电化学反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种使反应效率提高的电化学反应装置。电化学反应装置具备：阳极，该阳极用于对水进行氧化而生成氧；电解液流路，该电解液流路面向阳极，是为了供含有水的电解液流动而设置的；阴极，该阴极具备：多孔导电层，该多孔导电层具有第1表面和第2表面；和还原催化剂层，该还原催化剂层具有与第1表面接触的第3表面且含有用于对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的还原催化剂；隔板，该隔板使阳极和阴极分离；电源，该电源与阳极和阴极电连接；和流路板，该流路板具备：第4表面，该第4表面与第2表面接触；和流路，该流路是为了供二氧化碳流动而设置的且面向第2表面，其中，第2表面与流路的重叠部的面积相对于第2表面的面积之比为0.5～0.85。

Electrochemical reaction device

The invention provides an electrochemical reaction device for improving the reaction efficiency. The electrochemical reaction device is provided with an anode used for oxidizing water to produce oxygen; an electrolyte flow path, the electrolyte flow road surface to the anode, is provided for the flow of electrolyte containing water; a cathode, the cathode has: a porous conductive layer, the porous conductive layer has the first and second surfaces; and a reduction catalyst. The reduction catalyst layer has a third surface in contact with the first surface and contains a reduction catalyst for reducing carbon dioxide to form carbons; a baffle, which separates the anode from the cathode; a power supply, which is electrically connected with the anode and the cathode; and a flow sheet, which has a fourth surface. The fourth surface contacts the second surface; and the flow path, which is set for the flow of carbon dioxide and faces the second surface, where the ratio of the area of the overlap between the second surface and the flow path to the area of the second surface is 0.5-0.85.

【技术实现步骤摘要】
电化学反应装置关联申请的引用本申请以日本专利申请2017-054566(申请日：3/21/2017)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。
实施方式的专利技术涉及电化学反应装置。
技术介绍
近年来，出于能量问题和环境问题这两者的观点考虑，不仅将太阳能等可再生能转换成电能来加以利用，而且非常期望将其储藏且转换成可搬运的状态。针对该期望，如植物的光合作用那样使用太阳能而生成化学物质的人造光合作用技术的研究开发正在进行。利用该技术，即可能将再生能量作为可储藏的燃料进行储藏，另外，通过生成作为工业原料的化学物质，又可期待产生价值。作为使用太阳能等可再生能来生成化学物质的装置，已知有一种电化学反应装置，该电化学反应装置具备：阴极，其对来自例如发电所、垃圾处理所的二氧化碳(CO2)进行还原；和阳极，其对水(H2O)进行氧化。在阴极，对例如二氧化碳进行还原而生成一氧化碳(CO)等碳化合物。据认为，在将这样的电化学反应装置通过电池形态(也称为电解电池)来实现的情况下，通过与例如PolymerElectricFuelCell(聚合物电燃料电池：PEFC)等燃料电池类似的形态来实现是有效的。然而，在该情况下，有时会产生与PEFC所具有的问题类似的问题。
技术实现思路
实施方式的专利技术要解决的课题在于使电化学反应装置的反应效率提高。实施方式的电化学反应装置具备：阳极，其用于对水进行氧化而生成氧；电解液流路，其面向阳极，是为了供含有水的电解液流动而设置的；阴极，其具备：多孔导电层，该多孔导电层具有第1表面和第2表面；和还原催化剂层，该还原催化剂层具有与第1表面接触的第3表面且含有用于对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的还原催化剂；隔板，其使阳极和阴极分离；电源，其与阳极和阴极电连接；流路板，其具备：第4表面，该第4表面与第2表面接触；和流路，该流路是为了供二氧化碳流动而设置的且面向第2表面，第2表面与流路的重叠部的面积相对于第2表面的面积之比为0.5～0.85。附图说明图1是表示电化学反应装置的结构例的示意图。图2是表示电化学反应装置的另一结构例的示意图。图3是表示流路板的一部分的结构例的俯视示意图。图4是表示流路板的一部分的结构例的侧面示意图。图5是用于说明重叠部的面积的算出方法的示意图。图6是用于说明最短距离的标准偏差的算出方法的图。图7是表示流路板的另一结构例的俯视示意图。图8是表示流路板的另一结构例的断面示意图。图9是表示流路板的另一结构例的断面示意图。图10是表示流路板的另一结构例的断面示意图。图11是表示面积比与法拉第效率的关系的图。图12是表示面积比与整体电流或局部电流的关系的图。图13是表示流路宽度比与整体电流或局部电流的关系的图。图14是表示重叠部剩余部分面积与整体电流或局部电流的关系的图。图15是表示标准偏差σ与整体电流或局部电流的关系的图。图16是表示个数比例与整体电流或局部电流的关系的图。符号说明10阳极部；11阳极；12流路板；13集电体；14流路；20阴极部；21流路板；22流路；23阴极；23a多孔导电层；23a1表面；23a2表面；23b还原催化剂层；23b1表面；23b2表面；24流路板；24a流路层；24b流路层；24b1区域；24b2区域；24c流路层；25集电体；26密封件；30隔板；40电源；71顶点；72多边形；81分割线；82分割线；83交点；241表面；242表面；243流路；243a流入口；243b流出口；243c区域；243d区域；244流路；245a开口；245b开口；246a开口；246b开口具体实施方式以下，参照附图对实施方式进行说明。此外，附图是示意性的，例如存在各制成要素的厚度、宽度等尺寸与实际的制成要素的尺寸不同的情况。另外，在实施方式中，会存在对实质上相同的制成要素标注同一符号、省略说明的情况。图1和图2是表示实施方式的电化学反应装置的结构例的断面示意图。电化学反应装置具备阳极部10、阴极部20、隔板30以及电源40。阳极部10能够对水(H2O)进行氧化而生成氧离子、氢离子或者对氢氧离子(OH-)进行氧化而生成水、氧。阳极部10具备：阳极11、流路板12、集电体13以及流路14。阳极11是通过使例如网状材料、冲孔材料、多孔体、金属纤维烧结体等具有多孔结构的基材附载氧化催化剂而形成的。基材也可以由钛(Ti)、镍(Ni)、铁(Fe)等金属、含有至少1种这些金属的合金(例如SUS)等金属材料来形成。阳极11例如由支撑体等来进行支撑。支撑体例如具有开口，阳极11配置于该开口。作为氧化催化剂，可列举出使用于对水进行氧化的活化能减少的材料。换言之，可列举出使在通过水的氧化反应而生成氧离子和氢离子时的过电压降低的材料。可列举出：例如，铱、铁、铂、钴或锰等。另外，作为氧化催化剂，可以使用二元系金属氧化物、三元系金属氧化物或四元系金属氧化物等。作为二元系金属氧化物，可列举出：例如，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)或氧化钌(Ru-O)等。作为三元系金属氧化物，可列举出：例如，Ni-Co-O、La-Co-O、Ni-La-O、Sr-Fe-O等。作为四元系金属氧化物，可列举出：例如，Pb-Ru-Ir-O、La-Sr-Co-O等。此外，并不限于此，作为氧化催化剂，也可以使用Ru络合物或Fe络合物等金属络合物。另外，也可以混合多个材料。流路板12具有面向阳极11的槽。流路板12具有作为流路板的功能。作为流路板12，优选使用化学反应性较低且导电性较高的材料。作为这样的材料，可列举出Ti、SUS等金属材料、碳等。集电体13介由流路板12与阳极11电连接。集电体13优选含有化学反应性较低且导电性较高的材料。作为这样的材料，可列举出Ti、SUS等金属材料、碳等。流路14包括阳极11与流路板12的槽之间的空间。流路14具有作为用于供含有水等被氧化的物质(被氧化物质)的第1电解液流动的电解液流路的功能。阴极部20能够对二氧化碳(CO2)进行还原而生成碳化合物、氢。阴极部20具备：流路板21、流路22、阴极23、具备流路243的流路板24以及集电体25，此外，如图2所示，也可以不设置流路板21。流路板21具有开口，该开口具有作为流路22的功能。流路22是为了供含有水的第2电解液和二氧化碳流动而设置的。第2电解液也可以含有二氧化碳。流路板21优选含有化学反应性较低且不具有导电性的材料。作为这样的材料，可列举出丙烯酸树脂、聚醚醚酮(PEEK)、氟树脂等绝缘树脂材料。此外，通过改变流过流路22的电解液所含有的水量、电解液成分，从而可以使氧化还原反应性变化，可以改变被还原物质的选择性、所生成的化学物质的比例。阳极11和阴极23中的至少一个也可以具有多孔结构。作为能够适用于具有多孔结构的电极层的材料，除了上述材料之外，还可列举出例如科琴黑、VULCANXC-72等碳黑、活性炭、金属微粉末等。通过具有多孔结构，从而可以增大有助于氧化还原反应的活性面的面积，因此可以提高转换效率。作为还原催化剂，可列举出使用于对氢离子、二氧化碳进行还原的活化能减少的材料。换言之，可列举出使通过氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学反应装置，其具备：阳极，其用于对水进行氧化而生成氧；电解液流路，其面向所述阳极，是为了供含有所述水的电解液流动而设置的；阴极，其具备：多孔导电层，该多孔导电层具有第1表面和第2表面；和还原催化剂层，该还原催化剂层具有与所述第1表面接触的第3表面且含有用于对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的还原催化剂；隔板，其使所述阳极和所述阴极分离；电源，其与所述阳极和所述阴极电连接；流路板，其具备：第4表面，该第4表面与所述第2表面接触；和流路，该流路是为了供所述二氧化碳流动而设置的且面向所述第2表面，所述第2表面与所述流路的重叠部的面积相对于所述第2表面的面积之比为0.5～0.85。

【技术特征摘要】
2017.03.21 JP 2017-0545661.一种电化学反应装置，其具备：阳极，其用于对水进行氧化而生成氧；电解液流路，其面向所述阳极，是为了供含有所述水的电解液流动而设置的；阴极，其具备：多孔导电层，该多孔导电层具有第1表面和第2表面；和还原催化剂层，该还原催化剂层具有与所述第1表面接触的第3表面且含有用于对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的还原催化剂；隔板，其使所述阳极和所述阴极分离；电源，其与所述阳极和所述阴极电连接；流路板，其具备：第4表面，该第4表面与所述第2表面接触；和流路，该流路是为了供所述二氧化碳流动而设置的且面向所述第2表面，所述第2表面与所述流路的重叠部的面积相对于所述第2表面的面积之比为0.5～0.85。2.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，所述第3表面与所述流路的重叠部的面积相对于所述第3表面的面积之比为0.5～0.85。3.根据权利要求1或2所述的电化学反应装置，其中，所述流路具有：第1区域，该第1区域沿着所述第4表面延伸；第2区域，该第2区域以从所述第1区域沿着所述第4表面折回的方式延伸；和第3区域，该第3区域从所述第2区域沿着所述第1区域延伸，所述第1区域的平均宽度相对于所述第1区域与所述第3区域之间的平均宽度之比为1.5～5。4.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学反应装置，其中，除去将所述第2表面与所述流路的重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点进行连结而成的多边形以外的所述第2表面的剩余部分的面积相对于所述第2表面的面积之比为1/6以下。5.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学反应装置，其中，除去将所述第3表面与所述流路的重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点进行连结而成的多边形以外的所述第3表面的剩余部分的面积相对于所述第3表面的面积之比为1/6以下。6.根据权利要求1～5中任一项所述的电化学反应装置，其中，从多个第1分割线与多个第2分割线的交点...

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