JP2020045550A - Method for manufacturing electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrode.
食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液の電気分解、水の電気分解(以下、併せて「電解」という。)では、隔膜、より具体的にはイオン交換膜や微多孔膜を備えた電解槽を用いた方法が利用されている。この電解槽は、多くの場合その内部に多数直列に接続された電解セルを備える。各電解セルの間に隔膜を介在させて電解が行われる。電解セルでは、陰極を有する陰極室と、陽極を有する陽極室とが、隔壁(背面板)を介して、あるいはプレス圧力、ボルト締め等による押し付けを介して、背中合わせに配置されている。
現在これら電解槽に使用される陽極、陰極は、電解セルのそれぞれ陽極室、陰極室に溶接、折り込み等の方法により固定され、その後、保管、顧客先へ輸送される。一方、隔膜はそれ自体単独で塩化ビニル(塩ビ)製のパイプ等に巻いた状態で保管、顧客先へ輸送される。顧客先では電解セルを電解槽のフレーム上に並べ、隔膜を電解セルの間に挟んで電解槽を組み立てる。このようにして電解セルの製造および顧客先での電解槽の組立が実施されている。このような電解槽に適用しうる構造物として、特許文献1、2には、隔膜と電極が一体となった構造物が開示されている。
In the electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal chloride such as a saline solution and the electrolysis of water (hereinafter collectively referred to as "electrolysis"), an electrolytic cell provided with a diaphragm, more specifically, an ion exchange membrane or a microporous membrane is used. The method used is used. This electrolyzer often comprises a number of electrolysis cells connected in series therein. Electrolysis is performed with a diaphragm interposed between the electrolysis cells. In the electrolytic cell, a cathode chamber having a cathode and an anode chamber having an anode are arranged back to back via a partition (back plate) or through pressing by pressing pressure, bolting, or the like.
The anode and cathode currently used in these electrolytic cells are fixed to the anode and cathode chambers of the electrolytic cell by welding, folding, etc., and then stored and transported to the customer. On the other hand, the diaphragm itself is stored alone in a state of being wound on a pipe made of vinyl chloride (PVC) and transported to the customer. The customer arranges the electrolytic cells on the frame of the electrolytic cell, and assembles the electrolytic cell with the diaphragm interposed between the electrolytic cells. Thus, the production of the electrolytic cell and the assembly of the electrolytic cell at the customer site are performed. As structures applicable to such an electrolytic cell, Patent Documents 1 and 2 disclose a structure in which a diaphragm and an electrode are integrated.
電解運転をスタートし、継続していくと様々な要因で各部品は劣化、電解性能が低下し、ある時点で各部品を交換することになる。隔膜は電解セルの間から抜き出し、新しい隔膜を挿入することにより比較的簡単に更新することができる。一方、陽極や陰極は電解セルに固定されているため、電極更新時には電解槽から電解セルを取り出し、専用の更新工場まで搬出、溶接等の固定を外して古い電極を剥ぎ取った後、新しい電極を設置し、溶接等の方法で固定、電解工場に運搬、電解槽に戻す、という非常に煩雑な作業が発生するという課題がある。ここで、特許文献1、2に記載の隔膜と電極とを熱圧着にて一体とした構造物を上記の更新に利用することが考えられるが、当該構造物は、実験室レベルでは比較的容易に製造可能であっても、実際の商業サイズの電解セル(例えば、縦1.5m、横3m)に合わせて製造することは容易ではない。また、当該構造物を使用した場合でも、上述した煩雑な作業が発生することは避けられない。 When the electrolysis operation is started and continued, each component is degraded due to various factors, and the electrolysis performance is reduced, and each component is replaced at a certain time. The diaphragm can be relatively easily updated by withdrawing it from between the electrolysis cells and inserting a new diaphragm. On the other hand, since the anode and cathode are fixed to the electrolytic cell, when renewing the electrode, take out the electrolytic cell from the electrolytic cell, carry it out to a dedicated renewal factory, remove the fixing such as welding, peel off the old electrode, and then replace the new electrode There is a problem that a very complicated operation of installing, fixing by a method such as welding, transporting to an electrolytic plant, and returning to an electrolytic cell occurs. Here, it is conceivable to use a structure in which the diaphragm and the electrode described in Patent Documents 1 and 2 are integrated by thermocompression bonding for the above-mentioned renewal, but the structure is relatively easy at the laboratory level. However, it is not easy to manufacture the cell in accordance with an actual commercial size electrolytic cell (for example, 1.5 m in length and 3 m in width). Further, even when such a structure is used, it is inevitable that the above-mentioned complicated work will occur.
なお、陽極や陰極の劣化は、その全面において均一に進行するのではなく、局所的に劣化が進行する傾向がある。このように、陽極や陰極の一部分であっても、劣化したものについては、電解性能に影響を及ぼしうる。特に、劣化によって陽極や陰極を構成する金属線が断線すると、その部分において隣接する隔膜の損傷が生じやすくなる。このように、電解性能維持の観点からは、一部分であっても劣化した電極は交換することが望ましいが、コスト低減の観点からは、かかる対応には改善の余地があるといえる。 The deterioration of the anode and the cathode does not progress uniformly over the entire surface, but tends to locally progress. As described above, even if a part of the anode or the cathode is deteriorated, it may affect the electrolytic performance. In particular, when a metal wire forming the anode or the cathode is broken due to deterioration, damage to an adjacent diaphragm is likely to occur at that portion. Thus, from the viewpoint of maintaining the electrolytic performance, it is desirable to replace even a part of the deteriorated electrode, but from the viewpoint of cost reduction, it can be said that there is room for improvement in such measures.
上記に鑑みて、劣化した電極の劣化部分のみに、補修用の電極を当て、電極を構成する金属線を該当箇所で一本ずつ溶接していくことで、劣化した電極を補修することが考えられる。しかしながら、上記のような溶接の仕方(電極を構成する細い金属線を一本ずつ溶接)では、大面積の補修には作業効率の観点から問題がある。
また、劣化部分のみに、補修用の電極を当て、当該電極の外周部分をシールや接着剤で貼り付けることで、既存電極を補修することが考えられる。しかしながら、かかる貼付では、貼付部分の電極厚みが増すことにより、その部分において電極から隔膜への押圧が増加する。その部分においては、電解液が滞留する傾向にあるため、隔膜が劣化して電解性能に悪影響を及ぼし得る。
In view of the above, it is conceivable to repair the deteriorated electrode by applying the repair electrode only to the deteriorated portion of the deteriorated electrode and welding the metal wires constituting the electrode one by one at the corresponding locations. Can be However, in the above-mentioned welding method (welding thin metal wires constituting the electrodes one by one), there is a problem from the viewpoint of work efficiency in repairing a large area.
In addition, it is conceivable to repair an existing electrode by applying a repair electrode only to the deteriorated portion and attaching an outer peripheral portion of the electrode with a seal or an adhesive. However, in such attachment, the pressure from the electrode to the diaphragm increases in that portion due to an increase in the electrode thickness of the attached portion. In such a portion, the electrolyte solution tends to stagnate, so that the diaphragm may deteriorate and adversely affect the electrolytic performance.
本発明は、上記の従来技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、電解槽における電極更新の際のコストを低減すると共に作業効率を向上させ、更に補修後の電解性能も維持できる、電極の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and reduces the cost of electrode replacement in an electrolytic cell, improves work efficiency, and further maintains electrolytic performance after repair. It is an object of the present invention to provide a method for producing the same.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の厚みを有する電解用電極を用いることで、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の態様を包含する。
〔1〕
既存電極の表面を補修することにより、新たな電極を製造するための方法であって、
前記既存電極の表面の少なくとも1つの領域に、厚みが315μm以下である電解用電極を固定する工程(A)を有する、電極の製造方法。
〔2〕
前記領域において、前記電解用電極の少なくとも一部が、前記既存電極を貫通して固定されている、〔1〕に記載の電極の製造方法。
〔3〕
前記領域において、前記電解用電極の少なくとも一部が、前記既存電極の内部に位置して固定されている、〔1〕又は〔2〕のいずれかに記載の電極の製造方法。
〔4〕
前記既存電極と前記電解用電極とを固定するための固定用部材をさらに有する、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の電極の製造方法。
〔5〕
前記工程(A)において、前記電解用電極と前記既存電極との間に水が介在する、〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の電極の製造方法。
〔6〕
前記既存電極の補修前の電極厚みT1と補修後の電極厚みT2の比が、T2/T1として、1.0〜2.1未満である、〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の電極の製造方法。
〔7〕
前記電解用電極が、パンチング形状、エキスパンド形状又はメッシュ形状を有する、〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の電極の製造方法。
The present inventors have made intensive studies to solve the above problems, and as a result, have found that the above problems can be solved by using an electrode for electrolysis having a predetermined thickness, and have completed the present invention.
That is, the present invention includes the following embodiments.
[1]
A method for manufacturing a new electrode by repairing the surface of an existing electrode,
A method for manufacturing an electrode, comprising: a step (A) of fixing an electrode for electrolysis having a thickness of 315 μm or less to at least one region of the surface of the existing electrode.
[2]
The method for producing an electrode according to [1], wherein in the region, at least a part of the electrode for electrolysis penetrates the existing electrode and is fixed.
[3]
The electrode manufacturing method according to any one of [1] and [2], wherein at least a part of the electrode for electrolysis is located and fixed inside the existing electrode in the region.
[4]
The method for producing an electrode according to any one of [1] to [3], further comprising a fixing member for fixing the existing electrode and the electrode for electrolysis.
[5]
The method for producing an electrode according to any one of [1] to [4], wherein in the step (A), water is interposed between the electrode for electrolysis and the existing electrode.
[6]
The ratio of the electrode thickness T1 before the repair of the existing electrode to the electrode thickness T2 after the repair as T2 / T1 is less than 1.0 to less than 2.1, according to any of [1] to [5]. Manufacturing method of electrode.
[7]
The method for producing an electrode according to any one of [1] to [6], wherein the electrode for electrolysis has a punched shape, an expanded shape, or a mesh shape.
本発明に係る電極の製造方法によれば、電解槽における電極更新の際のコストを低減すると共に作業効率を向上させ、更に補修後の電解性能も維持できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the manufacturing method of the electrode which concerns on this invention, the cost at the time of electrode replacement in an electrolytic cell is reduced, work efficiency is improved, and the electrolytic performance after repair can also be maintained.
以下、本発明の実施形態(以下、本実施形態ともいう)について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は以下の内容に限定されない。また、添付図面は実施形態の一例を示したものであり、形態はこれに限定して解釈されるものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づく。図面の寸法及び比率は図示されたものに限られるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter, also referred to as the present embodiment) will be described in detail with reference to the drawings as necessary. The following embodiments are exemplifications for describing the present invention, and the present invention is not limited to the following contents. Further, the attached drawings show an example of the embodiment, and the form is not to be construed as being limited thereto. The present invention can be appropriately modified and implemented within the scope of the invention. In addition, the positional relationship such as up, down, left, and right in the drawings is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. The dimensions and ratios in the drawings are not limited to those shown.
[電極の製造方法]
本実施形態に係る電極の製造方法は、既存電極の表面を補修することにより、新たな電極を製造するための方法であって、前記既存電極の表面の少なくとも1つの領域に、厚みが315μm以下である電解用電極を固定する工程(A)を有する。
本実施形態に係る電極の製造方法によれば、上記の工程(A)を有するため、既存電極の一部を補修するのみで新たな電極を得ることができ、既存電極自体を除去して交換する作業が不要となる。また、補修部分の電極厚みの過度な増加を防止でき、その部分において電極から隔膜への押圧や電解液の滞留を防止できる。すなわち、本実施形態に係る電極の製造方法により、電解槽における電極更新の際のコストを低減すると共に作業効率を向上させ、更に補修後の電解性能も維持できる。
[Method of manufacturing electrode]
The method for manufacturing an electrode according to the present embodiment is a method for manufacturing a new electrode by repairing the surface of an existing electrode. (A) of fixing the electrode for electrolysis.
According to the method for manufacturing an electrode according to the present embodiment, since the method includes the step (A), a new electrode can be obtained only by repairing a part of the existing electrode, and the existing electrode itself is removed and replaced. Work is not required. In addition, an excessive increase in the electrode thickness of the repaired portion can be prevented, and pressing of the electrode from the electrode to the diaphragm and stagnation of the electrolyte can be prevented in that portion. That is, by the method for manufacturing an electrode according to the present embodiment, it is possible to reduce the cost of renewing the electrode in the electrolytic cell, improve the work efficiency, and maintain the electrolytic performance after the repair.
本実施形態において、既存電極は、「電解槽にて既に運転に供した電極(陽極又は陰極)」を想定しており、また、新たな電極は、既存電極と補修用部材としての電解用電極とを含むものであり、「未だ運転に供していない電極」を想定している。すなわち、既存電極は、運転に供したことで、少なくとも運転前に比べるとその電解性能が劣化したものということができる。なお、新たな電極として製造された電極をひとたび運転に供すると、「本実施形態における既存電極」となり、この既存電極を上述の工程(A)により再度補修したものは「本実施形態における新たな電極」となる。
また、本実施形態において、既存電極を備える電解槽を「既存電解槽」と称し、新たな電極を備える電解槽を「新たな電解槽」と称する。すなわち、既存電解槽は、「既に運転に供した電解槽」を想定しており、また、新たな電解槽は、「未だ運転に供していない電解槽」を想定している。ここで、新たな電解槽として製造された電解槽をひとたび運転に供すると、「本実施形態における既存電解槽」となり、この既存電解槽における既存電極を上述の工程(A)により補修したものは「本実施形態における新たな電解槽」となる。
なお、本実施形態において、「補修」とは、既存電極の電解性能を向上させ、電極が運転に供される前に有していた初期性能と同等の性能にする、又は、当該初期性能よりも高い性能とすることを意味する。
In the present embodiment, the existing electrode is assumed to be an “electrode (anode or cathode) already operated in the electrolytic cell”, and a new electrode is an existing electrode and an electrode for electrolysis as a repair member. And "electrodes that have not yet been operated". That is, it can be said that the electrolysis performance of the existing electrode is deteriorated at least as compared to before the operation, due to the operation. In addition, once the electrode manufactured as a new electrode is subjected to operation, it becomes an “existing electrode in the present embodiment”, and the existing electrode that has been repaired again in the above step (A) is referred to as a “new electrode in the present embodiment”. Electrode ".
In the present embodiment, an electrolytic cell provided with an existing electrode is referred to as an “existing electrolytic cell”, and an electrolytic cell provided with a new electrode is referred to as a “new electrolytic cell”. That is, the existing electrolytic cell is assumed to be “an electrolytic cell that has already been operated”, and the new electrolytic cell is assumed to be “an electrolytic cell that has not been operated yet”. Here, once the electrolytic cell manufactured as a new electrolytic cell is put into operation, it becomes “the existing electrolytic cell in the present embodiment”, and the existing electrode in this existing electrolytic cell repaired by the above-described step (A) is This is a “new electrolytic cell in the present embodiment”.
In the present embodiment, "repair" is to improve the electrolytic performance of the existing electrode, to make the performance equivalent to the initial performance that the electrode had before being provided for operation, or from the initial performance Also means high performance.
(工程(A))
本実施形態における工程(A)では、既存電極の表面の少なくとも1つの領域に、厚みが315μm以下である電解用電極を固定する。既存電極の表面は、特に限定されないが、隔膜の損傷を効果的に防止する観点から、既存電極の隔膜に対向する面であることが好ましい。すなわち、既存電極の隔膜対向面における少なくとも1つの領域に対して、本実施形態における電解用電極を固定することが好ましい。なお、本実施形態において、「固定」の手段は、種々の手段を採用することができる。好適な固定手段の具体例については後述する。
(Step (A))
In the step (A) in the present embodiment, an electrode for electrolysis having a thickness of 315 μm or less is fixed to at least one region of the surface of the existing electrode. The surface of the existing electrode is not particularly limited, but is preferably a surface facing the diaphragm of the existing electrode from the viewpoint of effectively preventing damage to the diaphragm. That is, it is preferable to fix the electrode for electrolysis in the present embodiment to at least one region on the diaphragm-facing surface of the existing electrode. In the present embodiment, various means can be adopted as the “fixed” means. Specific examples of suitable fixing means will be described later.
工程(A)において、電解用電極を固定する前に、既存電極の劣化した部分を特定し、当該劣化部分を切除する工程を含むことができる。上記劣化部分は、例えば、精密ハサミ等により容易に切除することができる。なお、このような切除に代えて、あるいは、切除の後処理として、隔膜を損傷させるような鋭利な部分を隔膜側に向かないように折り込む又は潰す処理を行ってもよい。 In the step (A), before fixing the electrode for electrolysis, a step of identifying a deteriorated portion of the existing electrode and cutting off the deteriorated portion can be included. The deteriorated portion can be easily removed by, for example, precision scissors or the like. Instead of such a resection, or as a post-resection process, a process of folding or crushing a sharp portion that damages the diaphragm so as not to face the diaphragm may be performed.
本実施形態においては、電解液の滞留を防止する観点から、工程(A)を経た段階で、電極厚み(既存電極の厚みに電解用電極の厚みを加えた厚み)が過度に増加しないことが好ましい。具体的には、既存電極の補修前の電極厚みT1と補修後の電極厚みT2の比が、T2/T1として、1.0以上2.1未満であることが好ましい。また、電解液の滞留をより一層防止する観点から、1.0超1.67以下であることがより好ましく、さらに好ましくは1.00以上1.67以下であり、よりさらに好ましくは1.01以上1.50以下であり、一層好ましくは1.02以上1.34以下である。 In the present embodiment, from the viewpoint of preventing the stagnation of the electrolytic solution, the electrode thickness (the thickness obtained by adding the thickness of the electrode for electrolysis to the thickness of the existing electrode) is not excessively increased at the stage after the step (A). preferable. Specifically, it is preferable that the ratio of the electrode thickness T1 of the existing electrode before repair to the electrode thickness T2 after repair is 1.0 / 2.1 or less as T2 / T1. In addition, from the viewpoint of further preventing the stagnation of the electrolytic solution, it is more preferably more than 1.0 and not more than 1.67, further preferably not less than 1.00 and not more than 1.67, and still more preferably not more than 1.01. Or more and 1.50 or less, more preferably 1.02 or more and 1.34 or less.
〔電解用電極〕
本実施形態における電解用電極は、電解に用いられる電極であって、厚みが315μm以下である限り特に限定されない。また、本実施形態における電解用電極は、既存電極が陽極である場合は陽極として機能するものであり、既存電極が陰極である場合は陰極として機能するものである。
(Electrode electrode)
The electrode for electrolysis in the present embodiment is an electrode used for electrolysis, and is not particularly limited as long as the thickness is 315 μm or less. In addition, the electrode for electrolysis in the present embodiment functions as an anode when the existing electrode is an anode, and functions as a cathode when the existing electrode is a cathode.
本実施形態における電解用電極は、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、給電体(劣化した電極及び触媒コーティングがされていない電極)などと良好な接着力を有する観点から、単位質量・単位面積あたりのかかる力が、1.6N/(mg・cm2)以下であることが好ましく、より好ましくは1.6N/(mg・cm2)未満であり、さらに好ましくは1.5N/(mg・cm2)未満であり、よりさらに好ましくは1.2N/mg・cm2以下であり、一層好ましくは1.20N/mg・cm2以下である。より一層好ましくは1.1N/mg・cm2以下であり、さらに一層好ましくは1.10N/mg・cm2以下であり、特に好ましくは1.0N/mg・cm2以下であり、1.00N/mg・cm2以下であることがとりわけ好ましい。
電解性能をより向上させる観点から、好ましくは0.005N/(mg・cm2)超であり、より好ましくは0.08N/(mg・cm2)以上であり、さらに好ましくは0.1N/mg・cm2以上であり、よりさらに好ましくは0.14N/(mg・cm2)以上である。大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、0.2N/(mg・cm2)以上が更により好ましい。
上記かかる力は、例えば、後述する開孔率、電極の厚み、算術平均表面粗さ等を適宜調整することで上記範囲とすることができる。より具体的には、例えば、開孔率を大きくすると、かかる力は小さくなる傾向にあり、開孔率を小さくすると、かかる力は大きくなる傾向にある。
また、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極及び触媒コーティングがされていない給電体などと良好な接着力を有し、さらに、経済性の観点から、単位面積あたりの質量が、48mg/cm2以下であることが好ましく、より好ましくは、30mg/cm2以下であり、さらに好ましくは、20mg/cm2以下であり、さらに、ハンドリング性、接着性及び経済性を合わせた総合的な観点から、15mg/cm2以下である。下限値は、特に限定されないが、例えば、1mg/cm2程度である。
上記単位面積あたりの質量は、例えば、後述する開孔率、電極の厚み等を適宜調整することで上記範囲とすることができる。より具体的には、例えば、同じ厚みであれば、開孔率を大きくすると、単位面積あたりの質量は小さくなる傾向にあり、開孔率を小さくすると、単位面積あたりの質量は大きくなる傾向にある。
The electrode for electrolysis in the present embodiment has good handling properties, and has good adhesive strength with a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a power supply (a deteriorated electrode and an electrode not coated with a catalyst), and the like. From the viewpoint of having, the applied force per unit mass / unit area is preferably 1.6 N / (mg · cm 2 ) or less, more preferably less than 1.6 N / (mg · cm 2 ), and It is preferably less than 1.5 N / (mg · cm 2 ), more preferably 1.2 N / mg · cm 2 or less, and even more preferably 1.20 N / mg · cm 2 or less. Even more preferably not more than 1.1N / mg · cm 2, even more preferably not more than 1.10N / mg · cm 2, particularly preferably at 1.0N / mg · cm 2 or less, 1.00 N / Mg · cm 2 or less is particularly preferred.
From the viewpoint of improving the electrolysis performance, preferably 0.005N / (mg · cm 2) greater, more preferably 0.08N / (mg · cm 2) or more, more preferably 0.1 N / mg Cm 2 or more, and more preferably 0.14 N / (mg · cm 2 ) or more. From the viewpoint that handling in a large size (for example, a size of 1.5 m × 2.5 m) becomes easy, 0.2 N / (mg · cm 2 ) or more is still more preferable.
The above-mentioned force can be set in the above-mentioned range by appropriately adjusting, for example, the porosity, the electrode thickness, and the arithmetic average surface roughness described later. More specifically, for example, when the aperture ratio is increased, the force tends to decrease, and when the aperture ratio is decreased, the force tends to increase.
In addition, good handling properties are obtained, and it has good adhesive strength with a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode and a power feeder that is not coated with a catalyst, and further, from the viewpoint of economy. The mass per unit area is preferably 48 mg / cm 2 or less, more preferably 30 mg / cm 2 or less, further preferably 20 mg / cm 2 or less. From a comprehensive point of view combining the cost and the economical efficiency, it is 15 mg / cm 2 or less. The lower limit is not particularly limited, but is, for example, about 1 mg / cm 2 .
The mass per unit area can be set in the above range by appropriately adjusting the porosity, the thickness of the electrode, and the like, which will be described later. More specifically, for example, if the thickness is the same, when the porosity is increased, the mass per unit area tends to decrease, and when the porosity is reduced, the mass per unit area tends to increase. is there.
かかる力は、以下の方法(i)または(ii)により測定でき、方法(i)の測定により得られた値(「かかる力(1)」とも称す)と、方法(ii)の測定により得られた値(「かかる力(2)」とも称す)とが、同一であってもよく、異なっていてもよいが、いずれの値であっても1.5N/mg・cm2未満となることが好ましい。 Such a force can be measured by the following method (i) or (ii). The value obtained by the measurement of the method (i) (also referred to as “the force (1)”) and the value obtained by the measurement of the method (ii) are obtained. Value (also referred to as “the applied force (2)”) may be the same or different, but any value is less than 1.5 N / mg · cm 2. Is preferred.
〔方法(i)〕
粒番号320のアルミナでブラスト加工を施して得られるニッケル板(厚み1.2mm、200mm角)と、イオン交換基が導入されたパーフルオロカーボン重合体の膜の両面に無機物粒子と結合剤を塗布したイオン交換膜(170mm角)と電極サンプル(130mm角)とをこの順で積層させ、この積層体を純水にて十分に浸漬した後、積層体表面に付着した余分な水分を除去することで測定用サンプルを得る。なお、ブラスト処理後のニッケル板の算術平均表面粗さ(Ra)は、0.5〜0.8μmである。算術平均表面粗さ(Ra)の具体的な算出方法は、実施例に記載のとおりである。
温度23±2℃、相対湿度30±5%の条件下で、この測定用サンプル中の電極サンプルのみを引張圧縮試験機を用いて、垂直方向に10mm/分で上昇させて、電極サンプルが、垂直方向に10mm上昇したときの加重を測定する。この測定を3回実施して平均値を算出する。
この平均値を、電極サンプルとイオン交換膜の重なり部分の面積、およびイオン交換膜と重なっている部分の電極サンプルにおける質量で除して、単位質量・単位面積あたりのかかる力(1)(N/mg・cm2)を算出する。
[Method (i)]
Inorganic particles and a binder were applied to both surfaces of a nickel plate (thickness: 1.2 mm, 200 mm square) obtained by blasting with alumina having a grain number of 320 and a film of a perfluorocarbon polymer into which ion-exchange groups had been introduced. An ion-exchange membrane (170 mm square) and an electrode sample (130 mm square) are laminated in this order, and the laminated body is sufficiently immersed in pure water to remove excess water adhering to the surface of the laminated body. Obtain a sample for measurement. The arithmetic average surface roughness (Ra) of the blasted nickel plate is 0.5 to 0.8 μm. The specific method of calculating the arithmetic average surface roughness (Ra) is as described in the examples.
Under the conditions of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 30 ± 5%, only the electrode sample in the measurement sample was vertically raised at a rate of 10 mm / min using a tensile compression tester, and the electrode sample was Measure the load when rising 10 mm in the vertical direction. This measurement is performed three times to calculate an average value.
The average value is divided by the area of the overlapping portion between the electrode sample and the ion exchange membrane and the mass of the overlapping portion of the ion exchange membrane in the electrode sample, and the force per unit mass / unit area (1) (N / Mg · cm 2 ).
方法(i)により得られる、単位質量・単位面積あたりのかかる力(1)は、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極及び触媒コーティングがされていない給電体と良好な接着力を有するとの観点から、1.6N/(mg・cm2)以下であることが好ましく、より好ましくは1.6N/(mg・cm2)未満であり、さらに好ましくは1.5N/(mg・cm2)未満であり、よりさらに好ましくは1.2N/mg・cm2以下であり、一層好ましくは1.20N/mg・cm2以下である。より一層好ましくは1.1N/mg・cm2以下であり、さらに一層好ましくは1.10N/mg・cm2以下であり、特に好ましくは1.0N/mg・cm2以下であり、1.00N/mg・cm2以下であることがとりわけ好ましい。また、電解性能をより向上させる観点から、好ましくは0.005N/(mg・cm2)超であり、より好ましくは0.08N/(mg・cm2)以上であり、さらに好ましくは、0.1N/(mg・cm2)以上であり、さらに、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、よりさらに好ましくは、0.14N/(mg・cm2)であり、0.2N/(mg・cm2)以上であることが一層好ましい。 The force (1) applied per unit mass / unit area obtained by the method (i) provides good handling properties, and has a membrane such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode and a catalyst coating. From the viewpoint of having a good adhesive strength with no power feeder, it is preferably 1.6 N / (mg · cm 2 ) or less, more preferably less than 1.6 N / (mg · cm 2 ), and It is preferably less than 1.5 N / (mg · cm 2 ), more preferably 1.2 N / mg · cm 2 or less, and even more preferably 1.20 N / mg · cm 2 or less. Even more preferably not more than 1.1N / mg · cm 2, even more preferably not more than 1.10N / mg · cm 2, particularly preferably at 1.0N / mg · cm 2 or less, 1.00 N / Mg · cm 2 or less is particularly preferred. From the viewpoint of further improving electrolytic performance, preferably 0.005N / (mg · cm 2) greater, more preferably 0.08N / (mg · cm 2) or more, more preferably, 0. 1 N / (mg · cm 2 ) or more, and further preferably 0.14 N / (mg) from the viewpoint that handling in a large size (for example, a size of 1.5 m × 2.5 m) becomes easy. .Cm 2 ), and more preferably 0.2 N / (mg · cm 2 ) or more.
〔方法(ii)〕
粒番号320のアルミナでブラスト加工を施して得られるニッケル板(厚み1.2mm、200mm角、上記方法(i)と同様のニッケル板)と、電極サンプル(130mm角)とをこの順で積層させ、この積層体を純水にて十分に浸漬した後、積層体表面に付着した余分な水分を除去することで測定用サンプルを得る。温度23±2℃、相対湿度30±5%の条件下で、この測定用サンプル中の電極サンプルのみを、引張圧縮試験機を用いて、垂直方向に10mm/分で上昇させて、電極サンプルが、垂直方向に10mm上昇したときの加重を測定する。この測定を3回実施して平均値を算出する。
この平均値を、電極サンプルとニッケル板の重なり部分の面積、およびニッケル板と重なっている部分における電極サンプルの質量で除して、単位質量・単位面積あたりの接着力(2)(N/mg・cm2)を算出する。
[Method (ii)]
A nickel plate (thickness 1.2 mm, 200 mm square, nickel plate similar to the method (i)) obtained by blasting with alumina having a grain number of 320 and an electrode sample (130 mm square) are laminated in this order. After sufficiently immersing the laminate in pure water, a sample for measurement is obtained by removing excess water attached to the surface of the laminate. Under the conditions of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 30 ± 5%, only the electrode sample in the measurement sample was vertically moved at a rate of 10 mm / min using a tensile compression tester, and the electrode sample was , And the weight when rising by 10 mm in the vertical direction is measured. This measurement is performed three times to calculate an average value.
This average value was divided by the area of the overlapping portion between the electrode sample and the nickel plate and the mass of the electrode sample in the portion overlapping with the nickel plate to obtain the adhesive force per unit mass / unit area (2) (N / mg・ Calculate cm 2 ).
方法(ii)により得られる、単位質量・単位面積あたりのかかる力(2)は、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極及び触媒コーティングがされていない給電体と良好な接着力を有するとの観点から、1.6N/(mg・cm2)以下であることが好ましく、より好ましくは1.6N/(mg・cm2)未満であり、さらに好ましくは1.5N/(mg・cm2)未満であり、よりさらに好ましくは1.2N/mg・cm2以下であり、一層好ましくは1.20N/mg・cm2以下である。より一層好ましくは1.1N/mg・cm2以下であり、さらに一層好ましくは1.10N/mg・cm2以下であり、特に好ましくは1.0N/mg・cm2以下であり、1.00N/mg・cm2以下であることがとりわけ好ましい。さらに、電解性能をより向上させる観点から、好ましくは0.005N/(mg・cm2)超であり、より好ましくは0.08N/(mg・cm2)以上であり、さらに好ましくは、0.1N/(mg・cm2)以上であり、よりさらに好ましくは、さらに、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、よりさらに好ましくは0.14N/(mg・cm2)以上である。 The force (2) applied per unit mass and unit area, obtained by the method (ii), provides good handling properties, and has a membrane such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode and a catalyst coating. From the viewpoint of having good adhesive strength with no power feeder, it is preferably 1.6 N / (mg · cm 2 ) or less, more preferably less than 1.6 N / (mg · cm 2 ), and It is preferably less than 1.5 N / (mg · cm 2 ), still more preferably 1.2 N / mg · cm 2 or less, and even more preferably 1.20 N / mg · cm 2 or less. Even more preferably not more than 1.1N / mg · cm 2, even more preferably not more than 1.10N / mg · cm 2, particularly preferably at 1.0N / mg · cm 2 or less, 1.00 N / Mg · cm 2 or less is particularly preferred. Furthermore, from the standpoint of further improving electrolytic performance, preferably 0.005N / (mg · cm 2) greater, more preferably 0.08N / (mg · cm 2) or more, more preferably, 0. 1 N / (mg · cm 2 ) or more, more preferably still more preferably 0.1 from the viewpoint that handling in a large size (for example, size 1.5 m × 2.5 m) becomes easy. 14 N / (mg · cm 2 ) or more.
本実施形態における電解用電極は、特に限定されないが、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極(給電体)及び触媒コーティングがされていない電極(給電体)と良好な接着力を有するとの観点から、以下の方法(2)により測定した割合が、90%以上であることが好ましく、92%以上であることがより好ましく、さらに、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、95%以上であることがさらに好ましい。上限値は、100%である。
〔方法(2)〕
イオン交換膜(170mm角)と、電極サンプル(130mm角)とをこの順で積層させる。温度23±2℃、相対湿度30±5%の条件下で、この積層体中の電極サンプルが外側になるように、ポリエチレンのパイプ(外径280mm)の曲面上に積層体を置き、積層体とパイプを純水にて十分に浸漬させ、積層体表面及びパイプに付着した余分な水分を除去し、その1分後に、イオン交換膜(170mm角)と、電極サンプルとが密着している部分の面積の割合(%)を測定する。
Although the electrode for electrolysis in the present embodiment is not particularly limited, good handleability is obtained, and a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode (feeder), and an electrode not coated with a catalyst (feeder). From the viewpoint of having good adhesive strength with the (body), the ratio measured by the following method (2) is preferably 90% or more, more preferably 92% or more, and further, a large size ( For example, from the viewpoint of easy handling at a size of 1.5 m × 2.5 m), it is more preferably 95% or more. The upper limit is 100%.
[Method (2)]
An ion exchange membrane (170 mm square) and an electrode sample (130 mm square) are laminated in this order. Under a condition of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 30 ± 5%, the laminate is placed on a curved surface of a polyethylene pipe (outer diameter: 280 mm) such that the electrode sample in the laminate is on the outside. And the pipe are sufficiently immersed in pure water to remove excess water adhering to the surface of the laminate and the pipe, and one minute later, a portion where the ion exchange membrane (170 mm square) and the electrode sample are in close contact. The ratio (%) of the area of is measured.
本実施形態における電解用電極は、特に限定されないが、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極(給電体)及び触媒コーティングがされていない電極(給電体)と良好な接着力を有し、好適にロール状に巻け、良好に折り曲げることができるとの観点から、以下の方法(3)により測定した割合が、75%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、さらに、大型サイズ(例えば、サイズ1.5m×2.5m)での取り扱いが容易になるとの観点から、90%以上であることがさらに好ましい。上限値は、100%である。
〔方法(3)〕
イオン交換膜(170mm角)と、電極サンプル(130mm角)とをこの順で積層させる。温度23±2℃、相対湿度30±5%の条件下で、この積層体中の電極サンプルが外側になるように、ポリエチレンのパイプ(外径145mm)の曲面上に積層体を置き、積層体とパイプを純水にて十分に浸漬させ、積層体表面及びパイプに付着した余分な水分を除去し、その1分後に、イオン交換膜(170mm角)と、電極サンプルとが密着している部分の面積の割合(%)を測定する。
Although the electrode for electrolysis in the present embodiment is not particularly limited, good handling properties can be obtained, and a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode (feeder) and an electrode not coated with a catalyst (feeder). From the viewpoint that it has good adhesive strength to the body) and can be suitably wound into a roll and can be folded well, the ratio measured by the following method (3) is preferably 75% or more, It is more preferably at least 80%, and even more preferably at least 90%, from the viewpoint that handling in a large size (for example, size of 1.5 m × 2.5 m) becomes easy. The upper limit is 100%.
[Method (3)]
An ion exchange membrane (170 mm square) and an electrode sample (130 mm square) are laminated in this order. Under a condition of a temperature of 23 ± 2 ° C. and a relative humidity of 30 ± 5%, the laminate is placed on a curved surface of a polyethylene pipe (outer diameter: 145 mm) so that the electrode sample in the laminate is outside, and the laminate is formed. And the pipe are sufficiently immersed in pure water to remove excess water adhering to the surface of the laminate and the pipe. One minute later, the portion where the ion exchange membrane (170 mm square) and the electrode sample are in close contact with each other. The ratio (%) of the area of is measured.
本実施形態における電解用電極は、特に限定されないが、良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極(給電体)及び触媒コーティングがされていない電極(給電体)と良好な接着力を有し、電解中に発生するガスの滞留防止の観点から、多孔構造であり、その開孔率または空隙率が5〜90%以下であることが好ましい。開孔率は、より好ましくは10〜80%以下であり、さらに好ましくは、20〜75%である。
なお、開孔率とは、単位体積あたりの開孔部の割合である。開孔部もサブミクロンオーダーまで勘案するのか、目に見える開口のみ勘案するのかによって、算出方法が様々である。本実施形態では、電極のゲージ厚み、幅、長さの値から体積Vを算出し、更に重量Wを実測することにより、開孔率Aを下記の式で算出した。
A=(1−(W/(V×ρ))×100
ρは電極の材質の密度(g/cm3)である。例えばニッケルの場合は8.908g/cm3、チタンの場合は4.506g/cm3である。開孔率の調整は、パンチングメタルであれば単位面積あたりに金属を打ち抜く面積を変更する、エキスパンドメタルであればSW(短径)、LW(長径)、送りの値を変更する、メッシュであれが金属繊維の線径、メッシュ数を変更する、エレクトロフォーミングであれば使用するフォトレジストのパターンを変更する、不織布であれば金属繊維径および繊維密度を変更する、発泡金属であれは空隙を形成させるための鋳型を変更する等の方法により適宜調整することができる。
Although the electrode for electrolysis in the present embodiment is not particularly limited, good handling properties can be obtained, and a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode (feeder) and an electrode not coated with a catalyst (feeder). From the viewpoint of preventing the gas generated during electrolysis from staying, the porous structure is preferable, and the porosity or porosity thereof is preferably 5 to 90% or less. The porosity is more preferably 10 to 80% or less, and further preferably 20 to 75%.
The porosity is the ratio of the porosity per unit volume. There are various calculation methods depending on whether the opening is also considered to the submicron order or only the visible opening. In the present embodiment, the volume V is calculated from the values of the gauge thickness, width, and length of the electrode, and the weight W is actually measured to calculate the porosity A by the following equation.
A = (1− (W / (V × ρ)) × 100
ρ is the density (g / cm 3 ) of the electrode material. For example, nickel is 8.908 g / cm 3 and titanium is 4.506 g / cm 3 . To adjust the aperture ratio, change the area of punching metal per unit area in the case of punching metal, change the value of SW (shorter diameter), LW (longer diameter), and feed in the case of expanded metal. Changes the wire diameter and mesh number of metal fibers, changes the pattern of the photoresist used for electroforming, changes the metal fiber diameter and fiber density for nonwoven fabrics, and forms voids for foamed metal It can be adjusted as appropriate by a method such as changing a mold to be used.
以下、本実施形態における電解用電極の一形態について、説明する。
本実施形態に係る電解用電極は、電解用電極基材及び触媒層を含むことが好ましい。触媒層は以下の通り、複数の層で構成されてもよいし、単層構造でもよい。
図1に示すように、本実施形態に係る電解用電極100は、電解用電極基材10と、電解用電極基材10の両表面を被覆する一対の第一層20とを備える。第一層20は電解用電極基材10全体を被覆することが好ましい。これにより、電解用電極の触媒活性及び耐久性が向上し易くなる。なお、電解用電極基材10の一方の表面だけに第一層20が積層されていてもよい。
また、図1に示すように、第一層20の表面は、第二層30で被覆されていてもよい。第二層30は、第一層20全体を被覆することが好ましい。また、第二層30は、第一層20の一方の表面だけ積層されていてもよい。
Hereinafter, one form of the electrode for electrolysis in the present embodiment will be described.
The electrode for electrolysis according to the present embodiment preferably includes an electrode substrate for electrolysis and a catalyst layer. As described below, the catalyst layer may be composed of a plurality of layers or may have a single-layer structure.
As shown in FIG. 1, the electrode for electrolysis 100 according to the present embodiment includes an electrode base for electrolysis 10 and a pair of first layers 20 covering both surfaces of the electrode base for electrolysis 10. The first layer 20 preferably covers the entire electrode base 10 for electrolysis. Thereby, the catalytic activity and durability of the electrode for electrolysis are easily improved. The first layer 20 may be laminated only on one surface of the electrode substrate 10 for electrolysis.
Further, as shown in FIG. 1, the surface of the first layer 20 may be covered with the second layer 30. The second layer 30 preferably covers the entire first layer 20. Further, the second layer 30 may be laminated only on one surface of the first layer 20.
(電解用電極基材)
電解用電極基材10としては、特に限定されるものではないが、例えばニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、またはチタンなどに代表されるバルブ金属を使用でき、ニッケル(Ni)及びチタン(Ti)から選ばれる少なくとも1種の元素を含むことが好ましい。
ステンレススチールを高濃度のアルカリ水溶液中で用いた場合、鉄及びクロムが溶出すること、及びステンレススチールの電気伝導性がニッケルの1/10程度であることを考慮すると、電解用電極基材としてはニッケル(Ni)を含む基材が好ましい。
また、電解用電極基材10は、飽和に近い高濃度の食塩水中で、塩素ガス発生雰囲気で用いた場合、材質は耐食性の高いチタンであることも好ましい。
電解用電極基材10の形状には特に限定はなく、目的によって適切な形状を選択することができる。形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。この中でも、パンチングメタルあるいはエキスパンドメタルが好ましい。なお、エレクトロフォーミングとは、写真製版と電気メッキ法を組み合わせて、精密なパターンの金属薄膜を製作する技術である。基板上にフォトレジストにてパターン形成し、レジストに保護されていない部分に電気メッキを施し、金属薄を得る方法である。
電解用電極基材の形状については、電解槽における陽極と陰極との距離によって好適な仕様がある。特に限定されるものではないが、陽極と陰極とが有限な距離を有する場合には、エキスパンドメタル、パンチングメタル形状を用いることができ、イオン交換膜と電極とが接するいわゆるゼロギャップ電解槽の場合には、細い線を編んだウーブンメッシュ、金網、発泡金属、金属不織布、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属多孔箔などを用いることができる。
電解用電極基材10としては、金属多孔箔、金網、金属不織布、パンチングメタル、エキスパンドメタル又は発泡金属が挙げられる。すなわち、電解用電極としては、パンチング形状、エキスパンド形状又はメッシュ形状を有するものであることが好ましい。
パンチングメタル、エキスパンドメタルに加工する前の板材としては、圧延成形した板材、電解箔などが好ましい。電解箔は、更に後処理として母材と同じ元素でメッキ処理を施して、片面あるいは両面に凹凸をつけることが好ましい。
また、電解用電極基材10の厚みは、315μm未満であることが好ましく、300μm以下であることが好ましく、205μm以下であることがより好ましく、155μm以下であることが更に好ましく、135μm以下であることが更により好ましく、125μm以下であることがより更により好ましく、120μm以下であることが一層好ましく、100μm以下であることがより一層好ましく、ハンドリング性と経済性の観点から、50μm以下であることがより更に一層好ましい。下限値は、特に限定さないが、例えば、1μmであり、好ましく5μmであり、より好ましくは15μmである。
(Electrode electrode substrate)
The electrode substrate 10 for electrolysis is not particularly limited. For example, a valve metal typified by nickel, nickel alloy, stainless steel, titanium or the like can be used, and nickel (Ni) and titanium (Ti) are used. It preferably contains at least one selected element.
When stainless steel is used in a high-concentration alkaline aqueous solution, considering that iron and chromium are eluted and that the electrical conductivity of stainless steel is about 1/10 of nickel, A substrate containing nickel (Ni) is preferred.
When the electrode substrate 10 for electrolysis is used in a chlorine gas generating atmosphere in a saline solution having a high concentration close to saturation, it is also preferable that the material is titanium having high corrosion resistance.
The shape of the electrode substrate for electrolysis 10 is not particularly limited, and an appropriate shape can be selected depending on the purpose. As the shape, any of a punched metal, a nonwoven fabric, a foamed metal, an expanded metal, a porous metal foil formed by electroforming, and a so-called woven mesh formed by knitting a metal wire can be used. Among them, a punching metal or an expanded metal is preferable. Note that electroforming is a technique for producing a metal thin film with a precise pattern by combining photolithography and electroplating. In this method, a pattern is formed on a substrate with a photoresist, and electroplating is performed on a portion not protected by the resist to obtain a thin metal.
Regarding the shape of the electrode substrate for electrolysis, there are preferable specifications depending on the distance between the anode and the cathode in the electrolytic cell. Although not particularly limited, when the anode and the cathode have a finite distance, expanded metal and punched metal shapes can be used. For example, a woven mesh, a wire mesh, a foamed metal, a metal nonwoven fabric, an expanded metal, a punching metal, a metal porous foil, or the like can be used.
Examples of the electrode substrate for electrolysis 10 include a metal porous foil, a wire mesh, a metal nonwoven fabric, a punching metal, an expanded metal, and a foamed metal. That is, the electrode for electrolysis preferably has a punched shape, an expanded shape, or a mesh shape.
As a plate material before being processed into a punching metal or an expanded metal, a roll-formed plate material, an electrolytic foil, or the like is preferable. It is preferable that the electrolytic foil is further subjected to a plating treatment with the same element as that of the base material as a post-treatment, so that one side or both sides are provided with irregularities.
In addition, the thickness of the electrode substrate for electrolysis 10 is preferably less than 315 μm, more preferably 300 μm or less, more preferably 205 μm or less, further preferably 155 μm or less, and more preferably 135 μm or less. Is still more preferably 125 μm or less, still more preferably 120 μm or less, even more preferably 100 μm or less, and from the viewpoint of handling and economy, it is 50 μm or less. Is even more preferred. The lower limit is not particularly limited, but is, for example, 1 μm, preferably 5 μm, and more preferably 15 μm.
電解用電極基材においては、電解用電極基材を酸化雰囲気中で焼鈍することによって加工時の残留応力を緩和することが好ましい。また、電解用電極基材の表面には、前記表面に被覆される触媒層との密着性を向上させるために、スチールグリッド、アルミナ粉などを用いて凹凸を形成し、その後酸処理により表面積を増加させることが好ましい。または、基材と同じ元素でメッキ処理を施し、表面積を増加させることが好ましい。 In the electrode substrate for electrolysis, it is preferable that the electrode substrate for electrolysis is annealed in an oxidizing atmosphere to reduce residual stress during processing. Further, on the surface of the electrode substrate for electrolysis, in order to improve the adhesion with the catalyst layer coated on the surface, irregularities are formed using a steel grid, alumina powder, or the like, and then the surface area is increased by an acid treatment. Preferably, it is increased. Alternatively, it is preferable to increase the surface area by performing plating with the same element as the base material.
電解用電極基材10には、第一層20と電解用電極基材10の表面とを密着させるために、表面積を増大させる処理を行うことが好ましい。表面積を増大させる処理としては、カットワイヤ、スチールグリッド、アルミナグリッド等を用いたブラスト処理、硫酸又は塩酸を用いた酸処理、基材と同元素でのメッキ処理等が挙げられる。基材表面の算術平均表面粗さ(Ra)は、特に限定されないが、0.05μm〜50μmが好ましく、0.1〜10μmがより好ましく、0.1〜8μmがさらに好ましい。 The electrode substrate 10 for electrolysis is preferably subjected to a treatment for increasing the surface area in order to make the first layer 20 and the surface of the electrode substrate 10 for electrolysis adhere to each other. Examples of the treatment for increasing the surface area include a blast treatment using a cut wire, a steel grid, an alumina grid, or the like, an acid treatment using sulfuric acid or hydrochloric acid, and a plating treatment using the same element as the base material. The arithmetic average surface roughness (Ra) of the substrate surface is not particularly limited, but is preferably 0.05 μm to 50 μm, more preferably 0.1 μm to 10 μm, and still more preferably 0.1 μm to 8 μm.
次に、本実施形態における電解用電極を食塩電解用陽極として使用する場合について説明する。
(第一層)
図1において、触媒層である第一層20は、ルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物のうち少なくとも1種類の酸化物を含む。ルテニウム酸化物としては、RuO2等が挙げられる。イリジウム酸化物としては、IrO2等が挙げられる。チタン酸化物としては、TiO2等が挙げられる。第一層20は、ルテニウム酸化物及びチタン酸化物の2種類の酸化物を含むか、又はルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物の3種類の酸化物を含むことが好ましい。それにより、第一層20がより安定な層になり、さらに、第二層30との密着性もより向上する。
Next, the case where the electrode for electrolysis in this embodiment is used as an anode for salt electrolysis will be described.
(First layer)
In FIG. 1, the first layer 20, which is a catalyst layer, contains at least one oxide of ruthenium oxide, iridium oxide, and titanium oxide. As the ruthenium oxide, RuO 2 and the like can be mentioned. Examples of the iridium oxide include IrO 2 . Examples of the titanium oxide include TiO 2 and the like. The first layer 20 preferably contains two kinds of oxides of ruthenium oxide and titanium oxide, or contains three kinds of oxides of ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide. Thereby, the first layer 20 becomes a more stable layer, and the adhesion to the second layer 30 is further improved.
第一層20が、ルテニウム酸化物及びチタン酸化物の2種類の酸化物を含む場合には、第一層20に含まれるルテニウム酸化物1モルに対して、第一層20に含まれるチタン酸化物は1〜9モルであることが好ましく、1〜4モルであることがより好ましい。2種類の酸化物の組成比をこの範囲とすることによって、電解用電極100は優れた耐久性を示す。 In the case where the first layer 20 contains two kinds of oxides, ruthenium oxide and titanium oxide, the titanium oxide contained in the first layer 20 is contained in one mole of the ruthenium oxide contained in the first layer 20. The amount of the compound is preferably 1 to 9 mol, more preferably 1 to 4 mol. By setting the composition ratio of the two oxides in this range, the electrode for electrolysis 100 exhibits excellent durability.
第一層20が、ルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物の3種類の酸化物を含む場合、第一層20に含まれるルテニウム酸化物1モルに対して、第一層20に含まれるイリジウム酸化物は0.2〜3モルであることが好ましく、0.3〜2.5モルであることがより好ましい。また、第一層20に含まれるルテニウム酸化物1モルに対して、第一層20に含まれるチタン酸化物は0.3〜8モルであることが好ましく、1〜7モルであることがより好ましい。3種類の酸化物の組成比をこの範囲とすることによって、電解用電極100は優れた耐久性を示す。 When the first layer 20 contains three kinds of oxides of ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide, the first layer 20 is contained in the first layer 20 with respect to 1 mol of the ruthenium oxide contained in the first layer 20. The amount of the iridium oxide is preferably from 0.2 to 3 mol, more preferably from 0.3 to 2.5 mol. Further, the titanium oxide contained in the first layer 20 is preferably 0.3 to 8 mol, more preferably 1 to 7 mol, based on 1 mol of the ruthenium oxide contained in the first layer 20. preferable. By setting the composition ratio of the three oxides in this range, the electrode for electrolysis 100 exhibits excellent durability.
第一層20が、ルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物の中から選ばれる少なくとも2種類の酸化物を含む場合、これらの酸化物は、固溶体を形成していることが好ましい。酸化物固溶体を形成することにより、電解用電極100はすぐれた耐久性を示す。 When the first layer 20 contains at least two kinds of oxides selected from ruthenium oxide, iridium oxide and titanium oxide, it is preferable that these oxides form a solid solution. By forming an oxide solid solution, the electrode for electrolysis 100 exhibits excellent durability.
上記の組成の他にも、ルテニウム酸化物、イリジウム酸化物及びチタン酸化物のうち少なくとも1種類の酸化物を含んでいる限り、種々の組成のものを用いることができる。例えば、DSA(登録商標)と呼ばれる、ルテニウム、イリジウム、タンタル、ニオブ、チタン、スズ、コバルト、マンガン、白金等を含む酸化物コーティングを第一層20として用いることも可能である。 In addition to the above compositions, various compositions can be used as long as they contain at least one oxide of ruthenium oxide, iridium oxide, and titanium oxide. For example, an oxide coating containing ruthenium, iridium, tantalum, niobium, titanium, tin, cobalt, manganese, platinum, or the like, which is called DSA (registered trademark), can be used as the first layer 20.
第一層20は、単層である必要はなく、複数の層を含んでいてもよい。例えば、第一層20が3種類の酸化物を含む層と2種類の酸化物を含む層とを含んでいてもよい。第一層20の厚みは0.05〜10μmが好ましく、0.1〜8μmがより好ましい。 The first layer 20 does not need to be a single layer and may include a plurality of layers. For example, the first layer 20 may include a layer containing three kinds of oxides and a layer containing two kinds of oxides. The thickness of the first layer 20 is preferably from 0.05 to 10 μm, more preferably from 0.1 to 8 μm.
(第二層)
第二層30は、ルテニウムとチタンを含むことが好ましい。これにより電解直後の塩素過電圧を更に低くすることができる。
(Second layer)
The second layer 30 preferably contains ruthenium and titanium. Thereby, the chlorine overvoltage immediately after electrolysis can be further reduced.
第二層30が酸化パラジウム、酸化パラジウムと白金の固溶体あるいはパラジウムと白金の合金を含むことが好ましい。これにより電解直後の塩素過電圧を更に低くすることができる。 The second layer 30 preferably contains palladium oxide, a solid solution of palladium oxide and platinum, or an alloy of palladium and platinum. Thereby, the chlorine overvoltage immediately after electrolysis can be further reduced.
第二層30は、厚い方が電解性能を維持できる期間が長くなるが、経済性の観点から0.05〜3μmの厚みであることが好ましい。 Although the longer the second layer 30 is, the longer the period in which the electrolytic performance can be maintained, the thickness is preferably 0.05 to 3 μm from the viewpoint of economy.
次に、本実施形態における電解用電極を食塩電解用陰極として使用する場合について説明する。
(第一層)
触媒層である第一層20の成分としては、C、Si、P、S、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。
白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金の少なくとも1種類を含んでもよいし、含まなくてもよい。
白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金の少なくとも1種類を含む場合、白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金が白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムのうち少なくとも1種類の白金族金属を含むことが好ましい。
白金族金属としては、白金を含むことが好ましい。
白金族金属酸化物としては、ルテニウム酸化物を含むことが好ましい。
白金族金属水酸化物としては、ルテニウム水酸化物を含むことが好ましい。
白金族金属合金としては、白金とニッケル、鉄、コバルトとの合金を含むことが好ましい。
更に必要に応じて第二成分として、ランタノイド系元素の酸化物あるいは水酸化物を含むことが好ましい。これにより、電解用電極100はすぐれた耐久性を示す。
ランタノイド系元素の酸化物あるいは水酸化物としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウムから選ばれる少なくとも1種類を含むことが好ましい。
さらに必要に応じて、第三成分として遷移金属の酸化物あるいは水酸化物を含むことが好ましい。
第三成分を添加することにより、電解用電極100はよりすぐれた耐久性を示し、電解電圧を低減させることができる。
好ましい組み合わせの例としては、ルテニウムのみ、ルテニウム+ニッケル、ルテニウム+セリウム、ルテニウム+ランタン、ルテニウム+ランタン+白金、ルテニウム+ランタン+パラジウム、ルテニウム+プラセオジム、ルテニウム+プラセオジム+白金、ルテニウム+プラセオジム+白金+パラジウム、ルテニウム+ネオジム、ルテニウム+ネオジム+白金、ルテニウム+ネオジム+マンガン、ルテニウム+ネオジム+鉄、ルテニウム+ネオジム+コバルト、ルテニウム+ネオジム+亜鉛、ルテニウム+ネオジム+ガリウム、ルテニウム+ネオジム+硫黄、ルテニウム+ネオジム+鉛、ルテニウム+ネオジム+ニッケル、ルテニウム+ネオジム+銅、ルテニウム+サマリウム、ルテニウム+サマリウム+マンガン、ルテニウム+サマリウム+鉄、ルテニウム+サマリウム+コバルト、ルテニウム+サマリウム+亜鉛、ルテニウム+サマリウム+ガリウム、ルテニウム+サマリウム+硫黄、ルテニウム+サマリウム+鉛、ルテニウム+サマリウム+ニッケル、白金+セリウム、白金+パラジウム+セリウム、白金+パラジウム+ランタン+セリウム、白金+イリジウム、白金+パラジウム、白金+イリジウム+パラジウム、白金+ニッケル+パラジウム、白金+ニッケル+ルテニウム、白金とニッケルの合金、白金とコバルトの合金、白金と鉄の合金、などが挙げられる。
白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金を含まない場合、触媒の主成分がニッケル元素であることが好ましい。
ニッケル金属、酸化物、水酸化物のうち少なくとも1種類を含むことが好ましい。
第二成分として、遷移金属を添加してもよい。添加する第二成分としては、チタン、スズ、モリブデン、コバルト、マンガン、鉄、硫黄、亜鉛、銅、炭素のうち少なくとも1種類の元素を含むことが好ましい。
好ましい組み合わせとして、ニッケル+スズ、ニッケル+チタン、ニッケル+モリブデン、ニッケル+コバルトなどが挙げられる。
必要に応じ、第1層20と電解用電極基材10の間に、中間層を設けることができる。中間層を設置することにより、電解用電極100の耐久性を向上させることができる。
中間層としては、第1層20と電解用電極基材10の両方に親和性があるものが好ましい。中間層としては、ニッケル酸化物、白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物が好ましい。中間層としては、中間層を形成する成分を含む溶液を塗布、焼成することで形成することもできるし、基材を空気雰囲気中で300〜600℃の温度で熱処理を実施して、表面酸化物層を形成させることもできる。その他、熱溶射法、イオンプレーティング法など既知の方法で形成させることができる。
Next, the case where the electrode for electrolysis in this embodiment is used as a cathode for salt electrolysis will be described.
(First layer)
The components of the first layer 20 that is the catalyst layer include C, Si, P, S, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, and Ru. , Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and the like, and oxides or hydroxides of such metals.
It may or may not include at least one of platinum group metals, platinum group metal oxides, platinum group metal hydroxides, and alloys containing platinum group metals.
When at least one of a platinum group metal, a platinum group metal oxide, a platinum group metal hydroxide, and an alloy containing a platinum group metal is contained, a platinum group metal, a platinum group metal oxide, a platinum group metal hydroxide, a platinum group metal It is preferable that the alloy containing a metal contains at least one platinum group metal among platinum, palladium, rhodium, ruthenium, and iridium.
The platinum group metal preferably contains platinum.
The platinum group metal oxide preferably contains ruthenium oxide.
The platinum group metal hydroxide preferably contains a ruthenium hydroxide.
The platinum group metal alloy preferably includes an alloy of platinum with nickel, iron, and cobalt.
