本发明的实施方式涉及电极单元、具备电极单元的电解装置、用于电 解装置的电极。
背景技术：
近年来，提供了将水电解而生成具有各种功能的电解水、例如碱性离 子水、臭氧水或次氯酸水等的电解装置。作为电解装置，例如提出了具有3 室型的电解槽的电解水生成装置。电解槽内被阳离子交换膜和阴离子交换 膜划分为中间室、位于该中间室的两侧的阳极室和阴极室这3室。在阳极 室和阴极室中分别配置有具有贯通的多孔结构的阳极和阴极。这些离子交 换膜和电极构成了电极单元。
在这样的电解装置中，例如，在中间室中流通盐水，在阳极室和阴极 室中分别流通水。通过用阴极和阳极将中间室的盐水电解，从而在阳极由 产生的氯气生成次氯酸水，同时在阴极室生成氢氧化钠水。所生成的次氯 酸水被用作杀菌消毒水，氢氧化钠水被用作洗涤水。
在3室型的电解槽中，阴离子交换膜容易因氯、次氯酸而发生劣化。 因此，提出了下述技术，该技术在多孔结构的阳极与阴离子交换膜之间插 入设置有重叠部或切口的无纺布来降低由氯引起的离子交换膜的劣化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-322053号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
但是，将无纺布之类的多孔质膜夹入电极与离子交换膜之间的情况下， 扩散过电压上升，电解效率降低。
本发明所要解决的课题在于提供一种长寿命、高效率的电极单元、电 解装置、和用于电解装置的电极。
用于解决问题的手段
根据实施方式，电解装置具备电极单元。电极单元具备第1电极、第2 电极和隔膜，所述第1电极具有第1表面、位于该第1表面的相反侧的第2 表面、和分别在所述第1表面和第2表面开口的多个贯通孔，所述第2电 极与所述第1电极的第1表面相对设置；所述隔膜设置于所述第1电极与 第2电极之间，至少使阴离子通过，所述第1电极的第1表面至少具有对 于电解的反应非活性部分。
附图说明
图1是示出第1实施方式的电解装置的截面图。
图2是示出第1变形例的电解装置的电解槽的截面图。
图3是示出第2变形例的电解槽的截面图。
图4是示出第1实施方式的电解装置的电极单元的分解立体图。
图5是示出所述电极单元的第1电极的立体图。
图6是将所述第1电极和隔膜放大示出的截面图。
图7是示出将所述第1电极的第1表面作为活性部分时对第1电极的 第1表面与隔膜之间的次氯酸浓度分布进行模拟的结果的图。
图8是示出将所述第1电极的第1表面作为反应非活性部分时对第1 电极的第1表面与隔膜之间的次氯酸浓度分布进行模拟的结果的图。
图9是示出第2实施方式的电解装置的截面图。
图10是示出第2实施方式的电解装置的电极单元的分解立体图。
图11是示出第2实施方式的电极单元的第1电极的立体图。
图12是第3变形例的电解装置的截面图。
图13是示意性地示出第3实施方式的电解装置的第1电极的立体图。
图14是示出第3实施方式的电解装置的第1电极和隔膜的截面图。
图15是示意性地示出第3实施方式的第1电极的制造工序的截面图。
图16是示出第4实施方式的电解装置的截面图。
图17是示出电解反应活性的评价装置的构成例的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图对各种实施方式进行说明。需要说明的是，在实施方 式中对共同的构成附以同一符号，并省略重复的说明。另外，各图是实施 方式和用于促进实施方式的理解的示意图，其形状、尺寸、比例等与实际 的装置有不同之处，这些能够参考以下的说明和公知技术而适当地进行设 计变更。
(第1实施方式)
图1是示意性地示出第1实施方式的电解装置的截面图。电解装置10 例如具备2室型的电解槽11和配置于电解槽11内的电极单元12。电解槽 11形成为扁平的矩形箱状，其内部被电极单元12划分成阳极室16和阴极 室18这2室。
电极单元12具有：位于阳极室16内的第1电极(阳极)20；位于阴极室 18内的第2电极(对置电极、阴极)22；和设置于第1和第2电极间的隔膜 24。隔膜24为至少使阴离子透过的膜，通过该隔膜24将电解槽11内的电 解室划分成阳极室16和阴极室18。第1电极20与隔膜24对置，并且面对 阳极室16而配置，第2电极22与隔膜24对置，并且面对阴极室18而配 置。
电解装置10具备用于对电极单元12的第1和第2电极20、22施加电 压的电源30、电流计、电压计、和对它们进行控制的控制装置36等。也可 以在阳极室16、阴极室18中设置液体的流路。在阳极室16、阴极室18中 也可以连接用于从外部供给原水或电解液等液体或将它们排出的配管或泵 等。另外，也可以在电极单元12与阳极室16或阴极室18之间设置多孔质 的间隔物。
在电解装置10中，电源30的两极与第1电极20和第2电极22电连 接。电源30在控制装置36的控制下对第1和第2电极20、22施加电压。 未图示的电压计与第1电极20和第2电极22电连接，对施加到电极单元 12的电压进行检测。其检测信息被供给至控制装置36。未图示的电流计与 电极单元12的电压施加电路连接，对在电极单元12中流通的电流进行检 测。其检测信息被供给至控制装置36。控制装置36依照存储于存储器的程 序，根据所述检测信息，控制电源30对电极单元12的电压施加或负载。 电解装置10以向阳极室16和阴极室18供给反应对象物质的状态、在第1 电极20与第2电极22之间施加或负载电压，从而使用于电解的电化学反 应进行。本实施方式的电解装置10优选用于对包含卤素的电解质进行电解、 生成卤素化合物作为电解产物的系统。
图2是示出第1变形例的电解装置的电解槽的截面图。如图2所示， 第1电极20的周边部、第2电极22的周边部、和隔膜24的周边部也可以 用作密封部，该密封部用于防止电解水泄漏到电解槽11外部。电解槽11 具有形成阳极室16的矩形的阳极罩11a、和形成阴极室18的矩形的阴极罩 11b，这些阳极罩11a和阴极罩11b夹持着第1电极20的周边部、第2电 极22的周边部和隔膜24的周边部而相互连接。即，第1电极20的周边部、 第2电极22的周边部和隔膜24的周边部被夹持于阳极罩11a与阴极罩11b 之间，并被固定于电解槽11。另外，在第1电极20的周边部与阳极罩11a 之间设有O型环等密封部件8a。在第2电极22的周边部与阴极罩11b之 间设有O型环等密封部件8b。
图3是示出第2变形例的电解装置的电解槽的截面图。如第2变形例 那样，在第1电极20与隔膜24之间例如可以设置由无纺布等构成的间隔 膜25。
接着，对电解槽11的电极单元12进行详细说明。图4是示出电解装 置10中的电极单元的分解立体图，图5是示出第1电极的第1表面侧的立 体图。
如图1、图2和图4所示，板状的第1电极20例如具有在由矩形的金 属板构成的基材21中形成有大量贯通孔13的多孔结构。基材21具有第1 表面21a、和与第1表面21a大致平行对置的第2表面21b。第1表面21a 与第2表面21b的间隔、即板厚形成为T1。第1表面21a与隔膜24对置， 第2表面21b与阳极室16对置。
贯通孔13在第1电极20的几乎整个面上以矩阵状排列且大量地形成。 各贯通孔13例如截面形成为圆形，在第1表面21a和第2表面21b开口。 需要说明的是，贯通孔13可以按照第1表面21a侧的开口直径大于第2表 面21b侧的开口直径的方式由锥形的壁面、或弯曲的壁面形成。贯通孔13 不限于圆形，可以使用矩形、椭圆形等各种形状。贯通孔13不限于规则地 排列，也可以随机地排列形成。
作为第1电极20的基材21，可以使用钛、铬、铝或其合金等阀金属、 导电性金属。其中优选钛。根据电解反应的不同，为了降低活化过电压， 优选在第1电极20的第1表面21a、第2表面21b、和贯通孔13的侧面(内 表面)形成电解催化剂(催化剂层)。催化剂层形成对电解为活性的电解反应 活性部分50。催化剂层的厚度通常为0.5～5μm左右。在将电极用作阳极 的情况下，作为电极的基材自身，优选使用铂等贵金属催化剂、氧化铱等 氧化物催化剂。可以按照电解催化剂的每单位面积的量在第1电极20的两 面不同的方式来形成。
根据本实施方式，第1电极20的第1表面21a大致平坦地形成，具有 对电解为非活性的电解反应非活性部分52。关于该电解反应非活性部分52， 在下文中详细说明。
如图1、图2和图4所示，本实施方式中，第2电极(对置电极、阴极)22 与第1电极20同样地构成。即，第2电极22例如具有在由矩形的金属板 构成的基材23中形成有大量贯通孔15的多孔结构。基材23具有第1表面 23a、和与第1表面23a大致平行地对置的第2表面23b。第1表面23a与 隔膜24对置，第2表面23b与阴极室18对置。
作为隔膜24，可以使用各种电解质膜或具有纳米孔的多孔质膜。作为 电解质膜，可以使用高分子电解质膜、例如离子交换固体高分子电解质膜， 具体而言，可以使用阴离子交换性的膜、或烃系的膜。作为阴离子交换性 的膜，可以举出Tokuyama Corporation制造的A201、ASTOM Corporation 制造的AMX、旭硝子株式会社制造的SELEMION等。作为具有纳米孔的 多孔质膜，有多孔质玻璃、多孔质氧化铝、多孔质氧化钛等多孔质陶瓷、 多孔质聚乙烯、多孔质丙烯等多孔质聚合物等。通过设置这样的隔膜24， 可以提高离子选择性。
隔膜24例如形成为与第1电极20几乎相等尺寸的矩形，与第1电极 20的第1表面21a的整个面对置。本实施方式中，隔膜24被夹持于第1 电极20的第1表面21a与第2电极22的第1表面23a之间。第1电极20 与隔膜24直接接触时，离子的扩散过电压降低，因而优选，但也可以不必 接触。或者，如图3所示的第2变形例那样，也可以在第1电极20与隔膜 24之间设有间隔膜25等其它结构体。另外，第1电极20和隔膜24的周边 部也可以用作密封部，该密封部用于防止电解水泄漏到电解槽11外部。第 2电极22也可以不与隔膜24直接接触，或者也可以在第2电极22与隔膜 24之间设置其它结构体。
在电解装置10中，由电解反应生成的酸性水、碱性水、反应气体等电 解产物通过第1电极20的第2表面21b、并通过第2电极22的第2表面 23b，从阳极室16和阴极室18被排出到外部。但是，被输送到阳极室16 中的原水、或电解液的流动在贯通孔13内部被阻碍，另外，在第1电极20 的第1表面21a与隔膜24的相邻部，利用流动进行的排出变得困难。此外， 反应产物、例如次氯酸、氯气等停留，反应过电压上升，并且会因自由基 等导致隔膜24的劣化。此外，若在第1电极20与隔膜24之间的狭窄区域 产生气体，则隔膜24有时也会因气体的压力而破裂。
