Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2015025174A - 水電解用の多孔質導電部材、及び、それを用いた機能水生成器 - Google Patents

水電解用の多孔質導電部材、及び、それを用いた機能水生成器 Download PDF

Info

Publication number
JP2015025174A
JP2015025174A JP2013155728A JP2013155728A JP2015025174A JP 2015025174 A JP2015025174 A JP 2015025174A JP 2013155728 A JP2013155728 A JP 2013155728A JP 2013155728 A JP2013155728 A JP 2013155728A JP 2015025174 A JP2015025174 A JP 2015025174A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
porous
water electrolysis
conductive member
water
binder material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013155728A
Other languages
English (en)
Inventor
加藤 康昭
Yasuaki Kato
康昭 加藤
寺島 健太郎
Kentaro Terajima
健太郎 寺島
矢野 裕嗣
Hirotsugu Yano
裕嗣 矢野
勇人 砂子
Isato Sunago
勇人 砂子
翔子 橋爪
Shoko Hashizume
翔子 橋爪
輝男 内堀
Teruo Uchibori
輝男 内堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dynic Corp
Sharp Corp
Original Assignee
Dynic Corp
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dynic Corp, Sharp Corp filed Critical Dynic Corp
Priority to JP2013155728A priority Critical patent/JP2015025174A/ja
Priority to PCT/JP2014/068290 priority patent/WO2015012106A1/ja
Priority to CN201480041197.1A priority patent/CN105392926A/zh
Publication of JP2015025174A publication Critical patent/JP2015025174A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/4618Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031Porous electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/005Systems or processes based on supernatural or anthroposophic principles, cosmic or terrestrial radiation, geomancy or rhabdomancy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46152Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157Perforated or foraminous electrodes
    • C02F2001/46161Porous electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

【課題】水電解用としては従来不適と考えられていた疎水性のバインダ材を用いつつ、電解効率が高められた水電解用の多孔質導電部材を提供する。【解決手段】親水化処理された電極活物質4とバインダ材5とを含む多孔質導電体部2と、前記多孔質導電体部の表面に当接又は内包された集電体部3とを備える水電解用の多孔質導電部材であって、前記バインダ材は疎水性材料から構成されることを特徴とする水電解用の多孔質導電部材、ならびに、当該水電解用の多孔質導電部材を、無隔膜1槽式の電解槽において金属イオンの吸脱着を行う電極として備える、機能水生成器。【選択図】図1

