JPS6038473B2 - 水電解用電極の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水を主とする電解液を電気分解して、水素ガス
を発生する装置において、陽極として用いる極板の製造
法に関する。

その目的とするところは電気分解時の過電圧低下を計り
、高電流密度での電気分解を行い、発生する水素ガス気
泡をすみやかに、電極表面より容易に除く事が可能な電
極を提供する事にある。

電気分解において一般に陽極としては白金、チタン、全
８、ニッケル、過酸化鉛、黒鉛等が使用され、比表面積
を高めるため、金網構造、粉末を焼結した多孔体構造等
として実用されている。従来チタン等の金網又はラス板
状の電導体表面に貴金属、酸化物等を被覆した電極が提
案されている。しかるに貴金属を使用するため高価であ
り、チタンとの強固な結合が容易に得られない事より被
覆物が剥離しやすい等の欠点があり実用化が困難であっ
た。更に金網又はラス板状の場合は、平面構造のため、
発生ガスの脱泡は容易であるが、比表面積を大きく取れ
ない欠点がある。

粉末焼結多孔体の場合は比表面積は大きく取れるが、多
孔率が５０％以下と低く、孔径が１００仏以下のため、
発生ガスの脱泡が悪く、過電圧上昇の原因となる欠点が
ある。上記した従来より提案されている電極の欠点を克
服するため、本発明は、高比表面積で発生ガスの電極面
よりの脱泡が良く、高電流密度での電解を可能にし、更
に分解過電圧低下を計り、安価な電極を提供しようとす
るものである。

本発明においては、電極基村として、第１図に示すよう
な海綿のように縦横不規則にのびる多数の蓮通気孔と、
それら気孔の壁をなす三次元的に不規則な絹状の骨格と
を有する構造の海綿状多孔金属体を用いる。

第１図において、１は導電・性を有する金属骨格であり
、２は空孔を示す。第１図に示す海綿状多孔体は、多孔
率が９０％以上であり、孔径も数側と大きく、立体構造
のため比表面積も金網、ラス板に比較して格段に大きい
。

更に多孔率が９０％以上、孔径が数柳と大きいため、電
解にて発生したガスの脱泡が良く、分解過電圧の上昇が
ない。上記のような海綿状多孔金属体の製造法は特公昭
３８−１７５５４号公報に詳細が開示されている。

この内容は、孔径が平均３肋である第１図に示すような
海綿のように縦横不規則にのびる多数の蓮通気孔と、そ
れら気孔の壁をなす三次元的に不規則な絹状の骨格とを
有する構造をもつ海綿状ポリウレタンフオームを原料と
し、このポリウレタンフオームの骨格表面に導電性のカ
ーボン粉末を塗布し、硫酸ニッケルを主体とするニッケ
ルメッキ液中に浸潤してニッケル電気メッキを行った後
、大気中で５００ｏｏに加熱しポリウレタンフオームを
熱分解除去する。その後、水素雰囲気中で９００ｏｏに
加熱して還元処理を行う事によりニッケルよりなる海綿
状多孔体が得られる。多孔率のコントロールは、ポリウ
レタンフオームへのニッケルメッキの量によりコントロ
ールされる。

ニッケルメッキ量が多いと多孔率は低下し、ニッケルメ
ッキ量が少し、と多孔率は高くなる。多孔率の測定法は
、海綿状金属多孔体の外形寸法及び重量（Ｗ）を測定し
、次式により算出される。Ｗ 多孔率＝ ｛１−ＳＸ（ＡＸＢＸＣ）｝ ×１００％）
本式においてＡ、Ｂ、Ｃ、は外形寸法、Ｓは海綿状金属
多孔体を構成する金属の真比量、Ｗは、海綿状金属多孔
体の重量である。

海綿状金属多孔体の多孔率を９０％以上にするためには
、上記多孔率算出の式より考えて、海綿状金属多孔体の
重量Ｗを軽くすることである。

この事はウレタンフオームへのニッケルメッキ量を少く
することである。ニッケルの比重は８．９多′めである
から多孔率を９０％以上とするためには、Ｗは０．８９
夕／塊以下にする必要がある。

ウレタンフオームの骨格表面に薄く、しかも全体を均一
に電気メッキするためにはウレタンフオーム骨格の導電
性を高める必要があり、導電性を高める工夫が重要とな
る。多孔率が９８％以上になると、メッキが均一でなく
、海綿状の構造を保持しなくなる。本発明は、上記海綿
状多孔体のみでは、骨格比表面積に限界があるため、更
に比表面積を高めるため、海綿状多孔体骨格表面に平均
粒子径５００△以下の超微粉末にて被覆する事により比
表面積を増加すると共に、超微粉末表面の触媒作用によ
り、分解過電圧を低下させ、高電流密度の電解を達成し
たものである。

超微粉末を用いる事は、比表面積の増大を計ると同時に
、電気化学的触媒作用の効果を計るためであり、平均粒
子蓬が５００Ａ以上になると、触媒効果が急激に低下す
る。

望ましくは１００△以下の超々微粉末を用いる事が、比
表面積、触媒としての作用効果上特に良好である。超微
粉末は粉末表面の活性が高く、常温の空気中においても
着火、爆発の危険があるため、一般工業的取り扱い上５
０Ａ〜５００△が実用的である。上記した超微粉末を海
綿状多孔体の骨格表面に被覆する方法は各種あるが、超
微粉を数１００ｏｏの低温で熱分解する粘給剤、例えば
硝化綿、アルギン酸、ポリビニルアルコール、等を有機
溶剤と共に混練しスラリーにしたものを用いて骨格表面
に塗布、乾燥後、水素雰囲気炉で焼付ける方法が最良で
ある。

塗布厚みは１〜２０仏程度でよく、塗布回数、スラリー
中の超微粉末の量でコントロール可能である。スラリ−
の粘度を高めると、多孔体の空孔をつぶすおそれがある
ので、スラリー粘度は可能な限りうすく、さらさらの状
態にして、塗布回数を多くした方が良好である。焼付温
度は可能な限り低温で行う事が必要である。

即ち超微粉末は表面活性が高いため一般粉末での焼付温
度で行うと、粉末相互の落着により、粒子が数仏〜数１
０〃１こ成長し、比表面積の低下、特に触媒活性の低下
が大きいため望ましくない。例えば、ニッケル超微粉末
は２００００程度より粉末相互の熔着がおこるが、数１
０仏のニッケル粉末は１０００００以上でようやく溶着
を開始する。以下実施例にて本発明の特徴を示す。なお
比表面積の測定は、一般工業的に用いられている窒素ガ
ス吸着法（ＢＥＴ法）により行った。

即ち、被測定試料を液体窒素温度以下に冷却し、窒素ガ
スを導入して、被測定試料の全表面に窒素ガス分子を１
分子層吸着させ、吸着窒素ガス量と、窒素ガスの分子径
を掛合せて算出される。実施例ニッケルよりなり、多孔
率が９５％、孔径が平均３帆の運通孔を有する不規則三
次元絹状海綿状多孔体を基材として用いた。

この海綿状多孔金属体は前述の特公昭３８一１７５５４
号による製造法で製造されたものである。このものの比
表面積は約１７００で／めであった。塗布焼付被覆を行
う超微粉末は真空中で金属蒸気を凝縮させるいわゆる「
ガス蒸発法」により製作した平均粒径１００Ａのニッケ
ル超微粉末を用いた。塗布液は粘結剤として硝火綿、溶
剤として酢酸ブチルを用いた。

ニッケル超微粉末１０夕、硝火綿１９、を１００ｃｃの
酢酸ブチルで濃練しスラリーとした。

このスラリーを用いてニッケル海綿状多孔体骨格に塗布
、乾燥を３回繰返し、塗布厚み約１０仏とした。焼付は
水素雰囲気中で４００００に３０分保ち競付けた。この
ものは比表面積約６０００力／めであり、約４倍増加し
ていた。このものの電極材としての特性を３０％苛性カ
リ水溶液にて水銀電極を用いて６５こ０における電位測
定を行った。

その結果を第２図に示す。大中に電位特性が向上してい
る事が鱗る。使用する超微粉の粒子径を５０Ａ以下に４
・さくしても暁付時の温度による粒成長、及び使用中の
劣化により効果に問題が残る。

従って使用する超微粉末は５０Ａ以上が望ましい。

使用する材質は電気分解を行う電解液により選択される
。

アルカリ性電解液の場合は、ニッケルおよびニッケル合
金が工業的に安価である。酸性電解液の場合はチタンお
よびチタン合金、又は鉛合金等が用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基体となる海綿状多孔体の透視図であ
り、１は骨格、２は空孔を示す。 第２図は本発明電極の特性を示す単極電位を電流密度と
の関係で発明の効果を示す図表で、Ａは本発明による電
極、ＢはＮｉ海綿状多孔体、ＣはＮｉ平板の場合を示す
。 オー図 汐２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水を主とするアルカリ性電解液を電気分解して水素
   を発生する際に用いる陽極において、ニツケル及びニツ
   ケル合金よりなり、海綿のように縦横不規則にのびる多
   数の連通気孔と、それら気孔の壁をなす三次元的に不規
   則な網状の骨格とを有する構造の海綿状多孔金属体であ
   つて、多孔率９０％以上のものを基材とし、その金属体
   の骨格表面に、平均粒子径５０〜５００Åの範囲のニツ
   ケル及び／又はニツケル合金よりなる超微粉末を粘結剤
   と有機溶媒よりなるスラリーとして、塗布、乾燥後、５
   ００℃以下の非酸化性雰囲気下の温度で、上記海綿状多
   孔金属体の骨格表面に焼付けることを特徴とする水電解
   用電極の製造法。