电极及其制造方法、以及具有该电极的流通型电容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有集流体层、多孔质电极层和离子交换层的电极及其制造方法。另 外，本发明涉及具有这种电极的流通型电容器。此外，本发明涉及具有这种流通型电容器的 脱盐装置及使用该脱盐装置的脱盐方法。
【背景技术】
[0002] 流通型电容器（流通型双电层电容器）用于气体中、液体（水溶液、非水溶液）中 所含的物质的除去、组成的改变。通常，流通型电容器具备具有高表面积的电极层的电极和 在该电极间设置的流路。在物质的除去、组成的改变中，利用使用该电极的、静电性吸附、电 化学性反应、催化性分解等。
[0003] 迄今为止，报道了几种利用由电极引起的离子的静电性吸附的、在含有离子性物 质的水的脱盐中使用的流通型电容器。
[0004] 通常，利用流通型电容器的脱盐通过反复进行脱盐工序（离子吸附工序）和电极 清洗工序（离子解吸工序）来进行，所述脱盐工序中，通过对流通型电容器的电极间施加直 流电压，使得供给至电极间的水中的离子吸附于各电极后，将除去离子性物质后的水回收， 所述电极清洗工序中，通过反向连接直流电源或将电极短路而使得吸附于各电极的离子解 吸从而使电极再生。
[0005] 在专利文献1和2中，记载了以液体的纯化为目的恒电荷层析用色谱柱中使用的 流通型电容器。该流通型电容器中，使用了包含第一导电性支撑层、第一高表面积导电性 层、第一非导电性多孔质间隔层、第二导电性支撑层、第二高表面积导电性层、第二非导电 性多孔质间隔层的相邻层组。并且，上述流通型电容器是将多个上述相邻层组卷绕成螺旋 状而成。记载了上述流通型电容器能够用于含有氯化钠等离子性物质的水的纯化等。在专 利文献2中，除上述卷绕型流通型电容器以外，还记载了层叠有垫圈型电极的流通型电容 器，所述垫圈型电极通过将导电性支撑垫圈、高表面积导电性垫圈和非导电性间隔垫圈层 叠而成。
[0006] 但是，专利文献1和2中记载的流通型电容器存在如下问题：在脱盐工序中，吸附 于电极上的副离子（具有与电极的电荷相同符号的电荷的离子）会阻碍本来要被吸附的抗 衡离子（具有与电极的电荷相反符号的电荷的离子）的吸附这样的问题；副离子解吸后释 放至电极外，混入到进行了脱盐的水中而导致电流效率降低这样的问题。另外还存在如下 问题：在电极清洗工序中，通过使直流电源的连接反转而从电极解吸的离子被再吸附至具 有与该离子的电荷相反符号的电荷的电极上，电极被污染。
[0007] 相对于此，报道了几种使用在电极层的表面设置有离子交换膜的电极的流通型电 容器。在使用这种流通型电容器进行脱盐的情况下，在脱盐工序中，对电极赋予与离子交换 膜的固定电荷相同符号的荷电，在电极清洗工序中，对电极赋予与离子交换膜的固定电荷 相反符号的荷电。在脱盐工序中，从电极解吸的副离子向电极外的释放因上述离子交换膜 而被屏蔽，由此使电流效率升高。另外，在电极清洗工序中，上述的利用电极解吸的离子的 再吸附因上述离子交换膜而被防止。
[0008] 在专利文献3中，记载了使用离子交换膜与多孔质电极相邻而成的电极的流通型 电容器。并且，例示出多种用作上述离子交换膜的具有离子性基团的聚合物。在专利文献4 中，记载了包含含有多孔质材料且以吸附具有与电极的电荷相反符号的电荷的离子的方式 构成的电极和与该电极接触的离子交换材料的电极组件。此外还记载了使用该电极组件的 脱盐装置。在专利文献4中，记载了离子电导性聚合物等作为上述离子交换材料。但是，专 利文献3和4中记载的流通型电容器的电流效率仍不充分。
