JP6234754B2

JP6234754B2 - 電極用金属板及び電極

Info

Publication number: JP6234754B2
Application number: JP2013193463A
Authority: JP
Inventors: 哲奈良井; 功和枩倉
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: CN104451764A; JP2015059240A; EP2851453A1

Description

本発明は、電気分解に使用される電極用金属板及び電極に関する。

電気分解分野では、低過電圧性、低溶出性、コスト等に鑑み、白金メッキを施したチタン板が一般的な電極材料として用いられている。このような白金メッキが施されたチタン板の電極寿命を向上させるべく、電気分解用電極の放電面上に高さが０．５ｍｍ以上の凹凸部を形成させた構成（特許第３４６７９５４号公報参照）が提案されている。

ところで、電気分解分野では、高いエネルギー効率、すなわち高い電解効率が求められる。電極表面に０．５ｍｍ以上の凹凸部を形成する上記従来の技術は、表面積の増大が図られ、電解効率の向上に寄与するはずである。

しかし、上記従来の電気分解用電極では、表面積の増大に伴い若干電解効率が向上しているものの、表面積とコンダクタンス（電解効率）との間に相関がなく、表面積の増大に対してコンダクタンスが直線的に増加していないのが現状である。

特許第３４６７９５４号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、電解効率の高い電気分解に使用される電極用金属板及び電極の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、水溶液又は有機溶媒溶液中で電気分解を行う時に使用される電極用金属板であって、ピークカウントＰｃ［カウント／ｍｍ］に対する算術平均粗さＲａ［μｍ］の比（Ｒａ／Ｐｃ）が０．８以上である微細凹凸面を備えることを特徴とする。

本発明者らは、電極によって得られるコンダクタンスが、電極の電気分解に寄与する面の形状によって異なることから、電極の表面形状とコンダクタンスとの関係について検討した。その結果、チタン板表面のピークカウントＰｃ［カウント／ｍｍ］に対する算術平均粗さＲａ［μｍ］の比（Ｒａ／Ｐｃ）がコンダクタンスに相関すること、具体的には、この比（Ｒａ／Ｐｃ）を０．８以上とすることで、高いコンダクタンスが得られることを見出した。上記比（Ｒａ／Ｐｃ）が、コンダクタンスに相関する理由は定かではないが、次のように推測される。電極表面の凹凸形状が電極近傍の電解液の流れを阻害して反応に関与するイオンの輸送を妨げるが、電極表面の凹凸形状の変化により、その電極近傍の電解液の流れが変化してイオンの輸送を妨げる程度が変わり、コンダクタンスが変化すると考えられる。そして、表面形状に関するパラメータのうち、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）が、電極近傍の電解液の流れの阻害により輸送が妨げられるイオンの量に相関し、つまりはコンダクタンスに相関していると考えられる。従って、当該電極用金属板は、比（Ｒａ／Ｐｃ）が０．８以上である微細凹凸面を備えることで、高いコンダクタンスが得られ、当該電極用金属板を用いた電気分解の電解効率が向上する。

上記微細凹凸面の最大高さ粗さＲｚとしては、５０μｍ以下が好ましい。上記微細凹凸面の最大高さ粗さＲｚが上記上限値を超えると、隣接する山間又は谷間の間隔をさらに小さくした凹凸形状を微細凹凸面に形成させることが困難となる。上記微細凹凸面の最大高さ粗さＲｚを上記上限値以下とすることにより、当該電極用金属板を用いた電気分解の電解効率がさらに向上する。

上記微細凹凸面の算術平均粗さＲａとしては、３．６μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。上記微細凹凸面の算術平均粗さＲａが上記下限未満になると、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を大きくすることが困難となる。また、上記微細凹凸面の算術平均粗さＲａが上記上限を超えると、微細凹凸面のピークカウントＰｃが大きくなりやすいため、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を大きくすることが困難となる。上記微細凹凸面の算術平均粗さＲａを上記範囲内とすることで、高いコンダクタンスを確実に得ることができ、当該電極用金属板を用いた電気分解の電解効率がさらに向上する。

上記微細凹凸面のピークカウントＰｃとしては、０．５カウント／ｍｍ以上５カウント／ｍｍ以下が好ましい。上記微細凹凸面のピークカウントＰｃが上記上限を超えると、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を大きくすることが困難となる。また、上記微細凹凸面のピークカウントＰｃが上記下限未満になると、微細凹凸面の算術平均粗さＲａが小さくなりやすいため、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を大きくすることが困難となる。上記微細凹凸面のピークカウントＰｃを上記範囲内とすることで、高いコンダクタンスを確実に得ることができ、当該電極用金属板を用いた電気分解の電解効率がさらに向上する。

当該電極用金属板は、上記微細凹凸面が周期的な幾何学的パターンの凹凸形状を有するとよい。上記微細凹凸面の凹凸形状を周期的な幾何学的パターンとすることで、ランダムな凹凸形状とした場合に比べて高いコンダクタンスを得ることができ、当該電極用金属板を用いた電気分解の電解効率が確実に向上する。

当該電極用金属板は、上記凹凸形状が圧延により形成するとよい。これにより、高いコンダクタンスが得られる当該電極用金属板を容易に製造することができ、電気分解用電極の製造コストを低減できる。

当該電極用金属板は、主成分としてチタンを含むことが好ましい。チタンは、耐薬品性に優れ、腐食し難い金属なので、当該電極用金属板の主成分としてチタンを含むことで、チタンに貴金属メッキを施した電極で、貴金属メッキのピンホールから反応性の高い電解液が浸透してきても安定した電気分解処理が継続される。

当該電極は、上記電極用金属板を用いて作製することが好ましい。上記電極用金属板を用いて作製した当該電極は、上述のように電気分解の電解効率が従来よりも向上する。

なお、上記算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠して０．８ｍｍのカットオフ値λｃで測定したものである。また、上記ピークカウントＰｃは、ＩＳＯ４２８８−１９９８に準拠して、カットオフ値を０．８ｍｍ、カットオフ比を３００、ピークカウントレベル２Ｈを１μｍとして測定したものである。また、「主成分」とは、当該電極用金属板を構成する成分のうち、最も含有率が大きい成分のことをいうものとする。

以上説明したように、本発明の電極用金属板を用いて作製された電極は、高いコンダクタンスを有する。そのため、本発明の電極用金属板を用いることにより電解効率が向上する。

電極用チタン板におけるＲａ／Ｐｃの値と、このチタン板に白金メッキして作製した電極のコンダクタンスとの関係を示すグラフ電極反応を説明する概念図チタン板電極及び白金メッキ電極におけるＩ−Ｖ特性を示すグラフ（ａ）電極用チタン板における算術平均粗さＲａ（カットオフ値λｃ８００μｍ時）と、このチタン板に白金メッキして作製した電極のコンダクタンスとの関係を示すグラフ、（ｂ）ピークカウントＰｃ（カットオフ値λｃ８００μｍ時）とコンダクタンスとの関係を示すグラフ算術平均粗さＲａ及びピークカウントＰｃとコンダクタンスとの間の決定係数Ｒ^２と、カットオフ値λｃとの関係を示すグラフ

以下、本発明の電極用金属板の実施形態を詳説する。

＜電極用金属板＞
本実施形態の電気分解に使用される電極用金属板は、水溶液又は有機溶媒溶液中で行う電気分解に使用される電極用金属板であって、ピークカウントＰｃ［カウント／ｍｍ］に対する算術平均粗さＲａ［μｍ］の比（Ｒａ／Ｐｃ）が０．８以上である微細凹凸面を備えている。

本発明者らは、電極用金属板を用いて作製された電極によって得られるコンダクタンスが、上記電極用金属板の電気分解に寄与する面の形状によって異なること、さらに電極表面のピークカウントＰｃ［カウント／ｍｍ］に対する算術平均粗さＲａ［μｍ］の比（Ｒａ／Ｐｃ）が、図１に示すようにコンダクタンスに相関していることを見出した。

表面の凹凸形状が異なる複数の電極用金属板について、表面形状を測定するとともに、白金メッキして電極とし、電気分解時のＩ−Ｖ特性を計測してコンダクタンスを求め、これらの測定結果を重回帰分析することにより求めた重回帰直線を図１に示す。

上記測定は、具体的には、まず表面に異なる凹凸形状を有する複数のチタン板（白金メッキを施していないチタン板）について、それぞれの算術平均粗さＲａ［μｍ］及びピークカウントＰｃ［カウント／ｍｍ］を測定した。算術平均粗さＲａ及びピークカウントＰｃは、カットオフ値λｃ８００μｍ、カットオフ比３００、測定長さ４ｍｍ、測定速度０．６ｍｍ／秒で、ピークカウントレベル２Ｈを１μｍとして測定した。また、これらの複数のチタン板について白金メッキして電極とし、対向電極として白金メッキ電極を用いて電気分解を行わせ、そのときの印加電圧及び電流を測定し、そのＩ−Ｖ特性からコンダクタンスを求めた。そして、これらの測定結果を用いて、比（Ｒａ／Ｐｃ）を説明変数とし、コンダクタンスを目的変数として、重回帰分析を行い、図１に示す重回帰直線を得た。

ここで、鏡面の白金板を電極として用いた場合のコンダクタンスが０．０３０Ｇ／ｃｍ^２程度なので、図１に示す重回帰直線より、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を０．８以上とすると、０．０３５Ｇ／ｃｍ^２以上となり、平滑電極（鏡面の白金板電極）よりも高いコンダクタンスが得られることがわかる。つまり、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）が０．８以上となる凹凸形状を表面に形成させることで、高いコンダクタンスが得られる電極用金属板とすることができる。

チタン板に白金メッキを施した電極板は表面に凹凸構造を有するので、表面積が見かけの電極面積よりも大きくなる。しかし、本発明者らは、このような白金メッキを施した電極板を用いた場合のコンダクタンスが、凹凸構造の形状によっては、表面積が見かけの面積と略等しい平滑電極（鏡面の白金電極）を用いた場合のコンダクタンスよりも小さくなる場合があることを発見した。このことから、本発明者らは、電極表面の凹凸構造による表面積の増加が必ずしもコンダクタンスの増大に寄与するものではないことを見出した。これにより、本発明者らは、表面に凹凸構造を有する白金メッキ電極で、平滑電極（鏡面の白金電極）よりも大きなコンダクタンスが得られる電極は、概ね最適な凹凸構造を有する高い効率の電極板であると考え、平滑電極で得られるコンダクタンスを基準として、上述のようにコンダクタンスに関連する凹凸構造のパラメータを見出した。

以下に、電極用金属板によって得られるコンダクタンスが上記比（Ｒａ／Ｐｃ）と相関することが推定される理由について説明する。

一般に電気分解では、電解溶液中をイオンが移動して、電極表面の付近でイオンが活性となり、電極上で電荷を交換することで、電極反応を起こさせている。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に電極反応の概念図を示す。図２（ａ）は、電極界面付近の電位Ｅの状態を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の電極１近傍の電気二重層３の部分を拡大した概念図を示している。

電極１近傍では電極１の電位に引かれてイオンによるダイポール５が形成されているために、電極１の直近のヘルムホルツ層６では電極の電位Ｅが直線的に変化している。ヘルムホルツ層６より外側では、整列したダイポール５が徐々に乱れるために、その電位ＥはＧｏｕｙ−Ｃｈａｐｍａｎ層７で緩やかに低下することとなる。Ｇｏｕｙ−Ｃｈａｐｍａｎ層７より外側では、正と負の電荷を持つイオンが互いの電荷を打ち消し合って電気的に中性な状態を保持している。一般的にデバイ長で示される長さより大きなサイズでは正と負の電荷は打ち消しあって全体的に中性を示しており、電極１の電位の影響は無くなる。

電気二重層３については諸説あるものの、概ね原子または分子の数倍から５０倍程度の厚さの層であり、反応に寄与するイオンには、電気二重層３に至るまで電気的な引力は及ばない。また、電気二重層３の外側には１０^−３ｃｍ以下の拡散層４がある。この拡散層４でのイオンの拡散は、主にランダムな運動に支配されておりＳｔｏｋｅｓ−Ｅｉｎｓｔｅｉｎの関係に従う。従って拡散を表す拡散係数は、電解質の粘性、溶液の温度、及びイオンの直径の関数となり、通常電気分解が一定の温度で行われることを考慮すると電解質の粘性のみの関数となる。

図２（ａ）に示すように、電極反応（素反応Ａ）に寄与するイオンは、拡散層４のさらに外側の対流及び拡散領域２から移動してくるので、溶液中のイオンの拡散に加えて、電解溶液の対流や強制的な気泡などによる自発的な攪拌の影響を受けることとなる。攪拌が無い場合は、拡散層４のイオン濃度が電極反応により変化するために、イオンの濃度勾配が形成され拡散が促進される。このように、電極反応を促進するためには、イオンの電極への拡散を含めて、反応する経路のすべてにおいて、反応を速くすることが求められる。

しかし、電極表面に凹凸形状があると電極近傍の電解溶液の流れが阻害され、反応に関与するイオンの輸送が妨げられると考えられる。つまり、電極表面のピークカウントＰｃが大きいと、凸部及び凹部が多くなるため、イオン輸送が妨げられると考えられる。しかし一方で、算術平均粗さＲａが大きいと、すなわちある程度の凹凸が形成されると、この影響で電極の面積が増加し、電極上での電荷の交換が促進されると考えられる。そのため、Ｒａ／Ｐｃを一定値以上とすることで、高いコンダクタンスを得ることができると推定される。

ピークカウントＰｃ（カウント／ｍｍ）に対する算術平均粗さＲａ（μｍ）の比（Ｒａ／Ｐｃ）の値の下限としては、１．２がさらに好ましい。また、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）の値の上限としては、４が好ましい。上記比（Ｒａ／Ｐｃ）の値が上記下限以上であれば、チタン板によって０．３７Ｇ／ｃｍ^２以上の高いコンダクタンスが得られ、白金メッキ後に、より高いコンダクタンスが得られる。また、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）の値が上記上限を超えると、このような高いコンダクタンスが得られる形状の微細凹凸面を形成することが困難となり、製造コストが増大するおそれがある。

上記微細凹凸面の最大高さ粗さＲｚの上限としては５０μｍが好ましく、４０μｍがさらに好ましい。上記微細凹凸面の最大高さ粗さＲｚが上記上限を超えると、隣接する山間又は谷間の間隔をさらに小さくした凹凸形状を形成させることが困難となる。その結果、電極用金属板によって得られるコンダクタンスをさらに向上させることができなくなるおそれがある。

上記微細凹凸面の算術平均粗さＲａの下限としては３．６μｍが好ましく、４μｍがさらに好ましい。また、上記微細凹凸面の算術平均粗さＲａの上限としては１０μｍが好ましく、７μｍがさらに好ましい。上記微細凹凸面の算術平均粗さＲａが上記下限未満になると、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を大きくすることが困難となり、電極用金属板によって得られるコンダクタンスを向上させることができなくなるおそれがある。また、上記微細凹凸面の算術平均粗さＲａが上記上限を超えると、微細凹凸面のピークカウントＰｃが大きくなりやすいため、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を大きくすることが困難となり、電極用金属板によって得られるコンダクタンスを向上させることができなくなるおそれがある。

上記微細凹凸面のピークカウントＰｃの下限としては０．５カウント／ｍｍが好ましく、１．５カウント／ｍｍがさらに好ましい。また、上記微細凹凸面のピークカウントＰｃの上限としては５カウント／ｍｍが好ましく、４．５カウント／ｍｍがさらに好ましい。上記微細凹凸面のピークカウントＰｃが上記上限を超えると、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を大きくすることが困難となり、電極用金属板によって得られるコンダクタンスを向上させることができなくなるおそれがある。また、上記微細凹凸面のピークカウントＰｃが上記下限未満になると、微細凹凸面の算術平均粗さＲａが小さくなりやすいため、上記比（Ｒａ／Ｐｃ）を大きくすることが困難となり、電極用金属板によって得られるコンダクタンスを向上させることができなくなるおそれがある。

また、微細凹凸面に形成させる凹凸形状として、ランダムな凹凸形状を形成した場合よりも周期的な幾何学パターンの凹凸形状を形成した方が好ましい。周期的な幾何学パターンの凹凸形状とすることにより、電極表面近傍の溶液の流れが規則的になって電極表面近傍でのイオンの輸送の妨げが小さくなり、その結果、電極表面近傍でイオンが活性となり、コンダクタンスが確実に向上する。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態では、チタン板に白金メッキを施した電極用金属板について説明したが、電極材料としてチタン以外の材料を用いてもよく、例えばタンタル、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、モリブデン、タングステンやこれらの合金等を電極材料として用いることができる。また、電極材料に施すメッキとして白金以外の貴金属を用いてもよく、例えば、金やロジュウムなどのメッキを用いることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１の試料電極として、凹凸の最大高さ粗さＲｚが１５μｍである周期的構造の凹凸形状が表面に形成されたチタン板に白金メッキしたものを用いた。

［実施例２、実施例３、比較例１］
実施例２、実施例３及び比較例１の試料電極として、ロール表面に凸凹を付けた圧延ロールを用いて圧延加工により段差を形成し、ランダムな凹凸形状を表面に形成したチタン板に白金メッキしたものを用いた。実施例２、実施例３及び比較例１では、チタン板の表面の凹凸形状の段差の大きさが異なるものを用いた。

［表面形状及びコンダクタンスの測定］
実施例１〜実施例３及び比較例１の各試料電極について、表面の凹凸形状を計測するとともに、電解実験を行ってコンダクタンスを測定した。

各試料電極の表面の凹凸形状は、表面粗さ計（株式会社東京精密のサーフコム１３０Ａ）により測定した。カットオフ値λｃ８００μｍ、カットオフ比３００、測定長さ４ｍｍ、測定速度０．６ｍｍ／秒で、ピークカウントレベル２Ｈを１μｍとし、各試料電極の表面の算術平均粗さＲａ（μｍ）及びピークカウントＰｃ（カウント／ｍｍ）を測定した。

電解実験では、各試料電極に、１０ｍｍ×１０ｍｍの表面が露出するようにポリイミドテープでマスクを行った。試料電極からの配線は、φ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４ワイヤーを試料電極に固く巻きつけて圧着して固定した。銅線との接合部は、エポキシ樹脂（ヘンケルジャパン株式会社の「Ｓｔｙｃａｓｔ２０５７」及び「Ｃａｔａｌｙｓｔ１１」））を用いて封止した。３Ｌビーカーに日本薬局方ＮａＣｌを３．５質量％に調製した電解液を満たして、電解液中に試料電極と対向電極（白金メッキ）を１０ｍｍギャップで対向させて配置した。電解液の調製は、１０５．０ｇのＮａＣｌを３Ｌビーカーに入れた後に、純水をビーカーの目安目盛りまで入れて溶解した。なお、スターラーとダイアフラムポンプを用いて電極面に電解液を吹き付けるとともに撹拌を行った。Ｉ−Ｖ特性の測定には、電源をプログラムして０Ｖから５Ｖまで約１３秒で掃引して、その時の電極電圧と電流をデータロガーで測定した。電流は、回路に接続したシャント抵抗の電圧より測定した。測定の前後で電解液のコンダクタンスを測定して、電解液が電気分解によって大きく変化していないことを確認した。

実施例１〜実施例３及び比較例１の各試料電極の表面形状の測定結果及び電解実験の測定結果を表１に示す。表１には、各実施例及び比較例における比（Ｒａ／Ｐｃ）の値も記載している。

実施例１〜実施例３の試料電極では、いずれも高いコンダクタンスが得られた。また、周期的構造の凹凸形状を有する実施例１の電極が、ランダムな凹凸形状を有する実施例２及び実施例３の電極よりも高いコンダクタンスを得られることを確認できた。

