JPS62253791A - Production of cathode for generating hydrogen - Google Patents

Production of cathode for generating hydrogen

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JPS62253791A
JPS62253791A JP61094836A JP9483686A JPS62253791A JP S62253791 A JPS62253791 A JP S62253791A JP 61094836 A JP61094836 A JP 61094836A JP 9483686 A JP9483686 A JP 9483686A JP S62253791 A JPS62253791 A JP S62253791A
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nickel
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plating bath
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武志 山村
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Abstract

PURPOSE:To efficiently produce a novel cathode for generating hydrogen by depositing an Ni-Sn alloy contg. a specified amount of Ni on the surface of an electrically conductive substrate for an electrode with a plating bath contg. Ni and Si ions as the principal components. CONSTITUTION:An Ni-Sn alloy contg. 25-99wt% Ni is deposited on the surface of an electrically conductive substrate for an electrode with a plating bath contg. Ni and Sn ions as the principal components in a cathode chamber separated from an anode chamber with an anion exchange membrane to obtain a cathode for generating hydrogen. It is preferable that the electrically conductive substrate is made of soft iron or Ni and pretreated by etching prior to electroplating.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は食塩の電解、水の電解等の陰極として用いられ
る新規な水素発生用陰極の効率的な製造方法に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an efficient method for producing a novel hydrogen generating cathode used as a cathode for salt electrolysis, water electrolysis, etc.

〔従来技術およびその問題点〕[Prior art and its problems]

従来、アルカリ金属塩水溶液の電解、特にイオン交換膜
法による塩化ナトリウム水溶液の電解により塩素と水酸
化ナトリウムとを得る技術等の開発が進み、益々高い電
流効率と低い電圧による電解、即ち電力原単位の向上が
図られている。これらの技術動向のうち、電流効率の向
上は主としてイオン交換膜の改良として、また電圧の低
下については、イオン交換膜の改良と並行して電極にお
ける電解時の過電圧を低下させる検討が行なわれている
。このうち陽極にあってはすでに種々の優れた提案がな
されており、はとんど陽極過電圧が問題とならない電極
が工業的に用いられている。
Conventionally, the development of technologies for obtaining chlorine and sodium hydroxide through the electrolysis of aqueous alkali metal salt solutions, especially the electrolysis of sodium chloride aqueous solutions using ion-exchange membrane methods, has progressed, and electrolysis with higher current efficiency and lower voltage, that is, electric power consumption, has progressed. Improvements are being made. Among these technological trends, the improvement of current efficiency is mainly due to improvements in ion-exchange membranes, and the reduction in voltage is being studied in parallel with improvements in ion-exchange membranes to reduce overvoltage during electrolysis at electrodes. There is. Among these, various excellent proposals have already been made regarding anodes, and electrodes in which anode overvoltage is not a problem are almost always used industrially.

しかるに陰極、即ち水素発生用陰極にあっては、一般に
軟鉄或いはニッケル製のものが工業的に使用されており
、例えば400ミリボルト(IIv)程度の高い水素過
電圧を許容しているため、その改善の必要性が指摘され
ている。近年、水素過電圧の低減を目的とした陰極につ
いて、種々の特許出願がなされている。例えば特開昭5
5−164491号、特開昭55−131188号、特
開昭56−93885号、特開昭58−167788号
公報などに示された電極にあっては電極基体上にニッケ
ル、コバルト、銀等の粒子またはこれらの金属とアルミ
ニウムその他の金属との合金の粒子を溶着あるいは銀、
亜鉛、マグネシウム、スズなどの保持用金属層中に一部
露出するように埋没させ、場合によっては保持用金属層
の一部を化学的に浸食させて多孔化した微粒子固定形の
電極、また特開昭54−60293号の如く、含硫黄ニ
ッケル塩を含むメッキ浴を用いて電極基体上に電気メッ
キを行なう活性金属の電析法により水素過電圧を低くさ
せた水素発生用陰極が提案されている。
However, as for the cathode, i.e., the cathode for hydrogen generation, those made of soft iron or nickel are generally used industrially and can tolerate a high hydrogen overvoltage of, for example, 400 millivolts (IIv). The necessity has been pointed out. In recent years, various patent applications have been filed regarding cathodes aimed at reducing hydrogen overvoltage. For example, JP-A-5
5-164491, JP-A-55-131188, JP-A-56-93885, JP-A-58-167788, etc., the electrodes contain nickel, cobalt, silver, etc. on the electrode base. Welding particles or particles of alloys of these metals with aluminum or other metals or silver,
Microparticle-fixed electrodes are partially exposed and buried in a holding metal layer such as zinc, magnesium, tin, etc., and in some cases, part of the holding metal layer is chemically eroded to make it porous. A cathode for hydrogen generation in which the hydrogen overvoltage is lowered by an active metal electrodeposition method in which electroplating is carried out on an electrode substrate using a plating bath containing a sulfur-containing nickel salt has been proposed, as in 1982-60293. .

これらの提案により比較的低い水素過電圧の陰極を得る
ことは可能であるが、より低い過電圧とすること及び陰
極性能の持続性を大きくすること、或いはより廉価にす
ることなど種々改良の必要性が工業的には望まれる。例
えば前記した微粒子固定形の陰極にあっては、微粒子金
属自体が高価であったり、その調製が容易でない等に加
えて、一般に製法が複雑であり、得られた製品である陰
極の性能がバラツキやすいなど性能安定性に欠ける傾向
にある。また後者の含硫黄のニッケル浴による電気メッ
キにあっては、水素過電圧を十分に低くすることに難が
あり、場合によっては耐久性が小さいなどの欠点がある
Although it is possible to obtain a cathode with a relatively low hydrogen overvoltage through these proposals, there is a need for various improvements such as lower overvoltage, greater sustainability of cathode performance, and lower cost. Desired industrially. For example, in the case of the above-mentioned fine particle fixed cathode, the fine particle metal itself is expensive, it is not easy to prepare, and the manufacturing method is generally complicated, resulting in variations in the performance of the resulting cathode. They tend to lack performance stability, such as being easy to use. Furthermore, in the latter electroplating using a sulfur-containing nickel bath, it is difficult to sufficiently lower the hydrogen overvoltage, and in some cases there are drawbacks such as low durability.

したがって、本発明の目的は比較的安価な原材料を用い
、極めて容易な手段で水素過電圧の低い例えば30A/
dm”の電流密度において水素過電圧が20011IV
以下、特にIQOa+V以下であり、しかも長期間安定
して持続される水素発生用陰極を提供することにある。
Therefore, the object of the present invention is to use relatively inexpensive raw materials and to achieve a low hydrogen overvoltage of, for example, 30A/
dm" hydrogen overvoltage is 20011IV
The object of the present invention is to provide a cathode for hydrogen generation that has an IQOa+V or lower and is stable for a long period of time.

   ゛ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、上記に鑑み鋭意研究の結果、導電性電極
基体に特定した活性物質を特定した電気メツキ手段によ
り存在させることにより、目的とする水素発生用陰極が
容易に得られることを見出し、本発明を提案するに至っ
たものである。即ち、本発明は陰イオン交換膜により陽
極を分離した陰極室において、ニッケルイオンおよびス
ズイオンを主成分として含有するメッキ浴を用いて、導
電性電極基体の表面にニッケル含有率が25〜99重量
%の割合のニッケル−スズ合金を電析させることを特徴
とする水素発生用陰極の製造方法である。
゛ [Means for solving the problem] In view of the above, the present inventors have conducted intensive research and have discovered that the desired hydrogen can be produced by making a specified active substance exist in a conductive electrode substrate by a specified electroplating means. The inventors have discovered that a generation cathode can be easily obtained, and have come to propose the present invention. That is, the present invention uses a plating bath containing nickel ions and tin ions as main components in a cathode chamber in which the anode is separated by an anion exchange membrane, so that the surface of the conductive electrode substrate has a nickel content of 25 to 99% by weight. This is a method for producing a hydrogen generating cathode characterized by electrodepositing a nickel-tin alloy in a proportion of .

本発明に用いる電極基体は、aIXN性物質であればよ
く、一般に水素発生用陰極として使用する環境下に耐久
性のある金属を用いる。従ってアルカリ金属塩、特にハ
ロゲン化アルカリ金属の電解や水の電解に用いる場合に
は電極基体として軟鉄やニッケルを用いるのが好ましい
、しかしながら、銅或いは銅合金の如き良導電性金属、
場合によってはチタン等も使用することができる。また
、電極形状は、電極基体の形状によって定まるものであ
り該形状は本発明において特に限定されるものではなく
、一般に電解槽における陰極として使用される形状のも
のが用いられる。例えば平板状、網状、パンチトメタル
、エキスバンドメタル、スダレ状等である。該電極基体
は電気メッキを施すに先立って樹脂、エツチング等の前
処理を施すことが好ましく、その方法は通常のメッキ時
に行われる公知の方法が特に制限なく用いられる。
The electrode substrate used in the present invention may be any aIXN material, and generally a metal that is durable under the environment in which it is used as a hydrogen generating cathode is used. Therefore, when used for the electrolysis of alkali metal salts, especially alkali metal halides or water, it is preferable to use soft iron or nickel as the electrode substrate.
In some cases, titanium or the like may also be used. Further, the shape of the electrode is determined by the shape of the electrode base, and the shape is not particularly limited in the present invention, and a shape generally used as a cathode in an electrolytic cell is used. For example, the shape is a flat plate, a net, a punched metal, an expanded metal, a sag, etc. It is preferable that the electrode substrate is subjected to pretreatment such as resin treatment and etching prior to electroplating, and any known method used in ordinary plating may be used without particular limitation.

