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JP2011038144A - Electrolytic electrode, electrolytic apparatus and electrolytic method - Google Patents

Electrolytic electrode, electrolytic apparatus and electrolytic method Download PDF

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JP2011038144A JP2009185784A JP2009185784A JP2011038144A JP 2011038144 A JP2011038144 A JP 2011038144A JP 2009185784 A JP2009185784 A JP 2009185784A JP 2009185784 A JP2009185784 A JP 2009185784A JP 2011038144 A JP2011038144 A JP 2011038144A
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幸弘 新谷
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前川  弘志
Mitsuru Sadamoto
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the decomposition efficiency of electrolysis compared to a conventional one. <P>SOLUTION: The electrolytic electrode A1 applied for the electrolysis of a predetermined electrolyte is provided with a liquid contact surface 1b immersed in the electrolyte, a gas contact surface for forming a gas chamber 3a and a plurality of through holes communicating the liquid contact surface 1b and the gas contact surface with each other, each having a liquid repellent film provided on the wall surface and each having a hole diameter having a size set to selectively pass fluorine gas to the electrolyte. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気分解電極及び電気分解装置並びに電気分解方法に関する。   The present invention relates to an electrolysis electrode, an electrolysis apparatus, and an electrolysis method.

下記特許文献1(国際公開公報)には、任意の一面から背反面に通じる多数の貫通孔を備え、電解液に浸漬される上記一面に親液性とする表面処理を施し、また電解液に浸漬しない背反面を疎液性とする表面処理を施した電極を、陽極あるいは陰極の少なくても何れか一方に用いることを特徴とする電気分解装置が開示されている。このような電気分解装置によれば、上記一面の表面で発生したガスは、一面が親液性かつ背反面が疎液性になっているので、貫通孔を通過して一面から背反面に速やか排除され、よって電気分解の効率を向上させることができる。このような電気分解装置は、フッ化カリウム(KF)とフッ化水素(HF)とが混合したKF−HF系混合溶融塩を含む溶液を電解液とし、当該電解液を電気分解することによって陽極でフッ素ガスを発生させるフッ素ガス発生装置として用いられる。   The following Patent Document 1 (International Publication) is provided with a number of through-holes that lead from an arbitrary surface to the contralateral surface, and is subjected to a surface treatment to make it lyophilic on the one surface immersed in the electrolytic solution. There is disclosed an electrolysis apparatus characterized in that an electrode that has been subjected to a surface treatment that makes the opposite surface not immersed is lyophobic is used for at least one of an anode and a cathode. According to such an electrolysis apparatus, the gas generated on the surface of the one surface is lyophilic on one surface and lyophobic on the other surface. Therefore, the efficiency of electrolysis can be improved. Such an electrolysis apparatus uses a solution containing a KF-HF mixed molten salt in which potassium fluoride (KF) and hydrogen fluoride (HF) are mixed as an electrolytic solution, and electrolyzes the electrolytic solution to form an anode. And used as a fluorine gas generator for generating fluorine gas.

国際公開第2008/132818号パンフレットInternational Publication No. 2008/132818 Pamphlet

ところで、上記従来の電気分解装置は、発生ガスの排除能力が必ずしも十分なものではない。すなわち、一面を親液性かつ背反面を疎液性とすることによって、陽極の一面で発生したフッ素ガスを貫通孔を介して効果的に陽極の背反面に排除させることができないという問題がある。
また、ニッケル等の金属材料を陽極の電極材料とした場合、貫通孔壁面に対して疎液性の表面処理を行っていない場合、貫通孔内部に電解液が侵入し、貫通孔壁面を使用した電気分解により壁面からの金属溶出が生じ貫通孔の形状が変化してしまうため電極有効面積が変化し安定的な電気分解が行えなくなる、という問題点がある。
By the way, the conventional electrolyzer described above does not necessarily have a sufficient capability of removing generated gas. That is, by making one surface lyophilic and the opposite surface lyophobic, there is a problem that the fluorine gas generated on one surface of the anode cannot be effectively removed to the opposite surface of the anode through the through hole. .
In addition, when a metal material such as nickel is used as the electrode material for the anode, when the surface of the through hole is not lyophobic, the electrolyte enters the through hole, and the through hole wall is used. Electrolysis causes metal elution from the wall surface and changes the shape of the through hole, so that there is a problem that the effective area of the electrode changes and stable electrolysis cannot be performed.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
(1)発生ガスを従来よりも速やかに発生面から排除する。
(2)発生ガスの発生効率を従来よりも向上させる。
(3)電気分解の分解効率を従来よりも安定化させる。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has the following objects.
(1) The generated gas is removed from the generation surface more quickly than in the past.
(2) The generation efficiency of generated gas is improved as compared with the conventional case.
(3) The decomposition efficiency of electrolysis is stabilized more than before.

上記目的を達成するために、本発明では、電気分解電極に係る第1の解決手段として、所定の電解液の電気分解に供される電気分解電極であって、電解液に浸漬される接液面と、気体流路を形成する接気面と、接液面と接気面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性、かつ、孔径が発生ガスを電解液に対して選択的に通過させる大きさに設定された複数の貫通孔とを備える、という手段を採用する。   In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solution for an electrolysis electrode, an electrolysis electrode used for electrolysis of a predetermined electrolyte solution, which is immersed in the electrolyte solution The surface, the air contact surface that forms the gas flow path, and the liquid contact surface and the air contact surface communicate with each other, the wall surface is lyophobic with respect to the electrolyte, and the pore size is selected with respect to the electrolyte. And a plurality of through-holes set to a size that allows them to pass through.

電気分解電極に係る第2の解決手段として、上記第1の手段において、接液面が親液性である、という手段を採用する。   As a second solving means relating to the electrolysis electrode, a means is adopted in which the liquid contact surface is lyophilic in the first means.

電気分解電極に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の手段において、相互に連結した複数の貫通孔を有する発泡体、シングルポアモノリス型構造体、ダブルポアモノリス型構造体、粉末焼結体あるいは繊維焼結体の一面を接液面としてなる、という手段を採用する。   As a third solution for the electrolysis electrode, a foam having a plurality of through-holes connected to each other, a single pore monolith structure, a double pore monolith structure, a powder in the first or second means A means is adopted in which one surface of the sintered body or fiber sintered body is a wetted surface.

電気分解電極に係る第4の解決手段として、電気分解に供される電気分解電極であって、電解液に対して親液性である第1面と、電解液に対して疎液性である第2面と、第1面と第2面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性である複数の貫通孔とを備える、という手段を採用する。   As a fourth means for solving the electrolysis electrode, the electrolysis electrode is subjected to electrolysis, and has a first surface that is lyophilic with respect to the electrolytic solution and lyophobic with respect to the electrolytic solution. A means is adopted in which the second surface, the first surface, and the second surface are communicated with each other, and the wall surface includes a plurality of through holes that are lyophobic with respect to the electrolytic solution.

また、本発明では、電気分解装置に係る第1の解決手段として、陽極電極あるいは陰極電極の何れか一方あるいは両方が上記第1〜第4の何れかの解決手段に係る電気分解電極からなる、という手段を採用する。   Further, in the present invention, as the first solving means related to the electrolysis apparatus, either one or both of the anode electrode and the cathode electrode is composed of the electrolysis electrode according to any one of the first to fourth solving means, Adopt the means.

電気分解装置に係る第2の解決手段として、上記第1の手段において、電解液がフッ素化合物を溶融塩とするものであり、電解液によって陽極電極でフッ素ガスを発生させる、という手段を採用する。   As a second solving means related to the electrolysis apparatus, a means is adopted in which, in the first means, the electrolytic solution uses a fluorine compound as a molten salt, and the electrolytic solution generates fluorine gas at the anode electrode. .

また、本発明では、電気分解方法に係る第1の解決手段として、陽極電極に及び陰極電極に所定の電位を供給することにより所定の電解液を電気分解する電気分解方法であって、陽極電極あるいは陰極電極の何れか一方あるいは両方に、電解液に浸漬される接液面と、気体流路を形成する接気面と、接液面と接気面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性、かつ、孔径が発生ガスを電解液に対して選択的に通過させる大きさに設定された複数の貫通孔と、を有するものを用いる、という手段を採用する。   The present invention also provides an electrolysis method for electrolyzing a predetermined electrolyte by supplying a predetermined potential to an anode electrode and a cathode electrode as a first means for solving the electrolysis method, the anode electrode Alternatively, the liquid contact surface immersed in the electrolytic solution, the air contact surface forming the gas flow path, the liquid contact surface and the air contact surface are communicated with one or both of the cathode electrodes, and the wall surface is in contact with the electrolyte solution. On the other hand, a means is used in which a material having a plurality of through-holes that are lyophobic and has a pore size set to a size that allows the generated gas to selectively pass through the electrolytic solution is used.

電気分解方法に係る第2の解決手段として、上記第1の手段において、接気面を親液性とする、という手段を採用する。   As a second solving means relating to the electrolysis method, a means is adopted in which the contacting surface is made lyophilic in the first means.

電気分解方法に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の手段において、貫通孔は、相互に連結して接液面と接気面とを連通させる、という手段を採用する。   As a third solving means related to the electrolysis method, in the first or second means, a means is adopted in which the through holes are connected to each other so that the liquid contact surface and the air contact surface communicate with each other.

電気分解方法に係る第4の解決手段として、陽極電極に及び陰極電極に所定の電位を供給することにより所定の電解液を電気分解する電気分解方法であって、陽極電極あるいは陰極電極の何れか一方あるいは両方に、電解液に対して親液性である第1面と、電解液に対して疎液性である第2面と、第1面と第2面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性である複数の貫通孔と、を有するものを用いる、という手段を採用する。   As a fourth means for solving the electrolysis method, an electrolysis method for electrolyzing a predetermined electrolyte by supplying a predetermined potential to an anode electrode and a cathode electrode, which is either an anode electrode or a cathode electrode One or both of the first surface that is lyophilic with respect to the electrolytic solution, the second surface that is lyophobic with respect to the electrolytic solution, and the first surface and the second surface are communicated, and the wall surface is electrolyzed. A means of using a plurality of through holes that are lyophobic with respect to the liquid is employed.

本発明によれば、電気分解電極が、電解液に浸漬される接液面と、気体流路を形成する接気面と、接液面と接気面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性、かつ、孔径が発生ガスを選択的に通過させる大きさに設定された複数の貫通孔とを備えるので、接液面で発生した発生ガスは、接液面から効果的に排除されて貫通孔の内部に移動し、また接液面から貫通孔の内部に電解液に対して選択的に侵入して接気面に移動する。
また、本発明によれば、電気分解電極が、電解液に対して親液性である第1面と、電解液に対して疎液性である第2面と、第1面と第2面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性である複数の貫通孔とを備えるので、専ら親液性である第1面で発生ガスが発生し、この発生ガスは、第1面から効果的に排除されて貫通孔の内部に移動し、また第1面から貫通孔の内部に電解液に対して選択的に侵入して第2面に移動する。
According to the present invention, the electrolytic electrode communicates the wetted surface immersed in the electrolytic solution, the wetted surface forming the gas flow path, the wetted surface and the wetted surface, and the wall surface is in contact with the electrolytic solution. On the other hand, since it has a plurality of through-holes that are lyophobic and have a pore size that allows the generated gas to selectively pass through, the generated gas generated on the wetted surface is effectively removed from the wetted surface. It is eliminated and moves to the inside of the through hole, and selectively enters the inside of the through hole from the liquid contact surface and moves to the air contact surface.
According to the present invention, the electrolysis electrode has a first surface that is lyophilic with respect to the electrolytic solution, a second surface that is lyophobic with respect to the electrolytic solution, a first surface, and a second surface. And the wall surface includes a plurality of through holes that are lyophobic with respect to the electrolytic solution, so that generated gas is generated exclusively on the first surface that is lyophilic, and this generated gas is From the first surface to the inside of the through hole, and selectively penetrates into the through hole from the first surface and moves to the second surface.

したがって、このような本発明によれば、発生ガスを従来よりも速やかに発生面(接液面あるいは第1の面)から排除され、以って発生ガスの発生効率を従来よりも向上させることができる。
また、このような本発明によれば、発生ガスを従来よりも速やかに発生面(接液面あるいは第1の面)から排除されるので、電気分解の分解効率を従来よりも安定化させることができる。
Therefore, according to the present invention as described above, the generated gas is removed from the generation surface (the wetted surface or the first surface) more quickly than before, thereby improving the generation efficiency of the generated gas as compared with the conventional case. Can do.
In addition, according to the present invention, since the generated gas is eliminated from the generation surface (the wetted surface or the first surface) more quickly than in the past, the decomposition efficiency of electrolysis can be stabilized more than in the past. Can do.

本発明の第1実施形態に係る電極ユニットA1の構成を示すものであり、(a)は正面図、(b)は正面図におけるX1−X1線の矢視図、(c)は側面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The structure of electrode unit A1 which concerns on 1st Embodiment of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is an arrow line view of the X1-X1 line in a front view, (c) is a side view. is there. 本発明の第1実施形態に係る電極ユニットA1の多孔電極板1の構成を示すものであり、(a)は正面図、(b)は正面図におけるY1−Y1線の矢視図である。The structure of the porous electrode plate 1 of electrode unit A1 which concerns on 1st Embodiment of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is an arrow line view of the Y1-Y1 line | wire in a front view. 本発明の第1実施形態に係る電極ユニットA1の多孔電極板1における貫通孔の変形例を示す矢視図であり、(a)は第1の変形例、(b)は第2の変形例を示す。It is an arrow view which shows the modification of the through-hole in the porous electrode plate 1 of electrode unit A1 which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a) is a 1st modification, (b) is a 2nd modification. Indicates. 本発明の第1実施形態に係る電気分解装置B1の構成を示すものであり、(a)は正面図、(b)は正面図におけるZ1−Z1線の矢視図である。The structure of electrolysis apparatus B1 which concerns on 1st Embodiment of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is an arrow line view of the Z1-Z1 line in a front view. 本発明の第2実施形態に係る電極ユニットA2の構成を示すものであり、(a)は正面図、(b)は正面図におけるX2−X2線の矢視図、(c)は側面図である。It shows the configuration of an electrode unit A2 according to a second embodiment of the present invention, (a) is a front view, (b) is an arrow view of line X2-X2 in the front view, and (c) is a side view. is there. 本発明の第2実施形態に係る電気分解装置B2の構成を示すものであり、(a)は正面図、(b)は正面図におけるZ2−Z2線の矢視図である。The structure of the electrolyzer B2 which concerns on 2nd Embodiment of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is an arrow line view of the Z2-Z2 line in a front view. 本発明の第3実施形態に係る電気分解装置B3の構成を示す矢視図である。It is an arrow line view which shows the structure of the electrolyzer B3 which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
最初に、第1実施形態について説明する。本第1実施形態に係る電極ユニットA1は、図1に示すように、多孔電極板1、導線2、電極ホルダ3、気体導管4、電極カバー5及び締結ネジ6から構成されている。詳細は後述するが、この電極ユニットA1は、電気分解装置B1の陽極電極あるいは陰極電極として用いられる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the electrode unit A 1 according to the first embodiment includes a porous electrode plate 1, a conducting wire 2, an electrode holder 3, a gas conduit 4, an electrode cover 5, and a fastening screw 6. Although details will be described later, the electrode unit A1 is used as an anode electrode or a cathode electrode of the electrolyzer B1.

多孔電極板1は、図2に示されているように、正方形かつ一定厚の導体板1aの接液面1bと接気面1cとの間に、当該接液面1bと接気面1cとを連通させる多数の貫通孔1dが形成されたものである。上記導体板1aは、所定の金属、例えばニッケル(Ni)を材料とする平板である。   As shown in FIG. 2, the porous electrode plate 1 includes a liquid contact surface 1b, a contact surface 1c, and a contact surface 1c between the contact surface 1b and the contact surface 1c of the square and constant thickness conductor plate 1a. A large number of through holes 1d are formed to communicate with each other. The conductor plate 1a is a flat plate made of a predetermined metal, for example, nickel (Ni).

この貫通孔1dは、図示するように、壁面に疎液性の被膜1e(疎液膜)が形成されたものであり、また断面形状が互いに平行な接液面1bと接気面1cとに直交すると共に一定の断面積となるように形成されている。貫通孔1dの直径は、例えば500μm以下であり、より好ましくは10μm〜500μmである。このような貫通孔1dの直径は、以下に詳説するように電解液が貫通孔1dの内部に浸入しないように最適化されている。   As shown in the figure, the through-hole 1d is formed by forming a lyophobic coating 1e (a lyophobic film) on the wall surface, and a liquid contact surface 1b and an air contact surface 1c whose cross-sectional shapes are parallel to each other. They are formed so as to be orthogonal and have a constant cross-sectional area. The diameter of 1 d of through-holes is 500 micrometers or less, for example, More preferably, they are 10 micrometers-500 micrometers. The diameter of the through-hole 1d is optimized so that the electrolyte does not enter the through-hole 1d as described in detail below.

また、貫通孔1dの配列ピッチは、特に制限がないが、10μm〜500μm程度が好ましい。すなわち、貫通孔1dの配列ピッチは、貫通孔1dの孔径と同程度が好ましい。
なお、図2の多孔電極板1は、貫通孔1dが碁盤の目のように配置された状態に形成されているが、貫通孔1dの配置態様はこれに限定されるものではなく、例えば千鳥格子状あるいは規則性のない配列状態であっても良い。
The arrangement pitch of the through holes 1d is not particularly limited, but is preferably about 10 μm to 500 μm. That is, the arrangement pitch of the through holes 1d is preferably about the same as the diameter of the through holes 1d.
2 is formed in a state in which the through holes 1d are arranged like a grid, but the arrangement of the through holes 1d is not limited to this, for example, a staggered pattern It may be in a lattice form or an array state without regularity.

また、上記貫通孔1dについては、図3に示すような断面形状の変形例が考えられる。図3(a)に示す第1の変形例は、貫通孔1fの中心軸線は接液面1b及び接気面1cに直交するものの、断面積が接液面1b及び接気面1cから遠ざかるに従って徐々に小さくなり、接液面1b及び接気面1cで最も小さくなるような形状である。このような断面形状の貫通孔1fの壁面には疎液膜1gが全面的に設けられている。   Further, regarding the through hole 1d, a modified example having a cross-sectional shape as shown in FIG. 3 is conceivable. In the first modification shown in FIG. 3 (a), although the central axis of the through hole 1f is orthogonal to the liquid contact surface 1b and the air contact surface 1c, the cross-sectional area becomes farther from the liquid contact surface 1b and the air contact surface 1c. The shape gradually decreases and becomes the smallest on the liquid contact surface 1b and the air contact surface 1c. A lyophobic film 1g is entirely provided on the wall surface of the through hole 1f having such a cross-sectional shape.

図3(b)に示す第2の変形例は、貫通孔1hの中心軸線は接液面1b及び接気面1cに直交するものの、断面積が接液面1bから接気面1cに向けて徐々に大きくなる形状である。この貫通孔1hの壁面には疎液膜1iが全面的に設けられている。このような第1、第2の変形例に係る貫通孔1f、1hは、導体板1aを例えばレーザ加工することによって容易に形成することができる。   In the second modification shown in FIG. 3B, the central axis of the through hole 1h is orthogonal to the liquid contact surface 1b and the air contact surface 1c, but the cross-sectional area is from the liquid contact surface 1b toward the air contact surface 1c. The shape gradually increases. A lyophobic film 1i is provided on the entire wall surface of the through hole 1h. Such through holes 1f and 1h according to the first and second modifications can be easily formed by, for example, laser processing the conductor plate 1a.

また、上記多孔電極板1の接液面1bは、電解液に対して親液性となるよう表面処理されている。多孔電極板1は、導体板1aを母材として形成されているが、各貫通孔1dの壁面は、導電性材料の表面に電解液に対して疎液性の被膜である疎液膜1eが全面的に形成されている。このような各被膜は、例えばスプレーコーティング、フローコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、加圧コーティング等の各種コーティング方法によって疎液性材料を塗布することによって形成される。   The liquid contact surface 1b of the porous electrode plate 1 is surface-treated so as to be lyophilic with respect to the electrolytic solution. The porous electrode plate 1 is formed using the conductor plate 1a as a base material. The wall surface of each through-hole 1d has a lyophobic film 1e which is a lyophobic film against the electrolyte on the surface of the conductive material. It is formed entirely. Each such film is formed by applying a lyophobic material by various coating methods such as spray coating, flow coating, spin coating, dip coating, roll coating, and pressure coating.

ここで、「親液性」とは、一定量の液滴が固体表面に置かれた状態において液滴の気液界面と固液界面がなす角度(接触角)が90°より小さくなる状態のことであり、また「疎液性」とは、上記接触角が90°より大きくなる状態のことである。上記接触角として接液面1b(親液面)及び各貫通孔1dの疎液膜1e(疎液面)を見た場合、上記接液面1b(親液面)の電解液に対する接触角α(α<90°)及び疎液膜1e(疎液面)の電解液に対する接触角β(90°<β)は、以下の関係式(1)を満足する。すなわち、接液面1bの接触角αは、各貫通孔1dの疎液膜1eの接触角βよりも小さく設定されている。
α<90°<β (1)
Here, “lyophilic” means a state in which the angle (contact angle) between the gas-liquid interface and the solid-liquid interface of the droplet is smaller than 90 ° when a certain amount of the droplet is placed on the solid surface. In addition, “liquidphobic” means that the contact angle is greater than 90 °. When the liquid contact surface 1b (lyophilic surface) and the lyophobic film 1e (liquid lyophobic surface) of each through-hole 1d are viewed as the contact angle, the contact angle α of the liquid contact surface 1b (lyophilic surface) with respect to the electrolytic solution (Α <90 °) and the contact angle β (90 ° <β) of the lyophobic film 1e (lyophobic surface) with respect to the electrolyte satisfy the following relational expression (1). That is, the contact angle α of the liquid contact surface 1b is set smaller than the contact angle β of the lyophobic film 1e of each through hole 1d.
α <90 ° <β (1)

すなわち、多孔電極板1は、貫通孔1dの直径が500μm以下に設定され、かつ、接液面1b(親液面)及び各貫通孔1dの疎液膜1e(疎液面)の各接触角α、βが上記関係式(1)を満足するように構成されている。また、各接触角α、βについては、上記関係式(1)に代えて、α+10°<90°<βの条件あるいはα+25°<90°<βの条件を満足することがより好ましい。なお、接気面1cの接触角については特に限定しないが、90°よりも大きく(つまり疎液性とし)設定することが好ましい。   That is, in the porous electrode plate 1, the diameter of the through-hole 1 d is set to 500 μm or less, and the contact angles of the liquid contact surface 1 b (lyophilic surface) and the liquid-phobic film 1 e (liquid-phobic surface) of each through-hole 1 d α and β are configured to satisfy the relational expression (1). For each contact angle α, β, it is more preferable to satisfy the condition of α + 10 ° <90 ° <β or α + 25 ° <90 ° <β instead of the relational expression (1). The contact angle of the air contact surface 1c is not particularly limited, but is preferably set to be larger than 90 ° (that is, lyophobic).

導線2は、このような多孔電極板1の接気面1cに一端が接続されると共に他端が外部の電源(図示略)の出力端に接続された電線であり、電源から出力された電気分解用の電位を多孔電極板1に供給するためのものである。電極ホルダ3は、内部に窪み部が形成された立方体状の非導電性部材である。図示するように、この電極ホルダ3には窪み部を一方から塞ぐような状態で上述した平板状の多孔電極板1が装着されている。なお、電極ホルダ3の窪み部と多孔電極板1とによって囲まれた空洞は気体チャンバー3aである。このような気体チャンバー3aは、図示するように接気面1cと電極ホルダ3の窪み部とによって形成された気体流路であり、複数の貫通孔1dを介して接液面1bに連通する。   The conducting wire 2 is an electric wire having one end connected to the air contact surface 1c of the porous electrode plate 1 and the other end connected to the output end of an external power source (not shown). This is for supplying a potential for decomposition to the porous electrode plate 1. The electrode holder 3 is a cubic non-conductive member having a recess formed therein. As shown in the figure, the above-mentioned flat porous electrode plate 1 is attached to the electrode holder 3 in such a state that the hollow portion is closed from one side. Note that the cavity surrounded by the hollow portion of the electrode holder 3 and the porous electrode plate 1 is a gas chamber 3a. Such a gas chamber 3a is a gas flow path formed by the air contact surface 1c and the recessed portion of the electrode holder 3 as shown in the figure, and communicates with the liquid contact surface 1b through a plurality of through holes 1d.

気体導管4は、一端が電極ホルダ3の上部に固定された中空円筒状の非導電性部材であり、内部空洞は上記気体チャンバー3aに連通する気体チャネル4aである。図示していないが、気体導管4の他端は気体回収装置に接続されている。電極カバー5は、中心部に正方形の開口5aが形成された正方形状の非導電性部材である。この電極カバー5は、接液面1bが開口5aを介して外部に露出するように多孔電極板1を電極ホルダ3の一部に保持するためのものである。締結ネジ6は、このような電極カバー5を電極ホルダ3に締結固定するためのものであり、電極カバー5の各丁部近傍にそれぞれ設けられている。   The gas conduit 4 is a hollow cylindrical non-conductive member whose one end is fixed to the upper part of the electrode holder 3, and the internal cavity is a gas channel 4a communicating with the gas chamber 3a. Although not shown, the other end of the gas conduit 4 is connected to a gas recovery device. The electrode cover 5 is a square non-conductive member having a square opening 5a formed in the center. The electrode cover 5 is for holding the porous electrode plate 1 on a part of the electrode holder 3 so that the liquid contact surface 1b is exposed to the outside through the opening 5a. The fastening screws 6 are used to fasten and fix the electrode cover 5 to the electrode holder 3 and are provided in the vicinity of the respective portions of the electrode cover 5.

このように構成された電極ユニットA1は、図4に示すように、電解槽7、電解液8及び電源9とともに電気分解装置B1を構成する。すなわち、電極ユニットA1は、電解槽7内に貯留された電解液8に一対として浸漬され、かつ電源9に接続されて電気分解に供される。電源9の正極端子に接続される電極ユニットA1は陽極電極ユニットA1pであり、電源9の負極端子に接続される電極ユニットA1は陰極電極ユニットA1mである。このような陽極電極ユニットA1pと陰極電極ユニットA1mとは、図示するように、お互いの多孔電極板1の接液面1bが平行に対向するように電解液8に浸漬される。   As shown in FIG. 4, the electrode unit A1 configured in this way constitutes an electrolysis apparatus B1 together with the electrolytic cell 7, the electrolytic solution 8, and the power source 9. That is, the electrode unit A1 is immersed as a pair in the electrolytic solution 8 stored in the electrolytic cell 7 and connected to the power source 9 for electrolysis. The electrode unit A1 connected to the positive terminal of the power supply 9 is an anode electrode unit A1p, and the electrode unit A1 connected to the negative terminal of the power supply 9 is a cathode electrode unit A1m. As shown in the figure, the anode electrode unit A1p and the cathode electrode unit A1m are immersed in the electrolytic solution 8 so that the liquid contact surfaces 1b of the porous electrode plates 1 face each other in parallel.

電解槽7は、上端が解放されると共に内部に電解液8が貯留された箱型の容器である。電解液8は、所定の化合物(電気分解対象物)を含有した溶融塩である。この電解液8は、電気分解装置B1の目的、つまりどのような気体(ガス)を電気分解によって発生・回収するかによって種々のものが選定される。例えば、フッ素ガス(F)の生成・回収を目的とする場合には、電解液8として、フッ化カリウム(KF)とフッ化水素(HF)とが混合したものを溶融塩(KF・nHF(1≦n≦3))とするものが選定される。電源9は、正極性の電位を出力するための正極端子と負極性の電位を出力するための負極端子を備えた直流電源である。 The electrolytic cell 7 is a box-shaped container in which the upper end is released and the electrolytic solution 8 is stored inside. The electrolytic solution 8 is a molten salt containing a predetermined compound (electrolysis object). Various electrolytic solutions 8 are selected depending on the purpose of the electrolysis apparatus B1, that is, what kind of gas (gas) is generated and recovered by electrolysis. For example, when the purpose is to generate and recover fluorine gas (F 2 ), a mixture of potassium fluoride (KF) and hydrogen fluoride (HF) is used as the electrolyte 8 as a molten salt (KF · nHF). (1 ≦ n ≦ 3)) is selected. The power source 9 is a direct current power source including a positive terminal for outputting a positive potential and a negative terminal for outputting a negative potential.

次に、このように構成された電極ユニットA1(陽極電極ユニットA1p、陰極電極ユニットA1m)及び電気分解装置B1の作用について詳しく説明する。   Next, the operation of the electrode unit A1 (anode electrode unit A1p, cathode electrode unit A1m) and the electrolysis apparatus B1 configured in this manner will be described in detail.

なお、以下の説明では、フッ素ガス(F)を生成・回収するために、フッ素化合物、例えばフッ化カリウム(KF)とフッ化水素(HF)とが混合したものを溶融塩(KF・nHF(1≦n≦3))とする電解液8を電気分解する場合について説明する。この場合、陽極電極ユニットA1pの多孔電極板1(導体板1a)の材料として、好ましくはニッケル(Ni)が選定される。なお、陰極電極ユニットA1mの多孔電極板1(導体板1a)の材料については特に制限はないが、本実施形態では陽極電極ユニットA1pと同様にニッケル(Ni)が選定される。 In the following description, in order to generate and recover fluorine gas (F 2 ), a fluorine compound, for example, a mixture of potassium fluoride (KF) and hydrogen fluoride (HF) is used as a molten salt (KF · nHF). A case where the electrolytic solution 8 (1 ≦ n ≦ 3) is electrolyzed will be described. In this case, nickel (Ni) is preferably selected as the material of the porous electrode plate 1 (conductor plate 1a) of the anode electrode unit A1p. In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the material of the porous electrode plate 1 (conductor plate 1a) of cathode electrode unit A1m, nickel (Ni) is selected similarly to anode electrode unit A1p in this embodiment.

電気分解装置B1を用いて上記溶融塩の電解液8を電気分解すると、当該電解液8と接触する陽極電極ユニットA1pの多孔電極板1の接液面1bでは、以下の反応式(2)に示す化学反応が生じ、フッ素ガス(F)が気泡として発生する。また、陰極電極ユニットA1mの多孔電極板1の接液面1bでは、以下の反応式(3)に示す化学反応が生じ、水素ガス(H)が気泡として発生する。
陽極 : 2F → F+2e (2)
陰極 : 2H+2e → H (3)
When the electrolytic solution 8 of the molten salt is electrolyzed using the electrolysis apparatus B1, the following reaction formula (2) is applied to the liquid contact surface 1b of the porous electrode plate 1 of the anode electrode unit A1p in contact with the electrolytic solution 8. The chemical reaction shown occurs and fluorine gas (F 2 ) is generated as bubbles. On the liquid contact surface 1b of the porous electrode plate 1 of the cathode electrode unit A1m, a chemical reaction shown in the following reaction formula (3) occurs, and hydrogen gas (H 2 ) is generated as bubbles.
Anode: 2F → F 2 + 2e (2)
Cathode: 2H + + 2e → H 2 (3)

ここで、陽極電極ユニットA1pの接液面1bは、親液性のため電解液8と馴染みが良く、よってフッ素ガス(F)が効率良く生成される。また、このような接液面1bは、気泡(気体)であるフッ素ガス(F)との馴染みが悪い。一方、このような接液面1bに多数形成された貫通孔1dの疎液膜1eは、疎液性の被膜で覆われているので、電解液8との馴染みは悪いが、気泡(気体)であるフッ素ガス(F)との馴染みが良い。 Here, since the liquid contact surface 1b of the anode electrode unit A1p is lyophilic, it is familiar with the electrolyte solution 8, and thus fluorine gas (F 2 ) is efficiently generated. Further, such a wetted surface 1b is not well-suited with fluorine gas (F 2 ) which is a bubble (gas). On the other hand, since the lyophobic film 1e of the through-hole 1d formed in large numbers on the liquid contact surface 1b is covered with a lyophobic film, the familiarity with the electrolyte 8 is poor, but bubbles (gas) Familiarity with fluorine gas (F 2 ) is good.

すなわち、陽極電極ユニットA1pの多孔電極板1では、接液面1bの接触角αと貫通孔1dの疎液膜1eの接触角βとの間に関係式(1)が成立しているので、陽極電極ユニットA1pの接液面1bにおいて貫通孔1d近傍で発生したフッ素ガス(F)の気泡は、接液面1b(親液面)から排除されて貫通孔1dの疎液膜1e(疎液面)に移動する。そして、接液面1bにおいて貫通孔1d近傍で発生したフッ素ガス(F)の気泡は、この力の作用によって、接液面1bから貫通孔1dに移動する。 That is, in the porous electrode plate 1 of the anode electrode unit A1p, the relational expression (1) is established between the contact angle α of the liquid contact surface 1b and the contact angle β of the lyophobic film 1e of the through hole 1d. The bubbles of fluorine gas (F 2 ) generated in the vicinity of the through hole 1d on the liquid contact surface 1b of the anode electrode unit A1p are excluded from the liquid contact surface 1b (lyophilic surface), and the lyophobic film 1e (sparse) in the through hole 1d. Move to liquid level. The bubbles of fluorine gas (F 2 ) generated in the vicinity of the through hole 1d on the liquid contact surface 1b move from the liquid contact surface 1b to the through hole 1d by the action of this force.

電解液8の表面張力γ[N/m]、接液面1bの電解液8に対する接触角α[deg]、貫通孔1dの半径r[m]とした場合、電解液8が貫通孔1dの内部に入り込むために必要な圧力(ヤング・ラプラス圧力)ΔPは、下式(4)のように表される。
ΔP=−2γ(cosα)/r (4)
したがって、貫通孔1dの入口における電解液8の圧力(電解液8に対する貫通孔1dの深さや電解液8の入った電解槽7内部の圧力に依存する)が上記ヤング・ラプラス圧力ΔPを超えなければ、電解液8は貫通孔1dの内部に浸入することができない。
When the surface tension γ [N / m] of the electrolytic solution 8, the contact angle α [deg] of the liquid contact surface 1 b with respect to the electrolytic solution 8, and the radius r [m] of the through hole 1 d, the electrolytic solution 8 is in the through hole 1 d. The pressure (Young-Laplace pressure) ΔP required to enter the interior is expressed by the following equation (4).
ΔP = −2γ (cos α) / r (4)
Therefore, the pressure of the electrolyte 8 at the inlet of the through hole 1d (depending on the depth of the through hole 1d with respect to the electrolyte 8 and the pressure inside the electrolytic cell 7 containing the electrolyte 8) must not exceed the Young Laplace pressure ΔP. In this case, the electrolytic solution 8 cannot enter the through hole 1d.

このように、陽極電極ユニットA1pの多孔電極板1では、電解液8が内部に浸入できない大きさ、つまり発生ガス(気体)であるフッ素ガス(F)を選択的に通過させる大きさ(上述した500μmm以下の直径)となるように貫通孔1dの孔径が設定されると共に、貫通孔1dの壁面に接液面1bの接触角αよりも大きな接触角βを有する疎液膜1eが設けられているので、接液面1bで発生したフッ素ガス(F)の気泡は、接液面1bから効果的に排除されて貫通孔1dの内部に移動し、また接液面1bから貫通孔1dの内部に電解液8に対して選択的に侵入して接気面1cに移動する。 Thus, in the porous electrode plate 1 of the anode electrode unit A1p, the electrolyte solution 8 has a size that cannot enter the inside, that is, a size that allows the fluorine gas (F 2 ), which is a generated gas (gas), to pass selectively (described above). And the lyophobic film 1e having a contact angle β larger than the contact angle α of the liquid contact surface 1b is provided on the wall surface of the through hole 1d. Therefore, the fluorine gas (F 2 ) bubbles generated on the liquid contact surface 1b are effectively excluded from the liquid contact surface 1b and move to the inside of the through hole 1d, and from the liquid contact surface 1b to the through hole 1d. Selectively enters the electrolyte 8 and moves to the air contact surface 1c.

すなわち、本電気分解装置B1の陽極電極ユニットA1pでは、気泡(気体)であるフッ素ガス(F)が液体である電解液8から効果的に分離されて、電解液8は貫通孔1dを通過することなく、このような電解液8に対して選択的に貫通孔1dを通過して気体チャンバー3a内に収集される。そして、気体チャンバー3a内のフッ素ガス(F)は、気体導管4によって形成される気体チャネル4aを介して外部に回収される。 That is, in the anode electrode unit A1p of the present electrolysis apparatus B1, the fluorine gas (F 2 ) which is a bubble (gas) is effectively separated from the liquid electrolyte 8 and the electrolyte 8 passes through the through hole 1d. Without such, the electrolyte 8 is selectively collected through the through hole 1d and collected in the gas chamber 3a. The fluorine gas (F 2 ) in the gas chamber 3 a is recovered to the outside through the gas channel 4 a formed by the gas conduit 4.

なお、このような陽極電極ユニットA1pにおける作用は、当該陽極電極ユニットA1pと対をなす陰極電極ユニットA1mについても同様である。すなわち、陰極電極ユニットA1mの多孔電極板1において、接液面1bで気泡として発生する水素ガス(H)は、電解液8に対して選択的に貫通孔1dを通過して気体チャンバー3a内に収集される。そして、気体チャンバー3a内のフッ素ガス(F)は、気体導管4によって形成される気体チャネル4aを介して外部に回収される。 The operation of the anode electrode unit A1p is the same for the cathode electrode unit A1m paired with the anode electrode unit A1p. That is, in the porous electrode plate 1 of the cathode electrode unit A1m, hydrogen gas (H 2 ) generated as bubbles on the liquid contact surface 1b selectively passes through the through hole 1d with respect to the electrolyte solution 8 and enters the gas chamber 3a. To be collected. The fluorine gas (F 2 ) in the gas chamber 3 a is recovered to the outside through the gas channel 4 a formed by the gas conduit 4.

このような第1実施形態によれば、陽極電極ユニットA1pの多孔電極板1の接液面1bで発生するフッ素ガス(F)及び陰極電極ユニットA1mの多孔電極板1の接液面1bで発生する水素ガス(H)は、接液面1bから貫通孔1dの内部に効果的に排除されると共に電解液8に対して選択的に貫通孔1dの内部に侵入して気体チャンバー3aに収集される。 According to such a first embodiment, fluorine gas (F 2 ) generated on the liquid contact surface 1b of the porous electrode plate 1 of the anode electrode unit A1p and the liquid contact surface 1b of the porous electrode plate 1 of the cathode electrode unit A1m. The generated hydrogen gas (H 2 ) is effectively excluded from the liquid contact surface 1b into the through hole 1d and selectively penetrates into the through hole 1d with respect to the electrolyte 8 and enters the gas chamber 3a. Collected.

したがって、第1実施形態によれば、フッ素ガス(F)や水素ガス(H)が接液面1bで滞留する時間を従来よりも短縮することができるので、電源9から陽極電極ユニットA1p及び陰極電極ユニットA1mに供給する電力の電流密度を従来よりも高めることが可能であり、よって電気分解の分解効率、つまり発生ガスであるフッ素ガス(F)及び水素ガス(H)の発生効率を従来よりも向上させることができる。 Therefore, according to the first embodiment, the time during which fluorine gas (F 2 ) or hydrogen gas (H 2 ) stays on the liquid contact surface 1b can be shortened as compared with the prior art. It is possible to increase the current density of the power supplied to the cathode electrode unit A1m as compared with the conventional case, so that the decomposition efficiency of electrolysis, that is, generation of fluorine gas (F 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) as generated gases. Efficiency can be improved as compared with the conventional case.

また、第1実施形態によれば、陽極電極ユニットA1pにおける電気分解の分解効率、つまりフッ素ガス(F)発生効率を従来よりも安定化させることができる。 Further, according to the first embodiment, the decomposition efficiency of electrolysis in the anode electrode unit A1p, that is, the generation efficiency of fluorine gas (F 2 ) can be stabilized more than before.

〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態について説明する。なお、図5では、図1と同一の構成要素には同一符合を付している。以下では、図1と同一の構成要素については、重複するので説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In FIG. 5, the same components as those in FIG. In the following, the same components as those in FIG.

本第2実施形態に係る電極ユニットA2は、図5に示すように、多孔電極板1C、導線2、電極ホルダ3A、気体導管4、電極カバー5A及び締結ネジ6から構成されている。多孔電極板1Cは、上述した第1実施形態の多孔電極板1のように多数の貫通孔1dが互いに独立しているのではなく、相互に連結した複数の貫通孔1jを有する平板状の導電性部材である。このような多孔電極板1Cは、例えば発泡金属、シングルポアモノリス型構造体、ダブルポアモノリス型構造体、粉末焼結貴金属、繊維焼結体等から形成されている。   As shown in FIG. 5, the electrode unit A2 according to the second embodiment is composed of a porous electrode plate 1C, a conducting wire 2, an electrode holder 3A, a gas conduit 4, an electrode cover 5A, and a fastening screw 6. The porous electrode plate 1C is not a plurality of through-holes 1d independent of each other like the porous electrode plate 1 of the first embodiment described above, but a flat plate-like conductive material having a plurality of through-holes 1j connected to each other. It is a sex member. Such a porous electrode plate 1C is made of, for example, a foam metal, a single pore monolith structure, a double pore monolith structure, a powder sintered noble metal, a fiber sintered body, or the like.

多孔電極板1Cの上部は、図示するように、電極ホルダ3Aの窪み部に収容された状態で電極ホルダ3Aと電極ホルダ3Aとによって挟持されている。このような多孔電極板1Cの上表面と電極ホルダ3Aと電極カバー5Aとによって囲まれた空洞は、気体チャンバー3bを形成している。また、上記多孔電極板1Cにおいて、電極ホルダ3Aと電極ホルダ3Aとによって囲まれていない表面、つまり下表面及び側表面は接液面1kである。このような多孔電極板1Cの接液面1kは、複数の貫通孔1jを介して気体チャンバー3bに連通している。   As shown in the drawing, the upper portion of the porous electrode plate 1C is sandwiched between the electrode holder 3A and the electrode holder 3A while being accommodated in the recess of the electrode holder 3A. A cavity surrounded by the upper surface of the porous electrode plate 1C, the electrode holder 3A, and the electrode cover 5A forms a gas chamber 3b. In the porous electrode plate 1C, the surface that is not surrounded by the electrode holder 3A and the electrode holder 3A, that is, the lower surface and the side surface is the liquid contact surface 1k. The liquid contact surface 1k of such a porous electrode plate 1C communicates with the gas chamber 3b through a plurality of through holes 1j.

また、上記多孔電極板1Cにおける接液面1kは親液性に表面処理されており、また各貫通孔1jの壁面には疎液性の被膜である疎液膜1mが設けられている。すなわち、多孔電極板1Cにおいて、接液面1kと疎液膜1mとの間には、電解液8に対する接触角について上述した関係式(1)が成立している。また、貫通孔1jの孔径(直径)は、上述した第1実施形態の多孔電極板1と同様に、貫通孔1jの入口における電解液8の圧力がヤング・ラプラス圧力ΔPを超えない孔径、つまり電解液8が内部に浸入できない孔径(例えば500μmm以下)に設定されている。   Further, the liquid contact surface 1k of the porous electrode plate 1C is lyophilically treated, and the wall of each through hole 1j is provided with a lyophobic film 1m which is a lyophobic film. That is, in the porous electrode plate 1C, the relational expression (1) described above with respect to the contact angle with respect to the electrolytic solution 8 is established between the liquid contact surface 1k and the lyophobic film 1m. Also, the hole diameter (diameter) of the through hole 1j is the same as the porous electrode plate 1 of the first embodiment described above, that is, the hole diameter at which the pressure of the electrolyte 8 at the inlet of the through hole 1j does not exceed the Young Laplace pressure ΔP, that is, The hole diameter (for example, 500 μm or less) is set so that the electrolytic solution 8 cannot enter the inside.

電極ホルダ3Aは、窪み部が形成された箱型の非導電性部材である。電極カバー5Aは、図示するように平板(窓有り)の非導電性部材である。電極カバー5Aは、両端近傍に各々設けられた締結ネジ6が設けられている。このような電極ホルダ3Aと電極カバー5Aとは、電極カバー5Aが締結ネジ6によって電極ホルダ3Aに固定されることによって、多孔電極板1Cの上部を挟持する。   The electrode holder 3A is a box-shaped non-conductive member in which a hollow portion is formed. The electrode cover 5A is a flat plate (with window) non-conductive member as shown in the figure. The electrode cover 5A is provided with fastening screws 6 provided in the vicinity of both ends. The electrode holder 3A and the electrode cover 5A sandwich the upper portion of the porous electrode plate 1C when the electrode cover 5A is fixed to the electrode holder 3A by the fastening screw 6.

このように構成された電極ユニットA2は、図6に示すように、電解槽7内に貯留された電解液8に一対として浸漬され、かつ電源9に接続されて電気分解に供される。電源9の正極端子に接続される電極ユニットA2は陽極電極ユニットA2pであり、電源9の負極端子に接続される電極ユニットA2は陰極電極ユニットA2mであり、図示するようにお互いの多孔電極板1Cが並行状態で対峙するように電解液8に浸漬される。   As shown in FIG. 6, the electrode unit A <b> 2 configured in this way is immersed as a pair in an electrolytic solution 8 stored in the electrolytic cell 7 and connected to a power source 9 for electrolysis. The electrode unit A2 connected to the positive terminal of the power source 9 is an anode electrode unit A2p, and the electrode unit A2 connected to the negative terminal of the power source 9 is a cathode electrode unit A2m. Are immersed in the electrolytic solution 8 so as to face each other in a parallel state.

このような電気分解装置B2を用いて上記溶融塩の電解液8を電気分解すると、当該電解液8と接触する陽極電極ユニットA2pの多孔電極板1Cの接液面1kでは反応(2)に基づいてフッ素ガス(F)の気泡が発生し一方、陰極電極ユニットA2mの多孔電極板1Cの接液面1kでは反応式(3)に基づいて水素ガス(H)の気泡が発生する。 When the molten salt electrolyte solution 8 is electrolyzed using such an electrolyzer B2, the liquid contact surface 1k of the porous electrode plate 1C of the anode electrode unit A2p in contact with the electrolyte solution 8 is based on the reaction (2). Then, bubbles of fluorine gas (F 2 ) are generated, while bubbles of hydrogen gas (H 2 ) are generated on the liquid contact surface 1k of the porous electrode plate 1C of the cathode electrode unit A2m based on the reaction formula (3).

そして、陽極電極ユニットA2pの多孔電極板1Cでは、接液面1kが親液性、貫通孔1jの疎液膜1mが疎液性、また貫通孔1jの孔径が電解液8が内部に浸入できない孔径に設定されているので、接液面1kで発生したフッ素ガス(F)の気泡は、接液面1kから貫通孔1jに効果的に排除されて貫通孔1jの内部に選択的に侵入し、陽極電極ユニットA2pの気体チャンバー3bに収集される。 In the porous electrode plate 1C of the anode electrode unit A2p, the liquid contact surface 1k is lyophilic, the lyophobic film 1m of the through hole 1j is lyophobic, and the hole diameter of the through hole 1j cannot enter the electrolyte 8 inside. Since the hole diameter is set, the bubbles of fluorine gas (F 2 ) generated on the liquid contact surface 1k are effectively excluded from the liquid contact surface 1k to the through hole 1j and selectively enter the inside of the through hole 1j. And collected in the gas chamber 3b of the anode electrode unit A2p.

一方、陰極電極ユニットA2mの多孔電極板1Cでは、接液面1kが親液性、貫通孔1jの疎液膜1mが疎液性、また貫通孔1jの孔径が電解液8が内部に浸入できない孔径に設定されているので、接液面1kで発生した水素ガス(H)の気泡は、接液面1kから貫通孔1jに効果的に排除されて貫通孔1jの内部に選択的に侵入し、陰極電極ユニットA2mの気体チャンバー3bに収集される。したがって、第2実施形態によれば、上述した第1実施形態と全く同様な効果を得ることができる。 On the other hand, in the porous electrode plate 1C of the cathode electrode unit A2m, the liquid contact surface 1k is lyophilic, the lyophobic film 1m of the through hole 1j is lyophobic, and the hole diameter of the through hole 1j cannot enter the electrolyte 8 inside. Since the hole diameter is set, bubbles of hydrogen gas (H 2 ) generated on the liquid contact surface 1k are effectively excluded from the liquid contact surface 1k into the through hole 1j and selectively enter the inside of the through hole 1j. And collected in the gas chamber 3b of the cathode electrode unit A2m. Therefore, according to the second embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment described above.

また、第2実施形態によれば、上述した第1実施形態よりも接液面1kの面積を大きくすることが容易なので、電気分解の分解効率を第1実施形態よりも向上させることが可能であり、この結果として発生ガスの発生効率を第1実施形態よりも向上させることが可能である。   In addition, according to the second embodiment, it is easier to increase the area of the liquid contact surface 1k than in the first embodiment described above, and therefore, it is possible to improve the electrolysis decomposition efficiency as compared with the first embodiment. As a result, the generation efficiency of the generated gas can be improved as compared with the first embodiment.

〔第3実施形態〕
次に、図7を参照して第3実施形態について説明する。なお、図7では、図2、図4に示した構成要素と同一の構成要素には同一符合を付している。以下では、これら図2、図4と同一の構成要素については、重複するので説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same components as those shown in FIGS. 2 and 4 are denoted by the same reference numerals. In the following, the same components as those in FIGS. 2 and 4 are duplicated, and the description thereof is omitted.

第3実施形態に係る電気分解装置B3は、図4に示した陽極電極ユニットA1p及び陰極電極ユニットA1mに代えて、陽極電極A3p及び陰極電極A3mを用いたものである。これら陽極電極A3p及び陰極電極A3mは、図2に示した多孔電極板1の接気面1cを疎液性の接気面1c’とした多孔電極板である。すなわち、本電気分解装置B3における陽極電極A3p及び陰極電極A3mは、接液面1b(第1の面)が親液性であり、また貫通孔1dの疎液膜1eと接気面1c’(第2の面)とが疎液性に設定されたものである。   The electrolysis apparatus B3 according to the third embodiment uses an anode electrode A3p and a cathode electrode A3m in place of the anode electrode unit A1p and the cathode electrode unit A1m shown in FIG. These anode electrode A3p and cathode electrode A3m are porous electrode plates in which the air contact surface 1c of the porous electrode plate 1 shown in FIG. 2 is a lyophobic air contact surface 1c '. That is, the anode electrode A3p and the cathode electrode A3m in the present electrolysis apparatus B3 are lyophilic on the liquid contact surface 1b (first surface), and the lyophobic film 1e in the through hole 1d and the air contact surface 1c '( The second surface) is set to be lyophobic.

