JPS6136593B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、イオン交換膜とりわけカチオン交
換膜に化学メツキにより電極特にアノードを形成
する方法に関する。

最近、フロロカーボンを基材とするカチオン交
換膜の研究のめざましい進歩にともなつて、この
膜に直接電極を形成して、電極反応を行なわせる
SPE電解や燃料電池の研究開発が著しい発展をと
げている。

イオン交換膜に設けられる電極としては、酸素
過電圧の低いものが要望されている。

イリジウムは白金より低い酸素過電圧を有して
いる。したがつてイリジウムよりなる電極膜を形
成すれば、酸素過電圧の低い電極が得られること
になるが、イリジウムは白金に比べて高価である
上に、電極として必要な導電性を保持するには、
イリジウム量を極端に減らすことができない。そ
こでイリジウムと白金の合金よりなる化学メツキ
層を成することこにより、イリジウム量を減少さ
せることが考えられるが、この場合イリジウムと
白金の還元特性が異なるため、所望のメツキ層が
得られない。

イリジウムの還元特性について検討したとこ
ろ、塩化イリジウムはアルカリ性においてはヒド
ラジンによつて還元されないが、白金が存在する
と、これが触媒作用を果して、塩化イリジウムが
還元されることがわかつた。

この発明は上記の知見に基づいてなされたもの
であつて、低価格でかつ酸素過電圧の低い電極層
を形成することのできる方法を提供することを目
的とする。

この発明による電極の形成方法は、イオン交換
膜に白金メツキ層を形成せしめ、ついでイリジウ
ム化合物をヒドラジンで還元させて、白金メツキ
層を被覆するイリジウムメツキ層を形成せしめる
ことを特徴とするイオン交換膜における電極の形
成方法である。

白金メツキ層の形成は、白金化合物を用いた化
学メツキによつてなされる。白金化合物の代表例
としては塩化白金酸が挙げられる。

イリジウムメツキ層の形成は、イリジウム化合
物とヒドラジンを含みかつPH５〜６に維持された
メツキ液をイオン交換膜の一方の面に保持し、ア
ルカリ溶液を同膜の他方の面から浸透させ、同膜
〓〓〓〓〓
の一方の面上で透過アルカリの存在下にヒドラジ
ンによる還元反応を行なわせる方法か、またはヒ
ドラジンをアルカリ溶液とともにイオン交換膜の
他方の面から浸透させて、やはり同膜の一方の面
上で還元反応を行なわせる方法でなされる。

イリジウム化合物の代表例としては塩化イリジ
ウムが挙げられる。またアルカリ溶液としては水
酸化ナトリウム溶液がよく用いられが、もちろん
これに限定されない。メツキ液のPHは、アルカリ
水溶液によつて５〜６に調整され、クエン酸、ク
エン酸ナトリウム系などの緩衝液によりこの範囲
に維持される。メツキ液および／またはアルカリ
液は界面活性剤を含むこともある。界面活性剤の
代表例としては、陰イオン系のものたとえばアル
キルベンゼンスルホン酸ナトリウムが挙げられ
る。

この発明による電極の形成方法によれば、イオ
ン交換膜に白金メツキ層を形成せしめ、ついでイ
リジウム化合物をヒドラジンで還元させて、白金
メツキ層を被覆するイリジウムメツキ層を形成せ
しめるので、酸素過電圧の低い電極を比較的低価
格で形成することができる。またアルカリがイオ
ン交換膜の他方の面から浸透するので、還元反応
は同膜の一方の面上で透過アルカリの存在下に生
起し、そのため高価な白金化合物およびイリジウ
ム化合物のロスが少なくなり、またイオン交換膜
への付着性のすぐれた電極が形成される。

実施例 １ 0.1Mクエン酸・クエン酸ナトリウム系緩衝液
（PH＝６）にH₂PtCl₆・6H₂OとH₂NNH₂・2HClと
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを、それ
ぞれ重量濃度で0.5％と2.0％と0.8％になるように
溶解し、さらに２％NaOH水溶液を添加してPHを
５〜６に調整し、メツキ液を調製した。