本発明において電極基体の表面に被覆させる活性物質で
あるニッケルおよびスズの特定割合から成る合金槽は、
必ずしも電極基体の全表面を覆っていることは必須では
ないが、電極の有効面積を増大させる意味からは全表面
を覆う法が有利である。また、電極基体が例えば銅など
を用い、それ自体陰極の使用環境下に腐蝕の恐れのある
場合には、当然に該基体の全面(溶液中に浸漬される部
分の全面)を被覆するべきである。また本発明において
、電極基体の表面に被覆させる活性層の組成は、水素過
電圧に対して極めて重要な意味を有し少なくともニッケ
ルとスズよりなる合金であり、特にニッケルおよびスズ
、場合によってその他に表面積を増すための第三の成分
を加えることも有効であり、さらに不可避的に混入され
る他の元素又は化合物を含むことも可能でしる。この活
性層中におけるニッケル(Ni)とスズ(Sn)との割
合、Ni の範囲である必要がある。ニッケルの含有率がこの範囲
をはずれると驚く程に水素過電圧が増大する。このよう
に、ニッケルとスズの特定割合の合金に限って何故に斯
くも水素過電圧が低くなるのか本発明者等も十分に説明
しないが、電気メツキ手段によりニッケルとスズとを特
定の比率の範囲内に共析させるとき、生ずる特殊な結晶
或いは形態をとって基体上に付着する。かかる付着の状
態が低水素過電圧をもたらしているものと推察している
。実際に顕微鏡で観察した付着物の状態は、砂利を積み
重ねた如き形状を呈する場合が多い。
In the present invention, the alloy bath consisting of a specific proportion of nickel and tin, which are active substances coated on the surface of the electrode substrate, is
Although it is not necessary to cover the entire surface of the electrode substrate, it is advantageous to cover the entire surface from the viewpoint of increasing the effective area of the electrode. In addition, if the electrode substrate is made of copper, for example, and there is a risk of corrosion in the environment in which the cathode is used, the entire surface of the substrate (the entire surface of the part immersed in the solution) should of course be coated. be. In addition, in the present invention, the composition of the active layer coated on the surface of the electrode substrate has an extremely important meaning against hydrogen overvoltage, and is an alloy consisting of at least nickel and tin, and in particular, nickel and tin, and in some cases, an alloy with a surface area of It is also effective to add a third component to increase the temperature, and it is also possible to include other elements or compounds that are unavoidably mixed. The ratio of nickel (Ni) to tin (Sn) in this active layer needs to be within the range of Ni. When the nickel content is out of this range, the hydrogen overvoltage increases surprisingly. Although the present inventors do not fully explain why the hydrogen overvoltage is so low only in alloys with a specific ratio of nickel and tin, When co-deposited within the substrate, it forms a special crystal or form and adheres to the substrate. It is surmised that this state of adhesion causes a low hydrogen overvoltage. When actually observed under a microscope, the deposits often have a shape that resembles a pile of gravel.

また、X線回折においては非常にブロードなピークを与
え、結晶の歪或いは微結晶の存在が考えられて、それが
活性と関連しているのではないかとも考えられる。
In addition, it gives a very broad peak in X-ray diffraction, which may be due to distortion of the crystal or the presence of microcrystals, which may be related to the activity.

本発明は、特定した組成割合のニッケルおよびスズより
なる活性物質を電気メツキ手段により電極基体の表面に
被覆させて、目的とする水素過電圧の低い水素発生用陰
極を得るために、陰イオン交換膜で陽極を分離した陰極
室において該電気メッキを実施することが極めて重要で
ある。即ち、本発明の製造方法によれば、陰イオン交換
膜を用いることのない(陽極を分離することなく)通常
の電気メツキ法に比べて、電極基体とメッキ層との密着
性(耐久性)が良好で水素過電圧が低い水素発生用陰極
を得ることが出来るばかりでなく、またメッキ浴の寿命
が向上するため、目的の水素発生用陰極を効率よく多量
に得ることが出来る。
The present invention uses an anion exchange membrane to coat the surface of an electrode substrate with an active substance consisting of nickel and tin in a specified composition ratio by electroplating, in order to obtain the intended cathode for hydrogen generation with a low hydrogen overvoltage. It is extremely important to carry out the electroplating in a cathode chamber with separate anodes. That is, according to the manufacturing method of the present invention, the adhesion (durability) between the electrode substrate and the plating layer is improved compared to the normal electroplating method that does not use an anion exchange membrane (without separating the anode). Not only can a hydrogen generating cathode with good hydrogen overvoltage and low hydrogen overvoltage be obtained, but also the life of the plating bath can be improved, making it possible to efficiently obtain a large amount of the desired hydrogen generating cathode.

このような本発明において発揮される作用効果は、陽極
が陰イオン交換膜により分離されているため、該陽極で
発生する酸素及び陽極によって陰極室におけるメッキ浴
のスズイオンSn”がSn’に酸化されないこと、また
メッキ浴に添加された錯化剤が酸化されないことなどに
基因すると推察される。
The effect exhibited by the present invention is that since the anode is separated by an anion exchange membrane, the tin ions Sn'' in the plating bath in the cathode chamber are not oxidized to Sn' by the oxygen generated at the anode and the anode. This is thought to be due to the fact that the complexing agent added to the plating bath is not oxidized.

本発明において用いる陽極としては、一般に例えばチタ
ン、チタン−パラジウム合金などによりなる不溶性陽極
が好ましく用いられる。また、陰イオン交換膜として(
よ、陰イオン選択透過性を有する公知のイオン交換膜が
特に制限なく用いられる。
As the anode used in the present invention, an insoluble anode made of titanium, titanium-palladium alloy, or the like is generally preferably used. Also, as an anion exchange membrane (
Well-known ion exchange membranes having anion permselectivity can be used without particular limitation.

本発明に用いるメッキ浴の主成分であるニッケルイオン
としては、例えば塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニ
ッケル、臭化ニッケル等で、またスズイオンとしては例
えば塩化スズ、ビロリン酸第1スズ等である。
Examples of nickel ions, which are the main components of the plating bath used in the present invention, include nickel chloride, nickel sulfate, nickel nitrate, and nickel bromide. Examples of tin ions include tin chloride and stannous birophosphate.

電気メッキは、上記した電気メツキ装置の陰、陽極室に
、ニッケルイオン及びスズイオンを含有するメッキ浴を
供給し、ニッケル含存率が25〜99%の割合でニッケ
ル−スズ合金を電析させることにより行なわれる。
Electroplating involves supplying a plating bath containing nickel ions and tin ions to the negative and anode chambers of the electroplating device described above, and electrodepositing a nickel-tin alloy with a nickel content of 25 to 99%. This is done by

この際、一般にニッケルイオンとスズイオンとは互に還
元電位に差があるため、通常両イオンの存在下で基体上
に電析を行うとほとんどスズイオンのみが選択的に還元
され析出し、メッキ浴中からスズイオンがなくなった段
階でニッケルの析出が始まることになる。この場合はほ
とんど合金とならず、二層に金属が析出した形態となる
。斯様な形態のものは陰極として用いた場合水素過電圧
は400mv以上で極めて高い値となる。
At this time, there is generally a difference in reduction potential between nickel ions and tin ions, so if electrodeposition is performed on the substrate in the presence of both ions, almost only the tin ions are selectively reduced and deposited, and the metal ions are deposited in the plating bath. The precipitation of nickel begins when the tin ions are gone. In this case, almost no alloy is formed, and the metal is deposited in two layers. When such a structure is used as a cathode, the hydrogen overvoltage becomes extremely high at 400 mV or more.

そこでニッケルとスズの合金メッキを行うためには、両
者の還元電位を接近させることが必要となる。このため
種々の錯化剤を用いてスズイオンの還元電位をより卑と
するか、ニッケルイオンの還元電位をより貴にするか、
それらの両方を用いる必要がある。例えば「金属表面技
術」誌第32巻Nal (1981)23頁にはビロリ
ン酸浴からのスズ−ニッケル合金メッキについて検討さ
れており、種々のアミノ酸の添加が有効である旨述べら
れている。即ち、多くのアミノ酸類、なかでもグリシン
のようなα−アミノ酸類はメッキ浴中のニッケルイオン
の析出電位を分極曲線上置な方向に移行させるのである
。また「ジャーナル、オブエレクトロケミカル、サブサ
アイヤティー」誌100巻107頁(1953)などに
示されているフッ化物を主体とする浴を用いる場合は、
フッ化物とSn”との錯体形成により、Sn”の析出電
位を卑な方向に移行させ、ニッケルの析出電位と近接さ
せるのである。塩化物等も同様の効果が期待できる。そ
のほかピリジン、ピラゾール、エチレンジアミン等のア
ミン類、クエン酸、酒石酸などのオキシカルボン酸及び
その塩類、チオ尿素、ザンドゲンサン等の含硫化合物、
クレゾールスルホン酸及びその塩の如きオキシスルホン
酸及びその塩類、スマファミン酸及びその塩等のアミノ
スルホン酸及びその塩類等が有効である。これらの錯化
剤のうち、グリシン、アラニン、β−アラニン、バリン
、アスパラギン酸、グルタミン酸、アルギン酸、リジン
、ヒスチジン、プロリン、セリン、スレオニン等のアミ
ノ酸及びエチレンジアミンが特に有効であり、次いでフ
ッ化ナトリウム等の可溶性フッ化物塩及びフン酸など或
いは食塩及び塩酸が有効である。しかしながら本発明に
おいては、ニッケル及び/又はスズと錯体を形成し、該
錯体からの金属析出電位がニッケルとスズの析出電位を
接近させるものであれば特に限定されるものではない。
Therefore, in order to perform alloy plating of nickel and tin, it is necessary to bring the reduction potentials of both materials close to each other. For this reason, it is necessary to use various complexing agents to make the reduction potential of tin ions more base, or to make the reduction potential of nickel ions more noble.
It is necessary to use both of them. For example, "Metal Surface Technology" Vol. 32, Nal (1981), p. 23 discusses tin-nickel alloy plating from a birophosphoric acid bath and states that the addition of various amino acids is effective. That is, many amino acids, especially α-amino acids such as glycine, shift the deposition potential of nickel ions in the plating bath in a direction above the polarization curve. In addition, when using a bath mainly containing fluoride, as shown in "Journal of Electrochemical, Subsidiary Society", Vol. 100, p. 107 (1953),
The formation of a complex between the fluoride and Sn'' causes the deposition potential of Sn'' to shift to a less noble direction, bringing it closer to the deposition potential of nickel. Similar effects can be expected from chlorides and the like. In addition, amines such as pyridine, pyrazole, and ethylenediamine, oxycarboxylic acids and their salts such as citric acid and tartaric acid, sulfur-containing compounds such as thiourea and xandogensan,
Oxysulfonic acids and their salts such as cresolsulfonic acid and its salts, aminosulfonic acids and its salts such as smafamic acid and its salts, etc. are effective. Among these complexing agents, amino acids such as glycine, alanine, β-alanine, valine, aspartic acid, glutamic acid, alginic acid, lysine, histidine, proline, serine, and threonine, and ethylenediamine are particularly effective, followed by sodium fluoride, etc. Soluble fluoride salts and hydrochloric acid, or common salt and hydrochloric acid are effective. However, in the present invention, there is no particular limitation as long as a complex is formed with nickel and/or tin, and the metal deposition potential from the complex brings the deposition potentials of nickel and tin close to each other.

これらの錯化剤の使用量もまた限定されないが、−aに
錯体を形成する金属イオンに対して、0.1〜5倍モル
当量存在させれば十分で、好ましくは0,5〜3倍当量
であろう。
The amount of these complexing agents to be used is also not limited, but it is sufficient if they are present in an amount of 0.1 to 5 times the molar equivalent, preferably 0.5 to 3 times, relative to the metal ion forming the complex with -a. It would be equivalent.

本発明に適するメッキ浴組成の数例を第1〜3表に示す
Some examples of plating bath compositions suitable for the present invention are shown in Tables 1-3.

第   1   表 第   2   表 これらの例は陰極製造に用いるメッキ浴の数例であり、
所望のニッケル含有率を得るためには、一般にメッキ浴
中のニッケルイオンとスズイオンとの割合を変化させる
ことにより達成される。即ち、基体上に電析させる被覆
中のニッケル含有量を多くする場合には、浴中のニッケ
ルイオン濃度をスズイオン濃度に対して高くする必要が
ある。
Table 1 Table 2 These are some examples of plating baths used in cathode production.
A desired nickel content is generally achieved by varying the ratio of nickel ions to tin ions in the plating bath. That is, when increasing the nickel content in the coating to be electrodeposited onto the substrate, it is necessary to increase the nickel ion concentration in the bath relative to the tin ion concentration.

浴組成と電析被覆中のニッケル含有率の関係は、添加す
る錯化剤その他の添加剤、浴中のpH1電流とはほぼ比
例関係となるし、また、実施するにあたり予備的に調べ
ることにより容易にそれらの関係を知ることができる。
The relationship between the bath composition and the nickel content in the electrodeposited coating is approximately proportional to the complexing agent and other additives added, and the pH1 current in the bath. You can easily know the relationship between them.

