(57)【要約】      （修正有）【課題】省電力な電解用電極，およびこれを用いた電解ユニット及び電解水生成装置を提供する。【解決手段】電解用電極１１は、第１主面１８及び第１主面１８の反対側の第２主面を有する平面電極基材と、少なくとも第１主面１８に設けられた開口１６と、第１の主面１８は、開口１６の端部から開口１６の周囲にかけて設けられた１００〜１５００ｎｍの範囲の第１深さを有する溝３とを含む。電解ユニットは、電解用電極６と、電極６と対向配置された第２電極と、第１電極１１及び前記第２電極の間に配置された第１隔膜とを含む【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び前記第１主面の反対側の第２主面を有する平面電極基材と、
少なくとも前記第１主面に設けられた開口と、
前記第１主面は、前記開口の端部から前記開口の周囲にかけて設けられた１００ないし１５００ｎｍの範囲の第１深さを有する溝とを含む電解用電極。
【請求項２】
前記第１深さを有する溝は、前記開口の端部付近の１ｍｍ四方の光学顕微鏡観察において５０μｍ以下の振れ幅、かつ前記開口の端部付近の２０μｍ四方の原子間力顕微鏡観察において５μｍ以上２０μｍ以下の振れ幅を有する請求項１に記載の電解用電極。
【請求項３】
前記開口の端部から前記開口の周囲にかけて設けられ、前記第１深さとは異なる第２深さを有する溝を１または２以上さらに含み、前記第２深さのうち最大深さは２００μｍ以下である請求項１または２に記載の電解用電極。
【請求項４】
前記第２深さを有する溝は、前記開口の端部付近の１ｍｍ四方の光学顕微鏡観察において５０μｍ以下の振れ幅、かつ前記開口の端部付近の２０μｍ四方の原子間力顕微鏡観察において５μｍ以上２０μｍ以下の振れ幅を有する請求項３に記載の電解用電極。
【請求項５】
前記溝は、一方向に設けられる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電解用電極。
【請求項６】
前記溝は、前記第１主面と前記第２主面の両方に設けられる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電解用電極。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電解用電極からなる第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に配置された第１隔膜とを含む電解ユニット。
【請求項８】
前記第１電極は陰極である請求項７に記載の電解ユニット。
【請求項９】
前記請求項７または８に記載の電解ユニットを搭載した電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電解用電極，これを用いた電解ユニット及び電解水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水を電解して様々な機能を有する電解水、例えば、アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する電解装置が提供されている。電解水の内、次亜塩素酸水は、優れた殺菌力を有するとともに、人体に安全で食品添加物としても認可されている。また、電解装置は水素製造等にも用いられる。
【０００３】
電解装置としては、例えば、３室型の電解槽を有する電解水生成装置が提案されている。電解槽内は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜によって、中間室と、この中間室の両側に位置する陽極室および陰極室との３室に仕切られている。陽極室および陰極室には、陽極および陰極がそれぞれ設けられている。電極として、金属板基材にエクスパンド、エッチング、あるいはパンチングによって多数の孔を加工した多孔構造の電極が用いられているが電圧が高いという問題がある。
【０００４】
このような電解装置では、例えば、中間室に塩水を流し、陽極室および陰極室にそれぞれ水を流通する。中間室の塩水を陰極および陽極で電解することで、陽極で次亜塩素酸水や塩素を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水や水素を生成する。生成した次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水は洗浄水等して活用される。水素は水素水もしくは燃料として活用される。特に塩素や水素をメインに製造する場合にはより大電流で電解が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０４３１０９号
【特許文献２】特許第５６７７７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態の課題は、省電力な電解用電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態にかかる電解用電極は、第１主面及び前記第１主面の反対側の第２主面を有する平面電極基材と、
少なくとも前記第１主面に設けられた開口と、
前記第１の主面は、前記開口の端部から前記開口の周囲にかけて設けられた１００ないし１５００ｎｍの範囲の第１深さを有する溝とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る電解用電極の開口周囲の様子を表す模式図である。
【図２】実施形態に係る電解用電極の一例を表す概略断面図である。
【図３】実施形態にかかる電解ユニットの構成の一例を表す概略断面図である。
【図４】図２の電解用電極の開口周囲の様子を表す図である。
【図５】比較の電解用電極の開口周囲の様子を表す図である。
【図６】実施形態にかかる電解用電極の変形例の開口周囲の様子を表す図である。
【図７】実施形態にかかる電解用電極の酸化膜の状態を示す概略図である。
【図８】他の実施形態にかかる電解用電極の酸化膜の状態を示す概略図である。
【図９】溝の形成に用いられる部材の他の一例を表す概略図を表す概略図である。
【図１０】溝の形成に用いられる部材の他の一例を表す概略図を表す概略図である。
【図１１】実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す概略断面図である。
【図１２】実施形態に係る電解用電極の溝の光学顕微鏡写真である。
【図１３】図１２の溝の一部の面内粗さを表すＡＦＭ画像である。
【図１４】図１３の断面の解析データを表すグラフ図である。
【図１５】図１３の断面の解析データを表すグラフ図である。
【図１６】実施形態に係る電解用電極の溝の光学顕微鏡写真である。
【図１７】図１６の溝の一部の面内粗さを表すＡＦＭ画像である。
【図１８】図１７の断面の解析データを表すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。例えば図では電極は平面上に描かれているが、電解ユニットの形状に合わせて彎曲してもよいし、円筒状になっていてもよい。
【００１１】
実施形態にかかる電解用電極は、第１主面と第１主面の反対側の第２主面とを有する平面電極基材を含む。両主面のうち少なくとも第１主面に開口を含む。
【００１２】
開口の数は、１つまたは２以上である。
【００１３】
上記開口のうち少なくとも１つの開口の端部から周囲にかけて、少なくとも第１の溝が設けられている。
【００１４】
図１に、実施形態に係る電解用電極の開口周囲の様子を表す模式図を示す。
【００１５】
図示するように、この電解用電極６は、平面電極基材５に設けられた開口１と、開口１の端部２から周囲にかけて設けられた第１の溝３を有する。
【００１６】
第１の溝３は深さは１００〜１５００ｎｍである。
【００１７】
溝の深さは、開口周囲に４点の測定点を取り、光学顕微鏡を用いて溝を例えば２００倍の開口端部の溝を十分観察できる倍率で確認し、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）により測定する。
【００１８】
実施形態にかかる電解ユニットは、上記電解用電極と、電解用電極と対向配置された対向電極と、電解用電極及び対向電極の間に配置された第１隔膜を含む。
【００１９】
実施形態にかかる電解水生成装置は、上記電解ユニットを搭載している。
【００２０】
例えば、電解水生成装置は、電解槽、及び電解槽に組み入れられた電解ユニット、電解ユニットにより仕切られた第１電極室及び第２電極室を有することができる。電解ユニットには電圧を印加する機構例えば電極に電圧を印加するための電源、及び制御装置などを搭載することができる。
【００２１】
実施形態によれば、開口の端部から周囲にかけて設けられた溝を有する電解用電極を用いることにより、平面電極基材の親水性が向上するため、電解中に開口に発生する気泡と開口端との間に、電解液が効率よく入り込み、気泡が大きくならずに開口から脱離する。これにより、電解液と電極基材が接触しやすくなるので電圧の上昇を防ぐことができる。
【００２２】
電解用電極の製造方法としては、第１主面及び前記第１主面の反対側の第２主面を有し、少なくとも第１主面に開口が設けられた平面電極基材を用意し、少なくとも開口の端部から開口の周囲にかけて荒目のヤスリを接触させて擦り、溝を形成することを含む。
【００２３】
実施形態によれば、開口の端部から周囲にかけて、複数の溝を形成することにより、平面電極基材の親水性が向上するため、電解中に開口に発生する気泡と開口端との間に、電解液が効率よく入り込み、気泡が大きくならずに開口から脱離し、電解液と電極基材が接触しやすくなるので電圧の上昇を防ぐことができる。
【００２４】
また、例えばステンレス鋼のように、電極基材の材質によっては、開口を設ける過程などで表面に厚い酸化膜が化学的に形成される場合、ヤスリ等により物理的に溝を形成すると、厚い酸化膜を除去して、電極を低抵抗化し、電圧の上昇を防ぐことができる。なお、物理的に酸化膜を除去すると自然酸化膜が形成されるが、化学的に形成される酸化膜よりも遙かに薄く、電極の低抵抗化の効果は十分に得られる。さらに、平面電極基材において、ヤスリをかける面積をより広範囲することにより、電極をより低抵抗化できる。
【００２５】
第１深さを有する第１の溝は、電極表面の開口の端部付近の１ｍｍ四方の光学顕微鏡観察において、面内方向に５０μｍ以下の振れ幅、かつ電極表面の開口の端部付近の２０μｍ四方の原子間力顕微鏡観察において面内方向に５μｍ以上２０μｍ以下の振れ幅を有することができる。
【００２６】
実施形態において、溝とは、２０μｍ四方の原子間力顕微鏡観察において幅の１０倍以上の長さを有する凹みをいう。
【００２７】
このような電極の製造方法は、第１主面及び前記第１主面の反対側の第２主面を有し、少なくとも第１主面に開口が設けられた平面電極基材を用意し、１００〜１５００ｎｍの凹凸が表面に形成された圧延ローラーを用いて電極材料基板を延伸プレスすることにより作製する。
【００２８】
実施形態によれば、開口の端部から周囲にかけて、広い領域で複数の略直線状の溝を形成することにより、平面電極基材の親水性が向上するため、電解中に開口に発生する気泡と開口端との間に、電解液が効率よく入り込み、気泡が大きくならずに開口から脱離し、電解液と電極基材が接触しやすくなるので電圧の上昇およびバラツキを低下することができる。また狭い領域においてはうねりがある溝では電極面積が増大するため電圧を低下することができる。
【００２９】
実施形態にかかる電解用電極は、開口の端部から開口の周囲にかけて設けられ、第１深さとは異なる第２深さを有する溝を１または２以上さらに含み、第２の深さのうち最大深さは２００μｍ以下にすることができる。
【００３０】
複数の溝が存在することに親水性がさらに増し、気泡の脱離が容易になる。しかし最大深さが２００μｍを超えると機械的な強度、特に水素脆化が起こると強度が低下する。
【００３１】
第２深さを有する溝は、電極表面の開口の端部付近の１ｍｍ四方の光学顕微鏡観察において面内方向に５０μｍ以下の振れ幅、かつ開口の端部付近の２０μｍ四方のＡＦＭ観察において面内方向に５μｍ以上２０μｍ以下の振れ幅を有するうねりをもつことが確認できる。
【００３２】
実施形態に用いられる溝は、一方向に設けられていてもよい。水流がある場合には溝は水流と平行の方が気泡抜けがよい。水流がなく気泡が重力で自然に抜ける場合には溝は水平方向の方がよい。
【００３３】
実施形態に用いられる溝は、第１主面と第２主面の両方に設けられる方が好ましい。両面に設けることにより気泡抜けがより起こりやすくなる。
【００３４】
（第１および第２の実施形態）
図２は、第１の実施形態に係る電解用電極の一例を表す概略断面図である。
【００３５】
また、図３は、第２の実施形態にかかる電解ユニットの構成の一例を表す概略断面図である。
【００３６】
図２に示すように、この第１電解用電極１１は、第１の主面１８と、その反対面の第２の主面１９とを有する。第１の主面１８には開口１６，第２の主面１９には開口１７が設けられている。図１では、開口１６と開口１７は貫通している。この第１電解用電極１１はこのような貫通孔が複数設けられた多孔構造を有する。なお、開口１６と開口１７は貫通しなくても良く、開口は少なくとも第１の主面に設けられていればよい。
【００３７】
また、図３に示すように、電解ユニット１０は、図２の第１電解用電極１１と、対向して配置された第２電解用電極１２と、第１電解用電極１１及び第２電解用電極１２の間に配置された第１隔膜１３を含む。第２電解電極１２及び第１隔膜１３は、第１電解用電極１１の第１主面１８側に配置することができる。第１隔膜として、陽イオンを透過する膜、例えば、ナフィオンやアルカリ性でゼータ電位が負の多孔質膜である多孔質テフロン（登録商標）やポリフッ化ビニリデン膜、酸化ケイ素や酸化タングステン、酸化チタンで被覆された多孔質膜等を使用することができる。
【００３８】
第２電解用電極１２は図３のように多孔構造を有することができる。あるいは、孔がなくてもよい。また、第１電解用電極１１と第１隔膜１３との間は、図３で示すように接触させることができる。あるいは、他の構造体を介在させることができる。また、第１隔膜１３と第２電解用電極１２との間に第２隔膜１４を設置することができる。これにより、第１隔膜１３と第２隔膜１４の間に電解液を保持する構造１５を形成することができる。第２電解電極及び第１隔膜は、第１電解用電極の第１主面側に配置することができる。第２隔膜として、陰イオンを透過する多孔質膜、例えば、４級アンモニウム塩を測差に有する陰イオン交換膜やゼータ電位が中性もしくは酸性で正のアルミナやチタニアもしくはジルコニアで被覆されたテフロンやフッ化ビニリデンの多孔質膜等を使用することができる。
【００３９】
図４は、図２の電解用電極の開口周囲の様子を表す図である。
【００４０】
図示するように、ステンレス（ＳＵＳ）製の第１電解用電極１１の第１の主面１８には、例えばパンチングにより円状の開口１６が設けられている。開口１６の開口端３１から開口周囲３２の平面部にかけて設けられた第１の溝２１が設けられている。
【００４１】
実施形態によれば、深さ１００ｎｍから１５００ｎｍの範囲の溝が存在し電極の親水性が増すことにより、開口端の疎水性のガス脱離がうまくいく。
【００４２】
溝の断面形状はどのようなものでもよいが，好ましくはＶ字型もしくはＵ字型である．Ｖ字，Ｕ字は角が丸みを帯びていても良い．溝の断面深さおよび，断面形状はＡＦＭで２０μｍ角の領域で少なくとも３個所測定する。
【００４３】
溝の方向性は，ランダムであってもよいし、一方向であってもよいし，直行していてもよい。ランダムであれば親水性を高くすることができる。
【００４４】
図４で示したように開口端から開口周囲にかけて溝が設けられていると、泡は開口から外に広がろうとするが溝が広がる方向にあるため溝には水が入り込みやすく泡は大きくならず脱離が起こる。
【００４５】
電解用電極の開口の端部から開口周囲にかかる溝の数が２本未満であると、泡の脱離が起こりにくくなる傾向がある。
【００４６】
また、第１の溝及び第２の溝を含む複数の溝は、少なくとも第１の主面に広範囲に亘って設けることができる。
【００４７】
平面電極基材の材料は、チタンもしくはステンレスにすることができる。
【００４８】
実施形態にかかる電解用電極の第２の主面に、第１の主面と同様にして開口及び溝を設けることができる。
【００４９】
第１電極が陰極の場合は発生するガスは水素が主である。陽極である第２電極では酸素や塩素等が発生する。溝構造は水素や酸素等の泡抜けに有効である。
【００５０】
図５は、比較の電解用電極の開口周囲の様子を表す図である。
【００５１】
この電解用電極３３は、パンチングによって多数の孔を加工した多孔構造の電極基材であり、パンチングの際に開口周囲３４が平滑化されている。ここでは、開口端から開口周囲にかけての溝が形成されていない。このため、電極の十分な親水性が得られず、水素泡３５は脱離しにくくなる傾向がある。電解中に発生する水素泡が脱離しないとその電極領域では電解は起こらずそのため定電流運転においては他の領域での電解を増加させようとして電圧が上昇する。
【００５２】
この傾向は１００ｍＡ／ｃｍ２以上の高電流密度で運転するほど顕著になる。
【００５３】
これに対し、実施形態にかかる第１電解用電極を用いると、１００ｍＡ／ｃｍ２以上の電流密度で運転する電源と接続しても、水素泡が脱離するため、電圧の上昇を発生しにくくすることができる。
【００５４】
図６は、実施形態にかかる電解用電極の変形例の開口周囲の様子を表す図である。
【００５５】
この電解用電極４５は、パンチングによって多数の孔を加工した多孔構造の電極基材であり、パンチングの際に開口周囲３４’が平滑化されていること以外は、図４と同様である。開口周囲３４’の表面粗さは、開口周囲３４’の端部３６を境界として、その外側の領域３２’の表面粗さより小さい。
【００５６】
電解用電極４５は、例えパンチングの際に開口周囲３４’が平滑化されていていても、開口端３１から開口周囲３４’にかけて第１の溝２１が形成されているので、これらの溝を通して開口１６に水が入り込みやすく、水素泡は大きくならずに脱離し得る。
【００５７】
図７は、実施形態にかかる電解用電極の酸化膜の状態を示す概略図である。
【００５８】
図示するように、開口を持つＳＵＳ製の電解用電極基板４０の表面には、パンチングやエッチング等のプロセスにおいて厚い酸化物が形成される。実施形態にかかる電解用電極基板の製造方法によれば、ヤスリを接触させて溝２１を形成すると、酸化物層が大きく削られ、この作用が物理的であるため、その後新たに形成される酸化物は薄い自然酸化物なので、最終的な酸化物層４１はヤスリを接触させる前より薄くなる。これにより、電解用電極基板４０が低抵抗化されて、電解の駆動電圧を小さくすることができる。実施形態ではヤスリを用いているので、物理的に酸化物を除去することができるけれども、溝を作製する操作の際に用いる冶具や薬品によっては酸化物をほとんど削ることができず、酸化物が厚いままであると、電解用電極基板の低抵抗化の効果は得にくい。
【００５９】
図８は、他の実施形態にかかる電解用電極の酸化膜の状態を示す概略図である。
【００６０】
図示するように、ヤスリを接触させて溝を形成しないと、金属製の電解用電極基板５０の表面に全体に厚みのある酸化物４２が存在するため、駆動電圧が大きくなりやすい。
【００６１】
電解用電極の製造方法は、第１主面及び前記第１主面の反対側の第２主面を有し、少なくとも第１主面に開口が設けられた平面電極基材を用意し、少なくとも開口の端部から開口の周囲にかけて荒目のヤスリを接触させて擦り、複数の溝を形成することを含む。
【００６２】
使用するヤスリは、好ましくは♯８０から♯１０００の粒度を有する。より好ましくは、♯８０から♯１００の粒度を有する。
【００６３】
♯８０未満であると、溝の最高深さが１００ｎｍ未満となる傾向があり、♯１０００を超えると、溝の最高深さが１５００ｎｍより大となる傾向がある。
【００６４】
上記方法では、複数の溝を形成する工程で荒目のヤスリを使用しているが、溝の形成には、他の部材を使用することも可能である。
【００６５】
図９は、溝の形成に用いられる部材の他の一例を表す概略図である。
【００６６】
電解用電極の表面に図示するようなグラインダー、あるいは紙ヤスリ等を配置して，電解用電極を加工することにより電極表面に溝を形成することができる。
【００６７】
このグラインダー６０は、ディスク状の研削砥石６２と、研削砥石６２を回転させるモーターに接続された図示しないスピンドルと、スピンドルをカバーするスピンドルカラー６４と、研削砥石６２の回転を変速させるギアを収容したギアハウジング６５と、ギアハウジング６５を指示する本体６１とを含む。
【００６８】
図１０は、溝の形成に用いられる部材の他の一例を表す概略図である。
【００６９】
図示するように、例えば、酸化物層７３が設けられた金属平面基板７２からなる電解用電極基材７４の表面に、凸部７６が設けられた硬質ローラー７７を配置し，電解用電極基材７４上でローラー７７を矢印７１の方向に回転することにより電解用電極基材７４表面に溝を形成することができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
実施形態の電解装置は、上記第１の実施形態の電解ユニットを搭載することができる。
【００７１】
実施形態に係る電解用電極は陰極として使用し得る。
【００７２】
これにより省電力の電解装置を得ることができる。
【００７３】
図１１は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の構成の一例を表す概略断面図である。
【００７４】
電解水生成装置５５０は、３室型の電解ユニット５０８および電極ユニット５０７を備えている。電解ユニット５０８は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部は、隔壁５０９および電極ユニット５０７により、陽極室５１０と陰極室５１１と、電極間に形成された中間室５０６との３室に仕切られている。
【００７５】
電極ユニット５０７は、陽極室５１０内に位置する第２電極５０３と、陰極室５１１内に位置し、所定の複数の貫通孔を有する第１電極５０４と、第１電極５０４の第２電極側の表面上に第１多孔質隔膜（電解質膜）５０２を有する。第２電極５０３の第１電極側表面に第２多孔質隔膜５０１を設けることができる。第２電極５０３および第１電極５０４は、隙間をおいて互いに平行に対向し、これらの第２の多孔質隔膜５０１、第１の多孔質隔膜５０２間に、電解液を保持する中間室（電解液室）５０６を形成している。中間室５０６内に、電解液を保持する図示しない保持体を設けても良い。第２電極５０３および第１電極５０４は、絶縁性を有する複数の図示しないブリッジにより、互いに連結してもよい。
【００７６】
電解水生成装置５５０は、電極ユニット５０７の第２電極５０３および第１電極５０４に電圧を印加するための電源５１４、およびこれを制御する制御装置５１３を備えている。電源５１４と第２電極５０３および第１電極５０４との間に電流計５１６、電圧計５１５を備えることができる。電流計５１６、電圧計５１５を制御装置５１３と接続することができる。
【００７７】
陽極室５１０、陰極室５１１には液体の流路を設けることができる。中間室５０６に塩化物イオンを含む電解質溶液を導入するラインＬ１、ラインＬ１に接続された電解質溶液タンク５１７、給水源から陽極室５１０および陰極室５１１に水を供給するラインＬ３、陽極室５１０から酸性電解水を取り出すラインＬ４、及び陰極室５１１からアルカリ性電解水を取り出すラインＬ５をさらに設けることができる。また、中間室５０６から塩化物イオンを含む余剰の電解質溶液を回収して電解質溶液タンク５１７に循環するためのラインＬ２を設けてもよいし、ラインＬ２の代わりに、塩化物イオンを含む電解質溶液を排出するためのラインを設けることができる。水質センサーとして酸性電解水を取り出すラインＬ４には導電率センサー５１８を、アルカリ性電解水を取り出すラインＬ５にはｐＨセンサー５１９を各々取り付けることができる。
【実施例】
【００７８】
（実施例１）
図３と同様の構成を有する電解ユニットを作製する。
【００７９】
陰極電極基材には、０．５ｍｍ厚の平坦なＳＵＳ３１０Ｓを使用し、２ｍｍ径の開孔を３ｍｍピッチで千鳥にパンチングで作製する。この電極表面を粒度♯１００の紙ヤスリを用いて両面の表面を削り、溝を作製する。
【００８０】
図１２に、開孔の端から周囲にかけて形成された溝の光学顕微鏡写真を示す。
【００８１】
図１２に示すように、光学顕微鏡写真から、開孔端から電極表面に向かっている溝が形成されていることがわかる。
【００８２】
図１３に、図１２の溝の一部の面内粗さを表すＡＦＭ画像を示す。
【００８３】
図１４は、図１３のＸで表される電極表面の断面の解析データを表すグラフ図を示す。
【００８４】
図１５は、図１３のＹで表される電極表面の断面の解析データを表すグラフ図を示す。
【００８５】
図１４、図１５に示すように、ＡＦＭ測定から、図１２の開口端から開口周囲にかけて、深い溝の深さは最大１０００ｎｍであり，１００ｎｍから３００ｎｍである溝を有することがわかる。また１００ｎｍより浅い溝も存在する。
【００８６】
陽極電極基材には０．５ｍｍ厚の平坦なチタン基材を使用し、２ｍｍ径の孔を３ｍｍピッチで千鳥にパンチングで作製する。この電極を１０重量％シュウ酸水溶液中１時間８０℃で処理する。塩化イリジウム（ＩｒＣｌ３・ｎＨ２Ｏ）に１−ブタノールを０．２５Ｍ（Ｉｒ）になるように加えて調整した溶液を、陽極電極基材の小さい開口の面に塗布した後、乾燥と焼成をする。この場合、乾燥は８０℃で１０分間行ない、焼成は４５０℃で１０分間行なう。こうした塗布と乾燥と焼成を５回繰り返して酸化イリジウム触媒を作製した陽電極とする。
【００８７】
陽電極側の多孔質隔膜としては４級アンモニウム塩をイオン交換基に持つ陰イオン交換膜を用いる。陰電極側の多孔質隔膜としてナフィオン１１７を用い、図３と同様の構成を有する電解ユニットを作成する。
【００８８】
この電解ユニットを用いて図１１と同様の構成を有する電解水生成装置を作製する。
【００８９】
両電極の開口部の大きさは１０ｃｍ×１４ｃｍである。
【００９０】
ストレート流路が形成された塩ビ製の陽極室と陰極室を形成し、飽和食塩水を供給するためのタンクを電解ユニットに接続する。さらに、制御装置、電源、電圧計、電流計を設置し、陽極室および陰極室に水道水を供給するための配管とポンプ、多孔質ポリスチレンに飽和食塩水を循環供給するための飽和食塩水だめと配管、ポンプを設置する。
【００９１】
この電解水生成装置を用いて、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。３０Ａで電解した時の駆動電圧は８．０Ｖである。
【００９２】
（実施例２〜５）
表１に示すように、紙ヤスリの種類を変えることを除いては実施例１と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
【００９３】
電極は深さ１００ｎｍから１５００ｎｍの範囲に含まれる溝を有する。
【００９４】
得られた結果を下記表１に示す。
【００９５】
（比較例１）
♯１００の粒度を有する紙ヤスリを用いて表面を削らないことを除いては実施例１と同様にして電解装置を作製する。３０Ａで電解した時の駆動電圧は９．０Ｖである。
【００９６】
（比較例２）
♯１００の粒度を有する紙ヤスリを用いて表面を削らず、１Ｎ塩酸に７分間電極を浸漬した後、水洗い及び乾燥し、表面を削り、凹凸を作ることを除いては実施例１と同様にして電解装置を作製する。３０Ａで電解した時の駆動電圧は９．０Ｖである。
【００９７】
（比較例３〜５）
♯１００の粒度を有する紙ヤスリの代わりに粒度の大きい紙ヤスリを用いることを除いては実施例１と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。下記表１に最大の溝の深さと３０Ａで電解した時の駆動電圧を示す。表１で示すように駆動電圧は８．５Ｖ以上である。
【００９８】
（実施例６）
電極両面の代わりに多孔質隔膜側の電極表面のみを紙ヤスリで削ることを除いては実施例１と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
【００９９】
３０Ａで電解した時の駆動電圧は８．２Ｖである。
【０１００】
（実施例７）
ＳＵＳ３１０Ｓの代わりにチタンを用いることを除いては実施例１と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
【０１０１】
３０Ａで電解した時の駆動電圧は８．１Ｖである。
【０１０２】
（実施例８）
紙ヤスリを陰電極で発生する水素ガスが脱離する上部方向に平行にこすって削ることを除いては実施例１と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
【０１０３】
３０Ａで電解した時の駆動電圧は７．９Ｖである。
【０１０４】
（実施例９）
研磨した電極素材にパンチングを行う代わりに、研磨した電極素材に両面に光レジストを塗布し、片面にパターンを露光したのちレジストを除去し、酸でエッチング、未露光レジストを除去することにより、陰極電極基材に実施例１と同様の２ｍｍ径の開孔を３ｍｍピッチで千鳥に作製することを除いては実施例１と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
【０１０５】
３０Ａで電解した時の駆動電圧は８．０Ｖである。
【０１０６】
（実施例１０）
研磨した電極素材にパンチングを行う代わりに、研磨した電極素材に両面に光レジストを塗布し、片面にパターンを露光したのちレジストを除去し、酸でエッチング、未露光レジストを除去することにより、陰極電極基材に実施例１と同様の開孔と深さが２００μｍの溝さを作製することを除いては実施例１と同様にして電解ユニットおよび電解装置を作製する。
【０１０７】
３０Ａで電解した時の駆動電圧は８．２Ｖである。
【０１０８】
（実施例１１）
陰極電極基材には、０．５ｍｍ厚の平坦なＳＵＳ３１０Ｓを使用し、２ｍｍ径の開孔を３ｍｍピッチで千鳥にパンチングで作製する。次に、凹凸が３０〜５００ｎｍのローラーにて圧延プレスする。
【０１０９】
この電極の光学顕微鏡写真を図１６に、ＡＦＭを図１７に示す。
【０１１０】
また、図１８に断面の解析データを表す。
【０１１１】
図１６に示すように、光学顕微鏡で観察される溝は略直線である
図１７に、電極の２０μｍ四方のＡＦＭで観察した表面形状の一例を示す。
【０１１２】
図示するように、２０μｍ四方のＡＦＭ観察においては溝にうねりが観察される。溝の深さは２００〜３００ｎｍである。
【０１１３】
陽極電極基材には０．５ｍｍ厚の平坦なチタン基材を使用し、２ｍｍ径の孔を３ｍｍピッチで千鳥にパンチングで作製する。この電極を１０重量％シュウ酸水溶液中１時間８０℃で処理する。塩化イリジウム（ＩｒＣｌ３・ｎＨ２Ｏ）に１−ブタノールを０．２５Ｍ（Ｉｒ）になるように加えて調整した溶液を、陽極電極基材の小さい開口の面に塗布した後、乾燥と焼成をする。この場合、乾燥は８０℃で１０分間行ない、焼成は４５０℃で１０分間行なう。こうした塗布と乾燥と焼成を５回繰り返して酸化イリジウム触媒を作製した陽電極とする。
【０１１４】
陽電極側の多孔質隔膜としては４級アンモニウム塩をイオン交換基に持つ陰イオン交換膜を用いる。陰電極側の多孔質隔膜としてナフィオン１１７を用い、図３と同様の構成を有する電解ユニットを作成する。
【０１１５】
この電解ユニットを用いて図１１と同様の構成を有する電解水生成装置を作製する。
【０１１６】
両電極の開口部の大きさは１０ｃｍ×１４ｃｍである。
【０１１７】
ストレート流路が形成された塩ビ製の陽極室と陰極室を形成し、飽和食塩水を供給するためのタンクを電気化学ユニットに接続する。さらに、制御装置、電源、電圧計、及び電流計を設置し、陽極室および陰極室に水道水を給するための配管とポンプ、多孔質ポリスチレンに飽和食塩水を循環供給するための飽和食塩水だめと配管、ポンプを設置する。
【０１１８】
この電解水生成装置を用いて、陽極側では次亜塩素酸水を陰極側では水酸化ナトリウム水を製造する。３０Ａで電解した時の駆動電圧は７．８Ｖである。
【０１１９】
（比較例６）
次に、凹凸が１０〜５０ｎｍの鏡面ローラーにて圧延プレスすることにより光学顕微鏡では表面の溝が観察されない電極を用いることを除いては実施例１と同様にして電解水生成装置を作製する。３０Ａで電解した時の駆動電圧は９．０Ｖである。
【０１２０】
下記表１に実施例１から１１のＡＦＭ測定から１００ｎｍから１５００ｎｍの範囲に含まれる第１の溝の最大深さと、第２の溝の最大深さと、３０Ａで電解した時の駆動電圧を示す。
【表１】
2018154908.tif 000003
【０１２１】
なお、表中、第１深さの１００〜１５００ｎｍの最大深さの項目は、１００〜１５００ｎｍの範囲の第１深さを持つ溝がある場合、その最大深さの数値を記載し、第１深さを持つ溝がない場合、「無」と記載している。
【０１２２】
また、第２深さの＜１００ｎｍの最大深さの項目は、１００ｎｍ未満の範囲の第２深さを持つ溝がある場合、計測可能であれば最大深さの数値を、計測不能である場合には溝が「有」と記載している。一方、１００ｎｍ未満の範囲の第２深さを持つ溝がない場合は「無」と記載している。
【０１２３】
さらに、第２深さの１５００ｎｍ超〜５００μｍ最大深さの項目は、１５００ｎｍより大きく５００μｍ以下の範囲の第２深さをもつ溝がある場合、その最大深さの数値を記載している。一方、１５００ｎｍより大きく５００μｍ以下の範囲の第２深さをもつ溝がない場合は「無」と記載している。
【０１２４】
表１で示すようにこの電極を用いた電解水生成装置の電解時の駆動電圧は８．３Ｖ以下であり低電圧運転が可能である。
【０１２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…電解ユニット、１１…第１電解用電極、１２…第２電解用電極、１３…第１隔膜、１４…第２隔膜、１６…開口、１７…開口、１８…第１主面、１９…第２主面、２１…第１の溝、２２…第２の溝、３１…開口端、３２…開口周囲、４１，４２…酸化膜、５０１…第２多孔質隔膜、５０２…第１多孔質隔膜、５０３…第２電極、５０４…第１電極、５０７…電極ユニット、５０８…電解槽、５０９…隔壁、５１０…陽極室、５１１…陰極室、５１３…制御装置、５１４…電源、５１５…電圧計、５１６…電流計、５１７…塩水槽、５１８…導電率センサー、５１９…ｐＨセンサー
【図１】
2018154908.tif 000004
【図２】
2018154908.tif 000005
【図３】
2018154908.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018154908.tif 000012
【図１０】
2018154908.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2018154908.tif 000017
【図１５】
2018154908.tif 000018
【図１６】
2018154908.tif 000019
【図１７】
2018154908.tif 000020
【図１８】
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