JP4638672B2 - 酸素を発生させるための陽極およびそのための支持体 - Google Patents
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Description
別の面において本発明の目的は、触媒被覆の付着性が改善された気体発生用陽極を製造することを可能にする電極支持体を提供することである。
さらに別の面において本発明の目的は、先行技術のものよりも貴金属の含有量の少ない触媒被覆が存在していても寿命特性が改善された気体発生用陽極を製造することを可能にする電極支持体を提供することである。
さらに別の面において本発明の目的は、電極支持体の製造方法およびそのための改善された寿命特性を有する気体発生用陽極の製造方法を提供することである。
ASTM B265に従うチタンのグレード1の厚さ0.2cm、表面積が35cm×35cmの板材をアセトンで脱脂し、脱イオン水で洗浄し、空気乾燥し、そして570℃で2時間の焼なまし処理を行った。処理後、結晶粒の平均のサイズを光学顕微鏡で検査したところ、35ミクロメートルであった。次いで、バッテリーのための純粋なグレードの酸から調製された25重量%の濃度の硫酸水溶液の浴に87℃の温度で板材を浸漬した。この処理の始めに、浴は金属として表して5g/lのチタンを含有していた。この処理は60分間行われた。エッチングの後、洗浄し乾燥した試料を輪郭測定器(profilometer)を用いる粗さ測定に供した。中央線の付近でのバンド幅(bandwidth)Pcが±8.8ミクロメートルの輪郭測定器で測定した平均の粗さは4ミクロメートルであった。
同じ板材を用いて実施例1の試験が繰り返されたが、唯一の相違点はエッチング処理が30分間だけ行われたことである。エッチング後の表面の写真を図2に示す。不均一な状態が示されていて、広い領域が侵食を受けておらず、他の部分は結晶粒界でわずかに侵食されている。
同じ板材を用いて実施例1の試験が繰り返されたが、唯一の相違点はエッチング処理が180分間行われたことである。エッチング後の表面の写真を図3に示す。結晶粒界上で結晶粒の平均の厚さの80%を超える局部的な侵食が示されていて、従って、かなりの割合の結晶粒が完全に除去され、金属は結晶粒の最初の列を超えて侵食された。同じ試料を半分に切断して断面を観察した。結果を図6に示す。全体的に整っていない曲線が示されていて、幾つかの結晶粒は完全に除去されている。板材の二つの半割りのものに実施例1と同様にして塗装を行った。活性化した試料の断面を図8に示す。幾つかの結晶粒から被覆が除去されて、ほとんど被覆されていない。しかし、他の領域では結晶粒の全体の厚さを超えて貫入されていて、それによって完全に埋められている。被覆されていない領域は不動態化を直接受けて、一方、完全に埋められた結晶粒の部分では容易に脱離が起きて、特に高い電流密度でガスが発生する場合にそれが起きる、ということが当業者には明らかである。
実施例1の試験が繰り返されたが、唯一の相違点は、一般に行われている最新の手順に従って、22重量%の水溶液としての市販のグレードの塩酸の中で沸点においてエッチング処理が行われたことである。エッチング後の表面の写真を図4に示す。普遍的な侵食が示されていて、個々の結晶粒の境界を視認することができない。この板材は実施例1の試料と同様にして活性化された。
実施例1の試験が繰り返されたが、唯一の相違点は、チタンまたはその他の不動態化剤を含有していない硫酸を用いてエッチングが行われたことである。活性化した後の試料の断面の写真を図9に示す。幾つかの結晶粒から被覆が除去されて、ほとんど被覆されていない。しかし、他の領域では結晶粒の全体の厚さを超えて貫入されていて、それによって完全に埋められている。言い換えれば、この状態は実質的に比較例2のものと同様であり、浴中に適当な濃度のチタンが存在していて制御された条件下で行う場合と比較して、不動態化剤を含有させないときは、硫酸がいかに強い侵食性を示すかを例証する。
実施例1と比較例1、2、3、4の活性化した試料を寿命試験に供した。これは、これらの試料を侵食性の強い電解液中で高い電流密度で酸素発生用陽極として用い、電極の過電圧が所定の値以上になるのに要する作動時間として表される失活の時間を測定するものである。この種の試験で得られる寿命の値は、プロセスの条件が工業的な実施におけるものと比べて激烈なものであり、当業者に知られているように、意図されている有効なプロセスの持続時間を一定の信頼性をもって推定させるものである。
Claims (20)
- 気体発生用陽極のためのバルブ金属の電極支持体であって、前記金属は結晶粒からなる組織を有していて、前記金属の支持体は、中央線の付近での平均のバンド幅Pcが±8.8ミクロメートルの輪郭測定器で測定した平均の粗さRaが2〜6ミクロメートルである特性を有する粗さ曲線を有する少なくとも一つの表面を有していて、前記表面の粗さは、結晶粒界の局部的な侵食で形成され、粗さ曲線のピークは結晶粒界と一致するものとなることを特徴とする電極支持体。
- 前記バルブ金属はチタンである、請求項1に記載の電極支持体。
- 結晶粒の平均の大きさが20〜60ミクロメートルである、請求項1又は2に記載の支持体。
- 前記結晶粒の平均の大きさが30〜50ミクロメートルである、請求項3に記載の支持体。
- 前記粗さ曲線の前記ピークの深さは前記結晶粒の平均の大きさの20〜80%である、請求項1から4のいずれかに記載の支持体。
- 中実のシート、有孔のシート、平坦なエキスパンデッドシート、平坦でないエキスパンデッドシート、ロッドおよびバーからなる群から選択される、請求項1から5のいずれかに記載の支持体。
- 電気化学電解槽における気体発生用の陽極であって、請求項1から6に記載の支持体と、平均の粗さRaが2〜6ミクロメートルである前記少なくとも一つの表面に付着している少なくとも一つの被覆とを有する陽極。
- 前記少なくとも一つの被覆は、前記粗さ曲線の前記ピークに貫入している、請求項7に記載の陽極。
- 前記少なくとも一つの被覆は結晶粒の平均の大きさを超えない厚さを有する、請求項7または8に記載の陽極。
- 前記少なくとも一つの被覆は少なくとも一つの触媒を含む、請求項7から9のいずれかに記載の陽極。
- 前記少なくとも一つの触媒は貴金属または貴金属の混合物を含み、純粋であるか酸化物の形態であり、この触媒の電気触媒特性は水溶液からの酸素発生反応に適したものである、請求項10に記載の陽極。
- 貴金属の総含有量が10g/m2以下である、請求項11に記載の陽極。
- 平均の粗さRaが2〜6ミクロメートルである前記少なくとも一つの表面と少なくとも一つの触媒を含む前記少なくとも一つの被覆との間に保護作用を有する追加の被覆が挿入されていて、この追加の被覆は前記粗さ曲線の前記ピークに貫入している、請求項10から12のいずれかに記載の陽極。
- 前記追加の被覆は遷移金属の酸化物を含む、請求項13に記載の陽極。
- 前記少なくとも一つの被覆を付着させた後の前記少なくとも一つの表面の平均の粗さRaは2〜4.5ミクロメートルである、請求項7から14のいずれかに記載の陽極。
- 請求項1から6のいずれかに記載の支持体を製造する方法であって、前記結晶粒界を優先的に腐食させる少なくとも一つの物質を含有する浴中で制御されたエッチングを行う工程を含み、
該物質は、不動態化剤としてエッチング浴を予め形成しているチタンを含み、2〜30g/lの濃度で添加され、
前記エッチング工程の前に500〜650℃の温度での焼なまし処理が行われる、
方法。 - 前記少なくとも一つの物質は硫酸である、請求項16に記載の方法。
- 硫酸を含有する前記浴は80〜95℃の温度において20〜30重量%の濃度を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記エッチング処理が行われる時間は45〜120分である、請求項16から18のいずれかに記載の方法。
- 請求項7から15に記載の酸素発生用陽極を有する電気めっき用電解槽。
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