JPH05140782A - 電極構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 活性の低下した電極基体にリコーティングを
施すことなく前記電極基体の再活性化を行うことので
き、更にイオン交換膜法電解に使用する場合には該イオ
ン交換膜を損傷することのない電極構造体を提供する。 【構成】 表面に電極物質が被覆された多孔性活性基体
５、５′の先端を折り曲げて電極物質が被覆されかつ開
放端４、４′を有する多孔性電極基体３、３′の該開放
端に係合させて一体化して電極構造体を構成する。活性
基体の電極物質及び構造により電極構造体全体の活性が
電極基体単独の活性より高くなり、活性基体を電極基体
に係合させるという簡単な操作により、活性の低下した
電極基体に電極物質をリコーティングするのと同等ある
いはそれ以上の効果を得ることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、隔膜法やイオン交換膜
法などの食塩電解等に使用される電極構造体に関し、よ
り詳細には食塩電解等に使用される電極基体の活性を更
に向上させた電極構造体に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】食塩電解等の塩素発生電解用
電極としてチタンやチタン合金等の弁金属又は弁金属合
金等から成る多孔性電極基体上に、白金、ルテニウム、
イリジウム及びロジウム等の貴金属又は貴金属酸化物を
被覆した電極が一般に使用されている。この電極の電極
活性は電解時間の経過に従って徐々に低下し最終的には
電解に必要な所定の電極活性を下回るようになる。この
ような劣化した電極は廃棄して新品を使用することも可
能であるが、通常は電極の再活性化を行って所定以上の
活性に回復させて再使用するようにしている。この再活
性化のためには前記電極基体上の活性の低下した電極物
質をバブ掛け等で剥離させて電極基体を露出させた後
に、電極物質を被覆する必要があり、この方法では特に
前記電極物質の剥離に手間が掛かり、電極の再活性法と
して望ましいものではなかった。

【０００３】又隔膜法やイオン交換膜法などの電解槽、
特に袋状に成形したイオン交換膜に開放端を有する電極
を収容して構成される電解槽では、該電極の開放端の突
起と前記イオン交換膜が接触して該イオン交換膜が損傷
を受け易くなっている。図１は従来のエキスパンダブル
電極を例示するものである。この電極は電解槽底面に立
設された給電棒Ａに２枚の可撓性薄板Ｂを介して２枚の
コ字状のチタン等から成る不溶性金属板Ｃを接続して平
面視長方形状とされている。この電極には上下両端に鋭
利な開放端Ｄがあり、この電極を袋状のイオン交換膜に
収容するとこの開放端Ｄがイオン交換膜と接触して該イ
オン交換膜を損傷し場合によっては該イオン交換膜が破
断して陽極室及び陰極室内の電解液が混合して電解を継
続できなくなる。このような事態を防止するため、電
極基体の開放端の突起を溶融して丸める、電極基体の
開放端にワイヤーを溶接して電極基体とイオン交換膜が
直接接触することを防止する、電極基体の開放端にフ
ッ素樹脂系のテープを巻いて電極基体とイオン交換膜が
直接接触することを防止する、等の手段が採用されてい
る。これらの方法のうちは溶融に手間が掛かり溶融が
不十分であるとイオン交換膜の損傷が生ずるという欠点
があり、及びはイオン交換膜の損傷防止の観点から
は十分であるが製品への加工が必要なため作業性が悪い
といった不都合がある。更に新品の電極基体の場合に
は、その用途等に応じて電極活性を向上させることが望
ましい場合がある。そのためには従来は該電極基体の表
面に更に電極物質を被覆しているが被覆量が増加しても
活性度の向上は僅かであり所望の活性を得ることはでき
ず、更に被覆前の活性に戻すことができないといった欠
点がある。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、容易にその活性を向上変化させることができ、かつ
イオン交換膜を使用する場合にも該イオン交換膜を損傷
することのない電極構造体を提供することを目的とす
る。

【問題点を解決するための手段】本発明は、その表面に
電極物質が被覆されかつ開放端を有する多孔性電極基体
と、その表面に電極物質が被覆された多孔性活性基体と
を含んで成り、該多孔性活性基体の先端を折り曲げて前
記多孔性電極基体の開放端の少なくとも一部に係合させ
て一体化したことを特徴とする電極構造体である。

