本发明专利技术的目的是提供一种氢化反应得以抑制的效率高的电解装置以及冰箱。实施方式的电解装置的特征在于，所述电解装置至少具备具有膜电极接合体的电解池，所述膜电极接合体由阳极、具有引入了氮的碳合金催化剂的阴极、以及配置于阳极和所述阴极之间的电解质构成，并且所述电解装置对阳极和阴极施加电压，电解质是酸性、中性或碱性中的任一种，当电解质是酸性时，通过电解装置在阴极生成水，当电解质是中性或碱性时，通过电解装置在阳极生成氢氧根离子。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解装置及冰箱。
技术介绍
以往，进行了除湿装置、氧浓缩装置、脱氧装置、食盐电解装置、气体传感器或湿度传感器等中利用了通过电解的氧还原反应的装置的开发。进行该电解的电解池的阳极使用钼、铅、氧化物、铱复合氧化物或钌复合氧化物的催化剂，阴极使用钼系催化剂。但是，在氧还原反应中，阴极的施加电压如果超过理论氢发生电位，则在阴极侧会产生氢。例如，当冰箱中使用了脱氧装置时，会进行氢化反应，电カ效率变差。这是因为Pt具有非常高的催化性能，所以还容易引起氢化反应，且与氧还原反应同时进行的缘故。另夕卜，如果降低电解的电压，则由于无法取出大的电流，所以存在着脱氧效率不佳的问题。 现有技术文献专利文献日本特开平1-148327号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的目的是提供一种氢化反应得以抑制的效率高的电解装置以及冰箱。用于解决问题的手段实施方式的电解装置的特征在于，所述电解装置至少具备具有膜电极接合体的电解池，所述膜电极接合体由阳极、具有引入了氮的碳合金催化剂的阴极、以及配置于阳极和所述阴极之间的电解质构成，并且所述电解装置对阳极和阴极施加电压，电解质是酸性、中性或碱性中的任ー种，当电解质是酸性时，通过电解装置在阴极生成水，当电解质是中性或碱性时，通过电解装置在阳极生成氢氧根离子。附图说明图I是表示实施方式的被氮取代了的碳的例子的结构式。图2是实施方式的阴极的示意图。图3是实施方式的电解装置的示意图。图4是实施方式的具备气体扩散电极的纯碱电解装置(日语原文为ソーダ電解装置)的示意图。图5是具备实施方式的电解装置的装置的示意图。图6是具备实施方式的电解装置的装置的示意图。图7是实施方式的脱氧装置的示意图。图8是实施方式的冰箱的示意图。图9是实施方式的三极式旋转环盘电极池的示意图。图10是表示实施例I的XPS测定结果的曲线图。图11是表示实施例I的XPS测定结果的曲线图。具体实施例方式实施方式的电解装置至少具备具有膜电极接合体的电解池，所述膜电极接合体由阳极、具有引入了氮的碳合金催化剂的阴极、以及配置于所述阳极和所述阴极之间的电解质构成，并且所述电解装置对所述阳极和所述阴极施加电压。上述电解装置池利用对阳极和阴极施加电压的电源，在阳极侧进行水的电解，并使用产生的质子，在阴极侧进行氧还原反应。一般作为电解用的氧还原催化剂使用Pt，但实施方式的电解池的阴极中不含氧还原开始电位较高的Pt。阴极中如果含有Pt，则会由于氧 还原开始电位较高而容易发生氧还原反应。具体而言，相对于以标准氢电极电位(NHE)为基准的氧还原标准电极电位的I. 23Vvs. NHE，达到O. 95 I. OVvs. NHE左右。但是，含有同样也是优秀的氢发生催化剂的Pt的阴极由于氢发生电位也高，所以氧还原开始电位与氢发生电位之差较小，因此阴极上的氢化反应也容易发生。具体而言，酸性中的氢发生标准电位为OVvs. NHE，如果阴极变为OVvs. NHE以下，则立即产生氢。考虑到并非燃料电池用的实施方式的电解池的用途，高的氢发生能力并不是优点。除湿装置或脱氧装置等情况下，由于从外部施加电压，所以如果增加某种程度的消耗电力，则在电解条件下，较之Pt同等的氧还原性能，难以产生氢的催化剂更具有优点。特别是在不监视阳极和阴极的各电极的电位时，各电极的过电压比例由于由阳极和阴极上的催化剂性能以及物质的扩散速度決定，所以无法容易知道，仅仅用施加的电压(施加电压)无法判断是否产生了氢。此时，难以产生氢的催化剂可以将极限施加电压设定得较大，所以氧还原反应可有效地进行。无氮取代的碳(例如,KetjenBlack(注册■商标)或Vulcan (注册■商标)XC72R)的氧还原开始电位以可逆氢电极电位(RHE)为基准计为O. 7 O. 6Vvs. RHE左右，所以氧还原性能不高。而且，氢发生电位为约-O. I -O. 2Vvs. RHE，氢发生能力也不低。因此，运转电位窗([氧还原开始电位]-[氢发生电位])为约0.8 O. 9V，氧还原能力和氢发生能力都不适合作为实施方式的阴极用催化剂。实施方式的电解池的阴极所用的催化剂使用以比较快的反应速度进行氧还原反应、并具有高的氢发生抑制效果的催化剂。实施方式的碳合金催化剂是以碳原子的集合体为主体的化合物，碳原子的一部分被氮原子取代。作为催化剂整体，由于具有导电性和高比表面积，所以含有无定形或sp3碳，氮在sp2碳的骨架中如图I的结构式那样，包含氮原子以吡啶型(A)、吡咯/吡啶酮型(B)、氮氧化物型(C)、三配位型(D)中的至少任ー种形态取代碳原子的结构。图I的(A) (D)是表示氮取代的形态的例子，图I的结构式并非表示实施方式的碳合金催化剂本身。