また一般にメッキ浴中でスズイオンを安定に保つためリ
ン酸、特にビロリン酸及びそれらの塩を併用するのが好
ましい。
In general, in order to keep tin ions stable in the plating bath, it is preferable to use phosphoric acid, particularly birophosphoric acid, and salts thereof.

電気メッキの条件は通常装飾用或いは耐食用として行わ
れるスズ−ニッケル合金メッキの場合と本質的に異なら
ないが、本発明の陰極において活性被覆を得る目的にあ
っては、上記装飾又は耐食を目的とする場合に比して一
般に高いニッケル含有率とする必要がある。そのためメ
ッキ浴、中のスズ、ニッケル両イオン濃度のモル比はS
n/Niとして2以下、一般に10−4〜2、好ましく
0.0Oi〜1の範囲で用いる。
The conditions for electroplating are essentially the same as those for tin-nickel alloy plating, which is usually performed for decoration or corrosion resistance, but for the purpose of obtaining an active coating in the cathode of the present invention, the conditions for electroplating are as follows: It is generally necessary to have a higher nickel content than in the case of Therefore, the molar ratio of both tin and nickel ion concentrations in the plating bath is S
n/Ni is used in a range of 2 or less, generally 10-4 to 2, preferably 0.0 Oi to 1.

メッキ時のpHは一般にニッケル錯体を主に形成させよ
うとする場合は5〜10、好ましくは6′−9の範囲に
、またスズ錯体を主として形成させようとする場合には
一般に低め、例えば1〜6、好ましくは1〜4、特にp
H3近辺とするのがよい。
The pH during plating is generally in the range of 5 to 10, preferably 6'-9, if a nickel complex is to be mainly formed, and is generally lower, for example 1, if a tin complex is to be mainly formed. -6, preferably 1-4, especially p
It is best to set it around H3.

これらのpFI調整は、使用する錯化剤その他の添加剤
の種類及び使用量によって、或いは必要により酸、例え
ば塩酸、リン酸、フン酸等又はアルカリ、例えば炭酸ナ
トリウム、水素化ナトリウム、アンモニア水等を加えて
調整する。勿論、緩衝液として用いるのも好ましい場合
がある。
These pFI adjustments depend on the type and amount of complexing agents and other additives used, or as necessary, acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, etc. or alkalis such as sodium carbonate, sodium hydride, aqueous ammonia, etc. Add and adjust. Of course, it may also be preferable to use it as a buffer solution.

次に、本発明の電気メッキにおける電流密度は一般に0
.1〜3OA/d+w”の範囲で実施され、液組成によ
って異なるので一概には言えないが装飾用、耐食性用の
場合に比べて高めの電流密度にするのが好ましい。一般
に浴中のニッケルイオンとスズイオンのモル比(Sn/
Ni)が小さい場合には電流密度を小さくし、前記モル
比が大きい場合には電流密度を大きくして実施するのが
好結果をもたらす。
Next, the current density in electroplating of the present invention is generally 0.
.. It is carried out in the range of 1 to 3 OA/d+w", and although it cannot be generalized because it varies depending on the liquid composition, it is preferable to use a higher current density than for decorative or corrosion-resistant applications. In general, the current density is higher than that for decorative or corrosion-resistant applications. Molar ratio of tin ions (Sn/
Good results are obtained by reducing the current density when Ni) is small, and by increasing the current density when the molar ratio is large.

電極基体上に電析により形成させる被覆の厚さは、特に
限定されないが、あまりに薄い場合は当然効果は減少す
る。また、あまりに厚く被覆すると脱落しやすくなる傾
向が見られるため、通常10〜150μの範囲、好まし
くは15〜100μ程度である。     “ 上述の方法によってNi含有率25〜99wt%、好ま
しくは35〜95−t%、中でも45〜80−t%のニ
ッケル含有率において驚異的に水素過電圧の低い陰極が
得られる。
The thickness of the coating formed by electrodeposition on the electrode substrate is not particularly limited, but if it is too thin, the effect will naturally decrease. Furthermore, if the coating is too thick, it tends to fall off easily, so the thickness is usually in the range of 10 to 150 microns, preferably about 15 to 100 microns. “The method described above allows cathodes with surprisingly low hydrogen overpotentials to be obtained at Ni contents of 25 to 99 wt%, preferably 35 to 95 wt%, especially 45 to 80 wt%.

(作用及び効果) 本発明によれば、導電性を有する物質、好ましくは鉄、
ニッケル或いはこれらの金属を一成分とする合金等の金
属よりなる電極基体の表面にニッケル含有率25〜99
%のニッケル−スズ合金よりなる活性物質を被覆するた
め、得られる陰極は極めて低い水素過電圧、例えば30
A/dse”の電流密度における水素過電圧を90a+
v以下とすることも可能で且つ耐久性にも優れる。かか
る作用効果を生ずる理由は必ずしも明らかではないが、
前記したように陰イオン交換膜を用いることによりメッ
キ時にスズイオンSn”や錯化剤が酸化されることが防
止され、ニッケルにスズが混入することにより、ニッケ
ルの結晶に歪が生じたり、或いは微細な結晶の生成をも
たらし、これが陰極とした場合に水素通電の驚異的な低
下という作用効果を生ずるものと推察される。
(Operations and Effects) According to the present invention, a conductive substance, preferably iron,
The surface of the electrode base made of metal such as nickel or an alloy containing these metals as one component has a nickel content of 25 to 99%.
% of the active material consisting of a nickel-tin alloy, the resulting cathode has an extremely low hydrogen overpotential, e.g.
A/dse” hydrogen overvoltage at a current density of 90a+
It is possible to make it less than v and has excellent durability. Although the reason for producing such effects is not necessarily clear,
As mentioned above, by using an anion exchange membrane, tin ions and complexing agents are prevented from being oxidized during plating, and tin mixed into nickel may cause distortion in the nickel crystals or cause fine particles to form. It is presumed that this leads to the formation of crystals, which, when used as a cathode, produces the effect of a surprising reduction in hydrogen current flow.

また、本発明によれば陽極で発生する酸素及び陽極によ
ってSn”°が酸化することによるSn”の蓄積や錯化
剤が酸化されることが防止されるため、メッキ浴の寿命
も長< 、Sn”、N12゛の不足分を補うことにより
電着物の付着強度を低下させることなく、効率的に陰極
を製造することが出来る。
Furthermore, according to the present invention, the life of the plating bath is extended because it prevents the accumulation of Sn'' caused by the oxidation of Sn'' by the oxygen generated at the anode and the anode, and the oxidation of the complexing agent. By making up for the deficiencies in Sn'' and N12'', a cathode can be efficiently produced without reducing the adhesion strength of the electrodeposit.

陰イオン交換膜を使用しない場合は、スズの2価イオン
<Sn”)の量は、電析した分の他に、陽極及び陽極で
発生する酸素によってSn 4 +に酸化された分も減
少する。従って、陰イオン交換膜を使用しないとメッキ
本数を重ねるにつれてSn”が蓄積し、同一の電気量を
流しても電着量が減少するし、電着物中のNiとSnの
比も不安定となりやすい。
When an anion exchange membrane is not used, the amount of divalent tin ions (<Sn'') decreases not only by the amount deposited, but also by the amount oxidized to Sn 4 + by the anode and oxygen generated at the anode. Therefore, if an anion exchange membrane is not used, as the number of plates plated increases, Sn'' will accumulate, the amount of electrodeposition will decrease even if the same amount of electricity is applied, and the ratio of Ni to Sn in the electrodeposit will also be unstable. It's easy to become.

また、錯化剤であるグリシンやビロリン酸等も酸化され
て蓄積するため、電析物の付着強度が低下する。そのた
め、電析物中のNiとSnの比が25〜99−t%であ
っても、メッキ本数を重ねるにつれて、電析物の付着強
度が低下するため、水素過電圧が上昇し、耐久性も低下
する。
Furthermore, since complexing agents such as glycine and birophosphoric acid are oxidized and accumulated, the adhesion strength of the deposits decreases. Therefore, even if the ratio of Ni to Sn in the deposits is 25 to 99-t%, as the number of plates is increased, the adhesion strength of the deposits decreases, the hydrogen overvoltage increases, and the durability deteriorates. descend.

以下、本発明の実施例を示すが本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。
Examples of the present invention will be shown below, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1゜ 第4表に示すメッキ浴をIIt調整し、陰イオン交tA
 II!を介して陽極室と陰極室を存する電気メツキ装
置の陰極室及び陰極室に入れた。
Example 1゜The plating bath shown in Table 4 was adjusted to IIt, and the anion exchanger tA
II! was introduced into the cathode chamber and the cathode chamber of the electroplating apparatus, which has an anode chamber and a cathode chamber.

陰イオン交換膜としては徳山曹達−社製陰イオ■ ン交換膜、NEO3EPTA  AC3,陽極にはTi
−Pt電極を用いて、0.5dm”の大きさの軟鋼製エ
キスバンドメタル(S W 3mm、、 L W 6m
+s板厚1、5 mm)にNi−Sn合成メッキを施し
た。電流密度はIOA/dm2で電気量は7200Qと
した。この場合のメッキ本数と陰極室中のNt”、Sn
”″、5 n 4 ”1の濃度変化の関係を第1図、又
、メッキ本数と合成組成(Ni含有率)、電析量および
得られた電極の水素過電圧(90℃、11 NNaOH
,30A/dm”時)の関係を第5表に示した。更にこ
のようにして得られた1木目と5本口の電極の上記環境
下(90℃、11 NNa0 H,30A/dgm”時
)における耐久性試験結果を第3図に示した。
The anion exchange membrane was an anion exchange membrane manufactured by Tokuyama Soda Co., Ltd., NEO3EPTA AC3, and the anode was Ti.
- Using a Pt electrode, a soft steel expanded metal with a size of 0.5 dm (S W 3 mm, L W 6 m
Ni-Sn composite plating was applied to +s plate thickness 1.5 mm). The current density was IOA/dm2 and the amount of electricity was 7200Q. In this case, the number of plated wires and Nt”, Sn in the cathode chamber
Figure 1 shows the relationship between the concentration changes of ``'', 5 n 4 '' 1, and the number of plated plates, the synthetic composition (Ni content), the amount of electrodeposition, and the hydrogen overvoltage of the obtained electrode (90°C, 11 NNaOH
, 30A/dm'') are shown in Table 5.Furthermore, the relationship between the 1st grain and 5 mouth electrodes obtained in this manner under the above environment (90°C, 11 NNa0 H, 30A/dgm'') is shown in Table 5. ) The results of the durability test are shown in Figure 3.

第   4   表 第   5   表 比較例1゜ 陰イオン交換膜を用いない以外は実施例1と同様にして
行なった。
Table 4 Table 5 Comparative Example 1 The same procedure as Example 1 was carried out except that an anion exchange membrane was not used.

メッキ本数とメッキ浴中のNi”、Sn”、Sn”の関
係を第2図に又、メッキ本数と合成組成、電析量及び得
られた陰極の水素過電圧(90”C111NNa0 H
30A/dm”時)の関係を第6表に示す。更にこのよ
うにして得られた1木目と2木目の電極を実施例1と同
様な方法で耐久性試験を行った。その結果を第3図に示
した。゛陰イオン交換膜を使用しない場合、Sn”の量
は電析した分の他にSn’″−に代わった分も減少する
ため、電着物中のNiとSnの比も陰イオン交換膜を使
用する場合と異なること、また3 n 4 +が増すと
、同じ電気量を流しても電着量が減少すること、その他
、錯化剤であるグリシンやビロリン酸カリウム等が陽極
で酸化され、電析物の付着強度も低下することがわかる
。したがって電析物のN1とSnの比がほぼ同じでも水
素過電圧の値が異なるのは、電析量と付着強度が異なる
ためであると推定される。
Figure 2 shows the relationship between the number of plated pieces and the Ni'', Sn'', and Sn'' in the plating bath, and the relationship between the number of plated pieces, the synthetic composition, the amount of electrodeposition, and the hydrogen overvoltage of the obtained cathode (90''C111NNa0H
30A/dm'') is shown in Table 6.Furthermore, the electrodes for the first and second grains thus obtained were subjected to a durability test in the same manner as in Example 1.The results are shown in Table 6. This is shown in Figure 3. ``If an anion exchange membrane is not used, the amount of Sn'' decreases not only by the amount deposited but also by the amount replaced by Sn'''-, so the ratio of Ni to Sn in the electrodeposit decreases. Also, as 3 n 4 + increases, the amount of electrodeposition decreases even if the same amount of electricity is applied, and in addition, complexing agents such as glycine and potassium birophosphate etc. is oxidized at the anode, and the adhesion strength of the deposits also decreases.Therefore, even if the ratio of N1 and Sn in the deposits is almost the same, the hydrogen overvoltage values are different because the amount of deposits and the adhesion strength are different. It is presumed that this is because of this.

水素過電圧hydrogen overvoltage

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図および第3図は、実施例及び比較例の方
法によって得られた電極性能を示す図である。
FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3 are diagrams showing electrode performance obtained by the methods of Examples and Comparative Examples.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)陰イオン交換膜により陽極を分離した陰極室にお
いて、ニッケルイオンおよびスズイオンを主成分として
含有するメッキ浴を用いて、導電性電極基体の表面にニ
ッケル含有率が25〜99重量%のニッケル−スズ合金
を電析させることを特徴とする水素発生用陰極の製造方
(1) In a cathode chamber where the anode is separated by an anion exchange membrane, a plating bath containing nickel ions and tin ions as main components is used to coat the surface of the conductive electrode substrate with nickel containing 25 to 99% by weight of nickel. - A method for producing a cathode for hydrogen generation characterized by electrodepositing a tin alloy
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