【０００５】以下本発明を詳細に説明する。本発明の電
極構造体は、エキスパンドメッシュや有孔板等の多孔性
電極基体に電極物質が被覆された多孔性活性基体とを一
体的に係合させた電極構造体であり、このように構成す
ることにより該電極構造体全体の活性を前記電極基体よ
り高くするようにしたものである。又イオン交換膜を使
用する電解槽に使用する場合に該膜の損傷を有効に防止
するようにしたものである。前記電極基体としては主と
して食塩電解に使用できる電解槽底面に立設された給電
棒に２枚の可撓性薄板を介して２枚のコ字状のチタン等
から成る不溶性金属板を箱型に接続したチタン等耐食性
材料から成るいわゆるエキスパンダブル電極を使用する
ことができ、この他にも開放端を有する任意形状の電極
の使用が可能である。該基体上には電極物質、例えば白
金、ルテニウム、イリジウム及びロジウム等の貴金属又
は貴金属酸化物が被覆される。この電極基体は通常袋状
に成形されたイオン交換膜中に収容されて対極から区画
される。

【０００６】本発明の対象とする電極基体は、既使用で
被覆した電極物質の活性が低下した基体であっても、未
使用で電極物質の活性の低下していない基体であっても
よいが、前者の比較的長期間の使用により活性が低下し
た電極基体の再活性化用として本発明は特に有用であ
る。前者の場合には電極基体と同じ電極物質を被覆した
活性基体を使用して電極構造体全体の活性を未使用時の
活性まで回復、再活性化することができる。又いずれの
場合でも電極基体に活性基体を係合させることにより電
極構造体全体の活性を電極基体の活性より高くしたり変
化させたりすることができる。そのためには活性基体に
被覆する電極物質をより高活性の物質とするかあるいは
電極基体の形状を変化させればよい。形状変化により次
のような活性向上の効果が得られる。即ち実質的に表
面積を増大させることにより各部の負荷が低下し高活性
化が可能になる。表面の形状を変化させることにより
特にイオン交換膜法電解では電解液より大きな抵抗を有
するイオン交換膜内の電流密度を均一にかつ低下させて
電圧の低下を可能にする。表面形状を変化させること
により電解液の供給度を実質的に高くして見掛け上の特
性を変える。このうち及びは液中に電極が十分に距
離をおいて設置されている場合は効果はないが特にイオ
ン交換膜法電解では陽極とイオン交換膜が密着した状態
で運転されるため特に重要である。

【０００７】前記活性基体は前記電極基体と同様にチタ
ン等の耐食性材料により形成し、上述の通り被覆する電
極物質は電極基体に被覆された電極物質と同一であって
も異なっていてもよい。該活性基体は電極基体に係合さ
れ強度は必要ないためその板厚を薄くして材料費の低減
と軽量化を図ることが望ましい。又該活性基体の孔径
（目開き）は発生ガスが十分に抜け又液が十分に供給さ
れるよう配慮した上で前記基体のそれより小さくしてイ
オン交換膜内の電流分布をより均一にし、電圧の低下を
図ることが望ましい。この活性基体は前記電極基体より
やや大きい同一形状とし、該電極基体の開放端に対応す
る部分を折り曲げ該開放端に係合させて該活性基体によ
り前記電極基体の全面を覆うようにすることが望ましい
が、必要部分のみ覆うようにしてもよい。又電極基体に
開放端が複数箇所存在する場合には全ての開放端に前記
活性基体を係合させる必要はなく両者を一体化するため
に必要な箇所にのみ係合させればよい。しかしこの電極
構造体がイオン交換膜を使用して対極から区画される場
合にはこのイオン交換膜に接触する該電極構造体の全て
の開放端に折り曲げた活性基体を係合させて該開放端が
直接イオン交換膜に接触しないようにしてイオン交換膜
を損傷から保護することが望ましい。つまり活性基体の
先端を電極基体の開放端に係合可能なように折り曲げる
とこの折り曲げ部は必然的に丸みを帯びた形状となりイ
オン交換膜と接触しても該イオン交換膜を損傷すること
がなくなり、鋭利な前記開放端によるイオン交換膜の損
傷が効果的に防止されるのである。

【０００８】前記電極基体と活性基体とは通常スポット
溶接等により接合されるが、該活性基体の折り曲げ部等
で互いに電気的に十分接続される場合には溶接を行わな
くてもよく、係合のみで両者を一体化させると前記活性
基体の電極基体との着脱を容易に行うことができる。又
既使用の電極基体の端部にはイオン交換膜保護のために
前述のワイヤーやテープが装着されていることがあり、
従来の電極構造体では該ワイヤー等の離脱防止用の手段
を必要としたが、本発明の電極構造体では前記活性基体
の折り曲げ部と電極構造体との端部間でこのワイヤー等
を包み込んで保持し離脱を防止することができるため、
前記離脱防止用手段が不要になる。

【０００９】次に本発明に係わる電極構造体の一例を添
付図面に基づいて説明する。図２はエキスパンダブル電
極である新品の電極基体に活性基体を係合させて構成さ
れた電極構造体の一例を示す部分斜視図、図３は、図２
における電極基体の開放端と活性基体の折り曲げ部との
係合構造を示すＡ−Ａ線縦断面図である。電解槽底面に
立設された給電棒１には、２枚の可撓性薄板２を介して
２枚の横向きコ字状のチタン等の耐食性材料から成り白
金族金属酸化物等の電極物質が被覆された箱型の多孔性
電極基体３が電気的に接続され、この電極基体３の上下
端には鋭利な開放端４が形成されている。

【００１０】この電極基体３の周囲には該電極基体３と
ほぼ同形状で前記電極物質より高活性の電極物質又は同
一の電極物質が被覆された薄肉の多孔性活性基体５が接
触して設置され、該活性基体５の上下端に（上端のみを
図示）内向きに丸みを帯びた折り曲げ部６が形成されて
いる。この折り曲げ部６は前記開放端４を挟み込んで前
記電極基体３及び該活性基体５とを一体的に係合させる
とともに両者を電気的に接続し前記給電棒１から活性基
体５への電気の供給を可能にしている。これらの多孔性
電極基体３及び多孔性活性基体５の孔径は同一であって
もよいが、イオン交換膜内の電流分布を考慮し又均一な
電極反応のために、該活性基体５の孔径を小さくするこ
とが望ましい。又両基体３、５は電解液の流通を円滑に
するため多孔性であることが必要であるが、例えば両基
体３、５が菱形の孔を有し、両基体を孔の方向性が一致
するように接触させると互いに孔が閉塞されて電解液の
流通が阻害されることがあるため、方向性をずらすよう
両者を接続することが望ましい。又図示の構造体では前
記折り曲げ部６により開放端４のイオン交換膜への接触
が防止されるため従来のようにワイヤーやテープ等の補
助部材を使用する必要がない。

【００１１】図４は既使用の電極基体における図３の係
合構造に対応する例を示す部分断面図、図５は更に他の
例を示す部分断面図である。図４に示す通り、開放端
４′を有する既使用の電極基体３′の該開放端４′には
該開放端４′が直接イオン交換膜に接触することを回避
するため耐食性材料から成るワイヤー７が溶接等により
固定されている。多孔性活性基体５′の端部に折り曲げ
部６′を形成し、図３と同様にこの折り曲げ部６′で前
記開放端４′を挟み込んで前記電極基体３′及び該活性
基体５′とを一体的に係合させて電極構造体が構成され
る。この既使用の電極基体の場合には電極物質が失活し
た電極基体３′の代わりに高活性の電極物質が被覆され
た活性基体５′により電極を分解することなく再活性化
が可能になる。そして活性基体５′の電極物質が失活し
た場合には活性基体５′と電極基体３′との係合を解除
し、新たな活性基体を電極基体３′と係合することによ
り更に電極を再活性化することができる。そして図示の
電極構造体ではワイヤー７が折り曲げ部６′内に収容さ
れ離脱することがないため安定した電解操作を継続する
ことができる。図５の電極構造体では図４のワイヤー７
の代わりにフッ素樹脂製等の耐食性テープ８で電極基体
３′の端部を被覆した例を示すもので、図４の場合と同
様にして電極基体３′及び活性基体５′で電極構造体を
構成するようにしている。

【００１２】

【実施例】次に本発明の電極構造体を食塩電解に使用し
た場合の実施例を記載するが、本発明の電極構造体はこ
れらに限定されるものではない。

【実施例１】図２及び３に示した電極構造体を使用して
活性基体を使用した際の電解電圧の増減を測定した。箱
型の隔膜型電解槽内に向かい合う壁面間に架設されるよ
うに複数の筒状のニッケルめっきを施した軟鉄製陰極を
設置した。エキスパンドメッシュ状チタン基体上にルテ
ニウム（30モル％）−チタン（70モル％）の酸化物を被
覆した横向きコ字状で厚さ1.5 ｍｍの２枚の電極基体を
図示の如く給電棒に接続した。この電極基体と同じ電極
物質が被覆され板厚が0.5 ｍｍで孔径が等しく縦方向の
長さが10ｍｍだけ長い活性基体の上下両端に折り曲げ部
を形成しこの折り曲げ部を前記電極基体の上下の開放端
に係合させ電極基体にスポット溶接して陽極電極構造体
を構成した。

【００１３】デュポン社製の商品名ナフィオン90209 イ
オン交換膜を袋状に成形し、該イオン交換膜内に前記電
極構造体を前記活性基体がイオン交換膜に密着するよう
に収容しかつ前述の隣接する陰極間に設置し、該イオン
交換膜内により前記電解槽を内側の陽極室と外側の陰極
室に区画した。この電解槽内に300 ｇ／リットルの食塩
水溶液を供給し液温90℃、電流密度20Ａ／ｄｍ² の条件
で電解を行った。24時間経過時の電解電圧は3.045 Ｖで
あった。運転を停止し、前記電極基体のみを陽極として
同一条件で電解を行い、24時間経過後に電解電圧を測定
したところ3.100 Ｖであった。この結果から活性基体を
使用することにより電解電圧が大きく減少することが判
る。又本電極構造体を使用して１年間の連続運転を安定
して行うことができ、イオン交換膜にも何ら異常が認め
られなかった。

