CN108624896A - 电化学反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使反应效率提高的电化学反应装置。电化学反应装置具备：阳极，该阳极用于对水进行氧化而生成氧；电解液流路，该电解液流路面向阳极，是为了供含有水的电解液流动而设置的；阴极，该阴极具备：多孔导电层，该多孔导电层具有第1表面和第2表面；和还原催化剂层，该还原催化剂层具有与第1表面接触的第3表面且含有用于对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的还原催化剂；隔板，该隔板使阳极和阴极分离；电源，该电源与阳极和阴极电连接；和流路板，该流路板具备：第4表面，该第4表面与第2表面接触；和流路，该流路是为了供二氧化碳流动而设置的且面向第2表面，其中，第2表面与流路的重叠部的面积相对于第2表面的面积之比为0.5～0.85。

Description

电化学反应装置
关联申请的引用
本申请以日本专利申请2017-054566(申请日：3/21/2017)为基础，从该申请享有优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。
技术领域
实施方式的发明涉及电化学反应装置。
背景技术
近年来，出于能量问题和环境问题这两者的观点考虑，不仅将太阳能等可再生能转换成电能来加以利用，而且非常期望将其储藏且转换成可搬运的状态。针对该期望，如植物的光合作用那样使用太阳能而生成化学物质的人造光合作用技术的研究开发正在进行。利用该技术，即可能将再生能量作为可储藏的燃料进行储藏，另外，通过生成作为工业原料的化学物质，又可期待产生价值。
作为使用太阳能等可再生能来生成化学物质的装置，已知有一种电化学反应装置，该电化学反应装置具备：阴极，其对来自例如发电所、垃圾处理所的二氧化碳(CO2)进行还原；和阳极，其对水(H2O)进行氧化。在阴极，对例如二氧化碳进行还原而生成一氧化碳(CO)等碳化合物。据认为，在将这样的电化学反应装置通过电池形态(也称为电解电池)来实现的情况下，通过与例如Polymer Electric Fuel Cell(聚合物电燃料电池：PEFC)等燃料电池类似的形态来实现是有效的。然而，在该情况下，有时会产生与PEFC所具有的问题类似的问题。
发明内容
实施方式的发明要解决的课题在于使电化学反应装置的反应效率提高。
实施方式的电化学反应装置具备：阳极，其用于对水进行氧化而生成氧；电解液流路，其面向阳极，是为了供含有水的电解液流动而设置的；阴极，其具备：多孔导电层，该多孔导电层具有第1表面和第2表面；和还原催化剂层，该还原催化剂层具有与第1表面接触的第3表面且含有用于对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的还原催化剂；隔板，其使阳极和阴极分离；电源，其与阳极和阴极电连接；流路板，其具备：第4表面，该第4表面与第2表面接触；和流路，该流路是为了供二氧化碳流动而设置的且面向第2表面，第2表面与流路的重叠部的面积相对于第2表面的面积之比为0.5～0.85。
附图说明
图1是表示电化学反应装置的结构例的示意图。
图2是表示电化学反应装置的另一结构例的示意图。
图3是表示流路板的一部分的结构例的俯视示意图。
图4是表示流路板的一部分的结构例的侧面示意图。
图5是用于说明重叠部的面积的算出方法的示意图。
图6是用于说明最短距离的标准偏差的算出方法的图。
图7是表示流路板的另一结构例的俯视示意图。
图8是表示流路板的另一结构例的断面示意图。
图9是表示流路板的另一结构例的断面示意图。
图10是表示流路板的另一结构例的断面示意图。
图11是表示面积比与法拉第效率的关系的图。
图12是表示面积比与整体电流或局部电流的关系的图。
图13是表示流路宽度比与整体电流或局部电流的关系的图。
图14是表示重叠部剩余部分面积与整体电流或局部电流的关系的图。
图15是表示标准偏差σ与整体电流或局部电流的关系的图。
图16是表示个数比例与整体电流或局部电流的关系的图。
符号说明
10阳极部；11阳极；12流路板；13集电体；14流路；20阴极部；21流路板；22流路；23阴极；23a多孔导电层；23a1表面；23a2表面；23b还原催化剂层；23b1表面；23b2表面；24流路板；24a流路层；24b流路层；24b1区域；24b2区域；24c流路层；25集电体；26密封件；30隔板；40电源；71顶点；72多边形；81分割线；82分割线；83交点；241表面；242表面；243流路；243a流入口；243b流出口；243c区域；243d区域；244流路；245a开口；245b开口；246a开口；246b开口
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。此外，附图是示意性的，例如存在各制成要素的厚度、宽度等尺寸与实际的制成要素的尺寸不同的情况。另外，在实施方式中，会存在对实质上相同的制成要素标注同一符号、省略说明的情况。
图1和图2是表示实施方式的电化学反应装置的结构例的断面示意图。电化学反应装置具备阳极部10、阴极部20、隔板30以及电源40。
阳极部10能够对水(H2O)进行氧化而生成氧离子、氢离子或者对氢氧离子(OH-)进行氧化而生成水、氧。阳极部10具备：阳极11、流路板12、集电体13以及流路14。
阳极11是通过使例如网状材料、冲孔材料、多孔体、金属纤维烧结体等具有多孔结构的基材附载氧化催化剂而形成的。基材也可以由钛(Ti)、镍(Ni)、铁(Fe)等金属、含有至少1种这些金属的合金(例如SUS)等金属材料来形成。阳极11例如由支撑体等来进行支撑。支撑体例如具有开口，阳极11配置于该开口。
作为氧化催化剂，可列举出使用于对水进行氧化的活化能减少的材料。换言之，可列举出使在通过水的氧化反应而生成氧离子和氢离子时的过电压降低的材料。可列举出：例如，铱、铁、铂、钴或锰等。另外，作为氧化催化剂，可以使用二元系金属氧化物、三元系金属氧化物或四元系金属氧化物等。作为二元系金属氧化物，可列举出：例如，氧化锰(Mn-O)、氧化铱(Ir-O)、氧化镍(Ni-O)、氧化钴(Co-O)、氧化铁(Fe-O)、氧化锡(Sn-O)、氧化铟(In-O)或氧化钌(Ru-O)等。作为三元系金属氧化物，可列举出：例如，Ni-Co-O、La-Co-O、Ni-La-O、Sr-Fe-O等。作为四元系金属氧化物，可列举出：例如，Pb-Ru-Ir-O、La-Sr-Co-O等。此外，并不限于此，作为氧化催化剂，也可以使用Ru络合物或Fe络合物等金属络合物。另外，也可以混合多个材料。
流路板12具有面向阳极11的槽。流路板12具有作为流路板的功能。作为流路板12，优选使用化学反应性较低且导电性较高的材料。作为这样的材料，可列举出Ti、SUS等金属材料、碳等。
集电体13介由流路板12与阳极11电连接。集电体13优选含有化学反应性较低且导电性较高的材料。作为这样的材料，可列举出Ti、SUS等金属材料、碳等。
流路14包括阳极11与流路板12的槽之间的空间。流路14具有作为用于供含有水等被氧化的物质(被氧化物质)的第1电解液流动的电解液流路的功能。
阴极部20能够对二氧化碳(CO2)进行还原而生成碳化合物、氢。阴极部20具备：流路板21、流路22、阴极23、具备流路243的流路板24以及集电体25，此外，如图2所示，也可以不设置流路板21。
流路板21具有开口，该开口具有作为流路22的功能。流路22是为了供含有水的第2电解液和二氧化碳流动而设置的。第2电解液也可以含有二氧化碳。流路板21优选含有化学反应性较低且不具有导电性的材料。作为这样的材料，可列举出丙烯酸树脂、聚醚醚酮(PEEK)、氟树脂等绝缘树脂材料。此外，通过改变流过流路22的电解液所含有的水量、电解液成分，从而可以使氧化还原反应性变化，可以改变被还原物质的选择性、所生成的化学物质的比例。
阳极11和阴极23中的至少一个也可以具有多孔结构。作为能够适用于具有多孔结构的电极层的材料，除了上述材料之外，还可列举出例如科琴黑、VULCAN XC-72等碳黑、活性炭、金属微粉末等。通过具有多孔结构，从而可以增大有助于氧化还原反应的活性面的面积，因此可以提高转换效率。
作为还原催化剂，可列举出使用于对氢离子、二氧化碳进行还原的活化能减少的材料。换言之，可列举出使通过氢离子、二氧化碳的还原反应而生成氢、碳化合物时的过电压降低的材料。可以使用例如金属材料或碳材料。作为金属材料，例如在氢的情况下，可以使用铂、镍等金属或含有该金属的合金。就二氧化碳的还原反应而言，可以使用金、铝、铜、银、铂、钯或者镍等金属或含有该金属的合金。作为碳材料，例如可以使用石墨烯、碳纳米管(Carbon Nanotube：CNT)、富勒烯或科琴黑等。此外，并不限于此，作为还原催化剂，例如也可以使用Ru络合物或Re络合物等金属络合物、具有咪唑骨架、吡啶骨架的有机分子。另外，也可以混合多个材料。
通过还原反应而生成的碳化合物的例子根据还原催化剂的种类等不同而不同。通过还原反应而生成的化合物例如为一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲烷(CH4)、甲醇(CH3OH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙醇(C2H5OH)、甲醛(HCHO)、乙二醇等碳化合物或氢。
多孔结构优选具有5nm～100nm的细孔分布。通过具有上述细孔分布，从而能够提高催化剂活性。进而，多孔结构优选具有多个细孔分布峰。由此，可以同时实现表面积的增大、离子、反应物质的扩散性的提高、较高的导电性。例如，也可以在具有5μm～10μm的细孔分布的上述材料的导电层上层叠含有100nm以下的可适用于上述还原催化剂的金属或合金的微粒(微粒状的还原催化剂)的还原催化剂层来制成阴极23。此时，微粒也可具有多孔结构，但从导电性、反应区域与物质扩散的关系来看，也可不必具有多孔结构。另外，也可以使上述微粒附载于其他材料。
阴极23具有：多孔导电层23a，其具有作为例如气体扩散层的功能；和还原催化剂层23b，其层叠于多孔导电层23a且含有还原催化剂。阴极23由例如支撑体等支撑。支撑体例如具有开口，阴极23配置于该开口。
多孔导电层23a具有：表面23a1；表面23a2，其面向流路板24；和空孔部，其从表面23a1连通到表面23a2。空孔部的平均孔径优选为10μm以下。多孔导电层23a的厚度优选为100μm～500μm。若为100μm以下，则有损电池面的均匀性，在较厚的情况下，则电池厚度增加、构件的成本增加，另外，在500μm以上的厚度时，由于气体扩散性的增加从而使效率降低。多孔导电层23a例如由碳纸、碳布等形成。
还原催化剂层23b具有：表面23b1，其面向流路22；和表面23b2，其面向多孔导电层23a的表面23a1。还原催化剂层23b具有：具有比例如多孔导电层23a的孔径小的孔径的多孔导电层(介孔层)；和附载于多孔导电层的表面的还原催化剂。通过在多孔导电层23a、介孔层以及还原催化剂之间改变憎水性、多孔体度，从而能够促进气体的扩散性和液体成分的排出。另外，多孔导电层23a的面积也可以比还原催化剂层23b的面积增大。由此，可以与流路板24的结构一起与多孔导电层23a进行组合而向电池均匀地供给气体，可以促进液体成分的排出。
也可以使用Nafion和科琴黑等导电性粒子的混合物作为多孔导电层，使用金催化剂作为还原催化剂。另外，通过在还原催化剂的表面形成5μm以下的凹凸，从而可以提高反应效率。此外，通过施加高频使还原催化剂的表面氧化，之后进行电化学还原，由此可以形成具有纳米粒子结构的阴极23。除了金以外，优选铜、钯、银、锌、锡、铋、铅等金属。另外，多孔导电层也可进一步具有各层的孔径不同的层叠结构。根据孔径不同的层叠结构，能够通过孔径对例如由电极层附近的反应产物浓度的不同、pH的不同等所导致的反应的不同进行调整来提高效率。
在使用比较低的光的照射能量来进行低电流密度的电极反应的情况下，催化剂材料的选项较宽。因而，使用例如普遍存在性金属等来进行反应是容易，也比较容易获得反应的选择性。在利用配线等将由光电转换体制成的电源40与阳极11和阴极23中的至少一个电连接的情况下，出于使电解液槽小型化来节省空间、成本降低等理由，一般而言，有时会缩小电极面积、以高电流密度进行反应。在该情况下，优选使用贵金属作为催化剂。
这样的实施方式的电化学反应装置是使阳极11和阴极23一体化、零部件数被减少、被简单化的系统。因而，例如制造性、设置以及维护性会提高。
图3是表示流路板24的一部分的结构例的俯视示意图。图3表示了包括X轴和与X轴正交的Y轴的流路板24的X-Y平面。图4是表示流路板24的一部分的结构例的侧面示意图。图4表示了包括Y轴和与Y轴和X轴正交的Z轴的流路板24的Y-Z平面。在图3和图4中，仅示意性地图示了流路板24与表面23b2或表面23a2的重叠部。
流路板24具备：表面241、表面242以及流路243。表面241与多孔导电层23a接触。表面242与表面241相对向，与集电体25接触。图3和图4所示的流路板24具有长方体形状，但并不限于此。
流路243面向多孔导电层23a的表面23a2。流路243与流入口243a和流出口243b连通。流入口243a是为了二氧化碳从流路板24的外部(阴极部20的外部)向流路243流入而设置的。上述二氧化碳的至少一部分是气体状。流出口243b是为了二氧化碳从流路243向流路板24的外部(阴极部20的外部)流出以及使还原反应的产物向流路板24的外部流出而设置的。
图3所示的流路243沿着表面241呈蛇形状延伸。并不限于此，流路243也可以沿着表面241呈梳齿状、螺旋状延伸。流路243包括由设置于例如流路板24上的槽和开口形成的空间。
流路243具有多个区域243c和多个区域243d。多个区域243c中的一个沿着表面241的X轴方向延伸。多个区域243d中的一个以从多个区域243c中的一个沿着表面241折回的方式延伸。多个区域243c中的另一个从区域243d沿着表面241的X轴方向延伸。
将表面241与表面23a2或表面23b2的重叠部的X轴方向的长度定义为L1。将表面241与表面23a2或表面23b2的重叠部的Y轴方向的长度定义为L2。将表面23a2或表面23b2与流路243的重叠部的X轴方向的长度定义为L3。将表面23a2或表面23b2与流路243的重叠部的Y轴方向的长度定义为L4。将区域243c的长度定义为L5。将区域243c的平均宽度定义为L6。将区域243d的长度定义为L7。将区域243d的平均宽度定义为L8。将多个区域243c中的一个与多个区域243c中的另一个之间的平均宽度定义为L9。将表面241与表面23a2或表面23b2的重叠部的X轴方向的端部同流路243之间的最短距离定义为L10。将表面241与表面23a2或表面23b2的重叠部的Y轴方向的端部同流路243之间的最短距离定义为L11。将流路243的Z轴方向的深度定义为L12。
优选表面23a2与流路243的重叠部的面积相对于表面23a2的面积之比为0.5～0.85。另外，优选表面23b2与流路243的重叠部的面积相对于表面23b2的面积之比为0.5～0.85。
有时在流入口243a附近与流出口243b附近之间流速伴随着由于反应而变化的气体量而发生变化。与此相对，例如通过使流路243的宽度朝向流出口243b逐渐变窄或使流路243的并联连接的分支数变化，从而能够提高阴极23的整体的还原反应的均匀性。在将流路243的宽度相对于流路243的全长的累计值除以上述全长而得到的值用作平均值、将上述区域的宽度相对于多个区域243c中的一个与多个区域243c中的另一个之间的区域的全长的累计值除以上述全长而得到的值用作平均值的情况下，优选上述区域的宽度比流路243的宽度小。由此，能够向多孔导电层23a高效地供给二氧化碳气体。然而，在极端小的情况下，与流路243相比，经由上述区域更易于供给气体等。优选流路243的区域243c的平均宽度(L6)相对于多个区域243c中的一个与多个区域243c中的另一个之间的平均宽度(L9)之比为1.5～5。
流路243的结构存在各种形式，但二氧化碳气体被供给到流路243与多孔导电层23a的重叠部。通过改变二氧化碳气体的流量、流路宽度来改变流速而对压力等进行调整，使得二氧化碳的分压变高。进而，所生成的水、从氧化侧流动来的水的排出也由于二氧化碳气体的流通而被促进。另一方面，在区域243c之间，所生成的水、从氧化侧移动来的水的移动性比与流路243相对向的区域的移动性差，多孔导电层23a中和还原催化剂层23b的水分量更高。根据这些观点，在多个区域243c之间的面积较大的情况下，大量产生氢，二氧化碳的还原性能降低。另外，若多个区域243c之间的宽度较宽，则水从多个区域243c之间的中央部向流路243的排出量和二氧化碳从流路243向多个区域243c之间的供给量减少。因此，氢的产生增加而电池性能降低。另外，在包围还原催化剂层23b和多孔导电层23a的流路243的外周的区域之外的区域，没有相邻的流路，因此，若多个区域243c之间的周围宽度较大，则氢产生比例的增加会成为显著的影响。
并不是说多个区域243c中的一个与多个区域243c中的另一个之间的区域越窄越好，有时因多孔导电层23a的压力损失与流路243的压力损失之差而使气体变得不通过流路243、而易于通过上述区域。这种情况下会有损反应的面均匀性，电化学反应装置的反应效率降低。进而，若上述区域的面积较小，则多孔导电层23a与流路板24的接触面积减少，因此，接触电阻增加而使电化学反应装置的反应效率降低。
通过使表面23a2的面积比表面23b2的面积大，从而能够易于在多孔导电层23a均匀地调整气体及水分的量，因此，能够使反应效率提高。然而，在表面23a2的面积极端地大于表面23b2的面积的情况下，电池面积变大，由于成本、制造性、散热等影响，效率降低。
优选除去将表面23a2与流路243的重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点连结而成的多边形以外的表面23a2的剩余部分的面积相对于表面23a2的面积之比为1/6以下。图5是用于说明重叠部的面积的算出方法的示意图。图5中图示了重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点71和将各顶点71连结而成的多边形72。进而，优选除去将该重叠部与多边形72以外的表面23b2的剩余部分的面积相对于表面23b2的面积之比为1/6以下。
从表面23a2或表面23b2与表面241的重叠部的各个点到表面23a2或表面23b2与流路243的重叠部的距离越远，由于还原反应，氢越比碳化合物支配性地产生。另外，若表面23a2或表面23b2与表面241的重叠部中的距表面23a2或表面23b2与流路243的重叠部远的部分较多，则二氧化碳的还原性能降低。因此，通过缩小从表面23a2或表面23b2与表面241的重叠部的各个点到表面23a2或表面23b2与流路243的重叠部的最短距离的标准偏差，从而能够使二氧化碳的还原性能提高。
优选最短距离的标准偏差为0.8以下。图6是用于说明最短距离的标准偏差的算出方法的图。图6中图示了将除去表面23a2或表面23b2与流路243的重叠部的表面23a2或表面23b2与表面241的重叠部以外的剩余部分沿着X轴方向以每隔0.1mm进行划分的多个分割线81、将上述剩余部分沿着Y轴方向以每隔0.1mm进行划分的多个分割线82、多个分割线81与多个分割线82的多个交点83以及上述重叠部距交点83的最短距离x。
标准偏差σ是通过在每个交点83算出从交点83到重叠部的最短距离x的平方、算出将算出来的各最短距离x的平方之和除以交点数n而得到的值的平方根，由此来进行定义。即，标准偏差σ由下述式(A)表示。
优选在重叠部的剩余部分中，最短距离x为0.5mm以上的交点的个数是全部的交点83的个数n的30％以下。
从二氧化碳向多孔导电层23a的供给、液体的排出的观点、在电池面进行均匀的反应的这样的观点考虑，优选流路243的Z轴方向的深度较浅。然而，由于流路较细，导致流路压损增加，从而通过气体供给的能量损失以及不是通过流路而是通过气体扩散层导致电池面上的均匀反应受到妨碍，因此，并不优选极端窄的流路，流路243的深度优选为0.3mm～2mm的范围，在小于0.3mm的情况下，多孔导电层23a陷入流路243。因此，实际的流路的宽度进一步变窄，因此，优选缩窄流路宽度、将深度设定为0.5mm左右。若流路243过深，则由于扩散的影响，导致气体的供给恶化，因此，优选至少2mm以下的深度。
作为第1电解液和第2电解液，例如也可以使用含有LiHCO3、NaHCO3、KHCO3、CsHCO3、磷酸、硼酸等的水溶液。另外，作为第1电解液和第2电解液，例如能够使用含有任意的电解质的水溶液。作为含有电解质的水溶液，可列举出例如磷酸根离子(PO4 2-)、硼酸根离子(BO3 3-)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca2+)、锂离子(Li+)、铯离子(Cs+)、镁离子(Mg2+)、氯离子(Cl-)、碳酸氢根离子(HCO3 -)、碳酸根离子(CO3 -)等的水溶液。此外，第1电解液和第2电解液也可以含有彼此不同的物质。
作为上述的电解液，例如由咪唑离子、吡啶离子等阳离子的盐和BF4 -、PF6 -等阴离子的盐制成，可以使用在广泛的温度范围处于液体状态的离子液体或者其水溶液。而且，作为其他电解液，可列举出乙醇胺、咪唑、吡啶等胺溶液或者其水溶液。作为胺，可列举出伯胺、仲胺、叔胺等。这些电解液的离子传导性较高，具有吸收二氧化碳的性质，也可以具有使还原能量降低的特性。
作为伯胺，可列举出甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺等。胺的烃也可以被醇、卤素等取代。作为胺的烃被取代而成的材料，可列举出甲醇胺、乙醇胺、氯甲胺等。另外，也可以存在不饱和键。对于这些烃，仲胺、叔胺也是同样的。
作为仲胺，可列举出二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、二甲醇胺、二乙醇胺、二丙醇胺等。所取代的烃也可以不同。这在叔胺也是同样的。例如，作为烃不同的胺，可列举出甲基乙胺、甲基丙胺等。
作为叔胺，可列举出三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、三己胺、三甲醇胺、三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、triexanolamine(日语：トリエキサノールアミン)、甲基二乙胺、甲基二丙胺等。
作为离子液体的阳离子，可列举出1-乙基-3-甲基咪唑离子、1-甲基-3-丙基咪唑离子、1-丁基-3-甲基咪唑离子、1-甲基-3-戊基咪唑离子、1-己基-3-甲基咪唑离子等。
咪唑离子的2位也可以被取代。作为咪唑离子的2位被取代的阳离子，可列举出1-乙基-2，3-二甲基咪唑离子、1，2-二甲基-3-丙基咪唑离子、1-丁基-2，3-二甲基咪唑离子、1，2-二甲基-3-戊基咪唑离子、1-己基-2，3-二甲基咪唑离子等。
作为吡啶离子，可列举出甲基吡啶、乙基吡啶、丙基吡啶、丁基吡啶、戊基吡啶、己基吡啶等。对于咪唑离子和吡啶离子这2者而言，烷基可被取代，也可存在不饱和键。
作为阴离子，可列举出氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、BF4 -、PF6 -、CF3COO-、CF3SO3 -、NO3 -、SCN-、(CF3SO2)3C-、二(三氟甲氧基磺)酰亚胺、二(全氟乙磺酰)亚胺等。也可以是将离子液体的阳离子与阴离子通过烃进行连接而成的偶极离子。此外，也可以向流路供给磷酸钾溶液等缓冲溶液。
优选流路板24为含有化学反应性较低且导电性较高的材料的金属板。作为这样的材料，可列举出Ti、SUS等金属板。
集电体25与流路板24的表面242接触。优选集电体25含有化学反应性较低且导电性较高的材料。作为这样的材料，可列举出Ti、SUS等金属材料、碳等。
隔板30由能够使离子在阳极部10与阴极部20之间移动且可使阳极11和阴极23分离的离子交换膜等制成。离子交换膜能够使特定的离子通过。作为离子交换膜，例如可以使用ASTOM Corporation.制的Neosepta(注册商标)、Asahi Glass Co.Ltd.制的Selemion(注册商标)、Aciplex(注册商标)、Fumatech GmbH制的Fumasep(注册商标)、fumapem(注册商标)、将Du Pont Corporation制的四氟乙烯进行磺化而聚合成的氟树脂即Nafion(注册商标)、LANXESS Corporation制的lewabrane(注册商标)、IONTECH Corporation制的IONSEP(注册商标)、Pall Corporation制的Mustang(注册商标)、mega Corporation制的ralex(注册商标)、W.L.Gore&Associates制的Gore-Tex(注册商标)等。另外，也可以使用以烃为基本骨架的膜、通过阴离子交换而具有胺基的膜来制成离子交换膜。
在使用固体电解质膜作为电解质的情况下，使用前述的Nafion、Selemion等。另外，并不限于固体电解质膜，也可以是碱等的电解液，此时，阳极11与阴极23的间隔较窄的话，则电阻变低而优选，另外，阳极11与阴极23的间隔均匀的话，则针对电极面的电阻变得均匀，因此反应效率变高而优选。因此，优选在阳极11与阴极23之间设置多孔非导电性膜。由此，电解质能够经由多孔体移动，使阳极11与阴极23的间隔在几μm～几百μm之间且为均匀，而且，能够进行存在于阳极11与阴极23的气体成分的分离。作为这样的膜，使用特氟隆等憎水性的多孔聚合物、特氟隆等实施了增水性处理的多孔物质。
在离子交换膜是例如质子交换膜的情况下，能够使氢离子移动。通过使用作为Nafion等固体高分子膜的离子交换膜，从而能够提高离子的移动效率。此外，也可以未必设置离子交换膜，也可以替代离子交换膜而设置琼脂(agar)等的盐桥，也可以是多孔体的薄膜。
电源40与阳极11和阴极23电连接。使用从电源40供给的电能来进行阴极23的还原反应和阳极11的氧化反应。电源40与阳极11之间以及电源40与阴极23之间例如也可以由配线连接。电源40包括光电转换元件、系统电源、蓄电池等电源装置或将风力、水力、地热、潮汐力等可再生能转换成电能的转换部。例如，光电转换元件具有利用所照射的太阳能等的光能进行电荷分离的功能。光电转换元件的例子包括pin结型太阳能电池、pn结型太阳能电池、非结晶形硅太阳能电池、多结型太阳能电池、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、染料增感型太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等。
接着，对实施方式的电化学反应装置的工作例进行说明。在此，作为一个例子，对经由流路243供给含有二氧化碳的气体、生成一氧化碳的情况进行说明。在阳极部10，如下述式(1)那样产生水的氧化反应，失去电子，生成氧和氢离子。所生成的氢离子的至少一个经由隔板30向阴极部20移动。
2H2O→4H++O2+4e- (1)
在阴极部20中，如下述式(2)那样产生二氧化碳的还原反应，接收电子的同时氢离子与二氧化碳反应，生成一氧化碳和水。另外，通过如下述式(3)那样氢离子接收电子而生成氢。此时，氢可以与一氧化碳同时生成。
CO2+2H++2e-→CO+H2O (2)
2H++2e-→H2 (3)
需要具有氧化反应的标准氧化还原电位与还原反应的标准氧化还原电位的电位差以上的开口电压。例如，式(1)中的氧化反应的标准氧化还原电位为1.23[V]。式(2)中的还原反应的标准氧化还原电位为0.03[V]。式(3)中的还原反应的标准氧化还原电位为0V。此时，在式(1)的反应和式(2)的反应中，需要将开口电压设定为1.26[V]以上。
