JPS639591B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の利用分野） 本発明は、電解槽に関し、さらに詳しくは炭素
繊維の板状集合体を電極として用いた電解槽に関
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つて行
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、いわゆるゼロギヤツプセルやSPE（ソ
リツドポリマー電極）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散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、例えば塩素構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、例えばゼロギヤツ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、従来の電解槽よりも電解電圧を著しく低
減させたものである。すなわち、本発明は、薄膜
状の隔膜の両面に電解液が流通する空隙を備えた
炭素繊維からなる板状体電極を密着配置し、これ
をエンドプレートで挟持してなる電解槽におい
て、該炭素繊維の板状集合体は0.5〜７mm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、ニツ
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。 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
膜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）
４，５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0.5〜７mm、好ましくは１〜５mm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、ニツケル、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、1500℃以
上、特に2000℃以上で熱処理して得られたグラフ
ア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）からなるフエルト、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0.5mm未満では液の流通抵抗が大になり、ま
た７mm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10cm、幅１cm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
実験を行つた。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アイト質カーボンクロス
（炭素質原料を2000℃以上で構成して得たカーボ
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アイト質
カーボンクロス（厚さ１mm）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
量より求めた計算値である。 第１表の各電極を用い、対極を鉛板として0.1
規定硫酸からの水素発生反応を検討した。電流密
度を200ｍＡ／cm²としたときの電解電圧（浴電圧）
は第１表に示す通りであつた。

【表】 実施例 ３〜５ 実施例１においてグラフア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。 その結果を表２に示す。

【表】 実施例６〜および比較例３ 金属酸化物担持グラフアイト質カーボンフエル
ト電極を塩素発生極として食塩電解実験を行つ
た。電極の形状は、長さ10cm、幅１cmで前述の実
施例の場合と同様である。検討した塩素極は第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１mg担持カーボンフエル
ト（厚さ１mm）を用い、また隔膜には四フツ化エ
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
求めた。電流密度は150ｍＡ／cm²である。

【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ーナト鉄錯体
（３価鉄）水溶液の電解還元実験を金属担持カー
ボンフエルト陰極を用いて行つた。陽極は白金担
持グラフアイト質カーボンフエルトとし、塩酸か
らの塩素ガス発生反応とした。両電極を分離する
隔膜にはフツ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つた。結果を第
４表に示す。

【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、本発明の電解槽の一実施例を示す断
面図である。 １……陽極、２……陰極、３……隔膜、４，５
……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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 薄膜状の隔膜の両面に電解液が流通する空隙
   を備えた炭素繊維からなる板状体電極を密着配置
   し、これをエンドプレートで挟持してなる電解槽
   において、該炭素繊維の板状集合体は0.5〜７mm
   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、ニツケル、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。