二氧化碳回收系统和工作电极技术方案

提供了一种二氧化碳回收系统以及在该二氧化碳回收系统中使用的工作电极，上述二氧化碳回收系统能够增加电化学电池中的CO2吸附点的密度。提供了一种二氧化碳回收系统，上述二氧化碳回收系统通过电化学反应将CO2从含有CO2的CO2含有气体中分离，并且包括电化学电池，上述电化学电池包括：含有CO2附剂的工作电极；以及反电极。工作电极与反电极之间的施加电压使电子从反电极供给到工作电极，并且使CO2吸附剂在供给电子时与CO2结合。CO2吸附剂是结晶性多孔体，并且具有交换电子并与CO2结合的官能团规则地布置的分子结构。的官能团规则地布置的分子结构。的官能团规则地布置的分子结构。

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳回收系统和工作电极


[0001]本专利技术涉及一种从CO2含有气体中回收CO2的二氧化碳回收系统、以及该二氧化碳回收系统中使用的工作电极。

技术介绍

[0002]在JP2018
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533470A中，提出了一种通过电化学反应将CO2从CO2含有气体中分离的装置。
[0003]JP2018
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533470A中描述的装置包括工作电极设置有CO2吸附剂的电化学电池。当在电化学电池的工作电极与反电极之间施加电位差并向工作电极供给电子时，CO2吸附剂中包含的官能团吸引电子并形成CO2吸附点。
[0004]此外，在JP2018
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533470A中描述的装置中，多孔的碳纤维被用作电极基材。多孔的碳纤维用作集电体，并且CO2含有气体可以通过多孔的碳纤维的空隙扩散并与CO2吸附剂接触。
[0005]在二氧化碳回收系统中，增加CO2吸附点的密度对于获得所需的CO2回收率是有效的，同时也减小了系统的尺寸。然而，单独使用CO2吸附剂难以增加CO2吸附点的密度。
[0006]此外，尽管可以通过使CO2吸附剂与多孔电极基材接触来增加工作电极中的CO2吸附剂表面与CO2含有气体之间的接触面积，但是由于电极基材的存在，工作电极中的CO2吸附点的密度增加的程度是有限的。

技术实现思路

[0007]鉴于上述各点，本专利技术的目的在于提供一种能够增加电化学电池中的CO2吸附点的密度的二氧化碳回收系统、以及该二氧化碳回收系统中使用的工作电极。
>[0008]为了实现上述目的，根据本公开的一个方面的二氧化碳回收系统是通过电化学反应从含有CO2的CO2含有气体中分离CO2的二氧化碳回收系统。该二氧化碳回收系统包括电化学电池(101)，上述电化学电池包括：含有CO2吸附剂(102b)的工作电极(102)；以及反电极(103)。工作电极与反电极之间的施加电压使电子从反电极供给到工作电极，并且使CO2吸附剂在供给电子时与CO2结合。CO2吸附剂是结晶性多孔体，并且具有交换电子并与CO2结合的官能团规则地布置的分子结构。
[0009]因此，可以在构成CO2吸附剂的结晶性多孔体中规则地布置CO2吸附点，并且可以增加CO2吸附点的密度。其结果是，可以在减小二氧化碳回收系统的尺寸的同时，获得期望的CO2回收率。
[0010]上述每个组件后面的括号中的附图标记表示与以下实施方式中描述的特定装置的对应关系。根据本公开的专利技术不限于特定装置。
附图说明
[0011]在附图中：
图1是示出根据本专利技术的实施方式的二氧化碳回收系统的图；图2是示出CO2回收装置的图；图3是电化学电池的剖视图；图4是示出电化学电池的工作电极的剖视图；图5是用于描述结晶性多孔体中的晶格结点和桥接部的图；图6是用于描述CAU
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8的结晶结构的图；图7是用于描述在CO2回收装置的CO2回收模式和CO2排放模式下执行的工作的图；图8是示出CO2回收模式下的工作电极处的CO2吸附的图；图9是示出CO2排放模式下的工作电极处的CO2脱附的图；图10是示出CO2回收装置中的CO2吸附时间和脱附时间的图；图11是示出实施方式和比较例中的CO2吸附点的密度的图；图12是示出实施方式和比较例中的CO2最大吸附量的图；图13是示出实施方式和比较例中的CO2吸附速率的图；图14是示出电化学电池的变形例的图。
具体实施方式
[0012]以下，将使用附图对本专利技术的实施方式进行描述。如图1所示，本实施方式的二氧化碳回收系统10包括压缩机11、CO2回收装置100、流路切换阀12、CO2利用装置13和控制装置14。
[0013]压缩机11将CO2含有气体泵送至CO2回收装置100。CO2含有气体是含有CO2和除CO2以外的气体的混合气体。例如，可以使用空气或内燃机的排放气体。
[0014]CO2回收装置100是从CO2含有气体中分离和回收CO2的装置。CO2回收装置100排放从CO2含有气体中回收CO2之后的CO2去除气体、或排放从CO2含有气体中回收的CO2。稍后将详细描述CO2回收装置100的构造。
[0015]流路切换阀12是用于对从CO2回收装置100排放的气体的流路进行切换的三通阀。当从CO2回收装置100排放CO2去除气体时，流路切换阀12将排放气体的流路切换到大气侧。当从CO2回收装置100排放CO2时，排放气体的流路被切换到CO2利用装置13侧。
[0016]CO2利用装置13是利用CO2的装置。CO2利用装置13的示例包括存储CO2的储罐和将CO2转换为燃料的转换装置。转换装置可以使用将CO2转换为诸如甲烷的碳氢燃料的装置。碳氢燃料可以是常温常压下的气体燃料或者常温常压下的液体燃料。
[0017]控制装置14由包括CPU、ROM、RAM等的已知的微型计算机和该微型计算机的外围电路组成。控制装置14基于存储在ROM中的控制程序来执行各种计算和处理，并且控制各种受控装置的工作。本实施方式的控制装置14执行压缩机11的工作控制、CO2回收装置100的工作控制、流路切换阀12的流路切换控制等。
[0018]接着，将使用图2描述CO2回收装置100。如图2所示，CO2回收装置100包括电化学电池101。电化学电池101包括工作电极102、反电极103和绝缘层104。在图2所示的示例中，工作电极102、反电极103和绝缘层104分别呈板状。尽管在图2中以隔开间隔的状态示出了工作电极102、反电极103和绝缘层104，但是实际上这些部件被布置成彼此接触。
[0019]电化学电池101可以容纳在容器内(未示出)。容器可以包括气体入口和气体出口，
上述气体入口用于允许CO2含有气体流入容器，上述气体出口用于允许CO2去除气体或CO2流出容器。
[0020]CO2回收装置100通过电化学反应吸附和脱附CO2，并且能够从CO2含有气体中分离和回收CO2。CO2回收装置100具有向工作电极102和反电极103施加预定电压的电源105，并且能够改变工作电极102与反电极103之间的电位差。工作电极102是负电极，反电极103是正电极。
[0021]电化学电池101通过改变工作电极102与反电极103之间的电位差在CO2回收模式(其中在工作电极102处回收CO2)与CO2排放模式(其中从工作电极102排放CO2)之间切换来工作。CO2回收模式是使电化学电池101充电的充电模式。CO2排放模式是使电化学电池101放电的放电模式。
[0022]在CO2回收模式下，在工作电极102与反电极103之间施加第一电压V1，并且从反电极103向工作电极102供给电子。在第一电压V1下，工作电极电位低于反电极电位。第一电压V1例如可以处于0.5到2.0V的范围内。
[0023]在CO2排放模式下，在工作电极102与反电极103之间施加更低的第二电压V2，并且从工作电极102向反电极103供给电子。第二电压V2是低于第一电压V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳回收系统，所述二氧化碳回收系统通过电化学反应从含有CO2的CO2含有气体中分离CO2，包括：电化学电池，所述电化学电池包括：含有CO2吸附剂的工作电极；以及反电极；其中所述工作电极与所述反电极之间的施加电压使电子从所述反电极供给到所述工作电极，并且使所述CO2吸附剂能够在供给电子时与CO2结合，所述CO2吸附剂是结晶性多孔体，并且具有交换电子并与CO2结合的官能团规则地布置的分子结构。2.如权利要求1所述的二氧化碳回收系统，其特征在于，在所述CO2吸附剂中，所述官能团规则地布置在晶格的桥接部中。3.如权利要求1所述的二氧化碳回收系统，其特征在于，所述结晶性多孔体是金属有机架构、共价有机架构和碳质材料中的至少一种。4.如权利要求3所述的二氧化碳回收系统，其特征在于，所述结晶性多孔体是金属有机架构，并且所述官能团是酮基。5.如权利要求4所述的二氧化碳回收系统，其特征在于，所述金属有机架构具有与具有酮基的二苯甲酮二羧酸酯配位的铝离子。6.如权利要求1所述的二氧化碳回收系统，其特征在于，所述反电极包括交换电子的辅助材料，所述反电极与所述工作电极之间的所述反电极的电位高于所述工作电极的电位的第一电压的施加使得电子从所述辅助材料供给到所述CO2吸附剂，并且使所述CO2吸附剂与CO2结合。7.如权利要求6所述的二氧化碳回收系统，其特征在于，所述反电极与所述工作电极之间的低于所述第一电压的第二电压的施加使得电子从所述CO2吸附剂供给到所述辅助材料，并且使由所述CO2吸附剂吸附的CO2脱附。8.如权利要求1所述的二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅田纮章，森本洋平，竹崎大辉，堀毛悟史，
申请(专利权)人：国立大学法人京都大学，
类型：发明
国别省市：