就阳极与阴极之间的离子交换膜而言，存在二氧化碳气体、碳酸根离子、碳酸氢根离子等使离子交换膜劣化的情况。通过对此时的二氧化碳气体量和水蒸气量进行调整，从而能够延长寿命。然而，在氢离子丰富的条件下，导致氢的生成，因此即使过多，投入的能量也不会用于二氧化碳的还原，二氧化碳的还原效率就降低。因而，需要保持二氧化碳的还原所需要的氢离子量和抑制氢生成的平衡。
氢离子、二氧化碳的还原反应是消耗氢离子的反应。因此，在氢离子的量较少的情况下，还原反应的效率变差。因而，优选使氢离子的浓度在第1电解液与第2电解液之间不同，通过浓度差使氢离子易于移动。也可以使阴离子(例如氢氧离子等)的浓度在阳极侧的电解液与阴极侧的电解液之间不同。在使用阳离子交换膜作为离子交换膜的情况下，使阳离子移动，在使用阴离子交换膜作为离子交换膜的情况下，使阴离子移动。另外，为了提高氢离子的浓度差，可考虑以下方法：将不含有二氧化碳的不活泼性气体(氮、氩等)直接吹入例如电解液中，使电解液所含有的二氧化碳释放而降低电解液中的氢离子浓度。
式(2)的反应效率因溶解到电解液中的二氧化碳的浓度而变化。二氧化碳浓度越高，反应效率越高，二氧化碳浓度越低，反应效率越低。式(2)的反应效率也因二氧化碳浓度和水蒸气量而变化。就这些反应而言，通过在还原催化剂层23b与流路243之间设置多孔导电层23a、经由多孔导电层23a供给二氧化碳，从而能够提高电解液中的二氧化碳浓度。将二氧化碳以气体导入流路243，向还原催化剂供给二氧化碳，但由于水从阳极11流动过来、因反应而生成的水，使得还原催化剂层23b中的二氧化碳和水的浓度变化。
若未将还原二氧化碳时所生成的液体成分高效地向阴极部20的外部排出，则存在液体成分充满于多孔导电层23a、还原催化剂层23b、反应效率降低的情况。如果使用例如对阴极23经常使用的冲孔金属、膨胀金属那样的电极材料而获得气体和集电这两方的性能的类型的结构，则产生反应效率的降低。因此，在实施方式的电化学反应装置中，使用具有成为细的管状的流路的流路板，具有利用流路将所产生的液体成分挤出、排出的结构。流路由并联配置的多个流路、蛇形状的流路或它们的组合而制成。另外，为了在电池面上进行均匀的反应，优选流路的相对于反应面的分布是均匀的。
用于还原二氧化碳的还原催化剂因所接触的电解质、电解质膜、水蒸气压的不同而选择性不同，对二氧化碳进行还原而生成一氧化碳、甲酸、乙烯、甲烷等，但由于条件的不同，对质子进行还原而较多地生成氢，因此二氧化碳的还原效率降低。其原因在于用于二氧化碳还原的质子源是氢离子、碳酸氢根离子，因电解液中的例如碳酸氢根离子浓度、pH而变化。其变化主要是在使用了金的催化剂中大幅参与一氧化碳和氢的选择性，在进行铜等多电子还原的催化剂中，该一氧化碳、甲酸、乙烯、甲烷、甲醇、乙醇、甲醛、丙酮等选择性各自不同。在进行它们的控制方面，电解液的选择是重要的。然而，在向还原催化剂供给二氧化碳气体的方式中，为了使电池电阻降低而使催化剂层与电解质膜(或者氧化侧的电解液)相接触的情况下，鉴于与氧化催化剂的相容性、电池电阻、电解质膜的组成等组成电池的构件来决定，因此，难以选择任意的电解液。
然而，在向还原催化剂供给二氧化碳气体的方式中，为了使电池电阻降低而使催化剂层与电解质膜(或者阳极侧的电解液)相接触的情况下，鉴于与氧化催化剂的相容性、电池电阻、电解质膜的组成等组成电池的构件来决定，因此，难以选择任意的电解液。因此，即使改变流路结构，也能够对催化剂层的二氧化碳和水的浓度进行调整。
不仅专注于二氧化碳的还原，例如也可以使一氧化碳和氢以1：2生成，以之后的化学反应来制造甲醇等、以任意的比例来制造二氧化碳的还原物和氢。氢是源自水的电解、化石燃料的相对容易廉价获取的原料，因此，氢的比率无需较大。另外，通过以二氧化碳为原料，也具有削减温室效应的效果，因此，若能够仅对一氧化碳进行还原，则环境性能增加、但在高效地进行反应方面还伴随着困难。从这些观点出发，就其电解的反应效率、实现性、其比率而言，一氧化碳相对于的氢的比率至少为1以上，优选为1.2以上，从经济性、环境性、实现性的观点出发，优选为1.5以上。
流路板24的结构并不限于图1～图6所示的结构例。图7是表示流路板24的另一结构例的俯视示意图。图8是图7中的线段X1-Y1的断面示意图。图9是图7中的线段X2-Y2的断面示意图。图7～图9中与图1～图6所示的结构通用的部分能够适当引用图1～图6的说明。
图7～图9所示的流路板具备：流路层24a；和层叠于流路层24a的流路层24b。作为流路层24a和流路层24b，可以使用耐蚀性较高的钛等，出于压制加工性、价格等关系，可以使用在铝、SUS等冲压板上实施镀金等加工而成的材料、高耐腐蚀性的燃料电池用的导电性SUS等。
流路层24a具备：流入口243a；流出口243b、开口245a以及开口245b。流入口243a、流出口243b分别以暴露于流路层24a的侧面的方式进行设置。
开口245a贯通流路层24a从而与流入口243a连通。开口245b贯通流路层24a从而与流出口243b连通。此外，开口245a～开口245b也可以分别由槽制成。
流路层24b具有：区域24b1，其与流路层24a分离开；和区域24b2，其以相对于区域24b1朝向流路层24a突出的方式弯折。区域24b1也可以具有贯通流路层24b的开口。
区域24b2具有：开口246a和开口246b。开口246a经由开口245a与流入口243a连通。开口246b经由开口245b与流出口243b连通。
在图7～图9所示的流路板中、流路层24a和流路层24b的侧面被密封件26密封。此时，流路243包括区域24b2与阴极23的多孔导电层23a之间的空间。
图10是表示电化学反应装置的另一结构例的断面示意图。图10所示的电化学反应装置具备：多个阳极11；流路板12；多个阴极23，其具有多孔导电层23a和还原催化剂层23b；流路板24，其具有流路层24a和流路层24b；多个流路层24c；多个隔板30；以及密封件26。在图10中，具备阳极11、阴极23、隔板30以及流路层24c的单元被多个层叠。此外，对于与参照图1～图9进行了说明的电化学反应装置通用的部分，可以适当引用说明。
多个阳极11中的一个设置于多个阴极23中的一个与流路板12之间。多个阴极23中的一个设置于上述多个阳极11中的一个与流路板24c中的一个之间。多个隔板30中的一个使上述多个阳极11中的一个与上述多个阴极23中的一个之间分离。多个流路层24c中的一个设置于多个阴极23中的另一个与上述多个阳极11中的一个之间。另外，虽然没有图示出，但多个阳极11和多个阴极23与电源40电连接。
流路板12也可以与例如图1所示的电化学反应装置同样地介由集电体13与电源40电连接。多孔导电层23a面向流路层24c。还原催化剂层23b面向隔板30。
流路层24a面向多孔导电层23a。流路层24a也可以与例如图1所示的电化学反应装置同样地介由集电体25与电源40电连接。流路层24b层叠于流路层24a。流路层24b的区域24b1具有贯通流路层24b的开口。流路层24c例如可以使用具有与流路层24a相同的结构的流路层。另外，也可以具有不设置流路层24a的开口246a、246b而使区域24b2延伸到流路层24c的端部的结构。此时也可以从流路层24c的端部向流路243直接供给二氧化碳或电解液。流路层24c也称为双极板。另外，密封件26对上述单元的层叠体进行密封。
在图10所示的电化学反应装置中，可以将阳极11侧的电解液和阴极23侧的电解液通用化，还可以将供电解液流动的流路通用化。例如可以将相同的流路层24c用作阳极11侧的流路和阴极23侧的流路，通过如前述的流路那样形成开口，从而也可以用作阴极23侧的流路。若设定为这样的结构，则阳极11与阴极23的接触电阻被削减，效率提高，因此优选。另外，通过零部件个数的削减使得成本下降、小型轻质化，因此是好的。
【实施例】
(实施例1A、1B、2A、2B、3A、3B、4、5、比较例1、2)
如以下这样制作了本实施例的电化学反应装置的电池。通过利用蚀刻法在由具有网状结构的钛制成的金属丝网的表面形成了含有氧化铱的氧化催化剂，从而形成了阳极。另外，向第1多孔导电层和由碳纸制成的第2多孔导电层的层叠体喷涂23wt％的载金碳，制作载金量为0.2mg/cm2的带催化剂层的碳纸，由此制作了阴极。通过离子交换膜(Nafion115)夹持阳极和阴极来进行层叠，制作了结构体(催化剂面积为400mm2)。
阴极侧的流路板由具有导电性的钛形成。在流路的折回部中，流路并联连接而分支成两个。将折回部的分支数规定为包括局部汇合部位的分支数。
将各实施例、比较例中的针对流路板的各参数的值表示于表1中。在表1中，往复数表示流路的折回数。如果往复数为1.5，则流路就以折回两次的方式延伸。另外，如果往复数是2.5，则流路就以折回4次的方式延伸。
流路板重叠部长度X表示流路板与第1多孔导电层或第2多孔导电层的重叠部的X轴方向的长度(相当于图3的L1)。流路板重叠部长度Y表示流路板与第1多孔导电层或第2多孔导电层的重叠部的Y轴方向的长度(相当于图3的L2)。流路重叠部长度X表示流路与第1多孔导电层或第2多孔导电层的重叠部的X轴方向的长度(相当于图3的L3)。流路重叠部长度Y表示流路与第1多孔导电层或第2多孔导电层的重叠部的Y轴方向的长度(相当于图3的L4)。重叠部剩余部分长度表示流路板重叠部长度Y与流路重叠部长度Y之差(相当于L2-L4)。流路延伸部宽度表示流路的延伸部的平均宽度(相当于图3的L6)。流路折回部宽度表示流路的折回部的平均宽度(相当于图3的L8)。延伸部间宽度表示流路的多个延伸部的一个与另一个之间的宽度(相当于图3的L9)。流路宽度比表示延伸部宽度相对于延伸部间宽度之比(相当于L6/L9)。流路板重叠部端宽度X表示流路板重叠部的X轴方向的端部与流路重叠部之间的最窄宽度(相当于图3的L10)。流路板重叠部端宽度Y表示流路板重叠部的Y轴方向的端部与流路重叠部之间的最窄宽度(相当于图3的L11)。
流路断面积通过流路的延伸部的宽度与流路的深度(相当于图3的L12)之积(相当于L6×L12)求出。流路重叠部面积表示流路与第1多孔导电层或第2多孔导电层的重叠部的面积。流路重叠部面积是考虑流路的拐角的曲率半径R来定义流路形状而计算出的值。具体而言，是考虑拐角的角相对于由流路的延伸部的长度(L5)和宽度(L6)之积定义的第1面积、由折回部的长度(L7)与宽度(L8)之积定义的第2面积之和而算出的。
重叠部剩余部分面积表示除去流路重叠部以外的流路板与第1多孔导电层或第2多孔导电层的重叠部的剩余部分的面积。重叠部剩余部分面积是从重叠部的面积减去多边形的面积而得到的值，该多边形是将流路与第1多孔导电层或第2多孔导电层的重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点连结而成的。在本例子中，第1多孔导电层和第2多孔导电层的一个表面的面积均为400mm2，因此将从400mm2减去上述多边形的面积而得到的值作为重叠部剩余部分面积的值。
如上述式(A)所示，标准偏差σ如下算出：在每个交点上算出从多个第1分割线与多个第2分割线的多个交点分别到重叠部的最短距离x的平方，通过将算出来的各最短距离x的平方的和除以交点数n而得到的值的平方根来算出，该多个第1分割线将除去流路重叠部以外的流路板重叠部的剩余部分沿着X轴方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线将上述剩余部分沿着Y轴方向按照每隔0.1mm进行划分。
个数比例表示最短距离x为0.5mm以上的交点的个数相对于全部的交点83的个数n的个数比例。面积比表示重叠部的面积相对于重叠部的面积之比。
阳极侧的流路板由具有导电性的钛形成。阳极侧的流路以沿着与碳纸的接触面折回4次的方式延伸。流路具有与在延伸部间什么也没有的结构的阴极侧的流路同样的结构。通过该阳极侧的流路板和阴极侧的流路板夹持上述结构体，制作了电化学反应装置的电池。
以0.6sccm的流量向该电池的氧化侧的流路供给了1.0M的氢氧化钾溶液作为电解液。以30sccm的流量向还原侧的流路供给了二氧化碳气体。在该电池中，向阳极与阴极之间施加了2.5V的电压，对从阴极侧产生的气体进行捕集，对二氧化碳的转换效率进行了测定。另外，对产生的气体进行采样，利用气相色谱分析进行了辨识/定量。利用电流计对此时的电流值进行了测定。将由各电流值、一氧化碳的产生量计算出的一氧化碳的局部电流、由氢的产生量计算出的氢的局部电流、一氧化碳的法拉第效率、氢的法拉第效率、一氧化碳与氢的生成量之比(CO/H2)等表示在表1中。
【表1】
图11是表示第1多孔导电层或第2多孔导电层与流路的重叠部的面积相对于第1多孔导电层或第2多孔导电层与流路板的重叠部的面积的面积比和法拉第效率的关系的图。在图11中，四方标记表示面积比与氢的法拉第效率的关系，三角标记表示面积比与一氧化碳的法拉第效率的关系。
图12是表示上述面积比与整体电流或局部电流的关系的图。在图12中，四方标记表示面积比与氢的局部电流的关系，三角标记表示面积比与一氧化碳的局部电流的关系，菱型标记表示面积比与整体电流之间的关系。
如图11和图12所示，氢的法拉第效率、一氧化碳的法拉第效率、法拉第效率比、整体电流以及一氧化碳的局部电流在面积比约为0.65时呈现较高的值，为了整体电流值超过100mA，需要将面积比设定为0.5以上。单位面积的电流密度较高表示反应密度较高、电池性能的效率较高。另外可知：一氧化碳的局部电流成为45mA以上需要面积比为0.5～0.85，从具有实际应用性的法拉第效率为40％以上这一点、CO/H2为0.6以上这一点来看均需要面积比为0.5～0.85，在实际应用方面也需要面积比为0.5～0.85。
图13是表示流路宽度比与整体电流或局部电流的关系的图。在图13中，四方标记表示流路宽度比与氢的局部电流的关系，三角标记表示流路宽度比与一氧化碳的局部电流的关系，菱型标记表示流路宽度比与整体电流的关系。整体电流在流路宽度比约为1.9时呈现较高的值。可知：若流路宽度比不是至少1.5～5，则难以获得45mA以上的一氧化碳的局部电流。如果加宽流路的延伸部间的宽度，则一氧化碳的反应选择性提高，一氧化碳的局部电流也增加。在流路的往复数为1.5的情况下，一氧化碳的局部电流较高的，但整体电流较低。
图14是表示重叠部剩余部分面积与整体电流或局部电流的关系的图。在图14中，四方标记表示重叠部剩余部分面积与氢的局部电流的关系，三角标记表示重叠部剩余部分面积与一氧化碳的局部电流的关系，菱型标记表示重叠部剩余部分面积与整体电流的关系。在重叠部剩余部分面积为25mm2以下的区域中，一氧化碳的局部电流为45mA以上。由此可知：优选重叠部剩余部分的面积相对于第1多孔导电层或第2多孔导电层的一个表面的面积之比为1/6以下。
若对比较例1和比较例2进行比较，则流路面积大致相同，在比较例1中，延伸间宽度较宽，剩余部分面积较小。另外，一氧化碳的法拉第效率在比较例1中为15％，在比较例2中为23％，局部电流在比较例1中为15mA，在比较例2中为23mA。整体电流值大致相同，因此可知：比较例2的电池性能比比较例1的电池性能高。这可以说：与延伸部间宽度较窄相比，由重叠部剩余部分面积较小导致的效率提高的贡献较大。其原因在于：若从重叠部端部到重叠部的最短距离较长，则第1多孔导电层内部的水浓度提高，大量产生氢。
比较例1的延伸部宽度和延伸部间宽度分别为1.5mm，而在比较例2中，延伸部宽度为1.4mm，延伸部间宽度为2mm。尽管延伸部间宽度较宽的结构尽管是不利于一氧化碳的选择性的结构，但可以确认到比较例2的一氧化碳的反应选择性较高。其原因在于：在比较例2中，流路重叠部的X轴方向的长度为17mm，Y轴方向的长度为16.5mm，剩余部分面积变得非常大。然而，该效率较低，在实际应用上不优选比较例2的结构。
在实际的电池中，以100cm2左右的电池面积进行反应，因此，重叠部剩余部分面积相对于重叠部的面积之比较低，影响变小。若从实际上所使用的电池尺寸为7cm见方以上来进行计算，则为了至少将剩余部分的宽度设定为1.5mm以下，需要重叠部剩余部分面积相对于重叠部的面积之比为0.7以下，只要是0.7以下，就可以说对电池性能提高是有效的。
图15是表示标准偏差σ与整体电流或局部电流的关系的图。在图15中，四方标记表示标准偏差σ与氢的局部电流的关系，三角标记表示标准偏差σ与一氧化碳的局部电流的关系，菱型标记表示标准偏差σ与整体电流的关系。根据图15可知：优选标准偏差σ为0.8以下。另外，为了一氧化碳的法拉第效率为40％以上、一氧化碳的局部电流值为50mA左右、一氧化碳与氢的生成量之比成为1：1以上，优选标准偏差σ为0.75以下。
图16是表示多个第1分割线和多个第2分割线的各交点与流路重叠部的最短距离为0.5mm以上的交点的个数比例同整体电流或局部电流的关系的图。在图16中，四方标记表示个数比例与氢的局部电流的关系，三角标记表示个数比例与一氧化碳的局部电流的关系，菱型标记表示个数比例与整体电流的关系。如图16所示可知：若个数比例超过30％，则大量产生氢，一氧化碳的生成量非常地较少，因此优选是至少30％以下。如果更优选的是20％以下，再优选为10％以下，则一氧化碳的法拉第效率接近50％而优选。
本实施例、比较例为了抑制由流路结构导致的侧流(side flow)、电池内的发电分布的影响，使用呈蛇形状延伸的流路，在二氧化碳的流量丰富的区域中，通过对流路结构进行比较，进行了流路面积、其他参数的比较，反应选择率根据电池内的第1多孔导电层中的水和二氧化碳的浓度而变化，因此并不限于蛇形状的流路，对于格栅状等其他的流路也具有同等的效果。
另外，也由于催化剂、气体扩散层不同而这些比率、倾向不同，通过使催化剂和溶液成分变化，从而也可以使产物、比率变化。使气体扩散层变化、确认到了流路结构所导致的不同，其结果是，一氧化碳的电解效率的优选的位置关系并没有太大变化，呈现同样的结果，这是由流路下部的二氧化碳与延伸部间区域下部的水的浓度的分布的倾向相同所导致的。作为使气体扩散层的憎水性降低时的值，虽然整体电流值和一氧化碳的选择性存在降低的倾向，但关于图表的形状，一氧化碳的电解的局部电流值的峰部位、法拉第效率的范围呈现出了同样的值，展现了同样的效果。同样地对于电池电压，也在电压更低的情况下，存在总值减少、一氧化碳的比率增加的倾向，但出于二氧化碳的还原的局部电流密度的观点考虑，同样的倾向也被确认，在电压较高的情况下，存在总值增加、一氧化碳的比率减少的倾向，但关于二氧化碳的还原的局部电流密度的优选的部位，确认到了同样的倾向。另外，在使用了铜催化剂的二氧化碳的还原反应中、关于氢和二氧化碳的整体电流密度、法拉第效率、整体电流值也分别获得同样的倾向。
上述实施方式是作为例子提供的，其并不旨在限定发明的范围。上述实施方式能以其他的各种形态来实施，在不脱离发明的主旨的范围内可以进行各种省略、取代和变更。上述实施方式、其变形包含于发明的范围、主旨内。并且包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
能够将上述的实施方式总结成以下的技术方案。
(技术方案1)
一种电化学反应装置，其具备：
阳极，其用于对水进行氧化而生成氧；
电解液流路，其面向上述阳极，是为了供含有上述水的电解液流动而设置的；
阴极，其具备：多孔导电层，该多孔导电层具有第1表面和第2表面；和还原催化剂层，该还原催化剂层具有与上述第1表面接触的第3表面且含有用于对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的还原催化剂；
隔板，其使上述阳极和上述阴极分离；
电源，其与上述阳极和上述阴极电连接；
流路板，其具备：第4表面，该第4表面与上述第2表面接触；和流路，该流路是为了供上述二氧化碳流动而设置的且面向上述第2表面，
上述第2表面与上述流路的重叠部的面积相对于上述第2表面的面积之比为0.5～0.85。
(技术方案2)
根据技术方案1所述的电化学反应装置，其中，
上述第3表面与上述流路的重叠部的面积相对于上述第3表面的面积之比为0.5～0.85。
(技术方案3)
根据技术方案1或2所述的电化学反应装置，其中，
上述流路具有：第1区域，该第1区域沿着上述第4表面延伸；第2区域，该第2区域以从上述第1区域沿着上述第4表面折回的方式延伸；和第3区域，该第3区域从上述第2区域沿着上述第1区域延伸，
上述第1区域的平均宽度相对于上述第1区域与上述第3区域之间的平均宽度之比为1.5～5。
(技术方案4)
根据技术方案1～3中任一项所述的电化学反应装置，其中，
除去将上述第2表面与上述流路的重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点进行连结而成的多边形以外的上述第2表面的剩余部分的面积相对于上述第2表面的面积之比为1/6以下。
(技术方案5)
根据技术方案1～3中任一项所述的电化学反应装置，其中，
除去将上述第3表面与上述流路的重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点进行连结而成的多边形以外的上述第3表面的剩余部分的面积相对于上述第3表面的面积之比为1/6以下。
(技术方案6)
根据技术方案1～5中任一项所述的电化学反应装置，其中，
