這里描述的實(shí)施方式涉及電極和具備該電極的電解裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，提供了將水電解而生成具有各種功能的電解水、例如堿離子水、臭氧水或次氯酸水等的電解裝置。作為電解裝置，已知有具有1室型、2室型、或3室型的電解槽(電解池)的電解裝置。例如，3室型的電解槽內(nèi)通過(guò)陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜而分隔成中間室、位于該中間室的兩側(cè)的陽(yáng)極室和陰極室這3室。在陽(yáng)極室和陰極室中分別配置有陽(yáng)極和陰極。

例如，作為一般的電解用的陽(yáng)極，使用以鈦、鉭、鉻、鋁或其合金等金屬作為基材、并將基材表面以鉑等貴金屬或氧化銥、氧化釕等氧化物催化劑層被覆而得到的電極。

在具有這樣的3室型的電解槽的電解裝置中，例如，在中間室中流動(dòng)鹽水，在陽(yáng)極室和陰極室中分別流通水。通過(guò)將中間室的鹽水用陰極和陽(yáng)極進(jìn)行電解，從而由在陽(yáng)極處產(chǎn)生的氯氣生成次氯酸水，同時(shí)在陰極室中生成氫氧化鈉水。生成的次氯酸水作為殺菌消毒水被充分利用，氫氧化鈉水作為洗滌水被充分利用。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2006-198562號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)平05-148676號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

已知在上述那樣的電解裝置中，若電極長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行電解反應(yīng)則電極表面的劣化進(jìn)展，變得無(wú)法維持最初的電解性能。因長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的催化劑層的溶出、催化劑層的剝離成為劣化的原因。劣化速度依賴(lài)于電壓施加時(shí)的電極的電流密度、電解槽溫度、催化劑量。

實(shí)施方式的課題在于提供經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期而能夠維持電解性能且具有高耐久性的電極和具備該電極的電解裝置。

用于解決問(wèn)題的手段

根據(jù)實(shí)施方式，電解裝置具備具有設(shè)置有陽(yáng)極的陽(yáng)極室和設(shè)置有與上述陽(yáng)極相對(duì)的陰極的陰極室的電解槽，上述陽(yáng)極和陰極中的至少一者具有擔(dān)載有催化劑的第1表面，上述陽(yáng)極和陰極中的上述至少一者具有在電壓施加時(shí)產(chǎn)生的電流密度的分布，上述第1表面中的催化劑的催化劑量具有與上述電流密度的分布相應(yīng)的分布。

附圖說(shuō)明

圖1是概略地表示第1實(shí)施方式所述的電解水生成裝置的框圖。

圖2是表示上述電解水生成裝置的電極單元的分解立體圖。

圖3是概略地表示上述電極單元的電極的側(cè)面圖。

圖4是概略地表示較高地設(shè)定電解槽的中間室的水壓時(shí)的電極的變形狀態(tài)的電解槽的截面圖。

圖5是概略地表示較低地設(shè)定電解槽的中間室的水壓時(shí)的電極的變形狀態(tài)的電解槽的截面圖。

圖6是表示在第1實(shí)施方式所述的電解水生成裝置中將電極的催化劑量、電解槽的各室的水壓進(jìn)行各種變更而測(cè)定電極的壽命的結(jié)果的圖。

圖7是概略地表示第2實(shí)施方式所述的電解水生成裝置的截面圖。

圖8是表示第2實(shí)施方式所述的電解水生成裝置的電極單元的分解立體圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖對(duì)各種實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)實(shí)施方式中共同的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號(hào)，并省略重復(fù)的說(shuō)明。此外，各圖是實(shí)施方式和促進(jìn)其理解的示意圖，其形狀或尺寸、比例等與實(shí)際的裝置有不同的地方，但它們可以通過(guò)參考以下的說(shuō)明和公知的技術(shù)來(lái)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

(第1實(shí)施方式)

圖1是概略地表示第1實(shí)施方式所述的電解水生成裝置的構(gòu)成的圖。作為電解裝置的一個(gè)例子的電解水生成裝置10具備所謂的3室型的電解槽11。電解槽11形成為扁平的矩形箱狀，其內(nèi)部通過(guò)第1隔膜16a和第2隔膜16b而分隔成中間室15a、位于中間室15a的兩側(cè)的陽(yáng)極室15b和陰極室15c這3室。即，電解室通過(guò)第1隔膜16a而分隔成陽(yáng)極室15b和中間室15a，通過(guò)第2隔膜16b而分隔成中間室15a和陰極室15c。第1隔膜16a和第2隔膜16b空出間隔而彼此大致平行地相對(duì)。在陽(yáng)極室15b內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極(第1電極)18，與第1隔膜16a相對(duì)。在陰極室15c內(nèi)設(shè)置有陰極(第2電極)20，與第2隔膜16b相對(duì)。陽(yáng)極18和陰極20形成為大致相等大小的矩形板狀，夾持著第1、第2隔膜和中間室15a而彼此相對(duì)。

另外，第1和第2隔膜16a、16b、以及陽(yáng)極18和陰極20其外周緣部各自被固定、支撐于電解槽11上。

電解水生成裝置10具備對(duì)電解槽11的中間室15a供給電解液例如飽和鹽水的電解液供給部31、對(duì)陽(yáng)極室15b和陰極室15c供給被電解水例如水的給水部32、和對(duì)陽(yáng)極18和陰極20分別施加正電壓和負(fù)電壓的電源33。

電解液供給部31具備生成飽和鹽水的鹽水罐25、將飽和鹽水從鹽水罐25引導(dǎo)至中間室15a的下部的供給配管31a、設(shè)置在供給配管31a中的送液泵29、和將在中間室15a內(nèi)流動(dòng)的電解液從中間室15a的上部送至鹽水罐25中的排水配管31b。在排水配管31b上，設(shè)置有調(diào)整閥(節(jié)流閥)30a。

給水部32具備供給水的未圖示的給水源、將水從給水源引導(dǎo)至陽(yáng)極室15b和陰極室15c的下部的給水配管32a、將在陽(yáng)極室15b中流動(dòng)的水從陽(yáng)極室15b的上部排出的第1排水配管32b、將在陰極室15c中流動(dòng)的水從陰極室15c的上部排出的第2排水配管32c、設(shè)置在第1排水配管32b中的調(diào)整閥(節(jié)流閥)30b、和設(shè)置在第2排水配管32c中的調(diào)整閥(節(jié)流閥)30c。

送液泵29、調(diào)整閥30a、30b、30c構(gòu)成水壓調(diào)整機(jī)構(gòu)(壓力調(diào)整機(jī)構(gòu))。即，通過(guò)調(diào)整對(duì)中間室15a供給電解液的送液泵29的供給流量，或者，通過(guò)利用調(diào)整閥30a、30b、30c來(lái)調(diào)整水的流量或電解液的流量，能夠調(diào)整陽(yáng)極室15b內(nèi)的水壓、陰極室15c內(nèi)的水壓和中間室15a內(nèi)的水壓、它們的水壓差。例如，可以按照中間室15a的水壓變得比陽(yáng)極室15b和陰極室15c的各水壓高的方式進(jìn)行調(diào)整，或者，按照中間室15a的水壓變得比陽(yáng)極室15b和陰極室15c的各水壓高的方式進(jìn)行調(diào)整。此外，還可以按照中間室15a、陽(yáng)極室15b、陰極室15c的水壓彼此變得相等的方式調(diào)整。

對(duì)通過(guò)電解水生成裝置10將食鹽水電解而生成酸性水(次氯酸水和鹽酸)和堿性水(氫氧化鈉)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。

如圖1中所示的那樣，使送液泵29工作，對(duì)電解槽11的中間室15a供給飽和鹽水，并且對(duì)陽(yáng)極室15b和陰極室15c供給水。同時(shí)，由電源33對(duì)陽(yáng)極18和陰極20分別施加正電壓和負(fù)電壓。在流入至中間室15a的鹽水中電離的鈉離子被陰極20吸引，通過(guò)第2隔膜16b而向陰極室15c流入。并且，在陰極室15c中，水被陰極20電解而產(chǎn)生氫氣和氫氧化鈉水溶液。這樣生成的氫氧化鈉水溶液(堿性水)和氫氣從陰極室15c流出至第2排水配管32c，經(jīng)由第2排水配管32c而被排出。

在中間室15a內(nèi)的鹽水中電離的氯離子被陽(yáng)極18吸引，通過(guò)第1隔膜16a而向陽(yáng)極室15b流入。并且，在陽(yáng)極室15b中氯離子對(duì)陽(yáng)極18給予電子而產(chǎn)生氯氣。之后，氯氣在陽(yáng)極室15b內(nèi)與水反應(yīng)而產(chǎn)生次氯酸和鹽酸。這樣生成的酸性水(次氯酸水和鹽酸)從陽(yáng)極室15b經(jīng)由第1排水配管32b而被排出。

在上述的電解水生成中，通過(guò)對(duì)向中間室15a、陽(yáng)極室15b、陰極室15c的各室供給的液體施加壓力(水壓)而表現(xiàn)出以下那樣的特征。例如，在將中間室15a的水壓設(shè)定得比陽(yáng)極室15b的水壓高時(shí)，由于氯離子從中間室15a向陽(yáng)極室15b的透過(guò)得到促進(jìn)，所以陽(yáng)極18上的反應(yīng)進(jìn)行且次氯酸的生成效率上升。相反，在將中間室15a的水壓設(shè)定得比陽(yáng)極室15b的水壓低時(shí)，雖然次氯酸的生成效率下降，但是由于向陽(yáng)極室15b透過(guò)的鹽水的量減少，所以可以得到在電解水使用時(shí)抑制銹的產(chǎn)生、減少向食品中添加鹽味的影響的效果。

當(dāng)中間室15a的水壓比陰極室15c的水壓高時(shí)，由于鈉離子從中間室15a向陰極室15c的透過(guò)得到促進(jìn)，所以有助于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的下降。相反，當(dāng)中間室15a的水壓比陰極室15c的水壓低時(shí)，雖然電解電壓上升，但是由于向陰極室15c透過(guò)的鹽水的量減少，所以可以得到陰極20和配管、堿水使用時(shí)的銹的產(chǎn)生抑制效果。

接著，對(duì)設(shè)置在電解槽11內(nèi)的電極單元(隔膜和電極)12進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖2是表示電極單元的分解立體圖。

第1隔膜16a例如形成為與陽(yáng)極18大致相等尺寸的矩形狀，與陽(yáng)極18的表面相鄰或接觸。作為第1隔膜16a，可以使用陰離子交換膜、反滲透膜、各種電解質(zhì)膜和具有納米孔的多孔質(zhì)膜等。作為陰離子交換膜，可以使用陰離子交換性的膜，作為一個(gè)例子，可列舉出株式會(huì)社tokuyama制的a201等。作為反滲透膜，可以使用romembra(東麗株式會(huì)社)等。作為具有納米孔的多孔質(zhì)膜，有多孔質(zhì)玻璃、多孔質(zhì)氧化鋁、多孔質(zhì)二氧化鈦、多孔質(zhì)沸石等多孔質(zhì)陶瓷、多孔質(zhì)聚乙烯、多孔質(zhì)聚丙烯等多孔質(zhì)聚合物等。

第2隔膜16b例如形成為與陰極20大致相等尺寸的矩形狀，與陰極20的表面相鄰或接觸。作為第2隔膜16b，可以使用陽(yáng)離子交換膜、反滲透膜、具有納米孔的多孔質(zhì)膜等。作為陽(yáng)離子交換膜，可以使用陽(yáng)離子交換性的膜，作為例子，可列舉出nafion(e.i.dupont公司：商標(biāo))112、115、117、flemion(旭硝子株式會(huì)社：商標(biāo))、aciplex(旭化成株式會(huì)社：商標(biāo))、gore-select(w.l.gore&associates,inc.：商標(biāo))。

如圖1和圖2中所示的那樣，陽(yáng)極(第1電極)18例如具有在由矩形狀的金屬板構(gòu)成的基材22中形成有許多貫通孔23的多孔結(jié)構(gòu)?；?2具有第1表面18a和與第1表面18a大致平行地相對(duì)的第2表面18b。第1表面18a與第2表面18b的間隔、即板厚形成為t1。第1表面18a與第1隔膜16a相對(duì)，第2表面18b與陽(yáng)極室15b相對(duì)。至少遍及第1表面18a的整面形成或擔(dān)載有催化劑層19a。本實(shí)施方式中，在第1表面18a和第2表面18b的兩面形成有催化劑層19a、19b。也可以將催化劑金屬作為基材22使用。

陽(yáng)極18一體地具有從其一側(cè)緣、例如上緣突出的連接端子24。陽(yáng)極18介由連接端子24與電源連接。電極端子不僅可以設(shè)置1個(gè)，也可以設(shè)置多個(gè)。當(dāng)基材22的板厚t1薄時(shí)，若設(shè)置多個(gè)電極端子，則電子在電極端子和反應(yīng)部中移動(dòng)的移動(dòng)電阻得到抑制。

貫通孔23遍及陽(yáng)極18的大致整面而形成有許多。各貫通孔23在第1表面18a和第2表面18b開(kāi)口。貫通孔23可以使用正方形、長(zhǎng)方形、菱形、圓形、橢圓形等各種形狀。正方形或長(zhǎng)方形、菱形的頂點(diǎn)可以為圓形。貫通孔23并不限于規(guī)則地排列，也可以隨機(jī)地排列而形成。

如圖1和圖2中所示的那樣，在本實(shí)施方式中，陰極(第2電極)20與陽(yáng)極18同樣地構(gòu)成。即，陰極20例如具有在由矩形狀的金屬板構(gòu)成的基材26中形成有許多貫通孔27的多孔結(jié)構(gòu)?；?6具有第1表面20a和與第1表面20a大致平行地相對(duì)的第2表面20b。第1表面20a與第2隔膜16b相對(duì)，第2表面20b與陰極室15c相對(duì)。至少遍及第1表面20a的整面而形成或擔(dān)載有催化劑層21a。本實(shí)施方式中，在第1表面20a和第2表面20b的兩面形成有催化劑層21a、21b。也可以將催化劑金屬作為基材26使用。進(jìn)而，陰極20一體地具有從其一側(cè)緣、例如上緣突出的連接端子28。陰極20介由連接端子28與電源連接。

作為陽(yáng)極18和陰極20的基材22、26，可以使用鈦、鉻、鋁或其合金等閥金屬、導(dǎo)電性金屬。基材22、26的板厚t1根據(jù)對(duì)電極施加的電壓(電流)的電流密度而決定。若電流密度為每單位平方厘米為數(shù)百ma，則基材22、26的板厚t1為0.4～1毫米的厚度即可。本實(shí)施方式中，基材22、26的板厚t1例如設(shè)定為500μm左右。

此外，貫通孔23、27的開(kāi)口直徑和開(kāi)口間隔、開(kāi)口率可以根據(jù)電極18、20的電流密度而選擇。進(jìn)而，如后述的那樣，也可以采用在1片電極的表背貫通孔的開(kāi)口直徑不同的所謂的雙面網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的電極。

在用于鹽酸生成和次氯酸生成的陽(yáng)極中，作為催化劑，可以使用可耐受酸性和高電位的鉑等貴金屬或氧化銥、氧化釕等氧化物。在用于鹽酸生成的陰極中，作為催化劑，可以使用具有堿耐性的鎳或貴金屬等。在用于次氯酸生成的陰極中，可以將可耐受酸性的鉑等貴金屬催化劑或銅、銀、不銹鋼等用于催化劑。

擔(dān)載于電極的基材上的催化劑量通過(guò)電極的電流密度和要求電解時(shí)間而決定。本實(shí)施方式中，形成于陽(yáng)極18的至少第1表面18a上的催化劑層19a根據(jù)在電壓施加時(shí)產(chǎn)生的陽(yáng)極18的各部位的電流密度的分布，在同一平面內(nèi)使催化劑量發(fā)生變化。即，在陽(yáng)極18的第1表面18a中，電流密度低的部位減少催化劑量，朝向電流密度高的部位，增大催化劑量。按照將催化劑的最低量設(shè)定為1g/m²以上、并且在第1表面18a的面內(nèi)催化劑量在最低量的30％以上且300％以?xún)?nèi)連續(xù)地具有傾斜(變化)的方式將催化劑涂布于基材上。該情況下，第1表面18a整體的催化劑量的合計(jì)設(shè)定為一定，根據(jù)部位而具有催化劑量的分布。

通常，在陽(yáng)極18和陰極20中，連接端子24、28的附近在電壓施加時(shí)電流容易集中，電流密度變高，同時(shí)，催化劑的劣化容易變多。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，在陽(yáng)極18的第1表面18a中，按照連接端子24的根部附近部分的催化劑量變多的方式形成催化劑層19a。如圖3中所示的那樣，例如在以點(diǎn)1～9來(lái)表示第1表面18a的多個(gè)部位時(shí)，較多地形成連接端子24的附近部位3和部位1、5的催化劑量，其次，增多部位2、4的催化劑量，進(jìn)而，將部位6、7、8、9的催化劑量設(shè)定為最小量(催化劑量：部位1、3、5>2、4>6、7、8、9)。

此外，在上述的3室型的電解槽11中，根據(jù)陽(yáng)極室、中間室、陰極室的水壓，陽(yáng)極18和陰極20的形狀略微發(fā)生變動(dòng)。如圖4中所示的那樣，例如，在按照中間室15a的水壓變得比陽(yáng)極室15b和陰極室15c的水壓高的方式設(shè)定的情況下，陽(yáng)極18和陰極20沿其中央部彼此離開(kāi)的方向發(fā)生變形。由此，陽(yáng)極18和陰極20在電壓施加時(shí)周緣部的電流密度分別變得比中央部的電流密度高。

因此，在這樣的水壓設(shè)定的情況下，在陽(yáng)極18的第1表面18a中，按照減少中央部(部位5)的催化劑量、并且周緣部(部位1-4、6-9)的催化劑量變多的方式形成催化劑層19a。

相反，在按照中間室15a的水壓變得比陽(yáng)極室15b和陰極室15c的水壓低的方式設(shè)定的情況下，如圖5中所示的那樣，陽(yáng)極18和陰極20沿其中央部彼此接近的方向發(fā)生變形。由此，陽(yáng)極18和陰極20各自中央部的距離彼此靠近，中央部的電流密度變高。

因此，在這樣的水壓設(shè)定的情況下，在陽(yáng)極18的第1表面18a中，按照增多中央部(部位5)的催化劑量、并且周緣部(部位1、4、6-9)的催化劑量變少的方式形成催化劑層19a。但是，連接端子24的附近部位3的催化劑量較多地設(shè)定。

如以上那樣，在電極18、20中，通過(guò)在電流密度高的部位、即容易劣化的部位較多地涂布催化劑、并且減少其他部分的催化劑量，從而雖然總的催化劑量相同，但是能夠延長(zhǎng)電極的壽命。

為了制作上述那樣的電極的催化劑量的傾斜結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)用刷毛等在基材的表面涂布催化劑，此時(shí)，根據(jù)基材表面的部位而改變涂布次數(shù)來(lái)制作。此外，在通過(guò)濺射等來(lái)涂布催化劑時(shí)，可以通過(guò)改變靶的位置來(lái)制造傾斜結(jié)構(gòu)。在將基材浸漬于浸漬液(催化劑液)中來(lái)形成催化劑層時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)從浸漬液的提拉速度、或除此以外在每個(gè)浸漬次數(shù)中改變浸漬時(shí)的懸掛位置，能夠在基材的同一表面內(nèi)自如地賦予催化劑量的傾斜。

電極的劣化狀態(tài)可以根據(jù)涂布于電極上的催化劑的殘存量和電壓的變動(dòng)來(lái)把握。但是，已知即使催化劑經(jīng)時(shí)地消耗，也基本沒(méi)有電壓變動(dòng)，若催化劑消耗一定程度，則存在電壓急劇上升的傾向。因此，需要觀(guān)察催化劑的消耗和電壓的上升這兩者來(lái)決定電極的壽命。催化劑的殘存量可以通過(guò)熒光x射線(xiàn)分析法或icp發(fā)光分析法來(lái)決定，但從非破壞的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，關(guān)于電解經(jīng)過(guò)過(guò)程的催化劑量，優(yōu)選采用熒光x射線(xiàn)分析法。此外，為了觀(guān)察電極面內(nèi)的催化劑量的經(jīng)時(shí)變化，優(yōu)選數(shù)百小時(shí)左右一次將電極取出，例如測(cè)定圖3中以點(diǎn)1～9表示的指定的多個(gè)部位的催化劑量。

圖6表示對(duì)將催化劑量各種變更而制作的多個(gè)電極測(cè)定催化劑量的分布與壽命的關(guān)系的例子。圖6中，比較例1到4分別表示在電極的表面整體均勻地涂布有催化劑的電極例，電極no.1～30表示具有催化劑量的分布的電極。另外，圖6中，關(guān)于催化劑量的比率，在面內(nèi)的各點(diǎn)中作為(催化劑最大量/最小量×100-100)表示。

如比較例1到3那樣，在使催化劑量(g/m²)遍及整面變得均勻(平均催化劑量為50g/m²)的情況下，電極的壽命成為2500～400h。如比較例4那樣，在將催化劑量設(shè)定為2倍即100g/m²的情況下，壽命變得長(zhǎng)達(dá)9000h，但從制造成本的方面考慮不優(yōu)選。

與此相對(duì)，獲知在使催化劑量具有分布的情況下，當(dāng)中間室、陽(yáng)極室、陰極室的水壓相等時(shí)，如電極no.2～5那樣，通過(guò)按照連接端子的附近部位1、2、3、中央部4、5、6、下端部7、8、9的順序逐漸減少催化劑量，電極的壽命改善。但是，如電極no.1、no.6那樣，在催化劑最大量與催化劑最小量的比為30％以下時(shí)、或?yàn)?00％以上時(shí)，電極的壽命延長(zhǎng)效果下降。

獲知在中間室的水壓設(shè)定得比陽(yáng)極室和陰極室的水壓高的情況下，如電極no.8～11那樣，通過(guò)減少電極的中央部位5的催化劑量、并且增多周緣部1～3、4、6、7～9的催化劑量，電極的壽命改善。但是，如電極no.7、no.12那樣，在催化劑最大量與催化劑最小量的比為30％以下時(shí)、或?yàn)?00％以上時(shí)，電極的壽命延長(zhǎng)效果下降。

在中間室的水壓設(shè)定得比陽(yáng)極室和陰極室的水壓低的情況下，如電極no.20～23那樣，通過(guò)將電極的中央部位5的催化劑量設(shè)定為最大、使附近部位1、2、3最大或者稍微減少、并且進(jìn)一步減少下端部7、8、9的催化劑量，或者，通過(guò)將電極的中央部位5的催化劑量設(shè)定為最大、并且減少其他部位1～4、6～9的催化劑量，電極的壽命改善。但是，如電極no.19、no.24那樣，在催化劑最大量與催化劑最小量的比為30％以下時(shí)、或?yàn)?00％以上時(shí)，壽命延長(zhǎng)效果低。

根據(jù)如以上那樣構(gòu)成的電極和具備該電極的電解水生成裝置，通過(guò)與電極各部的電流密度相應(yīng)地使催化劑量具有分布，即，通過(guò)增多電流密度高的部位的催化劑量、并且降低電流密度低的部位的催化劑量，能夠抑制電極的劣化，延長(zhǎng)壽命。此外，涂布或擔(dān)載于電極表面的總的催化劑量能夠與以往同樣，能夠在不導(dǎo)致制造成本的上升的情況下謀求電極的壽命改善。由此，可以得到能夠長(zhǎng)期地維持電解性能的長(zhǎng)壽命的電極和具備該電極的電解裝置。

另外，在第1實(shí)施方式中，陽(yáng)極18和陰極20制成具有許多貫通孔的多孔結(jié)構(gòu)，但并不限于此，也可以制成不具有貫通孔的平板狀的電極。

接著，對(duì)其他實(shí)施方式所述的電極和電解水生成裝置進(jìn)行說(shuō)明。另外，在以下說(shuō)明的其他實(shí)施方式中，對(duì)與上述的第1實(shí)施方式相同的部分標(biāo)注同一參照符號(hào)并省略其詳細(xì)的說(shuō)明，以與第1實(shí)施方式不同的部分為中心進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

(第2實(shí)施方式)

圖7是概略地表示第2實(shí)施方式所述的電解水生成裝置的截面圖，圖8是電極單元的分解立體圖。

根據(jù)第2實(shí)施方式，電解槽11的設(shè)置于陽(yáng)極室15b中的陽(yáng)極18、和設(shè)置于陰極室15c中的陰極20分別作為具有雙面網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的電極而構(gòu)成。

陽(yáng)極18例如具有在由矩形狀的金屬板構(gòu)成的基材22中形成有許多貫通孔的多孔結(jié)構(gòu)?；?2具有第1表面18a和與第1表面18a大致平行地相對(duì)的第2表面18b。第1表面18a與第2表面18b的間隔、即板厚形成為t1。第1表面18a與第1隔膜16a相對(duì)，第2表面18b與陽(yáng)極室15b相對(duì)。

多個(gè)第1孔部40形成于基材22的第1表面18a，且在第1表面18a開(kāi)口。此外，多個(gè)第2孔部42形成于第2表面18b，且在第2表面18b開(kāi)口。各第1孔部40與相對(duì)的第2孔部42連通，形成有貫通基材22的貫通孔。成為第1隔膜16a側(cè)的第1孔部40的開(kāi)口直徑r1比第2孔部42的開(kāi)口直徑r2小，此外，關(guān)于孔部的數(shù)量，第1孔部40多于第2孔部42地形成。第1孔部40的深度為t2，第2孔部42的深度為t3，以t2+t3＝t1形成。此外，本實(shí)施方式中，以t2<t3形成。

第2孔部42例如形成為矩形狀，在第2表面18b以矩陣狀排列而設(shè)置。規(guī)定各第2孔部42的周壁也可以由直徑從孔部的底朝向開(kāi)口、即朝向第2表面18b側(cè)變寬那樣的錐面或彎曲面形成。相鄰的第2孔部42間的間隔、即電極的線(xiàn)狀部的寬度設(shè)定為w2。另外，第2孔部42并不限定于矩形狀，也可以制成其他的各種形狀。此外，第2孔部42并不限于規(guī)則地排列，也可以隨機(jī)地排列而形成。

第1孔部40例如形成為矩形狀，在第1表面18a以矩陣狀排列而設(shè)置。規(guī)定各第1孔部40的周壁也可以由直徑從孔部的底朝向開(kāi)口、即朝向第1表面18a變寬那樣的錐面或彎曲面形成。本實(shí)施方式中，多個(gè)、例如9個(gè)第1孔部40與1個(gè)第2孔部42相對(duì)地設(shè)置。這9個(gè)第1孔部40分別與第2孔部42連通，與第2孔部42一起形成貫通基材22的貫通孔。相鄰的第1孔部40間的間隔w1設(shè)定得比第2孔部42間的間隔w2小。由此，第1表面18a中的第1孔部40的數(shù)密度與第2表面18b中的第2孔部42的數(shù)密度相比充分大。

另外，第1孔部40并不限定于矩形狀，也可以制成其他的形狀。第1孔部40并不限于規(guī)則地排列，也可以隨機(jī)地排列而形成。進(jìn)而，并不限于全部的第1孔部40與第2孔部42連通的構(gòu)成，也可以包含不與第2孔部42連通的第1孔部。

為了使壓力均勻化，作為第1孔部40的開(kāi)口直徑，優(yōu)選較小，但由于阻礙物質(zhì)擴(kuò)散，所以需要一定程度的大小，制成正方形時(shí)的開(kāi)口的一邊優(yōu)選為0.1～2mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3～1mm。作為開(kāi)口，可以使用正方形、長(zhǎng)方形、菱形、圓、橢圓等各種形狀，但作為開(kāi)口面積，與上述正方形的開(kāi)口面積相同，優(yōu)選0.01～4mm²的開(kāi)口面積。開(kāi)口面積在也包含開(kāi)口在內(nèi)的電極面積中所占的比例(開(kāi)口率)優(yōu)選為0.05～0.5，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1～0.3。若開(kāi)口率過(guò)小，則漏氣變得困難。若開(kāi)口率過(guò)大，則電極反應(yīng)受到阻礙。

