二氧化碳的电解槽和电解装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种二氧化碳的电解槽和电解装置。实施方式的二氧化碳的电解槽(1)具备：阳极部(10)，其具备将水或氢氧根离子氧化而生成氧的阳极(11)、和将阳极溶液供给到阳极的阳极溶液流路(12)；阴极部(20)，其具备将二氧化碳还原而生成碳化合物的阴极(22)、将阴极溶液供给到阴极的阴极溶液流路(21)、和将二氧化碳供给到阴极(22)的气体流路(23)；以及隔膜(30)，其将阳极部(10)和阴极部(20)分离。阳极(11)具有与隔膜(30)接触的第1面(11a)、和以阳极溶液与阳极(11)接触的方式面对阳极溶液流路(12)的第2面(11b)。

Carbon dioxide electrolysis cell and electrolysis device

The invention provides a carbon dioxide electrolytic cell and an electrolytic device. The carbon dioxide electrolyzer (1) of the embodiment comprises an anode part (10) with an anode (11) for oxidizing water or hydroxyl ions to produce oxygen, an anode solution flow path (12) for supplying an anode solution to the anode, and a cathode part (20) with a cathode (22) for reducing carbon dioxide to form a carbon compound, and a cathode solution supply. The cathode solution flow path (21) to the cathode, the gas flow path (23) to supply carbon dioxide to the cathode (22), and the diaphragm (30) separate the anode part (10) from the cathode part (20). The anode (11) has a first surface (11a) in contact with the diaphragm (30) and a second surface (11b) in contact with the anode solution flow path (12) in the form of an anode solution and an anode (11).

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳的电解槽和电解装置
本专利技术的实施方式涉及二氧化碳的电解槽和电解装置。本申请以日本专利申请2017-017566(申请日：2/2/2017)为基础，从上述申请享有优先权。本申请通过参照上述申请而包含该申请的全部内容。
技术介绍
近年来，担心石油、煤炭这样的化石燃料的枯竭，对能够持续利用的可再生能源的期待越发提高。作为可再生能源，可列举出太阳能电池、风力发电等。由于这些发电量依赖于天气、自然状况，所以存在难以进行电力的稳定供给这样的问题。因此，正在尝试将由可再生能源所产生的电力储藏于蓄电池、使电力稳定化。不过，在储藏电力的情况下，存在蓄电池需要成本或在蓄电时产生损失这样的问题。针对这样的点，如下技术备受关注：使用由可再生能源所产生的电力来进行水电解，由水制造氢(H2)，或者对二氧化碳(CO2)进行电化学还原来转换成一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、甲烷(CH4)、醋酸(CH3COOH)、乙醇(C2H5OH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)等碳化合物那样的化学物质(化学能)的技术。将这些化学物质储藏于储气瓶、罐的情况与将电力(电能)储藏于蓄电池的情况相比，具有如下优点：能够降低能量的储藏成本，而且储藏损失也较少。作为二氧化碳的电解装置，研究了例如使阴极溶液和CO2气体与阴极接触、并且使阳极溶液与阳极接触的构造。作为电解装置的具体的结构，已知有如下构造：例如利用阴极溶液流路和阳极溶液流路夹入例如作为隔膜的离子交换膜，在各溶液流路的与接触隔膜的面相反的一侧的面配置有阴极和阳极的构造。在使用具有这样的构造的电解装置并使恒电流向阴极和阳极流动，来实施从CO2生成CO的反应的情况下，有可能产生槽电压的变动较大的这样的不良情况。此时，存在阳极的电压变动比阴极的电压变动大的倾向。
技术实现思路
本专利技术要解决的课题在于：提供一种可抑制二氧化碳的电解反应中的槽电压的变动的二氧化碳的电解槽和电解装置。实施方式的二氧化碳的电解槽具备：阳极部，其具备将水或氢氧根离子氧化而生成氧的阳极、和将阳极溶液供给到所述阳极的阳极溶液流路；阴极部，其具备将二氧化碳还原而生成碳化合物的阴极、将阴极溶液供给到所述阴极的阴极溶液流路、和将二氧化碳供给到所述阴极的气体流路；以及隔膜，其将所述阳极部和阴极部分离。在实施方式的电解槽中，所述阳极具有与所述隔膜接触的第1面、和以所述阳极溶液与所述阳极接触的方式面对所述阳极溶液流路的第2面。附图说明图1是表示第1实施方式的电解槽的剖视图。图2是表示实施方式的电解槽中的阴极的一个例子的图。图3是表示实施方式的电解槽中的阴极的另一个例子的图。图4是表示实施方式的电解槽中的阴极处的反应的图。图5是表示第1实施方式的电解槽中的阳极溶液流路、CO2气体流路、阴极溶液流路、阳极、以及阴极的图。图6是表示第2实施方式的电解槽的剖视图。图7是表示第2实施方式的电解槽中的阳极溶液流路、CO2气体流路、阴极溶液流路、阳极、以及阴极的第1例的图。图8是表示第2实施方式的电解槽中的阳极溶液流路、CO2气体流路、阴极溶液流路、阳极、以及阴极的第2例的图。图9是表示第3实施方式的电解槽的剖视图。图10是表示第4实施方式的电解槽的剖视图。图11是表示第4实施方式的电解槽中的阴极和阴极集电板的剖视图。图12是表示实施例的二氧化碳电解装置的结构的图。图13是表示实施例的二氧化碳电解装置的槽电压的时间变化的图。图14是表示实施例的二氧化碳电解装置的槽电压的时间变化的图。符号说明1，1A，1B，1C，1D二氧化碳的电解槽；10阳极部；11阳极；12阳极溶液流路；13阳极集电板；20阴极部；21阴极溶液流路；22阴极；23CO2气体流路；24阴极集电板；30隔膜；40电源；51，52凸台；53桥部。具体实施方式以下，参照附图对实施方式的二氧化碳的电解槽和电解装置进行说明。在各实施方式中，会有对实质上相同的构成部位标注同一符号、省略其说明的一部分的情况。附图是示意性的，存在厚度与平面尺寸之间的关系、各部分的厚度比率等与现实的情况不同的情况。(第1实施方式)图1是表示第1实施方式的二氧化碳的电解槽的结构的剖视图。图1所示的二氧化碳的电解槽1A具备阳极部10、阴极部20和隔膜30。阳极部10具备阳极11、阳极溶液流路12以及阳极集电板13。阴极部20具备阴极溶液流路21、阴极22、CO2气体流路23以及阴极集电板24。隔膜30以使阳极部10和阴极部20分离的方式进行配置。电解槽1A被未图示的一对支撑板所夹入，并且由螺栓等紧固。在图1中，符号40是使电流流向阳极11和阴极22的电源。电解槽1A和电源40构成实施方式的二氧化碳的电解装置。电源40并不限于通常的商用电源、电池等，也可以是供给利用太阳能电池、风力发电等可再生能源所产生的电力的电源。阳极11是发生阳极溶液中的水(H2O)的氧化反应而生成氧(O2)、氢离子(H+)、或者发生在阴极部20所产生的氢氧根离子(OH-)的氧化反应而生成氧(O2)、水(H2O)的电极(氧化电极)。阳极11具有与隔膜30接触的第1面11a和面向阳极溶液流路12的第2面11b。阳极11的第1面11a与隔膜30密合。阳极溶液流路12用于向阳极11供给阳极溶液，由设置于第1流路板14的坑槽(槽部/凹部)构成。省略了图示的溶液导入口和溶液导出口与第1流路板14连接，经由这些溶液导入口和溶液导出口，阳极溶液被未图示的泵导入和排出。阳极溶液以与阳极11接触的方式在阳极溶液流路12内流通。阳极集电板13电连接于构成阳极溶液流路12的第1流路板14的与阳极11相反的一侧的面。阳极11能够对水(H2O)进行氧化而生成氧、氢离子或者能够对氢氧根离子(OH-)进行氧化而生成水、氧，优选主要由能够使那样的反应的过电压减少的催化材料(阳极催化材料)来构成。作为那样的催化材料，可列举出铂(Pt)、钯(Pd)、镍(Ni)等金属、含有这些金属的合金、金属间化合物、氧化锰(Mn-O)、氧化铱(Ir-O)、氧化镍(Ni-O)、氧化钴(Co-O)、氧化铁(Fe-O)、氧化锡(Sn-O)、氧化铟(In-O)、氧化钌(Ru-O)、氧化锂(Li-O)、氧化镧(La-O)等二元系金属氧化物、Ni-Co-O、Ni-Fe-O、La-Co-O、Ni-La-O、Sr-Fe-O等三元系金属氧化物、Pb-Ru-Ir-O、La-Sr-Co-O等四元系金属氧化物、Ru络合物、Fe络合物等金属络合物。阳极11具备：具有能够使阳极溶液、离子在隔膜30与阳极溶液流路12之间移动的结构、例如网格材料、冲孔材料、多孔体、金属纤维烧结体等具有多孔结构的基材。基材可以由钛(Ti)、镍(Ni)、铁(Fe)等金属、含有至少1种这些金属的合金(例如SUS)等金属材料制成，也可以由上述的阳极催化材料制成。在使用氧化物作为阳极催化材料的情况下，优选在由上述的金属材料形成的基材的表面附着或者层叠阳极催化材料来形成催化剂层。在提高氧化反应方面，阳极催化材料优选具有纳米粒子、纳米结构体、纳米线等。纳米结构体是在催化材料的表面形成有纳米级的凹凸的结构体。阴极22是发生二氧化碳(CO2)的还原反应、发生由此生成的碳化合物的还原反应而生成一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烷(C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳的电解槽，其具备：阳极部，其具备将水或氢氧根离子氧化而生成氧的阳极、和将阳极溶液供给到所述阳极的阳极溶液流路；阴极部，其具备将二氧化碳还原而生成碳化合物的阴极、将阴极溶液供给到所述阴极的阴极溶液流路、和将二氧化碳供给到所述阴极的气体流路；以及隔膜，其将所述阳极部和所述阴极部分离；所述阳极具有与所述隔膜接触的第1面、和以所述阳极溶液与所述阳极接触的方式面对所述阳极溶液流路的第2面。

【技术特征摘要】
2017.02.02 JP 2017-0175661.一种二氧化碳的电解槽，其具备：阳极部，其具备将水或氢氧根离子氧化而生成氧的阳极、和将阳极溶液供给到所述阳极的阳极溶液流路；阴极部，其具备将二氧化碳还原而生成碳化合物的阴极、将阴极溶液供给到所述阴极的阴极溶液流路、和将二氧化碳供给到所述阴极的气体流路；以及隔膜，其将所述阳极部和所述阴极部分离；所述阳极具有与所述隔膜接触的第1面、和以所述阳极溶液与所述阳极接触的方式面对所述阳极溶液流路的第2面。2.根据权利要求1所述的电解槽，其中，所述阴极具有面对所述阴极溶液流路的第1面、和面对所述气体流路的第2面，所述阴极溶液流路以所述阴极溶液与所述隔膜和所述阴极接触的方式配置于所述隔膜与所述阴极之间。3.根据权利要求1或2所述的电解槽，其中，所述阳极具备基材，该基材具有从网格材料、冲孔材料、多孔体、以及金属纤维烧结体构成的组中选择的至少一种，所述阳极具有由阳极催化剂形成的所述基材、或由设置于所述基材的表面的阳极催化剂形成的催化剂层。4.根据权利要求3所述的电解槽，其中，所述基材由含有从Ti、Ni、和Fe构成的组中选择的至少1种的金属材料形成，所述阳极催化剂由含有从Ni、Fe、Co、Mn、La、Ru、Li、Ir、In、Sn、以及Ti构成的组中选择的至少1种金属的金属材料、或含有所述金属的氧化物材料形成。5.根据权利要求1～4中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：工藤由纪，小野昭彦，山际正和，菅野义经，北川良太，田村淳，御子柴智，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP