JP3422884B2 - 電解用電極 - Google Patents
電解用電極Info
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Description
素発生が起こる酸性電解液中において陽極として使用す
る電極に関するものであり、とくに高速亜鉛めっきや電
解銅箔製造などにおいて高電流密度の電解に使用される
陽極に関するものである。
は従来から鉛陽極が使用されてきた。その理由は電解浴
が硫酸を主成分としたものであり、極めて腐食性が強
く、その中で安定な導電性の物質は鉛以外にほとんど無
いこと、電解電流密度が極めて大きいこと、さらに、鉛
は比較的安価であること等による。また、鉛は容易に他
の金属と合金をつくり、加工性も極めて良いこという特
徴を有することもその理由である。しかしながら、消耗
の少ない鉛合金を用いた場合でも、電解時の消耗量は数
mg/Ahであり、それが環境を汚染する可能性がある
こと、また、製品であるめっき層中や箔中に含まれて悪
影響を及ぼすという問題点があった。そこで、チタン等
の薄膜形成性金属、弁金属と称される金属もしくはその
合金の表面に白金族金属やその酸化物の電極触媒層を被
覆したいわゆる寸法安定性電極が使用されるようになっ
た。この電極は、食塩の電気分解によって水酸化ナトリ
ウムと塩素を生産する際に塩素発生用電極として使われ
ている。
変えて酸素発生用に使用すると酸素の被覆層中への移動
およびそれに伴い基体であるチタンの表面酸化による不
働態化が起こるという問題点があった。その解決のため
に本発明者らも種々の工夫を行っている。例えば、一部
分に不働態化が起こっても導電性を保持するために、基
体金属表面をあらかじめ他の金属を含む酸化物とし、半
導体に近い導電性を与え、電極表面から移動した酸素と
反応しても導電性を失わないように、あらかじめ酸素の
少ない非化学量論的な酸化物を形成しておく方法などで
ある。
である硫酸中では必ずしも化学的には安定でないことか
ら表面にタンタルを被覆し、その後に被覆を形成するこ
と、また、ガラス質中間層の被覆を行ってチタンを完全
に覆ってしまうことも行われている。しかしながら、基
体表面への半導体の酸化物被覆の形成は電子部品を作る
場合のようには、必ずしも完全には形成されないので、
電極触媒の被覆層が寿命となる前に電極基体が不導態化
し、また、腐食に対しても必ずしも耐食性が大きくない
ことがあげられる。これは被覆中に導電性を保持するた
めに白金等の導電物質を含有している物でも同様であっ
た。一方、タンタルを被覆している基体では、タンタル
自身は十分な耐蝕性を示すが、タンタルとチタンとの膨
張係数の相違から、電極触媒物質を塗布した化合物の熱
分解によって電極触媒層を形成する工程において、体積
膨張が起こり、それによって基体であるチタンから剥離
してしまう。そのために、電極触媒物質の形成条件が極
めて制限されるという問題があり、必ずしも良い効果が
期待できなかった。
良くないこと、また電極触媒物質とガラス質被覆との接
着性が良くないという問題点がある。すなわち、通常は
電極触媒物質と基体は化学結合を形成するが、ガラス質
被覆の場合は化学結合が期待できないことによる。この
ように種々の工夫がなされ、改良が行われているが、問
題点が十分に解決されているとは言えなかった。
れているが、溶射層そのものは耐蝕性が十分にあって
も、電極の中間層としてはその厚さは100μm程度で
あるので、貫通孔を完全に防ぐことは極めて困難であっ
た。このわずかな貫通孔を通って腐食性の電解液が溶射
層と基体との間に入ると、電解中であっても基体は分極
をしないので、界面が腐食するということがあり、十分
な耐久性があるとは言えなかった。
して酸素発生反応が起こる酸性電解液中において陽極と
して使用可能な長寿命の不溶性電極を提供することを課
題とするものである。
発生する陽極反応に使用する電極において、金属基体上
に、酸化チタンを含む導電性酸化物の厚さ10〜25μ
mであって電気分解時に金属基体表面を分極させる孔を
有した溶射層、薄膜形成性金属の酸化物からなる保護
層、酸化イリジウムを含む電極触媒層の順に形成したこ
とを特徴とする電解用電極によって解決することができ
る。導電性酸化物の溶射層が、酸素欠陥を含むルチル型
酸化チタン、チタンとタンタルの複合酸化物、タンタル
またはニオブをドープした酸化チタンから選ばれる少な
くとも1種である前記の電解用電極である。また、保護
層がチタンとタンタルの酸素含有雰囲気において熱分解
によって形成した複合酸化物もしくはさらに白金を含有
する前記の電解用電極である。酸化イリジウムを含む電
極触媒層がイリジウムとタンタルとの複合酸化物である
前記の電解用電極である。
ン等の薄膜形成性金属またはその合金を電極基体とした
陽極反応として酸素を発生する陽極であって、金属基体
上にチタン元素を含有する導電性酸化物の被覆を形成
し、導電性酸化物の被覆上には、金属酸化物からなる保
護層を形成し、さらに保護層上には、酸化イリジウムを
含有する電極触媒層を形成した電極である。
は薄膜形成性金属もしくはその合金を用いることが好ま
しく、とくにチタンまたはその合金が好ましい。基体表
面上に酸化チタン等からなる導電層の形成前に、金属基
体表面をブラスト等によって粗面化した後に、表面を酸
洗浄等によって十分に洗浄し、付着強度を高めることが
好ましい。
てもよい。この酸化によって、基体がチタンの場合に
は、表面に形成される酸化物層と金属の接合強度が極め
て強く、しかもこの上に形成する酸化物層との親和性も
より大きく良好となる。これは、酸化物の方が金属より
耐食性に富むためである。酸化の条件は空気中、450
〜700℃で1時間程度の加熱が望ましい。700℃よ
り高いと導電性がなくなり、450℃よりも低いと酸化
による効果がほとんど生じない。
は、導電化処理をした酸化チタン、酸化チタンの中のチ
タンの一部がタンタル、ニオブで置き換わった複合酸化
物、ケイ素などをドープした酸化チタン、白金のような
耐食性を有し、導電性を失わない金属を添加した酸化チ
タン等を挙げることができ、それらを溶射等によって基
体上に層形成することができる。また、ルチル型の酸化
チタンの溶射によって、高温度において酸素が減少し導
電性を示すもの等を用いることができる。
溶射によって形成することが好ましい。溶射層は、酸化
チタン等の粒子の一部が溶融して電極基体と安定に溶着
していれば良く、酸化チタン等の粒子が完全に溶解して
いなくても良い。また、使用する酸化物の粒子は、平均
粒径が10〜200μmのものが好ましく、20〜10
0μmであることが特に好ましい。また、導電性酸化物
の溶射層の厚さは10〜25μmであることが好まし
い。導電性酸化物の溶射層の厚さが10μmより小さい
場合には、基体表面の導電性酸化物の溶射層による被覆
が十分でなく、25μmより大きくなると貫通孔の直径
が小さくなり、電解時に溶射層と基体との界面が十分に
分極しないために長期間の電解の間に腐食してしまう。
また、このような厚さの溶射層は、電極基体表面が有し
ている凹凸を大きくする効果があり、後に形成する電極
触媒層の表面積が大きくなり、その結果、電極表面での
実質的な電流密度を減少することが可能となる。
護層を形成する。保護層は、チタンとタンタルからなる
複合酸化物層が好ましく、チタンおよびタンタル含有化
合物を酸素含有雰囲気において熱分解して形成すること
ができる。また、保護層中には、5〜20重量%の白金
を加えても良い。保護層は、被覆されていない金属基体
に耐蝕性を与えるともに金属表面の不導態化、さらには
表面改質の作用を果たすとともに、溶射層表面の活性化
の作用を有している。保護層の厚さは、0.005〜1
μmであることが好ましく、0.01〜0.5μmであ
ることがより好ましい。保護層の厚さが1μmよりも大
きくなると、電極触媒被覆の付着強度が小さくなるので
好ましくない。
電極触媒層を形成する。酸化イリジウムを含有する電極
触媒層は、塩化イリジウムまたは塩化イリジウム酸等の
イリジウム化合物と塩化タンタルの塩酸溶液、またはタ
ンタルアルコキシドのアルコール溶液に溶解した塗布液
を塗布、乾燥の後に、酸素含有雰囲気において加熱分解
することによって形成することができる。電極触媒層
は、1.5〜5μmの厚みとすることが好ましい。ま
た、このような厚みの電極触媒層は、塗布液の塗布、乾
燥および焼成の工程を繰り返し行うことによって形成す
ることができる。酸化イリジウムと組み合わせる金属酸
化物は、酸化タンタルの他に酸化錫を使用することがで
きる。この場合、原料として塩化錫を使用すると加熱工
程で部分的に揮発するので、錫アルコキシドを使用した
方がよい。この電極はとくに有機物含有浴中での電気分
解に有効である。
する。 実施例1 チタン板を#120鉄グリットによってブラストを行っ
て表面粗度 JISRmax=110μmとし、さらに
85℃の25%硫酸中で酸洗を行って、表面に残留して
いるグリットを除くとともに表面を活性化し、空気中で
500℃において1時間加熱して表面酸化を行った。次
いで、平均粒径50μmの酸化チタンを一酸化炭素と二
酸化炭素の混合気体中において1000℃で還元処理し
た酸化チタンをプラズマ溶射装置によって表面に溶射し
た。溶射層の厚さは20μmであり、これにより約85
%の基体表面が被覆されていた。被覆層上にチタン85
モル%、タンタル15モル%の割合からなるチタン化合
物およびタンタル化合物を含む塩酸水溶液を塗布し、乾
燥の後に空気中560℃で15分間加熱した。塗布から
加熱の工程を3回繰り返した。さらに、この表面に塩化
イリジウム酸をタンタルブトキシドのブチルアルコール
溶液に、モル比でイリジウム:タンタル=70:30の
割合となるように溶解した塗布液を塗布し、空気中で5
30℃において10分間焼成した。この操作を15回繰
り返して電極とした。
いて陽極として、電流密度200A/dm2 で電気分解
を行ったところ、2050時間で電圧が上昇した。電気
分解の終了後、電極基体上の被覆について調べたとこ
ろ、電極触媒物質が消耗しており、電極触媒物質の消耗
によって電圧が上昇したことを確認することができた。
にして電極を作製し、同様に電気分解試験を行った。通
電開始後1480時間で電圧が上昇し、電気分解の継続
ができなくなった。電気分解の終了後、電極の被覆を分
析したところ、電極触媒物質は、当初の30重量%以上
が残留していたが、溶射層と基体金属の間が腐食してお
り、腐食が短寿命の原因であることがわかった。
量%となるように白金を塩化白金酸として加えるととも
に、電極触媒物質の塗布、乾燥、焼成の工程を24回繰
り返したことを除き実施例1と同様にして電極触媒層を
形成するとともに、電極の作製後に空気中において温度
530℃で1時間加熱した。次いで、温度80℃、15
重量%の硫酸中において実施例1と同様にして電気分解
試験を行った。通電開始後2350時間で電圧が上昇
し、電極に残留した電極触媒物質量は約25%であっ
た。実施例1の条件に比べて温度が高く、腐食作用は
1.5倍程度であるにもかかわらず消耗量は大きくは増
加していないことを示している。
様にして電極を作製し、同様に電気分解試験を行った。
通電開始後、1600時間で電圧が上昇して寿命に達
し、電極基体と溶射層の界面が腐食していた。
にして電極を作製し、同様に電気分解試験を行ったとこ
ろ、電極基体表面の不導態化によって通電開始後165
0時間で電極触媒物質を大量に残して寿命に達した。
て電極を作製し、同様に電気分解試験を行ったところ、
電極基体表面の不導態化によって通電開始後850時間
で電極触媒物質を大量に残して寿命に達した。
の間に基体との接着性の良好な溶射層を形成したので、
長期にわたり強酸性下の電解液中での酸素発生反応の陽
極として使用することが可能な腐食に対する耐性の極め
て大きな電極が得られた。
Claims (4)
- 【請求項1】 酸素が発生する陽極反応に使用する電極
において、金属基体上に、酸化チタンを含む導電性酸化
物からなり電気分解時に金属基体表面を分極させる孔を
有した厚さ10〜25μmの溶射層、薄膜形成性金属の
酸化物からなる保護層、酸化イリジウムを含む電極触媒
層の順に形成したことを特徴とする電解用電極。 - 【請求項2】 導電性酸化物の溶射層が、酸素欠陥を含
むルチル型酸化チタン、チタンとタンタルの複合酸化
物、タンタルまたはニオブをドープした酸化チタンから
選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項
1記載の電解用電極。 - 【請求項3】 保護層がチタンとタンタルの酸素含有雰
囲気において熱分解によって形成した複合酸化物もしく
はさらに白金を含有することを特徴とする請求項1記載
の電解用電極。 - 【請求項4】 酸化イリジウムを含む電極触媒層がイリ
ジウムとタンタルとの複合酸化物であることを特徴とす
る請求項1記載の電解用電極。
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JP28540395A JP3422884B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | 電解用電極 |
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JP28540395A Expired - Fee Related JP3422884B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | 電解用電極 |
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WO2018138989A1 (ja) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 日立金属株式会社 | 金属箔の製造方法および金属箔製造用陰極 |
-
1995
- 1995-11-01 JP JP28540395A patent/JP3422884B2/ja not_active Expired - Fee Related
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