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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-02-13
(45)【発行日】2025-02-21
(54)【発明の名称】電極、水電解用陽極、電解セル、及び水素の製造方法
(51)【国際特許分類】
C25B 11/077 20210101AFI20250214BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20250214BHJP
C25B 11/02 20210101ALI20250214BHJP
C01B 3/02 20060101ALI20250214BHJP
B01J 23/847 20060101ALI20250214BHJP
【ＦＩ】
C25B11/077
C25B1/04
C25B11/02 301
C01B3/02 H
B01J23/847 M
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021052324
(22)【出願日】2021-03-25
(65)【公開番号】P2022149959
(43)【公開日】2022-10-07
【審査請求日】2023-11-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100181272
【弁理士】
【氏名又は名称】神 紘一郎
(72)【発明者】
【氏名】新納 英明
(72)【発明者】
【氏名】藤井 雄一
【審査官】相田 元
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１５５５０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１９０４７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１７２１６０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１３９６１６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１８３２５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００２０２０７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２５Ｂ １１／００－１１／０９７
Ｃ２５Ｂ １／００－ ９／７７
Ｃ２５Ｂ １３／００－１５／０８
Ｃ０１Ｂ ３／００－ ６／３４
Ｂ０１Ｊ ２１／００－３８／７４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ニッケル基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有し、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下であることを特徴とする、電極。
【請求項2】
前記ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層の厚みが６０μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１に記載の電極。
【請求項3】
前記ｙが０．００１以上０．１５以下である、請求項１又は２に記載の電極。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか一項に記載の電極を陽極に用いてなることを特徴とする、電解セル。
【請求項5】
アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法において、前記電解槽は、少なくとも陽極と陰極を備え、前記陽極は、基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有し、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下であることを特徴とする、水素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電極、水電解用陽極、該水電解用陽極を用いた複極式電解セル、及び該水電解用陽極を用いた水素の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ＣＯ２による地球温暖化、化石燃料の埋蔵量の減少等の問題を解決するためのクリーンエネルギーとして、再生可能エネルギーを利用して製造した水素が注目されている。再生可能エネルギーを利用した水素製造においては、従来の化石燃料の改質による水素製造に匹敵する安価なコストが求められている。そのため、再生可能エネルギーを利用した水素製造には、従来の技術では達成できなかった水準の高いエネルギー効率と安価な設備が求められる。
【0003】
上記の要求に応え得る水素の製造方法として、水の電解分解（水電解）が挙げられる。例えば、風力又は太陽光等の自然エネルギーによる発電を利用した水電解により、水素を製造し、貯蓄あるいは運搬する構想がいくつも提案されている。
【0004】
水の電気分解では、水に電流を流すことにより陽極において酸素が発生し、陰極において水素が発生する。電解における主なエネルギー損失の要因として、陽極及び陰極の過電圧が挙げられる。この過電圧を低減することで、効率よく水素を製造することが可能になる。特に陽極の過電圧は陰極の過電圧に比べて高く、陽極の過電圧を下げるための研究開発が広く進められている。
【0005】
ペロブスカイト型構造を有する酸化物の中には、高い酸素発生能を有する材料が知られており、水電解用陽極材料として着目されている（非特許文献１）。ペロブスカイト型構造を有する酸化物を、アルカリ水電解用陽極として用いるためには、導電性基材の表面上に酸化物層を形成する方法がある。例えば特許文献１には、ニッケル多孔基材の表面上に、結晶成分におけるペロブスカイト型酸化物の含有率が高い金属酸化物の層を形成させることで、低い酸素過電圧と高い耐久性を有する水電解用陽極、およびその陽極を用いた水電解装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開第２０１８／１５５５０３号
【非特許文献】
【0007】
【文献】Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１１，３３４，１３８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献１に記載の陽極は、長時間の通電に対し高い耐久性を示すが、ゼロギャップ型電解セルにて通電後回収した電極は、高い過電圧を示す課題があると分かった。
【0009】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧が低い電極、水電解用の陽極、該水電解用陽極を用いた複極式電解セル、及び該水電解用陽極を用いた水素の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究し、実験を重ねた。その結果、基材との間の界面に特定の構造を有するＬａＮｉｘＭｙＯ３－ｚ層を形成させた電極が、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧が低く、再利用を前提とした水電解用陽極として利用が可能であることを見出し、本発明に至った。
【0011】
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
［１］ニッケル基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有し、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下であることを特徴とする、電極。
［２］前記ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層の厚みが６０μｍ以上１００μｍ以下である、［１］に記載の電極。
［３］前記ｙが０．００１以上０．１５以下である、［１］又は［２］に記載の電極。
［４］［１］～［３］のいずれかに記載の電極を陽極に用いてなることを特徴とする、電解セル。
［５］アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法において、前記電解槽は、少なくとも陽極と陰極を備え、前記陽極は、基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有し、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下であることを特徴とする、水素の製造方法。
［１］ニッケル基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有し、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下であることを特徴とする、電極。
［２］前記ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層の厚みが６０μｍ以上１００μｍ以下である、［１］に記載の電極。
［３］前記ｙが０．００１以上０．１５以下である、［１］又は［２］に記載の電極。
［４］［１］～［３］のいずれかに記載の電極を陽極に用いてなることを特徴とする、電解セル。
［５］アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法において、前記電解槽は、少なくとも陽極と陰極を備え、前記陽極は、基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有し、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下であることを特徴とする、水素の製造方法。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、再利用を前提としてゼロギャップ型電解セルにて使用可能な、低い酸素過電圧を有する電極、水電解用陽極、及びこの水電解用陽極を備えた水電解セルを得られる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の一例の全体について示す側面図である。
【図3】実施例、比較例で用いた電解装置の概要を示す図である。
【図4】電解試験で用いた複極式電解槽の概要を示す図である。
【図5】電極の断面写真の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細に説明する。なお、以下の本実施形態は本発明を説明するための例示であり、本発明を限定する趣旨ではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【0015】
（電極）
本実施形態において、電極は、少なくとも、ニッケル基材を有することが第一の特徴である。ニッケル基材とは、ニッケル又はニッケルを主成分とした材料で構成される基材である。ニッケルを主成分とした材料としては、例えばモネル、インコネルやハステロイなどのニッケル基合金が挙げられる。
ニッケル基材の形状としては、平板状でもよいが、多数の孔を有する板状である多孔体であってもよい。多孔体の具体的な形状としては、エキスパンドメタル、パンチングメタル、平織メッシュ、発泡金属、又はこれらに類似する形状が挙げられる。これらの中で、エキスパンドメタルが好ましく、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、また、機械的強度の観点から、メッシュの短目方向の中心間距離（ＳＷ）は２ｍｍ以上５ｍｍ以下、メッシュの長目方向の中心間距離（ＬＷ）は３ｍｍ以上１０ｍｍ以下、厚みは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下、開口率は２０％以上８０％以下が好ましい。より好ましくは、ＳＷは３ｍｍ以上４ｍｍ以下、ＬＷは４ｍｍ以上６ｍｍ以下、厚みは０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、開口率は４０％以上６０％以下である。
本実施形態において、電極は、少なくとも、ニッケル基材を有することが第一の特徴である。ニッケル基材とは、ニッケル又はニッケルを主成分とした材料で構成される基材である。ニッケルを主成分とした材料としては、例えばモネル、インコネルやハステロイなどのニッケル基合金が挙げられる。
ニッケル基材の形状としては、平板状でもよいが、多数の孔を有する板状である多孔体であってもよい。多孔体の具体的な形状としては、エキスパンドメタル、パンチングメタル、平織メッシュ、発泡金属、又はこれらに類似する形状が挙げられる。これらの中で、エキスパンドメタルが好ましく、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、また、機械的強度の観点から、メッシュの短目方向の中心間距離（ＳＷ）は２ｍｍ以上５ｍｍ以下、メッシュの長目方向の中心間距離（ＬＷ）は３ｍｍ以上１０ｍｍ以下、厚みは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下、開口率は２０％以上８０％以下が好ましい。より好ましくは、ＳＷは３ｍｍ以上４ｍｍ以下、ＬＷは４ｍｍ以上６ｍｍ以下、厚みは０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、開口率は４０％以上６０％以下である。
【0016】
本実施形態において、ニッケル基材は、サンドブラスト処理しておくことが好ましい。サンドブラスト処理を行う際に使用する研磨剤の材質としては、褐色溶融アルミナ、カーボランダム、白色溶融アルミナ等、公知の研磨剤を使用することができるが、化学的安定性から、白色溶融アルミナを使用することが好ましい。また、研磨材の番手としては、４０番以上が２２０番以上を使用すると、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下とすることが容易となり、好ましい。
ニッケル基材をサンドブラスト処理した後は、酸等によりエッチングを行い、残留研磨材を除去することが好ましい。
ニッケル基材をサンドブラスト処理した後は、酸等によりエッチングを行い、残留研磨材を除去することが好ましい。
【0017】
本実施形態において、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有することが、第二の特徴である。ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚは、ニッケル基材上に直接的に積層され、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層を形成していてよく、ニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間で界面が形成されていてよい。
本実施形態においては、ペロブスカイト型構造の金属酸化物として、Ｂサイトの少なくとも一部に、Ｎｉを配置することで、高い酸素発生能を実現することができる。さらに、Ｎｉと共にＢサイトにＮｂを配置すると、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後により低い酸素発生の過電圧を付与できるため、好ましい。
ｘ＋ｙは、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後に低い酸素発生の過電圧を付与する観点から０．８以上１．２以下である。より好ましくは０．８以上１．０５以下であり、さらに好ましくは、１．０以上１．０５以下である。
ｙは、０以上０．２以下である。好ましくは０．００１以上０．１５以下であり、さらに好ましくは、０．００２以上０．０５以下である。
ｚは、－０．５以上０．５以下である。本発明において、ｚは、Ｌａを３価、Ｎｉを３価、Ｎｂを５価、Ｏを－２価とし、組成式の価数バランスが合うように計算し求められるＯの組成比率３－ｚより求められる。例えば、組成式ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚにおいて、ｘ＝０．９、ｙ＝０．１であれば、３－ｚ＝（３＋３×０．９＋５×０．１）／２の関係式から、ｚ＝－０．１と求まる。
基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有することは、例えば、基材上のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層を剥離して王水に溶解し、ＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析）法により組成分析を行う方法や、基材上のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層を剥離して蛍光Ｘ線分析装置により組成分析を行う方法や、電極断面のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層をＳＥＭ－ＥＤＸ分析することなど公知の方法により確認することができる。
本実施形態においては、ペロブスカイト型構造の金属酸化物として、Ｂサイトの少なくとも一部に、Ｎｉを配置することで、高い酸素発生能を実現することができる。さらに、Ｎｉと共にＢサイトにＮｂを配置すると、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後により低い酸素発生の過電圧を付与できるため、好ましい。
ｘ＋ｙは、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後に低い酸素発生の過電圧を付与する観点から０．８以上１．２以下である。より好ましくは０．８以上１．０５以下であり、さらに好ましくは、１．０以上１．０５以下である。
ｙは、０以上０．２以下である。好ましくは０．００１以上０．１５以下であり、さらに好ましくは、０．００２以上０．０５以下である。
ｚは、－０．５以上０．５以下である。本発明において、ｚは、Ｌａを３価、Ｎｉを３価、Ｎｂを５価、Ｏを－２価とし、組成式の価数バランスが合うように計算し求められるＯの組成比率３－ｚより求められる。例えば、組成式ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚにおいて、ｘ＝０．９、ｙ＝０．１であれば、３－ｚ＝（３＋３×０．９＋５×０．１）／２の関係式から、ｚ＝－０．１と求まる。
基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ（ｘ＋ｙは０．８以上１．２以下、ｙは０以上０．２以下、ｚは－０．５以上０．５以下）を有することは、例えば、基材上のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層を剥離して王水に溶解し、ＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析）法により組成分析を行う方法や、基材上のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層を剥離して蛍光Ｘ線分析装置により組成分析を行う方法や、電極断面のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層をＳＥＭ－ＥＤＸ分析することなど公知の方法により確認することができる。
【0018】
本実施形態において、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下であることが、第三の特徴である。「界面の端から端までの延在長さ」とは、界面をなす線の一方の端から他方の端まで界面をなす線に沿ってたどったときの長さをいう。また、「界面の端から端の直線距離」とは、界面をなす線の両端（一方の端及び他方の端）間の直線距離をいう。
本実施形態において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率算出は、電極の小片を、エポキシ樹脂に包埋した後に、切断研磨により断面観察試料を作成し、電子顕微鏡にて倍率５００倍にて観察した反射電子像から、界面を抽出する画像を視野幅１００μｍに設定して切り出し、切り出した画像から画像処理ソフトにより画像処理を行い界面を抽出して、切り出した画像における界面の端から端までの延在長さおよび、界面の端から端の直線距離を求め、比率を算出することにより行う。
断面写真は、基材に折れ曲がりがある場合、折れ曲がりの山部（凸部）、および谷部（凹部）を避けて撮影したものを用いる。
界面を抽出する視野幅１００μｍ領域は、領域内で界面が右端から左端までつながっており、一度も設定部位の上下左右端により切れることが無いように設定する。
画像を切り出す際には、高さ１００μｍ、幅１００μｍの１００μｍ角の画像を切り出すことが好ましい。このように切り出すと、界面の端から端の直線距離が、おおよそ１２０±２０μｍの範囲に収まり、画像の切り出しが容易となる。
画像を処理する際には、ノイズを除去する目的で、適宜フィルター処理を行うことが好ましい。
画像処理の具体的な方法は、実施例にて後述する。
本実施形態において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率算出は、電極の小片を、エポキシ樹脂に包埋した後に、切断研磨により断面観察試料を作成し、電子顕微鏡にて倍率５００倍にて観察した反射電子像から、界面を抽出する画像を視野幅１００μｍに設定して切り出し、切り出した画像から画像処理ソフトにより画像処理を行い界面を抽出して、切り出した画像における界面の端から端までの延在長さおよび、界面の端から端の直線距離を求め、比率を算出することにより行う。
断面写真は、基材に折れ曲がりがある場合、折れ曲がりの山部（凸部）、および谷部（凹部）を避けて撮影したものを用いる。
界面を抽出する視野幅１００μｍ領域は、領域内で界面が右端から左端までつながっており、一度も設定部位の上下左右端により切れることが無いように設定する。
画像を切り出す際には、高さ１００μｍ、幅１００μｍの１００μｍ角の画像を切り出すことが好ましい。このように切り出すと、界面の端から端の直線距離が、おおよそ１２０±２０μｍの範囲に収まり、画像の切り出しが容易となる。
画像を処理する際には、ノイズを除去する目的で、適宜フィルター処理を行うことが好ましい。
画像処理の具体的な方法は、実施例にて後述する。
【0019】
本発明者らは、ニッケル基材上に、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚを有し、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面において、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上３以下である電極が、驚くべきことにゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧が低いことを見出した。この理由は明らかではないが、ニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面の凹凸を増すことでアンカー効果を生じて密着性を生じ、特に通電後回収時の純水による洗浄や、ゼロギャップ構造分解時における隔膜やリブからの取り外し等の、物理的、化学的衝撃による電極触媒の基材界面からの剥離が抑制されたためであると思われる。
ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧を低くする観点から、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面における（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率は、１．６以上２．８以下が好ましく、より好ましくは１．７以上２．６以下である。
本実施形態において、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層の厚みは、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率算出に用いた断面観察試料を電子顕微鏡にて観察し、金属酸化物の層の厚みを５点測定した値の平均値を厚みとして求めた。
ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧を低くする観点から、視野幅１００μｍで観察されるニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面における（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率は、１．６以上２．８以下が好ましく、より好ましくは１．７以上２．６以下である。
本実施形態において、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層の厚みは、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率算出に用いた断面観察試料を電子顕微鏡にて観察し、金属酸化物の層の厚みを５点測定した値の平均値を厚みとして求めた。
【0020】
ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層の厚みは、通電回収後の酸素発生の過電圧を低くする観点から、６０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。６０μｍ以上であると、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が、１．５以上となりやすい。１００μｍ以下であると、電極調製が容易となり、生産性の観点から好ましい。後述の、ディップコート法により電極を調製すると、塗布、乾燥、仮焼成の繰り返しにおいて、酸性の塗布液による仮焼成体の溶解および再析出が起こる結果、ロールコート法等他の塗布方法に比較し、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層の厚みは断面方向に厚くなる傾向にある。より好ましくは、６５μｍ以上９５μｍ以下であり、さらに好ましくは、７０μｍ以上８５μｍ以下である。
【0021】
本実施形態の電極は、水電解用陽極として実用に供することが可能であり、本実施形態の電極を陽極に用いた水電解用電解セル、及び該水電解用陽極を用いた水素の製造方法を提供することが可能である。水電解にはアルカリを含有する水を用いてよい。
【0022】
（電極の調製法）
本実施形態の電極は、基材にＬａ、Ｎｉ、Ｎｂの金属塩を含む水溶液（塗布液）を塗布し、乾燥、仮焼成を行い、基材上に所定重量のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ前駆体を形成後、これを本焼成することにより調製することができる。
本実施形態の電極は、基材にＬａ、Ｎｉ、Ｎｂの金属塩を含む水溶液（塗布液）を塗布し、乾燥、仮焼成を行い、基材上に所定重量のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ前駆体を形成後、これを本焼成することにより調製することができる。
【0023】
金属塩としては、硝酸塩、オキシ硝酸塩、塩化物、シュウ酸塩、酒石酸塩、酢酸塩、硫酸塩、等水溶性の塩を用いることができる。金属塩は、無水塩でも、含水塩でも構わない。
Ｌａ、Ｎｉ、Ｎｂは、金属塩の代わりに、酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを使用してもよい。
Ｎｂの金属塩としては、溶解性の観点から、シュウ酸ニオブもしくはシュウ酸ニオブアンモニウムを用いることが好ましい。
特に、Ｌａ、Ｎｉの金属塩として硝酸塩を、Ｎｂの塩としてシュウ酸ニオブアンモニウムを塗布液に加えると、塗布液のｐＨが下がり、比較的少ない塗布、乾燥、仮焼成の繰り返し回数で、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が１．５以上となりやすいため、好ましい。例えば、実施例２の組成ＬａＮｉ０．９９９Ｎｂ０．００１Ｏ３．００５、濃度０．２ｍｏｌ／ｋｇ溶媒の塗布液のｐＨは約３．５である。
塗布液には、グリシン等のアミノ酸、シュウ酸や酒石酸等のカルボン酸等、有機配位子を添加することが、高温のアルカリへの耐久性の高いＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚの調製を容易にする観点から、好ましい。
特にグリシンと金属硝酸塩を溶解した塗布液を用いると、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧が低い電極を調製することが容易となるため、グリシンは好ましい有機配位子である。
Ｌａ、Ｎｉ、Ｎｂは、金属塩の代わりに、酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを使用してもよい。
Ｎｂの金属塩としては、溶解性の観点から、シュウ酸ニオブもしくはシュウ酸ニオブアンモニウムを用いることが好ましい。
特に、Ｌａ、Ｎｉの金属塩として硝酸塩を、Ｎｂの塩としてシュウ酸ニオブアンモニウムを塗布液に加えると、塗布液のｐＨが下がり、比較的少ない塗布、乾燥、仮焼成の繰り返し回数で、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が１．５以上となりやすいため、好ましい。例えば、実施例２の組成ＬａＮｉ０．９９９Ｎｂ０．００１Ｏ３．００５、濃度０．２ｍｏｌ／ｋｇ溶媒の塗布液のｐＨは約３．５である。
塗布液には、グリシン等のアミノ酸、シュウ酸や酒石酸等のカルボン酸等、有機配位子を添加することが、高温のアルカリへの耐久性の高いＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚの調製を容易にする観点から、好ましい。
特にグリシンと金属硝酸塩を溶解した塗布液を用いると、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧が低い電極を調製することが容易となるため、グリシンは好ましい有機配位子である。
【0024】
Ｌａ、Ｎｉ、Ｎｂの金属塩を含む水溶液の濃度は、ＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ基準の重量モル濃度で０．１ｍｏｌ／ｋｇ溶媒以上、４ｍｏｌ／ｋｇ溶媒以下が好ましい。０．１ｍｏｌ／ｋｇ溶媒以上では、少ない塗布回数で電極調製が可能となる。４ｍｏｌ／ｋｇ溶媒以下では、金属塩や有機配位子の溶解が容易となり、塗布液の生産性の観点から好ましい。より好ましくは、０．２ｍｏｌ／ｋｇ溶媒以上２．０ｍｏｌ／ｋｇ溶媒以下であり、さらに好ましくは０．２ｍｏｌ／ｋｇ溶媒以上１．０ｍｏｌ／ｋｇ溶媒以下である。
【0025】
基材に塗布液を塗布後、乾燥する温度は、５０℃以上２００℃以下が好ましい。５０℃以上であれば、乾燥が３分以上１時間以内で完了し、生産性の観点から好ましい。２００℃以下であれば、乾燥後基材の冷却時間が短くなり、生産性の観点から好ましい。
基材への塗布液の塗布法としては、基材を塗布液中に完全に浸漬するディップコート法が好ましい。ディップコート法により塗布を行うと、過剰の酸性の塗布液が基材に繰り返し接触するため、ニッケル基材表面における、酸性塗布液による溶解等の反応が繰り返し起こるため、ニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面における（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率を１．５以上とすることが容易である。
基材を塗布液中に浸漬する際には、基材の向きを斜めにしてゆっくりと入れると、気泡を付着させることなく基材を完全に浸漬することが可能となり、また基材表面に形成された金属酸化物層（仮焼成体層）内の空隙が塗布液で完全に置換されるため、ニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面における（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率を１．５以上とすることが容易となり、好ましい。
また、基材を完全に浸漬した後、５秒間以上塗布液中で保持することにより、ニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面における（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率を１．５以上とすることが容易となり、好ましい。
乾燥後の基材を仮焼成する温度は、３００℃以上５００℃以下が好ましい。３００℃以上であれば、仮焼成が３分以上１時間以内で完了し、生産性の観点から好ましい。５００℃以下であれば、乾燥後基材の冷却時間が短くなり、生産性の観点から好ましい。
塗布、乾燥、仮焼成は、所望のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ付着量の電極を調製するため、繰り返し行なってもよく、繰り返し回数が多いほど、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が大きくなる傾向にあり、好ましい。好ましくは５０回以上であり、より好ましくは６０回以上である。
基材への塗布液の塗布法としては、基材を塗布液中に完全に浸漬するディップコート法が好ましい。ディップコート法により塗布を行うと、過剰の酸性の塗布液が基材に繰り返し接触するため、ニッケル基材表面における、酸性塗布液による溶解等の反応が繰り返し起こるため、ニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面における（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率を１．５以上とすることが容易である。
基材を塗布液中に浸漬する際には、基材の向きを斜めにしてゆっくりと入れると、気泡を付着させることなく基材を完全に浸漬することが可能となり、また基材表面に形成された金属酸化物層（仮焼成体層）内の空隙が塗布液で完全に置換されるため、ニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面における（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率を１．５以上とすることが容易となり、好ましい。
また、基材を完全に浸漬した後、５秒間以上塗布液中で保持することにより、ニッケル基材とＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ層との間の界面における（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率を１．５以上とすることが容易となり、好ましい。
乾燥後の基材を仮焼成する温度は、３００℃以上５００℃以下が好ましい。３００℃以上であれば、仮焼成が３分以上１時間以内で完了し、生産性の観点から好ましい。５００℃以下であれば、乾燥後基材の冷却時間が短くなり、生産性の観点から好ましい。
塗布、乾燥、仮焼成は、所望のＬａＮｉｘＮｂｙＯ３－ｚ付着量の電極を調製するため、繰り返し行なってもよく、繰り返し回数が多いほど、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率が大きくなる傾向にあり、好ましい。好ましくは５０回以上であり、より好ましくは６０回以上である。
【0026】
本焼成する温度は、５００℃以上１０００℃以下で行うことが可能であるが、７５０℃以上で焼成することが好ましい。７５０℃以上で焼成すると、１０分以上２４時間以内の焼成時間で、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）の比率を１．５以上に制御し、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧が低い電極を調製することが可能となり、生産性の観点から好ましい。
【0027】
Ｎｂは、あらかじめＬａ、Ｎｉの金属塩、または酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を塗布し、乾燥、仮焼成を行なった後、電極にＮｂの金属塩または酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を上塗りする要領で塗布し、乾燥、仮焼成し、本焼成する方法で添加してもよい。
また、Ｎｂは、あらかじめＬａ、Ｎｉの金属塩または酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を塗布し、乾燥、仮焼成、本焼成を行なった後、電極にＮｂの金属塩または酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を上塗りする要領で塗布し、乾燥、仮焼成し、本焼成する方法で添加してもよい。
また、Ｎｂは、あらかじめＬａ、Ｎｉの金属塩または酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を塗布し、乾燥、仮焼成、本焼成を行なった後、電極にＮｂの金属塩または酸化物あるいは水酸化物の水分散性のゾルを含む塗布液を上塗りする要領で塗布し、乾燥、仮焼成し、本焼成する方法で添加してもよい。
【0028】
（電解槽）
図１に、本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の一例の全体についての側面図を示す。
図２に、本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の一例のゼロギャップ構造の図（図１に示す破線四角枠の部分の断面図）を示す。
本実施形態の複極式電解槽５０（図３参照）は、隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触してゼロギャップ構造Ｚが形成されている（図２参照）。
なお、図３に、実施例、比較例で用いた電解装置の概要を示す。図４に、電解試験で用いた複極式電解槽の概要を示す。
図１に、本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の一例の全体についての側面図を示す。
図２に、本実施形態の電極を陽極として備える電解セルを含む電解槽の一例のゼロギャップ構造の図（図１に示す破線四角枠の部分の断面図）を示す。
本実施形態の複極式電解槽５０（図３参照）は、隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触してゼロギャップ構造Ｚが形成されている（図２参照）。
なお、図３に、実施例、比較例で用いた電解装置の概要を示す。図４に、電解試験で用いた複極式電解槽の概要を示す。
【0029】
（エレメント）
図１に示すように、複極式電解槽５０では、複極式エレメント６０が、陽極ターミナルエレメント５１ａと陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置され、隔膜４は、陽極ターミナルエレメント５１ａと複極式エレメント６０との間、隣接して並ぶ複極式エレメント６０同士の間、及び複極式エレメント６０と陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。
本実施形態では、特に、複極式電解槽５０における、隣接する２つの複極式エレメント６０間の互いの隔壁１間における部分、及び、隣接する複極式エレメント６０とターミナルエレメントとの間の互いの隔壁１間における部分、を電解セル６５と称する。電解セル６５は、一方のエレメントの隔壁１、陽極室５ａ、陽極２ａ、及び、隔膜４、及び、他方のエレメントの陰極２ｃ、陰極室５ｃ、隔壁１を含む。
図１に示すように、複極式電解槽５０では、複極式エレメント６０が、陽極ターミナルエレメント５１ａと陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置され、隔膜４は、陽極ターミナルエレメント５１ａと複極式エレメント６０との間、隣接して並ぶ複極式エレメント６０同士の間、及び複極式エレメント６０と陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。
本実施形態では、特に、複極式電解槽５０における、隣接する２つの複極式エレメント６０間の互いの隔壁１間における部分、及び、隣接する複極式エレメント６０とターミナルエレメントとの間の互いの隔壁１間における部分、を電解セル６５と称する。電解セル６５は、一方のエレメントの隔壁１、陽極室５ａ、陽極２ａ、及び、隔膜４、及び、他方のエレメントの陰極２ｃ、陰極室５ｃ、隔壁１を含む。
【0030】
（電極室）
本実施形態における複極式電解槽５０では、図２に示すとおり、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。ここで、隔壁１を挟んで陽極側の電極室５が陽極室５ａ、陰極側の電極室５が陰極室５ｃである。
本実施形態においては、複極式電解槽のヘッダー管の配設態様としては、内部ヘッダー型及び外部ヘッダー型を採用できるところ、陽極及び陰極自身が占める空間も電極室の内部にある空間であるものとしてよい。また、特に、気液分離ボックスが設けられている場合、気液分離ボックスが占める空間も電極室の内部にある空間であるものとしてよい。
本実施形態における複極式電解槽５０では、図２に示すとおり、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。ここで、隔壁１を挟んで陽極側の電極室５が陽極室５ａ、陰極側の電極室５が陰極室５ｃである。
本実施形態においては、複極式電解槽のヘッダー管の配設態様としては、内部ヘッダー型及び外部ヘッダー型を採用できるところ、陽極及び陰極自身が占める空間も電極室の内部にある空間であるものとしてよい。また、特に、気液分離ボックスが設けられている場合、気液分離ボックスが占める空間も電極室の内部にある空間であるものとしてよい。
【0031】
（リブ）
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セル６５では、リブ６が電極２と物理的に接続されていることが好ましい。かかる構成によれば、リブ６が電極２の支持体となり、ゼロギャップ構造Ｚを維持しやすい。また、リブ６は隔壁１と電気的につながっていることが好ましい。また、リブ６を設けることでは、電極室５内における気液の流れの乱れにより電極室５に生じる対流を低減して、局所的な電解液の温度の上昇を抑制することができる。
ここで、リブに、電極が設けられていてもよく、リブに、集電体、導電性弾性体、電極がこの順に設けられていてもよい。
前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、陰極室において、陰極リブ－陰極集電体－導電性弾性体－陰極の順に重ね合わせられた構造が採用され、陽極室において、陽極リブ－陽極の順に重ね合わせられた構造が採用されている。
なお、前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、陰極室において上記「陰極リブ－陰極集電体－導電性弾性体－陰極」の構造が採用され、陽極室において上記「陽極リブ－陽極」の構造が採用されているが、本発明ではこれに限定されることなく、陽極室においても「陽極リブ－陽極集電体－導電性弾性体－陽極」構造が採用されてもよい。
詳細には、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、図２に示すように、隔壁１にリブ６（陽極リブ、陰極リブ）が取り付けられていることが好ましい。
リブ（陽極リブ、陰極リブ）には、陽極又は陰極を支える役割だけでなく、電流を隔壁から陽極又は陰極へ伝える役割を備えることが好ましい。
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、リブの少なくとも一部が導電性を備えことが好ましく、リブ全体が導電性を備えことがさらに好ましい。かかる構成によれば、電極たわみによるセル電圧の上昇を抑制することができる。
リブの材料としては、一般的に導電性の金属が用いられる。例えば、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、ニッケル等が利用できる。リブの材料は、特に隔壁と同じ材料であることが好ましく、特にニッケルであることが最も好ましい。
隣接する陽極リブ同士の間隔、又は隣接する陰極リブ同士の間隔は、電解圧力や陽極室と陰極室の圧力差等を勘案して決められる。
陽極リブ同士の間隔、又は隣接する陰極リブ同士の間隔が狭すぎれば電解液やガスの流動を阻害するだけでなくコストも高くなる欠点がある。リブピッチが１０ｍｍ以上であると、電極裏面へのガス抜けが良好となる。また広すぎると、陽極室と陰極室とのわずかな差圧で保持している電極（陽極や陰極）が変形したり、陽極リブや陰極リブの数が少なくなることによる電気抵抗が増したりする等の欠点が生じる。リブピッチが１５０ｍｍ以下であると電極がたわみにくくなる。リブの数、リブの長さ、リブと隔壁とのなす角度、貫通孔の数や貫通孔の隔壁に沿う所与の方向についての間隔（ピッチ）は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよい。リブは、隔壁に沿う所与の方向（例えば、鉛直方向としてもよいし、隔壁の平面視形状が略長方形である場合、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向としてもよい）に対して平行に設けられることが好ましい。陽極リブのリブピッチと、陰極リブのリブピッチとは、同一であってもよいし異なっていてもよく、陽極リブのリブピッチ及び陰極リブのリブピッチが共に上記範囲を満たすことが好ましい。
陽極リブや陰極リブの隔壁への取り付けについてはレーザー溶接等が用いられる。
また、リブの厚みは、コストや製作性、強度等も考慮して、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下としてよく、ｌｍｍ以上２ｍｍ以下のものが用いやすいが、特に限定されない。
電極や集電体のリブへの取り付けは、通常スポット溶接で行われるが、その他のレーザー溶接等による方法でもよく、更にはワイヤーやひも状の部材を用い、結びつけて密着させる方法でもよい。リブは、陽極又は陰極と同様に、スポット溶接、レーザー溶接等の手段で隔壁に固定されている。
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セル６５では、リブ６が電極２と物理的に接続されていることが好ましい。かかる構成によれば、リブ６が電極２の支持体となり、ゼロギャップ構造Ｚを維持しやすい。また、リブ６は隔壁１と電気的につながっていることが好ましい。また、リブ６を設けることでは、電極室５内における気液の流れの乱れにより電極室５に生じる対流を低減して、局所的な電解液の温度の上昇を抑制することができる。
ここで、リブに、電極が設けられていてもよく、リブに、集電体、導電性弾性体、電極がこの順に設けられていてもよい。
前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、陰極室において、陰極リブ－陰極集電体－導電性弾性体－陰極の順に重ね合わせられた構造が採用され、陽極室において、陽極リブ－陽極の順に重ね合わせられた構造が採用されている。
なお、前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、陰極室において上記「陰極リブ－陰極集電体－導電性弾性体－陰極」の構造が採用され、陽極室において上記「陽極リブ－陽極」の構造が採用されているが、本発明ではこれに限定されることなく、陽極室においても「陽極リブ－陽極集電体－導電性弾性体－陽極」構造が採用されてもよい。
詳細には、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、図２に示すように、隔壁１にリブ６（陽極リブ、陰極リブ）が取り付けられていることが好ましい。
リブ（陽極リブ、陰極リブ）には、陽極又は陰極を支える役割だけでなく、電流を隔壁から陽極又は陰極へ伝える役割を備えることが好ましい。
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セルでは、リブの少なくとも一部が導電性を備えことが好ましく、リブ全体が導電性を備えことがさらに好ましい。かかる構成によれば、電極たわみによるセル電圧の上昇を抑制することができる。
リブの材料としては、一般的に導電性の金属が用いられる。例えば、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、ニッケル等が利用できる。リブの材料は、特に隔壁と同じ材料であることが好ましく、特にニッケルであることが最も好ましい。
隣接する陽極リブ同士の間隔、又は隣接する陰極リブ同士の間隔は、電解圧力や陽極室と陰極室の圧力差等を勘案して決められる。
陽極リブ同士の間隔、又は隣接する陰極リブ同士の間隔が狭すぎれば電解液やガスの流動を阻害するだけでなくコストも高くなる欠点がある。リブピッチが１０ｍｍ以上であると、電極裏面へのガス抜けが良好となる。また広すぎると、陽極室と陰極室とのわずかな差圧で保持している電極（陽極や陰極）が変形したり、陽極リブや陰極リブの数が少なくなることによる電気抵抗が増したりする等の欠点が生じる。リブピッチが１５０ｍｍ以下であると電極がたわみにくくなる。リブの数、リブの長さ、リブと隔壁とのなす角度、貫通孔の数や貫通孔の隔壁に沿う所与の方向についての間隔（ピッチ）は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよい。リブは、隔壁に沿う所与の方向（例えば、鉛直方向としてもよいし、隔壁の平面視形状が略長方形である場合、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向としてもよい）に対して平行に設けられることが好ましい。陽極リブのリブピッチと、陰極リブのリブピッチとは、同一であってもよいし異なっていてもよく、陽極リブのリブピッチ及び陰極リブのリブピッチが共に上記範囲を満たすことが好ましい。
陽極リブや陰極リブの隔壁への取り付けについてはレーザー溶接等が用いられる。
また、リブの厚みは、コストや製作性、強度等も考慮して、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下としてよく、ｌｍｍ以上２ｍｍ以下のものが用いやすいが、特に限定されない。
電極や集電体のリブへの取り付けは、通常スポット溶接で行われるが、その他のレーザー溶接等による方法でもよく、更にはワイヤーやひも状の部材を用い、結びつけて密着させる方法でもよい。リブは、陽極又は陰極と同様に、スポット溶接、レーザー溶接等の手段で隔壁に固定されている。
【0032】
（水素の製造方法）
次に、本実施形態の複極式電解槽を用いたアルカリ水電解による水素の製造方法について説明する。
