JPH0533176A

JPH0533176A - 電極体とその用途

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Publication number: JPH0533176A
Application number: JP3276099A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Masaki; 和三政木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-27
Filing date: 1991-07-27
Publication date: 1993-02-09
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JP3243723B2

Abstract

(57)【要約】［目的］電力効率が高く、床面利用効率を高くできる
電極体と、その電極体を用いる電解槽を提供することに
ある。［構成］被電解物質が透過し得る多数の微視的透孔を
有する薄膜を、多数の巨視的透孔を穿設した一対の導電
性電極板で挟着して電極体を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水などの電気分解に
使用する電極体とその用途に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境に優しいかどうかが物事
の適否を判断する重要なファクターになりつつある。

【０００３】エネルギーについて見ても、地球環境に優
しいメタノールや水素などの「クリーンエネルギー」が
見直されつつあり、現在、いかにしてこれらクリーンエ
ネルギーを大量且つ廉価に製造するかが問題になってい
る。

【０００４】このうち、水素については、天然ガスや石
炭などの化石燃料を加工処理する方法と、水を電気分解
する方法が知られている。前者の方法は、大量の水素を
製造できるという利点がある半面、製造装置が大掛りに
なり易く、しかも、得られる水素の純度が低い上に、製
造に際して二酸化炭素が大量に副生して地球環境を汚染
し易いという問題がある。後者の方法は簡便な製造装置
で高純度の製品が得られるという利点がある半面、比較
的大きな電力を消費するので、製品コストが上昇し易い
という問題がある。しかし、現在、原子力発電や太陽熱
発電などの廉価でクリーンな発電手段の開発が鋭意進め
られており、将来は水の電気分解による水素の製造が主
流になると予想される。

【０００５】そこで、水の電気分解システムについて考
えて見ると、典型的な従来の電解槽は、通常、被電解物
質としての水を供給する給水口と、電気分解により発生
する水素ガスと酸素ガスとを分離して採集するためのガ
ス採集口を設けた反応槽内に一定間隙を置いて、例え
ば、ニッケルやニッケル鍍鉄板などの不錆性電導材料に
よる一対の電極を対向せしめるとともに、電気分解によ
り発生する水素ガスと酸素ガスとの混合を防止するため
に、それら一対の電極間に石綿布などによる隔膜を取付
けて構成されていた。従って、従来の電解槽は、電極間
の間隙を比較的大きくせざるを得ず、このため電力効率
と床面利用効率の改善に限界があった。加えて、電気分
解中に電極上に気泡が発生したり、隔膜自体が電気抵抗
として働くことも、電力効率を下げる一因になってい
た。なお、電極同士を近付ければ電力効率が高くなるこ
とは知られていたけれども、電極を近付けると電極上に
発生する気泡が電極間の電気抵抗を上昇させるので、却
って逆効果になることが多かった。

【０００６】

【発明により解決すべき課題】斯かる状況に鑑み、この
発明の目的とするところは、電力効率が高く、床面利用
効率を高くできる電極体を提供することにある。

【０００７】この発明のさらに目的とするところは、電
力効率の高い、コンパクトな電解槽を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者が鋭意研究した
ところ、水などの被電解物質が透過し得る多数の微視的
透孔を有する薄膜を、発生する気泡の脱離を容易ならし
める多数の巨視的透孔を穿設した一対の電極板で挟着し
てなる電極体は、通常、約８０％以上、望ましくは、約
８２％以上と電力効率が著しく高い上に、一対の電極板
を一体形成したので、床面の利用効率が著しく改善され
ることを見出した。

【０００９】すなわち、この発明は、被電解物質が透過
し得る多数の微視的透孔を有する薄膜を、多数の巨視的
透孔を穿設した一対の電極板で挟着してなる電極体の構
造に関するものである。

【００１０】さらに、この発明は、被電解物質が透過し
得る多数の微視的透孔を有する薄膜を、多数の巨視的透
孔を穿設した一対の電極板で挟着してなる電極体を含ん
でなる電解槽の構造を要旨とするものである。

