[发明专利]碱性水电解用阳极及碱性水电解用阳极的制造方法

说明书

提供一种作为碱性水电解用的阳极廉价、且能够达成低过电压的碱性水电解用阳极及碱性水电解用阳极的制造方法。一种碱性水电解用阳极及该碱性水电解用阳极的制造方法，所述碱性水电解用阳极的特征在于，在由镍或镍基合金形成的导电性基体(1)的表面形成有由具有镍钴尖晶石氧化物、或镧系镍钴钙钛矿氧化物的第1催化剂成分和具有铱氧化物及钌氧化物中的至少一者的第2催化剂成分形成的电极催化剂层(2)、(3)。

技术领域

本发明涉及碱性水电解中使用的阳极、特别涉及要求低的电池电压的碱性水电解用阳极及其制造方法。

背景技术

氢为适于贮藏、运输、环境负担小的二次能源。因此，将氢用于能源载体的氢能源系统正在受到关注。目前，主要通过化石燃料的水蒸气改质等来制造氢。从全球变暖、化石燃料枯竭问题的观点出发，使用太阳能电池、风力发电、水力发电等可再生能源作为动力源的碱性水电解的重要性正在增加。

水电解大体分为2种。1种是碱性水电解，电解质中使用高浓度碱性水溶液。另1种是使用金刚石电极的固体高分子型水电解，电解质中使用固体高分子膜(SPE)。通过水电解进行大规模的氢制造的情况下，与使用金刚石电极的固体高分子型水电解相比，可以说使用镍等铁系金属等廉价材料的碱性水电解是适合的。

两极的电极反应如下。

阳极反应：2OH^-→H₂O+1/2O₂+2e^- (1)

阴极反应：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^- (2)

对于高浓度碱性水溶液，温度越高，电导率越高，腐蚀性也越高。因此，将操作温度的上限抑制为80～90℃左右。通过耐受高温、高浓度碱性水溶液的电解槽构成材料、各种配管材料的开发、低电阻隔膜、及扩大表面积并赋予了催化剂的电极的开发，电解性能在电流密度0.3～0.4Acm^-2下提高至1.7～1.9V(效率78～87％)左右。

报告了对于碱性水电解用阳极使用在高浓度碱性水溶液中稳定的镍系材料、且使用了稳定的动力源的碱性水电解，Ni系电极维持数十年以上的寿命(非专利文献1、2)。但是，对于Ni电极，其过电压高、生产率差。

以往，作为碱性水电解中所使用的氧产生用阳极的基材，使用了多孔性镍、Ni及其合金(专利文献1)。

另外，以往，作为碱性水电解中所使用的氧产生用阳极的电极催化剂层，使用如下所述的金属或金属氧化物。

(1)阮内镍(raney nickel)(专利文献1)

(2)铂族金属(专利文献2～4)

专利文献2中记载了使用镍和铑。专利文献3中记载了使用镍、钴或、银和铼、铑、铱。专利文献4中记载了使用铂。

(3)氧化钌、氧化铱这样的铂族金属氧化物(专利文献5)

(4)包含选自铁、钛、铌、锆、钽、锡、钼、铋中的至少1种金属的第1金属与包含选自镍、钴、银、铂中的至少1种金属的第2金属的合金(专利文献6)

(5)Ni-Co、Ni-Fe等以镍为基础的合金系、扩大了表面积的镍、作为陶瓷材料的尖晶石系的Co₃O₄、NiCo₂O₄(专利文献7、8)

(6)钙钛矿系的LaCoO₃、La_0.6St_0.4CoO₃等导电性氧化物(专利文献9)

现有技术文献

专利文献