JPH101795A - 低水素過電圧陰極とその製造方法 - Google Patents
低水素過電圧陰極とその製造方法Info
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- JPH101795A JPH101795A JP8280524A JP28052496A JPH101795A JP H101795 A JPH101795 A JP H101795A JP 8280524 A JP8280524 A JP 8280524A JP 28052496 A JP28052496 A JP 28052496A JP H101795 A JPH101795 A JP H101795A
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- hydrogen overvoltage
- cobalt
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- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】本発明の目的は、水の電気分解または食塩など
のアルカリ金属塩化物の水溶液電気分解に使用する場
合、水素過電圧が十分に低く、長期間の使用においても
該水素過電圧性能を維持できる陰極及びその製造方法を
提供することにある。 【解決手段】少なくともコバルトとスズからなる合金層
が導電性基材表面に被覆された電極であって、合金層中
のスズ含有率が0.01〜95重量%であることを特徴
とする低水素過電圧陰極及びコバルトイオンとスズイオ
ンおよび錯化剤を含有するメッキ浴を用い、導電性基材
表面に少なくともコバルトとスズを共電着させることを
特徴とする低水素過電圧陰極の製造方法並びにその低水
素過電圧陰極を水の電気分解またアルカリ金属塩化物の
水溶液電気分解に用いることを特徴とする低水素過電圧
電極の使用方法。
のアルカリ金属塩化物の水溶液電気分解に使用する場
合、水素過電圧が十分に低く、長期間の使用においても
該水素過電圧性能を維持できる陰極及びその製造方法を
提供することにある。 【解決手段】少なくともコバルトとスズからなる合金層
が導電性基材表面に被覆された電極であって、合金層中
のスズ含有率が0.01〜95重量%であることを特徴
とする低水素過電圧陰極及びコバルトイオンとスズイオ
ンおよび錯化剤を含有するメッキ浴を用い、導電性基材
表面に少なくともコバルトとスズを共電着させることを
特徴とする低水素過電圧陰極の製造方法並びにその低水
素過電圧陰極を水の電気分解またアルカリ金属塩化物の
水溶液電気分解に用いることを特徴とする低水素過電圧
電極の使用方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水の電気分解または
食塩などのアルカリ金属塩化物の水溶液電気分解に使用
する低水素過電圧陰極とその製造方法に関するものであ
る。
食塩などのアルカリ金属塩化物の水溶液電気分解に使用
する低水素過電圧陰極とその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】水またはアルカリ金属塩化物水溶液電解
工業は多電力消費型産業であり、省エネルギーのための
様々な技術開発が進められている。省エネルギーの手段
とは、理論分解電圧、溶液抵抗、隔膜抵抗、陽極過電
圧、陰極過電圧などで構成される電解電圧を実質的に低
減することであり、特に過電圧に関してはその特性が電
極の材料や表面形態に著しく左右されることから、多く
の研究者の興味を引き、開発がなされてきた。イオン交
換膜法食塩電解においては、とりわけ陽極過電圧の低減
にその注目が集まり、精力的な研究開発が行われてきた
結果、耐久性に優れ、ほとんど陽極過電圧の問題となら
ない電極が完成し、既に工業的に広く利用されてきてい
る。
工業は多電力消費型産業であり、省エネルギーのための
様々な技術開発が進められている。省エネルギーの手段
とは、理論分解電圧、溶液抵抗、隔膜抵抗、陽極過電
圧、陰極過電圧などで構成される電解電圧を実質的に低
減することであり、特に過電圧に関してはその特性が電
極の材料や表面形態に著しく左右されることから、多く
の研究者の興味を引き、開発がなされてきた。イオン交
換膜法食塩電解においては、とりわけ陽極過電圧の低減
にその注目が集まり、精力的な研究開発が行われてきた
結果、耐久性に優れ、ほとんど陽極過電圧の問題となら
ない電極が完成し、既に工業的に広く利用されてきてい
る。
【0003】一方、陰極過電圧を低減するためのいわゆ
る低水素過電圧電極に関してもこれまで多くの提案がな
されている。水素過電圧400mVという鉄陰極に対し
て、200〜250mVの電圧低減が可能な電極、例え
ば特開昭59−25940号あるいは特開平6−146
046号明細書に示されるように電極基材表面に水素吸
蔵合金や白金族酸化物を付着させたもの、特公昭40−
9130号に示されるように電極基材表面に鉄、コバル
ト、ニッケルなどの遷移金属とタングステン、モリブデ
ンとの合金被覆層を電気メッキしたものなどが開示され
ている。しかし、前者の水素吸蔵合金や白金族酸化物を
付着させた電極は、比較的材料が高価なため製作コスト
が高く、後者の特許による合金被覆は、製作コストが安
いが、水素過電圧性能を小さくする特性が十分でない
上、性能劣化が早いなどそれぞれの問題点を含んでい
る。
る低水素過電圧電極に関してもこれまで多くの提案がな
されている。水素過電圧400mVという鉄陰極に対し
て、200〜250mVの電圧低減が可能な電極、例え
ば特開昭59−25940号あるいは特開平6−146
046号明細書に示されるように電極基材表面に水素吸
蔵合金や白金族酸化物を付着させたもの、特公昭40−
9130号に示されるように電極基材表面に鉄、コバル
ト、ニッケルなどの遷移金属とタングステン、モリブデ
ンとの合金被覆層を電気メッキしたものなどが開示され
ている。しかし、前者の水素吸蔵合金や白金族酸化物を
付着させた電極は、比較的材料が高価なため製作コスト
が高く、後者の特許による合金被覆は、製作コストが安
いが、水素過電圧性能を小さくする特性が十分でない
上、性能劣化が早いなどそれぞれの問題点を含んでい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、水の
電気分解または食塩などのアルカリ金属塩化物の水溶液
電気分解に使用する場合、水素過電圧が十分に低く、長
期間の使用においても該水素過電圧性能を維持できる陰
極及びその製造方法を提供することにある。
電気分解または食塩などのアルカリ金属塩化物の水溶液
電気分解に使用する場合、水素過電圧が十分に低く、長
期間の使用においても該水素過電圧性能を維持できる陰
極及びその製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記問題点
を解決するため、2元系合金のメッキ皮膜に関して鋭意
研究した結果、特定の組成領域におけるコバルトとスズ
の2元系合金が優れた低水素過電圧特性と耐久性を示す
ことを発見し、本発明に至ったものである。
を解決するため、2元系合金のメッキ皮膜に関して鋭意
研究した結果、特定の組成領域におけるコバルトとスズ
の2元系合金が優れた低水素過電圧特性と耐久性を示す
ことを発見し、本発明に至ったものである。
【0006】すなわち、本発明は、少なくともコバルト
とスズからなる合金層が導電性基材表面に被覆された電
極であって、合金層中のスズ含有率が0.01〜95重
量%で、好ましくは0.1〜15重量%であることを特
徴とする低水素過電圧を有する陰極と、コバルトイオ
ン、スズイオンおよび錯化剤を含有するメッキ浴を用い
て、好ましくはコバルトイオン、スズイオンおよび錯化
剤を含有するメッキ浴に更にタンパク質化合物を添加し
たメッキ浴を用いて、少なくともコバルトとスズの合金
層を導電性基材上に共電着させて上記陰極を得る製造方
法に関するものである。
とスズからなる合金層が導電性基材表面に被覆された電
極であって、合金層中のスズ含有率が0.01〜95重
量%で、好ましくは0.1〜15重量%であることを特
徴とする低水素過電圧を有する陰極と、コバルトイオ
ン、スズイオンおよび錯化剤を含有するメッキ浴を用い
て、好ましくはコバルトイオン、スズイオンおよび錯化
剤を含有するメッキ浴に更にタンパク質化合物を添加し
たメッキ浴を用いて、少なくともコバルトとスズの合金
層を導電性基材上に共電着させて上記陰極を得る製造方
法に関するものである。
【0007】更に詳しくは、本発明の請求項1に示す組
成範囲、即ち、少なくともコバルトとスズからなり、合
金層中のスズ含有率が0.01〜95重量%である合金
層の電極を用いることによって、例えば、90℃の3
2.5%水酸化ナトリウム水溶液中において、40A/
dm2 の電解電流密度で100〜160mVの低水素過
電圧性能が得られ、更に請求項2に示す組成範囲、即
ち、合金層中のスズ含有率が0.1〜15重量%である
合金層の電極を用いることによって、100〜130m
Vの優れた低水素過電圧性能が得られる。
成範囲、即ち、少なくともコバルトとスズからなり、合
金層中のスズ含有率が0.01〜95重量%である合金
層の電極を用いることによって、例えば、90℃の3
2.5%水酸化ナトリウム水溶液中において、40A/
dm2 の電解電流密度で100〜160mVの低水素過
電圧性能が得られ、更に請求項2に示す組成範囲、即
ち、合金層中のスズ含有率が0.1〜15重量%である
合金層の電極を用いることによって、100〜130m
Vの優れた低水素過電圧性能が得られる。
【0008】この合金層は、一手法として、コバルトイ
オンとスズイオンと錯化剤を含むメッキ浴を用い、少な
くともコバルトとスズを導電性基材上に共電着させて得
ることが可能であるが、このメッキ浴に、更に0.05
〜1g/リットルのタンパク質化合物を添加したメッキ
浴から導電性基材上に共電着させて得られた合金層は、
特に長期に渡って低水素過電圧性能を維持する特性に優
れている。
オンとスズイオンと錯化剤を含むメッキ浴を用い、少な
くともコバルトとスズを導電性基材上に共電着させて得
ることが可能であるが、このメッキ浴に、更に0.05
〜1g/リットルのタンパク質化合物を添加したメッキ
浴から導電性基材上に共電着させて得られた合金層は、
特に長期に渡って低水素過電圧性能を維持する特性に優
れている。
【0009】導電性基材は、例えば、ニッケル、鉄、
銅、チタンやステンレス合金鋼などで、特に苛性アルカ
リに対して耐食性の優れたものであれば使用できる。導
電性基材の形状は、特に限定されるものではなく、一般
に電解槽の陰極に合わせた形状のもの、例えば平板状、
曲板状、エキスパンドメタル状、パンチメタル状、網
状、多孔板状などが使用される。
銅、チタンやステンレス合金鋼などで、特に苛性アルカ
リに対して耐食性の優れたものであれば使用できる。導
電性基材の形状は、特に限定されるものではなく、一般
に電解槽の陰極に合わせた形状のもの、例えば平板状、
曲板状、エキスパンドメタル状、パンチメタル状、網
状、多孔板状などが使用される。
【0010】このような導電性基材表面に合金層を電気
メッキする前に、予め脱脂、エッチング等の一般的な前
処理を行うことが好ましい。また、導電性基材に適当な
ニッケルメッキ、コバルトメッキやニッケル−イオウメ
ッキを行ったり、カーボンや白金族金属などの導電性微
粒子などを付着させたりすることにより、基材表面の凹
凸度を高め、基材と合金層の密着性を強固にすることも
有効である。
メッキする前に、予め脱脂、エッチング等の一般的な前
処理を行うことが好ましい。また、導電性基材に適当な
ニッケルメッキ、コバルトメッキやニッケル−イオウメ
ッキを行ったり、カーボンや白金族金属などの導電性微
粒子などを付着させたりすることにより、基材表面の凹
凸度を高め、基材と合金層の密着性を強固にすることも
有効である。
【0011】メッキに使用する対極は特に制限はない
が、白金及び白金でコートしたチタン板などの不溶性電
極等が使用できる。
が、白金及び白金でコートしたチタン板などの不溶性電
極等が使用できる。
【0012】本発明の導電性基材表面に被覆される合金
層は、少なくともコバルトとスズからなる合金層であっ
て、その合金層中のスズ含有率が0.01〜95重量%
の範囲に制御されなければならない。この条件を逸脱し
た合金層の電極では陰極過電圧が高くなる。
層は、少なくともコバルトとスズからなる合金層であっ
て、その合金層中のスズ含有率が0.01〜95重量%
の範囲に制御されなければならない。この条件を逸脱し
た合金層の電極では陰極過電圧が高くなる。
【0013】合金層の性能は、特に層の表面積増大のた
めに加えられた第三成分やメッキ浴中に存在し合金層中
に取り込まれた他の不純物に左右されず、上記条件を遵
守することにより保たれる。合金層の厚みとしては、薄
すぎると基材の影響を受けて効果が十分でなく、厚すぎ
ると剥離しやすくなるので、20μm〜300μmが適
当である。
めに加えられた第三成分やメッキ浴中に存在し合金層中
に取り込まれた他の不純物に左右されず、上記条件を遵
守することにより保たれる。合金層の厚みとしては、薄
すぎると基材の影響を受けて効果が十分でなく、厚すぎ
ると剥離しやすくなるので、20μm〜300μmが適
当である。
【0014】メッキ浴に含有されるコバルト源、スズ源
としては特に制限はないが、前者は一般に用いられる塩
化コバルト、硫酸コバルトなどのコバルト塩を単独また
は混合して使用すれば良く、後者は塩化スズ、硫酸スズ
などのスズ塩をやはり単独または混合して使用すれば良
い。メッキ浴中に加えられる錯化剤としては特に制限は
ないが、主にコバルトイオンと錯形成を行う錯化剤、例
えばクエン酸塩、酒石酸塩、ピロリン酸塩やグリシンな
どのα−アミノ酸が用いられる。我々の検討によると、
また、錯化剤の使用量も特に制限されるものではない
が、一般的にメッキ浴中のコバルトイオン濃度+スズイ
オン濃度に対して0.5〜20倍モル量程度であれば良
い。また、タンパク質化合物としては、ゼラチン、ペプ
トンなどを使用すれば良い。
としては特に制限はないが、前者は一般に用いられる塩
化コバルト、硫酸コバルトなどのコバルト塩を単独また
は混合して使用すれば良く、後者は塩化スズ、硫酸スズ
などのスズ塩をやはり単独または混合して使用すれば良
い。メッキ浴中に加えられる錯化剤としては特に制限は
ないが、主にコバルトイオンと錯形成を行う錯化剤、例
えばクエン酸塩、酒石酸塩、ピロリン酸塩やグリシンな
どのα−アミノ酸が用いられる。我々の検討によると、
また、錯化剤の使用量も特に制限されるものではない
が、一般的にメッキ浴中のコバルトイオン濃度+スズイ
オン濃度に対して0.5〜20倍モル量程度であれば良
い。また、タンパク質化合物としては、ゼラチン、ペプ
トンなどを使用すれば良い。
【0015】メッキ浴のpHは使用する錯化剤によって
異なるが、金属イオンと十分な錯形成を行い、かつ錯化
剤が安定に存在し得る領域を選択する必要がある。例え
ば、錯化剤としてピロリン酸を使用する場合のメッキ浴
は、コバルトイオンとピロリン酸イオンが安定な錯形成
を行い、錯化剤の分解が起こらないpH8〜9を選択す
れば良い。尚、pHを調整するための薬剤としては特に
制限はないが、硫酸や塩酸などの無機酸や水酸化ナトリ
ウム、アンモニア水などの無機塩基を使用すれば良い。
異なるが、金属イオンと十分な錯形成を行い、かつ錯化
剤が安定に存在し得る領域を選択する必要がある。例え
ば、錯化剤としてピロリン酸を使用する場合のメッキ浴
は、コバルトイオンとピロリン酸イオンが安定な錯形成
を行い、錯化剤の分解が起こらないpH8〜9を選択す
れば良い。尚、pHを調整するための薬剤としては特に
制限はないが、硫酸や塩酸などの無機酸や水酸化ナトリ
ウム、アンモニア水などの無機塩基を使用すれば良い。
【0016】メッキ浴の温度としては、20℃〜70℃
を選択すれば良い。一般にこの温度範囲より低い温度で
はメッキ効率が低いため経済性に難があり、これより高
い温度では合金層の皮膜が脆くなる。また、メッキ電流
密度としては、1〜50A/dm2 の範囲を選択すれば
良い。
を選択すれば良い。一般にこの温度範囲より低い温度で
はメッキ効率が低いため経済性に難があり、これより高
い温度では合金層の皮膜が脆くなる。また、メッキ電流
密度としては、1〜50A/dm2 の範囲を選択すれば
良い。
【0017】本発明の少なくともコバルトおよびスズか
らなる合金層でスズ含有量が0.01〜95重量%にお
ける合金層の優れた低水素過電圧性能が何に起因するも
のかについては本発明者も十分説明できないが、本発明
による製造方法でコバルト−スズの合金層を共電着させ
た際、合金層全体あるいは部分的に状態図やASTMカ
ード上に記載のない特殊な準安定結晶を生じ、その結晶
子が非常に微細であることが影響を与えているものと考
えている。事実、この合金層を200℃以上で加熱処理
した後にX線回折測定すると、上記の準安定結晶に関連
するピークは全く消失し、代わりに金属間化合物の安定
な結晶ピークが現れて明らかに構造変化していることが
認められるが、この加熱処理後における合金層の水素過
電圧を測定すると、300mV以上の極めて高い値しか
示さなくなる。
らなる合金層でスズ含有量が0.01〜95重量%にお
ける合金層の優れた低水素過電圧性能が何に起因するも
のかについては本発明者も十分説明できないが、本発明
による製造方法でコバルト−スズの合金層を共電着させ
た際、合金層全体あるいは部分的に状態図やASTMカ
ード上に記載のない特殊な準安定結晶を生じ、その結晶
子が非常に微細であることが影響を与えているものと考
えている。事実、この合金層を200℃以上で加熱処理
した後にX線回折測定すると、上記の準安定結晶に関連
するピークは全く消失し、代わりに金属間化合物の安定
な結晶ピークが現れて明らかに構造変化していることが
認められるが、この加熱処理後における合金層の水素過
電圧を測定すると、300mV以上の極めて高い値しか
示さなくなる。
【0018】また、本発明の内、少なくともコバルトお
よびスズからなる合金層で特にスズ含有量が0.1〜1
5重量%における合金層については、上記の準安定結晶
に加え、高い水素吸蔵特性をも有しており、この相乗効
果により更に優れた低水素過電圧性能を発揮するものと
考えている。
よびスズからなる合金層で特にスズ含有量が0.1〜1
5重量%における合金層については、上記の準安定結晶
に加え、高い水素吸蔵特性をも有しており、この相乗効
果により更に優れた低水素過電圧性能を発揮するものと
考えている。
【0019】また、本発明の優れた低水素過電圧性能を
維持するためには、上記内容からも明らかなように、微
細な結晶子を有する準安定結晶を維持することが重要
で、少なくとも200℃以上の加熱処理を避ける必要が
ある。
維持するためには、上記内容からも明らかなように、微
細な結晶子を有する準安定結晶を維持することが重要
で、少なくとも200℃以上の加熱処理を避ける必要が
ある。
【0020】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例により何等限定さ
れるものではない。
説明するが、本発明はこれらの実施例により何等限定さ
れるものではない。
【0021】実施例1〜3 塩化コバルト(6水和物)0.126モル/リットル、
塩化スズ(2水和物)0.018モル/リットル、クエ
ン酸三カリウム(2水和物)0.3モル/リットル、ピ
ロリン酸カリウム0.3モル/リットル、グリシン2モ
ル/リットルを溶解しメッキ浴を調製した。この時の浴
pHは、8.4で特にpH調整剤を添加しなかった。電
極基材として予めアルコール脱脂、硝酸エッチングを施
したニッケルプレート(10mmφ)を、対極材として
Pt被覆チタン板を用いた。
塩化スズ(2水和物)0.018モル/リットル、クエ
ン酸三カリウム(2水和物)0.3モル/リットル、ピ
ロリン酸カリウム0.3モル/リットル、グリシン2モ
ル/リットルを溶解しメッキ浴を調製した。この時の浴
pHは、8.4で特にpH調整剤を添加しなかった。電
極基材として予めアルコール脱脂、硝酸エッチングを施
したニッケルプレート(10mmφ)を、対極材として
Pt被覆チタン板を用いた。
【0022】メッキ浴を60℃にコントロールしなが
ら、通電量144クーロンでメッキ電流密度を各実施例
毎に変えてメッキを行い、電極基材上にコバルト−スズ
合金層を析出させた電極を作製した。この合金層のスズ
含有量をX線マイクロアナライザーで測定し、この電極
の初期水素過電圧を90℃、32.5%の苛性ソーダ液
中にて、40A/dm2 の電流密度で測定した。その結
果を表1に示す。
ら、通電量144クーロンでメッキ電流密度を各実施例
毎に変えてメッキを行い、電極基材上にコバルト−スズ
合金層を析出させた電極を作製した。この合金層のスズ
含有量をX線マイクロアナライザーで測定し、この電極
の初期水素過電圧を90℃、32.5%の苛性ソーダ液
中にて、40A/dm2 の電流密度で測定した。その結
果を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】また、各々の電極において90℃、32.
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より7〜
12mV程度上昇しただけであった。
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より7〜
12mV程度上昇しただけであった。
【0025】実施例4〜6 メッキ浴中の塩化スズ濃度を0.004モル/リットル
にする以外は実施例1〜3と同じにして行った。その結
果を表2に示す。
にする以外は実施例1〜3と同じにして行った。その結
果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】比較例1 メッキ浴中の塩化コバルト(6水和物)を塩化第二鉄
(4水和物)に置き換え、更に浴に0.01モル/リッ
トルのアスコルビン酸を加える以外は実施例2と同様に
してメッキを行った。その結果、基材状にスズ含有量7
5重量%の鉄−スズ合金層が析出し、この時の初期水素
過電圧は、223mVであった。
(4水和物)に置き換え、更に浴に0.01モル/リッ
トルのアスコルビン酸を加える以外は実施例2と同様に
してメッキを行った。その結果、基材状にスズ含有量7
5重量%の鉄−スズ合金層が析出し、この時の初期水素
過電圧は、223mVであった。
【0028】比較例2 メッキ浴中の塩化コバルト(6水和物)を硫酸マンガン
(5水和物)に置き換える以外は実施例2と同様にして
メッキを行った。その結果、基材上にスズ含有率93重
量%のマンガン−スズ合金層が析出し、この時の初期水
素過電圧は735mVであった。
(5水和物)に置き換える以外は実施例2と同様にして
メッキを行った。その結果、基材上にスズ含有率93重
量%のマンガン−スズ合金層が析出し、この時の初期水
素過電圧は735mVであった。
【0029】比較例3 メッキ浴中の塩化スズ(2水和物)を塩化ニッケル(6
水和物)に置き換える以外は実施例2と同様にしてメッ
キを行った。この時の初期水素過電圧は230mVであ
った。
水和物)に置き換える以外は実施例2と同様にしてメッ
キを行った。この時の初期水素過電圧は230mVであ
った。
【0030】実施例7、8 塩化コバルト(6水和物)0.126モル/リットル、
塩化スズ(2水和物)0.018モル/リットル、ピロ
リン酸カリウム0.6モル/リットル、グリシン2モル
/リットルを溶解しメッキ浴を調製した。この時の浴p
Hは、8.4で特にpH調整剤を添加しなかった。電極
基材として予めアルコール脱脂、硝酸エッチングを施し
たニッケルプレート(10mmφ)を、対極材としてP
tコートチタン板を用いた。メッキ浴を55℃にコント
ロールしながら、通電量144クーロンでメッキ電流密
度を各実施例毎に変えてメッキを行い、電極基材上にコ
バルト−スズ合金層を析出させた電極を作製した。この
合金層のスズ含有量をX線マイクロアナライザーで測定
し、この電極の初期水素過電圧を90℃、32.5%の
苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 の電流密度で測定
した。その結果を表3に示す。
塩化スズ(2水和物)0.018モル/リットル、ピロ
リン酸カリウム0.6モル/リットル、グリシン2モル
/リットルを溶解しメッキ浴を調製した。この時の浴p
Hは、8.4で特にpH調整剤を添加しなかった。電極
基材として予めアルコール脱脂、硝酸エッチングを施し
たニッケルプレート(10mmφ)を、対極材としてP
tコートチタン板を用いた。メッキ浴を55℃にコント
ロールしながら、通電量144クーロンでメッキ電流密
度を各実施例毎に変えてメッキを行い、電極基材上にコ
バルト−スズ合金層を析出させた電極を作製した。この
合金層のスズ含有量をX線マイクロアナライザーで測定
し、この電極の初期水素過電圧を90℃、32.5%の
苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 の電流密度で測定
した。その結果を表3に示す。
【0031】
【表3】
【0032】また、各々の電極において90℃、32.
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より7〜
13mV程度上昇しただけであった。
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より7〜
13mV程度上昇しただけであった。
【0033】実施例9、10 メッキ浴中の塩化スズ濃度を0.004モル/リットル
にする以外は実施例7、8と同じにして行った。その結
果を表4に示す。
にする以外は実施例7、8と同じにして行った。その結
果を表4に示す。
【0034】
【表4】
【0035】実施例11、12 塩化コバルト(6水和物)0.126モル/リットル、
塩化スズ(2水和物)0.036モル/リットル、クエ
ン酸三ナトリウム(2水和物)0.3モル/リットル及
びグリシン1モル/リットルを溶解しメッキ浴を調製し
た。この浴に28%アンモニア水を添加し、浴pHを
8.0に調整した。電極基材として予めアルコール脱
脂、硝酸エッチングを施したニッケルプレート(10m
mφ)を、対極材としてPt被覆チタン板を用いた。メ
ッキ浴を50℃にコントロールしながら、通電量144
クーロンで、メッキ電流密度を各実施例毎に変えてメッ
キを行い、電極基材上にコバルト−スズ合金層を析出さ
せた電極を作製した。この合金層のスズ含有量をX線マ
イクロアナライザーで測定し、この電極の水素過電圧を
90℃、32.5%の苛性ソーダ液中にて、40A/d
m2 の電流密度で測定した。その結果を表5に示す。
塩化スズ(2水和物)0.036モル/リットル、クエ
ン酸三ナトリウム(2水和物)0.3モル/リットル及
びグリシン1モル/リットルを溶解しメッキ浴を調製し
た。この浴に28%アンモニア水を添加し、浴pHを
8.0に調整した。電極基材として予めアルコール脱
脂、硝酸エッチングを施したニッケルプレート(10m
mφ)を、対極材としてPt被覆チタン板を用いた。メ
ッキ浴を50℃にコントロールしながら、通電量144
クーロンで、メッキ電流密度を各実施例毎に変えてメッ
キを行い、電極基材上にコバルト−スズ合金層を析出さ
せた電極を作製した。この合金層のスズ含有量をX線マ
イクロアナライザーで測定し、この電極の水素過電圧を
90℃、32.5%の苛性ソーダ液中にて、40A/d
m2 の電流密度で測定した。その結果を表5に示す。
【0036】
【表5】
【0037】また、各々の電極において、90℃、3
2.5%の苛性ソーダ液中にて40A/dm2 で200
0時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より6
〜10mV程度上昇しただけであった。
2.5%の苛性ソーダ液中にて40A/dm2 で200
0時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より6
〜10mV程度上昇しただけであった。
【0038】実施例13、14 メッキ浴中の塩化スズ濃度を0.072モル/リットル
にする以外は、実施例11、12と同じにしてメッキを
行った。その結果を表6に示す。
にする以外は、実施例11、12と同じにしてメッキを
行った。その結果を表6に示す。
【0039】
【表6】
【0040】比較例4 メッキ浴に塩酸を添加して浴pHを5.0に調整する以
外は、実施例10と同じにしてメッキを行った。析出し
た合金層のスズ含有量は95.9重量%であり、この時
の初期水素過電圧は396mVであった。
外は、実施例10と同じにしてメッキを行った。析出し
た合金層のスズ含有量は95.9重量%であり、この時
の初期水素過電圧は396mVであった。
【0041】実施例15〜17 塩化コバルト(6水和物)0.398モル/リットル、
塩化スズ(2水和物)0.01モル/リットル、クエン
酸三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシン1.
58モル/リットルを溶解し、アンモニア水にてpHを
7.0に調整してメッキ浴を調製した。電極基材として
予めアルコール脱脂、硝酸エッチングを施したニッケル
メッシュ(短軸長=4mm、長軸長=8mm)を、対極
材としてPt板を用いた。メッキ浴を60℃にコントロ
ールしながら、通電量144クーロンでメッキ電流密度
を各実施例毎に変えてメッキを行い、電極基材上にコバ
ルト−スズ合金層を析出させた電極を作製した。この合
金層のスズ含有量をX線マイクロアナライザーで測定
し、この電極の初期水素過電圧を90℃、32.5%の
苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 の電流密度で測定
した。その結果を表7に示す。
塩化スズ(2水和物)0.01モル/リットル、クエン
酸三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシン1.
58モル/リットルを溶解し、アンモニア水にてpHを
7.0に調整してメッキ浴を調製した。電極基材として
予めアルコール脱脂、硝酸エッチングを施したニッケル
メッシュ(短軸長=4mm、長軸長=8mm)を、対極
材としてPt板を用いた。メッキ浴を60℃にコントロ
ールしながら、通電量144クーロンでメッキ電流密度
を各実施例毎に変えてメッキを行い、電極基材上にコバ
ルト−スズ合金層を析出させた電極を作製した。この合
金層のスズ含有量をX線マイクロアナライザーで測定
し、この電極の初期水素過電圧を90℃、32.5%の
苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 の電流密度で測定
した。その結果を表7に示す。
【0042】
【表7】
【0043】また、各々の電極において90℃、32.
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より10
〜15mV程度上昇しただけであった。
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より10
〜15mV程度上昇しただけであった。
【0044】実施例18〜20 塩化コバルト(6水和物)0.398モル/リットル、
塩化スズ(2水和物)0.01モル/リットル、クエン
酸三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシン1.
58モル/リットルのメッキ浴を3つ用意し、それぞれ
のメッキ浴に、タンパク質化合物として、0.05g/
リットル、0.5g/リットル、1g/リットルのペプ
トンを添加した。そして、それぞれのメッキ浴にアンモ
ニア水を加えて、pHを7.0に調整した。電極基材と
して予めアルコール脱脂、硝酸エッチングを施したニッ
ケルメッシュ(短軸長=4mm、長軸長=8mm)を、
対極材としてPt板を用いた。メッキ浴を60℃にコン
トロールしながら、通電量144クーロンでメッキ電流
密度10A/dm2 にてメッキを行い、電極基材上にコ
バルト−スズ合金層を析出させた電極を作製した。この
合金層のスズ含有量をX線マイクロアナライザーで測定
し、この電極の初期水素過電圧を90℃、32.5%の
苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 の電流密度で測定
した。その結果を表8に示す。
塩化スズ(2水和物)0.01モル/リットル、クエン
酸三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシン1.
58モル/リットルのメッキ浴を3つ用意し、それぞれ
のメッキ浴に、タンパク質化合物として、0.05g/
リットル、0.5g/リットル、1g/リットルのペプ
トンを添加した。そして、それぞれのメッキ浴にアンモ
ニア水を加えて、pHを7.0に調整した。電極基材と
して予めアルコール脱脂、硝酸エッチングを施したニッ
ケルメッシュ(短軸長=4mm、長軸長=8mm)を、
対極材としてPt板を用いた。メッキ浴を60℃にコン
トロールしながら、通電量144クーロンでメッキ電流
密度10A/dm2 にてメッキを行い、電極基材上にコ
バルト−スズ合金層を析出させた電極を作製した。この
合金層のスズ含有量をX線マイクロアナライザーで測定
し、この電極の初期水素過電圧を90℃、32.5%の
苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 の電流密度で測定
した。その結果を表8に示す。
【0045】
【表8】
【0046】また、各々の電極において90℃、32.
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧よりいず
れも4mV程度上昇しただけであった。
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧よりいず
れも4mV程度上昇しただけであった。
【0047】実施例21〜23 塩化コバルト(6水和物)0.398モル/リットル、
塩化スズ(2水和物)0.002モル/リットル、クエ
ン酸三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシン
1.58モル/リットル及びペプトン0.5g/リット
ルを溶解し、アンモニア水にてpHを7.0に調整して
メッキ浴を調製した。電極基材として予めアルコール脱
脂、硝酸エッチングを施したニッケルメッシュ(短軸長
=4mm、長軸長=8mm)を、対極材としてPt板を
用いた。メッキ浴を60℃にコントロールしながら、通
電量144クーロンでメッキ電流密度を各実施例毎に変
えてメッキを行い、電極基材上にコバルト−スズ合金層
を析出させた電極を作製した。この合金層のスズ含有量
をX線マイクロアナライザーで測定し、この電極の初期
水素過電圧を90℃、32.5%の苛性ソーダ液中に
て、40A/dm2 の電流密度で測定した。その結果を
表9に示す。
塩化スズ(2水和物)0.002モル/リットル、クエ
ン酸三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシン
1.58モル/リットル及びペプトン0.5g/リット
ルを溶解し、アンモニア水にてpHを7.0に調整して
メッキ浴を調製した。電極基材として予めアルコール脱
脂、硝酸エッチングを施したニッケルメッシュ(短軸長
=4mm、長軸長=8mm)を、対極材としてPt板を
用いた。メッキ浴を60℃にコントロールしながら、通
電量144クーロンでメッキ電流密度を各実施例毎に変
えてメッキを行い、電極基材上にコバルト−スズ合金層
を析出させた電極を作製した。この合金層のスズ含有量
をX線マイクロアナライザーで測定し、この電極の初期
水素過電圧を90℃、32.5%の苛性ソーダ液中に
て、40A/dm2 の電流密度で測定した。その結果を
表9に示す。
【0048】
【表9】
【0049】また、各々の電極において90℃、32.
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より3m
V程度上昇しただけであった。
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より3m
V程度上昇しただけであった。
【0050】実施例24〜26 メッキ浴中の塩化スズ濃度を0.0002モル/リット
ルにする以外は、実施例21〜23と同じにしてメッキ
を行った。その結果を表10に示す。
ルにする以外は、実施例21〜23と同じにしてメッキ
を行った。その結果を表10に示す。
【0051】
【表10】
【0052】また、各々の電極において90℃、32.
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より5m
V程度上昇しただけであった。
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より5m
V程度上昇しただけであった。
【0053】実施例27〜29 メッキ浴中に添加するタンパク質化合物をゼラチンにす
る以外は、実施例18〜20と同じにしてメッキを行っ
た。その結果を表11に示す。
る以外は、実施例18〜20と同じにしてメッキを行っ
た。その結果を表11に示す。
【0054】
【表11】
【0055】また、各々の電極において90℃、32.
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧よりいず
れも4mV程度上昇しただけであった。
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧よりいず
れも4mV程度上昇しただけであった。
【0056】実施例30〜34 塩化コバルト(6水和物)1.0モル/リットル、塩化
スズ(2水和物)0.005モル/リットル、クエン酸
三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシン1.6
モル/リットル及びペプトン0.5g/リットルを溶解
し、アンモニア水にてpHを5.0に調整してメッキ浴
を調製した。電極基材として予めアルコール脱脂、硝酸
エッチングを施したニッケルメッシュ(短軸長=4m
m、長軸長=8mm)を、対極材としてPt板を用い
た。メッキ浴を55℃にコントロールしながら、通電量
144Cでメッキ電流密度を各実施例毎に変えてメッキ
を行い、電極基材上にコバルト−スズ合金層を析出させ
た電極を作製した。この電極の初期水素過電圧を90
℃、32.5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2
の電流密度で測定した。また、電極の合金層を塩酸に溶
解して、溶解液中のコバルト濃度とスズ濃度を高周波誘
導結合プラズマ発光分光分析装置にて測定することによ
り、合金層中のスズ含有量を求めた。それらの結果を表
12に示す。
スズ(2水和物)0.005モル/リットル、クエン酸
三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシン1.6
モル/リットル及びペプトン0.5g/リットルを溶解
し、アンモニア水にてpHを5.0に調整してメッキ浴
を調製した。電極基材として予めアルコール脱脂、硝酸
エッチングを施したニッケルメッシュ(短軸長=4m
m、長軸長=8mm)を、対極材としてPt板を用い
た。メッキ浴を55℃にコントロールしながら、通電量
144Cでメッキ電流密度を各実施例毎に変えてメッキ
を行い、電極基材上にコバルト−スズ合金層を析出させ
た電極を作製した。この電極の初期水素過電圧を90
℃、32.5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2
の電流密度で測定した。また、電極の合金層を塩酸に溶
解して、溶解液中のコバルト濃度とスズ濃度を高周波誘
導結合プラズマ発光分光分析装置にて測定することによ
り、合金層中のスズ含有量を求めた。それらの結果を表
12に示す。
【0057】
【表12】
【0058】また、各々の電極において90℃、32.
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より5m
V程度上昇しただけであった。
5%の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で2000
時間電解した時の水素過電圧は初期水素過電圧より5m
V程度上昇しただけであった。
【0059】比較例5 塩化コバルト(6水和物)0.398モル/リットル、
クエン酸三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシ
ン1.58モル/リットル及びペプトン0.5g/リッ
トルを溶解し、アンモニア水にてpHを7.0に調整し
てメッキ浴を調製した。電極基材として予めアルコール
脱脂、硝酸エッチングを施したニッケルメッシュ(SW
4、LW8)を、対極材としてPt板を用いた。メッキ
浴を60℃にコントロールしながら、通電量144クー
ロンでメッキ電流密度10A/dm2 にてメッキを行
い、電極基材上にコバルト層を析出させた電極を作製し
た。この電極の90℃、32.5%の苛性ソーダ液中に
おける電流密度40A/dm2 での水素過電圧は、16
5mVであった。また、この電極を90℃、32.5%
の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で64時間電解
した後の水素過電圧は210mVとなり、著しく劣化し
た。
クエン酸三アンモニウム0.6モル/リットル、グリシ
ン1.58モル/リットル及びペプトン0.5g/リッ
トルを溶解し、アンモニア水にてpHを7.0に調整し
てメッキ浴を調製した。電極基材として予めアルコール
脱脂、硝酸エッチングを施したニッケルメッシュ(SW
4、LW8)を、対極材としてPt板を用いた。メッキ
浴を60℃にコントロールしながら、通電量144クー
ロンでメッキ電流密度10A/dm2 にてメッキを行
い、電極基材上にコバルト層を析出させた電極を作製し
た。この電極の90℃、32.5%の苛性ソーダ液中に
おける電流密度40A/dm2 での水素過電圧は、16
5mVであった。また、この電極を90℃、32.5%
の苛性ソーダ液中にて、40A/dm2 で64時間電解
した後の水素過電圧は210mVとなり、著しく劣化し
た。
【0060】
【発明の効果】本発明の効果は、水の電気分解やアルカ
リ金属塩化物の水溶液電気分解に使用する陰極であっ
て、例えば、90℃の32.5%水酸化ナトリウム水溶
液中において、40A/dm2 の電解電流密度で100
〜160mVの優れた低水素過電圧とその過電圧を長期
に渡って維持できる特性を示す陰極とその製造方法を提
供することである。この陰極特性は、少なくともコバル
トとスズからなる合金層が導電性基材表面に被覆された
電極であって、合金層中のスズ含有量を0.01〜95
重量%、好ましくは0.1〜15重量%に制御すること
によって得られ、その合金層はコバルトイオンとスズイ
オンと錯化剤を含むメッキ浴を用い、好ましくはこのメ
ッキ浴に更に0.05〜1g/リットルのタンパク質化
合物を添加したメッキ浴を用いて、導電性基材上にコバ
ルトとスズを共電着させることによって製造されるもの
である。
リ金属塩化物の水溶液電気分解に使用する陰極であっ
て、例えば、90℃の32.5%水酸化ナトリウム水溶
液中において、40A/dm2 の電解電流密度で100
〜160mVの優れた低水素過電圧とその過電圧を長期
に渡って維持できる特性を示す陰極とその製造方法を提
供することである。この陰極特性は、少なくともコバル
トとスズからなる合金層が導電性基材表面に被覆された
電極であって、合金層中のスズ含有量を0.01〜95
重量%、好ましくは0.1〜15重量%に制御すること
によって得られ、その合金層はコバルトイオンとスズイ
オンと錯化剤を含むメッキ浴を用い、好ましくはこのメ
ッキ浴に更に0.05〜1g/リットルのタンパク質化
合物を添加したメッキ浴を用いて、導電性基材上にコバ
ルトとスズを共電着させることによって製造されるもの
である。
Claims (5)
- 【請求項1】少なくともコバルトとスズからなる合金層
が導電性基材表面に被覆された電極であって、合金層中
のスズ含有率が0.01〜95重量%であることを特徴
とする低水素過電圧陰極。 - 【請求項2】請求項1に記載の低水素過電圧陰極におい
て、少なくともコバルトとスズからなる合金層が導電性
基材表面に被覆された電極であって、合金層中のスズ含
有率が0.1〜15重量%であることを特徴とする低水
素過電圧陰極。 - 【請求項3】請求項1および請求項2記載の低水素過電
圧陰極において、コバルトイオンとスズイオンおよび錯
化剤を含有するメッキ浴を用い、導電性基材表面に少な
くともコバルトとスズを共電着させることを特徴とする
低水素過電圧陰極の製造方法。 - 【請求項4】請求項3に記載の低水素過電圧陰極の製造
方法において、コバルトイオンとスズイオンおよび錯化
剤を含有するメッキ浴に0.05〜1g/リットルのタ
ンパク質化合物を添加したメッキ浴を用いて、導電性基
材表面に少なくともコバルトとスズを共電着させること
を特徴とする低水素過電圧陰極の製造方法。 - 【請求項5】請求項1および請求項2に記載の低水素過
電圧陰極を水の電気分解または塩化ナトリウムを一例と
するアルカリ金属塩化物の水溶液の電気分解に用いるこ
とを特徴とする低水素過電圧電極の使用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8280524A JPH101795A (ja) | 1995-10-25 | 1996-10-23 | 低水素過電圧陰極とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-277561 | 1995-10-25 | ||
| JP27756195 | 1995-10-25 | ||
| JP8-98386 | 1996-04-19 | ||
| JP9838696 | 1996-04-19 | ||
| JP8280524A JPH101795A (ja) | 1995-10-25 | 1996-10-23 | 低水素過電圧陰極とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH101795A true JPH101795A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=27308656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8280524A Pending JPH101795A (ja) | 1995-10-25 | 1996-10-23 | 低水素過電圧陰極とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH101795A (ja) |
-
1996
- 1996-10-23 JP JP8280524A patent/JPH101795A/ja active Pending
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