JPH0633488B2 - 陰極の製造方法 - Google Patents

陰極の製造方法

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JPH0633488B2
JPH0633488B2 JP60063217A JP6321785A JPH0633488B2 JP H0633488 B2 JPH0633488 B2 JP H0633488B2 JP 60063217 A JP60063217 A JP 60063217A JP 6321785 A JP6321785 A JP 6321785A JP H0633488 B2 JPH0633488 B2 JP H0633488B2
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博也 山下
武志 山村
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水素過電圧が低く且つ耐久性に優れた陰極の製
造方法に関し、特に塩化ナトリウム水溶液の隔膜法電解
に好適な陰極の製造方法を提供するものである。
〔従来の技術〕
従来、アルカリ金属塩水溶液の電解,特にイオン交換膜
法による塩化ナトリウム水溶液の電解により塩素と水酸
化ナトリウムとを得る技術等の開発が進み、益々高い電
流効率と低い電圧による電解、即ち電力原単位の向上が
図られている。これらの技術動向のうち、電流効率の向
上は主として、イオン交換膜の改良として、また電圧の
低下にについては、イオン交換膜の改良と並行して、電
極における電解時の過電圧を低下させる検討が行われて
いる。このうち陽極にあってはすでに種々の優れた提案
がなされており、ほとんど陽極過電圧が問題とならない
電極が工業的に用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに陰極、即ち水素発生用電極あつては、一般に軟
鉄或いはニツケル製のものが工業的に使用されており、
例えば400mV程度の高い水素過電圧を許容しているた
め、その改善の必要性が指摘されている。
近年、水素過電圧の低減を目的として種々の特許出願が
なされている。例えば特開昭55−164491号,特開55−
131188号,特開昭56−93885号,或いは特
開昭58−167788号公報に示された電極にあつて
は電極基体上にニツケル,コバルト,銀などの粒子又は
これらの金属とアルミニウムその他の金属との合金の粒
子を、溶着或いは銀,亜鉛,マグネシウム,スズ等の保
持用金属中に一部露出するように埋没させ、場合によつ
ては保持用金属層の一部を化学的に浸食させて多孔化し
た微粒子固定用の電極,或いは特開昭54−60293
号の如く、含硫質ニツケル塩を含みメツキ浴を用いて、
電極基体上に電気メツキを行う活性金属の電析法により
水素過電圧を小さくさせた水素発生電極が提案されてい
る。
これらの提案により比較的小さい水素過電圧の陰極を得
ることは可能であるが、より小さい過電圧とすること及
び陰極性能の持続性を大きくすること或いは廉価である
ことなど種々改良の必要性がある。例えば前記微粒子固
定形の電極にあつては、微粒子金属自体が高価であつた
り、その調製が容易でない等に加えて、一般に製法が複
雑であり、得られた製品である電極の性能がバラツキや
すい等、性能安定性に欠ける傾向にある。また後者の含
硫黄ニツケル浴による電気メツキにあつては、水素過電
圧を十分に小さくすることに難があり、場合によつては
耐久性が小さい等の欠点がある。
一方、他の方法として例えばニツケル,鉄,或いはこれ
らの合金よりなる基体をエツチング,サンドプラスト等
で表面処理する方法が提案されている。
しかしながら、これらの方法に用いる基体は元来陰極
(触媒)として使用するために製造されたものでないた
め、上記した機械的な表面処理では水素過電圧を充分に
低下させることは出来ず、また耐久性にも問題があつ
た。
そこで本発明の目的は、比較的安価な原材料を用い、且
つ高い機械的強度を有し、更に水素過電圧の低い、例え
ば30A/dmU2の電流密度において、水素過電圧が20
0mV以下、特に150mV以下であり、しかも性能が長期
間安定して使用可能となる陰極の製造方法を提供するも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、上述の目的を達成するために鋭意研究の
結果、電極基体上に多孔性物質層を形成した後、焼結被
覆法によりスズの含有量が特定なニツケルとスズとの合
金よりなる活性物質層を形成させた陰極の水素過電圧が
極めて低いことを見出して、本発明を完成するに至つた
ものである。即ち、本発明は、電極基体上に多孔性物質
