JPH0686939A - 水電解槽の性能回復方法 - Google Patents
水電解槽の性能回復方法Info
- Publication number
- JPH0686939A JPH0686939A JP4266743A JP26674392A JPH0686939A JP H0686939 A JPH0686939 A JP H0686939A JP 4266743 A JP4266743 A JP 4266743A JP 26674392 A JP26674392 A JP 26674392A JP H0686939 A JPH0686939 A JP H0686939A
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- JP
- Japan
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- exchange membrane
- performance
- water electrolysis
- cation
- electrolysis cell
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 塩酸を使用せず、安全で、かつ容易に陽イオ
ン交換膜水電解槽の電解性能を回復させる方法を提供す
る。 【構成】 陽イオン交換膜に不純物が滞留して電解性能
が劣化した陽イオン交換膜水電解槽を、定格以上の電解
電流で電解して陽イオン交換膜から不純物を除去するす
ることにより電解性能を回復させる。従来のようには塩
酸を使うことがないので、残留塩酸による酸素濃度の低
下や塩素混入による危険性が無い。しかも、複雑な水電
解槽構造やイオン交換器を必要とせず、簡単容易に電解
性能を回復させることができる。
ン交換膜水電解槽の電解性能を回復させる方法を提供す
る。 【構成】 陽イオン交換膜に不純物が滞留して電解性能
が劣化した陽イオン交換膜水電解槽を、定格以上の電解
電流で電解して陽イオン交換膜から不純物を除去するす
ることにより電解性能を回復させる。従来のようには塩
酸を使うことがないので、残留塩酸による酸素濃度の低
下や塩素混入による危険性が無い。しかも、複雑な水電
解槽構造やイオン交換器を必要とせず、簡単容易に電解
性能を回復させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電解質である陽イオン
交換膜の両面に陽極と陰極とを接合させた水電解槽の性
能が水の汚染等で劣化した際、定格以上の電解電流で電
解することにより陽イオン交換膜に滞留した金属イオン
や金属イオン化合物等を陰極側へ排出することによって
水電解槽の性能を回復させる効果的な方法を提案するも
のである。
交換膜の両面に陽極と陰極とを接合させた水電解槽の性
能が水の汚染等で劣化した際、定格以上の電解電流で電
解することにより陽イオン交換膜に滞留した金属イオン
や金属イオン化合物等を陰極側へ排出することによって
水電解槽の性能を回復させる効果的な方法を提案するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】陽イオン交換膜水電解法とは、陽イオン
交換膜の両面に白金族金属からなる陽極と陰極とが接合
された触媒電極接合体を有する水電解槽の陽極側に水を
供給し、両極間に電圧をかけて、陽極より酸素を、陰極
より水素を得る方法である。
交換膜の両面に白金族金属からなる陽極と陰極とが接合
された触媒電極接合体を有する水電解槽の陽極側に水を
供給し、両極間に電圧をかけて、陽極より酸素を、陰極
より水素を得る方法である。
【０００３】この場合、水電解槽内では、下記の反応に
より、陽極から酸素［Ｏ2 ］が発生し、同時に生成した
プロトン［Ｈ+ ］はイオン交換膜中を通って陰極に向か
い、電子を得て水素［Ｈ2 ］となる。 陽極 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ 陰極 ４Ｈ+ ＋４ｅ→２Ｈ2
より、陽極から酸素［Ｏ2 ］が発生し、同時に生成した
プロトン［Ｈ+ ］はイオン交換膜中を通って陰極に向か
い、電子を得て水素［Ｈ2 ］となる。 陽極 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ 陰極 ４Ｈ+ ＋４ｅ→２Ｈ2
【０００４】ここにイオン交換膜にカルシュウムイオン
［Ｃａ2+］、マグネシュウムイオン［Ｍｇ2+］などの金
属イオンが混入すると、それら金属イオンが一部プロト
ンに代わり電荷のキャリアとして働くため、下記の反応
により、陰極側の膜面あるいは膜内部に水酸化カルシュ
ウム［Ｃａ（ＯＨ）2 ］，水酸化マグネシュウム［Ｍｇ
（ＯＨ）2 ］などの金属水酸化物が析出する。 陽極 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ 陰極 ４Ｈ2 Ｏ＋２Ｃａ2+→２Ｃａ（ＯＨ）2 ＋４Ｈ+ ４Ｈ+ ＋４ｅ→２Ｈ2
［Ｃａ2+］、マグネシュウムイオン［Ｍｇ2+］などの金
属イオンが混入すると、それら金属イオンが一部プロト
ンに代わり電荷のキャリアとして働くため、下記の反応
により、陰極側の膜面あるいは膜内部に水酸化カルシュ
ウム［Ｃａ（ＯＨ）2 ］，水酸化マグネシュウム［Ｍｇ
（ＯＨ）2 ］などの金属水酸化物が析出する。 陽極 ２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ 陰極 ４Ｈ2 Ｏ＋２Ｃａ2+→２Ｃａ（ＯＨ）2 ＋４Ｈ+ ４Ｈ+ ＋４ｅ→２Ｈ2
【０００５】これら金属水酸化物が多量にイオン交換膜
中に析出すると、プロトンの動きが悪くなり濃度分極が
生じ水電解電圧の上昇によるエネルギー効率の低下や、
陽イオン交換膜の破損に伴う電流効率の低下、またはガ
ス濃度の低下等の性能の劣化等が生じる。
中に析出すると、プロトンの動きが悪くなり濃度分極が
生じ水電解電圧の上昇によるエネルギー効率の低下や、
陽イオン交換膜の破損に伴う電流効率の低下、またはガ
ス濃度の低下等の性能の劣化等が生じる。
【０００６】そこで従来は、水電解槽内部を塩酸［ＨＣ
ｌ］により洗浄することによって、Ｃａ（ＯＨ）2 、Ｍ
ｇ（ＯＨ）2 などの金属水酸化物やＣａ2+、Ｍｇ2+など
の金属イオンを系外に溶出し、性能の回復を図ってい
た。
ｌ］により洗浄することによって、Ｃａ（ＯＨ）2 、Ｍ
ｇ（ＯＨ）2 などの金属水酸化物やＣａ2+、Ｍｇ2+など
の金属イオンを系外に溶出し、性能の回復を図ってい
た。
【０００７】
【発明が解決しようとす課題】ところが、塩酸により水
電解槽内部を洗浄するという従来の方法には、実用に当
たっては水電解槽に塩酸洗浄用の経路および洗浄後の廃
液の排出経路を設ける必要があり、水電解槽の構造が大
変複雑になるという問題がある。また、塩酸洗浄後の廃
液の排出が不十分だと、水電解による酸素ガスとともに
残留塩酸の分解による塩素ガスも発生し、酸素濃度の低
下はもちろんのこと、電解によって生成される酸素の使
用目的によっては危険を伴うことさえある。さらに、塩
酸廃液は強酸でありその処理にも相当の注意が必要とな
るなど、多くの問題がある。
電解槽内部を洗浄するという従来の方法には、実用に当
たっては水電解槽に塩酸洗浄用の経路および洗浄後の廃
液の排出経路を設ける必要があり、水電解槽の構造が大
変複雑になるという問題がある。また、塩酸洗浄後の廃
液の排出が不十分だと、水電解による酸素ガスとともに
残留塩酸の分解による塩素ガスも発生し、酸素濃度の低
下はもちろんのこと、電解によって生成される酸素の使
用目的によっては危険を伴うことさえある。さらに、塩
酸廃液は強酸でありその処理にも相当の注意が必要とな
るなど、多くの問題がある。
【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、塩酸を
使用せず、安全で、かつ容易に陽イオン交換膜水電解槽
の電解性能を回復させる方法を提供することである。
なされたものであり、その目的とするところは、塩酸を
使用せず、安全で、かつ容易に陽イオン交換膜水電解槽
の電解性能を回復させる方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決しようとするための手段】そこで、陽イオ
ン交換膜に不純物が滞留して電解性能が劣化した陽イオ
ン交換膜水電解槽を、定格以上の電解電流で電解して陽
イオン交換膜から不純物を除去するすることにより電解
性能を回復させることを特徴とする水電解槽の性能回復
方法により、前記課題を解決するものである。
ン交換膜に不純物が滞留して電解性能が劣化した陽イオ
ン交換膜水電解槽を、定格以上の電解電流で電解して陽
イオン交換膜から不純物を除去するすることにより電解
性能を回復させることを特徴とする水電解槽の性能回復
方法により、前記課題を解決するものである。
【００１０】
【作用】陽イオン交換膜水電解法では、陽極で酸素と同
時に生成されたプロトンが、陽イオン交換膜を通って陰
極に移動する際、プロトン１個当り６〜７分子の水を伴
って移動する。そこで、水電解槽の性能が水の汚染等に
よって劣化した際、水電解槽を定格以上の電解電流によ
り水電解すると、このプロトンの移動が通常より激しく
なり、それに伴いなう水の移動量も多くなる。そのた
め、陽イオン交換膜内部のＣａ（ＯＨ）2 ，Ｍｇ（Ｏ
Ｈ）2 などの金属水酸化物は、その水に除々に溶解し陰
極側へ排出される。また陽イオン交換膜内部のＣａ2+，
Ｍｇ2+などの金属イオンもプロトン同様一部電荷の移動
に関与しており、電解電流が定格以上になることでその
関与の度合いが急激に高くなるため、これら金属イオン
は陰極でＣａ（ＯＨ）2 ，Ｍｇ（ＯＨ）2 などの金属水
酸化物としてやはり陰極側へ排出される。その陰極の水
を系外へ排出するか、またはイオン交換器を通して脱イ
オンすれば、水電解槽内部の不純物を取り除き、電解性
能を回復させることができる。尚、定格電流とは、長時
間連続使用する際、流すことの出来る最大電流を意味し
ている。
時に生成されたプロトンが、陽イオン交換膜を通って陰
極に移動する際、プロトン１個当り６〜７分子の水を伴
って移動する。そこで、水電解槽の性能が水の汚染等に
よって劣化した際、水電解槽を定格以上の電解電流によ
り水電解すると、このプロトンの移動が通常より激しく
