JP3067606B2 - 酸素発生用陽極の製造方法 - Google Patents
酸素発生用陽極の製造方法Info
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Description
工程、主として亜鉛、錫または銅の電気めっきやステン
レス鋼の表面処理、金属の電解採取に使用される不溶性
陽極に関するものである。
て、現在鉛又は鉛合金が使用されているが、鉛は比較的
消耗が速く、溶け出した鉛によるめっき液の汚染、めっ
き皮膜の劣化等の問題がある。これに代わる陽極とし
て、貴金属酸化物を電極活性物質とした不溶性陽極が種
々提案されている。しかしながら、電極活性物質原料溶
液を塗布し酸素雰囲気下で焼成する工程を、所定の皮膜
が得られるまで繰り返し行うことにより作製した電極に
は、被膜中にひび割れが多数存在するため電解中に電解
液がひび割れを通って電極触媒層にしみ込み、金属基体
表面で発生する酸素により電極触媒層と金属基体間に絶
縁性の不動態膜が形成され、残存する電極活性物質の量
が十分であっても電極としての機能がなくなってしまう
という不都合を生じる。このために、電極活性物質とし
て高価な貴金属を使用することを考えるとその経済性は
決して良いものであるとはいえない。
る方法としては導電性金属基体上に4価の原子価を有す
るチタン及びスズから選ばれた少なくとも1種の金属酸
化物と5価の原子価を有するチタン及びニオブから選ば
れた少なくとも1種の金属酸化物との混合酸化物からな
る中間層を設ける方法(特開昭59−38394号公
報)、更に白金をこの中間層に分散させる方法(特開昭
59−150091号公報)、タンタル及び/又はニオ
ブの導電性酸化物層を中間層として設ける方法(特開昭
57−192281号公報)、その他にはタンタル、ニ
オブ又はこれらの合金よりなる中間層をスパッタリング
法、真空蒸着法により設ける方法(特開平4−9929
4号公報)が挙げられる。
が挙げられる。導電性金属基体上に熱分解法で設けた中
間層では耐食材料を用いても、熱分解工程で生じた多数
のひび割れが存在しており、根本的な解決には至ってい
ない。又、タンタル、ニオブ又はこれらの合金よりなる
中間層をスパッタリング法、真空蒸着法により設ける方
法では装置が大型化するため電極製造コストが高くな
る。これらの理由により現在のところ安価で満足できる
長寿命の電極は得られていない。
して電気めっき用陽極として検討されている酸素発生用
不溶性電極において、電極活性物質層に電解液が浸透す
るために引き起こされる金属電極基体の不動態化、溶出
を防ぎ、安価かつ容易な方法で長寿命の電極を提供する
ことにある。
決するためのものであって、すなわち白金族金属化合物
及びタンタル化合物を含む溶液にエチレングリコ−ル、
プロピレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、ポリ
エチレンオキサイド、ポリビニルアルコ−ル、ポリビニ
ルブチラ−ル、カルボキシメチルセルロ−スの中から選
ばれた少なくとも1つからなる水溶性結合助剤を添加し
た塗布液を金属チタンまたはその合金からなる導電性金
属基体上に塗布し、この塗布液を熱分解することによ
り、該導電性金属基体上に白金族金属酸化物及び/又は
白金族金属及び酸化タンタルよりなる電極活性物質被覆
層を形成することを特徴とする酸素発生用陽極の製造方
法である。
タン又はその合金が用いられ、金属チタン合金としては
Ti−Ta、Ti−Ta−Nb、Ti−Pd等のチタン
基合金が好適である。この導電性金属基体の形状は板
状、有孔板状、棒状、網状など所望のものとすることが
できる。耐食性を向上させる目的で導電性金属基体の表
面を酸化、窒化、硼化又は炭化処理しても良い。又、導
電性金属基体表面上に非晶質のチタン若しくはタンタル
金属、又は結晶質のタンタル金属よりなる薄膜を設けて
も良い。
は白金族金属酸化物及び/又は白金族金属及び酸化タン
タルよりなり、白金族金属酸化物としてはルテニウム、
パラジウム、ロジウム、イリジウムの酸化物、白金族金
属としては金属白金が挙げられる。例えば電極活性層が
酸化イリジウムと酸化タンタルの混合物の場合には、両
酸化物の金属重量比がイリジウム50〜95%対タンタ
ル5〜50%が好ましく、更にはイリジウム70〜95
%対タンタル5〜30%が好ましい。酸化イリジウムの
みにすれば電気メッキ中における剥離、脱落が多く、電
極としての寿命が短くなる。
ば塩化イリジウム酸等の金属塩をエチルアルコ−ル、ブ
チルアルコ−ル、イソプロピルアルコ−ル、塩酸等の溶
媒に溶かして所定組成の混合溶液を調製し、更にこの混
合溶液中に水溶性の結合助剤を加えたものを刷毛塗り、
ロ−ル塗り、スプレ−塗り、又は浸漬等の方法により塗
布し熱分解処理を行うことにより形成される。塗布後、
溶媒を蒸発させるため100〜150℃で約10〜30
分乾燥し、最終的に酸化雰囲気中、350〜550℃、
好ましくは390〜510℃で10〜30分間加熱処理
を行う。加熱処理温度が上記範囲未満では熱分解が完全
に起こらず、上記範囲を越えると基体金属の酸化が進行
して損傷を受ける。
ては塗布液中に溶解することが必要であり、このような
結合助剤が効果を発揮する理由はよくわかっていない
が、塗布液中で触媒活性層の成分となる原料化合物と何
らかの結合を有することにより、原料化合物の結晶化に
よる結晶化粒子の偏析を抑制し、均一な分解反応を保つ
ために、緻密で、ひび割れが殆ど存在しない被膜が得ら
れるものと考えられる。これは結合助剤を添加しない場
合には加熱処理後触媒表面に結晶化粒子の偏析がみられ
る事から予測される。更に、加熱処理による熱分解過程
において通常狭い温度範囲で反応が急速に起こるもの
を、塗布液中に結合助剤を添加すると、分解温度範囲を
広げ、反応を比較的緩やかにする効果があるために塗布
した触媒原料が熱分解する過程でひび割れしないと考え
られる。結合助剤の量は原料化合物の組成にも大きく左
右されるが、少な過ぎると効果が無く、又多量に加え過
ぎると結合助剤が単独で分解酸化され、多孔質な被膜が
得られてしまう。このため塗布液中の結合助剤の含有率
は0.5から30重量%が好ましく、0.5〜15重量%が
更に好ましい。
成される電極活性物質層は、電極活性物質を高温で焼成
するために、電極活性物質層に多数のひび割れが生じ易
く、更に結晶粒子の偏析が生じるために、疎構造であ
る。本発明の電極の製造方法は、結合助剤を添加した塗
布液を用い熱分解法によって緻密で均一な電極活性物質
層を形成する方法であり、従来のようにひび割れが存在
せず、密な構造により電解液の進入による基体の不働態
化や溶出が避けられるばかりでなく、電解液のエロージ
ョンにも高い耐性を示す。
上に電極活性物質層を形成する場合に水溶性結合助剤を
触媒用塗布液に添加すると緻密な電極活性物質層が得ら
れる事を以下の実施例で具体的に示す。
リジウムに換算して表示した。 実施例1 大きさ 50mm×10mm×1.5mmtの市販のチ
タン金属板をアセトン中で超音波洗浄により脱脂した。
次に、#24のアランダムを用い、4kgf/cm2で
約10分間チタンの両面にブラスト処理を施した。この
チタン板を流水中で12時間洗浄し、乾燥したものを電
極基体として用いた。このようにして作製した電極基体
に下記に示す液組成の電極被覆原液を調製した。 TaCl5 2.50 g H2IrCl6・6H2O 5.00 g 35% HCl 3.0 ml n−CH3(CH2)3OH 20.0 ml この原液にポリエチレングリコール(分子量600)を
含有率が5%となるように添加し、十分に攪拌混合して
後電極基体に塗布した。これを120℃で10分間乾燥
したのち、490℃に保持した電気炉中で20分間焼成
した。この電極活性物質の被覆操作を数回繰り返して1
0g-Ir/m2の酸化イリジウムを活性物質とする電極を
作製した(触媒層の重量組成比はIr/Ta=6/
4)。この電極表面を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、表面のひび割れが殆ど存在せず緻密な被膜が形成さ
れていた。この電極の触媒被覆層の先端の10×10m
mの部分を残し、他の部分をシールしたものを寿命試験
用陽極として用いた。このようにして作製した電極の電
解寿命加速試験を行った。電解条件としては、浴温度を
60℃とし、濃度100g/dm3のNa2SO4溶液の
pHが1.2になるように硫酸で調節したものを電解浴
とした。陰極にはジルコニウム板を用いた。電解方法は
定電流電解法とし、電流密度は300A/dm2とし
た。同じ仕様の電極を5本以上作製し、各々の電極につ
いて電解開始電圧と比較して槽電圧が5V上昇した時間
を電極寿命とし、その平均値を求めた。試験後の電極表
面の蛍光X線分析の結果、残存触媒量は約4.2g-Ir
/m2であり、触媒消耗速度は3.90mg-Ir/m2h
rとなった。電極寿命及び触媒利用率を表1に示す。触
媒利用率は当初のイリジウム金属量から残存イリジウム
金属量を差し引いたイリジウム金属量の当初のイリジウ
ム金属量に対する割合である。
ル(分子量600)の含有率が10%となるようにした
以外は実施例1と全く同様にして電極を作製した。 TaCl5 0.42g H2IrCl6・6H2O 5.00 g 35% HCl 3.0 ml n−CH3(CH2)3OH 20.0 ml 実施例1と同様の電極寿命加速試験を行った結果を表1
に示す。
5%のポリエチレンオキサイド(平均分子量15万〜4
0万)とした以外は実施例1と全く同様にして電極を作
製した。 TaCl5 1.61 g H2IrCl6・6H2O 5.00 g 35% HCl 3.0 ml n−CH3(CH2)3OH 20.0 ml 実施例1と同様の電極寿命加速試験を行った結果を表1
に示す。
度500)とした以外は実施例1と全く同様にして電極
を作製し、電解寿命加速試験を行った。結果を表1に示
す。
の表面に実施例1と同じ組成の電極被覆原液を調製し、
この原液をそのまま10g-Ir/m2となるように塗布し
て電極を作製した。実施例1と同様の電解寿命加速試験
を行い試験後の電極表面の蛍光X線分析の結果、残存触
媒量は約6g-Ir/m2であり、触媒消耗速度は5.38
mg-Ir/m2hrとなった。電極寿命及び触媒利用率を
表1に示す。
にこの電極基体に実施例3と同じ電極被覆原液をそのま
ま10g-Ir/m2となるように塗布し、比較用の電極を
作製した。実施例1と同様の電解寿命加速試験を行った
結果を表1に示す。
よって明らかなように結合助剤を添加した各実施例は添
加しない各比較例に比較して約2倍の電極寿命を示す。
いて、結合助剤を添加した塗布液により作製された電極
活性被覆層は、その緻密な構造から基体をなすチタンの
電解腐食を防ぐとともに、それ自体の電解による消耗を
抑制する。また、チタン基体と良好な密着性を保ち、酸
素発生に対する触媒活性が大であり、硫酸系溶液に対す
る耐食性に優れている。このように本発明によれば、電
解に際して溶解や脱落が少ない長寿命の酸素発生用陽極
が非常に容易な製法によって得られる。この電極は、金
属の電気めっき用陽極のほか水電解用陽極、電解酸洗用
陽極等種々の酸素発生用陽極として使用しうるものであ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 白金族金属化合物及びタンタル化合物を
含む溶液にエチレングリコ−ル、プロピレングリコ−
ル、ポリエチレングリコ−ル、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリビニルアルコ−ル、ポリビニルブチラ−ル、カ
ルボキシメチルセルロ−スの中から選ばれた少なくとも
1つからなる水溶性結合助剤を添加した塗布液を金属チ
タンまたはその合金からなる導電性金属基体上に塗布
し、この塗布液を熱分解することにより、該導電性金属
基体上に白金族金属酸化物及び/又は白金族金属及び酸
化タンタルよりなる電極活性物質被覆層を形成すること
を特徴とする酸素発生用陽極の製造方法。 - 【請求項2】 塗布液中の水溶性結合助剤の含有率が
0.5〜30重量%である請求項1に記載の酸素発生用
陽極の製造方法。 - 【請求項3】 導電性金属基体が表面を酸化、窒化、硼
化又は炭化処理した導電性金属基体である請求項1また
は2に記載の酸素発生用陽極の製造方法。 - 【請求項4】 電極活性物質が酸化イリジウムと酸化タ
ンタルとの混合酸化物からなり、両酸化物の金属重量比
がイリジウム50〜95%対タンタル5〜50%である
請求項1から3までのいずれかに記載の酸素発生用陽極
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7237000A JP3067606B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 酸素発生用陽極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7237000A JP3067606B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 酸素発生用陽極の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0978297A JPH0978297A (ja) | 1997-03-25 |
JP3067606B2 true JP3067606B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=17008907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7237000A Expired - Lifetime JP3067606B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 酸素発生用陽極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3067606B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6312981B2 (ja) * | 2012-10-05 | 2018-04-18 | 国立大学法人 新潟大学 | メソポーラス酸化イリジウムの製造方法、水の酸化触媒の製造方法、及びメソポーラス酸化イリジウム電極の製造方法 |
-
1995
- 1995-09-14 JP JP7237000A patent/JP3067606B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0978297A (ja) | 1997-03-25 |
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