JP2020012124A - 電解用電極およびそれを備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンの生成性能に優れ、耐久性を向上させた電解用電極を提供すること。【解決手段】電極基体１２と、電極基体１２の表面に形成され、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種からなる貴金属層１３と、貴金属層１３の表面に形成され、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と誘電体粒子を含有したガラス層１６とから構成されている電解用電極１１であり、ガラス層１６が水と貴金属層１３の接触する面積を小さく酸素生成の電圧を高くし、オゾンを生成させる。また、ガラス層１６を主成分が二酸化珪素のガラス組成物１４と誘電体粒子１５で構成することにより、ガラス層１６の剥離を防止し、耐久性を向上させる。【選択図】図１

Description

本発明は、水を電気分解し、活性物質を生成する電解用電極に関するものである。

従来、この種の電解用電極は、導電性基体の表面に貴金属、貴金属を含む合金、貴金属酸化物のいずれかを含む中間層を形成し、この中間層の表面に、酸化触媒作用を有する誘電体を含む層状の表面層を形成するとともに、表面層には、表面層を貫通し中間層に到達する孔を形成している（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来の電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図を示すものである。図４に示すように、電解用電極１を構成する導電性基体２の一方の表面に、貴金属、貴金属を含む合金、もしくは貴金属酸化物からなる中間層３が形成され、中間層３の表面には、タンタル、アルミニウム、チタン、タングステン、ニオブなどのアルコキシド化合物と溶剤の混合物を熱分解して得られる酸化物からなる誘電体材料の表面層４が形成されている。

表面層４は、誘電体材料が中間層３の表面に塗布、常温乾燥、２２０℃乾燥、６００〜７００℃の高温焼成の工程を十数回繰り返して行なわれ、層状の構造となるように形成される。これにより、表面層４の厚さ方向には、多数のクラックが発生し、このクラックを起点として、表面層４を貫通して中間層３まで到達する孔５が形成される。

電解用電極１をアノード電極とし、対極としてカソード電極を用いて水を電気分解すると、電解用電極１の側では、水が孔５を通って中間層３に到達し、孔５と連接する中間層３の表面部分の僅かな面積上で電極反応が起こり、孔５と連接する中間層３の部分の貴金属の電流密度が上昇し、さらには表面層４の孔５周囲の誘電体材料の触媒作用により酸素が酸化されオゾンが生成される。

特開２００６−９７１２２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、表面層４を形成するために十数回の塗布、乾燥、焼成を繰り返しており、このような多層構造になると、表面層４の膜厚が不均一となる、また、発生したクラックの分岐と結合が複雑な構造となるので、クラックを起点とする孔５の安定した形成が困難となり、オゾンの生成が安定しないという課題を有していた。

また、表面層４の誘電体は、金属アルコキシドを原料とした熱分解によって生成する粒子のみで構成されるが、６００〜７００℃の焼成では、誘電体の粒子同士の結合や誘電体の粒子と中間層３の結合が半焼結状態であるので、中間層３と表面層４、表面層４自体の密着性が弱く、電極反応によって発生する酸素やオゾン等のガスの圧力によって表面層４の剥離が起き易くなり、耐久性が劣るという課題を有していた。

電解用電極１をアノード電極、対極をカソード電極として水を電気分解すると、カソード電極の電極表面は、水に含まれるカルシウムイオンなどの金属イオンが還元され、スケール成分として付着する。スケール成分を除去するため、アノード電極とカソード電極を
反転し、スケールを除去するという操作（転極）が行われる。その際には、電解用電極１がカソード電極となるため、電極表面はｐＨの高い強塩基性環境となり、誘電体の成分によっては容易に溶解して電解用電極として機能しなくなるという課題を有していた。

また、表面層４の形成に十数回の塗布、乾燥、焼成を繰り返すという煩雑な製造工程となり、電解用電極１の生産性が悪いという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、安定したオゾンの生成性能や耐久性を向上させるとともに、生産性に優れた電解用電極を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の電解用電極は、電極基体の表面に貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種からなる貴金属層と、貴金属層の表面に主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と誘電体粒子とからなるガラス層（以下、説明する必要がない場合は単にガラス層と記す）を順次形成したものである。