Description

本発明は、親水化処理された電極活物質とバインダ材とを含む多孔質導電体部と、前記多孔質導電体部の表面に当接又は内包された集電体部とを備える水電解用の多孔質導電部材であって、前記バインダ材は疎水性材料から構成されることを特徴とする水電解用の多孔質導電部材、ならびに、前記水電解用導電部材を用いて無隔膜1槽式の電解槽で水道水などの原水を電気分解することにより、食器洗浄用途、理美容用途、加湿用途、又は、飲用用途に用いる機能水を生成する、機能水生成器に関する。
従来、電気二重層コンデンサの電極材料としては通常、電極活物質として活性炭等を用い、フッ素系の疎水性バインダ材を用いて成形を行うのが一般的であった。しかしながら、水道水などを原水とした電気分解において、疎水性バインダ材としてポリテトラフルロエチレンなどのフッ素樹脂系バインダ材を用いた場合、バインダ材が撥水性を有するため、電極内部への電解液の含浸性が悪く、電気分解などにおいて所定の電気的特性を得られないという問題があった。
かかる課題に対し、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコールなどの親水性バインダ材を用いる方策が提案されている(たとえば、特開昭60−171714号公報(特許文献1)を参照。)。このような親水性バインダ材を用いた場合、バインダ材が親水性を有することで吸着電極の濡れ性がよく、電極内部への電解液の含浸性は向上するため、電極が比較的厚手であったとしても、電極内部まで含浸が可能であった。このように親水性のバインダ材を用いることで、水系の電解質に対し電気分解等において一定の性能向上をさせることが可能であった。
特開昭60−171714号公報
しかしながら、電極活物質として活性炭を用い、かつ、親水性バインダ材を用いた場合、バインダ材、活性炭が共に親水性であるため、バインダ材と活性炭間の親和性が高くなってしまう。このため、活性炭が欠落しないように、電極における親水性バインダ材の含有率を高めると、親水性バインダ材が活性炭表面を覆いやすくなり、活性炭の有効イオン吸着孔が減り、吸着性能が大幅に低下し、電解効率の最大化を図ることができない、という問題があった。
さらに、親水性バインダ材の種類によっては、活性炭の結着力が充分に得られず、電極が脆くなり、電極形状が維持できない、という問題もあった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、水電解用としては従来不適と考えられていた疎水性のバインダ材を用いつつ、電解効率が高められた水電解用の多孔質導電部材を提供することである。
本発明の水電解用の多孔質導電部材は、親水化処理された電極活物質とバインダ材とを含む多孔質導電体部と、前記多孔質導電体部の表面に当接又は内包された集電体部とを備える水電解用の多孔質導電部材であって、前記バインダ材は疎水性材料から構成されることを特徴とする。
本発明の水電解用の多孔質導電部材において、前記電極活物質は前記多孔質導電体部に70wt%以上、92wt%以下含まれることが好ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材において、前記バインダ材はフッ素系の材料であることが好ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材において、前記多孔質導電体部がさらに5wt%以上の導電助剤を含むことが好ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材において、前記多孔質導電体部は、最厚部の厚みが0.5mm以上、1.5mm以下であることが好ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材において、前記多孔質導電体部は、最厚部の厚みが略1.0mmであることが好ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材において、前記多孔質導電体部に対し前記集電体部を複数設けることが好ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材において、前記集電体部は貴金属コートのない金属部材であることが好ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材において、ロール圧延後に表面処理を行い、親水化することによって製造されたものであることが好ましい。
本発明はまた、上述した本発明の水電解用の多孔質導電部材を、無隔膜1槽式の電解槽において金属イオンの吸脱着を行う電極として備える機能水生成器についても提供する。
本発明の機能水生成器は、食器洗浄用途、理美容用途、加湿用途又は飲用用途に用いることが好ましい。
以上のように、本発明の水電解用の多孔質導電部材によれば、親水化処理された電極活物質とバインダ材とを含む多孔質導電体部と、前記多孔質導電体部の表面に当接又は内包された集電体部とを備える水電解用の多孔質導電部材であって、前記バインダ材は疎水性材料から構成されていることにより、電極活物質の吸着性能を最大化できる。また、本発明の水電解用の多孔質導電部材によれば、好ましくは、多孔質導電体部の最厚部の厚み(吸着電極の最大厚み)を0.5mm以上、1.5mm以下とすることで、イオン処理効率を最適化することが可能である。さらに、本発明は、本発明の水電解用導電部材を好適に適用した、食器洗浄用途、理美容用途、加湿用途、又は、飲用用途に用いる機能水を生成する、機能水生成器についても提供することができる。
図1(a)は、本発明の好ましい一例の水電解用の多孔質導電部材1を模式的に示す図であり、図1(b)は図1(a)の一部を拡大して示す写真である。 親水性のバインダ材を用いた多孔質導電体部と、疎水性のバインダ材を用いた多孔質導電体部とでイオン吸着特性を比較した結果を示すグラフである。 疎水性のバインダ材と親水性の電極活物質を用いた場合の多孔質導電体部を示す写真である。 電極活物質として活性炭を用いた場合の、その含有率とイオン処理効率との関係を示すグラフである。 導電助剤としてカーボンブラックを用いた場合の、導電助剤の含有率とイオン処理効率との関係を示すグラフである。 多孔質導電体部の最厚部の厚みとイオン処理効率との関係を示すグラフである。 本発明の好ましい様々な例の水電解用の多孔質導電部材1,11,21,31を模式的に示す図である。 本発明の水電解用の多孔質導電部材を用いた、好ましい一例の機能水生成器を模式的に示す図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1(a)は、本発明の好ましい一例の水電解用の多孔質導電部材1を模式的に示す図であり、図1(b)は図1(a)の一部を拡大して示す写真(走査型電子顕微鏡による3000倍拡大写真)である。本発明の水電解用の多孔質導電部材1は、親水化処理された電極活物質4とバインダ材5とを含む多孔質導電体部2と、前記多孔質導電体部2の表面に当接又は内包された集電体部3とを備える(この図1(a)に示す態様を「実施の態様1」とする)。
ここで、図2は、実際に、親水性のバインダ材を用いた多孔質導電体部と、疎水性のバインダ材を用いた多孔質導電体部とでイオン吸着特性を比較した結果を示すグラフであり、縦軸はイオン処理効率(%)、横軸はイオン処理時間(分)である。図2から、疎水性のバインダ材を用いた多孔質導電体部の方が、親水性のバインダ材を用いた多孔質導電体部よりもイオン処理効率が高いことが分かる。なお、ここでいうイオン処理効率とは、多孔質導電体部において所定以上のイオン吸着を行った後、脱着を行う場合のイオン脱着効率を意味している。
従来、疎水性のバインダ材は水道水などを原水とした電気分解には従来不適と考えられていた。ここで、図3は、疎水性のバインダ材と親水性の電極活物質を用いた場合の多孔質導電体部を示す写真(走査型電子顕微鏡による3000倍拡大写真)である。図3から明らかなように、親水性の電極活物質と疎水性のバインダ材は親和性が低いため、バインダ材が電極活物質を包摂せず、電極活物質が露出しやすく、このため電極活物質の細孔構造、及び、電極活物質の間隙が維持しやすい。したがって、有効イオン吸着孔の減少を抑え、電解効率の最大化を図ることが可能となる。
本発明における電極活物質4としては、当分野において従来より用いられている電極活物質を特に制限なく用いることができるが、粒子状の活性炭が好適である。活性炭は電極のエネルギー密度向上において重要な役割を果たし、その種類としては特に限定されるものではなく、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系、ヤシガラ系等が使用でき、比表面積が好ましくは300〜3500m/g、より好ましくは1500〜2500m/gのものが使用できる。電極活物質の比表面積が300m/g未満である場合には、イオン吸着性能が悪くなるという傾向にある。電極活物質の比表面積が3500m/gを超える場合にも、イオン吸着性能が低下すると考えられ、また、多孔質導電体部に占める電極活物質の比率が増えることにより、多孔質導電体部の成形性が低下し、それにより、加工性も低下する傾向にある。電極活物質の比表面積が1500〜2500m/gである場合に、特に、イオン吸着性能を好適に向上できる。
本発明における電極活物質4の平均粒子径は、特に制限されるものではないが、薄膜成形がしやすく、容量密度を高くすることができるという理由から、1〜45μmの範囲内であることが好ましく、2〜40μmの範囲内であることがより好ましく、3〜20μmの範囲内であることが特に好ましい。
本発明における電極活物質4は親水化処理されたものであるが、この親水化処理は、例えば、水酸化ナトリウム又は水蒸気の高温賦活といった方法によって行われる。電極活物質4は賦活による親水化処理により、水に対する濡れ性能が向上し、賦活により多孔質化された電極活物質表面で効果的にイオン吸着を行うことが可能となる。
また、集電体部3は多孔質導電体部2に当接していても、内包(挟みこみ/挿入)されていても良い。なお、当接する場合は、集電体で電気分解が起こるのを防ぐため、ポリイミドテープなどを貼り付けで絶縁するのが望ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材1における、バインダ材3を構成する疎水性材料は、フッ素系の材料であることが好ましい。ここで、フッ素系材料としては例えばポチテトラフルオロエチレン(PTFE)などが挙げられるが、フッ素系材料は疎水性とともに、加熱成形時にシェア(剪断力)をかけることにより樹脂の繊維化(フィブリル化)が起こるため、ネットワーク化により多孔質導電体部の成形性を向上させ、多孔質導電体部から電極活物質が溶出するのを抑えることができる。
バインダ材3を構成する疎水性材料としてPTFEを用いる場合、テトラフルオロエチレンの単独重合体だけではなく、テトラフルオロエチレンに対して他の単量体を0.5mol%以下加えて共重合させて得られる共重合体であってもよい。これら他の単量体としては、トリフルオロエチレン、(パーフルオロアルキル)エチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)等が挙げられる。
また、本発明の水電解用の多孔質導電部材1において、電極活物質4は多孔質導電体部2に70wt%以上、92wt%以下含まれることが好ましく、80wt%以上、92wt%以下含まれることがより好ましい。ここで、図4は、電極活物質として活性炭を用いた場合の、その含有率とイオン処理効率との関係を示すグラフであり、縦軸はイオン処理効率(%)、横軸は活性炭の含有率(wt%)を示している。図4に示すように、電極活物質(図4の例では活性炭)の含有率を上述の範囲内とすることで、例えば、多孔質導電体部における電極活物質の含有率が70wt%、バインダ材の含有率が27wt%(導電助剤:3wt%)の場合、多孔質導電体部から電極活物質が溶出するのを抑えることが可能であり、この場合、イオン処理効率として80%程度を保持することができる。また、電極活物質の含有率が91.5wt%、バインダの含有率が5.5wt%(導電助剤:3wt%)の場合であっても、多孔質導電体部2から電極活物質4が溶出するのをほぼ抑えることが可能であり、この場合、イオン処理効率としてほぼ100%を保持することができる。