【００１１】

【発明の作用】この発明では、一対の電極板を実質的に
薄膜の厚さのみを隔てて対向させているので、通電中の
電極板間の電気抵抗が低くなる。

【００１２】しかも、一対の電極板には多数の巨視的透
孔を穿設したので、発生した気泡は電極板から容易に離
脱する。

【００１３】次に、この発明を図示実施例に基づいて説
明する。

【実施例】

【００１４】図１に示すのは、この発明による一実施例
の縦断側面図である。

【００１５】図中、１は水などの被電解物質２を収容
し、電気分解するための反応槽である。反応槽１の上部
壁には、電気分解により発生する水素ガスを反応槽１外
に取出すための水素ガス取出口３と酸素ガスを反応槽１
外に取出すための酸素ガス取出口４とともに、陽極端子
５と陰極端子６とが設けられている。これら陽極端子５
と陰極端子６は、必要に応じて、開閉器、電圧制御回
路、電流制御回路などを介して、それぞれ直流電源の陽
極と陰極に接続される。反応槽１の側壁には、反応槽１
内に水などの被電解物質を供給するための給水口７が設
けられている。被電解物質２には、必要に応じて、電導
度を上げるために苛性カリや苛性ソーダなどの苛性アル
カリを添加したり、発生する気泡の離脱をより一層促進
するために中性界面活性剤やシリコンオイルなどの湿潤
剤を添加してもよい。

【００１６】８は電極体であって、通常、反応槽１の略
中央部に鉛直に取付けられる。電極体８は一対の電極板
９、９により薄膜１０を両側から挟着して構成され、薄
膜１０の周緑部は反応槽１の内壁に沿って固定され、反
応槽１内を区画している。

【００１７】一対の電極板９、９は、通常、板状に形成
したニッケル、ニッケル鍍鉄、ニッケル鋼、コバルト鍍
鉄、ステンレス、銀、白金、炭素などの不錆性電導材料
の幅広面に、電気分解により発生する気泡が容易に脱離
するよう多数の巨視的透孔を穿設して構成される。電極
板９、９の材質は金属に限定されるものではなく、合成
樹脂やガラスなどのように自体非電導性であっても、イ
オン交換能を付与するときには、電極板９、９として使
用することができる。

【００１８】薄膜１０は、電気分解に使用して化学的且
つ物理的に安定な、例えば、テフロン、サラン、ポリビ
ニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ナイロン、尿素
ホルムアルデヒド樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹
脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、アルキド樹脂、有
機珪素樹脂などの合成樹脂、セルロース、プルランエス
テル、プルランエーテル、紙、布などの多糖類、ゴム、
ガラス、セラミックなどの非電導性材料をフィルム若し
くはシート状に形成し、電気分解に際して、被電解物質
２は透過し得るけれども、発生する気体は実質的に透過
し得ない多数の微視的透孔を設けて構成される。

【００１９】以上の様子を図２に示す。

【００２０】図２に示すように、一対の電極板９、９に
は、電気分解により発生する気泡が容易に脱離するよう
多数の巨視的透孔１１が穿設される。この巨視的透孔１
１の形状に特に制限はなく、例えば、正方形、長方形、
菱形、円形、楕円形、星形、短冊形など適宜形状にすれ
ばよい。巨視的透孔１１の口径は、電気分解に際して電
極間の電流分布を実質的に乱すことなく、発生する気泡
が容易に脱離でき、且つ、電極体８そのものが所期の機
械強度を維持できる程度とすればよい。電極板９、９の
大きさに依るけれども、通常、約０．０１乃至１０セン
チメートル、望ましくは、約０．０５乃至５センチメー
トルとする。巨視的透孔１１の開口部周縁を丸めて、反
応槽１内に電極体８を鉛直に取付けたときに、その開口
部周縁が水平面に対して上向きの角度を為すようにする
ときには、発生する気泡が、その浮力により電極板９、
９から離脱するのを助長するので好都合である。電極体
８を円筒形に形成するときには、金網状の電極板が便利
である。電極板９、９は、図１に示すように、リード線
１２、１２を介して陽極端子５又は陰極端子６に接続さ
れる。

【００２１】薄膜１０は、実使用したり製造する上で差
し支えない範囲で極力薄くするのが望ましく、通常、約
２５ミクロン未満、望ましくは、約１乃至１０ミクロン
とする。微視的透孔の口径は、被電解物質の種類や電流
密度などに依るけれども、例えば、被電解物質が水であ
る場合には、通常、約１０ミクロン未満とする。

【００２２】なお、図１では、一つの反応槽に一つの電
極体を取付ける例を示したが、この発明はこのような態
様のみに限定されるものではなく、例えば、図３に示す
ように電極体を円筒状に形成したり、或は、一つの反応
槽に二つ以上の電極体を取付け、それら電極体を直列及
び／又は並列に接続して使用できることは言うまでもな
い。

