(57)【要約】      （修正有）【課題】発生ガスの滞留を防止して、所望のガスを効率良く生成することが可能な電気分解電極及び電気分解装置を提供する。【解決手段】接液面に間隙７を介して対向して配置され、電解液１８を透過させずに発生ガスを気体流路の側へ選択的に透過させる多孔質膜６と、前記間隙７に電解液１８を導くことで、間隙７に電解液１８を含浸させる電解液流路と、を備える。前記接液面で発生し気泡状となった前記発生ガスが、多孔質膜６に接触するように間隙７が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液の電気分解に際して接液面で発生する発生ガスを前記電解液から分離して気体流路の側に放出する電気分解電極において、
前記接液面に間隙を介して対向して配置され、前記電解液を透過させずに前記発生ガスを気体流路の側へ選択的に透過させる多孔質膜と、
前記間隙に前記電解液を導くことで、前記間隙に前記電解液を含浸させる電解液流路と、
を備え、
前記接液面で発生し気泡状となった前記発生ガスが、前記多孔質膜に接触するように前記間隙が形成されていることを特徴とする電気分解電極。
【請求項２】
前記多孔質膜の孔径が前記電解液流路の幅または孔径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電気分解電極。
【請求項３】
前記電解液流路の壁面が絶縁性材料で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電気分解電極。
【請求項４】
前記電気分解電極の表面のうち、前記接液面以外の領域の少なくとも一部が絶縁性材料で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気分解電極。
【請求項５】
前記絶縁性材料は前記電解液に対して親液性であることを特徴とする請求項３または４に記載の電気分解電極。
【請求項６】
前記絶縁性材料はフッ化物の不動態皮膜からなることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の電気分解電極。
【請求項７】
前記発生ガスが接触する前記多孔質膜の表面が前記電解液に対して疎液性であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気分解電極。
【請求項８】
前記多孔質膜を支持する裏打ち基板を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気分解電極。
【請求項９】
前記電解液としてフッ素化合物を含む溶融塩を用い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気分解電極を陰極として用いて水素ガスを発生させることを特徴とする電気分解装置。
【請求項１０】
前記電解液としてフッ素化合物を含む溶融塩を用い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気分解電極を陽極として用いてフッ素ガスを発生させることを特徴とする電気分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解の効率を向上することによって所望のガスを効率よく生成することが可能な電気分解電極及び電気分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電解液と気体流路を分離するために微細な貫通孔に働くラプラス圧を利用した電気分解装置に関する技術が開示されている。この手法によれば、液圧がラプラス圧以下であれば電解液は貫通孔を通過することができず、電解液と気体流路の界面は安定に保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／１３２８１８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、貫通孔の孔径数十um程度の場合ではラプラス圧は非常に小さいため、液圧に依存する電極の浸漬深さは数cm〜十数cm程度に規制されてしまう。また容器内の圧力変動により気体流路側に電解液が侵入する恐れがある。また、該構造を陰極として用いて水素ガスを発生させる際、貫通孔周辺の疎液性界面のみでは気液分離機能が作用し難く、水素ガスが表面に付着して滞留してしまうという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、発生ガスの滞留を防止して、所望のガスを効率良く生成することが可能な電気分解電極及び電気分解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電気分解電極は、電解液の電気分解に際して接液面で発生する発生ガスを前記電解液から分離して気体流路の側に放出する電気分解電極において、前記接液面に間隙を介して対向して配置され、前記電解液を透過させずに前記発生ガスを気体流路の側へ選択的に透過させる多孔質膜と、前記間隙に前記電解液を導くことで、前記間隙に前記電解液を含浸させる電解液流路と、を備え、前記接液面で発生し気泡状となった前記発生ガスが、前記多孔質膜に接触するように前記間隙が形成されていることを特徴とする。
この電気分解電極によれば、電気分解に際して接液面に間隙を介して対向して多孔質膜を配置し、間隙に電解液を導くことで間隙に電解液を含浸させる電解液流路を備える。電解液流路により、電気分解に寄与する接液面と対極までの経路を短くし、抵抗を減少させることができる。多孔質膜により、電解液を透過させずに発生ガスを気体流路の側へ選択的に透過させることができ、電解液と気体流路を安定した状態で完全に分離することができる。そのため、発生ガスの滞留を抑制することが可能になる。
【０００７】
前記多孔質膜の孔径が前記電解液流路の幅または孔径よりも小さくなるよう構成してもよい。
【０００８】
前記電解液流路の壁面を絶縁性材料で構成してもよい。
【０００９】
前記電気分解電極の表面のうち、前記接液面以外の領域の少なくとも一部を絶縁性材料で構成してもよい。
【００１０】
前記絶縁性材料は前記電解液に対して親液性としてもよい。
【００１１】
前記絶縁性材料はフッ化物の不動態皮膜により構成してもよい。
【００１２】
前記発生ガスが接触する前記多孔質膜の表面が前記電解液に対して疎液性としてもよい。
【００１３】
前記多孔質膜を支持する裏打ち基板を備えてもよい。
【００１４】
本発明の電気分解装置は、前記電解液としてフッ素化合物を含む溶融塩を用い、前記電気分解電極を陰極として用いることを特徴とする。
この電気分解装置によれば、陰極にて発生した水素ガスを速やかに気体流路側へ移動させることができ、陽極で発生したフッ素ガスとの混合回避のための空間を別途設ける必要が無いため、装置の小型化に寄与する。また多孔質膜により電解液と気体流路を完全に分離しているため、液圧による気体流路への溶融塩浸入は無く、安定した界面を形成できる。
【００１５】
本発明の電気分解装置は、前記電解液としてフッ素化合物を含む溶融塩を用い、前記電気分解電極を陽極として用いることを特徴とする。
この電気分解装置によれば、陽極で発生したフッ素ガスを速やかに気体流路側へ移動させることができ、陰極にて発生した水素ガスとの混合回避のための空間を別途設ける必要が無いため、装置の小型化に寄与する。また多孔質膜により電解液と気体流路を完全に分離しているため、液圧による気体流路への溶融塩浸入は無く、安定した界面を形成できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電気分解電極によれば、電気分解に際して接液面に間隙を介して対向して多孔質膜を配置し、間隙に電解液を導くことで間隙に電解液を含浸させる電解液流路を備える。電解液流路により、電気分解に寄与する接液面と対極までの経路を短くし、抵抗を減少させることができる。多孔質膜により、電解液を透過させずに発生ガスを気体流路の側へ選択的に透過させることができ、電解液と気体流路を安定した状態で完全に分離することができる。そのため、発生ガスの滞留を抑制することが可能になる。
【００１７】
本発明の電気分解装置によれば、電気分解電極を陰極において用いれば、陰極にて発生した水素ガスを速やかに気体流路側へ移動させることができ、陽極で発生したフッ素ガスとの混合回避のための空間を別途設ける必要が無いため、装置の小型化に寄与する。また多孔質膜により電解液と気体流路を完全に分離しているため、液圧による気体流路への溶融塩浸入は無く、安定した界面を形成できる。
【００１８】
本発明の電気分解装置によれば、電気分解電極を陽極において用いれば、陽極で発生したフッ素ガスを速やかに気体流路側へ移動させることができ、陰極にて発生した水素ガスとの混合回避のための空間を別途設ける必要が無いため、装置の小型化に寄与する。また多孔質膜により電解液と気体流路を完全に分離しているため、液圧による気体流路への溶融塩浸入は無く、安定した界面を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態の気液分離電極１を示す図であり、図１（ａ）は気液分離電極１の断面図を示す図、図１（ｂ）は気液分離電極１Ａの断面図を示す図、図１（ｃ）は気液分離電極１Ｂの断面図を示す図。
【図２】導電性基板２と絶縁性皮膜３の構成を示す要部図であり、図２（ａ）は正面図を示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIｂ−IIｂ断面図を示す図、図２（ｃ）は、導電性基板２の正面図を示す図、図２（ｄ）は図２（ｃ）のIIｄ−IIｄ断面図を示す図である。
【図３】導電性基板２と絶縁性皮膜３の変形例を示す図であり、図３（ａ）〜（ｃ）は図２（ａ）及び（ｂ）に示す導電性基板２の変形例を示す図、図３（ｄ）〜（ｆ）は図２（ｃ）及び（ｄ）に示す導電性基板２と絶縁性皮膜３の変形例を示す図。
【図４】気液分離電極１を設けた電極ユニット１０の構成を示す図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のIＶｂ−IＶｂ断面図、図４（ｃ）は側面図。
【図５】一実施形態の電気分解装置を示す図であり、図５（ａ）は上面図を示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明による電極の一実施形態について説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２１】
図１は、一実施形態の気液分離電極１を示す図であり、図１（ａ）は気液分離電極１の断面図、図１（ｂ）は気液分離電極１Ａの断面図、図１（ｃ）は気液分離電極１Ｂの断面図である。図２は、導電性基板２と絶縁性皮膜３の構成を示す要部図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIｂ−IIｂ断面図、図２（ｃ）は、導電性基板２の正面図、図２（ｄ）は図２（ｃ）のIIｄ−IIｄ断面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、気液分離電極１は、貫通孔２ａが複数形成された導電性基板２と、絶縁性材料からなる絶縁性皮膜３と、スペーサー５と、多孔質膜６とからなる。
【００２３】
導電性基板２は、例えば純ニッケルにより構成される。導電性基板２に設けられた複数の貫通孔２ａの形状は図示したものに限定されることなく、メッシュ構造、ポーラス構造等の種々の構造等をとることができる。
【００２４】
絶縁性皮膜３は、例えば、フッ化物の不動態皮膜からなる。絶縁性皮膜３は、導電性基板２の片面と貫通孔２ａの壁面に被覆されており、絶縁性被覆された面からは電子の授受が行われないため、その面では電気分解時にガスが発生しない。なお、ガスの付着を抑制する観点から、絶縁性皮膜３は親液性であることが好ましい。本実施形態では、導電性基板２の電解液１８が接する面（接液面）のうち、絶縁性皮膜３を被覆していない接液面上で気泡状のガス（以下、気泡４と言う）が発生する。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、多孔質膜６は、導電性基板２の接液面に、間隙７を介して対向して配置される。本実施形態では、気液分離電極１の絶縁性皮膜３を被覆していない接液面側にスペーサー５を介して多孔質膜６が配置されることで、スペーサー５により間隙７の大きさが規定される。
【００２６】
多孔質膜６は、電解液１８を透過させずに気泡４を気体流路の側へ選択的に透過させる。多孔質膜６は、例えばPTFE（四フッ化エチレン樹脂）多孔質膜により構成される。この多孔は、メッシュ構造、ポーラス構造、複数の貫通孔を穿設した構造などとして形成されている。また多孔質膜６に形成された多孔が互いに独立せず、相互に連結した複数の貫通孔を有する構造をとることもできる。多孔質膜６により電解液１８と気体チャンバー１６を隔絶することができる。
【００２７】
多孔質膜６の孔径は、貫通孔２ａの幅又は孔径よりも小さいことが好ましい。また、特に多孔質膜６の表面が疎液性である場合には電解液１８の侵入がより効果的に抑制される。ここで電解液１８に対して気液分離電極１の接触角をα、多孔質膜６の接触角をβとした場合、疎液性とは90°<α、90°<β、また親液性とは90°>α、90°>βの関係であると定義する。
【００２８】
導電性基板２の貫通孔２ａは、スペーサー５により形成された導電性基板２の接液面と多孔質膜６との間の間隙７内に電解液１８を導く電解液流路として機能する。
【００２９】
そして、導電性基板２の電解液１８が接する面（接液面）上で発生した気泡４の少なくとも一部は、気液分離電極１と対向する多孔質膜６に接触することにより多孔質膜６に形成された微小な孔を通って気体チャンバー１６へ排出される。
【００３０】
図１（ｂ）に示す気液分離電極１Ａは、裏打ち基板８を備える構成例である。裏打ち基板８には、貫通孔２ａから気体流路の側へ透過する気泡４を透過させる流路が形成されている。本実施形態では気泡４を透過させる流路として貫通孔８ａが形成されている。裏打ち基板８は、多孔質膜６を気体流路の側から保持する。多孔質膜６の機械的強度を補うことにより、気液分離電極１と多孔質膜６の間隙７を一定に保つことが可能になる。
【００３１】
図１（ｃ）に示す気液分離電極１Ｂは、第一の裏打ち基板８Ｂと第二の裏打ち基板８Ｃを備える構成例である。多孔質膜６を第一の裏打ち基板８Ｂと第二の裏打ち基板８Ｃにより挟み込んで固定する。第一及び第二の裏打ち基板８Ｂ、８Ｃには、貫通孔２ａから気体流路の側へ透過する気泡４を透過させる流路が形成されている。本実施形態では気泡４を透過させる流路として貫通孔８ｂ、８ｃがそれぞれ形成されている。また、第二の裏打ち基板８Ｃの表面には疎液性処理が施されており、気泡４が馴染みやすい。これにより、発生した気泡４は、多孔質膜６の気液分離機機能により連続的に気体流路へ分離される。気液分離電極１Ｂは多孔質膜６を両側から挟み込んだ構造であるため、気体チャンバー１６側から圧力が加わっても気液分離基板１と多孔質膜６の間隔を一定に保つことが可能になる。
【００３２】
図３は導電性基板２と絶縁性皮膜３の変形例を示す図であり、図３（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す導電性基板２と絶縁性皮膜３の変形例を示す断面図であり、図３（ｄ）〜（ｆ）は図２（ｃ）及び（ｄ）に示す導電性基板２の変形例を示す断面図である。
【００３３】
図３（ａ）および図３（ｄ）に示す例では、導電性基板２Ｂの貫通孔２ｂの断面積が絶縁性皮膜３Ｂを被覆していない面から遠ざかるに従って徐々に小さくなり、絶縁性皮膜３Ｂ側で再び拡大する形状をとる。
【００３４】
図３（ｂ）および図３（ｅ）に示す例では、導電性基板２Ｃの貫通孔２ｃの断面積が絶縁性皮膜３Ｃを被覆していない面から遠ざかるに従って徐々に大きくなり、絶縁性皮膜３Ｃ側で最大となる形状をとる。
【００３５】
図３（ｃ）および図３（ｆ）に示す例では、導電性基板２Ｄの貫通孔２ｄの断面積が絶縁性皮膜３Ｄを被覆していない面から遠ざかるに従って徐々に小さくなり、絶縁性皮膜３Ｄ側で最小となる形状をとる。
【００３６】
（電極保持部の構造）
【００３７】
図４は、気液分離電極１を設けた電極ユニット１０の構成を示す図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のIＶｂ−IＶｂ断面図、図４（ｃ）は側面図である。
【００３８】
電極ユニット１０は、気液分離電極１、電極カバー１１、電極ホルダ１２、気体チャネル１３、導線１４等により構成される。図４に示すように、気液分離電極１は、電極カバー１１と電極ホルダ１２により挟まれた状態で固定されている。締結ネジ１５により電極カバー１１を締め付けることにより、気液分離電極１、スペーサー５、多孔質膜６を電極ホルダ１２に密着させ、電解液１８が気体チャンバー１６に浸入することを防いでいる。
【００３９】
気液分離電極１は、絶縁性皮膜３を被覆していない面を気体チャンバー１６側に、その対向面を電解液１８側に向けて設置される。
【００４０】
電圧の印加は、気液分離電極１と接続されている導線１４を介して行なわれる。気体チャンバー１６へ分離された気体は、気体チャネル１３を通過して電極ユニット１０より排出される。
【００４１】
本実施例では電極となる導電性基板２の材料として純ニッケルを用いたが、他の材質を用いても良い。例としては、金属電極としてPt（白金）、Au（金）、Ag（銀）、Pd（パラジウム）、Rh（ロジウム）、Ir（イリジウム）、W（タングステン）の単体または前記を主成分とする合金、もしくはNi（ニッケル）-Cu（銅）合金、Ni（ニッケル）-Cr（クロム）-Fe（鉄）合金、Ni（ニッケル）- Mo（モリブデン）合金、Ni（ニッケル）-Cr（クロム）-Mo（モリブデン）合金などが、炭素電極として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、BDD（Boron Doped Diamond）、ECR（Electron Cyclotron Resonance）成膜カーボン、導電性DLC（Diamond Like Carbon）電極などが、透明電極としてNesa（Sb（アンチモン）をドープしたSnO２）、Nesatoron（Sn（すず）をドープしたIn２O３）などが、酸化物電極としてTiO２、MnO２、PbO２、ペロブスカイト酸化物、ブロンズ酸化物などが、半導体電極としてSi、Ge、ZnO、CdS、GaAs、TiO２などが、他には高分子固体電解質電極などが挙げられる。陽極・陰極の組み合わせとして前記材料単一あるいは２つ以上の材料の組み合わせでも良い。特にNi（ニッケル）、Ni（ニッケル）-Cu（銅）合金、Ni（ニッケル）-Cr（クロム）-Fe（鉄）合金、Ni（ニッケル）- Mo（モリブデン）合金、Ni（ニッケル）-Cr（クロム）-Mo（モリブデン）合金、グラッシーカーボン、BDD（Boron Doped Diamond）、ECR（Electron Cyclotron Resonance）成膜カーボン、導電性DLC（Diamond Like Carbon）電極が好適である。
【００４２】
また、本実施例では多孔質膜３としてPTFE（四フッ化エチレン樹脂）多孔質膜を用いたが、他の材質の多孔質膜を用いても良い。例としては、ETFE（四フッ化エチレン-エチレン共重合樹脂）、PFA（四フッ化エチレン-パーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）、FEP（四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合樹脂）、PCTFE（三フッ化塩化エチレン樹脂）、PVDF（フッ化ビニリデン樹脂）、変性PTFE、ECTFE（クロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合体樹脂）、パーフロオロアルケニルビニルエーテルポリマー（商品名CYTOP（登録商標））、THV（テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロペン-ビニリデンフロライドコポリマー）、PC（ポリカーボネート）、PP（ポリプロピレン）、HDPE（高密度ポリエチレン）、LDPE（低密度ポリエチレン）、PMMA（ポリメチルメタクリレート）、PVC（ポリ塩化ビニル）、ナイロン、PET（ポリエステル）などが挙げられる。特にフッ素系樹脂であるPTFE（四フッ化エチレン樹脂）、ETFE（四フッ化エチレン-エチレン共重合樹脂）、PFA（四フッ化エチレン-パーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂）、FEP（四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合樹脂）、PCTFE（三フッ化塩化エチレン樹脂）、PVDF（フッ化ビニリデン樹脂）、変性PTFE、ECTFE（クロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合体樹脂）、パーフロオロアルケニルビニルエーテルポリマー（商品名CYTOP（登録商標））、THV（テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロペン-ビニリデンフロライドコポリマー）が好適である。
【００４３】
図５は一実施形態の電気分解装置を示す図であり、図５（ａ）は上面図を示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図を示す図である。
【００４４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、電気分解装置は、気液分離電極を保持する電極ユニット１０Ａ及び１０Ｂを備える。電極ユニット１０Ａ及び１０Ｂは、いずれも、気液分離電極１、電極カバー１１、電極ホルダ１２、気体チャネル１３等により構成される。
電極ユニット１０Ａの気液分離電極と、電極ユニット１０Ｂの気液分離電極とを、互いに対向する状態で電解漕１９中の電解液１８に浸漬し、導線１４及び導線１４Ｃを介して電極ユニット１０Ａ及び１０Ｂに電解用電源２０を接続する。
【００４５】
両極においてガス発生電圧以上となる電圧を、電解用電源２０を用いて印加すると、電解質種に応じて陽極と陰極の表面にそれぞれ異なるガスが発生する。陽極・陰極共に電極ユニット１０Ａ、１０Ｂ内の気液分離電極の表面で発生したガスはそれぞれ気体チャンバー１６内に分離される。このようにして電気分解を行うことにより、陽極で発生したガスと陰極で発生したガスを分離することが可能になり、電解槽内にガス分離のためのスカートなどを取り付ける必要がなくなり、装置の小型化に寄与する。
【００４６】
図５（ｃ）及び図５（ｄ）は他の例の電気分解装置を示す図であり、図５（ｃ）は上面図を示す図、図５（ｄ）は図５（ｂ）のＶｄ−Ｖｄ断面図を示す図である。
【００４７】
図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す例では、気液分離電極１を保持する電極ユニット１０と気液分離機能を有しない対向電極２１とを互いに対向した状態で電解液１８に浸漬し、導線１４及び導線１４Ｃを介して電解用電源２０を用いて電圧を印加する。
【００４８】
陰極となる電極ユニット１０内の気液分離電極１と、陽極となる対向電極２１との間に、ガス発生電圧以上となる電圧を印加すると、電解質種に応じて陽極と陰極の表面にそれぞれ異なるガスが発生する。陰極として使用している電極ユニット１０内の気液分離電極１の表面で発生したガスは気体チャンバー１６内に分離される。一方陽極として使用している対向電極２１の表面には別種のガスが生じるが、気液分離機構を持たないため表面に付着するか、浮力により電極表面から分離される。
【００４９】
図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す例では、電極ユニット１０の電解面から陽極となる対向電極２１の電解面に至るイオン拡散経路を、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す場合によりも短縮できる。すなわち、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す場合では、陽極および陰極の両者で、気液分離電極１の導電性基板２の貫通孔２ａを通り気液分離電極１の電解面に至るまでの経路が、それぞれ生ずるのに対し、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す例では、貫通孔２ａによる経路の増加分が陰極側のみとなるので、抵抗を低減することができる。
【００５０】
なお、上述した実施形態では、気液分離機能を持つ電極ユニット１０内の気液分離電極１を陰極として、気液分離機能を持っていない対向電極２１を陽極として用いたが、気液分離機能を持つ電極ユニット１０内の気液分離電極１を陽極、気液分離機能を持っていない対向電極２１を陰極として用いても良い。また、電極ユニット１０に対向させて使用する電極として、任意の構造の電極を用いることができる。
【００５１】
（実施例１）
以下、実施例１として、本実施形態の気液分離電極１を用いて水素ガスを発生させる例を示す。電解液１８としてフッ素化合物を含む溶融塩を用い、気液分離電極１を陰極として電気分解を行う。フッ素化合物を含む溶融塩は、例えば、加熱溶解した溶融塩KF・n HF（ｎは係数、ｎ値に制限は無いが、1≦ｎ≦3であることが好ましい。）を用いる。両極に電圧を印加すると、電気分解により気泡４として水素ガスが発生する。一般に、水素ガスは電極表面に付着して滞留し易いため、陰極の電極有効面積を著しく減少させ、陰極の反応律速により相対する陽極のガス発生を抑制する。すなわち陽極のガス発生効率を低下させる。しかし、本実施形態の気液分離電極１では、発生した水素ガスはスペーサー５により規定された間隙７と同等の径を持つ気泡に成長すると、多孔質膜６に接触し気体チャンバー１６へ分離される。そのため電解電極表面上での気泡の滞留を抑制することが可能になり、陰極での水素ガスの滞留を抑えることが可能になる。また、このような構成により、発生した気泡４の気体チャンバー１６への背面分離がほぼ完全に行なわれるため、装置の小型化と安定した気液分離性能に寄与することができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の気液分離電極１では、導電性基板２の接液面に間隙７を介して対向して多孔質膜６を配置している。また、間隙７に電解液１８を導くことで間隙７に電解液１８を含浸させる電解液流路としての貫通孔２ａを備えている。電解液流路により、電気分解に寄与する接液面と対極までの経路を短くし、抵抗を減少させることができる。さらに、多孔質膜６により、電解液を透過させずに気泡４を気体流路の側へ選択的に透過させることができ、電解液１８と気体流路を安定した状態で完全に分離することができる。そのため、気泡４の滞留を抑制することが可能になる。このように、導電性基板２にて構成される電極部と多孔質膜６により構成される気液分離部とを分割することにより、気泡４が接触する気液分離界面の有効面積を拡大して気泡４との接触頻度を増大させることができる。
【００５３】
また、本実施形態の気液分離電極１によれば、多孔質膜６の孔径が電解液流路としての貫通孔２ａの孔径よりも小さくなるよう構成している。このため、気泡４が多孔質膜と接触した際に加わるラプラス圧を大きくすることが可能になるため、気液分離性能を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態の気液分離電極１によれば、貫通孔２ａの壁面を絶縁性皮膜３で被覆するとともに、気液分離電極１の導電性基板２の表面のうち、接液面以外の領域を絶縁性皮膜３で被覆している。このため、絶縁性皮膜３を被覆していない接液面上でのみガスを発生させることが可能になる。
【００５５】
また、本実施形態の気液分離電極１によれば、絶縁性皮膜３を親液性としている。したがって絶縁性皮膜３に電解液１８がよくなじみ、電解液１８を電解液流路内に導きやすくなる。
【００５６】
また、本実施形態の気液分離電極１によれば、気泡４が接触する多孔質膜６の表面を電解液１８に対して疎液性としている。このため、導電性基板２の表面が気泡４となじみやすくなり、気泡４の浮力による分離がされ難くなる。このため、発生した気泡４を導電性基板２に多量に付着させ、効率的に気体チャンバー１６側へと分離させることができる。
【００５７】
また、本実施形態の気液分離電極１Ａ、１Ｂによれば、多孔質膜６を支持する裏打ち基板を備える。これにより、気液分離電極１を強固に構成することができ、安定的に気液分離を行なうことが可能になる。
【００５８】
また、本実施形態の電気分解装置によれば、気液分離電極１に、導電性部材で構成された導電性基板２の接液面に間隙７を介して対向して多孔質膜６を備える。さらに、間隙７に電解液１８を導くことで間隙７に電解液１８を含浸させる電解液流路としての貫通孔２ａを備える。このような気液分離電極１を、陰極として用いる。そして、電解液１８としてフッ素化合物を含む溶融塩を用いる。これにより、陰極にて発生した水素ガスを速やかに気体流路側へ移動させることができ、陽極で発生したフッ素ガスとの混合回避のための空間を別途設ける必要が無いため、装置の小型化に寄与する。また多孔質膜により電解液と気体流路を完全に分離しているため、液圧による気体流路への溶融塩浸入は無く、安定した界面を形成できる。
【００５９】
また、本実施形態の電気分解装置によれば、気液分離電極１に、電性部材で構成された導電性基板２の接液面に間隙７を介して対向して多孔質膜６を備える。さらに、間隙７に電解液１８を導くことで間隙７に電解液１８を含浸させる電解液流路としての貫通孔２ａを備える。このような気液分離電極１を陽極として用いる。そして、電解液１８としてフッ素化合物を含む溶融塩を用いる。これにより、陽極で発生したフッ素ガスを速やかに気体流路側へ移動させることができ、陰極にて発生した水素ガスとの混合回避のための空間を別途設ける必要が無いため、装置の小型化に寄与する。また多孔質膜により電解液と気体流路を完全に分離しているため、液圧による気体流路への溶融塩浸入は無く、安定した界面を形成できる。
【００６０】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本実施形態では電極ユニット１０と電解槽１９を独立なものとしているが、電極ユニット１０と電解槽１９とが組み合わさった一つのユニットとして構成してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１、１Ａ、１Ｂ  気液分離電極
２、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ  導電性基板
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  貫通孔
３、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ  絶縁性皮膜
４  気泡
５  スペーサー
６  多孔質膜
７  間隙
８、８Ｂ、８Ｃ  裏打ち基板
８ａ、８ｂ、８ｃ  貫通孔
１０、１０Ａ、１０Ｂ  電極ユニット
１１  電極カバー
１２  電極ホルダ
１３  気体チャネル
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ  導線
１５  締結ネジ
１６  気体チャンバー
１８  電解液
１９  電解槽
２０  電解用電源
２１  対向電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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