なり、それに伴いなう水の移動量も多くなる。そのた
め、陽イオン交換膜内部のＣａ（ＯＨ）2 ，Ｍｇ（Ｏ
Ｈ）2 などの金属水酸化物は、その水に除々に溶解し陰
極側へ排出される。また陽イオン交換膜内部のＣａ2+，
Ｍｇ2+などの金属イオンもプロトン同様一部電荷の移動
に関与しており、電解電流が定格以上になることでその
関与の度合いが急激に高くなるため、これら金属イオン
は陰極でＣａ（ＯＨ）2 ，Ｍｇ（ＯＨ）2 などの金属水
酸化物としてやはり陰極側へ排出される。その陰極の水
を系外へ排出するか、またはイオン交換器を通して脱イ
オンすれば、水電解槽内部の不純物を取り除き、電解性
能を回復させることができる。尚、定格電流とは、長時
間連続使用する際、流すことの出来る最大電流を意味し
ている。
【００１１】プロトンの移動に伴って移動する水の量は
通電電気量に比例するため、定格電流を長時間流す方法
もあるが、これによると再生に時間がかかることや金属
水酸化物の除去効率が悪い等の問題がある。従って、本
発明のように、定格電流以上で電解するのがより効果的
である。
通電電気量に比例するため、定格電流を長時間流す方法
もあるが、これによると再生に時間がかかることや金属
水酸化物の除去効率が悪い等の問題がある。従って、本
発明のように、定格電流以上で電解するのがより効果的
である。
【００１２】
【実施例】本発明を実施例により説明する。図１は、陽
イオン交換膜を電解質とし、その両面に陽極と陰極とを
接合させた水電解槽の概要図である。１は陽イオン交換
膜、２は正極、３は負極である。陽イオン交換膜１はパ
ーフロロカーボンをベースにしスルホン酸基が導入され
たものである。この陽イオン交換膜の両面に、無電解メ
ッキ法により、触媒電極としての白金２ｍｇ／ｃｍ2 が
接合されている。また、集電体として、白金メッキした
チタンのエキスパンドメタルが触媒電極に圧接されてい
る。このような水電解槽の構造自体は周知のものであ
り、本発明の要旨とは無関係であるので、詳細な説明を
省略する。
イオン交換膜を電解質とし、その両面に陽極と陰極とを
接合させた水電解槽の概要図である。１は陽イオン交換
膜、２は正極、３は負極である。陽イオン交換膜１はパ
ーフロロカーボンをベースにしスルホン酸基が導入され
たものである。この陽イオン交換膜の両面に、無電解メ
ッキ法により、触媒電極としての白金２ｍｇ／ｃｍ2 が
接合されている。また、集電体として、白金メッキした
チタンのエキスパンドメタルが触媒電極に圧接されてい
る。このような水電解槽の構造自体は周知のものであ
り、本発明の要旨とは無関係であるので、詳細な説明を
省略する。
【００１３】この水電解槽の陽イオン交換膜にイオン交
換容量の５０％のＣａを含ませた場合の電圧−電流特性
を図２（Ａ）に示す。ここで比較のため、正常な水電解
槽の電流−電圧特性（Ｄ）を合せて示す。同図に示され
るように、（Ａ）は水電解電圧が相当高くなっており、
正常品（Ｄ）に比べてエネルギー効率が低下しているの
が分かる。
換容量の５０％のＣａを含ませた場合の電圧−電流特性
を図２（Ａ）に示す。ここで比較のため、正常な水電解
槽の電流−電圧特性（Ｄ）を合せて示す。同図に示され
るように、（Ａ）は水電解電圧が相当高くなっており、
正常品（Ｄ）に比べてエネルギー効率が低下しているの
が分かる。
【００１４】この水電解槽を、電解電流を変えて性能の
回復を試みた。定格電解電流密度０．７Ａ／ｃｍ
2 （Ｂ）と定格以上の電解電流密度である１．０Ａ／ｃ
ｍ2 （Ｃ）とで、それぞれ４時間、陰極より生ずる水を
系外に排出しながら、電解した後の電解−電流特性を図
２中の（Ｂ）、（Ｃ）で示す。定格電解電流密度以上
（１．０Ａ／ｃｍ2 ）にて性能の回復を試みた場合
（Ｃ）は、全電解電流密度において正常品と同程度まで
回復しているのが分かる。しかし定格電解電流密度によ
る場合（Ｂ）は、完全に回復させるまでには至らなかっ
た。これより、定格以上の電解電流で電解して陽イオン
交換膜から不純物を除去することにより、不純物の混入
により性能が劣化した水電解槽の性能が良好に回復され
ることが分かる。
回復を試みた。定格電解電流密度０．７Ａ／ｃｍ
2 （Ｂ）と定格以上の電解電流密度である１．０Ａ／ｃ
ｍ2 （Ｃ）とで、それぞれ４時間、陰極より生ずる水を
系外に排出しながら、電解した後の電解−電流特性を図
２中の（Ｂ）、（Ｃ）で示す。定格電解電流密度以上
（１．０Ａ／ｃｍ2 ）にて性能の回復を試みた場合
（Ｃ）は、全電解電流密度において正常品と同程度まで
回復しているのが分かる。しかし定格電解電流密度によ
る場合（Ｂ）は、完全に回復させるまでには至らなかっ
た。これより、定格以上の電解電流で電解して陽イオン
交換膜から不純物を除去することにより、不純物の混入
により性能が劣化した水電解槽の性能が良好に回復され
ることが分かる。
【００１５】
【発明の効果】本発明にかかる水電解槽の性能回復方法
は、陽イオン交換膜に不純物が滞留して電解性能が劣化
した陽イオン交換膜水電解槽を、定格以上の電解電流で
電解して陽イオン交換膜から不純物を除去するすること
により電解性能を回復させることを特徴とするものであ
る。従って、従来のようには塩酸を使うことがないの
で、残留塩酸による酸素濃度の低下や塩素混入による危
険性が無い。しかも、複雑な水電解槽構造やイオン交換
器を必要とせず、簡単容易に電解性能を回復させること
ができる。本発明の価値は大きい。
は、陽イオン交換膜に不純物が滞留して電解性能が劣化
した陽イオン交換膜水電解槽を、定格以上の電解電流で
電解して陽イオン交換膜から不純物を除去するすること
により電解性能を回復させることを特徴とするものであ
る。従って、従来のようには塩酸を使うことがないの
で、残留塩酸による酸素濃度の低下や塩素混入による危
険性が無い。しかも、複雑な水電解槽構造やイオン交換
器を必要とせず、簡単容易に電解性能を回復させること
ができる。本発明の価値は大きい。
【図１】陽イオン交換膜水電解槽をしめす概略図であ
る。
る。
【図２】水電解の電流密度−電圧特性を示す図である。
１ 陽イオン交換膜 ２ 陽極 ３ 陰極
Claims (1)
- 【請求項１】 陽イオン交換膜に不純物が滞留して電解
性能が劣化した陽イオン交換膜水電解槽を、定格以上の
電解電流で電解して陽イオン交換膜から不純物を除去す
ることにより電解性能を回復させること、 を特徴とする水電解槽の性能回復方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4266743A JPH0747131B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 水電解槽の性能回復方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4266743A JPH0747131B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 水電解槽の性能回復方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0686939A true JPH0686939A (ja) | 1994-03-29 |
| JPH0747131B2 JPH0747131B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=17435093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4266743A Expired - Lifetime JPH0747131B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 水電解槽の性能回復方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0747131B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020208991A1 (ja) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | 日立造船株式会社 | 水電解装置の性能回復方法及び水電解装置 |
| CN117926341A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-04-26 | 华北电力大学 | 一种用于pem电解槽的性能恢复方法和系统 |
-
1992
- 1992-09-08 JP JP4266743A patent/JPH0747131B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020208991A1 (ja) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | 日立造船株式会社 | 水電解装置の性能回復方法及び水電解装置 |
| CN113677830A (zh) * | 2019-04-12 | 2021-11-19 | 日立造船株式会社 | 水电解装置的功能回复方法以及水电解装置 |
| CN113677830B (zh) * | 2019-04-12 | 2023-10-10 | 日立造船株式会社 | 水电解装置的功能回复方法以及水电解装置 |
| US11913124B2 (en) | 2019-04-12 | 2024-02-27 | Hitachi Zosen Corporation | Water electrolysis device performance recovery method and water electrolysis device |
| CN117926341A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-04-26 | 华北电力大学 | 一种用于pem电解槽的性能恢复方法和系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0747131B2 (ja) | 1995-05-24 |
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