本実施形態においては、前述のような陽極及び陰極を備え、電解液が循環した複極式電解槽に電流を印加して水電解を行うことにより、陰極で水素を製造する。このとき、電源として、例えば変動電源を用いることができる。変動電源とは、系統電力等の、安定して出力される電源と異なり、再生可能エネルギー発電所由来の数秒乃至数分単位で出力が変動する電源のことである。再生可能エネルギー発電の方法は特に限定されないが、例えば、太陽光発電や風力発電が挙げられる。
例えば、複極式電解槽を利用した電解の場合、電解液中のカチオン性電解質は、エレメントの陽極室から、隔膜を通過して、隣接するエレメントの陰極室へ移動し、アニオン性電解質はエレメントの陰極室から隔膜を通過して、隣接するエレメントの陽極室へ移動する。よって、電解中の電流は、エレメントが直列に連結された方向に沿って、流れることになる。つまり、電流は、隔膜を介して、一方のエレメントの陽極室から、隣接するエレメントの陰極室に向かって流れる。電解に伴い、陽極室内で酸素ガスが生成し、陰極室内で水素ガスが生成する。
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セル６５は、複極式電解槽５０、アルカリ水電解用電解装置７０等に用いることができる。上記アルカリ水電解用電解装置７０としては、例えば、本実施形態の複極式電解槽５０と、電解液を循環させるための送液ポンプ７１と、電解液と水素及び／又は酸素とを分離する気液分離タンク７２と電解により消費した水を補給するための水補給器と、を有する装置等が挙げられる。
上記アルカリ水電解用電解装置は、さらに、整流器７４、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器７９、圧力制御弁８０等を備えてよい。
上記アルカリ水電解用電解装置を用いたアルカリ水電解方法において、電解セルに与える電流密度としては、４ｋＡ／ｍ２～２０ｋＡ／ｍ２であることが好ましく、６ｋＡ／ｍ２～１５ｋＡ／ｍ２であることがさらに好ましい。
以上、図面を参照して、本発明の実施形態の電極、電解セル、水素の製造方法について例示説明したが、本発明の電極、電解セル、水素の製造方法は、上記の例に限定されることはなく、上記実施形態には、適宜変更を加えることができる。
次に、本実施形態の複極式電解槽を用いたアルカリ水電解による水素の製造方法について説明する。
本実施形態においては、前述のような陽極及び陰極を備え、電解液が循環した複極式電解槽に電流を印加して水電解を行うことにより、陰極で水素を製造する。このとき、電源として、例えば変動電源を用いることができる。変動電源とは、系統電力等の、安定して出力される電源と異なり、再生可能エネルギー発電所由来の数秒乃至数分単位で出力が変動する電源のことである。再生可能エネルギー発電の方法は特に限定されないが、例えば、太陽光発電や風力発電が挙げられる。
例えば、複極式電解槽を利用した電解の場合、電解液中のカチオン性電解質は、エレメントの陽極室から、隔膜を通過して、隣接するエレメントの陰極室へ移動し、アニオン性電解質はエレメントの陰極室から隔膜を通過して、隣接するエレメントの陽極室へ移動する。よって、電解中の電流は、エレメントが直列に連結された方向に沿って、流れることになる。つまり、電流は、隔膜を介して、一方のエレメントの陽極室から、隣接するエレメントの陰極室に向かって流れる。電解に伴い、陽極室内で酸素ガスが生成し、陰極室内で水素ガスが生成する。
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解セル６５は、複極式電解槽５０、アルカリ水電解用電解装置７０等に用いることができる。上記アルカリ水電解用電解装置７０としては、例えば、本実施形態の複極式電解槽５０と、電解液を循環させるための送液ポンプ７１と、電解液と水素及び／又は酸素とを分離する気液分離タンク７２と電解により消費した水を補給するための水補給器と、を有する装置等が挙げられる。
上記アルカリ水電解用電解装置は、さらに、整流器７４、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器７９、圧力制御弁８０等を備えてよい。
上記アルカリ水電解用電解装置を用いたアルカリ水電解方法において、電解セルに与える電流密度としては、４ｋＡ／ｍ２～２０ｋＡ／ｍ２であることが好ましく、６ｋＡ／ｍ２～１５ｋＡ／ｍ２であることがさらに好ましい。
以上、図面を参照して、本発明の実施形態の電極、電解セル、水素の製造方法について例示説明したが、本発明の電極、電解セル、水素の製造方法は、上記の例に限定されることはなく、上記実施形態には、適宜変更を加えることができる。
【実施例】
【0033】
（実施例１）
純水４００ｇにＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏを２３．２６ｇ、Ｌａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏを３４．６４ｇ、グリシンを３０．０３ｇ溶解し、実施例１の塗布液を調製した。その後、この塗布液を、底辺１３ｃｍ×１３ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリエチレン製容器に移した。
ニッケル多孔基材として、ＳＷ３．０ｍｍ、ＬＷ４．５ｍｍ、厚み１．２ｍｍ、開口率５４％のニッケルエキスパンドメタルを用意した。このニッケルエキスパンドメタルに、＃８０の白色溶融アルミナ研磨剤を使用してブラスト処理を施した後に、縦１０ｃｍ、横１０ｃｍの大きさの基板を切り出し、５０℃６Ｎの塩酸中にて６時間酸処理した後、水洗、乾燥し、塗布用基材とした。
この基材を、容器内塗布液中に、塗布液を撹拌しながら、基材の向きを斜めにしてゆっくりと入れて、完全に浸漬し、５秒間保持した。その後基材を引き上げ、基材を縦向きにして、エアガンによるエアブロー処理により過剰な塗布液を吹き飛ばした。その後、６０℃で１０分乾燥し、さらに４００℃で１０分間の焼成を行い、基材表面に金属酸化物層を形成した。
この塗布、乾燥及び焼成のサイクルを６５回繰り返した。基材を容器内塗布液中に入れる際には、金属酸化物層内の空隙が塗布液で完全に置換されるように、斜め向きでゆっくりと入れた。その後さらに８００℃で１時間の焼成を行い、塗布用基材上に付着量２５０ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例１の水電解用陽極を得た。
純水４００ｇにＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏを２３．２６ｇ、Ｌａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏを３４．６４ｇ、グリシンを３０．０３ｇ溶解し、実施例１の塗布液を調製した。その後、この塗布液を、底辺１３ｃｍ×１３ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリエチレン製容器に移した。
ニッケル多孔基材として、ＳＷ３．０ｍｍ、ＬＷ４．５ｍｍ、厚み１．２ｍｍ、開口率５４％のニッケルエキスパンドメタルを用意した。このニッケルエキスパンドメタルに、＃８０の白色溶融アルミナ研磨剤を使用してブラスト処理を施した後に、縦１０ｃｍ、横１０ｃｍの大きさの基板を切り出し、５０℃６Ｎの塩酸中にて６時間酸処理した後、水洗、乾燥し、塗布用基材とした。
この基材を、容器内塗布液中に、塗布液を撹拌しながら、基材の向きを斜めにしてゆっくりと入れて、完全に浸漬し、５秒間保持した。その後基材を引き上げ、基材を縦向きにして、エアガンによるエアブロー処理により過剰な塗布液を吹き飛ばした。その後、６０℃で１０分乾燥し、さらに４００℃で１０分間の焼成を行い、基材表面に金属酸化物層を形成した。
この塗布、乾燥及び焼成のサイクルを６５回繰り返した。基材を容器内塗布液中に入れる際には、金属酸化物層内の空隙が塗布液で完全に置換されるように、斜め向きでゆっくりと入れた。その後さらに８００℃で１時間の焼成を行い、塗布用基材上に付着量２５０ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例１の水電解用陽極を得た。
【0034】
（実施例２）
表１の実施例２の組成のＡ液、Ｂ液を調製した。Ｂ液はシュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解して調製し、Ｎｂの濃度はＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析）法により確認した。
底辺６ｃｍ×１０ｃｍ、高さ１１ｃｍの角形のポリエチレン製容器にＡ液をいれ、マグネチックスターラーで撹拌しながら、Ｂ液をゆっくりと混合し、実施例２の塗布液とした。
実施例１と同じ方法で塗布用基材を準備し、塗布液を撹拌しながら、塗布用基材を縦向きにして、下半分をゆっくりと塗布液内に浸漬し、５秒間保持した。その後、基材を引き上げて、基材の上下をひっくり返して上半分も塗布液内にゆっくりと浸漬し、５秒間保持した。基材全面に塗布液を塗布後、基材を縦向きのままエアガンによるエアブロー処理により過剰な塗布液を吹き飛ばした。その後、６０℃で１０分乾燥し、さらに４００℃で１０分間の焼成を行い、基材表面に金属酸化物層を形成した。
この塗布、乾燥及び焼成のサイクルを６０回繰り返した。基材を容器内塗布液中に入れる際には、金属酸化物層内の空隙が塗布液で完全に置換されるように、ゆっくりと入れた。その後さらに８００℃で１時間の焼成を行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例２の水電解用陽極を得た。
表１の実施例２の組成のＡ液、Ｂ液を調製した。Ｂ液はシュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解して調製し、Ｎｂの濃度はＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析）法により確認した。
底辺６ｃｍ×１０ｃｍ、高さ１１ｃｍの角形のポリエチレン製容器にＡ液をいれ、マグネチックスターラーで撹拌しながら、Ｂ液をゆっくりと混合し、実施例２の塗布液とした。
実施例１と同じ方法で塗布用基材を準備し、塗布液を撹拌しながら、塗布用基材を縦向きにして、下半分をゆっくりと塗布液内に浸漬し、５秒間保持した。その後、基材を引き上げて、基材の上下をひっくり返して上半分も塗布液内にゆっくりと浸漬し、５秒間保持した。基材全面に塗布液を塗布後、基材を縦向きのままエアガンによるエアブロー処理により過剰な塗布液を吹き飛ばした。その後、６０℃で１０分乾燥し、さらに４００℃で１０分間の焼成を行い、基材表面に金属酸化物層を形成した。
この塗布、乾燥及び焼成のサイクルを６０回繰り返した。基材を容器内塗布液中に入れる際には、金属酸化物層内の空隙が塗布液で完全に置換されるように、ゆっくりと入れた。その後さらに８００℃で１時間の焼成を行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例２の水電解用陽極を得た。
【0035】
（実施例３）
表１の実施例３の組成のＡ液、Ｂ液を調製した他は実施例２と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例３の水電解用陽極を得た。
表１の実施例３の組成のＡ液、Ｂ液を調製した他は実施例２と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例３の水電解用陽極を得た。
【0036】
（実施例４）
表１の実施例４の組成のＡ液、Ｂ液を調製し、乾燥及び焼成のサイクルを５５回繰り返し、さらに７５０℃で１時間の焼成を行った他は実施例２と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例４の水電解用陽極を得た。
表１の実施例４の組成のＡ液、Ｂ液を調製し、乾燥及び焼成のサイクルを５５回繰り返し、さらに７５０℃で１時間の焼成を行った他は実施例２と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例４の水電解用陽極を得た。
【0037】
（実施例５）
表１の実施例５の組成のＡ液、Ｂ液を調製した他は実施例４と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例５の水電解用陽極を得た。
表１の実施例５の組成のＡ液、Ｂ液を調製した他は実施例４と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例５の水電解用陽極を得た。
【0038】
（実施例６）
実施例１と同様にして、乾燥及び焼成のサイクルを７０回繰り返した。
シュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解し、Ｎｂ濃度８１．４ｍｍｏｌ／ｋｇ溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を調製した。このシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を、底辺１３ｃｍ×１３ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリエチレン製容器に移した。
基材表面に金属酸化物層を形成した基材をシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液中に完全に浸漬して引き上げ、基材全面に塗布液を塗布後、基材を横向きにして、エアガンにより微弱な風をあてて、基材の目に詰まっている塗布液を落とした。エアガン処理後基材の重量を測定すると、基材にはシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液が１．３ｇ塗布されていた。ＬａＮｉＯ３の基材への担持量が２．６ｇであり、ＬａＮｉＯ３の１モルの重量が２４５．６ｇであることから、１．３ｇのＮｂ濃度８１．４ｍｍｏｌ／ｋｇ溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布したことにより、ＬａＮｉＯ３１モルに対しＮｂを０．０１モルの比率で塗布したと分かった。
シュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布した基材を６０℃１０分乾燥後、４００℃１０分焼成し、さらに８００℃１時間焼成し、付着量２６１ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例６の水電解用陽極を得た。
実施例１と同様にして、乾燥及び焼成のサイクルを７０回繰り返した。
シュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解し、Ｎｂ濃度８１．４ｍｍｏｌ／ｋｇ溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を調製した。このシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を、底辺１３ｃｍ×１３ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリエチレン製容器に移した。
基材表面に金属酸化物層を形成した基材をシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液中に完全に浸漬して引き上げ、基材全面に塗布液を塗布後、基材を横向きにして、エアガンにより微弱な風をあてて、基材の目に詰まっている塗布液を落とした。エアガン処理後基材の重量を測定すると、基材にはシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液が１．３ｇ塗布されていた。ＬａＮｉＯ３の基材への担持量が２．６ｇであり、ＬａＮｉＯ３の１モルの重量が２４５．６ｇであることから、１．３ｇのＮｂ濃度８１．４ｍｍｏｌ／ｋｇ溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布したことにより、ＬａＮｉＯ３１モルに対しＮｂを０．０１モルの比率で塗布したと分かった。
シュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布した基材を６０℃１０分乾燥後、４００℃１０分焼成し、さらに８００℃１時間焼成し、付着量２６１ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例６の水電解用陽極を得た。
【0039】
（実施例７）
実施例１と同様にして、乾燥及び焼成のサイクルを７５回繰り返した。その後さらに８００℃で１時間の焼成を行なった。
シュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解し、Ｎｂ濃度１８７ｍｍｏｌ／ｋｇ溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を調製した。このシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を、底辺１３ｃｍ×１３ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリエチレン製容器に移した。
その後、実施例６と同様にして、基材にシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を１．３ｇ塗布した。ＬａＮｉＯ３の基材への担持量が２．８ｇであり、ＬａＮｉＯ３の１モルの重量が２４５．６ｇであることから、１．３ｇのＮｂ濃度１８７ｍｍｏｌ／ｋｇ溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布したことにより、ＬａＮｉＯ３１モルに対しＮｂを０．０２モルの比率で塗布したと分かった。
シュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布した基材を６０℃１０分乾燥後、４００℃１０分焼成し、さらに８００℃１時間焼成し、付着量２８３ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例７の水電解用陽極を得た。
実施例１と同様にして、乾燥及び焼成のサイクルを７５回繰り返した。その後さらに８００℃で１時間の焼成を行なった。
シュウ酸ニオブアンモニウムを純水に溶解し、Ｎｂ濃度１８７ｍｍｏｌ／ｋｇ溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を調製した。このシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を、底辺１３ｃｍ×１３ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリエチレン製容器に移した。
その後、実施例６と同様にして、基材にシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を１．３ｇ塗布した。ＬａＮｉＯ３の基材への担持量が２．８ｇであり、ＬａＮｉＯ３の１モルの重量が２４５．６ｇであることから、１．３ｇのＮｂ濃度１８７ｍｍｏｌ／ｋｇ溶液のシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布したことにより、ＬａＮｉＯ３１モルに対しＮｂを０．０２モルの比率で塗布したと分かった。
シュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を塗布した基材を６０℃１０分乾燥後、４００℃１０分焼成し、さらに８００℃１時間焼成し、付着量２８３ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例７の水電解用陽極を得た。
【0040】
（実施例８）
実施例１と同様にして、乾燥及び焼成のサイクルを８０回繰り返した。
さらに、一次粒子径５ｎｍ以下のＮｂ２Ｏ５ゾルを希釈して、Ｎｂ濃度が４００ｍｍｏｌ／ｋｇゾルのＮｂ２Ｏ５ゾルを調製した。
このＮｂ２Ｏ５ゾルを、スプレーコート装置（旭サナック株式会社販売ｒＣｏａｔｅｒ）により両面塗布後６０℃１０分乾燥し、塗布前の基材に対する重量増加を算出したところ、８１ｍｇであった。ＬａＮｉＯ３の基材への担持量が３．０ｇであり、ＬａＮｉＯ３の１モルの重量が２４５．６ｇ、Ｎｂ２Ｏ５の１モルの重量が２６５．２ｇであることから、８１ｍｇのＮｂ２Ｏ５を塗布したことにより、ＬａＮｉＯ３１モルに対しＮｂを０．０５モルの比率で塗布したと分かった。
６０℃１０分乾燥した基材を４００℃１０分焼成し、さらに８００℃１時間焼成し、付着量３０８ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例８の水電解用陽極を得た。
実施例１と同様にして、乾燥及び焼成のサイクルを８０回繰り返した。
さらに、一次粒子径５ｎｍ以下のＮｂ２Ｏ５ゾルを希釈して、Ｎｂ濃度が４００ｍｍｏｌ／ｋｇゾルのＮｂ２Ｏ５ゾルを調製した。
このＮｂ２Ｏ５ゾルを、スプレーコート装置（旭サナック株式会社販売ｒＣｏａｔｅｒ）により両面塗布後６０℃１０分乾燥し、塗布前の基材に対する重量増加を算出したところ、８１ｍｇであった。ＬａＮｉＯ３の基材への担持量が３．０ｇであり、ＬａＮｉＯ３の１モルの重量が２４５．６ｇ、Ｎｂ２Ｏ５の１モルの重量が２６５．２ｇであることから、８１ｍｇのＮｂ２Ｏ５を塗布したことにより、ＬａＮｉＯ３１モルに対しＮｂを０．０５モルの比率で塗布したと分かった。
６０℃１０分乾燥した基材を４００℃１０分焼成し、さらに８００℃１時間焼成し、付着量３０８ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例８の水電解用陽極を得た。
【0041】
（実施例９）
表１の実施例９の組成のＡ液、Ｂ液を調製し、さらに７５０℃で１時間の焼成を行った他は実施例２と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例９の水電解用陽極を得た。
表１の実施例９の組成のＡ液、Ｂ液を調製し、さらに７５０℃で１時間の焼成を行った他は実施例２と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例９の水電解用陽極を得た。
【0042】
（実施例１０）
表１の実施例１０の組成のＡ液、Ｂ液を調製し、さらに７５０℃で１時間の焼成を行った他は実施例２と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例１０の水電解用陽極を得た。
表１の実施例１０の組成のＡ液、Ｂ液を調製し、さらに７５０℃で１時間の焼成を行った他は実施例２と同様に行い、塗布用基材上に付着量２００ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、実施例１０の水電解用陽極を得た。
【0043】
（比較例１）
ニッケル多孔基材として、ＳＷ３．０ｍｍ、ＬＷ４．５ｍｍ、厚み１．２ｍｍ、開口率５４％のニッケルエキスパンドメタルを用意した。このニッケルエキスパンドメタルに、＃３０の白色溶融アルミナ研磨剤を使用して粗くブラスト処理を施した後に、５０℃６Ｎの塩酸中にて６時間酸処理した後、水洗、乾燥し、塗布用基材とした。
次に、酢酸ランタン１．５水和物、硝酸ニッケル六水和物を、それぞれ０．２０ｍｏｌ／Ｌ、０．２０ｍｏｌ／Ｌの濃度になるよう調合した塗布液を調製した。
塗布ロールの最下部に上記塗布液を入れたバットを設置し、ＥＰＤＭ製の塗布ロールに塗布液をしみこませ、その上部にロールと塗布液とが常に接するようにロールを設置し、さらにその上にＰＶＣ製のローラーを設置して、上記基材に塗布液を塗布した（ロール法）。塗布液が乾燥する前に手早く、２つのＥＰＤＭ製スポンジロールの間にこの基材を通過させた。その後、５０℃で１０分間乾燥させた後、マッフル炉を用いて４００℃で１０分間の焼成を行って基材表面に金属酸化物層を形成した。
このロール塗布、乾燥及び焼成のサイクルを７５回繰り返した後、さらに６００℃で１時間の焼成を行い、付着量３０３ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、水電解用陽極を得た。
ニッケル多孔基材として、ＳＷ３．０ｍｍ、ＬＷ４．５ｍｍ、厚み１．２ｍｍ、開口率５４％のニッケルエキスパンドメタルを用意した。このニッケルエキスパンドメタルに、＃３０の白色溶融アルミナ研磨剤を使用して粗くブラスト処理を施した後に、５０℃６Ｎの塩酸中にて６時間酸処理した後、水洗、乾燥し、塗布用基材とした。
次に、酢酸ランタン１．５水和物、硝酸ニッケル六水和物を、それぞれ０．２０ｍｏｌ／Ｌ、０．２０ｍｏｌ／Ｌの濃度になるよう調合した塗布液を調製した。
塗布ロールの最下部に上記塗布液を入れたバットを設置し、ＥＰＤＭ製の塗布ロールに塗布液をしみこませ、その上部にロールと塗布液とが常に接するようにロールを設置し、さらにその上にＰＶＣ製のローラーを設置して、上記基材に塗布液を塗布した（ロール法）。塗布液が乾燥する前に手早く、２つのＥＰＤＭ製スポンジロールの間にこの基材を通過させた。その後、５０℃で１０分間乾燥させた後、マッフル炉を用いて４００℃で１０分間の焼成を行って基材表面に金属酸化物層を形成した。
このロール塗布、乾燥及び焼成のサイクルを７５回繰り返した後、さらに６００℃で１時間の焼成を行い、付着量３０３ｇ／ｍ２の金属酸化物層を形成させて、水電解用陽極を得た。
【0044】
（比較例２）
比較例１と同様にして塗布用基材を準備した。
次に、硝酸ランタン六水和物、硝酸ニッケル六水和物、シュウ酸ニオブアンモニウムｎ水和物、グリシンを、それぞれ０．２０ｍｏｌ／Ｌ、０．１６ｍｏｌ／Ｌ、０．０４ｍｏｌ／Ｌ、０．３６ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように塗布液を調製した。
