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JP7733995B2 - Electrode, anode for water electrolysis, electrolytic cell, and method for producing hydrogen - Google Patents
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JP7733995B2 - Electrode, anode for water electrolysis, electrolytic cell, and method for producing hydrogen - Google Patents

Electrode, anode for water electrolysis, electrolytic cell, and method for producing hydrogen

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JP7733995B2 JP2021086488A JP2021086488A JP7733995B2 JP 7733995 B2 JP7733995 B2 JP 7733995B2 JP 2021086488 A JP2021086488 A JP 2021086488A JP 2021086488 A JP2021086488 A JP 2021086488A JP 7733995 B2 JP7733995 B2 JP 7733995B2
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本発明は、電極、水電解用陽極、該水電解用陽極を用いた複極式電解セル、及び該水電解用陽極を用いた水素の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode, an anode for water electrolysis, a bipolar electrolytic cell using the anode for water electrolysis, and a method for producing hydrogen using the anode for water electrolysis.

近年、COによる地球温暖化、化石燃料の埋蔵量の減少等の問題を解決するためのクリーンエネルギーとして、再生可能エネルギーを利用して製造した水素が注目されている。再生可能エネルギーを利用した水素製造においては、従来の化石燃料の改質による水素製造に匹敵する安価なコストが求められている。そのため、再生可能エネルギーを利用した水素製造には、従来の技術では達成できなかった水準の高いエネルギー効率と安価な設備が求められる。 In recent years, hydrogen produced using renewable energy has been attracting attention as a clean energy source that can solve problems such as global warming caused by CO2 and dwindling fossil fuel reserves. Hydrogen production using renewable energy is required to be as inexpensive as hydrogen production by conventional reforming of fossil fuels. Therefore, hydrogen production using renewable energy requires high energy efficiency and inexpensive equipment that cannot be achieved with conventional technologies.

上記の要求に応え得る水素の製造方法として、水の電解分解(水電解)が挙げられる。例えば、風力又は太陽光等の自然エネルギーによる発電を利用した水電解により、水素を製造し、貯蓄あるいは運搬する構想がいくつも提案されている。 One method of producing hydrogen that can meet the above requirements is the electrolytic decomposition of water (water electrolysis). For example, several concepts have been proposed for producing hydrogen through water electrolysis using power generated by natural energy sources such as wind or solar power, and then storing or transporting the hydrogen.

水の電気分解では、水に電流を流すことにより陽極において酸素が発生し、陰極において水素が発生する。電解における主なエネルギー損失の要因として、陽極及び陰極の過電圧が挙げられる。この過電圧を低減することで、効率よく水素を製造することが可能になる。特に陽極の過電圧は陰極の過電圧に比べて高く、陽極の過電圧を下げるための研究開発が広く進められている。 In water electrolysis, oxygen is generated at the anode and hydrogen is generated at the cathode when an electric current is passed through the water. The main cause of energy loss in electrolysis is the overvoltage at the anode and cathode. Reducing this overvoltage makes it possible to produce hydrogen efficiently. The overvoltage at the anode is particularly high compared to the overvoltage at the cathode, and research and development into reducing the overvoltage at the anode is currently underway.

ペロブスカイト型構造を有する酸化物の中には、高い酸素発生能を有する材料が知られており、水電解用陽極材料として着目されている(非特許文献1)。ペロブスカイト型構造を有する酸化物を、アルカリ水電解用陽極として用いるためには、導電性基材の表面上に酸化物層を形成する方法がある。例えば特許文献1には、ニッケル多孔基材の表面上に、結晶成分におけるペロブスカイト型酸化物の含有率が高い金属酸化物の層を形成させることで、低い酸素過電圧と高い耐久性を有する水電解用陽極、及びその陽極を用いた水電解装置が開示されている。 Among oxides with a perovskite structure, some are known to have high oxygen generation capacity and are attracting attention as anode materials for water electrolysis (Non-Patent Document 1). To use an oxide with a perovskite structure as an anode for alkaline water electrolysis, one method involves forming an oxide layer on the surface of a conductive substrate. For example, Patent Document 1 discloses a water electrolysis anode with low oxygen overvoltage and high durability achieved by forming a metal oxide layer with a high content of perovskite oxide in the crystalline components on the surface of a porous nickel substrate, as well as a water electrolysis device using this anode.

国際公開第2018/155503号International Publication No. 2018/155503

Science,2011,334,1383Science, 2011, 334, 1383

特許文献1に記載の陽極は、アルカリ濃度の高い電解液を使用した場合においては、酸素過電圧が十分に低くはならない、という課題があると分かった。 It was found that the anode described in Patent Document 1 has the problem that the oxygen overvoltage does not become sufficiently low when an electrolyte with a high alkaline concentration is used.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、アルカリ濃度の高い電解液を使用した場合において低い酸素発生の過電圧を示す電極、水電解用の陽極、該水電解用陽極を用いた複極式電解セル、及び該水電解用陽極を用いた水素の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide an electrode that exhibits a low oxygen evolution overvoltage when an electrolyte with a high alkaline concentration is used, an anode for water electrolysis, a bipolar electrolytic cell using the water electrolysis anode, and a method for producing hydrogen using the water electrolysis anode.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究し、実験を重ねた。その結果、基材上に、特定の細孔構造を有するLaNi3-z層を形成させた電極が、アルカリ濃度の高い電解液を使用した場合において酸素発生の過電圧が低く、水電解用陽極として利用が可能であることを見出し、本発明に至った。 The present inventors have conducted extensive research and experiments to solve the above problems, and as a result have found that an electrode having a LaNi x M y O 3-z layer with a specific pore structure formed on a substrate has a low overvoltage for oxygen evolution when an electrolyte solution with a high alkaline concentration is used, and can be used as an anode for water electrolysis, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]基材上に、LaNiNb3-z(x+yは0.8以上1.2以下、yは0以上0.2以下、zは-0.5以上0.5以下)を有し、LaNiNb3-z層中の20μm角領域において、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和が10μm以上200μm以下である電極。
[2]前記20μm角領域において、平均細孔面積が、0.785μm超10μm以下である、[1]に記載の電極。
[3]前記20μm角領域において、平均細孔数が、20個以上150個以下である、[1]又は[2]に記載の電極。
[4]前記20μm角領域において、空隙率が、29%超55%以下である、[1]~[3]のいずれか一項に記載の電極。
[5][1]~[4]のいずれか一項に記載の電極を陽極に用いてなることを特徴とする、電解セル。
[6]アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法において、前記電解槽は、少なくとも陽極と陰極を備え、前記陽極は、基材上に、LaNiNb3-z(x+yは0.8以上1.2以下、yは0以上0.2以下、zは-0.5以上0.5以下)を有し、LaNiNb3-z層中の20μm角領域において、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和が10μm以上200μm以下であることを特徴とする、水素の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] An electrode having LaNixNbyO3 -z ( x+y is 0.8 or more and 1.2 or less, y is 0 or more and 0.2 or less, z is -0.5 or more and 0.5 or less) on a substrate, in which the sum of the areas of pores exceeding 0.785 μm2 and 20 μm2 or less in a 20 μm square region in the LaNixNbyO3 -z layer is 10 μm2 or more and 200 μm2 or less.
[2] The electrode according to [1], wherein the average pore area in the 20 μm square region is greater than 0.785 μm 2 and less than or equal to 10 μm 2 .
[3] The electrode according to [1] or [2], wherein the average number of pores in the 20 μm square region is 20 or more and 150 or less.
[4] The electrode according to any one of [1] to [3], wherein the porosity in the 20 μm square region is more than 29% and not more than 55%.
[5] An electrolytic cell, characterized by using the electrode according to any one of [1] to [4] as an anode.
[6] A method for producing hydrogen by electrolyzing alkali-containing water in an electrolytic cell, the electrolytic cell comprising at least an anode and a cathode, the anode having LaNi x Nb y O 3-z (x+y is 0.8 or more and 1.2 or less, y is 0 or more and 0.2 or less, z is -0.5 or more and 0.5 or less) on a substrate, the method being characterized in that in a 20 μm square region in the LaNi x Nb y O 3-z layer, the sum of the areas of pores exceeding 0.785 μm 2 and 20 μm 2 or less is 10 μm 2 or more and 200 μm 2 or less.

本発明によれば、アルカリ濃度の高い電解液を使用した場合において低い酸素過電圧を有する電極、水電解用陽極、及びこの水電解用陽極を備えた水電解セルを得られる。 The present invention provides an electrode that exhibits low oxygen overvoltage when using an electrolyte solution with a high alkaline concentration, a water electrolysis anode, and a water electrolysis cell equipped with this water electrolysis anode.

本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の一例の全体について示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an example of an entire electrolytic cell including an electrolytic cell equipped with the electrode of the present embodiment as an anode. 本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の、図1の破線四角枠の部分の電解セル内部の断面を示す図である。2 is a diagram showing a cross section of the inside of an electrolytic cell of an electrolytic cell including an electrode of the present embodiment as an anode, the part enclosed by a dashed square frame in FIG. 1. [0023]FIG. 実施例、比較例で用いた電解装置の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of an electrolysis device used in Examples and Comparative Examples. 電解試験で用いた複極式電解槽の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a bipolar electrolytic cell used in an electrolysis test. 電極の断面写真、及び、切り取る20μm角領域の設定の一例である。1 shows a cross-sectional photograph of an electrode and an example of the setting of a 20 μm square region to be cut out. 図5より切り取られた20μm角領域の画像の一例である。6 is an example of an image of a 20 μm square area cut out from FIG. 5. 図6から細孔を二値化抽出した画像の例である。7 is an example of an image obtained by extracting and binarizing pores from FIG. 6.

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、以下の本実施形態は本発明を説明するための例示であり、本発明を限定する趣旨ではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。 The following describes in detail the mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as the "present embodiment"). Note that the following present embodiment is an example for explaining the present invention and is not intended to limit the present invention. Furthermore, the present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the invention.

(電極)
本実施形態において、電極は、少なくとも、基材を有することが第一の特徴である。
(electrode)
In this embodiment, the electrode is primarily characterized by having at least a substrate.

基材は、導電性を有することが好ましい。導電性基材の材質としては、例えば、ニッケル、ニッケルを主成分とした材料、チタン、GC(Glassy Carbon)、タンタル、ジルコニウム、金、白金、パラジウム等が挙げられる。ニッケルを主成分とした材料としては、例えばモネル、インコネルやハステロイなどのニッケル基合金が挙げられる。 The substrate is preferably electrically conductive. Examples of conductive substrate materials include nickel, nickel-based materials, titanium, GC (glassy carbon), tantalum, zirconium, gold, platinum, and palladium. Examples of nickel-based materials include nickel-based alloys such as Monel, Inconel, and Hastelloy.

電極調製時の焼成工程に対する耐熱性の観点から、基材の材質は金属であることがより好ましい。加えて、アルカリ水溶液中の酸素発生電位においても溶解されずかつ貴金属と比較して安価に入手できる金属であり、耐久性、導電性及び経済性の観点から、ニッケル又はニッケルを主成分とした材料がさらに好ましい。 From the viewpoint of heat resistance during the firing process in electrode preparation, it is more preferable that the substrate material be a metal. Furthermore, nickel or a material primarily composed of nickel is even more preferable from the viewpoints of durability, conductivity, and economy, as these metals do not dissolve even at the oxygen generating potential in an alkaline aqueous solution and are more inexpensively available than noble metals.

電極の導電性基材の形状としては、平板状でもよいが、多数の孔を有する板状である多孔体であってもよい。多孔体の具体的な形状としては、エキスパンドメタル、パンチングメタル、平織メッシュ、発泡金属、又はこれらに類似する形状が挙げられる。これらの中で、エキスパンドメタルが好ましく、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、また、機械的強度の観点から、メッシュの短目方向の中心間距離(SW)は2mm以上5mm以下、メッシュの長目方向の中心間距離(LW)は3mm以上10mm以下、厚みは0.2mm以上2mm以下、開口率は20%以上80%以下が好ましい。より好ましくは、SWは3mm以上4mm以下、LWは4mm以上6mm以下、厚みは0.8mm以上1.5mm以下、開口率は40%以上60%以下である。 The conductive substrate of the electrode may be flat or may be a porous body with numerous holes. Specific examples of porous bodies include expanded metal, punched metal, plain weave mesh, foam metal, and similar shapes. Among these, expanded metal is preferred. While there are no particular restrictions on its dimensions, to achieve both an increase in gas generation due to an increase in electrolysis surface area and efficient removal of gas generated by electrolysis from the electrode surface, and from the standpoint of mechanical strength, it is preferable that the center-to-center distance (SW) of the mesh in the short direction be 2 mm to 5 mm, the center-to-center distance (LW) of the mesh in the long direction be 3 mm to 10 mm, the thickness be 0.2 mm to 2 mm, and the aperture ratio be 20% to 80%. More preferably, SW is 3 mm to 4 mm, LW is 4 mm to 6 mm, the thickness be 0.8 mm to 1.5 mm, and the aperture ratio be 40% to 60%.

本実施形態において、LaNiNb3-z(x+yは0.8以上1.2以下、yは0以上0.2以下、zは-0.5以上0.5以下)を有することが、第二の特徴である。 A second feature of this embodiment is that it has LaNixNbyO3 -z (x+y is 0.8 or more and 1.2 or less, y is 0 or more and 0.2 or less, and z is -0.5 or more and 0.5 or less).

LaNiNb3-zは、基材上に直接的に積層され、LaNiNb3-z層を形成していてよく、基材とLaNiNb3-z層との間で界面が形成されていてよい。
本実施形態においては、ペロブスカイト型構造の金属酸化物として、Bサイトの少なくとも一部に、Niを配置することで、高い酸素発生能を実現することができる。さらに、Niと共にBサイトにNbを配置すると、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合、低い酸素発生の過電圧を付与できるため、好ましい。
x+yは、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合、低い酸素発生の過電圧を付与する観点から0.8以上1.2以下である。より好ましくは0.8以上1.05以下であり、さらに好ましくは、1.0以上1.05以下である。
yは、0以上0.2以下である。好ましくは0.005以上0.15以下であり、さらに好ましくは、0.01以上0.1以下である。
zは、-0.5以上0.5以下である。
LaNixNbyO3 -z may be deposited directly on the substrate to form a LaNixNbyO3 -z layer , and an interface may be formed between the substrate and the LaNixNbyO3 -z layer .
In this embodiment, a high oxygen generating capacity can be achieved by disposing Ni in at least a part of the B site of the metal oxide having a perovskite structure. Furthermore, disposing Nb in the B site together with Ni is preferable because a low oxygen generating overvoltage can be imparted when an electrolyte with a high alkaline concentration is used.
When an electrolyte solution with a high alkaline concentration is used, x+y is 0.8 or more and 1.2 or less from the viewpoint of providing a low oxygen evolution overvoltage, more preferably 0.8 or more and 1.05 or less, and even more preferably 1.0 or more and 1.05 or less.
y is 0 or more and 0.2 or less, preferably 0.005 or more and 0.15 or less, and more preferably 0.01 or more and 0.1 or less.
z is equal to or greater than −0.5 and equal to or less than 0.5.

本発明において、zは、Laを3価、Niを3価、Nbを5価、Oを-2価とし、組成式の価数バランスが合うように計算し求められるOの組成比率3-zより求められる。例えば、組成式LaNiNb3-zにおいて、x=0.8、y=0.2であれば、3-z=(3+3×0.8+5×0.2)/2の関係式から、z=-0.2と求まる。 In the present invention, z is determined from the composition ratio 3-z of O calculated so that the valence balance of the composition formula is balanced, assuming that La is trivalent, Ni is trivalent, Nb is pentavalent, and O is -2valent. For example, in the composition formula LaNi x Nb y O 3-z , if x = 0.8 and y = 0.2, then z = -0.2 is determined from the relational formula 3-z = (3 + 3 × 0.8 + 5 × 0.2)/2.

基材上に、LaNiNb3-z(x+yは0.8以上1.2以下、yは0以上0.2以下、zは-0.5以上0.5以下)を有することは、例えば、基材上のLaNiNb3-z層を剥離して王水に溶解し、ICP-AES(誘導結合プラズマ発光分光分析)法により組成分析を行う方法や、基材上のLaNiNb3-z層を剥離して蛍光X線分析装置により組成分析を行う方法や、電極断面のLaNiNb3-z層をSEM-EDX分析することなど公知の方法により確認することができる。 The presence of LaNi x Nb y O 3-z (x+y is 0.8 or more and 1.2 or less, y is 0 or more and 0.2 or less, z is −0.5 or more and 0.5 or less) on the substrate can be confirmed by known methods, such as peeling off the LaNi x Nb y O 3-z layer on the substrate, dissolving it in aqua regia, and performing composition analysis by ICP-AES (inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy), peeling off the LaNi x Nb y O 3-z layer on the substrate, and performing composition analysis by an X-ray fluorescence analyzer, or performing SEM-EDX analysis of the LaNi x Nb y O 3-z layer on the cross section of the electrode.

本実施形態において、LaNiNb3-z層中の20μm角領域において、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和が10μm以上200μm以下であることが、第三の特徴である。 A third feature of this embodiment is that the sum of the areas of pores having an area of more than 0.785 μm 2 and not more than 20 μm 2 is not less than 10 μm 2 and not more than 200 μm 2 in a 20 μm square region in the LaNixNb yO3-z layer.

細孔が真円状である場合、直径1μmの真円状の細孔の面積は0.5×0.5×π≒0.785(μm)となる。また、直径5μmの真円状の細孔の面積は、2.5×2.5×π≒20(μm)である。面積が0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和が10μm以上200μm以下の範囲であることは、細孔が真円状である場合、直径が1μm超5μm以下の細孔が、触媒層断面において、一定の面積範囲で存在することを示している。 When the pores are perfectly circular, the area of a perfectly circular pore with a diameter of 1 μm is 0.5 × 0.5 × π ≈ 0.785 (μm 2 ). Similarly, the area of a perfectly circular pore with a diameter of 5 μm is 2.5 × 2.5 × π ≈ 20 (μm 2 ). The fact that the sum of the areas of pores with an area of more than 0.785 μm 2 and not more than 20 μm 2 is in the range of 10 μm 2 to 200 μm 2 indicates that, when the pores are perfectly circular, pores with a diameter of more than 1 μm and not more than 5 μm are present within a certain area range in the cross section of the catalyst layer.

本実施形態において、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和の算出は、電極の小片を、エポキシ樹脂に包埋した後に、切断研磨により断面観察試料を作成し、電子顕微鏡にて倍率500倍にて観察した反射電子像から、画像処理ソフトにより細孔を二値化抽出する画像を領域20μm角に設定して切り出し、切り出した画像から画像処理を行って細孔を二値化抽出し、各細孔の面積を求め、細孔の面積のうち、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和を算出することにより行う。断面写真から細孔を二値化抽出する20μm角領域は、領域内に外表面や、外表面に通じるクラックが含まれることが無いように設定する。画像を処理する際には、ノイズを除去する目的で、適宜フィルター処理を行うことが好ましい。画像処理の具体的な方法は、実施例にて後述する。 In this embodiment, the sum of the areas of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 is calculated by embedding a small piece of the electrode in epoxy resin, cutting and polishing it to create a cross-sectional observation sample, and then using image processing software to cut out an image from the backscattered electron image observed at 500x magnification, setting a 20 μm square region to binarize and extract the pores. Image processing is then performed on the cut-out image to binarize and extract the pores, determining the area of each pore, and calculating the sum of the areas of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2. The 20 μm square region from which pores are binarized and extracted from the cross-sectional photograph is set so that it does not include the outer surface or cracks leading to the outer surface. When processing the image, it is preferable to perform appropriate filtering to remove noise. Specific image processing methods will be described later in the examples.

本発明者らは、基材上に、LaNiNb3-z(x+yは0.8以上1.2以下、yは0以上0.2以下、zは-0.5以上0.5以下)を有し、LaNiNb3-z層中の20μm角領域において、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和が10μm以上200μm以下である電極が、驚くべきことにアルカリ濃度の高い電解液を用いた場合に過電圧が低いことを見出した。この理由は明らかではないが、面積が0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和が10μm以上200μm以下の範囲である場合、アルカリ濃度が高い電解液を用いた場合でも、電解液の粘度に起因する電極内の拡散速度低下が抑制され、かつアルカリ濃度が高い電解液に対して十分な安定性を有するためであると思われる。
アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合により低い酸素発生の過電圧を付与する観点から、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和はより好ましくは20μm以上160μm以下であり、さらに好ましくは30μm以上130μm以下である。
The present inventors have surprisingly discovered that an electrode having LaNi x Nb y O 3-z (x+y is 0.8 to 1.2, y is 0 to 0.2, and z is -0.5 to 0.5 ) on a substrate, in which the sum of the areas of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 in a 20 μm square region in the LaNi x Nb y O 3-z layer is 10 to 200 μm 2 , exhibits low overvoltage when an electrolyte with a high alkaline concentration is used. The reason for this is not clear, but it is thought that when the sum of the areas of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 is in the range of 10 to 200 μm 2 , a decrease in the diffusion rate in the electrode due to the viscosity of the electrolyte is suppressed even when an electrolyte with a high alkaline concentration is used, and the electrode has sufficient stability against an electrolyte with a high alkaline concentration.
From the viewpoint of imparting a lower oxygen evolution overvoltage when an electrolyte solution with a high alkali concentration is used, the total area of the pores having an area of more than 0.785 μm 2 and not more than 20 μm 2 is more preferably 20 μm 2 or more and 160 μm 2 or less, and even more preferably 30 μm 2 or more and 130 μm 2 or less.

本実施形態において、前記20μm角領域における平均細孔面積が、0.785μm超10μm以下であることが、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合に低い酸素発生の過電圧を付与する観点から、好ましい。
平均細孔面積は、切り出した画像から画像処理ソフトにより画像処理を行って細孔を二値化抽出して求まる各細孔の面積の数平均であり、具体的な算出方法は、実施例にて後述する。
平均細孔面積は、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合により低い酸素発生の過電圧を付与する観点から、1.2μm以上6.8μm以下であることがより好ましく、3.2μm以上4.5μm以下であることがさらに好ましい。
In this embodiment, it is preferable that the average pore area in the 20 μm square region is more than 0.785 μm 2 and not more than 10 μm 2 from the viewpoint of imparting a low oxygen evolution overvoltage when an electrolyte with a high alkaline concentration is used.
The average pore area is the number average of the areas of each pore obtained by binarizing and extracting the pores from the cut-out image by image processing software, and a specific calculation method will be described later in the Examples.
The average pore area is more preferably 1.2 μm 2 or more and 6.8 μm 2 or less, and even more preferably 3.2 μm 2 or more and 4.5 μm 2 or less, from the viewpoint of imparting a lower oxygen evolution overvoltage when an electrolyte solution with a high alkaline concentration is used.

本実施形態において、前記20μm角領域における平均細孔数が20個以上150個以下であることが、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合に低い酸素発生の過電圧を付与する観点から、好ましい。
平均細孔数の具体的な算出方法は、実施例にて後述する。
平均細孔数は、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合により低い酸素発生の過電圧を付与する観点から、22個以上140個以下であることがより好ましく、29個以上140個以下であることがさらに好ましく、29個以上51個以下であることが最も好ましい。
In this embodiment, it is preferable that the average number of pores in the 20 μm square region is 20 to 150, from the viewpoint of imparting a low oxygen evolution overvoltage when an electrolyte with a high alkaline concentration is used.
A specific method for calculating the average number of pores will be described later in the Examples.
From the viewpoint of imparting a lower oxygen evolution overvoltage when an electrolyte solution with a high alkaline concentration is used, the average number of pores is more preferably 22 or more and 140 or less, even more preferably 29 or more and 140 or less, and most preferably 29 or more and 51 or less.

本実施形態において、20μm角領域において、空隙率が、29%超55%以下であることが、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合に低い酸素発生の過電圧を付与する観点から、好ましい。
空隙率の具体的な算出方法は、実施例にて後述する。
空隙率は、より好ましくは41%以上55%以下であり、さらに好ましくは42%以上55%以下であり、最も好ましくは45%以上55%以下である。
In this embodiment, it is preferable that the porosity is more than 29% and not more than 55% in a 20 μm square region from the viewpoint of imparting a low oxygen evolution overvoltage when an electrolyte with a high alkaline concentration is used.
A specific method for calculating the porosity will be described later in the Examples.
The porosity is more preferably 41% or more and 55% or less, even more preferably 42% or more and 55% or less, and most preferably 45% or more and 55% or less.

本実施形態の電極は、水電解用陽極として実用に供することが可能であり、本実施形態は、本実施形態の電極を陽極に用いた水電解用電解セル、及び該水電解用陽極を用いた水素の製造方法を提供することが可能である。水電解にはアルカリを含有する水を用いてよい。 The electrode of this embodiment can be used practically as an anode for water electrolysis, and this embodiment can provide an electrolytic cell for water electrolysis that uses the electrode of this embodiment as the anode, and a method for producing hydrogen using the anode for water electrolysis. Water containing alkali may be used for water electrolysis.

(電極の調製法)
本実施形態の電極は、基材にLa、Ni、Nbの金属塩を含む水溶液(塗布液)を塗布し、乾燥、仮焼成を行い、基材上に所定重量のLaNiNb3-z前駆体を形成後、これを本焼成することにより調製することができる。
(Electrode Preparation Method)
The electrode of this embodiment can be prepared by applying an aqueous solution (coating liquid) containing metal salts of La, Ni, and Nb to a substrate, drying and pre-baking the solution, forming a predetermined weight of LaNi x Nb y O 3-z precursor on the substrate, and then baking the resulting precursor.

金属塩としては、硝酸塩、オキシ硝酸塩、塩化物、シュウ酸塩、酒石酸塩、酢酸塩、硫酸塩、等水溶性の塩を用いることができる。金属塩は、無水塩でも、含水塩でも構わない。
La、Ni、Nbは、金属塩の代わりに、酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを使用してもよい。
Nbの金属塩としては、溶解性の観点から、シュウ酸ニオブもしくはシュウ酸ニオブアンモニウムを用いることが好ましい。
The metal salt may be a water-soluble salt such as a nitrate, oxynitrate, chloride, oxalate, tartrate, acetate, sulfate, etc. The metal salt may be an anhydrous salt or a hydrate salt.
For La, Ni, and Nb, a water-dispersible sol of an oxide or hydroxide may be used instead of a metal salt.
As the metal salt of Nb, niobium oxalate or ammonium niobium oxalate is preferably used from the viewpoint of solubility.

塗布液には、グリシン等のアミノ酸、シュウ酸や酒石酸等のカルボン酸等、有機配位子を添加することが、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合により低い酸素発生の過電圧を示すLaNiNb3-zの調製を容易にする観点から、好ましい。
特にグリシンと金属硝酸塩を溶解した塗布液を用いると、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合により低い酸素発生の過電圧を示す電極を調製することが容易となるため、グリシンは好ましい有機配位子である。
It is preferable to add an organic ligand, such as an amino acid such as glycine, or a carboxylic acid such as oxalic acid or tartaric acid, to the coating solution, from the viewpoint of facilitating the preparation of LaNixNbyO3 -z , which exhibits a lower oxygen evolution overvoltage when an electrolyte with a high alkaline concentration is used.
Glycine is a preferred organic ligand, because the use of a coating solution containing glycine and a metal nitrate makes it easier to prepare electrodes that exhibit lower oxygen evolution overpotentials when using electrolytes with high alkaline concentrations.

La、Ni、Nbの金属塩を含む水溶液の濃度は、LaNiNb3-z基準の重量モル濃度で0.3mol/kg溶媒以上、4mol/kg溶媒以下が好ましい。0.3mol/kg溶媒以上では、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和を10μm以上200μm以下とするのが容易となる。4mol/kg溶媒以下では、金属塩や有機配位子の溶解が容易となり、塗布液の生産性の観点から好ましい。より好ましくは、0.35mol/kg溶媒以上2.0mol/kg溶媒以下であり、さらに好ましくは0.4mol/kg溶媒以上1.0mol/kg溶媒以下である。 The concentration of the aqueous solution containing metal salts of La, Ni, and Nb is preferably 0.3 mol/kg or more and 4 mol/kg or less in terms of weight molar concentration based on LaNi x Nb y O 3-z. At 0.3 mol/kg or more, it is easy to set the total area of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 to 10 μm 2 or more and 200 μm 2 or less. At 4 mol/kg or less, dissolution of metal salts and organic ligands is facilitated, which is preferable from the viewpoint of productivity of the coating solution. More preferably, it is 0.35 mol/kg or more and 2.0 mol/kg or less, and even more preferably 0.4 mol/kg or more and 1.0 mol/kg or less.

基材に塗布液を塗布後、乾燥する温度は、50℃以上200℃以下が好ましい。50℃以上であれば、乾燥が3分以上1時間以内で完了し、生産性の観点から好ましい。200℃以下であれば、乾燥後基材の冷却時間が短くなり、生産性の観点から好ましい。 After applying the coating liquid to the substrate, the drying temperature is preferably 50°C or higher and 200°C or lower. If the temperature is 50°C or higher, drying can be completed in 3 minutes to 1 hour, which is preferable from the perspective of productivity. If the temperature is 200°C or lower, the cooling time of the substrate after drying is shorter, which is preferable from the perspective of productivity.

基材への塗布液の塗布法としては、基材を塗布液中に完全に浸漬するディップコート法が好ましい。ディップコート法により塗布を行うと、塗布液濃度の制御により0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和を10μm以上200μm以下とすることが容易である。
基材を塗布液中に浸漬する際には、基材の向きを斜めにしてゆっくりと入れると、気泡を付着させることなく基材を完全に浸漬することが可能となり、また基材表面に形成された金属酸化物層(仮焼成体層)内の空隙が塗布液で完全に置換されるため、再現性良く0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和を制御することが可能となり、好ましい。
The method for applying the coating solution to the substrate is preferably a dip coating method in which the substrate is completely immersed in the coating solution. When coating is performed by the dip coating method, it is easy to control the concentration of the coating solution to make the total area of pores greater than 0.785 μm 2 and less than or equal to 10 μm 2 and less than or equal to 200 μm 2 .
When immersing the substrate in the coating liquid, it is preferable to slowly insert the substrate at an angle, as this allows the substrate to be completely immersed without forming any air bubbles. In addition, the voids in the metal oxide layer (preliminary calcined layer) formed on the surface of the substrate are completely replaced with the coating liquid, making it possible to reproducibly control the total area of pores greater than 0.785 μm2 and not greater than 20 μm2 .

乾燥後の基材を仮焼成する温度は、300℃以上500℃以下が好ましい。300℃以上であれば、仮焼成が3分以上1時間以内で完了し、生産性の観点から好ましい。500℃以下であれば、乾燥後基材の冷却時間が短くなり、生産性の観点から好ましい。 The temperature at which the dried substrate is pre-baked is preferably 300°C or higher and 500°C or lower. If it is 300°C or higher, pre-baking can be completed in 3 minutes to 1 hour, which is preferable from the perspective of productivity. If it is 500°C or lower, the cooling time for the substrate after drying is shorter, which is preferable from the perspective of productivity.

塗布、乾燥、仮焼成は、所望のLaNiNb3-z付着量の電極を調製するため、繰り返し行なってもよい。1回の塗布、乾燥、仮焼成あたりの付着量が10g/m以上20g/m以下であると、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和を10μm以上20μm以下とすることが容易となり、好ましい。 The coating, drying, and calcination steps may be repeated to prepare an electrode with a desired LaNixNbyO3 -z coating amount. When the coating amount per coating, drying, and calcination step is 10 g/ m2 or more and 20 g/m2 or less , it is easy to set the total area of pores greater than 0.785 μm2 and 20 μm2 or less to 10 μm2 or more and 20 μm2 or less, which is preferable.

本焼成する温度は、500℃以上1000℃以下で行うことが可能であるが、750℃以上で焼成することが好ましい。750℃以上で焼成すると、10分以上24時間以内の焼成時間で、アルカリ濃度の高い電解液を用いた場合により低い酸素発生の過電圧を示す電極を調製することが容易となるため、生産性の観点から好ましい。 The firing temperature can be between 500°C and 1000°C, but firing at 750°C or higher is preferred. Firing at 750°C or higher is preferred from the standpoint of productivity, as it makes it easier to prepare an electrode that exhibits a lower oxygen evolution overvoltage when using an electrolyte with a high alkaline concentration, with a firing time of between 10 minutes and 24 hours.

Nbは、あらかじめLa、Niの金属塩、又は酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を塗布し、乾燥、仮焼成を行なった後、電極にNbの金属塩又は酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を上塗りする要領で塗布し、乾燥、仮焼成し、本焼成する方法で添加してもよい。
また、Nbは、あらかじめLa、Niの金属塩又は酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を塗布し、乾燥、仮焼成、本焼成を行なった後、電極にNbの金属塩又は酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を上塗りする要領で塗布し、乾燥、仮焼成し、本焼成する方法で添加してもよい。
Nb may be added by a method in which a coating liquid containing a water-dispersible sol of a metal salt, or an oxide or hydroxide of La or Ni is applied in advance, dried, and pre-baked, and then a coating liquid containing a water-dispersible sol of a metal salt, or an oxide or hydroxide of Nb is applied to the electrode in a topcoat manner, dried, pre-baked, and then baked.
Nb may also be added by a method in which a coating liquid containing a water-dispersible sol of a metal salt, oxide, or hydroxide of La or Ni is applied in advance, followed by drying, pre-baking, and main baking, and then a coating liquid containing a water-dispersible sol of a metal salt, oxide, or hydroxide of Nb is applied to the electrode in a topcoat manner, followed by drying, pre-baking, and main baking.

(電解槽)
図1に、本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の一例の全体についての側面図を示す。
図2に、本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の、図1の破線四角枠の部分の電解セル内部の断面を示す。
本実施形態の複極式電解槽50(図3参照)は、隔膜4が陽極2a及び陰極2cと接触してゼロギャップ構造Zが形成されている(図2参照)。
なお、図3に、実施例、比較例で用いた電解装置の概要を示す。図4に、電解試験で用いた複極式電解槽の概要を示す。
(electrolytic cell)
FIG. 1 shows a side view of an example of an entire electrolytic cell including an electrolytic cell equipped with the electrode of this embodiment as an anode.
FIG. 2 shows a cross section of the inside of an electrolytic cell in the portion enclosed by the dashed square frame in FIG. 1, of an electrolytic cell including the electrolytic cell equipped with the electrode of this embodiment as an anode.
In the bipolar electrolytic cell 50 (see FIG. 3) of this embodiment, the diaphragm 4 is in contact with the anode 2a and the cathode 2c, forming a zero-gap structure Z (see FIG. 2).
The electrolysis apparatus used in the examples and comparative examples is shown in Fig. 3. The bipolar electrolytic cell used in the electrolysis tests is shown in Fig. 4.

(エレメント)
図1に示すように、複極式電解槽50では、複極式エレメント60が、陽極ターミナルエレメント51aと陰極ターミナルエレメント51cとの間に配置され、隔膜4は、陽極ターミナルエレメント51aと複極式エレメント60との間、隣接して並ぶ複極式エレメント60同士の間、及び複極式エレメント60と陰極ターミナルエレメント51cとの間に配置されている。
(element)
As shown in FIG. 1 , in a bipolar electrolytic cell 50, a bipolar element 60 is disposed between an anode terminal element 51 a and a cathode terminal element 51 c, and diaphragms 4 are disposed between the anode terminal element 51 a and the bipolar element 60, between adjacent bipolar elements 60, and between the bipolar element 60 and the cathode terminal element 51 c.

本実施形態では、特に、複極式電解槽50における、隣接する2つの複極式エレメント60間の互いの隔壁1間における部分、及び、隣接する複極式エレメント60とターミナルエレメントとの間の互いの隔壁1間における部分、を電解セル65と称する。電解セル65は、一方のエレメントの隔壁1、陽極室5a、陽極2a、及び、隔膜4、及び、他方のエレメントの陰極2c、陰極室5c、隔壁1を含む。 In this embodiment, the portion of the bipolar electrolytic cell 50 between the partition walls 1 of two adjacent bipolar elements 60, and the portion between the partition walls 1 of an adjacent bipolar element 60 and a terminal element, are particularly referred to as the electrolytic cell 65. The electrolytic cell 65 includes the partition wall 1, anode chamber 5a, anode 2a, and diaphragm 4 of one element, and the cathode 2c, cathode chamber 5c, and partition wall 1 of the other element.

(電極室)
本実施形態における複極式電解槽50では、図2に示すとおり、隔壁1と外枠3と隔膜4とにより、電解液が通過する電極室5が画成されている。ここで、隔壁1を挟んで陽極側の電極室5が陽極室5a、陰極側の電極室5が陰極室5cである。
(electrode chamber)
In the bipolar electrolytic cell 50 of this embodiment, as shown in Fig. 2, electrode chambers 5 through which the electrolytic solution passes are defined by the partition wall 1, the outer frame 3, and the diaphragm 4. Here, the electrode chamber 5 on the anode side across the partition wall 1 is the anode chamber 5a, and the electrode chamber 5 on the cathode side is the cathode chamber 5c.

本実施形態においては、複極式電解槽のヘッダー管の配設態様としては、内部ヘッダー型及び外部ヘッダー型を採用できるところ、陽極及び陰極自身が占める空間も電極室の内部にある空間であるものとしてよい。また、特に、気液分離ボックスが設けられている場合、気液分離ボックスが占める空間も電極室の内部にある空間であるものとしてよい。 In this embodiment, the header pipes of the bipolar electrolytic cell can be arranged in either an internal header type or an external header type, and the space occupied by the anode and cathode themselves may also be considered to be the space inside the electrode chamber. Furthermore, particularly when a gas-liquid separation box is provided, the space occupied by the gas-liquid separation box may also be considered to be the space inside the electrode chamber.

(リブ)
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セル65では、リブ6が電極2と物理的に接続されていることが好ましい。かかる構成によれば、リブ6が電極2の支持体となり、ゼロギャップ構造Zを維持しやすい。また、リブ6は隔壁1と電気的につながっていることが好ましい。また、リブ6を設けることでは、電極室5内における気液の流れの乱れにより電極室5に生じる対流を低減して、局所的な電解液の温度の上昇を抑制することができる。
(rib)
In the bipolar electrolytic cell 65 for alkaline water electrolysis of this embodiment, the ribs 6 are preferably physically connected to the electrodes 2. With such a configuration, the ribs 6 serve as supports for the electrodes 2, making it easier to maintain the zero-gap structure Z. The ribs 6 are also preferably electrically connected to the partition wall 1. Furthermore, the provision of the ribs 6 can reduce convection that occurs in the electrode chambers 5 due to turbulence in the gas-liquid flow within the electrode chambers 5, thereby suppressing a local increase in the temperature of the electrolyte.

ここで、リブに、電極が設けられていてもよく、リブに、集電体、導電性弾性体、電極がこの順に設けられていてもよい。 Here, an electrode may be provided on the rib, or a current collector, conductive elastic body, and electrode may be provided on the rib in this order.

前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、陰極室において、陰極リブ-陰極集電体-導電性弾性体-陰極の順に重ね合わせられた構造が採用され、陽極室において、陽極リブ-陽極の順に重ね合わせられた構造が採用されている。 In the bipolar electrolytic cell for alkaline water electrolysis described above, the cathode chamber has a structure in which the cathode rib, cathode current collector, conductive elastic body, and cathode are stacked in this order, and the anode chamber has a structure in which the anode rib and anode are stacked in this order.

なお、前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、陰極室において上記「陰極リブ-陰極集電体-導電性弾性体-陰極」の構造が採用され、陽極室において上記「陽極リブ-陽極」の構造が採用されているが、本発明ではこれに限定されることなく、陽極室においても「陽極リブ-陽極集電体-導電性弾性体-陽極」構造が採用されてもよい。 In the example bipolar electrolytic cell for alkaline water electrolysis described above, the cathode chamber employs the above-mentioned "cathode rib-cathode current collector-conductive elastic body-cathode" structure, and the anode chamber employs the above-mentioned "anode rib-anode" structure, but the present invention is not limited to this, and the anode chamber may also employ an "anode rib-anode current collector-conductive elastic body-anode" structure.

詳細には、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、図2に示すように、隔壁1にリブ6(陽極リブ、陰極リブ)が取り付けられていることが好ましい。
リブ(陽極リブ、陰極リブ)には、陽極又は陰極を支える役割だけでなく、電流を隔壁から陽極又は陰極へ伝える役割を備えることが好ましい。
Specifically, in the bipolar electrolytic cell for alkaline water electrolysis of this embodiment, as shown in FIG. 2 , ribs 6 (anode ribs, cathode ribs) are preferably attached to the partition wall 1 .
The ribs (anode ribs, cathode ribs) preferably have a role not only to support the anode or cathode but also to transmit current from the partition wall to the anode or cathode.

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、リブの少なくとも一部が導電性を備えことが好ましく、リブ全体が導電性を備えことがさらに好ましい。かかる構成によれば、電極たわみによるセル電圧の上昇を抑制することができる。 In the bipolar electrolytic cell for alkaline water electrolysis of this embodiment, it is preferable that at least a portion of the ribs be conductive, and it is even more preferable that the entire rib be conductive. With this configuration, an increase in cell voltage due to electrode deflection can be suppressed.

リブの材料としては、一般的に導電性の金属が用いられる。例えば、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、ニッケル等が利用できる。リブの材料は、特に隔壁と同じ材料であることが好ましく、特にニッケルであることが最も好ましい。 The ribs are generally made of a conductive metal. For example, nickel-plated mild steel, stainless steel, or nickel can be used. It is particularly preferable that the ribs be made of the same material as the partition wall, with nickel being most preferred.

隣接する陽極リブ同士の間隔、又は隣接する陰極リブ同士の間隔は、電解圧力や陽極室と陰極室の圧力差等を勘案して決められる。 The spacing between adjacent anode ribs or adjacent cathode ribs is determined taking into account factors such as the electrolysis pressure and the pressure difference between the anode and cathode chambers.

陽極リブ同士の間隔、又は隣接する陰極リブ同士の間隔が狭すぎれば電解液やガスの流動を阻害するだけでなくコストも高くなる欠点がある。リブピッチが10mm以上であると、電極裏面へのガス抜けが良好となる。また広すぎると、陽極室と陰極室とのわずかな差圧で保持している電極(陽極や陰極)が変形したり、陽極リブや陰極リブの数が少なくなることによる電気抵抗が増したりする等の欠点が生じる。リブピッチが150mm以下であると電極がたわみにくくなる。リブの数、リブの長さ、リブと隔壁とのなす角度、貫通孔の数や貫通孔の隔壁に沿う所与の方向についての間隔(ピッチ)は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよい。リブは、隔壁に沿う所与の方向(例えば、鉛直方向としてもよいし、隔壁の平面視形状が略長方形である場合、向かい合う2組の辺のうちの1組の辺の方向と同じ方向としてもよい)に対して平行に設けられることが好ましい。陽極リブのリブピッチと、陰極リブのリブピッチとは、同一であってもよいし異なっていてもよく、陽極リブのリブピッチ及び陰極リブのリブピッチが共に上記範囲を満たすことが好ましい。 If the spacing between anode ribs or between adjacent cathode ribs is too narrow, it not only hinders the flow of electrolyte and gas but also increases costs. A rib pitch of 10 mm or more allows for good gas escape to the back surface of the electrode. On the other hand, if the spacing is too wide, the electrodes (anode and cathode) held in place by the slight pressure difference between the anode and cathode chambers may deform, and a reduced number of anode and cathode ribs may increase electrical resistance. A rib pitch of 150 mm or less reduces electrode deflection. The number of ribs, rib length, angle between the rib and the partition wall, number of through holes, and spacing (pitch) of the through holes in a given direction along the partition wall may be determined as appropriate, as long as the effects of the present invention are achieved. It is preferable that the ribs be arranged parallel to a given direction along the partition wall (for example, vertically, or, if the partition wall has a substantially rectangular shape in plan view, parallel to one of two pairs of opposing sides). The rib pitch of the anode ribs and the rib pitch of the cathode ribs may be the same or different, and it is preferable that the rib pitch of the anode ribs and the rib pitch of the cathode ribs both satisfy the above range.

陽極リブや陰極リブの隔壁への取り付けについてはレーザー溶接等が用いられる。 Laser welding or other methods are used to attach the anode ribs and cathode ribs to the bulkhead.

また、リブの厚みは、コストや製作性、強度等も考慮して、0.5mm以上5mm以下としてよく、lmm以上2mm以下のものが用いやすいが、特に限定されない。 Furthermore, taking into consideration cost, manufacturability, strength, etc., the thickness of the rib may be between 0.5 mm and 5 mm, and it is easier to use a thickness between 1 mm and 2 mm, but there are no particular limitations.

電極や集電体のリブへの取り付けは、通常スポット溶接で行われるが、その他のレーザー溶接等による方法でもよく、更にはワイヤーやひも状の部材を用い、結びつけて密着させる方法でもよい。リブは、陽極又は陰極と同様に、スポット溶接、レーザー溶接等の手段で隔壁に固定されている。 Electrodes and current collectors are usually attached to the ribs by spot welding, but other methods such as laser welding can also be used, or they can be tied together with a wire or string-like member for tight adhesion. The ribs, like the anode and cathode, are fixed to the partition wall by means of spot welding, laser welding, etc.

(水素の製造方法)
次に、本実施形態の複極式電解槽を用いたアルカリ水電解による水素の製造方法について説明する。
(Method for producing hydrogen)
Next, a method for producing hydrogen by alkaline water electrolysis using the bipolar electrolytic cell of this embodiment will be described.

本実施形態においては、前述のような陽極及び陰極を備え、電解液が循環した複極式電解槽に電流を印加して水電解を行うことにより、陰極で水素を製造する。このとき、電源として、例えば変動電源を用いることができる。変動電源とは、系統電力等の、安定して出力される電源と異なり、再生可能エネルギー発電所由来の数秒乃至数分単位で出力が変動する電源のことである。再生可能エネルギー発電の方法は特に限定されないが、例えば、太陽光発電や風力発電が挙げられる。 In this embodiment, hydrogen is produced at the cathode by applying a current to a bipolar electrolytic cell equipped with an anode and cathode as described above and through which an electrolyte circulates, thereby performing water electrolysis. In this case, for example, a variable power supply can be used as the power source. A variable power supply is a power source derived from a renewable energy power plant whose output fluctuates over a period of several seconds to several minutes, unlike power sources that provide a stable output, such as grid power. There are no particular limitations on the method of renewable energy generation, but examples include solar power generation and wind power generation.

例えば、複極式電解槽を利用した電解の場合、電解液中のカチオン性電解質は、エレメントの陽極室から、隔膜を通過して、隣接するエレメントの陰極室へ移動し、アニオン性電解質はエレメントの陰極室から隔膜を通過して、隣接するエレメントの陽極室へ移動する。よって、電解中の電流は、エレメントが直列に連結された方向に沿って、流れることになる。つまり、電流は、隔膜を介して、一方のエレメントの陽極室から、隣接するエレメントの陰極室に向かって流れる。電解に伴い、陽極室内で酸素ガスが生成し、陰極室内で水素ガスが生成する。 For example, in the case of electrolysis using a bipolar electrolytic cell, cationic electrolytes in the electrolyte move from the anode chamber of one element through the diaphragm to the cathode chamber of the adjacent element, while anionic electrolytes move from the cathode chamber of one element through the diaphragm to the anode chamber of the adjacent element. Therefore, the current during electrolysis flows in the direction in which the elements are connected in series. In other words, the current flows from the anode chamber of one element to the cathode chamber of the adjacent element through the diaphragm. As the electrolysis proceeds, oxygen gas is produced in the anode chamber and hydrogen gas is produced in the cathode chamber.

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セル65は、複極式電解槽50、アルカリ水電解用電解装置70等に用いることができる。上記アルカリ水電解用電解装置70としては、例えば、本実施形態の複極式電解槽50と、電解液を循環させるための送液ポンプ71と、電解液と水素及び/又は酸素とを分離する気液分離タンク72と電解により消費した水を補給するための水補給器と、を有する装置等が挙げられる。 The bipolar electrolytic cell 65 for alkaline water electrolysis of this embodiment can be used in a bipolar electrolytic cell 50, an electrolysis device 70 for alkaline water electrolysis, etc. An example of the electrolysis device 70 for alkaline water electrolysis is a device including the bipolar electrolytic cell 50 of this embodiment, a liquid feed pump 71 for circulating the electrolyte, a gas-liquid separation tank 72 for separating the electrolyte from hydrogen and/or oxygen, and a water supply device for replenishing water consumed by electrolysis.

上記アルカリ水電解用電解装置は、さらに、整流器74、酸素濃度計75、水素濃度計76、流量計77、圧力計78、熱交換器79、圧力制御弁80等を備えてよい。 The alkaline water electrolysis apparatus may further include a rectifier 74, an oxygen concentration meter 75, a hydrogen concentration meter 76, a flow meter 77, a pressure meter 78, a heat exchanger 79, a pressure control valve 80, etc.

上記アルカリ水電解用電解装置を用いたアルカリ水電解方法において、電解セルに与える電流密度としては、4kA/m~20kA/mであることが好ましく、6kA/m~15kA/mであることがさらに好ましい。 In the alkaline water electrolysis method using the alkaline water electrolysis apparatus, the current density applied to the electrolytic cell is preferably 4 kA/m 2 to 20 kA/m 2 , and more preferably 6 kA/m 2 to 15 kA/m 2 .

以上、図面を参照して、本発明の実施形態の電極、電解セル、水素の製造方法について例示説明したが、本発明の電極、電解セル、水素の製造方法は、上記の例に限定されることはなく、上記実施形態には、適宜変更を加えることができる。 The electrodes, electrolytic cells, and hydrogen production methods according to embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the electrodes, electrolytic cells, and hydrogen production methods according to the present invention are not limited to the above examples, and modifications can be made to the above embodiments as appropriate.

(実施例1)
表1の実施例1の組成のA液、B液を調製した。B液はシュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解して調製し、Nbの濃度はICP-AES(誘導結合プラズマ発光分光分析)法により確認した。
底辺6cm×10cm、高さ11cmの角形のポリエチレン製容器にA液をいれ、マグネチックスターラーで撹拌しながら、B液をゆっくりと混合し、実施例1の塗布液とした。
ニッケル多孔基材として、SW3.0mm、LW4.5mm、厚み1.2mm、開口率54%のニッケルエキスパンドメタルを用意した。このニッケルエキスパンドメタルに、#100の白色溶融アルミナ研磨剤を使用してブラスト処理を施した後に、50℃6Nの塩酸中にて6時間酸処理した後、水洗、乾燥し、塗布用基材とした。
この基材を、容器内塗布液中に、塗布用基材を縦向きにして、下半分を塗布液内に浸漬した後、基材を引き上げて、基材の上下をひっくり返して上半分も塗布液内に浸漬し、基材全面に塗布液を塗布した。その後基材を横向きとし、エアガンによるエアブロー処理により過剰な塗布液を吹き飛ばした。その後、60℃で10分乾燥し、さらに400℃で10分間の焼成を行い、基材表面に金属酸化物層を形成した。
この塗布、乾燥及び焼成のサイクルを50回繰り返した。その後さらに800℃で1時間の焼成を行い、塗布用基材上に付着量503g/mの金属酸化物層を形成させて、実施例1の水電解用陽極を得た。
Example 1
Solutions A and B were prepared with the compositions of Example 1 in Table 1. Solution B was prepared by dissolving ammonium niobium oxalate in pure water, and the concentration of Nb was confirmed by ICP-AES (inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy).
Solution A was placed in a rectangular polyethylene container measuring 6 cm x 10 cm and 11 cm in height, and solution B was slowly mixed in while stirring with a magnetic stirrer to prepare the coating solution of Example 1.
A nickel expand metal having a SW of 3.0 mm, a LW of 4.5 mm, a thickness of 1.2 mm, and an opening ratio of 54% was prepared as a nickel porous substrate. This nickel expand metal was subjected to a blast treatment using a #100 white fused alumina abrasive, and then to an acid treatment in 6N hydrochloric acid at 50°C for 6 hours, followed by rinsing with water and drying to obtain a substrate for application.
The substrate was placed in a container with the coating liquid in a vertical orientation, with the lower half immersed in the coating liquid, and then the substrate was pulled up and turned over, and the upper half was also immersed in the coating liquid, so that the coating liquid was applied to the entire surface of the substrate.The substrate was then placed in a horizontal orientation, and excess coating liquid was blown off using an air gun.Then, the substrate was dried at 60°C for 10 minutes and further baked at 400°C for 10 minutes, forming a metal oxide layer on the surface of the substrate.
This cycle of coating, drying, and firing was repeated 50 times, followed by further firing at 800°C for 1 hour to form a metal oxide layer with a deposition amount of 503 g/ m2 on the coating substrate, thereby obtaining an anode for water electrolysis of Example 1.

(実施例2)
表1の実施例2の組成のA液、B液を調製した他は実施例1と同様に行い、塗布、乾燥及び焼成のサイクルを33回繰り返した。その後さらに800℃で1時間の焼成を行い、塗布用基材上に付着量496g/mの金属酸化物層を形成させて、実施例2の水電解用陽極を得た。
Example 2
The same procedures as in Example 1 were carried out except that solutions A and B having the compositions of Example 2 in Table 1 were prepared, and a cycle of coating, drying, and firing was repeated 33 times. Thereafter, firing was further carried out at 800°C for 1 hour to form a metal oxide layer on the coating substrate in a deposition amount of 496 g/ m2 , thereby obtaining an anode for water electrolysis of Example 2.

(実施例3)
表1の実施例3の組成のA液、B液を調製した他は実施例1と同様に行い、塗布、乾燥及び焼成のサイクルを25回繰り返した。その後さらに750℃で1時間の焼成を行い、塗布用基材上に付着量498g/mの金属酸化物層を形成させて、実施例3の水電解用陽極を得た。
Example 3
The same procedures as in Example 1 were carried out except that solutions A and B having the compositions of Example 3 in Table 1 were prepared, and a cycle of application, drying, and firing was repeated 25 times. Thereafter, firing was further carried out at 750°C for 1 hour to form a metal oxide layer on the application base material in a deposition amount of 498 g/ m2 , thereby obtaining an anode for water electrolysis of Example 3.

(実施例4)
純水400gにNi(NO・6HOを34.89g、La(NO・6HOを51.96g、グリシンを45.04g溶解し、実施例4の塗布液を調製した。その後、この塗布液を、底辺13cm×13cm、高さ10cmのポリエチレン製容器に移した。
実施例1と同様に基材を準備した。この基材を容器内塗布液中に完全に浸漬し、その後基材を引き上げ、基材を横向きにして、エアガンによるエアブロー処理により過剰な塗布液を吹き飛ばした。その後、60℃で10分乾燥し、さらに400℃で10分間の焼成を行い、基材表面に金属酸化物層を形成した。この塗布、乾燥及び焼成のサイクルを49回繰り返した。
シュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解し、Nb濃度157mmol/kg溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を調製した。このシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を、底辺13cm×13cm、高さ10cmのポリエチレン製容器に移した。
基材表面に金属酸化物層を形成した基材をシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液中に完全に浸漬して引き上げ、基材全面に塗布液を塗布後、基材を横向きにして、エアガンにより微弱な風をあてて、基材の目に詰まっている塗布液を落とした。エアガン処理後基材の重量を測定すると、基材にはシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液が1.3g塗布されていた。LaNiOの基材への担持量が5.0gであり、LaNiOの1モルの重量が245.6gであることから、1.3gのNb濃度157mmol/kg溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布したことにより、LaNiO1モルに対しNbを0.01モルの比率で塗布したと分かった。
シュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布した基材を60℃10分乾燥後、400℃10分焼成し、さらに800℃1時間焼成し、付着量512g/mの金属酸化物層を形成させて、実施例4の水電解用陽極を得た。
Example 4
34.89 g of Ni(NO3)2.6H2O , 51.96 g of La( NO3 ) 3.6H2O , and 45.04 g of glycine were dissolved in 400 g of pure water to prepare a coating solution for Example 4. Thereafter, this coating solution was transferred to a polyethylene container having a base dimension of 13 cm x 13 cm and a height of 10 cm.
A substrate was prepared in the same manner as in Example 1. The substrate was completely immersed in the coating solution in a container, then pulled out, turned sideways, and air-blasted with an air gun to remove excess coating solution. The substrate was then dried at 60°C for 10 minutes and then baked at 400°C for 10 minutes to form a metal oxide layer on the substrate surface. This cycle of coating, drying, and baking was repeated 49 times.
Niobium ammonium oxalate was dissolved in pure water to prepare an aqueous solution of niobium ammonium oxalate with an Nb concentration of 157 mmol/kg. This aqueous solution of niobium ammonium oxalate was transferred to a polyethylene container with a base of 13 cm x 13 cm and a height of 10 cm.
The substrate with a metal oxide layer formed on its surface was completely immersed in an aqueous solution of ammonium niobium oxalate and then removed. After the coating solution was applied to the entire surface of the substrate, the substrate was turned sideways and a gentle breeze was applied with an air gun to remove the coating solution clogging the pores of the substrate. The weight of the substrate after the air gun treatment was measured and it was found that 1.3 g of the aqueous solution of ammonium niobium oxalate was applied to the substrate. Since the amount of LaNiO3 supported on the substrate was 5.0 g and the weight of 1 mole of LaNiO3 was 245.6 g, it was determined that by applying 1.3 g of an aqueous solution of ammonium niobium oxalate with an Nb concentration of 157 mmol/kg, Nb was applied at a ratio of 0.01 moles per mole of LaNiO3.
The substrate coated with the aqueous solution of ammonium niobium oxalate was dried at 60°C for 10 minutes, then baked at 400°C for 10 minutes, and further baked at 800°C for 1 hour to form a metal oxide layer with a deposition amount of 512 g/ m2 , thereby obtaining an anode for water electrolysis of Example 4.

(実施例5)
純水400gにNi(NO・6HOを40.71g、La(NO・6HOを60.62g、グリシンを52.55g溶解し、実施例5の塗布液を調製した。その後、この塗布液を、底辺13cm×13cm、高さ10cmのポリエチレン製容器に移した。
実施例4と同様に、基材を容器内塗布液中に完全に浸漬し、その後基材を引き上げ、基材を横向きにして、エアガンによるエアブロー処理により過剰な塗布液を吹き飛ばした。その後、60℃で10分乾燥し、さらに400℃で10分間の焼成を行い、基材表面に金属酸化物層を形成した。この塗布、乾燥及び焼成のサイクルを32回繰り返した。
シュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解し、Nb濃度261mmol/kg溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を調製した。このシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を、底辺13cm×13cm、高さ10cmのポリエチレン製容器に移した。
基材表面に金属酸化物層を形成した基材をシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液中に完全に浸漬して引き上げ、基材全面に塗布液を塗布後、基材を横向きにして、エアガンにより微弱な風をあてて、基材の目に詰まっている塗布液を落とした。エアガン処理後基材の重量を測定すると、基材にはシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液が1.3g塗布されていた。シュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布した基材を60℃10分乾燥後、400℃10分焼成した。このシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液1.3gの塗布、60℃10分乾燥後、400℃10分焼成を合計3回実施した後、800℃1時間焼成し、付着量492g/mの金属酸化物層を形成させて、実施例5の水電解用陽極を得た。
LaNiOの基材への担持量が5.0gであり、LaNiOの1モルの重量が245.6gであることから、1.3gのNb濃度261mmol/kg溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を3回、合計3.9g塗布したことにより、LaNiO1モルに対しNbを0.05モルの比率で塗布したと分かった。
Example 5
40.71 g of Ni(NO3)2.6H2O , 60.62 g of La( NO3 ) 3.6H2O , and 52.55 g of glycine were dissolved in 400 g of pure water to prepare a coating solution for Example 5. Thereafter, this coating solution was transferred to a polyethylene container having a base dimension of 13 cm x 13 cm and a height of 10 cm.
As in Example 4, the substrate was completely immersed in the coating solution in the container, then pulled out, turned sideways, and air-blasted with an air gun to remove excess coating solution. The substrate was then dried at 60°C for 10 minutes and baked at 400°C for 10 minutes to form a metal oxide layer on the substrate surface. This cycle of coating, drying, and baking was repeated 32 times.
Niobium ammonium oxalate was dissolved in pure water to prepare an aqueous solution of niobium ammonium oxalate with an Nb concentration of 261 mmol/kg. This aqueous solution of niobium ammonium oxalate was transferred to a polyethylene container with a base of 13 cm x 13 cm and a height of 10 cm.
The substrate having a metal oxide layer formed on its surface was completely immersed in an aqueous niobium ammonium oxalate solution and then pulled out. After the coating solution was applied to the entire surface of the substrate, the substrate was turned sideways and a weak breeze was applied using an air gun to remove the coating solution clogging the pores of the substrate. The weight of the substrate after the air gun treatment was measured, revealing that 1.3 g of the aqueous niobium ammonium oxalate solution had been applied to the substrate. The substrate coated with the aqueous niobium ammonium oxalate solution was dried at 60°C for 10 minutes and then baked at 400°C for 10 minutes. This cycle of applying 1.3 g of the aqueous niobium ammonium oxalate solution, drying at 60°C for 10 minutes, and baking at 400°C for 10 minutes was repeated three times, followed by baking at 800°C for 1 hour to form a metal oxide layer with a coating weight of 492 g/ , thereby obtaining an anode for water electrolysis of Example 5.
Since the amount of LaNiO3 supported on the substrate was 5.0 g and the weight of 1 mole of LaNiO3 was 245.6 g, it was found that by applying 1.3 g of an aqueous solution of ammonium niobium oxalate with an Nb concentration of 261 mmol/kg three times, for a total of 3.9 g, Nb was applied at a ratio of 0.05 moles per mole of LaNiO3.

(実施例6)
表1の実施例6の組成のA液、B液を調製した他は実施例1と同様に行い、塗布、乾燥及び焼成のサイクルを24回繰り返した。その後さらに750℃で1時間の焼成を行い、塗布用基材上に付着量486g/mの金属酸化物層を形成させて、実施例6の水電解用陽極を得た。
Example 6
The same procedures as in Example 1 were carried out except that solutions A and B having the compositions of Example 6 in Table 1 were prepared, and a cycle of coating, drying, and firing was repeated 24 times. Thereafter, firing was further carried out at 750°C for 1 hour to form a metal oxide layer on the coating substrate in a deposition amount of 486 g/ m2 , thereby obtaining an anode for water electrolysis of Example 6.

(比較例1)
ニッケル多孔基材として、SW3.0mm、LW4.5mm、厚み1.2mm、開口率54%のニッケルエキスパンドメタルを用意した。このニッケルエキスパンドメタルにブラスト処理を施した後に、50℃6Nの塩酸中にて6時間酸処理した後、水洗、乾燥し、塗布用基材とした。
次に、酢酸ランタン1.5水和物、硝酸ニッケル六水和物を、それぞれ0.20mol/L、0.20mol/Lの濃度になるよう調合した塗布液を調製した。
塗布ロールの最下部に上記塗布液を入れたバットを設置し、EPDM製の塗布ロールに塗布液をしみこませ、その上部にロールと塗布液とが常に接するようにロールを設置し、さらにその上にPVC製のローラーを設置して、上記基材に塗布液を塗布した(ロール法)。塗布液が乾燥する前に手早く、2つのEPDM製スポンジロールの間にこの基材を通過させた。その後、50℃で10分間乾燥させた後、マッフル炉を用いて400℃で10分間の焼成を行って基材表面に金属酸化物層を形成した。
このロール塗布、乾燥及び焼成のサイクルを75回繰り返した後、さらに600℃で1時間の焼成を行い、付着量303g/mの金属酸化物層を形成させて、比較例1の水電解用陽極を得た。
(Comparative Example 1)
A nickel expand metal having a SW of 3.0 mm, a LW of 4.5 mm, a thickness of 1.2 mm, and an opening ratio of 54% was prepared as a nickel porous substrate. This nickel expand metal was subjected to a blast treatment, then to an acid treatment in 6N hydrochloric acid at 50°C for 6 hours, followed by rinsing with water and drying to obtain a substrate for application.
Next, a coating solution was prepared by mixing lanthanum acetate 1.5 hydrate and nickel nitrate hexahydrate to concentrations of 0.20 mol/L and 0.20 mol/L, respectively.
A tray containing the coating solution was placed at the bottom of the coating roll, and the coating solution was soaked into an EPDM coating roll. A roll was placed above it so that the roll and the coating solution were always in contact with each other, and a PVC roller was placed on top of that to apply the coating solution to the substrate (roll method). Before the coating solution dried, the substrate was quickly passed between two EPDM sponge rolls. After that, it was dried at 50°C for 10 minutes, and then baked in a muffle furnace at 400°C for 10 minutes to form a metal oxide layer on the substrate surface.
This cycle of roll coating, drying, and firing was repeated 75 times, and then firing was further performed at 600°C for 1 hour to form a metal oxide layer with a deposition amount of 303 g/ m2 , thereby obtaining an anode for water electrolysis of Comparative Example 1.

(比較例2)
比較例1と同様にして塗布用基材を準備した。
次に、硝酸ランタン六水和物、硝酸ニッケル六水和物、シュウ酸ニオブアンモニウムn水和物、グリシンを、それぞれ0.20mol/L、0.16mol/L、0.04mol/L、0.36mol/Lの濃度になるように塗布液を調製した。
比較例1と同様にロール法でロール塗布、乾燥及び焼成のサイクルを40回繰り返した後、さらに700℃で1時間の焼成を行い、金属酸化物層を形成させて、付着量145g/mの比較例2の水電解用陽極を得た。
(Comparative Example 2)
A substrate for application was prepared in the same manner as in Comparative Example 1.
Next, coating solutions were prepared so that the concentrations of lanthanum nitrate hexahydrate, nickel nitrate hexahydrate, ammonium niobium oxalate n-hydrate, and glycine were 0.20 mol/L, 0.16 mol/L, 0.04 mol/L, and 0.36 mol/L, respectively.
As in Comparative Example 1, a cycle of roll coating, drying, and firing was repeated 40 times by the roll method, and then firing was further performed at 700°C for 1 hour to form a metal oxide layer, thereby obtaining an anode for water electrolysis of Comparative Example 2 having a coating weight of 145 g/ m2 .

(0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和、平均細孔面積、平均細孔数、空隙率の算出方法)
作成した電極の小片を、エポキシ樹脂に包埋した後に、切断面を作成し、その断面を、ブロードに照射されるBIB加工装置アルゴンイオンビーム(日立ハイテクノロジーズ社製「E3500」)を用いて、加速電圧6kVにて加工処理した。なお観察する電極の切断面は、エキスパンドメタルのストランドに平行かつストランド中央を通るようにした。
上記の切断面を、電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製「S4800」)にて、加速電圧5kV、倍率500倍で観察し、YAG検出器を用いた反射電子像の断面写真をデータサイズ1280×960ピクセルのBMPファイルとして保存した。1ピクセルのサイズは198.4375nmであった。
画像処理ソフト「ImageJ」を使用して、下記1)~11)手順に従い、断面写真から20μm×20μm領域を切り出し、切り出された各領域において細孔を二値化抽出してすべての細孔の面積を計測した後、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和、平均細孔面積、細孔数、空隙率を算出した。断面写真より、重ならないように10箇所の20μm×20μm領域を抽出して、それぞれの10領域から求まった0.785μm超20μm以下の細孔面積の総和、平均細孔面積、細孔数、空隙率の平均値を算出し、実施例及び比較例の、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和、平均細孔面積、平均細孔数、空隙率の測定結果とした。
実施例1~6及び比較例1~2における測定結果を、表2に示す。
(Method of calculating the sum of the areas of pores greater than 0.785 μm2 and less than 20 μm2 , the average pore area, the average number of pores, and the porosity)
A small piece of the prepared electrode was embedded in epoxy resin, and then a cut surface was prepared. The cut surface was then processed using a broad-beam argon ion beam processing device (Hitachi High-Technologies Corporation, "E3500") at an acceleration voltage of 6 kV. The cut surface of the electrode to be observed was parallel to the expanded metal strand and passed through the center of the strand.
The cross section was observed under an electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation, "S4800") at an accelerating voltage of 5 kV and a magnification of 500x. A cross-sectional photograph of the backscattered electrons taken using a YAG detector was saved as a BMP file with a data size of 1280 x 960 pixels. The size of one pixel was 198.4375 nm.
Using the image processing software "ImageJ", 20 μm x 20 μm regions were cut out from the cross-sectional photograph according to the following steps 1) to 11), and the pores in each cut-out region were binarized and extracted to measure the area of all pores. Then, the sum of the area of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 , the average pore area, the number of pores, and the porosity were calculated. Ten 20 μm x 20 μm regions were extracted from the cross-sectional photograph so that they did not overlap, and the sum of the area of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 , the average pore area, the number of pores, and the average porosity were calculated from each of the 10 regions. The sum of the area of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 , the average pore area, the average number of pores, and the porosity of the examples and comparative examples were used as the measurement results.
The measurement results for Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 2.

1)断面写真のBMPファイルを開き、ImageメニューのTypeサブメニューにて8-bitを選択する。図5に、電極の断面写真の一例を示す。
2)AnalyzeメニューのSet scaleサブメニューにて、Distance in Pixels:1、Known distance:0.1984375、Pixel aspect ratio:1.0、Unit of length:μmと設定し、OKをクリックする。
3)EditメニューのSelectionサブメニューにて、Specifyコマンドを選択し、Scaled units(μm)チェックボックスにチェックを入れ、Width:20、Height:20と設定し、さらにX cordinateとY cordinateの値を適切に設定し、OKをクリックすることにより、断面写真内から画像処理を実施する20μm角領域を設定する。図5に、断面写真における、切り取る20μm角領域の設定の一例を示す。画像処理を実施しする20μm角領域には、領域内に外表面や、外表面に通じるクラックが含まれることが無いように設定する。
4)ImageメニューのCropコマンドを実行し、細孔を抽出する20μm角領域を切り取る。図6に、図5より切り取られた20μm角領域の画像の一例を示す。
5)切り取った20μm角領域に名前を付け保存する。
6)ProcessメニューのFiltersサブメニューで、Median...を選択し、Radius:0.5と設定し、OKをクリックして、フィルター処理を行う。
7)ImageメニューのAdjustサブメニューのThresholdコマンドを選択し、自動閾値設定方法としてOtsuを、表示方法はB&Wを選択し、Dark backgoundのチェックボックスにはチェックを入れないようにし、Autoボタンをクリックし、Applyボタンをクリックし、細孔の二値化抽出を行う。図7に、図6から細孔を二値化抽出した画像の例を示す。
8)AnalyzeメニューのSet Measurements...コマンドを選択し、Areaのチェックボックスにチェックを入れておく。
9)AnalyzeメニューのAnalyze Particles...コマンドを選択し、Size(Pixel^2):0-Infinity、Circularity:0.00-1.00、Show:Outlinesとし、Display results、Clear results、Summerizeチェックボックスにチェックを入れ、Exclude on Edges、Include Holesチェックボックスにはチェックを入れないようにし、OKをクリックする。
10)Summaryウィンドウに表示されたCountが細孔数(個)、Average Sizeが平均細孔面積(μm)、%Areaが空隙率(%)である。
11)Resultsウィンドウの左端の1列目に各細孔の番号が、Area列には各細孔の細孔面積(μm)が表示されている。各細孔の番号は、「Drawing of 5)で作成した画像ファイル名」ウィンドウ内に表示された、測定済みの細孔の輪郭に番号をつけた画像により確認することができる。Area列の各細孔面積値のうち、0.785μm超20μm以下の面積をすべて足し合わせることで、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和を算出する。
1) Open the BMP file of the cross-sectional image and select 8-bit in the Type submenu of the Image menu. Figure 5 shows an example of a cross-sectional image of an electrode.
2) In the Set scale submenu of the Analyze menu, set Distance in Pixels to 1, Known distance to 0.1984375, Pixel aspect ratio to 1.0, and Unit of length to μm, and then click OK.
3) In the Selection submenu of the Edit menu, select the Specify command, check the Scaled units (μm) checkbox, set Width: 20, Height: 20, and further set the X coordinate and Y coordinate values appropriately. Click OK to set a 20 μm square region within the cross-sectional photograph for image processing. Figure 5 shows an example of setting a 20 μm square region to be cut out from a cross-sectional photograph. The 20 μm square region for image processing is set so that it does not include the outer surface or cracks that lead to the outer surface.
4) Execute the Crop command in the Image menu to crop a 20 μm square region from which to extract pores. Figure 6 shows an example of an image of a 20 μm square region cropped from Figure 5.
5) Name and save the cut 20 μm square area.
6) In the Filters submenu of the Process menu, select Median... and set Radius: 0.5, then click OK to perform the filtering process.
7) Select the Threshold command in the Adjust submenu of the Image menu, select Otsu as the automatic threshold setting method, select B&W as the display method, leave the Dark background check box unchecked, click the Auto button, click the Apply button, and perform binarized extraction of the pores. Figure 7 shows an example of an image in which the pores have been binarized and extracted from Figure 6.
8) Select the Set Measurements... command from the Analyze menu and check the Area check box.
9) Select the Analyze Particles... command from the Analyze menu, set Size (Pixel^2): 0-Infinity, Circularity: 0.00-1.00, Show: Outlines, check the Display results, Clear results, and Summarize check boxes, and do not check the Exclude on Edges and Include Holes check boxes, then click OK.
10) The Count displayed in the Summary window is the number of pores (number), the Average Size is the average pore area (μm 2 ), and the % Area is the porosity (%).
11) The number of each pore is displayed in the first column on the left side of the Results window, and the pore area (μm 2 ) of each pore is displayed in the Area column. The number of each pore can be confirmed from the image of the measured pore outline numbered and displayed in the "Drawing of Image File Name Created in 5)" window. The total area of pores greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 is calculated by adding up all areas of each pore area value in the Area column that are greater than 0.785 μm 2 and less than 20 μm 2 .

(55wt%水酸化カリウム水溶液中での酸素過電圧の測定)
55wt%水酸化カリウム水溶液中での酸素過電圧は下記の手順で測定した。
実施例、比較例の電極から、2cm×2cmの評価用電極を切り出し、PTFEで被覆したニッケル製の棒にニッケル製のネジで固定した。対極には白金メッシュを使用し、80℃、55wt%水酸化カリウム水溶液中で、電流密度6kA/mで電解し、酸素過電圧を測定した。酸素過電圧は、液抵抗によるオーム損の影響を排除するために、ルギン管を使用する三電極法によって測定した。ルギン管の先端と陽極との間隔は、常に1mmに固定した。酸素過電圧の測定装置としては、ソーラートロン社製のポテンショガルバノスタット「1470Eシステム」を用いた。三電極法用の参照極としては、銀-塩化銀(Ag/AgCl)を用いた。三電極法を使用しても排除しきれない電解液抵抗を交流インピーダンス法で測定し、電解液抵抗の測定値に基づき前記酸素過電圧を補正した。
ソーラートロン社製の周波数特性分析器「1255B」を使用して、実部と虚部をプロットしたCole-Coleプロットを取得した後に、等価回路フィッティングにより解析することで、電解液抵抗と二重層容量を算出した。
三電極法を使用しても排除しきれないオーム損を交流インピーダンス法で測定し、オーム損の測定値に基づき前記酸素過電圧を補正した。オーム損の測定には、ソーラートロン社製の周波数特性分析器「1255B」を使用した。
(Measurement of oxygen overvoltage in 55 wt % potassium hydroxide aqueous solution)
The oxygen overvoltage in a 55 wt % aqueous potassium hydroxide solution was measured by the following procedure.
A 2 cm x 2 cm evaluation electrode was cut from each electrode of the Examples and Comparative Examples and attached to a PTFE-coated nickel rod with a nickel screw. A platinum mesh was used as the counter electrode, and electrolysis was performed at 80°C in a 55 wt% potassium hydroxide aqueous solution at a current density of 6 kA/ , followed by measurement of the oxygen overvoltage. The oxygen overvoltage was measured by the three-electrode method using a Luggin capillary to eliminate the effects of ohmic loss due to solution resistance. The distance between the tip of the Luggin capillary and the anode was always fixed at 1 mm. A Solartron potentiogalvanostat "1470E System" was used as the oxygen overvoltage measurement device. A silver-silver chloride (Ag/AgCl) electrode was used as the reference electrode for the three-electrode method. The electrolyte resistance that could not be completely eliminated using the three-electrode method was measured using an AC impedance method, and the oxygen overvoltage was corrected based on the measured electrolyte resistance.
A Cole-Cole plot, in which the real and imaginary parts were plotted, was obtained using a frequency response analyzer "1255B" manufactured by Solartron, and then the electrolyte resistance and double layer capacitance were calculated by analyzing the plot using equivalent circuit fitting.
The ohmic loss that could not be completely eliminated by the three-electrode method was measured by the AC impedance method, and the oxygen overvoltage was corrected based on the measured ohmic loss. The ohmic loss was measured using a frequency characteristic analyzer "1255B" manufactured by Solartron.

実施例1~6及び比較例1~2における評価結果を、表2に示す。 The evaluation results for Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 2.

(実施例7)
アルカリ水電解用電解セル、複極式電解槽を下記の通りに作製した。
-陽極-
実施例4と同様の方法で作製した。
-陰極-
導電性基材として、直径0.15mmのニッケルの細線を40メッシュで編んだ平織メッシュ基材上に白金を担持したものを用いた。
-隔壁、外枠-
複極式エレメントとして、陽極と陰極とを区画する隔壁と、隔壁を取り囲む外枠と、を備えたものを用いた。隔壁及び複極式エレメントのフレーム等の電解液に接液する部材の材料は、全てニッケルとした。
-導電性弾性体-
導電性弾性体は、線径0.15mmのニッケル製ワイヤーを織ったものを、波高さ5mmになるように波付け加工したものを使用した。
-隔膜-
酸化ジルコニウム(商品名「EP酸化ジルコニウム」、第一稀元素化学工業社製)、N-メチル-2-ピロリドン(和光純薬工業社製)、ポリスルホン(「ユーデル」(登録商標)、ソルベイアドバンストポリマーズ社製)、及びポリビニルピロリドン(重量平均分子量(Mw)900000、和光純薬工業社製)を用いて、以下の成分組成の塗工液を得た。
ポリスルホン:15質量部
ポリビニルピロリドン:6質量部
N-メチル-2-ピロリドン:70質量部
酸化ジルコニウム:45質量部
上記塗工液を、基材であるポリフェニレンサルファイドメッシュ(くればぁ社製、膜厚280μm、目開き358μm、繊維径150μm)の両表面に対して塗工した。塗工後直ちに、塗工液を塗工した基材を蒸気下へ晒し、その後、凝固浴中へ浸漬して、基材表面に塗膜を形成させた。その後、純水で塗膜を十分洗浄して多孔膜を得た。
-ガスケット-
ガスケットは、厚み4.0mm、幅18mmの内寸504mm角の四角形状のもので、内側に平面視で電極室と同じ寸法の開口部を有し、隔膜を挿入することで保持するためのスリット構造を有するものを使用した。
-ゼロギャップ型複極式エレメント-
外部ヘッダー型のゼロギャップ型セルユニット60は、540mm×620mmの長方形とし、陽極2a及び陰極2cの通電面の面積は500mm×500mmとした。ゼロギャップ型複極式エレメント60の陰極側は、陰極2c、導電性弾性体2e、陰極集電体2rが積層され、陰極リブ6を介して隔壁1と接続され、電解液が流れる陰極室5cがある。また、陽極側は、陽極2aが陽極リブ6を介して隔壁1と接続され、電解液が流れる陽極室5aがある(図2)。
陽極室5aの深さ(陽極室深さ、図2における隔壁と陽極との距離)は25mm、陰極室5cの深さ(陰極室深さ、図2における隔壁と陰極集電体との距離)25mmとし、材質はニッケルとした。高さ25mm、厚み1.5mmのニッケル製の陽極リブ6と、高さ25mm、厚み1.5mmのニッケル製の陰極リブ6を溶接により取り付けたニッケル製の隔壁1の厚みは2mmとした。
陰極集電体2rとして、あらかじめブラスト処理を施したニッケルエキスパンド基材を用いた。基材の厚みは1mmで、開口率は54%であった。導電性弾性体2eを、陰極集電体2r上にスポット溶接して固定した。このゼロギャップ型複極式エレメントを、隔膜を保持したガスケットを介してスタックさせることで、陽極2aと陰極2cとが隔膜4に押し付けられたゼロギャップ構造Zを形成することができる。
Example 7
An electrolytic cell for alkaline water electrolysis and a bipolar electrolytic cell were prepared as follows.
-anode-
It was produced in the same manner as in Example 4.
-cathode-
The conductive substrate used was a plain-woven mesh substrate made of nickel thin wires with a diameter of 0.15 mm woven at 40 meshes, on which platinum was supported.
- Partition walls, outer frames -
The bipolar element used had a partition wall separating the anode and cathode and an outer frame surrounding the partition wall. All of the materials used for the partition wall and the frame of the bipolar element, which come into contact with the electrolyte, were nickel.
-Conductive elastic body-
The conductive elastic body used was made by weaving nickel wires with a wire diameter of 0.15 mm and corrugating them to a wave height of 5 mm.
-diaphragm-
A coating solution having the following component composition was obtained using zirconium oxide (trade name "EP Zirconium Oxide", manufactured by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd.), N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), polysulfone ("Udel" (registered trademark), manufactured by Solvay Advanced Polymers), and polyvinylpyrrolidone (weight average molecular weight (Mw) 900,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
Polysulfone: 15 parts by mass Polyvinylpyrrolidone: 6 parts by mass N-methyl-2-pyrrolidone: 70 parts by mass Zirconium oxide: 45 parts by mass The above coating liquid was applied to both surfaces of a substrate: polyphenylene sulfide mesh (manufactured by Kureha Co., Ltd., film thickness 280 μm, mesh size 358 μm, fiber diameter 150 μm). Immediately after coating, the substrate coated with the coating liquid was exposed to steam and then immersed in a coagulation bath to form a coating film on the substrate surface. The coating film was then thoroughly washed with pure water to obtain a porous membrane.
-gasket-
The gasket used was a square gasket with a thickness of 4.0 mm, a width of 18 mm, and inner dimensions of 504 mm square. It had an opening on the inside that was the same size as the electrode chamber in a plan view, and had a slit structure for inserting and holding a diaphragm.
-Zero-gap type multi-pole element-
The external header type zero gap cell unit 60 was a rectangle measuring 540 mm x 620 mm, and the area of the current-carrying surfaces of the anode 2a and cathode 2c was 500 mm x 500 mm. The cathode side of the zero gap bipolar element 60 was composed of a laminate of the cathode 2c, a conductive elastic body 2e, and a cathode current collector 2r, and was connected to the partition wall 1 via the cathode rib 6, providing a cathode chamber 5c through which the electrolyte flows. The anode side was composed of the anode 2a connected to the partition wall 1 via the anode rib 6, providing an anode chamber 5a through which the electrolyte flows ( FIG. 2 ).
The depth of the anode chamber 5a (anode chamber depth; the distance between the partition wall and the anode in FIG. 2 ) was 25 mm, and the depth of the cathode chamber 5c (cathode chamber depth; the distance between the partition wall and the cathode current collector in FIG. 2 ) was 25 mm. The nickel partition wall 1 to which the nickel anode rib 6 having a height of 25 mm and a thickness of 1.5 mm and the nickel cathode rib 6 having a height of 25 mm and a thickness of 1.5 mm were attached by welding had a thickness of 2 mm.
A nickel expand substrate that had been pre-blasted was used as the cathode current collector 2r. The substrate had a thickness of 1 mm and an aperture ratio of 54%. A conductive elastic body 2e was fixed onto the cathode current collector 2r by spot welding. This zero-gap type bipolar element was stacked via a gasket that held the diaphragm, thereby forming a zero-gap structure Z in which the anode 2a and cathode 2c were pressed against the diaphragm 4.

(比較例3)
比較例2と同様にして作製した陽極を用いたこと以外は、実施例7と同様にしてゼロギャップ型複極式エレメントを製造した。
(Comparative Example 3)
A zero-gap type bipolar element was produced in the same manner as in Example 7, except that an anode produced in the same manner as in Comparative Example 2 was used.

上記実施例7及び比較例3の電解装置を用いて、55wt%水酸化カリウム水溶液の電解液を80℃に保温し循環させ、電流密度が6kA/mとなるように連続で100時間正通電し、水電解を行った。実施例7、比較例3の各セルの対電圧をモニターし、対電圧の推移を記録した。各セルのセル電圧を、実施例7及び比較例3それぞれ3セルの平均値をとって比較した。
実施例7では3セル平均過電圧が、通電100時間後1.70Vと低い値であったのに対して、比較例3では3セル平均過電圧が、通電100時間後で1.90Vと高い値が得られた。よって、実施例7の陽極が比較例3よりも高濃度アルカリ電解液でより低い酸素過電圧を示すことで、長時間運転においても低いセル電圧が実現できたと結論付けられる。
Using the electrolysis devices of Example 7 and Comparative Example 3, water electrolysis was performed by circulating an electrolyte solution of 55 wt % potassium hydroxide aqueous solution at 80°C and continuously applying a positive current for 100 hours so that the current density was 6 kA/ m2 . The voltage versus voltage of each cell of Example 7 and Comparative Example 3 was monitored, and the progress of the voltage versus voltage was recorded. The cell voltage of each cell was compared by taking the average value of three cells for each of Example 7 and Comparative Example 3.
In Example 7, the three-cell average overvoltage after 100 hours of energization was a low value of 1.70 V, whereas in Comparative Example 3, the three-cell average overvoltage after 100 hours of energization was a high value of 1.90 V. Therefore, it can be concluded that the anode of Example 7 exhibited a lower oxygen overvoltage in a high-concentration alkaline electrolyte than Comparative Example 3, thereby achieving a low cell voltage even during long-term operation.

本発明の電極は、高濃度のアルカリ性電解液中での酸素発生の過電圧が低いため、高濃度のアルカリを含有する水の電気分解において、水電解槽の陽極として好適に利用できる。 The electrode of the present invention has a low overvoltage for oxygen generation in a highly concentrated alkaline electrolyte, making it suitable for use as an anode in a water electrolysis cell for electrolyzing water containing a highly concentrated alkali.

1 隔壁
2 電極
2a 陽極
2c 陰極
2e 導電性弾性体
2r 陰極集電体
3 外枠
4 隔膜
5a 陽極室
5c 陰極室
6 リブ
7 ガスケット
50 複極式電解槽
51g ファストヘッド、ルーズヘッド
51i 絶縁板
51a 陽極ターミナルエレメント
51c 陰極ターミナルエレメント
51r タイロッド
60 複極式エレメント
65 電解セル
70 電解装置
71 送液ポンプ
72 気液分離タンク
74 整流器
75 酸素濃度計
76 水素濃度計
77 流量計
78 圧力計
79 熱交換器
80 圧力制御弁
Z ゼロギャップ構造
REFERENCE SIGNS LIST 1 Partition wall 2 Electrode 2a Anode 2c Cathode 2e Conductive elastic body 2r Cathode current collector 3 Outer frame 4 Diaphragm 5a Anode chamber 5c Cathode chamber 6 Rib 7 Gasket 50 Bipolar electrolytic cell 51g Fast head, loose head 51i Insulating plate 51a Anode terminal element 51c Cathode terminal element 51r Tie rod 60 Bipolar element 65 Electrolytic cell 70 Electrolytic device 71 Liquid feed pump 72 Gas-liquid separation tank 74 Rectifier 75 Oxygen concentration meter 76 Hydrogen concentration meter 77 Flow meter 78 Pressure gauge 79 Heat exchanger 80 Pressure control valve Z Zero gap structure

Claims (6)

基材上に、LaNiNb3-z(x+yは0.8以上1.2以下、yは0.005以上0.2以下、zは-0.5以上0.5以下)を有し、LaNiNb3-z層中の20μm角領域において、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和が10μm以上200μm以下である、電極。 An electrode having LaNi x Nb y O 3-z (x+y is 0.8 or more and 1.2 or less, y is 0.005 or more and 0.2 or less, z is -0.5 or more and 0.5 or less) on a substrate, in which the sum of the areas of pores exceeding 0.785 μm 2 and 20 μm 2 or less is 10 μm 2 or more and 200 μm 2 or less in a 20 μm square region in the LaNi x Nb y O 3-z layer. 前記20μm角領域において、平均細孔面積が、0.785μm超10μm以下である、請求項1に記載の電極。 2. The electrode of claim 1, wherein the average pore area in the 20 μm square area is greater than 0.785 μm 2 and less than or equal to 10 μm 2 . 前記20μm角領域において、平均細孔数が、20個以上150個以下である、請求項1又は2に記載の電極。 The electrode described in claim 1 or 2, wherein the average number of pores in the 20 μm square area is 20 to 150. 前記20μm角領域において、空隙率が、29%超55%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の電極。 An electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the porosity in the 20 μm square region is greater than 29% and less than or equal to 55%. 請求項1~4のいずれか一項に記載の電極を陽極に用いてなることを特徴とする、電解セル。 An electrolytic cell characterized by using the electrode described in any one of claims 1 to 4 as an anode. アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法において、前記電解槽は、少なくとも陽極と陰極を備え、前記陽極は、基材上に、LaNiNb3-z(x+yは0.8以上1.2以下、yは0.005以上0.2以下、zは-0.5以上0.5以下)を有し、LaNiNb3-z層中の20μm角領域において、0.785μm超20μm以下の細孔の面積の総和が10μm以上200μm以下であることを特徴とする、水素の製造方法。 A hydrogen production method for producing hydrogen by electrolyzing alkali-containing water in an electrolytic cell, characterized in that the electrolytic cell comprises at least an anode and a cathode, the anode having LaNi x Nb y O 3-z (x+y is 0.8 or more and 1.2 or less, y is 0.005 or more and 0.2 or less, z is -0.5 or more and 0.5 or less) on a substrate, and the sum of the areas of pores exceeding 0.785 μm 2 and 20 μm 2 or less in a 20 μm square region in the LaNi x Nb y O 3-z layer is 10 μm 2 or more and 200 μm 2 or less.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014203809A (en) 2013-04-10 2014-10-27 富士電機株式会社 Positive electrode and process of manufacturing the same
JP2017190476A (en) 2016-04-12 2017-10-19 デノラ・ペルメレック株式会社 Anode for alkaline water electrolysis and method for producing anode for alkaline water electrolysis
WO2018155503A1 (en) 2017-02-21 2018-08-30 旭化成株式会社 Positive electrode, positive electrode for water electrolysis, electrolysis cell, and method for producing hydrogen
JP2019143235A (en) 2018-02-22 2019-08-29 旭化成株式会社 Method for evaluating electrode for alkaline water electrolysis, method for manufacturing electrode for alkaline water electrolysis, and electrode for alkaline water electrolysis

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013012965A1 (en) 2011-07-19 2013-01-24 Massachusetts Institute Of Technology Electrochemical methods and systems using catalytic materials
JP2014203809A (en) 2013-04-10 2014-10-27 富士電機株式会社 Positive electrode and process of manufacturing the same
JP2017190476A (en) 2016-04-12 2017-10-19 デノラ・ペルメレック株式会社 Anode for alkaline water electrolysis and method for producing anode for alkaline water electrolysis
WO2018155503A1 (en) 2017-02-21 2018-08-30 旭化成株式会社 Positive electrode, positive electrode for water electrolysis, electrolysis cell, and method for producing hydrogen
JP2019143235A (en) 2018-02-22 2019-08-29 旭化成株式会社 Method for evaluating electrode for alkaline water electrolysis, method for manufacturing electrode for alkaline water electrolysis, and electrode for alkaline water electrolysis

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