すなわち、バインダ材5をPTFEのような疎水性材料で構成することでバインダ材5の配合比率を極力少なくし、電極活物質の含有率を70wt%以上、92wt%以下と極力増加させることができるので、イオン処理効率の点から好適である。
また、本発明では、多孔質導電体部2において、更に5wt%以上の導電助剤を含むことが望ましい。導電助剤の添加により隣接する電極活物質間の電子伝達性が向上するため、イオン処理効率の点から好適である。
導電助剤としては例えばカーボンブラック等の電気伝導度の高い素材を用いることができる。カーボンブラックは電極に導電性を付与し、内部抵抗の低減に寄与するものであるため、アセチレンブラックやケッチェンブラック等の導電性に優れたものであれば良く、その粒子径としては、0.01〜1μmが好ましい。
図5は、電極活物質4として活性炭を70wt%の含有率で固定し、導電助剤としてカーボンブラックを用いた場合の、導電助剤の含有率とイオン処理効率との関係を示すグラフであり、縦軸はイオン処理効率(%)、横軸は導電助剤の含有率(wt%)を示している。図5より、イオン処理効率は導電助剤の含有率が5wt%まではほぼ一定値であるが、導電助剤の含有率5wt%から増加し、導電助剤の含有率10wt%ではイオン処理効率が10%以上増加する。従って、導電助剤の含有率としては5wt%以上が好ましく、10wt%以上がより好ましい。
また、本発明の水電解用の多孔質導電部材1は、疎水性バインダ材を用いた場合に問題となる吸着電極内部にまで水が染み込まなくなる問題を解消する観点からは、多孔質導電体部2の最厚部の厚みは0.5mm以上、1.5mm以下であることが好ましい。ここで、多孔質導電体部2の「最厚部の厚み」とは、多孔質導電体部2の集電体部3に平行な平面に対し垂直な方向(厚み方向)における多孔質導電体部2の端部と集電体部3との間の直線距離を指す。図6は、電解時間が4分間、6分間、8分間の場合それぞれについての多孔質導電体部の最厚部の厚みとイオン処理効率との関係を示すグラフであり、縦軸はイオン処理効率(%)、横軸は多孔質導電体部の最厚部の厚み(mm)を示している。図6から分かるように、多孔質導電体部の最厚部の厚みが0.5mm以上、1.5mm以下の範囲内ではいずれの電解時間の場合でもイオン処理効率は高いが、この範囲外ではイオン処理効率が悪くなる。これは、ある程度の厚みまでは、多孔質導電体部の厚みが大きくなるほどイオン処理性能は増加し、イオン処理効率は向上するが、限度を超えて厚みが大きくなると、電気二重層を形成する領域と集電体との距離が離れることにより、イオン処理効率が悪くなると考えられる。この影響を回避するため、本発明の水電解用の多孔質導電部材1は、好ましくは、多孔質導電体部の最厚部を0.5mm以上、1.5mm以下とすることにより、イオン処理効率を向上させることが可能である。
なお、上述の図2及び図4〜6の測定条件および使用部材は以下の通りである。
水道水の容量:80mL、90mAで定電流駆動、
白金電極:ダイソーエンジニアリング社製、サイズ:60×60mm(t=1)、
多孔質導電部材:活性炭(関西熱化学社製MSP−20)、カーボンブラック(ライオン社製ECP−600JD)、バインダ材(ダイキン工業社製F−201(F))、サイズ:50×50mm。
電気分解は、先ず、金属電極を陽極、イオン吸着電極を陰極として所定時間(吸着時間=脱着時間)のイオン吸着を行った後、極性を反転させた電流を流して電気分解を実行することで吸着した金属イオンの脱着量を測定する。即ち、下記式(1)及び式(2)に基づき、pH変動より金属イオンの脱着量を計算し、また、ファラデーの第二法則(下記式(3))に基づく理論的吸着量との比=イオン処理効率として計算した。
M → M2+ + 2e- ・・・式(1)
2H2O+2e- → H2 + 2OH- ・・・式(2)
Q=I×t=z×n×F ・・・式(3)
ここで、Qは電気量(C)、Iは電流量(A)、tは時間(sec)、zはイオン価数(=2)、nは金属イオンのモル量、Fはファラデー定数(=9.65×104C/mol)である。
さらに、本発明の水電解用の多孔質導電部材は、最厚部の厚みを略1.0mm、すなわち、0.8mm以上、1.2mm以下の範囲内とすることで、イオン処理効率を最大化することが可能である。
ここで、図7は、本発明の好ましい様々な例の水電解用の多孔質導電部材1,11,21,31を模式的に示す図である。ここで、図7(a)には、図1(a)に示したのと同様の実施の態様1(水電解用の多孔質導電部材1)、図7(b)には、実施の態様2(水電解用の多孔質導電部材11)、図7(c)には、実施の態様3(水電解用の多孔質導電部材21)、図7(d)には、実施の態様4(水電解用の多孔質導電部材31)をそれぞれ示している。なお、図7は、いずれも、紙面に関して上下方向が、多孔質導電部材の厚み方向(集電体部3に平行な平面に対し垂直な方向)を示している。
図7(a)には、多孔質導電体部2の表面に集電体部3を当接させた場合を示しており、図7(b)には、多孔質導電体部12の内部に集電体部13を内包(挟みこみ/挿入)した例を示している。また、本発明の水電解用の多孔質導電部材は、図7(c)、(d)に示す例のように、集電体部を複数設けた構成であってもよい。図7(c)には、多孔質導電体部22の内部に2本の集電体部23,24を距離(図7(c)中、2d)をあけるようにして内包(挟みこみ/挿入)した例を示しており、また、図7(d)には、多孔質導電体部32の内部に、互いに距離(図7(d)中、2d)をあけるようにして3本の集電体部33が内包(挟みこみ/挿入)され、当該集電体部33は、成形性を考慮し、多孔質導電体部32から突出した領域で1本に結束(連結)されている例を示している。図7中、距離dは、上述した「最厚部の厚み」と同義であり、好ましくは0.5mm以上、1.5mm以下の範囲内であり、この範囲内とすることで、イオン処理効率を最適化することが可能である。なお、図7(c)、図7(d)に示す例のように、集電体部を複数設けた場合には、集電体間の距離は、2d(すなわち、最厚部の厚みの2倍)とすることが好ましい。
なお、図1、図7(a)に示す例のように、多孔質導電体部2の表面に集電体部3を当接させた場合、集電体部で電気分解が起こるのを防ぐため、集電体部3の多孔質導電体部2に当接する側とは反対側にポリイミドテープなどを貼り付けて絶縁するのが望ましい。
本発明の水電解用の多孔質導電部材では、疎水性のバインダ材を用いているため、電解液が活性炭電極内部まで染み込みにくい。したがって、集電体は必ずしも白金コートのような貴金属コートが必要ない。このため、本発明の水電解用の多孔質導電部材においては、集電体部は貴金属コートのない金属部材であってよく、電解液により溶出しやすいステンレスや金属チタン等の金属をそのまま用いることができ、電極コストの削減を図ることができる。
また本発明の水電解用の多孔質導電部材は、ロール圧延後に表面処理を行い、親水化することによって製造されたものであることが、好ましい。本発明の水電解用の多孔質導電部材は、電極活物質と疎水性のバインダ材とを含む多孔質導電体部の前駆体をロール圧延し、得られたシート状物(多孔質導電シート)に、表面処理として親水化処理を施すことで、好適に製造することができる。多孔質導電シートの親水化処理方法としては、金属ナトリウム溶液処理、EB照射処理、プラズマ処理、エキシマレーザー処理、紫外レーザー処理、コロナ処理、スルフォン化処理、などを挙げることができる。このように多孔質導電シートを親水化処理して、本発明の水電解用の多孔質導電部材を得ることで、電極内部まで吸着が可能である。
ここで、図8は、本発明の水電解用の多孔質導電部材を用いた、好ましい一例の機能水生成器51を模式的に示す図である。本発明は、上述した本発明の水電解用の多孔質導電部材を、無隔膜1槽式の電解槽において金属イオンの吸脱着を行う電極として備える、機能水生成器についても提供する。図8に示す例の機能水生成器51は、上述した本発明の多孔質導電部材1,11,21,31と、白金電極54とを備える無隔膜1槽式の電解槽52を備える。図8に示す例の機能水生成器51は、この電解槽52における多孔質導電部材1,11,21,31および白金電極54に電気的に接続された、電流を供給するための定電流発生源55、多孔質導電部材および白金電極に供給する電流を適宜切り換えるためのスイッチング回路56、ならびに、定電流発生源55とスイッチング回路56との間に介され、電解槽における水電解を制御するための制御装置57を備える。これら定電流発生源55、スイッチング回路56および制御装置57は、それぞれ従来公知の適宜のものを組み合わせて用いればよく、特に制限されるものではない。
図8に示すような機能水生成器を用いることで、電解容器内に供給された原水(たとえば水道水)に対し、白金電極を陽極/陰極に、水電解用の多孔質導電部材を陰極/陽極にして電気分解することにより酸性水/アルカリ水を生成することができる。本発明でいう「機能水」は、この酸性水、アルカリ水の総称であるものとする。
このように本発明の水電解用の多孔質導電部材を無隔膜1槽式の電解槽において用いることで、電極槽を簡素化することができ、更に、原理的に捨て水を発生せずに酸性水/アルカリ水などの水を生成することが可能である。
また、本発明の機能水生成器は、食器洗浄用途、理美容用途、加湿用途、又は、飲用用途に用いることを特徴とする。本発明の水電解用の多孔質導電部材を用いることで、バインダ材の成形性が強く、多孔質導電体部から電極活物質が溶出するのをほぼ抑えることが可能である。したがって、上述のような食器洗浄用途、理美容用途、加湿用途、又は、飲用用途といった不純物混入が問題となる用途に対しても溶出の問題発生が少なく、好適である。
1,11,21,31,53 水電解用の多孔質導電部材、2,12,22,32 多孔質導電体部、3,13,23,33 集電体部、4 電極活物質、5 バインダ材、51 機能水生成器、52 電解槽、54 白金電極、55 定電流発生源、56 スイッチング回路、57 制御回路。
従来、電気二重層コンデンサの電極材料としては通常、電極活物質として活性炭等を用い、フッ素系の疎水性バインダ材を用いて成形を行うのが一般的であった。しかしながら、水道水などを原水とした電気分解において、疎水性バインダ材としてポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂系バインダ材を用いた場合、バインダ材が撥水性を有するため、電極内部への電解液の含浸性が悪く、電気分解などにおいて所定の電気的特性を得られないという問題があった。
本発明の水電解用の多孔質導電部材1における、バインダ材3を構成する疎水性材料は、フッ素系の材料であることが好ましい。ここで、フッ素系材料としては例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などが挙げられるが、フッ素系材料は疎水性とともに、加熱成形時にシェア(剪断力)をかけることにより樹脂の繊維化(フィブリル化)が起こるため、ネットワーク化により多孔質導電体部の成形性を向上させ、多孔質導電体部から電極活物質が溶出するのを抑えることができる。
なお、上述の図2及び図4〜6の測定条件および使用部材は以下の通りである。
水道水の容量:80mL、90mAで定電流駆動、
白金電極:ダイソーエンジニアリング社製、サイズ:60×60mm(t=1)、
多孔質導電部材:活性炭(関西熱化学社製MSP−20)、カーボンブラック(ライオン社製ECP−600JD)、バインダ材(ダイキン工業社製ポリフロン(登録商標)PTFE F−201)、サイズ:50×50mm。

Claims (11)

  1. 親水化処理された電極活物質とバインダ材とを含む多孔質導電体部と、前記多孔質導電体部の表面に当接又は内包された集電体部とを備える水電解用の多孔質導電部材であって、前記バインダ材は疎水性材料から構成されることを特徴とする、水電解用の多孔質導電部材。
  2. 前記電極活物質は前記多孔質導電体部に70wt%以上、92wt%以下含まれることを特徴とする、請求項1記載の水電解用の多孔質導電部材。
  3. 前記バインダ材はフッ素系の材料であることを特徴とする、請求項1または2に記載の水電解用の多孔質導電部材。
  4. 前記多孔質導電体部がさらに5wt%以上の導電助剤を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水電解用の多孔質導電部材。
  5. 前記多孔質導電体部は、最厚部の厚みが0.5mm以上、1.5mm以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水電解用の多孔質導電部材。
  6. 前記多孔質導電体部は、最厚部の厚みが略1.0mmであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水電解用の多孔質導電部材。
  7. 前記多孔質導電体部に対し前記集電体部を複数設けることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の水電解用の多孔質導電部材。
  8. 前記集電体部は貴金属コートのない金属部材であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の水電解用の多孔質導電部材。
  9. ロール圧延後に表面処理を行い、親水化することによって製造されたものであることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の水電解用の多孔質導電部材。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の水電解用の多孔質導電部材を、無隔膜1槽式の電解槽において金属イオンの吸脱着を行う電極として備える、機能水生成器。
  11. 食器洗浄用途、理美容用途、加湿用途又は飲用用途に用いることを特徴とする、請求項10に記載の機能水生成器。
JP2013155728A 2013-07-26 2013-07-26 水電解用の多孔質導電部材、及び、それを用いた機能水生成器 Pending JP2015025174A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013155728A JP2015025174A (ja) 2013-07-26 2013-07-26 水電解用の多孔質導電部材、及び、それを用いた機能水生成器
PCT/JP2014/068290 WO2015012106A1 (ja) 2013-07-26 2014-07-09 水電解用の多孔質導電部材、及び、それを用いた機能水生成器
CN201480041197.1A CN105392926A (zh) 2013-07-26 2014-07-09 水电解用多孔质导电部件和使用其的功能水生成器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013155728A JP2015025174A (ja) 2013-07-26 2013-07-26 水電解用の多孔質導電部材、及び、それを用いた機能水生成器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015025174A true JP2015025174A (ja) 2015-02-05

Family

ID=52393154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013155728A Pending JP2015025174A (ja) 2013-07-26 2013-07-26 水電解用の多孔質導電部材、及び、それを用いた機能水生成器

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2015025174A (ja)
CN (1) CN105392926A (ja)
WO (1) WO2015012106A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021070863A (ja) * 2019-11-01 2021-05-06 東洋アルミニウム株式会社 アルカリ水電解用電極

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647841C2 (ru) * 2016-08-11 2018-03-21 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва (ПАО "РКК "Энергия") Электролизёр воды и способ его эксплуатации
CN109631651B (zh) * 2018-12-06 2020-07-07 华北电力大学 一种局部自适应可控浸润性耦合微结构强化沸腾换热方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6075593A (ja) * 1983-06-22 1985-04-27 アトケム 導電性繊維を主体とする陰極要素の製造方法
JP2005505692A (ja) * 2001-10-02 2005-02-24 バイエル マテエリアルサイエンス アーゲー ガス拡散電極の製造方法
JP2006051457A (ja) * 2004-08-13 2006-02-23 Fuji Photo Film Co Ltd 銀担持触媒及びその製造方法並びに銀触媒担持型ガス拡散電極及びそれを用いた電解酸化処理方法と電解酸化装置
JP2006219694A (ja) * 2005-02-08 2006-08-24 Permelec Electrode Ltd ガス拡散電極
WO2011013578A1 (ja) * 2009-07-31 2011-02-03 旭硝子株式会社 電解質材料、液状組成物および固体高分子形燃料電池用膜電極接合体
JP2013108104A (ja) * 2011-11-17 2013-06-06 Permelec Electrode Ltd 電解合成装置、電解処理装置、電解合成方法及び電解処理方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1157720A (ja) * 1996-11-07 1999-03-02 Honda Motor Co Ltd 電解機能水、その製造方法及び製造装置
CN1162929C (zh) * 1999-06-30 2004-08-18 古屋长一 制造用于气体扩散电极的反应层或气体原料层材料的方法
AU2003266386A1 (en) * 2002-09-27 2004-04-23 Bayer Materialscience Ag Method for producing a gas diffusion electrode

