二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。提供长时间地抑制电解池输出的劣化，同时可以进行电解池的有效运转的二氧化碳电解装置。实施方式的二氧化碳电解装置(1)具备：电解池(2)，其具备阴极(22)、阳极(11)、二氧化碳供给流路(23)、溶液供给流路(12、21)、和隔膜(30)；冲洗液供给部(620)，其对溶液供给流路(12、21)和二氧化碳供给流路(23)中的至少一者供给冲洗液；第1电导率仪(701)，其设置于溶液供给流路(12、21)和二氧化碳供给流路(23)中的至少一个流路的从电解池(2)的排出口侧；和冲洗液供给控制部(801)，其根据第1电导率仪(701)的测定结果控制冲洗液供给部(620)的停止动作。

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法
本专利技术的实施方式涉及二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。
技术介绍
近年来，从能源问题和环境问题这两个观点考虑，期望不仅仅是利用可再生能源，而且将其贮藏且设为可运输的状态。但是，由于太阳能电池、风力发电等可再生能源的发电量依赖于天气、自然状况，因此，难以实现稳定的电力供给。对于这样的情况，尝试了对产生的电力蓄电，但蓄电池的成本、蓄电时的损耗成为问题。因此，利用再生能源电化学地进行水电解、或者将二氧化碳电化学还原从而转换为化学物质的技术备受关注。根据这样的技术，也可以作为可贮藏燃料贮藏能量。进而，也期待将可再生能源转换为化学能量、以制造成为工业原料的化学物质的形式创造出价值。具体而言，可以通过电化学地进行水的电解从而由水(H2O)制造氢(H2)。另外，通过将二氧化碳(CO2)电化学地还原，可以转换成一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、甲烷(CH4)、醋酸(CH3COOH)、乙醇(C2H5OH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)等化学物质。这些化学物质能量密度高，可以将化学物质贮藏在高压储气瓶、罐内，因此，能够降低能量的贮藏成本，另外也可以抑制贮藏损耗。作为二氧化碳的电解装置，例如正在研究使阴极溶液和CO2气体与阴极接触，同时使阳极溶液与阳极接触的结构。作为电解装置的具体的构成，可举出例如以下构成：其具备沿阴极的一面配置的阴极溶液流路、沿阴极的另一面配置的CO2气体流路、沿阳极的一面配置的阳极溶液流路、以及配置于阴极溶液流路和阳极溶液流路之间的隔膜。将这样的构成在此称为电解池。在使用这样的电解池，例如使恒电流在阴极和阳极中流动，长时间地实施由CO2生成例如CO的反应时，存在产生CO的生成量降低、或电解池电压增加等经时的电解池输出劣化的课题。从这样的情况考虑，需求抑制经时的电解池输出的劣化、同时可以进行电解池的有效运转的二氧化碳电解装置和其控制机构。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2018-154901号公报专利文献2：美国专利申请公开第2005/0260463号说明书专利文献3：美国专利申请公开第2006/0269807号说明书
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术要解决的课题在于提供长时间地抑制电解池输出的劣化、同时可以进行电解池的有效运转的二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。用于解决课题的手段实施方式的二氧化碳电解装置具备：电解池，其具备用于将二氧化碳还原从而生成碳化合物的阴极、用于将水氧化从而生成氧的阳极、以与所述阴极相接的方式供给二氧化碳的二氧化碳供给流路、以与所述阴极和所述阳极中的至少所述阳极相接的方式供给电解溶液的溶液供给流路、以及将所述阳极和所述阴极分离的隔膜；冲洗液供给部，其向所述电解池的所述溶液供给流路和所述二氧化碳供给流路中的至少一个流路供给冲洗液；第1电导率仪，其设置于所述溶液供给流路和所述二氧化碳供给流路中的至少一个流路的从所述电解池的排出口侧；和冲洗液供给控制部，其根据所述第1电导率仪的测定结果来控制所述冲洗液供给部的停止动作。附图说明图1是示出第1实施方式的二氧化碳电解装置的图。图2是示出图1所示的二氧化碳电解装置的电解池的一例的剖面图。图3是示出图1所示的二氧化碳电解装置的电解池的其它例的剖面图。图4是示出第1实施方式的二氧化碳电解装置的运转工序的图。图5是示出第1实施方式的二氧化碳电解装置的恢复工序的图。图6是示出第2实施方式的二氧化碳电解装置的图。图7是示出第2实施方式的二氧化碳电解装置的恢复工序的图。图8是示出第3实施方式的二氧化碳电解装置的图。图9是示出第3实施方式的二氧化碳电解装置的运转工序的图。图10是示出实施例1中的恢复工序时的冲洗液的供给经过时间和冲洗液的电导率的关系的一例的图。图11是示出实施例1中的恢复工序时的冲洗液的电导率的要求标准的计算结果的例子的图。附图标记说明1、1A、1B、1C…二氧化碳电解装置、2…电解池、10…阳极部、11…阳极、12…阳极溶液流路、20…阴极部、21…阴极溶液流路、22…阴极、23…CO2气体流路、100…阳极溶液供给系统、200…阴极溶液供给系统、300…气体供给系统、400…生成物收集系统、500…电解动作控制系统、502…数据收集·控制部、600…恢复材料供给系统、610…气体供给部、620…冲洗液供给部、700…传导率测定系统、701、702…电导率仪、703…交流电阻计、800…恢复动作控制系统、801…恢复动作控制部、900…废液收集系统。具体实施方式下面，对实施方式的二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法，参照附图进行说明。在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符号，有时省略一部分其说明。附图是示意性的图，有时厚度和平面尺寸的关系、各部的厚度的比率等与现实的不同。(第1实施方式)图1是示出第1实施方式的二氧化碳的电解装置1(1A)的构成的图，图2和图3是示出图1所示的电解装置中的电解池的构成的剖面图。图1所示的二氧化碳的电解装置1A具备：电解池2、向电解池2供给阳极溶液的阳极溶液供给系统100、向电解池2供给阴极溶液的阴极溶液供给系统200、向电解池2供给二氧化碳气体的气体供给系统300、收集通过电解池2的还原反应而生成的生成物的生成物收集系统400、由收集的生成物检测还原性能并进行电解池2的电解动作的控制的电解动作控制系统500、向电解池2供给冲洗液、气体状物质等恢复材料的恢复材料供给系统600、测定由电解池2所排出的冲洗液的电导率的传导率测定系统700、进行恢复动作的控制的恢复动作控制系统800、和收集阴极溶液、阳极溶液的废液及冲洗液的废液收集系统900。如图2所示，电解池2具备：阳极部10、阴极部20和隔膜(分隔体)30。阳极部10具备：阳极11、阳极溶液流路12、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、及阴极集电板24。隔膜30以将阳极部10和阴极部20分离的方式配置。电解池2用未图示的一对支撑板夹住，进一步用螺栓等紧固。电解池2不限于图2所示的单独的电解池，如图3所示，也可以为叠层有多个电解池2的堆叠式电解池2X。在图1或图3中，符号40为使电流在阳极11及阴极22中流动的电源。电源40经由阳极集电板13及阴极集电板24而与阳极11及阴极22连接。电源40不限于通常的系统电源、电池等，也可以为供给通过太阳能电池、风力发电等可再生能源而产生的电力的电力源。在图3所示的堆叠式电解池2X的各电解池2中，连接于电源40的阳极集电板13及阴极集电板24并联连接，另外，溶液流路12、21、CO2气体流路23串联连接。阳极11为发生作为电解溶液的阳极溶液中的水(H2O)的氧化反应，生成氧(O2)、氢离子(H+)的电极(氧化电极)。阳极11具有与隔膜30相接的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二氧化碳电解装置，其具备：/n电解池，其具备用于将二氧化碳还原从而生成碳化合物的阴极、用于将水氧化从而生成氧的阳极、以与所述阴极相接的方式供给二氧化碳的二氧化碳供给流路、以与所述阴极和所述阳极中的至少所述阳极相接的方式供给电解溶液的溶液供给流路、以及将所述阳极和所述阴极分离的隔膜；/n冲洗液供给部，向所述电解池的所述溶液供给流路和所述二氧化碳供给流路中的至少一个流路供给冲洗液；/n第1电导率仪，其设置于所述溶液供给流路和所述二氧化碳供给流路中的至少一个流路的从所述电解池的排出口侧；和/n冲洗液供给控制部，其根据所述第1电导率仪的测定结果来控制所述冲洗液供给部的停止动作。/n

【技术特征摘要】
20190917 JP 2019-1688841.二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，其具备用于将二氧化碳还原从而生成碳化合物的阴极、用于将水氧化从而生成氧的阳极、以与所述阴极相接的方式供给二氧化碳的二氧化碳供给流路、以与所述阴极和所述阳极中的至少所述阳极相接的方式供给电解溶液的溶液供给流路、以及将所述阳极和所述阴极分离的隔膜；
冲洗液供给部，向所述电解池的所述溶液供给流路和所述二氧化碳供给流路中的至少一个流路供给冲洗液；
第1电导率仪，其设置于所述溶液供给流路和所述二氧化碳供给流路中的至少一个流路的从所述电解池的排出口侧；和
冲洗液供给控制部，其根据所述第1电导率仪的测定结果来控制所述冲洗液供给部的停止动作。


2.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，所述电导率仪被控制为在所述冲洗液的供给时随时测定所述冲洗液的电导率，
所述冲洗液供给部由所述冲洗液供给控制部控制为在所述冲洗液的电导率和所述电导率的时间变化的至少一者成为要求标准以下时停止所述冲洗液的供给。


3.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，还具备：第2电导率仪，其设置于所述溶液供给流路和所述二氧化碳供给流路中的至少一个流路的向所述电解池的流入口侧，
所述冲洗液供给部由所述冲洗液供给控制部控制为在利用所述第2电导率仪所测定的所述冲洗液的电导率和利用所述第1电导率仪所测定的所述冲洗液的电导率的差值成为要求标准以下时停止所述冲洗液的供给。


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，还具备：
还原性能检测部，其收集包含选自所述电解池的电解池电压、电解池电流、阴极电位、阳极电位、所述还原电极引起的还原生成物的生成量、及所述还原生成物中的生成物比率中的至少1个的还原性能数据；和
电解动作控制部，其基于所述还原性能数据控制所述电解池的动作。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，还具备：
电解液浓度测定仪，其测定向所述阳极供给所述电解溶液的所述溶液供给流路内的所述电解溶液的浓度、和
流量测定仪，测其定所述二氧化碳供给流路内的气体流量。


6.根据权利要求5所述的二氧化碳电解装置，其中，还具备：电解动作控制部，以所述电解溶液的浓度和所述气体流量的积的从基准时间开始的时间积分值成为要求基准以下时停止所述电解池的动作的方式控制所述电解池，其中，将装置启动开始后和上次的恢复动作的停止后的经过时间中较短的时间设为基准时间，
所述冲洗液供给控制部以在所述电解池的动作停止后开始所述冲洗液的供给的方式控制所述冲洗液供给部。


7.根据权利要求1～5中任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，还具备：交流电阻计，其测定所述电解池的阻抗。


8.根据权利要求7所述的二氧化碳电解装置，其中，还具备：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山际正和，小野昭彦，工藤由纪，小藤勇介，元茂朝日，菅野义经，北川良太，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