第2孔部42的開(kāi)口也可以使用正方形、長(zhǎng)方形、菱形、圓、橢圓等各種形狀。為了使漏氣良好，作為第2孔部42的開(kāi)口直徑，優(yōu)選較大，但由于電阻變大，所以不能過(guò)大。若制成正方形的開(kāi)口，則一邊優(yōu)選為1～40mm，進(jìn)一步優(yōu)選為2～20mm。作為開(kāi)口，可以使用正方形、長(zhǎng)方形、菱形、圓、橢圓等各種形狀，但作為開(kāi)口面積，與上述正方形的開(kāi)口面積相同，優(yōu)選1mm²到1600mm²的開(kāi)口面積。也可以是像長(zhǎng)方形或橢圓那樣在一個(gè)方向上較長(zhǎng)并從電極的一端連接到另一端那樣的開(kāi)口。

陽(yáng)極18例如一體地具備從上端緣突出的連接端子24。此外，在基材22的第1表面18a的整面和第2表面18b的整面形成有催化劑層19a、19b。至少在第1表面18a中，催化劑層19a的催化劑量根據(jù)電極的各部位而不同，特別是根據(jù)電流密度而不同，在同一平面內(nèi)具有分布。催化劑量的分布與第1實(shí)施方式同樣地設(shè)定。另外，第2表面18b側(cè)的催化劑層19b也可以具有與催化劑層19a同樣的催化劑量的傾斜。

根據(jù)第2實(shí)施方式，陰極20與陽(yáng)極18同樣地構(gòu)成。即，陰極20例如具有在包含矩形狀的金屬板的基材26中形成有許多貫通孔的多孔結(jié)構(gòu)。基材26具有第1表面20a和與第1表面20a大致平行地相對(duì)的第2表面20b。第1表面20a與第2隔膜16b相對(duì)，第2表面20b與陰極室15c相對(duì)。

多個(gè)第1孔部44形成于基材26的第1表面20a，且在第1表面20a開(kāi)口。此外，多個(gè)第2孔部46形成于第2表面20b，且在第2表面20b開(kāi)口。成為第2隔膜16b側(cè)的第1孔部44的開(kāi)口直徑比第2孔部46的開(kāi)口小，此外，關(guān)于孔部的數(shù)量，第1孔部44多于第2孔部46地形成。第1孔部44的深度小于第2孔部46的深度地形成。

多個(gè)、例如9個(gè)第1孔部44與1個(gè)第2孔部46相對(duì)地設(shè)置。這9個(gè)第1孔部44分別與第2孔部46連通，與第2孔部46一起形成有貫通基材26的貫通孔。相鄰的第1孔部44間的間隔設(shè)定得比第2孔部46間的間隔小。由此，第1表面20a中的第1孔部44的數(shù)密度與第2表面20b中的第2孔部46的數(shù)密度相比充分大。

陰極20例如一體地具備從上端緣突出的連接端子28。此外，在基材26的第1表面20a的整面和第2表面20b的整面形成有催化劑層21a、21b。至少在第1表面20a中，催化劑層21a的催化劑量根據(jù)電極的各部位而不同，特別是根據(jù)電流密度而不同，在同一平面內(nèi)具有分布。催化劑量的分布與第1實(shí)施方式同樣地設(shè)定。另外，第2表面20b側(cè)的催化劑層21b也可以具有與催化劑層19a同樣的催化劑量的傾斜。

此外，電解水生成裝置的給水系、鹽水給水系、電源、水壓調(diào)整機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與上述的第1實(shí)施方式相同。

在如以上那樣構(gòu)成的第2實(shí)施方式中，也通過(guò)與電極各部的電流密度相應(yīng)地使催化劑量具有分布，即，通過(guò)增多電流密度高的部位的催化劑量、并且降低電流密度低的部位的催化劑量，能夠抑制電極的劣化，延長(zhǎng)壽命。此外，涂布或擔(dān)載于電極表面的總的催化劑量能夠與以往同樣，能夠在不導(dǎo)致制造成本的上升的情況下謀求電極的壽命改善。由此，可以得到能夠長(zhǎng)期地維持電解性能的長(zhǎng)壽命的電極和具備該電極的電解裝置。

接著，對(duì)各種實(shí)施例和比較例進(jìn)行說(shuō)明。

(實(shí)施例1)

