JPS63124374A - 溶液流通型電解槽の電極板 - Google Patents
溶液流通型電解槽の電極板Info
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- JPS63124374A JPS63124374A JP61270341A JP27034186A JPS63124374A JP S63124374 A JPS63124374 A JP S63124374A JP 61270341 A JP61270341 A JP 61270341A JP 27034186 A JP27034186 A JP 27034186A JP S63124374 A JPS63124374 A JP S63124374A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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- H01M4/00—Electrodes
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は溶液流通型電解槽の電極板に関し、特に仕切板
と電極とを一体化した電極表面積の大きい電極板に関す
るものである。
と電極とを一体化した電極表面積の大きい電極板に関す
るものである。
（従来の技術）
従来、枠体として電解液流通孔を設けた基板を隔膜を介
して重ね合わせ、該枠体内に正極室と負極室を形成した
溶液流通型電解槽が知られている。
して重ね合わせ、該枠体内に正極室と負極室を形成した
溶液流通型電解槽が知られている。
第４図はこのような電解槽の展開図を示すもので、この
電解槽は、隔膜２５と、その両側に設けられた枠状スペ
ーサー２１ （一方のみ図示）と、この隔膜２５および
棒状スペーサー２１をはさんで負極側および正極側（一
方のみ図示）にそれぞれ対称形に積層された、導電性物
質を含む板状電極２３とから構成される。正極液（また
は負極液）は、板状電極２３の電解液流通孔２６Ａを通
り、スペーサー１の枠内空間２２から電極面上に流れ、
他方の枠内空間の流通孔から外部または次の電解槽に流
される。一方、負極液（または正極液）は、流通孔２６
Ｂから隔膜２５をはさんで対称に設置されたスペーサー
（図示せず）の枠内空間から同様に流入され、排出され
る。
電解槽は、隔膜２５と、その両側に設けられた枠状スペ
ーサー２１ （一方のみ図示）と、この隔膜２５および
棒状スペーサー２１をはさんで負極側および正極側（一
方のみ図示）にそれぞれ対称形に積層された、導電性物
質を含む板状電極２３とから構成される。正極液（また
は負極液）は、板状電極２３の電解液流通孔２６Ａを通
り、スペーサー１の枠内空間２２から電極面上に流れ、
他方の枠内空間の流通孔から外部または次の電解槽に流
される。一方、負極液（または正極液）は、流通孔２６
Ｂから隔膜２５をはさんで対称に設置されたスペーサー
（図示せず）の枠内空間から同様に流入され、排出され
る。
溶液流通型電解槽においては、電極部分と被電解物質と
の接触頻度をいかにして高くするかということが、被電
解物質の濃度に関係なく、常に重要な問題となってくる
。電極と被電解物質との接触頻度を高めることは、電解
電圧を大きくする原因である濃度分極を小さくするので
、エネルギー的見地からも非常に重要なことである。従
来、電極と被電解物質との接触頻度を高める手段として
、電解液を十分に攪拌すること、および電極に多孔質導
電体を用いるなどして電極表面積を増大させることが行
なわれている。後者の方法である電極の実質的表面積の
増大は、一般の電解においては必要不可欠であり、多く
の表面積増大法が試みられている。電解槽が複極仕切板
をもっ複極式電解槽の場合は、複極仕切板に表面エツチ
ングを行なって表面積を大きくする方法があるが、これ
でも不十分なときは、仕切板に多孔質導電体を取りつけ
てこれを電極とすることが望ましいとされている。この
ような複極仕切板と多孔質電極との組み合わせは、特に
希薄溶液中の溶質、分散質を電解する際に有効である。
の接触頻度をいかにして高くするかということが、被電
解物質の濃度に関係なく、常に重要な問題となってくる
。電極と被電解物質との接触頻度を高めることは、電解
電圧を大きくする原因である濃度分極を小さくするので
、エネルギー的見地からも非常に重要なことである。従
来、電極と被電解物質との接触頻度を高める手段として
、電解液を十分に攪拌すること、および電極に多孔質導
電体を用いるなどして電極表面積を増大させることが行
なわれている。後者の方法である電極の実質的表面積の
増大は、一般の電解においては必要不可欠であり、多く
の表面積増大法が試みられている。電解槽が複極仕切板
をもっ複極式電解槽の場合は、複極仕切板に表面エツチ
ングを行なって表面積を大きくする方法があるが、これ
でも不十分なときは、仕切板に多孔質導電体を取りつけ
てこれを電極とすることが望ましいとされている。この
ような複極仕切板と多孔質電極との組み合わせは、特に
希薄溶液中の溶質、分散質を電解する際に有効である。
希薄溶液の電解において、多孔質化した炭素を電極とし
て用いることは、安価でかつ安定した電解槽を構成でき
るという点では優れている。
て用いることは、安価でかつ安定した電解槽を構成でき
るという点では優れている。
多孔質炭素を電極として用いた具体的組み合わせた従来
例として次のものが挙げられる。
例として次のものが挙げられる。
（１）カーボンプラスチ・ツクシートを仕切板として用
い、これに多孔質炭素を熱融着させたもの。
い、これに多孔質炭素を熱融着させたもの。
（２）ガラス状炭素やグラファイトを仕切板として用い
、これに多孔質炭素を導電性接着剤により接着したもの
。
、これに多孔質炭素を導電性接着剤により接着したもの
。
（３）金属板を仕切板として用い、これにカーボンフェ
ルトや、カーボンクロスを接着したもの。
ルトや、カーボンクロスを接着したもの。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、炭素電極は金属電極に比べ導電性の点で
問題がある。すなわち一般の炭素材料は電導に関する体
積抵抗率が１０−３Ω印で、銅や鉄に比べ著しく大きく
、高電流密度で電解する場合はオーム損失が大きくなり
、また低電流密度で電解する場合も仕切板と電極との接
触抵抗のため、オーム損失を無視できないのが現状であ
る。
問題がある。すなわち一般の炭素材料は電導に関する体
積抵抗率が１０−３Ω印で、銅や鉄に比べ著しく大きく
、高電流密度で電解する場合はオーム損失が大きくなり
、また低電流密度で電解する場合も仕切板と電極との接
触抵抗のため、オーム損失を無視できないのが現状であ
る。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、導電性の
基板上に多孔質炭素の電極を取り付けた、接触抵抗の小
さい溶液流通型電解槽の電極板を提供することにある。
基板上に多孔質炭素の電極を取り付けた、接触抵抗の小
さい溶液流通型電解槽の電極板を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成するために本発明は、導電性基板上に電
極を有する溶液流通型電解槽の電極板において、該導電
性基板上に気相法による炭素繊維を生成せしめたものを
電極としたことを特徴とする。
極を有する溶液流通型電解槽の電極板において、該導電
性基板上に気相法による炭素繊維を生成せしめたものを
電極としたことを特徴とする。
本発明において、導電性基板に気相法により炭素繊維を
生成させるには、一般に基板表面に触媒粒子（例えばＦ
ｅなど）を分散付着させる方法や、金属の有機化合物（
フェロセン）などを熱分解して触媒粒子を基板上に形成
させる方法が示される。
生成させるには、一般に基板表面に触媒粒子（例えばＦ
ｅなど）を分散付着させる方法や、金属の有機化合物（
フェロセン）などを熱分解して触媒粒子を基板上に形成
させる方法が示される。
このような気相法炭素繊維の製造法自体は、シーディン
グ法として知られており、例えば化学工学、第５０巻、
第３号、４５〜４９頁が参照される。
グ法として知られており、例えば化学工学、第５０巻、
第３号、４５〜４９頁が参照される。
このようにシーディングを施した基板上に高温（例えば
１１００℃）で炭化水素のような炭化源と水素を供給し
て反応させることにより、基板上に炭素繊維を多量に生
成することができる。生成させる炭素繊維の太さ、長さ
、および密度は、原料ガスの種類、熱分解温度、反応時
間等により調節することができるが、本発明の用途には
、一般に長さ０．１〜６０ ｖａｎ、太さ０．１〜６０
μｍ、密度１００〜６００００本／−程度が好ましい。
１１００℃）で炭化水素のような炭化源と水素を供給し
て反応させることにより、基板上に炭素繊維を多量に生
成することができる。生成させる炭素繊維の太さ、長さ
、および密度は、原料ガスの種類、熱分解温度、反応時
間等により調節することができるが、本発明の用途には
、一般に長さ０．１〜６０ ｖａｎ、太さ０．１〜６０
μｍ、密度１００〜６００００本／−程度が好ましい。
第１図は、このようにして形成された電極付複極仕切板
の斜視図を示すものである、複極仕切板であるカーボン
基板２上に気相成長させた炭素繊維１が形成されている
。
の斜視図を示すものである、複極仕切板であるカーボン
基板２上に気相成長させた炭素繊維１が形成されている
。
第２図は、第１図のような複極仕切板を用いて溶液流通
型電解槽を構成する場合の展開図である。
型電解槽を構成する場合の展開図である。
この電解槽は、気相法炭素繊維からなる電極１を有する
複極仕切板２と、スペーサー５と、隔膜６とから基本的
に構成されている。このような溶液流通型電解槽を用い
て単電池を構成した例を第３図に示す。この単電解槽は
陽イオン交換膜からなる隔膜６の両側に設けられた負極
室スペーサー５Ａおよび正極室スペーサー５Ｂと、さら
にその外側に積層された炭素板からなる仕切板２Ａおよ
び２Ｂと、該仕切板上に形成された気相法炭素繊維によ
る電極ＩＡおよびＩＢと、さらに仕切板の外側に設けら
れた外部連結用の銅板３Ａおよび３Ｂと、押さえ板４と
、これらの押さえ板、銅板、仕切板を貫通して設けられ
た負極液入口導管９、負極液出口導管１０、正極液入口
導管７、正極液出口導管８とからなる。これらの各構成
要素は、積層されたのち、その端部をボルトナツト１１
で締結して、電解槽が形成される。このような電解槽に
おいて負極液は導管９から負極室スペーサー内に入り、
ここで電解処理されたのち、負極液出口導管１０から外
部に導出され、一方正極液は、導管７から正極室スペー
サー内に入り、ここで電解処理されたのち、正極液出口
導管８から槽外に導出される。
複極仕切板２と、スペーサー５と、隔膜６とから基本的
に構成されている。このような溶液流通型電解槽を用い
て単電池を構成した例を第３図に示す。この単電解槽は
陽イオン交換膜からなる隔膜６の両側に設けられた負極
室スペーサー５Ａおよび正極室スペーサー５Ｂと、さら
にその外側に積層された炭素板からなる仕切板２Ａおよ
び２Ｂと、該仕切板上に形成された気相法炭素繊維によ
る電極ＩＡおよびＩＢと、さらに仕切板の外側に設けら
れた外部連結用の銅板３Ａおよび３Ｂと、押さえ板４と
、これらの押さえ板、銅板、仕切板を貫通して設けられ
た負極液入口導管９、負極液出口導管１０、正極液入口
導管７、正極液出口導管８とからなる。これらの各構成
要素は、積層されたのち、その端部をボルトナツト１１
で締結して、電解槽が形成される。このような電解槽に
おいて負極液は導管９から負極室スペーサー内に入り、
ここで電解処理されたのち、負極液出口導管１０から外
部に導出され、一方正極液は、導管７から正極室スペー
サー内に入り、ここで電解処理されたのち、正極液出口
導管８から槽外に導出される。
以下、本発明の具体的実施例を述べる。
実施例１および２、比較例１〜４
仕切板としてガラス状炭素基板およびＴｉ基板を用い、
これらの上にシード材としてＦｅ（Ｎ。
これらの上にシード材としてＦｅ（Ｎ。
３）３０．５ｍｏ１水溶液を塗布し、１０５０℃に加熱
された高温炉内に保持された反応管内に供給し、前記基
板表面に鉄の微粒子（シード）を形成したのち、メタン
濃度が７，５ｖｏ１％であるメタンと水素との混合ガス
を導入したところ、前記基板上にそれぞれ太さ１．０〜
１０μｍ、長さ３〜７ｍｍの炭素繊維が４００〜６００
本／ ｍ ｍ ２の密度で生成し、基板と電極が一体化
した電極板（実施例１および２）が得られた。
された高温炉内に保持された反応管内に供給し、前記基
板表面に鉄の微粒子（シード）を形成したのち、メタン
濃度が７，５ｖｏ１％であるメタンと水素との混合ガス
を導入したところ、前記基板上にそれぞれ太さ１．０〜
１０μｍ、長さ３〜７ｍｍの炭素繊維が４００〜６００
本／ ｍ ｍ ２の密度で生成し、基板と電極が一体化
した電極板（実施例１および２）が得られた。
これに対し、単にカーボンクロスを担持させただけの電
極板（比較例１．２）、またカーボンクロスを接着剤と
してカーボンペーストを用いて接着させた電極板（比較
例３．４）を用い、第３図に示した小型車電解槽により
電解実験を行ない、電解槽（セル）の抵抗を測定した。
極板（比較例１．２）、またカーボンクロスを接着剤と
してカーボンペーストを用いて接着させた電極板（比較
例３．４）を用い、第３図に示した小型車電解槽により
電解実験を行ない、電解槽（セル）の抵抗を測定した。
各電極の面積は１０ｃｔ （１ｃｍｘ ｌ Ｏｃｍ）で
あり、電極の厚さは２ｍｍとした。その他の実験条件は
下記のとおりである。
あり、電極の厚さは２ｍｍとした。その他の実験条件は
下記のとおりである。
電解液：鉄錯体水溶液
電解電流：１００ｍＡｃｍ−２
陽極液：０．ＩＭ Ｆｅ ｎｔａ／ＩＭＮａＨ２Ｐ
Ｏ４陽極反応：Ｆｅ ｎｔａ−＋Ｆｅ ｎｔａ陰極
液：Ｑ、ｌＦｅ ｎｔａ／ＩＭＮａＨ２ＰＯ４陰極反
応：Ｆｅ ｎｔａ−＋Ｆｅ ｎｔａ実験結果を第１
表に示す。
Ｏ４陽極反応：Ｆｅ ｎｔａ−＋Ｆｅ ｎｔａ陰極
液：Ｑ、ｌＦｅ ｎｔａ／ＩＭＮａＨ２ＰＯ４陰極反
応：Ｆｅ ｎｔａ−＋Ｆｅ ｎｔａ実験結果を第１
表に示す。
以下余白
第 １ 表
以上の結果より、本発明による電極板のセル抵抗は従来
のものに比べ著しく小さくなっていることがわかる。こ
れは、基板と電極との接触抵抗の大幅な低減および気相
成長炭素の結晶配向性に基づくものと思われる。
のものに比べ著しく小さくなっていることがわかる。こ
れは、基板と電極との接触抵抗の大幅な低減および気相
成長炭素の結晶配向性に基づくものと思われる。
（発明の効果）
本発明によれば下記のような効果が得られる。
（１）基板と気相成長炭素繊維が一体化されているので
、基板と炭素電極との接触抵抗がほとんどなくなる。
、基板と炭素電極との接触抵抗がほとんどなくなる。
（２）気相成長炭素繊維は、黒鉛結晶性が高くミ網目平
面が繊維断面に対して年輪上に成長するので、繊維軸方
向の導電性が良く、セル抵抗の小さい電極となる。
面が繊維断面に対して年輪上に成長するので、繊維軸方
向の導電性が良く、セル抵抗の小さい電極となる。
（３）気相成長炭素繊維を電極として基板に成長させる
場合、炭素繊維の長さ、直径、密度等のコントロールは
容易であるため、電極板製作工程面およびコスト面にお
いても非常に有利である。
場合、炭素繊維の長さ、直径、密度等のコントロールは
容易であるため、電極板製作工程面およびコスト面にお
いても非常に有利である。
第１図は本発明による電極板の斜視図、第２図は本発明
による電極板を用いた電解槽の展開図、第３図は電解試
験に用いた小型車電解槽の構造図、第４図は、従来の溶
液流通型電解槽の単位構成を示す展開図である。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・気相成長炭素繊維、２．２Ａ、２
Ｂ・・・（複極）仕切板、３Ａ、３Ｂ・・・集電用銅板
、４・・・押さえ板、５．５Ａ、５Ｂ・・・スペーサー
、６・・・隔膜（陽イオン交換膜）、７・・・正極液入
口導管、８・・・正極液出口導管、９・・・負極液入口
導管、１０・・・負極液出口導管。
による電極板を用いた電解槽の展開図、第３図は電解試
験に用いた小型車電解槽の構造図、第４図は、従来の溶
液流通型電解槽の単位構成を示す展開図である。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・気相成長炭素繊維、２．２Ａ、２
Ｂ・・・（複極）仕切板、３Ａ、３Ｂ・・・集電用銅板
、４・・・押さえ板、５．５Ａ、５Ｂ・・・スペーサー
、６・・・隔膜（陽イオン交換膜）、７・・・正極液入
口導管、８・・・正極液出口導管、９・・・負極液入口
導管、１０・・・負極液出口導管。
Claims (1)
- 導電性基板上に電極を有する溶液流通型電解槽の電極
板において、該導電性基板上に気相法による炭素繊維を
生成せしめたものを電極としたことを特徴とする溶液流
通型電解槽の電極板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61270341A JPS63124374A (ja) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | 溶液流通型電解槽の電極板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61270341A JPS63124374A (ja) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | 溶液流通型電解槽の電極板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63124374A true JPS63124374A (ja) | 1988-05-27 |
Family
ID=17484906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61270341A Pending JPS63124374A (ja) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | 溶液流通型電解槽の電極板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63124374A (ja) |
-
1986
- 1986-11-13 JP JP61270341A patent/JPS63124374A/ja active Pending
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