WO2004048643A1

WO2004048643A1 - 複極式ゼロギャップ電解セル

Info

Publication number: WO2004048643A1
Application number: PCT/JP2003/015101
Authority: WO
Inventors: Hiroyoshi Houda; Yasuhide Noaki
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corporation
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2004-06-10
Also published as: AU2003302453A1; KR100583332B1; KR20050052516A; US20060042935A1; ES2533254T3; EP2039806A1; CN100507087C; EP1577424A4; JP4453973B2; CN1717507A; JP5047265B2; CN101220482A; TW200409834A; EP1577424B1; US7323090B2; TWI255865B; EP1577424A1; JP2010111947A; JPWO2004048643A1; ES2547403T3

Abstract

　開示した複極式ゼロギャップ電解セルでは、陽極を構成する陽極基材が開口率２５％以上７０％以下のチタン製エクスパンデッドメタル或いはチタン製金網であり、且つ前記基材に触媒を塗布した後の陽極表面の凹凸の差の最大値が５μｍ～５０μｍであり、陽極の厚みが０．７ｍｍ～２．０ｍｍである。この電解セルは、イオン交換膜が破損しにくく且つ陽極液と陰極液が一定範囲内の濃度分布を持ち、セル内圧の変動の少ない長期間安定して電解できる。

Description

複極式ゼ口ギャップ電解セル技術分野

本発明は、複極式ゼロギヤップ電解セルに関する。

これは、陽極室と陰極室とを背中合わせに配置して構成した複極式電解槽セルを陽ィオン交換膜を介して多数配列させてなるフィルタープレス型電解槽の複極式電解セルであって、上記陰極室に明導電性のクッションマット層と、更にその上部で且つ陽ィオン交換膜と接触する部分に水素発生用陰極を重ねた少なくとも 2 層を有している。書

この電解セルは、陽極を構成する基材が開口率 2 5 %以上 7 0 %以下のチタン製ェクスパンデッドメタル或いはチタン製金網であり、且つ前記基材に触媒を塗布した後の陽極表面の凹凸の差の最大値が 5 μ π！〜 5 0 μ mであり、厚み 0 . 7 mm〜2 . 0 mmであることを特徴とする。

背景技術

高電流効率、低電圧で高純度のアル力リ金属水酸化物を生産するためのィオン交換膜法塩化アルカリ電解セルについては、多くの提案がなされている。その中でィォン交換膜を挟んで陽極と陰極が接触している形式のゼロギャップに関するものも提案されている。

米国特許第 4 4 4 4 6 3 2号明細書、特公平 6— 7 0 2 7 6号公報（米国特許 4 6 1 5 7 7 5号明細書、ョ一口ッパ特許 1 2 4 1 2 5号に対応）および特開昭 5 7 - 9 8 6 8 2号公報（特公平 1— 2 5 8 3 6号、米国特許 4 3 8 1 9 7 9号明細書、ョ一口ッパ特許 5 0 3 7 3号に対応）には、ワイヤーマツトを用いた電解用セルが提案されている。特許第 2 8 7 6 4 2 7号公報（米国特許 5 5 9 9 4 3 0号明細書に対応）では、電気化学槽用のマットレスが提案されている。

これら特許の中には、ェクスパンドプレッシャープレートゃカソードファインメッシュスクリーンを備えているものもある。し力、し、マットの強さや、陽極の形状、電解液濃度分布、セル内の圧力変動等が適正な電解用セルとなっておらず、イオン交換膜の電圧上昇や破損などの問題がある。

特公平 5— 34434号公報、特開 2000— 178781号公報、特開 20 00-178782号公報、特開 2001— 64792号公報、特開 2001— 1 52380号公報、.特開 2001— 262387号公報、においては、弾性マットが示されており、その強度や、陰極の強度、マツ卜の潰れ防止なども開示されている。

これらの改良は確かに効果もあるが、 5 k AZm 以上の高電流密度では、これだけでは長期間電流効率や電圧の安定した電解をするにはまだ不十分である。ゼロギャップ電解セルとしては、上記のマットに関するもの以外に、バネを用いたものもある。例えば、特開平 10— 53887号公報などはバネを用いた電解槽である。しカゝし、パネでは局部的な圧力が強くなり、接触している膜に損傷を与える場合があった。ゼロギャップ構造を採用できる電解槽としては、例えば特開昭 51—43377号公報、特開昭 62— 96688号公報、特表昭 61— 500669号公報 (WO 85/2419号に対応）等がある。

これらの単位電解セルは、単位電解セルと一体となった気液分離室もなく、液及ぴガスを気液混相のまま上部に抜き出しているため単位電解セル内に振動が発生しィオン交換膜を破損するなどの欠点があった。更に内部に電解液を混合する工夫がなされておらず、そのために電解室内の電解液の濃度分布を均一にするため多量の電解液を循環しなければならない欠点がある。

特開昭 61— 19789号公報、特開昭 63— 11686号公報では、上部にガス及び電解液を抜き出さずに下向きに抜き出すように工夫しているが、液とガスが混相で払い出されることがあり、単位電解セル内での振動発生を防止することはできなかった。又、セル内部の電解液濃度を均一にするために、電解液を内部循環できる導電性分散体或いは電流分配部材を設けているが、電解セル内の構造が複雑になるなどの欠点がある。

実開昭 59— 153376号公報では、電解セル内で生じる振動を防止するための対策として波消し板を提案しているが、この方法だけでは未だ十分な波消し効果が得られず、電解セル内の圧力変動に基づく振動を完全に防止することはできない。 . 特開平 4 - 2 8 9 1 8 4号公報、特開平 8— 1 0 0 2 8 6号公報においては、セル内の電解液を均一にするため、電解液を内部循環できるな筒状ダクトゃダウンカマーを設けているが、やはり電解セル内の構造が複雑になり製作コス卜が高くなり、或いは 5 k A/m ²以上の高電流密で電解しようとするとまだ電解液の濃度分布は大きく、イオン交換膜へ悪影響を与えることが懸念される。

更に、これら公報によると、気液分離室がある程度十分な大きさを持ち、且つ下向きや水平に気液分離した状態で抜き出す工夫をして振動を防止しようとしてはしている力 5 k AZm 以上の高電流密度においてはまだ振動が発生することもある。

発明の開示

本発明は、高電流密度のもとに安定した電解を、簡単、確実な構造で可能にする複極式ゼ口ギヤップ電解セルぉよぴ電解方法を提供することを目的とする。より詳細には、本発明の目的は、ゼロギャップ型のイオン交換膜法電解槽を用いて、 4 k AZm ²以上の高電流密度で電解する場合、イオン交換膜の破損しにくいゼロギヤップ構造を有していて、且つ陽極液と陰極液が一定範囲內の濃度分布を持ち、セル内圧の変動の少ない長期間安定して電解できる複極式ゼロギヤップ電解セル及ぴその電解方法を提供することである。

本発明の他の目的は、上記目的に加えて、電解セル内のガス振動によるイオン交換膜の破損を防いで長期間安定した電解を可能にする複極式ゼロギヤップ電解セルの提供である。

本発明は、陽イオン交換膜を用いて塩化アルカリ水溶液を電解する複極式ゼロギャップ電解セルを提供する。すなわち、複数の複極式電解セルと、隣接した複極式電解セルの間に各々を配した複数の陽イオン交換膜とを有するフィルタープレス型電解槽に用いるための複極式ゼロギヤップ電解セルである。

この電解セルは、陽極室と、陽極室に設けた陽極であって、開口率 2 5 %から 7 5 %のチタン製エタスパンデッドメタルまたはチタン製金網を含む陽極基材で形成され、該陽極基材への触媒の塗布後に、陽極表面上の凹凸の高低差が最大で 5 μ πιから 5 0 μ πιであり、厚みが 0 . 7 mmから 2 . 0 mmである陽極と、陽極室と背中合わせに配置した陰極室と、重ねた少なくとも 2つの層を陰極室に有する陰極であって、これらの層が導電 I"生クッションマット層と、水素発生用陰極の層とを含み、該水素発生用陰極層がクッションマツト層に隣接するとともに、前記陽ィオン交換膜に接触する領域に配置されている陰極とを備えることを特徴とする。

上記構成は、陽極とイオン交換膜と陰極の間に適切なゼロギャップを保ち、発生ガスの通過させることによって、イオン交換膜の破損とセル内圧の変動が少なく、安定した電解を長期間に渡って行うことを可能にする。

陽極基材はチタン製ェクスパンデッドメタルを含み、該ェクスパンデッドメタルがエタスパンド加工、次いで圧延加工によってチタン製板から形成される二とが好ましい。ェクスパンデッドメタルの厚みは、ェクスパンド加工後の圧延加工によって、ェクスパンド加工前の板厚の 9 5 %から 1 0 5 %に設定することが好ましい。

水素発生用陰極は、厚みが 0 . 0 5 mmから 0 . 5 mmで且つ二ッケル製金網, ニッケル製ェクスパンデッドメタルおよびニッケノレ製打ち抜き多孔板のグ^^ープ力ら選んだ基材で形成され、該水素発生用陰極は、この水素発生用陰極上に形成した厚みが 5 0 m以下の電解用触媒コーティング層を有することが好ましい。このような構造によると、適切な柔軟' I"生があり、ィオン交換膜を損傷するこの少なレ、電極を容易に安価に製作することができる。

電解セルは、さらに、それぞれ前記陽極および陰極室の上部の非通電部に一体状に形成した気液分離室を備えていても良い。この場合、電解液の内部循環流路となる筒状ダクトおよぴバッフルプレートのうちの少なくとも一方が前記陽極および陰極室の少なくとも 1つの隔壁部と関連した電極との間に設けられることが好ましい。

気液分離室には仕切板が形成されることが好ましい。

気液分離室の設置は、電極室上部から発生ガスを抜き出すことによって、ガス振動を防いで、一層安定した電解を可能にする。 .

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の複極式ゼロギヤップ電解セルに使用可能な陰極の一例を示す側面図である。図 2は、本発明に使用可能な導電性プレートの一例の L型部を示す斜視部である。

図 3は、本発明の複極式ゼ口ギャップ電解セルに使用可能な陽極の一例と電解液濃度のサンプリング位置を示す平面図である。

図 4は、本発明の複極式ゼ口ギヤップ電解セルに使用可能な陽極室の一例を示す側断面図である。

図 5は、本発明の複極式ゼロギヤップ電解セルに使用可能な陽極側気液分離室を示す側断面図である。

図 6は、本発明の実施例による複極式ゼロギヤップ電解セルの断面図である。図 7は、本発明のセルを用いた電解槽の適用例を示す、一部を切り欠いた組み立て図である。イオン交換膜 2 8と陽極室の間にはそれぞれ陰極用ガスケット 2 7と陽極室ガスケット 2 9を挟んで固定する。

図 8は、本発明の複極式ゼロギヤップ電解セルに使用可能な陰極の一例と電解液濃度のサンプリング位置を示す平面図である。

図 9は、本発明の別の実施例による複極式フアイナイトギャップ電解セルを示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

一般的に、安定した塩化アルカリの電解を行ない、塩素、水素、苛性ソーダを安価に生産するために要求されることは、設備コストが安価であること、低電圧で電解できること、セル內の振動等によりイオン交換膜が破損しないこと、セル内の電解液濃度の分布が均一でイオン交換膜の電圧や電流効率が長期間安定していること等があげられる。

このような要求に応じて、近年のイオン交換膜法塩化アルカリ電解における性能の向上はめざましいものがある。特にイオン交換膜、電極、単位電解セルの性能向上は著しく、電力原単位はイオン交換膜法の出現当初の 4 k A/m ²で 3 0

0 0 k W/N a〇H- 1から、近年では 2 0 0 0 k W/N a O H- 1以下になろうとしている。

し力し、最近は設備大型化や省力化、高効率化の要望が更に強くなつており、電解セルにおいても電解電流密度も当初の 3 k A/m ²から、現在では 4 k A/ m ²から 8 k A/m ²で電解できるようにすることが求められているばかりでなく、極限まで電圧を下げて行くことが求められている。

本発明者等はこのような状況に鑑み、単位電解セルを改良するに当たり、 4 k A/m ²から 8 k A/m ²のような高電流密度で、従来の電解セルより大幅に低電圧で、安定した電解ができることを目標に検討を進めてきた。

通常の場合、陽イオン交換膜は陰極室側の圧力により陽極に押しつけられているため、陰極と陽イオン交換膜との間には隙間が生じている。この部分には電解液の他に大量の気泡が存在し、電気抵抗が非常に高い。電解セルの大幅な電解電圧の低減を図るためには、陽極と陰極の間隔（以下極間距離と言う）を出来るだけ小さくして、陽極と陰極の間に存在する電解液やガス気泡の影響をなくすことが最も効果的である。

従来はこの極間距離は 1〜 3 mm程度が普通であった（以下ファィナイトギヤップと言う）。この極間距離を小さくするための手段は既にいくつか提案されている。

しか L電解セルは一般に 2 m 以上の通電面積を有しており、陽極と陰極を完全に平滑にして製作精度の公差をほぼゼロ mmとすることは不可能である。従つて、ただ単に極間距離を小さくして行くだけでは、陽極と陰極の間に存在するィオン交換膜を押し切り破損させたり或いは、極間距離がィオン交換膜の厚みとほぼ同じ距離で、陽極と膜、陰極と膜の間に隙間の殆ど無い状態（以下ゼロギヤップと言う）に保てない部分が存在したりして、理想的なゼロギャップは得られなレ、。

