(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼロギャップ式電解槽を構成するのに使用される電極ユニットであって、ギャップ式電解槽用電極ユニット向けに作製された陽極と、ギャップ式電解槽用電極ユニット向けに作製され、隔壁を挟んで一方の側に前記陽極を支持し他方の側に陰極を支持する電極支持フレームと、当該電極支持フレームにおける陰極を背板としてその正面側に導電性弾性体を介して陰極を前後方向で移動可能に積層支持した陰極構造体とを具備しており、前記陰極構造体における導電性弾性体は、導電性の金属細線を錯綜させてマット状としたウーブンメッシュであって、当該ウーブンメッシュのかさ密度が０．２〜２ｋｇ／ｍ2 であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陽極は、通液性を有する導電性基体の表面に活性を有する触媒層を形成した活性電極であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陽極は、導電性基体として開口率が２５〜７５％のチタニウム製エキスパンドメタル又はチタニウム製パンチングメタルを用いた剛構造であり、且つ触媒層を含めた厚みが０．７〜２．０ｍｍであると共に、触媒層表面の凹凸の高低差の最大値が５〜５０μｍであるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陰極構造体における陰極は、通液性を有する導電性基体として開口率が２５〜７５％のニッケル製エキスパンドメタル、ニッケル製パンチングメタル又はニッケル製ファインメッシュを用い、その表面に活性を有する触媒層を形成した活性電極であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。
【請求項５】
請求項４に記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、陰極構造体における陰極は、ニッケル製ファインメッシュを導電性基体とする柔構造の活性電極であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。
【請求項６】
請求項１に記載のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいて、金属細線は線径が０．０５〜０．３ｍｍのニッケル線であるゼロギャップ式電解槽用電極ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼロギャップ式電解槽に使用される電極ユニットに関し、より詳しくは、従来主流であった非ゼロギャップ式電解槽（ギャップ式電解槽）に使用されていた既存、既設の電極ユニットをベースとする経済性の高いゼロギャップ式電解槽用電極ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属塩水溶液、すなわち塩化ナトリウム水溶液を電気分解することによって塩素や水素、水酸化ナトリウムを製造するために、陽極室と陰極室とを陽イオン交換膜によって分離し、陽極室内の陽極と陰極室内の陰極との間に電流を流して電解を行うイオン交換膜法食塩電解槽が用いられることはよく知られており、これについての様々な改良も数多く行われてきた。例えば、陽極に寸法安定性電極、陰極に水素過電圧が低い活性陰極が開発されることにより、イオン交換膜法食塩電解における電解電圧の低下が図られている。特に最近の電解技術の向上は著しく、その一つとして、陽極及び陰極を陽イオン交換膜に密着させた所謂ゼロギャップ式電解槽が開発され、電解電圧の更なる低下が図られている（特許文献１及び２）。
【０００３】
ゼロギャップ式電解槽、ギャップ式電解槽を問わず、イオン交換膜法食塩電解槽では、隔壁を挟んで一方の側に陽極を支持し、他方の側に陰極を支持した電極ユニットが使用される（特許文献３）。具体的には、陽イオン交換膜を挟んで複数の電極ユニットを縦列配置し連結する。これにより、図５に示すように、隣接する２つの電極ユニットの陽極２と陰極３との間にイオン交換膜Ｉが配置され、電解槽が構成される。電解槽構成用の縦列配置された複数の電極ユニットが電気的に直列接続されたものが複極式（バイポーラ）と呼ばれ、並列接続されたものが単極式（モノポーラ）と呼ばれている。パイポーラ電解槽は、陽極と背後の隔壁の間が陽極室、陰極と背後の隔壁の間が陰極室とされた電極ユニットを使用する。モノポーラ電解槽は、電極ユニットとして、両面に陽極を有する陽極室ユニットと、両面に陰極を有する陰極室ユニットとを使用する。そして、隣接する電極ユニット間に配置されるイオン交換膜Ｉに対して陽極２が密着し、陰極３が所定のギャップＧをもって対峙するものがギャップ式電解槽であり、陽極２と共に陰極３も密着させたものがゼロギャップ式電解槽である。
