固体高分子膜电极制造技术

本发明专利技术的课题在于提供能够得到在抑制pH的上升的同时具有充分的溶解氢量的电解氢水的固体高分子膜电极。本发明专利技术涉及一种固体高分子膜电极，其是用于生成电解水的固体高分子膜电极，其中，上述固体高分子膜电极具有固体高分子膜和设置于上述固体高分子膜的正反面的含有铂族金属的催化剂层，上述固体高分子膜为烃类阳离子交换膜，并且每单位面积的离子交换容量为0.002mmol/cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体高分子膜电极
本专利技术涉及用于生成电解水的固体高分子膜电极、使用了该固体高分子膜电极的电解水生成装置、电解水的生成方法以及用于生成电解水的固体高分子膜电极用的固体高分子膜。
技术介绍
通过对水进行电解而得到的电解水大致分为在阳极侧生成的酸性电解水和在阴极侧生成的碱性电解水。其中，在阴极侧生成的碱性电解水也被称为电解氢水，具有还原性，因此，被期待能够有利地作用于可能由生物体内的氧化性状态引起的各种异常、疾病。例如，通过饮用电解氢水，观察到慢性腹泻、胃酸过多、制酸、消化不良和胃肠内异常发酵等各种胃肠症状的改善效果。为了在家庭中容易地生成电解氢水，迄今为止已知有各种电解水生成装置。利用这些装置，能够主要使用自来水来容易地生成电解氢水。作为这样的电解水生成装置，已知有具有利用隔膜分离出的包含阴极的阴极室和包含阳极的阳极室的装置(专利文献1)。在这种装置中，例如，如图1所示，组装有电解槽3a，其利用隔膜8分成具有阴极7的阴极室4和具有阳极9的阳极室10这两室。使用上述电解水生成装置对自来水等进行电解的情况下，在阳极室10中的阳极9及阴极室4中的阴极7处，发生以下电解反应，从阴极室4得到电解氢水。阳极：2H2O→O2+4H++4e-阴极：4H2O+4e-→2H2+4OH-现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平09-077672号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题该电解模式中，如上述反应式所示，在阴极产生OH-，因此，随着被电解水的电解进行，生成的电解氢水的pH上升。因此，使被电解水的电解继续时，最终电解氢水的pH超过作为饮料水所允许的pH，因此，不得不限制被电解水的电解时间、电解电流值，其结果是，所得到的电解氢水中的溶解氢量不充分。用于解决问题的手段因此，本专利技术人对于即使进行电解也能够抑制电解氢水的pH的上升的方法进行了摸索。作为对水进行电解的方法之一，目前为止还已知有使用固体高分子膜电极的方法。固体高分子膜电极是指如图2所示在阳离子交换膜等固体高分子膜13上设置有成为水的电解催化剂的催化剂层14a、14b的结构的电极。本专利技术人着眼于，在使用固体高分子膜电极15对自来水等进行电解的情况下，在阳极室10中的阳极9及阴极室4中的阴极7发生如下电解反应。阳极：H2O→1/2O2+2H++2e-阴极：2H++2e-→H2在将阳离子交换膜用于固体高分子膜的情况下，随着通电，H+从阳极向阴极供给，与H2O相比，H+容易被电解还原，因此，主要进行上述阴极反应。由上述式可知，在自来水等的电解中使用固体高分子膜电极15的情况下，认为与具备使用现有的隔膜8的电解槽3a的电解水生成装置不同，在得到电解氢水的阴极室4中，能够抑制OH-的产生。但是，新发现，即使使用上述固体高分子膜电极进行电解，也会产生在电解初期阴极室侧的电解氢水的pH上升的问题。本专利技术人对其原因进行了研究，结果认为，在通电待机时，液体中的Ca离子等阳离子被大量吸入至离子交换膜，由此，在电解时(电解开始时)，膜中的H+、再加上Ca离子等阳离子向阴极的移动增多，妨碍H+向阴极的供给，由此，2H++2e-→H2的反应量减少，代替地，在阴极侧附带地发生4H2O+4e-→2H2+4OH-的反应，这是pH上升的原因。因此，本专利技术人对解决上述问题的手段进行了深入研究，结果发现，通过使用离子交换容量为特定范围的阳离子交换膜作为上述固体高分子膜电极15中使用的固体高分子膜13，能够抑制所生成的电解氢水的pH的上升，从而完成了本专利技术。即，本专利技术如下所述。1.一种固体高分子膜电极，其是用于生成电解水的固体高分子膜电极，其中，上述固体高分子膜电极具有固体高分子膜和设置于上述固体高分子膜的正反面的含有铂族金属的催化剂层，上述固体高分子膜为烃类阳离子交换膜，并且每单位面积的离子交换容量为0.002mmol/cm2以上且0.030mmol/cm2以下。2.如上述1所述的固体高分子膜电极，其中，膜厚为10μm以上且170μm以下。3.如上述1所述的固体高分子膜电极，其中，上述烃类阳离子交换膜含有选自由磺化聚(亚芳基醚醚酮)(“SPEEK”)、磺化聚(醚醚酮酮)(“SPEEKK”)、磺化聚(亚芳基醚砜)(“SPES”)、磺化聚(亚芳基醚苯甲腈)、磺化聚酰亚胺(“SPI”)、磺化聚(苯乙烯)、磺化聚(苯乙烯-b-异丁烯-b-苯乙烯)(“S-SIBS”)及磺化聚(苯乙烯-二乙烯基苯)组成的组中的至少一种烃类聚合物。