1と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
(Example 7)
An electrolysis unit and an electrolysis apparatus are produced in the same manner as in Example 1 except that titanium is used instead of SUS310S.

30Aで電解した時の駆動電圧は8.1Vである。 The drive voltage when electrolyzed at 30A is 8.1V.

(実施例8)
紙ヤスリを陰電極で発生する水素ガスが脱離する上部方向に平行にこすって削ることを除いては実施例1と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
(Example 8)
An electrolysis unit and an electrolysis apparatus are produced in the same manner as in Example 1 except that the paper file is scraped in parallel with the upper direction from which hydrogen gas generated at the negative electrode is desorbed.

30Aで電解した時の駆動電圧は7.9Vである。   The drive voltage when electrolyzed at 30 A is 7.9V.

(実施例9)
研磨した電極素材にパンチングを行う代わりに、研磨した電極素材に両面に光レジストを塗布し、片面にパターンを露光したのちレジストを除去し、酸でエッチング、未露光レジストを除去することにより、陰極電極基材に実施例1と同様の2mm径の開孔を3mmピッチで千鳥に作製することを除いては実施例1と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
Example 9
Instead of punching the polished electrode material, a photoresist is applied to the polished electrode material on both sides, the pattern is exposed on one side, the resist is removed, etching with acid, and the unexposed resist is removed by removing the resist. An electrolysis unit and an electrolysis device are produced in the same manner as in Example 1 except that 2 mm diameter openings similar to those in Example 1 are formed in a staggered manner at a pitch of 3 mm on the electrode substrate.

30Aで電解した時の駆動電圧は8.0Vである。   The drive voltage when electrolyzed at 30 A is 8.0V.

(実施例10)
研磨した電極素材にパンチングを行う代わりに、研磨した電極素材に両面に光レジストを塗布し、片面にパターンを露光したのちレジストを除去し、酸でエッチング、未露光レジストを除去することにより、陰極電極基材に実施例1と同様の開孔と深さが200μmの溝さを作製することを除いては実施例1と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
(Example 10)
Instead of punching the polished electrode material, a photoresist is applied to the polished electrode material on both sides, the pattern is exposed on one side, the resist is removed, etching with acid, and the unexposed resist is removed by removing the resist. An electrolysis unit and an electrolysis apparatus are produced in the same manner as in Example 1 except that an opening and a groove having a depth of 200 μm are produced in the electrode base as in Example 1.

30Aで電解した時の駆動電圧は8.2Vである。   The drive voltage when electrolyzed at 30 A is 8.2V.

(実施例11)
陰極電極基材には、0.5mm厚の平坦なSUS310Sを使用し、2mm径の開孔を3mmピッチで千鳥にパンチングで作製する。次に、凹凸が30〜500nmのローラーにて圧延プレスする。
(Example 11)
As the cathode electrode base material, 0.5 mm-thick flat SUS310S is used, and 2 mm-diameter holes are punched at a pitch of 3 mm. Next, it rolls and presses with the roller whose unevenness | corrugation is 30-500 nm.

この電極の光学顕微鏡写真を図16に、AFMを図17に示す。   An optical micrograph of this electrode is shown in FIG. 16, and AFM is shown in FIG.

また、図18に断面の解析データを表す。   FIG. 18 shows cross-sectional analysis data.

図16に示すように、光学顕微鏡で観察される溝は略直線である
図17に、電極の20μm四方のAFMで観察した表面形状の一例を示す。
As shown in FIG. 16, the groove observed with the optical microscope is substantially straight. FIG. 17 shows an example of the surface shape of the electrode observed with an AFM of 20 μm square.

図示するように、20μm四方のAFM観察においては溝にうねりが観察される。溝の深さは200〜300nmである。   As shown in the figure, in the 20 μm square AFM observation, waviness is observed in the groove. The depth of the groove is 200 to 300 nm.

陽極電極基材には0.5mm厚の平坦なチタン基材を使用し、2mm径の孔を3mmピッチで千鳥にパンチングで作製する。この電極を10重量%シュウ酸水溶液中1時間80℃で処理する。塩化イリジウム(IrCl・nHO)に1−ブタノールを0.25M(Ir)になるように加えて調整した溶液を、陽極電極基材の小さい開口の面に塗布した後、乾燥と焼成をする。この場合、乾燥は80℃で10分間行ない、焼成は450℃で10分間行なう。こうした塗布と乾燥と焼成を5回繰り返して酸化イリジウム触媒を作製した陽電極とする。 A flat titanium substrate having a thickness of 0.5 mm is used as the anode electrode substrate, and holes having a diameter of 2 mm are formed by punching in a staggered manner at a pitch of 3 mm. This electrode is treated at 80 ° C. for 1 hour in a 10 wt% aqueous oxalic acid solution. After applying a solution prepared by adding 1-butanol to iridium chloride (IrCl 3 .nH 2 O) to 0.25 M (Ir) on the surface of the small opening of the anode electrode substrate, drying and baking are performed. To do. In this case, drying is performed at 80 ° C. for 10 minutes, and baking is performed at 450 ° C. for 10 minutes. Such a coating, drying, and firing are repeated five times to obtain a positive electrode for producing an iridium oxide catalyst.

