JPH1081987A - ガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用する塩水電解槽 - Google Patents
ガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用する塩水電解槽Info
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- JPH1081987A JPH1081987A JP8252480A JP25248096A JPH1081987A JP H1081987 A JPH1081987 A JP H1081987A JP 8252480 A JP8252480 A JP 8252480A JP 25248096 A JP25248096 A JP 25248096A JP H1081987 A JPH1081987 A JP H1081987A
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- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
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- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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- C25B11/031—Porous electrodes
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- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のガス拡散陰極を使用する塩水電解槽特
に大型の電解槽では、該ガス拡散陰極内に滞留しやすい
生成苛性アルカリ溶液がガス供給及び排出を阻害して電
極性能の低下を招きやすかった。本発明は、電解槽を大
型化しても電極性能の低下を殆ど又は全く生じないガス
拡散陰極及び塩水電解槽を提供することを目的とする。 【構成】 イオン交換膜２に密着したガス拡散陰極６内
に案内片12を設置する。該ガス拡散陰極内を重力方向に
下降する苛性アルカリ溶液は前記案内片と接触すること
により移動方向を変え、陰極室方向に誘導されて、該ガ
ス拡散陰極内に滞留することがなくなる。
に大型の電解槽では、該ガス拡散陰極内に滞留しやすい
生成苛性アルカリ溶液がガス供給及び排出を阻害して電
極性能の低下を招きやすかった。本発明は、電解槽を大
型化しても電極性能の低下を殆ど又は全く生じないガス
拡散陰極及び塩水電解槽を提供することを目的とする。 【構成】 イオン交換膜２に密着したガス拡散陰極６内
に案内片12を設置する。該ガス拡散陰極内を重力方向に
下降する苛性アルカリ溶液は前記案内片と接触すること
により移動方向を変え、陰極室方向に誘導されて、該ガ
ス拡散陰極内に滞留することがなくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、効率良く電解生成物を
陰極室側に取り出すことのできるガス拡散陰極及び該ガ
ス拡散陰極を使用する２室型又は３室型塩水電解槽に関
し、より詳細には目的生成物である苛性アルカリを効率
良く前記ガス拡散陰極の陰極室側に案内するための案内
片を設置したガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用す
る２室型又は３室型塩水電解槽に関する。
陰極室側に取り出すことのできるガス拡散陰極及び該ガ
ス拡散陰極を使用する２室型又は３室型塩水電解槽に関
し、より詳細には目的生成物である苛性アルカリを効率
良く前記ガス拡散陰極の陰極室側に案内するための案内
片を設置したガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用す
る２室型又は３室型塩水電解槽に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】クロルアルカリ電解を代表と
する電解工業は素材産業として重要な役割を果たしてい
る。このような重要な役割を持つもののクロルアルカリ
電解に要する消費エネルギーが大きく、日本のようにエ
ネルギーコストが高い国ではその省エネルギー化が大き
な問題となる。例えばクロルアルカリ電解では環境問題
の解決とともに省エネルギー化を達成するために、水銀
法から隔膜法を経てイオン交換膜法へと転換され、約25
年で約40％の省エネルギー化を達成してきた。しかしこ
の省エネルギー化でも不充分で、エネルギーである電力
コストが全製造費の50％を占めているが、現行の方法を
使用する限りこれ以上の電力節約は不可能なところまで
来ている。より以上の省エネルギー化を達成するために
は電極反応を修正する等の抜本的な変化を行なわなけれ
ばならない。
する電解工業は素材産業として重要な役割を果たしてい
る。このような重要な役割を持つもののクロルアルカリ
電解に要する消費エネルギーが大きく、日本のようにエ
ネルギーコストが高い国ではその省エネルギー化が大き
な問題となる。例えばクロルアルカリ電解では環境問題
の解決とともに省エネルギー化を達成するために、水銀
法から隔膜法を経てイオン交換膜法へと転換され、約25
年で約40％の省エネルギー化を達成してきた。しかしこ
の省エネルギー化でも不充分で、エネルギーである電力
コストが全製造費の50％を占めているが、現行の方法を
使用する限りこれ以上の電力節約は不可能なところまで
来ている。より以上の省エネルギー化を達成するために
は電極反応を修正する等の抜本的な変化を行なわなけれ
ばならない。
【０００３】ガス拡散電極は、反応物質としてのガスを
電極表面に供給しやすい性質を有することを特徴とし、
燃料電池等の用途を踏まえて開発され（H.Wendt 、Elec
trochemical Hydrogen Technologies, p373 〜、1990及
びE.A.Ticianelliら、Journal of Electroanalytical C
hemistry 251, p275〜、1988) 、最近になってガス拡散
電極を工業電解に使用することが検討され始めている。
例えば過酸化水素のオンサイト製造装置では酸素還元反
応を行なうための疎水性陰極が利用されている（D.Plet
cher、Industrial Electrochemistry (第２版）p279
〜、1991) 。又アルカリ製造やアルカリ回収プロセスで
は対極反応としての陽極の酸素発生あるいは陰極の水素
発生の代替として陽極での水素酸化（J.Jorissenら、Jo
urnal of Electrochemistry 21、 p869 〜、1991) ある
いは陰極での酸素還元反応（三浦ら、日本化学会誌 19
82、p732〜) をガス拡散電極を用いて行ない消費電力の
低減が図られている。又亜鉛採取等の金属回収や亜鉛メ
ッキの対極としても水素陽極による減極が可能であるこ
とが報告されている（古屋ら、電気化学及び工業物理化
学 56 、p653〜、1988) 。
電極表面に供給しやすい性質を有することを特徴とし、
燃料電池等の用途を踏まえて開発され（H.Wendt 、Elec
trochemical Hydrogen Technologies, p373 〜、1990及
びE.A.Ticianelliら、Journal of Electroanalytical C
hemistry 251, p275〜、1988) 、最近になってガス拡散
電極を工業電解に使用することが検討され始めている。
例えば過酸化水素のオンサイト製造装置では酸素還元反
応を行なうための疎水性陰極が利用されている（D.Plet
cher、Industrial Electrochemistry (第２版）p279
〜、1991) 。又アルカリ製造やアルカリ回収プロセスで
は対極反応としての陽極の酸素発生あるいは陰極の水素
発生の代替として陽極での水素酸化（J.Jorissenら、Jo
urnal of Electrochemistry 21、 p869 〜、1991) ある
いは陰極での酸素還元反応（三浦ら、日本化学会誌 19
82、p732〜) をガス拡散電極を用いて行ない消費電力の
低減が図られている。又亜鉛採取等の金属回収や亜鉛メ
ッキの対極としても水素陽極による減極が可能であるこ
とが報告されている（古屋ら、電気化学及び工業物理化
学 56 、p653〜、1988) 。
【０００４】しかしこれらの工業電解では、溶液、ガス
の組成あるいは運転条件等が燃料電池の場合と比較して
遙かに複雑であり、電極の寿命や性能が充分に得られな
いという問題点がある。クロルアルカリ電解では前述の
通り、省エネルギー化が進行し、苛性アルカリ１トン当
たりの製造の電力原単位は2000ｋＷｈまで減少したが、
陰極反応として従来の水素発生反応に代えて酸素還元反
応を利用できれば、理論電解電圧は0.96Ｖと従来法の2.
