近日，旭化成株式會社(以下簡稱“旭化成”)憑借“使用鎳延長電極壽命的技術(shù)發(fā)明(專利號6120804)”，在日本公益社團(tuán)法人發(fā)明協(xié)會主辦的2025年度全國發(fā)明表彰中，榮獲最高獎項“恩賜發(fā)明獎”和“發(fā)明實施功績獎”。
離子交換膜法食鹽電解工藝外觀
此次獲獎的技術(shù)發(fā)明，可在離子交換膜法食鹽電解工藝中抑制電極的劣化，從而實現(xiàn)該工藝的長期穩(wěn)定運(yùn)行。離子交換膜法食鹽電解工藝是一種通過離子交換膜電解食鹽水生產(chǎn)氯、燒堿(氫氧化鈉)和氫的系統(tǒng)。旭化成自1975年起開始銷售該工藝，憑借50年來積累的業(yè)績和技術(shù)廣度，已為全球30個國家的160多家工廠(2024年12月數(shù)據(jù))提供包括食鹽電解所需的材料、設(shè)計和運(yùn)營支持等在內(nèi)的一站式解決方案。
在以往的實際運(yùn)行過程中，需求波動造成氯和燒堿的需求暫時減少，會導(dǎo)致食鹽電解裝置停機(jī)，設(shè)備故障或發(fā)電廠停電等狀況會導(dǎo)致食鹽電解裝置緊急停機(jī)。此時在反向電流(※1)的影響下，電極(尤其陰極)劣化、電解電壓上升，進(jìn)而會導(dǎo)致功耗增加或陰極壽命縮短等問題，難以繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。盡管過去曾嘗試通過機(jī)械設(shè)備來抑制這種反向電流，但也存在因運(yùn)轉(zhuǎn)失靈或操作失誤而導(dǎo)致陰極劣化的風(fēng)險，因此需要一種不依賴機(jī)械設(shè)備的根本的解決方案。
為此，本次旭化成發(fā)明的技術(shù)另辟蹊徑，在電解裝置內(nèi)設(shè)置具有特定的多孔結(jié)構(gòu)的鎳作為“反向電流吸收層”，不使用機(jī)械設(shè)備，而是通過鎳的化學(xué)反應(yīng)來消除反向電流對陰極的影響。由于電解停止時產(chǎn)生的反向電流，當(dāng)陰極電位達(dá)到一定電位后，陰極會開始劣化。原則上通過放置一個在略低于該電位的電位上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的元素，可以抑制陰極達(dá)到特定的電位，但由于技術(shù)難度大，尚未投入實際應(yīng)用。
本次發(fā)明的關(guān)鍵在于確定了能長期穩(wěn)定發(fā)揮功能的“反向電流吸收層”的結(jié)構(gòu)，并明確了其實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的方法。這種“反向電流吸收層”需要克服多孔性和高強(qiáng)度的矛盾關(guān)系，并能實現(xiàn)大面積加工。旭化成運(yùn)用熱噴涂法(※2)解決了上述矛盾關(guān)系，并在產(chǎn)業(yè)化方面取得了成功。采用熱噴涂法形成的“反向電流吸收層”，由于鎳的化學(xué)反應(yīng)具備可逆性，即使反復(fù)關(guān)停和重啟電解，反向電流的吸收功能也不會受損，因此可為陰極提供穩(wěn)定的保護(hù)。
“具有特定結(jié)構(gòu)的鎳”的示意圖
電解過程中和停止電解時鎳的化學(xué)反應(yīng)示意圖
目前，搭載本項發(fā)明技術(shù)的電解裝置已被世界各地的化學(xué)制造商廣泛采用，正在為支撐全球大眾生活的氯和燒堿的穩(wěn)定生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。同時，旭化成還在推動將該技術(shù)拓展和應(yīng)用至制取綠氫的堿性水電解等其他電解工藝領(lǐng)域，進(jìn)一步推動清潔能源技術(shù)的發(fā)展。
獲獎人員名單(按獲獎時所屬部門及職位記錄)
恩賜發(fā)明獎
船川明恭，旭化成株式會社 交換膜事業(yè)部 交換膜技術(shù)開發(fā)部部長
蜂谷敏德，旭化成株式會社 膜?水處理事業(yè)部 膜?水處理品質(zhì)保證部部長
發(fā)明實施功績獎
工藤幸四郎，旭化成株式會社 法定代表人總經(jīng)理兼總經(jīng)理執(zhí)行官
※1反向電流：電解停止時等情況下，流向與正常方向相反的電流。是引起電極劣化和催化劑溶解的原因。
※2熱噴涂法：將材料加熱至熔融或接近熔融狀態(tài)，噴涂至物體表面形成薄膜的表面處理技術(shù)。該技術(shù)的特點是，可對大面積基材進(jìn)行加工，用途十分廣泛。
關(guān)于旭化成：
旭化成集團(tuán)創(chuàng)立于1922年，是總部位于日本的綜合化學(xué)制造商，曾入選世界500強(qiáng)。在全球20多個國家和地區(qū)開展業(yè)務(wù)，旭化成集團(tuán)2024財年營業(yè)收入總額為30,373億日元，員工總?cè)藬?shù)約5萬。
旭化成的在華業(yè)務(wù)始于1988年，目前業(yè)務(wù)主要分為4大部分：環(huán)境解決方案(LiB材料、離子交換膜等)、移動&產(chǎn)業(yè)(工程塑料、汽車內(nèi)飾材料等)、生活革新(紡織品、電子材料·元件、印刷用感光性樹脂版、食品包裝膜等)、健康(除病毒過濾器等)。目前旭化成在中國擁有法人公司20多家，員工約3,000人。
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