このような電気分解装置B3では、電源9によって正極電圧の電位が陽極電極A3pに印加され、また同じく電源9によって負極電圧の電位が陰極電極A3mに印加される。この結果、最も相対距離が短くなり陽極電極A3pの接液面1bと陰極電極A3mの接液面1bとの間の溶液抵抗が接液面の任意の点において均一となる最も強い電界が発生する。また、陽極電極A3pについて見ると、接液面1bが親液性であり、かつ、接気面1cが疎液性なので、当該疎液性である接気面1cでは上述した反応式(2)に示す電子の授受は発生せず、親液性である接液面1bとフッ素イオン(F)との間で専ら反応式(2)に示す電子の授受が行われ、フッ素ガス(F)が気泡として発生する。 In such an electrolysis apparatus B3, the potential of the positive voltage is applied to the anode electrode A3p by the power source 9, and the potential of the negative voltage is similarly applied to the cathode electrode A3m by the power source 9. As a result, the strongest electric field is generated in which the relative distance is the shortest and the solution resistance between the liquid contact surface 1b of the anode electrode A3p and the liquid contact surface 1b of the cathode electrode A3m is uniform at any point on the liquid contact surface. . Further, regarding the anode electrode A3p, since the liquid contact surface 1b is lyophilic and the air contact surface 1c is lyophobic, the reaction formula (2) described above is applied to the lyophobic air contact surface 1c. The exchange of electrons shown in the reaction formula (2) is performed exclusively between the lyophilic liquid contact surface 1b and the fluorine ions (F ), and fluorine gas (F 2 ) Are generated as bubbles.

このようにして陽極電極A3pの接液面1bで発生したフッ素ガス(F)の気泡は、上述した各電気分解装置B1、B2と同様に、接液面1bが親液性、貫通孔1dの疎液膜1eが疎液性、また貫通孔1dの孔径が電解液8が内部に浸入できない孔径に設定されているので、貫通孔1dを通過して接気面1c’に移動し、浮力によって電解液8中を上昇して回収される。 The fluorine gas (F 2 ) bubbles generated on the liquid contact surface 1b of the anode electrode A3p in this way are lyophilic on the liquid contact surface 1b and the through-hole 1d, like the electrolysis devices B1 and B2 described above. The lyophobic film 1e is lyophobic and the hole diameter of the through hole 1d is set to a hole diameter in which the electrolytic solution 8 cannot enter, so that it passes through the through hole 1d and moves to the air contact surface 1c ', and buoyancy. Thus, the electrolyte solution 8 is raised and collected.

ここで、上述した陽極電極A3p及び陰極電極A3mに代えて、図3(b)に示した多孔電極板1Bの貫通孔1hのように、接液面1bから接気面1c’に向かって内径が徐々に大きくなるようにした場合、接液面1bで発生したフッ素ガス(F)の気泡あるいは水素ガス(H)の気泡は、電解液8の表面張力によって内径がより大きい方に移動する力が作用するので、接液面1bからのフッ素ガス(F)の除去がより促進される。 Here, in place of the anode electrode A3p and the cathode electrode A3m described above, the inner diameter from the liquid contact surface 1b toward the air contact surface 1c ′ as in the through hole 1h of the porous electrode plate 1B shown in FIG. 3B. Is gradually increased, the bubble of fluorine gas (F 2 ) or the bubble of hydrogen gas (H 2 ) generated on the liquid contact surface 1 b moves to the larger inner diameter due to the surface tension of the electrolyte 8. Therefore, the removal of fluorine gas (F 2 ) from the liquid contact surface 1b is further promoted.

一方、陰極電極A3mについて見ると、接液面1bが親液性であり、接気面1cが疎液性なので、当該疎液性である接気面1cでは上述した反応式(3)に示す反応は発生せず、親液性である接液面1bと水素イオン(H)との間で専ら反応式(3)に示す電子の授受が行われて水素ガス(H)が気泡として発生する。そして、この水素ガス(H)の気泡は、接液面1bが親液性、貫通孔1dの疎液膜1eが疎液性、また貫通孔1dの孔径が電解液8が内部に浸入できない孔径に設定されているので、貫通孔1dを通過して接気面1c’に移動し、浮力によって電解液8中を上昇して回収される。 On the other hand, regarding the cathode electrode A3m, since the liquid contact surface 1b is lyophilic and the air contact surface 1c is lyophobic, the lyophobic air contact surface 1c is shown in the above reaction formula (3). Reaction does not occur, and the exchange of electrons shown in the reaction formula (3) is performed exclusively between the lyophilic liquid contact surface 1b and hydrogen ions (H + ), and hydrogen gas (H 2 ) is converted into bubbles. appear. The bubbles of hydrogen gas (H 2 ) are lyophilic on the liquid contact surface 1b, the lyophobic film 1e of the through hole 1d is lyophobic, and the hole diameter of the through hole 1d cannot enter the electrolyte 8 inside. Since it is set to the hole diameter, it passes through the through-hole 1d and moves to the air contact surface 1c ′, and rises in the electrolyte solution 8 by buoyancy and is collected.

このような第3実施形態によっても、上述した第1、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。また、この第3実施形態によれば、陽極電極A3p及び陰極電極A3mの構成が極めて単純なので、装置の低コスト化を実現することができる。   According to the third embodiment as described above, the same effects as those of the first and second embodiments described above can be obtained. Further, according to the third embodiment, the configuration of the anode electrode A3p and the cathode electrode A3m is very simple, so that the cost of the apparatus can be reduced.

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記第1実施形態では、接液面1bを親液性としたが、本願発明はこれに限定されない。接液面1bを親液性とすることなく、つまり親液性でも疎液性でもない状態として貫通孔1dの壁面を疎液性とすることによっても、本願発明の目的を達成することが可能である。
(2)上記各実施形態では、電極ユニットA1あるいは電極ユニットA2を陽極と陰極の両方に採用したが、本発明はこれに限定されない。陰極については、従来の電極を採用しても良い。
In addition, this invention is not limited to said each embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the first embodiment, the liquid contact surface 1b is made lyophilic, but the present invention is not limited to this. The object of the present invention can also be achieved by making the wall surface of the through-hole 1d lyophobic without making the liquid contact surface 1b lyophilic, that is, not lyophilic or lyophobic. It is.
(2) In each of the above embodiments, the electrode unit A1 or the electrode unit A2 is employed for both the anode and the cathode, but the present invention is not limited to this. A conventional electrode may be adopted for the cathode.

(3)上記各実施形態では、第1電極ユニットA1pの多孔電極板1(金属板1a)の材料としてニッケル(Ni)を選定したが、本願発明はこれに限定されない。ニッケル(Ni)に代えて以下の材料を用いても良い。すなわち、金属電極としては、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pb)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、タングステン(W)の単体、またはこれらを主成分とする合金もしくはニッケル(Ni)−銅(Cu)合金、ニッケル(Ni)−クロム(Cr)−鉄(Fe)合金、ニッケル(Ni)−モリブデン(Mo)合金、ニッケル(Ni)−クロム(Cr)−モリブデン(Mo)合金、等々を用いても良い。 (3) In each of the above embodiments, nickel (Ni) is selected as the material of the porous electrode plate 1 (metal plate 1a) of the first electrode unit A1p. However, the present invention is not limited to this. The following materials may be used instead of nickel (Ni). That is, as a metal electrode, platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pb), rhodium (Rh), iridium (Ir), tungsten (W) alone, or these as a main component Alloy or nickel (Ni) -copper (Cu) alloy, nickel (Ni) -chromium (Cr) -iron (Fe) alloy, nickel (Ni) -molybdenum (Mo) alloy, nickel (Ni) -chromium (Cr) -Molybdenum (Mo) alloy, etc. may be used.