陽(yáng)極18和陰極20的基材22、26通過(guò)對(duì)板厚為0.5mm的平坦的鈦板進(jìn)行蝕刻，來(lái)制作圖8中所示的雙面網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的電極18、20。形成于相鄰的第1孔部40間的線(xiàn)狀部的寬度w1為1mm，形成于相鄰的第2孔部42間的寬幅的線(xiàn)狀部的寬度w2為2mm。以菱形開(kāi)放的第1孔部40和第2孔部42的開(kāi)口角度為120°。

將該經(jīng)蝕刻的電極基材22在10wt％草酸水溶液中以1小時(shí)80℃進(jìn)行處理。調(diào)節(jié)提拉速度和懸掛部位，將在氯化銥(ircl3·nh2o)中按照成為0.25m(ir)的方式加入1-丁醇而調(diào)制的溶液浸漬涂敷于電極基材22的第1表面和第2表面后，進(jìn)行干燥和燒成。干燥在80℃下進(jìn)行10分鐘，燒成在450℃下進(jìn)行10分鐘。將重復(fù)了多次涂布和干燥和燒成的電極基材22切出成反應(yīng)電極面積為15cm×20cm的大小，制成陽(yáng)極18。在陽(yáng)極18的右上部距離角為1cm地安裝寬3cm高3cm的連接端子24。所涂布的催化劑量在面內(nèi)發(fā)生變化，各點(diǎn)的催化劑量的詳細(xì)情況為圖6中所示的12種(圖6中的no7～18)。

此外，通過(guò)對(duì)在10wt％草酸水溶液中以1小時(shí)80℃處理過(guò)的電極基材26濺射鉑作為催化劑層而制成陰極20。

作為分隔陽(yáng)極室和中間室的第1隔膜16a，使用tokuyama公司制的a201，作為分隔陰極室和中間室的第2隔膜16b，使用陽(yáng)離子交換膜的nafion117。

使用這些陽(yáng)極18、陰極20、第1和第2隔膜16a、16b、例如氯乙烯制的容器來(lái)制作電解槽(電解池)。在陽(yáng)極18和陰極20的連接端子上連接電源，在電解槽上連接配管和送液泵。

使用這樣的電解水生成裝置10，對(duì)陽(yáng)極室15b和陰極室15c供給純水，對(duì)中間室15a供給飽和氯化鈉水。陽(yáng)極室、中間室、陰極室的水壓通過(guò)調(diào)整閥和送液泵來(lái)控制，各室的水壓如圖6中所示的那樣來(lái)設(shè)定。陽(yáng)極和陰極的電流密度固定在300ma/cm²，在陽(yáng)極室15b中生成次氯酸水，在陰極室15c中生成氫和氫氧化鈉水。此時(shí)，將電解電壓上升至8v時(shí)作為電極的壽命。

如圖6中所示的那樣，當(dāng)中間室15a的水壓比陽(yáng)極室15b和陰極室15c的水壓低時(shí)，電極中央部的催化劑的消耗加速。相反當(dāng)中間室的壓力高時(shí)，中央部的消耗變得比周邊部慢。此外，從端子至反應(yīng)部位為止的距離也對(duì)壽命有效，成為要因。并且，在催化劑比率為30％以上且300％以?xún)?nèi)時(shí)電極的壽命變長(zhǎng)，另一方面，在催化劑比率低于30％、300％以上時(shí)壽命急劇變短。

(比較例1)

比較例1的電解水生成裝置的構(gòu)成與實(shí)施例1同樣，但擔(dān)載于陽(yáng)極和陰極上的催化劑的催化劑量在面內(nèi)均勻。各電極的反應(yīng)電極面積、運(yùn)轉(zhuǎn)條件與實(shí)施例1同樣。由圖6的比較例1～4獲知，在催化劑量均勻時(shí)，電極的壽命也比平均催化劑量相同的實(shí)施例1短。

本發(fā)明并不直接限定于上述的實(shí)施方式，能夠在實(shí)施階段不脫離其主旨的范圍內(nèi)將構(gòu)成要素變形而具體化。此外，通過(guò)上述實(shí)施方式中公開(kāi)的多個(gè)構(gòu)成要素的適當(dāng)?shù)慕M合，能夠形成各種發(fā)明。例如，也可以從實(shí)施方式中所示的全部構(gòu)成要素刪除幾個(gè)構(gòu)成要素。進(jìn)而，也可以將涉及不同的實(shí)施方式的構(gòu)成要素適當(dāng)組合。

例如，陽(yáng)極和陰極并不限定于矩形狀，可以選擇其他的各種形狀。各構(gòu)成部件的材料并不限定于上述的實(shí)施方式和實(shí)施例，可以適當(dāng)選擇其他的材料。電解質(zhì)、產(chǎn)物也并不限于鹽、次氯酸，也可以向各種電解質(zhì)、產(chǎn)物展開(kāi)。