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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(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。