Further, it is preferable that the second component contains an oxide or hydroxide of a lanthanoid element as necessary. Thereby, the electrode 100 for electrolysis shows excellent durability.
The oxide or hydroxide of a lanthanoid element preferably contains at least one selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, and dysprosium.
Further, if necessary, it is preferable to include a transition metal oxide or hydroxide as the third component.
By adding the third component, the electrode for electrolysis 100 shows more excellent durability, and the electrolysis voltage can be reduced.
Examples of preferred combinations include ruthenium only, ruthenium + nickel, ruthenium + cerium, ruthenium + lanthanum, ruthenium + lanthanum + platinum, ruthenium + lanthanum + palladium, ruthenium + praseodymium, ruthenium + praseodymium + platinum, ruthenium + praseodymium + platinum + Palladium, ruthenium + neodymium, ruthenium + neodymium + platinum, ruthenium + neodymium + manganese, ruthenium + neodymium + iron, ruthenium + neodymium + cobalt, ruthenium + neodymium + zinc, ruthenium + neodymium + gallium, ruthenium + neodymium + sulfur, ruthenium + Neodymium + lead, ruthenium + neodymium + nickel, ruthenium + neodymium + copper, ruthenium + samarium, ruthenium + samarium + manganese, ruthenium + summary Ruthenium + samarium + cobalt, ruthenium + samarium + zinc, ruthenium + samarium + gallium, ruthenium + samarium + sulfur, ruthenium + samarium + lead, ruthenium + samarium + nickel, platinum + cerium, platinum + palladium + cerium, Platinum + palladium + lanthanum + cerium, platinum + iridium, platinum + palladium, platinum + iridium + palladium, platinum + nickel + palladium, platinum + nickel + ruthenium, an alloy of platinum and nickel, an alloy of platinum and cobalt, platinum and iron Alloys and the like.
When a platinum group metal, a platinum group metal oxide, a platinum group metal hydroxide, or an alloy containing a platinum group metal is not contained, the main component of the catalyst is preferably a nickel element.
It is preferable to include at least one of nickel metal, oxide, and hydroxide.
As the second component, a transition metal may be added. The second component to be added preferably contains at least one element of titanium, tin, molybdenum, cobalt, manganese, iron, sulfur, zinc, copper, and carbon.
Preferred combinations include nickel + tin, nickel + titanium, nickel + molybdenum, nickel + cobalt, and the like.
If necessary, an intermediate layer can be provided between the first layer 20 and the electrode substrate 10 for electrolysis. By providing the intermediate layer, the durability of the electrode for electrolysis 100 can be improved.
The intermediate layer preferably has an affinity for both the first layer 20 and the electrode substrate 10 for electrolysis. As the intermediate layer, nickel oxide, platinum group metal, platinum group metal oxide, and platinum group metal hydroxide are preferable. The intermediate layer can be formed by applying and baking a solution containing a component for forming the intermediate layer, or performing a heat treatment on the base material at a temperature of 300 to 600 ° C. in an air atmosphere to perform surface oxidation. An object layer can also be formed. In addition, it can be formed by a known method such as a thermal spraying method or an ion plating method.
(第二層)
触媒層である第一層30の成分としては、C、Si、P、S、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。
白金族金属、白金族金属酸化物、白金族金属水酸化物、白金族金属を含む合金の少なくとも1種類を含んでもよいし、含まなくてもよい。第二層に含まれる元素の好ましい組み合わせの例としては、第一層で挙げた組み合わせなどがある。第一層と第二層の組み合わせは、同じ組成で組成比が異なる組み合わせでもよいし、異なる組成の組み合わせでもよい。
触媒層の厚みとしては、形成させた触媒層および中間層の合算した厚みが0.01μm〜20μmが好ましい。0.01μm以上であれば、触媒として十分機能を発揮できる。20μm以下であれば、基材からの脱落が少なく強固な触媒層を形成することができる。0.05μm〜15μmがより好ましい。より好ましくは、0.1μm〜10μmである。更に好ましくは、0.2μm〜8μmである。
(Second layer)
The components of the first layer 30 that is the catalyst layer include C, Si, P, S, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, and Ru. , Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and the like, and oxides or hydroxides of such metals.
It may or may not include at least one of platinum group metals, platinum group metal oxides, platinum group metal hydroxides, and alloys containing platinum group metals. Examples of preferable combinations of the elements included in the second layer include the combinations described in the first layer. The combination of the first layer and the second layer may be a combination having the same composition but different composition ratios, or a combination of different compositions.
As the thickness of the catalyst layer, the total thickness of the formed catalyst layer and the intermediate layer is preferably 0.01 μm to 20 μm. When the thickness is 0.01 μm or more, a sufficient function as a catalyst can be exhibited. When the thickness is 20 μm or less, a strong catalyst layer can be formed with less falling off from the substrate. 0.05 μm to 15 μm is more preferable. More preferably, it is 0.1 μm to 10 μm. More preferably, it is 0.2 μm to 8 μm.
電極の厚み、すなわち、電解用電極基材と触媒層の合計の厚みとしては、補修部分の電極厚みの過度な増加を防止でき、その部分において電極から隔膜への押圧や電解液の滞留を防止できる観点から、315μm以下であり、220μm以下が好ましく、170μm以下がより好ましく、150μm以下が更に好ましく、145μm以下がより更に好ましく、140μm以下が一層好ましく、138μm以下がより一層好ましく、135μm以下が更に一層好ましい。135μm以下であれば、良好なハンドリング性が得られる傾向にある。さらに、上記と同様の観点から、130μm以下であることが好ましく、より好ましくは、130μm未満であり、更に好ましくは、115μm以下であり、より更に好ましくは、65μm以下である。下限値は、特に限定されないが、1μm以上が好ましく、実用上から5μm以上がより好ましく、20μm以上であることがより好ましい。なお、電極の厚みは、デジマチックシックスネスゲージ(株式会社ミツトヨ、最少表示0.001mm)で測定することで求めることができる。電極用電極基材の厚みは、電極厚みと同様に測定する。触媒層厚みは、電極厚みから電解用電極基材の厚みを引くことで求めることができる。 As the thickness of the electrode, that is, the total thickness of the electrode substrate for electrolysis and the catalyst layer, it is possible to prevent an excessive increase in the electrode thickness of the repaired portion, and to prevent pressing of the electrode from the electrode to the diaphragm and stagnation of the electrolyte in that portion. From the viewpoint which can be performed, it is 315 micrometers or less, 220 micrometers or less are preferred, 170 micrometers or less are more preferred, 150 micrometers or less are still more preferred, 145 micrometers or less are still more preferred, 140 micrometers or less are still more preferred, 138 micrometers or less are still more preferred, and 135 micrometers or less are further preferred. More preferred. If it is 135 μm or less, good handling properties tend to be obtained. Further, from the same viewpoint as above, it is preferably 130 μm or less, more preferably less than 130 μm, further preferably 115 μm or less, and still more preferably 65 μm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and more preferably 20 μm or more from a practical standpoint. The thickness of the electrode can be determined by measuring with a Digimatic Sixness Gauge (Mitutoyo Co., Ltd., minimum display 0.001 mm). The thickness of the electrode substrate is measured in the same manner as the electrode thickness. The thickness of the catalyst layer can be determined by subtracting the thickness of the electrode substrate for electrolysis from the electrode thickness.
本実施形態において、十分な電解性能を確保する観点から、電解用電極が、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Au、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y,Zr、Nb、Mo、Ag、Ta、W、Re、Os、Al、In、Sn、Sb、Ga、Ge、B、C、N、O、Si、P、S、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb及びDyからなる群より選択される少なくとも一種の触媒成分を含むことが好ましい。 In the present embodiment, from the viewpoint of ensuring sufficient electrolytic performance, the electrode for electrolysis is composed of Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Ta, W, Re, Os, Al, In, Sn, Sb, Ga, Ge, B, C, N, O, Si, P, S, La, Ce, Pr, It is preferable to include at least one catalyst component selected from the group consisting of Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy.
本実施形態において、電解用電極の厚みは、補修部分の電極厚みの過度な増加を防止でき、その部分において電極から隔膜への押圧や電解液の滞留を防止できる観点から、315μm以下であり、220μm以下が好ましく、170μm以下がより好ましく、150μm以下が更に好ましく、145μm以下がより更に好ましく、140μm以下が一層好ましく、138μm以下がより一層好ましく、135μm以下が更に一層好ましい。135μm以下であれば、良好なハンドリング性が得られる傾向にある。さらに、上記と同様の観点から、130μm以下が好ましく、130μm未満がより好ましく、115μm以下が更に好ましく、65μm以下がより更に好ましい。下限値は、特に限定されないが、1μm以上が好ましく、実用上から5μm以上がより好ましく、20μm以上であることがより好ましい。上述した厚みを有する電解用電極は、弾性変形領域が広い電極であるともいうことができ、より良好なハンドリング性が得られ、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜、劣化した電極及び触媒コーティングがされていない給電体などとより良好な接着力を有する観点から好ましいものである。なお、本実施形態において、「弾性変形領域が広い」とは、電解用電極を捲回して捲回体とし、捲回状態を解除した後、捲回に由来する反りが生じ難いことを意味する。また、電解用電極の厚みとは、後述の触媒層を含む場合、電解用電極基材と触媒層を合わせた厚みを言う。 In the present embodiment, the thickness of the electrode for electrolysis is 315 μm or less from the viewpoint that it is possible to prevent an excessive increase in the electrode thickness of the repaired portion and to prevent pressing of the electrode from the electrode to the diaphragm and stagnation of the electrolyte in that portion. 220 μm or less is preferred, 170 μm or less is more preferred, 150 μm or less is even more preferred, 145 μm or less is even more preferred, 140 μm or less is even more preferred, 138 μm or less is even more preferred, and 135 μm or less is even more preferred. If it is 135 μm or less, good handling properties tend to be obtained. Further, from the same viewpoint as described above, it is preferably 130 μm or less, more preferably less than 130 μm, further preferably 115 μm or less, and still more preferably 65 μm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and more preferably 20 μm or more from a practical standpoint. The electrode for electrolysis having the above-described thickness can be said to be an electrode having a wide elastic deformation region, and has better handling properties, a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane, a deteriorated electrode, and a catalyst coating. This is preferable from the viewpoint of having a better adhesive strength with a power supply body or the like that is not subjected to the above-described process. In the present embodiment, “the elastic deformation region is wide” means that the electrode for electrolysis is wound to form a wound body, and after the wound state is released, the warpage due to the winding is hardly generated. . The thickness of the electrode for electrolysis, when including a catalyst layer described later, refers to the total thickness of the electrode substrate for electrolysis and the catalyst layer.
(電解用電極の製造方法)
次に電解用電極100の製造方法の一実施形態について詳細に説明する。
本実施形態では、酸素雰囲気下での塗膜の焼成(熱分解)、あるいはイオンプレーティング、メッキ、熱溶射等の方法によって、電解用電極基材上に第一層20、好ましくは第二層30を形成することにより、電解用電極100を製造できる。このような本実施形態の製造方法では、電解用電極100の高い生産性を実現できる。具体的には、触媒を含む塗布液を塗布する塗布工程、塗布液を乾燥する乾燥工程、熱分解を行う熱分解工程により、電解用電極基材上に触媒層が形成される。ここで熱分解とは、前駆体となる金属塩を加熱して、金属又は金属酸化物とガス状物質に分解することを意味する。用いる金属種、塩の種類、熱分解を行う雰囲気等により、分解生成物は異なるが、酸化性雰囲気では多くの金属は酸化物を形成しやすい傾向がある。電極の工業的な製造プロセスにおいて、熱分解は通常空気中で行われ、多くの場合、金属酸化物あるいは金属水酸化物が形成される。
(Method of manufacturing electrode for electrolysis)
Next, an embodiment of a method for manufacturing the electrode for electrolysis 100 will be described in detail.
In the present embodiment, the first layer 20, preferably the second layer, is formed on the electrode substrate for electrolysis by a method such as baking (thermal decomposition) of the coating film in an oxygen atmosphere, or ion plating, plating, or thermal spraying. By forming 30, the electrode 100 for electrolysis can be manufactured. According to such a manufacturing method of the present embodiment, high productivity of the electrode for electrolysis 100 can be realized. Specifically, a catalyst layer is formed on the electrode substrate for electrolysis by a coating step of coating a coating liquid containing a catalyst, a drying step of drying the coating liquid, and a pyrolysis step of thermal decomposition. Here, the term "thermal decomposition" means that a metal salt as a precursor is heated and decomposed into a metal or metal oxide and a gaseous substance. Decomposition products vary depending on the type of metal used, the type of salt, the atmosphere in which thermal decomposition is performed, and the like. However, many metals tend to form oxides in an oxidizing atmosphere. In the industrial manufacturing process of electrodes, pyrolysis is usually carried out in air, often forming metal oxides or hydroxides.
(陽極の第一層の形成)
(塗布工程)
第一層20は、ルテニウム、イリジウム及びチタンのうち少なくとも1種類の金属塩を溶解した溶液(第一塗布液)を電解用電極基材に塗布後、酸素の存在下で熱分解(焼成)して得られる。第一塗布液中のルテニウム、イリジウム及びチタンの含有率は、第一層20と概ね等しい。
(Formation of the first layer of the anode)
(Coating process)
The first layer 20 is formed by applying a solution (first coating solution) in which at least one metal salt of ruthenium, iridium and titanium is dissolved to an electrode substrate for electrolysis, and then thermally decomposing (firing) in the presence of oxygen. Obtained. The contents of ruthenium, iridium and titanium in the first coating solution are substantially equal to those of the first layer 20.
金属塩としては、塩化物塩、硝酸塩、硫酸塩、金属アルコキシド、その他のいずれの形態でもよい。第一塗布液の溶媒は、金属塩の種類に応じて選択できるが、水及びブタノール等のアルコール類等を用いることができる。溶媒としては、水または水とアルコール類の混合溶媒が好ましい。金属塩を溶解させた第一塗布液中の総金属濃度は特に限定されないが、1回の塗布で形成される塗膜の厚みとの兼ね合いから10〜150g/Lの範囲が好ましい。 The metal salt may be in the form of chloride, nitrate, sulfate, metal alkoxide, or any other form. The solvent of the first coating solution can be selected according to the type of the metal salt, but water and alcohols such as butanol can be used. As the solvent, water or a mixed solvent of water and an alcohol is preferable. The total metal concentration in the first coating solution in which the metal salt is dissolved is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 150 g / L in consideration of the thickness of the coating film formed by one application.
第一塗布液を電解用電極基材10上に塗布する方法としては、電解用電極基材10を第一塗布液に浸漬するディップ法、第一塗布液を刷毛で塗る方法、第一塗布液を含浸させたスポンジ状のロールを用いるロール法、電解用電極基材10と第一塗布液とを反対荷電に帯電させてスプレー噴霧を行う静電塗布法等が用いられる。この中でも工業的な生産性に優れた、ロール法又は静電塗布法が好ましい。 Examples of the method of applying the first coating solution on the electrode substrate for electrolysis 10 include a dipping method in which the electrode substrate 10 for electrolysis is dipped in the first coating solution, a method of applying the first coating solution with a brush, and a method of applying the first coating solution. A roll method using a sponge-like roll impregnated with a liquid, an electrostatic coating method in which the electrode substrate for electrolysis 10 and the first coating liquid are charged to opposite charges and sprayed are used. Among them, the roll method or the electrostatic coating method, which is excellent in industrial productivity, is preferable.
(乾燥工程、熱分解工程)
電解用電極基材100に第一塗布液を塗布した後、10〜90℃の温度で乾燥し、350〜650℃に加熱した焼成炉で熱分解する。乾燥と熱分解の間に、必要に応じて100〜350℃で仮焼成を実施してもよい。乾燥、仮焼成及び熱分解温度は、第一塗布液の組成や溶媒種により、適宜選択することが出来る。一回当たりの熱分解の時間は長い方が好ましいが、電極の生産性の観点から3〜60分が好ましく、5〜20分がより好ましい。
(Drying process, thermal decomposition process)
After applying the first coating solution to the electrode substrate 100 for electrolysis, the coating solution is dried at a temperature of 10 to 90 ° C. and thermally decomposed in a firing furnace heated to 350 to 650 ° C. Preliminary calcination may be performed at 100 to 350 ° C. between drying and thermal decomposition as needed. Drying, calcination and thermal decomposition temperatures can be appropriately selected depending on the composition of the first coating solution and the type of solvent. The longer the time of thermal decomposition per cycle is, the more preferable it is, but from the viewpoint of electrode productivity, it is preferably 3 to 60 minutes, more preferably 5 to 20 minutes.
上記の塗布、乾燥及び熱分解のサイクルを繰り返して、被覆(第一層20)を所定の厚みに形成する。第一層20を形成した後に、必要に応じて更に長時間焼成する後加熱を行うと、第一層20の安定性を更に高めることができる。 By repeating the above-described cycle of application, drying and thermal decomposition, the coating (first layer 20) is formed to a predetermined thickness. After the first layer 20 is formed, if necessary, after baking for a longer time, heating is performed to further enhance the stability of the first layer 20.
(第二層の形成)
第二層30は、必要に応じて形成され、例えば、パラジウム化合物及び白金化合物を含む溶液あるいはルテニウム化合物およびチタン化合物を含む溶液(第二塗布液)を第一層20の上に塗布した後、酸素の存在下で熱分解して得られる。
(Formation of the second layer)
The second layer 30 is formed as necessary. For example, after applying a solution containing a palladium compound and a platinum compound or a solution containing a ruthenium compound and a titanium compound (second coating solution) on the first layer 20, Obtained by pyrolysis in the presence of oxygen.
(熱分解法での陰極の第一層の形成)
(塗布工程)
第一層20は、種々の組み合わせの金属塩を溶解した溶液(第一塗布液)を電解用電極基材に塗布後、酸素の存在下で熱分解(焼成)して得られる。第一塗布液中の金属の含有率は、第一層20と概ね等しい。
(Formation of the first layer of the cathode by pyrolysis)
(Coating process)
The first layer 20 is obtained by applying a solution (first coating solution) in which various combinations of metal salts are dissolved to an electrode substrate for electrolysis, and then thermally decomposing (firing) in the presence of oxygen. The metal content in the first coating solution is substantially equal to that of the first layer 20.
金属塩としては、塩化物塩、硝酸塩、硫酸塩、金属アルコキシド、その他のいずれの形態でもよい。第一塗布液の溶媒は、金属塩の種類に応じて選択できるが、水及びブタノール等のアルコール類等を用いることができる。溶媒としては、水または水とアルコール類の混合溶媒が好ましい。金属塩を溶解させた第一塗布液中の総金属濃度は特に限定されないが、1回の塗布で形成される塗膜の厚みとの兼ね合いから10〜150g/Lの範囲が好ましい。 The metal salt may be in the form of chloride, nitrate, sulfate, metal alkoxide, or any other form. The solvent of the first coating solution can be selected according to the type of the metal salt, but water and alcohols such as butanol can be used. As the solvent, water or a mixed solvent of water and an alcohol is preferable. The total metal concentration in the first coating solution in which the metal salt is dissolved is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 150 g / L in consideration of the thickness of the coating film formed by one application.
第一塗布液を電解用電極基材10上に塗布する方法としては、電解用電極基材10を第一塗布液に浸漬するディップ法、第一塗布液を刷毛で塗る方法、第一塗布液を含浸させたスポンジ状のロールを用いるロール法、電解用電極基材10と第一塗布液とを反対荷電に帯電させてスプレー噴霧を行う静電塗布法等が用いられる。この中でも工業的な生産性に優れた、ロール法又は静電塗布法が好ましい。 Examples of the method of applying the first coating solution on the electrode substrate for electrolysis 10 include a dipping method in which the electrode substrate 10 for electrolysis is dipped in the first coating solution, a method of applying the first coating solution with a brush, and a method of applying the first coating solution. A roll method using a sponge-like roll impregnated with a liquid, an electrostatic coating method in which the electrode substrate for electrolysis 10 and the first coating liquid are charged to opposite charges and sprayed are used. Among them, the roll method or the electrostatic coating method, which is excellent in industrial productivity, is preferable.
(乾燥工程、熱分解工程)
電解用電極基材10に第一塗布液を塗布した後、10〜90℃の温度で乾燥し、350〜650℃に加熱した焼成炉で熱分解する。乾燥と熱分解の間に、必要に応じて100〜350℃で仮焼成を実施してもよい。乾燥、仮焼成及び熱分解温度は、第一塗布液の組成や溶媒種により、適宜選択することが出来る。一回当たりの熱分解の時間は長い方が好ましいが、電極の生産性の観点から3〜60分が好ましく、5〜20分がより好ましい。
(Drying process, thermal decomposition process)
After applying the first coating solution to the electrode substrate 10 for electrolysis, the coating solution is dried at a temperature of 10 to 90 ° C. and thermally decomposed in a firing furnace heated to 350 to 650 ° C. Preliminary calcination may be performed at 100 to 350 ° C. between drying and thermal decomposition as needed. Drying, calcination and thermal decomposition temperatures can be appropriately selected depending on the composition of the first coating solution and the type of solvent. The longer the time of thermal decomposition per cycle is, the more preferable it is, but from the viewpoint of electrode productivity, it is preferably 3 to 60 minutes, more preferably 5 to 20 minutes.
上記の塗布、乾燥及び熱分解のサイクルを繰り返して、被覆(第一層20)を所定の厚みに形成する。第一層20を形成した後に、必要に応じて更に長時間焼成する後加熱を行うと、第一層20の安定性を更に高めることができる。 By repeating the above-described cycle of application, drying and thermal decomposition, the coating (first layer 20) is formed to a predetermined thickness. After the first layer 20 is formed, if necessary, after baking for a longer time, heating is performed to further enhance the stability of the first layer 20.
(中間層の形成)
中間層は、必要に応じて形成され、例えば、パラジウム化合物あるいは白金化合物を含む溶液(第二塗布液)を基材の上に塗布した後、酸素の存在下で熱分解して得られる。あるいは、溶液を塗布することなく基材を加熱するだけで基材表面に酸化ニッケル中間層を形成させてもよい。
(Formation of intermediate layer)
The intermediate layer is formed as necessary. For example, the intermediate layer is obtained by applying a solution containing a palladium compound or a platinum compound (second coating solution) on a substrate, and then thermally decomposing the substrate in the presence of oxygen. Alternatively, the nickel oxide intermediate layer may be formed on the surface of the substrate only by heating the substrate without applying the solution.
(イオンプレーティングでの陰極の第一層の形成)
第一層20はイオンプレーティングで形成させることもできる。
一例として、基材をチャンバー内に固定し、金属ルテニウムターゲットに電子線を照射する方法が挙げられる。蒸発した金属ルテニウム粒子は、チャンバー内のプラズマ中でプラスに帯電され、マイナスに帯電させた基板上に堆積する。プラズマ雰囲気はアルゴン、酸素であり、ルテニウムはルテニウム酸化物として基材上に堆積する。
(Formation of the first layer of the cathode by ion plating)
The first layer 20 can also be formed by ion plating.
As an example, there is a method in which a substrate is fixed in a chamber and an electron beam is irradiated on a metal ruthenium target. The evaporated metal ruthenium particles are positively charged in the plasma in the chamber and are deposited on the negatively charged substrate. The plasma atmosphere is argon and oxygen, and ruthenium is deposited on the substrate as ruthenium oxide.
(メッキでの陰極の第一層の形成)
第一層20は、メッキ法でも形成させることもできる。
一例として、基材を陰極として使用し、ニッケルおよびスズを含む電解液中で電解メッキを実施すると、ニッケルとスズの合金メッキを形成させることができる。
(Formation of the first layer of the cathode by plating)
The first layer 20 can also be formed by a plating method.
As an example, when the substrate is used as a cathode and the electrolytic plating is performed in an electrolytic solution containing nickel and tin, an alloy plating of nickel and tin can be formed.
(熱溶射での陰極の第一層の形成)
第一層20は、熱溶射法でも形成させることができる。
一例として、酸化ニッケル粒子を基材上にプラズマ溶射することにより、金属ニッケルと酸化ニッケルが混合した触媒層を形成させることができる。
(Formation of the first layer of the cathode by thermal spraying)
The first layer 20 can also be formed by a thermal spray method.
As an example, a catalyst layer in which nickel metal and nickel oxide are mixed can be formed by plasma spraying nickel oxide particles on a substrate.
本実施形態における電解用電極は、工程(A)を経て、既存電極と共に新たな電極を構成する。新たな電極を電解槽に配置したとき、電解用電極は、イオン交換膜や微多孔膜などの隔膜と隣接することとなる。この状態において、電解用電極の厚みが315μm以下であるため、当該部分による隔膜への押圧が低減され、結果として電解液の滞留を防止することができる。 The electrode for electrolysis in this embodiment forms a new electrode together with the existing electrode through the step (A). When a new electrode is placed in the electrolytic cell, the electrode for electrolysis is adjacent to a diaphragm such as an ion exchange membrane or a microporous membrane. In this state, since the thickness of the electrode for electrolysis is 315 μm or less, the pressure on the diaphragm by the portion is reduced, and as a result, the stagnation of the electrolytic solution can be prevented.
以下、イオン交換膜について詳述する。
〔イオン交換膜〕
イオン交換膜としては、特に限定されず、種々のイオン交換膜を適用することができる。本実施形態においては、イオン交換基を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体を含む膜本体と、該膜本体の少なくとも一方面上に設けられたコーティング層とを有するイオン交換膜を用いることが好ましい。また、コーティング層は、無機物粒子と結合剤とを含み、コーティング層の比表面積は、0.1〜10m2/gであることが好ましい。かかる構造のイオン交換膜は、電解中に発生するガスによる電解性能への影響が少なく、安定した電解性能を発揮する傾向にある。
上記、イオン交換基が導入されたパーフルオロカーボン重合体の膜とは、スルホ基由来のイオン交換基(−SO3−で表される基、以下「スルホン酸基」ともいう。)を有するスルホン酸層と、カルボキシル基由来のイオン交換基(−CO2−で表される基、以下「カルボン酸基」ともいう。)を有するカルボン酸層のいずれか一方を備えるものである。強度及び寸法安定性の観点から、強化芯材をさらに有することが好ましい。
無機物粒子及び結合剤については、以下コーティング層の説明の欄に詳述する。
Hereinafter, the ion exchange membrane will be described in detail.
(Ion exchange membrane)
The ion exchange membrane is not particularly limited, and various ion exchange membranes can be applied. In the present embodiment, an ion exchange membrane having a membrane main body containing a hydrocarbon polymer or a fluorinated polymer having an ion exchange group, and a coating layer provided on at least one surface of the membrane main body is used. Is preferred. Further, the coating layer contains inorganic particles and a binder, and the specific surface area of the coating layer is preferably 0.1 to 10 m 2 / g. The ion exchange membrane having such a structure has little influence on the electrolysis performance due to gas generated during electrolysis, and tends to exhibit stable electrolysis performance.
Above, and the membrane of perfluorocarbon polymer ion exchange group is introduced, the ion-exchange groups derived from sulfo group - sulfonic acid having a (-SO 3 groups represented by, hereinafter referred to as "sulfonic acid group".) And a carboxylic acid layer having an ion exchange group derived from a carboxyl group (a group represented by —CO 2 —, hereinafter also referred to as a “carboxylic acid group”). From the viewpoint of strength and dimensional stability, it is preferable to further include a reinforced core material.
The inorganic particles and the binder will be described below in detail in the section of the description of the coating layer.
図2は、イオン交換膜の一実施形態を示す断面模式図である。イオン交換膜1は、イオン交換基を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体を含む膜本体1aと、膜本体1aの両面に形成されたコーティング層11a及び11bを有する。 FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment of the ion exchange membrane. The ion exchange membrane 1 has a membrane main body 1a containing a hydrocarbon polymer or a fluorinated polymer having an ion exchange group, and coating layers 11a and 11b formed on both surfaces of the membrane main body 1a.
イオン交換膜1において、膜本体1aは、スルホ基由来のイオン交換基(−SO3 -で表される基、以下「スルホン酸基」ともいう。)を有するスルホン酸層3と、カルボキシル基由来のイオン交換基(−CO2 -で表される基、以下「カルボン酸基」ともいう。)を有するカルボン酸層2とを備え、強化芯材4により強度及び寸法安定性が強化されている。イオン交換膜1は、スルホン酸層3とカルボン酸層2とを備えるため、陽イオン交換膜として好適に用いられる。 In the ion-exchange membrane 1, the film body 1a is sulfo group derived from an ion-exchange group (-SO 3 -. Groups represented by, hereinafter referred to as "sulfonic acid group") and a sulfonic acid layer 3 having the derived carboxyl group And a carboxylic acid layer 2 having an ion exchange group (a group represented by —CO 2 — , hereinafter also referred to as a “carboxylic acid group”), and the strength and dimensional stability are enhanced by the reinforcing core material 4. . Since the ion exchange membrane 1 includes the sulfonic acid layer 3 and the carboxylic acid layer 2, it is preferably used as a cation exchange membrane.
なお、イオン交換膜は、スルホン酸層及びカルボン酸層のいずれか一方のみを有するものであってもよい。また、イオン交換膜は、必ずしも強化芯材により強化されている必要はなく、強化芯材の配置状態も図2の例に限定されるものではない。 The ion exchange membrane may have only one of the sulfonic acid layer and the carboxylic acid layer. Further, the ion exchange membrane does not necessarily have to be reinforced by the reinforcing core material, and the arrangement state of the reinforcing core material is not limited to the example of FIG.
(膜本体)
先ず、イオン交換膜1を構成する膜本体1aについて説明する。
膜本体1aは、陽イオンを選択的に透過する機能を有し、イオン交換基を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体を含むものであればよく、その構成や材料は特に限定されず、適宜好適なものを選択することができる。
(Membrane body)
First, the membrane main body 1a constituting the ion exchange membrane 1 will be described.
The membrane body 1a has a function of selectively permeating cations, and may include a hydrocarbon-based polymer or a fluorinated polymer having an ion-exchange group, and its structure and material are not particularly limited. Instead, a suitable one can be appropriately selected.
膜本体1aにおけるイオン交換基を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体は、例えば、加水分解等によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体を有する炭化水素系重合体あるいは含フッ素系重合体から得ることができる。具体的には、例えば、主鎖がフッ素化炭化水素からなり、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な基(イオン交換基前駆体)をペンダント側鎖として有し、且つ溶融加工が可能な重合体(以下、場合により「含フッ素系重合体(a)」という。)を用いて膜本体1aの前駆体を作製した後、イオン交換基前駆体をイオン交換基に変換することにより、膜本体1aを得ることができる。 The hydrocarbon-based polymer or the fluorinated polymer having an ion-exchange group in the membrane main body 1a is, for example, a hydrocarbon-based polymer or a fluorinated polymer having an ion-exchange group precursor that can become an ion-exchange group by hydrolysis or the like. Can be obtained from coalescence. Specifically, for example, the main chain is made of a fluorinated hydrocarbon, has a group (ion-exchange group precursor) that can be converted to an ion-exchange group by hydrolysis or the like as a pendant side chain, and is melt-processable. After preparing a precursor of the membrane main body 1a using a polymer (hereinafter, sometimes referred to as “fluorinated polymer (a)”), the membrane is converted by converting the ion exchange group precursor into an ion exchange group. The main body 1a can be obtained.
含フッ素系重合体(a)は、例えば、下記第1群より選ばれる少なくとも一種の単量体と、下記第2群及び/又は下記第3群より選ばれる少なくとも一種の単量体と、を共重合することにより製造することができる。また、下記第1群、下記第2群、及び下記第3群のいずれかより選ばれる1種の単量体の単独重合により製造することもできる。 The fluorinated polymer (a) includes, for example, at least one monomer selected from the following first group and at least one monomer selected from the following second group and / or the third group: It can be produced by copolymerization. Further, it can also be produced by homopolymerization of one monomer selected from any of the following first group, second group, and third group.
第1群の単量体としては、例えば、フッ化ビニル化合物が挙げられる。フッ化ビニル化合物としては、例えば、フッ化ビニル、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル等が挙げられる。特に、イオン交換膜をアルカリ電解用膜として用いる場合、フッ化ビニル化合物は、パーフルオロ単量体であることが好ましく、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテルからなる群より選ばれるパーフルオロ単量体が好ましい。 Examples of the first group of monomers include vinyl fluoride compounds. Examples of the vinyl fluoride compound include vinyl fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, and perfluoroalkyl vinyl ether. In particular, when the ion exchange membrane is used as a membrane for alkaline electrolysis, the vinyl fluoride compound is preferably a perfluoro monomer, and is selected from the group consisting of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and perfluoroalkyl vinyl ether. Fluoro monomers are preferred.
第2群の単量体としては、例えば、カルボン酸型イオン交換基(カルボン酸基)に変換し得る官能基を有するビニル化合物が挙げられる。カルボン酸基に変換し得る官能基を有するビニル化合物としては、例えば、CF2=CF(OCF2CYF)s−O(CZF)t−COORで表される単量体等が挙げられる(ここで、sは0〜2の整数を表し、tは1〜12の整数を表し、Y及びZは、各々独立して、F又はCF3を表し、Rは低級アルキル基を表す。低級アルキル基は、例えば炭素数1〜3のアルキル基である。)。 Examples of the second group of monomers include vinyl compounds having a functional group that can be converted into a carboxylic acid type ion exchange group (carboxylic acid group). Examples of the vinyl compound having a functional group that can be converted into a carboxylic acid group include a monomer represented by CF 2 CFCF (OCF 2 CYF) s —O (CZF) t —COOR (here, a monomer). , S represents an integer of 0 to 2, t represents an integer of 1 to 12, Y and Z each independently represent F or CF 3 , and R represents a lower alkyl group. For example, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms).
これらの中でも、CF2=CF(OCF2CYF)n−O(CF2)m−COORで表される化合物が好ましい。ここで、nは0〜2の整数を表し、mは1〜4の整数を表し、YはF又はCF3を表し、RはCH3、C2H5、又はC3H7を表す。 Among them, CF 2 = CF (OCF 2 CYF) n -O (CF 2) a compound represented by m -COOR are preferred. Here, n represents an integer of 0 to 2, m represents an integer of 1 to 4, Y represents F or CF 3, R represents CH 3, C 2 H 5, or C 3 H 7.
なお、イオン交換膜をアルカリ電解用陽イオン交換膜として用いる場合、単量体としてパーフルオロ化合物を少なくとも用いることが好ましいが、エステル基のアルキル基(上記R参照)は加水分解される時点で重合体から失われるため、アルキル基(R)は全ての水素原子がフッ素原子に置換されているパーフルオロアルキル基でなくてもよい。 When the ion exchange membrane is used as a cation exchange membrane for alkaline electrolysis, it is preferable to use at least a perfluoro compound as a monomer, but the alkyl group of the ester group (see R above) becomes heavy at the time of hydrolysis. The alkyl group (R) does not have to be a perfluoroalkyl group in which all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms, because it is lost from the coalescence.
第2群の単量体としては、上記の中でも下記に表す単量体がより好ましい。
CF2=CFOCF2−CF(CF3)OCF2COOCH3、
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)2COOCH3、
CF2=CF[OCF2−CF(CF3)]2O(CF2)2COOCH3、
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)3COOCH3、
CF2=CFO(CF2)2COOCH3、
CF2=CFO(CF2)3COOCH3。
Among the above-mentioned monomers of the second group, the following monomers are more preferable.
CF 2 = CFOCF 2 -CF (CF 3) OCF 2 COOCH 3,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 COOCH 3 ,
CF 2 = CF [OCF 2 -CF (CF 3)] 2 O (CF 2) 2 COOCH 3,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 3 COOCH 3 ,
CF 2 CFCFO (CF 2 ) 2 COOCH 3 ,
CF 2 = CFO (CF 2) 3 COOCH 3.
第3群の単量体としては、例えば、スルホン型イオン交換基(スルホン酸基)に変換し得る官能基を有するビニル化合物が挙げられる。スルホン酸基に変換し得る官能基を有するビニル化合物としては、例えば、CF2=CFO−X−CF2−SO2Fで表される単量体が好ましい(ここで、Xはパーフルオロアルキレン基を表す。)。これらの具体例としては、下記に表す単量体等が挙げられる。
CF2=CFOCF2CF2SO2F、
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2F、
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2CF2SO2F、
CF2=CF(CF2)2SO2F、
CF2=CFO〔CF2CF(CF3)O〕2CF2CF2SO2F、
CF2=CFOCF2CF(CF2OCF3)OCF2CF2SO2F。
Examples of the third group of monomers include vinyl compounds having a functional group that can be converted into a sulfone ion exchange group (sulfonic acid group). The vinyl compound having a functional group that can be converted to sulfonic acid groups, e.g., CF 2 = monomer represented by CFO-X-CF 2 -SO 2 F are preferred (wherein, X is perfluoroalkylene group .). Specific examples of these include the following monomers and the like.
CF 2 = CFOCF 2 CF 2 SO 2 F,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) OCF 2 CF 2 CF 2 SO 2 F,
CF 2 = CF (CF 2 ) 2 SO 2 F,
CF 2 = CFO [CF 2 CF (CF 3 ) O] 2 CF 2 CF 2 SO 2 F,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 2 OCF 3) OCF 2 CF 2 SO 2 F.
これらの中でも、CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2CF2SO2F、及びCF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fがより好ましい。 Among them, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 CF 2 SO 2 F and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F are more preferable.
これら単量体から得られる共重合体は、フッ化エチレンの単独重合及び共重合に対して開発された重合法、特にテトラフルオロエチレンに対して用いられる一般的な重合方法によって製造することができる。例えば、非水性法においては、パーフルオロ炭化水素、クロロフルオロカーボン等の不活性溶媒を用い、パーフルオロカーボンパーオキサイドやアゾ化合物等のラジカル重合開始剤の存在下で、温度0〜200℃、圧力0.1〜20MPaの条件下で、重合反応を行うことができる。 Copolymers obtained from these monomers can be produced by a polymerization method developed for homopolymerization and copolymerization of fluorinated ethylene, particularly a general polymerization method used for tetrafluoroethylene. . For example, in the non-aqueous method, an inert solvent such as perfluorohydrocarbon or chlorofluorocarbon is used in the presence of a radical polymerization initiator such as perfluorocarbon peroxide or azo compound, at a temperature of 0 to 200 ° C. and a pressure of 0 to 200 ° C. The polymerization reaction can be performed under the conditions of 1 to 20 MPa.
上記共重合において、上記単量体の組み合わせの種類及びその割合は、特に限定されず、得られる含フッ素系重合体に付与したい官能基の種類及び量によって選択決定される。例えば、カルボン酸基のみを含有する含フッ素系重合体とする場合、上記第1群及び第2群から各々少なくとも1種の単量体を選択して共重合させればよい。また、スルホン酸基のみを含有する含フッ素系重合体とする場合、上記第1群及び第3群の単量体から各々少なくとも1種の単量体を選択して共重合させればよい。さらに、カルボン酸基及びスルホン酸基を有する含フッ素系重合体とする場合、上記第1群、第2群及び第3群の単量体から各々少なくとも1種の単量体を選択して共重合させればよい。この場合、上記第1群及び第2群よりなる共重合体と、上記第1群及び第3群よりなる共重合体とを、別々に重合し、後に混合することによっても目的の含フッ素系重合体を得ることができる。また、各単量体の混合割合は、特に限定されないが、単位重合体当たりの官能基の量を増やす場合、上記第2群及び第3群より選ばれる単量体の割合を増加させればよい。 In the above copolymerization, the type of the combination of the monomers and the ratio thereof are not particularly limited, and are selected and determined depending on the type and the amount of the functional group desired to be imparted to the obtained fluorine-containing polymer. For example, when a fluorinated polymer containing only a carboxylic acid group is used, at least one monomer may be selected from the first and second groups and copolymerized. In the case of a fluorinated polymer containing only a sulfonic acid group, at least one monomer may be selected from the first and third groups of monomers and copolymerized. Further, in the case of a fluorinated polymer having a carboxylic acid group and a sulfonic acid group, at least one monomer is selected from each of the monomers of the first, second, and third groups to form a copolymer. What is necessary is just to polymerize. In this case, the desired fluorine-containing system can also be obtained by separately polymerizing the copolymer consisting of the first group and the second group and the copolymer consisting of the first group and the third group and then mixing them. A polymer can be obtained. Further, the mixing ratio of each monomer is not particularly limited, but when increasing the amount of the functional group per unit polymer, if the ratio of the monomer selected from the second group and the third group is increased, Good.
含フッ素系共重合体の総イオン交換容量は特に限定されないが、0.5〜2.0mg当量/gであることが好ましく、0.6〜1.5mg当量/gであることがより好ましい。ここで、総イオン交換容量とは、乾燥樹脂の単位重量あたりの交換基の当量のことをいい、中和滴定等によって測定することができる。 The total ion exchange capacity of the fluorinated copolymer is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 2.0 mg equivalent / g, more preferably 0.6 to 1.5 mg equivalent / g. Here, the total ion exchange capacity refers to an equivalent of an exchange group per unit weight of the dry resin, and can be measured by neutralization titration or the like.
イオン交換膜1の膜本体1aにおいては、スルホン酸基を有する含フッ素系重合体を含むスルホン酸層3と、カルボン酸基を有する含フッ素系重合体を含むカルボン酸層2とが積層されている。このような層構造の膜本体1aとすることで、ナトリウムイオン等の陽イオンの選択的透過性を一層向上させることができる。 In the membrane main body 1a of the ion exchange membrane 1, a sulfonic acid layer 3 containing a fluorinated polymer having a sulfonic acid group and a carboxylic acid layer 2 containing a fluorinated polymer having a carboxylic acid group are laminated. I have. With the membrane main body 1a having such a layer structure, the selective permeability of cations such as sodium ions can be further improved.
イオン交換膜1を電解槽に配置する場合、通常、スルホン酸層3が電解槽の陽極側に、カルボン酸層2が電解槽の陰極側に、それぞれ位置するように配置する。 When the ion exchange membrane 1 is disposed in the electrolytic cell, the sulfonic acid layer 3 is usually disposed on the anode side of the electrolytic cell, and the carboxylic acid layer 2 is disposed on the cathode side of the electrolytic cell.
スルホン酸層3は、電気抵抗が低い材料から構成されていることが好ましく、膜強度の観点から、膜厚がカルボン酸層2より厚いことが好ましい。スルホン酸層3の膜厚は、好ましくはカルボン酸層2の2〜25倍であり、より好ましくは3〜15倍である。 The sulfonic acid layer 3 is preferably made of a material having a low electric resistance, and is preferably thicker than the carboxylic acid layer 2 from the viewpoint of film strength. The film thickness of the sulfonic acid layer 3 is preferably 2 to 25 times, more preferably 3 to 15 times the carboxylic acid layer 2.
カルボン酸層2は、膜厚が薄くても高いアニオン排除性を有するものであることが好ましい。ここでいうアニオン排除性とは、イオン交換膜1へのアニオンの侵入や透過を妨げようとする性質をいう。アニオン排除性を高くするためには、スルホン酸層に対し、イオン交換容量の小さいカルボン酸層を配すること等が有効である。 It is preferable that the carboxylic acid layer 2 has high anion rejection even if the film thickness is small. The term “anion exclusion” as used herein refers to a property of preventing the anion from entering or permeating the ion exchange membrane 1. In order to increase the anion rejection, it is effective to provide a carboxylic acid layer having a small ion exchange capacity with respect to the sulfonic acid layer.
スルホン酸層3に用いる含フッ素系重合体としては、例えば、第3群の単量体としてCF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fを用いて得られた重合体が好適である。 Examples of the fluorine-containing polymer used for the sulfonic acid layer 3 include a polymer obtained by using CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F as a third group of monomers. It is suitable.
カルボン酸層2に用いる含フッ素系重合体としては、例えば、第2群の単量体としてCF2=CFOCF2CF(CF2)O(CF2)2COOCH3を用いて得られた重合体が好適である。 The fluorine-containing polymer used in the carboxylic acid layer 2, for example, the CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 2) a second group of monomers O (CF 2) polymer obtained using 2 COOCH 3 Is preferred.
(コーティング層)
イオン交換膜は、膜本体の少なくとも一方面上にコーティング層を有することが好ましい。また、図2に示すとおり、イオン交換膜1においては、膜本体1aの両面上にそれぞれコーティング層11a及び11bが形成されている。
コーティング層は無機物粒子と結合剤とを含む。
(Coating layer)
The ion exchange membrane preferably has a coating layer on at least one surface of the membrane main body. Further, as shown in FIG. 2, in the ion exchange membrane 1, coating layers 11a and 11b are formed on both surfaces of the membrane main body 1a, respectively.
The coating layer contains inorganic particles and a binder.
無機物粒子の平均粒径は、0.90μm以上であることがより好ましい。無機物粒子の平均粒径が0.90μm以上であると、ガス付着だけでなく不純物への耐久性が極めて向上する。すなわち、無機物粒子の平均粒径を大きくしつつ、且つ上述の比表面積の値を満たすようにすることで、特に顕著な効果が得られるようになる。このような平均粒径と比表面積を満たすため、不規則状の無機物粒子が好ましい。溶融により得られる無機物粒子、原石粉砕により得られる無機物粒子を用いることができる。好ましくは原石粉砕により得られる無機物粒子を好適に用いることができる。 The average particle size of the inorganic particles is more preferably 0.90 μm or more. When the average particle diameter of the inorganic particles is 0.90 μm or more, not only gas adhesion but also durability against impurities is extremely improved. That is, a particularly remarkable effect can be obtained by increasing the average particle size of the inorganic particles and satisfying the above-mentioned specific surface area. In order to satisfy such average particle size and specific surface area, irregular inorganic particles are preferable. Inorganic particles obtained by melting and inorganic particles obtained by grinding ore can be used. Preferably, inorganic particles obtained by crushing ore can be suitably used.
また、無機物粒子の平均粒径は、2μm以下とすることができる。無機物粒子の平均粒径が2μm以下であれば、無機物粒子によって膜が損傷することを防止できる。無機物粒子の平均粒径は、より好ましくは、0.90〜1.2μmである。 Further, the average particle size of the inorganic particles can be set to 2 μm or less. When the average particle size of the inorganic particles is 2 μm or less, it is possible to prevent the inorganic particles from damaging the film. The average particle size of the inorganic particles is more preferably 0.90 to 1.2 μm.
ここで、平均粒径は、粒度分布計(「SALD2200」島津製作所)によって測定することができる。 Here, the average particle size can be measured by a particle size distribution meter (“SALD2200”, Shimadzu Corporation).
無機物粒子の形状は、不規則形状であることが好ましい。不純物への耐性がより向上する。また、無機物粒子の粒度分布は 、ブロードであることが好ましい。 The shape of the inorganic particles is preferably irregular. The resistance to impurities is further improved. Further, the particle size distribution of the inorganic particles is preferably broad.
無機物粒子は、周期律表第IV族元素の酸化物、周期律表第IV族元素の窒化物、及び周期律表第IV族元素の炭化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の無機物を含むことが好ましい。より好ましくは、耐久性の観点から、酸化ジルコニウムの粒子である。 The inorganic particles may include at least one inorganic material selected from the group consisting of oxides of Group IV elements of the periodic table, nitrides of Group IV elements of the periodic table, and carbides of Group IV elements of the periodic table. preferable. More preferably, zirconium oxide particles are used from the viewpoint of durability.
この無機物粒子は、無機物粒子の原石を粉砕されることにより製造された無機物粒子であるか、または、無機物粒子の原石を溶融して精製することによって、粒子の径が揃った球状の粒子を無機物粒子であることが好ましい。 The inorganic particles are inorganic particles produced by pulverizing a raw ore of inorganic particles, or by melting and refining a raw ore of inorganic particles, the spherical particles having a uniform particle diameter are converted into inorganic particles. It is preferably a particle.
原石粉砕方法としては、特に限定されないが、ボールミル、ビーズミル、コロイドミル、コニカルミル、ディスクミル、エッジミル、製粉ミル、ハンマーミル、ペレットミル、VSIミル、ウィリーミル、ローラーミル、ジェットミルなどが挙げられる。また、粉砕後、洗浄されることが好ましく、そのとき洗浄方法としては、酸処理されることが好ましい。それによって、無機物粒子の表面に付着した鉄等の不純物を削減することができる。 The method of grinding the ore is not particularly limited, and examples thereof include a ball mill, a bead mill, a colloid mill, a conical mill, a disk mill, an edge mill, a milling mill, a hammer mill, a pellet mill, a VSI mill, a wheely mill, a roller mill, and a jet mill. Further, it is preferable to wash after pulverization, and at that time, it is preferable to perform an acid treatment as a washing method. Thereby, impurities such as iron adhering to the surface of the inorganic particles can be reduced.
コーティング層は結合剤を含むことが好ましい。結合剤は、無機物粒子をイオン交換膜の表面に保持して、コーティング層を成す成分である。結合剤は、電解液や電解による生成物への耐性の観点から、含フッ素系重合体を含むことが好ましい。 Preferably, the coating layer contains a binder. The binder is a component that forms the coating layer by holding the inorganic particles on the surface of the ion exchange membrane. The binder preferably contains a fluorinated polymer from the viewpoint of resistance to an electrolytic solution or a product generated by electrolysis.
結合剤としては、電解液や電解による生成物への耐性、及び、イオン交換膜の表面への接着性の観点から、カルボン酸基又はスルホン酸基を有する含フッ素系重合体であることがより好ましい。スルホン酸基を有する含フッ素重合体を含む層(スルホン酸層)上にコーティング層を設ける場合、当該コーティング層の結合剤としては、スルホン酸基を有する含フッ素系重合体を用いることがさらに好ましい。また、カルボン酸基を有する含フッ素重合体を含む層(カルボン酸層)上にコーティング層を設ける場合、当該コーティング層の結合剤としては、カルボン酸基を有する含フッ素系重合体を用いることがさらに好ましい。 As the binder, it is more preferable that the binder is a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group, from the viewpoint of resistance to an electrolytic solution or a product by electrolysis, and adhesion to the surface of the ion exchange membrane. preferable. When a coating layer is provided on a layer containing a fluorinated polymer having a sulfonic acid group (sulfonic acid layer), it is more preferable to use a fluorinated polymer having a sulfonic acid group as a binder of the coating layer. . When a coating layer is provided on a layer containing a fluorinated polymer having a carboxylic acid group (a carboxylic acid layer), a fluorinated polymer having a carboxylic acid group may be used as a binder of the coating layer. More preferred.
コーティング層中、無機物粒子の含有量は40〜90質量%であることが好ましく、50〜90質量%であることがより好ましい。また、結合剤の含有量は、10〜60質量%であることが好ましく、10〜50質量%であることがより好ましい。 In the coating layer, the content of the inorganic particles is preferably from 40 to 90% by mass, and more preferably from 50 to 90% by mass. Further, the content of the binder is preferably from 10 to 60% by mass, and more preferably from 10 to 50% by mass.
イオン交換膜におけるコーティング層の分布密度は、1cm2当り0.05〜2mgであることが好ましい。また、イオン交換膜が表面に凹凸形状を有する場合には、コーティング層の分布密度は、1cm2当り0.5〜2mgであることが好ましい。 The distribution density of the coating layer in the ion exchange membrane is preferably 0.05 to 2 mg / cm 2 . Further, when the ion exchange membrane has an uneven shape on the surface, the distribution density of the coating layer is preferably 0.5 to 2 mg / cm 2 .
コーティング層を形成する方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることがきる。例えば、無機物粒子を結合剤を含む溶液に分散したコーティング液を、スプレー等により塗布する方法が挙げられる。 The method for forming the coating layer is not particularly limited, and a known method can be used. For example, there is a method in which a coating liquid in which inorganic particles are dispersed in a solution containing a binder is applied by spraying or the like.
(強化芯材)
イオン交換膜は、膜本体の内部に配置された強化芯材を有することが好ましい。
(Reinforced core material)
The ion exchange membrane preferably has a reinforced core disposed inside the membrane body.
強化芯材は、イオン交換膜の強度や寸法安定性を強化する部材である。強化芯材を膜本体の内部に配置させることで、特に、イオン交換膜の伸縮を所望の範囲に制御することができる。かかるイオン交換膜は、電解時等において、必要以上に伸縮せず、長期に優れた寸法安定性を維持することができる。 The reinforced core is a member that enhances the strength and dimensional stability of the ion exchange membrane. By arranging the reinforcing core inside the membrane main body, in particular, the expansion and contraction of the ion exchange membrane can be controlled within a desired range. Such an ion exchange membrane does not unnecessarily expand or contract during electrolysis or the like, and can maintain excellent dimensional stability for a long period of time.
強化芯材の構成は、特に限定されず、例えば、強化糸と呼ばれる糸を紡糸して形成させてもよい。ここでいう強化糸とは、強化芯材を構成する部材であって、イオン交換膜に所望の寸法安定性及び機械的強度を付与できるものであり、かつ、イオン交換膜中で安定に存在できる糸のことをいう。かかる強化糸を紡糸した強化芯材を用いることにより、一層優れた寸法安定性及び機械的強度をイオン交換膜に付与することができる。 The configuration of the reinforcing core material is not particularly limited, and may be formed by, for example, spinning a yarn called a reinforcing yarn. The reinforcing yarn as referred to herein is a member constituting a reinforcing core material, which can impart desired dimensional stability and mechanical strength to the ion exchange membrane, and can be stably present in the ion exchange membrane. Refers to yarn. By using a reinforcing core obtained by spinning such a reinforcing yarn, it is possible to impart more excellent dimensional stability and mechanical strength to the ion exchange membrane.
強化芯材及びこれに用いる強化糸の材料は、特に限定されないが、酸やアルカリ等に耐性を有する材料であることが好ましく、長期にわたる耐熱性、耐薬品性が必要であることから、含フッ素系重合体から成る繊維が好ましい。 The material of the reinforcing core material and the reinforcing yarn used therefor is not particularly limited, but is preferably a material having resistance to acids, alkalis, and the like, and is required to have long-term heat resistance and chemical resistance. Fibers composed of a base polymer are preferred.
強化芯材に用いられる含フッ素系重合体としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、トリフルオロクロルエチレン−エチレン共重合体及びフッ化ビニリデン重合体(PVDF)等が挙げられる。これらのうち、特に耐熱性及び耐薬品性の観点からは、ポリテトラフルオロエチレンからなる繊維を用いることが好ましい。 Examples of the fluorinated polymer used for the reinforcing core include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) , A tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, a trifluorochloroethylene-ethylene copolymer, a vinylidene fluoride polymer (PVDF), and the like. Among these, it is preferable to use fibers made of polytetrafluoroethylene, particularly from the viewpoint of heat resistance and chemical resistance.
強化芯材に用いられる強化糸の糸径は、特に限定されないが、好ましくは20〜300デニール、より好ましくは50〜250デニールである。織り密度(単位長さあたりの打ち込み本数)は、好ましくは5〜50本/インチである。強化芯材の形態としては、特に限定されず、例えば、織布、不織布、編布等が用いられるが、織布の形態であることが好ましい。また、織布の厚みは、好ましくは30〜250μm、より好ましくは30〜150μmのものが使用される。 The yarn diameter of the reinforcing yarn used for the reinforcing core material is not particularly limited, but is preferably 20 to 300 denier, more preferably 50 to 250 denier. The weaving density (the number of punches per unit length) is preferably 5 to 50 / inch. The form of the reinforced core material is not particularly limited. For example, a woven cloth, a nonwoven cloth, a knitted cloth, or the like is used, and the woven cloth form is preferable. The thickness of the woven fabric is preferably 30 to 250 μm, more preferably 30 to 150 μm.
織布又は編布は、モノフィラメント、マルチフィラメント又はこれらのヤーン、スリットヤーン等が使用でき、織り方は平織り、絡み織り、編織り、コード織り、シャーサッカ等の種々の織り方が使用できる。 As the woven or knitted fabric, monofilaments, multifilaments, or yarns or slit yarns thereof can be used, and various weaving methods such as plain weave, entangled weave, knitting, cord weaving, and shearsack can be used.
膜本体における強化芯材の織り方及び配置は、特に限定されず、イオン交換膜の大きさや形状、イオン交換膜に所望する物性及び使用環境等を考慮して適宜好適な配置とすることができる。 The weaving method and arrangement of the reinforcing core material in the membrane main body are not particularly limited, and can be appropriately arranged in consideration of the size and shape of the ion exchange membrane, physical properties desired for the ion exchange membrane, the use environment, and the like. .
例えば、膜本体の所定の一方向に沿って強化芯材を配置してもよいが、寸法安定性の観点から、所定の第一の方向に沿って強化芯材を配置し、かつ第一の方向に対して略垂直である第二の方向に沿って別の強化芯材を配置することが好ましい。膜本体の縦方向膜本体の内部において、略直行するように複数の強化芯材を配置することで、多方向において一層優れた寸法安定性及び機械的強度を付与することができる。例えば、膜本体の表面において縦方向に沿って配置された強化芯材(縦糸)と横方向に沿って配置された強化芯材(横糸)を織り込む配置が好ましい。縦糸と横糸を交互に浮き沈みさせて打ち込んで織った平織りや、2本の経糸を捩りながら横糸と織り込んだ絡み織り、2本又は数本ずつ引き揃えて配置した縦糸に同数の横糸を打ち込んで織った斜子織り(ななこおり)等とすることが、寸法安定性、機械的強度及び製造容易性の観点からより好ましい。 For example, the reinforcing core may be arranged along a predetermined direction of the membrane body, but from the viewpoint of dimensional stability, the reinforcing core is arranged along a predetermined first direction, and the first Preferably, another reinforcing core is arranged along a second direction substantially perpendicular to the direction. By arranging a plurality of reinforcing cores so as to be substantially perpendicular to the inside of the longitudinal membrane main body of the membrane main body, it is possible to impart more excellent dimensional stability and mechanical strength in multiple directions. For example, an arrangement in which a reinforcing core material (warp) arranged along the longitudinal direction and a reinforcing core material (weft) arranged along the lateral direction on the surface of the membrane main body is preferable. Plain weave in which warp yarns and weft yarns are alternately raised and sinked and driven in, and entangled weaves in which two warp yarns are twisted and woven with weft yarns. It is more preferable to use a tapered weave or the like from the viewpoints of dimensional stability, mechanical strength, and manufacturability.
特に、イオン交換膜のMD方向(Machine Direction方向)及びTD方向(Transverse Direction方向)の両方向に沿って強化芯材が配置されていることが好ましい。すなわち、MD方向とTD方向に平織りされていることが好ましい。ここで、MD方向とは、後述するイオン交換膜の製造工程において、膜本体や各種芯材(例えば、強化芯材、強化糸、後述する犠牲糸等)が搬送される方向(流れ方向)をいい、TD方向とは、MD方向と略垂直の方向をいう。そして、MD方向に沿って織られた糸をMD糸といい、TD方向に沿って織られた糸をTD糸という。通常、電解に用いるイオン交換膜は、矩形状であり、長手方向がMD方向となり、幅方向がTD方向となることが多い。MD糸である強化芯材とTD糸である強化芯材を織り込むことで、多方向において一層優れた寸法安定性及び機械的強度を付与することができる。 In particular, it is preferable that the reinforcing core material is arranged along both the MD direction (Machine Direction direction) and the TD direction (Transverse Direction direction) of the ion exchange membrane. That is, it is preferable to be plain woven in the MD direction and the TD direction. Here, the MD direction is a direction (flow direction) in which a membrane main body and various core materials (for example, a reinforced core material, a reinforced yarn, a sacrifice yarn described later, and the like) are conveyed in a later-described ion exchange membrane manufacturing process. In other words, the TD direction refers to a direction substantially perpendicular to the MD direction. A yarn woven along the MD direction is called an MD yarn, and a yarn woven along the TD direction is called a TD yarn. Usually, an ion exchange membrane used for electrolysis is rectangular in shape, and the longitudinal direction is often the MD direction and the width direction is the TD direction in many cases. By incorporating the reinforcing core material as the MD yarn and the reinforcing core material as the TD yarn, more excellent dimensional stability and mechanical strength in multiple directions can be imparted.
強化芯材の配置間隔は、特に限定されず、イオン交換膜に所望する物性及び使用環境等を考慮して適宜好適な配置とすることができる。 The arrangement interval of the reinforcing core material is not particularly limited, and may be appropriately set in consideration of the physical properties desired for the ion exchange membrane, the use environment, and the like.
強化芯材の開口率は、特に限定されず、好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上90%以下である。開口率は、イオン交換膜の電気化学的性質の観点からは30%以上が好ましく、イオン交換膜の機械的強度の観点からは90%以下が好ましい。 The aperture ratio of the reinforced core material is not particularly limited, and is preferably 30% or more, more preferably 50% or more and 90% or less. The aperture ratio is preferably 30% or more from the viewpoint of the electrochemical properties of the ion exchange membrane, and is preferably 90% or less from the viewpoint of the mechanical strength of the ion exchange membrane.
強化芯材の開口率とは、膜本体のいずれか一方の表面の面積(A)におけるイオン等の物質(電解液及びそれに含有される陽イオン(例えば、ナトリウムイオン))が通過できる表面の総面積(B)の割合(B/A)をいう。イオン等の物質が通過できる表面の総面積(B)とは、イオン交換膜において、陽イオンや電解液等が、イオン交換膜に含まれる強化芯材等によって遮断されない領域の総面積ということができる。 The aperture ratio of the reinforced core is defined as the total surface area through which substances such as ions (electrolyte solution and cations contained therein (eg, sodium ions)) can pass through on one surface area (A) of the membrane main body. It means the ratio (B / A) of the area (B). The total area (B) of the surface through which substances such as ions can pass means the total area of a region in the ion exchange membrane where cations, electrolytes, and the like are not blocked by the reinforcing core material contained in the ion exchange membrane. it can.
図3は、イオン交換膜を構成する強化芯材の開口率を説明するための概略図である。図3はイオン交換膜の一部を拡大し、その領域内における強化芯材21a及び21bの配置のみを図示しているものであり、他の部材については図示を省略している。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the aperture ratio of the reinforced core constituting the ion exchange membrane. FIG. 3 is an enlarged view of a part of the ion exchange membrane, showing only the arrangement of the reinforcing cores 21a and 21b in the region, and omits illustration of other members.
縦方向に沿って配置された強化芯材21aと横方向に配置された強化芯材21bによって囲まれた領域であって、強化芯材の面積も含めた領域の面積(A)から強化芯材の総面積(C)を減じることにより、上述した領域の面積(A)におけるイオン等の物質が通過できる領域の総面積(B)を求めることができる。すなわち、開口率は、下記式(I)により求めることができる。
開口率=(B)/(A)=((A)−(C))/(A) …(I)
The area surrounded by the reinforcing core 21a arranged in the longitudinal direction and the reinforcing core 21b arranged in the horizontal direction, and the area (A) of the region including the area of the reinforcing core is calculated from the area of the reinforcing core. By subtracting the total area (C) of the above, the total area (B) of the area through which substances such as ions can pass in the area (A) of the above-described area can be obtained. That is, the aperture ratio can be obtained by the following equation (I).
Aperture ratio = (B) / (A) = ((A)-(C)) / (A) (I)
強化芯材の中でも、特に好ましい形態は、耐薬品性及び耐熱性の観点から、PTFEを含むテープヤーン又は高配向モノフィラメントである。具体的には、PTFEからなる高強度多孔質シートをテープ状にスリットしたテープヤーン、又はPTFEからなる高度に配向したモノフィラメントの50〜300デニールを使用し、かつ、織り密度が10〜50本/インチである平織りであり、その厚みが50〜100μmの範囲である強化芯材であることがより好ましい。かかる強化芯材を含むイオン交換膜の開口率は60%以上であることが更に好ましい。 Among the reinforced core materials, a particularly preferred form is a tape yarn or a highly oriented monofilament containing PTFE from the viewpoint of chemical resistance and heat resistance. Specifically, a tape yarn obtained by slitting a high-strength porous sheet made of PTFE into a tape shape, or 50 to 300 denier of highly oriented monofilament made of PTFE is used, and the weaving density is 10 to 50 fibers / More preferably, the reinforcing core material has a plain weave of inches and a thickness in the range of 50 to 100 μm. The aperture ratio of the ion exchange membrane containing such a reinforcing core material is more preferably 60% or more.
強化糸の形状としては、丸糸、テープ状糸等が挙げられる。 Examples of the shape of the reinforcing yarn include a round yarn and a tape-like yarn.
(連通孔)
イオン交換膜は、膜本体の内部に連通孔を有することが好ましい。
(Communication hole)
The ion exchange membrane preferably has a communication hole inside the membrane main body.
連通孔とは、電解の際に発生するイオンや電解液の流路となり得る孔をいう。また、連通孔とは、膜本体内部に形成されている管状の孔であり、後述する犠牲芯材(又は犠牲糸)が溶出することで形成される。連通孔の形状や径等は、犠牲芯材(犠牲糸)の形状や径を選択することによって制御することができる。 The communication hole refers to a hole that can serve as a flow path for ions generated during electrolysis or an electrolytic solution. The communication hole is a tubular hole formed inside the membrane main body, and is formed by elution of a sacrificial core material (or sacrificial thread) described later. The shape and diameter of the communication hole can be controlled by selecting the shape and diameter of the sacrificial core (sacrifice yarn).
イオン交換膜に連通孔を形成することで、電解の際に電解液の移動性を確保できる。連通孔の形状は特に限定されないが、後述する製法によれば、連通孔の形成に用いられる犠牲芯材の形状とすることができる。 By forming the communication holes in the ion exchange membrane, the mobility of the electrolyte during electrolysis can be secured. Although the shape of the communication hole is not particularly limited, the shape of the sacrificial core material used for forming the communication hole can be obtained according to a manufacturing method described later.
連通孔は、強化芯材の陽極側(スルホン酸層側)と陰極側(カルボン酸層側)を交互に通過するように形成されることが好ましい。かかる構造とすることで、強化芯材の陰極側に連通孔が形成されている部分では、連通孔に満たされている電解液を通して輸送されたイオン(例えば、ナトリウムイオン)が、強化芯材の陰極側にも流れることができる。その結果、陽イオンの流れが遮蔽されることがないため、イオン交換膜の電気抵抗を更に低くすることができる。 The communication holes are preferably formed so as to alternately pass between the anode side (sulfonic acid layer side) and the cathode side (carboxylic acid layer side) of the reinforcing core material. With such a structure, in the portion where the communication hole is formed on the cathode side of the reinforcing core material, ions (for example, sodium ions) transported through the electrolytic solution filled in the communication hole are used for the reinforcing core material. It can also flow to the cathode side. As a result, since the flow of the cations is not blocked, the electric resistance of the ion exchange membrane can be further reduced.
連通孔は、イオン交換膜を構成する膜本体の所定の一方向のみに沿って形成されていてもよいが、より安定した電解性能を発揮するという観点から、膜本体の縦方向と横方向との両方向に形成されていることが好ましい。 The communication hole may be formed along only one predetermined direction of the membrane main body constituting the ion exchange membrane, but from the viewpoint of exhibiting more stable electrolysis performance, the longitudinal direction and the lateral direction of the membrane main body are different from each other. Are preferably formed in both directions.
〔製造方法〕
イオン交換膜の好適な製造方法としては、以下の(1)工程〜(6)工程を有する方法が挙げられる。
(1)工程:イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体を有する含フッ素系重合体を製造する工程。
(2)工程:必要に応じて、複数の強化芯材と、酸又はアルカリに溶解する性質を有し、連通孔を形成する犠牲糸と、を少なくとも織り込むことにより、隣接する強化芯材同士の間に犠牲糸が配置された補強材を得る工程。
(3)工程:イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体を有する前記含フッ素系重合体をフィルム化する工程。
(4)工程:前記フィルムに必要に応じて前記補強材を埋め込んで、前記補強材が内部に配置された膜本体を得る工程。
(5)工程:(4)工程で得られた膜本体を加水分解する工程(加水分解工程)。
(6)工程:(5)工程で得られた膜本体に、コーティング層を設ける工程(コーティング工程)。
〔Production method〕
A preferred method for producing the ion exchange membrane includes a method having the following steps (1) to (6).
(1) Step: a step of producing a fluorine-containing polymer having an ion-exchange group or an ion-exchange group precursor that can be converted to an ion-exchange group by hydrolysis.
(2) Step: If necessary, at least a plurality of reinforcing cores and a sacrificial yarn having a property of dissolving in an acid or an alkali and forming a communication hole are woven, so that adjacent reinforcing cores are connected to each other. A step of obtaining a reinforcing material having a sacrificial thread disposed therebetween.
(3) Step: a step of forming a film of the fluorinated polymer having an ion-exchange group or an ion-exchange group precursor that can become an ion-exchange group by hydrolysis.
(4) Step: a step of embedding the reinforcing material as necessary in the film to obtain a membrane main body in which the reinforcing material is disposed.
Step (5): Step of hydrolyzing the membrane main body obtained in step (4) (hydrolysis step).
Step (6): a step of providing a coating layer on the film body obtained in step (5) (coating step).
以下、各工程について詳述する。 Hereinafter, each step will be described in detail.
(1)工程:含フッ素系重合体を製造する工程
(1)工程では、上記第1群〜第3群に記載した原料の単量体を用いて含フッ素系重合体を製造する。含フッ素系重合体のイオン交換容量を制御するためには、各層を形成する含フッ素系重合体の製造において、原料の単量体の混合比を調整すればよい。
(1) Step: Step of Producing Fluoropolymer In step (1), a fluorinated polymer is produced using the raw material monomers described in the first to third groups. In order to control the ion exchange capacity of the fluorinated polymer, the mixing ratio of the raw material monomers may be adjusted in the production of the fluorinated polymer forming each layer.
(2)工程:補強材の製造工程
補強材とは、強化糸を織った織布等である。補強材が膜内に埋め込まれることで、強化芯材を形成する。連通孔を有するイオン交換膜とするときには、犠牲糸も一緒に補強材へ織り込む。この場合の犠牲糸の混織量は、好ましくは補強材全体の10〜80質量%、より好ましくは30〜70質量%である。犠牲糸を織り込むことにより、強化芯材の目ズレを防止することもできる。
(2) Process: manufacturing process of reinforcing material The reinforcing material is a woven fabric or the like in which a reinforcing yarn is woven. The reinforcing material is embedded in the film to form a reinforced core. When forming an ion exchange membrane having a communication hole, the sacrificial yarn is also woven into the reinforcing material. In this case, the mixed amount of the sacrificial yarn is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass of the whole reinforcing material. By weaving the sacrificial thread, misalignment of the reinforced core material can be prevented.
犠牲糸は、膜の製造工程もしくは電解環境下において溶解性を有するものであり、レーヨン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、セルロース及びポリアミド等が用いられる。また、20〜50デニールの太さを有し、モノフィラメント又はマルチフィラメントからなるポリビニルアルコール等も好ましい。 The sacrificial yarn has solubility in the film manufacturing process or in an electrolytic environment, and is made of rayon, polyethylene terephthalate (PET), cellulose, polyamide, or the like. Further, polyvinyl alcohol or the like having a thickness of 20 to 50 denier and comprising a monofilament or a multifilament is also preferable.
なお、(2)工程において、強化芯材や犠牲糸の配置を調整することにより、開口率や連通孔の配置等を制御することができる。 In the step (2), the aperture ratio and the arrangement of the communication holes can be controlled by adjusting the arrangement of the reinforcing core material and the sacrificial yarn.
(3)工程:フィルム化工程
(3)工程では、前記(1)工程で得られた含フッ素系重合体を、押出し機を用いてフィルム化する。フィルムは単層構造でもよいし、上述したように、スルホン酸層とカルボン酸層との2層構造でもよいし、3層以上の多層構造であってもよい。
(3) Step: Film forming step In the (3) step, the fluorinated polymer obtained in the above (1) step is formed into a film using an extruder. The film may have a single-layer structure, a two-layer structure of a sulfonic acid layer and a carboxylic acid layer, or a multilayer structure of three or more layers, as described above.
フィルム化する方法としては例えば、以下のものが挙げられる。
カルボン酸基を有する含フッ素重合体、スルホン酸基を有する含フッ素重合体をそれぞれ別々にフィルム化する方法。
カルボン酸基を有する含フッ素重合体と、スルホン酸基を有する含フッ素重合体とを共押出しにより、複合フィルムとする方法。
As a method of forming a film, for example, the following method is used.
A method in which a fluoropolymer having a carboxylic acid group and a fluoropolymer having a sulfonic acid group are separately formed into films.
A method of forming a composite film by co-extrusion of a fluorinated polymer having a carboxylic acid group and a fluorinated polymer having a sulfonic acid group.
なお、フィルムはそれぞれ複数枚であってもよい。また、異種のフィルムを共押出しすることは、界面の接着強度を高めることに寄与するため、好ましい。 The number of films may be plural. Further, co-extrusion of different kinds of films is preferable because it contributes to increasing the adhesive strength at the interface.
(4)工程:膜本体を得る工程
(4)工程では、(2)工程で得た補強材を、(3)工程で得たフィルムの内部に埋め込むことで、補強材が内在する膜本体を得る。
Step (4): Step of Obtaining a Membrane Body In the step (4), the reinforcing material obtained in the step (2) is embedded in the film obtained in the step (3) to remove the film body in which the reinforcing material is present. obtain.
膜本体の好ましい形成方法としては、(i)陰極側に位置するカルボン酸基前駆体(例えば、カルボン酸エステル官能基)を有する含フッ素系重合体(以下、これからなる層を第一層という)と、スルホン酸基前駆体(例えば、スルホニルフルオライド官能基)を有する含フッ素系重合体(以下、これからなる層を第二層という)を共押出し法によってフィルム化し、必要に応じて加熱源及び真空源を用いて、表面上に多数の細孔を有する平板またはドラム上に、透気性を有する耐熱性の離型紙を介して、補強材、第二層/第一層複合フィルムの順に積層して、各重合体が溶融する温度下で減圧により各層間の空気を除去しながら一体化する方法;(ii)第二層/第一層複合フィルムとは別に、スルホン酸基前駆体を有する含フッ素系重合体(第三層)を予め単独でフィルム化し、必要に応じて加熱源及び真空源を用いて、表面上に多数の細孔を有する平板又はドラム上に透気性を有する耐熱性の離型紙を介して、第三層フィルム、強化芯材、第二層/第一層からなる複合フィルムの順に積層して、各重合体が溶融する温度下で減圧により各層間の空気を除去しながら一体化する方法が挙げられる。 As a preferable method of forming the membrane main body, (i) a fluorine-containing polymer having a carboxylic acid group precursor (for example, a carboxylic acid ester functional group) located on the cathode side (hereinafter, a layer composed of the first layer is referred to as a first layer) And a fluorinated polymer having a sulfonic acid group precursor (for example, a sulfonyl fluoride functional group) (hereinafter, a layer composed of the second layer) is formed into a film by a co-extrusion method. Using a vacuum source, a reinforcing material and a second layer / first layer composite film are laminated in this order on a flat plate or drum having a large number of pores on the surface, through a heat-resistant release paper having air permeability. And removing the air between the layers under reduced pressure at a temperature at which each polymer melts; (ii) Apart from the second layer / first layer composite film, a method comprising a sulfonic acid group precursor. Fluorine polymerization (Third layer) is formed into a film by itself in advance, and if necessary, using a heat source and a vacuum source, through a heat-resistant release paper having air permeability on a flat plate or a drum having many pores on the surface. Then, the third layer film, the reinforcing core material, and the composite film composed of the second layer / first layer are laminated in this order, and integrated while removing the air between the layers under reduced pressure at a temperature at which each polymer melts. Method.
ここで、第一層と第二層とを共押出しすることは、界面の接着強度を高めることに寄与している。 Here, co-extrusion of the first layer and the second layer contributes to increasing the adhesive strength at the interface.
また、減圧下で一体化する方法は、加圧プレス法に比べて、補強材上の第三層の厚みが大きくなる特徴を有している。更に、補強材が膜本体の内面に固定されているため、イオン交換膜の機械的強度が十分に保持できる性能を有している。 Further, the method of integrating under reduced pressure has a feature that the thickness of the third layer on the reinforcing material is larger than that of the pressure press method. Further, since the reinforcing material is fixed to the inner surface of the membrane main body, the ion exchange membrane has a performance capable of sufficiently maintaining the mechanical strength.
なお、ここで説明した積層のバリエーションは一例であり、所望する膜本体の層構成や物性等を考慮して、適宜好適な積層パターン(例えば、各層の組合せ等)を選択した上で、共押出しすることができる。 It should be noted that the above-described variation of the lamination is merely an example, and a suitable lamination pattern (for example, a combination of the respective layers) is appropriately selected in consideration of a desired layer configuration and physical properties of the film main body, and then the co-extrusion is performed. can do.
なお、イオン交換膜の電気的性能をさらに高める目的で、第一層と第二層との間に、カルボン酸基前駆体とスルホン酸基前駆体の両方を有する含フッ素系重合体からなる第四層をさらに介在させることや、第二層の代わりにカルボン酸基前駆体とスルホン酸基前駆体の両方を有する含フッ素系重合体からなる第四層を用いることも可能である。 In addition, for the purpose of further improving the electrical performance of the ion exchange membrane, between the first layer and the second layer, the first layer made of a fluoropolymer having both a carboxylic acid group precursor and a sulfonic acid group precursor It is also possible to further interpose four layers, or to use a fourth layer made of a fluorine-containing polymer having both a carboxylic acid group precursor and a sulfonic acid group precursor instead of the second layer.
第四層の形成方法は、カルボン酸基前駆体を有する含フッ素系重合体と、スルホン酸基前駆体を有する含フッ素系重合体と、を別々に製造した後に混合する方法でもよく、カルボン酸基前駆体を有する単量体とスルホン酸基前駆体を有する単量体とを共重合したものを使用する方法でもよい。 The method for forming the fourth layer may be a method in which a fluorinated polymer having a carboxylic acid group precursor and a fluorinated polymer having a sulfonic acid group precursor are separately produced and then mixed, and the carboxylic acid A method using a copolymer of a monomer having a group precursor and a monomer having a sulfonic acid group precursor may be used.
第四層をイオン交換膜の構成とする場合には、第一層と第四層との共押出しフィルムを成形し、第三層と第二層はこれとは別に単独でフィルム化し、前述の方法で積層してもよいし、第一層/第四層/第二層の3層を一度に共押し出しでフィルム化してもよい。 When the fourth layer is configured as an ion exchange membrane, a co-extruded film of the first layer and the fourth layer is formed, and the third layer and the second layer are separately formed into a film separately from the first layer and the second layer. The layers may be laminated by a method, or three layers of a first layer / fourth layer / second layer may be coextruded at a time to form a film.
この場合、押出しされたフィルムが流れていく方向が、MD方向である。このようにして、イオン交換基を有する含フッ素系重合体を含む膜本体を、補強材上に形成することができる。 In this case, the direction in which the extruded film flows is the MD direction. In this way, the membrane main body containing the fluorinated polymer having an ion exchange group can be formed on the reinforcing material.
また、イオン交換膜は、スルホン酸層からなる表面側に、スルホン酸基を有する含フッ素重合体からなる突出した部分、すなわち凸部を有することが好ましい。このような凸部を形成する方法としては、特に限定されず、樹脂表面に凸部を形成する公知の方法を採用することができる。具体的には、例えば、膜本体の表面にエンボス加工を施す方法が挙げられる。例えば、前記した複合フィルムと補強材等とを一体化する際に、予めエンボス加工された離型紙を用いることによって、上記の凸部を形成させることができる。エンボス加工により凸部を形成する場合、凸部の高さや配置密度の制御は、転写するエンボス形状(離型紙の形状)を制御することで行うことができる。 Further, the ion exchange membrane preferably has a protruding portion made of a fluorinated polymer having a sulfonic acid group, that is, a convex portion, on the surface side of the sulfonic acid layer. The method for forming such a convex portion is not particularly limited, and a known method for forming a convex portion on a resin surface can be employed. Specifically, for example, a method of embossing the surface of the film main body may be mentioned. For example, when the above-described composite film is integrated with a reinforcing material or the like, the above-described convex portion can be formed by using release paper that has been embossed in advance. When a convex portion is formed by embossing, the height and arrangement density of the convex portion can be controlled by controlling the emboss shape (the shape of release paper) to be transferred.
(5)加水分解工程
(5)工程では、(4)工程で得られた膜本体を加水分解して、イオン交換基前駆体をイオン交換基に変換する工程(加水分解工程)を行う。
(5) Hydrolysis Step In the (5) step, a step (hydrolysis step) of hydrolyzing the membrane body obtained in the step (4) to convert an ion exchange group precursor into an ion exchange group is performed.
また、(5)工程では、膜本体に含まれている犠牲糸を酸又はアルカリで溶解除去することで、膜本体に溶出孔を形成させることができる。なお、犠牲糸は、完全に溶解除去されずに、連通孔に残っていてもよい。また、連通孔に残っていた犠牲糸は、イオン交換膜が電解に供された際、電解液により溶解除去されてもよい。 In the step (5), elution holes can be formed in the membrane main body by dissolving and removing the sacrificial yarn contained in the membrane main body with an acid or an alkali. Note that the sacrificial yarn may remain in the communication hole without being completely dissolved and removed. Further, the sacrificial thread remaining in the communication hole may be dissolved and removed by the electrolytic solution when the ion exchange membrane is subjected to electrolysis.
犠牲糸は、イオン交換膜の製造工程や電解環境下において、酸又はアルカリに対して溶解性を有するものであり、犠牲糸が溶出することで当該部位に連通孔が形成される。 The sacrificial yarn is soluble in an acid or an alkali in a process of manufacturing an ion exchange membrane or in an electrolytic environment, and a communication hole is formed at the site by elution of the sacrificial yarn.
(5)工程は、酸又はアルカリを含む加水分解溶液に(4)工程で得られた膜本体を浸漬して行うことができる。該加水分解溶液としては、例えば、KOHとDMSO(Dimethyl sulfoxide)とを含む混合溶液を用いることができる。 The step (5) can be performed by immersing the membrane body obtained in the step (4) in a hydrolysis solution containing an acid or an alkali. As the hydrolysis solution, for example, a mixed solution containing KOH and DMSO (Dimethyl sulfoxide) can be used.
該混合溶液は、KOHを2.5〜4.0N含み、DMSOを25〜35質量%含むことが好ましい。 It is preferable that the mixed solution contains 2.5 to 4.0 N of KOH and 25 to 35% by mass of DMSO.
加水分解の温度としては、70〜100℃であることが好ましい。温度が高いほど、見かけ厚みをより厚くすることができる。より好ましくは、75〜100℃である。 The hydrolysis temperature is preferably from 70 to 100 ° C. The higher the temperature, the greater the apparent thickness. More preferably, it is 75 to 100 ° C.
加水分解の時間としては、10〜120分であることが好ましい。時間が長いほど、見かけ厚みをより厚くすることができる。より好ましくは、20〜120分である。 The hydrolysis time is preferably from 10 to 120 minutes. The longer the time, the greater the apparent thickness can be. More preferably, it is 20 to 120 minutes.
ここで、犠牲糸を溶出させることで連通孔形成する工程についてより詳細に説明する。図4(a)、(b)は、イオン交換膜の連通孔を形成する方法を説明するための模式図である。 Here, the step of forming the communication hole by dissolving the sacrificial yarn will be described in more detail. FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams for explaining a method of forming a communication hole of an ion exchange membrane.
図4(a)、(b)では、強化糸52と犠牲糸504aと犠牲糸504aにより形成される連通孔504のみを図示しており、膜本体等の他の部材については、図示を省略している。 FIGS. 4A and 4B show only the communication hole 504 formed by the reinforcing yarn 52, the sacrificial yarn 504a, and the sacrificial yarn 504a, and other members such as the membrane main body are not shown. ing.
まず、イオン交換膜中で強化芯材を構成することとなる強化糸52と、イオン交換膜中で連通孔504を形成するための犠牲糸504aとを、編み込み補強材とする。そして、(5)工程において犠牲糸504aが溶出することで連通孔504が形成される。 First, the reinforcing yarn 52 that forms the reinforcing core in the ion exchange membrane and the sacrificial yarn 504a for forming the communication hole 504 in the ion exchange membrane are used as braided reinforcing materials. Then, in the step (5), the communication hole 504 is formed by elution of the sacrificial thread 504a.
上記方法によれば、イオン交換膜の膜本体内において強化芯材、連通孔を如何なる配置とするのかに応じて、強化糸52と犠牲糸504aの編み込み方を調整すればよいため簡便である。 According to the above-described method, the method of weaving the reinforcing yarns 52 and the sacrificial yarns 504a can be easily adjusted according to the arrangement of the reinforcing core material and the communication holes in the membrane main body of the ion exchange membrane.
図4(a)では、紙面において縦方向と横方向の両方向に沿って強化糸52と犠牲糸504aを織り込んだ平織りの補強材を例示しているが、必要に応じて補強材における強化糸52と犠牲糸504aの配置を変更することができる。 FIG. 4A illustrates a plain-woven reinforcing material in which the reinforcing yarn 52 and the sacrificial yarn 504a are woven along both the longitudinal direction and the horizontal direction on the paper surface, but the reinforcing yarn 52 in the reinforcing material is used as necessary. The arrangement of the sacrificial thread 504a can be changed.
(6)コーティング工程
(6)工程では、原石粉砕または原石溶融により得られた無機物粒子と、結合剤とを含むコーティング液を調整し、コーティング液を(5)工程で得られたイオン交換膜の表面に塗布及び乾燥させることで、コーティング層を形成することができる。
(6) Coating Step In the step (6), a coating liquid containing inorganic particles obtained by crushing or melting the ore and a binder and a binder is prepared, and the coating liquid is applied to the ion exchange membrane obtained in the step (5). A coating layer can be formed by applying and drying the surface.
結合剤としては、イオン交換基前駆体を有する含フッ素系重合体を、ジメチルスルホキシド(DMSO)及び水酸化カリウム(KOH)を含む水溶液で加水分解した後、塩酸に浸漬してイオン交換基の対イオンをH+に置換した結合剤(例えば、カルボキシル基又はスルホ基を有する含フッ素系重合体)が好ましい。それによって、後述する水やエタノールに溶解しやすくなるため、好ましい。 As a binder, a fluorinated polymer having an ion exchange group precursor is hydrolyzed with an aqueous solution containing dimethyl sulfoxide (DMSO) and potassium hydroxide (KOH), and then immersed in hydrochloric acid to form a pair of the ion exchange group. A binder in which an ion is substituted with H + (for example, a fluorinated polymer having a carboxyl group or a sulfo group) is preferable. This is preferable because it is easily dissolved in water or ethanol described below.
この結合剤を、水とエタノールを混合した溶液に溶解する。なお、水とエタノールの好ましい体積比10:1〜1:10であり、より好ましくは、5:1〜1:5であり、さらに好ましくは、2:1〜1:2である。このようにして得た溶解液中に、無機物粒子をボールミルで分散させてコーティング液を得る。このとき、分散する際の、時間、回転速度を調整することで、粒子の平均粒径等を調整することもできる。なお、無機物粒子と結合剤の好ましい配合量は、前述の通りである。 This binder is dissolved in a mixed solution of water and ethanol. The volume ratio of water to ethanol is preferably 10: 1 to 1:10, more preferably 5: 1 to 1: 5, and still more preferably 2: 1 to 1: 2. In the thus obtained solution, the inorganic particles are dispersed with a ball mill to obtain a coating solution. At this time, the average particle size and the like of the particles can be adjusted by adjusting the time and rotation speed at the time of dispersion. The preferred blending amounts of the inorganic particles and the binder are as described above.
コーティング液中の無機物粒子及び結合剤の濃度については、特に限定されないが、薄いコーティング液とする方が好ましい。それによって、イオン交換膜の表面に均一に塗布することが可能となる。 The concentration of the inorganic particles and the binder in the coating liquid is not particularly limited, but a thin coating liquid is preferable. Thereby, it becomes possible to apply uniformly on the surface of the ion exchange membrane.
また、無機物粒子を分散させる際に、界面活性剤を分散液に添加してもよい。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤界面活性剤が好ましく、例えば、日油株式会社性HS−210、NS−210、P−210、E−212等が挙げられる。 When dispersing the inorganic particles, a surfactant may be added to the dispersion. As the surfactant, a nonionic surfactant is preferable, and examples thereof include HS-210, NS-210, P-210, and E-212 manufactured by NOF Corporation.
得られたコーティング液を、スプレー塗布やロール塗工でイオン交換膜表面に塗布することでイオン交換膜が得られる。 The ion exchange membrane is obtained by applying the obtained coating liquid to the ion exchange membrane surface by spray coating or roll coating.
〔微多孔膜〕
本実施形態の微多孔膜としても、特に限定されず、種々の微多孔膜を適用することができる。
本実施形態の微多孔膜の気孔率は、特に限定されないが、例えば、20〜90とすることができ、好ましくは30〜85である。上記気孔率は、例えば、下記の式にて算出できる。
気孔率=(1−(乾燥状態の膜重量)/(膜の厚み、幅、長さから算出される体積と膜素材の密度から算出される重量))×100
本実施形態の微多孔膜の平均孔径は、特に限定されないが、例えば、0.01μm〜10μとすることができ、好ましくは0.05μm〜5μmである。上記平均孔径は、例えば、膜を厚み方向に垂直に切断し、切断面をFE−SEMで観察する。観察される孔の直径を100点程度測定し、平均することで求めることができる。
本実施形態の微多孔膜の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm〜1000μmとすることができ、好ましくは50μm〜600μmである。上記厚みは、例えば、マイクロメーター(株式会社ミツトヨ製)等を用いて測定することができる。
上述のような微多孔膜の具体例としては、Agfa社製のZirfon Perl UTP 500(本実施形態において、Zirfon膜とも称す)、国際公開第2013−183584号パンフレット、国際公開第2016−203701号パンフレットなどに記載のものが挙げられる。
(Microporous membrane)
The microporous membrane of the present embodiment is not particularly limited, and various microporous membranes can be applied.
The porosity of the microporous membrane of the present embodiment is not particularly limited, but may be, for example, 20 to 90, and preferably 30 to 85. The porosity can be calculated, for example, by the following equation.
Porosity = (1− (weight of film in dry state) / (volume calculated from thickness, width, length of film and weight calculated from density of film material)) × 100
The average pore size of the microporous membrane of the present embodiment is not particularly limited, but can be, for example, 0.01 μm to 10 μm, and preferably 0.05 μm to 5 μm. The average pore diameter is determined, for example, by cutting the membrane perpendicularly to the thickness direction and observing the cut surface by FE-SEM. The diameter of the observed hole can be determined by measuring about 100 points and averaging.
The thickness of the microporous membrane of the present embodiment is not particularly limited, but can be, for example, 10 μm to 1000 μm, and preferably 50 μm to 600 μm. The thickness can be measured using, for example, a micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation) or the like.
Specific examples of the microporous film as described above include Zirfon Perl UTP 500 (also referred to as Zirfon film in the present embodiment) manufactured by Agfa, International Publication No. 2013-183584, and International Publication No. 2006-203701. And the like.
本実施形態においては、隔膜が、第1のイオン交換樹脂層と、当該第1のイオン交換樹脂層とは異なるEW(イオン交換当量)を有する第2のイオン交換樹脂層とを含むことが好ましい。また、隔膜が、第1のイオン交換樹脂層と、当該第1のイオン交換樹脂層とは異なる官能基を有する第2のイオン交換樹脂層とを含むことが好ましい。イオン交換当量は導入する官能基によって調整でき、導入しうる官能基については前述したとおりである。 In the present embodiment, it is preferable that the diaphragm includes a first ion exchange resin layer and a second ion exchange resin layer having an EW (ion exchange equivalent) different from the first ion exchange resin layer. . Further, it is preferable that the diaphragm includes a first ion-exchange resin layer and a second ion-exchange resin layer having a functional group different from that of the first ion-exchange resin layer. The ion exchange equivalent can be adjusted by the functional group to be introduced, and the functional groups that can be introduced are as described above.
〔固定手段〕
本実施形態において、電解用電極は、既存電極の表面の少なくとも1つの領域に固定されており、本明細書において、この1つ又は2以上の領域を固定領域ともいう。本実施形態における固定領域は、電解用電極と既存電極との分離を抑制する機能を有し、既存電極に電解用電極を固定する部分であれば特に限定されず、例えば、電解用電極自体が固定手段となることで固定領域を構成する場合もあり、また、電解用電極とは別体である固定用部材が固定手段となることで固定領域を構成する場合もある。なお、本実施形態における固定領域は、電解時の通電面に対応する位置のみに存在してもよく、非通電面に対応する位置に延在してもよい。なお、「通電面」は、陽極室と陰極室との間で電解質の移動が行わるように設計された部分に対応する。また、「非通電面」とは、通電面以外の部分を意味する。
(Fixing means)
In the present embodiment, the electrode for electrolysis is fixed to at least one region on the surface of the existing electrode, and in this specification, one or more regions are also referred to as a fixed region. The fixing region in the present embodiment has a function of suppressing the separation between the electrode for electrolysis and the existing electrode, and is not particularly limited as long as the portion for fixing the electrode for electrolysis to the existing electrode is used. In some cases, the fixing region may be formed by the fixing means, and in other cases, the fixing region may be formed by the fixing member that is separate from the electrode for electrolysis. Note that the fixed region in the present embodiment may exist only at a position corresponding to the energized surface during electrolysis, or may extend to a position corresponding to the non-energized surface. Note that the “current-carrying surface” corresponds to a portion designed to move the electrolyte between the anode chamber and the cathode chamber. The “non-conductive surface” means a portion other than the conductive surface.
本実施形態においては、固定領域における固定構造を限定するものではないが、例えば、以下に例示する固定構造を採用することができる。なお、各固定構造は1種のみを採用することも、2種以上を組み合わせて採用することもできる。 In the present embodiment, the fixing structure in the fixing region is not limited. For example, the fixing structure exemplified below can be adopted. In addition, each fixing structure can employ | adopt only 1 type, and can employ | adopt it in combination of 2 or more types.
本実施形態では、固定領域において、電解用電極の少なくとも一部が、既存電極を貫通して固定されていることが好ましい。かかる態様について、図5を用いて説明する。
図5A,Bでは、電解用電極101の少なくとも一部が、既存電極102を貫通し固定された状態を示している。ここで、電解用電極101及び既存電極102は、いずれも金属多孔電極として例示している(以下の図6〜8でも同様である。)。まず、図5A上部に示すように、矩形状に既存電極102の劣化部分を切除し、切除部分102aを形成する。なお、切除部分の形状は単なる例示であり、矩形状には限定されず、種々の形状とすることができる(以下の図6〜8でも同様である。)。次いで、電解用電極101としては、その端部から所定の長さで伸びる金属線101aを有するものを使用することが好ましい。すなわち、図5A上部に示すように、電解用電極101を切除部分102aを完全に覆うように当て、次いで金属線101aを既存電極102の内部に挿通し、貫通させたところで、既存電極102の電解用電極101当接面とは反対の面上で金属線101aを湾曲させ、固定する。図5AのX−X’断面図を図5Bに示す。あらかじめ金属線101aを湾曲させてから既存電極102に挿通させてもよい。
In the present embodiment, in the fixing region, it is preferable that at least a part of the electrode for electrolysis penetrates the existing electrode and is fixed. Such an embodiment will be described with reference to FIG.
FIGS. 5A and 5B show a state in which at least a part of the electrode for electrolysis 101 passes through the existing electrode 102 and is fixed. Here, both the electrode for electrolysis 101 and the existing electrode 102 are illustrated as porous metal electrodes (the same applies to FIGS. 6 to 8 below). First, as shown in the upper part of FIG. 5A, a deteriorated portion of the existing electrode 102 is cut into a rectangular shape to form a cut portion 102a. The shape of the cut portion is merely an example, and is not limited to a rectangular shape, and may be various shapes (the same applies to FIGS. 6 to 8 below). Next, it is preferable to use, as the electrode for electrolysis 101, an electrode having a metal wire 101a extending from an end thereof by a predetermined length. That is, as shown in the upper part of FIG. 5A, the electrode for electrolysis 101 is applied so as to completely cover the cut-off portion 102a, and then the metal wire 101a is inserted through the inside of the existing electrode 102 and penetrated. The metal wire 101a is curved and fixed on the surface opposite to the contact surface for the electrode 101 for use. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. 5A. The metal wire 101a may be bent in advance and then inserted into the existing electrode 102.
本実施形態では、固定領域において、電解用電極の少なくとも一部が、既存電極の内部に位置して固定されていることが好ましい。かかる態様について、図6を用いて説明する。
図6A,Bでは、電解用電極101の少なくとも一部が、既存電極102の内部で固定された状態を示している。まず、図6A上部に示すように、矩形状に既存電極102の劣化部分を切除し、切除部分102aを形成する。次いで、電解用電極101としては、その端部から所定の長さで伸びる金属線101aを有するものを使用することが好ましい。すなわち、図6A上部に示すように、電解用電極101を切除部分102aを完全に覆うように当て、次いで金属線101aを既存電極102の内部に挿通し、既存電極102の内部で、金属線101aを湾曲させ、固定する。図6AのY−Y’断面図を図6Bに示す。あらかじめ金属線101aを湾曲させてから既存電極102に挿通させてもよい。
In the present embodiment, in the fixing region, it is preferable that at least a part of the electrode for electrolysis is positioned and fixed inside the existing electrode. Such an embodiment will be described with reference to FIG.
6A and 6B show a state where at least a part of the electrode for electrolysis 101 is fixed inside the existing electrode 102. FIG. First, as shown in the upper part of FIG. 6A, a deteriorated portion of the existing electrode 102 is cut into a rectangular shape to form a cut portion 102a. Next, it is preferable to use, as the electrode for electrolysis 101, an electrode having a metal wire 101a extending from an end thereof by a predetermined length. That is, as shown in the upper part of FIG. 6A, the electrode for electrolysis 101 is applied so as to completely cover the cut portion 102a, and then the metal wire 101a is inserted into the existing electrode 102, and the metal wire 101a is inserted inside the existing electrode 102. Curve and secure. FIG. 6B is a sectional view taken along the line YY ′ of FIG. 6A. The metal wire 101a may be bent in advance and then inserted into the existing electrode 102.
本実施形態では、既存電極と電解用電極とを固定するための固定用部材をさらに有することが好ましい。かかる態様について、図7〜8を用いて説明する。 In the present embodiment, it is preferable to further include a fixing member for fixing the existing electrode and the electrode for electrolysis. Such an embodiment will be described with reference to FIGS.
図7に示す固定構造は、電解用電極101と既存電極102とは別体の固定用部材(樹脂製又は金属製の糸等)を用い、電解用電極101を既存電極102に固定した構造である。より詳細には、図7では、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製の糸を使用する例を示しており、既存電極102の当接面から当該当接面とは反対の面に向かって電解用電極101を縫い付けた構成を示している。なお、既存電極102は、必ずしも固定用部材で貫通されている必要はなく、固定用部材により電解用電極101と分離しないように固定されていればよい。固定用部材の材質は特に限定されず、例えば、金属や樹脂等で構成されるものを用いることができる。金属の場合、ニッケル、ニクロム、チタン、ステンレス鋼(SUS)等が挙げられる。これらの酸化物であってもよい。樹脂としては、フッ素樹脂(例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルコキシエチレンの共重合体)、ETFE(テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体)や、下記に記載する既存電極102の材質)やPVDF(ポリフッ化ビニリデン)、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエンゴム)、PP(ポリエチレン)、PE(ポリプロピレン)、ナイロン、アラミドなどを使用できる。
また、タッカーのような固定機構を用いて、電解用電極101と既存電極102とを固定することも可能である。
The fixing structure shown in FIG. 7 has a structure in which the electrode for electrolysis 101 is fixed to the existing electrode 102 using a fixing member (a resin or metal thread or the like) separate from the electrode for electrolysis 101 and the existing electrode 102. is there. More specifically, FIG. 7 shows an example in which a thread made of PTFE (polytetrafluoroethylene) is used, and an electrolytic solution is applied from the contact surface of the existing electrode 102 to the surface opposite to the contact surface. The configuration in which the electrodes 101 are sewn is shown. The existing electrode 102 does not necessarily need to be penetrated by a fixing member, and may be fixed by the fixing member so as not to be separated from the electrolytic electrode 101. The material of the fixing member is not particularly limited, and for example, a material made of metal, resin, or the like can be used. In the case of a metal, nickel, nichrome, titanium, stainless steel (SUS) and the like can be mentioned. These oxides may be used. Examples of the resin include fluororesins (for example, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkoxyethylene), ETFE (copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene), and the resins described below. , PVDF (polyvinylidene fluoride), EPDM (ethylene propylene diene rubber), PP (polyethylene), PE (polypropylene), nylon, aramid, and the like.
It is also possible to fix the electrode for electrolysis 101 and the existing electrode 102 using a fixing mechanism such as a tucker.
図8に示す固定構造は、電解用電極101と既存電極102との間に、有機樹脂(接着剤)が介在して固定される構造である。すなわち、図8では、固定用部材としての有機樹脂を、電解用電極101と既存電極102との間の所定位置(固定領域となるべき位置)に配し、接着により固定した構造である。例えば、電解用電極101及び既存電極102の接着面の少なくとも一方に、有機樹脂を塗布する。そして、電解用電極101と既存電極102とを貼り合わせることで、図8に示す固定構造を形成することができる。有機樹脂の材質は特に限定されないが、例えば、フッ素樹脂(例えば、PTFE、PFA、ETFE)などを使用できる。また、適宜、市販のフッ素系接着剤、PTFE分散液などを用いることもできる。さらに、汎用の酢酸ビニル系接着剤、エチレン酢酸ビニル共重合系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、α―オレフィン系接着剤、スチレンブタジエンゴム系ラテックス接着剤、塩化ビニル樹脂系接着剤、クロロプレン系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、ウレタンゴム系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、変性シリコーン系接着剤、エポキシ・変成シリコーン樹脂系接着剤、シリル化ウレタン樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを使用することもできる。
本実施形態においては、電解液に溶解する、あるいは電解中に溶解、分解する有機樹脂を使用してもよい。電解液に溶解する、あるいは電解中に溶解、分解する有機樹脂としては、以下に限定されないが、例えば、酢酸ビニル系接着剤、エチレン酢酸ビニル共重合系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、α―オレフィン系接着剤、スチレンブタジエンゴム系ラテックス接着剤、塩化ビニル樹脂系接着剤、クロロプレン系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、ウレタンゴム系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、変性シリコーン系接着剤、エポキシ・変成シリコーン樹脂系接着剤、シリル化ウレタン樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などが挙げられる。
The fixing structure shown in FIG. 8 is a structure in which an organic resin (adhesive) is interposed between the electrode for electrolysis 101 and the existing electrode 102 and fixed. That is, FIG. 8 shows a structure in which an organic resin as a fixing member is disposed at a predetermined position (a position to be a fixing region) between the electrode for electrolysis 101 and the existing electrode 102, and is fixed by bonding. For example, an organic resin is applied to at least one of the adhesion surfaces of the electrode for electrolysis 101 and the existing electrode 102. Then, by attaching the electrode for electrolysis 101 and the existing electrode 102, the fixing structure shown in FIG. 8 can be formed. The material of the organic resin is not particularly limited. For example, a fluororesin (for example, PTFE, PFA, ETFE) or the like can be used. In addition, a commercially available fluorine-based adhesive, a PTFE dispersion, or the like can be appropriately used. In addition, general-purpose vinyl acetate adhesive, ethylene vinyl acetate copolymer adhesive, acrylic resin adhesive, α-olefin adhesive, styrene butadiene rubber latex adhesive, vinyl chloride resin adhesive, chloroprene adhesive Agent, nitrile rubber adhesive, urethane rubber adhesive, epoxy adhesive, silicone resin adhesive, modified silicone adhesive, epoxy / modified silicone resin adhesive, silylated urethane resin adhesive, cyanoacrylate A system adhesive or the like can also be used.
In the present embodiment, an organic resin that dissolves in the electrolytic solution or dissolves and decomposes during the electrolysis may be used. The organic resin that dissolves in the electrolytic solution or dissolves and decomposes during the electrolysis is not limited to the following. For example, a vinyl acetate-based adhesive, an ethylene-vinyl acetate copolymer-based adhesive, an acrylic resin-based adhesive, α- Olefin adhesive, styrene butadiene rubber latex adhesive, vinyl chloride resin adhesive, chloroprene adhesive, nitrile rubber adhesive, urethane rubber adhesive, epoxy adhesive, silicone resin adhesive, modified silicone Adhesives, epoxy / modified silicone resin adhesives, silylated urethane resin adhesives, cyanoacrylate adhesives, and the like.
なお、上記した接着剤に代えて、既存電極102の切除部分102aを覆うように電解用電極101を当て、次いで電解用電極101の四隅(四点)をスポットで溶接することにより、これらを接合してもよい。線状に溶接をしてもよい。溶接は、ティグ溶接、スポット溶接、シーム溶接、レーザー溶接等の既知の方法を用いることができる。 Instead of the above-mentioned adhesive, the electrode 101 for electrolysis is applied so as to cover the cut portion 102a of the existing electrode 102, and then the four corners (four points) of the electrode 101 for electrolysis are spot-welded to join them. May be. Welding may be performed linearly. Known welding methods such as TIG welding, spot welding, seam welding, and laser welding can be used.
上記の他、電解用電極と既存電極との間に水を介在させ、当該水の表面張力で一体化する方法等が挙げられる。かかる態様においては、水に限らず、有機溶媒など表面張力を発生させるものであればどのような液体でも使用することができる。液体の表面張力が大きいほど、既存電極と電解用電極との間にかかる力は大きくなるため、表面張力の大きな液体が好ましい。液体としては、次のものが挙げられる(カッコ内の数値は、その液体の20℃における表面張力である)。
ヘキサン(20.44mN/m)、アセトン(23.30mN/m)、メタノール(24.00mN/m)、エタノール(24.05mN/m)、エチレングリコール(50.21mN/m)水(72.76mN/m)
表面張力の大きな液体であれば、既存電極と電解用電極とが固定されやすく、既存電極の補修がより容易となる傾向にある。既存電極と電解用電極との間の液体は表面張力によりお互いが張り付く程度の量でよく、その結果液体量が少ないため、電解槽運転時に電解液に混ざっても、電解自体に影響を与えることはない。
実用状の観点からは、液体としてエタノール、エチレングリコール、水等の表面張力が24mN/mから80mN/mの液体を使用することが好ましい。特に水、または水に苛性ソーダ、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等を溶解させてアルカリ性にした水溶液が好ましい。また、これらの液体に界面活性剤を含ませ、表面張力を調整することもできる。界面活性剤を含むことで、既存電極と電解用電極との接着性が変化し、ハンドリング性を調整することができる。界面活性剤としては、特に限定されず、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤のいずれも使用できる。
In addition to the above, there is a method in which water is interposed between the electrode for electrolysis and the existing electrode, and integration is performed by the surface tension of the water. In this embodiment, not only water but also any liquid that generates surface tension, such as an organic solvent, can be used. As the surface tension of the liquid increases, the force applied between the existing electrode and the electrode for electrolysis increases, so that a liquid having a high surface tension is preferable. Examples of the liquid include the following (the numerical value in parentheses is the surface tension of the liquid at 20 ° C.).
Hexane (20.44 mN / m), acetone (23.30 mN / m), methanol (24.00 mN / m), ethanol (24.05 mN / m), ethylene glycol (50.21 mN / m), water (72.76 mN / m) / M)
If the liquid has a large surface tension, the existing electrode and the electrode for electrolysis are easily fixed, and the existing electrode tends to be repaired more easily. The amount of liquid between the existing electrode and the electrode for electrolysis may be such that the liquid adheres to each other due to surface tension.As a result, the amount of liquid is small. There is no.
From the viewpoint of practical use, it is preferable to use a liquid having a surface tension of 24 mN / m to 80 mN / m, such as ethanol, ethylene glycol, and water. In particular, water or an aqueous solution obtained by dissolving caustic soda, potassium hydroxide, lithium hydroxide, sodium hydrogencarbonate, potassium hydrogencarbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, or the like in water and making the solution alkaline is preferable. In addition, a surfactant can be contained in these liquids to adjust the surface tension. By including the surfactant, the adhesiveness between the existing electrode and the electrode for electrolysis changes, and the handling property can be adjusted. The surfactant is not particularly limited, and any of an ionic surfactant and a nonionic surfactant can be used.
本実施形態における積層体は、上述したように、種々の固定領域を種々の位置に有していてもよいが、特に、固定領域が存在しない部分(非固定領域)において、電解用電極が上述した「かかる力」を満たしていることが好ましい。すなわち、電解用電極の、非固定領域における、単位質量・単位面積あたりのかかる力が、1.5N/mg・cm2未満であることが好ましい。 As described above, the laminate according to the present embodiment may have various fixed regions at various positions. It is preferable that the above “applied force” is satisfied. That is, the applied force per unit mass / unit area in the non-fixed region of the electrode for electrolysis is preferably less than 1.5 N / mg · cm 2 .
〔電解槽〕
本実施形態の電解槽は、本実施形態の電解セルを含むものであり、かかる電解セルにおいて、既存電極又は新たな電極が配されている。以下、隔膜としてイオン交換膜を用い、食塩電解を行う場合を例として、電解槽の一実施形態を詳述する。但し、本実施形態において、電解槽は、食塩電解に用いられることに限定されず、例えば、水電解や燃料電池にも用いられる。
(Electrolysis tank)
The electrolytic cell of the present embodiment includes the electrolytic cell of the present embodiment, in which an existing electrode or a new electrode is arranged. Hereinafter, an embodiment of the electrolytic cell will be described in detail by taking, as an example, a case in which an ion exchange membrane is used as a diaphragm and salt electrolysis is performed. However, in the present embodiment, the electrolytic cell is not limited to being used for salt electrolysis, and is also used for, for example, water electrolysis and a fuel cell.
〔電解セル〕
図9は、電解セル50の断面図である。
電解セル50は、陽極室60と、陰極室70と、陽極室60及び陰極室70の間に設置された隔壁80と、陽極室60に設置された陽極11と、陰極室70に設置された陰極21と、を備える。必要に応じて基材18aと当該基材18a上に形成された逆電流吸収層18bとを有し、陰極室内に設置された逆電流吸収体18と、を備えてもよい。1つの電解セル50に属する陽極11及び陰極21は互いに電気的に接続されている。換言すれば、電解セル50は次の陰極構造体を備える。陰極構造体90は、陰極室70と、陰極室70に設置された陰極21と、陰極室70内に設置された逆電流吸収体18と、を備え、逆電流吸収体18は、図13に示すように基材18aと当該基材18a上に形成された逆電流吸収層18bとを有し、陰極21と逆電流吸収層18bとが電気的に接続されている。陰極室70は、集電体23と、当該集電体を支持する支持体24と、金属弾性体22とを更に有する。金属弾性体22は、集電体23及び陰極21の間に設置されている。支持体24は、集電体23及び隔壁80の間に設置されている。集電体23は、金属弾性体22を介して、陰極21と電気的に接続されている。隔壁80は、支持体24を介して、集電体23と電気的に接続されている。したがって、隔壁80、支持体24、集電体23、金属弾性体22及び陰極21は電気的に接続されている。陰極21及び逆電流吸収層18bは電気的に接続されている。陰極21及び逆電流吸収層は、直接接続されていてもよく、集電体、支持体、金属弾性体又は隔壁等を介して間接的に接続されていてもよい。陰極21の表面全体は還元反応のための触媒層で被覆されていることが好ましい。また、電気的接続の形態は、隔壁80と支持体24、支持体24と集電体23、集電体23と金属弾性体22がそれぞれ直接取り付けられ、金属弾性体22上に陰極21が積層される形態であってもよい。これらの各構成部材を互いに直接取り付ける方法として、溶接等があげられる。また、逆電流吸収体18、陰極21、および集電体23を総称して陰極構造体90としてもよい。
(Electrolysis cell)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the electrolytic cell 50.
The electrolytic cell 50 was installed in the anode chamber 60, the cathode chamber 70, the partition wall 80 installed between the anode chamber 60 and the cathode chamber 70, the anode 11 installed in the anode chamber 60, and the cathode chamber 70. And a cathode 21. If necessary, a reverse current absorber 18 having a base material 18a and a reverse current absorbing layer 18b formed on the base material 18a and installed in the cathode chamber may be provided. The anode 11 and the cathode 21 belonging to one electrolytic cell 50 are electrically connected to each other. In other words, the electrolytic cell 50 includes the following cathode structure. The cathode structure 90 includes a cathode chamber 70, a cathode 21 installed in the cathode chamber 70, and a reverse current absorber 18 installed in the cathode chamber 70. The reverse current absorber 18 is shown in FIG. As shown, it has a base material 18a and a reverse current absorption layer 18b formed on the base material 18a, and the cathode 21 and the reverse current absorption layer 18b are electrically connected. The cathode chamber 70 further includes a current collector 23, a support 24 that supports the current collector, and a metal elastic body 22. The metal elastic body 22 is provided between the current collector 23 and the cathode 21. The support 24 is provided between the current collector 23 and the partition 80. The current collector 23 is electrically connected to the cathode 21 via the metal elastic body 22. The partition wall 80 is electrically connected to the current collector 23 via the support 24. Therefore, the partition 80, the support 24, the current collector 23, the metal elastic body 22, and the cathode 21 are electrically connected. The cathode 21 and the reverse current absorption layer 18b are electrically connected. The cathode 21 and the reverse current absorption layer may be directly connected, or may be indirectly connected via a current collector, a support, a metal elastic body, a partition, or the like. It is preferable that the entire surface of the cathode 21 is covered with a catalyst layer for a reduction reaction. Further, the form of the electrical connection is such that the partition wall 80 and the support 24, the support 24 and the current collector 23, the current collector 23 and the metal elastic body 22 are directly attached, and the cathode 21 is laminated on the metal elastic body 22. It may be a form to be performed. As a method of directly attaching these components to each other, welding and the like can be mentioned. Further, the reverse current absorber 18, the cathode 21, and the current collector 23 may be collectively referred to as a cathode structure 90.
図10は、電解槽4内において隣接する2つの電解セル50の断面図である。図11は、電解槽4を示す。図12は、電解槽4を組み立てる工程を示す。図11に示すように、電解セル50、陽イオン交換膜51、電解セル50がこの順序で直列に並べられている。電解槽内において隣接する2つの電解セルのうち一方の電解セル50の陽極室と他方の電解セル50の陰極室との間に陽イオン交換膜51が配置されている。つまり、電解セル50の陽極室60と、これに隣接する電解セル50の陰極室70とは、陽イオン交換膜51で隔てられる。図10に示すように、電解槽4は、陽イオン交換膜51を介して直列に接続された複数の電解セル50から構成される。つまり、電解槽4は、直列に配置された複数の電解セル50と、隣接する電解セル50の間に配置された陽イオン交換膜51と、を備える複極式電解槽である。図12に示すように、電解槽4は、陽イオン交換膜51を介して複数の電解セル50を直列に配置して、プレス器5により連結されることにより組み立てられる。 FIG. 10 is a sectional view of two adjacent electrolysis cells 50 in the electrolysis tank 4. FIG. 11 shows the electrolytic cell 4. FIG. 12 shows a process of assembling the electrolytic cell 4. As shown in FIG. 11, the electrolytic cell 50, the cation exchange membrane 51, and the electrolytic cell 50 are arranged in series in this order. A cation exchange membrane 51 is disposed between an anode chamber of one of the adjacent electrolytic cells 50 and a cathode chamber of the other electrolytic cell 50 of two adjacent electrolytic cells in the electrolytic cell. That is, the anode chamber 60 of the electrolysis cell 50 and the cathode chamber 70 of the electrolysis cell 50 adjacent thereto are separated by the cation exchange membrane 51. As shown in FIG. 10, the electrolytic cell 4 is composed of a plurality of electrolytic cells 50 connected in series via a cation exchange membrane 51. That is, the electrolytic cell 4 is a bipolar electrolytic cell including a plurality of electrolytic cells 50 arranged in series and a cation exchange membrane 51 arranged between adjacent electrolytic cells 50. As shown in FIG. 12, the electrolytic cell 4 is assembled by arranging a plurality of electrolytic cells 50 in series via a cation exchange membrane 51 and connecting them by a press 5.
電解槽4は、電源に接続される陽極端子7と陰極端子6とを有する。電解槽4内で直列に連結された複数の電解セル50のうち最も端に位置する電解セル50の陽極11は、陽極端子7に電気的に接続される。電解槽4内で直列に連結された複数の電解セル2のうち陽極端子7の反対側の端に位置する電解セルの陰極21は、陰極端子6に電気的に接続される。電解時の電流は、陽極端子7側から、各電解セル50の陽極及び陰極を経由して、陰極端子6へ向かって流れる。なお、連結した電解セル50の両端には、陽極室のみを有する電解セル(陽極ターミナルセル)と、陰極室のみを有する電解セル(陰極ターミナルセル)を配置してもよい。この場合、その一端に配置された陽極ターミナルセルに陽極端子7が接続され、他の端に配置された陰極ターミナルセルに陰極端子6が接続される。 The electrolytic cell 4 has an anode terminal 7 and a cathode terminal 6 connected to a power supply. The anode 11 of the electrolytic cell 50 located at the end of the plurality of electrolytic cells 50 connected in series in the electrolytic cell 4 is electrically connected to the anode terminal 7. The cathode 21 of the electrolysis cell located at the end opposite to the anode terminal 7 among the plurality of electrolysis cells 2 connected in series in the electrolysis tank 4 is electrically connected to the cathode terminal 6. The current at the time of electrolysis flows from the anode terminal 7 side to the cathode terminal 6 via the anode and the cathode of each electrolytic cell 50. At both ends of the connected electrolytic cells 50, an electrolytic cell having only an anode chamber (anode terminal cell) and an electrolytic cell having only a cathode chamber (cathode terminal cell) may be arranged. In this case, the anode terminal 7 is connected to the anode terminal cell arranged at one end, and the cathode terminal 6 is connected to the cathode terminal cell arranged at the other end.
塩水の電解を行なう場合、各陽極室60には塩水が供給され、陰極室70には純水又は低濃度の水酸化ナトリウム水溶液が供給される。各液体は、電解液供給管(図中省略)から、電解液供給ホース(図中省略)を経由して、各電解セル50に供給される。また、電解液及び電解による生成物は、電解液回収管(図中省略)より、回収される。電解において、塩水中のナトリウムイオンは、一方の電解セル50の陽極室60から、陽イオン交換膜51を通過して、隣の電解セル50の陰極室70へ移動する。よって、電解中の電流は、電解セル50が直列に連結された方向に沿って、流れることになる。つまり、電流は、陽イオン交換膜51を介して陽極室60から陰極室70に向かって流れる。塩水の電解に伴い、陽極11側で塩素ガスが生成し、陰極21側で水酸化ナトリウム(溶質)と水素ガスが生成する。 When performing salt water electrolysis, salt water is supplied to each anode chamber 60, and pure water or a low-concentration sodium hydroxide aqueous solution is supplied to the cathode chamber 70. Each liquid is supplied to each electrolytic cell 50 from an electrolyte supply pipe (omitted in the figure) via an electrolyte supply hose (omitted in the figure). In addition, the electrolytic solution and products generated by the electrolysis are recovered from an electrolytic solution recovery tube (omitted in the figure). In the electrolysis, sodium ions in the salt water move from the anode chamber 60 of one electrolytic cell 50 through the cation exchange membrane 51 to the cathode chamber 70 of the next electrolytic cell 50. Therefore, the current during electrolysis flows along the direction in which the electrolysis cells 50 are connected in series. That is, the current flows from the anode chamber 60 to the cathode chamber 70 via the cation exchange membrane 51. With the electrolysis of the salt water, chlorine gas is generated on the anode 11 side, and sodium hydroxide (solute) and hydrogen gas are generated on the cathode 21 side.
(陽極室)
陽極室60は、陽極11または陽極給電体11を有する。本実施形態における電解用電極を陽極側へ挿入した場合には、11は陽極給電体として機能する。本実施形態における電解用電極を陽極側へ挿入しない場合には、11は陽極として機能する。また、陽極室60は、陽極室60に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、陽極側電解液供給部の上方に配置され、隔壁80と略平行または斜めになるように配置されたバッフル板と、バッフル板の上方に配置され、気体が混入した電解液から気体を分離する陽極側気液分離部とを有することが好ましい。
(Anode room)
The anode chamber 60 has the anode 11 or the anode power feeder 11. When the electrode for electrolysis in the present embodiment is inserted on the anode side, 11 functions as an anode power feeder. When the electrode for electrolysis in the present embodiment is not inserted into the anode side, 11 functions as an anode. In addition, the anode chamber 60 is disposed above the anode-side electrolyte supply unit that supplies the electrolyte to the anode chamber 60, and is disposed so as to be substantially parallel or oblique to the partition wall 80. It is preferable to have a baffle plate and an anode-side gas-liquid separation unit that is disposed above the baffle plate and separates gas from the electrolyte mixed with gas.
(陽極)
本実施形態における電解用電極を陽極側へ挿入しない場合には、陽極室60の枠内には、陽極11が設けられている。陽極11としては、いわゆるDSA(登録商標)等の金属電極を用いることができる。DSAとは、ルテニウム、イリジウム、チタンを成分とする酸化物によって表面を被覆されたチタン基材の電極である。
形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
(anode)
When the electrode for electrolysis in the present embodiment is not inserted into the anode side, the anode 11 is provided in the frame of the anode chamber 60. As the anode 11, a metal electrode such as so-called DSA (registered trademark) can be used. DSA is a titanium-based electrode whose surface is coated with an oxide containing ruthenium, iridium, and titanium.
As the shape, any of a punched metal, a nonwoven fabric, a foamed metal, an expanded metal, a porous metal foil formed by electroforming, and a so-called woven mesh formed by knitting a metal wire can be used.
(陽極給電体)
本実施形態における電解用電極を陽極側へ挿入した場合には、陽極室60の枠内には、陽極給電体11が設けられている。陽極給電体11としては、いわゆるDSA(登録商標)等の金属電極を用いることもできるし、触媒コーティングがされていないチタンを用いることもできる。また、触媒コーティング厚みを薄くしたDSAを用いることもできる。さらに、使用済みの陽極を用いることもできる。
形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
(Anode feeder)
When the electrode for electrolysis in the present embodiment is inserted on the anode side, an anode power supply 11 is provided in the frame of the anode chamber 60. As the anode power supply 11, a metal electrode such as so-called DSA (registered trademark) can be used, or titanium without a catalyst coating can be used. Further, DSA having a reduced catalyst coating thickness can also be used. Further, a used anode can be used.
As the shape, any of a punched metal, a nonwoven fabric, a foamed metal, an expanded metal, a porous metal foil formed by electroforming, and a so-called woven mesh formed by knitting a metal wire can be used.
(陽極側電解液供給部)
陽極側電解液供給部は、陽極室60に電解液を供給するものであり、電解液供給管に接続される。陽極側電解液供給部は、陽極室60の下方に配置されることが好ましい。陽極側電解液供給部としては、例えば、表面に開口部が形成されたパイプ(分散パイプ)等を用いることができる。かかるパイプは、陽極11の表面に沿って、電解セルの底部19に対して平行に配置されていることがより好ましい。このパイプは、電解セル50内に電解液を供給する電解液供給管(液供給ノズル)に接続される。液供給ノズルから供給された電解液はパイプによって電解セル50内まで搬送され、パイプの表面に設けられた開口部から陽極室60の内部に供給される。パイプを、陽極11の表面に沿って、電解セルの底部19に平行に配置することで、陽極室60の内部に均一に電解液を供給することができるため好ましい。
(Anode side electrolyte supply section)
The anode-side electrolyte supply section supplies the electrolyte to the anode chamber 60, and is connected to the electrolyte supply pipe. It is preferable that the anode-side electrolyte supply unit is disposed below the anode chamber 60. As the anode-side electrolyte supply unit, for example, a pipe (dispersion pipe) having an opening formed on the surface can be used. More preferably, such a pipe is arranged along the surface of the anode 11 and parallel to the bottom 19 of the electrolytic cell. This pipe is connected to an electrolytic solution supply pipe (liquid supply nozzle) for supplying an electrolytic solution into the electrolytic cell 50. The electrolytic solution supplied from the liquid supply nozzle is transported into the electrolytic cell 50 by a pipe, and is supplied into the anode chamber 60 from an opening provided on the surface of the pipe. It is preferable to dispose the pipe along the surface of the anode 11 and in parallel with the bottom 19 of the electrolytic cell, because the electrolyte can be uniformly supplied into the anode chamber 60.
(陽極側気液分離部)
陽極側気液分離部は、バッフル板の上方に配置されることが好ましい。電解中において、陽極側気液分離部は、塩素ガス等の生成ガスと電解液を分離する機能を有する。なお、特に断りがない限り、上方とは、図9の電解セル50における上方向を意味し、下方とは、図9の電解セル50における下方向を意味する。
(Anode-side gas-liquid separator)
The anode-side gas-liquid separator is preferably disposed above the baffle plate. During the electrolysis, the anode-side gas-liquid separator has a function of separating the electrolytic solution from the generated gas such as chlorine gas. Unless otherwise specified, “upward” means an upward direction in the electrolytic cell 50 of FIG. 9, and “downward” means a downward direction in the electrolytic cell 50 of FIG.
電解時、電解セル50で発生した生成ガスと電解液が混相(気液混相)となり系外に排出されると、電解セル50内部の圧力変動によって振動が発生し、イオン交換膜の物理的な破損を引き起こす場合がある。これを抑制するために、本実施形態における電解セル50には、気体と液体を分離するための陽極側気液分離部が設けられていることが好ましい。陽極側気液分離部には、気泡を消去するための消泡板が設置されることが好ましい。気液混相流が消泡板を通過するときに気泡がはじけることにより、電解液とガスに分離することができる。その結果、電解時の振動を防止することができる。 At the time of electrolysis, when the product gas generated in the electrolytic cell 50 and the electrolytic solution become a mixed phase (gas-liquid mixed phase) and are discharged out of the system, a vibration is generated due to a pressure fluctuation inside the electrolytic cell 50, and the physical property of the ion exchange membrane is increased. May cause damage. In order to suppress this, it is preferable that the electrolytic cell 50 in the present embodiment is provided with an anode-side gas-liquid separator for separating gas and liquid. It is preferable that a defoaming plate for eliminating bubbles is provided in the anode-side gas-liquid separator. When the gas-liquid multiphase flow passes through the defoaming plate, the bubbles are repelled, so that the gas and the liquid can be separated into the electrolyte and the gas. As a result, vibration during electrolysis can be prevented.
(バッフル板)
バッフル板は、陽極側電解液供給部の上方に配置され、かつ、隔壁80と略平行または斜めに配置されることが好ましい。バッフル板は、陽極室60の電解液の流れを制御する仕切り板である。バッフル板を設けることで、陽極室60において電解液(塩水等)を内部循環させ、その濃度を均一にすることができる。内部循環を起こすために、バッフル板は、陽極11近傍の空間と隔壁80近傍の空間とを隔てるように配置することが好ましい。かかる観点から、バッフル板は、陽極11及び隔壁80の各表面に対向するように設けられていることが好ましい。バッフル板により仕切られた陽極近傍の空間では、電解が進行することにより電解液濃度(塩水濃度)が下がり、また、塩素ガス等の生成ガスが発生する。これにより、バッフル板により仕切られた陽極11近傍の空間と、隔壁80近傍の空間とで気液の比重差が生まれる。これを利用して、陽極室60における電解液の内部循環を促進させ、陽極室60の電解液の濃度分布をより均一にすることができる。
(Baffle plate)
It is preferable that the baffle plate is disposed above the anode-side electrolytic solution supply unit and is disposed substantially parallel to or oblique to the partition wall 80. The baffle plate is a partition plate that controls the flow of the electrolyte in the anode chamber 60. By providing the baffle plate, the electrolyte (salt water or the like) can be circulated internally in the anode chamber 60 to make the concentration uniform. In order to cause internal circulation, the baffle plate is preferably arranged so as to separate the space near the anode 11 from the space near the partition 80. From such a viewpoint, it is preferable that the baffle plate is provided so as to face each surface of the anode 11 and the partition 80. In the space in the vicinity of the anode partitioned by the baffle plate, the electrolytic solution concentration (salt water concentration) decreases due to the progress of electrolysis, and generated gas such as chlorine gas is generated. Thereby, a difference in specific gravity of gas and liquid is generated between the space near the anode 11 partitioned by the baffle plate and the space near the partition wall 80. By utilizing this, the internal circulation of the electrolyte in the anode chamber 60 can be promoted, and the concentration distribution of the electrolyte in the anode chamber 60 can be made more uniform.
なお、図9に示していないが、陽極室60の内部に集電体を別途設けてもよい。かかる集電体としては、後述する陰極室の集電体と同様の材料や構成とすることもできる。また、陽極室60においては、陽極11自体を集電体として機能させることもできる。 Although not shown in FIG. 9, a current collector may be separately provided inside the anode chamber 60. Such a current collector may have the same material and configuration as a current collector of a cathode chamber described later. In the anode chamber 60, the anode 11 itself can function as a current collector.
(隔壁)
隔壁80は、陽極室60と陰極室70の間に配置されている。隔壁80は、セパレータと呼ばれることもあり、陽極室60と陰極室70とを区画するものである。隔壁80としては、電解用のセパレータとして公知のものを使用することができ、例えば、陰極側にニッケル、陽極側にチタンからなる板を溶接した隔壁等が挙げられる。
(Partition)
The partition 80 is arranged between the anode chamber 60 and the cathode chamber 70. The partition 80 is sometimes called a separator, and partitions the anode chamber 60 and the cathode chamber 70. As the partition 80, a known separator for electrolysis can be used, and examples thereof include a partition obtained by welding a plate made of nickel on the cathode side and titanium on the anode side.
(陰極室)
陰極室70は、本実施形態における電解用電極を陰極側へ挿入した場合には、21は陰極給電体として機能し、本実施形態における電解用電極を陰極側へ挿入しない場合には、21は陰極として機能する。逆電流吸収体を有する場合は、陰極あるいは陰極給電体21と逆電流吸収体は電気的に接続されている。また、陰極室70も陽極室60と同様に、陰極側電解液供給部、陰極側気液分離部を有していることが好ましい。なお、陰極室70を構成する各部位のうち、陽極室60を構成する各部位と同様のものについては説明を省略する。
(Cathode room)
The cathode chamber 70 functions as a cathode power supply when the electrode for electrolysis in the present embodiment is inserted on the cathode side, and 21 when the electrode for electrolysis in the present embodiment is not inserted on the cathode side. Functions as a cathode. When a reverse current absorber is provided, the cathode or the cathode power supply 21 and the reverse current absorber are electrically connected. Further, similarly to the anode chamber 60, the cathode chamber 70 preferably has a cathode-side electrolyte supply section and a cathode-side gas-liquid separation section. The description of the same components as those of the anode chamber 60 among the components of the cathode chamber 70 will be omitted.
(陰極)
本実施形態における電解用電極を陰極側へ挿入しない場合には、陰極室70の枠内には、陰極21が設けられている。陰極21は、ニッケル基材とニッケル基材を被覆する触媒層とを有することが好ましい。ニッケル基材上の触媒層の成分としては、Ru、C、Si、P、S、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。触媒層の形成方法としては、メッキ、合金めっき、分散・複合めっき、CVD、PVD、熱分解及び溶射が挙げられる。これらの方法を組み合わせてもよい。触媒層は必要に応じて複数の層、複数の元素を有してもよい。また、必要に応じて陰極21に還元処理を施してもよい。なお、陰極21の基材としては、ニッケル、ニッケル合金、鉄あるいはステンレスにニッケルをメッキしたものを用いてもよい。
形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
(cathode)
When the electrode for electrolysis in the present embodiment is not inserted on the cathode side, the cathode 21 is provided in the frame of the cathode chamber 70. The cathode 21 preferably has a nickel base and a catalyst layer covering the nickel base. The components of the catalyst layer on the nickel substrate include Ru, C, Si, P, S, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Examples include metals such as Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and oxides or hydroxides of the metals. Examples of a method for forming the catalyst layer include plating, alloy plating, dispersion / composite plating, CVD, PVD, thermal decomposition, and thermal spraying. These methods may be combined. The catalyst layer may have a plurality of layers and a plurality of elements as necessary. Further, the cathode 21 may be subjected to a reduction treatment as required. The base material of the cathode 21 may be nickel, nickel alloy, iron or stainless steel plated with nickel.
As the shape, any of a punched metal, a nonwoven fabric, a foamed metal, an expanded metal, a porous metal foil formed by electroforming, and a so-called woven mesh formed by knitting a metal wire can be used.
(陰極給電体)
本実施形態における電解用電極を陰極側へ挿入した場合には、陰極室70の枠内には、陰極給電体21が設けられている。陰極給電体21に触媒成分が被覆されていてもよい。その触媒成分は、もともと陰極として使用されて、残存したものでもよい。触媒層の成分としては、Ru、C、Si、P、S、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。触媒層の形成方法としては、メッキ、合金めっき、分散・複合めっき、CVD、PVD、熱分解及び溶射が挙げられる。これらの方法を組み合わせてもよい。触媒層は必要に応じて複数の層、複数の元素を有してもよい。また、触媒コーティングがされてない、ニッケル、ニッケル合金、鉄あるいはステンレスに、ニッケルをメッキしたものを用いてもよい。なお、陰極給電体21の基材としては、ニッケル、ニッケル合金、鉄あるいはステンレスにニッケルをメッキしたものを用いてもよい。
形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
(Cathode feeder)
When the electrode for electrolysis in the present embodiment is inserted on the cathode side, the cathode power supply 21 is provided in the frame of the cathode chamber 70. The cathode power supply 21 may be coated with a catalyst component. The catalyst component may be originally used as a cathode and may remain. The components of the catalyst layer include Ru, C, Si, P, S, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, and Ag. , Cd, In, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er , Tm, Yb, Lu and the like, and oxides or hydroxides of such metals. Examples of a method for forming the catalyst layer include plating, alloy plating, dispersion / composite plating, CVD, PVD, thermal decomposition, and thermal spraying. These methods may be combined. The catalyst layer may have a plurality of layers and a plurality of elements as necessary. Alternatively, nickel, nickel alloy, iron or stainless steel which is not coated with catalyst and plated with nickel may be used. The base material of the cathode power supply 21 may be nickel, nickel alloy, iron or stainless steel plated with nickel.
As the shape, any of a punched metal, a nonwoven fabric, a foamed metal, an expanded metal, a porous metal foil formed by electroforming, and a so-called woven mesh formed by knitting a metal wire can be used.
(逆電流吸収層)
前述の陰極の触媒層用の元素の酸化還元電位よりも卑な酸化還元電位を持つ材料を逆電流吸収層の材料として選択することができる。例えば、ニッケルや鉄などが挙げられる。
(Reverse current absorption layer)
A material having an oxidation-reduction potential lower than the oxidation-reduction potential of the element for the cathode catalyst layer described above can be selected as the material for the reverse current absorption layer. Examples include nickel and iron.
(集電体)
陰極室70は集電体23を備えることが好ましい。これにより、集電効果が高まる。本実施形態では、集電体23は多孔板であり、陰極21の表面と略平行に配置されることが好ましい。
(Current collector)
The cathode chamber 70 preferably includes the current collector 23. Thereby, the current collection effect is enhanced. In the present embodiment, the current collector 23 is a perforated plate, and is preferably disposed substantially parallel to the surface of the cathode 21.
集電体23としては、例えば、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなどの電気伝導性のある金属からなることが好ましい。集電体23は、これらの金属の混合物、合金又は複合酸化物でもよい。なお、集電体23の形状は、集電体として機能する形状であればどのような形状でもよく、板状、網状であってもよい。 The current collector 23 is preferably made of an electrically conductive metal such as nickel, iron, copper, silver, and titanium. The current collector 23 may be a mixture, alloy or composite oxide of these metals. Note that the shape of the current collector 23 may be any shape as long as it functions as a current collector, and may be a plate shape or a net shape.
(金属弾性体)
集電体23と陰極21との間に金属弾性体22が設置されることにより、直列に接続された複数の電解セル50の各陰極21が陽イオン交換膜51に押し付けられ、各陽極11と各陰極21との間の距離が短くなり、直列に接続された複数の電解セル50全体に掛かる電圧を下げることができる。電圧が下がることにより、消費電量を下げることができる。また、金属弾性体22が設置されることにより、本実施形態に係る電解用電極を含む積層体を電解セルに設置した際に、金属弾性体22による押し付け圧により、該電解用電極を安定して定位置に維持することができる。
(Metal elastic body)
By installing the metal elastic body 22 between the current collector 23 and the cathode 21, each cathode 21 of the plurality of electrolytic cells 50 connected in series is pressed against the cation exchange membrane 51, and The distance between each cathode 21 is shortened, and the voltage applied to the plurality of electrolytic cells 50 connected in series can be reduced. By reducing the voltage, power consumption can be reduced. In addition, by installing the metal elastic body 22, when the laminate including the electrode for electrolysis according to the present embodiment is installed in the electrolytic cell, the electrode for electrolysis is stabilized by the pressing pressure of the metal elastic body 22. Can be kept in place.
金属弾性体22としては、渦巻きばね、コイル等のばね部材、クッション性のマット等を用いることができる。金属弾性体22としては、イオン交換膜を押し付ける応力等を考慮して適宜好適なものを採用できる。金属弾性体22を陰極室70側の集電体23の表面上に設けてもよいし、陽極室60側の隔壁の表面上に設けてもよい。通常、陰極室70が陽極室60よりも小さくなるよう両室が区画されているので、枠体の強度等の観点から、金属弾性体22を陰極室70の集電体23と陰極21の間に設けることが好ましい。また、金属弾性体23は、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなどの電気伝導性を有する金属からなることが好ましい。 As the metal elastic body 22, a spring member such as a spiral spring or a coil, a cushioning mat or the like can be used. As the metal elastic body 22, a suitable material can be appropriately adopted in consideration of a stress or the like pressing the ion exchange membrane. The metal elastic body 22 may be provided on the surface of the current collector 23 on the cathode chamber 70 side, or may be provided on the surface of the partition wall on the anode chamber 60 side. Usually, since both chambers are partitioned so that the cathode chamber 70 is smaller than the anode chamber 60, the metal elastic body 22 is placed between the current collector 23 of the cathode chamber 70 and the cathode 21 from the viewpoint of the strength of the frame. Is preferably provided. The metal elastic body 23 is preferably made of a metal having electrical conductivity, such as nickel, iron, copper, silver, and titanium.
(支持体)
陰極室70は、集電体23と隔壁80とを電気的に接続する支持体24を備えることが好ましい。これにより、効率よく電流を流すことができる。
(Support)
The cathode chamber 70 preferably includes a support 24 that electrically connects the current collector 23 and the partition 80. As a result, current can flow efficiently.
支持体24は、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなど電気伝導性を有する金属からなることが好ましい。また、支持体24の形状としては、集電体23を支えることができる形状であればどのような形状でもよく、棒状、板状又は網状であってよい。支持体24は、例えば、板状である。複数の支持体24は、隔壁80と集電体23との間に配置される。複数の支持体24は、それぞれの面が互いに平行になるように並んでいる。支持体24は、隔壁80及び集電体23に対して略垂直に配置されている。 The support 24 is preferably made of an electrically conductive metal such as nickel, iron, copper, silver, and titanium. The shape of the support 24 may be any shape as long as it can support the current collector 23, and may be a bar, a plate, or a net. The support 24 has, for example, a plate shape. The plurality of supports 24 are arranged between the partition wall 80 and the current collector 23. The plurality of supports 24 are arranged so that their surfaces are parallel to each other. The support 24 is disposed substantially perpendicular to the partition 80 and the current collector 23.
(陽極側ガスケット、陰極側ガスケット)
陽極側ガスケットは、陽極室60を構成する枠体表面に配置されることが好ましい。陰極側ガスケットは、陰極室70を構成する枠体表面に配置されていることが好ましい。1つの電解セルが備える陽極側ガスケットと、これに隣接する電解セルの陰極側ガスケットとが、陽イオン交換膜51を挟持するように、電解セル同士が接続される(図9、10参照)。これらのガスケットにより、陽イオン交換膜51を介して複数の電解セル50を直列に接続する際に、接続箇所に気密性を付与することができる。
(Anode gasket, cathode gasket)
The anode-side gasket is preferably arranged on the surface of the frame forming the anode chamber 60. The cathode side gasket is preferably arranged on the surface of the frame constituting the cathode chamber 70. The electrolytic cells are connected to each other such that the anode gasket included in one electrolytic cell and the cathode gasket of the electrolytic cell adjacent thereto sandwich the cation exchange membrane 51 (see FIGS. 9 and 10). With these gaskets, when a plurality of electrolytic cells 50 are connected in series via the cation exchange membrane 51, airtightness can be imparted to the connection points.
ガスケットとは、イオン交換膜と電解セルとの間をシールするものである。ガスケットの具体例としては、中央に開口部が形成された額縁状のゴム製シート等が挙げられる。ガスケットには、腐食性の電解液や生成するガス等に対して耐性を有し、長期間使用できることが求められる。そこで、耐薬品性や硬度の点から、通常、エチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDMゴム)、エチレン・プロピレンゴム(EPMゴム)の加硫品や過酸化物架橋品等がガスケットとして用いられる。また、必要に応じて液体に接する領域(接液部)をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などのフッ素系樹脂で被覆したガスケットを用いることもできる。これらガスケットは、電解液の流れを妨げないように、それぞれ開口部を有していればよく、その形状は特に限定されない。例えば、陽極室60を構成する陽極室枠又は陰極室70を構成する陰極室枠の各開口部の周縁に沿って、額縁状のガスケットが接着剤等で貼り付けられる。そして、例えば陽イオン交換膜51を介して2体の電解セル50を接続する場合(図10参照)、陽イオン交換膜51を介してガスケットを貼り付けた各電解セル50を締め付ければよい。これにより、電解液、電解により生成するアルカリ金属水酸化物、塩素ガス、水素ガス等が電解セル50の外部に漏れることを抑制することができる。 The gasket seals between the ion exchange membrane and the electrolytic cell. Specific examples of the gasket include a frame-shaped rubber sheet having an opening formed in the center. The gasket is required to have resistance to a corrosive electrolytic solution and generated gas and to be usable for a long period of time. Therefore, from the viewpoints of chemical resistance and hardness, vulcanized products of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM rubber) and ethylene-propylene rubber (EPM rubber) and peroxide crosslinked products are usually used as gaskets. If necessary, use a gasket in which the area that comes into contact with the liquid (the liquid contact part) is coated with a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA). Can also. These gaskets only need to have openings so as not to hinder the flow of the electrolytic solution, and their shapes are not particularly limited. For example, a frame-shaped gasket is attached with an adhesive or the like along the periphery of each opening of the anode chamber frame forming the anode chamber 60 or the cathode chamber frame forming the cathode chamber 70. Then, for example, when two electrolytic cells 50 are connected via the cation exchange membrane 51 (see FIG. 10), the respective electrolytic cells 50 to which the gaskets are attached via the cation exchange membrane 51 may be tightened. Thus, leakage of the electrolytic solution, alkali metal hydroxide generated by electrolysis, chlorine gas, hydrogen gas, and the like to the outside of the electrolytic cell 50 can be suppressed.
(陽イオン交換膜51)
陽イオン交換膜51としては、上記、イオン交換膜の項に記載のとおりである。
(Cation exchange membrane 51)
The cation exchange membrane 51 is as described above in the section of the ion exchange membrane.
(水電解)
本実施形態の電解槽であって、水電解を行う場合の電解槽は、上述した食塩電解を行う場合の電解槽におけるイオン交換膜を微多孔膜に変更した構成を有するものである。また、供給する原料が水である点において、上述した食塩電解を行う場合の電解槽とは相違するものである。その他の構成については、水電解を行う場合の電解槽も食塩電解を行う場合の電解槽と同様の構成を採用することができる。食塩電解の場合には、陽極室で塩素ガスが発生するため、陽極室の材質はチタンが用いられるが、水電解の場合には、陽極室で酸素ガスが発生するのみであるため、陰極室の材質と同じものを使用できる。例えば、ニッケル等が挙げられる。また、陽極コーティングは酸素発生用の触媒コーティングが適当である。触媒コーティングの例としては、白金族金属および遷移金族の金属、酸化物、水酸化物などが挙げられる。例えば、白金、イリジウム、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト、鉄等の元素を使用することができる。
(Water electrolysis)
In the electrolytic cell of the present embodiment, the electrolytic cell in the case of performing water electrolysis has a configuration in which the ion exchange membrane in the electrolytic cell in the case of performing the above-described salt electrolysis is changed to a microporous membrane. Further, this is different from the electrolytic cell in the case of performing the above-described salt electrolysis in that the raw material to be supplied is water. With respect to other configurations, the same configuration as the electrolytic bath in the case of performing salt electrolysis can be adopted for the electrolytic bath in the case of performing the water electrolysis. In the case of salt electrolysis, titanium gas is used as the material of the anode chamber because chlorine gas is generated in the anode chamber, but in the case of water electrolysis, only oxygen gas is generated in the anode chamber. The same material can be used. For example, nickel and the like can be mentioned. As the anode coating, a catalyst coating for generating oxygen is suitable. Examples of catalyst coatings include metals of the platinum and transition metals, oxides, hydroxides, and the like. For example, elements such as platinum, iridium, palladium, ruthenium, nickel, cobalt, and iron can be used.
以下の実施例及び比較例により本実施形態をさらに詳しく説明するが、本実施形態は以下の実施例により何ら限定されるものではない。 The present embodiment will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples, but the present embodiment is not limited to the following examples.