また、炭素電極としては、グラッシーカーボン、パイロリティックグラファイト、ベーサルプレインパイロリティックグラファイト、カーボンペースト、HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite)、炭素繊維、導電性ダイヤモンド、BDD(Boron Doped Diamond)、導電性DLC(Diamond Like Carbon)電極等を用いてもよい。また、透明電極として、Nesa(アンチモン(Sb)をドープした酸化錫(SnO))、Nesatoron(錫(Sn)をドープした酸化インジウム(In))等を用いても良い。酸化物電極としては、酸化チタン(TiO)、酸化マンガン(MnO),二酸化鉛(PbO)、ペロブスカイト酸化物、ブロンズ酸化物等を用いても良い。 Also, as the carbon electrode, glassy carbon, pyrolytic graphite, basal plain pyrolytic graphite, carbon paste, HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite), carbon fiber, conductive diamond, BDD (Boron Doped Diamond), conductive DLC (Diamond) Like Carbon) electrodes may be used. Further, Nesa (tin oxide doped with antimony (Sb) (SnO 2 )), Nesatoron (indium oxide doped with tin (Sn) (In 2 O 3 )), or the like may be used as the transparent electrode. As the oxide electrode, titanium oxide (TiO 2 ), manganese oxide (MnO 2 ), lead dioxide (PbO 2 ), perovskite oxide, bronze oxide, or the like may be used.

また、半導体電極としては、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、酸化亜鉛(ZnO)、硫化カドニウム(CdS)、ガリウムヒ素(GaAs)、酸化チタン(TiO)等を用いても良い。また、高分子固体電解質電極を用いても良い。さらには、陽極電極と陰極電極との組み合わせとして、上述した各材料単一あるいは2つ以上の材料の組み合わせを採用しても良い。 As the semiconductor electrode, silicon (Si), germanium (Ge), zinc oxide (ZnO), cadmium sulfide (CdS), gallium arsenide (GaAs), titanium oxide (TiO 2 ), or the like may be used. Further, a polymer solid electrolyte electrode may be used. Furthermore, as the combination of the anode electrode and the cathode electrode, each of the above materials may be used alone or a combination of two or more materials may be employed.

(3)第3実施形態では、図2あるいは図3(b)に示した多孔電極板1、1Bの接気面1cを疎液性の接気面1c’としたものを陽極電極A3pあるいは陰極電極A3mとしたが、本発明はこれに限定されない。図3(a)に示した多孔電極板1Bの接気面1cを疎液性の接気面としたもの、または図5に示した多孔電極板1Cの一面を疎液性の面としたものを用いても良い。 (3) In the third embodiment, the anode electrode A3p or the cathode is formed by changing the air contact surface 1c of the porous electrode plate 1 or 1B shown in FIG. 2 or 3B to the lyophobic air contact surface 1c ′. Although the electrode is A3m, the present invention is not limited to this. The one in which the air contact surface 1c of the porous electrode plate 1B shown in FIG. 3 (a) is a liquidphobic air contact surface, or one surface of the porous electrode plate 1C shown in FIG. 5 is a liquidphobic surface. it may also be used.

A1、A2…電極ユニット、A1p、A2p…陽極電極ユニット、A1m、A2m…陰極電極ユニット、A3p…陽極電極、A3m…陰極電極、B1〜B3…電気分解装置、1…多孔電極板、1a…導体板、1b…接液面、1c…接気面、1d…貫通孔、1e…疎液膜、2…導線、3…電極ホルダ、4…気体導管、5…電極カバー、6…締結ネジ、7…電解槽、8…電解液   A1, A2 ... Electrode unit, A1p, A2p ... Anode electrode unit, A1m, A2m ... Cathode electrode unit, A3p ... Anode electrode, A3m ... Cathode electrode, B1-B3 ... Electrolyzer, 1 ... Porous electrode plate, 1a ... Conductor Plate, 1b ... liquid contact surface, 1c ... air contact surface, 1d ... through hole, 1e ... lyophobic film, 2 ... conducting wire, 3 ... electrode holder, 4 ... gas conduit, 5 ... electrode cover, 6 ... fastening screw, 7 ... electrolyzer, 8 ... electrolyte

Claims (10)

所定の電解液の電気分解に供される電気分解電極であって、
電解液に浸漬される接液面と、
気体流路を形成する接気面と、
接液面と接気面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性、かつ、孔径が発生ガスを電解液に対して選択的に通過させる大きさに設定された複数の貫通孔と
を備えることを特徴とする電気分解電極。
An electrolysis electrode for electrolysis of a predetermined electrolyte solution,
A wetted surface immersed in the electrolyte;
An air contact surface forming a gas flow path;
A plurality of through holes in which the liquid contact surface and the air contact surface are communicated, the wall surface is lyophobic with respect to the electrolyte solution, and the hole diameter is set to a size that allows the generated gas to selectively pass through the electrolyte solution. An electrolysis electrode comprising:
接液面は親液性であることを特徴とする請求項1記載の電気分解電極。   2. The electrolysis electrode according to claim 1, wherein the liquid contact surface is lyophilic. 相互に連結した複数の貫通孔を有する発泡体、シングルポアモノリス型構造体、ダブルポアモノリス型構造体、粉末焼結体あるいは繊維焼結体の一面を接液面としてなることを特徴とする請求項1または2記載の電気分解電極。   A surface of a foam having a plurality of through-holes connected to each other, a single pore monolith structure, a double pore monolith structure, a powder sintered body, or a fiber sintered body is a wetted surface. Item 3. The electrolytic electrode according to Item 1 or 2. 電気分解に供される電気分解電極であって、
電解液に対して親液性である第1面と、
電解液に対して疎液性である第2面と、
第1面と第2面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性である複数の貫通孔と
を備えることを特徴とする電気分解電極。
An electrolysis electrode for electrolysis,
A first surface that is lyophilic with respect to the electrolyte;
A second surface that is lyophobic to the electrolyte;
An electrolysis electrode comprising: a plurality of through-holes, wherein the first surface and the second surface are communicated, and the wall surface is lyophobic with respect to the electrolytic solution.
陽極電極あるいは陰極電極の何れか一方あるいは両方が前記請求項1〜4のいずれか一項に記載の電気分解電極からなることを特徴とする電気分解装置。   Either one or both of an anode electrode and a cathode electrode consists of the electrolysis electrode as described in any one of the said Claims 1-4, The electrolysis apparatus characterized by the above-mentioned. 電解液がフッ素化合物を溶融塩とするものであり、陽極電極でフッ素ガスを発生させることを特徴とする請求項5記載の電気分解装置。   6. The electrolyzer according to claim 5, wherein the electrolytic solution uses a fluorine compound as a molten salt, and fluorine gas is generated at the anode electrode. 陽極電極に及び陰極電極に所定の電位を供給することにより所定の電解液を電気分解する電気分解方法であって、
陽極電極あるいは陰極電極の何れか一方あるいは両方に、電解液に浸漬される接液面と、気体流路を形成する接気面と、接液面と接気面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性、かつ、孔径が発生ガスを電解液に対して選択的に通過させる大きさに設定された複数の貫通孔と、を有するものを用いることを特徴とする電気分解方法。
An electrolysis method for electrolyzing a predetermined electrolyte by supplying a predetermined potential to an anode electrode and a cathode electrode,
Either one or both of the anode electrode and the cathode electrode is in communication with the liquid contact surface immersed in the electrolyte, the air contact surface forming the gas flow path, and the liquid contact surface and the air contact surface. An electrolysis method comprising using a plurality of through-holes that are lyophobic with respect to a liquid and have a hole diameter set to a size that allows the generated gas to selectively pass through the electrolyte .
接気面を親液性とすることを特徴とする請求項7記載の電気分解方法。   The electrolysis method according to claim 7, wherein the air contact surface is lyophilic. 貫通孔は、相互に連結して接液面と接気面とを連通させることを特徴とする請求項7または8記載の電気分解方法。   9. The electrolysis method according to claim 7, wherein the through holes are connected to each other so as to communicate the liquid contact surface and the air contact surface. 陽極電極に及び陰極電極に所定の電位を供給することにより所定の電解液を電気分解する電気分解方法であって、
陽極電極あるいは陰極電極の何れか一方あるいは両方に、電解液に対して親液性である第1面と、電解液に対して疎液性である第2面と、第1面と第2面とを連通させ、壁面が電解液に対して疎液性である複数の貫通孔と、を有するものを用いることを特徴とする電気分解方法。
An electrolysis method for electrolyzing a predetermined electrolyte by supplying a predetermined potential to an anode electrode and a cathode electrode,
Either one or both of the anode electrode and the cathode electrode has a first surface that is lyophilic with respect to the electrolytic solution, a second surface that is lyophobic with respect to the electrolytic solution, a first surface, and a second surface. And a plurality of through holes whose wall surfaces are lyophobic with respect to the electrolyte solution.
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