[0009] 在非专利文献1中，记载了具有在碳电极表面上涂布阳离子交换树脂而成的电极 的流通型电容器。电极表面的阳离子交换树脂通过如下方法形成：将聚乙烯醇涂布到电极 表面上后，利用磺基琥珀酸对该聚乙烯醇进行处理，由此进行交联和磺酸基的导入。此时， 聚乙烯醇的分子间通过酯键而交联。但是，酯键对碱性化学品的耐性低。因此，在电极表面 附着有污渍的情况下，存在难以清洗这样的问题。另外，还存在磺酸基的导入量少这样的问 题。此外，该流通型电容器的电流效率不充分。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1:美国专利第5192432号公报
[0013] 专利文献2 :日本特开平5-258992号公报
[0014] 专利文献3 :美国专利第6709560号公报
[0015] 专利文献4:日本特表2010-513018号公报
[0016] 专利文献5:日本特开昭59-187003号公报
[0017] 专利文献6:日本特开昭59-189113号公报
[0018] 非专利文献
[0019]非专利文献 1 :J.Membr.Sci.，Vol. 355,p. 85 (2010)
【发明内容】
[0020] 发明所要解决的问题
[0021] 本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供电极电阻小、适合作为流 通型电容器用的电极使用的电极及其制造方法。另外，本发明的目的是提供在离子性物质 的除去（脱盐）、离子性物质与非离子性物质的分离等中具有优良的电流效率的流通型电 容器。此外，本发明的目的在于提供使用这种流通型电容器的脱盐装置及使用该脱盐装置 的脱盐方法。
[0022] 用于解决问题的方法
[0023] 上述课题通过提供如下电极而解决，所述电极依次配置有集流体层、多孔质电极 层和离子交换层，上述离子交换层含有使〇. 1~50摩尔％的具有离子性基团的单体共聚而 成的乙烯醇共聚物（P)，上述多孔质电极层含有碳材料。
[0024] 此时，优选乙烯醇共聚物（P)是以乙烯醇聚合物嵌段（A)和具有离子性基团的聚 合物嵌段（B)作为构成成分的嵌段共聚物（P'）。还优选离子交换层的厚度为1~100ym， 并且多孔质电极层的厚度为50~1000ym。
[0025] 上述课题也通过提供如下的电极的制造方法来解决，所述电极的制造方法中，在 集流体层的表面上涂布含有碳材料的浆料和含有乙烯醇共聚物（P)的溶液涂布后，使涂膜 干燥，由此形成多孔质电极层和离子交换层。
[0026] 此时，优选在集流体层的表面上同时涂布含有碳材料的浆料和含有乙烯醇共聚物 (P)的溶液。还优选在集流体层的表面上涂布含有碳材料的浆料后，在该浆料的表面上涂布 含有乙烯醇共聚物（P)的溶液。另外，还优选使涂膜干燥后进一步进行热处理和/或交联。
[0027] 包含上述电极的流通型电容器用电极是本发明的优选实施方式。在此，如下的流 通型电容器是更优选的实施方式，所述流通型电容器的特征在于，在该电极间配置有流路 部，一侧电极中的离子交换层为含有使〇. 1~50摩尔％的具有阳离子性基团的单体共聚而 成的乙烯醇共聚物（P1)的阴离子交换层，另一侧电极中的离子交换层为含有使0.1~50 摩尔％的具有阴离子性基团的单体共聚而成的乙烯醇共聚物（P2)的阳离子交换层，阴离 子交换层与阳离子交换层以隔着流路部相对的方式配置。
[0028] 如下的脱盐装置也是本发明的优选实施方式，所述脱盐装置具有上述流通型电容 器、收纳该流通型电容器的容器和直流电源，上述直流电源以可交换正极和负极的方式与 各电极连接，上述容器具有供于利用流通型电容器的脱盐的含有离子性物质的液体的供给 口和脱盐后的液体的排出口。
[0029] 另外，如下的脱盐方法也是本发明的优选实施方式，所述脱盐方法是使用上述脱 盐装置的含有离子性物质的液体的脱盐方法，其具有：第一工序，以具有阴离子交换层的电 极作为正极、以具有阳离子交换层的电极作为负极，通过