【０００４】
すなわち、イオン交換膜法食塩電解槽では、陽極は当初よりイオン交換膜に密着しており、新たに陰極を密着させたものがゼロギャップ式電解槽である。それは、イオン交換膜の陽極側と陰極側とで電解液圧が異なるため（陰極側の液圧が陽極側の液圧より大であるため）、イオン交換膜は自然と陽極に押し付けられて密着するからである。そして、この状態から更に陰極をイオン交換膜に意図的、物理的に密着させてイオン交換膜と陰極との間の電気抵抗を小さくして、電解電圧を低下させるのがゼロギャップ式電解槽である。このようなゼロギャップ式電解槽では、イオン交換膜への陰極の密着に伴って、陽極へのイオン交換膜の押し付け圧が増加する。
【０００５】
この押し付け圧の増加に対処するため、特許文献２に記載されたゼロギャップ式電解槽では、陽極は剛性を高くしてイオン交換膜に押し付けても変形の少ない剛構造とする一方、陰極は電極支持フレームなどの公差、変形による凹凸を吸収してゼロギャップを保つような柔構造とすると共に、更に背後の背板との間に導電性クッションマットを介在させることにより、イオン交換膜を傷つけることなく、イオン交換膜と陽極との間、及びイオン交換膜と陰極との間の密着性を確保するようにしている。そして、剛構造である陽極の構造に関しては、主にイオン交換膜との間における通液性を確保する観点から、開口率が２５〜７５％のチタニウム製エキスパンドメタル又はチタニウム製金網からなる導電性基体の表面に触媒層を形成し、触媒層表面の凹凸の高低差の最大値を５〜５０μｍとし、厚みを０．７〜２．０ｍｍとすることが推奨されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載されているようなゼロギャップ式電解槽用の電極ユニットを新たに設計し、作製するには多大の費用が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６２３８７号公報
【特許文献２】特許第４４５３９７３号公報
【特許文献３】特開昭６１−３７３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ゼロギャップ式電解槽に使用されるにもかかわらず、製作コストを極力抑制することができる経済性の高いゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明者らは、旧来より使用されているギャップ式電解槽用電極ユニットに装着されている多くの陽極について、触媒層表面の凹凸の高低差を調査した。その結果、大多数の陽極において、触媒層表面の凹凸の高低差の最大値が、殆ど例外なく５〜５０μｍの範囲内に収まっていることが判明した。また、ギャップ式電解槽用電極ユニット、ゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを問わず、陽極基体として、開口率が２５〜７５％のチタニウム製エキスパンドメタルは公知であり、０．７〜２．０ｍｍという陽極厚みも至極一般的である。
【００１０】
すなわち、特許文献２に記載のゼロギャップ式電解槽を構成するための剛構造の陽極は、旧来から使用されているギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれている陽極と何ら変るところがないのである。なぜなら、ギャップ式電解槽用電極ユニットに使用される陽極においても、導電性基体の表面に触媒層を担持するためのアンカー効果を期待するために基体表面がブラスト処理、エッチング処理により数μｍから数十μｍ程度の粗度で粗面化されているため、その表面に形成された触媒層の表面も、望むと望まざるとにかかわらず表面の凹凸に沿って、凹凸高低差の最大値が数μｍから数十μｍの範囲内で凹凸化するからである。
【００１１】
