JPH0633484B2 - Method for manufacturing cathode for hydrogen generation - Google Patents
Method for manufacturing cathode for hydrogen generationInfo
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- JPH0633484B2 JPH0633484B2 JP61094836A JP9483686A JPH0633484B2 JP H0633484 B2 JPH0633484 B2 JP H0633484B2 JP 61094836 A JP61094836 A JP 61094836A JP 9483686 A JP9483686 A JP 9483686A JP H0633484 B2 JPH0633484 B2 JP H0633484B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は食塩の電解、水の電解等の陰極として用いられ
る新規な水素発生用陰極の効率的な製造方法に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of use] The present invention relates to a method for efficiently producing a novel hydrogen generating cathode used as a cathode for electrolysis of salt, electrolysis of water and the like.
従来、アルカリ金属塩水溶液の電解、特にイオン交換膜
法による塩化ナトリウム水溶液の電解により塩素と水酸
化ナトリウムとを得る技術等の開発が進み、益々高い電
流効率と低い電圧による電解、即ち電力原単位の向上が
図られている。これらの技術動向のうち、電流効率の向
上は主としてイオン交換膜の改良として、また電圧の低
下については、イオン交換膜の改良と並行して電極にお
ける電解時の過電圧を低下させる検討が行なわれてい
る。このうち陽極にあってはすでに種々の優れた提案が
なされており、ほとんど陽極過電圧が問題とならない電
極が工業的に用いられている。Conventionally, the development of a technique for obtaining chlorine and sodium hydroxide by electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal salt, in particular, an aqueous solution of sodium chloride by an ion exchange membrane method has progressed, and electrolysis by an increasingly high current efficiency and a low voltage, that is, a power consumption Is being improved. Among these technological trends, the improvement of current efficiency is mainly due to the improvement of the ion exchange membrane, and the reduction of voltage is being studied in parallel with the improvement of the ion exchange membrane to reduce the overvoltage during electrolysis at the electrodes. There is. Of these, various excellent proposals have already been made for the anode, and an electrode in which the anode overvoltage is hardly a problem is industrially used.
しかるに陰極、即ち水素発生用陰極にあっては、一般に
軟鉄或いはニッケル製のものが工業的に使用されてお
り、例えば400ミリボルト(mv)程度の高い水素過電圧
を許容しているため、その改善の必要性が指摘されてい
る。近年、水素過電圧の低減を目的とした陰極につい
て、種々の特許出願がなされている。例えば特開昭55
−164491号、特開昭55−131188号、特開
昭56−93885号、特開昭58−167788号公
報などに示された電極にあっては電極基体上にニッケ
ル、コバルト、銀等の粒子またはこれらの金属とアルミ
ニウムその他の金属との合金の粒子を溶着あるいは銀、
亜鉛、マグネシウム、スズなどの保持用金属層中に一部
露出するように埋没させ、場合によっては保持用金属層
の一部を化学的に浸食させて多孔化した微粒子固定形の
電極、また特開昭54−60293号の如く、含硫黄ニ
ッケル塩を含むメッキ浴を用いて電極基体上に電気メッ
キを行なう活性金属の電析法により水素過電圧を低くさ
せた水素発生用陰極が提案されている。However, as a cathode, that is, a cathode for hydrogen generation, one made of soft iron or nickel is generally used industrially, and for example, a high hydrogen overvoltage of about 400 millivolts (mv) is allowed, and therefore, improvement thereof is required. The need has been pointed out. In recent years, various patent applications have been made for a cathode intended to reduce hydrogen overvoltage. For example, JP-A-55
In the electrodes described in JP-A-164491, JP-A-55-131188, JP-A-56-93885, JP-A-58-167788 and the like, particles of nickel, cobalt, silver or the like are formed on the electrode substrate. Or welding particles of alloys of these metals with aluminum or other metals or silver,
Particulate-immobilized electrodes, which are made by burying a part of the holding metal layer of zinc, magnesium, tin, etc. so as to be exposed, and in some cases chemically eroding a part of the holding metal layer to make it porous, As in JP-A-54-60293, there has been proposed a hydrogen generating cathode in which the hydrogen overvoltage is lowered by an electrodeposition method of an active metal in which a plating bath containing a sulfur-containing nickel salt is electroplated. .
これらの提案により比較的低い水素過電圧の陰極を得る
ことは可能であるが、より低い過電圧とすること及び陰
極性能の持続性を大きくすること、或いはより廉価にす
ることなど種々改良の必要性が工業的には望まれる。例
えば前記した微粒子固定形の陰極にあっては、微粒子金
属自体が高価であったり、その調製が容易でない等に加
えて、一般に製法が複雑であり、得られた製品である陰
極の性能がバラツキやすいなど性能安定性に欠ける傾向
にある。また後者の含硫黄のニッケル浴による電気メッ
キにあっては、水素過電圧を十分に低くすることに難が
あり、場合によっては耐久性が小さいなどの欠点があ
る。Although it is possible to obtain a cathode having a relatively low hydrogen overvoltage by these proposals, there is a need for various improvements such as lowering the overvoltage and increasing the sustainability of the cathode performance, or lowering the cost. Industrially desired. For example, in the above-mentioned particulate fixed type cathode, in addition to the particulate metal itself being expensive, its preparation not being easy, etc., the manufacturing method is generally complicated, and the performance of the obtained cathode is not uniform. It tends to lack performance stability such as easy. In the latter case of electroplating with a sulfur-containing nickel bath, it is difficult to sufficiently reduce the hydrogen overvoltage, and in some cases, there are drawbacks such as low durability.
したがって、本発明の目的は比較的安価に原材料を用
い、極めて容易な手段で水素過電圧の低い例えば30A
/dm2の電流密度において水素過電圧が200mV以下、
特に100mV以下であり、しかも長期間安定して持続さ
れる水素発生用陰極を提供することにある。Therefore, the object of the present invention is to use raw materials relatively inexpensively and to reduce hydrogen overvoltage, for example, 30A by an extremely easy means.
Hydrogen overvoltage is 200 mV or less at current density of / dm 2 ,
Particularly, it is to provide a cathode for hydrogen generation which is 100 mV or less and which is stably maintained for a long period of time.
本発明者らは、上記に鑑み鋭意研究の結果、導電性電極
基体に特定した活性物質を特定した電気メッキ手段によ
り存在させることにより、目的とする水素発生用陰極が
容易に得られることを見出し、本発明を提案するに至っ
たものである。即ち、本発明は陰イオン交換膜により陽
極を分離した陰極室において、ニッケルイオンおよびス
ズイオンを主成分として含有するメッキ浴を用いて、導
電性電極基体の表面にニッケル含有率が25〜99重量
%の割合のニッケル−スズ合金を電析させることを特徴
とする水素発生用陰極の製造方法である。As a result of intensive studies in view of the above, the present inventors have found that the target hydrogen generating cathode can be easily obtained by allowing the specified active substance to be present in the conductive electrode substrate by the specified electroplating means. The present invention has led to the proposal of the present invention. That is, the present invention uses a plating bath containing nickel ions and tin ions as main components in a cathode chamber in which the anode is separated by an anion exchange membrane, and the nickel content on the surface of the conductive electrode substrate is 25 to 99% by weight. Is a method for manufacturing a cathode for hydrogen generation, which comprises depositing nickel-tin alloy at a ratio of
本発明に用いる電極基体は、導電性物質であればよく、
一般に水素発生用陰極として使用する環境下に耐久性の
ある金属を用いる。従ってアルカリ金属塩、特にハロゲ
ン化アルカリ金属の電解や水の電解に用いる場合には電
極基体として軟鉄やニッケルを用いるのが好ましい。し
かしながら、銅或いは銅合金の如き良導電性金属、場合
によってはチタン等も使用することができる。また、電
極形状は、電極基体の形状によって定まるものであり該
形状は本発明において特に限定されるものではなく、一
般に電解槽における陰極として使用される形状のものが
用いられる。例えば平板状、網状、パンチドメタル、エ
キスパンドメタル、スダレ状等である。該電極基体は電
気メッキを施すに先立って脱脂、エッチング前の前処理
を施すことが好ましく、その方法は通常のメッキ時に行
われる公知の方法が特に制限なく用いられる。The electrode substrate used in the present invention may be any conductive substance,
Generally, a metal that is durable under the environment used as a cathode for hydrogen generation is used. Therefore, it is preferable to use soft iron or nickel as the electrode substrate when it is used for the electrolysis of alkali metal salts, especially alkali metal halides or the electrolysis of water. However, good conductive metals such as copper or copper alloys, and in some cases titanium, may also be used. The shape of the electrode is determined by the shape of the electrode substrate, and the shape is not particularly limited in the present invention, and a shape generally used as a cathode in an electrolytic cell is used. For example, a flat plate shape, a net shape, a punched metal, an expanded metal, a scalloped shape, and the like. Prior to electroplating, the electrode substrate is preferably subjected to degreasing and pretreatment before etching. As the method, a known method used during ordinary plating can be used without particular limitation.
