JPH06212471A - 陰極を触媒で活性化する方法 - Google Patents

陰極を触媒で活性化する方法

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JPH06212471A
JPH06212471A JP5221408A JP22140893A JPH06212471A JP H06212471 A JPH06212471 A JP H06212471A JP 5221408 A JP5221408 A JP 5221408A JP 22140893 A JP22140893 A JP 22140893A JP H06212471 A JPH06212471 A JP H06212471A
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トーマス・シユミット
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単で効率の良い、アルカリ性水電気分解用
の陰極を触媒で活性化する方法を提供する。 【構成】 電気分解槽を運転している時、白金属の金属
を陰極の上に電気的に析出させるため、電気分解槽中の
電解質に水溶性の白金属の金属を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、白金属の金属を有す
るアルカリ水電気分解用の陰極を触媒により活性化する
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】触媒で活性化することによって、陰極の
過電圧が低下する。従って、アルカリ水電気分解で電解
槽の電圧およびエネルギ消費が相当低下する可能性があ
る。陰極を触媒で活性化するためには、ラネイ・ニッケ
ルの外に、ニッケル・モリブデンのような遷移金属合
金、RuO2のような白金属の金属酸化物、および白金、パ
ラジウム、ルテニウム等のような白金属の金属を使用す
ることが知られている（"S. Trasatti in H. Geischer,
W. Tobias (Eds.) Advance in Electrchem. Schience
and Engineering, Vol. 2, VCH 1992, pp. 2 - 85"およ
びドイツ特許第 3612 790号明細書を参照) 。
【０００３】これには、陰極に、例えば白金属の金属塩
の溶液を塗布し、この塩を熱分解して、分解時に生じる
白金属の金属を合金化することにより陰極表面に固定す
るため、陰極を加熱する。
【０００４】しかし、このように作製された陰極の活性
化が時間と共に弱まる。それ故、この公知の活性化法に
は、活性化が弱まると、活性化された陰極を有する新し
いセルを組み込むため、アルカリ水電解槽の全セルブロ
ックを解体する必要がある。使用済の陰極は表面を例え
ばサンドブラストで浄化して、活性層を塗布して再び活
性化される。この公知の活性化法は非常に作業経費がか
かる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明の課
題は、アルカリ水電解槽の電極を触媒により活性化する
非常に簡単な方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、白金属の金属を用いて、アルカリ性水電気分解
用の陰極を触媒により活性化する方法にあって、アルカ
リ性水電気分解槽の電解質に水溶性の白金属の金属塩を
添加し、電気分解槽を運転している間に前記塩の白金属
の金属イオンを陰極上に電気的に析出させることによっ
て解決されている。
【０００７】更に、この発明による他の有利な構成は、
特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００８】
【実施例】この発明による方法はアルカリ性水電気分解
槽で、その場で実行できる。アルカリ性水電気分解槽
は、例えばフィルタープレス装置のセル主要部を有す
る。この場合、セル主要部はそれぞれ多孔質ニッケル陽
極、隔膜および多孔質ニッケル陰極から成る連結板で形
成されている。この電極・隔膜・電極連結体は、EDEユ
ニットとも称される。多孔質電極層はニッケル粉末の焼
結するか、ニッケル酸化物を還元焼結して形成される。
この種の連結板は、例えばドイツ特許第 32 24 555 A1
号明細書およびドイツ特許第 32 24 556 A1 号明細書に
開示されている。しかし、この発明により活性化される
金属電極は板、穴空き板、メッシュあるいはリブ付きメ
ッシュでも形成できる。この金属は主にニッケルであ
る。
【０００９】電解槽の電流密度は運転時に主に 20 〜
2,000 mA/cm2,主に 100 〜 1,500 mA/cm2 になる。電
解質としては、少なくとも 15 重量％、主に 30 〜 40
重量％の濃度の水性カリウム水酸物溶液、場合によって
は、水性ナトリウム水酸物溶液が使用される。
【００１０】電解質の温度は、電解槽を運転している
時、沸点の近く、つまり 80 〜 120℃である。電解質に
圧力が加わっている場合、この温度はより高くにもな
り、例えば 150℃になる。電解質の温度をできるかぎり
高くすると、熱活性化により過電圧が更に低下する。
【００１１】この発明による方法は、実質上、アルカリ
性水電気分解槽の電解質に白金属の金属塩、主としてそ
の溶液を添加し、添加する白金属の金属が陰極に電気分
解して析出する点にある。即ち、この発明による方法
は、電解槽を運転中に、つまり電気分解中に実行でき
る。電気析出は水を電気分解するため電解槽を運転する
時と同じ条件で行われる。しかし、白金属の金属が電気
析出する間に、電解質の電流密度や温度が幾分低下する
と有利であることが知られている。白金属の金属を電気
析出させるには、 20 〜 50 ℃、殊に 20 〜 60 ℃の電
解質温度が特に適している。
【００１２】電流密度は、10 mA/cm2 以下に低下させる
べきんでない。何故なら、そうでなければ電気析出が長
い期間経過するからである。更に、特に電流密度が高い
場合、白金属の金属が陰極に毛髪状のデンドライトとな
って析出し、このデンドライトが安定でなく、簡単に剥
離するので、陰極の活性化が短期間喪失することも分か
っている。それ故、2 A/cm2,好ましくは 1 A/cm2以上の
電流密度はできる限り避けるべきである。
【００１３】活性化が数カ月あるいは数年しても減衰し
ない陰極を得るため、白金属の金属が陰極上にデンドラ
イト沈殿物として沈着するのでなく、密閉された層とし
て沈着することが必要である。これは、析出過程の電流
密度以上で達成される。
【００１４】層の重量は、付着せるべき陰極面の cm2当
たり 0.1 mg,好ましくは 0.5mgとなるべきである。層の
重量、つまり層の厚さが余りにも少ないと、密閉された
層に欠陥個所が生じる。この個所に機械的な変化が集中
して生じ、活性化の期間が低下する。
【００１５】この発明による方法で装着した白金属の金
属被膜によって、セル主要部が多孔質ニッケル陰極の前
記 EDEユニットで構成されているフィルタープレス形の
電解槽の電流密度が１A/cm2 で運転温度が 80 ℃の場
合、約 200 mV ほど、また運転温度が 120℃の場合、約
240 mV ほど陰極過電圧が低下する。この場合、陰極に
は陰極面の cm2当たりに対して 4 mg ルテニウムが塗布
されている。上に述べた200ないしは 240 mV の過電圧
の低下は同じセル主要部に関するが、陰極を活性化する
ことはない。
【００１６】白金スポンジを被せた白金陰極、所謂 RHE
ないしは可逆水素電極に比べて、この発明による活性化
陰極の過電圧の低下は電流密度が 300 mA/cm2 の場合、
未だ80 mVである。
【００１７】電解質に添加すべき白金属の金属塩の全量
は、電解槽で活性化すべき陰極面の広さと陰極面の cm2
当たり白金属の金属に望む付着量により与えられる。白
金属の金属塩が金属槽の電極質に水性溶液として添加さ
れる。白金属の金属塩は、例えば窒化物、塩化物、ある
いはアセトネートであってもよい。
【００１８】付着期間は電流密度、温度、望む付着量等
に依存する。この期間は 2 h〜 5日であり、しかし、通
常 1〜 3日の間にある。その場合、先に述べたように、
場合によって、低いレベルになっても水素生成が更に進
行する。
【００１９】今まで行った研究が示すように、この発明
により活性化した陰極の活性度は数カ月の電解槽の運転
後にも顕著な低下が生じない。この発明による方法の利
点は、触媒活性度に何らかの低下がある場合、陰極の活
性化を問題なく更新できる。つまり、活性化の効率が衰
えた場合、電解槽を運転中の活性化を極度に少ない運転
経費で任意に何度も繰り返えすことができる。
【００２０】白金属の金属は、この発明による方法の場
合、陰極にのみ付着する。陽極は影響を受けない。白金
属の金属を錯体形成物で構成すると、特に安定で閉じた
白金属の金属表面が得られる。更に、この白金属の金属
は、錯体形成物と一緒に電解槽の電解液に添加できる。
【００２１】錯体形成物としては、例えばエチレンヂア
ミノテトラ酢酸、トリニトリロ酢酸および他のアミノカ
ーボン酸が使用される。しかし、他の白金属の金属も使
用できる。例えば白金自体、H2PtCl6 あるいはPtCl2 と
して使用できる。
【００２２】
【発明の効果】この発明による方法により、アルカリ水
電解槽の電極を触媒により特に効率良く活性化できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハルトムート・ヴエント ドイツ連邦共和国、デイーブルク、フオル ストハウスシユトラーセ、33