比較例１と同様にロール法でロール塗布、乾燥及び焼成のサイクルを４０回繰り返した後、さらに７００℃で１時間の焼成を行い、金属酸化物層を形成させて、付着量１４５ｇ／ｍ２の水電解用陽極を得た。
比較例１と同様にして塗布用基材を準備した。
次に、硝酸ランタン六水和物、硝酸ニッケル六水和物、シュウ酸ニオブアンモニウムｎ水和物、グリシンを、それぞれ０．２０ｍｏｌ／Ｌ、０．１６ｍｏｌ／Ｌ、０．０４ｍｏｌ／Ｌ、０．３６ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように塗布液を調製した。
比較例１と同様にロール法でロール塗布、乾燥及び焼成のサイクルを４０回繰り返した後、さらに７００℃で１時間の焼成を行い、金属酸化物層を形成させて、付着量１４５ｇ／ｍ２の水電解用陽極を得た。
【0045】
（金属酸化物層の厚みの測定）
作成した水電解用陽極の小片を、エポキシ樹脂に包埋した後に、切断面を作成し、その断面を、ブロードに照射されるＢＩＢ加工装置アルゴンイオンビーム（日立ハイテクノロジーズ社製「Ｅ３５００」）を用いて、加速電圧６ｋＶにて加工処理した。なお観察する陽極の切断面は、エキスパンドメタルのストランドに平行かつストランド中央を通るようにした。
上記の切断面を、電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製「Ｓ４８００」）にて観察し、金属酸化物の層の厚みを５点測定した値の平均値を、金属酸化物の層の厚みとして求めた。実施例１～８及び比較例１～２における測定結果を、表２に示す。
作成した水電解用陽極の小片を、エポキシ樹脂に包埋した後に、切断面を作成し、その断面を、ブロードに照射されるＢＩＢ加工装置アルゴンイオンビーム（日立ハイテクノロジーズ社製「Ｅ３５００」）を用いて、加速電圧６ｋＶにて加工処理した。なお観察する陽極の切断面は、エキスパンドメタルのストランドに平行かつストランド中央を通るようにした。
上記の切断面を、電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製「Ｓ４８００」）にて観察し、金属酸化物の層の厚みを５点測定した値の平均値を、金属酸化物の層の厚みとして求めた。実施例１～８及び比較例１～２における測定結果を、表２に示す。
【0046】
（（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）比率の算出）
上記の切断面を、電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製「Ｓ４８００」）にて、加速電圧５ｋＶ、倍率５００倍で観察し、ＹＡＧ検出器を用いた反射電子像の断面写真をデータサイズ１２８０×９６０ピクセルのＢＭＰファイルとして保存した。１ピクセルのサイズは１９８．４３７５ｎｍであった。断面写真は、基材の折れ曲がりの山部（凸部）、および谷部（凹部）を避けて撮影し保存した。
画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を使用して、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）比率の算出は、下記の手順にて行った。実施例１～８及び比較例１～２における測定結果を、表２に示す。
１）断面写真のＢＭＰファイルを開き、ＩｍａｇｅメニューのＴｙｐｅサブメニューにて８－ｂｉｔを選択する。図５に、断面写真の一例を示す。
２）ＡｎａｌｙｚｅメニューのＳｅｔ ｓｃａｌｅサブメニューにて、Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ Ｐｉｘｅｌｓ：１、Ｋｎｏｗｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ：１９８．４３７５、Ｐｉｘｅｌ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ：１．０、Ｕｎｉｔ ｏｆ ｌｅｎｇｔｈ：ｎｍと設定し、ＯＫをクリックする。
３）ＥｄｉｔメニューのＳｅｌｅｃｔｉｏｎサブメニューにて、Ｓｐｅｃｉｆｙコマンドを選択し、Ｓｃａｌｅｄ ｕｎｉｔｓ（ｎｍ）チェックボックスにチェックを入れ、Ｗｉｄｔｈ：１０００００、Ｈｅｉｇｈｔ：１０００００と設定し、さらにＸ ｃｏｒｄｉｎａｔｅとＹ ｃｏｒｄｉｎａｔｅの値を適切に設定し、ＯＫをクリックすることにより、断面写真内から界面を抽出する１００μｍ角領域を設定する。界面を抽出する１００μｍ角領域は、領域内で界面が右端から左端までつながっており、一度も設定部位の上下左右端により切れることが無いように設定する。
４）ＩｍａｇｅメニューのＣｒｏｐコマンドを実行し、界面を抽出する１００μｍ角領域を切り取る。図６に、図５より切り取られた１００μｍ角領域の一例を示す。
５）ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＦｉｌｔｅｒｓサブメニューで、Ｍｅｄｉａｎ．．．を選択し、Ｒａｄｉｕｓ：４と設定し、ＯＫをクリックして、フィルター処理を行う。
６）ＰｌｕｇｉｎｓメニューからＭｕｌｔｉ Ｏｔｓｕ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄプラグインを選択し、ｎｕｍＬｅｖｅｌｓは３を選択し、ＯＫをクリックする。
７）Ｒｅｇｉｏｎ２を選択し、ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＦｉｌｔｅｒｓサブメニューで、Ｍｅｄｉａｎ．．．を選択し、Ｒａｄｉｕｓ：４として、ＯＫをクリックしてフィルター処理を行う。再度、ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＦｉｌｔｅｒｓサブメニューで、Ｍｅｄｉａｎ．．．を選択し、Ｒａｄｉｕｓ：４として、ＯＫをクリックし、２回目のフィルター処理を行う。
８）ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＦｉｎｄ Ｅｄｇｅｓコマンドを実行する。
９）ＩｍａｇｅメニューのＡｄｊｕｓｔサブメニューにてＴｈｒｅｓｈｏｌｄコマンドを選択し、Ｄａｒｋ ｂａｃｋｇｒｏｕｄチェックボックスにチェックを入れ、Ａｐｐｌｙをクリックする。
１０）ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＢｉｎａｒｙサブメニューからｓｋｅｌｅｔｏｎｉｚｅコマンドを選択し、界面の細線化を行う。図７に、図６から界面を抽出し細線化処理を行った画像を例として示す。
１１）ＰｌｕｇｉｎｓメニューからＢｏｎｅＪプラグインを選択し、Ａｎａｌｙｚｅ ｓｋｅｌｅｔｏｎを選択する。Ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｐａｔｈチェックボックス、Ｓｈｏｗ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｎｆｏチェックボックスにチェックを入れ、ＯＫをクリックする。
１２）Ｂｒａｎｃｈ ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎウィンドウにおいて、Ｂｒａｎｃｈ ｌｅｎｇｔｈ列の数値が最大であるＳｋｅｌｔｏｎ ＩＤの行のデータが、抽出された界面のデータである。そのＳｋｅｌｔｏｎ ＩＤの行のデータのＢｒａｎｃｈ ｌｅｎｇｔｈを界面の端から端までの延在長さ（ｎｍ）、Ｅｕｃｌｉｄｅａｎｄｉｓｔａｎｃｅを界面の端から端の直線距離（ｎｍ）として、Ｂｒａｎｃｈ ｌｅｎｇｔｈをＥｕｃｌｉｄｅａｎｄｉｓｔａｎｃｅで除して、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）比率を算出する。図８に、界面の端から端までの延在長さのイメージを、図９に、界面の端から端の直線距離のイメージを示す。
上記の切断面を、電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製「Ｓ４８００」）にて、加速電圧５ｋＶ、倍率５００倍で観察し、ＹＡＧ検出器を用いた反射電子像の断面写真をデータサイズ１２８０×９６０ピクセルのＢＭＰファイルとして保存した。１ピクセルのサイズは１９８．４３７５ｎｍであった。断面写真は、基材の折れ曲がりの山部（凸部）、および谷部（凹部）を避けて撮影し保存した。
画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を使用して、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）比率の算出は、下記の手順にて行った。実施例１～８及び比較例１～２における測定結果を、表２に示す。
１）断面写真のＢＭＰファイルを開き、ＩｍａｇｅメニューのＴｙｐｅサブメニューにて８－ｂｉｔを選択する。図５に、断面写真の一例を示す。
２）ＡｎａｌｙｚｅメニューのＳｅｔ ｓｃａｌｅサブメニューにて、Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ Ｐｉｘｅｌｓ：１、Ｋｎｏｗｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ：１９８．４３７５、Ｐｉｘｅｌ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ：１．０、Ｕｎｉｔ ｏｆ ｌｅｎｇｔｈ：ｎｍと設定し、ＯＫをクリックする。
３）ＥｄｉｔメニューのＳｅｌｅｃｔｉｏｎサブメニューにて、Ｓｐｅｃｉｆｙコマンドを選択し、Ｓｃａｌｅｄ ｕｎｉｔｓ（ｎｍ）チェックボックスにチェックを入れ、Ｗｉｄｔｈ：１０００００、Ｈｅｉｇｈｔ：１０００００と設定し、さらにＸ ｃｏｒｄｉｎａｔｅとＹ ｃｏｒｄｉｎａｔｅの値を適切に設定し、ＯＫをクリックすることにより、断面写真内から界面を抽出する１００μｍ角領域を設定する。界面を抽出する１００μｍ角領域は、領域内で界面が右端から左端までつながっており、一度も設定部位の上下左右端により切れることが無いように設定する。
４）ＩｍａｇｅメニューのＣｒｏｐコマンドを実行し、界面を抽出する１００μｍ角領域を切り取る。図６に、図５より切り取られた１００μｍ角領域の一例を示す。
５）ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＦｉｌｔｅｒｓサブメニューで、Ｍｅｄｉａｎ．．．を選択し、Ｒａｄｉｕｓ：４と設定し、ＯＫをクリックして、フィルター処理を行う。
６）ＰｌｕｇｉｎｓメニューからＭｕｌｔｉ Ｏｔｓｕ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄプラグインを選択し、ｎｕｍＬｅｖｅｌｓは３を選択し、ＯＫをクリックする。
７）Ｒｅｇｉｏｎ２を選択し、ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＦｉｌｔｅｒｓサブメニューで、Ｍｅｄｉａｎ．．．を選択し、Ｒａｄｉｕｓ：４として、ＯＫをクリックしてフィルター処理を行う。再度、ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＦｉｌｔｅｒｓサブメニューで、Ｍｅｄｉａｎ．．．を選択し、Ｒａｄｉｕｓ：４として、ＯＫをクリックし、２回目のフィルター処理を行う。
８）ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＦｉｎｄ Ｅｄｇｅｓコマンドを実行する。
９）ＩｍａｇｅメニューのＡｄｊｕｓｔサブメニューにてＴｈｒｅｓｈｏｌｄコマンドを選択し、Ｄａｒｋ ｂａｃｋｇｒｏｕｄチェックボックスにチェックを入れ、Ａｐｐｌｙをクリックする。
１０）ＰｒｏｃｅｓｓメニューのＢｉｎａｒｙサブメニューからｓｋｅｌｅｔｏｎｉｚｅコマンドを選択し、界面の細線化を行う。図７に、図６から界面を抽出し細線化処理を行った画像を例として示す。
１１）ＰｌｕｇｉｎｓメニューからＢｏｎｅＪプラグインを選択し、Ａｎａｌｙｚｅ ｓｋｅｌｅｔｏｎを選択する。Ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｐａｔｈチェックボックス、Ｓｈｏｗ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｎｆｏチェックボックスにチェックを入れ、ＯＫをクリックする。
１２）Ｂｒａｎｃｈ ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎウィンドウにおいて、Ｂｒａｎｃｈ ｌｅｎｇｔｈ列の数値が最大であるＳｋｅｌｔｏｎ ＩＤの行のデータが、抽出された界面のデータである。そのＳｋｅｌｔｏｎ ＩＤの行のデータのＢｒａｎｃｈ ｌｅｎｇｔｈを界面の端から端までの延在長さ（ｎｍ）、Ｅｕｃｌｉｄｅａｎｄｉｓｔａｎｃｅを界面の端から端の直線距離（ｎｍ）として、Ｂｒａｎｃｈ ｌｅｎｇｔｈをＥｕｃｌｉｄｅａｎｄｉｓｔａｎｃｅで除して、（界面の端から端までの延在長さ）／（界面の端から端の直線距離）比率を算出する。図８に、界面の端から端までの延在長さのイメージを、図９に、界面の端から端の直線距離のイメージを示す。
【0047】
（ゼロギャップ型電解セル５００時間通電陽極の作成法）
アルカリ水電解用電解セル、複極式電解槽を下記の通りに作製した。
－陽極－
実施例１～８、比較例１～２の陽極を使用した。
－陰極－
導電性基材として、直径０．１５ｍｍのニッケルの細線を４０メッシュで編んだ平織メッシュ基材上に白金を担持したものを用いた。
－隔壁、外枠－
複極式エレメントとして、陽極と陰極とを区画する隔壁と、隔壁を取り囲む外枠と、を備えたものを用いた。隔壁及び複極式エレメントのフレーム等の電解液に接液する部材の材料は、全てニッケルとした。
－導電性弾性体－
導電性弾性体は、線径０．１５ｍｍのニッケル製ワイヤーを織ったものを、波高さ５ｍｍになるように波付け加工したものを使用した。
－隔膜－
酸化ジルコニウム（商品名「ＥＰ酸化ジルコニウム」、第一稀元素化学工業社製）、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（和光純薬工業社製）、ポリスルホン（「ユーデル」（登録商標）、ソルベイアドバンストポリマーズ社製）、及びポリビニルピロリドン（重量平均分子量（Ｍｗ）９０００００、和光純薬工業社製）を用いて、以下の成分組成の塗工液を得た。
ポリスルホン：１５質量部
ポリビニルピロリドン：６質量部
Ｎ－メチル－２－ピロリドン：７０質量部
酸化ジルコニウム：４５質量部
上記塗工液を、基材であるポリフェニレンサルファイドメッシュ（くればぁ社製、膜厚２８０μｍ、目開き３５８μｍ、繊維径１５０μｍ）の両表面に対して塗工した。塗工後直ちに、塗工液を塗工した基材を蒸気下へ晒し、その後、凝固浴中へ浸漬して、基材表面に塗膜を形成させた。その後、純水で塗膜を十分洗浄して多孔膜を得た。
－ガスケット－
ガスケットは、厚み４．０ｍｍ、幅１８ｍｍの内寸５０４ｍｍ角の四角形状のもので、内側に平面視で電極室と同じ寸法の開口部を有し、隔膜を挿入することで保持するためのスリット構造を有するものを使用した。
－ゼロギャップ型複極式エレメント－
外部ヘッダー型のゼロギャップ型セルユニット６０は、５４０ｍｍ×６２０ｍｍの長方形とし、陽極２ａ及び陰極２ｃの通電面の面積は５００ｍｍ×５００ｍｍとした。ゼロギャップ型複極式エレメント６０の陰極側は、陰極２ｃ、導電性弾性体２ｅ、陰極集電体２ｒが積層され、陰極リブ６を介して隔壁１と接続され、電解液が流れる陰極室５ｃがある。また、陽極側は、陽極２ａが陽極リブ６を介して隔壁１と接続され、電解液が流れる陽極室５ａがある（図２）。
陽極室５ａの深さ（陽極室深さ、図２における隔壁と陽極との距離）は２５ｍｍ、陰極室５ｃの深さ（陰極室深さ、図２における隔壁と陰極集電体との距離）２５ｍｍとし、材質はニッケルとした。高さ２５ｍｍ、厚み１．５ｍｍのニッケル製の陽極リブ６と、高さ２５ｍｍ、厚み１．５ｍｍのニッケル製の陰極リブ６を溶接により取り付けたニッケル製の隔壁１の厚みは２ｍｍとした。
陰極集電体２ｒとして、集電体として、あらかじめブラスト処理を施したニッケルエキスパンド基材を用いた。基材の厚みは１ｍｍで、開口率は５４％であった。導電性弾性体２ｅを、陰極集電体２ｒ上にスポット溶接して固定した。このゼロギャップ型複極式エレメントを、隔膜を保持したガスケットを介してスタックさせることで、陽極２ａと陰極２ｃとが隔膜４に押し付けられたゼロギャップ構造Ｚを形成することができる。
上記電解装置を用いて、電解液温度を８０℃に調整し、電流密度が１０ｋＡ／ｍ２となるように連続で３００時間正通電し、水電解を行った。その後、電解セルから電解液を抜き出し、電解セル内のアルカリを純水で洗浄後、電解セルを解枠し、陽極を取り出し乾燥して、ゼロギャップ型電解セルにて５００時間通電した実施例１～８、比較例１～２の陽極を作成した。
アルカリ水電解用電解セル、複極式電解槽を下記の通りに作製した。
－陽極－
実施例１～８、比較例１～２の陽極を使用した。
－陰極－
導電性基材として、直径０．１５ｍｍのニッケルの細線を４０メッシュで編んだ平織メッシュ基材上に白金を担持したものを用いた。
－隔壁、外枠－
複極式エレメントとして、陽極と陰極とを区画する隔壁と、隔壁を取り囲む外枠と、を備えたものを用いた。隔壁及び複極式エレメントのフレーム等の電解液に接液する部材の材料は、全てニッケルとした。
－導電性弾性体－
導電性弾性体は、線径０．１５ｍｍのニッケル製ワイヤーを織ったものを、波高さ５ｍｍになるように波付け加工したものを使用した。
－隔膜－
酸化ジルコニウム（商品名「ＥＰ酸化ジルコニウム」、第一稀元素化学工業社製）、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（和光純薬工業社製）、ポリスルホン（「ユーデル」（登録商標）、ソルベイアドバンストポリマーズ社製）、及びポリビニルピロリドン（重量平均分子量（Ｍｗ）９０００００、和光純薬工業社製）を用いて、以下の成分組成の塗工液を得た。
ポリスルホン：１５質量部
ポリビニルピロリドン：６質量部
Ｎ－メチル－２－ピロリドン：７０質量部
酸化ジルコニウム：４５質量部
上記塗工液を、基材であるポリフェニレンサルファイドメッシュ（くればぁ社製、膜厚２８０μｍ、目開き３５８μｍ、繊維径１５０μｍ）の両表面に対して塗工した。塗工後直ちに、塗工液を塗工した基材を蒸気下へ晒し、その後、凝固浴中へ浸漬して、基材表面に塗膜を形成させた。その後、純水で塗膜を十分洗浄して多孔膜を得た。
－ガスケット－
ガスケットは、厚み４．０ｍｍ、幅１８ｍｍの内寸５０４ｍｍ角の四角形状のもので、内側に平面視で電極室と同じ寸法の開口部を有し、隔膜を挿入することで保持するためのスリット構造を有するものを使用した。
－ゼロギャップ型複極式エレメント－
外部ヘッダー型のゼロギャップ型セルユニット６０は、５４０ｍｍ×６２０ｍｍの長方形とし、陽極２ａ及び陰極２ｃの通電面の面積は５００ｍｍ×５００ｍｍとした。ゼロギャップ型複極式エレメント６０の陰極側は、陰極２ｃ、導電性弾性体２ｅ、陰極集電体２ｒが積層され、陰極リブ６を介して隔壁１と接続され、電解液が流れる陰極室５ｃがある。また、陽極側は、陽極２ａが陽極リブ６を介して隔壁１と接続され、電解液が流れる陽極室５ａがある（図２）。
陽極室５ａの深さ（陽極室深さ、図２における隔壁と陽極との距離）は２５ｍｍ、陰極室５ｃの深さ（陰極室深さ、図２における隔壁と陰極集電体との距離）２５ｍｍとし、材質はニッケルとした。高さ２５ｍｍ、厚み１．５ｍｍのニッケル製の陽極リブ６と、高さ２５ｍｍ、厚み１．５ｍｍのニッケル製の陰極リブ６を溶接により取り付けたニッケル製の隔壁１の厚みは２ｍｍとした。
陰極集電体２ｒとして、集電体として、あらかじめブラスト処理を施したニッケルエキスパンド基材を用いた。基材の厚みは１ｍｍで、開口率は５４％であった。導電性弾性体２ｅを、陰極集電体２ｒ上にスポット溶接して固定した。このゼロギャップ型複極式エレメントを、隔膜を保持したガスケットを介してスタックさせることで、陽極２ａと陰極２ｃとが隔膜４に押し付けられたゼロギャップ構造Ｚを形成することができる。
上記電解装置を用いて、電解液温度を８０℃に調整し、電流密度が１０ｋＡ／ｍ２となるように連続で３００時間正通電し、水電解を行った。その後、電解セルから電解液を抜き出し、電解セル内のアルカリを純水で洗浄後、電解セルを解枠し、陽極を取り出し乾燥して、ゼロギャップ型電解セルにて５００時間通電した実施例１～８、比較例１～２の陽極を作成した。
【0048】
（ゼロギャップ型電解セル５００時間通電陽極の酸素過電圧の測定）
ゼロギャップ型電解セル５００時間通電陽極の酸素過電圧は下記の手順で測定した。
ゼロギャップ型電解セル５００時間通電陽極から、２ｃｍ×２ｃｍの評価用電極を切り出し、ＰＴＦＥで被覆したニッケル製の棒にニッケル製のネジで固定した。対極には白金メッシュを使用し、８０℃、３２ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液中で、電流密度６ｋＡ／ｍ２で電解し、酸素過電圧を測定した。酸素過電圧は、液抵抗によるオーム損の影響を排除するために、ルギン管を使用する三電極法によって測定した。ルギン管の先端と陽極との間隔は、常に１ｍｍに固定した。酸素過電圧の測定装置としては、ソーラートロン社製のポテンショガルバノスタット「１４７０Ｅシステム」を用いた。三電極法用の参照極としては、銀－塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を用いた。三電極法を使用しても排除しきれない電解液抵抗を交流インピーダンス法で測定し、電解液抵抗の測定値に基づき前記酸素過電圧を補正した。
ソーラートロン社製の周波数特性分析器「１２５５Ｂ」を使用して、実部と虚部をプロットしたＣｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロットを取得した後に、等価回路フィッティングにより解析することで、電解液抵抗と二重層容量を算出した。
三電極法を使用しても排除しきれないオーム損を交流インピーダンス法で測定し、オーム損の測定値に基づき前記酸素過電圧を補正した。オーム損の測定には、ソーラートロン社製の周波数特性分析器「１２５５Ｂ」を使用した。
実施例１～８及び比較例１～２における評価結果を、表２に示す。
ゼロギャップ型電解セル５００時間通電陽極の酸素過電圧は下記の手順で測定した。
ゼロギャップ型電解セル５００時間通電陽極から、２ｃｍ×２ｃｍの評価用電極を切り出し、ＰＴＦＥで被覆したニッケル製の棒にニッケル製のネジで固定した。対極には白金メッシュを使用し、８０℃、３２ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液中で、電流密度６ｋＡ／ｍ２で電解し、酸素過電圧を測定した。酸素過電圧は、液抵抗によるオーム損の影響を排除するために、ルギン管を使用する三電極法によって測定した。ルギン管の先端と陽極との間隔は、常に１ｍｍに固定した。酸素過電圧の測定装置としては、ソーラートロン社製のポテンショガルバノスタット「１４７０Ｅシステム」を用いた。三電極法用の参照極としては、銀－塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を用いた。三電極法を使用しても排除しきれない電解液抵抗を交流インピーダンス法で測定し、電解液抵抗の測定値に基づき前記酸素過電圧を補正した。
ソーラートロン社製の周波数特性分析器「１２５５Ｂ」を使用して、実部と虚部をプロットしたＣｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロットを取得した後に、等価回路フィッティングにより解析することで、電解液抵抗と二重層容量を算出した。
三電極法を使用しても排除しきれないオーム損を交流インピーダンス法で測定し、オーム損の測定値に基づき前記酸素過電圧を補正した。オーム損の測定には、ソーラートロン社製の周波数特性分析器「１２５５Ｂ」を使用した。
実施例１～８及び比較例１～２における評価結果を、表２に示す。
【0049】
【表1】
【0050】
【表2】
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明の電極は、ゼロギャップ型電解セルにて通電回収後の酸素発生の過電圧が低いため、アルカリを含有する水の電気分解において、再利用可能な水電解槽の陽極として好適に利用できる。
【符号の説明】
【0052】
１ 隔壁
２ 電極
２ａ 陽極
２ｃ 陰極
２ｅ 導電性弾性体
２ｒ 陰極集電体
３ 外枠
４ 隔膜
５ａ 陽極室
５ｃ 陰極室
６ リブ
７ ガスケット
５０ 複極式電解槽
５１ｇ ファストヘッド、ルーズヘッド
５１ｉ 絶縁板
５１ａ 陽極ターミナルエレメント
５１ｃ 陰極ターミナルエレメント
５１ｒ タイロッド
６０ 複極式エレメント
６５ 電解セル
７０ 電解装置
７１ 送液ポンプ
７２ 気液分離タンク
７４ 整流器
７５ 酸素濃度計
７６ 水素濃度計
７７ 流量計
７８ 圧力計
７９ 熱交換器
８０ 圧力制御弁
Ｚ ゼロギャップ構造
２ 電極
２ａ 陽極
２ｃ 陰極
２ｅ 導電性弾性体
２ｒ 陰極集電体
３ 外枠
４ 隔膜
５ａ 陽極室
５ｃ 陰極室
６ リブ
７ ガスケット
５０ 複極式電解槽
５１ｇ ファストヘッド、ルーズヘッド
５１ｉ 絶縁板
５１ａ 陽極ターミナルエレメント
５１ｃ 陰極ターミナルエレメント
５１ｒ タイロッド
６０ 複極式エレメント
６５ 電解セル
７０ 電解装置
７１ 送液ポンプ
７２ 気液分離タンク
７４ 整流器
７５ 酸素濃度計
７６ 水素濃度計
７７ 流量計
７８ 圧力計
７９ 熱交換器
８０ 圧力制御弁
Ｚ ゼロギャップ構造
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】