JPS60262989A - 電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、電解槽用電極に関し、さらに詳しくは炭素繊
維の板状集合体を用いた電解槽用電極に関するものであ
る。

（発明の背景） 近年、水素製造、塩素製造を電解法によって行う方法と
して隔膜電解法が主流となり、その結果、電解槽の改良
が大幅に行われ、隔膜に電極が密着した、いわゆるゼロ
ギャップセルやＳＰＥ　（ソリンドポリマー電極）セル
が開発された。これらのセルは浴電圧を大きく低下させ
、ガス製造に要する電力消費量を低減することができる
が、次のような問題がある。すなわち、これらの方法は
、主として溶液の電気抵抗による電圧降下を極小にしよ
うとするものであり、浴電圧を上昇させる他の主原因で
ある活性化分極等を軽減するものではない。この活性化
分極を軽減するためには、（１）実質的な電極表面積を
大きくし、実際の電流密度を小さくする方法、（２）触
媒を用いて活性化電圧を小さくする方法があるが、現在
は（２）の方法が主として用いられ、例えば塩素製造の
場合の触媒としてルテニウム触媒が用いられている。ま
た（１）の方法としては、例えばゼロギャップセルにお
いて金網を重ね合わせて使用する方法が行われているが
、表面積の増大には限界があり、活性化分極の軽減には
十分なものとは言えない。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記従来技術における活性化分極等の
欠点をなくし、各種電解反応における電解電圧を低減す
ることができる電解槽用電極を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は、電極の見かけ体積または単位重量当たりの実
質的表面積が極めて大きい炭素繊維に電極用触媒を担持
させ、陰極室と陽極室を分離する隔膜にこの電極が直接
、接触する構造とすることにより、従来の電解槽用電極
よりも電解電圧を著しく低減させたものである。

以下、本発明を図面により具体的に説明する。

第１図は、本発明の電解槽用電極の一実施例を示す断面
図である。、電極構成は、陽極１と陰極２が隔１ｍ！３
の両側に設けられ、さらに陽極１および陰極２の外側に
はそれぞれエンドプレート（端子板）が設けられている
。陽極１には、陽極液の流入路６および流出路７が連結
され、また陰極２には陰極液の流入路８および流出路９
が連結されている。

本発明においては、前記陽極１または陰極２が、厚さ０
．５〜７ｆｌ、好ましくは１〜５ｕの厚さの炭素繊維の
板状集合体からなり、該炭素繊維には、白金、金、銀、
イリジウム、ルテニウム、パラジウム、レニウム、イン
ジウム、ニッケル、タングステン、銅の金属単体、酸化
物および炭化物から選ばれた少なくとも一種が担持され
ている。

本発明に用いる炭素繊維としては、１，５００℃以上、
特に２，０００℃以上で熱処理して得られたグラファイ
ト質のものが好ましく用いられる。

炭素繊維の板状集合体としては、炭素繊維またはその加
工糸（より糸など）からなるフェルト、クロス等をあげ
ることができる。炭素繊維の板状集合体の厚さが０．５
ｕ未満では液の流通抵抗が大になり、また７ｆｌを超え
ると浴電圧が過大となるので好ましくない。

（発明の実施例） 実施例１〜６および比較例１〜２ 長さ１０　ｃｍ、　ｌｉ　１　ａｍの電極室を有する小
型単電池を用い、第１表に示す各種電極により、水素発
生実験を行った。電極への触媒の担持は、触媒とする金
属塩水溶液にグラファイト質カーボンクロス（炭素質原
料を２０００℃以上で焼成して得たカーボン織成したも
の）を浸漬し、ホルマリン等を用いて加熱操作により触
媒の金属塩をグラファイト質カーボンクロス（厚さ１ｆ
ｉ）に担持させた。

なお、炭化タングステンは市販のものをそのまま用いた
。担持量は、金属単体の場合、消費した溶液量よりめた
計算値である。

第１表の各電極を用い、対極を鉛板として０．１規定１
ｉＩｉｔ＠からの水素発生反応を検討した。電流密度を
２００ｍＡ／−としたときの電解電圧（浴電圧）は第１
表に示す通りであった。

実施例３〜５ 実施例１においてグラファイト質カーボンクロスの電極
厚さを変化させるほかは、上記実施例１と同じ条件でガ
ス発生を行ない、浴電圧を測定した。

その結果を第２表に示す。

■ ［ 実施例６〜および比較例３ 金属酸化物担持グラファイト質カーボンフェルト電極を
塩素発生極として食塩電解実験を行った。

電極の形状は、長さ１０ｃｍ、幅１１で前述の実施例の
場合と同様である。検討したｔ！！素極は第３表に示す
通りである。対極反応は水素発生反応であるが、対極に
は、白金１■担持カーボンフェルト（厚さ１ｍ）を用い
、また隔膜には四フッ化エチレン樹脂製多孔質膜を用い
た。２０℃における３％塩化ナトリウム水溶液を電解し
た結果を第３表に示す。電流効率は水素発生量と通電量
との比でめた。電流密度は１５０ｍＡ／ａＪである。

第３表 実施例９〜１１および比較例４ エチレンジアミンテトラカルボ−ナト鉄錯体（３価鉄）
水溶液の電解還元実験を金属担持カーボンフェルト陰極
を用いて行った。陽極は白金担持グラファイト質カーボ
ンフェルトとし、塩酸からの塩素ガス発生反応とした。

両極室を分離する隔膜にはフン化エチレンベースの陽イ
オン交換膜を用いた。検討した電極は第４表の通りであ
る。

電極への金属の担持は電着法によった。結果を第４表に
示す。

第４表 （発明の効果） 本発明によれば、表面積の大きい特定の炭素繊維を電極
材料として用いることにより、電解電圧の低減、電極内
電位分布の均一、副反応の抑制を達成することができ、
さらに浴電圧低下の効果と合わせて、大幅な電解所要電
力の低減を達成することができる。また、電極自身が極
めて安価に作製できるため、従来の電解槽（プラント）
より電解システムを安価に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電解槽用電極の一実施例を示す断面
図である。 １・・・陽極、２・・・陰極、３・・・隔膜、４・・・
エンドプレート、６・・・陽極液流入路、７・・・同流
出路、８・・・陰極液流入路、９・・・同流出路。 代理人　弁理士　川　北　武　長 第１図 ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解槽の陰極室と陽極室とを分離する隔膜に直接
   、接触する炭素繊維の板状集合体であって、該炭素繊維
   の板状集合体は０．５〜７ｆｉの厚さを有し、かつ白金
   、金、銀、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、レニ
   ウム、インジウム、ニッケル、タングステン、銅からな
   る金属から選ばれた金属の単体、酸化物および炭化物の
   少なくとも一種を担持していることを特徴とする電解槽
   用電極。