イオン交換膜として米国デユポン社製のイオン
交換膜（商品名：ナフイオン125）を用意し、添
付図面に示すメツキ槽１において上側のメツキ液
ホルダ２と下側のアルカリ液ホルダ３の間にイオ
ン交換膜４を挟持した。そして先に調製したメツ
キ液５をメツキ液ホルダ２にイオン交換膜１cm²当
り0.5ml入れて保持した。またNaOHとドデシル
ベンゼンスルホン酸ナトリウムをそれぞれ0.02重
量％と0.3重量％含むアルカリ水溶液６をマイク
ロポンプで入口７からイオン交換膜１cm²当り２
ml／分の流量で３時間アルカリ液ホルダ３に流入
して、同ホルダ３を満たし、出力８から排出し
た。こうしてイオン交換膜４の一方の面に白金メ
ツキ層を形成した。

つぎに、H₂PtCl₆・6H₂Oの代わりにIrCl₄を0.2
％含むメツキ液を用いる点を除いて上記と同一条
件で、上記化学メツキ操作を再度実施し、白金メ
ツキ層の上にイリジウムメツキ層を形成した。こ
うしてイオン交換膜４の一方の面に白金層とこれ
を被覆するイリジウム層よりなるメツキ層９を形
成した。

上記メツキ層を有するイオン交換膜をヒドラジ
ンのアルカリ水溶液に浸漬したところ、気泡が発
生した。イリジウムはアルカリ性でヒドラジンを
分解する性質を有するので、上記気泡の発生によ
り白金とともにイリジウムがメツキされたことが
証明された。

つぎに、イオン交換膜４をメツキ槽１から外し
て、これを上下逆にして再びメツキ液ホルダ２と
アルカリ液ホルダ３の間に挟持した。そして、
H₂PtCl₆・6H₂Oを含む上記メツキ液を用いて上記
と同一条件で、上記化学メツキ操作をもう一度実
施した。こうしてイオン交換膜の他方の面に白金
のメツキ層を形成した。

こうして製作したSPEを用いて、イリジウムを
含むメツキ層をアノードとし、白金メツキ層をカ
ソードとし、白金メツキしたチタン製エキスパン
ドメタルを電極コレクタとしたSPE電解槽で、水
の電解を行なつた。この場合の電流−電圧曲線を
第２図に示す。また白金のみをメツキしてなるア
ノードを用いた場合の同曲線も、同図に示した。
これらの曲線の比較から明らかなように、この実
施例で形成したアノードを備えたSPEを用いれ
ば、高い電流密度でも低い電圧で電解を行なうこ
とができる。

実施例 ２ イリジウムメツキ層の形成工程において、
H₂NNH₂・2HClがメツキ液に含まれないで、アル
カリ水溶液に0.5％含まれ、同水溶液のPHが１％
NaOHで12に調整されており、同水溶液をボルダ
３に５時間流す点を除いて、実施例１と同一条件
で、メツキ操作を繰返し、得られたSPEを用いて
実施例１と同一条件で水の電解を行なつた。その
結果温度95℃、電流密度１A/cm²の電解条件で、
〓〓〓〓〓
電解槽電圧は1.69Vであり、実施例１の場合とほ
ぼ等しい（第２図）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例で用いたメツキ槽
を示す垂直断面図、第２図は電流密度と槽電圧の
関係を示すグラフである。 ２……メツキ液ホルダ、３……アルカリ液ホル
ダ、４……イオン交換膜、９……メツキ層。 〓〓〓〓〓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン交換膜に白金メツキ層を形成せしめ、
   ついでイリジウム化合物をヒドラジンで還元させ
   て、白金メツキ層を被覆するイリジウムメツキ層
   を形成せしめることを特徴とするイオン交換膜に
   おける電極の形成方法。 ２ イリジウム化合物が塩化イリジウムである特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ イオン交換膜がカチオン交換膜である特許請
   求の範囲第１または２項記載の方法。