4.如上述1所述的固体高分子膜电极，其中，上述催化剂层的膜厚为0.30um以下。5.如上述1所述的固体高分子膜电极，其中，上述铂族金属为选自由铂、铱、氧化铂及氧化铱组成的组中的至少一种金属。6.如上述1所述的固体高分子膜电极，其用于使用含有阳离子的水溶液生成电解水。7.如上述6所述的固体高分子膜电极，其中，上述含有阳离子的水溶液为自来水。8.如上述1所述的固体高分子膜电极，其用于生成饮料用的电解水。9.一种电解水生成装置，其至少设置有：具有上述1所述的固体高分子膜电极和隔着上述固体高分子膜电极彼此相对配置的阳极供电体及阴极供电体的电解槽；向上述电解槽中通入被电解水的单元；以及对上述电解槽内的被电解水施加电压而流通电流的单元。10.如上述9所述的电解水生成装置，其中，还设置有对上述电解槽内的固体高分子膜电极中的阳极供电体及阴极供电体施加的电压的极性切换单元。11.一种电解水的生成方法，其具备：准备利用上述1所述的固体高分子膜电极隔离成包含阳极的阳极室和包含阴极的阴极室的电解槽的工序；向阴极室及阳极室中分别通入被电解水的工序；在阴极与阳极之间施加电压使被电解水流通电流而生成电解水的工序；以及将在阴极室内生成的上述电解水取出的工序。12.一种固体高分子膜，其是在膜的正反面设置含有铂族金属的催化剂层而使用的、用于生成电解水的固体高分子膜电极用的固体高分子膜，其中，上述固体高分子膜为烃类阳离子交换膜，并且每单位面积的离子交换容量为0.002mmol/cm2以上且0.030mmol/cm2以下。专利技术效果本专利技术的固体高分子膜电极使用每单位面积的离子交换容量为特定范围的固体高分子膜，因此，能够抑制电解时的电解氢水的pH的上升。由此，在例如使用自来水进行电解的情况下，可以得到在抑制了pH的上升的同时使溶解氢量增加的电解氢水。另外，即使以例如pH9以上(pH小于10)的电解氢水作为被电解水进一步进行电解，也能够抑制pH的上升，因此，可以得到能够在维持作为饮料水所允许的pH(pH小于10)的同时仅使溶解氢量增加、并且具有充分的溶解氢量的电解氢水。附图说明图1是示出利用隔膜分离的现有的电解槽的截面图的图。图2是示出使用本专利技术的固体高分子膜电极的电解槽的截面图的图。图3是示出使用本专利技术的固体高分子膜电极的电解水生成装置的概要的图。具体实施方式以下，参考附图对本专利技术的电极的实施方式详细地进行说明。需要说明的是，在本说明书中，只要没有特殊记载，电解水是指在阴极侧生成的电解氢水。[固体高分子膜电极]如图2所示，本专利技术中的固体高分子膜电极15具有固体高分子膜13和设置于固体高分子膜13的正反面的催化剂层14a、14b。催化剂层14a对应于阳极侧，催化剂层14b对应于阴极侧。(催化剂层)阳极侧的催化剂层14a及阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体高分子膜电极，其是用于生成电解水的固体高分子膜电极，其中，所述固体高分子膜电极具有固体高分子膜和设置于所述固体高分子膜的正反面的含有铂族金属的催化剂层，所述固体高分子膜为烃类阳离子交换膜，并且每单位面积的离子交换容量为0.002mmol/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.04 JP 2016-2163761.一种固体高分子膜电极，其是用于生成电解水的固体高分子膜电极，其中，所述固体高分子膜电极具有固体高分子膜和设置于所述固体高分子膜的正反面的含有铂族金属的催化剂层，所述固体高分子膜为烃类阳离子交换膜，并且每单位面积的离子交换容量为0.002mmol/cm2以上且0.030mmol/cm2以下。2.如权利要求1所述的固体高分子膜电极，其中，膜厚为10μm以上且170μm以下。3.如权利要求1所述的固体高分子膜电极，其中，所述烃类阳离子交换膜含有选自由磺化聚(亚芳基醚醚酮)(“SPEEK”)、磺化聚(醚醚酮酮)(“SPEEKK”)、磺化聚(亚芳基醚砜)(“SPES”)、磺化聚(亚芳基醚苯甲腈)、磺化聚酰亚胺(“SPI”)、磺化聚(苯乙烯)、磺化聚(苯乙烯-b-异丁烯-b-苯乙烯)(“S-SIBS”)及磺化聚(苯乙烯-二乙烯基苯)组成的组中的至少一种烃类聚合物。4.如权利要求1所述的固体高分子膜电极，其中，所述催化剂层的膜厚为0.30μm以下。5.如权利要求1所述的固体高分子膜电极，其中，所述铂族金属为选自由铂、铱、氧化铂及氧化铱组成的组中的至少一种金属。6.如权利要求1所述的固体高分子膜电...

【专利技术属性】
技术研发人员：山内悠平，雨森大治，福田宪二，吉江清敬，松冈功，有本佐，上田哲也，今井顺一，佐藤智和，
申请(专利权)人：株式会社日本多宁，田中贵金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP