本发明专利技术提供具有高二氧化碳透过性并且可以用大幅降低的能量来运行的二氧化碳透过装置。根据本发明专利技术，所述二氧化碳透过装置包括第一气体扩散电极、第二气体扩散电极、在所述第一气体扩散电极和所述第二气体扩散电极之间的电解质膜、以及DC电源。所述二氧化碳透过装置加速二氧化碳从所述第一气体扩散电极附近的气体向所述电解质膜中的吸收，以便降低所述第一气体扩散电极的附近的气体中的二氧化碳浓度，并且通过引起所述电解质膜中水的氧化反应，加速二氧化碳从所述电解质膜向所述第二气体扩散电极附近的气体的排放，以便将在所述第二气体扩散电极的附近的所述气体中的二氧化碳富化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过引起氧产生/氧还原的电化学反应允许二氧化碳的透过的装置，以及通过引起氧产生/氧还原的电化学反应输送二氧化碳的方法。
技术介绍
占空气的0.04%的二氧化碳广泛存在于地球上并且广泛在工业上使用。二氧化碳的工业应用的具体实例包括碳酸饮料、洗浴添加剂、发泡气(例如，灭火剂)、用于冷却的干冰、和用于自行车的应急空气。此外，超临界二氧化碳用于咖啡因的萃取溶剂和二氧化碳激光设备(例如，用于工业领域中处理的激光设备和用作医用激光手术刀的激光设备)。此夕卜，二氧化碳用作氟代烃制冷剂的替代物并且用于CO2制冷剂压缩机中。此外，在农业领域中，二氧化碳用作加速植物生长(例如，观赏用鱼缸中的水生植物)的二氧化碳肥料，例如，用于促进草莓生长的二氧化碳肥料，并且还用于新鲜农产品的调气贮藏。因而，已经提出了多种通过允许气体中二氧化碳的透过以从气体中提取二氧化碳的技术。在过去，已经提出了通过允许气体中二氧化碳的透过来增加二氧化碳浓度的技术，如使用如非专利文献I中描述的促进输送的膜的技术和使用专利文献I中描述的固体熔盐的技术。非专利文献I中描述的促进输送膜利用了多孔聚合物膜的透过速率之间的差巳然而，为了使二氧化碳透过非专利文献I中描述的促进二氧化碳输送的膜，需要将用于输送二氧化碳的气体加压至高于约200kPa的压力以及将用于接收二氧化碳的气体减压。此外，在使用由专利文献I公开的固体熔盐的情况下，需要将熔盐的温度维持为600°C那么高来操作使用熔盐的装置。如以上所描述的，不存在能够使用降低的能量消耗而不需要大规模装置来使用二氧化碳透过的装置。引用清单专利文献专利文献I JP11-28331A非专利文献非专利文献1:R.Yegani 等人，J.Membr.Sc1.，291，157 (2007)。
技术实现思路
技术问题本专利技术是在考虑以上情况做出的，并且其目标是提供一种具有高二氧化碳透过性并且可以用大幅降低的能量运行的二氧化碳透过装置、以及使用该二氧化碳透过装置以高效率输送二氧化碳的方法。解决问题的技术方案根据本专利技术的一个方面，二氧化碳透过装置包括第一气体扩散电极、第二气体扩散电极、电解质膜和DC电源。电解质膜与第一气体扩散电极和第二扩散电极接触并且位于第一气体扩散电极和第二扩散电极之间。DC电源被配置以在第一气体扩散电极和第二扩散电极之间施加电压。所述二氧化碳透过装置被配置使得:通过引起电化学反应来加速二氧化碳从第一气体扩散电极附近的气体向电解质膜中的吸收，以便降低第一气体扩散电极附近的气体中的二氧化碳浓度；并且通过引起电解质膜中水的氧化反应来加速二氧化碳从电解质膜向第二气体扩散电极附近的气体的排放，以便将在第二气体扩散电极附近的气体富含二氧化碳。根据本专利技术的一个方面，输送二氧化碳的方法包括下列步骤:制备二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置包括第一气体扩散电极、第二气体扩散电极、与第一气体扩散电极和第二气体扩散电极接触并且位于第一气体扩散电极和第二气体扩散电极之间的电解质膜、以及被配置成在第一气体扩散电极和第二气体扩散电极之间施加电压的DC电源；以及分别选择第一气体扩散电极和第二气体扩散电极作为阴极和阳极，并且在第一气体扩散电极和第二气体扩散电极之间施加电压以加速二氧化碳从第一气体扩散电极附近的气体向电解质膜中的吸收，并且通过弓I起电解质膜中水的氧化反应以加速二氧化碳从电解质膜向第二气体扩散电极附近的气体的排放。本专利技术的有益效果根据本专利技术的一个方面，提供具有高二氧化碳透过性并且可以用大幅降低的能量运行的二氧化碳透过装置。此外，根据本专利技术的一个方面，提供使用二氧化碳透过装置以高效率输送二氧化碳的方法。附图简述图1是显示本专利技术的一个实施方案的示意性截面图；图2是显示根据图1中所示的实施方案的另一个构造实例的具有微孔层的二氧化碳透过装置的示意性截面图；以及图3是显示本专利技术的另一个实施方案的示意性截面图。实施方案描述根据本专利技术的一个方面，二氧化碳透过装置包括第一气体扩散电极、第二气体扩散电极、电解质膜和DC电源。电解质膜与第一气体扩散电极和第二扩散电极接触并且位于第一气体扩散电极和第二扩散电极之间。DC电源被配置成在第一气体扩散电极和第二扩散电极之间施加电压。二氧化碳透过装置加速二氧化碳从第一气体扩散电极附近的气体向电解质膜中的吸收，以便降低第一气体扩散电极附近的气体的二氧化碳浓度，并且通过引起电化学反应来加速二氧化碳从电解质膜向第二气体扩散电极附近的气体的排放，以使在第二气体扩散电极附近的气体中富含二氧化碳。在本专利技术的一个方面中，优选的是，二氧化碳透过装置包括催化剂、电解质膜具有分别与第一扩散电极和第二扩散电极接触的相反的面，并且催化剂被负载在电解质膜的相反的面中的至少一个上。在本专利技术的一个方面中，优选的是，第一气体扩散电极和第二气体扩散电极中的至少一个包括与电解质膜接触的微孔层。根据本专利技术的第一方面，提供二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置包括第一气体扩散电极、第二气体扩散电极、电解质膜和DC电源。电解质膜与第一气体扩散电极和第二扩散电极接触并且位于第一气体扩散电极和第二扩散电极之间。DC电源被配置成在第一气体扩散电极和第二扩散电极之间施加电压。根据这一方面，二氧化碳透过装置被配置成:加速二氧化碳从第一气体扩散电极附近的气体向电解质膜中的吸收，以便降低第一气体扩散电极附近的气体的二氧化碳浓度；并且通过施加来自DC电源的电压，加速二氧化碳从电解质膜向第二气体扩散电极附近的气体的排放，以使得在第二气体扩散电极附近的气体中富含二氧化碳。在这一点上，第一气体扩散电极附近的气体被定义为这样的气体:其与第一气体扩散电极的接触电解质膜的面相反的第一气体扩散电极的面接触。此外，第二气体扩散电极附近的气体被定义为这样的气体:其与第二气体扩散电极的接触电解质膜的面相反的第二气体扩散电极的面接触。DC电源优选被配置成在第一气体扩散电极和第二气体扩散电极之间施加电压，电压引起在第一气体扩散电极上的氧还原反应和在第二气体扩散电极上的水的氧化反应。根据本专利技术的第二方面，提供二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置包括催化剂，其中:电解质膜具有分别与第一扩散电极和第二扩散电极接触的相反的面；并且催化剂被负载在电解质膜的相反的面中的至少一个上，所述二氧化碳透过装置是根据第一方面的。根据本专利技术的第三方面，提供二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置还包括O2还原催化剂，其中:电解质膜具有与第一气体扩散电极接触的面；并且02还原催化剂被负载在电解质膜的面上，所述二氧化碳透过装置是根据第一方面的。在这方面，O2还原催化剂催化下列O2还原反应。02+4H.+4e — 2H2002+2H20+4e — 40H根据本专利技术的第四方面，提供二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置包括O2产生催化剂，其中:电解质膜具有与第二气体扩散电极接触的另一面；并且O2产生催化剂被负载在电解质膜的另一面上，所述二氧化碳透过装置是根据第一或第三方面的。在这一点上，O2产生催化剂催化下列O2产生反应。O2产生反应也是水的氧化反应。2H20 — 02+4H.+4e根据本专利技术的第五方面，提供二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置还包括一组O2还原催化剂和O2产生催化剂，以及另本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置包括：第一气体扩散电极；第二气体扩散电极；电解质膜，所述电解质膜与所述第一气体扩散电极和所述第二扩散电极接触并且位于所述第一气体扩散电极与所述第二扩散电极之间；以及DC电源，所述DC电源被配置成在所述第一气体扩散电极和所述第二扩散电极之间施加电压，所述二氧化碳透过装置被配置成：加速二氧化碳从所述第一气体扩散电极附近的气体向所述电解质膜中的吸收，以降低所述第一气体扩散电极附近的气体的二氧化碳浓度；并且通过引起所述电解质膜中水的氧化反应，以加速二氧化碳从所述电解质膜向所述第二气体扩散电极附近的气体的排放，从而使所述第二气体扩散电极附近的气体中富含二氧化碳。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.15 JP 2011-2747181.一种二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置包括: 第一气体扩散电极； 第二气体扩散电极； 电解质膜，所述电解质膜与所述第一气体扩散电极和所述第二扩散电极接触并且位于所述第一气体扩散电极与所述第二扩散电极之间；以及 DC电源，所述DC电源被配置成在所述第一气体扩散电极和所述第二扩散电极之间施加电压， 所述二氧化碳透过装置被配置成: 加速二氧化碳从所述第一气体扩散电极附近的气体向所述电解质膜中的吸收，以降低所述第一气体扩散电极附近的气体的二氧化碳浓度；并且 通过引起所述电解质膜中水的氧化反应，以加速二氧化碳从所述电解质膜向所述第二气体扩散电极附近的气体的排放，从而使所述第二气体扩散电极附近的气体中富含二氧化碳。2.根据权利要求1所述的二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置还包括催化剂， 其中: 所述电解质膜具有分别与所述第一扩散电极和所述第二扩散电极接触的相反的面；并且 所述催化剂被负载在所述电解质膜的所述相反的面中的至少一个上。3.根据权利要求1所述的二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置还包括O2还原催化剂， 其中: 所述电解质膜具有与所述第一气体扩散电极接触的面；并且 所述O2还原催化剂被负载在所述电解质膜的所述面上。4.根据权利要求1或3所述的二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置还包括O2产生催化剂， 其中: 所述电解质膜具有与所述第二气体扩散电极接触的另一面；并且 所述O2产生催化剂被负载在所述电解质膜的所述另一面上。5.根据权利要求1所述的二氧化碳透过装置，所述二氧化碳透过装置还包括一组的O2还原催化剂和O2产生催化剂，以及另一组的O2还原催化剂和O2产生催化剂， 其中: 所述电解质膜具有与所述第一气体扩散电极接触的面，以及与所述第二气体扩散电极接触的另一面； 所述一组的O2还原催化剂和O2产生催化剂被负载在所述电解质膜的面上； 所述另一组的O2还原催化剂和O2产生催化剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：釜井亮，铃鹿理生，中西周次，桥本和仁，亚当·赫勒，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，独立行政法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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