19Ｖから1.23Ｖ低減させることができ、これに伴う大幅
な省エネルギー化が期待できる。この新規プロセスを実
現するためには高性能かつ上記電解系で充分な安定性を
有する酸素陰極の開発が不可欠である（藤田ら、第８回
ソーダ工業技術討論会要旨集、1984；古屋ら、第11回ソ
ーダ工業技術討論会要旨集、1987；相川、ソーダと塩素
45、ｐ45、1994）。
の組成あるいは運転条件等が燃料電池の場合と比較して
遙かに複雑であり、電極の寿命や性能が充分に得られな
いという問題点がある。クロルアルカリ電解では前述の
通り、省エネルギー化が進行し、苛性アルカリ１トン当
たりの製造の電力原単位は2000ｋＷｈまで減少したが、
陰極反応として従来の水素発生反応に代えて酸素還元反
応を利用できれば、理論電解電圧は0.96Ｖと従来法の2.
19Ｖから1.23Ｖ低減させることができ、これに伴う大幅
な省エネルギー化が期待できる。この新規プロセスを実
現するためには高性能かつ上記電解系で充分な安定性を
有する酸素陰極の開発が不可欠である（藤田ら、第８回
ソーダ工業技術討論会要旨集、1984；古屋ら、第11回ソ
ーダ工業技術討論会要旨集、1987；相川、ソーダと塩素
45、ｐ45、1994）。
【０００５】従来のガス拡散陰極を使用する塩水電解で
は、例えばイオン交換膜により陽極室と陰極室に区画し
た電解槽の陰極室を前記ガス拡散陰極により２分し、イ
オン交換膜側に溶液室を反対側にガス室をそれぞれ形成
し、ガス室に酸素含有ガスを供給し、溶液室で苛性アル
カリを製造するようにしている。この電解に使用される
ガス拡散陰極は酸素のみを充分に透過し、なおかつ苛性
アルカリが溶液室からガス室へ漏洩しないいわゆる気液
分離型のガス拡散陰極でなければならない。このような
要求を満たす塩水電解用電極として、現在提案されてい
るガス拡散陰極（酸素陰極）は、カーボン粉末とＰＴＦ
Ｅを混合しシート状に成形した電極基体に、銀や白金等
の触媒を担持して製造されている。
は、例えばイオン交換膜により陽極室と陰極室に区画し
た電解槽の陰極室を前記ガス拡散陰極により２分し、イ
オン交換膜側に溶液室を反対側にガス室をそれぞれ形成
し、ガス室に酸素含有ガスを供給し、溶液室で苛性アル
カリを製造するようにしている。この電解に使用される
ガス拡散陰極は酸素のみを充分に透過し、なおかつ苛性
アルカリが溶液室からガス室へ漏洩しないいわゆる気液
分離型のガス拡散陰極でなければならない。このような
要求を満たす塩水電解用電極として、現在提案されてい
るガス拡散陰極（酸素陰極）は、カーボン粉末とＰＴＦ
Ｅを混合しシート状に成形した電極基体に、銀や白金等
の触媒を担持して製造されている。
【０００６】従来の電解法における陽極反応及び陰極反
応はそれぞれ、 ２Ｃｌ- → Ｃｌ2 ＋ ２ｅ （1.36Ｖ） ２Ｈ2 ０ ＋ ２ｅ → ２ＯＨ- ＋ Ｈ2 （−0.
83Ｖ） であり、理論分解電圧は2.19Ｖになる。一方陰極に酸素
含有ガスを供給しながら電解すると、 ２Ｈ2 ０ ＋ Ｏ2 ＋ ４ｅ → ４ＯＨ- （0.40
Ｖ） となり、理論的には1.23Ｖ、実用的電流密度範囲でも0.
8 Ｖ程度に相当する電力消費を低減でき、苛性アルカリ
１トン当たりの700 ｋＷｈの節減になる。
応はそれぞれ、 ２Ｃｌ- → Ｃｌ2 ＋ ２ｅ （1.36Ｖ） ２Ｈ2 ０ ＋ ２ｅ → ２ＯＨ- ＋ Ｈ2 （−0.
83Ｖ） であり、理論分解電圧は2.19Ｖになる。一方陰極に酸素
含有ガスを供給しながら電解すると、 ２Ｈ2 ０ ＋ Ｏ2 ＋ ４ｅ → ４ＯＨ- （0.40
Ｖ） となり、理論的には1.23Ｖ、実用的電流密度範囲でも0.
8 Ｖ程度に相当する電力消費を低減でき、苛性アルカリ
１トン当たりの700 ｋＷｈの節減になる。
【０００７】しかしながらこのタイプのガス拡散陰極は
このような電力節減が達成できる一方、下記する幾つか
の課題を有している。 電極材料として使用するカーボンは苛性アルカリ及
び酸素の共存下、高温で容易に劣化し、電極性能を著し
く低下させる。 液圧の上昇及び電極の劣化に伴い発生する苛性アル
カリのガス室側への漏洩は、現状の電極を使用する限り
防止することが困難である。 実用レベルで必要な大きさ（１ｍ2 ）の電極の作製
が困難である。 槽内の圧力は高さにより変化し、それに対応する供
給酸素ガス圧分布を与えることが困難である。 陰極液の溶液抵抗損失があり、また陰極液の攪拌の
動力を必要とする。 実用化に際し、既存の電解設備の大幅な改良が必要
になる。 酸素ガスとして空気を利用すると、空気中の炭酸ガ
スが苛性アルカリと反応して炭酸ナトリウムとしてガス
拡散陰極の細孔に析出するためガス拡散能力が低下す
る。
このような電力節減が達成できる一方、下記する幾つか
の課題を有している。 電極材料として使用するカーボンは苛性アルカリ及
び酸素の共存下、高温で容易に劣化し、電極性能を著し
く低下させる。 液圧の上昇及び電極の劣化に伴い発生する苛性アル
カリのガス室側への漏洩は、現状の電極を使用する限り
防止することが困難である。 実用レベルで必要な大きさ（１ｍ2 ）の電極の作製
が困難である。 槽内の圧力は高さにより変化し、それに対応する供
給酸素ガス圧分布を与えることが困難である。 陰極液の溶液抵抗損失があり、また陰極液の攪拌の
動力を必要とする。 実用化に際し、既存の電解設備の大幅な改良が必要
になる。 酸素ガスとして空気を利用すると、空気中の炭酸ガ
スが苛性アルカリと反応して炭酸ナトリウムとしてガス
拡散陰極の細孔に析出するためガス拡散能力が低下す
る。
【０００８】ガス拡散陰極を使用する前述の電解法の各
問題点を解消するために、図１に示したいわゆるゼロギ
ャップタイプの電解法が提案されている（島宗ら、第18
回ソーダ工業技術討論会要旨集、1994）。図１の電解槽
本体１は、イオン交換膜２により陽極室３と陰極室（ガ
ス室）４に区画され、前記イオン交換膜２の陽極室３側
にはメッシュ状の不溶性陽極５が密着し、該イオン交換
膜２の陰極室４側にはガス拡散陰極６が密着している。
該ガス拡散陰極６の表面にはメッシュ状の集電体７が接
触し、該集電体７を介して給電されるようになってい
る。なお８は陽極室底板に形成された陽極液導入口、９
は陽極室天板に形成された陽極液及びガス取出口、10は
陰極室天板に形成された酸素含有ガス導入口、11は陰極
室底板に形成された苛性ソーダ取出口である。
問題点を解消するために、図１に示したいわゆるゼロギ
ャップタイプの電解法が提案されている（島宗ら、第18
回ソーダ工業技術討論会要旨集、1994）。図１の電解槽
本体１は、イオン交換膜２により陽極室３と陰極室（ガ
ス室）４に区画され、前記イオン交換膜２の陽極室３側
にはメッシュ状の不溶性陽極５が密着し、該イオン交換
膜２の陰極室４側にはガス拡散陰極６が密着している。
該ガス拡散陰極６の表面にはメッシュ状の集電体７が接
触し、該集電体７を介して給電されるようになってい
る。なお８は陽極室底板に形成された陽極液導入口、９
は陽極室天板に形成された陽極液及びガス取出口、10は
陰極室天板に形成された酸素含有ガス導入口、11は陰極
室底板に形成された苛性ソーダ取出口である。
【０００９】この電解槽本体１の陽極室３に陽極液例え
ば食塩水を供給しかつ陰極室４に酸素含有ガスを供給し
ながら両電極５、６間に通電すると、イオン交換膜２の
陰極室４側表面で苛性ソーダが生成し、この苛性ソーダ
は水溶液としてガス拡散陰極６を透過してその陰極室側
表面に達し製品として回収される。この電解法に使用し
たガス拡散陰極（酸素陰極）に要求される性能は、従来
型のものと大きく異なり、充分なガス透過性に加え、苛
性アルカリによる湿潤を避けるための充分な疎水性及び
苛性アルカリが電極内を容易に透過できるための液透過
性等を満足させる必要がある。この目的のためにニッケ
ルや銀等の耐久性金属により電極基体を構成し、前述の
問題点が解決され長時間の電解が期待できる。又前記
電解法では、電極背面に透過した苛性アルカリを回収す
る構造であるため、前記ガス拡散陰極による溶液室とガ
ス室との区画が不要である。従って電極は一体構造であ
る必要がなくなり、大型化も比較的容易になると考えら
れ、前記問題点も解決される。
ば食塩水を供給しかつ陰極室４に酸素含有ガスを供給し
ながら両電極５、６間に通電すると、イオン交換膜２の
陰極室４側表面で苛性ソーダが生成し、この苛性ソーダ
は水溶液としてガス拡散陰極６を透過してその陰極室側
表面に達し製品として回収される。この電解法に使用し
たガス拡散陰極（酸素陰極）に要求される性能は、従来
型のものと大きく異なり、充分なガス透過性に加え、苛
性アルカリによる湿潤を避けるための充分な疎水性及び
苛性アルカリが電極内を容易に透過できるための液透過
性等を満足させる必要がある。この目的のためにニッケ
ルや銀等の耐久性金属により電極基体を構成し、前述の
問題点が解決され長時間の電解が期待できる。又前記
電解法では、電極背面に透過した苛性アルカリを回収す
る構造であるため、前記ガス拡散陰極による溶液室とガ
ス室との区画が不要である。従って電極は一体構造であ
る必要がなくなり、大型化も比較的容易になると考えら
れ、前記問題点も解決される。
【００１０】更に当然高さ方向の液圧変化を受けないた
め、前記問題点は生じない。又生成した苛性アルカリ
が必然的に電極内部を通って背面に達するため、問題点
も起こりにくい。このように塩水電解法は、例えば図
１に示した通り工業電解系に適したものになるよう種々
の改良が施されてきたが、高さが１ｍにも達する既存の
電解槽を利用する場合には、この改良された電解法でも
依然として不充分で本来の電解性能が得られない傾向が
ある。これは背面に向かって移動する苛性アルカリ溶液
以外に高さ方向に重力により移動する分の溶液があり、
ガス拡散陰極自身が有するこの高さ方向に移動する溶液
を除去する能力よりも生成する苛性アルカリの量が過剰
であると溶液が電極内部に滞留して酸素ガスの供給及び
生成ガスの排出が阻害されてガス性能が低下すると推定
される。
め、前記問題点は生じない。又生成した苛性アルカリ
が必然的に電極内部を通って背面に達するため、問題点
も起こりにくい。このように塩水電解法は、例えば図
１に示した通り工業電解系に適したものになるよう種々
の改良が施されてきたが、高さが１ｍにも達する既存の
電解槽を利用する場合には、この改良された電解法でも
依然として不充分で本来の電解性能が得られない傾向が
ある。これは背面に向かって移動する苛性アルカリ溶液
以外に高さ方向に重力により移動する分の溶液があり、
ガス拡散陰極自身が有するこの高さ方向に移動する溶液
を除去する能力よりも生成する苛性アルカリの量が過剰
であると溶液が電極内部に滞留して酸素ガスの供給及び
生成ガスの排出が阻害されてガス性能が低下すると推定
される。
【００１１】
【発明の目的】本発明は、前述の従来技術の問題点、つ
まり種々の改良が施されたゼロギャップタイプのガス拡
散陰極を使用する塩水電解における電極性能の低下を防
止し、特に実用的に依然として解決できないガス拡散陰
極を使用する電解槽の満足できるレベルへの大型化を達
成できるガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用する塩
水電解槽を提供することを目的とする。
まり種々の改良が施されたゼロギャップタイプのガス拡
散陰極を使用する塩水電解における電極性能の低下を防
止し、特に実用的に依然として解決できないガス拡散陰
極を使用する電解槽の満足できるレベルへの大型化を達
成できるガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用する塩
水電解槽を提供することを目的とする。
【００１２】
【問題点を解決するための手段】本発明に係わるガス拡
散電極は、陽極室及び陰極室を区画するイオン交換膜に
接触して設置されるガス拡散陰極において、案内片を該
ガス拡散陰極内に設置したことを特徴とするガス拡散陰
極であり、該ガス拡散陰極を使用して塩水用電解槽特に
大型の塩水電解槽を構成することができる。
散電極は、陽極室及び陰極室を区画するイオン交換膜に
接触して設置されるガス拡散陰極において、案内片を該
ガス拡散陰極内に設置したことを特徴とするガス拡散陰
極であり、該ガス拡散陰極を使用して塩水用電解槽特に
大型の塩水電解槽を構成することができる。
【００１３】以下本発明を詳細に説明する。本発明で