これによって、本願発明の電解用電極をアノード電極とし、対極のカソード電極との間に電圧または電流を印加すると、アノード電極である電解用電極は、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と誘電体粒子とからなるガラス層が水と貴金属層との接触を制限するので、電解用電極はガラス層のない構成の電極よりも水の電気分解による酸素生成の電圧が高くなる。

酸素生成の電圧がある電圧以上になると、酸素の生成と同時に酸素ラジカル等の活性種が生成され、この活性種と酸素が反応してオゾンが生成される。したがって、オゾンが生成可能な電圧以上となるようにガラス層の水の通過量を制御し、オゾン生成量に応じた電圧または電流で水を電気分解することにより、任意の濃度のオゾン水を製造することができる。

ガラス層を主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と誘電体粒子とで形成することにより、ガラス組成物が貴金属層との高い接着性を実現することができるので、電極反応によって発生するガスによるガラス層の破壊や剥離が防止される。

ガラス層は、耐酸性、耐塩基性に優れている主成分が二酸化珪素であるガラス組成物を用いているので、電解用電極をアノード電極、あるいは転極操作によってカソード電極として使用してもガラス層成分の溶出が抑制され、オゾンの生成量が安定している。

ガラス層は、ガラスペーストのスクリーン印刷法など厚膜形製法で形成される。このため、多くとも数回の塗布、焼成の繰り返しだけで所定のガラス層を簡単に形成することができる。

本発明によれば、安定したオゾンの生成や耐久性を向上させるとともに、生産性に優れた電解用電極を提供することができる。

本発明の実施の形態１における電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図 同電解用電極を用いた電解装置の概略図 本発明の実施の形態２における電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図 従来の電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図

第１の発明は、電極基体と、前記電極基体の表面に形成され、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種からなる貴金属層と、前記貴金属層の表面に形成され、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と誘電体粒子とからなるガラス層とから構成される電解電極である。

これにより、第１の発明の電解用電極をアノード電極とし、カソード電極との間に電圧または電流を印加すると、アノード電極はガラス層が水と貴金属層との接触を制限し、水と貴金属層の接触面積が小さくなるので、電流密度が高くなり、アノード電極はガラス層のない構成よりも水の電気分解による酸素生成の電圧が高くなる。

酸素生成の電圧がある電圧以上になると、酸素の生成と同時に酸素ラジカル等の活性種が生成され、この活性種と酸素が反応してオゾンが生成する。したがって、オゾンが生成可能な電圧以上となるように、貴金属層への水の浸透を制限するガラス層を形成し、オゾン生成量に応じた電力で電気分解することにより、任意の濃度のオゾン水を製造することができる。

また、ガラス層に含まれるガラス組成物は、貴金属層との接着性を向上させることができる。したがって、電気分解によって発生する酸素などのガスによるガラス層の破壊やガラス層の剥離が防止されるため、水と貴金属層との接触面積を一定に保つことができ、長期にわたり初期のオゾン生成性能を発揮させることができる。

ガラス層は、耐酸性、耐塩基性に優れているので、電解用電極をアノード電極、あるいは転極操作によってカソード電極として使用しても、ガラス層成分の溶出が抑制されるため、溶解によるガラス層の薄肉化が防止され、オゾンの生成量が安定して得られるとともに、耐久性を向上させることができる。

また、ガラス層は、ガラスペーストのスクリーン印刷法など簡単な工法で形成することができる。したがって、多くとも数回の塗布、焼成の繰り返しで所定のガラス層を形成することができるので、製造工程の簡素化、工数削減による低コスト化が可能となり、生産性に優れた電解用電極を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と誘電体粒子とからなるガラス層に、貴金属層と連通する流通路を有する構成とする。

