电化学反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电化学反应装置。提供能够抑制二氧化碳的还原生成物的生成量、组成由于反应部的温度变化而随时间变动的电化学反应装置。电化学反应装置具备：具有第一容纳部和第二容纳部的第一反应部，上述第一容纳部用于容纳包含二氧化碳的气体或包含二氧化碳的第一电解液，上述第二容纳部用于容纳包含水的第二电解液；配置于第一容纳部、将二氧化碳还原以生成还原生成物的阴极；配置于第二容纳部、将水氧化以生成氧化生成物的阳极；调节第一容纳部内的压力的第一压力调节部；检测第一反应部的温度的温度检测部；和基于温度检测部的检测信号来控制压力调节部的控制部。

【技术实现步骤摘要】
电化学反应装置
本专利技术的实施方式涉及电化学反应装置。
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正在高涨。从这样的能源问题、进而环境问题的观点等出发，使用太阳光等可再生能源将二氧化碳电化学还原、制作可贮存的化学能源的人工光合作用技术的开发正在推进。实现人工光合作用技术的电化学反应装置具有例如将水(H2O)氧化以生成氧(O2)的阳极、和将二氧化碳(CO2)还原以生成碳化合物的阴极。电化学反应装置的阳极和阴极一般与来自太阳光发电、水力发电、风力发电、地热发电等可再生能源的电源连接。就电化学反应装置的阴极而言，例如以浸渍于溶解有二氧化碳的水中或者与在流路中流动的溶解有二氧化碳的水相接的方式配置。阴极从来自可再生能源的电源获得二氧化碳的还原电位，从而将二氧化碳还原以生成一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、甲烷(CH4)、乙醇(C2H5OH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙二醇(C2H6O2)等碳化合物。在使用上述这样的可再生能源在电化学上大量地进行二氧化碳的还原的情况下，由于焦耳热，反应部的温度上升。溶解于水中的二氧化碳的量依赖于温度，因此水中的二氧化碳的量发生变化，利用价值降低。进而，由于天气、风力情况等的变化，电力容易产生变动，存在与其相伴地对阴极的施加电位容易变动这样的问题。由此，焦耳热也变动，产生运行中的反应部的温度发生变动的问题。这成为二氧化碳的还原生成物的可利用性、利用价值降低的主要因素。作为解决这样的问题的手法，在实验上也进行了将能够施加恒定电位的恒电位器这样的电源用于阴极，使电化学反应装置运行(三极式)，但这样的话，将失去利用可再生能源产生的优点，在成本、效率上成为问题。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2017-48442号公报专利文献2：日本特表2017-31467号公报非专利文献非专利文献1：ColinOloman等人，“ElectrochemicalProcessingofCarbonDioxide”ChemSusChem2008，1，385-391
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术要解决的课题在于提供一种电化学反应装置，其能够抑制：在大量地进行二氧化碳的还原的情况下，反应部的温度由于焦耳热而上升、变动，二氧化碳的还原生成物的生成量、组成随时间变化。用于解决课题的手段实施方式的电化学反应装置具备：具有第一容纳部和第二容纳部的第一反应部,该第一容纳部用于容纳包含二氧化碳的气体或包含二氧化碳的第一电解液,该第二容纳部用于容纳包含水的第二电解液；配置于第一容纳部、将二氧化碳还原以生成还原生成物的阴极；配置于第二容纳部、将水氧化以生成氧化生成物的阳极；调节第一容纳部内的压力的第一压力调节部；检测第一反应部的温度的温度检测部；和基于温度检测部的检测信号来控制压力调节部的控制部。附图说明图1为示出电化学反应装置1A的图。图2为示出电化学反应装置1B的图。图3为示出电化学反应装置1C的图。图4为示出电化学反应装置1D的图。图5为示出电化学反应装置1E的图。附图标记说明1A～1E…电化学反应装置、2…第一电解液、3…第一容纳部、4…第二电解液、5…第二容纳部、6…隔膜、7…第一反应部、8…阴极、9…阳极、10…电化学反应单元、11…电源、12…第一分离部、13…第二分离部、14…压力调节部、15…温度检测部、16…控制部、17…第一供给流路、18…第二供给流路、19…第一排出流路、20…第二排出流路、21…第二反应部、31…第一流路、32…第二流路、33…第一集电板、34…第二集电板、141…第一压力调节部、142…第二压力调节部。具体实施方式以下参照附图对实施方式的电化学反应装置进行说明。以下所示的各实施方式中，对实质上相同的构成部位标注相同的附图标记，有时省略其部分说明。附图为示意性的，厚度与平面尺寸的关系、各部的厚度的比率等有时与现实情况不同。(第一实施方式)图1为示出电化学反应装置1A的图。电化学反应装置1A具备：具有容纳包含二氧化碳的第一电解液2的第一容纳部3、容纳包含水的第二电解液4的第二容纳部5、将第一容纳部3和第二容纳部5隔开的隔膜6的第一反应部7；具有配置在第一容纳部3内、将二氧化碳还原以生成还原生成物的阴极8、和配置在第二容纳部5内、将水氧化以生成氧化生成物的阳极9的电化学反应单元10；与阴极8和阳极9连接的电源11；将在第一容纳部3生成的还原生成物从第一电解液2分离的第一分离部12；将在第二容纳部5生成的氧化生成物从第二电解液4分离的第二分离部13；调节第一容纳部3内的压力的压力调节部14；检测第一容纳部内的温度的温度检测部15；基于温度检测部15的检测信号控制压力调节部14的控制部16。第一反应部7具有被隔膜6隔开的第一容纳部3和第二容纳部5，该隔膜6可使氢离子(H+)、氢氧根离子(OH-)等离子移动。第一反应部7例如可采用石英白板玻璃、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等的容器形成。也可以第一反应部7的一部分使用透光的材料，剩余部分使用树脂材料。树脂材料的例子包含例如聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚缩醛(POM)(共聚物)、聚苯醚(PPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。在第一容纳部3内配置阴极8，进而以阴极8与第一电解液2相接的方式容纳第一电解液2。第一电解液2作为阴极溶液发挥功能，包含二氧化碳作为被还原的物质。第一电解液2可包含氢离子，另外优选为水溶液。在第二容纳部5内配置阳极9，进而以阳极9与第二电解液4相接的方式容纳第二电解液4。第二电解液4作为阳极溶液发挥功能，包含水作为被氧化的物质。第二电解液4可包含醇水溶液、胺的等有机物水溶液等水溶液。通过改变第一电解液2和第二电解液4中所含的水的量、电解液成分，能够使反应性发生变化，改变被还原的物质的选择性、生成的化学物质的比例。第一电解液2和第二电解液4根据需要可含有氧化还原对。作为氧化还原对，例如可列举出Fe3+/Fe2+、IO3-/I-。第一容纳部3和第二容纳部5可具有容纳反应物、生成物中所含的气体的空间部。第一容纳部3连接着供给第一电解液2的第一供给流路17，进而经由用于将气体或液体等流体从第一容纳部3排出的第一排出流路19连接着第一分离部12。第二容纳部5连接着供给第二电解液4的第二供给流路18，进而经由用于将气体或液体等流体从第二容纳部5排出的第二排出流路20连接着第二分离部13。第一电解液2与第二电解液4可以是包含彼此不同的物质的电解液，也可以是包含彼此相同的物质的电解液。在第一电解液2和第二电解液4包含彼此相同的物质和相同的溶剂的情况下，第一电解液2和第二电解液4可视为是1个电解液。另外，优选第二电解液4的pH比第一电解液2的pH高。由此，氢离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电化学反应装置，具备：/n具有第一容纳部和第二容纳部的第一反应部，所述第一容纳部用于容纳包含二氧化碳的气体或包含所述二氧化碳的第一电解液，所述第二容纳部用于容纳包含水的第二电解液；/n配置于所述第一容纳部、将所述二氧化碳还原以生成还原生成物的阴极；/n配置于所述第二容纳部、将所述水氧化以生成氧化生成物的阳极；/n调节所述第一容纳部内的压力的第一压力调节部；/n检测所述第一反应部的温度的温度检测部；和/n基于所述温度检测部的检测信号来控制所述压力调节部的控制部。/n

【技术特征摘要】
20190917 JP 2019-1688851.电化学反应装置，具备：
具有第一容纳部和第二容纳部的第一反应部，所述第一容纳部用于容纳包含二氧化碳的气体或包含所述二氧化碳的第一电解液，所述第二容纳部用于容纳包含水的第二电解液；
配置于所述第一容纳部、将所述二氧化碳还原以生成还原生成物的阴极；
配置于所述第二容纳部、将所述水氧化以生成氧化生成物的阳极；
调节所述第一容纳部内的压力的第一压力调节部；
检测所述第一反应部的温度的温度检测部；和
基于所述温度检测部的检测信号来控制所述压力调节部的控制部。


2.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，所述第一反应部还具备将所述第一容纳部与所述第二容纳部隔开的隔膜，所述隔膜包含多孔膜。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的电化学反应装置，其中，所述温度检测部配置为与所述第一反应部接触或非接触地检测所述第一反应部的温度。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学反应装置，其具备多个所述第一反应部。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的电化学反应装置，其中，所述第一反应部的温度为60℃以上且150℃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，导入所述第一容纳部的所述二氧化碳的浓度用体积百分率计，为5％以上且20％以下，导入所述第一容纳部的所述二氧化碳的压力为3个大气压以上。


7.根据权利要求1～6中任一项所述的电化学反应装置，其中，采用所述温度检测部所检测的所述第一反应部的温度与导入所述第一容纳部的所述二氧化碳的温度之差为20℃以内。


8.根据权利要求1～7中任一项所述的电化学反应装置，其中，导入所述第一容纳部的所述二氧化碳的温度为80℃以上且140℃以下。


9.根据权利要求1～8中任一项所述的电化学反应装置，其还具备使所述还原生成物反应的第二反应部。...

【专利技术属性】
技术研发人员：御子柴智，元茂朝日，北川良太，小野昭彦，小藤勇介，工藤由纪，山际正和，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP