[发明专利]碱性水电解方法及碱性水电解用阳极

说明书

实现以功率变动大的电力作为动力源的情况下，电解性能不易劣化、长期稳定地维持优异的催化活性的工业上的优异效果；另外，提供：可以用通用性更高的材料、并且以简便的电解方法形成能够得到这样的优异效果的氧发生用阳极的催化剂层的技术。一种碱性水电解方法，其将分散有包含金属氢氧化物与有机物的复合体的混合氢氧化镍/铁纳米片(NiFe‑ns)的催化剂的电解液供给至阳极室和阴极室，共通地用于在各室中的电解；碱性水电解方法、及碱性水电解用阳极，所述碱性水电解方法将分散有包含NiFe‑ns的催化剂的电解液供给至阳极室和阴极室，在运转过程中，在电解槽内进行NiFe‑ns的电解析出，在氧发生用阳极的、表面形成有催化剂层的导电性基体的表面使NiFe‑ns电解析出，从而恢复、改善电解性能。

技术领域

本发明涉及碱性水电解方法及碱性水电解用阳极。详细而言，提供如下技术，其可以以对构成电解槽的阳极室和阴极室供给共通的特有构成的电解液的简便的方法，实现长期稳定地维持氧发生用阳极的催化活性，即使在以可再生能源等功率变动大的电力作为动力源的情况下，电解性能也不易劣化，能够进行长期稳定的碱性水电解。

背景技术

氢为适于贮藏和运输、且环境负荷小的二次能源，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蒸汽重整等来制造氢。然而，从全球变暖、化石燃料枯竭问题的观点考虑，在基础技术中，利用太阳能发电、风力发电之类的可再生能源通过水电解制造氢变得尤为重要。水电解的成本低且适于大规模化，是制造氢有力的技术。

目前实际使用的水电解大体分为两种。一种是碱性水电解，电解质中使用高浓度碱性水溶液。另一种是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，与使用大量昂贵的贵金属的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。

对于高浓度碱性水溶液，随着温度上升，电导率会增高，但腐蚀性也增大。因此，操作温度的上限被抑制在80～90℃左右。通过耐受高温和高浓度的碱性水溶液的电解槽的构成材料、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，电解槽电压在电流密度0.6Acm^-2下改善至2V以下。

报道了：使用在高浓度碱性水溶液中稳定的镍系材料作为碱性水电解用的阳极(anode)。使用了稳定的动力源的碱性水电解的情况，镍系阳极具有几十年以上的寿命(非专利文献1和2)。然而，以可再生能源为动力源时，处于剧烈的启动停止、负荷变动等严苛条件的情况较多，镍系阳极的性能的劣化成为问题(非专利文献3)。

镍氧化物的生成反应、及生成的镍氧化物的还原反应均在金属表面进行。因此，伴随着这些反应，促进形成于金属表面的电极催化剂的解吸。若不再供给用于进行电解的电力，则电解停止，镍系阳极维持在低于氧发生电位(1.23V vs.RHE)的电位、且维持在高于作为对电极的氢发生用的阴极(阴极)(0.00V vs.RHE)的电位。在电解槽内，由各种化学物质产生电动势，由于电池反应的进行而阳极电位被维持得较低，促进镍氧化物的还原反应。上述RHE是可逆氢电极(Reversible Hydrogen Electrode)的简称。

例如，在组合了阳极室和阴极室等多个电池单元的电解槽的情况下，通过电池反应而产生的电流介由连接电池单元间的配管而泄漏。作为防止这种电流泄漏的对策，例如，有在停止时持续流过微小的电流的方法等。然而，为了在停止时持续流过微小的电流，需要特殊的电源控制。此外，经常产生氧和氢，因此存在在运营管理上花费过多工夫的问题。另外，为了特意地避免逆电流状态，在刚停止后去除液体而能够防止电池反应，但假设在再生能源那样的功率变动大的电力下的运转的情况下，可以说并不一定是适当的处置。