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6075593A (ja) * 1983-06-22 1985-04-27 アトケム 導電性繊維を主体とする陰極要素の製造方法
JP2005505692A (ja) * 2001-10-02 2005-02-24 バイエル マテエリアルサイエンス アーゲー ガス拡散電極の製造方法
JP2006051457A (ja) * 2004-08-13 2006-02-23 Fuji Photo Film Co Ltd 銀担持触媒及びその製造方法並びに銀触媒担持型ガス拡散電極及びそれを用いた電解酸化処理方法と電解酸化装置
JP2006219694A (ja) * 2005-02-08 2006-08-24 Permelec Electrode Ltd ガス拡散電極
WO2011013578A1 (ja) * 2009-07-31 2011-02-03 旭硝子株式会社 電解質材料、液状組成物および固体高分子形燃料電池用膜電極接合体
JP2013108104A (ja) * 2011-11-17 2013-06-06 Permelec Electrode Ltd 電解合成装置、電解処理装置、電解合成方法及び電解処理方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021070863A (ja) * 2019-11-01 2021-05-06 東洋アルミニウム株式会社 アルカリ水電解用電極

Also Published As

Publication number Publication date
CN105392926A (zh) 2016-03-09
WO2015012106A1 (ja) 2015-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3591095B1 (en) Cathode, method of producing same, electrolyzer using same
JP6819531B2 (ja) 金属皮膜の成膜方法および金属皮膜の成膜装置
WO2019176141A1 (ja) 二酸化炭素の電解セルと電解装置
JP6487418B2 (ja) 有機ハイドライド製造装置
KR101584725B1 (ko) 니켈이 전기 도금된 친수성을 가지는 다공성 탄소 재료를 이용한 알칼리 음이온 교환막 물 전기 분해 장치 및 그 제조 방법
JP2008148452A (ja) アクチュエータ
JPWO2020153022A1 (ja) 電気化学式水素ポンプ
WO2015012106A1 (ja) 水電解用の多孔質導電部材、及び、それを用いた機能水生成器
Chen et al. Cationic fluorinated polymer binders for microbial fuel cell cathodes
JP2009209379A (ja) 水電解装置
JP6782796B2 (ja) 複極式電解セル、複極式電解槽、水素製造方法
JP2023042896A (ja) 二酸化炭素電解装置
JP2007066750A (ja) 燃料電池用ガス拡散体、燃料電池用セパレータ及び燃料電池
JP6837130B2 (ja) 陽極、複極式電解セル、水素製造方法
JP5298358B2 (ja) 燃料電池
JP7524118B2 (ja) 二酸化炭素電解装置
JP2007128908A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池のセルユニット
JP2015224392A (ja) 酸素脱分極電極およびこれらの製造プロセス
JP6306879B2 (ja) マニホールドユニット及び電解槽
JP2021075745A (ja) 水素生成装置
WO2023145914A1 (ja) 水素発生用陰極、アルカリ水電解用陰極、陰極の製造方法、複極式電解セル、アルカリ水電解用電解槽及び水素製造方法
JP2009187891A (ja) 膜電極構造体及び燃料電池
KR100735416B1 (ko) 연료전지의 전극
JP2023056398A (ja) 電解槽及び水電解システム
JP2001064417A (ja) イオン伝導膜及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160823

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170307