JPH11256385A - 酸素発生用電極とその製造方法 - Google Patents

酸素発生用電極とその製造方法

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JPH11256385A
JPH11256385A JP10058704A JP5870498A JPH11256385A JP H11256385 A JPH11256385 A JP H11256385A JP 10058704 A JP10058704 A JP 10058704A JP 5870498 A JP5870498 A JP 5870498A JP H11256385 A JPH11256385 A JP H11256385A
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electrode
oxide
oxygen
plate
electrolysis
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JP10058704A
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Koji Hashimoto
功二 橋本
Koichi Izumiya
宏一 泉屋
Eiji Akiyama
英二 秋山
Asahi Kawashima
朝日 川嶋
Naokazu Kumagai
直和 熊谷
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Daiki Engineering Co Ltd
Original Assignee
Daiki Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 海水を代表とする、塩素イオンを含有する水
溶液の電解に使用して、塩素の発生を抑えて酸素を発生
させることのできる電極であるところの、表面にMn−
W(Mo)混合酸化物の導電性被覆を陽極析出法により
形成してなる酸素発生用電極において、高い電流密度で
電解しても長い寿命を享受できる電極を提供すること、
およびそのような電極の製造方法を提供すること。 【解決手段】 多数の孔を有するTiの板、具体的には
(1)Tiの板に多数の孔を機械加工または腐食により
設けたもの、(2)エクスパンデッドTi、または
(3)Tiメッシュをえらんで電極基体とし、その表面
にIrO2 の被覆を設けた上に、Wの酸化物およびMo
の酸化物の一方または両方を(両方の場合は合計量で)
0.2〜20モル%含有し残部を実質上Mnの酸化物が
占める混合酸化物の導電性被覆を、陽極析出法により形
成して電極を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、海水をはじめとす
る塩素イオン含有水溶液の電解に陽極として使用し、塩
素の発生を抑えて酸素を発生するための電極の改良と、
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】海水を電解すると、通常は陰極で水素と
水酸化ナトリウムとが発生し、陽極で塩素が発生して、
この水酸化ナトリウムと塩素とから次亜塩素酸ナトリウ
ムが生成する。 この場合の陰極は、耐食金属であるチ
タンの表面を白金族金属の酸化物で被覆した電極が、高
性能の電極として使用されている。
【0003】一方、通常の水電解と同様に、海水から水
素と酸素とを分離して得る電解が試みられている。 こ
の場合は、陽極で水素を発生し、陰極では酸素のみを発
生させなければならないから、それを可能にする電極が
必要になる。
【0004】発明者らは、この課題を解決し、塩素発生
には不活性であるが酸素発生には高度に活性であるよう
な陽極を提供することを意図して研究し、まず、Tiを
陽極の導電性材料として使用し、その表面をMnの酸化
物で被覆した電極が、酸素発生効率約70%を実現する
ことを知った。 ここで、「酸素発生効率」の語は、通
電電流に対する酸素発生に利用された電流の割合として
定義される。
【0005】その後の研究の結果、Wの酸化物およびM
oの酸化物の一方または両方を(両方の場合は合計量
で)0.2〜20モル%含有し、残部を実質上Mnの酸
化物が占める導電性被覆を、導電性材料の基体表面に形
成してなる電極が、いっそう高い酸素発生効率を示すこ
とを見出して、すでに開示した(特開平9−25618
1号)。
【0006】上記の海水電解のための酸素発生用電極の
製造方法は、基本的には、Mnの塩に加えて、Wの塩お
よびMoの塩の一方または両方を溶解または分散させた
液を導電性材料の基体上に塗布し、乾燥の後、大気中で
400〜500℃の温度に数分間〜数時間加熱して塩を
分解することからなる、発明者らが「焼成法」とよぶ方
法による。 この塩の熱分解の操作自体は簡単である
が、1回に形成できる層の厚さが薄く、多数回繰り返し
て行なわなければならず、労力を要するのが難点であ
る。
