[發明專利]堿性水電解用陽極的制造方法和堿性水電解用陽極

有效

• 申請號: 201780055096.3
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN109689937B
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 光島重德;藤田礁;永島郁男;錦善則;真鍋明義;加藤昭博
• 申請（專利權）人: 迪諾拉永久電極股份有限公司;國立大學法人橫浜國立大學;川崎重工業株式會社
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/06;C25B9/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

提供：能容易且以低成本制造對輸出變動的耐久性高的堿性水電解中能使用的電解用電極的方法。為一種堿性水電解用陽極的制造方法，其包括如下工序：使硝酸鋰和羧酸鎳溶解于水，制作含有鋰離子和鎳離子的水溶液的工序；在至少表面包含鎳或鎳基合金的導電性基體的表面涂布水溶液的工序；和，將涂布有水溶液的導電性基體在450℃以上且600℃以下的范圍內的溫度下進行熱處理，在導電性基體上形成包含含鋰的鎳氧化物的催化劑層的工序。

技術領域

本發明涉及堿性水電解中使用的陽極、和其制造方法。

背景技術

氫為適于貯藏、運輸、環境負擔小的二次能源，因此，將氫用于能源載體的氫能源系統正在受到關注。目前，主要通過化石燃料的蒸汽重整等來制造氫，從全球變暖、化石燃料枯竭問題的觀點出發，使用可再生能源作為動力源的堿性水電解的重要性正在增加。

水電解大體分為2種。1種是堿性水電解，電解質中使用高濃度堿性水溶液。另1種是固體高分子型水電解，電解質中使用固體高分子膜(SPE)。通過水電解進行大規模的氫制造的情況下，與使用金剛石電極等的固體高分子型水電解相比，可以說使用鎳等鐵系金屬等廉價材料的堿性水電解是適合的。兩極中的電極反應如以下所示。

陽極反應：2OH^-→H₂O+1/2O₂+2e^- (1)

陰極反應：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^- (2)

對于高濃度堿性水溶液，溫度越高，電導率越高，但腐蝕性也越高。因此，將操作溫度的上限抑制為80～90℃左右。通過耐受高溫、高濃度堿性水溶液的電解槽構成材料、各種配管材料的開發、低電阻隔膜、及擴大表面積并賦予了催化劑的電極的開發，電解性能在電流密度0.3～0.4Acm^-2下提高至1.7～1.9V(效率78～87％)左右。

報道了，使用在高濃度堿性水溶液中穩定的鎳系材料作為堿性水電解用陽極、且使用了穩定的動力源的堿性水電解中，Ni系電極具有幾十年以上的壽命(非專利文獻1、2)。然而，以可再生能源為動力源時，急劇的起動停止、負荷變動等嚴苛的條件所導致的Ni陽極性能的劣化成為問題(非專利文獻3)。作為其理由，鎳在堿性水溶液中作為2價的氫氧化物是穩定的，另外，鎳金屬的氧化反應在氧發生反應電位附近進行在熱力學上是已知的，推定進行以下的鎳氧化物的生成反應。

Ni+2OH-→Ni(OH)₂+2e^- (3)

隨著電位的增加，被氧化為3價、4價。作為反應式，

Ni(OH)₂+OH-→NiOOH+H₂O+e^- (4)

NiOOH+OH^-→NiO₂+H₂O+e^- (5)

鎳氧化物生成反應和其還原反應在金屬表面進行，因此，促進形成于其上的電極催化劑的離去。如果不供給用于進行電解的電力，則電解停止，鎳陽極維持為低于氧發生電位(1.23Vvs.RHE)的電極電位、且維持為高于作為對電極的氫發生用陰極(0.00Vvs.RHE)的電位。在電池內產生這些化學物質所產生的電動勢。對于陽極電位，電池反應進行，從而維持為低的電位，即，依據(3)、(4)、(5)式，氧化物的還原反應得到促進。這樣的電池反應在組合了多個電池的電解槽的情況下，電流通過連接電池間的配管而泄漏，因此，電流的防止技術經常為應注意的事項。作為其一，有停止時持續流過微小的電流的對策，但為此，需要特殊的電源控制，另外，經常產生氧、氫，管理上花費工夫。為了特異避免逆電流狀態，剛剛停止后去除液體，從而可以防止這樣的電池反應，但假定再生能源那樣的輸出變動大的電力下的運轉的情況下，不能說是適當的處置。