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 白金属の金属を用いて、アルカリ性水電
    気分解用の陰極を触媒により活性化する方法において、
    アルカリ性水電気分解槽の電解質に水溶性の白金属の金
    属塩を添加し、電気分解槽を運転している間に前記塩の
    白金属の金属イオンを陰極上に電気的に析出させること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 白金属の金属イオンを析出させるため、
    電流密度を 10 mA/cm2あるいはそれ以上に設定すること
    を特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 電解質の温度は白金属の金属イオンを析
    出させるとき 20 〜60 ℃に設定されることを特徴とす
    る請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 析出する白金属の金属の量は活性化させ
    るべき陰極表面の cm2あたり少なくとも 0.1 mg である
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 白金属の金属塩は塩化物、窒化物あるい
    はアセトネートであることを特徴とする請求項１〜４の
    いずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 白金属の金属塩は錯体の形にして使用さ
    れることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 白金属の金属用の錯体形成物としては、
    エチレンジアミノテトラ酢酸、トリニトリロ酢酸、ある
    いは他のアニノカーボン酸が使用されることを特徴とす
    る請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 白金属の金属に対する錯体形成物の化学
    量論的比率は１〜 1.5であることを特徴とする請求項６
    または７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 白金属の金属はルテニウムであることを
    特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
JP5221408A 1992-10-01 1993-09-06 陰極を触媒で活性化する方法 Withdrawn JPH06212471A (ja)

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