水电解装置及水电解方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种水电解装置，具有：阳极，包含纳米金刚石；及，光照射部，向前述阳极照射光。另外，本发明专利技术提供一种水电解方法，向包含纳米金刚石的阳极照射光的同时对水进行电解。米金刚石的阳极照射光的同时对水进行电解。米金刚石的阳极照射光的同时对水进行电解。

【技术实现步骤摘要】
水电解装置及水电解方法


[0001]本专利技术涉及一种水电解装置及水电解方法。

技术介绍

[0002]以往，在对水进行电解时，在水溶液中设置阳极及阴极，并施加电压。此时，从阳极侧产生氧，从阴极侧产生氢。此处，室温下的水的理论电解电压约为1.23V，但如果考虑氢的制造效率，则期望降低水的电解电压，即，使水的电解电压接近水的理论电解电压。
[0003]作为水电解装置，已知有一种固体高分子型水电解装置，其具有膜电极接合体，所述膜电极接合体是在阳极与阴极之间夹持有固体高分子电解质膜(例如，参照专利文献1)。
[0004][先前技术文献][0005](专利文献)
[0006]专利文献1：国际公开第2020/116651号

技术实现思路

[0007][专利技术所要解决的问题][0008]然而，由于难以降低膜电极接合体的各部位的电阻值，因此，无法使水的电解电压低于规定值。
[0009]本专利技术的目的在于，提供一种能够降低水的电解电压的水电解装置及水电解方法。
[0010][解决问题的技术手段][0011]本专利技术的一形态是一种水电解装置，具有：阳极，包含纳米金刚石；及，光照射部，向前述阳极照射光。
[0012]可选地，前述阳极还包含二价或三价的过渡金属。
[0013]本专利技术的另一形态是一种水电解方法，向包含纳米金刚石的阳极照射光的同时对水进行电解。
[0014]可选地，前述水包含二价或三价的过渡金属。
[0015](专利技术的效果)r/>[0016]根据本专利技术，可以提供一种能够降低水的电解电压的水电解装置及水电解方法。
附图说明
[0017]图1是绘示本实施方式的水电解装置的一例的图。
[0018]图2是绘示图1的水电解装置的控制的一例的流程图。
[0019]图3是绘示在图1的水电解装置中使用的阳极的一例的剖面图。
[0020]图4是绘示在图1的水电解装置中使用的阳极的另一例的剖面图。
[0021]图5是绘示在图1的水电解装置中使用的阳极的另一例的剖面图。
具体实施方式
[0022]以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。
[0023]本实施方式的水电解装置具有：包含纳米金刚石的阳极、及向阳极照射光的光照射部。当使用本实施方式的水电解装置时，可以向阳极照射光的同时使水电解。
[0024]当阳极中所包含的纳米金刚石吸收光时，价带的电子(e
－
)迁移至导带，而迁移至导带的电子向阴极移动，由此流动电流。此处，在阳极，价带中生成的空孔进行阳极反应(2H2O
→
O2+4H
+
+4e
－
)。如此，借由利用光能，水的电解电压变低。另一方面，移动至阴极的电子进行阴极反应(2H
+
+2e
－
→
H2)。
[0025]作为照射至阳极的光，只要能够使纳米金刚石的价带的电子迁移至导带，则没有特别限定。
[0026]纳米金刚石中，在由sp3碳组成的芯部的表面形成有由sp2碳组成的无定形层，在表面存在含氧基。作为含氧基，例如可以列举羟基、羧基、羰基、氧基等。
[0027]纳米金刚石的粒径没有特别限定，例如为3nm以上且8nm以下。此外，纳米金刚石也可以凝聚。
[0028]作为纳米金刚石的制造方法，没有特别限定，例如可以列举化学气相蒸镀(chemical vapor deposition,CVD)法等。
[0029]当阳极还包含二价或三价的过渡金属时，电子的移动被加速，因此水的电解电压进一步变低。此时，也可以在纳米金刚石中掺杂二价或三价的过渡金属。另外，也可以在纳米金刚石上担载二价或三价的过渡金属。在此情况下，也可以借由对包含二价或三价的过渡金属的水进行电解，向阳极导入二价或三价的过渡金属。
[0030]作为二价或三价的过渡金属，例如可以列举Co(II)、Co(III)、Mn(II)、Mn(III)等。
[0031]图1中绘示本实施方式的水电解装置的一例。
[0032]水电解装置10具有电解槽11，电解槽11具有：包含纳米金刚石的阳极11a、阴极11b、及作为隔开阳极11a与阴极11b的隔膜的质子传导膜11c。另外，水电解装置10具有向阳极11a照射光(hν)的光照射部、及向阳极11a与阴极11b之间施加电解电压的电源12。进而，水电解装置10中，在向电解槽11供给原水的配管上依次设置有密封阀13、流量计(FM)14、及电阻计(RS)15，以绕过密封阀13的方式，设置有从原水制造纯水的纯水制造装置16。另外，水电解装置10中，在排出阴极11b产生的氢(H2)的配管上设置有流量计(FM)17。进而，水电解装置10具有电子控制部(Electronic Control Unit,ECU)18。
[0033]作为构成阴极11b的材料，没有特别限定，例如可以列举镍、钼等。
[0034]作为构成质子传导膜11c的材料，没有特别限定，例如可以列举那芬(Nafion)(注册商标)等。
[0035]此外，也可以使用阴离子传导膜来代替质子传导膜11c。在此情况下，在排出阳极11a产生的氧(O2)的配管上设置流量计(FM)17。
[0036]作为构成阴离子传导膜的材料，没有特别限定，例如可以列举塞勒米翁(Selemion)(注册商标)(AGC工程(AGC Engineering)公司制造)等。
[0037]电源12施加的电解电压没有特别限定。
[0038]作为纯水制造装置16，没有特别限定，例如可以列举Elix Essential(默克(merck)公司制造)等。
[0039]电子控制部(ECU)18基于由流量计(FM)17检测到的氢的流量，来控制由流量计(FM)14检测到的原水的流量。
[0040]此外，在需要向电解槽11供给纯度高的水的情况下，电子控制部(ECU)18如图2所示，控制向电解槽11供给的水的纯度。
[0041]在停止了纯水制造装置16的状态下，打开密封阀13向电解槽11供给原水的同时从电源12向阳极11a与阴极11b之间施加电解电压，并且，从光照射部向阳极11a照射光(hν)，开始电解(S1)。接着，判定由流量计(FM)14、电阻计(RS)15以及流量计(FM)17检测到的原水的流量、原水的电阻以及氢的流量的关系相对于电源12的电压是否正常(S2)。在原水的流量、原水的电阻以及氢的流量的关系正常的情况下，保持原样继续电解。另一方面，在原水的流量、原水的电阻以及氢的流量的关系不正常的情况下，判断为原水的纯度低，关闭密封阀13，并且启动纯水制造装置16，向电解槽11供给纯水(S3)。接着，判定由流量计(FM)14、电阻计(RS)15以及流量计(FM)17检测到的原水的流量、原水的电阻以及氢的流量的关系相对于电源12的电压是否正常(S4)。在原水的流量、原水的电阻以及氢的流量的关系不正常的情况下，返本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水电解装置，具有：阳极，包含纳米金刚石；及，光照射部，向前述阳极照射光。2.根据权利要求1所述的水电解装置，其中，前述阳极还包含二价或三价的过渡金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：仓品大辅，窪田隆一，牛岛辉幸，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：