CN114196975B - 二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。本发明的二氧化碳电解装置具备：电解池，与阳极流路或阴极流路对置并与阳极流路并联连接的冷却用流路，连接阳极流路的流入口、冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，连接阳极流路的流出口、冷却用流路的流出口和储液罐的流入口的阳极流出路，以及用于冷却阳极流出路的冷却器；所述电解池具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向阴极的阴极流路、以及位于阳极与阴极之间的间隔件。
Description
相关申请
本申请基于日本专利申请2020-147634(申请日：2020年9月2日)享有其优先权。本申请通过参照上述申请将该申请的全部内容引入本文。
技术领域
本发明实施方式涉及二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。
背景技术
近年来，人们对石油和煤炭等化石燃料的枯竭感到担忧，对可持续利用的可再生能源的期望越来越高。作为可再生能源，可举出太阳能电池、风力发电等。它们具有由于发电量依赖于天气和自然状况而难以稳定供给电力的课题。因此，正在尝试将可再生能源产生的电力储存在蓄电池中以稳定化电力的方法。但是，在储存电力时，存在蓄电池需要成本、蓄电时发生损耗等问题。
对于这一点，使用可再生能源产生的电力进行水(H2O)的电解，由水制造氢(H2)或者将二氧化碳(CO2)进行电化学还原而转换为一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、甲烷(CH4)、乙酸(CH3COOH)、乙醇(C2H5OH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)等碳化合物这样的化学物质(化学能)的技术备受瞩目。当将这些化学物质储存在圆筒或罐中时，与将电力(电能)储存在蓄电池中的情况相比，具有可降低能量储存成本并且储存损耗也小的优点。
作为二氧化碳电解装置，例如，研究了阴极使用银的纳米粒子催化剂，使阴极与阴极溶液和二氧化碳气体接触，同时使阳极与阳极溶液接触的结构。作为电解装置的具体构成，例如可举出以下构成，其具备：沿阴极的一个表面配置的阴极溶液流路、沿阴极的另一个表面配置的二氧化碳气体流路、沿阳极的一个表面配置的阳极溶液流路、以及配置在阴极溶液流路与阳极溶液流路之间的间隔件。使用具有这样构成的电解装置，例如，在向阴极和阳极中流入恒定电流，长时间实施从二氧化碳例如生成一氧化碳的反应的情况下，存在一氧化碳的生成量降低或池电压增加等发生经时池性能劣化的课题。因此，要求一种可抑制经时池性能劣化的二氧化碳的电解装置。
发明内容
本发明要解决的课题是抑制电解效率的降低。
一种二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，其具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向阴极的阴极流路、以及位于阳极与阴极之间的间隔件，
与阳极流路或阴极流路对置、并与阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接阳极流路的流入口、冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接阳极流路的流出口、冷却用流路的流出口和储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却阳极流出路的冷却器。
附图说明
[图1]是说明二氧化碳电解装置的构成例的示意图。
[图2]是说明电解反应部100的另一结构例的示意图。
[图3]是说明电解反应部100的另一结构例的示意图。
[图4]是表示具有阳极流路112的流路板114的平面结构例的示意图。
[图5]是表示具有冷却用流路141的流路板的平面结构例的示意图。
[图6]是表示具有冷却用流路141的流路板151的另一平面结构例的示意图。
[图7]是表示具有冷却用流路141的流路板151的另一平面结构例的示意图。
[图8]是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。
[图9]是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。
[图10]是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。
[图11]是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。
[图12]是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。
附图标记说明
1…二氧化碳电解装置、100…电解反应部、111…阳极、112…阳极流路、113…阳极集电体、114…流路板、121…阴极、122…阴极流路、123…阴极集电体、124…流路板、131…间隔件、140…冷却用流路、141…冷却用流路、142…冷却用流路、143…冷却用流路、150…电源、151…流路板、152…流路板、200…阳极供给部、201…储液罐、202…流量控制器、203…浓度传感器、204…参比电极、205…流量控制器、206…流量控制器、207…压力控制器、208…冷却器、209…溶液分离器、210…阀、211…阀、212…阀、213…阀、214…储液罐、215…流量控制器、216…流量控制器、217…流量控制器、300…阴极供给部、301…储气罐、302…流量控制器、303…压力控制器、400…收集部、401…气液分离器、402…产物收集器、403…储液罐、500…控制部、501…池性能检测器、502…控制器。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式的二氧化碳电解装置。在以下所示的各实施方式中，基本上对同一构成部位标记为同一符号，有时部分省略其说明。附图是示意式的，厚度与平面尺寸的关系、每个部分的厚度的比率等有时与实际不同。
予以说明，本说明书中，除非另有说明，否则“连接”不仅包括直接连接，也包括间接连接。
图1是说明二氧化碳电解装置的构成例的示意图。二氧化碳电解装置1具备：电解反应部100、阳极供给部200、阴极供给部300、收集部400、和控制部500。
电解反应部100具备：阳极111、阳极流路112、阳极集电体113、阴极121、阴极流路122、阴极集电体123、间隔件131、和冷却用流路141。阳极111、阳极流路112、阴极121、阴极流路122、和间隔件131构成电解池。
图2是说明电解反应部100的另一结构例的示意图。图3是说明电解反应部100的另一结构例的示意图。电解反应部100如图2和图3所示，可具备多个电解池。多个电解池例如可被未图示的一对支持板夹持，还可以用螺栓等紧固。
阳极111与间隔件131相接。阳极111是用于氧化水以生成氧(O2)和氢离子(H+)的电极、或者是用于将阴极121处的二氧化碳的还原反应生成的氢氧根离子(OH-)氧化而生成氧和水的电极。
阳极111优选含有可减少上述氧化反应的过电压的催化剂材料(阳极催化剂材料)。这样的催化剂材料例如包括：铂(Pt)、钯(Pd)、镍(Ni)等金属，含有这些金属的合金或金属间化合物，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)、氧化钌(Ru-O)、氧化锂(Li-O)、氧化镧(La-O)等二元系金属氧化物，Ni-Co-O、Ni-Fe-O、La-Co-O、Ni-La-O、Sr-Fe-O等三元系金属氧化物，Pb-Ru-Ir-O、La-Sr-Co-O等四元系金属氧化物，Ru配合物、Fe配合物等金属配合物。
阳极111具备：可使液体和离子在间隔件131与阳极流路112之间移动的结构，例如，网材、冲孔材料、多孔体、金属纤维烧结体等具有多孔结构的基材。基材既可以由钛(Ti)、镍(Ni)、铁(Fe)等金属或含有这些金属中的至少1种的合金(例如，SUS)等金属材料构成，也可以由上述阳极催化剂材料构成。在使用氧化物作为阳极催化剂材料时，优选在包含上述金属材料的基材的表面附着或层压阳极催化剂材料而形成催化剂层。阳极催化剂材料在提高氧化反应的基础上优选具有纳米粒子、纳米结构体、纳米线等。纳米结构体是指在催化剂材料的表面形成有纳米级凹凸的结构体。
阴极121与间隔件131相接。阴极121是用于发生二氧化碳的还原反应和还原产物的还原反应以生成碳化合物的电极(还原电极)。碳化合物的例子包括一氧化碳、甲酸(HCOOH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、甲醇(CH3OH)、乙酸(CH3COOH)、乙醇(C2H5OH)、丙醇(C3H7OH)、乙二醇(C2H6O2)等。另外，阴极121处的还原反应在包括二氧化碳的还原反应的同时，还包括引发水的还原反应而生成氢(H2)的副反应。
阴极121具有气体扩散层、和设置在气体扩散层上的阴极催化剂层。气体扩散层与阴极催化剂层之间可以配置比气体扩散层致密的多孔层。气体扩散层配置在阴极流路122侧，阴极催化剂层配置在间隔件131侧。阴极催化剂层可进入气体扩散层中。阴极催化剂层优选具有催化剂纳米粒子、催化剂纳米结构体等。气体扩散层例如由碳纸、碳布等构成，可以实施疏水处理。多孔层由孔径比碳纸和碳布小的多孔体构成。