表１に示す各実施例及び比較例の測定結果と図１のグラフとを比較して、いずれの測定結果も図１に示す重回帰線の近傍にプロットされることを確認できた。

＜その他の試験＞
なお、本発明とは直接には関係しないが、本発明者らは、図１に示す関係を求める前に、以下の試験を行った。

本発明者らは、上述した電気分解のモデルを基に、表面に異なる凹凸構造を備えた複数のチタン板を作製して、そのチタン板に白金メッキを施して試料電極とし、ＮａＣｌ溶液中で電気分解を行った。このときに測定した電解特性から電極のコンダクタンスを求め、電極の凹凸構造とコンダクタンスとの依存性を調べた。

具体的には、表面に異なる凹凸形状を形成した電極用金属板の表面積及びコンダクタンスを測定した。チタン板にピンホールレスの白金メッキを施した電極を用い、その表面に異なる凹凸形状を形成した複数の電極用金属板を作製して、それぞれの電極用金属板について表面積及びコンダクタンスを測定した。電極表面に形成する上記凹凸形状は、凹凸の最大高さ粗さＲｚが１５μｍ及び３０μｍである周期的構造の凹凸形状を形成したもの、並びにロール表面を放電加工で作製した圧延ロールを用いて機械加工により高、低の２種類の段差を形成し、ランダムな凹凸形状を形成したものの４種類とした。なお、以下では、ここで形成した周期的な凹凸形状をエンボス構造と呼ぶことがある。

各電極用金属板について、プログラム電源を用いて、１３秒間で印加電圧を０Ｖから５Ｖまで変化させたときのＩ−Ｖ特性を測定し、コンダクタンスを求めた。また、共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社の「ＯＬＳ３１−ＳＵ」）を用いて、各電極用金属板の表面積を測定し、コンダクタンスとの関係を評価した。

電気分解分野において、電解効率を向上させるために、電極用金属板の表面積を増加させている。これは、電極用金属板の表面積が増加することにより、多くの反応に供する電荷を与えることができると考えられているからである。しかし、上記の４種類の微細凹凸面を備えた電極用金属板の表面積及びコンダクタンスを測定した結果、表面積が増加しているにも関わらずコンダクタンスが低下する場合があった。これは、表面積増大のための凹凸構造が電極の表面近傍での活性種の拡散を阻害するためと考えられる。これにより、電極表面積がコンダクタンスを決定している唯一のパラメータでは無いことがわかった。

電極表面の凹凸構造によるイオンの拡散を阻害する影響を詳細に解析しようとした場合、表面形状を基にコンピューターシミュレーションを用いて流れを解析して凹凸形状を最適化する必要があるが、これを実施するためには計算のコストがかかるという問題がある。そこで本発明者らは、上記の予想に基づいて、表面粗さ計で測定できるパラメータとして算術平均粗さＲａ及びピークカウントＰｃを用いて、簡易に表面流れの傾向を把握することを検討した。

まず、白金メッキを施していない無垢のチタン板及び白金メッキを施したチタン板を電極としてそれぞれのＩ−Ｖ特性を測定し、チタン板電極及び白金メッキ電極の各特性の関係について調査した。

試料電極として用いる無垢のチタン板及び白金メッキを施したチタン板を１ｃｍ×１ｃｍとし、対向電極として２ｃｍ×２ｃｍの白金メッキを施したチタン板を用いた。

１ｃｍ×１ｃｍの平板の無垢のチタン板及び白金メッキを施したチタン板を試料電極として用い、対向電極として２ｃｍ×２ｃｍの白金メッキを施したチタン板を用いて、３．５質量％のＮａＣｌ溶液中で電極間に電圧を印加して電流を測定した。白金メッキ電極を試料電極として用いる場合には、試料電極を陽極にして対向電極を陰極としたが、無垢のチタン板を陽極に用いると陽極酸化が進みコンダクタンスが低下するため、チタン板電極を試料電極として用いる場合には、試料電極を陰極にして対向電極を陽極とした。

それぞれの試料電極について、１３秒間で印加電圧を０Ｖから５Ｖまで変化させたときのＩ−Ｖ特性の測定を、３回繰り返して行った。３回繰り返し行った測定のうち、電気分解が安定した３回目に測定したＩ−Ｖ特性を図３に示す。図３において、円形のプロットがチタン板電極のＩ−Ｖ特性を示し、四角形のプロットが白金メッキ電極のＩ−Ｖ特性を示している。

図３に示すように、白金メッキ電極では１．１Ｖ辺りからわずかに電解電流が流れており、その後２．１Ｖ辺りから急激に電流が増加しているのに対し、チタン板電極では１．７Ｖ程度から電解電流が流れて、その後３．５Ｖ辺りから急峻に電流が立ち上がっている。これは、チタン板電極の場合には、水素とチタンとの結合を断ち切るのに相当する電位（過電圧）を与えなければ電解が開始されないためである。

図３より、チタン板電極における電解開始後の電圧変化に対する電流変化量は、白金メッキ電極における電圧変化に対する電流変化量と概ね一致していることがわかる。これより、チタン板電極における電解開始後のコンダクタンスの変化は、白金メッキ電極におけるコンダクタンスの変化と相関していると言える。

次に、図４（ａ）に、上記実施例１〜実施例３及び比較例１の各試料電極の微細凹凸面における算術平均粗さＲａとコンダクタンスとの関係を示し、図４（ｂ）にピークカウントＰｃとコンダクタンスとの関係を示す。これらのグラフには、それぞれ、重回帰分析により求めた回帰直線を記載している。

次にカットオフ値λｃを変更して、上記実施例１〜実施例３及び比較例１の各電極の算術平均粗さＲａ及びピークカウントＰｃを測定し、算術平均粗さＲａ及びピークカウントＰｃとコンダクタンスとの相関程度のカットオフ値λｃによる変化を確認した。図５に、カットオフ値λｃと重回帰分析により求めた決定係数Ｒ^２との関係を示す。図５において、四角形のプロットが、コンダクタンスと算術平均粗さＲａとの関係を示すもので、円形のプロットが、コンダクタンスとピークカウントＰｃとの関係を示すものである。

図５の結果より、カットオフ値λｃが小さくなると、決定係数Ｒ^２が理想的な１よりも離れ、算術平均粗さＲａ及びピークカウントＰｃとコンダクタンスとの相関が無くなることがわかる。また、カットオフ値λｃを２５０μｍ以上８００μｍ以下程度として測定した算術平均粗さＲａ及びピークカウントＰｃが、コンダクタンスを支配している物理現象と相関があることがわかる。

以上より、白金メッキ及びブラスト処理を施す前のチタン板の微細凹凸面の算術平均粗さＲａ及びピークカウントＰｃと、白金メッキ後の電極のコンダクタンスとの間に相関があることがわかった。

以上説明したように、当該電極用金属板、及びこの電極用金属板に白金メッキして作製した電極は、より高いコンダクタンスが得られるので、水溶液又は有機溶媒溶液中で電気分解を行う電気分解装置等に好適に用いることができる。

１電極
２対流及び拡散領域
３電気二重層
４拡散層
５ダイポール
６ヘルムホルツ層
７Ｇｏｕｙ−Ｃｈａｐｍａｎ層
Ｅ電位
Ａ素反応

Claims

水溶液又は有機溶媒溶液中での電気分解に使用され、表面にメッキが施されている電極用金属板であって、
ピークカウントＰｃ［カウント／ｍｍ］に対する算術平均粗さＲａ［μｍ］の比（Ｒａ／Ｐｃ）が０．８以上、ピークカウントＰｃが１．５カウント／ｍｍ以上５カウント／ｍｍ以下である微細凹凸面を備え、
上記微細凹凸面の最大高さ粗さＲｚが５０μｍ以下、算術平均粗さＲａが３．６μｍ以上７μｍ以下であり、
上記微細凹凸面が、周期的な幾何学的パターンの凹凸形状を有していることを特徴とする電極用金属板。
上記凹凸形状が圧延により形成されている請求項１に記載の電極用金属板。
主成分としてチタンを含む請求項１又は請求項２に記載の電極用金属板。
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の電極用金属板を備える電極。