JPH071070U - 積層メッシュ電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気化学反応は、電極表面と溶液との界面で
起こる二次元接触反応であるが、本考案は、電解反応を
より立体的に、より三次元的に行なわせるための電極表
面を提供する。また、あわせて、反応点の分散活性化を
計り、電流分布をより均一にする電極表面を提供する。 【構成】 基本的に網状やラス状の電極を、焼結やスポ
ット溶接により２枚以上積層し、積層メッシュ電極とす
ることで、電極表面の三次元化と比表面積の増加を計
り、さらに反応点の分散活性化と電流分布の均一化を計
る。使用する網やラスのサイズはその目的から、５メッ
シュから４００メッシュまでの限定を付けた。

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、水溶液の電解や燃料電池に用いられる電極の改良に関する。 電気化学反応は陽極および陰極の電極表面と溶液との界面でのみ起こる不均一 接触反応であり、いかに目的とする電気化学反応を効率よく行なわせるかは永遠 の課題である。したがって、現在までにも沢山の発明や考案が、電極のみならず 電解槽、隔膜、リード等も含め提案されている。 一般に電極は陽極も陰極も平板状のものが多い。これは電気化学反応が界面で 起こる二次元反応のため、その界面を増やすための初歩的な手段にほかならない 。しかし、平板では相手極の形状や極間距離にもよるが電流が周囲に集中してし まい電流密度がかなり不均一になり、電流密度を上げれば上げるほと目的とする 反応を効率よく行なわすことが困難になる。これらの対策として従来は板に一定 間隔で穴をあけたパンチングメタルや刻みを入れ引伸したラス（エキスパンドメ タル）材が使用され、一定の効果を上げている。 一方、電極の真の表面積を増やすことは、見掛けの面積当たりの電流を増やせ るため、マクロ的にもミクロ的にも種々の検討がされている。ブラストで電極表 面を粗化したり、溶出可能な金属を合金化した後溶出したり、いわゆる発泡ニッ ケル的なものや粉末冶金的なものまで沢山の提案があり、それなりの効果は上げ ている。 しかしながら、これらの改良は基本的に二次元界面の域を出ず、加工性、強度 、通電牲等にも問題は残っていた。本考案はこれらの改良をさらに押し進め、電 解反応の界面を三次元的にして電極比表面積を飛躍的に増加させ、かつ電流分布 の均一化を実現するものである。 本考案はこの電極の形状に着目し、基本的に網やラス状の電極を数枚重ね合わ せることにより、場合によってはその中に電流を供給するためのリードを挿入す ることにより、電極表面の三次元化と比表面積の増加を計り、さらに反応点の分 散活性化と電流分布の均一化を計ることで結果として目的とする電気化学反応を 効率よく行なわせるものである。網目のサイズに５から４００メッシュの範囲が 限定されているのは、５メッシュ以下では目の大きさが４．２ｍｍ×４．２ｍｍ 以上となって空間が大きくなりすぎ、４００メッシュ以上では逆に目の大きさが ３０μｍ×３０μｍ以下となって小さ過ぎるため、実際に作用する反応面積の増 大に寄与しないためである。 網を積層する際にピッチをずらしたり、４５°回転したりすることも有効な方 法で本考案に含まれるものであり、この場合の網目サイズはそれを投影して確認 されるメッシュとする。 以下実施例に沿って説明する。 実施例１ ８メッシュのチタン網（φ０．６ｍｍ線・目の大きさ２．５７×２． ５７ｍｍ）４００×５００ｍｍ５枚を重ねて、窒素ガス雰囲気中７００℃５Ｋｇ ／ｃｍ^２で加圧燒結（拡散接合）し、厚さ４から５ｍｍの積層メッシュ元板を作 製した。ここから５０×１００ｍｍの積層メッシュ２枚を切り出し、５％フッ酸 およびフッ化アンモニウムと蓚酸の混合溶液にそれぞれ３分漬けた後、１枚はジ ニトロジアミノ白金を硫酸に溶解しためっき液（Ｐｔ５ｇ／ｌ）中で２Ａ／ｄｍ^２ ・２０分めっき約２μｍＰｔめっきを行ない、もう１枚は塩化イリジウム酸・ 塩酸・ブチルチタネートの混合液を５回塗布乾燥を繰り返した後５６０℃・３０ 分焼成して約１０ｇ／ｍ^２のＩｒＯ_２をコーティングし積層メッシュ電極とした 。 実施例２ 上記と並行して通常のチタン板（厚さ１ｍｍ）に同一条件でそれぞれ ＰｔめっきとＩｒＯ_２コーティングした電極を作製し、３％食塩水中で陽極とし て電解比較試験を行なった。その結果ではＰｔめっきしたものも、ＩｒＯ_２コー ティングをしたものも、いずれも積層メッシュ電極の方が槽電圧が０．２Ｖ程度 低く、電極面からの泡の発生状態も均一であり、比表面積の増加効果と反応点の 分散・均一化効果が確認された。 実施例３ 厚さ１ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）板上に同じ材質の６０メッ シュ金網３枚と１５０メッシユ金網２枚を交互に重ね、１０ｍｍ間隔でスポット 溶接を行ないリード付きの積層メッシュ電極とした。この電極を陰極として銅め っき廃液からの銅の１次回収を行なったところ、従来の３倍の電流密度で運転で き、単位面積あたりの処理量を飛躍的に増加させることができ、結果として回収 装置の小型化が実現できた。 実施例４ １００メッシュの鉄製の金属網（亜鉛引き・線径中φ０．１１ｍｍ・ 目の大きさ０．１４×０．１７ｍｍ）５枚をピッチをずらてし重ね、４５０℃で 加圧・燒結後、５０×７０ｍｍに２枚切り出した。塩酸にて酸洗後一方は５％塩 化白金酸溶液に、もう一方は３％塩化パラジウム溶液に浸漬、ＰｔとＰｄをそれ ぞれ被覆した積層メッシュ電極とした。Ｐｔ積層メッシュ電極を陽極、Ｐｄ積層 メッシュ電極を陰極として、１０％ＫＯＨ溶液中で電解を行なった結果、それぞ れ板状のものを使用した場合より槽電圧を０．３Ｖ程度下げることができた。両 極からの酸素および水素の発生に伴うガスの分布は均一であり、積層メッシュ電 極の性能を確認できた。 以上の通り本考案は、電極として金属網を少なくとも２枚以上重ね合せた積層 メッシュ電極を採用することで、比表面積の増加と反応点の分散・均一化させた 電極を提供するものである。 なお、実施例に示す電極の形態や組み合せは、本考案を限定するものではない 。

【図面の簡単な説明】 第１図から第４図は本考案による積層メッシュ電極の実
施例でいずれも正面図と底面図を示す。第１図は８メッ
シュのチタン網５枚を積層・燒結した電極、第２図は板
厚１ｍｍのステンレスの片面に６０メッシュ３枚と１５
０メッシュ２枚を交互に積層しスポット溶接で固定した
電極、第３図はＳ_ｗ０．５×Ｌ_ｗ０．７５ｍｍのチタン
ラス（エキスパンド）４枚を積層・燒結し、チタン−銅
クラッドリードにスポット溶接で固定した電極、第４図
は板厚２ｍｍのニッケルに液拡散用の貫通穴をあけ、１
６メッシュのニッケル網を３枚ずつ両面に積層・燒結し
た電極である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 （１）電解または電池に用いる電極において、その一部
   または全部に耐食性の金属網（メッシュ）を少なくとも
   ２枚以上重合わせ固定し、溶接し、もしくは燒結した積
   層メッシュを使用することを特徴とする電極。 （２）前項の積層メッシュ電極においてその一部に電流
   を流すためのリード部分を接合したことを特徴とする電
   極。 （３）上記積層メッシュ電極の耐食性の金属網上に電極
   触媒能を有する金属、金属酸化物またはこれらの混合物
   を被覆したことを特徴とする電極。 （４）上記積層メッシュ電極の耐食性の金属網としてチ
   タン、ニッケル、鉄およびこれらを主成分とする合金も
   しくはステンレスでできた５メッシュから４００メッシ
   ュの網または同様なサイズのラスを使用することを特徴
   とする電極。