JPH0633487B2 - 陰極の製造方法 - Google Patents

陰極の製造方法

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JPH0633487B2
JPH0633487B2 JP60055967A JP5596785A JPH0633487B2 JP H0633487 B2 JPH0633487 B2 JP H0633487B2 JP 60055967 A JP60055967 A JP 60055967A JP 5596785 A JP5596785 A JP 5596785A JP H0633487 B2 JPH0633487 B2 JP H0633487B2
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博也 山下
武志 山村
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水素過電圧が低く且つ耐久性に優れた陰極の製
造方法に関し、特に塩化ナトリウム水溶液の隔膜法電解
に好適な陰極の製造方法を提供するものである。
〔従来の技術〕 従来、アルカリ金属水溶液の電解、特にイオン交換膜法
による塩化ナトリウム水溶液の電解により塩素と水酸化
ナトリウムとを得る技術等の開発が進み、益々高い電流
効率と低い電圧による電解、即ち電力原単位の向上が図
られている。これらの技術動向のうち、電流効率の向上
は主として、イオン交換膜の改良として、また電圧の低
下については、イオン交換膜の改良と並行して、電極に
おける電解時の過電圧を低下させる検討が行われてい
る。このうち陽極にあってはすでに種々の優れた提案が
なされており、ほとんど陽極過電圧が問題とならない電
極が工業的に用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに陰極、即ち水素発生用電極にあっては、一般に
軟鉄或いはニッケル製のものが工業的に使用されてお
り、例えば400ミリボルト程度の高い水素過電圧を許
容しているため、その改善の必要性が指摘されている。
近年、水素過電圧の低減を目的として、種々の特許出願
がなされている。例えば特開昭55−164491号,
特開昭55−131188号,特開昭56−93885
号,或いは特開昭58−167788号公報に示された
電極にあっては電極基体上にニッケル,コバルト,鉄な
どの粒子又はこれらの金属とアルミニウムその他の金属
との合金の粒子を、溶着或いは銀,亜鉛,マグネシウ
ム,スズ等の保持用金属層中に一部露出するように埋没
させ、場合によっては保持用金属層の一部を化学的に浸
食させて多孔化した微粒子固定形の電極、或いは特開昭
54−60293号の如く、含硫黄ニッケル塩を含むメ
ッキ浴を用いて、電極基体上に電気メッキを行なう活性
金属の電析法により水素過電圧を小さくさせた水素発生
電極が提案されている。
これらの提案により比較的小さい水素過電圧の陰極を得
ることは可能であるが、より小さい過電圧とすること及
び陰極性能の持続性を大きくすること或いはより廉価で
あることなど種々改良の必要性がある。例えば前記微粒
子固定形の電極にあっては、微粒子金属自体高価であっ
たり、その調製が容易でない等に加えて、一般に製法が
複雑であり、得られた製品である電極の性能がバラツキ
やすい等性能安定性に欠ける傾向にある。また後者の含
硫黄ニッケル浴による電気メッキにあっては、水素過電
圧が十分に小さくすることに難があり、場合によっては
耐久性が小さい等の欠点がある。
一方、他の方法として、例えばニッケル,鉄,あるいは
これらの合金よりなる基体を、エッチング,サンドプラ
スト等で表面処理する方法が提案されている。しかしな
がら、これらの方法に基いる基体は元来陰極(触媒)と
して使用するために製造されたものでないため、上記し
た機械的な表面処理では水素過電圧を充分に低下させる
ことは出来なく、また耐久性にも問題があった。
そこで本発明の目的は、比較的安価な原材料を用い、且
つ高い機械的強度を有し、更に水素過電圧の低い、例え
ば30A/dm2の電流密度において、水素過電圧が20
0mV以下、特に150mV以下であり、しかも該性能が長
期間安定して使用可能となる陰極の製造方法を提供する
ものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上述の目的を達成するために、電極基体上に多
孔性物質を形成した後、クロム含量が特定なニッケルと
クロムとの合金よりなる活性物質層を焼結被覆させた陰
極である。即ち本発明は、電極基体上に多孔性物質層を
形成した後、還元雰囲気下で少なくともニッケルとクロ
ムよりなり、且つクロムは、ニッケルとクロムの重量に
対して16〜65重量%のニッケルとクロムの合金より
なる活性物質を焼結被覆することを特徴とする陰極の製
造方法である。
本発明に用いる電極基体は、導電性物質であればよく一
般に陰極として使用する還境下に耐久性のある金属を用
いる。従って、アルカリ金属塩特にハロゲン化アルカリ
金属の電解や水の電解に用いる場合には、電極基体とし
て軟鉄やニッケルを用いるのが好ましい。しかしなが
ら、銅或いは銅合金の如き良電導性金属、場合によって
はチタン等も使用することが出来る。
電極形状は、電極基体の形状によって定まるものであ
り、本発明において特に限定されるものではなく、一般
に電解槽における陰極として使用される形状のものが使
用される。例えば平板状,網状,パンチドメタル,エキ
スパンドメタル,スダレ状などである。該電極基体は、
表面に多孔性物質層を形成させるに先立って脱脂,エッ
チング等の前処理を施すことが好ましい。その方法は公
知の方法が特に制限なく用いられる。
本発明において電極基体表面に多孔性物質層を形成させ
る方法として、一般に導電性粒子を含有した金属メッキ
層を存在させる方法が好ましく用いられる。例えば特開
昭56−133484号公報に記載のように、導電性粒
子を含む金属メッキ浴を用いて電気メッキする方法が採
用できる。
導電性粒子は導電性および耐久性を有する粒子であれば
よい。例えばクロム,モリブテン,タングステン,パナ
ジウム,ニオブ,タンタル,鉄,コバルト,ニッケル,
金,銀等の金属微粒子;タングステンカーバイト,シリ
コンカーバイト,炭化ホウ素,ジルコニウムカーバイ
ト,炭化チタン,炭化ハフニウム,炭化ニオブ,炭化タ
ンタル,グラファイト,炭化バナジウム等の炭化物;ホ
ウ化鉄,ホウ化ニッケル等のホウ化物;窒化バナジウ
ム,窒化ニオブ,窒化チタン等の窒化物等で、特にタン
グステンカーバイトが好ましく、その粒径が0.05〜
50μが好ましく、特に好ましくは0.5〜5μのもの
が用いられる。
金属メッキ浴としては従来公知のメッキ浴が特に制限な
く用いられるが、特に銀,ニッケル,鉄,コバルト等の
周期表第4周期第VIII族金属よりなるメッキ浴が好まし
く、例えばニッケルのメッキ浴としてはワット浴,ニッ
ケルブラック浴,ニッケル錯塩浴等が、また銀のメッキ
浴としてはシアン浴等が用いられる。
上記メッキ浴を用いるメッキ条件は適宜選定すればよい
が、一般には金属メッキ浴中に導電性粒子を1〜100
g/の濃度で懸濁した状態で、得られる電極基体上の
メッキ層中における導電性粒子の含有量が2〜30容量
%になる如くメッキ条件を選定することが好ましい。こ
のようにすることにより、電極基体表面に凹凸を有する
多孔性物質層が形成され、該多孔性物質層は電極の表面
積を大きくするのみでなく、後述する陰極性物質の含浸
を容易にし、該物質が強固に結合する効果をもたらし、
更に該活性物質の結晶成長を抑制する効果をも有する。
電極基体上に多孔性物質層を形成させる方法は、上記の
メッキ方法に特に限定されるものではなく、そのほか例
えば溶射等の手段によって導電性粒子を電極基体上に固
着させてもよい。この際、多孔性物質層の厚さは特に制
限されないが、水素過電圧のより低い陰極を得る為に
は、少なくとも後述する活性物質を焼結被覆して得られ
る活性層の厚さよりも厚くすることが必要である。
本発明において電極基体表面に存在させる活性物質であ
るニッケルおよびクロムの特定割合の合金層は、必ずし
も電極基体の全表面を覆っていることは必須ではない
が、電極の有効面積を増大させる意味からは全表面を覆
う方が有利である。また、電極基体が例えば銅などを用
い、それ自体陰極の使用環境下に腐蝕の恐れのある場合
には、当然該基体の全面(溶液中に浸漬される部分の全
面)を被覆するべきである。また本発明において、電極
基体の表面に存在させる該活性物質の組成は水素過電圧
に対して、極めて重要な意味を有する。即ち、該活性物
質は少なくともニッケルとクロムよりなる合金である
が、特にニッケル及びクロム、場合によってはその他に
表面積を増すための第三の成分を加えることも有効であ
る。更に不可避的に混入される他の元素又は化合物を含
むことも可能である該活性物質中のニッケル(Ni)と
クロム(Cr)との割合、即ち が16〜65重量%、好ましくは20〜60重量%の範
囲である必要がある。クロムの含有率がこの範囲をはず
れると水素過電圧が増大する。
上記した特定な合金よりなる活性物質を電極基体に焼結
被覆する方法は、ニッケル又はクロムを塩化物,臭化
物,沃化物等の化合物あるいはギ酸塩,硝酸塩等の形で
エタノール,ブタノール等の溶媒に一般に0.5〜15重
量%の濃度になるように溶解させ、この陰極活性物質の
溶液をメッキされた電極基体上にコーテイングし、次い
で熱分解することによって行われる。この陰極活性物質
溶液をコーテイングする方法は特に限定されず噴霧,塗
布,浸漬等の方法が用いられる。また、熱分解の条件は
陰極活性物質溶液がコーテイングされた電極基体を不活
性ガスあるいは還元雰囲気下において一般に200〜8
00℃の温度で15分間から3時間加熱することにより
特定のニッケル−クロム合金が焼結される。尚、熱分解
後も基体が100℃以下になるまで不活性ガスあるいは
還元雰囲気下に維持するのが好ましい。酸化雰囲気中で
熱分解を行うと性能の低下を生じるため好ましくない。
本発明においては、陰極活性物質が焼結被覆されて形成
される活性層の厚さが0.01〜20μ、好ましくは0.1〜
3μとなるようにコーテイングおよび熱分解を繰り返し
行なうのが一般的である。
〔作用及び効果〕
本発明の陰極は導電性物質好ましくは鉄,ニッケルある
いはこれらの金属を1成分とする合金等からなる電極基
体の表面に、多孔性物質層を形成させた後、クロム含有
率が16〜65重量%のニッケル−クロム金よりなる活
性層を形成させることにより、極めて低い水素過電圧、
例えば90℃,11N−NaOH中で30A/dm2の電
流密度において水素過電圧100mVとすることも可能
である。かかる作用効果を生ずる理由は必ずしも明らか
ではないが、ニッケルにクロムが混入することにより、
結晶に歪が生じる触媒能を向上させたり、下地の多孔性
物質層が上述の触媒粒子の分散度を高めているため、陰
極として用いた場合に水素過電圧の低下をもたらしてい
ると推定される。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を示す。
実施例 1 脱脂,エッチング処理した軟鋼製エキスパンドメタル
(SW:3mm,LW:6mm,板厚:1.5mm)に、特開昭
56−133484号に従って第1表に示す分散メッキ
浴を用いて5A/dm2で5分間メッキを行なった。この
ようにして処理された基体上に、NiCl・6H
O,CrCl・6HOを溶解させたブタノール溶
液を塗布し、ニッケルとクロムの担持量の和がすべての
実施例で5回の熱分解で1.7mg/cm2となるようにした。
クロムの含有率を種々変化させて、330℃の温度で窒
素ガス(N)雰囲気中で熱分解を行なった。このよう
にして得られ昭た電極の90℃,11N−NaOH中で
30A/dm2の電流密度での水素過電圧を測定した。結
果を第2表に示す。
実施例 2 焼成温度を430℃にする事以外は実施例1と同様にし
た。結果を第3表に示す。
比較例 1 Ni−Cr合金中のCr含有率が5wt%にする事以外は
実施例1と同様にしたところ水素過電圧は200mVで
あった。
比較例2〜4 Ni−Cr合金中のCr含有率が5wt%,70wt%,及
び80wt%にする事以外は実施例2と同様にして行なっ
た。結果を第4表に示す。
比較例5〜9 タングステンカーバイトを含む分散メッキを行なわない
事以外は実施例2と同様にして行なった。結果を第5表
に示す。
比較例10〜12 焼成を空気中で行なう事以外は実施例2と同様にして行
なった。結果を第6表に示す。
実施例3 焼成を水素雰囲気中で行なう事以外は実施例2と同様に
行なった結果を第7表に示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極基体上に多孔性物質層を形成した後、
    還元雰囲気下で少なくともニッケルとクロムよりなり、
    且つクロムはニッケルとクロムの重量に対して16〜65重
    量%のニッケルとクロムの合金よりなる活性物質を焼結
    被覆することを特徴とする陰極の製造方法
  2. 【請求項2】多孔性物質層が導電性粒子を含有した金属
    メッキ層である特許請求の範囲第1項記載の陰極の製造
    方法
JP60055967A 1985-03-22 1985-03-22 陰極の製造方法 Expired - Lifetime JPH0633487B2 (ja)

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CN110983142B (zh) * 2019-11-25 2021-10-19 河海大学 一种碳化钨-镍硬质合金的制备方法

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