(実施例、比較例に使用する隔膜)
積層体の製造に用いる隔膜としては、下記のとおりに製造されたイオン交換膜Aを使用した。
強化芯材として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製であり、90デニールのモノフィラメントを用いた(以下、PTFE糸という。)。犠牲糸として、35デニール、6フィラメントのポリエチレンテレフタレート(PET)を200回/mの撚りを掛けた糸を用いた(以下、PET糸という。)。まず、TD及びMDの両方向のそれぞれにおいて、PTFE糸が24本/インチ、犠牲糸が隣接するPTFE糸間に2本配置するように平織りして、織布を得た。得られた織布を、ロールで圧着し、厚さ70μmの織布である補強材を得た。
次に、CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2COOCH3との共重合体でイオン交換容量が0.85mg当量/gである乾燥樹脂の樹脂A、CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2Fとの共重合体でイオン交換容量が1.03mg当量/gである乾燥樹脂の樹脂Bを準備した。
これらの樹脂A及び樹脂Bを使用し、共押出しTダイ法にて樹脂A層の厚みが15μm、樹脂B層の厚みが84μmである、2層フィルムXを得た。また、樹脂Bのみを使用し、Tダイ法にて厚みが20μmである単層フィルムYを得た。
続いて、内部に加熱源及び真空源を有し、その表面に微細孔を有するホットプレート上に、離型紙(高さ50μmの円錐形状のエンボス加工)、フィルムY、補強材及びフィルムXの順に積層し、ホットプレート表面温度223℃、減圧度0.067MPaの条件で2分間加熱減圧した後、離型紙を取り除くことで複合膜を得た。なお、フィルムXは樹脂Bが下面となるように積層した。
得られた複合膜を、ジメチルスルホキシド(DMSO)30質量%、水酸化カリウム(KOH)15質量%を含む80℃の水溶液に20分浸漬することでケン化した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)0.5N含む50℃の水溶液に1時間浸漬して、イオン交換基の対イオンをNaに置換し、続いて水洗した。その後、研磨ロールと膜の相対速度が100m/分、研磨ロールのプレス量を2mmとして樹脂B側表面を研磨し、開孔部を形成した後に、60℃で乾燥した。
さらに、樹脂Bの酸型樹脂の5質量%エタノール溶液に、1次粒径1μmの酸化ジルコニウムを20質量%加え、分散させた懸濁液を調合し、懸濁液スプレー法で、上記の複合膜の両面に噴霧し、酸化ジルコニウムのコーティングを複合膜の表面に形成させ、隔膜としてのイオン交換膜Aを得た。
酸化ジルコニウムの塗布密度を蛍光X線測定で測定したところ0.5mg/cm2だった。ここで、平均粒径は、粒度分布計(島津製作所製「SALD(登録商標)2200」)によって測定した。
(Diaphragm used in Examples and Comparative Examples)
The ion exchange membrane A manufactured as follows was used as a diaphragm used for manufacturing a laminate.
As the reinforcing core material, a 90-denier monofilament made of polytetrafluoroethylene (PTFE) was used (hereinafter, referred to as PTFE yarn). As the sacrificial yarn, a yarn obtained by twisting 35 denier, 6-filament polyethylene terephthalate (PET) with a twist of 200 times / m was used (hereinafter referred to as PET yarn). First, in each of the TD and MD directions, plain weave was performed so that 24 PTFE yarns / inch and two sacrificial yarns were arranged between adjacent PTFE yarns to obtain a woven fabric. The obtained woven fabric was pressure-bonded with a roll to obtain a reinforcing material as a woven fabric having a thickness of 70 μm.
Next, dry resins A and CF which are copolymers of CF 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 COOCH 3 and have an ion exchange capacity of 0.85 mg equivalent / g. Resin B as a dry resin having a copolymer of 2 = CF 2 and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 2 F having an ion exchange capacity of 1.03 mg equivalent / g was prepared.
Using these resins A and B, a two-layer film X having a resin A layer thickness of 15 μm and a resin B layer thickness of 84 μm was obtained by co-extrusion T-die method. Further, a single-layer film Y having a thickness of 20 μm was obtained using only the resin B by a T-die method.
Subsequently, on a hot plate having a heating source and a vacuum source inside and having fine holes on its surface, release paper (conical embossing with a height of 50 μm), film Y, reinforcing material and film X in this order. After laminating and heating and decompressing for 2 minutes at a hot plate surface temperature of 223 ° C. and a degree of decompression of 0.067 MPa, a release film was removed to obtain a composite film. The film X was laminated so that the resin B was on the lower surface.
The obtained composite membrane was saponified by immersing it in an aqueous solution containing 30% by mass of dimethyl sulfoxide (DMSO) and 15% by mass of potassium hydroxide (KOH) at 80 ° C. for 20 minutes. Thereafter, the substrate was immersed in an aqueous solution containing 0.5 N of sodium hydroxide (NaOH) at 50 ° C. for 1 hour to replace the counter ion of the ion exchange group with Na, and then washed with water. Thereafter, the surface of the resin B side was polished by setting the relative speed between the polishing roll and the film to 100 m / min and the pressing amount of the polishing roll to 2 mm to form an opening, and then dried at 60 ° C.
Further, 20% by mass of zirconium oxide having a primary particle diameter of 1 μm was added to a 5% by mass solution of an acid-type resin of resin B in ethanol to prepare a dispersed suspension. Spraying was performed on both surfaces of the membrane to form a coating of zirconium oxide on the surface of the composite membrane, thereby obtaining an ion exchange membrane A as a diaphragm.
The coating density of zirconium oxide was measured by X-ray fluorescence measurement and found to be 0.5 mg / cm 2 . Here, the average particle size was measured by a particle size distribution meter (“SALD (registered trademark) 2200” manufactured by Shimadzu Corporation).
(電極の厚み測定)
デジマチックシックスネスゲージ(株式会社ミツトヨ製、最少表示0.001mm)用いて面内を均一に10点測定した平均値を算出した。
(Measurement of electrode thickness)
Using a Digimatic Sixness Gauge (manufactured by Mitutoyo Corporation, minimum display 0.001 mm), the average value of 10 points measured uniformly over the surface was calculated.
(電解評価)
下記電解実験によって、電解性能を評価した。
陽極が設置された陽極室を有するチタン製の陽極セルと、陰極が設置されたニッケル製の陰極室を有する陰極セルとを向い合せた。セル間に一対のガスケットを配置した。一対のガスケット間にイオン交換膜Aを挟んだ。そして、陽極セル、ガスケット、イオン交換膜A、ガスケット及び陰極を密着させて、電解セルを得、これを含む電解槽を準備した。
陽極としては、前処理としてブラスト及び酸エッチング処理をしたチタン基材上に、塩化ルテニウム、塩化イリジウム及び四塩化チタンの混合溶液を塗布、乾燥、焼成することで作製した。陽極は、溶接により陽極室に固定した。
陰極室の集電体としては、ニッケル製エキスパンドメタルを使用した。集電体のサイズは縦95mm×横110mmであった。金属弾性体としては、ニッケル細線で編んだマットレスを使用した。金属弾性体であるマットレスを集電体の上に置いた。その上に直径150μmのニッケル線を40メッシュの目開きで平織したニッケルメッシュにルテニウムとセリウムの混合溶液を塗布、乾燥、焼成することにより作成したメッシュ陰極を設置した。コーティング後の陰極の厚みは310μmだった。この陰極の四隅を、テフロン(登録商標)で作製した紐で集電体に固定した。
この電解セルにおいては、金属弾性体であるマットレスの反発力を利用して、ゼロギャップ構造になっている。ガスケットとしては、EPDM(エチレンプロピレンジエン)製のゴムガスケットを使用した。
上記電解セルを用いて食塩の電解を行った。陽極室の塩水濃度(塩化ナトリウム濃度)は205g/Lに調整した。陰極室の水酸化ナトリウム濃度は32質量%に調整した。各電解セル内の温度が90℃になるように、陽極室及び陰極室の各温度を調節した。電流密度6kA/m2で食塩電解を実施し、電圧、電流効率を測定した。ここで、電流効率とは、流した電流に対する、生成された苛性ソーダの量の割合であり、流した電流により、ナトリウムイオンではなく、不純物イオンや水酸化物イオンがイオン交換膜を移動すると、電流効率が低下する。電流効率は、一定時間に生成された苛性ソーダのモル数を、その間に流れた電流の電子のモル数で除することで求めた。苛性ソーダのモル数は、電解により生成した苛性ソーダをポリタンクに回収して、その質量を測定することにより、求めた。
(Electrolysis evaluation)
The electrolysis performance was evaluated by the following electrolysis experiments.
A titanium anode cell having an anode chamber provided with an anode and a cathode cell having a nickel cathode chamber provided with a cathode faced each other. A pair of gaskets was placed between the cells. The ion exchange membrane A was sandwiched between a pair of gaskets. Then, the anode cell, the gasket, the ion exchange membrane A, the gasket and the cathode were brought into close contact with each other to obtain an electrolytic cell, and an electrolytic cell containing the cell was prepared.
The anode was produced by applying a mixed solution of ruthenium chloride, iridium chloride and titanium tetrachloride on a titanium substrate which had been blasted and acid-etched as a pretreatment, dried and fired. The anode was fixed to the anode chamber by welding.
A nickel expanded metal was used as a current collector in the cathode chamber. The size of the current collector was 95 mm long × 110 mm wide. As the metal elastic body, a mattress knitted with a fine nickel wire was used. A mattress, which is a metal elastic body, was placed on the current collector. A mesh cathode prepared by applying a mixed solution of ruthenium and cerium to a nickel mesh on which a nickel wire having a diameter of 150 μm was plain-woven with a mesh opening of 40 mesh, dried and fired was placed. The thickness of the coated cathode was 310 μm. The four corners of the cathode were fixed to the current collector with a string made of Teflon (registered trademark).
This electrolytic cell has a zero-gap structure utilizing the repulsive force of a mattress which is a metal elastic body. As the gasket, a rubber gasket made of EPDM (ethylene propylene diene) was used.
Electrolysis of salt was performed using the above electrolytic cell. The salt water concentration (sodium chloride concentration) in the anode chamber was adjusted to 205 g / L. The concentration of sodium hydroxide in the cathode compartment was adjusted to 32% by mass. Each temperature of the anode chamber and the cathode chamber was adjusted such that the temperature in each electrolytic cell became 90 ° C. Salt electrolysis was performed at a current density of 6 kA / m 2 , and the voltage and current efficiency were measured. Here, the current efficiency is the ratio of the amount of generated caustic soda to the flowing current, and when the flowing current causes impurity ions or hydroxide ions, not sodium ions, to move through the ion exchange membrane, the current Efficiency decreases. The current efficiency was obtained by dividing the number of moles of caustic soda generated in a certain period of time by the number of moles of electrons of the current flowing during that time. The number of moles of caustic soda was determined by collecting caustic soda generated by electrolysis in a plastic tank and measuring its mass.
<電解試験後のイオン交換膜の観察>
電解試験後のイオン交換膜Aの状態確認は、以下のように実施した。
まず、補修することにより電極厚みが厚くなった部分(既存電極と補修用の電解用電極が重なった部分)に対応するイオン交換膜Aの表面部分の外観を観察した。必要に応じて、表面に施してあるコーティングを刷毛などを用いて除去した。外観観察では、イオン交換膜Aの白化、変色等がないかを調べた。
次に、上述したイオン交換膜Aの表面部分を等間隔に5か所切断し、露出された膜断面をマクロスコープ、SEMで観察した。膜表面および内部における剥がれ、ブリスターの発生(以下、単に「膜損傷」ともいう。)の有無を確認し、発生している場合はその個数をカウントした。
<Observation of ion exchange membrane after electrolysis test>
The state of the ion exchange membrane A after the electrolytic test was confirmed as follows.
First, the appearance of the surface portion of the ion exchange membrane A corresponding to the portion where the electrode thickness was increased by the repair (the portion where the existing electrode and the repair electrode for electrolysis overlap) was observed. If necessary, the coating applied to the surface was removed using a brush or the like. In the appearance observation, the ion exchange membrane A was examined for whitening and discoloration.
Next, the surface portion of the above-mentioned ion exchange membrane A was cut at five locations at equal intervals, and the exposed membrane cross section was observed with a macroscope and SEM. The presence or absence of peeling and blistering on the surface and inside of the film (hereinafter, also simply referred to as “film damage”) was confirmed, and if it occurred, the number was counted.
(実施例1)
補修に使用する電解用電極は以下のように作成した。
ゲージ厚みが22μmのニッケル箔を準備した。このニッケル箔の片面にニッケルメッキによる粗面化処理を施した。
粗面化した表面の算術平均粗さRaは0.95μmだった。
表面粗さ測定には、触針式の表面粗さ測定機SJ−310(株式会社ミツトヨ)を使用した。
地面と平行な定盤上に測定サンプルを設置し、下記の測定条件で算術平均粗さRaを測定した。測定は、6回実施時、その平均値を記載した。
<触針の形状>円すいテーパ角度=60°、先端半径=2μm、静的測定力=0.75mN
<粗さ規格>JIS2001
<評価曲線>R
<フィルタ>GAUSS
<カットオフ値 λc>0.8mm
<カットオフ値 λs>2.5μm
<区間数>5
<前走、後走>有
(Example 1)
The electrode for electrolysis used for repair was prepared as follows.
A nickel foil having a gauge thickness of 22 μm was prepared. One surface of this nickel foil was subjected to a surface roughening treatment by nickel plating.
The arithmetic average roughness Ra of the roughened surface was 0.95 μm.
For the surface roughness measurement, a stylus type surface roughness measuring device SJ-310 (Mitutoyo Corporation) was used.
The measurement sample was placed on a surface plate parallel to the ground, and the arithmetic average roughness Ra was measured under the following measurement conditions. When the measurement was performed six times, the average value was described.
<Shape of stylus> Conical taper angle = 60 °, tip radius = 2 μm, static measuring force = 0.75 mN
<Roughness standard> JIS2001
<Evaluation curve> R
<Filter> GAUSS
<Cutoff value λc> 0.8mm
<Cutoff value λs> 2.5 μm
<Number of sections> 5
<Previous run, back run> Yes
このニッケル箔にパンチング加工により直径1mmの円形の孔をあけ多孔箔とした。次のようにして算出される開孔率は44%であった。
(開孔率の測定)
電解用電極をデジマチックシックスネスゲージ(株式会社ミツトヨ製、最少表示0.001mm)用いて面内を均一に10点測定した平均値を算出した。これを電極の厚み(ゲージ厚み)をとして、体積を算出した。その後、電子天秤で質量を測定し、金属の比重(ニッケルの比重=8.908g/cm3、チタンの比重=4.506g/cm3)から、開孔率あるいは空隙率を算出した。
開孔率(空隙率)(%)=(1−(電極質量)/(電極体積×金属の比重))×100
A circular hole having a diameter of 1 mm was formed in the nickel foil by punching to form a porous foil. The porosity calculated as follows was 44%.
(Measurement of porosity)
Using an electrode for electrolysis, a digimatic sixness gauge (manufactured by Mitutoyo Corp., minimum display 0.001 mm) was used to calculate an average value obtained by uniformly measuring 10 points in the plane. Using this as the thickness of the electrode (gauge thickness), the volume was calculated. Thereafter, the mass was measured with an electronic balance, and the porosity or porosity was calculated from the specific gravity of the metal (specific gravity of nickel = 8.908 g / cm 3 , specific gravity of titanium = 4.506 g / cm 3 ).
Porosity (porosity) (%) = (1− (electrode mass) / (electrode volume × specific gravity of metal)) × 100
電極触媒を形成するためのコーティング液を以下の手順で調製した。
ルテニウム濃度が100g/Lの硝酸ルテニウム溶液(株式会社フルヤ金属)、硝酸セリウム(キシダ化学株式会社)を、ルテニウム元素とセリウム元素のモル比が1:0.25となるように混合した。この混合液を充分に撹拌し、これを陰極コーティング液とした。
ロール塗布装置の最下部に上記塗布液を入れたバットを設置した。PVC(ポリ塩化ビニル)製の筒に独立気泡タイプの発泡EPDM(エチレン・プロピレン・ジエンゴム)製のゴム(イノアックコーポレイション、E-4088、厚み10mm)を巻きつけた塗布ロールと塗布液が常に接するように設置した。その上部に同じEPDMを巻きつけた塗布ロールを設置、更にその上にPVC製のローラーを設置した。
電解用電極基材を2番目の塗布ロールと最上部のPVC製のローラーの間を通して塗布液を塗布した(ロール塗布法)。その後、50℃で10分間の乾燥、150℃で3分間の仮焼成を行い、350℃で10分間の焼成を実施した。これら塗布、乾燥、仮焼成、焼成の一連の操作を所定のコーティング量になるまで繰り返した。
作製した電解用電極の厚みは、30μmだった。酸化ルテニウムと酸化セリウムを含む触媒層の厚みは、電解用電極の厚みから電解用電極基材の厚みを差し引いてそれぞれ8μmだった。コーティングは粗面化されていない面にも形成された。
A coating solution for forming an electrode catalyst was prepared according to the following procedure.
A ruthenium nitrate solution having a ruthenium concentration of 100 g / L (Furuya Metal Co., Ltd.) and cerium nitrate (Kishida Chemical Co., Ltd.) were mixed so that the molar ratio of ruthenium element to cerium element was 1: 0.25. This mixture was sufficiently stirred to obtain a cathode coating solution.
At the bottom of the roll coating device, a vat containing the coating solution was installed. Make sure that the coating liquid is always in contact with the coating roll that has a PVC (polyvinyl chloride) tube wrapped with a closed-cell type foamed EPDM (ethylene propylene diene rubber) rubber (INOAC CORPORATION, E-4088, thickness 10 mm). It was installed in. An application roll around which the same EPDM was wound was set on the upper part, and a PVC-made roller was further set thereon.
The coating liquid was applied to the electrode substrate for electrolysis by passing it between the second coating roll and the uppermost roller made of PVC (roll coating method). Thereafter, drying was performed at 50 ° C. for 10 minutes, preliminary firing was performed at 150 ° C. for 3 minutes, and firing was performed at 350 ° C. for 10 minutes. These series of operations of application, drying, preliminary firing, and firing were repeated until a predetermined coating amount was obtained.
The thickness of the produced electrode for electrolysis was 30 μm. The thickness of the catalyst layer containing ruthenium oxide and cerium oxide was 8 μm, respectively, obtained by subtracting the thickness of the electrode substrate for electrolysis from the thickness of the electrode for electrolysis. The coating was also formed on the non-roughened surface.
縦95mm、横110mmのメッシュ陰極の中央付近に精密ハサミで20mm×20mmサイズの穴をあけた(これを損傷電極のモデルとした)。40mm×40mmサイズの補修用の電解用電極(以下、単に「補修用電極」ともいう。)を損傷部がちょうど中心になるように設置し、四隅(四点)を溶接で固定した。このようにして損傷部の補修を実施した。要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであり、膜損傷も見られなかった。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=340μmだった。T2/T1=1.10だった。
A hole of 20 mm × 20 mm size was made with precision scissors near the center of a mesh cathode having a length of 95 mm and a width of 110 mm (this was used as a damaged electrode model). An electrode for repair of 40 mm × 40 mm in size for repair (hereinafter also simply referred to as “repair electrode”) was placed so that the damaged portion was exactly at the center, and four corners (four points) were fixed by welding. In this way, the damaged part was repaired. The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis performance was the same as that when no holes were made, and no film damage was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 340 μm. T2 / T1 = 1.10.
(実施例2)
補修用電極の四辺(外縁部分)をシアノアクリレート系の接着剤で固定したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであり、膜損傷も見られなかった。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=340μmだった。T2/T1=1.10だった。
(Example 2)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that the four sides (outer edge portion) of the repair electrode were fixed with a cyanoacrylate-based adhesive.
The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis performance was the same as that when no holes were made, and no film damage was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 340 μm. T2 / T1 = 1.10.
(実施例3)
補修用電極の四辺(外縁部分)をPTFE製の糸で波縫いすることで固定したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであり、膜損傷も見られなかった。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=340μmだった。T2/T1=1.10だった。
(Example 3)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that the four sides (outer edges) of the repair electrode were fixed by waving with PTFE thread.
The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis performance was the same as that when no holes were made, and no film damage was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 340 μm. T2 / T1 = 1.10.
(実施例4)
補修用電極として、厚みが30μmのニッケル箔を使用したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは38μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであり、膜損傷も見られなかった。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=348μmだった。T2/T1=1.12だった。
(Example 4)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that a nickel foil having a thickness of 30 μm was used as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 38 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis performance was the same as that when no holes were made, and no film damage was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 348 μm. T2 / T1 = 1.12.
(実施例5)
補修用電極として、厚みが50μmのニッケル箔を使用したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは59μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであり、膜損傷も見られなかった。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=369μmだった。T2/T1=1.19だった。
(Example 5)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that a nickel foil having a thickness of 50 μm was used as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 59 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis performance was the same as that when no holes were made, and no film damage was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 369 μm. T2 / T1 = 1.19.
(実施例6)
補修用電極として、厚みが10μmのニッケル箔を使用したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは16μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであり、膜損傷も見られなかった。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=326μmだった。T2/T1=1.05だった。
(Example 6)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that a nickel foil having a thickness of 10 μm was used as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 16 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis performance was the same as that when no holes were made, and no film damage was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the repaired electrode overlaps the existing electrode after the repair was 326 μm. T2 / T1 = 1.05.
(実施例7)
補修用電極として、厚みが100μmのニッケルエキスパンドメタルを使用したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは107μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであり、膜損傷も見られなかった。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=417μmだった。T2/T1=1.35だった。
(Example 7)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that a nickel expanded metal having a thickness of 100 μm was used as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 107 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis performance was the same as that when no holes were made, and no film damage was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 417 μm. T2 / T1 = 1.35.
(実施例8)
補修用電極として、厚みが150μmのニッケルエキスパンドメタルを使用したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは157μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであった。また、外観観察時にわずかではあるものの白化が観察されたが、断面観察での膜損傷は0個で問題なく、全体として問題ない程度と評価された。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=467μmだった。T2/T1=1.51だった。
(Example 8)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that a nickel expanded metal having a thickness of 150 μm was used as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 157 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
The results of the electrolysis evaluation were the same as the electrolysis performance when no holes were made. In addition, although slight whitening was observed during the appearance observation, no damage was found in the film observation in the cross-section observation, and no problem was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the repaired electrode overlaps the existing electrode after the repair was 467 μm. T2 / T1 = 1.51.
(実施例9)
補修用電極として、厚みが200μmのニッケルエキスパンドメタルを使用したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは211μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであった。また、外観観察時にわずかではあるものの白化が観察されたが、断面観察での膜損傷は0個で問題なく、全体として問題ない程度と評価された。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=521μmだった。T2/T1=1.68だった。
(Example 9)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that a nickel expanded metal having a thickness of 200 μm was used as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 211 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
The results of the electrolysis evaluation were the same as the electrolysis performance when no holes were made. In addition, although slight whitening was observed during the appearance observation, no damage was found in the film observation in the cross-section observation, and no problem was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 521 μm. T2 / T1 = 1.68.
(実施例10)
補修用電極として、厚みが250μmのニッケルエキスパンドメタルを使用したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは260μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであった。また、外観観察時にわずかではあるものの白化が観察されたが、断面観察での膜損傷は0個で問題なく、全体として問題ない程度と評価された。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=521μmだった。T2/T1=1.68だった。
(Example 10)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that a nickel expanded metal having a thickness of 250 μm was used as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 260 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
The results of the electrolysis evaluation were the same as the electrolysis performance when no holes were made. In addition, although slight whitening was observed during the appearance observation, no damage was found in the film observation in the cross-section observation, and no problem was observed.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 521 μm. T2 / T1 = 1.68.
(比較例1)
補修用電極として、既存電極と同じ電極を用いたこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは320μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と比べて悪化した。溶接で盛り上がった部分に対応する場所に膜損傷が見られた。具体的には、溶接していないニッケル線端部が膜を貫通させる損傷が見られた。また、外観観察では白化している箇所が複数観察され、断面観察では膜損傷が7か所観察された。
補修前の電極厚みT1=320μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=640μmだった。T2/T1=2.00だった。
(Comparative Example 1)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that the same electrode as the existing electrode was used as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 320 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis performance was worse than the electrolysis performance when no holes were made. Membrane damage was observed at the location corresponding to the portion raised by welding. Specifically, damage was found in which the end of the unwelded nickel wire penetrated the membrane. Further, a plurality of whitened portions were observed in the appearance observation, and seven film damages were observed in the cross-section observation.
The electrode thickness T1 before the repair was 320 μm, and the thickness T2 of the portion where the repair electrode overlaps the existing electrode after the repair was 640 μm. T2 / T1 = 2.00.
(比較例2)
ニッケル線1本1本を溶接でつなぎ合わせて補修したこと以外は比較例1と同様に補修を実施した。溶接する線の数は4辺合計で100以上あり、補修に半日程度を要した。商業電解枠の補修には時間がかかりすぎて、適用できないことが分かった。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能と同じであった。
(Comparative Example 2)
The repair was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the nickel wires were connected by welding and repaired. The number of wires to be welded was 100 or more in total on four sides, and repair took about half a day. Repair of the commercial electrolysis frame was found to be too time consuming and impractical.
The results of the electrolysis evaluation were the same as the electrolysis performance when no holes were made.
(比較例3)
補修用電極として、厚みが500μmのニッケルエキスパンドメタルを基材に使用したこと以外は実施例1と同様に補修を実施した。補修用電極の厚みは508μmだった。
要した時間は数分程度で、簡単に補修を実施できた。
電解評価を実施したところ、穴をあけていないときの電解性能より電解電圧が2%上昇し、電流効率が0.5%悪化した。また、外観観察では白化している箇所が多数観察され、断面観察では、補修電極の端部に由来する膜の折れ、膜損傷が10か所観察された。
補修前の電極厚みT1=310μm、補修後の既存電極と補修用電極が重なった部分の厚みT2=818μmだった。T2/T1=2.64だった。
(Comparative Example 3)
The repair was performed in the same manner as in Example 1 except that a nickel expanded metal having a thickness of 500 μm was used as the base material as the repair electrode. The thickness of the repair electrode was 508 μm.
The repair took only a few minutes and was easy.
When the electrolysis evaluation was performed, the electrolysis voltage increased by 2% and the current efficiency deteriorated by 0.5% from the electrolysis performance when no holes were formed. In addition, a number of whitened portions were observed in the external appearance observation, and in the cross-sectional observation, film breakage and film damage originating from the end of the repair electrode were observed in ten places.
The electrode thickness T1 before the repair was 310 μm, and the thickness T2 of the portion where the existing electrode and the repair electrode overlap after the repair was 818 μm. T2 / T1 = 2.64.
図1に対する符号の説明
10…電解用電極基材、20…基材を被覆する第一層、30…第二層、101…電解用電極
Description of reference numerals for FIG. 1 10 ... electrode electrode base material, 20 ... first layer covering the base material, 30 ... second layer, 101 ... electrode electrode
図2に対する符号の説明
1…イオン交換膜、1a…膜本体、2…カルボン酸層、3…スルホン酸層、4…強化芯材、11a,11b…コーティング層
Description of reference numerals for FIG. 2 1 ... Ion exchange membrane, 1a ... Membrane body, 2 ... Carboxylic acid layer, 3 ... Sulfonic acid layer, 4 ... Reinforced core material, 11a, 11b ... Coating layer
図3に対する符号の説明
21a,21b…強化芯材
Description of reference numerals for FIG. 3 21a, 21b ... reinforced core material
図4(a)、(b)に対する符号の説明
52…強化糸、504…連通孔、504a…犠牲糸
Description of reference numerals for FIGS. 4 (a) and 4 (b) 52: reinforcing yarn, 504: communication hole, 504a: sacrifice yarn
図5〜8に対する符号の説明
101・・・電解用電極、101a・・・電解用電極の端部から伸びる金属線、102・・・既存電極、102a・・・既存電極における切除部分。
Description of reference numerals for FIGS. 5 to 8 101: Electrode for electrode, 101a: Metal wire extending from the end of the electrode for electrolysis, 102: Existing electrode, 102a: Cut portion of the existing electrode.
図9〜図13に対する符号の説明
4…電解槽、5…プレス器、6…陰極端子、7…陽極端子、
11…陽極、12…陽極ガスケット、13…陰極ガスケット、
18…逆電流吸収体、18a…基材、18b…逆電流吸収層、19…陽極室の底部、
21…陰極、22…金属弾性体、23…集電体、24…支持体、
50…電解セル、60…陽極室、51…イオン交換膜(隔膜)、70…陰極室、
80…隔壁、90…電解用陰極構造体
Description of reference numerals for FIG. 9 to FIG.
11 ... anode, 12 ... anode gasket, 13 ... cathode gasket,
18: reverse current absorber, 18a: base material, 18b: reverse current absorption layer, 19: bottom of anode chamber,
Reference numeral 21: cathode, 22: metal elastic body, 23: current collector, 24: support,
50 ... electrolysis cell, 60 ... anode compartment, 51 ... ion exchange membrane (diaphragm), 70 ... cathode compartment,
80 ... partition walls, 90 ... cathode structure for electrolysis
Claims (7)
前記既存電極の表面の少なくとも1つの領域に、厚みが315μm以下である電解用電極を固定する工程(A)を有する、電極の製造方法。 A method for manufacturing a new electrode by repairing the surface of an existing electrode,
A method for manufacturing an electrode, comprising: a step (A) of fixing an electrode for electrolysis having a thickness of 315 μm or less to at least one region of the surface of the existing electrode.
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