JP2011038144A - 電気分解電極及び電気分解装置並びに電気分解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気分解の分解効率を従来よりも向上させる。
【解決手段】所定の電解液の電気分解に供される電気分解電極Ａ1であって、電解液に浸漬される接液面１ｂと、気体チャンバー３ａを形成する接気面と、接液面１ｂと接気面とを連通させ、壁面に疎液膜が設けられ、かつ、孔径がフッ素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。
【選択図】図１

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。

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。

国際公開第２００８／１３２８１８号パンフレット

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

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。

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。

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。

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。

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_２）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。

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。

なお、以下の説明では、フッ素ガス（Ｆ_２）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。

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_２）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_２）が気泡として発生する。
陽極 ： ２Ｆ⁻ → Ｆ_２＋２ｅ⁻ （２）
陰極 ： 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_２）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_２）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_２）との馴染みが良い。

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_２）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_２）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。

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。

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_２）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_２）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。

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_２）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_２）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。

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_２）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_２）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。

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_２）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_２）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。

したがって、第１実施形態によれば、フッ素ガス（Ｆ_２）や水素ガス（Ｈ_２）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_２）及び水素ガス（Ｈ_２）の発生効率を従来よりも向上させることができる。

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_２）発生効率を従来よりも安定化させることができる。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_２）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_２）の気泡が発生する。

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_２）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。

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_２）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。

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。

〔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。

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。

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_２）が気泡として発生する。

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_２）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。

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_２）の気泡あるいは水素ガス（Ｈ_２）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_２）の除去がより促進される。

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_２）が気泡として発生する。そして、この水素ガス（Ｈ_２）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。

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。

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。

（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。

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_２））、Ｎesatoron（錫（Ｓｎ）をドープした酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３））等を用いても良い。酸化物電極としては、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化マンガン（ＭｎＯ_２），二酸化鉛（ＰｂＯ_２）、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。

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_２）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。

（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。

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

Claims (10)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。

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