JPH10273791A - 水電解セル - Google Patents
水電解セルInfo
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- JPH10273791A JPH10273791A JP9078228A JP7822897A JPH10273791A JP H10273791 A JPH10273791 A JP H10273791A JP 9078228 A JP9078228 A JP 9078228A JP 7822897 A JP7822897 A JP 7822897A JP H10273791 A JPH10273791 A JP H10273791A
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- electrode
- oxide
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体高分子電解質を用いた水電解セルにおい
て、セル電圧が低く、かつ、耐久性の向上した水電解セ
ルを提供する。 【解決手段】 少なくとも、フッ素樹脂系陽イオン交換
膜からなる固体高分子電解質１と、その両面に設けられ
た触媒電極（陽極および陰極）３，２とを備えた水電解
セル１０において、陽極が、水酸化物共沈殿法で調製し
た酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムの混合物を含む
水電解セル。
て、セル電圧が低く、かつ、耐久性の向上した水電解セ
ルを提供する。 【解決手段】 少なくとも、フッ素樹脂系陽イオン交換
膜からなる固体高分子電解質１と、その両面に設けられ
た触媒電極（陽極および陰極）３，２とを備えた水電解
セル１０において、陽極が、水酸化物共沈殿法で調製し
た酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムの混合物を含む
水電解セル。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水電解セルに関す
る。さらに詳しくは、セル電圧が低く、かつ、耐久性の
向上した水電解セルに関する。
る。さらに詳しくは、セル電圧が低く、かつ、耐久性の
向上した水電解セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体高分子電解質膜を使用した高
効率の水電解方法が注目されている。以下、固体高分子
電解質膜を用いた代表的な水電解セルの原理、構造を図
面によって説明する。図２は、その概略断面図を示す。
図２に示すように、水電解セル１０の構造は、触媒電極
２，３を接合した固体高分子電解質膜１を挟んで、その
両側に給電体４，５（エキスパンドメタル）と通電板
６，７からなり、固体高分子電解質膜１で仕切られた陰
極室１１と陽極室１２から構成されている。この水電解
セル１０による水電解の機構は、陰極室１１及び陽極室
１２へ水を供給し、電極２，３間に直流電流を通電する
ことによって、陽極室１２では酸素が発生し、同時に生
成した水素イオンは固体高分子電解質膜１を移動し、陰
極室１１で電子を得て水素ガスとなる。従来、このよう
な固体高分子電解質膜に触媒電極を接合する方法として
は、無電解めっき法等が知られている。
効率の水電解方法が注目されている。以下、固体高分子
電解質膜を用いた代表的な水電解セルの原理、構造を図
面によって説明する。図２は、その概略断面図を示す。
図２に示すように、水電解セル１０の構造は、触媒電極
２，３を接合した固体高分子電解質膜１を挟んで、その
両側に給電体４，５（エキスパンドメタル）と通電板
６，７からなり、固体高分子電解質膜１で仕切られた陰
極室１１と陽極室１２から構成されている。この水電解
セル１０による水電解の機構は、陰極室１１及び陽極室
１２へ水を供給し、電極２，３間に直流電流を通電する
ことによって、陽極室１２では酸素が発生し、同時に生
成した水素イオンは固体高分子電解質膜１を移動し、陰
極室１１で電子を得て水素ガスとなる。従来、このよう
な固体高分子電解質膜に触媒電極を接合する方法として
は、無電解めっき法等が知られている。
【０００３】無電解めっき法は、固体高分子電解質膜の
表面に触媒電極を還元析出させて電極を形成する湿式処
理方法であり、膜と触媒電極の接触抵抗が小さく、接合
強度が大きいことを特徴とする（例えば、特公昭５８−
４７４７１号公報）。しかし、めっき法であるために金
属しか接合することができず、従って酸化物等を直接電
極として用いることはできなかった。また、膜を十分に
張った状態でないと均一にめっきを行なうことができ
ず、大型化を図ることが困難であるという問題があっ
た。
表面に触媒電極を還元析出させて電極を形成する湿式処
理方法であり、膜と触媒電極の接触抵抗が小さく、接合
強度が大きいことを特徴とする（例えば、特公昭５８−
４７４７１号公報）。しかし、めっき法であるために金
属しか接合することができず、従って酸化物等を直接電
極として用いることはできなかった。また、膜を十分に
張った状態でないと均一にめっきを行なうことができ
ず、大型化を図ることが困難であるという問題があっ
た。
【０００４】これらの問題を解決するために、本発明者
等は、新規な構造の水電解セルを提案した（特願平８−
１２７１４号）。その第一の特徴は、給電体４、５とし
て金属（例えばチタン）の粉末焼結体の表面に貴金属、
例えば、白金メッキを施したものを用いたことにある。
第二の特徴は、例えば、酸化イリジウムまたは酸化ルテ
ニウムと高分子電解質との混合体をこの焼結体上に塗布
することにより陽極３を、例えば白金黒と高分子電解質
との混合体をこの焼結体上に塗布することにより陰極２
を形成することにある。このような構造により、従来法
と比較して作製が容易であり、セル電圧の低い水電解セ
ルを実現した（以下、触媒担持法という）。しかし、こ
の水電圧セルもエネルギー効率および耐久性の面で必ず
しも十分に満足しうるものではなかった。
等は、新規な構造の水電解セルを提案した（特願平８−
１２７１４号）。その第一の特徴は、給電体４、５とし
て金属（例えばチタン）の粉末焼結体の表面に貴金属、
例えば、白金メッキを施したものを用いたことにある。
第二の特徴は、例えば、酸化イリジウムまたは酸化ルテ
ニウムと高分子電解質との混合体をこの焼結体上に塗布
することにより陽極３を、例えば白金黒と高分子電解質
との混合体をこの焼結体上に塗布することにより陰極２
を形成することにある。このような構造により、従来法
と比較して作製が容易であり、セル電圧の低い水電解セ
ルを実現した（以下、触媒担持法という）。しかし、こ
の水電圧セルもエネルギー効率および耐久性の面で必ず
しも十分に満足しうるものではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】水電解におけるエネル
ギー効率は電圧効率と電流効率の積で表される。電圧効
率を向上させるためには両極の過電圧を低減できる触媒
電極を使用することが必要である。このような触媒電極
として、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）電極または酸化イ
リジウム（ＩｒＯ2 ）電極が用いられている。ＲｕＯ2
電極はＩｒＯ2 電極よりも酸素過電圧が小さいので、セ
ル電圧を低下させるには有効である。すなわち電圧効率
を向上させるには有利な電極である。しかしＲｕＯ2 電
極を長期の耐久性試験に供すると高電流密度ではセル電
圧の上昇するという問題があった。一方のＩｒＯ2 電極
は、長期間の耐久性試験でもセル電圧は上昇せず、ほぼ
初期のセル電圧を保持することができるが、初期のセル
電圧がＲｕＯ2 電極よりも高いという問題があった。
ギー効率は電圧効率と電流効率の積で表される。電圧効
率を向上させるためには両極の過電圧を低減できる触媒
電極を使用することが必要である。このような触媒電極
として、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）電極または酸化イ
リジウム（ＩｒＯ2 ）電極が用いられている。ＲｕＯ2
電極はＩｒＯ2 電極よりも酸素過電圧が小さいので、セ
ル電圧を低下させるには有効である。すなわち電圧効率
を向上させるには有利な電極である。しかしＲｕＯ2 電
極を長期の耐久性試験に供すると高電流密度ではセル電
圧の上昇するという問題があった。一方のＩｒＯ2 電極
は、長期間の耐久性試験でもセル電圧は上昇せず、ほぼ
初期のセル電圧を保持することができるが、初期のセル
電圧がＲｕＯ2 電極よりも高いという問題があった。
【０００６】本発明は、上述の問題に鑑み、水電解セル
の触媒電極の改良を企図したものであり、陽極として、
ＩｒＯ2 とＲｕＯ2 とのそれぞれの特徴を兼備したもの
を用いることによって、セル電圧の低下および耐久性の
向上を同時に満足する水電解セルを提供することを目的
とする。
の触媒電極の改良を企図したものであり、陽極として、
ＩｒＯ2 とＲｕＯ2 とのそれぞれの特徴を兼備したもの
を用いることによって、セル電圧の低下および耐久性の
向上を同時に満足する水電解セルを提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によれば、少なくとも、フッ素樹脂系陽イオン交
換膜からなる固体高分子電解質と、その両面に設けられ
た触媒電極（陽極および陰極）とを備えた水電解セルに
おいて、陽極が、水酸化物共沈殿法で調製した酸化ルテ
ニウムおよび酸化イリジウムの混合物を含むことを特徴
とする水電解セルが提供される。
本発明によれば、少なくとも、フッ素樹脂系陽イオン交
換膜からなる固体高分子電解質と、その両面に設けられ
た触媒電極（陽極および陰極）とを備えた水電解セルに
おいて、陽極が、水酸化物共沈殿法で調製した酸化ルテ
ニウムおよび酸化イリジウムの混合物を含むことを特徴
とする水電解セルが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の水電解セルの実施
の形態を、触媒担持法を例にとり、図面を参照しつつ具
体的に説明するが、本発明はこれによって何ら制限を受
けるものではない。すなわち、本発明の水酸化物共沈澱
法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムの混
合物は、例えば、予め触媒を含む電極フィルムを作製し
ておき、これを固体高分子電解質膜の表面に熱圧着して
接合体を形成する、いわゆる、ホットプレス法（特公昭
５８−１５５４４号公報参照）等にも、適用することが
できるからである。図１は、本発明の水電解セルの一例
を模式的に示す概略断面図である。本発明の水電解セル
は、図１に示すように、少なくとも、フッ素樹脂系陽イ
オン交換膜からなる固体高分子電解質１と、その両面に
設けられた触媒電極（陽極および陰極）３，２とを備え
た水電解セル１０において、陽極３が、水酸化物共沈殿
法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムの混
合物を含むことに特徴がある。以下、各構成要素につい
て説明する。
の形態を、触媒担持法を例にとり、図面を参照しつつ具
体的に説明するが、本発明はこれによって何ら制限を受
けるものではない。すなわち、本発明の水酸化物共沈澱
法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムの混
合物は、例えば、予め触媒を含む電極フィルムを作製し
ておき、これを固体高分子電解質膜の表面に熱圧着して
接合体を形成する、いわゆる、ホットプレス法（特公昭
５８−１５５４４号公報参照）等にも、適用することが
できるからである。図１は、本発明の水電解セルの一例
を模式的に示す概略断面図である。本発明の水電解セル
は、図１に示すように、少なくとも、フッ素樹脂系陽イ
オン交換膜からなる固体高分子電解質１と、その両面に
設けられた触媒電極（陽極および陰極）３，２とを備え
た水電解セル１０において、陽極３が、水酸化物共沈殿
法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムの混
合物を含むことに特徴がある。以下、各構成要素につい
て説明する。
【０００９】１．固体高分子電解質膜 本発明に用いる固体高分子電解質膜１としては、たとえ
ば、スルホン基、カルボキシル基またはホスホン基を有
するフッ素樹脂系陽イオン交換膜を挙げることができ、
具体的にはＮＡＦＩＯＮ（登録商標、以下同様） １１
２，１１５，１１７，４５０（デュポン社製）等を好適
に用いることができる。
ば、スルホン基、カルボキシル基またはホスホン基を有
するフッ素樹脂系陽イオン交換膜を挙げることができ、
具体的にはＮＡＦＩＯＮ（登録商標、以下同様） １１
２，１１５，１１７，４５０（デュポン社製）等を好適
に用いることができる。
【００１０】２．給電体 本発明に用いられる給電体としては、導電性で気液の流
路を有するもの、例えば、金属粉末の焼結体、エキスパ
ンドメタル、金属メッシュ、各種の多孔質体等を挙げる
ことができる。以下、金属粉末の焼結体を例にとり説明
するが、本発明はこれによって何ら制限を受けるもので
はない。まず、給電体４，５としては、図１に示すよう
に金属粉末（例えばチタン、タンタル、ジルコニウム、
ニオブ、ニッケル、ステンレス等）の焼結体４１の表面
に貴金属、例えば、白金めっき４２を施したもの、また
はその粉末の表面に貴金属、例えば、白金メッキを施し
たものを焼結したものを用いることにより、気液流路構
造を持つ多孔質給電体を焼結法で作製することができる
（特願平８−１２７１４号参照）。
路を有するもの、例えば、金属粉末の焼結体、エキスパ
ンドメタル、金属メッシュ、各種の多孔質体等を挙げる
ことができる。以下、金属粉末の焼結体を例にとり説明
するが、本発明はこれによって何ら制限を受けるもので
はない。まず、給電体４，５としては、図１に示すよう
に金属粉末（例えばチタン、タンタル、ジルコニウム、
ニオブ、ニッケル、ステンレス等）の焼結体４１の表面
に貴金属、例えば、白金めっき４２を施したもの、また
はその粉末の表面に貴金属、例えば、白金メッキを施し
たものを焼結したものを用いることにより、気液流路構
造を持つ多孔質給電体を焼結法で作製することができる
（特願平８−１２７１４号参照）。
【００１１】そして、気液流路構造を持つ多孔質給電体
を焼結法で作製した後、触媒電極を担持するが、その前
段階として、貴金属、例えば、白金（Ｐｔ）をめっきす
る。この理由は、通電時にセル電圧に関係する接触抵抗
を軽減するためと、特に陽極側ではＴｉ等が陽極酸化を
受け、絶縁性のＴｉ等の酸化皮膜をつくることを防止す
るためである。Ｔｉ等の酸化皮膜が生成するとセル電圧
は高くなる。
を焼結法で作製した後、触媒電極を担持するが、その前
段階として、貴金属、例えば、白金（Ｐｔ）をめっきす
る。この理由は、通電時にセル電圧に関係する接触抵抗
を軽減するためと、特に陽極側ではＴｉ等が陽極酸化を
受け、絶縁性のＴｉ等の酸化皮膜をつくることを防止す
るためである。Ｔｉ等の酸化皮膜が生成するとセル電圧
は高くなる。
【００１２】Ｔｉ等の焼結体に貴金属、例えば、Ｐｔを
めっきする方法は、特に制限はなく、公知の方法を用い
ることができる。なお、本発明においては、金属（例え
ばチタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、ニッケ
ル、ステンレス等）の表面に前述のような白金めっきを
施したものを前述のように焼結処理してもよい。
めっきする方法は、特に制限はなく、公知の方法を用い
ることができる。なお、本発明においては、金属（例え
ばチタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、ニッケ
ル、ステンレス等）の表面に前述のような白金めっきを
施したものを前述のように焼結処理してもよい。
【００１３】３．触媒電極 本発明に用いられる触媒電極に要求される物性として、
（１）電気の良導体、（２）耐酸性、（３）耐酸化性、
（４）耐還元性、（５）耐熱性、があるが、水電解のコ
ストに大きく影響するセル電圧を低下させるため、陽極
側では酸素過電圧、陰極側では水素過電圧の小さな金属
または酸化物を使用する必要がある。酸素・水素過電圧
の小さな金属は、一般的に白金族である。本発明におい
ては、触媒電極の陽極３として、酸素過電圧の低い水酸
化物共沈殿法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリ
ジウムの混合物を用いている。触媒電極の陰極２として
は、特に制限はないが水素過電圧の低い白金黒等が好ま
しい。触媒電極は、既知の種々の方法により金属焼結体
上に生成することが可能であるが、塗布法が最も簡便で
ある。
（１）電気の良導体、（２）耐酸性、（３）耐酸化性、
（４）耐還元性、（５）耐熱性、があるが、水電解のコ
ストに大きく影響するセル電圧を低下させるため、陽極
側では酸素過電圧、陰極側では水素過電圧の小さな金属
または酸化物を使用する必要がある。酸素・水素過電圧
の小さな金属は、一般的に白金族である。本発明におい
ては、触媒電極の陽極３として、酸素過電圧の低い水酸
化物共沈殿法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリ
ジウムの混合物を用いている。触媒電極の陰極２として
は、特に制限はないが水素過電圧の低い白金黒等が好ま
しい。触媒電極は、既知の種々の方法により金属焼結体
上に生成することが可能であるが、塗布法が最も簡便で
ある。
【００１４】（１）陽極 本発明の実施の形態においては、図１に示すように、陽
極３として水酸化物共沈殿法で調製した酸化ルテニウム
および酸化イリジウムの混合物と高分子電解質との混合
体を用いている。前記多孔質体給電体上に水酸化物共沈
殿法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムの
混合物を設ける方法の一つとして、この混合物を水電解
で使用する固体高分子電解質膜（例えばＮＡＦＩＯＮ
１１７等）と同一の組成を有する液状の高分子電解質
（ＮＡＦＩＯＮエマルジョン：Aldrich Chemical Compa
ny社製）と混合し、ペースト状態にしてから給電体の表
面に刷毛等で塗布または、スプレー法を用いて吹き付け
た後、乾燥させて電極とする方法がある。ペーストの状
態としては、触媒金属の濃度が、５〜７０重量％、好ま
しくは１０〜５０重量％である。５重量％未満であると
焼結体に染み込んでしまうので触媒金属を設けることが
できず、７０重量％を超えるとペーストの状態にならな
い。触媒金属の量を変化させることによって任意の設定
量（担持量）とすることができる。好ましい担持量とし
ては０．５ｍｇ／ｃｍ2 〜１０ｍｇ／ｃｍ2 、さらに好
ましくは１．５〜４ｍｇ／ｃｍ2 である。０．５ｍｇ／
ｃｍ2 未満であると電極としての性能が劣り、１０ｍｇ
／ｃｍ2 を超えるとコスト高となる。刷毛で塗布後乾燥
すると液状の高分子電解質と共存している有機溶媒が除
去され触媒金属と高分子電解質の混じったフイルムのよ
うな状態で多孔質体給電体の表面に触媒金属が設けられ
る。さらに、その表面を上記と同じ液状の高分子電解質
で重ね塗りを行うことにより、高分子電解質層を形成す
る。この重ね塗り量としては０．０１μｍ〜１００μ
ｍ、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍである。０．０１
μｍ未満であると、膜の剥離の抑制にやや難があり、１
００μｍを超えると膜は強固であるが、セル電圧が高く
なる。この膜を乾燥するが、乾燥温度は８０〜１５０℃
で３０〜６０分程度で十分である。
極３として水酸化物共沈殿法で調製した酸化ルテニウム
および酸化イリジウムの混合物と高分子電解質との混合
体を用いている。前記多孔質体給電体上に水酸化物共沈
殿法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムの
混合物を設ける方法の一つとして、この混合物を水電解
で使用する固体高分子電解質膜（例えばＮＡＦＩＯＮ
１１７等）と同一の組成を有する液状の高分子電解質
（ＮＡＦＩＯＮエマルジョン：Aldrich Chemical Compa
ny社製）と混合し、ペースト状態にしてから給電体の表
面に刷毛等で塗布または、スプレー法を用いて吹き付け
た後、乾燥させて電極とする方法がある。ペーストの状
態としては、触媒金属の濃度が、５〜７０重量％、好ま
しくは１０〜５０重量％である。５重量％未満であると
焼結体に染み込んでしまうので触媒金属を設けることが
できず、７０重量％を超えるとペーストの状態にならな
い。触媒金属の量を変化させることによって任意の設定
量（担持量）とすることができる。好ましい担持量とし
ては０．５ｍｇ／ｃｍ2 〜１０ｍｇ／ｃｍ2 、さらに好
ましくは１．５〜４ｍｇ／ｃｍ2 である。０．５ｍｇ／
ｃｍ2 未満であると電極としての性能が劣り、１０ｍｇ
／ｃｍ2 を超えるとコスト高となる。刷毛で塗布後乾燥
すると液状の高分子電解質と共存している有機溶媒が除
去され触媒金属と高分子電解質の混じったフイルムのよ
うな状態で多孔質体給電体の表面に触媒金属が設けられ
る。さらに、その表面を上記と同じ液状の高分子電解質
で重ね塗りを行うことにより、高分子電解質層を形成す
る。この重ね塗り量としては０．０１μｍ〜１００μ
ｍ、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍである。０．０１
μｍ未満であると、膜の剥離の抑制にやや難があり、１
００μｍを超えると膜は強固であるが、セル電圧が高く
なる。この膜を乾燥するが、乾燥温度は８０〜１５０℃
で３０〜６０分程度で十分である。
【００１５】本発明の特徴は、酸化ルテニウムと酸化イ
リジウムとを水酸化物共沈殿法で調製したものを用いる
ことにある。この方法は、ルテニウムとイリジウムの水
酸化物の共沈澱物を出発原料として加熱脱水後、酸化処
理によってＩｒＯ2 とＲｕＯ2 とを複合化する方法を意
味する。この場合、Ｉｒ塩としてはＨ2ＩｒＣｌ6、Ｋ2
ＩｒＣｌ6または（ＮＨ3）2ＩｒＣｌ6 等の可溶性の塩
を用い、Ｒｕ塩としてはＲｕＣｌ3 または（ＮＨ3）2Ｒ
ｕＣｌ6 等の可溶性の塩を用いる。これらの塩はＮａＯ
Ｈ等のアルカリ溶液で中和するとほぼ同一ｐＨで水酸化
物となる。これらの塩を所定の割合で溶解した水溶液を
７０〜８０℃に加温した後ＮａＯＨ等で中和し、Ｒｕ
（ＯＨ）3 とＩｒ（ＯＨ）4 を共沈させる。共沈の温度
は室温度でも良い。これらの共沈澱物を瀘過し、１００
℃で乾燥し、電気炉で加熱処理するが、加熱の温度は５
００℃以上で、炉内雰囲気は空気または酸素気流中が好
ましい。Ｉｒ（ＯＨ）4 は次式に示すようにＩｒ（Ｏ
Ｈ）4 ＝ＩｒＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏという単なる脱水反応でＩ
ｒＯ2 になるが、Ｒｕ（ＯＨ）3 は脱水反応と同時に酸
化反応を伴って次式のようにＲｕＯ2 となるためであ
る。２Ｒｕ（ＯＨ）3 ＋（１／２）Ｏ2 ＝２ＲｕＯ2 ＋
３Ｈ2 Ｏここで酸化ルテニウムと酸化イリジウムとの混
合比（重量％）は、９０：１０〜３０：７０が好まし
く、３５：６５〜４５：５５がさらに好ましい。
リジウムとを水酸化物共沈殿法で調製したものを用いる
ことにある。この方法は、ルテニウムとイリジウムの水
酸化物の共沈澱物を出発原料として加熱脱水後、酸化処
理によってＩｒＯ2 とＲｕＯ2 とを複合化する方法を意
味する。この場合、Ｉｒ塩としてはＨ2ＩｒＣｌ6、Ｋ2
ＩｒＣｌ6または（ＮＨ3）2ＩｒＣｌ6 等の可溶性の塩
を用い、Ｒｕ塩としてはＲｕＣｌ3 または（ＮＨ3）2Ｒ
ｕＣｌ6 等の可溶性の塩を用いる。これらの塩はＮａＯ
Ｈ等のアルカリ溶液で中和するとほぼ同一ｐＨで水酸化
物となる。これらの塩を所定の割合で溶解した水溶液を
７０〜８０℃に加温した後ＮａＯＨ等で中和し、Ｒｕ
（ＯＨ）3 とＩｒ（ＯＨ）4 を共沈させる。共沈の温度
は室温度でも良い。これらの共沈澱物を瀘過し、１００
℃で乾燥し、電気炉で加熱処理するが、加熱の温度は５
００℃以上で、炉内雰囲気は空気または酸素気流中が好
ましい。Ｉｒ（ＯＨ）4 は次式に示すようにＩｒ（Ｏ
Ｈ）4 ＝ＩｒＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏという単なる脱水反応でＩ
ｒＯ2 になるが、Ｒｕ（ＯＨ）3 は脱水反応と同時に酸
化反応を伴って次式のようにＲｕＯ2 となるためであ
る。２Ｒｕ（ＯＨ）3 ＋（１／２）Ｏ2 ＝２ＲｕＯ2 ＋
３Ｈ2 Ｏここで酸化ルテニウムと酸化イリジウムとの混
合比（重量％）は、９０：１０〜３０：７０が好まし
く、３５：６５〜４５：５５がさらに好ましい。
【００１６】（２）陰極 本発明の実施の形態においては、図１に示すように、陰
極２として、白金黒と前記高分子電解質との混合体を用
いている。使用する白金黒としては、粒度０．１〜１０
μｍ、特には０．５〜１μｍのものが、比表面積，触媒
活性等を考慮に入れると好ましい。電極の製造方法は上
記と同様である。なお、Ｐｔ黒担持量は、０．５〜１０
ｍｇ／ｃｍ2 、好ましくは２〜３ｍｇ／ｃｍ2 である。
０．５ｍｇ／ｃｍ2 未満では、電極としての性能が劣
り、１０ｍｇ／ｃｍ2 を超えるとコスト高となる。
極２として、白金黒と前記高分子電解質との混合体を用
いている。使用する白金黒としては、粒度０．１〜１０
μｍ、特には０．５〜１μｍのものが、比表面積，触媒
活性等を考慮に入れると好ましい。電極の製造方法は上
記と同様である。なお、Ｐｔ黒担持量は、０．５〜１０
ｍｇ／ｃｍ2 、好ましくは２〜３ｍｇ／ｃｍ2 である。
０．５ｍｇ／ｃｍ2 未満では、電極としての性能が劣
り、１０ｍｇ／ｃｍ2 を超えるとコスト高となる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに具体的
に説明する。
に説明する。
【００１８】［実施例１］ＲｕＣｌ3 とＨ2 ＩｒＣｌ6
とを金属成分の重量比で１：１の割合となるようにビー
カーに入れ水溶液にし、７０℃に加温した。ＮａＯＨを
金属イオンの１．５当量添加して中和した。中和沈澱物
は速やかにビーカー底部に沈降した。この沈澱物を瀘過
し、１００℃で１時間乾燥した後、５００℃に保持した
電気炉に入れ、空気気流中で２時間加熱した。得られた
加熱処理品はＩｒＯ2 とＲｕＯ2 との複合酸化物であっ
た。チタン焼結体（粒径１５０μｍ、焼結温度８５０
℃、２時間、寸法：７８×７８×４ｍｍ）に白金めっき
を行なった基体に、上記の方法で作製した酸化ルテニウ
ムおよび酸化イリジウムの混合物とナフィオン分散液
（アルドリッチケミカル社製）とを混合したペーストを
塗布し１５０℃で３０分乾燥したものを陽極、Ｐｔ黒粉
末（徳力本店社製）とナフィオン分散液（アルドリッチ
ケミカル社製）を混合したペーストを塗布し１５０℃で
３０分乾燥したものを陰極とし、陽イオン交換膜（デュ
ポン社製、商品名：Ｎａｆｉｏｎ１１７）を用いて図１
に示す構成のセルにより水電解を行なった。電流密度
０．５〜５Ａ／ｃｍ2 、電解面積０．７８ｃｍ2 ，電解
温度８０℃でセル電圧の測定を行なった。結果を表１に
示す。
とを金属成分の重量比で１：１の割合となるようにビー
カーに入れ水溶液にし、７０℃に加温した。ＮａＯＨを
金属イオンの１．５当量添加して中和した。中和沈澱物
は速やかにビーカー底部に沈降した。この沈澱物を瀘過
し、１００℃で１時間乾燥した後、５００℃に保持した
電気炉に入れ、空気気流中で２時間加熱した。得られた
加熱処理品はＩｒＯ2 とＲｕＯ2 との複合酸化物であっ
た。チタン焼結体（粒径１５０μｍ、焼結温度８５０
℃、２時間、寸法：７８×７８×４ｍｍ）に白金めっき
を行なった基体に、上記の方法で作製した酸化ルテニウ
ムおよび酸化イリジウムの混合物とナフィオン分散液
（アルドリッチケミカル社製）とを混合したペーストを
塗布し１５０℃で３０分乾燥したものを陽極、Ｐｔ黒粉
末（徳力本店社製）とナフィオン分散液（アルドリッチ
ケミカル社製）を混合したペーストを塗布し１５０℃で
３０分乾燥したものを陰極とし、陽イオン交換膜（デュ
ポン社製、商品名：Ｎａｆｉｏｎ１１７）を用いて図１
に示す構成のセルにより水電解を行なった。電流密度
０．５〜５Ａ／ｃｍ2 、電解面積０．７８ｃｍ2 ，電解
温度８０℃でセル電圧の測定を行なった。結果を表１に
示す。
【００１９】［実施例２］陽極の酸化物を水酸化物共沈
澱法で得られた表１に示すものに変えたこと以外は実施
例１と同様にした。
澱法で得られた表１に示すものに変えたこと以外は実施
例１と同様にした。
【００２０】［比較例１および２］陽極の酸化物を水酸
化物沈澱法で得られた表１に示すものに変えたこと以外
は実施例１と同様にした。
化物沈澱法で得られた表１に示すものに変えたこと以外
は実施例１と同様にした。
【００２１】［比較例３および４］水酸化物沈澱法で酸
化イリジウムと酸化ルテニウムとを別々に作り、それら
を金属成分の重量％で表１に示すように単純に混合した
ものに変えたこと以外は実施例１と同様にした。
化イリジウムと酸化ルテニウムとを別々に作り、それら
を金属成分の重量％で表１に示すように単純に混合した
ものに変えたこと以外は実施例１と同様にした。
【００２２】
【表１】
【００２３】水電解性能は、表１に示すように、比較例
３および４の場合のように酸化イリジウムと酸化ルテニ
ウムを別々に作り、それらを単に混合して作った電極の
示すセル電圧は、ＩｒＯ2 の混合割合が増加するに従っ
てセル電圧が増加したが、実施例１および実施例２の場
合のように酸化イリジウムと酸化ルテニウムを共沈澱し
て作った電極のセル電圧は、ＩｒＯ2 の混合割合が増加
するに従ってセル電圧が低下することが認められた。特
に、ＲｕＯ2 （５０％）／ＩｒＯ2 （５０％）で、最小
のセル電圧を呈した。このセル電圧は、酸化イリジウム
と酸化ルテニウムそれぞれのセル電圧よりも低いことが
判る。
３および４の場合のように酸化イリジウムと酸化ルテニ
ウムを別々に作り、それらを単に混合して作った電極の
示すセル電圧は、ＩｒＯ2 の混合割合が増加するに従っ
てセル電圧が増加したが、実施例１および実施例２の場
合のように酸化イリジウムと酸化ルテニウムを共沈澱し
て作った電極のセル電圧は、ＩｒＯ2 の混合割合が増加
するに従ってセル電圧が低下することが認められた。特
に、ＲｕＯ2 （５０％）／ＩｒＯ2 （５０％）で、最小
のセル電圧を呈した。このセル電圧は、酸化イリジウム
と酸化ルテニウムそれぞれのセル電圧よりも低いことが
判る。
【００２４】［耐久性評価試験］水酸化物共沈澱法によ
り作製した酸化物を用いた電極を５００時間の長期耐久
性の評価を実施した。電解条件は電解温度５０℃、電流
密度３Ａ／ｃｍ2 とした。耐久性評価試験は初期の水電
解性能の良かった表１に示す実施例１の電極と比較例１
と比較例２の電極について行った。実施例１のＲｕＯ2
（５０％）／ＩｒＯ2 （５０％）電極の耐久性評価試験
初期のセル電圧は２．１４９Ｖ、比較例１のＲｕＯ2 電
極のセル電圧は２．２３４Ｖ、比較例２のＩｒＯ2 電極
のセル電圧は２．２８３Ｖであった。実施例１のＲｕＯ
2 （５０％）／ＩｒＯ2 （５０％）電極のセル電圧は比
較例２のＩｒＯ2 電極のセル電圧よりも０．１３４Ｖ低
いセル電圧を示した。一方、水電解を５００時間実施し
たそれらの電極の耐久性は実施例１のＲｕＯ2 （５０
％）／ＩｒＯ2 （５０％）電極のセル電圧は２．１５４
Ｖとセル電圧の上昇は耐久性試験初期に較べて５ｍＶ程
度の上昇で安定したセル電圧の履歴を示した。比較例２
のＩｒＯ2 電極は耐久性試験初期に較べて１０５ｍＶ程
度の上昇で安定したセル電圧であった。比較例１のＲｕ
Ｏ2 電極のセル電圧は徐々にセル電圧が上昇し、１２０
時間後には３．１２５Ｖとなった。
り作製した酸化物を用いた電極を５００時間の長期耐久
性の評価を実施した。電解条件は電解温度５０℃、電流
密度３Ａ／ｃｍ2 とした。耐久性評価試験は初期の水電
解性能の良かった表１に示す実施例１の電極と比較例１
と比較例２の電極について行った。実施例１のＲｕＯ2
（５０％）／ＩｒＯ2 （５０％）電極の耐久性評価試験
初期のセル電圧は２．１４９Ｖ、比較例１のＲｕＯ2 電
極のセル電圧は２．２３４Ｖ、比較例２のＩｒＯ2 電極
のセル電圧は２．２８３Ｖであった。実施例１のＲｕＯ
2 （５０％）／ＩｒＯ2 （５０％）電極のセル電圧は比
較例２のＩｒＯ2 電極のセル電圧よりも０．１３４Ｖ低
いセル電圧を示した。一方、水電解を５００時間実施し
たそれらの電極の耐久性は実施例１のＲｕＯ2 （５０
％）／ＩｒＯ2 （５０％）電極のセル電圧は２．１５４
Ｖとセル電圧の上昇は耐久性試験初期に較べて５ｍＶ程
度の上昇で安定したセル電圧の履歴を示した。比較例２
のＩｒＯ2 電極は耐久性試験初期に較べて１０５ｍＶ程
度の上昇で安定したセル電圧であった。比較例１のＲｕ
Ｏ2 電極のセル電圧は徐々にセル電圧が上昇し、１２０
時間後には３．１２５Ｖとなった。
【００２５】以上の結果より、陽極として、水酸化物共
沈殿法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリジウム
の混合物を含むものを用いることにより、セル電圧が低
く、かつ、耐久性の向上した水電解セルを得ることがで
きることがわかる。
沈殿法で調製した酸化ルテニウムおよび酸化イリジウム
の混合物を含むものを用いることにより、セル電圧が低
く、かつ、耐久性の向上した水電解セルを得ることがで
きることがわかる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
セル電圧が低く、かつ、耐久性の向上した水電解セルを
提供することができる。
セル電圧が低く、かつ、耐久性の向上した水電解セルを
提供することができる。
【図１】本発明の水電解セルの一例を模式的に示す概略
断面図である。
断面図である。
【図２】従来の水電解セルを模式的に示す概略断面図で
ある。
ある。
１ 固体高分子電解質膜 ２ 触媒電極（陰極） ３ 触媒電極（陽極） ４ 給電体（陰極側） ５ 給電体（陽極側） ６，７ 通電板 １０ 水電解セル １１ 陰極室 １２ 陽極室 ４１ 金属粉末焼結体 ４２ 白金めっき ４３ 白金族金属めっき
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくとも、フッ素樹脂系陽イオン交換
膜からなる固体高分子電解質と、その両面に設けられた
触媒電極（陽極および陰極）とを備えた水電解セルにお
いて、陽極が、水酸化物共沈殿法で調製した酸化ルテニ
ウムおよび酸化イリジウムの混合物を含むことを特徴と
する水電解セル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9078228A JPH10273791A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 水電解セル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9078228A JPH10273791A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 水電解セル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10273791A true JPH10273791A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=13656200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9078228A Pending JPH10273791A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 水電解セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10273791A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6872286B2 (en) | 2001-09-21 | 2005-03-29 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Water electrolysis cell |
| WO2005049199A1 (en) * | 2003-10-29 | 2005-06-02 | Umicore Ag & Co Kg | Precious metal oxide catalyst for water electrolysis |
| DE102009002326A1 (de) | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Hiat Hydrogen Institute Of Applied Technologies Ggmbh | Katalysatoren für die elektrochemische Wasserstoffentwicklung |
| JP2011256431A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Ihi Corp | 過塩素酸塩の製造装置 |
| EP2608297A1 (en) | 2011-12-22 | 2013-06-26 | Umicore AG & Co. KG | Precious metal oxide catalyst for water electrolysis |
| CN104894595A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-09-09 | 派新（上海）能源技术有限公司 | 一种高催化活性的非晶金属氧化物析氢电极及其制备方法 |
| JP2016160462A (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | 株式会社Ihi | 水電解装置 |
| WO2018146928A1 (ja) | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 株式会社豊田中央研究所 | 電解用アノード |
| KR20200050637A (ko) * | 2018-11-02 | 2020-05-12 | 한국에너지기술연구원 | 기체방지투과층을 포함하는 알칼라인 수전해 셀 및 그 제조방법 |
| JPWO2020209195A1 (ja) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | ||
| JP2021072268A (ja) * | 2019-11-01 | 2021-05-06 | 株式会社豊田中央研究所 | 触媒層及び固体高分子形燃料電池 |
| KR102262416B1 (ko) * | 2021-02-16 | 2021-06-08 | 주식회사 웨스피 | 고분자 전해질 수전해 스택용 막-전극 접합체 및 이의 제조방법 |
| CN113871640A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-31 | 中汽创智科技有限公司 | 一种燃料电池抗反极催化剂及其制备方法和应用 |
| JP2023108231A (ja) * | 2022-01-25 | 2023-08-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 無機構造体、電気化学デバイス及び無機構造体の製造方法 |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP9078228A patent/JPH10273791A/ja active Pending
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPWO2020209195A1 (ja) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | ||
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| WO2022177160A1 (ko) * | 2021-02-16 | 2022-08-25 | 주식회사 웨스피 | 고분자 전해질 수전해 스택용 막-전극 접합체 및 이의 제조방법 |
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