JP2018519417A

JP2018519417A - 電極

Info

Publication number: JP2018519417A
Application number: JP2017560814A
Authority: JP
Inventors: ミヒャエルシェルヒ，; ヴォルフガングシュターバー，; ローベルトヘルマン，; ヴォルフガングヴェスナー，
Original assignee: プロアクアディアマントエレクトローデンプロドゥクツィオーンゲーエムベーハーウントコーカーゲー
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2018-07-19
Also published as: US10626027B2; AU2016264877A1; AU2016264877B2; CA2985874A1; CA2985874C; AT516720A4; WO2016184714A1; EP3298180A1; AT516720B1; US20180148357A1

Abstract

電気的に非伝導性の材料から形成された担体層（１）に埋め込まれた合成的に製造された電気伝導性ドープダイヤモンド粒子（２）から形成された電極であって、ダイヤモンド粒子（２）が、担体層（１）の両側に突出しており、かつ１７０〜４２０μｍの粒径範囲に由来するものであり、電極内のダイヤモンド粒子（２）の粒径が互いに５０μｍ以下だけ異なる、電極。ダイヤモンド粒子（２）のうち１０％以下は、特定の粒径範囲から外れた粒径を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、電気的に非伝導性の材料から形成された担体層に埋め込まれた合成的に製造された電気伝導性ドープダイヤモンド粒子から形成された電極であって、ダイヤモンド粒子が、担体層（１）の両側に突出しており、かつ１７０〜４２０μｍの粒径範囲に由来するものであり、電極内のダイヤモンド粒子の粒径が互いに５０μｍ以下だけ異なる、電極に関する。

この種の電極は、ダイヤモンド粒子電極とも呼ばれ、例えば、国際公開第２００７／１１６００４号パンフレットから既知である。欧州特許出願公開第２６３１３３５号の文献には、この種のダイヤモンド粒子電極を製造するための複数の方法が開示されている。

ダイヤモンド粒子電極は、酸素および水素に対する高い過電圧を特徴とするため、水溶液中での多重酸化プロセスに特に適している。ダイヤモンド粒子電極を含む電解セルの特に有益な用途は、陽極酸化による水処理の分野、および合成化学の分野にある。

大いに効果的な電極を提供するためには、ダイヤモンド粒子の自由に突出している部分を、特定の担体層の厚みに合わせて調節してできる限り広くしなければならない。ここで、電極に良好な安定性を付与するためには担体層がいくらかの厚みを有しなくてはならない。

国際公開第２００７／１１６００４号パンフレット欧州特許出願公開第２６３１３３５号

したがって、本発明の目的は、担体層から突出しているダイヤモンド粒子の部分の割合を最適化することにより、上記のタイプの電極の品質を向上させることである。

上記の目的は、ダイヤモンド粒子のうち１０％以下が、特定の粒径範囲から外れた粒径を有するという点において、本発明によって達成される。

そのため、本発明に係る電極は、粒径が互いからごく僅かしかずれていないので、両側において、ダイヤモンド粒子の突出している部分の割合が高い。このようにして電極の高効率を確保することができる。

本発明の好ましい実施形態では、電極は、粒径が互いに４０μｍ以下だけ異なるダイヤモンド粒子を含む。電極の最適な有効性のためには、ダイヤモンド粒子の粒径が互いに３０μｍ以下だけ異なる実施形態も大いに有益である。

著しく高品質な電極の場合、ダイヤモンド粒子のうち５％以下、好ましくは３％以下が、より大きい粒径および／またはより小さい粒径を有する。本発明のさらなる特徴によれば、担体層の厚みとダイヤモンド粒子の平均粒径との比が１：３〜１：８となるように、ダイヤモンド粒子の平均粒径を担体層の厚みに合わせて調節する。

さらに好ましい実施形態によれば、電極の著しく良好な有効性のためには、担体層の両面において、ダイヤモンド粒子によって占有されていない自由表面の割合が５０％以下である場合に特に有益となる。

これより、例示的実施形態を描写する概略図を参照しながら本発明のさらなる特徴、利点および詳細をより詳しく説明することにする。

図１は、電極の一部の断面図を示す。図２は、電極の製造中の断面図を示す。

本発明は、電気化学セル（電解セル）用の電極に関する。図１に示すように、電極は、ドープされてそれゆえに電気伝導性となったダイヤモンド粒子２から構成され、当該ダイヤモンド粒子２は、プラスチックで作られた担体層１内で互いに接触せずに単一の層に埋め込まれている。ダイヤモンド粒子２は、詳しくは、高圧／高温プロセスで製造された、好ましくはホウ素でドープされた、工業用ダイヤモンドであり、したがって単結晶である。ダイヤモンド粒子２は、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ニオブ、リチウム、硫黄または酸素でドープされたものであることもできる。

電極は、欧州特許出願公開第２６３１３３５号から既知である方法のうちの１つに従って製造することができ、これらの方法のうちの１つを要約して以下に図２を参照して説明することにする。図１に示す担体層１は、化学的に安定なポリマー、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＶＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）またはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）から形成された、２つの膜４、５から製造される。同じ材料からなり、ダイヤモンド粒子２の大きさに応じて１２．５〜２５０μｍ、特に２５〜１００μｍの同一または異なる厚みを有する２つの膜４、５をそれぞれ、軟質の可撓性材料から形成された薄い補助層３に重ねる。補助層３の厚みは０．５〜３ｍｍである。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）、バイトンまたはカプトン（デュポン社のフッ素系エラストマー）、ネオプレンまたはシリコーンは、可能性としての補助層３の材料である。補助層３は、膜４、５と同様に、ロール品の形態またはシートの形態で供給および使用する。

図２は、２つの膜４、５と、それらの間に配置されたダイヤモンド粒子２と、膜４、５の各々の外側に配置された補助層３とを有する、電極の製造中の構造を示す。図２に従って接合させた層を、その後に例えば従来設計のダブルベルトプレスで圧力および熱に曝露する。図２中の矢印は、ダブルベルトプレスにおいて外側から働く圧力の方向を示す。膜４、５は、圧力および熱の作用下で溶融し、互いにしっかりと連結される。それによってダイヤモンド粒子２は溶融物の両側の補助層を貫通し、結果的に補助層は各粒子を取り囲み、それによって上記粒子の表面は溶融材料で覆われることができず、それゆえ膜材料の外側に部分的に露出する。ダブルベルトプレスから出てきた材料複合物は、場合によって冷却され、補助層３が除去される。そして、材料複合物を切断して所望の大きさの電極を形成することができる。

図２に示すように、製造される電極の機械的強度を増大させるために膜４、５のうちの少なくとも１つとそれに対応する補助層３との間の１つ以上の層の中に支持層６を導入することができ、当該支持層は、支持網または支持布などとして製造されるものである。プレスプロセスの間に粒子２は支持網または支持布６も貫通する。あるいは、既に製造した電極の一方の外側または両方の外側に、支持網または支持布６を例えば積層または接着剤による結合によって適用することが可能である。プラスチック、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ガラス繊維、プラスチック被覆ガラス繊維、セラミックまたは金属が、支持網または支持布６の材料として適する。この実施形態では、完成した電極は少なくとも１つの支持層を含有し、当該支持層は、電極を安定させるものであるとともに、比較的薄く作られ、とりわけより薄い膜４、５から作られることができるものである。

（１つ以上の）支持層６の材料は、膜４、５が溶融するときに（１つ以上の）支持層６が溶融しないように、融点に関して膜４、５の材料に合わせて調節される。

ダイヤモンド粒子２は、ダイヤモンド粒子２の自由に突出している部分が担体層１の特定の厚みに応じてできるだけ広くなることを確実にするために、特定の粒径範囲から選択される。この範囲が広すぎるように選択されると、担体層によって完全に覆われたままとなって効果を奏しない可能性さえある小さすぎるダイヤモンド粒子２の割合が比較的大きくなる。本発明に係る電極は、１７０〜４２０μｍの粒径を有するダイヤモンド粒子２を使用して製造される。ある電極を製造するためには、粒径差が５０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、特に好ましくは３０μｍ以下である粒径を有するダイヤモンド粒子２を使用する。ダイヤモンド粒子２のうち１０％以下、特に５％以下は、特定範囲から外れた粒径を有することができる。完成した電極において、担体層１の自由表面、すなわちそこから突出しているダイヤモンド粒子の部分によって占有されていない表面は、両面とも担体層１の全表面の５０％以下でなければならない。さらに、担体層の厚みと電極に使用するダイヤモンド粒子２の平均粒径との比は１：３〜１：８でなければならない。ダイヤモンド粒子２の粒径は、それ自体既知の方法で、細かさの異なる篩を使用して篩い分けることによって、または粒子分析器によって決定される。

１担体層
２ダイヤモンド粒子
３補助層
４、５膜
６支持層

Claims

電気的に非伝導性の材料から形成された担体層（１）に埋め込まれた合成的に製造された電気伝導性ドープダイヤモンド粒子（２）から形成された電極であって、前記ダイヤモンド粒子（２）が、前記担体層（１）の両側に突出しており、かつ１７０〜４２０μｍの粒径を有し、前記電極内の前記ダイヤモンド粒子（２）の粒径が互いに５０μｍ以下だけ異なり、前記ダイヤモンド粒子（２）のうち、前記特定の粒径範囲から外れた粒径を有するものが１０％以下であることを特徴とする、電極。
前記ダイヤモンド粒子（２）の粒径が互いに４０μｍ以下だけ異なることを特徴とする請求項１に記載の電極。
前記ダイヤモンド粒子（２）の粒径が互いに３０μｍ以下だけ異なることを特徴とする請求項１または２に記載の電極。
前記ダイヤモンド粒子（２）のうち、前記特定の粒径範囲から外れた粒径を有するものが５％以下であ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。
前記担体層（１）の厚みと前記ダイヤモンド粒子（２）の平均粒径との比が１：３〜１：８であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電極。
前記担体層（１）の両面において、前記ダイヤモンド粒子（２）によって占有されていない自由表面の割合が５０％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電極。
前記電極が、前記電極を安定させる少なくとも１つの支持層（６）を含有していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電極。