離子交換膜法食鹽電解工藝外觀

此次獲獎的技術發(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、設計和運營支持等在內(nèi)的一站式解決方案。

在以往的實際運行過程中，需求波動造成氯和燒堿的需求暫時減少，會導致食鹽電解裝置停機，設備故障或發(fā)電廠停電等狀況會導致食鹽電解裝置緊急停機。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，進而會導致功耗增加或陰極壽命縮短等問題，難以繼續(xù)穩(wěn)定運行。盡管過去曾嘗試通過機械設備來抑制這種反向電流，但也存在因運轉(zhuǎn)失靈或操作失誤而導致陰極劣化的風險，因此需要一種不依賴機械設備的根本的解決方案。

為此，本次旭化成發(fā)明的技術另辟蹊徑，在電解裝置內(nèi)設置具有特定的多孔結(jié)構(gòu)的鎳作為“反向電流吸收層”，不使用機械設備，而是通過鎳的化學反應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，當陰極電位達到一定電位后，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)生化學反應的元素，可以抑制陰極達到特定的電位，但由于技術難度大，尚未投入實際應用。

本次發(fā)明的關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度的矛盾關系，并能實現(xiàn)大面積加工。旭化成運用熱噴涂法（※2）解決了上述矛盾關系，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”，由于鎳的化學反應具備可逆性，即使反復關停和重啟電解，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。

“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反應示意圖

目前，搭載本項發(fā)明技術的電解裝置已被世界各地的化學制造商廣泛采用，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。同時，旭化成還在推動將該技術拓展和應用至制取綠氫的堿性水電解等其他電解工藝領域，進一步推動清潔能源技術的發(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。該技術的特點是，可對大面積基材進行加工，用途十分廣泛。

關于旭化成：

旭化成集團創(chuàng)立于1922年，是總部位于日本的綜合化學制造商，曾入選世界500強。在全球20多個國家和地區(qū)開展業(yè)務，旭化成集團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)務始于1988年，目前業(yè)務主要分為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。