【００１４】

【実施例２】実施例１の同様の電極を作製しこの電極44
枚でイオン交換膜電解槽を形成した。対比用として同じ
基体表面に同じメッシュをスポット溶接で取り付け端部
は折り曲げずに基体電極端に合わせた電極を作製した。
この電極で同様の電解槽を形成した。両電解槽を使用し
て実施例１と同じ条件で長期電解を行った。６ケ月の連
続電解を行い、対比用の電解槽の発生塩素中の酸素が２
％から2.5 ％に増加し、陽極液中の次亜塩素酸ソーダの
濃度上昇が認められたので開槽したところ44電極中の８
電極の端部に相当する部分のイオン交換膜に電極との接
触に起因すると見られるピンホールが認められた。一方
本実施例の電解槽及び電極には全く変化がなく、イオン
交換膜にもピンホールは認められなかった。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、その表面に電極物質が被覆さ
れかつ開放端を有する多孔性電極基体と、その表面に電
極物質が被覆された多孔性活性基体とを含んで成り、該
多孔性活性基体の先端を折り曲げて前記多孔性電極基体
の開放端の少なくとも一部に係合させて一体化したこと
を特徴とする電極構造体である。本発明の電極構造体は
電極基体と活性基体とを両者を係合させることにより一
体化させ、前記電極基体の電極の活性の不足を前記活性
基体の電極活性により向上変化させるようにしている。
電極基体が既使用で電極物質の活性が低下している場合
にも該電極物質を剥離する手間を掛けることなく単に該
電極基体上に活性の低下していない電極物質を被覆した
活性基体を係合させるのみで電極物質のリコーティング
と同一の効果を生じさせることができる。そして電極基
体上に活性基体を係合させる構造であり、該電極基体が
十分な機械的強度を有しているため活性基体を薄くかつ
より微細な孔を有する構造とすることができ、イオン交
換膜を使用する場合には該イオン交換膜との相互作用に
よる低電圧化及びより活性な電解を可能にする。更に孔
径の選択等による電極形状の修正による電解条件の適正
化を図ることも可能である。

【００１６】そして本発明の電極構造体では、活性基体
の先端を折り曲げて電極基体の鋭利な開放端の少なくと
も一部に係合しているため、イオン交換膜を使用する場
合でも前記開放端がイオン交換膜と接触することがな
く、高価なイオン交換膜を損傷から保護することができ
る。そして従来の電解槽ではイオン交換膜保護のために
ワイヤーやテープ等の補助部材が設置されかつ該補助部
材の離脱防止手段を必要としたが、本発明の電極構造体
ではこれらは不要でありかつ設置する場合でも活性基体
と電極構造体を係合させる活性基体の折り曲げ部にこれ
らを包み込むことができるため、別個の離脱防止手段が
不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のエキスパンダブル電極を例示する部分斜
視図。

【図２】エキスパンダブル電極である新品の電極基体に
活性基体を係合させて構成された電極構造体の一例を示
す部分斜視図。

【図３】図２における電極基体の開放端と活性基体の折
り曲げ部との係合構造を示すＡ−Ａ線縦断面図。

【図４】既使用の電極基体における図３の係合構造に対
応する例を示す部分断面図。

【図５】更に他の例を示す部分断面図。

【符号の説明】

１・・・給電棒 ２・・・可撓性薄板 ３、３′・・・
多孔性電極基体 ４、４′・・・開放端 ５、５′・・
・活性基体 ６、６′・・・折り曲げ部 ７・・・ワイ
ヤー ８・・・テープ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その表面に電極物質が被覆されかつ開放
   端を有する多孔性電極基体と、その表面に電極物質が被
   覆された多孔性活性基体とを含んで成り、該多孔性活性
   基体の先端を折り曲げて前記多孔性電極基体の開放端の
   少なくとも一部に係合させて一体化したことを特徴とす
   る電極構造体。
2. 【請求項２】 多孔性活性基体の孔径を多孔性電極基体
   の孔径より小さくした請求項１に記載の電極構造体。
3. 【請求項３】 多孔性活性基体の厚さを多孔性電極基体
   の厚さより薄くした請求項１に記載の電極構造体。
4. 【請求項４】 多孔性電極基体が未使用電極である請求
   項１に記載の電極構造体。
5. 【請求項５】 多孔性電極基体が既使用電極である請求
   項１に記載の電極構造体。
6. 【請求項６】 多孔性電極基体の開放端と多孔性活性基
   体の先端との間に補助部材を包み込んだ請求項５に記載
   の電極構造体。