これにより、電気分解される水が貴金属層に到達しやすくなり、水と貴金属層との接触面積を大きくすることができるので、オゾンが生成する電圧領域が狭くなる欠点があるものの、貴金属層での電極反応による電流密度が小さくなり、電解用電極としての耐久性をさらに向上させることができる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、流通路を主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と誘電体粒子によって形成している。

これにより、電気分解される水は、主としてガラス層を構成する主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と誘電体粒子の界面の隙間や、誘電体粒子の隙間で形成される流通路を通って流通し、貴金属層に接触する。流通路の大きさ、数（量）は、ガラス層の膜厚、ガラス層に含まれる誘電体粒子の粒径、誘電体粒子の含有量によって変化させることがきるので、電解用電極の設計の自由度を大きくすることができ、実用性の高い電解用電極を提供することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、貴金属層を主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種で形成している。

これにより、電解される水がガラス層を浸透し、貴金属層表面で電気分解されても、貴金属層がガラス層と同じガラス組成物を用いて形成されているので、ガラス層と貴金属層の接着性をさらに高めることができる。電極基体との接着性も高くでき、ガラス層および貴金属層の破壊や剥離が防止され、高い耐久性を実現することができる。

第５の発明は、特に、第１の発明または第４の主成分が二酸化珪素であるガラス組成物の二酸化珪素の含有量を６０〜９０重量％としたものである。

これにより、強酸性、強塩基性が優れているとともに、強固な密着性を有するガラス層を金属からなる電極基体に形成することができるので、実用性の高い電解用電極を提供することができる。

第６の発明は、特に、第１の発明または第４の発明または第５の発明の主成分が二酸化珪素であるガラス組成物に、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含まない組成としたものである。

これにより、水に浸漬された状態で放置されても水に溶解し易いアルカリ金属、アルカリ土類金属の溶出が原因で起こるガラス層または貴金属層の多孔質化を防止することができ、長期にわたり初期のオゾン生成性能を維持することができる。

第７の発明は、特に、第１の発明または第４の発明の貴金属層を構成する貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物が、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、インジウムの少なくとも１種からなるものである。

これにより、水の電気分解性能を高くすることができるので、オゾンの生成量を多くすることができるとともに、化学的に安定した材料であるので、耐久性を向上させることができる。

第８の発明は、特に、第１から第７の発明のいずれかの発明の電解用電極を備えた電気機器である。

これにより、耐久性に優れ、安定したオゾンを生成することのできる電解用電極を有する電解装置を備えた電気機器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図である。

図１において、電解用電極１１は、電極基体１２と、電極基体１２の一方の表面に形成される貴金属層１３と、貴金属層１３の表面に形成されるガラス層１６とから構成される。

電極基体１２は、例えば、チタン、ニオブ、タンタル、ステンレスなどの金属が適用可
能であるが、耐食性、機械的強度、加工性、コストなどの点から、実用的にはチタンが適している。

貴金属層１３は、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種が用いられる。貴金属層１３として白金を用いた場合の製法としては、出発原料として塩化白金酸をチタン基板の表面に塗布し、乾燥、焼成の熱分解処理によって白金粒子の層を形成する焼成法、白金をチタン基板に電気めっきにより白金粒子の層を形成する電気めっき法などがあるが、特に限定されるものではなく、市販されている電極材料を採用してもよい。

ガラス層１６は、ガラス組成物１４の出発原料である、主成分が二酸化珪素のガラスフリット、樹脂、溶剤に、誘電体粒子１５が混合されたガラスペーストを貴金属層１３に塗布し、焼成することによって形成される。ガラス層１６には、焼成した際に、ガラス組成物１４と誘電体粒子１５の界面の隙間や、誘電体粒子１５の隙間を通って水が流通する流通路１７が形成される。