陽電極側の多孔質隔膜としては4級アンモニウム塩をイオン交換基に持つ陰イオン交換膜を用いる。陰電極側の多孔質隔膜としてナフィオン117を用い、図3と同様の構成を有する電解ユニットを作成する。   An anion exchange membrane having a quaternary ammonium salt as an ion exchange group is used as the porous membrane on the positive electrode side. An electrolysis unit having the same configuration as that shown in FIG. 3 is prepared using Nafion 117 as the negative electrode-side porous diaphragm.

この電解ユニットを用いて図11と同様の構成を有する電解水生成装置を作製する。   Using this electrolysis unit, an electrolyzed water generating apparatus having the same configuration as in FIG. 11 is produced.

両電極の開口部の大きさは10cm×14cmである。   The size of the opening of both electrodes is 10 cm × 14 cm.

ストレート流路が形成された塩ビ製の陽極室と陰極室を形成し、飽和食塩水を供給するためのタンクを電気化学ユニットに接続する。さらに、制御装置、電源、電圧計、及び電流計を設置し、陽極室および陰極室に水道水を給するための配管とポンプ、多孔質ポリスチレンに飽和食塩水を循環供給するための飽和食塩水だめと配管、ポンプを設置する。   A positive electrode chamber and a negative electrode chamber made of vinyl chloride with straight channels formed therein are formed, and a tank for supplying saturated saline is connected to the electrochemical unit. In addition, a control device, a power source, a voltmeter, and an ammeter are installed, and piping and pumps for supplying tap water to the anode chamber and the cathode chamber, and saturated saline for circulating and supplying saturated saline to porous polystyrene Useless pipes and pumps will be installed.

この電解水生成装置を用いて、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。30Aで電解した時の駆動電圧は7.8Vである。   Using this electrolyzed water generator, hypochlorous acid water is produced on the anode side and sodium hydroxide water is produced on the cathode side. The drive voltage when electrolyzed at 30 A is 7.8V.

(比較例6)
次に、凹凸が10〜50nmの鏡面ローラーにて圧延プレスすることにより光学顕微鏡では表面の溝が観察されない電極を用いることを除いては実施例1と同様にして電解水生成装置を作製する。30Aで電解した時の駆動電圧は9.0Vである。
(Comparative Example 6)
Next, an electrolyzed water generating apparatus is produced in the same manner as in Example 1 except that an electrode on which no surface groove is observed with an optical microscope is used by rolling and pressing with a mirror surface roller having an unevenness of 10 to 50 nm. The drive voltage when electrolyzed at 30A is 9.0V.

下記表1に実施例1から11のAFM測定から100nmから1500nmの範囲に含まれる第1の溝の最大深さと、第2の溝の最大深さと、30Aで電解した時の駆動電圧を示す。

Figure 2018154908
Table 1 below shows the maximum depth of the first groove, the maximum depth of the second groove included in the range of 100 nm to 1500 nm from the AFM measurement of Examples 1 to 11, and the driving voltage when electrolyzed at 30A.
Figure 2018154908

なお、表中、第1深さの100〜1500nmの最大深さの項目は、100〜1500nmの範囲の第1深さを持つ溝がある場合、その最大深さの数値を記載し、第1深さを持つ溝がない場合、「無」と記載している。   In the table, the item of the maximum depth of 100 to 1500 nm of the first depth describes the value of the maximum depth when there is a groove having the first depth in the range of 100 to 1500 nm. When there is no groove having a depth, “None” is described.

また、第2深さの<100nmの最大深さの項目は、100nm未満の範囲の第2深さを持つ溝がある場合、計測可能であれば最大深さの数値を、計測不能である場合には溝が「有」と記載している。一方、100nm未満の範囲の第2深さを持つ溝がない場合は「無」と記載している。   In addition, the item of the maximum depth of <100 nm of the second depth is that when there is a groove having the second depth in the range of less than 100 nm, the maximum depth can be measured if it can be measured. Indicates that the groove is “present”. On the other hand, when there is no groove having the second depth in the range of less than 100 nm, “None” is described.

さらに、第2深さの1500nm超〜500μm最大深さの項目は、1500nmより大きく500μm以下の範囲の第2深さをもつ溝がある場合、その最大深さの数値を記載している。一方、1500nmより大きく500μm以下の範囲の第2深さをもつ溝がない場合は「無」と記載している。   Further, in the item of the second depth exceeding 1500 nm to 500 μm maximum depth, when there is a groove having the second depth in the range of more than 1500 nm and 500 μm or less, the value of the maximum depth is described. On the other hand, if there is no groove having a second depth in the range of greater than 1500 nm and less than or equal to 500 μm, it is described as “none”.