【００２３】次に、図１に示す電解槽の操作を実験例に
基づいて説明する。

【実験例】

【００２４】図１に示す電解槽を使用して水を電気分解
することにより、高純度の水素ガスを調製した。

【００２５】適当間隔を置いて口径約１ミリメートルの
巨視的透孔１１を多数穿設した一対の白金製電極板９、
９（長さ１０センチメートル、幅４センチメートル、厚
さ１ミリメートル）と、厚さ約１０ミクロンのテフロン
製薄膜１０（微視的透孔の口径約５ミクロン）により電
極体８を構成し、反応槽１の略中央に鉛直に固定した。
巨視的透孔１１の各開口部周緑は、発生するガスが離脱
し易いように丸めた。陽極端子５及び陰極端子６は、精
密電力計を介して制御直流電源装置のそれぞれプラス出
力端子とマイナス出力端子に接続した。

【００２６】反応槽１内に被電解物質２として３０％苛
性カリを溶解した純水を収容し、反応槽１内の温度を約
５０℃に保つとともに、約５０℃に予温した純水を給水
口７より適宜補給しながら、一対の電極板９、９間に直
流２．０ボルトを印加して５時間電気分解を行った。電
気分解中は、一定時間毎に発生した水素ガス量と消費電
力を常法により測定するとともに、電極体８周囲の様子
を肉眼観察した。

【００２７】別途、巨視的透孔１１を穿設しない電極体
８を用いたこと以外は全く同様にして水を電気分解し、
対照系とした。

【００２８】その結果、この発明の電解槽を用いて水を
電気分解するときの電力効率は著しく高く、約８４％に
も達することが判明した。しかも、この高電力効率は電
気分解の全期間を通じて略一定であり、発生した気泡は
速に電極板９、９から離脱していた。

【００２９】一方、対照系は、電気分解開始当初、約８
３％と比較的高い電力効率を示したものの、約１分を経
過すると急激に低下するようになり、５時間後の電力効
率は約６７％となった。電極体８周囲を肉眼観察したと
ころ、電力効率の低下とあい前後して電極板９、９表面
への顕著な気泡付着が見られた。

【００３０】このように、対照系でさえ約８２％もの高
電力効率を達成したことは、薄膜１０を一対の電極板
９、９で挟着するこの発明の構成が、電力効率の改善に
極めて効果的であることを立証するものである。また、
一対の電極板９、９に巨視的透孔１１を穿設したこの発
明の電極体が、終始一貫して約８４％にも達する高電力
効率を達成したことは、巨視的透孔１１が気泡付着によ
る電力効率の低下防止に極めて効果的であることを立証
するものである。ガスクロマトグラフィーにより、収集
した水素ガスの純度を分析したところ、何れの系も約９
９％以上と極めて高純度であった。

【００３１】

【発明の効果】叙上のように、この発明の電極体は、被
電解物質が透過し得る多数の微視的透孔を有する薄膜
を、多数の巨視的透孔を穿設した一対の電極板で挟着し
て構成されているので、電力効率が良好で、床面利用効
率も大きくすることができる。

【００３２】さらに、この発明によるときには、高電力
効率の電解槽をコンパクトに形成でき、水を始めとする
各種被電解物質の電気分解に有利に使用できることとな
る。従って、この発明による電極体及び電解槽は、工場
規模での水素製造は言うに及ばず、例えば、実験室のよ
うに比較的小規模で高品質の水素を調製するときにも有
利に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電極体を用いる電解槽の縦断側面図
である。

【図２】この発明の電極体の一部省略縦断側面図であ
る。

【図３】この発明に於ける電極体の別の実施例を示す縦
断平面図である。

【符合の説明】

１反応槽２被電解物質３水素ガス取出口４酸素ガス取出口５陽極端子６陰極端子７給水口８電極体９電極板１０薄膜１１巨視的透孔１２リード線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被電解物質が透過し得る多数の微視的透
孔を有する薄膜を、多数の巨視的透孔を穿設した一対の
電極板で挟着してなる電極体。
【請求項２】薄膜の厚さが約２５ミクロン未満である
ことを特徴とする請求項１に記載の電極体。
【請求項３】被電解物質が水であり、発生する気泡が
水素ガス及び酸素ガスであることを特徴とする請求項１
又は２に記載の電極体。
【請求項４】被電解物質が透過し得る多数の微視的透
孔を有する薄膜を、多数の巨視的透孔を穿設した一対の
電極板で挟着してなる電極体を含んでなる電解槽。
【請求項５】被電解物質が水であり、気泡が水素ガス
及び酸素ガスであることを特徴とする請求項４に記載の
電解槽。