ガラス層１６を形成する方法としては、スプレー塗装、刷毛やヘラ塗り、ロールコーター、スピンコーター、スクリーン印刷が挙げられ、限定されるものではない。

図２は、本実施の形態の電解用電極１１を用いた一例を示す流通式の電解装置の概略図である。図２において、電解装置１８は、水の流入口１９と電解された水の流出口２０が設けられた筐体２１と、筐体２１の内部に取り付けられたアノード電極としての電解用電極１１と、カソード電極である対極２２と、電解用電極１１及び対極２２に通電するための直流電源２３とを備えている。

本実施の形態の電解用電極１１は、貴金属層１３とガラス層１６を形成した面が対極２２と対向するように配置され、水が電解用電極１１と対極２２の間を流れるように流路を設けて構成している。

次に、図２に示す電解装置１８の動作とオゾン発生について説明する。

電解装置１８の一端に設けられた流入口１９に水を所定の流量で供給する。水は、電解用電極１１と対極２２と接触しながら両極の間で形成された流路を流れ、流出口２０から排出される。電解装置１８内の電解用電極１１と対極２２が水で満たされると、電解用電極１１をアノード極、対極２２をカソード極として直流電源２３から電圧、もしくは電流が印加され、水を電気分解する。

通常、水の電気分解では、アノード極の電解用電極１１で酸素が発生し、カソード極の対極２２では水素が発生する。

本実施の形態のガラス層１６は、導電性がないので、直流電源２３からの電圧、もしくは電流が印加されても、ガラス層１６の表面では、水の電気分解反応が起こらない。しかしながら、ガラス層１６には、流通路１７が形成されている。水は、流通路１７を通り、電極基体１２の表面に形成される導電性の貴金属層１３に到達する。そして、到達した水は、貴金属層１３の表面で電気分解される。

貴金属層１３に到達した水が貴金属層１３と接触する面積は、貴金属層１３の面積に比べ極めて小さく、水と貴金属層１３が接触する部分に電流が集中（電流密度が高い）する。その結果、電解用電極１１に印加される電圧が高くなり、酸素発生の電圧が高くなる（過電圧が高くなる）。この酸素生成の電圧がある電圧以上になると、酸素の生成と同時に
酸素ラジカル等の活性種が生成され、この活性種と酸素が反応してオゾンが生成される。

したがって、オゾンが生成される電圧以上で酸素生成の電極反応が起こるように、ガラス層１６に形成する流通路１７の大きさと数（量）を制御することによって、所定の濃度のオゾン水を得ることができる。

本実施の形態のガラス層１６は、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物１４と誘電体粒子１５から構成されている。ガラス層１６は、ガラス組成物１４に誘電体粒子１５が分散した状態にあるが、ガラス組成物１４と誘電体粒子１５は完全に密着した状態になく、微小な隙間が生じている。また、誘電体粒子１５同士の接触部も点接触であり、誘電体粒子１５の周りは微小な隙間がある。

本実施の形態のガラス層１６に形成された流通路１７は、ガラス組成物１４と誘電体粒子１５の隙間および誘電体粒子１５間の隙間を利用して形成されるものである。水と貴金属層１３が接触する面積は、流通路１７の大きさ、数（量）によって変化し、流通路１７の大きさ、数（量）は、ガラス層１６の膜厚、ガラス層１６に含まれる誘電体粒子１５の大きさと含有量によって変化する。

すなわち、ガラス層１６の膜厚を薄くし、誘電体粒子１５の粒径を大きくし、誘電体粒子１５の含有量を多くすると、流通路１７を流通する水と貴金属層１３が接触する面積が大きくなり、酸素発生の電圧が相対的に低くなる。一方、ガラス層１６の膜厚を厚くし、誘電体粒子１５の粒径を小さくし、誘電体粒子１５の含有量を少なくすると、流通路１７を流通する水と貴金属層１３が接触する面積が小さくなり、酸素発生の電圧が相対的に高くなる。

したがって、ガラス層１６の膜厚、誘電体粒子１５の粒径、含有量を制御することで、オゾンの生成量を制御することができる。このため、電極の設計の自由度が大きくなり、実用性の高い電解用電極１１を提供することができる。

また、本実施の形態の誘電体粒子１５を含むガラス層１６は、誘電体粒子を含まないガラス層よりも、水と貴金属層１３が接触する面積が大きくなる。このため、酸素発生の電圧が低くなり、オゾン生成量は少なくなる。したがって、両者のオゾン生成量を同等にするためには、ガラス層１６の膜厚を、誘電体粒子を含まないガラス層よりも厚くする必要がある。

ガラス層１６の膜厚を厚くすることにより、単位膜厚の変化に対し、酸素発生の電圧の変化を小さくすることができる。このおため、膜厚の変動によるオゾン生成量の変動を小さくすることができる。その結果、所定のオゾン生成量を得やすい電解用電極１１を提供することができる。また、ガラス層１６の形成に用いられるガラスペーストの塗布条件の管理幅を広くすることができるので、品質の安定した電解用電極１１の生産を容易にできる。

なお、本実施の形態のガラス層１６は、オゾン生成がガラス層１６の膜厚、ガラス層１６に含有する誘電体粒子１５の粒径、含有量によって変化する。このため、膜厚、粒径、含有量の範囲は、所定のオゾン生成量が得られように適宜選択されるものであり、限定されるものではない。

また、本実施の形態のガラス層１６は、貴金属層１３との接着性に優れ、かつガラス成分が貴金属層１３の孔を介して電極基体１２とも接着させることができる。このため、水の電気分解によって発生する酸素などのガスの圧力によるガラス層１６の破壊や剥離を防
止することができる。また、ガラス層１６と貴金属層１３の界面や貴金属層１３と電極基体１２の界面の水の浸食による層間剥離を防止することができる。その結果、水と貴金属層１３が接触する面積を安定して維持することができるので、電解用電極１１は長期にわたり初期のオゾン生成性能を実現することができる。

電解用電極１１は、目的とするオゾンを生成させるために、アノード電極として用いられる。アノード電極側では、酸素発生の電極反応が起こるため、電解用電極１１を構成するガラス層１６、貴金属層１３はｐＨの低い強酸性環境に曝される。

一方、カソード電極の電極表面は、水に含まれるカルシウムイオンなどの金属イオンが還元され、スケール成分として付着する。そのため、アノード電極とカソード電極を反転し、スケールを除去するという操作（転極）が行われるが、電解用電極１１がカソード電極となるため、電極表面は、ｐＨの高い強塩基性環境となる。

しかしながら、本実施の形態の電解用電極１１は、ガラス層１６に主成分が二酸化珪素であるガラス組成物を用いており、二酸化珪素のガラス組成物が耐酸性、耐塩基性に優れている。これにより、強酸性、強塩基性の環境下でもガラス層１６の成分の溶出が抑制され、ガラス層１６の剥離や溶解を防止することができ、長期にわたり安定したオゾン生成性能を維持することができる。

耐酸性と耐塩基性が両立するガラス層１６中の二酸化珪素の含有量は、６０重量％以下になると、他のガラス成分の溶出が多くなり、ガラス層の溶解が起こる。一方、９０重量％以上では、ガラス層の溶出が防止されるが、二酸化珪素の含有量が多くなると、焼成温度が高くなり、電極基体１２に激しい酸化や変形が発生する。このため、ガラス層１６の二酸化珪素の含有量は、６０〜９０重量％が適している。

また、本実施の形態のガラス層１６に含まれる誘電体粒子１５の材料は、耐酸性、耐塩基性環境下の水質に暴露されても溶解量が少ないチタン、ニオブ、シリコン、アルミニウムの酸化物、窒化物が好適である。

本実施の形態のガラス層１６は、アルカリ金属、およびアルカリ土類金属の化合物を含まない組成のガラスとすることが好ましい。アルカリ金属、アルカリ土類金属の化合物を含有したガラス層は、長期間水中で浸漬されると、アルカリ金属、アルカリ土類金属が徐々に溶出し、多孔質化する。ガラス層が多孔質化すると、水が接触する貴金属層１３の面積が増加し、酸素生成の電圧が低下し、オゾン生成性能が低下する。

本実施の形態のガラス層１６は、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物１４と誘電体粒子１５とからなる。ガラス層１６は、アルカリ金属、アルカリ土類金属の化合物を含んでいないので、ガラス成分の溶出が抑制され、電解用電極１１を長期間作動させてもガラス層１６の多孔質化を抑制することが可能となり、長期にわたり初期のオゾン生成性能を維持することができる。

本実施の形態の貴金属層１３は、水を電解分解させるための電極反応を高める材料が好ましい。電極反応を活性化させる材料は、貴金属を含む材料が挙げられるが、中でも、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、インジウムの貴金属、これら貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物がよい。

これにより、水の電気分解性能を高くすることができるので、オゾンの生成量を多くすることができる。また、化学的に安定した材料であるので、優れた耐久性を実現することができる。

本実施の形態のガラス層１６は、従来の電解用電極のように、十数回以上の塗り重ねを必要とせず、多くとも数回の塗布、焼成の繰り返しで所定の膜厚を得ることができる。これにより、製造工程の簡素化、製造工数の削減による低コスト化が可能となり、生産性に優れた電解用電極１１を提供することができる。

また、本実施の形態では、電極基体１２として金属材料を挙げているが、セラミックなどの誘電体の基板でもよい。セラミック基板を電極基体１２として用いる場合は、電源に電気的に接続される電解用電極の端子部を貴金属層１３と同じように導電性の被膜を設けることで電解用電極１１を実現することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態おける電解用電極の厚さ方向の概略断面拡大図である。実施の形態１と異なる点は、貴金属層の構成材料にある。なお、図３において、実施の形態１と同じ構成材料には、同じ符号を付して説明を省略している。

電解用電極１１は、電極基体１２と、電極基体１２の一方の表面に形成される貴金属層２５と、貴金属層２５の表面に形成されるガラス層１６とから構成される。

電極基体１２、およびガラス層１６は、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。

本実施の形態の貴金属層２５は、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物２６に、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種の貴金属粒子２７を分散させた状態で構成している。

具体的には、貴金属層２５は、貴金属粒子２７と、主成分が二酸化珪素のガラス組成物の出発原料である、主成分が二酸化珪素のガラスフリットと樹脂と溶剤を混合した導電性ペーストを作製し、これを電極基体１２に塗布し、焼成することにより形成している。

このように作製した電解用電極２４は、貴金属層２５には、ガラス層１６と同じ組成のガラス組成物を用いているので、ガラス層１６と貴金属層２５の接着性をさらに向上させることができ、電極反応によって水が電気分解されたときに発生するガスによるガラス層１６の破壊や剥離が防止される。

また、本実施の形態の貴金属層２５は、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物を含んでいるので、電極基体１２との接着性を第１の実施の形態よりも、さらに向上させることができる。ガラス層１６と貴金属層２５の界面だけでなく、貴金属層２５と電極基体１２の界面おける水の浸食による層間剥離を防止することができる。その結果、水と貴金属層２５が接触する面積を安定して維持することができるので、電解用電極２４は、長期にわたり初期のオゾン生成性能を実現することができる。

次に、第１の実施の形態、第２の実施の形態における電解用電極１１、２４の効果を確認するため、図２で示した電解装置１８を用い、耐久性を評価した。

電解用電極の有効電極面積を９ｃｍ２、電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ２、通水する水の流量を９０ｍｌ／分とし、電解用電極１１、２４をアノード電極として３０分、カソード電極として３０分（転極）の運転動作の繰り返し試験を実施した。対極となる電極は、市販の白金電極を用いている。

比較として、実施の形態１のガラス層１６として、ビスマス系ガラスを用いたもの、従来例の誘電体層を用いたものについても同様な試験を実施した。

表１にその結果を示す。

第１の実施の形態、第２の実施の形態による電解用電極は、従来例の電解用電極よりも高いオゾン生成性能を示し、本実施の形態の効果が確認された。

また、第１の実施の形態のガラス層１６を、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物に替えて、ビスマス系ガラス組成物を用いた電解用電極は、貴金属層、ガラス層がともに溶解、剥離し、オゾンの生成能力はなくなっていた。

以上のように、本発明の電解用電極は、耐久性に優れていることが実証された。

第１の実施の形態、第２の実施の形態におけるガラス層１６は、酸素生成の電圧を高くすることにより、オゾンが生成される。オゾンが生成される酸素生成の電圧を明確にするため、電解質として０．１Ｍｏｌ濃度の硫酸ナトリウム、参照電極としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極、対極として白金、作用極として本実施の形態の電解用電極１１、２４を用い、ポテンショスタット測定器によって電流−電圧特性を評価した。

その結果、電解用電極１１、２４の電圧は、１．６〜３Ｖ（参照電極の電位に対して）の範囲がオゾン生成に好適であることがわかった。１．６Ｖ未満では、オゾンの生成量が少なく、３Ｖより高いと、オゾンの生成によって流れる電流が大きくなり、貴金属層２５に含まれる貴金属が溶出して耐久性が低下する。

なお、本実施の形態のガラス層１６では、従来例のように貴金属層１３、２５に到達するクラックは発生しておらず、従来技術のようにクラックを水の流通路とするものではない。

また、ガラス層１６に用いられるガラス組成物は、酸素を酸化し、オゾンを生成させる触媒効果もないと判断する。

以上のように、第１の実施の形態、第２の実施の形態における電解用電極は、ガラス層によってオゾンが生成される電圧を制御できるので、任意の濃度のオゾン水を製造することができる。また、ガラス層と貴金属層の接着性が高く、ガラス層の剥離が防止されるため、耐久性に優れ、長期にわたり安定したオゾン濃度の水を得ることができる。

また、ガラス層は簡単な工程で容易に形成できるので、生産性に優れている。

さらに、第１の実施の形態、第２の実施の形態における電解用電極を有する電解装置を備えた電気機器を提供することで、この電解用電極を有する電解装置が生成するオゾンにより、水や食品の除菌、臭気成分の分解による室内の脱臭、風呂水の浄化、浴槽の汚染防止などが実現できる。

以上のように、本発明にかかる電解用電極は、安定したオゾンの生成や耐久性を向上させるとともに、生産性に優れているので、オゾンによる水や食品の除菌、臭気成分の分解による室内の脱臭、風呂水の浄化、浴槽の汚染防止などの機能を有する電解装置を備えた電気機器に適用できる。

１１、２４ 電解用電極
１２ 電極基体
１３、２５ 貴金属層
１４、２６ ガラス組成物
１５ 誘電体粒子
１６ ガラス層
１７ 流通路
２５ 貴金属層
２７ 貴金属粒子

Claims (8)

1. 電極基体と、
   前記電極基体の表面に形成され、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種からなる貴金属層と、
   前記貴金属層の表面に形成され、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と、誘電体粒子からなるガラス層と、
   から構成される電解用電極。
2. 前記ガラス層は、前記貴金属層に連通する流通路を有する請求項１に記載の電解用電極。
3. 前記流通路は、前記主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と前記誘電体粒子によって形成される請求項２に記載の電解用電極。
4. 中間層は、主成分が二酸化珪素であるガラス組成物と、貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物のうち、少なくとも１種からなる請求項１に記載の電解用電極。
5. 前記主成分が二酸化珪素であるガラス組成物は、二酸化珪素の含有量が６０〜９０重量％である請求項１または４のいずれか１項に記載の電解用電極。
6. 前記主成分が二酸化珪素であるガラス組成物は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含まない組成である請求項１または請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の電解用電極。
7. 前記中間層の貴金属、貴金属を含む合金、貴金属を含む酸化物は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、インジウムの少なくとも１種を含む請求項１または請求項４のいずれか１項に記載の電解用電極。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電解用電極を備えた電気機器。

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