表1で示すようにこの電極を用いた電解水生成装置の電解時の駆動電圧は8.3V以下であり低電圧運転が可能である。   As shown in Table 1, the electrolyzed water generating apparatus using this electrode has a driving voltage of 8.3 V or less during electrolysis and can be operated at a low voltage.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…電解ユニット、11…第1電解用電極、12…第2電解用電極、13…第1隔膜、14…第2隔膜、16…開口、17…開口、18…第1主面、19…第2主面、21…第1の溝、22…第2の溝、31…開口端、32…開口周囲、41,42…酸化膜、501…第2多孔質隔膜、502…第1多孔質隔膜、503…第2電極、504…第1電極、507…電極ユニット、508…電解槽、509…隔壁、510…陽極室、511…陰極室、513…制御装置、514…電源、515…電圧計、516…電流計、517…塩水槽、518…導電率センサー、519…pHセンサー   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electrolytic unit, 11 ... 1st electrode for electrolysis, 12 ... Electrode for 2nd electrolysis, 13 ... 1st diaphragm, 14 ... 2nd diaphragm, 16 ... Opening, 17 ... Opening, 18 ... 1st main surface, 19 ... 2nd main surface, 21 ... 1st groove | channel, 22 ... 2nd groove | channel, 31 ... opening edge, 32 ... opening periphery, 41, 42 ... oxide film, 501 ... 2nd porous diaphragm, 502 ... 1st porous 503 ... second electrode, 504 ... first electrode, 507 ... electrode unit, 508 ... electrolyzer, 509 ... partition wall, 510 ... anode chamber, 511 ... cathode chamber, 513 ... control device, 514 ... power source, 515 ... voltage 516 ... Ammeter 517 ... Salt water tank 518 ... Conductivity sensor 519 ... pH sensor

Claims (9)

第1主面及び前記第1主面の反対側の第2主面を有する平面電極基材と、
少なくとも前記第1主面に設けられた開口と、
前記第1主面は、前記開口の端部から前記開口の周囲にかけて設けられた100ないし1500nmの範囲の第1深さを有する溝とを含む電解用電極。
A planar electrode substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
At least an opening provided in the first main surface;
The first main surface is an electrode for electrolysis including a groove having a first depth in a range of 100 to 1500 nm provided from an end of the opening to the periphery of the opening.
前記第1深さを有する溝は、前記開口の端部付近の1mm四方の光学顕微鏡観察において50μm以下の振れ幅、かつ前記開口の端部付近の20μm四方の原子間力顕微鏡観察において5μm以上20μm以下の振れ幅を有する請求項1に記載の電解用電極。   The groove having the first depth has a swing width of 50 μm or less in an optical microscope observation of 1 mm square near the end of the opening, and 5 μm or more and 20 μm in 20 μm square atomic force microscope observation near the end of the opening. The electrode for electrolysis of Claim 1 which has the following runout width. 前記開口の端部から前記開口の周囲にかけて設けられ、前記第1深さとは異なる第2深さを有する溝を1または2以上さらに含み、前記第2深さのうち最大深さは200μm以下である請求項1または2に記載の電解用電極。   1 or 2 or more groove | channels provided from the edge part of the said opening to the circumference | surroundings of the said opening, and having the 2nd depth different from the said 1st depth, The maximum depth is 200 micrometers or less among the said 2nd depth. The electrode for electrolysis according to claim 1 or 2. 前記第2深さを有する溝は、前記開口の端部付近の1mm四方の光学顕微鏡観察において50μm以下の振れ幅、かつ前記開口の端部付近の20μm四方の原子間力顕微鏡観察において5μm以上20μm以下の振れ幅を有する請求項3に記載の電解用電極。   The groove having the second depth has a swing width of 50 μm or less in the 1 mm square optical microscope observation near the end of the opening, and 5 μm or more and 20 μm in the 20 μm square atomic force microscope observation near the end of the opening. The electrode for electrolysis of Claim 3 which has the following deflection widths. 前記溝は、一方向に設けられる請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電解用電極。   The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the groove is provided in one direction. 前記溝は、前記第1主面と前記第2主面の両方に設けられる請求項1ないし5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 5, wherein the groove is provided on both the first main surface and the second main surface. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の電解用電極からなる第1電極と、前記第1電極と対向配置された第2電極と、前記第1電極及び前記第2電極の間に配置された第1隔膜とを含む電解ユニット。   A first electrode comprising the electrode for electrolysis according to any one of claims 1 to 6, a second electrode disposed opposite to the first electrode, and disposed between the first electrode and the second electrode. An electrolysis unit including the first diaphragm. 前記第1電極は陰極である請求項7に記載の電解ユニット。   The electrolysis unit according to claim 7, wherein the first electrode is a cathode. 前記請求項7または8に記載の電解ユニットを搭載した電解水生成装置。   The electrolyzed water generating apparatus carrying the electrolysis unit of the said Claim 7 or 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7475579B2 (en) 2022-10-04 2024-04-30 株式会社ナノバブル研究所 Microproduct Generator

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