イオン交換膜法では、ゼロギャップとするために、陽極は比較的剛性を強くして、イオン交換膜を押しつけても変形の少ない構造とし、陰極側のみを柔軟な構造にして、電解セルの製作精度上の公差や電極の変形等による凹凸を吸収してゼ口ギャップを保つような構造としている。

ゼ口ギヤップ構造としては、陰極側に導電性のクッションマットと、これに隣接し且つ陽イオン交換膜と接触する部分に水素発生用陰極を重ねた少なくとも 2 層を有していることが必要である。例えば、図 1に示すように陰極室内に導電性プレート 3を取り付け、その上部に導電 ¾Ξのクッシヨンマット 2と、更にその上部で且つ陽イオン交換膜と接触する部分に 0 . 5 mm以下の厚みの水素発生用陰極 1を重ねた少なくとも 3層を有することが好ましい。

導電性プレート 3は、その上に積層されるクッションマット 2や水素発生用陰極 1へ電気を伝えるとともに、それらから受ける荷重を支え、陰極から発生するガスを隔壁 5側に支障なく通過させる役割がある。従って、この導電性プレートの形状は、ェクスパンドメタノレゃ打ち抜き多孔板などが好ましい。開口率は、陰極から発生した水素ガスを支障なく隔壁側に抜き出せるために 4 0 %以上あることが好ましい。強度については、リブ 4とリブ 4の間隔が 1◦ 0 mmの場合、その中央部に 3 mH ₂ Oの圧力がかかつても 0 . 5 mm以下の撓みであれば導電性プレートとして使用できる。材質は、耐食性の面からニッケル、二ッケル合金、ステンレススチール、鉄などが利用できるが、導電性の面からニッケルが最も好ましい。

導電性プレート 3の一部に図 2の如く L型部 6を形成して、隔壁 5に直接取り付けることもできる。この場合は、リブと導電性プレートを兼ねることになり、材料の節約、組立時間の削減ができるので好ましい。

導電性プレートは、今までフアイナイトギャップの電解セルで用いていた陰極をそのまま利用することもできる。

クッションマツトは、導電性プレートと水素発生用陰極の間にあって、電気を陰極に伝えること、陰極から発生した水素ガスを導電性プレート側に抵抗なく通過させることが必要である。そして最も重要な役割は、イオン交換膜に接している陰極に対し均一で膜を損傷させない程度の適切な圧力を加えて、ィオン交換膜と陰極とを密着させることである。

クッションマットとしては、通常公知のものが使用できる。クッションマットの線径としては、 0 . 0 5 mm〜0 . 2 5 mmのものが好適に用いられる。線径が 0 . 0 5 mmより細いとクッションマットがつぶれやすく、また線径が 0 . 2 5 mmより太いとクッションマットとして強く、電解に使用した場合押し付け圧の増加により膜の性能に影響を及ぼす。

さらに好適には、 0 . 0 8 mm〜 0 . 1 5 mmの範囲の線径を使用することができる。例えば線径◦. 1 mm程度のニッケル製ワイヤーを織ったものを波付け加工したものでよい。材質は通常は導電性の面からニッケルが使用される。またこのようなクッションマツトの厚みは、 3mmから 1 5mm程度のものを用いることができる。

さらに好適には、 5mmから 10mm程度のものが使用できる。クッションマットの柔軟 'ί生は、公知の範囲のものが使用できる。クッションマツトの柔軟性は、 50 %圧縮変形時の反発力力 S20 g/cm²〜400 g/cm²の範囲のものを用いることができる。 50%圧縮変形時の反発力が 20 g/ cm²より小さレ、と H莫を完全に押し付けることができなく、 400 g/ cm²より大きいと膜をより強く押し付けるので好ましくない。

さらに好適には 50 %圧縮変形時の反発力が 30 gZcm²から 200 gZ c m ²の弾性を有するものが使用できる。

このようなクッシヨンマツトは、導電性プレートの上に重ねて使用する。この取り付け方法も通常公知の方法、例えばスポット溶接で適宜固定するか或いは樹脂製のピンや金属製のワイヤー等が使用できる。

クッションマットの上には直接陰極を重ねても良い。或いは別の導電性シートを介して陰極を重ねても良い。ゼロギャップに使用できる陰極としては、線径が細くメッシュ数の小さい陰極が柔軟性も高く好ましい。このような基材は通常公知のものを使用できる。線径 0. 1〜0. 5mmで、目開きが 20メッシュから 80メッシュ程度の範囲であればよい。

また、陰極の基材としては、 0. 05〜0. 5 mmの板厚のニッケノレ製ェクスパンドメタノレゃニッケノレ製の打ち抜き多孔板やエッケノレ製の金網で、開口率が 2 0%から 70%のものも好適に用いることができる。

陰極の製造工程における取り扱いや陰極としての柔軟性の面からより好適には、 0. 1 mm〜 0 · 2 mmの板厚のニッケル製ェクスパンデッドメタルや二ッケル製の打ち抜き多孔板や二ッケル製の金網で、開口率力 S 25 %から 65 %のものをより好適に用いることができる。ニッケルエタスパンドメタルの場合は、圧延処理を行い、加工前の金属平板厚みの 95〜105%の範囲で平坦にしたものがより好ましい。金網の場合は、直角に 2本の線が交わるため板厚としては、厚みが線径の 2倍になる。また、線径の 95〜 105 %の範囲で金網を圧延加工処理したものも好適に用いることができる。

陰極のコーティングとしては、貴金属酸化物のコーティングで且つ薄いことが好ましい。その理由は、例えばニッケル酸化物をプラズマ溶射したコーティングでは、厚みが 1 0 0 /i ni以上にもなり、柔軟性を要求されるゼロギャップ用陰極としては硬く脆いため、陰極に接しているイオン交換膜が傷つく場合があった。また、金属のメツキでは、十分な活性が得られにくい。そのため貴金属の酸化物を主成分としたコーティングが活性も高く、コーティング層の厚みを薄くできるので好ましい。

コーティング層の厚みが薄いと、陰極基材の柔享欠 I生が損なわれず、イオン交換膜を損傷しないので好ましい。コーティングは厚すぎると前述のように、イオン交換膜を痛める場合があるだけでなく、陰極の製作コストが上がるなどの不具合がある。また薄すぎると十分な活性が得られない。そのためコーティング層の厚みは、 0 . 5 μ mから 5 0 μ mが好ましく、最も好ましくは 1 μ mから 1 0 μ m の範囲である。陰極のコーティング厚みは、基材断面を切断し、光学顕微鏡ゃ電子顕微鏡により計測することができる。

このような陰極を取り付ける場合は、通常公知の溶接法やピンで止める方法などが用いられる。

ゼロギャップ電解セルにおいては、今まで述べたような、要件の他に陽極そのものの形状も重要である。陽極には、イオン交換膜が、従来のフアイナイトギヤップ電解セルより強く押しつけられるため、エタスパンドメタル基材を用いた陽極では開口部の端で、イオン交換膜が破損すること或いは、開口部にイオン交換膜が食い込んで、陰極とイオン交換膜の間に隙間ができて電圧が上昇したりすることがあった。

このために電極としては出来るだけ平面的な形状とすることが必要である。そのためには、ェクスパンド加工した基材をローラでプレスして平面状にすることが望ましい。一般にェクスパンド加工をすると、その厚みは、加工する前の約 1 . 5倍から 2倍に見かけ厚みが増加する。このままでゼロギヤップ電解セルに用 1/ヽると前述の問題が生じるので、ロールプレス等の手段により圧延して、エキスパンド加工前の金属平板厚みの 9 5 %から 1 0 5 %まで厚みを薄くし平面化することが望ましい。このようなことをすることにより、イオン交換膜の損傷が防げるばかりでなく、意外なことに電圧も低減できる。この理由は明確ではないがィォン交換 8奠表面と電極面が均一に接触するので電流密度が均一化するためと予想している。

陽極の厚みとしては、通常 0 . 7 mniから 2 . 0 mmが好ましい。この厚みがあまり薄すぎると、陽極室と陰極室の圧力差や陰極の押しつけ圧力によりイオン交換膜が陽極を押しつける圧力で、陽極が落ち込み、電極間距離が広がるのでゼ口ギヤップ電解セルの電圧が高くなるので好ましくない。また厚すぎると、電極の裏側即ちイオン交換膜と接する面の反対側で電気化学反応が生じ、抵抗が高まるので好ましくない。

陽極の厚みとして、より好ましいのは、 0 . 9 mmから 1 . 5 mmの厚さであり、さらに好ましくは、 0 . 9 mn！〜 1 . 1 mmの厚さである。金網の場合は、直角に 2本の線が交わるため板厚としては、厚みが線径の 2倍になる。

またゼロギヤップ電解セルにおいては、電解中はイオン交換膜と陽極表面が密着しており、そのために局部的に電解液の供給が不足する場合がある。ゼロギヤップ電解セルの場合、電解中は陽極側で塩素ガスが発生し、陰極側で水素ガスが発生する。通常電解は、陰極側のガス圧力を陽極側のガス圧力より大きく保ち、ガス差圧により陽極に膜を押し付けて運転を行う。ゼロギヤップ電解槽では、運転中に陰極側のマツトレスによる押し付け圧も加わるために、通常の陽極と陰極の間にギャップがあるフアイナイトギャップ電解槽より、陽極側への押し付け圧が大きい。押し付け圧が強くなると、イオン交換膜に微細な水泡が出来たり、或レヽは電解電圧が上昇したりすることがあった。

このようなことを防ぐため、陽極表面には凹凸を設け、その凹 ώにより電解液の供給をしやすい構造とするのが好ましい。具体的には、表面をプラスト処理或いは酸によるエッチング処理などの手段で、表面に適度な凹凸を設けることが効果的である。

この凹凸に陽極触媒を塗布していくわけであるが、この凹凸に陽極触媒が入り込みエッチング後の表面荒さより、荒さの程度が軽減される。例えば陽極の触媒は、チタン基材表面を酸処理した後、塩化イリジウム、塩化ルテニウム、塩化チタンの混合溶液を塗布後に熱分解して形成される。 1回あたりの触媒厚みとしては 0 · 2 μ m〜 0 . 3 μ mで塗布 ·熱分解の工程を繰り返すことにより、全体として平均 1 m〜 1 0 μ mの範囲の触媒層厚みを形成することができる。触媒層厚みは、陽極の寿命や価格などから決定されるが、平均 1 μ η！〜 3 μ πιの範囲が好適に選択される。

陽極触媒塗布後の表面荒さの程度としては、山と谷高さの差の最大値が、 5 μ mから 5 0 μ mの範囲であることが必要である。凹凸が少なすぎると局部的に電解液の供給が不足する場合があり好ましくなレ、。また凹凸が大きすぎると、逆にィォン交換膜の表面を傷つけたりする場合があり好ましくない。したがって、イオン交換膜を安定して使用するためには陽極の表面の凹凸の差の最大値が 5 μ πιから 5 0 μ πιの範囲であることが必要である。さらに安定して運転するためには、陽極の表面の凹凸の差の最大値は、 8 /z mから 3 ◦ μ πιであるのがさらに好ましい。 '

陽極の表面荒さを測定する場合には、触針を用いた接触式測定方法や光干渉やレーザー光を利用した非接触測定方法などがある。ェクスパンド加工後圧延処理を施し、酸処理後触媒を塗布した表面は微細な凹凸があるため、触針式では検知できない可能性があるので、非接触式による測定方法が望ましい。

非接触式の光干渉方法による測定は、 Z y g o製の N e w V i e w 5 0 2 2などを利用する。本装置は、光学顕微鏡と干渉系型対物レンズ · C C Dカメラを備え、白色光源を被測定物にあて、表面形状に応じて発生する干渉縞を垂直走査することで、対象物の表面形状を三次元的に測定し、凹凸を算出する手法である。被測定領域は、任意に選ぶことが可能であるが、陽極の表面の凹凸をある程度把握するためには、 1 0 z mから 3 0 0 μ m四方の領域を測定することが好適に選ぶことができる。特にエタスパンドメタルを測定する場合には、 5 0 μ mから 1 5 0 /z m四方の領域を測定することがより好ましい。

表面の測定値は、表面の平均荒さ R aや 1 0点平均荒さ等の数値も測定可能であるが、表面の凹凸の最高値と最小値の差は、 P V値（Peak to Val ly) として算出される。その値による陽極表面の荒さとそれらの陽極をゼロギャップ電解槽に用いた場合の評価結果に著しい相関を発見し、本発明を完成させたのである。本文中ではこの P V値を陽極表面の凹凸の差の最大値とする。

また、陽極基材の開口率としては、 2 5 %以上 7 0 %以下であることが好ましい。この開口率の測定方法は、いろいろな方法があるが、電極のサンプルをコピ一機により複写して開口部分を切り出して重量を計る方法や、開口部分の長さ幅などを測定して計算により求める方法などいずれでも良レ、。

開口率があまりに小さすぎると、イオン交換膜への電解液の供給が不足する事による水泡の発生などが生じて安定した電圧、電流効率で運転できなくなる可能性があり好ましくない。また開口率が大きすぎても、電極の表面積が減少して、電圧が高くなるので好ましくない。したがって最も好ましいのは、開口率として 3 0 %から 6 0 %の範囲である。

ゼロギャップ電解セルを用いて電解する場合、本発明者等の検討では、陽極室及びノまたは陰極室の隔壁部と電極の間には電解液の内部循環流路となる筒状のダクト及び又はバッフルプレートを少なくとも一個有する電解セルにおいて、陰極側に導電性プレート層と、その上部に導電性のクッションマット層と、更にその上部で且つ陽イオン交換膜と接触する部分に 0 . 5 mm以下の厚みの水素発生用陰極層を重ねた少なくとも 3層を有する複極式ゼ口ギヤップ電解セルが最も好ましい。このようなゼロギヤップ電解セルにおいては、陽極側電解液濃度分布及び陰極側濃度分布も適正に調整しやすい。更にはセル内の圧力変動も小さく、ィオン交換膜の損傷も殆どない。従って、 8 k AZm ²程度の高電流密度においても長期間安定した電解ができる。

ゼロギャップ電解槽を 4 k A/m ²以上から 8 k A/m ²以下の、さらに好ましくは 5 k A/m 以上から 8 k AZm ²以下の高電流密度で、安定した電流効率、安定した電圧で長期間運転するために必要なことは、電解セル内の電解液濃度分布が均一であること、電解セル内に気泡やガスの滞留部分の無いこと、電解液や気泡 ·ガスを排出ノズノレから払い出す際に、これらが混相とならず電解セル内に圧力変動が生じることなく、振動が発生しないことである。セル内の振動は、横河電機製 A R 1 2 0 0アナライジングレコーダーを用いて、陽極セル内の圧力変動を測定し、最大圧力と最小圧力の差を電解槽の振動として測定を行う。

ゼロギヤップセルでは、陽極と陰極がィオン交換膜を挾んで密着しているため、ィオン交換膜への物質移動が阻害されやすレ、。ィオン交換膜への物質移動が阻害されると、イオン交換膜に水泡が出来たり、電圧が上昇したり、電流効率が低下するなどの悪影響が生ずる。そのためイオン交換膜への物質移動を促進して、セル内の電解液の濃度分布を均一に保つことが重要である。

本発明者等の検討によると、陽極側の濃度分布とイオン交換膜の電流効率の低下傾向は相関しており、濃度分布が広くなるほど電流効率の低下は大きかった。また電流密度が高い場合、ゼ口ギャップである場合に特に顕著にこの傾向が見られた。陽極室内で図 3に黒丸で示す 9つのサンプリング位置 1 3で濃度を測定して、その中の最大濃度から最低濃度を差し引いた値を濃度差とした。 4 k AZ m 以上から 8 k A/m ²以下においては、この濃度差が 0 . 5 N以上になると、電流効率の低下が著しくなることを見いだした。したがってゼロギャップ電解槽で 4 k Α/πχ 以上で 8 k ΑΖιη 以下の電流密度においては、少なくとも塩水濃度差は、 0 . 5 N以下にすることが好ましい。

一般にクロルアルカリ電解槽の陽極側においては、気泡の影響が著しい。例えば 4 k A/m ²、 0 . I M P a , 9 0 °Cの電解条件では、陽極室上部は気泡が充満しており、ガス液比が 8 0 %以上にもなる部分が発生する。このようなガス液比の大きな部分は電流密度が大きくなればなるほど拡大する傾向がある。このようなガス液比の大きな部分は流動性に欠けるため、局部的な電解液の濃度低下を生じたり、ガスの滞留部分が生じる場合がある。電極室上部のガス液比の大きな部分をできるだけ減少させるためには、電解圧力を高くすることや、電解液の循環量を大幅に増大するなどの方法はあるが、安全上の問題や設備建設コストが高くなる傾向があり好ましくない。 4 k A/m ²以上の高電流密度においては、ガスの発生量が増加することによる気泡の影響が顕著に現れ、セル内の流動攪拌が不十分になる部分が生じ、陽極室内での食塩消費速度が早まること等により、電解セル内の電解液濃度分布が不均一になる場合がある。

ゼロギヤップセノレにおいて、このような陽極室内での濃度分布悪化を防止し、イオン交換膜への物質移動を阻害しないような手段としてはいくつか考えられる 1 例えば陽極側の構造として、図 3及び図 4に示すような、電解セル内に内部循環出来るようなプレートを有し、横方向に均一に電解液を供給できる電解セルは、ゼロギヤップセルの陽極側として適当な構造の一つである。

即ち、図 3，図 4において、陽極液ディストリビュータ 1 4により横方向で均一に供給された飽和塩水は、バッフルプレート 9により電解セルの上下方向に循環され、セル内全体として均一な濃度分布が得られる。また、このような電解セルを用いて、供給塩水に、出口ノズノレ 8から排出される薄い塩水を集めて飽和塩水と混ぜて、供給塩水量を増し且つ濃度を下げて供給する等の方法により更に精度良く濃度分布を調整できる。このようにして、ゼロギャップ電解セルを安定した性能で電解できるようになる。

陰極側の濃度分布とィオン交換膜の電圧の上昇傾向は相関しており、濃度分布が広くなるほど電圧の上昇は大きかった。また電流密度が高い場合、ゼロギヤップである場合に特に顕著にこの傾向が見られた。陰極室內でも、図 8に示すように、陽極室と同様な 9つのサンプリング位置 1 3で濃度を測定して、その中の最大濃度から最低濃度を差し引いた値を濃度差とした。その結果、八/^！^以上から 8 k AZm ²以下においては、この濃度差が 2 %より大きくなると、電流効率の低下が著しくなることを見いだした。したがってゼロギャップ電解槽で 4 k A/m ²以上から 8 k A/m ²以下の電流密度においては、少なくともアル力リ濃度差は、 2 %以下にすることが好ましい。

ゼロギヤップセルにおいて、このような陰極室内での濃度分布悪化を防止し、イオン交換膜近傍の物質移動を阻害しないような手段としてはいくつか考えられるが、例えば陰極側の構造として、図 6，図 8に示すような、横方向に均一に電解液を供給できる電解セルは、ゼロギヤップセルの陰極側として好ましい構造の一つである。

即ち、図 8において、陰極液デイストリビュータ 2 3により横方向で均一に供給された電解液は、供給アル力リと陰極室内アル力リ濃度の違いによりセルの上下方向に循環され、セル内全体として均一な濃度分布が得られる。また、このような電解セルを用いて、供給アル力リ流量を適宜調整することによりに、更に精度良く濃度分布を調整できる。このようにして、ゼロギャップ電解セルを安定した電圧で電解できるようになる。

竃解セル内の圧力変動が生じると、陽極室と陰極室の差圧が変動する。ゼロギャップ電解セルにおいては、クッションマットを利用して、ィオン交換膜を介して陽極と陰極を常に密着させている。そのため差圧変動があると、この密着力が変動し、電極によりイオン交換膜を擦る場合がある。イオン交換膜は、樹脂製であり且つその表面にはガス付着を防止するためのコーティングがなされているので、電極によりイオン交換膜が擦られると、イオン交換膜のコーティング層が剥離したり、イオン交換樹脂そのものを削り落としたりすることがある。その場合、電圧の上昇や、電流効率の低下等を引き起こし、安定した電解が出来なくなる。そのため、電解セル内の圧力変動を防止することはゼロギヤップ電解セルにおいては重要な要素である。このようなセル内の圧力変動は、出来るだけ低い方が好ましく、 3 0 c mH ₂ 0以下、更に好ましくは 1 5 c mH ₂〇以下、最も好ましいのは 1 0 c mH ₂〇以下である。 1 0 c mH ₂〇以下で有れば 1年以上の長期間電解した後でも、ィオン交換膜に何の損傷もなく運転できる。

セル内の圧力変動を防止する手段としては幾つか考えられるが、例えば図 5に示すように、気液分離室 7内に仕切り板 2 0を設け、その上部に気泡除去用多孔板 1 9を設けると効果的である。

次に、本発明の実施例と、それを用いた適用例を示すが、本発明はこれら特定の形態のみに限定されるものではない。

[適用例 1 ]

図 3、図 8と同様な陽極構造と陰極構造を持ち、図 6と同様な断面構造を持つ、本発明の実施例による複極式ゼロギヤップ電解セル 3 0を直列に並べ、その一方の端に陽極単位セル及びもう一方の端に陰極単位セルを配して電流リ一ド板 2 8 を敢り付け、図 7の電解槽を組み立てた。

複極式ゼ口ギヤップ電解セル 3 0は、横幅が 2 4. 0 0 mni、高さが 1 2 8 0 m mで、陽極室と、陰極室と、気液分離室 7とを有する。陽極室および陰極室は、それぞれ平鍋状の隔壁 5によって形成されて、背中合わせに配置される。これら陽極室および陰極室は、隔壁 5の上部に設けた折曲部 1 8にフレーム材 2 2を揷入して組み合わされている。各気液分離室は、高さ Hの L字状仕切部材 1 6を隔壁 5に固定して、各電極室の上部に画定されている。

気液分離室の断面積は陽極側 2 7 c m ² , 陰極側の気液分離室の断面積は 1 5 cm^zで、陽極側気液分離室のみ図 5と同様な構造とした。すなわち陽極側気液分離室の通路 Bの幅 Wを 5mm、高さ H'は 50mm、板厚み lmmのチタン製仕切板 20を設け、その上端から垂直に気液分離室上端までの高さで、開口率 5 9 %、厚み 1 mmのチタン製ェクスパンデッドメタルの多孔板 19を取り付けた _c 陽極側気液分離室の孔 15は、幅 5 mm、長さ 22 mmの楕円型のものを 37. 5 mmピッチのものとした。 .

バッフルプレート 9は陽極側のみに設け、通路 Dの幅 W2を 10mm、高さ H 2は 500mm、板厚み 1 mmのチタン製のバッフルプレートを設け、隔壁 5とプレート下端との隙間 W2'を 3mmとした。バッフルプレート上端から垂直に電極室上端までの高さ Sは 40 mmとした。

陽極液デイストリビュータ 14としては、 220 cmの長さで 4 cm ²の断面積を持つ角形パイプに直径 1. 5mmの穴を等間隔に 24個有するものを、電角セルの陽極室底から 50mmの位置に水平に取り付け、その一方の端を陽極側入りロノズノレ 12と接合した。このディストリビュータの圧力損失は、 4 kA/ m ²相当の塩水供給量 150 L/H rの飽和塩水を流した時約 2 mm · H ₂〇であった。

陰極液ディストリビュータ 23としては、 220 cmの長さで 3. 5 cm²の断面積を持つ角形パイプに直径 2 mmの穴を等間隔に 24個有するものを、電解セルの陰極室底から 50mmの位置に水平に取り付け、その一方の端を陰極側入りロノズノレ 24と接合した。このディストリビュータの圧力損失は、 4kAZ _m 相当のアルカリ供給量 300 L/Hrで流した時約 12mm · H₂0であつた。

ゼ口ギャップ用の陰極側としては、図 1に示す構造を製作した。即ち、導電 f生プレート 3としてニッケルェクスパンドメタルで、厚み 1. 2mm、開口部の横方向長さ 8 mm、縦方向の長さ 5 mmのものを用い、クッションマット 2として 0. lmmのニッケルワイヤー 4本を用いて織物とし更に波形に加工して厚さ 9 mmのものを、導電性プレートに 18力所スポット溶接して固定し、更に、水素発生用陰極 1として酸化ルテニゥムを主成分とした約 3 μιηのコーティングが施された、線径 0. 1 5 mmで 40メッシュのニッケル製金網で覆い、陰極周辺部を約 60力所スポット溶接により導電性プレートに固定して 3層構造とした。陽極側は、図 3、 4と同様で、陽極液ディストリビュータ 14とバッフルプレート 9を備えた構造とした。

電解セル内の圧力変動を防止するために、陽極側気液分離室に図 5に示すような、仕切板 2◦と気泡消去用多孔板 19を設けた。陰極側の気液分離室には、このような仕切板や気泡消去用多孔板は設けなかった。

陽極 11としては、 1mmのチタン板を、ェクスパンド加工し、ロールプレス加工により厚みを 1 ±0. 05 mmまで圧延したものを用い、リブ 22に取り付けている。ロールプレス加ェ前のェクスパンドメタルの開口部は横 6 m m縦 3 mmのピッチで送り加工ピッチは lmmとした。ロールプレス加工後のェクスノ、。ンドメタルの開口率をコピー機での複写により測定すると 40 %であった。これを硫酸によりエッチング処理して、表面に山と谷（凹凸）の高さの差の最大値が 30 μ mであった。酸によりェツチング処理した基材に R u O ₂、 I r O ₂、 T i o₂をベースとしたコーティングを施して陽極とした後の山谷（凹凸）差の最大値は、約 1 3 μιηであった。

陽極表面の凹凸の差の最大値は、 Zy g o社製 Ne wV i ew5022を用レヽて測定を行った。

最初に標準サンプル（回凸 1. 824//m) を用いて、適切な光量が得られるように校正を行った。その後被測定物を白色光源下に置き、干渉縞が出現するように調整を行つた。その後垂直方向に 100 μ m程度移動する際の干渉縞を測定し、周波数領域解析より凹凸を求め、最高値と最低値の差を山谷（凹凸）の差の最大値として算出を行った。

このような電解セルに、陽ィオン交換膜 A C I P LEX (登録商標） F 440 1を、ガスケットを介してはさみ電解槽を組み立てた。この電解槽の陽極室側に、陽極液として出口塩水濃度が 200 gZLとなるように濃度 300 g / Lの塩水を供給し、陰極室側には出口劳性ソーダ濃度が 32重量％となるように希薄苛性ソーダを供給し、電解温度 90°C、電解時の絶対圧力で 0. 14MP a、電流密度 4 k AZm ²〜 6 k A/m ²の範囲で 360日間電解した。

電解中の電解セル内の陽極液濃度分布及び陰極液濃度分布は図 3、図 8のサンプリングボイント 1 3の位置で測定した。即ち、セル内の通電部上端から 1 50 mm、 600 mm, 1000 mm下の位置でセル中央部及びセル両端から各々 1 00 mm内側の 9 , を測定した。その 9点のうち最大濃度と最小濃度の差を濃度差として表 1に示す。

表 1

また、電解中の電圧、電流効率、電解セル内の振動と濃度分布を測定した結果を表 1に示す。この結果から、電圧の上昇は 6 k A/m²でも僅か 3 OmVであ .り、電流効率の低下も僅か 1 %程度であった。電解セル内の振動も水柱で 5 cm 以下であり、濃度差は陽極側が 0. 31N〜0. 35 N、陰極側が 0. 6%〜0.

8%であった。

360日電解後、電解槽を解体して、ィオン交換膜を取り出して調査したが、水泡も全くなく、更に長く運転できる状態であった。

[比較例 1]

適用例 1で用いた陽極を変更した以外はすべて同様な複極式電解セルを用いて電解槽を形成した。即ち、陽極として、 1 mmのチタン板をェクスパンド加工したもので、開口率が 30%であるものを、硫酸によりエッチング処理して、表面に凹凸差の最大値が約 8 μπιであり、 Ru0₂、 I r 0₂、 T i〇 ₂をベースとしたコーティングを施した後の凹凸差の最大値は 3 μ mで、陽極厚みが 1. 8 mmであった。適用例 1と全く同様に運転し、同様の測定を行った結果を表 2に示す。この結果から、電圧の上昇は 6 k A/m "で 150mVもあり、電流効率の低下は 2〜 3 %もあつた。電解セル内の振動は 6 k A/m でも水柱で 5 c m以下であり、濃度差は陽極側が 0. 31N~0. 35N、陰極側が 0. 6 %〜 0. 8 <%であつた。

360日電解後、電解槽を解体して、イオン交換膜を取り出して調査した結果、イオン交換膜に微細な水泡があり、小さなピンホールのあるイオン交換膜もあつた。

[参考例 1 ]

適用例 1で用いた水素発生用陰極を変更した以外はすべて同様な複極式電解セルを用いて電解槽を形成した。即ち、水素発生用陰極として酸化ニッケルを主成分とした約 250 μ mのコーティングを施した、線径 0. 4 mm (陰極厚みが 0. 8 mm) で 14メッシュのニッケル製金網を用レヽた。

適用例 1と全く同様に運転し、同様の測定を行った結果を表 2に示す。この結果から、電圧は初期から高めであり、その上昇は 6 k A/m ²で 8 OmVもあり、電流効率の低下は 2 %〜 3。/。もあった。電解セル内の振動は 6 kAZm²でも水柱で 5 cm以下であり、濃度差は陽極側が 0. 31N〜0. 35 N、陰極側が 0. 6%〜0. 8%であった。

360日電解後、電解槽を解体して、イオン交換膜を取り出して調査した結果、ィオン交換膜表面が削られており、小さなピンホールのあるィオン交換膜もあつた。また陰極コーティングにも多くの剥離や割れが見られた。表 2

[適用例 2]

適用例 1で用いた陽極を変更した以外はすべて同様な複極式電解セルを用いて電解槽を形成した。

即ち、陽極として、 1 mmのチタン板をェクスパンド加工したものをロールプレス加工により厚みを 1. 2mmにしたものを用いた。開口率を測定したところ 40%であった。硫酸によりエッチング処理して、表面に凹凸差の最大値が約 3

0 //mであり、 Ru〇₂、 I r0₂、 T i O ₂をベースとしたコーティングを施した後の四凸差の最大値は 13 mであった。実施例 1と全く同様に運転し、同様の測定を行った結果を表 3に示す。この結果から、電圧の上昇は 6 k A/m² で 50 m Vであり、電流効率の低下は 1. 3 %であつた。電解セル内の振動は 6 k A/m ^Δでも水柱で 5 c m以下であり、濃度差は陽極側が 0. 31 N〜 0. 3 6N、陰極側が 0. 6%〜0. 8%であった。

360日電解後、電解槽を解体して、イオン交換膜を取り出して調査した力水泡も全くなく、更に長く運転できる状態であった。表 3

[適用例 3]

適用例 1と全く同様な電解槽を用いて、 7 k A/m²から 8 kA/m²の範囲で電解を行った。

この場合、陽極液として電解槽から排出された淡塩水を最高 155 L/H r · c e 1 1まで飽和塩水量に対し加えて、各電解セルに供給し濃度分布を維持した。また、陰極液も、供給量を、最高 400 LZHr - e e l 1まで変化させて濃度分布を維持した。

電解中の電圧、電流効率、電解セル内の振動と濃度分布を測定した結果を表 4 に示す。この結果から、電圧の上昇は 8 k A/m²でも僅か 3 OmVであり、電流効率の低下も僅か 0. 9%程度であった。電解セル内の振動も水柱で 10 cm 以下であり、濃度差は陽極側が 0. 39N〜0. 47N、陰極側が 1. 2 %〜： L .

4%であった。

180日電解後、電解槽を解体して、イオン交換膜を取り出して調査したが、水泡も全くなく、更に長く運転できる状態であった。

[参考例 2]

適用例 1と全く同様な電解槽を用いて、 7 kA/m²から 8 kAZm²の範囲で電解を行った。

この場合、陽極液として電解槽から排出された淡塩水は飽和塩水に加えず、また、陰極液も、供給量を 300 L/Hr - e e l 1のままで維持した以外は、適用例 3と同様な条件で電解した。

電解中の電圧、電流効率、電解セル内の振動と濃度分布を測定した結果を表 4 に示す。この結果から、電圧の上昇は 8 kA/m²で 9 OmVであり、電流効率の低下も 3. 3 %であった。電解セル内の振動も水柱で 5 c m以下であり、濃度差は陽極側が 0. 6N〜0. 7N、陰極側が 1. 5%〜2. 1%であった。

180日電解後、電解槽を解体して、イオン交換膜を取り出して調査した結果、ィオン交換膜全体に直径 1 mmから 10 mmの水泡が多数出来ていた。

表 4

[適用例 4 ]

複極式電解セルの断面図が図 9の構造で、陽極としてェクスパンドメタル厚み 1 . 8 mmのものを備えており、陰極として、ニッケルエタスパンドメタルにプラズマ溶射により 2 5 0 厚みの酸化ニッケルを主成分とするコーティングがなされていて、電極間距離 2 mmとして 1年間使用した電解セルを準備した。この電解セルの陽極を取り除いて、新たに陽極として適用例 1と全く同様なものを装着した。更に、陰極のコーティングをブラシで削り落とし、ニッケル地肌を露出させ導電性プレー卜として用い、さらに適用例 1と全く同様なクッシヨンマットと水素発生用陰極を全く同様な方法で取り付けた。

適用例 1と同様な電解槽を構成し、同様な電解を行った。電解中の電圧、電流効率、電解セル内の振動と濃度分布を測定した結果を表 5に示す。この結果から、電圧の上昇は 6 k A/m ²でも僅か 2 O mVであり、電流効率の低下も僅か 0 . 7 %程度であった。電セル内の振動も水中で 5 c m以下であり、濃度差は陽極側が最髙 0 . 3 5 N、陰極側が最高 0 . 8 %であった。

1 8 0日電解後、電解槽を解体して、イオン交換膜を取り出して調査したが、水泡も全くなく、更に長く運転できる状態であった。

表 5

産業上の利用可能性

陽極室上部の非通電部分及び陰極室上部の非通電部分の各部に気液分離室を陽極室または陰極室と一体ィ匕して設け、陽極室及び/または陰極室の隔壁部と電極の間には電解液の内部循環流路となる筒状のダクト及び又はバッフルプレートを少なくとも一個有しており陰極側に導電性プレートと、その上部に導電性のクッシヨンマットと、更にその上部で且つ陽ィオン交換膜と接触する部分に水素^ §生用陰極を重ねた少なくとも 3層を有している複極式ゼ口ギヤップ電解セルにおいて陽極形状が最適であるため、 4 k A/m ²〜8 k A/m ²で電解しても電圧の経時的な上昇もなく、電流効率の低下も少なく、イオン交換膜の水泡も生じないで長期間安定な電解が出来る。

この様なゼロギャップ電解セルは、今までフアイナイトギャップで使用していた電解セルを改造することによつても製作できる。例えば陽極室上部の非通電部分及び陰極室上部の非通電部分の各部に気液分離室を陽極室または陰極室と一体化して設けており、陽極室及び/または陰極室の隔壁部と電極の間には電解液の内部循環流路となる筒状のダクト或いはバッフルプレートを有する電解セルで、それまでフアイナイトギャップとして使用していたものを改造してゼロギヤップ電解セルとする場合である。この場合、陽極及ぴ陽極室内を、今まで述べたような構造に改良するとともに、陰極室も改造し導電性プレー卜、クッションマット、陰極を取り付けてゼロギャップ電解セルにすればよレ、。またフアイナイトギヤップで使用していた陰極をそのまま導電性プレートとして利用し、新たにクッションマット及び陰極を積層するだけでもゼロギヤップ電解セルとすることができる。また逆にゼ口ギヤップ電解セルから、陰極、クッシヨンマット、導電性プレートを取り除き、新たに陰極を装着することによりフアイナイトギャップとしても使用できる。このような改造は、新たに電解セルを製作するより大幅に安価で、簡単に改造できるので、ユーザーにとってはメリットが大きい。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の複極式電解セルと、隣接した複極式電解セルの間に各々を配した複数の陽ィオン交換膜とを有するフィルタ一プレス型電解槽に用レ、るための複極式ゼ口ギヤップ電解セルであって、

陽極室と、

前記陽極室に設けた陽極であって、開口率 2 5 %から 7 5 %のチタン製ェクスパンデッドメタルまたはチタン製金網を含む陽極基材で形成され、該陽極基材への触媒の塗布後に、陽極表面上の凹凸の高低差が最大で 5 β mから 5 0 μ mであり、厚みが 0 . 7 mmから 2 . 0 mmである陽極と、

前記陽極室と背中合わせに配置した陰極室と、

前記陰極室に重ねた少なくとも 2つの層を有する陰極であって、これらの層が導電性クッシヨンマット層と、水素発生用陰極の層とを含み、該水素発生用陰極層がクッションマツト層に隣接するとともに、前記陽イオン交換膜に接触する領域に配置されている陰極と、

を備えた複極式ゼ口ギヤップ電解セル。

2 . 請求項 1による電解セルにおいて、前記陽極基材がチタン製エタスパンデッドメタルを含み、該ェクスパンデッドメタルがェクスパンド加工、次いで圧延加工によつてチタン製板から形成される、複極式ゼ口ギヤップ電解セル。

3 . 請求項 2による電解セルにおいて、前記メタルの厚みは、ェクスパンド加工後の圧延加工によって、エタスパンド加ェ前の板厚の 9 5 %から 1 0 5 %に設定される、複極式ゼ口ギヤップ電解セル。

4. 請求項 1カゝら 3の何れかによる電解セルにおいて、前記水素発生用陰極は、厚みが 0 . 0 5 111111から0 . 5 mmで且つエッケノレ製金網、ニッケノレ製エタスパンデッドメタルおよびニッケル製打ち抜き多孔板のグループから選んだ基材で形成され、該水素発生用陰極は、この水素発生用陰極上に形成した厚みが 5 0 μ m以下の電解用触媒コーティング層を有する、複極式ゼ口ギヤップ電解セル。

5 . 請求項 1による電解セルであって、さらに、それぞれ前記陽極および陰極室の上部の非通電部に一体状に形成した気液分離室を備え、電解液の内部循環流路となる筒状ダクトおよびバッフルプレートのうちの少なくとも一方が前記陽極およぴ陰極室の少なくとも 1つの隔壁部と対応した電極との間に設けられる、複極式ゼ口ギャップ電解セル。

6 . 請求項 5による電解セルにおいて、前記気液分離室には仕切板が形成される、複極式ゼロギャップ電解セル。