電解用電極的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及例如作為鈉電解、水電解、伴隨氧氣產(chǎn)生或氯氣產(chǎn)生的各種工業(yè)電解 的電解電池的陽極和/或陰極使用的、在多孔網(wǎng)（expanded mesh)、沖裁多孔板、金屬絲網(wǎng) 或與它們類似的形狀的具有多個孔的導(dǎo)電性電極基材形成有電極催化層的電解用電極的 制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 前述電解電池的陽極及陰極在各種電解法中浸漬在電解液中使用，作為陽極及陰 極的使用形態(tài)，可以舉出下述形態(tài)。例如有以下情況：將陽極及陰極在無隔膜電解電池中彼 此離開地使用；在隔膜或離子交換膜的兩側(cè)與所述膜離開地使用；用于夾著隔膜或離子交 換膜在其兩側(cè)空出微小空間而設(shè)置的有限電解電池 （finite electrolytic cell);夾著離 子交換膜與該離子交換膜的兩側(cè)接觸地設(shè)置的零間隙電解電池。任一種情況下，對于陽極 和陰極，使用膜的相對面作為進(jìn)行主反應(yīng)的表面?zhèn)?，使用其相反?cè)作為背面?zhèn)取?br>[0003] 使用電解用電極作為離子交換膜法電解、特別是前述有限電解電池及零間隙電解 電池用的陽極及陰極時，這些導(dǎo)電性電極基材，使用有多孔網(wǎng)、沖裁多孔板、金屬絲網(wǎng)或與 它們類似的形狀的具有多個孔的導(dǎo)電性電極基材。而且，通常這些具有多個孔的導(dǎo)電性電 極基材的一個面上積極地形成有電極催化層，將形成的面作為表面?zhèn)?，使這些表面?zhèn)扰c離 子交換膜的兩側(cè)分別接觸或空出微小空間地進(jìn)行設(shè)置，分別作為陽極及陰極。
[0004] 特別是提出了多種用于在鈉電解中以高電流效率、低電壓生產(chǎn)高純度的堿金屬氫 氧化物的離子交換膜法氯化堿電解電池，尤其是陽極和陰極夾著離子交換膜地接觸的形式 的壓濾型零間隙電解電池。該壓濾型零間隙電解電池是將背靠背配置陽極室和陰極室而構(gòu) 成的復(fù)極式結(jié)構(gòu)體介由陽離子交換膜排列多個而成的，在上述陰極室中，與陽離子交換膜 接觸的部分設(shè)有氫氣產(chǎn)生用陰極，在上述陽極室中，與陽離子交換膜的相反側(cè)的面接觸的 部分設(shè)有氯氣產(chǎn)生用陽極。
[0005] 在這種電解電池中，通常而言，陽極的基材使用鈦制材料，陰極的基材使用鎳或鎳 合金。另外，陽極及陰極均使用多孔網(wǎng)、沖裁多孔板、金屬絲網(wǎng)或與它們類似的形狀的、具 有多個孔的導(dǎo)電性電極基材（以下，將它們也簡稱為"具有多個孔的導(dǎo)電性基材"），在這些 基材的一個面形成含有包含昂貴且稀少的鉑族金屬和/或其氧化物（以下也成為鉑族金屬 類）的電極催化成分的電極催化層，將形成的面用作進(jìn)行主反應(yīng)的表面?zhèn)取?br>[0006] 關(guān)于陽極和陰極夾著離子交換膜地接觸的形式的零間隙電解電池中使用的電解 用電極的制造方法，例如在專利文獻(xiàn)1中記載了用于陽極及陰極時的具有多個孔的導(dǎo)電性 基材的板厚、開口率、電極催化層的厚度、電極表的凹凸的厚度、退火、形狀加工、利用軋制 的平面化處理、利用噴砂的粗糙化處理、利用酸的洗滌、蝕刻處理、耐腐蝕性提高處理等前 處理。
[0007] 一直以來，對如前所述的具有多個孔的導(dǎo)電性基材通常實施退火、形狀加工、利用 軋制的平面化處理、利用噴砂的粗糙化處理、利用酸的洗滌、蝕刻處理、耐腐蝕性提高處理 等前處理，之后，在其表面?zhèn)刃纬珊邪嘿F的鉑族金屬類的電極催化成分的電極催化 層。電極催化層的形成工序被稱作活化處理工序，該工序通常通過以下3個工序進(jìn)行：將含 有能夠成為電極催化成分的起始原料（以下也簡稱為起始原料）的涂布液涂布在基材上， 然后進(jìn)行干燥、焙燒。更具體而言，活化處理工序中，通常，首先制作溶解有起始原料的涂布 液，將該涂布液涂布在實施了如上所述的前處理的具有多個孔的導(dǎo)電性基材的表面?zhèn)?，?后，將其干燥，進(jìn)一步焙燒而形成電極催化層。此時，為了形成目標(biāo)電極催化層，重復(fù)涂布、 干燥、焙燒這3個工序多次，直至附著于導(dǎo)電性電極基材的表面?zhèn)鹊碾姌O催化成分達(dá)到所 期望的量，經(jīng)過這些工序，形成含有包含昂貴且稀少的鉑族金屬類的電極催化成分（以下 也稱為催化層形成物質(zhì)）的電極催化層。對基材涂布涂布液的涂布工序通常利用噴霧、刷 涂、靜電涂裝、其他方法來進(jìn)行。另外，焙燒工序中的加熱通常利用電爐等進(jìn)行。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第4453973號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 發(fā)明要解決的問題
[0012] 對于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明人新認(rèn)識到下述課題。若根據(jù)如上所述的現(xiàn)有方法，則 形成有電極催化層的陽極及陰極的基材為多孔網(wǎng)、沖裁多孔板、金屬絲網(wǎng)或與它們類似形 狀的、具有多個孔的材料，因此，在該基材的表面?zhèn)扔们笆瞿菢拥姆椒ㄍ坎己衅鹗荚系?涂布液時，涂布于該基材的表面?zhèn)鹊耐坎家航?jīng)由基材的多個孔或上下左右的邊緣向前述基 材的背面?zhèn)绒D(zhuǎn)移，相當(dāng)多量的涂布液也附著于前述基材的背面?zhèn)?。因此，之后若進(jìn)行干燥、 焙燒工序，則電極催化成分固定在如上述列舉那樣的具有多個孔的導(dǎo)電性基材的表面?zhèn)龋?同時在該基材的背面?zhèn)纫补潭伺c固定在其表面?zhèn)鹊碾姌O催化成分的量等量、根據(jù)情況為 等量以上的量的電極催化成分，在上述基材的背面?zhèn)纫残纬捎须姌O催化層。
[0013] 此處，在如上述那樣的電解電池中，作為陽極及陰極的電極催化成分，可以使用選 自鉑、銥、釕、鈀、鋨及它們的氧化物中的至少一種，但任一成分均稀少，主要的用途是作為 寶石等的材料使用，為非常昂貴的材料，其價格逐年高漲。另外，該電解電池用于石油聯(lián)合 企業(yè)的電解設(shè)備等大型設(shè)備的電解電池，其用量也非常大，電極催化成分的成本占整個設(shè) 備費(fèi)的比例非常大，其材料費(fèi)的減少即使說是產(chǎn)業(yè)界的誓愿也不為過。
[0014] 另一方面，在作為陽極或陰極使用的如前述列舉那樣的具有多個孔的導(dǎo)電性基材 薄的情況下，形成在該基材的背面?zhèn)鹊碾姌O催化層中的電極催化成分也與表面?zhèn)鹊碾姌O催 化層中的電極催化成分同樣有效地起作用。但是，在陽極及陰極的任一種情況下，其表面?zhèn)?為主反應(yīng)，表面?zhèn)鹊碾姌O催化層與背面?zhèn)鹊碾姌O催化層相比更迅速地消耗，表面?zhèn)扰c背面 偵W目比電極催化成分迅速地減少。因此，例如在電解開始前，形成在表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊碾姌O 催化層中的電極催化成分的量（以下也稱作電極催化劑量）相同時，表面?zhèn)鹊碾姌O催化劑 量變?yōu)樽畹捅匾獨埩袅恳韵碌臅r刻，背面?zhèn)鹊碾姌O催化成分的大部分在電極的壽命后保持 沒有使用的狀態(tài)而殘留，由于沒有有效利用的原料成分而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失大。從電極催化 成分的原料價格非常昂貴的方面考慮時，不得不說該事實在制造方面為致命的結(jié)果。另一 方面，需要事先進(jìn)行設(shè)計，使得形成在導(dǎo)電性電極基材的表面和背面的電極催化層在電解 結(jié)束后，電極催化劑量的總量的約20%作為最低必要殘留量殘留，也不能在背面?zhèn)韧耆?形成電極催化層。
[0015] 本發(fā)明人從這些方面出發(fā)，達(dá)成了以下認(rèn)識：為了設(shè)計經(jīng)濟(jì)的電解用電極，需要如 下所述地調(diào)整形成在基材的表面和背面的電極催化層中的電極催化劑量，重要的是找出能 夠用簡便的方法調(diào)整附著并固定在基材表面的電極催化成分的量（附著量）的技術(shù)。具體 而言，如前述那樣，導(dǎo)電性電極基材的表面?zhèn)鹊碾姌O催化劑量與背面?zhèn)鹊碾姌O催化劑量的 消耗（減量）速度之差不固定，另外，因電解條件和/或電極催化成分的種類而異，因此，認(rèn) 為有效的是使電極催化成分附著于基材上而形成的電極催化層的、表面?zhèn)鹊碾姌O催化劑量 和背面?zhèn)鹊碾姌O催化劑量在使用后的電解結(jié)束時達(dá)到電極催化成分的最低必要殘留量的 時間大致相同。而且，為了實現(xiàn)該想法，必要的是考慮電解開始前的表面?zhèn)鹊碾姌O催化成分 的附著量，來調(diào)整背面?zhèn)鹊碾姌O催化成分的附著量。即，為了使電極催化成分的附著量為經(jīng) 濟(jì)的且性能最佳，必要的是：
[0016] (1)進(jìn)行調(diào)整，使得導(dǎo)電性電極基材的表面?zhèn)鹊碾姌O催化成分的附著量多于導(dǎo)電 性電極基材的背面?zhèn)鹊碾姌O催化成分的附著量；以及
[0017] (2)根據(jù)因電解用電極的使用條件、催化成分的種類而異的表面背面兩側(cè)的電極 催化成分的消耗速度，適當(dāng)調(diào)整導(dǎo)電性電極基材的表面?zhèn)鹊碾姌O催化成分的附著量和導(dǎo)電 性電極基材的背面?zhèn)鹊碾姌O催化成分的附著量，在基材的表面?zhèn)韧坎纪坎家簳r，將經(jīng)由存 在于導(dǎo)電性電極基材的多個孔或上下左右的邊緣而附著于背面?zhèn)鹊碾姌O催化劑量抑制為 所需最小限度、或者適宜的量。
[0018] 與此相對，現(xiàn)有方法中，完全沒有這樣的認(rèn)識、基于該認(rèn)識的研宄，現(xiàn)有的方法中， 作為電極催化成分，雖然使用選自鉑、銥、釕、鈀、鋨及它們的氧化物中的非常昂貴的材料， 但是連減少基材的背面?zhèn)鹊碾姌O催化成分的附著量都沒有進(jìn)行。即，現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于為了 使電極催化成分在導(dǎo)電性基材的表面背面的附著量經(jīng)濟(jì)且性能最佳而必要的前述目的（1) 及（2)、以及為了達(dá)成這些目的而必要的方法、手段、對策、研宄，即使調(diào)查其他技術(shù)領(lǐng)域、包 括專利文獻(xiàn)1在內(nèi)，也沒有公開或啟示。
[0019] 因此，本發(fā)明的目的在于現(xiàn)有方法中沒有公開或啟示的、使昂貴的電極催化成分 的原材料的用量為最小限度而不損害電極性能，為此，發(fā)現(xiàn)了一種新技術(shù)，該技術(shù)在多孔 網(wǎng)、沖裁多孔板、金屬絲網(wǎng)或與它們類似形狀的、具有多個孔的導(dǎo)電性電極基材上形成電極 催化層時，能夠以簡便的方法適當(dāng)?shù)卣{(diào)整該基材的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊碾姌O催化成分的附著 量。即，本發(fā)明的目的在于提供一種電解用電極的制造方法，該方法能夠用簡便的方法簡便 地調(diào)整，