实施方式的碳合金催化剂的氮取代量相对于碳合金催化剂的表面兀素量为O. latm% 30atm%。氮取代量如果比该下限值少，则氮取代的效果不充分，因而不优选。另外，氮取代量如果比该上限值多，则结构混乱、导电性下降，因而不优选。此外，从导电性的观点出发，氮取代量更优选为O. latm% 10atm%。当使用碳合金催化剂作为阴极的催化剂时，依赖于氮的取代量，氢发生电位下降，并且运转电位窗超过IV，因而是优选的。具体而言，作为碳合金催化剂，观察到氧还原开始电位为O. 84Vvs. RHE,氢氧化电压为-O. 46V,电位窗为约I. 3V,电位窗比Pt宽。此外，作为本文中的碳合金催化剂的定义，表示碳之间形成了 sp2杂化轨道的碳的一部分被氮取代而得到的催化剂。实施方式的碳合金催化剂中，催化剂的活性点与引入了氮的碳的量成比例地增カロ。另外，对于实施方式的碳催化剂来说，由于表面积越大，对氧还原电流有贡献的活性点就越多，所以碳催化剂的比表面积优选较大。另外，碳合金催化剂的比表面积如果变得过大，则在碳合金催化剂的表面，直径为IOnm以下的微细孔的比例増加。该微细孔使得氧还原反应所需要的氧气的扩散速度变得极慢，所以不优选。因此，优选该微细孔的比例较少，并且碳合金催化剂的孔的大部分(60%以上)具有20nm以上的直径。由以上说明可知，碳合金催化剂的比表面积优选为100m2/g 1200m2/g。 氮原子的取代量是相对于用X射线光电子能谱(X-ray PhotoelectronSpectroscopy XPS)可测定的碳(C)的氮(N)取代的比例(C/N比)。C/N比可以由碳原子Cls的290eV附近的信号、氮原子Nls的400eV附近的信号強度比来计算。计算C/N比吋，可以使用C3N4等组成比明确的化合物作为标准物质，将其作为基准来计算。测定试样可以通过从电解池的阴极上刮削来制作。不过，在XPS的測定中，除了 sp2碳上取代的氮以外，还会检测出胺等非取代氮。因此，为了排除这些非取代氮的影响，要在氩气气氛下于800度将制作的试样烧成I小时，使非取代氮分解，然后进行XPS測定，由此消除非取代氮的影响。这里，还能够进ー步分离取代的形态。通过将氮原子Nls的400eV附近的信号进行分峰，可以分离成398. 5eV-吡啶型、400. 5eV_吡咯/吡啶酮型、401. 2eV_三配位型、402. 9eV-氮氧化物型，可以将氮的取代形态及其量进行明确化。为了特定氮取代量，考虑到试样的加热或混合时的不均匀，将本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.03.24 JP 065541/20111.一种电解装置，其特征在于，所述电解装置至少具备具有膜电极接合体的电解池，所述膜电极接合体由阳极、具有引入了氮的碳合金催化剂的阴极、以及配置于所述阳极和所述阴极之间的电解质构成，并且所述电解装置对所述阳极和所述阴极施加电压， 所述电解质是酸性、中性或碱性中的任ー种， 当所述电解质是酸性吋，通过所述电解装置在所述阴极生成水， 当所述电解质是中性或碱性时，通过所述电解装置在所述阳极生成氢氧根离子。2.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述膜电极接合体的所述电解质是酸性，并且是阳离子交換性的膜。3.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述膜电极接合体的所述电解质是中性或碱性，并且是阴离子交換性的膜。4.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述电解池设置在能够密闭的容器中。5.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述碳合金催化剂是相对于其表面元素量的O. latm% 30atm%由碳取代为氮而得到的。6.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述碳合金催化剂是相对于其表面元素量的O. latm% 10atm%由碳取代为氮而得到的。7.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述碳合金催化剂是碳之间形成了Sp2杂化轨道的碳的一部分被氮取代而得到的。8.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述碳合金催化剂具有吡啶型的氮取代。9.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述碳合金催化剂具有吡咯/批啶酮型的氮取代。10.根据权利要求I所述的电解装置，其特征在于，所述碳合金催化剂具有氮氧化物型的氮取代。11.根据权利要求I所述的电解装...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉永典裕，中野义彦，富松师浩，赤坂芳浩，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：
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