本発明において電極基体の表面に被覆させる活性物質で
あるニッケルおよびスズの特定割合から成る合金層は、
必ずしも電極基体の全表面を覆っていることは必須では
ないが、電極の有効面積を増大させる意味からは全表面
を覆う方が有利である。また、電極基体が例えば銅など
を用い、それ自体陰極の使用環境下に腐蝕の恐れのある
場合には、当然に該基体の全面(溶液中に浸漬される部
分の全面)を被覆するべきである。また本発明におい
て、電極基体の表面に被覆させる活性層の組成は、水素
過電圧に対して極めて重要な意味を有し少なくともニッ
ケルとスズよりなる合金であり、特にニッケルおよびス
ズ、場合によってその他に表面積を増すための第三の成
分を加えることも有効であり、さらに不可避的に混入さ
れる他の元素又は化合物を含むことも可能でしる。この
活性層中におけるニッケル(Ni)とスズ(Sn)との割合、即
ち は25〜99(重量%)の範囲である必要がある。ニッ
ケルの含有率がこの範囲をはずれると驚く程に水素過電
圧が増大する。このように、ニッケルとスズの特定割合
の合金に限って何故に斯くも水素過電圧が低くなるのか
本発明者等も十分に説明しないが、電気メッキ手段によ
りニッケルとスズとを特定の比率の範囲内に共析させる
とき、生ずる特殊な結晶或いは形態をとって基体上に付
着する。かかる付着の状態が低水素過電圧をもたらして
いるものと推察している。実際に顕微鏡で観察した付着
物の状態は、砂利を積み重ねた如き形状を呈する場合が
多い。また、X線回折においては非常にブロードなピー
クを与え、結晶の歪或いは微結晶の存在が考えられて、
それが活性と関連しているのではないかとも考えられ
る。In the present invention, an alloy layer composed of a specific proportion of nickel and tin, which are active substances to be coated on the surface of the electrode substrate,
It is not always necessary to cover the entire surface of the electrode substrate, but it is advantageous to cover the entire surface in the sense of increasing the effective area of the electrode. When the electrode substrate is made of, for example, copper and may corrode itself under the environment where the cathode is used, the entire surface of the substrate (the entire surface immersed in the solution) should be naturally covered. is there. Further, in the present invention, the composition of the active layer coated on the surface of the electrode substrate has an extremely important meaning for hydrogen overvoltage, and is an alloy composed of at least nickel and tin. It is also effective to add a third component for increasing the amount of the compound, and it is possible to include other elements or compounds which are inevitably mixed. Ratio of nickel (Ni) and tin (Sn) in this active layer, that is, Should be in the range of 25 to 99 (wt%). When the nickel content deviates from this range, the hydrogen overvoltage increases surprisingly. As described above, the inventors of the present invention do not fully explain why the hydrogen overvoltage is low only for the alloy having a specific ratio of nickel and tin, but the range of the specific ratio of nickel and tin is set by the electroplating means. When co-deposited in it, it takes the form of a special crystal or morphology that is deposited on the substrate. It is speculated that such a state of adhesion causes a low hydrogen overvoltage. The state of the deposit actually observed with a microscope often has a shape like a stack of gravel. Further, in X-ray diffraction, a very broad peak is given, and it is considered that crystal strain or the presence of fine crystals is present.
It is possible that it is related to activity.
本発明は、特定した組成割合のニッケルおよびスズより
なる活性物質を電気メッキ手段により電極基体の表面に
被覆させて、目的とする水素過電圧の低い水素発生用陰
極を得るために、陰イオン交換膜で陽極を分離した陰極
室において該電気メッキを実施することが極めて重要で
ある。即ち、本発明の製造方法によれば、陰イオン交換
膜を用いることのない(陽極を分離することなく)通常
の電気メッキ法に比べて、電極基体とメッキ層との密着
性(耐久性)が良好で水素過電圧が低い水素発生用陰極
を得ることが出来るばかりでなく、またメッキ浴の寿命
が向上するため、目的の水素発生用陰極を効率よく多量
に得ることが出来る。このような本発明において発揮さ
れる作用効果は、陽極が陰イオン交換膜により分離され
ているため、該陽極で発生する酸素及び陽極によって陰
極室におけるメッキ浴のスズイオンSn2+がSn4+に酸化さ
れないこと、またメッキ浴に添加された錯化剤が酸化さ
れないことなどに起因すると推察される。The present invention provides an anion exchange membrane to obtain a target hydrogen generating cathode having a low hydrogen overvoltage by coating the surface of an electrode substrate with an active substance composed of nickel and tin in a specified composition ratio by electroplating means. It is extremely important to carry out the electroplating in the cathode chamber where the anode is separated by. That is, according to the production method of the present invention, the adhesion (durability) between the electrode substrate and the plating layer is higher than that in the usual electroplating method without using an anion exchange membrane (without separating the anode). Can be obtained, and not only a hydrogen generating cathode having a low hydrogen overvoltage can be obtained, but also the life of the plating bath is improved, so that a large amount of the desired hydrogen generating cathode can be efficiently obtained. Since the anode is separated by the anion-exchange membrane, the tin ions Sn 2+ in the plating bath in the cathode chamber are converted to Sn 4+ by the oxygen and the anode generated in the anode. It is presumed that this is due to the fact that it is not oxidized and the complexing agent added to the plating bath is not oxidized.
本発明において用いる陽極としては、一般に例えばチタ
ン、チタン−パラジウム合金などによりなる不溶性陽極
が好ましく用いられる。また、陰イオン交換膜として
は、陰イオン選択透過性を有する公知のイオン交換膜が
特に制限なく用いられる。As the anode used in the present invention, generally, an insoluble anode made of, for example, titanium or titanium-palladium alloy is preferably used. As the anion exchange membrane, a known ion exchange membrane having anion selective permeability can be used without particular limitation.
本発明に用いるメッキ浴の主成分であるニッケルイオン
としては、例えば塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニ
ッケル、臭化ニッケル等で、またスズイオンとしては例
えば塩化スズ、ピロリン酸第1スズ等である。Nickel ions which are the main components of the plating bath used in the present invention are, for example, nickel chloride, nickel sulfate, nickel nitrate, nickel bromide and the like, and tin ions are, for example, tin chloride and stannous pyrophosphate.
電気メッキは、上記した電気メッキ装置の陰、陽極室
に、ニッケルイオン及びスズイオンを含有するメッキ浴
を供給し、ニッケル含有率が25〜99%の割合でニッ
ケル−スズ合金を電析させることにより行なわれる。Electroplating is performed by supplying a plating bath containing nickel ions and tin ions to the negative and positive electrode chambers of the above electroplating apparatus, and depositing nickel-tin alloy at a nickel content of 25 to 99%. Done.
この際、一般にニッケルイオンとスズイオンとは互に還
元電位に差があるため、通常両イオンの存在下で基体上
に電析を行うとほとんどスズイオンのみが選択的に還元
され析出し、メッキ浴中からスズイオンがなくなった段
階でニッケルの析出が始まることになる。この場合はほ
とんど合金とならず、二層に金属が析出した形態とな
る。斯様な形態のものは陰極として用いた場合水素過電
圧は400mv以上で極めて高い値となる。At this time, in general, nickel ions and tin ions have different reduction potentials from each other, and therefore, when electrodeposition is usually performed on a substrate in the presence of both ions, almost only tin ions are selectively reduced and deposited, and Therefore, the precipitation of nickel will start when the tin ions are exhausted. In this case, almost no alloy is formed and the metal is deposited in two layers. When such a form is used as a cathode, the hydrogen overvoltage becomes extremely high at 400 mv or more.
そこでニッケルとスズの合金メッキを行うためには、両
者の還元電位を接近させることが必要となる。このため
種々の錯化剤を用いてスズイオンの還元電位をより卑と
するか、ニッケルイオンの還元電位をより貴にするか、
それらの両方を用いる必要がある。例えば「金属表面技
術」誌第32巻No.1(1981)23頁にはピロリン
酸浴からのスズ−ニッケル合金メッキについて検討され
ており、種々のアミノ酸の添加が有効である旨述べられ
ている。即ち、多くのアミノ酸類、なかでもグリシンの
ようなα−アミノ酸類はメッキ浴中のニッケルイオンの
析出電位を分極曲線上貴な方向に移行させるのである。
また「ジャーナル、オブエレクトロケミカル、サァサァ
イヤティー」誌100巻107頁(1953)などに示
されているフッ化物を主体とする浴を用いる場合は、フ
ッ化物とSn2+との錯体形成により、Sn2+の析出電位な卑
な方向に移行させ、ニッケルの析出電位と近接させるの
である。塩化物等も同様な効果が期待できる。そのほか
ピリジン、ピラゾール、エチレンジアミン等のアミン
類、クエン酸、酒石酸などのオキシカルボン酸及びその
塩類、チオ尿素、ザンドゲンサン等の含硫化合物、クレ
ゾールスルホン酸及びその塩の如きオキシスルホン酸及
びその塩類、スルフアミン酸及びその塩等のアミノスル
ホン酸及びその塩類等が有効である。これらの錯化剤の
うち、グリシン、アラニン、β−アラニン、バリン、ア
スパラギン酸、グルタミン酸、アルギン酸、リジン、ヒ
スチジン、プロリン、セリン、スレオニン等のアミノ酸
及びエチレンジアミンが特に有効であり、次いでフッ化
ナトリウム等の可溶性フッ化物塩及びフッ酸など或いは
食塩及び塩酸が有効である。しかしながら本発明におい
ては、ニッケル及び/又はスズと錯体を形成し、該錯体
からの金属析出電位がニッケルとスズの析出電位を接近
させるものであれば特に限定されるものではない。これ
らの錯化剤の使用量もまた限定されないが、一般に錯体
を形成する金属イオンに対して、0.1〜5倍モル当量存
在させれば十分で、好ましくは0.5〜3倍当量であろ
う。Therefore, in order to perform the alloy plating of nickel and tin, it is necessary to bring the reduction potentials of the two close to each other. Therefore, using various complexing agents to make the reduction potential of tin ions more base, or to make the reduction potential of nickel ions more noble,
You need to use both of them. For example, "Metal Surface Technology", Vol. 32, No. 1 (1981), page 23, discusses tin-nickel alloy plating from a pyrophosphate bath, and states that addition of various amino acids is effective. . That is, many amino acids, especially α-amino acids such as glycine, shift the deposition potential of nickel ions in the plating bath to a noble direction on the polarization curve.
Further, when a bath mainly containing fluoride as shown in "Journal, of Electrochemicals, Society," Vol. 100, page 107 (1953), etc. is used, the complex formation of fluoride and Sn 2+ causes It shifts to the base direction of the Sn 2+ deposition potential and brings it closer to the nickel deposition potential. Similar effects can be expected with chlorides and the like. In addition, amines such as pyridine, pyrazole and ethylenediamine, oxycarboxylic acids and salts thereof such as citric acid and tartaric acid, sulfur-containing compounds such as thiourea and zandogensan, oxysulfonic acids such as cresolsulfonic acid and salts thereof and salts thereof, sulfamines Aminosulfonic acids such as acids and salts thereof and salts thereof are effective. Among these complexing agents, glycine, alanine, β-alanine, valine, aspartic acid, glutamic acid, alginic acid, lysine, histidine, proline, serine, threonine and other amino acids and ethylenediamine are particularly effective, followed by sodium fluoride and the like. Soluble fluoride salt and hydrofluoric acid or salt and hydrochloric acid are effective. However, the present invention is not particularly limited as long as it forms a complex with nickel and / or tin and the metal deposition potential from the complex brings the deposition potentials of nickel and tin close to each other. The amount of these complexing agents to be used is also not limited, but generally it is sufficient to be present at 0.1 to 5 times molar equivalents, and preferably 0.5 to 3 times equivalents, relative to the metal ions forming the complex.
本発明に適するメッキ浴組成の数例を第1〜3表に示
す。Tables 1 to 3 show some examples of plating bath compositions suitable for the present invention.
これらの例は陰極製造に用いるメッキ浴の数例であり、
所望のニッケル含有率を得るためには、一般にメッキ浴
中のニッケルイオンとスズイオンとの割合を変化させる
ことにより達成される。即ち、基体上に電析させる被覆
中のニッケル含有量を多くする場合には、浴中のニッケ
ルイオン濃度をスズイオン濃度に対して高くする必要が
ある。浴組成と電析被覆中のニッケル含有率の関係は、
添加する錯化剤その他の添加剤、浴中のpH、電流密度等
によって異なるが一般にはメッキ浴中のニッケル% と電析物中のニッケル%とはほぼ比例関係となるし、ま
た、実施するにあたり予備的に調べることにより容易に
それらの関係を知ることができる。 These examples are just a few of the plating baths used to manufacture the cathode,
The desired nickel content is generally achieved by varying the proportion of nickel and tin ions in the plating bath. That is, when the nickel content in the coating to be electrodeposited on the substrate is increased, the nickel ion concentration in the bath needs to be higher than the tin ion concentration. The relationship between the bath composition and the nickel content in the electrodeposition coating is
Although it depends on the complexing agent to be added and other additives, pH in the bath, current density, etc., it is generally nickel% in the plating bath. And the nickel% in the electrodeposit have a substantially proportional relationship, and the relationship can be easily known by conducting a preliminary examination before carrying out.
また一般にメッキ浴中でスズイオンを安定に保つためリ
ン酸、特にピロリン酸及びそれらの塩を併用するのが好
ましい。Further, in general, it is preferable to use phosphoric acid, particularly pyrophosphoric acid and salts thereof together in order to keep tin ions stable in the plating bath.
電気メッキの条件は通常装飾用或いは耐食用として行わ
れるスズ−ニッケル合金メッキの場合と本質的に異なら
ないが、本発明の陰極において活性被覆を得る目的にあ
っては、上記装飾又は耐食を目的とする場合に比して一
般に高いニッケル含有率とする必要がある。そのためメ
ッキ浴中のスズ、ニッケル両イオン濃度のモル比はSn/
Niとして2以下、一般に10-4〜2、好ましくは0.001
〜1の範囲で用いる。The conditions of electroplating are essentially the same as in the case of tin-nickel alloy plating, which is usually performed for decoration or corrosion resistance, but for the purpose of obtaining an active coating in the cathode of the present invention, the above-mentioned decoration or corrosion resistance is used. In general, the nickel content needs to be higher than that of the above. Therefore, the molar ratio of tin and nickel ion concentration in the plating bath is Sn /
Ni as 2 or less, generally 10 -4 to 2, preferably 0.001
Used in the range of ~ 1.
メッキ時のpHは一般にニッケル錯体を主に形成させよう
とする場合は5〜10、好ましくは6〜9の範囲に、ま
たスズ錯体を主として形成させようとする場合には一般
に低め、例えば1〜6、好ましくは1〜4、特にpH3近
辺とするのがよい。これらのpH調整は、使用する錯化剤
その他の添加剤の種類及び使用量によって、或いは必要
により酸、例えば塩酸、リン酸、フッ酸等又はアルカ
リ、例えば炭酸ナトリウム、水素化ナトリウム、アンモ
ニア水等を加えて調整する。勿論、緩衝液として用いる
のも好ましい場合がある。The pH during plating is generally in the range of 5 to 10, preferably 6 to 9 when the nickel complex is mainly formed, and is generally low when the tin complex is mainly formed, for example, 1 to 6, preferably 1 to 4, particularly around pH 3. These pH adjustments are carried out depending on the type and amount of complexing agent and other additives used, or if necessary, acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, etc. or alkalis such as sodium carbonate, sodium hydride, aqueous ammonia, etc. And adjust. Of course, it may be preferable to use it as a buffer solution.
次に、本発明の電気メッキにおける電流密度は一般に0.
1〜30A/dm2の範囲で実施され、液組成によって異な
るので一概には言えないが装飾用、耐食性用の場合に比
べて高めの電流密度にするのが好ましい。一般に浴中の
ニッケルイオンとスズイオンのモル比(Sn/Ni)が小さ
い場合には電流密度を小さくし、前記モル比が大きい場
合には電流密度を大きくして実施するのが好結果をもた
らす。Next, the current density in the electroplating of the present invention is generally 0.
Since it is carried out in the range of 1 to 30 A / dm 2 and varies depending on the liquid composition, it cannot be said unconditionally, but it is preferable to use a higher current density than in the case of decoration and corrosion resistance. In general, when the molar ratio (Sn / Ni) of nickel ions and tin ions in the bath is small, the current density is made small, and when the molar ratio is large, the current density is made large to carry out.
電極基体上に電析により形成させる被覆の厚さは、特に
限定されないが、あまりに薄い場合は当然効果は減少す
る。また、あまりに厚く被覆すると脱落しやすくなる傾
向が見られるため、通常10〜150μの範囲、好まし
くは15〜100μ程度である。The thickness of the coating formed on the electrode substrate by electrodeposition is not particularly limited, but if it is too thin, the effect naturally decreases. In addition, if the coating is too thick, it tends to fall off, so the thickness is usually in the range of 10 to 150 μ, preferably about 15 to 100 μ.
上述の方法によってNi含有率25〜99wt%、好ましく
は35〜95wt%、中でも45〜80wt%のニッケル含
有率において驚異的に水素過電圧の低い陰極が得られ
る。By the above-mentioned method, a cathode having a surprisingly low hydrogen overvoltage can be obtained with a Ni content of 25 to 99 wt%, preferably 35 to 95 wt%, and especially a nickel content of 45 to 80 wt%.
(作用及び効果) 本発明によれば、導電性を有する物質、好ましくは鉄、
ニッケル或いはこれらの金属を一成分とする合金等の金
属よりなる電極基体の表面にニッケル含有率25〜99
%のニッケル−スズ合金よりなる活性物質を被覆するた
め、得られる陰極は極めて低い水素過電圧、例えば30
A/dm2の電流密度における水素過電圧を90mv以下と
することも可能で且つ耐久性にも優れる。かかる作用効
果を生ずる理由は必ずしも明らかではないが、前記した
ように陰イオン交換膜を用いることによりメッキ時にス
ズイオンSn2+や錯化剤が酸化されることが防止され、ニ
ッケルにスズが混入することにより、ニッケルの結晶に
歪が生じたり、或いは微細な結晶の生成をもたらし、こ
れが陰極とした場合に水素過電の驚異的な低下という作
用効果を生ずるものと推察される。(Operation and Effect) According to the present invention, a substance having conductivity, preferably iron,
A nickel content of 25 to 99 is formed on the surface of an electrode substrate made of a metal such as nickel or an alloy containing one of these metals as a component.
% Of the nickel-tin alloy, the resulting cathode has a very low hydrogen overvoltage, for example 30%.
The hydrogen overvoltage at a current density of A / dm 2 can be set to 90 mv or less and the durability is excellent. Although the reason why such an effect is produced is not always clear, as described above, the use of an anion exchange membrane prevents tin ions Sn 2+ and complexing agents from being oxidized during plating, and tin is mixed into nickel. As a result, the nickel crystal may be distorted or fine crystals may be generated, and when this is used as a cathode, it is presumed that the hydrogen peroxide has a surprisingly low effect.
また、本発明によれば陽極で発生する酸素及び陽極によ
ってSn2+が酸化することによるSn4+の蓄積や錯化剤が酸
化されることが防止されるため、メッキ浴の寿命も長
く、Sn2+、Ni2+の不足分を補うことにより電着物の付着
強度を低下させることなく、効率的に陰極を製造するこ
とが出来る。Further, according to the present invention, the oxygen generated in the anode and the accumulation of Sn 4+ due to the oxidation of Sn 2+ by the anode and the oxidation of the complexing agent are prevented, so that the life of the plating bath is long, By compensating for the shortage of Sn 2+ and Ni 2+ , the cathode can be efficiently manufactured without lowering the adhesion strength of the electrodeposit.
陰イオン交換膜を使用しない場合は、スズの2価イオン
(Sn2+)の量は、電析した分の他に、陽極及び陽極で発
生する酸素によってSn4+に酸化された分も減少する。従
って、陰イオン交換膜を使用しないとメッキ本数を重ね
るにつれてSn4+が蓄積し、同一の電気量を流しても電着
量が減少するし、電着物中のNiとSnの比も不安定となり
やすい。When an anion exchange membrane is not used, the amount of tin divalent ions (Sn 2+ ) is reduced in addition to the amount deposited, and the amount oxidized to Sn 4+ by the oxygen generated at the anode and anode. To do. Therefore, if an anion exchange membrane is not used, Sn 4+ will accumulate as the number of plating layers increases, and the amount of electrodeposition will decrease even if the same amount of electricity is applied, and the ratio of Ni to Sn in the electrodeposit will be unstable. It is easy to become.
また、錯化剤であるグリシンやピロリン酸等も酸化され
て蓄積するため、電析物の付着強度が低下する。そのた
め、電析物中のNiとSnの比が25〜99wt%であって
も、メッキ本数を重ねるにつれて、電析物の付着強度が
低下するため、水素過電圧が上昇し、耐久性も低下す
る。In addition, the complexing agent glycine, pyrophosphoric acid, etc. are also oxidized and accumulated, so that the adhesion strength of the deposit is reduced. Therefore, even if the ratio of Ni to Sn in the electrodeposit is 25 to 99 wt%, as the number of plating layers increases, the adhesion strength of the electrodeposit decreases, resulting in an increase in hydrogen overvoltage and a decrease in durability. .
以下、本発明の実施例を示すが本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。Examples of the present invention will be shown below, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1. 第4表に示すメッキ浴を1調整し、陰イオン交換膜を
介して陽極室と陰極室を有する電気メッキ装置の陰極室
及び陽極室に入れた。Example 1. One of the plating baths shown in Table 4 was adjusted and placed in a cathode chamber and an anode chamber of an electroplating apparatus having an anode chamber and a cathode chamber through an anion exchange membrane.
陰イオン交換膜としては徳山曹達(株)社製陰イオン交
換膜、NEOSEPTA ACS、陽極にはTi−Pt電極
を用いて、0.5dm2の大きさの軟鋼製エキスパンドメタル
(SW3mm、LW6mm板厚1.5mm)にNi−Sn合金メツキ
を施した。電流密度は10A/dm2で電気量は7200
Qとした。この場合のメッキ本数と陰極室中のNi2+、Sn
2+、Sn4+の濃度変化の関係を第1図、又、メッキ本数と
合金組成(Ni含有率)、電析量および得られた電極の水
素過電圧(90℃、11NNaOH、30A/dm2時)の
関係を第5表に示した。更にこのようにして得られた1
本目と5本目の電極の上記環境下(90℃、11NNaO
H、30A/dm2時)における耐久性試験結果を第3図
に示した。Anion exchange membrane manufactured by Tokuyama Soda Co., Ltd.
Membrane, NEOSEPTA ACS, Ti-Pt electrode for anode
Using 0.5 dm2Size of mild steel expanded metal
(SW3mm, LW6mm plate thickness 1.5mm) Ni-Sn alloy plating
Was applied. Current density is 10A / dm2And the amount of electricity is 7200
Q was set. In this case, the number of plating and the Ni in the cathode chamber2+, Sn
2+, Sn4+Fig. 1 shows the relationship of the concentration change of
Alloy composition (Ni content), amount of electrodeposition and water of the obtained electrode
Overvoltage (90 ℃, 11N NaOH, 30A / dm2of time
The relationship is shown in Table 5. Furthermore, 1 obtained in this way
Under the above environment of the first and fifth electrodes (90 ° C, 11N NaO
H, 30A / dm23) shows the results of the durability test
It was shown to.
比較例1. 陰イオン交換膜を用いない以外は実施例1と同様にして
行なった。 Comparative Example 1. The procedure of Example 1 was repeated except that the anion exchange membrane was not used.
メッキ本数とメッキ浴中のNi2+、Sn2+、Sn4+の関係を第
2図に又、メッキ本数と合金組成、電析量及び得られた
陰極の水素過電圧(90℃、11NNaOH 30A/dm
2時)の関係を第6表に示す。更にこのようにして得ら
れた1本目と2本目の電極を実施例1と同様な方法で耐
久性試験を行った。その結果を第3図に示した。The relationship between the number of plating and the Ni 2+ , Sn 2+ , Sn 4+ in the plating bath is also shown in Fig. 2. Also, the number of plating and the alloy composition, the amount of electrodeposition and the hydrogen overvoltage of the obtained cathode (90 ° C, 11N NaOH 30A / Dm
The relationship of 2 o'clock) is shown in Table 6. Further, the first and second electrodes thus obtained were subjected to a durability test in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.
陰イオン交換膜を使用しない場合、Sn2+の量は電析した
分の他にSn4+に代わった分も減少するため、電着物中の
NiとSnの比も陰イオン交換膜を使用する場合と異なるこ
と、またSn4+が増すと、同じ電気量を流しても電着量が
減少すること、その他、錯化剤であるグリシンやピロリ
ン酸カリウム等が陽極で酸化され、電析物の付着強度も
低下することがわかる。したがって電析物のNiとSnの比
がほぼ同じでも水素過電圧の値が異なるのは、電析量と
付着強度が異なるためであると推定される。 If an anion exchange membrane is not used, the amount of Sn 2+ will decrease in addition to the amount deposited, and the amount replaced by Sn 4+ will decrease.
The ratio of Ni to Sn is also different from the case of using an anion exchange membrane, and if Sn 4+ increases, the amount of electrodeposition will decrease even if the same amount of electricity is applied. It can be seen that potassium pyrophosphate and the like are oxidized at the anode, and the adhesion strength of the electrodeposit is also reduced. Therefore, it is presumed that the hydrogen overvoltage values are different even if the ratio of Ni and Sn in the deposit is almost the same because the deposit amount and the adhesion strength are different.
比較例2 実施例で用いたものと同じ0.5dm2のエキスパンドメタル
を用い、これを常法によりアルカリ浴によって、銅メッ
キし、次いで十分洗滌後120g/のロダンニッケル
を含有する溶液中で白金を陽極としてロダンニッケルメ
ッキし、陰極(これをBとする)を得た。Comparative Example 2 The same expanded metal of 0.5 dm 2 as that used in the example was used, and this was plated with copper in an ordinary manner by an alkaline bath, and after thorough washing, platinum was added in a solution containing 120 g / rhodan nickel. Rhodan nickel was plated as an anode to obtain a cathode (this is referred to as B).
他方、陰極と同形のエキスパンドメタルに酸化ルテニウ
ムをコーティングした陽極を用い、陰極として、それぞ
れ実施例1の最初の電極(これを陰極Aとする)及び陰
極Bを用いた電解セルに隔膜として、ナフィオン(デュ
ポン社商品名)を用い、陽極室に5N食塩水を供給し、
陰極室に6N苛性ソーダとなるよう水を供給しつつ75
〜80℃、30A/dm3の電流密度で電解を行ない各陰
極の過電圧を測定した。結果を第7表に示す。On the other hand, Nafion was used as a diaphragm in an electrolytic cell using the same type of expanded metal as ruthenium oxide coated with ruthenium oxide and the first electrode of Example 1 (this is referred to as cathode A) and cathode B, respectively. (Product name of DuPont), and supply 5N saline to the anode chamber,
75 while supplying water to the cathode chamber so that it becomes 6N caustic soda
Electrolysis was performed at -80 ° C and a current density of 30 A / dm 3 , and the overvoltage of each cathode was measured. The results are shown in Table 7.
第1図、第2図および第3図は、実施例及び比較例の方
法によって得られた電極性能を示す図である。FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams showing the electrode performance obtained by the methods of Examples and Comparative Examples.
Claims (1)
室において、ニッケルイオンおよびスズイオンを主成分
として含有するメッキ浴を用いて、導電性電極基体の表
面にニッケル含有率が25〜99重量%のニッケル−ス
ズ合金を電折させることを特徴とする水素発生用陰極の
製造方法1. A cathode chamber in which an anode is separated by an anion exchange membrane, a plating bath containing nickel ions and tin ions as main components is used, and the nickel content on the surface of a conductive electrode substrate is 25 to 99% by weight. For producing a cathode for hydrogen generation, characterized in that the above nickel-tin alloy is electrofolded
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61094836A JPH0633484B2 (en) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | Method for manufacturing cathode for hydrogen generation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61094836A JPH0633484B2 (en) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | Method for manufacturing cathode for hydrogen generation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62253791A JPS62253791A (en) | 1987-11-05 |
| JPH0633484B2 true JPH0633484B2 (en) | 1994-05-02 |
Family
ID=14121127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0633484B2 (en) |
Families Citing this family (2)
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-
1986
- 1986-04-25 JP JP61094836A patent/JPH0633484B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPS62253791A (en) | 1987-11-05 |
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