[发明专利]碱性水电解用阳极的制造方法和碱性水电解用阳极

说明书

提供：能容易且以低成本制造对输出变动的耐久性高的碱性水电解中能使用的电解用电极的方法。为一种碱性水电解用阳极的制造方法，其包括如下工序：使硝酸锂和羧酸镍溶解于水，制作含有锂离子和镍离子的水溶液的工序；在至少表面包含镍或镍基合金的导电性基体的表面涂布水溶液的工序；和，将涂布有水溶液的导电性基体在450℃以上且600℃以下的范围内的温度下进行热处理，在导电性基体上形成包含含锂的镍氧化物的催化剂层的工序。

技术领域

本发明涉及碱性水电解中使用的阳极、和其制造方法。

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蒸汽重整等来制造氢，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，与使用金刚石电极等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。两极中的电极反应如以下所示。

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，但腐蚀性也越高。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阳极、且使用了稳定的动力源的碱性水电解中，Ni系电极具有几十年以上的寿命(非专利文献1、2)。然而，以可再生能源为动力源时，急剧的起动停止、负荷变动等严苛的条件所导致的Ni阳极性能的劣化成为问题(非专利文献3)。作为其理由，镍在碱性水溶液中作为2价的氢氧化物是稳定的，另外，镍金属的氧化反应在氧发生反应电位附近进行在热力学上是已知的，推定进行以下的镍氧化物的生成反应。

Ni+2OH-→Ni(OH)₂+2e^- (3)

随着电位的增加，被氧化为3价、4价。作为反应式，

Ni(OH)₂+OH-→NiOOH+H₂O+e^- (4)

NiOOH+OH^-→NiO₂+H₂O+e^- (5)

镍氧化物生成反应和其还原反应在金属表面进行，因此，促进形成于其上的电极催化剂的离去。如果不供给用于进行电解的电力，则电解停止，镍阳极维持为低于氧发生电位(1.23Vvs.RHE)的电极电位、且维持为高于作为对电极的氢发生用阴极(0.00Vvs.RHE)的电位。在电池内产生这些化学物质所产生的电动势。对于阳极电位，电池反应进行，从而维持为低的电位，即，依据(3)、(4)、(5)式，氧化物的还原反应得到促进。这样的电池反应在组合了多个电池的电解槽的情况下，电流通过连接电池间的配管而泄漏，因此，电流的防止技术经常为应注意的事项。作为其一，有停止时持续流过微小的电流的对策，但为此，需要特殊的电源控制，另外，经常产生氧、氢，管理上花费工夫。为了特异避免逆电流状态，刚刚停止后去除液体，从而可以防止这样的电池反应，但假定再生能源那样的输出变动大的电力下的运转的情况下，不能说是适当的处置。