は、ガス拡散陰極を使用する食塩電解や芒硝電解等の工
業電解においてガス拡散陰極内を陰極室側に向けて透過
せず実質的に重力方向に降下している苛性アルカリ溶液
を前記陰極室方向に誘導するために、前記ガス拡散陰極
内に案内片を設置し、前記重力方向に降下している苛性
アルカリ溶液を前記案内片に接触させることにより移動
方向を変更して円滑に陰極室から取り出し、前記苛性ア
ルカリ溶液がガス拡散陰極に滞留することから生ずるガ
スの円滑な供給及び排出を阻害する要因を除去すること
を意図している。
は、ガス拡散陰極を使用する食塩電解や芒硝電解等の工
業電解においてガス拡散陰極内を陰極室側に向けて透過
せず実質的に重力方向に降下している苛性アルカリ溶液
を前記陰極室方向に誘導するために、前記ガス拡散陰極
内に案内片を設置し、前記重力方向に降下している苛性
アルカリ溶液を前記案内片に接触させることにより移動
方向を変更して円滑に陰極室から取り出し、前記苛性ア
ルカリ溶液がガス拡散陰極に滞留することから生ずるガ
スの円滑な供給及び排出を阻害する要因を除去すること
を意図している。
【００１４】前述した通りガス拡散陰極を使用する例え
ばソーダ電解では、電解の進行に伴って生成する苛性ア
ルカリ溶液の多くはガス拡散陰極の背面に透過しその表
面から除去される。しかし少量ではあるがガス拡散陰極
の背面側に向かって移動せず重力方向に降下している苛
性アルカリ溶液も存在する。この苛性アルカリ溶液が存
在するとガス拡散陰極の貫通孔が閉塞してガス供給が阻
害されて、安定な電解操作が継続できなくなる。ガス拡
散陰極表面からの苛性アルカリ溶液の除去は、該表面を
撥水化すること、該電極自体を複数の分割して高さ方向
の幅を小さくすること等により解決できるが、前述の電
極内を降下する苛性アルカリ溶液は電極表面には存在し
ないため、これらの手段では解決できない。
ばソーダ電解では、電解の進行に伴って生成する苛性ア
ルカリ溶液の多くはガス拡散陰極の背面に透過しその表
面から除去される。しかし少量ではあるがガス拡散陰極
の背面側に向かって移動せず重力方向に降下している苛
性アルカリ溶液も存在する。この苛性アルカリ溶液が存
在するとガス拡散陰極の貫通孔が閉塞してガス供給が阻
害されて、安定な電解操作が継続できなくなる。ガス拡
散陰極表面からの苛性アルカリ溶液の除去は、該表面を
撥水化すること、該電極自体を複数の分割して高さ方向
の幅を小さくすること等により解決できるが、前述の電
極内を降下する苛性アルカリ溶液は電極表面には存在し
ないため、これらの手段では解決できない。
【００１５】従って本発明では、ガス拡散陰極内部に案
内片を埋設状態で設置しあるいは一部が陰極室側に露出
するように設置して、ガス拡散陰極内を降下している苛
性アルカリ溶液を前記案内片に接触させてその移動方向
をガス拡散陰極の背面方向に変更して円滑にガス拡散陰
極背面に透過するようにし、これにより生成する苛性ア
ルカリ溶液のガス拡散陰極内の滞留量をゼロ又は最小限
にすることにより、ガス拡散陰極へのガスの供給及び該
ガス拡散陰極からの生成ガスの排出を容易にして電極性
能の低下を抑制するものである。この案内片は重力方向
に降下する苛性アルカリと接触してその移動方向を変更
できるようにガス拡散陰極に設置するものであり、好ま
しくは板状のガス拡散陰極内に設置できるよう該ガス拡
散陰極の厚さより薄い任意の径の棒状、シート状に成形
する。その材質は液体つまり苛性アルカリ溶液に対して
不透過性でありガス拡散陰極やイオン交換膜に悪影響を
与えるものでなければ特に限定されないが、耐久性を有
する金属や樹脂であることが好ましく、該金属としては
ニッケルやステンレス等があり、前記樹脂としてはＰＴ
ＦＥ等がある。
内片を埋設状態で設置しあるいは一部が陰極室側に露出
するように設置して、ガス拡散陰極内を降下している苛
性アルカリ溶液を前記案内片に接触させてその移動方向
をガス拡散陰極の背面方向に変更して円滑にガス拡散陰
極背面に透過するようにし、これにより生成する苛性ア
ルカリ溶液のガス拡散陰極内の滞留量をゼロ又は最小限
にすることにより、ガス拡散陰極へのガスの供給及び該
ガス拡散陰極からの生成ガスの排出を容易にして電極性
能の低下を抑制するものである。この案内片は重力方向
に降下する苛性アルカリと接触してその移動方向を変更
できるようにガス拡散陰極に設置するものであり、好ま
しくは板状のガス拡散陰極内に設置できるよう該ガス拡
散陰極の厚さより薄い任意の径の棒状、シート状に成形
する。その材質は液体つまり苛性アルカリ溶液に対して
不透過性でありガス拡散陰極やイオン交換膜に悪影響を
与えるものでなければ特に限定されないが、耐久性を有
する金属や樹脂であることが好ましく、該金属としては
ニッケルやステンレス等があり、前記樹脂としてはＰＴ
ＦＥ等がある。
【００１６】前記案内片の径又は厚さは前述した通りガ
ス拡散陰極の厚さより小さい任意の値であり従って棒状
の案内片の断面積も前記径に応じて変化するが一般に0.
1 〜100 mm2 であり、又シート状の案内片を設置する場
合は一般にその厚さは0.05〜５mm程度である。該案内片
はガス拡散陰極内に重力方向に降下する苛性アルカリ溶
液に対して直角〜45°の傾斜になるように設置すること
が望ましく、複数の案内片を間隔を空けて又方向を変え
て設置しても良い。これにより苛性アルカリ溶液のガス
拡散陰極背面への誘導効果が促進され、これに適した案
内片としてエクスパンドメッシュや網がある。複数の案
内片間の好ましい間隔はガス拡散陰極の高さ等により変
化するが、通常は１〜100 mmである。この案内片はガス
拡散陰極内に完全に埋設するのではなく一部が陰極室側
に露出するようにガス拡散陰極内に設置すると、該案内
片に接触した苛性アルカリ溶液が確実に陰極室に達する
ため、特に望ましい。又この案内片は前述した通り複数
個設置しても良いが、過度に設置するとガス拡散陰極の
有効体積が減少し逆にガス供給及び排出を阻害するた
め、径を小さくしたり設置個数を減少させたり等の配慮
が必要になることがある。
ス拡散陰極の厚さより小さい任意の値であり従って棒状
の案内片の断面積も前記径に応じて変化するが一般に0.
1 〜100 mm2 であり、又シート状の案内片を設置する場
合は一般にその厚さは0.05〜５mm程度である。該案内片
はガス拡散陰極内に重力方向に降下する苛性アルカリ溶
液に対して直角〜45°の傾斜になるように設置すること
が望ましく、複数の案内片を間隔を空けて又方向を変え
て設置しても良い。これにより苛性アルカリ溶液のガス
拡散陰極背面への誘導効果が促進され、これに適した案
内片としてエクスパンドメッシュや網がある。複数の案
内片間の好ましい間隔はガス拡散陰極の高さ等により変
化するが、通常は１〜100 mmである。この案内片はガス
拡散陰極内に完全に埋設するのではなく一部が陰極室側
に露出するようにガス拡散陰極内に設置すると、該案内
片に接触した苛性アルカリ溶液が確実に陰極室に達する
ため、特に望ましい。又この案内片は前述した通り複数
個設置しても良いが、過度に設置するとガス拡散陰極の
有効体積が減少し逆にガス供給及び排出を阻害するた
め、径を小さくしたり設置個数を減少させたり等の配慮
が必要になることがある。
【００１７】案内片以外の本発明に係わるガス拡散陰極
は、従来のガス拡散陰極と同様に構成すれば良く、例え
ば電極支持体上に触媒及びバインダーから成る触媒層を
形成することにより調製される。前記支持体は、電流、
ガス及び液の供給及び除去を行なうため、適度の多孔性
と電導性を維持できる材料から構成することが望まし
く、例えばチタン、ニオブ、タンタル、ステンレス、ニ
ッケル、ジルコニウム、カーボン、銀等の耐食性を有す
る金網、それらの粉末から成る焼結体、金属繊維焼結
体、発泡体等の多孔性材料を用い、それぞれ適切な前処
理により洗浄しておく。少量の貴金属を使用して耐食性
を向上させるために、前記支持体に銀めっきを行なうこ
とが好ましい。疎水性銀めっき浴としては、塩化銀10〜
50ｇ／リットル、チオシアン化アンモニウム200 〜400
ｇ／リットル及び硼酸10〜30ｇ／リットルの混合液中
に、ＰＴＦＥ粒子10〜200 ｇ／リットル及び界面活性剤
（例えば大日本インキ株式会社製メガファックＦ150 ）
10〜200 ｇ／（ｇ−ＰＴＦＥ）を添加し、ホモジナイザ
ーで分散させ構成したものを使用できる。適度に攪拌し
ながら前記支持体を浸漬し、室温にて電流密度0.2 〜２
A/dm2 で通電すると、該支持体表面に銀がめっきされ
る。１〜100 ミクロンのめっき厚で良好な疎水性及び耐
食性が発現する。めっき後は充分に洗浄することが好ま
しい。
は、従来のガス拡散陰極と同様に構成すれば良く、例え
ば電極支持体上に触媒及びバインダーから成る触媒層を
形成することにより調製される。前記支持体は、電流、
ガス及び液の供給及び除去を行なうため、適度の多孔性
と電導性を維持できる材料から構成することが望まし
く、例えばチタン、ニオブ、タンタル、ステンレス、ニ
ッケル、ジルコニウム、カーボン、銀等の耐食性を有す
る金網、それらの粉末から成る焼結体、金属繊維焼結
体、発泡体等の多孔性材料を用い、それぞれ適切な前処
理により洗浄しておく。少量の貴金属を使用して耐食性
を向上させるために、前記支持体に銀めっきを行なうこ
とが好ましい。疎水性銀めっき浴としては、塩化銀10〜
50ｇ／リットル、チオシアン化アンモニウム200 〜400
ｇ／リットル及び硼酸10〜30ｇ／リットルの混合液中
に、ＰＴＦＥ粒子10〜200 ｇ／リットル及び界面活性剤
（例えば大日本インキ株式会社製メガファックＦ150 ）
10〜200 ｇ／（ｇ−ＰＴＦＥ）を添加し、ホモジナイザ
ーで分散させ構成したものを使用できる。適度に攪拌し
ながら前記支持体を浸漬し、室温にて電流密度0.2 〜２
A/dm2 で通電すると、該支持体表面に銀がめっきされ
る。１〜100 ミクロンのめっき厚で良好な疎水性及び耐
食性が発現する。めっき後は充分に洗浄することが好ま
しい。
【００１８】この支持体上に触媒層を形成する。触媒と
しては、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、
銅、銀、コバルト、鉛等の金属あるいはそれらの酸化物
が好ましい。これらの触媒は、粉末として、フッ素樹脂
等のバインダー及びナフサ等の溶剤と混合しペーストと
して固着するか、触媒金属の塩溶液を支持体表面に塗布
し焼成するか、あるいは塩溶液を電気めっきするか、還
元剤を用いて無電解めっきすることにより担持する。フ
ッ素樹脂粉末の好ましい粒径は0.01から100 ミクロンで
ある。反応生成ガスや液の物質移動を速やかに行なうた
めに、疎水性又は親水性の材料を触媒あるいは触媒を有
する集電体に分散担持して疎水性又は親水性の領域を形
成しても良い。疎水性材料としては、フッ化ピッチ、フ
ッ化黒鉛、フッ化樹脂が好ましく、特にフッ素樹脂は均
一かつ良好な性能を得るために、200 から400℃で焼成
しても良い。疎水性又は親水性の領域は電極断面方向に
沿ってそれぞれ連続していることが好ましい。
しては、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、
銅、銀、コバルト、鉛等の金属あるいはそれらの酸化物
が好ましい。これらの触媒は、粉末として、フッ素樹脂
等のバインダー及びナフサ等の溶剤と混合しペーストと
して固着するか、触媒金属の塩溶液を支持体表面に塗布
し焼成するか、あるいは塩溶液を電気めっきするか、還
元剤を用いて無電解めっきすることにより担持する。フ
ッ素樹脂粉末の好ましい粒径は0.01から100 ミクロンで
ある。反応生成ガスや液の物質移動を速やかに行なうた
めに、疎水性又は親水性の材料を触媒あるいは触媒を有
する集電体に分散担持して疎水性又は親水性の領域を形
成しても良い。疎水性材料としては、フッ化ピッチ、フ
ッ化黒鉛、フッ化樹脂が好ましく、特にフッ素樹脂は均
一かつ良好な性能を得るために、200 から400℃で焼成
しても良い。疎水性又は親水性の領域は電極断面方向に
沿ってそれぞれ連続していることが好ましい。
【００１９】このようなガス拡散陰極内部に前記案内片
を設置するためには、前記支持体上に該案内片を重ね、
0.1 から30kgf/cm2 の圧力で一体化加工することが望ま
しい。接合強度が不充分な場合には適切な樹脂を用いて
補強しても良い。成形後の厚さはなるべく一様にするこ
とが好ましく、案内片の少なくとも一部がガス拡散陰極
背面の集電体と直接接触する構造とすることが望まし
い。又一体加工するのではなく、ガス拡散陰極の背面側
に案内片に相当する凹部を成形しておき、該凹部に案内
片をセットすることも作業効率上、好ましい製造法であ
る。この凹部の幅や長さは案内片に応じて設定れば良
い。前記支持体と触媒層から成る電極厚さは0.1 〜0.5
mm、空隙率は30〜90％が望ましい。又集電体の機械的強
度及び電導性向上のために、電極背後に30〜80％の開孔
部を有する電導性の給電部を設けることが望ましい。
を設置するためには、前記支持体上に該案内片を重ね、
0.1 から30kgf/cm2 の圧力で一体化加工することが望ま
しい。接合強度が不充分な場合には適切な樹脂を用いて