于是，根据第1实施方式，与隔膜24对置的第1电极20的第1表面 21a至少部分具有不发生电解反应的电解反应非活性部分52，将其它部分 作为电解反应活性部分50。如图1、图3和图5所示，例如在冲孔金属形 状的第1电极20中，电解反应活性部分50形成于贯通孔13的侧面(内表 面)、或第2表面21b、或第1表面21a的各贯通孔13的周围，将第1表面 21a的其它部分作为电解反应非活性部分52。在包围第1表面21a的各贯 通孔13的周围的多个环状部形成电解反应活性部分50的情况下，如图6 所示，将第1表面21a与隔膜24的距离设为D时，优选将第1表面21a 的至少距贯通孔13的周边的距离L为L≥1.5×D的部分作为电解反应非活 性部分52。
以通过氯化钠水溶液的电解而生成次氯酸为例进行模拟。作为透过隔 膜24被第1电极(阳极)20电吸引并到达阳极室16的氯离子的浓度分布、 和第1电极20的电流密度分布、以及在阳极室16中流动的流体的流速分 布的结果，如图7所示，将第1电极20的第1表面21a作为电解反应活性 部分50的情况下，可知次氯酸以高浓度停留于第1电极20的第1表面21a 与隔膜24之间。这样，认为在第1电极20的隔膜24附近产生高浓度的区 域的现象是透过隔膜24而供给离子的电解槽固有的现象。若高浓度的次氯 酸停留于隔膜24的表面，则会引起隔膜24的劣化。特别是，隔膜24的表 面形成高浓度区域是距贯通孔13的周边的距离L为L≥1.5×D的区域。因 此，通过将与该区域相当的部分的电极表面作为电解反应非活性部分，认 为可抑制次氯酸的生成，能够防止次氯酸的停留。
图8示出了使第1电极20的第1表面21a为非活性时的次氯酸的浓度 分布。由该图可知，在将第1表面21a作为电解反应非活性部分52的情况 下，在隔膜24的表面不产生次氯酸高浓度区域。由以上内容发现，在第1 电极20的第1表面21a中，通过将距贯通孔13的周边的距离L为L≥1.5×D 的部分作为电解反应非活性部分52，可以抑制隔膜24表面的次氯酸高浓度 区域的产生。
如上所述，为了尽可能降低扩散过电压，使电极与隔膜24接触是理想 的。该情况下，第1电极20的第1表面21a与隔膜24的距离D为0，因 而贯通孔13的周边至电解反应非活性部分的距离L也为0，即，优选第1 表面21a的几乎整个面为电解反应非活性部分52。需要说明的是，在下文 中进行说明，在第1表面21a不是平坦面而具有凹凸的情况下，没有该限 定。
如图2所示的第1变形例那样，将第1电极20的周边部和隔膜24的 周边部用作密封部的情况下，在密封部中，与在隔膜24内扩散来的阴离子 发生少许的电解反应，但原水或电解液等流体被屏蔽，因而次氯酸或氯气 等反应产物不被排出，容易发生隔膜的劣化。因此，与密封部相当的第1 电极20的第1表面21a的周边部优选不设置催化剂层而作为电解反应非活 性部分52。
在本实施方式和变形例中，电解反应非活性部分52例如定义为通常运 转电流密度范围(30～300mA/cm2)下的电解反应过电压比电解反应活性部 分50大300mV以上的部分。
因此，此处所述的“非活性”是指与“活性部分”相比相对地活性度 充分低，并不是指完全不发生电解反应。
作为区别电解反应活性部分50与电解反应非活性部分52的方法，有 下述方法：分别制作各电极，对电化学反应活性进行评价。例如，以作为 电解反应之一的氯的产生反应为目的，将以成为0.25M(Ir)的方式在氯化铱 (IrCl3·nH2O)中加入1-丁醇而制备的溶液浸渍涂布至在10wt％草酸水溶液 中于80℃进行了1小时处理的0.1mm的钛板(电极基材)，之后进行干燥， 在450℃下烧成10分钟。将该涂布与干燥、烧成重复5次，得到形成有氧 化铱催化剂的电极。以反应电极面积为1cm×1cm的方式切割该电极，作为 图17所示的3极式电池80的工作电极71插入。3极式电池80的对电极 74使用铂网，参比电极73使用可逆氢电极(RHE)。在电解液75中加入0.1M 的盐酸和1M的盐水，使用恒电位仪对工作电极71施加电压，取得循环伏 安图。此时，125mA/cm2的电流流通时的电压为1.6VvsRHE。
与此相对，代替涂布氧化铱，在冰浴下向原钛酸四异丙酯中加入乙醇 和二乙醇胺，边搅拌边滴加乙醇混合水而制作溶胶，并涂布至钛板。之后， 在500℃下烧成7分钟，反复进行3次涂布和烧成后，在450℃下烧成1小 时，得到形成有氧化钛的绝缘覆膜的电极。以反应电极面积为1cm×1cm的 方式切割该电极，在0.1M的盐酸和1M的盐水的电解液中取得循环伏安图。 此时，125mA/cm2的电流流通时的电压为1.9VvsRHE。
假如在同一电极上存在上述的氧化铱催化剂和氧化钛的绝缘覆膜，则 如上述结果那样在引入同一电流时会产生300mV以上的电压差。因此，虽 然也根据电解反应而异，但假设塔菲尔斜率为60mV/dec时，反应速度之差 约为150倍。即，由于反应基本上在氧化铱催化剂上发生，因而氧化铱催 化剂的形成区域可以定义为电解反应活性部分，氧化钛绝缘覆膜的形成区 域可以定义为电解非活性部分。
需要说明的是，在上述示例中，虽然提到了氯产生，但只要是氧产生、 氧还原、金属氧化、纯碱电解反应等各种电化学反应，则设置电解反应活 性部分和电解反应非活性部分的该方法就是有效的。
即，在电解反应非活性部分52中基本上不发生电解反应，因而通过设 置于第1电极20与隔膜24的界面的电解反应产物或气体容易停留的部分， 可以抑制隔膜24的劣化。
作为电解反应活性部分50和电解反应非活性部分52的形成方法，如 图3所示，仅在由钛、铬、铝及其合金等阀金属构成的第1电极20的第1 表面21a的一部分、此处仅在各贯通孔13的周围的环状部涂布具有导电性 的铂等贵金属催化剂或氧化铱等氧化物催化剂等，能形成电解反应活性部 分50。该情况下，通过适当地设定电解电压，活化过电压低的催化剂涂布 部成为电解反应活性部分50，活化过电压相对高的未涂布催化剂的部分成 为电解反应非活性部分52。
除此以外，也可以在电极的整个面形成催化剂后，将希望抑制气体产 生的部分的催化剂除去，从而形成电解反应非活性部分52。例如，在冲孔 金属状的钛电极的整个面(第1表面21a、第2表面21b、贯通孔13的侧面) 形成催化剂层后，对于包含周边部的第1表面21a，通过研磨或喷射加工将 催化剂除去，由此可以形成非活性部分。在冲孔金属的情况下，若将存在 塌边(ダレ)的面作为第1表面21a，并利用上述方法进行催化剂涂布和利用 研磨的催化剂除去，则附着于塌边的部分的催化剂不会被研磨除去而残留， 因而可以容易地制作图5所示的结构的电极。
作为电解反应非活性部分52的其它形成方法，例如可以在第1电极20 的第1表面21a上形成由氯乙烯树脂、偏二氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙 烯酯、ABS、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚酰 亚胺、聚丙烯、聚异丁烯、丙烯酸类树脂、聚碳酸酯、氟树脂、氯化聚醚、 甲基戊烯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等塑料、天然橡胶、丁基橡胶、乙丙 橡胶、氟橡胶等橡胶、氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化 镍、氧化钨等陶瓷等构成的绝缘层，从而可以形成电解反应非活性部分52。
即，构成电解反应活性部分50的导电性部分的表面主要由具有106S/m 以上的电导率的材料形成，构成电解反应非活性部分52的绝缘性部分的表 面主要由具有10-6S/m以下的电导率的材料形成。
此外，作为绝缘层的材料，若使用氯乙烯、偏二氯乙烯、聚乙烯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚酰亚胺、氟树脂、氧化硅、 氧化钨等在pH为2以上且6以下的区域中ζ-电位为负的材料，则通过电排 斥抑制阴离子向第1电极20与隔膜(阴离子交换膜)24的界面的供给，可更 有效地抑制反应气体的停留导致的阴离子交换膜的劣化，提供长寿命的电 极单元12和电解装置10。
通过电解在阳极室16中生成次氯酸的情况下，考虑到对于次氯酸的耐 久性，绝缘层的材料优选氯乙烯、偏二氯乙烯、聚乙烯、氟树脂、氧化硅、 氧化钨。特别是，从稳定性和绝缘特性的方面出发，更优选氟树脂、氧化 硅。
若利用如上构成的电解装置和电极单元，通过在与至少使阴离子通过 的隔膜对置的第1电极的第1表面设置电解反应非活性部分52，可以抑制 电解反应产物容易停留于隔膜表面的部分的电解反应。设置电解反应非活 性部分52的位置根据第1电极的第1表面与隔膜的距离而决定。由此，可 抑制反应气体导致的隔膜、例如阴离子交换膜的劣化，可以得到长寿命的 电极单元和电解装置。
此外，通过在与隔膜对置的第1电极的第1表面设置电解反应活性部 分50和电解反应非活性部分52，从而使第1电极20与隔膜(阴离子交换膜) 接触，将扩散过电压抑制为较低，同时将反应气体难以被排出的部分作为 电解反应非活性部分而抑制电解反应，将反应气体的排出容易的部分作为 电解反应活性部分50而产生电解反应。由此，可抑制反应气体导致的隔膜、 例如阴离子交换膜的劣化，可以得到长寿命的电极单元和电解装置。另外， 可以抑制电极的扩散过电压的上升，可以实现反应效率的提高。
综上所述，根据本实施方式，可得到能够长时间维持电解性能的长寿 命的电极单元、电解装置和电极。
接着，对其它实施方式的电极单元和电解装置进行说明。需要说明的 是，在以下说明的其它实施方式中，对于与上述第1实施方式相同的部分 附以同一参照符号并省略其详细说明，而以与第1实施方式不同的部分为 中心进行详细说明。
(第2实施方式)
图9是示意性地示出第2实施方式的电解装置的截面图，图10是电极 单元的分解立体图，图11是示出第1电极的第1表面侧的立体图。
为了增大进行电解反应的电极的反应面积，以细筛网构成电极较好， 但仅用细线构成时，对于电解电流的电阻过电压升高，也无法确保作为电 极的机械强度。因此，根据第2实施方式，第1电极20为网眼结构，其包 括兼顾电流的主要路径和强度维持的线宽较宽的线状部、和用于确保电解 反应面积的较细的线状部。即，第1电极20具有存在2种以上不同宽度的 线状部的网眼结构，细的线状部的表面形成了电解反应活性部分。另外， 第1电极20具有多孔结构，其贯通孔在第1表面21a侧和第2表面21b侧 开口直径不同。
如图9和图10所示，第1电极20例如具有在由矩形的金属板构成的 基材21中形成有大量贯通孔的多孔结构和网眼结构。基材21具有第1表 面21a、和与第1表面21a大致平行对置的第2表面21b。第1表面21a与 隔膜24对置，第2表面21b与阳极室16对置。
在基材21的第1表面21a形成有多个第1孔部40，在第1表面21a 开口。另外，在第2表面21b形成有多个第2孔部42，在第2表面21b开 口。成为隔膜24侧的第1孔部40的开口直径R1小于第2孔部42的开口 直径R2，另外，关于孔部的数量，与第2孔部42相比更多地形成第1孔 部40。第1孔部40的深度为T1，第2孔部42的深度为T2。本实施方式 中，以T1<T2的方式形成。
第2孔部42例如形成为矩形，以矩阵状排列设置于第2表面21b。规 定各第2孔部42的周壁可以由从孔部的底部向开口、即朝向第2表面侧而 直径变宽的锥面或弯曲面形成。相邻的第2孔部42间的间隔、即电极的线 状部60a的宽度设定为W2。需要说明的是，第2孔部42不限定于矩形， 也可以为其它各种形状。另外，第2孔部42不限于规则地排列，也可以随 机地排列形成。
第1孔部40例如形成为矩形，以矩阵状排列设置于第1表面21a。规 定各第1孔部40的壁面可以由从孔部的底部向开口、即朝向第1表面21a 而直径变宽的锥面或弯曲面形成。本实施方式中，多个、例如16个第1孔 部40与1个第2孔部42相对设置。这16个第1孔部40分别与第2孔部 42连通，与第2孔部42一同形成了贯通基材21的贯通孔。在相邻的第1 孔部40间形成网状的线状部60b，线状部60b的宽度W1设定为小于第2 孔部42间的线状部60a的宽度W2。由此，第1表面21a的第1孔部40的 数密度与第2表面21b的第2孔部42的数密度相比充分大。
需要说明的是，第1孔部40不限定于矩形，也可以为其它形状。第1 孔部40不限于规则地排列，也可以随机地排列形成。此外，不限于所有第 1孔部40与第2孔部42连通的构成，也可以包括未与第2孔部42连通的 第1孔部。
如图11所示，第1电极20的第1表面21a具有电解反应活性部分50 和电解反应非活性部分52。在第1表面21a中，将与隔膜24的接触宽度宽、 所产生的气体难以被排出的宽的线状部60a作为电解反应非活性部分52， 将产生气体能容易地排出的线宽细的线状部60b作为电解反应活性部分 50。电解反应活性部分50和电解反应非活性部分52的形成方法与上述第1 实施方式相同。即，例如可以将具有导电性的铂等贵金属催化剂或氧化铱 等氧化物催化剂等涂布至细的线状部60b，从而形成电解反应活性部分50。 或者，可以在宽的线状部60a上形成绝缘层，从而形成电解反应非活性部 分52。
如图9和图10所示，根据第2实施方式，第2电极(阴极)22与第1电 极20同样地以多孔结构和网眼结构构成。即，第2电极22例如具有由矩 形的金属板构成的基材23，基材23具有第1表面23a、和与第1表面23a 大致平行对置的第2表面23b。第1表面23a与隔膜24对置，第2表面23b 与阴极室18对置。
在基材23的第1表面23a形成多个第1孔部44，在第1表面23a开口。 另外，在第2表面23b形成多个第2孔部46，在第2表面23b开口。成为 隔膜24侧的第1孔部44的开口直径小于第2孔部46的开口，另外，关于 孔部的数量，与第2孔部46相比更多地形成第1孔部44。第1孔部44的 深度比第2孔部46的深度形成得更小。
多个、例如16个第1孔部44与1个第2孔部46相对设置。这16个 第1孔部44分别与第2孔部46连通，与第2孔部46一同形成了贯通基材 23的贯通孔。在相邻的第1孔部44间形成了宽度细的网状的线状部，在相 邻的第2孔部46间形成了宽度宽的网状、格子状的线状部。第1表面23a 的第1孔部44的数密度与第2表面23b的第2孔部46的数密度相比充分 大。
通过将如上所述构成的第1电极20、隔膜24、第2电极22相对配置， 从而得到电极单元12。在第2实施方式中，电解装置10的其它构成与上述 第1实施方式和第1变形例相同。根据第2实施方式，使第1电极20与隔 膜24接触，将扩散过电压抑制为较低，同时难以排出产生气体的宽度宽的 线状部抑制电解反应，在产生气体的排出容易的细的线状部发生电解反应， 由此可抑制产生气体导致的隔膜(离子交换膜)的劣化，可以得到长寿命的电 极单元和电解装置。另外，可以抑制电极的扩散过电压的上升，可以实现 反应效率的提高。
需要说明的是，为了使产生气体的排出更顺利、抑制隔膜的劣化，使 第1电极20的第1表面的电解反应活性部分50向第2表面21b侧凹陷， 在与隔膜24之间设置间隙是有效的。
图12示出了第3变形例的电解装置。
在电解装置中，为了提高电解效率，抑制与产生目标产物的主反应同 时进行的副反应是有效的。例如，在上述制造次氯酸水的电解装置中，第1 电极(阳极)的主反应是通过氯离子的氧化而生成次氯酸，但作为副反应还会 通过氢氧化物离子的氧化而生成氧。由于氯离子通过隔膜而到达阳极(第1 电极)，因而，在氯离子浓度高的电极的第1表面(隔膜附近)，氯离子氧化 反应的扩散过电压低，次氯酸的生成效率高。但是，在电极的背面(第2表 面)，氯离子浓度低，因而氯离子氧化反应的扩散过电压升高，容易通过氢 氧化物离子氧化反应而生成氧，次氯酸的生成效率降低。
为了抑制这样的副反应，如图12所示，使第1电极20的第2表面(背 面)21b为电解反应非活性部分54是有效的。例如，与上述实施方式同样地， 通过在第2表面21b上形成由氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、 氧化镍等陶瓷等构成的绝缘层62，可以形成电解反应非活性部分54。
在这样的第1电极20中，在主反应的扩散过电压高的第2表面21b中 可以抑制副反应进行，因而不会白白消耗电流，可以高效地生成目标电解 产物。
(第3实施方式)
图13是示出第3实施方式的电解装置的第1电极的第1表面侧的立体 图。根据本实施方式，在第1电极20的第1表面21a整体形成第1图案的 第1凹陷(凹凸)，在第1电极20的第2表面21b整体形成与第1图案不同 的第2图案的第2凹陷(凹凸)。
本实施方式中，第1图案的第1凹陷具有形成于基材21的第1表面21a 的多个细的线状的第1凹部70，这些第1凹部70分别在第1表面21a开口。 第2图案的第2凹陷具有形成于基材21的第2表面21b的多个粗的线状的 第2凹部72，这些第2凹部72分别在第2表面21b开口。除了基材21的 周边部外，这些第1凹部70和第2凹部72形成于整个矩形的有效区域中。 并且，多个第1凹部70与1个第2凹部72连通，分别构成了贯通孔13。
多个第1凹部70以细长的直线状形成，在第1方向X、例如水平方向 延伸。多个第1凹部70相互平行地排列设置。各第1凹部70比第2凹部 72的开口宽度W3更长地形成。本实施方式中，第1凹部70从第1表面 21a的有效区域(除第1表面的周边部外的矩形的中央区域)的一端至另一端 连续地延伸。各第1凹部70的深度D1比基材21的板厚T的一半更浅， 例如形成为0.1～0.2mm。本实施方式中，各第1凹部70按照从底部侧向 第1表面21a宽度变宽的方式形成，即，具有近似梯形的截面形状。由此， 一部分第1凹部70以0.2mm的贯通宽度W2与多个第2凹部72连通。
形成于第2表面21b侧的多个第2凹部72以细长的直线状形成，在与 第1方向X交叉的方向、例如与第1方向X垂直的第2方向Y延伸。多个 第2凹部72相互平行地排列设置。各第2凹部72从第2表面21b的有效 区域(除第2表面的周边部外的矩形的中央区域)的一端至另一端连续地延 伸。各第2凹部72的开口宽度W3大于第1凹部70的开口宽度W1，例如 形成为1.6mm，第2凹部72的深度D2比基材21的板厚T的一半更深， 例如形成为0.6～0.7mm。本实施方式中，各第2凹部72按照从底部侧向 第2表面21b宽度变宽的方式形成，具有近似梯形的截面形状。
如图14所示，除了以细长的线状残留的第1表面21a外，在各第1凹 部70的侧面和底面、第2表面21b的整个面形成催化剂层、例如铱氧化物 催化剂层，作为电解反应活性部分50。第1表面21a不形成催化剂，构成 了电解反应非活性部分52。第1电极20以第1表面21a与隔膜24接触的 状态进行配置。
如图15(a)所示，如上构成的第1电极20例如对基材21的第1表面21a 和第2表面21b进行蚀刻而部分削除，形成具有第1图案的第1凹陷和具 有第2图案的第2凹陷。接着，用催化剂层被覆第1表面21a、第2表面 21b、第1凹部70和第2凹部72的整体。
接着，如图15(b)所示，对成为凸部的第1表面21a进行研磨，将第1 表面21a上的催化剂层除去。由此，将第1电极20的第1表面21a作为电 解反应非活性部分52。第1凹部70和第2凹部72的截面形状不限于梯形， 可以为矩形、半圆形、椭圆形、圆弧形等各种形状。另外，第1凹部70与 第2凹部72交叉的角度不限于直角，可以为其它任意的角度。
根据上述构成的第1电极20，在细线状的第1凹部70中流通的流体从 贯通孔13通过线状的第2凹部72而向阳极室16、或阴极室流通。主要的 电解反应在从隔膜24起略微离开深度D1的第1凹部70的底面的区域发生， 作为产物的次氯酸从第1凹部70形成的微小的间隙藉由贯通孔13被回收 至阳极室16。由此，可以兼顾高的生成效率和防止隔膜劣化。在使用这种 形状的第1电极20时，电解产物容易停留的是与隔膜24最相邻的第1表 面21a的区域。因此，优选将以凸状残留的第1表面21a作为电解反应非 活性部分52，将第1凹部70的侧面和底面作为电解反应活性部分50。在 这种第1电极的情况下，将电极的周边部作为密封部时，也优选将该周边 部的第1表面作为电解反应非活性部分。
(第4实施方式)
图16是示意性地示出第4实施方式的电解装置的截面图。第4实施方 式中，电解装置10具备3室型的电解槽11和电极单元12。电解槽11形成 为扁平的矩形箱状，在其内部(电解室)配置有电极单元12。电解槽11具有 形成中间室19的矩形框状的中间框11c、形成阳极室16的大致矩形的阳极 罩11a、和形成阴极室18的阴极罩11b，以在阳极罩11a与阴极罩11b之 间夹持中间框11c的状态将它们相互连接，由此构成了电解槽11。
电极单元12具备：将电解槽11的电解室内划分成阳极室16和中间室 19的第1隔膜24a；将电解室内划分成中间室19和阴极室18的第2隔膜 24b；位于阳极室16内并与第1隔膜24a对置的第1电极(阳极)20；和位于 阴极室18内并与第2隔膜24b对置的第2电极(阴极)22。第1隔膜24a和 第2隔膜24b隔着间隙而相互平行对置，在这些隔膜24a、24b间形成了中 间室19。在中间室19内也可以设置多孔质的间隔物作为用于保持电解液的 保持体。
电解装置10具备用于对电极单元12的第1和第2电极20、22施加电 压的电源30、电流计32、电压计34、和对它们进行控制的控制装置36。 也可以在阳极室16、阴极室18中设置液体的流路。在阳极室16、阴极室 18中也可以连接用于从外部供给液体或将液体排出的配管或泵等。另外， 根据情况，也可以在电极单元12与阳极室16或阴极室18之间设置多孔质 的间隔物。
在电极单元12中，第1电极20和第2电极22使用在上述第1实施方 式或第2、第3实施方式中示出的第1电极和第2电极。即，第1电极20 和第2电极22具有存在大量贯通孔的多孔结构。另外，与第1隔膜24a对 置的第1电极20的第1表面21a具有电解反应非活性部分52。在第1电极 20的第2表面21b和各贯通孔13的侧面(内表面)形成催化剂层，从而形成 了电解反应活性部分50。
第1隔膜24a是使阴离子透过的隔膜，第2隔膜24b是使阳离子透过 的隔膜。第1隔膜24a例如形成为与第1电极20几乎相等尺寸的矩形，与 第1电极20的第1表面21a对置。第2隔膜24b例如形成为与第2电极22 几乎相等尺寸的矩形，与第2电极22的第1表面23a对置。
作为第1隔膜24a和第2隔膜24b，可以使用在上述第1实施方式中说 明的各种电解质膜或具有纳米孔的多孔质膜。
第1电极20的周边部、第2电极22的周边部、以及第1和第2隔膜 24a、24b的周边部可以作为用于防止电解水泄露到电解槽11外部的密封部 利用。即，第1电极20的周边部和第1隔膜24a的周边部被夹持于中间框 11c与阳极罩11a的端面之间，并被固定于电解槽11。在第1电极20的周 边部与阳极罩11a之间设有O型环等密封部件8a1。在第1隔膜24a的周 边部与中间框11c之间设有O型环等密封部件8a2。
第2电极22的周边部和第2隔膜24b的周边部被夹持于中间框11c与 阴极罩11b的端面之间，并被固定于电解槽11。在第2电极22的周边部与 阴极罩11b之间设有O型环等密封部件8b1。在第2隔膜24b的周边部与 中间框11c之间设有O型环等密封部件8b2。
密封部虽然不发生流体的流动，但在隔膜中含有的离子与电极之间会 产生电解反应，因而电解产物或气体停留，容易产生隔膜的劣化。因此， 在密封部中，第1电极20的第1表面21a作为电解反应非活性部分52。同 样地，在密封部中，第2电极22的第1表面23a作为电解反应非活性部分。
这样的电解装置10优选对包含卤素的电解质进行电解。例如，在为生 成次氯酸水的电解装置10的情况下，向中间室19流通包含氯离子的电解 液、例如盐水，向左右的阳极室16和阴极室18流通水，利用第1电极(阴 极)20和第2电极(阳极)22将中间室19的盐水电解。由此，在阳极室16中 生成次氯酸水，并且在阴极室18中生成氢氧化钠水。
在具有3室型的电解槽11的电解装置10中，在第1电极(阳极)侧产生 次氯酸和氯气，但作为第1隔膜24a使用的阴离子交换膜容易因次氯酸或 氯气而发生劣化。因此，使具有电解反应非活性部分52的第1电极20与 第1隔膜(阴离子交换膜)24a相邻，将扩散过电压抑制为较低，同时次氯酸 或氯气容易停留的部分作为电解反应非活性部分52而抑制电解反应，次氯 酸或氯气的排出容易的部分作为电解反应活性部分50而产生电解反应。由 此，可抑制因氯气导致的第1隔膜(阴离子交换膜)24a的劣化，可以得到长 寿命的电极单元、电解装置。
接着，对各种实施例和比较例进行说明。
(实施例1)
电极基材21使用板厚T1为0.5mm的平坦的钛板，对该钛板进行蚀刻， 从而制作图4～图6所示的第1电极20。在电极内，包含小径的第1孔部 40的区域的厚度(第1孔部的深度)T1为0.15mm，包含大径的第2孔部42 的区域的厚度(第2孔部的深度)T2为0.35mm。第1孔部40为矩形，其孔 径R1为0.57mm，第2孔部42为矩形，其孔径R2为2mm。在相邻的第1 孔部40间形成的网状的线状部60b的宽度W1为0.1mm，在相邻的第2孔 部42间形成的宽的线状部60a的宽度W2为1.0mm。
将该第1电极20在10wt％草酸水溶液中于80℃处理1小时。以0.25M(Ir) 的方式在氯化铱(IrCl3·nH2O)中加入1-丁醇，将所制备的溶液涂布至电极基 材21的第1表面21a后，进行干燥、烧成。该情况下，干燥在80℃进行 10分钟，烧成在450℃下进行10分钟。将这样的涂布、干燥、烧成重复5 次，得到形成有氧化铱催化剂的电极基材。以反应电极面积为3cm×4cm的 大小的方式对该电极基材进行切割，形成第1电极(阳极)20。
在冰浴下向原钛酸四异丙酯中加入乙醇和二乙醇胺，在搅拌下滴加乙 醇混合水而制作溶胶。将该溶胶恢复至室温，在第1电极20的第1表面21a 内，以遮蔽细的线状部60b的状态，用毛刷涂布至宽的线状部60a。将所涂 布的膜在500℃下烧成7分钟。反复进行3次涂布和烧成后，在500℃下烧 成1小时，得到由氧化钛构成的绝缘层。在上述电极制作中，代替制作氧 化铱而在电极基材的表面溅射铂，形成第2电极(阴极)22。
使用这些第1电极20和第2电极22电极，制作图6所示的电极单元 12和电解槽11。作为第1隔膜24a，使用作为阴离子交换膜的Tokuyama 制造的A201，作为第2隔膜24b，使用Nafion 117。作为保持电解液的保 持体，使用厚度5mm的多孔质聚苯乙烯。使用硅酮密封剂和螺钉将这些第 1和第2电极、第1和第2隔膜、多孔质聚苯乙烯重合并固定，形成电极单 元12。
电解槽11的阳极室16和阴极室18分别由形成有直线流路的氯乙烯制 的容器形成。设置控制装置36、电源30、电压计、电流计。将用于向阳极 室16和阴极室18供给自来水的配管和泵连接至电解槽11，将用于向电极 单元12的保持体(多孔质聚苯乙烯)循环供给饱和盐水的饱和盐水罐和配 管、泵连接至电解槽11。
使用电解装置10，以电流1.5A进行电解，在第1电极(阳极)20侧生成 次氯酸水，在第2电极(阴极)22侧生成氢氧化钠水。即便在1000小时的连 续运转后，电解效率也较高地维持为70％以上，酸性水中的盐分浓度维持 0.05％以下。几乎未见到第1隔膜的劣化，可以实行稳定的电解处理。
