JP3238773B2 - Manufacturing method of electrode for electrolysis - Google Patents

Manufacturing method of electrode for electrolysis

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JP3238773B2 JP34884392A JP34884392A JP3238773B2 JP 3238773 B2 JP3238773 B2 JP 3238773B2 JP 34884392 A JP34884392 A JP 34884392A JP 34884392 A JP34884392 A JP 34884392A JP 3238773 B2 JP3238773 B2 JP 3238773B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電解用電極に関し、と
くに固体高分子電解質を使用した電気分解に好適な電極
およびその製造方法に関するものである。
The present invention relates to an electrode for electrolysis, and more particularly to an electrode suitable for electrolysis using a solid polymer electrolyte and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】高分子固体電解質は、電解槽あるいは燃
料電池において利用されて利用されている。一般には高
分子固体電解質としてイオン交換膜が使用されており、
イオン交換膜面に直接に電極を形成したり、あるいは電
極をイオン交換膜を密着している。高分子固体電解質を
使用した電解槽を使用して、水溶液電解を行う電解方法
は、当初、陰極−陽極間距離をイオン交換膜の厚さにま
で近づけられ、また電解液によるオーム損がほとんどな
くなるという省電力効果に注目され、多くの研究開発が
なされた。
2. Description of the Related Art A solid polymer electrolyte is used in an electrolytic cell or a fuel cell. Generally, an ion exchange membrane is used as a polymer solid electrolyte,
An electrode is formed directly on the surface of the ion exchange membrane, or the electrode is adhered to the ion exchange membrane. The electrolysis method of performing an aqueous solution electrolysis using an electrolytic cell using a polymer solid electrolyte initially allows the distance between the cathode and anode to approach the thickness of the ion exchange membrane, and almost eliminates ohmic loss due to the electrolyte. Attention was paid to the power saving effect, and much research and development was done.

【0003】しかしながら、実際には食塩水のイオン交
換膜法による電気分解にみられるように、省電力を目的
とした場合にはイオン交換膜に電極を単に密着する方法
によってほぼ同じ効果が得られること、また大面積の電
極固体電解質一体型の電極を作ることが困難なことか
ら、現在はほとんど注目されることはなくなった。
However, almost the same effect can be obtained by simply contacting an electrode with an ion exchange membrane for the purpose of power saving, as actually seen in the electrolysis by the ion exchange membrane method of a saline solution. Due to the fact that it is difficult to produce a large-area electrode-solid-electrode-integrated electrode, little attention has been paid at present.

【0004】したがって、高分子固体電解質を使用した
電解槽は、通常の金属電極では腐食が起こったり望まし
くない副反応が起こる等の問題がある有機電解や電解に
よるオゾン発生装置等において、実用化されている。そ
の代表的な技術は、イオン交換膜の表面に無電解めっき
で白金族金属をはじめとする電極触媒金属を析出する方
法である。これは金属が電極物質として安定な条件下、
すなわち酸、中性、又はアルカリ性の条件下での陰極に
適用されており、一部は陽極としても使用されている。
Therefore, an electrolytic cell using a solid polymer electrolyte has been put to practical use in an organic electrolysis apparatus or an ozone generation apparatus using electrolysis, which has problems such as corrosion and undesired side reactions occurring with ordinary metal electrodes. ing. A typical technique is a method of depositing an electrode catalyst metal such as a platinum group metal on the surface of an ion exchange membrane by electroless plating. This is because under conditions where the metal is stable as an electrode material,
That is, it has been applied to cathodes under acidic, neutral or alkaline conditions, and some have also been used as anodes.

【0005】この方法は、電極の形成方法が簡単であ
り、固体高分子電解質への電極の形成方法として有効な
方法であるが、電極触媒として2種以上の金属からなる
合金を用いたり、化合物の電極触媒、とくに陽極として
安定な酸化物の電極触媒を用いることは、一部の物質に
限られていた。また、酸化物等の触媒物質の粉末をフッ
素樹脂等のバインダーと共にイオン交換膜上に焼き付け
ることも行われている。この方法では、触媒物質には金
属、酸化物又はその他の化合物や混合物を使用すること
が可能であるが、これに使われる触媒としては通常は、
単一の金属、酸化物等の粉末を使用することに限られて
いた。
[0005] This method is simple in the method of forming an electrode and is an effective method for forming an electrode on a solid polymer electrolyte. However, this method uses an alloy composed of two or more metals as an electrode catalyst or a compound. The use of a stable oxide electrode catalyst as an anode, particularly as an anode, has been limited to some substances. Further, baking of a powder of a catalyst substance such as an oxide together with a binder such as a fluororesin on an ion exchange membrane is also performed. In this method, it is possible to use metals, oxides or other compounds or mixtures as the catalytic material, but the catalyst used for this is usually
The use of a single metal, oxide or other powder has been limited.

【0006】酸化物系の電極触媒物質を使用した電極に
は、チタン等の薄膜形成性金属の基体上に白金族の金属
酸化物とチタンの酸化物等からなる複合酸化物を形成し
た電極が不溶性電極として知られている。これらの複合
酸化物は、チタン等の基体上に白金族の金属の化合物と
チタン等の化合物を含有する溶液を塗布し、酸化性雰囲
気で焼成することによって複合酸化物を金属基体表面に
形成する方法によって製造されている。ところが、金属
基体表面に複合酸化物を形成する方法は、数百度の温度
で焼成するので、高分子固体電解質に形成する電極のよ
うに有機物の表面への電極の形成に適用することは不可
能である。
An electrode using an oxide-based electrode catalyst material includes an electrode in which a composite oxide composed of a platinum group metal oxide and a titanium oxide is formed on a base of a thin film-forming metal such as titanium. Known as insoluble electrodes. These complex oxides form a complex oxide on the surface of a metal substrate by applying a solution containing a compound of a platinum group metal and a compound such as titanium on a substrate such as titanium and baking in a oxidizing atmosphere. Manufactured by the method. However, since the method of forming a composite oxide on the surface of a metal substrate is fired at a temperature of several hundred degrees, it cannot be applied to the formation of an electrode on the surface of an organic substance such as an electrode formed on a solid polymer electrolyte. It is.

【0007】また、複合酸化物を形成する金属化合物の
溶液を単に焼成し粉砕して得られた複合酸化物の微粒子
をフッ素樹脂等をバインダーとして高分子固体電解質上
に塗布した場合には、複合酸化物の微粒子が均一な組成
を有しておらず、また触媒活性の優れた微粒子ではな
く、電気化学的特性の優れた高分子固体電解質の電極を
得ることはできず、電極触媒の特性を電極の使用目的に
応じて調整することも困難であった。
Further, when fine particles of a composite oxide obtained by simply firing and pulverizing a solution of a metal compound forming a composite oxide are coated on a solid polymer electrolyte using a fluororesin or the like as a binder, The oxide fine particles do not have a uniform composition, and are not fine particles having excellent catalytic activity, and it is not possible to obtain an electrode of a polymer solid electrolyte having excellent electrochemical characteristics. It was also difficult to adjust according to the purpose of use of the electrode.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電気化学的
特性の優れた複合酸化物からなる固体高分子電解質用の
電極を得ることを課題とし、とくに目的とする電気化学
的反応に応じて電極触媒物質の特性を任意に制御可能な
固体高分子電解質用の電極の製造方法を提供することを
目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrode for a solid polymer electrolyte comprising a composite oxide having excellent electrochemical properties, and particularly to an electrode for a desired electrochemical reaction. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode for a solid polymer electrolyte, which can arbitrarily control the characteristics of an electrode catalyst material.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、白金族の金属
化合物と、第4族もしくは第5族の金属化合物の少なく
とも1種を含む水溶液からアルカリによって共沈した沈
澱物を焼成し、焼成物の微粒子を結合剤とともに混練し
てイオン交換膜の表面に塗布する電解用電極の製造方法
である。また、白金族金属化合物が塩化ルテニウム、塩
化ルテニウム酸、塩化イリジウム、塩化イリジウム酸か
ら選ばれる化合物を少なくとも1種含む電解用電極の製
造方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method of calcining a precipitate coprecipitated with an alkali from an aqueous solution containing a platinum group metal compound and at least one of a group 4 or group 5 metal compound. This is a method for producing an electrode for electrolysis in which fine particles of a substance are kneaded with a binder and applied to the surface of an ion exchange membrane. Further, the present invention is a method for producing an electrode for electrolysis, wherein the platinum group metal compound contains at least one compound selected from ruthenium chloride, ruthenic chloride, iridium chloride, and iridium chloride.

【0010】また、第4族の金属化合物が、チタン化合
物、錫化合物の少なくとも1種を含む電解用電極の製造
方法である。
[0010] Further, there is provided a method for producing an electrode for electrolysis wherein the Group 4 metal compound contains at least one of a titanium compound and a tin compound.

【0011】フッ素樹脂を結合剤として焼成物の微粒子
と混練しイオン交換膜に塗布して焼結する電解用電極の
製造方法である。
This is a method for producing an electrode for electrolysis in which a fluororesin is used as a binder, kneaded with fine particles of a fired product, applied to an ion exchange membrane and sintered.

【0012】本発明の電解用電極に使用する電極触媒の
複合酸化物は、電極触媒を構成する塩の混合溶液にアル
カリを加えて、電極触媒を水和物、水酸化物として共沈
させて、均一な微細な粒子からなる共沈物を製造し、共
沈物を加熱焼成することにより均一な固溶体または混合
物からなる酸化物とするものである。このようにして得
られた酸化物は電極触媒を構成する複数の金属酸化物が
均質に混合しており、電極触媒としての効果を発揮す
る。
The composite oxide of the electrode catalyst used for the electrode for electrolysis according to the present invention is obtained by coprecipitating the electrode catalyst as a hydrate and a hydroxide by adding an alkali to a mixed solution of salts constituting the electrode catalyst. A coprecipitate comprising uniform fine particles is produced, and the coprecipitate is heated and calcined to form a uniform solid solution or an oxide comprising a mixture. In the oxide thus obtained, a plurality of metal oxides constituting the electrode catalyst are homogeneously mixed, and exhibit an effect as the electrode catalyst.

【0013】以下に、電極触媒の製造方法を説明する。
塩素発生用の電極触媒では塩素発生電位と酸素発生電位
の制御をするために、触媒物質としてルテニウム酸化物
又はルテニウム酸化物とイリジウム酸化物の混合物を使
用し、それに錫又はチタンの酸化物を加えるとよい。具
体的には、塩化ルテニウム又は塩化ルテニウムと塩化イ
リジウムの混合物の塩酸水溶液に、四塩化チタン又は三
塩化チタン等の無機化合物、又はオルトテトラブチルチ
タネート等の有機化合物の塩酸水溶液、アルコールと塩
酸の混合液を溶媒とした溶液を所定割合で加えて攪拌し
ながら、アンモニア水等のアルカリ水溶液を滴下して酸
を中和する。中和点に近づくと少しずつチタンとルテニ
ウム、又はルテニウムおよびイリジウムが、水酸化物又
は水和物として共沈してくる。なおもアンモニア水を滴
下し続け、弱アルカリ性とする。次いで、アンモニア水
の滴下を停止した後にしばらく攪拌を続けた後、そのま
ま沈殿のフロックを成長させるために2〜4時間放置す
る。その後、沈殿と溶液をガラスフィルター等で濾別
し、共沈物を水で洗浄する。アルカリとしてアンモニア
水を使用した場合は、アンモニアは後の焼成工程で容易
に除去が可能であるが、金属アルカリを含むアルカリ溶
液で中和した場合は、アルカリ金属塩を完全に取り除く
ために十分に洗浄する必要がある。
Hereinafter, a method for producing an electrode catalyst will be described.
In the electrode catalyst for chlorine generation, in order to control the chlorine generation potential and the oxygen generation potential, use ruthenium oxide or a mixture of ruthenium oxide and iridium oxide as a catalyst substance, and add tin or titanium oxide to it. Good. Specifically, an aqueous hydrochloric acid solution of ruthenium chloride or a mixture of ruthenium chloride and iridium chloride, an aqueous hydrochloric acid solution of an inorganic compound such as titanium tetrachloride or titanium trichloride, or an organic compound such as orthotetrabutyl titanate, or a mixture of alcohol and hydrochloric acid An aqueous solution of an alkali such as aqueous ammonia is added dropwise while stirring a solution containing the solution as a solvent at a predetermined ratio, and the acid is neutralized. When approaching the neutralization point, titanium and ruthenium, or ruthenium and iridium, gradually co-precipitate as hydroxides or hydrates. Still further, the ammonia water is continuously dropped to make it slightly alkaline. Next, after the dropping of the aqueous ammonia is stopped, stirring is continued for a while, and the mixture is allowed to stand for 2 to 4 hours in order to grow floc of the precipitate as it is. Thereafter, the precipitate and the solution are separated by filtration with a glass filter or the like, and the coprecipitate is washed with water. When ammonia water is used as the alkali, the ammonia can be easily removed in the subsequent baking step, but when neutralized with an alkali solution containing a metal alkali, it is sufficient to completely remove the alkali metal salt. Need to be cleaned.

【0014】洗浄後の沈殿はまず風乾し、次いで、空気
中等の弱酸化性又は不活性の雰囲気中で焼成する。温度
は350〜500℃が適当であり、電極触媒の種類に応
じて調整するが70〜120分間程度が好ましい。これ
により、酸化物複合体が得られる。その状態は組成によ
って異なるが、固溶体、混合物あるいはそれらの混合物
であるがいずれも結晶質となっていることが特徴であ
る。生成した電極触媒が塊状体となっている場合にはそ
れを粉砕して微粒子とした後に電極物質とする。
The washed precipitate is first air-dried and then fired in a weakly oxidizing or inert atmosphere such as in air. The temperature is suitably from 350 to 500 ° C. and is adjusted according to the type of the electrode catalyst, but is preferably from about 70 to 120 minutes. Thereby, an oxide composite is obtained. Although the state varies depending on the composition, it is characterized in that it is a solid solution, a mixture, or a mixture thereof, all of which are crystalline. If the generated electrode catalyst is in the form of a lump, it is pulverized into fine particles and then used as an electrode material.

【0015】電極触媒の粒径は、1〜100μmとする
ことが好ましく、特に好ましくは5〜30μmである。
この粒子を結合剤とともに混練してイオン交換膜の表面
に塗布する。結合剤には、フッ素樹脂を使用することが
好ましく、ポリテトラフルオロエチレンの水性懸濁液を
使用することが好ましい。フッ素樹脂を結合剤とした場
合には、粒子を混練してイオン交換膜の表面に塗布し焼
結することによって電極を形成する。イオン交換膜はあ
らかじめグラスビーズ等を使用したブラスト処理を行っ
て粗面化したり、ナトリウムや過酸化水素水を使用して
表面の活性化を行って混練物との付着性を向上させてお
くことが望ましい。イオン交換膜表面に塗布した電極
は、150〜250℃の温度のオーブンにおいて加熱焼
結または、またはホットプレスにおいて加圧しながら焼
結する。イオン交換膜の電極面には、集電体を密着して
電気分解に使用する。
The particle size of the electrode catalyst is preferably from 1 to 100 μm, particularly preferably from 5 to 30 μm.
The particles are kneaded with a binder and applied to the surface of the ion exchange membrane. As the binder, a fluororesin is preferably used, and an aqueous suspension of polytetrafluoroethylene is preferably used. When a fluororesin is used as the binder, the electrodes are formed by kneading the particles, applying the particles to the surface of the ion exchange membrane, and sintering the particles. The ion exchange membrane should be roughened by blasting using glass beads or the like in advance, or the surface should be activated using sodium or hydrogen peroxide to improve the adhesion to the kneaded material. Is desirable. The electrode applied to the surface of the ion exchange membrane is heated and sintered in an oven at a temperature of 150 to 250 ° C. or sintered while being pressed by a hot press. A current collector is closely attached to the electrode surface of the ion exchange membrane and used for electrolysis.

【0016】[0016]

【作用】高分子固体電解質用の電極触媒として、複合酸
化物を使用した電解用電極を、電極触媒を構成する塩の
混合物の混合溶液にアルカリを加えて、電極触媒を水和
物又は水酸化物として共沈させて、微細な均一に混合し
た共沈物を製造し、共沈物を加熱焼成することにより均
一な固溶体または混合物からなる酸化物とすることによ
って、電極触媒としての効果の優れた任意の組成の電極
を得ることができる。
An electrode for electrolysis using a composite oxide is used as an electrode catalyst for a solid polymer electrolyte. An alkali is added to a mixed solution of a mixture of salts forming the electrode catalyst, and the electrode catalyst is hydrated or hydroxylated. Coprecipitate as a solid product, produce a fine and uniformly mixed coprecipitate, and heat and sinter the coprecipitate to form a uniform solid solution or an oxide composed of a mixture, which has an excellent effect as an electrode catalyst. Thus, an electrode having an arbitrary composition can be obtained.

【0017】[0017]

【実施例】以下に本発明の実施例を示し、本発明を詳細
に説明する。 実施例1 白金族金属塩として塩化イリジウム(IrCl3 )を使
用し、第5族金属塩として塩化タンタル(TaCl5
を使用し、以下の方法により共沈混合物を作成した。
塩化タンタルを35%塩酸に懸濁した後、加熱沸騰させ
水と塩酸の一部を蒸発させながら1時間保持し、純水と
塩酸を加えて再度沸騰させることを2回繰り返した後、
同量の水を加えて50g/lのタンタルを含む塩酸溶液
を作製した。これに塩化イリジウムを加熱溶解し、イリ
ジウム100g/l、タンタル50g/lの混合溶液を
得た。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to embodiments of the present invention. Example 1 Iridium chloride (IrCl 3 ) was used as a platinum group metal salt, and tantalum chloride (TaCl 5 ) was used as a group 5 metal salt.
Was used to prepare a coprecipitated mixture by the following method.
After suspending tantalum chloride in 35% hydrochloric acid, it is heated and boiled and held for 1 hour while evaporating a part of water and hydrochloric acid. After repeating twice adding pure water and hydrochloric acid and boiling again,
The same amount of water was added to prepare a hydrochloric acid solution containing 50 g / l of tantalum. Iridium chloride was dissolved therein by heating to obtain a mixed solution of iridium 100 g / l and tantalum 50 g / l.

【0018】混合溶液に5%水酸化ナトリウム水溶液を
滴下しながら攪拌を行った。pHが8近傍から沈殿が始
まり、pH12で液部分は無色となり黒色の沈殿物が堆
積した。この状態のまま、一昼夜放置してフロックを十
分に成長させた後、上澄み液を取り除き、純水にて十分
に洗浄した。これにより、わずかに塩素イオンがフロッ
ク中には残っているが、加えたナトリウムの量は、フロ
ック重量の0.1%以下となった。次いで、沈澱をN
o.4ろ紙(東洋濾紙(株)製)でろ過した後、陶製ル
ツボにて450℃で1時間焼成した。冷却後、めのう乳
鉢で粉砕した。この粉末をX線マイクロアナライザーで
観察したところ、イリジウム及びタンタルが均一に分布
していた。
The mixture was stirred while a 5% aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise. Precipitation started around pH 8, and at pH 12, the liquid portion became colorless and a black precipitate was deposited. In this state, the floc was left standing for 24 hours to allow the floc to grow sufficiently, and then the supernatant was removed and washed thoroughly with pure water. As a result, although a small amount of chloride ions remained in the floc, the amount of added sodium became 0.1% or less of the floc weight. The precipitate was then washed with N
o. After filtration through 4 filter papers (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd.), the mixture was fired in a ceramic crucible at 450 ° C. for 1 hour. After cooling, it was ground in an agate mortar. Observation of this powder with an X-ray microanalyzer revealed that iridium and tantalum were uniformly distributed.

【0019】ポリテトラフルオロエチレンの固形分を3
0重量%含む水性懸濁液に、得られた粉末を、粉末:ポ
リテトラフルオロエチレン粉末の重量比が1:2となる
ように混合して混練し、表面をガラスビーズブラストに
よって粗面化したイオン交換膜(デュポン社製 ナフィ
オン117)の表面に、ドクターブレード法によって厚
さ10μmの塗布膜を形成した。塗布膜の表面にアルミ
ニウム箔を載置してホットプレス機によって、圧力15
0kg/cm2 、250℃で15分間処理した。この
後、塩酸でアルミ箔を溶解させて電極とした。
The solid content of polytetrafluoroethylene is adjusted to 3
The obtained powder was mixed and kneaded with an aqueous suspension containing 0% by weight so that the weight ratio of powder: polytetrafluoroethylene powder was 1: 2, and the surface was roughened by glass bead blasting. A coating film having a thickness of 10 μm was formed on the surface of the ion exchange membrane (Nafion 117 manufactured by DuPont) by a doctor blade method. An aluminum foil is placed on the surface of the coating film, and a pressure of 15
The treatment was performed at 250 ° C. for 15 minutes at 0 kg / cm 2 . Thereafter, the aluminum foil was dissolved with hydrochloric acid to form electrodes.

【0020】電極の給電体として、白金めっきしたチタ
ンのエキスパンデッドメタルを使用した。60℃、15
0g/lの硫酸中で50A/dm2の電流密度で標準水
素電極に対して1.45Vの電位を示した。この電位
は、酸化イリジウム系不溶性金属電極のそれと比較し
て、約100mV低く、活性であり、しかも3次元的に
有効に働いているものであることが予想された。また、
連続電解したところ200A/dm2 で、4000時間
使用後も電気分解が可能であった。
An expanded metal of platinum-plated titanium was used as a power supply for the electrodes. 60 ° C, 15
It showed a potential of 1.45 V with respect to a standard hydrogen electrode at a current density of 50 A / dm 2 in 0 g / l sulfuric acid. This potential was about 100 mV lower than that of the iridium oxide-based insoluble metal electrode, and it was expected that the electrode was active and worked effectively three-dimensionally. Also,
Upon continuous electrolysis, electrolysis was possible at 200 A / dm 2 even after 4000 hours of use.

【0021】比較例1 実施例1のイリジウムとタンタルの混合溶液から、溶媒
を蒸発乾固し、次いで、そのまま焼成して熱分解によっ
て酸化物を作製した。酸化物をX線マイクロアナライザ
ーによる観察の結果、Ir、Taの若干の分布がみら
れ、また金属量に対して4%の残留塩素が認められた。
Comparative Example 1 From the mixed solution of iridium and tantalum of Example 1, the solvent was evaporated to dryness and then calcined to produce an oxide by thermal decomposition. As a result of observation of the oxide with an X-ray microanalyzer, a slight distribution of Ir and Ta was observed, and 4% of residual chlorine relative to the amount of metal was observed.

【0022】次に、実施例1と同様にして電極を作製
し、電極の給電体として、白金めっきしたチタンのエキ
スパンデッドメタルを使用し、60℃、150g/lの
硫酸中で50A/dm2の電流密度で標準水素電極に対
して1.55Vであった。また、200A/dm2 の電
流密度で電気分解を行ったところ、2500時間でイリ
ジウムがほとんど消失し、電気分解を続けることが不可
能であった。
Next, an electrode was prepared in the same manner as in Example 1, and an expanded metal of platinum-plated titanium was used as a power feeder for the electrode at 50 ° C. in 150 g / l sulfuric acid at 60 ° C. At a current density of 2, the voltage was 1.55 V with respect to the standard hydrogen electrode. Further, when electrolysis was performed at a current density of 200 A / dm 2 , iridium almost disappeared in 2500 hours, and it was impossible to continue the electrolysis.

【0023】た。[0023]

【0024】実施例2 塩化ルテニウムRuCl3 と四塩化チタンTiCl4
3:7(金属モル比)に混合した塩酸水溶液を作製し
た。
Example 2 An aqueous hydrochloric acid solution was prepared by mixing ruthenium chloride RuCl 3 and titanium tetrachloride TiCl 4 in a molar ratio of 3: 7.

【0025】溶液の金属濃度は100g/lであった。
この溶液を60℃に加熱しながらアンモニア水を滴下し
て中和した。pH10まででほぼ全量が沈殿し、液部分
が無色透明となった。これを一昼夜放置し、純水で洗浄
し濾過した後、焼成した。焼成温度は400℃であっ
た。これを電極物質として、実施例1と同様にして電極
を作製した。電解液を200g/lの食塩水とした点以
外は、実施例1と同様の条件で塩素発生電位を測定し
た。電位は30A/dm2 の電流密度で標準水素電極に
対して1.32Vであった。
The metal concentration of the solution was 100 g / l.
The solution was neutralized by dropwise addition of aqueous ammonia while being heated to 60 ° C. Almost the entire amount was precipitated up to pH 10, and the liquid portion became colorless and transparent. This was allowed to stand overnight, washed with pure water, filtered, and fired. The firing temperature was 400 ° C. Using this as an electrode material, an electrode was produced in the same manner as in Example 1. The chlorine generation potential was measured under the same conditions as in Example 1 except that the electrolytic solution was a saline solution of 200 g / l. The potential was 1.32 V against a standard hydrogen electrode at a current density of 30 A / dm 2 .

【0026】また、電極物質を塗布したイオン交換膜を
隔膜として2室法の電解槽を組み立てた。陽極側には、
集電体として白金めっきチタンエキスパンデッドメタル
を電極物質に密着させた。陰極としてニッケルエキスパ
ンデッドメタルをイオン交換膜の反対側に密着させた。
A two-chamber electrolytic cell was assembled using the ion exchange membrane coated with the electrode substance as a diaphragm. On the anode side,
As a current collector, a platinum-plated titanium expanded metal was adhered to the electrode material. A nickel expanded metal as a cathode was adhered to the opposite side of the ion exchange membrane.

【0027】この電解槽の陽極室に200g/lの食塩
水を循環し、陰極室に生成した水酸化ナトリウムの濃度
が12重量%となるように純水を加えながら電解を行っ
たところ、5000時間以上、何等問題なく電解を続け
ることができた。また、電流効率は93%を保持するこ
とができた。
Electrolysis was carried out while circulating 200 g / l of a saline solution in the anode compartment of the electrolytic cell and adding pure water so that the concentration of sodium hydroxide generated in the cathode compartment became 12% by weight. Electrolysis could be continued without any problem for more than an hour. Also, the current efficiency was able to maintain 93%.

【0028】実施例3 塩化イリジウムと塩化ルテニウムをモル比で1:1に混
合したものを、60℃5%塩酸に溶解した。得られた溶
液にアルコールを等量加えて、環流冷却器を取り付けた
丸底フラスコにおいて、12時間加熱沸騰させ、含まれ
ていた塩素の約50%を除いた。得られた溶液にオルト
テトラブチルチタネートを、ルテニウムとイリジウムの
合計:チタンのモル比が1:1となるように加えた後、
溶液を60℃まで加温し、攪拌しながらアンモニア水を
滴下して中和した。溶液のpHが8から共沈物の沈澱が
始まり、共沈物の析出が終了の後に、さらに過剰のアン
モニア水を滴下した後に30分間攪拌を続けた後に放冷
した。沈澱物をろ紙でろ別した後、風乾した。風乾物を
空気気流中において450℃で30分間の加熱を行った
ところ、ルチル型の結晶性の良好な粉末が得られた。
Example 3 A mixture of iridium chloride and ruthenium chloride in a molar ratio of 1: 1 was dissolved in 5% hydrochloric acid at 60 ° C. An equal amount of alcohol was added to the obtained solution, and the mixture was heated and boiled for 12 hours in a round-bottom flask equipped with a reflux condenser to remove about 50% of the contained chlorine. Orthotetrabutyl titanate was added to the obtained solution so that the molar ratio of ruthenium and iridium: titanium was 1: 1.
The solution was heated to 60 ° C. and neutralized by dropwise addition of aqueous ammonia with stirring. Precipitation of the coprecipitate started when the pH of the solution was 8, and after the precipitation of the coprecipitate was completed, excess ammonia water was added dropwise. After stirring was continued for 30 minutes, the mixture was allowed to cool. The precipitate was filtered off with filter paper and air-dried. When the air-dried product was heated at 450 ° C. for 30 minutes in an air stream, a rutile-type powder having good crystallinity was obtained.

【0029】この粉末を、実施例1と同様に粉砕して、
ポリテトラフルオロエチレンの水性懸濁液と混練し、イ
オン交換膜(デュポン社製 ナフィオン902)の表面
上に実施例1と同様に塗布し陽極を形成した。得られた
陽極上に白金をめっきしたチタンのエキスパンデッドメ
タルを集電体として取付け、イオン交換膜の反対の面に
は、ニッケルのエキスパンデッドメタルを取り付けた電
解槽を組立て、陽極室側には200g/lの食塩水を循
環し、陰極室側には25重量%の水酸化ナトリウム水溶
液を満たして電気分解を行った。電気分解中は、水酸化
ナトリウムの濃度が30重量%となるように純水を添加
した。電解温度は85℃、電流密度は40A/dm2
した。電解電圧は3.1〜3.15Vで、極めて安定し
ており、陽極室側の塩素中の酸素は0.6容量%であっ
た。
This powder was ground in the same manner as in Example 1,
The mixture was kneaded with an aqueous suspension of polytetrafluoroethylene, and applied on the surface of an ion exchange membrane (Nafion 902 manufactured by DuPont) in the same manner as in Example 1 to form an anode. On the obtained anode, an expanded metal of titanium plated with platinum was attached as a current collector, and on the opposite side of the ion exchange membrane, an electrolytic cell with an expanded metal of nickel was assembled, and an anode chamber side was assembled. , A 200 g / l saline solution was circulated, and the cathode compartment side was filled with a 25% by weight aqueous sodium hydroxide solution to perform electrolysis. During the electrolysis, pure water was added so that the concentration of sodium hydroxide was 30% by weight. The electrolysis temperature was 85 ° C., and the current density was 40 A / dm 2 . The electrolysis voltage was extremely stable at 3.1 to 3.15 V, and the oxygen in chlorine on the anode chamber side was 0.6% by volume.

【0030】比較例2 実施例3と同様の組成のイリジウム、ルテニウム、チタ
ンの酸化物を塩化イリジウム、塩化ルテニウムおよびオ
ルトテトラブチルチタネートのアルコール水溶液から直
接に熱分解によって作製したものは、生成した酸化物の
結晶性は良好ではなく、得られた酸化物によって実施例
3と同様の電解槽を作製したところ、電解電圧は3.0
5〜3.15Vとほぼ同様であったが、生成した塩素中
の酸素濃度は2.5容量%であり、塩素発生用電極とし
ての十分な選択性は得られなかった。
Comparative Example 2 An oxide of iridium, ruthenium or titanium having the same composition as in Example 3 was prepared by direct thermal decomposition from an aqueous alcohol solution of iridium chloride, ruthenium chloride and ortho-tetrabutyl titanate. The crystallinity of the product was not good, and an electrolytic cell similar to that of Example 3 was produced using the obtained oxide.
Although it was almost the same as 5 to 3.15 V, the oxygen concentration in the generated chlorine was 2.5% by volume, and sufficient selectivity as an electrode for chlorine generation could not be obtained.

【0031】[0031]

【発明の効果】高分子固体電解質用の電極触媒として、
複合酸化物を使用した電解用電極を、電極触媒を構成す
る塩の混合物の混合溶液にアルカリを加えて、電極触媒
を水和物又は水酸化物として共沈させて、微細な均一に
混合した共沈物を製造し、共沈物を加熱焼結することに
より均一な固溶体または混合物からなる酸化物とするこ
とによって、電極触媒としての効果の優れた任意の組成
の電極を得ることができ、電解電圧が低く、電極寿命の
長い高分子固体電解質用の電極が得られる。
As an electrode catalyst for a solid polymer electrolyte,
An electrode for electrolysis using a composite oxide was added to a mixed solution of a mixture of salts constituting an electrode catalyst, alkali was added, and the electrode catalyst was coprecipitated as a hydrate or a hydroxide, and finely and uniformly mixed. By producing a coprecipitate and heating and sintering the coprecipitate to form a uniform solid solution or an oxide composed of a mixture, it is possible to obtain an electrode of any composition excellent in effect as an electrode catalyst, An electrode for a polymer solid electrolyte having a low electrolysis voltage and a long electrode life can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25B 1/00 - 15/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C25B 1/00-15/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 白金族の金属化合物と、第4族もしくは
第5族の金属化合物の少なくとも1種を含む水溶液から
アルカリによって共沈した沈澱物を焼成し、焼成物の粒
子を結合剤とともに混練してイオン交換膜の表面に塗布
することを特徴とする電解用電極の製造方法。
1. A precipitate co-precipitated with an alkali from an aqueous solution containing a platinum group metal compound and at least one of a group 4 or group 5 metal compound and calcining the particles of the calcined product together with a binder. And applying it to the surface of an ion exchange membrane.
【請求項2】 白金族金属化合物が塩化ルテニウム、塩
化ルテニウム酸、塩化イリジウム、塩化イリジウム酸か
ら選ばれる化合物を少なくとも1種含むことを特徴とす
る請求項1記載の電解用電極の製造方法。
2. The method for producing an electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the platinum group metal compound contains at least one compound selected from ruthenium chloride, ruthenic chloride, iridium chloride, and iridium chloride.
【請求項3】 第4族の金属化合物が、チタン化合物、
錫化合物の少なくとも1種を含むことを特徴とする請求
項1記載の電解用電極の製造方法。
3. The group 4 metal compound is a titanium compound,
The method for producing an electrode for electrolysis according to claim 1, comprising at least one kind of a tin compound.
【請求項4】 結合剤としてフッ素樹脂を使用し、イオ
ン交換膜に焼結することを特徴とする請求項1記載の電
解用電極の製造方法。
4. The method for producing an electrode for electrolysis according to claim 1, wherein a fluororesin is used as a binder and the ion exchange membrane is sintered.
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