【0007】そこでさらに研究を重ね、その成果とし
て、上記の電極活物質を構成する金属酸化物を陽極析出
法により導電性基体表面に形成できることを見出し、こ
の方法も提案した(特開平9−33513号)。
【0008】ところが、この「陽極析出法」による酸素
発生用電極は、比較的低い電流密度で使用する限り問題
ないが、高い電流密度で使用すると、耐久性が低下する
可能性があることがわかった。 いうまでもないが、電
解の電流密度を高くすることができれば、小型の電解槽
を用いても大量の酸素および水素の発生が実現し、有利
である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、海水
を代表とする塩素イオンを含有する水溶液の電解に使用
して、塩素の発生を抑えて酸素を発生させることのでき
る電極であるところの、表面にMn−W(Mo)混合酸
化物の導電性被覆を陽極析出法により形成してなる酸素
発生用電極において、高い電流密度で電解しても長い寿
命を享受できる電極を提供すること、およびそのような
電極の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の塩素イオン含有
水溶液を電解するための酸素発生用電極は、図1および
図2に示すような、多数の孔(2)を有するTiの板
(1)を電極基体とし、図3に示すように、表面にIr
2 の被覆(3)を施し、その上に、Wの酸化物および
Moの酸化物の一方または両方を(両方の場合は合計量
で)0.2〜20モル%含有し、残部を実質上Mnの酸
化物が占める混合酸化物の導電性被覆(4)を、陽極析
出法により形成してなる電極である。
【0011】上記の塩素イオン含有水溶液を電解するた
めの酸素発生用電極の製造方法は、多数の孔を有するT
iの板を電極基体として使用し、その表面にIrの有機
溶媒に可溶性の塩の有機溶媒溶液を塗布し、大気中で加
熱してIrO2 被覆を形成する工程と、これに続いて、
Mnの塩に加えてWの塩およびMoの塩の一方または両
方を溶解した水溶液に酸を加えてpHを0.5〜1.5
に調整した液中で、このIrO2 被覆電極基体を陽極と
して電解を行ない、陽極析出法により、Wの酸化物およ
びMoの酸化物の一方または両方を(両方の場合は合計
量で)0.2〜20モル%含有し残部を実質上Mnの酸
化物が占めるMn−W(Mo)混合酸化物の導電性被覆
を形成する工程とからなる。
【0012】
【発明の実施の形態】電極基体ととする多数の孔を有す
るTiの板は、任意の製造方法によることができるが、
下記のいずれかが好適であって、(1)Tiの板に多数
の孔を、機械加工または腐食により設けたもの、(2)
エクスパンデッドTi、または(3)Tiメッシュ。図
示した例は、エクスパンデッドTiである。 この態様
は、電極寿命を長くする上で有利である。
【0013】陽極析出によるMn−W(Mo)混合酸化
物の形成は、Mnの可溶性塩、代表的にはMnSO4
加えて、Wの可溶性塩、代表的にはNa2WO4とMoの
可溶性塩、代表的にはNa2MoO4の一方または両方を
溶解含有する水溶液のpHを、硫酸などの添加によって酸
性にし(pHにして0.5〜1.5付近が好適)、温めた
(温度60〜90℃が適切)ものを電解液として使用
し、上記電極基体を陽極として電解することにより実施
する。 通常、電流密度3〜20A/dm2 程度で2.5
〜12分間の電解を行なえば、十分な厚さの陽極活物質
が析出し、Mn−W混合酸化物電極、Mn−Mo混合酸
化物電極、Mn−W−Mo混合酸化物電極が得られる。
【0014】
【実施例および比較例】厚さ1.0mmのTi板を材料と
し、これに長さ1.2mmの並行な切り込みを千鳥状の配
置で多数入れ、切り込みの方向と垂直の方向に引き延ば
すことにより、多数の開口(開口部の菱形の長さ8mm、
幅4mm)をもつエクスパンデッドTiを得た。 これを
電極基材として使用し、その上に塩化イリジウム−ブタ
ノール溶液をハケ塗りして乾燥させたのち、大気中で4
50℃に加熱して塩化イリジウムを酸化イリジウムに変
える作業を数回繰り返し、最後に450℃で1時間焼成
して、IrO2 被覆したTi電極下地材を用意した。
【0015】MnSO4 を0.2M、Na2 WO4
0.02Mの割合で含有する溶液に硫酸を加えてpHを1
付近に調整し、90℃に温めた。 この溶液中で、上記
の電極下地材を陽極として、電流密度3A/dm2 で10
分間の電解を行ない、Mn−W混合酸化物電極を得た。
この電極の電極活物質中のMnおよびWの濃度は、E
PMA分析によれば、それぞれ88モル%および12モ
ル%であった。
【0016】比較のため、上記のエクスパンド加工を施
してないTiの平板を電極基体として、硫酸塩の濃度比
をわずかに変えたほかは同じ条件でIrO2 被覆および
陽極析出を行なって、MnおよびWの濃度がそれぞれ8
4モル%および16モル%であるMn−W混合酸化物電
極を得た。
【0017】上記の2種のMn−W混合酸化物電極を陽
極とし、陰極としてはNi板を用いて、どちらもpHを8
に調整した0.5M−NaCl水溶液1リットル中、温
度30℃において、電流密度1000A/m2で電解を行
なった。 通電量1000ク−ロンごとに電解液を更新
して電解を続け、各回の電解後の液中に溶存している次
亜塩素酸の量をヨウ素滴定法により定量し、塩素発生に
消費された電気量を算出することにより、酸素発生効率
を算出した。 時間の経過に伴う酸素発生効率の変化を
プロットし、図3に示す結果を得た。
【0018】図3は、Ti平板を電極基体とした場合、
1000A/m2という高い電流密度においては、酸素発
生効率が数時間で顕著に低下するが、本発明にしたがっ
て多数の孔を有するエクスパンデッドTiを電極基体と
して使用した場合、80時間に迫る連続使用によって
も、酸素発生効率に認め得る低下は生じないことを示し
ている。
【0019】比較例における酸素発生効率の低下は、お
そらく、陽極反応により酸素が生成したとき、高い電流
密度のために酸素ガスが急激に発生し、気泡の圧力で平
板Tiと混合酸化物の層との間が剥離するため、引き起
こされると考えられる。 これに対しエクスパンデッド
Tiのような多数の孔を有する電極基体を使用した場合
は、Ti表面で発生した酸素ガスが、比較的容易に周囲
へ抜け出しやすいこと、および混合酸化物の層が多くの
部分でTi基体を包むように存在し、剥離が起こりにく
いこと、が考えられる。
【0020】
【発明の効果】本発明に従って、多数の孔を有するTi
電極基体を使用し、IrO2 被覆および陽極析出法によ
るMn−W(Mo)複合酸化物層を形成した電極は、海
水のような塩素イオン含有水溶液の電解の陽極として使
用したとき、高い電流密度で電解を続けても、長時間に
わたって酸素発生効率が低下することがなく、長い電極
寿命を享受することができる。 それゆえ、本発明によ
れば、小型の電解槽を用いて、高い効率の下に、大量の
酸素および水素のガスを発生させる操作を、長期間、メ
ンテナンスフリーで実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の酸素発生用電極の基体とするエクス
パンデッドTiの平面図。
【図2】 図1のエクスパンデッドTiのI−I方向断
面図。
【図3】 図1および2のエクスパンデッドTiを電極
基体として使用し、表面にIrO2 被覆および混合酸化
物の被覆を重ねて設けた酸素発生用電極。
【図4】 本発明の酸素発生用電極が示す酸素発生効率
の時間の経過に伴う変化を、比較例とともに示したグラ
フ。
【符号の説明】
1 Tiの板 2 孔 3 IrO2の被覆 4 混合酸化物の導電性被覆
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年3月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【図3】
【図1】
【図4】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 英二 宮城県仙台市太白区向山2丁目13−5 ハ イツルーベンス210 (72)発明者 川嶋 朝日 宮城県仙台市太白区ひより台37−17 (72)発明者 熊谷 直和 千葉県松戸市北松戸1−7−12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の孔を有するTiの板を電極基体と
    して使用し、その表面にIrO2 の被覆を設けた上で、
    Wの酸化物およびMoの酸化物の一方または両方を(両
    方の場合は合計量で)0.2〜20モル%含有し残部を
    実質上Mnの酸化物が占める混合酸化物の導電性被覆
    を、陽極析出法により形成してなる、塩素イオン含有水
    溶液を電解するための酸素発生用電極。
  2. 【請求項2】 多数の孔を有するTiの板が、下記のい
    ずれかである請求項1の酸素発生用電極: (1)Tiの板に多数の孔を、機械加工または腐食によ
    り設けたもの、(2)エクスパンデッドTi、または
    (3)Tiメッシュ。
  3. 【請求項3】 多数の孔を有するTiの板を電極基体と
    して使用し、その表面に、Irの有機溶媒に可溶性の塩
    の有機溶媒溶液を塗布し、大気中で加熱してIrO2
    覆を形成したのち、Mnの塩に加えてWの塩およびMo
    の塩の一方または両方を溶解した水溶液に酸を加えてp
    Hを0.5〜1.5に調整した液の中で、このIrO2
    被覆電極基体を陽極として電解を行ない、陽極析出法に
    より、Wの酸化物およびMoの酸化物の一方または両方
    を(両方の場合は合計量で)0.2〜20モル%含有し
    残部を実質上Mnの酸化物が占める混合酸化物の導電性
    被覆を形成することからなる、塩素イオン含有水溶液を
    電解するための酸素発生用電極の製造方法。
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