二氧化碳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电解装置。实施方式的二氧化碳电解装置(1)具备：阳极部，该阳极部具备对水或氢氧离子进行氧化而生成氧的阳极(11)；阴极部(20)，该阴极部具备：对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的阴极(22)、向阴极供给阴极溶液的阴极溶液流路(21)、和向阴极(22)供给二氧化碳的气体流路(23)；隔板(30)，该隔板使阳极部(10)与阴极部(20)分离；以及压差控制部(502)，该压差控制部对阴极溶液的压力与二氧化碳的压力之间的压差进行控制，以便对阴极部处的由还原反应而生成的生成物的生成量进行调整。

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳电解装置关联申请的引用本申请以日本专利申请2017-048928(申请日：3/14/2017)为基础，从该申请享有优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。
本专利技术的实施方式涉及二氧化碳电解装置。
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)。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的结构，研究了例如以下所示的3个结构。作为第1结构，可列举出如下结构：具备：电解槽，其收容已吸收有二氧化碳(CO2)的电解液；阳极(氧化电极)和阴极(还原电极)，其浸渍于电解液；和离子交换膜等隔板，其以使阳极和阴极分离的方式进行配置。作为第2结构，可列举出如下结构：具备：阴极溶液流路，其沿着阴极的一个面进行配置；CO2气体流路，其沿着阴极的另一个面进行配置；阳极溶液流路，其沿着阳极的一个面配进行置；和隔板，其配置于阴极溶液流路与阳极溶液流路之间。作为第3结构，可列举出如下结构：与固体高分子型燃料电池单元同样地，在阳极与阴极之间配置有离子交换膜，沿着阴极的另一个面配置有CO2气体流路。在上述的二氧化碳的电解装置的结构例之中，就第1结构例而言，在约10mA/cm2以上的电解运转中，过电压损失变大、单元电压就变大，因此，存在高电流密度下的电解效率较低这样的问题。在第2结构例中，能够使单元电压降到比第1结构例低，可以使电解效率提高。然而，就第2结构例而言，存在通过阴极侧的还原反应而获得的生成物的选择性较低、电解效率存在波动这样的问题。此外，在第3结构例中，要求适于CO2电解的离子交换膜的开发、选定等。
技术实现思路
本专利技术要解决的课题在于提供一种使高电流密度下的电解效率提高、同时使由还原反应而获得的生成物的选择性提高了的二氧化碳电解装置。实施方式的二氧化碳电解装置具备：阴极部，该阴极部具备：阴极，该阴极对二氧化碳进行还原而生成碳化合物；阴极溶液流路，该阴极溶液流路向所述阴极供给阴极溶液；和气体流路，该气体流路向所述阴极供给二氧化碳；阳极部，该阳极部具备：阳极，该阳极对水或氢氧离子进行氧化而生成氧；和阳极溶液流路，该阳极溶液流路向所述阳极供给阳极溶液；隔板，该隔板使所述阳极部和所述阴极部分离；电源，该电源使电流向所述阳极与所述阴极之间流动；第1压力控制部，该第1压力控制部对在所述阴极溶液流路内流动的所述阴极溶液的压力进行控制；第2压力控制部，该第2压力控制部对在所述气体流路内流动的所述二氧化碳的压力进行控制；检测部，该检测部对在所述阴极部处的由还原反应而生成的生成物的生成量进行检测；和压差控制部，该压差控制部对所述阴极溶液的压力与所述二氧化碳的压力之间的压差进行控制，以对在所述检测部检测出的所述生成物的生成量进行调整。附图说明图1是表示实施方式的二氧化碳电解装置的图。图2是表示图1所示的二氧化碳电解装置的电解单元的断面图。图3是表示图2所示的电解单元中的阳极溶液流路的一个例子的图。图4是表示图2所示的电解单元中的阴极溶液流路的一个例子的图。图5是表示图2所示的电解单元中的阴极溶液流路的另一个例子的图。图6是表示图2所示的电解单元中的CO2气体流路的一个例子的图。图7是表示图2所示的电解单元中的阴极的一个例子的图。图8是表示图2所示的电解单元中的阴极的另一个例子的图。图9是示意性地表示图2所示的电解单元中的阴极处的反应的图。图10是表示使用实施例的二氧化碳电解装置的单元电压、阳极电位以及阴极电位的时间变化的图。符号说明1二氧化碳电解装置；2电解单元；10阳极部；11阳极；12阳极溶液流路；21阴极溶液流路；22阴极；23CO2气体流路；100阳极溶液供给系统；101压力控制部；200阴极溶液供给系统；201压力控制部；300气体供给系统；304压力控制部；400生成物收集系统；500生成物控制系统；501还原性能检测部；502数据收集/控制部。具体实施方式以下，参照附图对实施方式的二氧化碳电解装置进行说明。在以下所示的实施方式中，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、各部的厚度比率等与现实的情况不同的情况。图1是表示实施方式的二氧化碳电解装置的结构的图，图2是表示图1所示的电解装置中的电解单元(electrolysiscell)的结构的断面图。图1所示的二氧化碳的电解装置1具备：电解单元2；阳极溶液供给系统100，其向电解单元2供给阳极溶液；阴极溶液供给系统200，其向电解单元2供给阴极溶液；气体供给系统300，其向电解单元2供给二氧化碳(CO2)气体；生成物收集系统400，其对电解单元2中的由还原反应而生成的生成物进行收集；和生成物控制系统500，其对收集到的生成物的种类、生成量进行检测，并且对生成物进行控制。如图2所示，电解单元2具备：阳极部10、阴极部20以及隔板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。隔板30以使阳极部10和阴极部20分离的方式进行配置。电解单元2被未图示的一对支承板所夹持，还由螺栓等紧固。在图1和图2中、符号40是供电流流向阳极11和阴极22的电源。电源40介由电流导入构件与阳极11和阴极22连接。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、生成氧(O2)、氢离子(H+)或者发生在阴极部20所产生的氢氧离子(OH-)的氧化反应、生成氧(O2)、水(H2O)的电极(氧化电极)。优选阳极11具有与隔板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与隔板30紧贴。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。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。省略图示的溶液导入口和溶液导出口与第1流路板14连接，阳极溶液通过阳极溶液供给系统100经由这些溶液导入口和溶液导出口被导入和排出。第1流路板14优选使用化学反应性较低且导电性较高的材料。作为那样的材料，可列举出Ti、SU本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳电解装置，其具备：阴极部，该阴极部具备：阴极，该阴极对二氧化碳进行还原而生成碳化合物；阴极溶液流路，该阴极溶液流路向所述阴极供给阴极溶液；和气体流路，该气体流路向所述阴极供给二氧化碳；阳极部，该阳极部具备：阳极，该阳极对水或氢氧离子进行氧化而生成氧；和阳极溶液流路，该阳极溶液流路向所述阳极供给阳极溶液；隔板，该隔板使所述阳极部与所述阴极部分离；电源，该电源使电流向所述阳极与所述阴极之间流动；第1压力控制部，该第1压力控制部对在所述阴极溶液流路内流动的所述阴极溶液的压力进行控制；第2压力控制部，该第2压力控制部对在所述气体流路内流动的所述二氧化碳的压力进行控制；检测部，该检测部对在所述阴极部处的由还原反应而生成的生成物的生成量进行检测；和压差控制部，该压差控制部对所述阴极溶液的压力与所述二氧化碳的压力之间的压差进行控制，以便对在所述检测部检测到的所述生成物的生成量进行调整。

【技术特征摘要】
2017.03.14 JP 2017-0489281.一种二氧化碳电解装置，其具备：阴极部，该阴极部具备：阴极，该阴极对二氧化碳进行还原而生成碳化合物；阴极溶液流路，该阴极溶液流路向所述阴极供给阴极溶液；和气体流路，该气体流路向所述阴极供给二氧化碳；阳极部，该阳极部具备：阳极，该阳极对水或氢氧离子进行氧化而生成氧；和阳极溶液流路，该阳极溶液流路向所述阳极供给阳极溶液；隔板，该隔板使所述阳极部与所述阴极部分离；电源，该电源使电流向所述阳极与所述阴极之间流动；第1压力控制部，该第1压力控制部对在所述阴极溶液流路内流动的所述阴极溶液的压力进行控制；第2压力控制部，该第2压力控制部对在所述气体流路内流动的所述二氧化碳的压力进行控制；检测部，该检测部对在所述阴极部处的由还原反应而生成的生成物的生成量进行检测；和压差控制部，该压差控制部对所述阴极溶液的压力与所述二氧化碳的压力之间的压差进行控制，以便对在所述检测部检测到的所述生成物的生成量进行调整。2.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，所述压差控制部对所述第1压力控制部和所述第2压力控制部进行控制，以便所述阴极溶液的压力与所述二氧化碳的压力之间的压差的绝对值为0.1kPa～100kPa。3.根据权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述压差控制部对所述第1压力控制部和所述第2压力控制部进行控制，以使所述二氧化碳的压力大于所述阴极溶液的压力。4.根据权利要求1～3中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，所述阳极具有：第1面，该第1面与所述隔板接触；和第2面，该第2面面向所述阳极溶液流路，以使得所述阳极溶液与所述阳极接触，所述阴极具有：第1面，该第1面面向所述阴极溶液流路；和第2面，该第2面面向所述气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：工藤由纪，小野昭彦，山际正和，堤荣史，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