【素材・化学】化学工場の心臓部を守る！旭化成の「電極長寿命化」技術

【課題】電解工場を悩ませる「逆電流」による電極の破壊

食塩水を電気分解するためには、イオン交換膜を挟んで陽極と陰極を配置した「電解セル」を使用します。電気分解を効率よく行うため、陰極の表面には特殊な触媒コーティングが施されています。

工場は24時間稼働が理想ですが、設備のメンテナンスや、近年増えている「再生可能エネルギーの出力変動」に合わせて、運転を一時停止することがあります。

実は、運転を停止して電源を切ると、電解セル内で電池の放電のような現象が起き、通常の電気分解とは逆方向の電流（逆電流）が流れてしまいます。この逆電流が、陰極の表面にある高価な触媒コーティングを酸化・溶解させ、ボロボロに破壊（剥離）してしまうという深刻な課題がありました。

【解決策】ダメージを肩代わりする「逆電流吸収層」

この課題に対し、旭化成の開発チームは「逆電流を発生させない」のではなく、「逆電流のダメージを別の層に吸収させる」というアプローチをとりました。

本特許の最大の特徴は、陰極の基材と触媒コーティングの間に、酸化ニッケル（酸化Ni）や金属ニッケル（金属Ni）を溶射（熱で溶かして吹き付ける技術）して形成した「逆電流吸収層」を設けた点です。

ニッケルが「身代わり」になって触媒を守る

運転が停止して逆電流が流れた際、表面の触媒がダメージを受ける前に、この「逆電流吸収層」のニッケル成分が優先的に酸化反応を起こします。つまり、ニッケル層が電気的エネルギーを吸収する「バッテリー」や「身代わり」のように働き、逆電流を消費し尽くしてくれるのです。

これにより、表面の触媒コーティングの剥離や劣化が完全に防がれます。公報のデータによれば、比較例では剥がれ（有）が発生したのに対し、この技術を用いた実施例では剥がれが「無」であることが証明されています。

【効果】圧倒的な耐久性と、再エネ導入への貢献

この「逆電流吸収層」の効果は絶大です。以下の図2は、長期間の電解運転において、電気を余分に消費してしまう「水素過電圧の上昇」を比較したグラフです。

従来の技術（比較例2：▲）では、電解時間の経過とともに過電圧が急激に上昇（約40～45mV）し、余分な電力を浪費してしまいます。しかし、本特許の技術（実施例4：■）では、電圧の上昇がほぼ0のままフラットに推移しており、極めて高い耐久性と省エネ性能が維持されていることが分かります。

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