ここで、導電性基体の表面粗度と触媒層表面における凹凸高低差の最大値との関係について簡単に説明する。基体表面への触媒層の被覆により基体表面の凹凸が緩和されるため、凹凸高低差の最大値で比較すれば、基体表面より触媒層表面の方で小さくなるが、同じ凹凸の大きさでも、Ｒａなどの平均粗度と凹凸高低差の最大値とでは前者より後者の方が大きく表示される。その結果、互いが相殺し合うことになり、基体表面の平均粗度と触媒層表面における凹凸高低差の最大値とは、同程度の値となるのが通例である。
【００１２】
要するに、ギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれている陽極とゼロギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれている陽極とは、共にイオン交換膜に密着する陽極である以上、材質上、製法上、使用上、同様の制限を受けるので、構造上、差のないことは当然なのである。このため、ギャップ式電解槽用電極ユニットとゼロギャップ式電解槽用電極ユニットとの構造上の差異は、結局のところ、陰極側の柔軟密着構造に過ぎないのである。
【００１３】
そうであるならば、ゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを作製するためには、全てを新たに作り直す必要はなく、旧来からギャップ式電解槽用電極ユニットの陽極向けに製造販売されている汎用電極及び電極支持フレームを含む多くの部分をゼロギャップ式電解槽用電極ユニット用に転用すればよく、これらの転用により、改造程度の手間でゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを作製できるとの結論に到達した。ちなみに、ギャップ式電解槽用電極ユニットにおける陰極は、イオン交換膜に密着しないため、ニッケル製エキスパンドメタルの如く剛構造であることが多く、導電性クッションマットを背後から支持する背板として使用できる程度の剛性は持ち合わせている。
【００１４】
本発明のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットは、かかる知見を基礎として完成されたものであり、ゼロギャップ式電解槽を構成するのに使用される電極ユニットであって、ギャップ式電解槽用電極ユニット向けに作製された陽極と、ギャップ式電解槽用電極ユニット向けに作製され、隔壁を挟んで一方の側に前記陽極を支持し他方の側に陰極を支持する電極支持フレームと、当該電極支持フレームにおける陰極を背板としてその正面側に導電性弾性体を介して活性陰極を前後方向で移動可能に積層支持した陰極構造体とを具備している。
【００１５】
本発明のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットにおいては、陽極がギャップ式電解槽用電極ユニットからの転用物である。電極支持フレームもギャップ式電解槽用電極ユニットからの転用品であり、その陰極は、陰極構造体における導電性弾性体の背板として使用される。新たに必要なのは、陰極構造体における活性陰極及び導電性弾性体、並びにこれらの取付けのための電極支持フレームの若干の改造程度である。したがって、旧来から使用されているギャップ式電解槽用電極ユニットを改造する程度の手間で安価に作製することが可能となるのである。
【００１６】
陽極は、通液性を有する導電性基体の表面に活性を有する触媒層を形成した活性電極であることが、電解電圧低下の観点から好ましい。陽極の導電性基体としては、耐食性等の点からチタニウム製エキスパンドメタル又はチタニウム製パンチングメタルが望ましく、経済性の観点からチタニウム製エキスパンドメタルが特に望ましい。これらの導電性基体における開口率は機械的強度と通液性の両立という観点などから２５〜７５％であることが望ましい。
【００１７】
触媒層を含めた陽極の厚みは、機械的強度と経済性の両立という観点から０．７〜２．０ｍｍが望ましい。すなわち、導電性基体が薄すぎると、機械的強度が低下し、表面を粗面化する際に変形し、歪みを生じる。その結果、イオン交換膜と陽極との間に隙間が生じ、電解電圧が大きくなる。また、運転時の電解圧力によって変形を生じる可能性があることからも、薄過ぎる導電性基体は好ましくない。反対に厚すぎる場合は原材料コストが上り、経済性が低下する。
【００１８】
触媒層表面における凹凸高低差の最大値は、通液性確保とイオン交換膜保護を両立させる観点から５〜５０μｍが好ましく、１０〜４０μｍがより好ましいが、導電性基体の表面側に触媒層を担持するためにその基体表面はブラスト処理やエッチング処理による粗面化処理を受けており、これによる基体表面の凹凸が触媒層の表面に反映されるために、特に意図しなくても５〜５０μｍの範囲内に収まることは前述したとおりである。
【００１９】
導電性基体の表面粗さ、触媒層表面の表面粗さを測定する場合は、触針を用いた接触式と光干渉やレーザー光を利用した非接触式の測定法がある。非接触式は、測定物に傷が生じないが高価であるため、接触式による測定法が望ましい。触針を用いた接触式による表面粗さの測定にはミツトヨ製のＳＪ−３０１などを利用する。本装置は、検出器の触針が測定物表面の微細な凹凸をなぞり、その際の触針の上下方向の変位量及び横方向の移動量から表面粗さを求める方法により表面粗さを測定する。
【００２０】
測定物表面の測定値については、Ｒａ算術平均粗さや十点平均粗さなどが測定可能であるが、ここでは、平均線からもっとも高い山頂までの高さと最も深い谷底までの深さとの和を求めた最大高さを採用する。被測定領域は任意に選ぶことが可能であるが、基体表面や触媒層表面の凹凸をある程度把握するためには、１０μｍから３００μｍ四方の領域を測定することが望ましい。特に、エキスパンドメタルやその表面の触媒層を測定する場合には５０μｍから１５０μｍ四方の領域を測定することが望ましい。
【００２１】
陰極構造体における活性陰極についても、通液性を有する導電性基体の表面に活性を有する触媒層を形成した活性電極であることが、電解電圧低下の観点から好ましい。陰極の導電性基体としては、耐食性等の点からニッケル製エキスパンドメタル、ニッケル製パンチングメタル又はニッケル性ファインメッシュが望ましく、経済性及びイオン交換膜へのダメージ軽減等の観点から、柔構造であるニッケル製ファインメッシュが特に望ましい。陽極の場合と同様、これらの導電性基体における開口率は機械的強度、通液性などの観点から２５〜７５％であることが望ましく、触媒層を含む陰極の厚みは機械的強度と経済性の両立という観点から０．７〜２．０ｍｍが望ましい。
【００２２】
陰極構造体における導電性弾性体としては、導電性の金属細線を錯綜させてマット状としたウーブンメッシュ（導電性クッションマット）がスプリングより好ましい。なぜなら柔軟性が高く経済性が良好なためである。金属細線の材質としては陰極の材質と同じニッケルが好ましい。金属細線の線径は通常０．０５〜０．３ｍｍであり、好ましくは０．０７〜０．２ｍｍであり、更に好ましくは０．１〜０．１５ｍｍである。
【００２３】
ウーブンメッシュ（導電性クッションマット）のかさ密度は０．２〜２ｋｇ／ｍ2 が好ましく、厚みとしては負荷を受けない状態で５〜１０ｍｍ、電極ユニット連結後、イオン交換膜に密着した状態で４〜８ｍｍが好ましい。なぜなら、ある程度の機械的強度を有していないと，陰極から陽極へのイオン交換膜の押し付け圧を確保できないからである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のゼロギャップ式電解槽用電極ユニットは、旧来から使用されているギャップ式電解槽用電極ユニット向けの多くの部材、部品を転用することにより、その電極ユニットの改造程度の手間で安価に作製することができるので、経済性に非常に優れる。また作製工期も短くなり、この点からも経済性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態を示すゼロギャップ式電解槽用電極ユニットの主要部の概略構造を示す縦断側面である。
【図２】同主要部の概略構造を示す横断平面図で、図１中のＡ−Ａ線断面矢示図である。
【図３】同主要部の詳細構造を示す縦断側面図で、図１中のＢ部拡大図である。
【図４】同主要部の別の詳細構造を示す縦断側面図で、図１中のＢ部拡大図に相当する。
【図５】ギャップ式電解槽用電極ユニットの主要部の詳細構造を示す縦断側面である。
【図６】ゼロギャップ式電解槽用電極ユニットの主要部構造が図３、図４である場合の槽電圧（電解電圧）の経時変化を、図５のギャップ式電解槽用電極ユニットを使用したときと比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１〜図３に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットは、ゼロギャップ式のイオン交換膜法食塩電解槽に使用されるものであり、ここでは、所定数の電極ユニットＵが同一極性で縦列的に配置され、隣接するユニットＵ，Ｕ間にイオン交換膜Ｉが配置されることにより、電解槽を構成する。
【００２８】
個々の電極ユニットＵは、縦列方向に直角で垂直な隔壁１１の一方の側に剛構造の陽極２０を支持し、他方の側に陰極構造体３０を支持する電極支持フレーム１０を備えている。電極ユニットＵにおける電極支持フレーム１０は、旧来のギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれることを前提として作製されたものであり、垂直な隔壁１１の一方の側に所定の隙間をあけて剛構造の陽極２０を支持し、他方の側に元の陰極を含む陰極構造体３０を支持する構成となっている。
【００２９】
ここにおける陽極２０の支持のために、垂直な隔壁１１の一方の表面に、横方向に所定間隔で配置された垂直な複数の縦リブ１２が取付けられており、それらの先端に陽極２０が取付けられている。陽極２０とその背後の隔壁１１との間が陽極室２０Ａであり、陽極室２０Ａにおいて電解液が横方向で自由に流通するよう、個々の縦リブ１２には、複数の貫通孔１２ａが設けられている。
【００３０】
同様に、電極支持フレーム１０の垂直な隔壁１１の他方の表面には、横方向に所定間隔で配置された垂直な複数の縦リブ１３が取付けられており、それらの先端に陰極構造体３０が取付けられている。陰極構造体３０とその背後の隔壁１１との間が陰極室３０Ａであり、陰極室３０Ａにおいて電解液が横方向で自由に流通するよう、個々の縦リブ１３には、複数の貫通孔１３ａが設けられている。
【００３１】
電極ユニットＵにおける剛構造の陽極２０は、電極支持フレーム１０と同様、旧来のギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれることを前提として作製されたものであり、電極ユニットＵが縦列配置された状態で、隣接する電極ユニットＵにおける陰極構造体３０との間にイオン交換膜Ｉを挟み込む。剛構造の陽極２０は、通液性を有する高剛性で板状の導電性基体、ここでは開口率が２５〜７５％のチタニウム製エキスパンドメタルからなる導電性基体２１と、導電性基体２１の正面側の表面に形成された、活性を有する触媒層２２とからなる。
【００３２】
剛構造の陽極２０の厚みは０．７〜２．０ｍｍ、導電性基体２１の厚みは０．７〜２．０ｍｍ、触媒層２２の厚みは５〜５０μｍである。また、触媒層表面の凹凸高低差の最大値は５〜５０μｍである。
【００３３】
電極ユニットＵにおける陰極構造体３０は、電極支持フレーム１０の縦リブ１３に直接取付けられた元の陰極を背板３１として、その正面側に導電性弾性体３２を介して柔構造の活性陰極３３を積層した３層構造になっている。背板３１となる元の陰極は、ここでは材質上の制限から、ニッケル製エキスパンドメタルからなり、剛構造である。導電性弾性体３２は、ここでは導電性の細線（ニッケル細線）を錯綜させて形成したクッションマット（ウーブンメッシュ）であり、柔構造の活性陰極３３を、正面側の電極ユニットＵとの間に配置されたイオン交換膜Ｉに弾性的に接触させるのに寄与する。柔構造の活性陰極３３は、可撓性を有する導電性基体３３ａ、ここでは開口率が２５〜７５％のニッケル製ファインメッシュからなる導電性基体３３ａの正面側の表面に、活性を有する触媒層３３ｂを形成した活性電極である。
【００３４】
柔構造の活性陰極３３の厚みは０．７〜２．０ｍｍ、活性陰極３３における導電性基体３３ａの厚みは０．７〜２．０ｍｍ、触媒層３３ｂの厚みは１．０〜５０μｍである。同じく剛構造の背板３１の厚みは０．７〜２．０ｍｍである。
【００３５】
次に、図１〜図３に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットの機能について説明する。
【００３６】
電解槽内に所定数の電極ユニットＵが、間にイオン交換膜Ｉを挟みながら、同じ極性で縦列配置され、配列方向に所定の荷重が付加されることにより、電解槽を構成する。これにより、隣接する電極ユニットＵ，Ｕ間のイオン交換膜Ｉが、一方の側の電極ユニットＵにおける剛構造の陽極２０に対して、他方の側の電極ユニットＵにおける陰極構造体３０により、所定荷重で押し付けられる。具体的には、陰極構造体３０において、背板３１の正面側に導電性弾性体３２を介して活性陰極３３を配置したことにより、その活性陰極３３がイオン交換膜Ｉに弾性的に押圧される。
【００３７】
しかも、元の陰極からなる背板３１はニッケル製エキスパンドメタルを基体とする剛構造である一方、新たな活性陰極３３は、ニッケル製ファインメッシュを基体とする柔構造であることから、イオン交換膜Ｉに対する電極押し付け荷重の分散効果が大きい。その結果、旧来のギャップ式電解槽用電極ユニットに組み込まれる剛構造の陽極２０をそのまま使用しているにもかかわらず、格別の問題を生じることはない。
【００３８】
運転中は陽極室２０Ａ内に食塩水が供給され、陰極室３０Ａ内に水が供給される。この状態で、電気的に直列接続された所定数の電極ユニットＵに所定の電圧が印加される。これにより、陽極室２０内で塩素ガス（Ｃｌ2 ）が発生し、陰極室３０内で水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及び水素ガス（Ｈ2 ）が発生する。そして、活性陰極３３をイオン交換膜Ｉに密着させたゼロギャップ構造が採用されていることにより、この間の電圧上昇が阻止され、槽電圧（電解電圧）が下がる。
【００３９】
個々の電極ユニットＵにおいては、電極支持フレーム１０、陽極２０及び陰極構造体３０における背板３１は、旧来のギャップ式電解槽用電極ユニットからの転用物であり、背板３１の正面側に導電性弾性体３２を介して活性陰極３３を支持する程度の改造のみで、電極ユニットＵが作製されるので、作製コストが非常に安い。
【００４０】
図４に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットは、陰極構造体３０における活性陰極３３がニッケル製ファインメッシュからなる導電性基体３３ａのみからなり、その表面に触媒層３３ｂが形成されていない点が、図１〜図３に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットと異なる。イオン交換膜Ｉと接する活性陰極３３が触媒層３３ｂを有しない分、槽電圧（電解電圧）は上昇するが、電極ユニットＵがギャップ式電解槽用電極ユニットからの転用物により安価に作製できることは、図１〜図３に示されたゼロギャップ式電解槽用電極ユニットと同じである。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の実施例を説明し、比較例と対比することにより、本発明の効果を明らかにする。
【００４２】
（比較例）
１９９１年３月８日から用途を限定せずに販売されていた２種類の汎用電極を陽極及び陰極に使用したギャップ式電解槽を比較試験に用いた。その電解槽は、イオン交換膜Ｉを挟みながら電極ユニットＵを縦列配置することにより構成されている。個々の電極ユニットＵは、図５に示すように、図示されない電極支持フレームにより隔壁の一方の側に陽極２を支持し、他方の側に陰極３を支持し、縦列配置されて電解槽を構成すると共に、対峙する両ユニットの陽極２と陰極３との間の極間距離Ｄを大きくして、その極間に配置されたイオン交換膜Ｉに対して陽極２が接触状態、陰極３が非接触状態（所定のギャップＧをもって対向する状態）となるように構成されている。電極ユニットにおける電極支持フレームの材質はＳＵＳ３１０Ｓである。
【００４３】
汎用の前記陽極２は、開口率が５０％のチタニウム製エキスパンドメタルを導電性基体２ａとする通液型の剛構造電極であり、次のようにして作製されていた。その基体の表面を♯１８０のアルミナでブラスト処理し、その後１０％の９０℃のシュウ酸中で３時間エッチング処理した。エッチング後の基体表面の平均粗度は２０μｍであった。こうして粗面化された導電性基体２ａの表面に白金族系金属を含む酸性溶液を塗布し、１００℃で１０分間の乾燥処理を行った後、５００℃で２０分間の焼成処理を行った。この塗布−乾燥−焼成のプロセスを繰り返して、基体表面に活性を有する厚みが約１０μｍの触媒層２ｂを形成することにより、前記陽極２は作製されている。触媒層２ｂを含む陽極２の厚みは１ｍｍである。触媒層２ｂの表面の凹凸高さの最大差は、エッチング後の基体表面の平均粗度と同じ２０μｍであった。
【００４４】
一方、陰極３は、開口率が５０％のニッケル製エキスパンドメタルを導電性基体とする通液型の剛構造電極である。その導電性基体の表面に活性炭分散メッキ処理を行うことにより、陰極３は作製されている。陰極３の厚みは１ｍｍである。
【００４５】
電極ユニットを連結して構成されたギャップ式電解槽における極間距離Ｄは２ｍｍである。極間に陽極に接して配置されるイオン交換膜Ｉは、デュポン製陽イオン交換膜Nafion２０３０（Nafionは登録商標）であり、厚みは約１５０μｍである。
【００４６】
構成されたギャップ式電解槽内の各電極ユニットにおける陽極室に電解液として２５０ｇ／Ｌの食塩水、陰極室に３２％の水酸化ナトリウム溶液を供給し、液温８０℃、電流密度４ｋＡ／ｍ2 の条件で電解運転を２０年間行っている。比較試験開始からの槽電圧（電解電圧）の経時変化を図６に示す。槽電圧（電解電圧）は当初３．２２Ｖであり、試験開始から３６０日経過後には１０ｍＶ上昇した。
【００４７】
（実施例１）
前記比較例で使用した使用期間２０年のギャップ式電解槽用電極ユニットを、図１〜図３に示すゼロギャップ式電解槽用電極ユニットＵに改造した。具体的には、陽極２０及び電極支持フレーム１０は、ギャップ式電解槽用電極ユニットにおける陽極２及び電極支持フレームをそのまま使用した。これ以外は、電極支持フレームにおける剛構造の陰極３を背板３１としてその正面側に、ニッケルウーブンメッシュからなるマット状の導電性弾性体３２を介して活性陰極３３を前後動可能に支持した。導電性弾性体３２を構成するニッケルウーブンメッシュの線径は０．１ｍｍ、圧縮力を受けない状態での弾性体厚は約８ｍｍである。
【００４８】
活性陰極３３は、開口率が５０％のニッケル製ファインメッシュを導電性基体３３ａとする柔構造電極である。その導電性基体３３ａの表面を♯１８０のアルミナでブラスト処理し、その後１０％塩酸中で６０分間、室温でエッチング処理した。こうして粗面化された導電性基体の表面に白金族系金属を含む酸性溶液を塗布し、１００℃で１０分間の乾燥処理を行った後、５００℃で１０分間の焼成処理を行った。この塗布−乾燥−焼成のプロセスを繰り返して、基体表面に活性を有する厚みが約５μｍの触媒層３３ｂを形成し、活性陰極３３を完成させた。触媒層３３ｂを含む活性陰極３３の厚みは１ｍｍである。
【００４９】
陽極２０と新たに作製された陰極構造体３０との間にイオン交換膜Ｉを挟み、且つそのイオン交換膜Ｉに陰極構造体３０を密着させながら電極ユニットＵを縦列配置することにより、ゼロギャップ式電解槽を構成した。この状態での陰極構造体３０における導電性弾性体３２の厚みは約６ｍｍである。
【００５０】
比較例と同じ条件で電解運転を行った。槽電圧（電解電圧）の経時変化を図６に示す。ゼロギャップ化及び陰極の活性化により、運転開始当初の槽電圧（電解電圧）は２．９６Ｖであり、比較例に比べて２６０ｍＶ低下した。運転開始から３６０日経過後の電圧上昇は僅か１０ｍＶであった。
【００５１】
（実施例２）
実施例１において、陽極２０の導電性基体２１として使用されるチタニウム製エキスパンドメタルの粗面化処理後の平均粗度を６０μｍとした。完成された陽極２０における触媒層２２表面の凹凸高さの最大差は、粗面化処理後の基体表面の平均粗度と同じ６０μｍであった。運転開始からの槽電圧（電解電圧）の経時変化を図６に示す。槽電圧（電解電圧）は比較例と比べて２４０ｍＶ低下した。
【００５２】
（実施例３）
実施例１において、活性陰極３３の導電性基体３３ａの表面に形成された触媒層３３ｂを省略した。すなわち、図４に示すゼロギャップ式電解槽用電極ユニットを使用した。運転開始からの槽電圧（電解電圧）の経時変化を図６に示す。槽電圧（電解電圧）は、比較例と比べて２１０ｍＶ低下した。
【符号の説明】
【００５３】
Ｕ  電極ユニット
Ｉ  イオン交換膜
Ｄ  ギャップ式電解槽における極間距離
Ｇ  ギャップ式電解槽における陰極とイオン交換膜との間のギャップ
１０  電極支持フレーム
１１  隔壁
１２，１３  縦リブ
１２ａ，１３ａ  貫通孔
２，２０  陽極
２０Ａ  陽極室
３０  陰極構造体
３０Ａ  陰極室
３１  背板
３２  導電性弾性体
３  陰極
３３  活性陰極
【図１】
0005885065.tif 000002
【図２】
0005885065.tif 000003
【図３】
0005885065.tif 000004
【図４】
0005885065.tif 000005
【図５】
0005885065.tif 000006
【図６】
0005885065.tif 000007