を形成した後、少なくともニッケルとスズよりなり、且
つスズがニッケルとスズの重量の1〜65重量%である
ニツケルとスズの合金よりなる活性物質を焼結被覆する
ことを特徴とする陰極の製造方法である。
本発明に用いる電極基体は、導電性物質であればよく一
般に陰極として使用する環境下に耐久性のある金属を用
いる。従つてアルカリ金属塩特にハロゲン化アアルカリ
金属の電解水の電解に用いる場合には、電極基体として
軟鉄やニツケルを用いるのが好ましい。しかしながら、
銅或いは銅合金の如き良電導性金属、場合によつてはチ
タン等も使用することが出来る。
電極形状は、電極基体の形状によつて定まるものであ
り、本発明において特に限定されるものではなく、一般
に電解槽における陰極として使用される形状のものが使
用される。
例えば平板状,網状,パンチドメタル,エキスパンドメ
タル,スダレ状などである。該電極基体は表面多孔性物
質層を形成させるに先立つて、脱脂,エツチング等の前
処理を施すことが好ましい。その方法は公知の方法が特
に制限なく用いられる。
本発明において、電極基体上(表面)に多孔性物層を形
成させる方法としては、一般に導電性粒子を含有した金
属メツキ層を存在させる方法が好ましく用いられる。例
えば、特開昭56−133484号公報に記載のよう
に、導電性粒子を含む金属メツキ浴を用いて電気メツキ
する方法が採用できる。導電性粒子は導電性および耐食
性を有する粒子であれば特に制限されない。例えばクロ
ム,モリブデン,タングステン,バナジウム,ニオブ,
タンタル,チタン,鉄,コバルト,ニツケル,銀等の金
属粒子、タングステンカーバイド,シリコンカーバイ
ト,炭化ホウ素,ジルコニウムカーバイト,炭化チタ
ン,炭化ハフニウム,炭化ニオブ,炭化タンタル,グラ
フアイト,炭化バナジウム等の炭化物、ホウ化鉄,ホウ
化ニツケル等のホウ化物,窒化バナジウム,窒化ニオ
ブ,窒化チタン等の窒化物等で、特に好ましくはタング
ステンカーバイトであり、その粒径が0.05〜50μが好
ましく、特に好ましくは0.5〜5μのものが用いられ
る。
金属メツキ浴としては従来公知のメツキ浴が特に制限な
く用いられるが特に銀,ニツケル,鉄,コバルト等の周
期表第4周期等VIII族金属よりなるメツキ浴が好まし
く、例えばニツケルのメツキ浴としてはワツト浴,ニツ
ケルブラツク浴,ニツケル錯塩浴等が、また銀のメツキ
浴としてはシアン浴等が用いられる。上記メツキ浴を用
いるメツキ条件は適宜選定すればよいが、一般には金属
メツキ浴中に導電性粒子を1〜100g/の濃度で懸
濁した状態で、得られる電極基体上のメツキ層中におけ
る導電性粒子の含有量が2〜50容量%になる如くメツ
キ条件を選定することが好ましい。このようにすること
により、電極基体表面に凹凸を有する多孔性物質が形成
され、該多孔性物質層は電極の表面積を大きくするのみ
でなく、後述する陰極活性物質の含浸を容易にし、該物
質が強固に結合する効果をもたらし、更に該活性物質の
結晶の成長を抑制する効果をも有する。
電極基体上に多孔性物質層を形成させる方法は、上記の
メツキ方法に特に限定されるものではなく、そのほか例
えば溶射等の手段によつて導電性粒子を電極基体上に固
着させてもよい。この場合、多孔性物質層の厚さは特に
制限されないが、水素過電圧のより低い陰極を得る為に
は、後述する活性物質を焼結被覆して得られる活性層の
厚さよりりも厚くすることが好ましい。
本発明において、電極基体表面に存在させる活性物質で
あるニツケルおよびスズの特定割合を有する合金層は、
必ずしも電極基体の全表面を覆つていることは必須では
ないが、電極の有効面積を増大させる意味から全表面を
覆う方が有利である。また、電極基体として例えば銅な
どを用い、それ自体陰極の使用環境下に腐食の恐れのあ
る場合には、当然該基体の全面(溶液中に浸漬される部
分の全面)を被覆するべきである。また本発明におい
て、電極基体の表面に存在させる活性物質の組成は水素
過電圧にに対して極めて重要な意味を有する。即ち、該
活性物質は少なくともニツケルとスズよりなる合金であ
るが、特にニツケル及びスズ場合によつてその他に表面
積を増すための第三の成分を加えることも有効である。
更に不可避的に混入される他の元素又は化合物を含むこ
とも可能である。該活性物質中のニツケル(Ni)とス
ズ(Sn)との割合、即ち、 が1〜65重量%,好ましくは20〜60重量%の範囲
である必要がある。スズの含有率がこの範囲をはずれる
と水素過電圧が増大する。
上記した特定は合金よりなる活性物質を電極基体に焼結
被覆する方法は、ニツケル又はスズを塩化物,臭化物,
沃化物等の化合物、或いはギ酸塩,硝酸塩等(以下、陰
極活性物質という)の形で、水,エタノール,ブタノー
ル等の溶媒に一般に0.5〜15重量%の濃度になるよう
に溶解させ、この陰極活性物質の溶液を前述した多孔性
物質層上にコーテイングし、次いで熱分解することによ
つて行なわれる。この陰極活性物質溶液をコーテイング
する方法は特に限定されず噴霧,塗布,浸漬等の方法が
用いられる。また熱分解の条件は、陰極活性物質溶液が
コーテイングされた電極基体を一般に不活性ガス雰囲気
下あるいは還元雰囲気下等の酸素の不存在下において、
一般に200℃〜800℃,好ましく300〜550
℃,特に好ましくは400〜450℃の温度で15分間
から3時間加熱することにより特定のニツケル−スズ合
金が焼結される。尚、熱分解後も基体が100℃以下に
なるまで酸素の不存在下に維持するのが好ましい。酸化
雰囲気中(酸素の存在下)での熱分解は性能の低下を招
くため好ましくない。
本発明においては、陰極活性物質が焼結被覆されて形成
される活性層の厚さが0.01〜20μ,好ましくは0.1〜
3μとなるようにコーテイングおよび熱分解を繰り返し
行なうのが一般的である。
また、本発明の焼結被覆方法としては上記の方法の他に
多孔性物質層上に溶射等の手段を用いて、1〜65重量
%のニツケル−スズ合金を被覆する方法でもよい。
〔作用及び効果〕
本発明の陰極は導電性物質好ましくはニツケル,鉄ある
いはこれらの金属を1成分とする合金等からなる電極基
体の表面に多孔性物質層を形成させた後、スズ含有率が
1〜65重量%のニツケル−スズ合金よりなる活性層を
形成させることにより極めて低い水素過電圧、例えば9
0℃,11N−NaOH中で30A/dmU2の電流密度にお
いて水素過電圧100mVとすることも可能である。かか
る作用効果を生ずる理由は必ずしも明らかではないが、
ニツケルに特定量のスズが混入することにより触媒能が
向上することや、下地の多孔性物質層が上述の触媒粒子
の分散度度を高めているため、陰極として用いた場合に
水素過電圧の低下をもたらしていると推定される。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を示すが、本発明は特にこれらに限
定されるものではない。
実施例 1 脱脂,エツチング処理した軟鋼製エキスパンドメタル
(SW:3mm,LW:6mm,板厚1.5mm)に、特開昭56−
133484号に従つて第1表に示す分散メツキ浴を用
いて5A/dm2で5分間メツキを行なつた。かかる処理
を施した基体上に、NiCl・6H2OおよびSnCl2・2H2Oを溶
解させ、それぞれ所定の濃度に調製したブタノール溶液
を塗布し、ニツケルとスズの担持量の和がすべての実施
例で5回の熱分量で1.7mg/cm2となるようにした。スズ
の含有率を種々変化させて、330℃の温度で窒素ガス
(N)雰囲気中で熱分解を行なつた。このようにして
得られた電極の90℃,11N−NaOH中で30A/dm2
の電流密度での水素過電圧を測定した。結果を第2表に
示す。
実施例 2 焼成温度を430℃にする事以外は実施例1と同様にし
た。結果を第3表示す。
比較例 1 Ni−Sn合金中のSn含有率を75Wt%にし、焼成温度を3
30℃,430℃にした。
結果を第4表に示す。
比較例 2 タングステンカーバイトを含む分散メツキを行なわない
事以外は実施例2と同様にして行なつた。結果を第5表
に示す。
実施例 3 焼成を水素雰囲気中では行なう事以外は実施例2と同様
にして行なつた。結果を第6表に示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極基体上に多孔性物質層を形成した後、
    少なくともニッケルとスズよりなり、且つスズがニッケ
    ルとスズの重量の1〜65重量%であるニッケルとスズ
    の合金よりなる活性物質を焼結被覆することを特徴とす
    る陰極の製造方法。
  2. 【請求項2】多孔性物質層が導電性粒子を含有した金属
    メッキ層である特許請求の範囲第1項記載の陰極の製造
    方法。
  3. 【請求項3】少なくともニッケルとスズの合金よりなる
    活性物質を400〜450℃の温度で焼結被覆すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の陰極の製造方
    法。
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CN113526622B (zh) * 2021-07-12 2022-12-27 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种泡沫镍负载多孔碳包覆镍锡-铁镍合金电极材料及其制备方法和应用

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