从多个第1分割线与多个第2分割线的交点分别到上述第2表面与上述流路的重叠部的最短距离的标准偏差为0.8以下，该多个第1分割线将除去上述第2表面与上述流路的重叠部以外的上述第2表面与上述第4表面的重叠部的剩余部分沿着上述第4表面的第1方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线将上述剩余部分沿着沿上述第4表面与上述第1方向正交的第2方向按照每隔0.1mm进行划分。
(技术方案7)
根据技术方案1～5中任一项所述的电化学反应装置，其中，
从多个第1分割线与多个第2分割线的交点分别到上述第3表面与上述流路的重叠部的最短距离的标准偏差为0.8以下，该多个第1分割线将除去上述第3表面与上述流路的重叠部以外的上述第3表面与上述第4表面的重叠部的剩余部分沿着上述第4表面的第1方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线将上述剩余部分沿着沿上述第4表面与上述第1方向正交的第2方向按照每隔0.1mm进行划分。
(技术方案8)
根据技术方案1～7中任一项所述的电化学反应装置，其中，
从多个第1分割线与多个第2分割线的交点分别到上述第2表面与上述流路的重叠部的最短距离为0.5mm以上的上述交点的个数为全部上述交点数的30％以下，该多个第1分割线将除去上述第2表面与上述流路的重叠部以外的上述第2表面与上述第4表面的重叠部的剩余部分沿着上述第4表面的第1方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线将上述剩余部分沿着沿上述第4表面与上述第1方向正交的第2方向按照每隔0.1mm进行划分。
(技术方案9)
根据技术方案1～7中任一项所述的电化学反应装置，其中，
从多个第1分割线与多个第2分割线的交点分别到上述第3表面与上述流路的重叠部的最短距离为0.5mm以上的上述交点的个数为全部上述交点数的30％以下，该多个第1分割线将除去上述第3表面与上述流路的重叠部以外的上述第3表面与上述第4表面的重叠部的剩余部分沿着上述第3表面的第1方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线沿着沿上述第3表面与上述第1方向正交的第2方向将上述剩余部分按照每隔0.1mm进行划分。

Claims (9)

1.一种电化学反应装置，其具备：
阳极，其用于对水进行氧化而生成氧；
电解液流路，其面向所述阳极，是为了供含有所述水的电解液流动而设置的；
阴极，其具备：多孔导电层，该多孔导电层具有第1表面和第2表面；和还原催化剂层，该还原催化剂层具有与所述第1表面接触的第3表面且含有用于对二氧化碳进行还原而生成碳化合物的还原催化剂；
隔板，其使所述阳极和所述阴极分离；
电源，其与所述阳极和所述阴极电连接；
流路板，其具备：第4表面，该第4表面与所述第2表面接触；和流路，该流路是为了供所述二氧化碳流动而设置的且面向所述第2表面，
所述第2表面与所述流路的重叠部的面积相对于所述第2表面的面积之比为0.5～0.85。
2.根据权利要求1所述的电化学反应装置，其中，
所述第3表面与所述流路的重叠部的面积相对于所述第3表面的面积之比为0.5～0.85。
3.根据权利要求1或2所述的电化学反应装置，其中，
所述流路具有：第1区域，该第1区域沿着所述第4表面延伸；第2区域，该第2区域以从所述第1区域沿着所述第4表面折回的方式延伸；和第3区域，该第3区域从所述第2区域沿着所述第1区域延伸，
所述第1区域的平均宽度相对于所述第1区域与所述第3区域之间的平均宽度之比为1.5～5。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学反应装置，其中，
除去将所述第2表面与所述流路的重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点进行连结而成的多边形以外的所述第2表面的剩余部分的面积相对于所述第2表面的面积之比为1/6以下。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学反应装置，其中，
除去将所述第3表面与所述流路的重叠部的各顶点中的内角小于180度的顶点进行连结而成的多边形以外的所述第3表面的剩余部分的面积相对于所述第3表面的面积之比为1/6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，
从多个第1分割线与多个第2分割线的交点分别到所述第2表面与所述流路的重叠部的最短距离的标准偏差为0.8以下，该多个第1分割线将除去所述第2表面与所述流路的重叠部以外的所述第2表面与所述第4表面的重叠部的剩余部分沿着所述第4表面的第1方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线将所述剩余部分沿着沿所述第4表面与所述第1方向正交的第2方向按照每隔0.1mm进行划分。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的电化学反应装置，其中，
从多个第1分割线与多个第2分割线的交点分别到所述第3表面与所述流路的重叠部的最短距离的标准偏差为0.8以下，该多个第1分割线将除去所述第3表面与所述流路的重叠部以外的所述第3表面与所述第4表面的重叠部的剩余部分沿着所述第4表面的第1方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线将所述剩余部分沿着沿所述第4表面与所述第1方向正交的第2方向按照每隔0.1mm进行划分。
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，
从多个第1分割线与多个第2分割线的交点分别到所述第2表面与所述流路的重叠部的最短距离为0.5mm以上的所述交点的个数为全部所述交点数的30％以下，该多个第1分割线将除去所述第2表面与所述流路的重叠部以外的所述第2表面与所述第4表面的重叠部的剩余部分沿着所述第4表面的第1方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线将所述剩余部分沿着沿所述第4表面与所述第1方向正交的第2方向按照每隔0.1mm进行划分。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的电化学反应装置，其中，
从多个第1分割线与多个第2分割线的交点分别到所述第3表面与所述流路的重叠部的最短距离为0.5mm以上的所述交点的个数为全部所述交点数的30％以下，该多个第1分割线将除去所述第3表面与所述流路的重叠部以外的所述第3表面与所述第4表面的重叠部的剩余部分沿着所述第3表面的第1方向按照每隔0.1mm进行划分，该多个第2分割线沿着沿所述第3表面与所述第1方向正交的第2方向将所述剩余部分按照每隔0.1mm进行划分。
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