補強しても良い。成形後の厚さはなるべく一様にするこ
とが好ましく、案内片の少なくとも一部がガス拡散陰極
背面の集電体と直接接触する構造とすることが望まし
い。又一体加工するのではなく、ガス拡散陰極の背面側
に案内片に相当する凹部を成形しておき、該凹部に案内
片をセットすることも作業効率上、好ましい製造法であ
る。この凹部の幅や長さは案内片に応じて設定れば良
い。前記支持体と触媒層から成る電極厚さは0.1 〜0.5
mm、空隙率は30〜90％が望ましい。又集電体の機械的強
度及び電導性向上のために、電極背後に30〜80％の開孔
部を有する電導性の給電部を設けることが望ましい。
【００２０】このような構成から成るガス拡散陰極及び
他の構成部材を、陽極−イオン交換膜−ガス拡散陰極−
陰極集電体の順で積層して両側から圧着して電極構造体
を作製する。イオン交換膜はフッ素樹脂系のスルホン酸
型イオン交換膜を、陽極はＤＳＡと称されるチタン製の
不溶性電極をそれぞれ好ましく使用できる。陽極はイオ
ン交換膜との密着性を向上させるために多孔性であるこ
とが望ましい。前記ガス拡散陰極とイオン交換膜を密着
させる必要がある場合には、前もってそれらを機械的に
結合させておくか、あるいは電解時に圧力を掛ければ充
分である。この圧力は0.1 〜30kgf/cm2 程度が好まし
い。
他の構成部材を、陽極−イオン交換膜−ガス拡散陰極−
陰極集電体の順で積層して両側から圧着して電極構造体
を作製する。イオン交換膜はフッ素樹脂系のスルホン酸
型イオン交換膜を、陽極はＤＳＡと称されるチタン製の
不溶性電極をそれぞれ好ましく使用できる。陽極はイオ
ン交換膜との密着性を向上させるために多孔性であるこ
とが望ましい。前記ガス拡散陰極とイオン交換膜を密着
させる必要がある場合には、前もってそれらを機械的に
結合させておくか、あるいは電解時に圧力を掛ければ充
分である。この圧力は0.1 〜30kgf/cm2 程度が好まし
い。
【００２１】このようにして作製された電極構造体を塩
水電解槽内、例えば２室型食塩電解槽や３室型芒硝電解
槽（イオン交換膜２枚により陽極室、中間室及び陰極室
に区画して電解槽で、この場合には中間室と陰極室を区
画するイオン交換膜にガス拡散陰極を密着させる）に組
み込んだ状態で陽極室に塩水を陰極室に酸素含有ガスを
（中間室には例えば純水を供給する）それぞれ供給しな
がら両極間に通電すると、ガス拡散陰極で陰極生成物で
ある苛性アルカリが生成し、この苛性アルカリ溶液が前
記ガス拡散陰極を透過してガス拡散陰極表面、つまり実
質的に電解液に被覆されない電極に相当する電極部材表
面に達し、各電極部材から容易に離脱して除去される。
ガス拡散陰極内を重力方向に降下している苛性アルカリ
溶液も前記案内片に接触することによりガス拡散陰極の
背面側に誘導されて円滑にガス拡散陰極内から回収さ
れ、各電極部材が生成する苛性アルカリ溶液に被覆され
ることがなく、従って原料ガスの供給及び生成ガスの排
出を円滑に行なうことができるようになり、低電圧で安
定した電解を継続できる。なお前記ガス拡散陰極を使用
する好ましい塩水電解条件は、温度が10〜90℃、電流密
度が１〜100 A/dm2 である。
水電解槽内、例えば２室型食塩電解槽や３室型芒硝電解
槽（イオン交換膜２枚により陽極室、中間室及び陰極室
に区画して電解槽で、この場合には中間室と陰極室を区
画するイオン交換膜にガス拡散陰極を密着させる）に組
み込んだ状態で陽極室に塩水を陰極室に酸素含有ガスを
（中間室には例えば純水を供給する）それぞれ供給しな
がら両極間に通電すると、ガス拡散陰極で陰極生成物で
ある苛性アルカリが生成し、この苛性アルカリ溶液が前
記ガス拡散陰極を透過してガス拡散陰極表面、つまり実
質的に電解液に被覆されない電極に相当する電極部材表
面に達し、各電極部材から容易に離脱して除去される。
ガス拡散陰極内を重力方向に降下している苛性アルカリ
溶液も前記案内片に接触することによりガス拡散陰極の
背面側に誘導されて円滑にガス拡散陰極内から回収さ
れ、各電極部材が生成する苛性アルカリ溶液に被覆され
ることがなく、従って原料ガスの供給及び生成ガスの排
出を円滑に行なうことができるようになり、低電圧で安
定した電解を継続できる。なお前記ガス拡散陰極を使用
する好ましい塩水電解条件は、温度が10〜90℃、電流密
度が１〜100 A/dm2 である。
【００２２】添付した図２〜５は、それぞれ図１の電解
槽で使用可能なガス拡散陰極を例示する分解斜視図であ
り、図１の電解槽と同一部材には同一符号を付して説明
を省略する。図２は、案内片を埋設したガス拡散陰極を
示すもので、ガス拡散陰極６内に該陰極６の横方向の全
長に亘って３本の案内片12を、ほぼ等間隔で横方向に埋
設している。図３も、案内片を埋設したガス拡散陰極を
示すもので、この例ではガス拡散陰極６内に３本の案内
片12ａを、ほぼ等間隔でかつ傾斜した状態で埋設してい
る。図４も、案内片を埋設したガス拡散陰極を示すもの
で、この例では案内片として複数のワイヤを交差させ菱
形の開口を形成したメッシュ状の案内片12ｂを埋設して
いる。図５では、ガス拡散陰極６ａの陰極室側表面に２
個の横方向に延びる凹部13を形成し、該凹部13のそれぞ
れに案内片12ｃを嵌合した状態を示している。
槽で使用可能なガス拡散陰極を例示する分解斜視図であ
り、図１の電解槽と同一部材には同一符号を付して説明
を省略する。図２は、案内片を埋設したガス拡散陰極を
示すもので、ガス拡散陰極６内に該陰極６の横方向の全
長に亘って３本の案内片12を、ほぼ等間隔で横方向に埋
設している。図３も、案内片を埋設したガス拡散陰極を
示すもので、この例ではガス拡散陰極６内に３本の案内
片12ａを、ほぼ等間隔でかつ傾斜した状態で埋設してい
る。図４も、案内片を埋設したガス拡散陰極を示すもの
で、この例では案内片として複数のワイヤを交差させ菱
形の開口を形成したメッシュ状の案内片12ｂを埋設して
いる。図５では、ガス拡散陰極６ａの陰極室側表面に２
個の横方向に延びる凹部13を形成し、該凹部13のそれぞ
れに案内片12ｃを嵌合した状態を示している。
【００２３】
【実施例】次に本発明に係わるガス拡散陰極及び該陰極
を使用する電解の実施例を記載するが、該実施例は本発
明を限定するものではない。
を使用する電解の実施例を記載するが、該実施例は本発
明を限定するものではない。
【００２４】
【実施例１】厚さ１mmの銀製の発泡体を支持体（投影電
解面積として1.25dm2 、幅５cm、高さ25cm）とし、この
支持体上に直径0.5 mmの銀製の丸棒を５cmごとに配置し
10kgf/cm2 の圧力で一体加工を施し、厚さ0.5 mmの案内
片埋設支持体とした。銀の超微粉末（真空冶金株式会社
製、50〜100 Å）とＰＴＦＥ水懸濁液（三井フロロケミ
カル株式会社製の30Ｊ）を体積比１：１で混合し、500
ｇ／ｍ2 の量を前記支持体に塗布した後、350 ℃で50分
間電気炉で焼成した。塩化銀30ｇ／リットル、チオシア
ン化アンモニウム300 ｇ／リットル及び硼酸30ｇ／リッ
トルを含むめっき浴を使用して、銀めっきしたニッケル
製集電体メッシュ（厚さ２mm、開口率40％、孔径５mm）
を前記支持体に接続してガス拡散陰極とした。
解面積として1.25dm2 、幅５cm、高さ25cm）とし、この
支持体上に直径0.5 mmの銀製の丸棒を５cmごとに配置し
10kgf/cm2 の圧力で一体加工を施し、厚さ0.5 mmの案内
片埋設支持体とした。銀の超微粉末（真空冶金株式会社
製、50〜100 Å）とＰＴＦＥ水懸濁液（三井フロロケミ
カル株式会社製の30Ｊ）を体積比１：１で混合し、500
ｇ／ｍ2 の量を前記支持体に塗布した後、350 ℃で50分
間電気炉で焼成した。塩化銀30ｇ／リットル、チオシア
ン化アンモニウム300 ｇ／リットル及び硼酸30ｇ／リッ
トルを含むめっき浴を使用して、銀めっきしたニッケル
製集電体メッシュ（厚さ２mm、開口率40％、孔径５mm）
を前記支持体に接続してガス拡散陰極とした。
【００２５】陽極として、チタン製のＤＳＡ多孔性陽極
を、又イオン交換膜としてナフィオン961 （デュポン社
製）をそれぞれ使用し、該イオン交換膜の両面に前記ガ
ス拡散陰極及び陽極を密着して電解槽を構成し、前記イ
オン交換膜を鉛直方向になるように固定した。陽極液と
して飽和食塩水を毎分４ミリリットルで供給し、前記ガ
ス拡散陰極には毎分200 ミリリットルの湿潤酸素ガスを
必要量の1.5 倍供給した。温度を90℃とし、37.5Ａの電
流を流したところ槽電圧は2.25Ｖであり、陰極室出口か
ら32％の苛性ソーダが電流効率96％で得られた。100 日
間電解を継続したところ、槽電圧は10ｍＶ上昇したが、
電流効率は95％を維持した。
を、又イオン交換膜としてナフィオン961 （デュポン社
製）をそれぞれ使用し、該イオン交換膜の両面に前記ガ
ス拡散陰極及び陽極を密着して電解槽を構成し、前記イ
オン交換膜を鉛直方向になるように固定した。陽極液と
して飽和食塩水を毎分４ミリリットルで供給し、前記ガ
ス拡散陰極には毎分200 ミリリットルの湿潤酸素ガスを
必要量の1.5 倍供給した。温度を90℃とし、37.5Ａの電
流を流したところ槽電圧は2.25Ｖであり、陰極室出口か
ら32％の苛性ソーダが電流効率96％で得られた。100 日
間電解を継続したところ、槽電圧は10ｍＶ上昇したが、
電流効率は95％を維持した。
【００２６】
【実施例２】厚さ0.8 mmの銀製の長繊維焼結多孔体（サ
ーマル株式会社製）を支持体とし、この支持体表面に2.
5 cm間隔で水平に対して45°になるように２mm幅の凹部
を形成し、この凹部に直径１mmの銀線を接触させ、10kg
f/cm2 の圧力で一体加工を施し、厚さ0.5 mmの案内片埋
設支持体としたこと以外は、実施例１と同一条件で電解
槽を運転したところ、槽電圧は2.15Ｖで、陰極室出口か
ら33％の苛性ソーダが電流効率96％で得られた。100 日
間電解を継続したところ、槽電圧は20ｍＶ上昇したが、
電流効率は94〜96％を維持した。
ーマル株式会社製）を支持体とし、この支持体表面に2.
5 cm間隔で水平に対して45°になるように２mm幅の凹部
を形成し、この凹部に直径１mmの銀線を接触させ、10kg
f/cm2 の圧力で一体加工を施し、厚さ0.5 mmの案内片埋
設支持体としたこと以外は、実施例１と同一条件で電解
槽を運転したところ、槽電圧は2.15Ｖで、陰極室出口か
ら33％の苛性ソーダが電流効率96％で得られた。100 日
間電解を継続したところ、槽電圧は20ｍＶ上昇したが、
電流効率は94〜96％を維持した。
【００２７】
【実施例３】厚さ１mmの銀製の発泡体を支持体（投影電
解面積として35dm2 、幅30cm、高さ117 cm）とし、この
支持体上に長径５cm、短径３cm、刻み幅１mmの菱形の開
口を有する（元板厚さ１mm）銀メッシュを載せ、10kgf/
cm2 の圧力で一体加工を施し、厚さ0.5 mmの案内片埋設
支持体とし、実施例１と同じ銀めっき体を集電体とし、
前記支持体に接続してガス拡散陰極とした。実施例１と
同一条件で電解槽を組み立て、陽極液として飽和食塩水
を毎分120ミリリットル供給し、陰極には毎分６リット
ルの湿潤酸素ガスを必要量の1.5 倍供給した。温度を90
℃とし電流を1050Ａ流したところ、槽電圧は2.35Ｖで陰
極室出口から32％の苛性ソーダが電流効率96％で得られ
た。
解面積として35dm2 、幅30cm、高さ117 cm）とし、この
支持体上に長径５cm、短径３cm、刻み幅１mmの菱形の開
口を有する（元板厚さ１mm）銀メッシュを載せ、10kgf/
cm2 の圧力で一体加工を施し、厚さ0.5 mmの案内片埋設
支持体とし、実施例１と同じ銀めっき体を集電体とし、
前記支持体に接続してガス拡散陰極とした。実施例１と
同一条件で電解槽を組み立て、陽極液として飽和食塩水
を毎分120ミリリットル供給し、陰極には毎分６リット
ルの湿潤酸素ガスを必要量の1.5 倍供給した。温度を90
℃とし電流を1050Ａ流したところ、槽電圧は2.35Ｖで陰
極室出口から32％の苛性ソーダが電流効率96％で得られ
た。
【００２８】
【比較例１】銀の丸棒を使用しなかったこと以外は実施
例１と同一条件で電解を行なったところ、槽電圧は2.55
Ｖであり、陰極室出口から33％の苛性ソーダが電流効率
96％で得られたが、10日間電解を継続したところ、槽電
圧は約200 ｍＶ上昇し、電流効率は96％から90％に減少
した。
例１と同一条件で電解を行なったところ、槽電圧は2.55
Ｖであり、陰極室出口から33％の苛性ソーダが電流効率
96％で得られたが、10日間電解を継続したところ、槽電
圧は約200 ｍＶ上昇し、電流効率は96％から90％に減少
した。
【００２９】
【発明の効果】本発明のガス拡散陰極は、陽極室及び陰
極室を区画するイオン交換膜に接触して設置したガス拡
散陰極において、案内片を該ガス拡散陰極内に設置した
ことを特徴とするガス拡散陰極である。このガス拡散陰
極内部に案内片が設置され、該案内片は、大型の電解槽
に比較的多量に存在する傾向にある、前記ガス拡散陰極
内を重力方向に降下し該陰極内に滞留しやすい苛性アル
カリ溶液に接触してその移動方向を変化させガス拡散陰
極背面方向に誘導する。従って、電解槽が大型化して
も、ガス拡散陰極内に滞留し原料ガスの供給及び生成ガ
スの排出を阻害しやすい生成苛性アルカリ溶液量がゼロ
又は最小限になり、つまり電極性能の低下を招くことな
く電解槽の大型化を容易に実現できる。
極室を区画するイオン交換膜に接触して設置したガス拡
散陰極において、案内片を該ガス拡散陰極内に設置した
ことを特徴とするガス拡散陰極である。このガス拡散陰
極内部に案内片が設置され、該案内片は、大型の電解槽
に比較的多量に存在する傾向にある、前記ガス拡散陰極
内を重力方向に降下し該陰極内に滞留しやすい苛性アル
カリ溶液に接触してその移動方向を変化させガス拡散陰
極背面方向に誘導する。従って、電解槽が大型化して
も、ガス拡散陰極内に滞留し原料ガスの供給及び生成ガ
スの排出を阻害しやすい生成苛性アルカリ溶液量がゼロ
又は最小限になり、つまり電極性能の低下を招くことな
く電解槽の大型化を容易に実現できる。
【００３０】前記案内片は、ガス拡散陰極を構成する支
持体や触媒層とともに加圧下で一体加工しても良いが、
ガス拡散陰極本体に凹部を形成し、該凹部に案内片を収
容するようにすると、高作業性で本発明のガス拡散陰極
極を製造できる。又前記案内片はガス拡散陰極の陰極室
側に露出させるように該ガス拡散陰極内部に設置するこ
とが望ましく、これにより前記案内片に接触した重力方
向に移動している苛性アルカリ溶液を確実に陰極室側に
誘導できる。更に本発明の塩水電解槽は、イオン交換膜
により陽極室、（中間室）及び陰極室に区画され、該陽
極室に金属又は金属酸化物被覆陽極が、又前記陰極室に
ガス拡散陰極が設置され、前記陽極室及び陰極室にそれ
ぞれ塩化物イオンを含む塩水及び酸素含有ガスを供給し
て電解し陰極室で苛性アルカリを生成する塩水電解槽に
おいて、前記ガス拡散陰極として該ガス拡散陰極内に案
内片を設置したガス拡散陰極を使用することを特徴とす
る２室型又は３室型塩水電解槽である。この電解槽は前
述のガス拡散陰極を組み込んでいるため、電極性能の低
下を招くことなく電解槽の大型化を容易に実現できる。
持体や触媒層とともに加圧下で一体加工しても良いが、
ガス拡散陰極本体に凹部を形成し、該凹部に案内片を収
容するようにすると、高作業性で本発明のガス拡散陰極
極を製造できる。又前記案内片はガス拡散陰極の陰極室
側に露出させるように該ガス拡散陰極内部に設置するこ
とが望ましく、これにより前記案内片に接触した重力方
向に移動している苛性アルカリ溶液を確実に陰極室側に
誘導できる。更に本発明の塩水電解槽は、イオン交換膜
により陽極室、（中間室）及び陰極室に区画され、該陽
極室に金属又は金属酸化物被覆陽極が、又前記陰極室に
ガス拡散陰極が設置され、前記陽極室及び陰極室にそれ
ぞれ塩化物イオンを含む塩水及び酸素含有ガスを供給し
て電解し陰極室で苛性アルカリを生成する塩水電解槽に
おいて、前記ガス拡散陰極として該ガス拡散陰極内に案
内片を設置したガス拡散陰極を使用することを特徴とす
る２室型又は３室型塩水電解槽である。この電解槽は前
述のガス拡散陰極を組み込んでいるため、電極性能の低
下を招くことなく電解槽の大型化を容易に実現できる。
【図１】ガス拡散陰極を組み込んだ従来の電解槽を例示
する概略縦断面図。
する概略縦断面図。
【図２】本発明に係わるガス拡散陰極の第１の例を示す
分解斜視図。
分解斜視図。
【図３】同じく第２の例を示す分解斜視図。
【図４】同じく第３の例を示す分解斜視図。
【図５】同じく第４の例を示す分解斜視図。
１・・・電解槽本体 ２・・・イオン交換膜 ３・・・
陽極室 ４・・・陰極室（ガス室） ５・・・不溶性陽
極 ６・・・ガス拡散陰極 ７・・・集電体 ８・・・陽極液導入口 ９・・・陽極液及びガス取出口
10・・・酸素含有ガス導入口 11・・・苛性ソーダ取
出口 12、12ａ、12ｂ、12ｃ・・・案内片 13・・・凹
部
陽極室 ４・・・陰極室（ガス室） ５・・・不溶性陽
極 ６・・・ガス拡散陰極 ７・・・集電体 ８・・・陽極液導入口 ９・・・陽極液及びガス取出口
10・・・酸素含有ガス導入口 11・・・苛性ソーダ取
出口 12、12ａ、12ｂ、12ｃ・・・案内片 13・・・凹
部
Claims (5)
- 【請求項１】 陽極室及び陰極室を区画するイオン交換
膜に接触して設置されるガス拡散陰極において、案内片
を該ガス拡散陰極内に設置したことを特徴とするガス拡
散陰極。 - 【請求項２】 ガス拡散陰極本体に凹部を形成し、該凹
部に案内片を収容するようにした請求項１に記載のガス
拡散陰極。 - 【請求項３】 案内片をガス拡散陰極の陰極室側に露出
させた請求項１に記載のガス拡散陰極。 - 【請求項４】 イオン交換膜により陽極室及び陰極室に
区画され、該陽極室に金属又は金属酸化物被覆陽極が、
前記陰極室にガス拡散陰極がそれぞれ設置され、前記陽
極室及び陰極室にそれぞれ塩化物イオンを含む塩水及び
酸素含有ガスを供給して電解し陰極室で苛性アルカリを
生成する塩水電解槽において、前記ガス拡散陰極として
該ガス拡散陰極内に案内片を設置したガス拡散陰極を使
用することを特徴とする２室型塩水電解槽。 - 【請求項５】 イオン交換膜により陽極室、中間室及び
陰極室に区画され、該陽極室に金属又は金属酸化物被覆
陽極が、前記陰極室にガス拡散陰極がそれぞれ設置さ
れ、前記陽極室及び陰極室にそれぞれ塩化物イオンを含
む塩水及び酸素含有ガスを供給して電解し陰極室で苛性
アルカリを生成する塩水電解槽において、前記ガス拡散
陰極として該ガス拡散陰極内に案内片を設置したガス拡
散陰極を使用することを特徴とする３室型塩水電解槽。
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| JP25248096A JP3655975B2 (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | ガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用する塩水電解槽 |
| US08/922,604 US5879521A (en) | 1996-09-03 | 1997-09-03 | Gas-diffusion cathode and salt water electrolytic cell using the gas-diffusion cathode |
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|---|---|---|---|
| JP25248096A JP3655975B2 (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | ガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用する塩水電解槽 |
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| JP25248096A Expired - Fee Related JP3655975B2 (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | ガス拡散陰極及び該ガス拡散陰極を使用する塩水電解槽 |
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1996
- 1996-09-03 JP JP25248096A patent/JP3655975B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1997
- 1997-09-03 US US08/922,604 patent/US5879521A/en not_active Expired - Fee Related
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