近日,旭化成株式会社(以下简称“旭化成”)凭借“使用镍延长电极寿命的技术发明(专利号6120804)”,在日本公益社团法人发明协会主办的2025年度全国发明表彰中,荣获最高奖项“恩赐发明奖”和“发明实施功绩奖”。
离子交换膜法食盐电解工艺外观
此次获奖的技术发明,可在离子交换膜法食盐电解工艺中抑制电极的劣化,从而实现该工艺的长期稳定运行。离子交换膜法食盐电解工艺是一种通过离子交换膜电解食盐水生产氯、烧碱(氢氧化钠)和氢的系统。旭化成自1975年起开始销售该工艺,凭借50年来积累的业绩和技术广度,已为全球30个国家的160多家工厂(2024年12月数据)提供包括食盐电解所需的材料、设计和运营支持等在内的一站式解决方案。
在以往的实际运行过程中,需求波动造成氯和烧碱的需求暂时减少,会导致食盐电解装置停机,设备故障或发电厂停电等状况会导致食盐电解装置紧急停机。此时在反向电流(※1)的影响下,电极(尤其阴极)劣化、电解电压上升,进而会导致功耗增加或阴极寿命缩短等问题,难以继续稳定运行。尽管过去曾尝试通过机械设备来抑制这种反向电流,但也存在因运转失灵或操作失误而导致阴极劣化的风险,因此需要一种不依赖机械设备的根本的解决方案。
为此,本次旭化成发明的技术另辟蹊径,在电解装置内设置具有特定的多孔结构的镍作为“反向电流吸收层”,不使用机械设备,而是通过镍的化学反应来消除反向电流对阴极的影响。由于电解停止时产生的反向电流,当阴极电位达到一定电位后,阴极会开始劣化。原则上通过放置一个在略低于该电位的电位上发生化学反应的元素,可以抑制阴极达到特定的电位,但由于技术难度大,尚未投入实际应用。
本次发明的关键在于确定了能长期稳定发挥功能的“反向电流吸收层”的结构,并明确了其实现产业化的方法。这种“反向电流吸收层”需要克服多孔性和高强度的矛盾关系,并能实现大面积加工。旭化成运用热喷涂法(※2)解决了上述矛盾关系,并在产业化方面取得了成功。采用热喷涂法形成的“反向电流吸收层”,由于镍的化学反应具备可逆性,即使反复关停和重启电解,反向电流的吸收功能也不会受损,因此可为阴极提供稳定的保护。
“具有特定结构的镍”的示意图
电解过程中和停止电解时镍的化学反应示意图
目前,搭载本项发明技术的电解装置已被世界各地的化学制造商广泛采用,正在为支撑全球大众生活的氯和烧碱的稳定生产作出贡献。同时,旭化成还在推动将该技术拓展和应用至制取绿氢的碱性水电解等其他电解工艺领域,进一步推动清洁能源技术的发展。
获奖人员名单(按获奖时所属部门及职位记录)
恩赐发明奖
船川明恭,旭化成株式会社 交换膜事业部 交换膜技术开发部部长
蜂谷敏德,旭化成株式会社 膜・水处理事业部 膜・水处理品质保证部部长
发明实施功绩奖
工藤幸四郎,旭化成株式会社 法定代表人总经理兼总经理执行官
※1 反向电流:电解停止时等情况下,流向与正常方向相反的电流。是引起电极劣化和催化剂溶解的原因。
※2 热喷涂法:将材料加热至熔融或接近熔融状态,喷涂至物体表面形成薄膜的表面处理技术。该技术的特点是,可对大面积基材进行加工,用途十分广泛。
关于旭化成:
旭化成集团创立于1922年,是总部位于日本的综合化学制造商,曾入选世界500强。在全球20多个国家和地区开展业务,旭化成集团2024财年营业收入总额为30,373亿日元,员工总人数约5万。
旭化成的在华业务始于1988年,目前业务主要分为4大部分:环境解决方案(LiB材料、离子交换膜等)、移动&产业(工程塑料、汽车内饰材料等)、生活革新(纺织品、电子材料·元件、印刷用感光性树脂版、食品包装膜等)、健康(除病毒过滤器等)。目前旭化成在中国拥有法人公司20多家,员工约3,000人。
