JP4857255B2 - 電気分解用電極とその製造方法、ならびに水素製造装置 - Google Patents
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Description
比較例1では、一般的なNi電解めっき処理として、ワット浴を使用した。浴組成は硫酸ニッケル250g/L,塩化ニッケル45g/L,ほう酸30g/Lである。すべて和光純薬製特級試薬を使用し、自ら調製した。電極心材は実施例1と同様の銅板を使用した。電解めっき条件は、2A・dm2定電流条件とした。めっき終了後の電極表面は、くすんだ金属光沢が観察された。ピーク電荷量測定による電極比表面積は、市販のNi板(ニラコ製)の2.5倍であった。
比較例2では、高電流密度での電解めっき処理により粗化Ni表面を形成した。浴組成は0.5M硫酸ニッケル(和光純薬、特級)である。電極心材は実施例1と同様の銅板を使用した。電解めっき条件は、20A・dm2定電流条件とした。めっき終了後の電極表面は、黒色であり、わずかに金属光沢が観察された。ピーク電荷量測定による電極比表面積は、市販のNi板(ニラコ製)の47倍であった。
比較例3では、微細孔直径が平均30nm、孔深さが10μmの陽極酸化アルミナを鋳型としてNiめっきを行うことにより、微細なNi柱状構造体を作製した。作製方法としては、まず電解めっき用のシード層として陽極酸化アルミナ表面にNiを無電解めっきにより約20nm程度析出させた。無電解めっき浴液は上村工業製のNPR−4液を使用した。次に比較例1で使用したワット浴により、陽極酸化アルミナの微細孔内部にNiを析出させた。めっき条件は比較例1と同様である。その後、陽極酸化アルミナを1M水酸化カリウム水溶液により溶解させ、微細柱状構造をとるNi電極を製造した。めっき終了後の電極表面は、金属光沢を有し、柱状構造に起因する光の干渉が観察された。ピーク電荷量測定による電極比表面積は、市販のNi板(ニラコ製)の35倍であった。
比較例4では、電極心材をNiメッシュ(ニラコ製)とした。電解めっき条件は比較例2と同様である。水素製造装置用の電極としての性能を確認するため、任意の電流密度における過電圧を測定した。測定は3極式とし、対極にはニッケルメッシュ(ニラコ製)を、参照極には銀/塩化銀電極(BAS製)を使用した。溶液には1M水酸化カリウム水溶液を用いた。電流密度0.7A/cm2における過電圧は電極心材であるNiメッシュ単体に比べ0.32V低下した。また0.7A/cm2までの電流密度測定でめっき膜は剥離し、繰り返し試験を行うことはできなかった。
102,105 凸状構造体
103 電極心材
201,301 電気分解水素製造装置
202,302 水素極
203,303 酸素極
204,205 ブスバー
206,308 筐体
207 隔壁
208,309 電解質水溶液
304,305 疎水層
306,307 集電極
310,311 ガス室
312,313 ガス放出孔
Claims (15)
- 電解液を電気分解するための電極において、
基板となる電極心材と、前記電極心材表面に形成された複数の凸状構造体を有し、
前記電極芯材表面と平行な面における前記凸状構造体の短辺の長さが5〜100nmであり、長辺の長さが50〜5000nmであり、
前記電極芯材表面から高さ方向に伸びる前記凸状構造体の辺が曲線であり、前記凸状構造体の高さが100〜10000nmであり、
前記複数の凸状構造体が不規則に配列していることを特徴とする電気分解用電極。 - 請求項1において、前記凸状構造体が主にNiからなることを特徴とする電気分解用電極。
- 請求項1において、前記電極心材がCu,Ni,Feの少なくともひとつよりなることを特徴とする電気分解用電極。
- 請求項1において、前記電極心材の形状が平板,波板,金網,多孔体,線材,管材,フィルムのいずれかであることを特徴とする電気分解用電極。
- 請求項1において、前記凸状構造体が前記電極心材の両面に形成されたことを特徴とする電気分解用電極。
- 請求項1において、前記電極心材と前記凸状構造体が金属結合により接合していることを特徴とする電極。
- 請求項1において、前記凸状構造体が電解めっきにより形成され、電解めっきに使用する電解めっき液が、ひとつ以上のスルホン酸基を有する炭化水素系添加剤,脂肪族系添加剤,芳香族系添加剤を少なくとも1種含み、添加剤濃度が前記電解めっき液全量に対し0.01〜10重量%であることを特徴とする電気分解用電極。
- 請求項7において、前記電極心材の形状が平板,波板,金網,多孔体,線材,管材,フィルムのいずれかであることを特徴とする電気分解用電極。
- 請求項7において、前記凸状構造体が電極心材の両面に形成されたことを特徴とする電気分解用電極。
- 請求項7において、前記電極心材の形状が金網もしくは多孔体のいずれかであり、前記凸状構造体が電極心材の両面に形成されたことを特徴とする電気分解用電極。
- 請求項7において、前記電極心材と前記凸状構造体が金属結合により接合していることを特徴とする電気分解用電極。
- 電解液を電気分解するための電極の製造方法において、電極心材表面の任意の場所に凸状構造物を形成することが可能な電解めっき液により電解めっき処理を施し、電極心材表面に複数の凸状構造体を形成する工程を有し、
前記電解めっき液がそれぞれ少なくともひとつのスルホン酸基を有する炭化水素系添加剤,脂肪族系添加剤,芳香族系添加剤を少なくとも1種含み、添加剤濃度が前記電解めっき液全量に対し0.01〜10重量%であり、
前記電極心材表面に形成された複数の凸状構造体は、前記電極芯材表面と平行な面における前記凸状構造体の短辺の長さが5〜100nmであり、長辺の長さが50〜5000nmであり、前記電極芯材表面から高さ方向に伸びる前記凸状構造体の辺が曲線であり、前記凸状構造体の高さが100〜10000nmであり、前記複数の凸状構造体が不規則に配列していることを特徴とする電極の製造方法。 - 対向して配置した水素極及び酸素極と、前記水素極と酸素極との間に供給される電解液とを有する水素製造装置であって、前記水素極及び酸素極が請求項1に記載の電気分解用電極であることを特徴とする水素製造装置。
- 請求項13に記載の水素製造装置において、前記水素極及び酸素極が電解液に接している面と、気体に接している面を有し、かつ気液分離機能を有していることを特徴とする水素製造装置。
- 請求項13に記載の水素製造装置において、前記電解液がアルカリ性の水溶液であることを特徴とする水素製造装置。
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