(实施例2)
对于与实施例1同样地形成了氧化铱催化剂的电极基材，在遮蔽了第1 表面21a的细的线状部60b的状态下，通过喷砂除去第1表面21a的宽的 线状部60a上的氧化铱催化剂，制作出第1电极20。除了第1电极20以外， 与实施例1同样地制作出电解装置10。
使用该电解装置，以电流1.5A进行电解，在第1电极(阳极)20侧生成 次氯酸水，在第2电极(阴极)22侧生成氢氧化钠水。即便在1000小时的连 续运转后，电解效率也较高地维持为70％以上，酸性水中的盐分浓度维持 0.05％以下。几乎未见到第1隔膜的劣化，可以实行稳定的电解处理。
(实施例3)
与实施例1同样地对钛基材进行蚀刻，制作出多孔结构的电极基材。 将该电极基材预先在10wt％草酸水溶液中于80℃处理1小时。以0.25M(Ir) 的方式在氯化铱(IrCl3·nH2O)中加入1-丁醇，将所制备的溶液在遮蔽了电极 基材的第1表面21a和第2表面21b的宽的线状部60a的状态下，涂布至 第1表面21a和第2表面21b，之后与实施例1同样地反复进行干燥和烧成， 得到两面形成有氧化铱催化剂的电极基材。以反应电极面积为3cm×4cm的 大小的方式对该电极基材进行切割，形成第1电极(阳极)20。
除了第1电极(阳极)20以外，与实施例1同样地制作出电解装置10。
使用该电解装置，以电流1.5A进行电解，在第1电极(阳极)20侧生成 次氯酸水，在第2电极(阴极)22侧生成氢氧化钠水。即便在1000小时的连 续运转后，电解效率也较高地维持为70％以上，酸性水中的盐分浓度维持 0.05％以下。几乎未见到第1隔膜的劣化，可以实行稳定的电解处理。
(实施例4)
电极基材21使用板厚T1为1mm的平坦的钛板，对该钛板进行蚀刻， 由此制作图13所示的第1电极20。
如图13所示，多个第1凹部70以细长的直线状形成，在第1方向X、 例如水平垂直方向延伸。多个第1凹部70相互平行地排列设置。各第1凹 部70的开口宽度W1为例如0.4mm，第1凹部70的排列方向Y的间距P1 为0.5mm，第1凹部70的深度D1比基材21的板厚T的一半更浅，例如 形成为0.1～0.2mm。
形成于第2表面21b侧的多个第2凹部72以细长的直线状形成，在与 第1方向X交叉的方向、例如与第1方向X垂直的第2方向Y延伸。各第 2凹部72的开口宽度W3与第1凹部70的开口宽度W1相比足够大，例如 为2.4mm，第2凹部72的排列方向X的间距P2为3mm，第2凹部72的 深度D2比基材21的板厚T的一半更深，例如形成为0.6～0.7mm。第2 凹部72以1.2mm的贯通宽度开口长度与多个第1凹部70连通。
将如上所述形成了第1凹部70和第2凹部72的电极基材21预先在 10wt％草酸水溶液中于80℃处理1小时。以成为0.25M(Ir)的方式在氯化铱 (IrCl3·nH2O)中加入1-丁醇，将电极基材浸渍到所制备的溶液中后，与实施 例1同样地反复进行干燥和烧成，得到在整个面形成有氧化铱催化剂的电 极基材。之后，对第1表面21a进行研磨，将催化剂除去。以反应电极面 积为3cm×4cm的大小的方式对该电极基材进行切割，形成第1电极(阳 极)20。
除了第1电极(阳极)20以外，与实施例1同样地制作出电解装置10。
使用该电解装置，以电流1.5A进行电解，在第1电极(阳极)20侧生成 次氯酸水，在第2电极(阴极)22侧生成氢氧化钠水。即便在1000小时的连 续运转后，电解效率也较高地维持为70％以上，酸性水中的盐分浓度维持 0.05％以下。几乎未见到第1隔膜的劣化，可以实行稳定的电解处理。
(比较例1)
除了不设置氧化钛的绝缘覆膜以外，与实施例1同样地制作出第1电 极和电解装置。使用该电解装置，以电流1.5A进行电解，在阳极侧生成次 氯酸水，在阴极侧生成氢氧化钠水。在1000小时的连续运转后，电解效率 降低为50％以下，酸性水中的盐分浓度超过1％，第1隔膜(电解质膜)发生 了劣化。
(比较例2)
除了在第1电极(阳极)与第1隔膜(阴离子交换膜)之间设置厚度80μm 的无纺布以外，与比较例1同样地制作出电解装置。使用该电解装置，以 电流1.5A进行电解，在阳极侧生成次氯酸水，在阴极侧生成氢氧化钠水。 在1000小时的连续运转后，电解效率降低为50％以下，酸性水中的盐分浓 度超过1％，第1隔膜发生了劣化。
(比较例3)
除了不除去第1表面21a的催化剂以外，与实施例4同样地制作出第1 电极和电解装置。使用该电解装置，以电流1.5A进行电解，在阳极侧生成 次氯酸水，在阴极侧生成氢氧化钠水。在1000小时的连续运转后，电解效 率降低为50％以下，酸性水中的盐分浓度超过1％，第1隔膜(电解质膜)发 生了劣化。
本发明并不被上述实施方式原状地限定，实施阶段中可以在不脱离其 主旨的范围内将构成要素变形来具体化。另外，通过上述实施方式所公开 的多个构成要素的适当组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方 式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。进而，还可以适当组合不同 实施方式中的构成要素。
例如，第1电极和第2电极不限定于矩形，可以选择其它各种形状。 第1电极的第1孔部和第2孔部不限定于矩形，也可以为圆形、椭圆形等 其它各种形状。各构成部件的材料不限定于上述的实施方式和实施例，可 以适当选择其它材料。