JP2022529495A - 電気分解用電極 - Google Patents
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Abstract
Description
陰極(cathode)反応:2H2O+2e-→2OH-+H2(E0=-0.83V)
全体反応:2Cl-+2H2O→2OH-+Cl2+H2(E0=-2.19V)
本発明は、金属基材層と、ルテニウム酸化物、白金族酸化物、およびマンガン酸化物を含むコーティング層と、を含み、前記コーティング層は、前記基材層の少なくとも一つの面上に形成される、電気分解用電極を提供する。
本発明は、金属基材の少なくとも一つの面上にコーティング組成物を塗布するステップと、
コーティング組成物が塗布された金属基材を乾燥および熱処理してコーティングするステップと、を含み、
前記コーティング組成物は、ルテニウム前駆体、白金族前駆体、およびマンガン前駆体を含む、電気分解用電極の製造方法を提供する。
本実施例では、金属基材として、日東金網社製のニッケルメッシュ基材(Ni純度99%以上、200μm)を使用し、ルテニウム前駆体としてはルテニウム(III)クロリド水和物(RuCl3・nH2O)、白金族前駆体としては白金(IV)クロリド、セリウム前駆体としてはセリウム(III)ニトレート六水和物(Ce(NO3)3・6H2O)、マンガン前駆体としてはマンガン(II)クロリド四水和物(MnCl2・4H2O)を使用した。アミン系添加剤としては尿素を使用した。
金属基材にコーティング層を形成する前に、基材の表面を、アルミニウムオキシド(White alumina、F120)で0.4MPaの条件でサンドブラストした後、80℃に加熱された5MのH2SO4水溶液に入れて3分間処理した後、蒸留水で洗浄して前処理を完了した。
前記材料の混合溶媒に、2.41mmolのルテニウム(III)クロリド水和物、0.1928mmolの白金(IV)クロリド、0.482mmolのマンガン(II)クロリド四水和物を1時間十分に溶解させ、尿素0.045gを投入し混合してコーティング組成物を製造した。前記コーティング組成物を、前述の前処理した金属基材にブラッシュを用いてコーティングし、対流式乾燥オーブンに入れて180℃で10分間乾燥させた。その後、500℃の電気加熱炉に入れて10分間さらに熱処理した。このようなコーティング、乾燥、および熱処理過程を9回さらに繰り返した後、最終的に500℃で1時間最終熱処理することで、電気分解用電極を製造した。
前記実施例1において、コーティング組成物にセリウム(III)ニトレート六水和物0.241mmolをさらに追加し、マンガン(II)クロリド四水和物を0.241mmol投入したことを除き、同様に行って電気分解用電極を製造した。
前記実施例1において、コーティング組成物に白金(IV)クロリドを投入しなかったことを除き、同様に行って電気分解用電極を製造した。
前記実施例2において、コーティング組成物に白金(IV)クロリドを投入しなかったことを除き、同様に行って電気分解用電極を製造した。
前記実施例2において、マンガン(II)クロリド四水和物を投入せず、セリウム(III)ニトレート六水和物を0.482mmol投入したことを除き、同様に行って電気分解用電極を製造した。
比較例1において、コーティング組成物に白金(IV)クロリドを投入しなかったことを除き、同様に行って電気分解用電極を製造した。
前記実施例1および2、並びに比較例1~4で製造した電極の性能を確認するために、塩水電気分解(Chlor-Alkali Electrolysis)におけるハーフセルを用いた陰極電圧測定実験を行った。電解液としては32%のNaOH水溶液を使用し、対電極としてはPtワイヤ、基準電極としてはHg/HgO電極を使用した。製造した電極を前記電解液に浸した後、-0.62A/cm2の定電流密度条件下で1時間活性化させた後、1時間目の電位値から各電極の性能を比較した。その結果を下記表2にまとめた。
XRFにより、前記実施例および比較例で製造した電極表面コーティング層の各金属成分毎の重量比(%)を分析した。その結果を下記表3に示した。
Claims (13)
- 金属基材層と、
ルテニウム酸化物、白金族酸化物、およびマンガン酸化物を含むコーティング層と、を含み、
前記コーティング層は、前記基材層の少なくとも一つの面上に形成される、電気分解用電極。 - 前記コーティング層に含まれるルテニウム元素およびマンガン元素の重量比が100:5~100:30である、請求項1に記載の電気分解用電極。
- 前記コーティング層に含まれるルテニウム元素および白金族元素の重量比が100:40~100:70である、請求項1に記載の電気分解用電極。
- 前記コーティング層はセリウム酸化物をさらに含む、請求項1に記載の電気分解用電極。
- 前記コーティング層に含まれるルテニウム元素およびセリウム元素の重量比が100:40~100:90である、請求項4に記載の電気分解用電極。
- 金属基材の少なくとも一つの面上にコーティング組成物を塗布するステップと、
コーティング組成物が塗布された金属基材を乾燥および熱処理してコーティングするステップと、を含み、
前記コーティング組成物は、ルテニウム前駆体、白金族前駆体、およびマンガン前駆体を含む、電気分解用電極の製造方法。 - 前記コーティング組成物はセリウム前駆体をさらに含む、請求項6に記載の電気分解用電極の製造方法。
- 前記ルテニウム前駆体は、ルテニウムヘキサフルオリド(RuF6)、ルテニウム(III)クロリド(RuCl3)、ルテニウム(III)クロリド水和物(RuCl3・xH2O)、ルテニウム(III)ブロミド(RuBr3)、ルテニウム(III)ブロミド水和物(RuBr3・xH2O)、ルテニウムヨージド(RuI3)、ルテニウムヨージド(RuI3)、および酢酸ルテニウム塩からなる群から選択される1つ以上である、請求項6に記載の電気分解用電極の製造方法。
- 前記マンガン前駆体は、マンガンクロリド、マンガンクロリド水和物、マンガン(II)ニトレート水和物、マンガン(II)ニトレート四水和物、およびマンガン(II)ニトレートからなる群から選択される1つ以上である、請求項6に記載の電気分解用電極の製造方法。
- 前記白金族前駆体は、クロロ白金酸六水和物(H2PtCl6・6H2O)、ジアミンジニトロ白金(Pt(NH3)2(NO)2)、白金(IV)クロリド(PtCl4)、白金(II)クロリド(PtCl2)、カリウムテトラクロロプラチネート(K2PtCl4)、およびカリウムヘキサクロロプラチネート(K2PtCl6)からなる群から選択される1つ以上である、請求項6に記載の電気分解用電極の製造方法。
- 前記セリウム前駆体は、セリウム(III)ニトレート六水和物(Ce(NO3)3・6H2O)、セリウム(IV)サルフェート四水和物(Ce(SO4)2・4H2O)、およびセリウム(III)クロリド七水和物(CeCl3・7H2O)からなる群から選択される1つ以上である、請求項7に記載の電気分解用電極の製造方法。
- 前記コーティング組成物は、メラミン、アンモニア、尿素、1-プロピルアミン、1-ブチルアミン、1-ペンチルアミン、1-ヘプチルアミン、1-オクチルアミン、1-ノニルアミン、および1-ドデシルアミンからなる群から選択される1つ以上のアミン系添加剤をさらに含む、請求項6に記載の電気分解用電極の製造方法。
- 前記コーティング組成物に含まれるルテニウム前駆体のルテニウム元素とアミン系添加剤は、100:10~100:50のモル比で含まれる、請求項12に記載の電気分解用電極。
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