JP7122181B2 - Electrode structure, electrolytic cell and electrolytic bath - Google Patents
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Description
本発明は、電極構造体、電解セル及び電解槽に関する。 The present invention relates to electrode structures, electrolytic cells and electrolytic baths.
アルカリ金属塩電気分解とは、食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液を電気分解(以下、単に「電解」ともいう。)して、高濃度のアルカリ金属水酸化物、水素、塩素などを製造する方法である。その方法としては、水銀法や、隔膜法による電解が挙げられるが、近年では、電力効率の良いイオン交換膜法が主に用いられている。 Alkali metal salt electrolysis is the process of electrolyzing an aqueous alkali metal chloride solution such as salt water (hereinafter also simply referred to as "electrolysis") to produce high-concentration alkali metal hydroxide, hydrogen, chlorine, etc. The method. Electrolysis using a mercury method or a diaphragm method can be mentioned as a method for this, but in recent years, an ion-exchange membrane method, which has good power efficiency, is mainly used.
イオン交換膜法では、陽極及び陰極(以下、これらを総称して「電極」ともいう。)を備える電解セルを、イオン交換膜を介して多数並べた電解槽を用いて電解を行う。電解セルは、陰極を取り付けた陰極室と、陽極を取り付けた陽極室が、隔壁(背面板)を介して、背中合わせに配置された構造を有している。電解セルでは、陽極室にアルカリ金属塩化物水溶液を供給し、陰極室にアルカリ金属水酸化物を供給して、電解することで、陽極室では塩素ガスを生成し、陰極室ではアルカリ金属水酸化物や水素ガスを生成する。 In the ion-exchange membrane method, electrolysis is performed using an electrolytic cell in which a large number of electrolytic cells each having an anode and a cathode (hereinafter collectively referred to as "electrodes") are arranged via ion-exchange membranes. The electrolytic cell has a structure in which a cathode chamber with a cathode and an anode chamber with an anode are arranged back to back with a partition wall (back plate) interposed therebetween. In the electrolysis cell, an aqueous alkali metal chloride solution is supplied to the anode chamber and an alkali metal hydroxide is supplied to the cathode chamber, and electrolysis is performed to generate chlorine gas in the anode chamber and alkali metal hydroxide in the cathode chamber. produce hydrogen gas.
また、近年では、電力原単位をさらに向上させるため、イオン交換膜と陰極を接触させて電解を行うゼロギャップ電解が主流となってきている。例えば、特許文献1には、ゼロギャップ電解セルの構造が開示されている。通常、ゼロギャップ電解セルの陽極室内には、リブ、陽極が配置され、陰極室内には、リブ、集電板(導電性プレート)、弾性体(マットレス)、陰極が配置されている。陰極室内では、集電板、弾性体、陰極の順でこれらが配置されており、クッション性を有するマットレスにより陰極を押圧することで、電解時に、陰極をイオン交換膜に接触させることができる。以下、集電板、弾性体及び電極を含む構造体を、単に「電極構造体」ともいう。
Further, in recent years, in order to further improve the power consumption rate, zero-gap electrolysis, in which electrolysis is performed by bringing an ion exchange membrane and a cathode into contact, has become mainstream. For example,
特許文献2には、従来公知な陰極を固定する方法として、テフロン(登録商標)ピンを使用する方法や、溶接する方法が開示されている。溶接する方法としては、ニッケル製のテープを使い、陰極の周縁部を陰極室枠体のシール面上にスポット溶接して固定する方法がある。具体的には、陰極を陰極室枠体のシール面上にのせ、さらに、その上にニッケル製のテープをのせて、スポット溶接することで、陰極を固定している。 Patent Document 2 discloses a method of using a Teflon (registered trademark) pin and a method of welding as conventionally known methods of fixing a cathode. As a welding method, there is a method of spot-welding the peripheral edge of the cathode onto the sealing surface of the cathode chamber frame using a nickel tape. Specifically, the cathode is fixed by placing the cathode on the sealing surface of the cathode chamber frame, placing a nickel tape thereon, and spot welding the tape.
特許文献1~2に記載の技術によれば、ニッケル製のテープを使用し、シール面上でスポット溶接により陰極を固定する方法において、陰極室枠体のシール面の腐食、陰極更新時のシール面の減肉、作業効率が悪いなどといった問題が生ずる。
According to the techniques described in
また、電解セルでは、内容物が漏れないようにするため、電解セルの外周部にあたるシール面にガスケットが貼られる。この場合、図6に示すように、電解セル100のシール面102上に陰極104やニッケル製のテープ106が貼付されて固定されているため、凹凸が存在し、この部分に電解液が溜まりやすく、条件によってはシール面102が腐食(隙間腐食)されることがある。また、電解を行うにつれてガスケットが劣化した場合、ガスケットによるシール性を確保するためにガスケット交換が行われる。図6に示す電解セルにおいては、ガスケット交換時、ガスケット108と共にニッケル製のテープ106が剥がれ、陰極104を引き裂くことがある。このように、電解セルの内部で損傷に繋がる。
In addition, in the electrolytic cell, a gasket is attached to the sealing surface corresponding to the outer periphery of the electrolytic cell in order to prevent the contents from leaking. In this case, as shown in FIG. 6, since the
さらに、電解を行うにつれて電極が劣化した場合、電解性能の低下を解消するために電極の交換が行われる。ここで、陰極104を交換する際には、古い陰極104を剥がし、陰極室110の枠体101のシール面102を洗浄し、新しい陰極をニッケル製のテープ106を用いてシール面102上にスポット溶接で固定する。溶接により固定するには、シール面102表層の酸化物を除去する必要がある。酸化物の除去には、シール面102の表層を削る必要があり、シール面102の板材が減肉する。このような操作が繰り返されると、減肉によるシール性の低下が顕在化するおそれがある。このように、従来の方法では、陰極の交換には多くの手間と時間がかかるといった問題がある。
Furthermore, when the electrodes deteriorate as the electrolysis is performed, the electrodes are replaced in order to eliminate the deterioration of the electrolysis performance. Here, when replacing the
ここで、当該課題を考慮し、陰極の周縁部の少なくとも一部が、集電板の縁部を跨いで該集電板の陰極とは逆側に折りこまれた構造とすることも考えられる。しかしながら、単に陰極の周縁部を集電板の逆側に折りこむのみでは、マットレスの溶接及び交換に伴い当該マットレスの線切れが生じやすく、結果としてイオン交換膜の損傷等、電解セルの内部で損傷が生ずることがある。 Here, in consideration of this problem, it is conceivable to construct a structure in which at least a part of the peripheral edge of the cathode straddles the edge of the current collector plate and is folded on the side opposite to the cathode of the current collector plate. . However, simply folding the peripheral edge of the cathode to the opposite side of the current collector plate is likely to cause wire breakage in the mattress due to welding and replacement of the mattress, resulting in damage to the ion exchange membrane, etc., inside the electrolytic cell. Damage may occur.
以上のとおり、従来技術には、電極等の部材交換に伴う電解セルの内部で損傷を防止する観点及びシール面での隙間腐食防止の観点から、未だ改善の余地がある。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解セル内部における腐食や損傷を低減できる電極構造体、それを用いた電解セル及び電解槽を提供することを目的とする。 As described above, the prior art still has room for improvement from the viewpoint of preventing damage inside the electrolytic cell due to replacement of members such as electrodes and from the viewpoint of preventing crevice corrosion on the seal surface. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrode structure capable of reducing corrosion and damage inside an electrolytic cell, and an electrolytic cell and an electrolytic bath using the same.
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、電極及び弾性体の縁部を所定の形状とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have made intensive studies in order to solve the above problems. As a result, the inventors have found that the above problems can be solved by forming the edges of the electrodes and the elastic body into predetermined shapes, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]
電極と、
前記電極と対向する第1面及び当該第1面とは逆側の第2面を有する集電板と、
前記電極と前記集電板の前記第1面との間に位置し、かつ、導電性を有する弾性体と、
を備え、
前記電極の周縁部の少なくとも一部及び前記弾性体の周縁部の少なくとも一部が、前記集電板の縁部を跨いで前記第2面上に位置するように伸びる、電極構造体。
[2]
前記電極の全周縁部及び前記弾性体の全周縁部が、前記集電板の縁部を跨いで前記第2面上に位置するように伸びる、[1]に記載の電極構造体。
[3]
前記電極及び前記弾性体の、前記集電板の前記第2面上に位置する部分の長さが、3mm以上20mm以下である、[1]又は[2]に記載の電極構造体。
[4]
陰極室と、
前記陰極室に対向する隔壁と、
前記隔壁に対向し、陰極室とは逆側に位置する陽極室と、
を備え、
前記陰極室及び前記陽極室の少なくとも一方が、[1]~[3]のいずれかに記載の電極構造体を含む、電解セル。
[5]
[4]に記載の電解セルと、
前記電解セルに対向するイオン交換膜と、
を備える、電解槽。
That is, the present invention is as follows.
[1]
an electrode;
a current collector plate having a first surface facing the electrode and a second surface opposite to the first surface;
an elastic body positioned between the electrode and the first surface of the current collector plate and having electrical conductivity;
with
An electrode structure, wherein at least part of the peripheral edge of the electrode and at least part of the peripheral edge of the elastic body extend across the edge of the current collector plate so as to be positioned on the second surface.
[2]
The electrode structure according to [1], wherein the entire peripheral edge portion of the electrode and the entire peripheral edge portion of the elastic body extend across the edge of the current collector plate so as to be positioned on the second surface.
[3]
The electrode structure according to [1] or [2], wherein the length of the portion of the electrode and the elastic body located on the second surface of the current collector plate is 3 mm or more and 20 mm or less.
[4]
a cathode chamber;
a partition facing the cathode chamber;
an anode chamber facing the partition wall and located on the side opposite to the cathode chamber;
with
An electrolytic cell, wherein at least one of the cathode chamber and the anode chamber includes the electrode structure according to any one of [1] to [3].
[5]
The electrolytic cell according to [4];
an ion exchange membrane facing the electrolytic cell;
an electrolytic cell.
本発明によれば、電解セル内部における腐食や損傷を低減できる電極構造体、それを用いた電解セル及び電解槽を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode structure which can reduce corrosion and damage in an electrolysis cell, an electrolysis cell using the same, and an electrolysis tank can be provided.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について、詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面中上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとし、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。ただし、当該図面は本実施形態の一例を示すものに過ぎず、本実施形態はこれらに限定して解釈されるものではない。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form (only henceforth "this embodiment") for implementing this invention is demonstrated in detail. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention to the following contents. The present invention can be appropriately modified and implemented within the scope of the gist thereof.
In the description of the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. In addition, unless otherwise specified, the positional relationships in the drawings, such as top, bottom, left, and right, are based on the positional relationships shown in the drawings, and the dimensional ratios in the drawings are not limited to the ratios shown in the drawings. However, the drawings merely show an example of the present embodiment, and the present embodiment should not be construed as being limited thereto.
本実施形態の電極構造体は、電極と、前記電極と対向する第1面及び当該第1面とは逆側の第2面を有する集電板と、前記電極と前記集電板の前記第1面との間に位置し、かつ、導電性を有する弾性体と、を備え、前記電極の周縁部の少なくとも一部及び前記弾性体の周縁部の少なくとも一部が、前記集電板の縁部を跨いで前記第2面上に位置するように伸びる。このように、本実施形態の電極構造体においては、弾性体と電極の双方が集電板の第2面側に折りこまれた構造を有しているため、弾性体及び電極を溶接することなくこれらを集電板に固定でき、結果として溶接する場合に生じうる弾性体の線切れを防止することができる。特に、電極の溶接が不要であるため、溶接部分近傍に電解液が溜まることに起因するシール面の隙間腐食も効果的に防止できる。したがって、本実施形態の電極構造体は、電解セル内部における腐食や損傷を低減することができる。 The electrode structure of this embodiment includes an electrode, a current collector plate having a first surface facing the electrode and a second surface opposite to the first surface, and the second surface between the electrode and the current collector plate. an elastic body positioned between the first surface and having conductivity, wherein at least part of the peripheral edge of the electrode and at least part of the peripheral edge of the elastic body are aligned with the edge of the current collector plate straddling the part and extending so as to be positioned on the second surface. As described above, in the electrode structure of the present embodiment, both the elastic body and the electrode are folded toward the second surface side of the collector plate. It is possible to fix these to the current collector plate without any need to fix them, and as a result, it is possible to prevent wire breakage of the elastic body that may occur during welding. In particular, since welding of the electrodes is unnecessary, it is possible to effectively prevent crevice corrosion of the sealing surface caused by accumulation of the electrolyte in the vicinity of the welded portion. Therefore, the electrode structure of this embodiment can reduce corrosion and damage inside the electrolytic cell.
また、本実施形態の電解セルは、本実施形態の電極構造体を適用したものである。すなわち、本実施形態の電解セルは、陰極室と、前記陰極室に対向する隔壁と、前記隔壁に対向し、陰極室とは逆側に位置する陽極室と、を備え、前記陰極室及び前記陽極室の少なくとも一方が、本実施形態の電極構造体を含む。このように構成されているため、本実施形態の電解セルは、内部での腐食や損傷を低減することができる。
さらに、本実施形態の電解槽は、本実施形態の電解セルと、前記電解セルに対向するイオン交換膜と、を備える。このように構成されているため、本実施形態の電解槽は、内部での腐食や損傷を低減することができる。
Moreover, the electrode structure of this embodiment is applied to the electrolytic cell of this embodiment. That is, the electrolytic cell of the present embodiment includes a cathode chamber, a partition facing the cathode chamber, and an anode chamber facing the partition and located on the opposite side of the cathode chamber. At least one of the anode chambers includes the electrode structure of this embodiment. Because of this configuration, the electrolytic cell of the present embodiment can reduce internal corrosion and damage.
Furthermore, the electrolytic cell of the present embodiment includes the electrolytic cell of the present embodiment and an ion exchange membrane facing the electrolytic cell. Because of this configuration, the electrolytic cell of the present embodiment can reduce internal corrosion and damage.
以下、本実施形態の電極構造体の構成について、当該電極構造体を備える電解セル及び電解槽の構成との関係を踏まえて詳述する。 Hereinafter, the configuration of the electrode structure of the present embodiment will be described in detail based on the relationship with the configuration of the electrolytic cell and the electrolytic bath having the electrode structure.
図1は、本実施形態の一態様に係る電解槽を模式的に示す正面図である。図1に示すように、電解槽1は、複数の電解セル3がイオン交換膜5(図4参照)を介してプレス器7により直列に接続されて構成されている複極式イオン交換膜法電解槽である。電解槽1では、両端に位置する電解セル3の一方に陽極端子9が接続されており、他方に陰極端子11が接続されている。
FIG. 1 is a front view schematically showing an electrolytic cell according to one aspect of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
電解槽1における電解は、後述する電解セル3の陽極室22(図3参照)と、隣接する電解セル3の陰極室32(図3参照)との間のイオン交換膜5において分離されることで行われる。例えば、ナトリウムイオンは、電解セル3の陽極室22から、イオン交換膜5を通過して、隣接する電解セル3の陰極室32へ移動することになり、電解中の電流は、直列に連結した電解セル3の方向に沿って流れることになる。
The electrolysis in the
イオン交換膜5は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、塩化アルカリ等の電気分解により塩素とアルカリを製造する場合、耐熱性及び耐薬品性等に優れるという観点から、含フッ素系イオン交換膜が好ましい。含フッ素系イオン交換膜としては、電解時に発生する陽イオンを選択的に透過する機能を有し、かつイオン交換基を有する含フッ素系重合体を含むもの等が挙げられる。ここでいうイオン交換基を有する含フッ素系重合体とは、イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体、を有する含フッ素系重合体をいう。例えば、フッ素化炭化水素の主鎖からなり、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な官能基をペンダント側鎖として有し、かつ溶融加工が可能な重合体等が挙げられる。
The
続いて、電解セル3について詳細に説明する。図2は、本実施形態の一態様に係る電解セルを示す正面図であり、陰極側から見た図である。図3は、図2に示す電解セルの断面構成を示す図である。図3においてリブ(支持体)42は図示しない。図4は、図3に示す電解セルの一部を拡大して示す断面図である。各図に示すように、電解セル3は、陽極部20と、陰極部30と、陽極部20と陰極部30(陽極室22と陰極室32)とを隔てる隔壁50を備えている。陽極部20と陰極部30とは、電気的に接続されている。電解セル3は、ゼロギャップ電解セルである。
Next, the
陽極部20は、陽極室22を有している。陽極室22は、枠体24により画成されている。枠体24上部の表面には、ガスケット26が設けられている。陽極室22には、陽極28が設けられている。陽極28は、電解セル3の一側面側に設けられている。陽極28は、電解セル3の一側面側に設けられており、チタン基材の表面にルテニウム、イリジウムを成分とする酸化物を被覆したいわゆるDSA等の金属電極を用いることができる。
The
陰極部30は、陰極室32を有している。陰極室32は、枠体34により画成されている。枠体34上部の表面(シール面)34aには、ガスケット36が設けられている。陰極室32には、陰極38と、集電板40と、リブ(支持体)42と、マットレス(弾性体)44とが設けられている。
The
陰極38は、電解セル3の他側面側に設けられている。ゼロギャップ電解セルに使用できる陰極38としては、線径が細く、メッシュ数の小さい陰極が柔軟性も高く好ましい。このような陰極基材は、種々公知のものを使用できる。陰極38は、例えば、線径0.1mm~0.5mmで、目開きが20メッシュから80メッシュ程度の範囲であればよい。
A
陰極コーティングとしては、貴金属または、貴金属酸化物のコーティングで薄いことが好ましく、さらに貴金属に加えて希土類を含んでいてもよい。コーティングを薄くすることで、陰極の柔軟性を十分に確保でき、イオン交換膜5の局所的な損傷を防止できる傾向にある。コーティングを薄くするために、活性の高い貴金属、又は貴金属酸化物のコーティングが好ましい。そのため、コーティング層の厚みは0.5μmから50μmが好ましく、さらに好ましくは、1μmから10μmである。
The cathode coating is preferably a thin noble metal or noble metal oxide coating, and may contain rare earth elements in addition to the noble metal. By making the coating thinner, it tends to be possible to secure sufficient flexibility of the cathode and prevent local damage to the ion-
図4に示すように、集電板40は、陰極38に沿って配置されている。集電板40は、陰極38の集電効果を高めるためのものである。集電板40は、互いに対向する一対の表面(第1面)40aと裏面(第2面)40bとを有している。集電板40は、表面40aが陰極38と対向して配置されている。
As shown in FIG. 4, the
また、集電板40は、マットレス44及び陰極38に電気を伝導すると共に、マットレス44及び陰極38から押圧される荷重を支える。さらに、集電板40は、陰極38から発生する水素ガスを隔壁50側に通過させる機能を有する。そのため、集電板40としては、エクスパンドメタルや打ち抜き多孔板などが好ましい。集電板40に設けられる孔の開口率は、陰極38から発生した水素ガスを隔壁50側に抜き出すために、40%以上あることが好ましい。集電板40の材質は、耐食性の観点から、ニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、鉄などが利用できるが、導電性の観点からニッケルが好ましい。集電板40としては、ファイナイトギャップの電解セルで用いた陰極をそのまま利用することもできる。また、集電板40としては、エクスパンドメタルに酸化ニッケルをプラズマ溶射により被覆したファイナイトギャップ用の陰極等が利用できる。
Moreover, the
リブ42は、陰極室32内に位置し、隔壁50と集電板40の裏面40b側との間に配設されている。リブ42は、集電板40を支持固定する。リブ42は、隔壁50と集電板40とのそれぞれに、溶接固定されている。
The
マットレス44は、陰極38と集電板40の表面40a側との間に配置されている。ゼロギャップの電解セル3では、陽極28の剛性を確保することにより、イオン交換膜5を押しつけても変形し難い構造されている。一方で、電解セル3では、陰極38側を柔軟な構造とすることにより、電解セル3の製作精度上の公差や電極の変形等による凹凸を吸収して、ゼロギャップを保つ構造としている。マットレス44は、陰極38側を柔軟な構造とするために用いられている。
A
マットレス44は、電気を陰極38に伝える機能と、陰極38から発生した水素ガスを集電板40側に通過させる機能を有する。マットレス44は、イオン交換膜5に接する陰極38に対して、イオン交換膜5を損傷させない程度の適切で且つ均一な圧力を加える。これにより、陰極38は、イオン交換膜5に密着する。
The
マットレス44としては、従来公知のものが使用できる。マットレス44の線径としては、0.05mm以上0.25mm以下のものが好適に用いられる。マットレス44の線径が0.05mm以上である場合、マットレスの潰れがより防止され、また、マットレス44の線径が0.25mm以下である場合、マットレス44の弾性力が好ましい範囲となりやすく、電解時に押し付け圧が過度に増加することを防げる傾向にあるため、イオン交換膜5の性能に影響を及ぼし難い。さらに好ましくは、0.08mm以上0.20mm以下の線径のマットレスである。マットレス44の材質は、導電性、耐アルカリ性の観点からニッケルが使用される。例えば、線径0.1mm程度のニッケル製ワイヤーを編んだものを波付け加工したものでよい。
As the
隔壁50は、陽極室22と陰極室32(陽極部20と陰極部30)の間に配置されている。隔壁50は、セパレータと称されることもあり、陽極室22と陰極室32とを区画するものである。隔壁50は、電解用のセパレータとして公知のものを使用することができ、例えば、陰極側にニッケル、陽極側にチタンからなる板を溶接した隔壁等が挙げられる。
The
続いて、陰極38の取り付け構造及び取り付け方法について詳細に説明する。図4に示すように、陰極38は、その上端部(周縁部の一部)が集電板40の裏面40b側に折り込まれている。具体的には、陰極38の上端部は、枠体34と集電板40の縁部40cとの間に形成される隙間Sに挿入され、集電板40の縁部40cを跨いで裏面40b側に折り返される。さらに、本実施形態においては、陰極38だけでなく、マットレス44も同様にその上端部(周縁部の一部)が集電板40の裏面40b側に折り込まれている。すなわち、マットレス44の上端部も、枠体34と集電板40の縁部40cとの間に形成される隙間Sに挿入され、集電板40の縁部40cを跨いで裏面40b側に折り返される。従来、マットレス44は、電解中に電解セル3の下端に垂れ下がるのを防止する観点及び導電性の観点から、集電板40に部分的にスポット溶接して固定されていたが、本実施形態のように、マットレス44の上端部(周縁部の一部)が集電板40の裏面40b側に折り込まれている、すなわち、マットレス44の周縁部の少なくとも一部が、集電板40の縁部を跨いで裏面40b上に位置するように伸びる構成とすることにより、上述のようなスポット溶接が不要となる。すなわち、部材交換の作業性が向上するだけでなく、マットレス交換に伴って生じうるマットレスの線切れを防止することができ、結果としてイオン交換膜の損傷等、電解セルの内部での損傷を効果的に防止できる。
Next, the mounting structure and mounting method of the
枠体34と集電板40の縁部40cとの間に形成される隙間Sは、3mm以上10mm以下であることが好ましい。4mm以上7mm以下であることがさらに好ましい。隙間Sが3mm以上である場合、陰極38及びマットレス44を当該隙間に入れ込むことがより容易となる傾向にある。また、隙間Sが10mm以下である場合、イオン交換膜5の収縮による当該隙間へのイオン交換膜5の落ち込みを効果的に防止でき、結果としてイオン交換膜5の損傷をより効果的に防止できる傾向にある。
A gap S formed between the
上記の構造を実現するために、陰極38は、電解セル3の通電部よりも大き目に切断されることが好ましい。ここで、陰極38が集電板40の裏面40bに折り込まれる部分(通電部よりも長い部分)の寸法、すなわち、陰極38及びマットレス44の、集電板40の裏面40b上に位置する部分の寸法を、以下では折り込み長さLとする。折り込み長さLは、3mm以上20mm以下であることが好ましい。5mm以上15mm以下であることがより好ましい。折り込み長さLが20mm以下である場合、入れ込む部分の陰極38及びマットレス44を集電板40に十分に固定できる傾向にある。また、折り込み長さLが3mm以上である場合、陰極38及びマットレス44が集電板40から外れ難くなる傾向にある。上記と同様の観点から、折り込み長さLは、10mm以上15mm以下であることがより好ましい。なお、折り込み長さLは、具体的には縁部40cから陰極38及びマットレス44の終端部までの最短距離として特定することができる。
In order to realize the structure described above, the
なお、図4には、陰極38及びマットレス44の各上部の構成を示しているが、陰極38及びマットレス44は、各下端部も集電板40の裏面40b側に折り込まれていてもよい。すなわち、陰極38及びマットレス44の各両端部(各全周縁部)が集電板40の裏面40b側に折り込まれる構成であってもよい。このように、陰極38及びマットレス44の各上端部を集電板40の裏面40b側に折り込むことにより、陰極38及びマットレス44を集電板40に固定することができる。また、陰極38及びマットレス44の各下端部を集電板40の裏面40b側に折り込みことにより、陰極38及びマットレス44をより強固に集電板40に固定すると共に、マットレス44の垂れ下がりをより効果的に防止できる。さらに好ましくは、陰極38及びマットレス44の各外周縁部の全てを集電板40の裏面40b側へ折り込むことで、陰極38及びマットレス44をさらに強固に集電板40に固定することができる。
Although FIG. 4 shows the configurations of the upper portions of the
集電板40に陰極38及びマットレス44を取り付ける際、陰極38は、角部(コーナー部)を切り欠いておくことが好ましい。角部を切り欠くことにより、角部で陰極38を入れ込むことができる。角部に対角の切れ込み(当該角部から陰極の面内方向に向かう線状の切れ込み)を入れ、入れ込むことも可能ではあるが、このように切断した場合には、陰極38がここを起点として裂けやすくなる傾向にあるため、上記のとおり角部を切り欠くことが好ましい。
When attaching the
陰極38及びマットレス44を集電板40の裏面40b側に折り込むための治具としては、種々公知のものを使用することができる。具体的には、ヘラ、回転ローラーで陰極38及びマットレス44の各端部を集電板40のエッジに沿って電解セル3内に押し込むことで、陰極38及びマットレス44を集電板40の裏面40b側に折り込み、固定することができる。作業性の観点から、陰極38及びマットレス44を折り込む治具は回転ローラーが好ましい。回転ローラーの刃の厚みとしては、0.2mm以上が好ましい。上記厚みが0.2mm以上である場合、十分な剛性が確保され、陰極38及びマットレス44を入れ込むことがより容易となる傾向にある。また、集電板40と枠体34(ガスケット36のシール面34a)の隙間Sよりも厚みが大きくなると、回転ローラーそのものが入らなくなり、陰極38及びマットレス44を入れ込むことが困難になるため、より好ましくは、0.2mmから2mmの範囲である。回転ローラーの径としては、特に限定されず、通常、直径100mm程度のものが操作しやすい。
As a jig for folding the
本実施形態は、上記したものに限定されない。例えば、上記に加えて、図5に示すように、陰極38が、ガスケット36と集電板40とにより挟持される構成であってもよい。このような構成とすることにより、プレス器7により電解セル3が直列に接続された際に、シール面34に接していないガスケット36の先端でもイオン交換膜5を押圧することができ、ガスケット36とイオン交換膜5の間に苛性ソーダが侵入することを防止し、イオン交換膜5の損傷を抑制することができる。
This embodiment is not limited to the above. For example, in addition to the above, the
また、図4及び図5では、陰極38及びマットレス44が集電板40の裏面40bに接することなく延在している態様を示しているが、この状態でも陰極38及びマットレス44が集電板40に固定されていればよく、より強く固定する観点からは、陰極38及びマットレス44が集電板40の裏面40bに接するように延在していることが好ましい。
4 and 5 show a mode in which the
なお、上記では電極が陰極である場合の電極構造体(すなわち、陰極構造体)について説明したが、本実施形態における電極は陽極であってもよい。すなわち、本実施形態の電極構造体は、陽極構造体として、陽極室に適用することもできる。その場合の陽極室としては、種々公知の部材を用いることができ、陽極としても種々公知の部材を適用することができる。 Although the electrode structure (that is, cathode structure) in which the electrode is a cathode has been described above, the electrode in this embodiment may be an anode. That is, the electrode structure of this embodiment can also be applied to an anode chamber as an anode structure. In that case, various known members can be used as the anode chamber, and various known members can be applied as the anode.
以下に、本実施形態を実施例に基づいて更に詳細に説明する。本実施形態はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。 The present embodiment will be described in more detail below based on examples. This embodiment is not limited only to these examples.
横幅が2400mm、高さが1289mmのゼロギャップ電解セルを次のようにして準備した。サイズ1149mm×2347mmかつ厚み1.2mmのニッケル板を集電板として準備し、その表面上に線径0.15mmのマットレス(ニッケル製編物)を配置した。次いで、直径100mmの回転ローラーでマットレスの周縁部(4辺全て)を、電解セルの枠体と集電板の縁部との間に形成される隙間を経由して集電板の裏面上に位置するように湾曲させ、集電板の縁部を跨ぎ、ヘラで集電板の裏面上に押し込んだ。このときの折込長さは10mmであった。
さらに、ニッケル製ファインメッシュ基材にルテニウムの酸化物を被覆した陰極を、マットレス上に配置した。直径100mmの回転ローラーで陰極の周縁部(4辺全て)を、隙間を経由して集電板の縁部を跨ぎ、集電板の裏面上に位置するように湾曲させた。すなわち、陰極の周縁部を、集電板40の裏面40b側へ折り込んで固定した。このときの折込長さは10mmであった。
この電解セルを電解槽に組み込み、陽極として、チタン基材の表面にルテニウム、イリジウムを成分とする酸化物を被覆したものを用い、イオン交換膜として、ACIPLEX(登録商標)F6801を用いて、陽極液として約300g/Lの塩水を供給し、陰極室には、排出口付近で、苛性ソーダ濃度が約32重量%となるように希薄苛性ソーダを供給し、電解温度80から90℃、陽極室側ガス圧を40kPa、陰極室側ガス圧を44kPa、電流密度4kA/m2で4日間電解したあとに電流密度6kA/m2まで増加して計152日間電解した。また、陽極液の排出付近の塩水のpHが2となるように、供給する塩水に塩酸を添加して電解を行った。電解後に取り出したイオン交換膜にはピンホールのような異常がなかった。電解終了後に陰極シール面を観察したが、腐食はまったく見られなかった。
A zero-gap electrolytic cell having a width of 2400 mm and a height of 1289 mm was prepared as follows. A nickel plate having a size of 1149 mm×2347 mm and a thickness of 1.2 mm was prepared as a current collector, and a mattress (nickel knitted fabric) having a wire diameter of 0.15 mm was placed on the surface thereof. Then, a rotating roller with a diameter of 100 mm is used to apply the peripheral edge (all four sides) of the mattress onto the back surface of the current collector through the gap formed between the frame of the electrolytic cell and the edge of the current collector. It was bent into position, straddled over the edge of the current collector and pushed onto the back surface of the current collector with a spatula. The folding length at this time was 10 mm.
In addition, a cathode made of nickel fine mesh substrate coated with ruthenium oxide was placed on the mattress. A rotating roller with a diameter of 100 mm was used to bend the peripheral edge (all four sides) of the cathode so that it straddled the edge of the current collector through a gap and was positioned on the back surface of the current collector. That is, the peripheral edge of the cathode was folded toward the
This electrolytic cell is incorporated into an electrolytic bath, and as the anode, a titanium base material coated with an oxide containing ruthenium and iridium as components is used, and as the ion exchange membrane, ACIPLEX (registered trademark) F6801 is used as the anode. About 300 g/L of salt water was supplied as a liquid, and dilute caustic soda was supplied to the cathode chamber so that the caustic soda concentration was about 32% by weight near the discharge port. Electrolysis was performed for 4 days at a pressure of 40 kPa, a cathode chamber side gas pressure of 44 kPa, and a current density of 4 kA/m 2 , and then the current density was increased to 6 kA/m 2 for a total of 152 days of electrolysis. Further, electrolysis was performed by adding hydrochloric acid to the supplied salt water so that the pH of the salt water near the discharge of the anolyte was 2. The ion-exchange membrane taken out after electrolysis had no abnormality such as pinholes. Observation of the cathode seal surface after completion of electrolysis revealed no corrosion at all.
1 電解槽、
22 陽極室、
32 陰極室、
38 陰極、
40 集電板、
44a 表面(第1面)、
44b 裏面(第2面)、
44c 縁部、
42 リブ(支持体)、
44 マットレス(弾性体)
1 electrolytic cell,
22 anode chamber,
32 cathode chamber,
38 cathode,
40 current collector,
44a surface (first surface),
44b back surface (second surface),
44c edge,
42 ribs (supports),
44 mattress (elastic body)
Claims (5)
前記電極と対向する第1面及び当該第1面とは逆側の第2面を有する集電板と、
前記電極と前記集電板の前記第1面との間に位置し、かつ、導電性を有する弾性体と、
を備え、
前記電極の周縁部の少なくとも一部及び前記弾性体の周縁部の少なくとも一部が、前記集電板の縁部を跨いで前記第2面上に位置するように伸びる、電極構造体。 an electrode;
a current collector plate having a first surface facing the electrode and a second surface opposite to the first surface;
an elastic body positioned between the electrode and the first surface of the current collector plate and having electrical conductivity;
with
An electrode structure, wherein at least part of the peripheral edge of the electrode and at least part of the peripheral edge of the elastic body extend across the edge of the current collector plate so as to be positioned on the second surface.
前記陰極室に対向する隔壁と、
前記隔壁に対向し、陰極室とは逆側に位置する陽極室と、
を備え、
前記陰極室及び前記陽極室の少なくとも一方が、請求項1~3のいずれか一項に記載の電極構造体を含む、電解セル。 a cathode chamber;
a partition facing the cathode chamber;
an anode chamber facing the partition wall and located on the side opposite to the cathode chamber;
with
An electrolytic cell, wherein at least one of the cathode compartment and the anode compartment comprises an electrode structure according to any one of claims 1-3.
前記電解セルに対向するイオン交換膜と、
を備える、電解槽。 an electrolytic cell according to claim 4;
an ion exchange membrane facing the electrolytic cell;
an electrolytic cell.
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