通过对气体扩散层实施适当的疏水处理，二氧化碳气体主要通过气体扩散到达阴极催化剂层。二氧化碳的还原反应和由此生成的碳化合物的还原反应在气体扩散层与阴极催化剂层的边界附近、或者在进入气体扩散层中的阴极催化剂层附近发生。
阴极催化剂层优选由可减少上述还原反应的过电压的催化剂材料(阴极催化剂材料)构成。这样的材料的例子例如包括：金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铂(Pt)、钯(Pd)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、钛(Ti)、镉(Cd)、锌(Zn)、铟(In)、镓(Ga)、铅(Pb)、锡(Sn)等金属，含有这些金属中的至少1种的合金或金属间化合物等金属材料，碳(C)、石墨烯、CNT(碳纳米管)、富勒烯、科琴黑等碳材料，Ru配合物、Re配合物等金属配合物。阴极催化剂层可采用板状、网状、线状、粒状、多孔状、薄膜状、岛状等各种形状。
构成阴极催化剂层的阴极催化剂材料优选具有由上述金属材料的纳米粒子、金属材料的纳米结构体、金属材料的纳米线或上述金属材料的纳米粒子负载在碳粒子、碳纳米管、石墨烯等碳材料上而成的复合物。通过采用催化剂纳米粒子、催化剂纳米结构体、催化剂纳米线、催化剂纳米负载结构体等作为阴极催化剂材料，可以提高阴极121处的二氧化碳的还原反应的反应效率。
阳极111和阴极121可以与电源150连接。电源150的例子不限于通常的系统电源和电池，可以包括用于供给通过太阳能电池、风力发电等可再生能源产生的电力的电力源。电源150还可以具有调节上述电源的输出功率以控制阳极111与阴极121之间的电压的电源控制器。予以说明，电源150可以设置在二氧化碳电解装置1的外部。
阳极流路112面向阳极111。阳极流路112具有向阳极111供给阳极液体的功能。
阳极液体优选至少含有水(H2O)。二氧化碳(CO2)从阴极流路122供给，因此液体可含有或不含二氧化碳(CO2)。
阳极液体可以为含有电解质的电解液。作为电解液，例如可举出含有选自如下离子中的至少1种的水溶液：氢氧根离子(OH-)、氢离子(H+)、钾离子(K+)、钠离子(Na+)、锂离子(Li+)、氯离子(Cl-)、溴离子(Br-)、碘离子(I-)、硝酸根离子(NO3 -)、硫酸根离子(SO4 2-)、磷酸根离子(PO4 2-)、硼酸根离子(BO3 3-)、和碳酸氢根离子(HCO3 -)。为了降低电解液的电阻，作为液体，优选使用以高浓度溶解有氢氧化钾、氢氧化钠等电解质的碱溶液。
阳极流路112如图2和图3所示那样设置在流路板114的表面。流路板114的材料例如包括化学反应性低且不具有导电性的材料。这样的材料的例子例如包括丙烯酸系树脂、聚醚醚酮(PEEK)、含氟树脂等绝缘树脂材料。予以说明，流路板114具有未图示的紧固用的螺丝孔。
阳极集电体113与端部的电解池的阳极111电连接。阳极集电体113优选包含化学反应性低且导电性高的材料。作为这样的材料，可举出Ti、SUS等金属材料、碳等。
阴极流路122面向阴极121。阴极流路122具有向阴极121供给含有二氧化碳的气体的功能。
阴极流路122如图2和图3所示，设置在流路板124的表面。流路板124的材料优选使用化学反应性低且导电性高的材料。这样的材料的例子例如包括Ti、SUS等金属材料、碳等。予以说明，流路板124具有未图示的阴极流路122的流入口和流出口、以及用于紧固的螺丝孔。另外，在各流路板的前后可根据需要夹入省略了图示的包装。予以说明，阴极流路122也可以设置在阴极集电体123中。
阴极集电体123与端部的电解池的阴极121电连接。阴极集电体123优选包含化学反应性低且导电性高的材料。作为这样的材料，可举出Ti、SUS等金属材料、碳等。
阳极流路112和阴极流路122如图2所示，也可以设置在流路板132的两面。两面具有流路的流路板也称为双极流路板。
图4是表示具有阳极流路112的流路板114的平面结构例的示意图。阳极流路112具有设置在流路板114上的流入口IN和流出口OUT。另外，阳极流路112在流路板114的表面具有蛇纹形状，在折叠部彼此之间的区域发生分支。通过上述形状，可有效地向阳极流路112供给上述液体。予以说明，阴极流路122与阳极流路112同样地可具有图4所示那样的蛇纹形状。
间隔件131包含可使离子在阳极111与阴极121之间移动，并且可将阳极111与阴极121隔开的离子交换膜。离子交换膜的例子例如包括：Nafion、Flemion这样的阳离子交换膜，Neosepta、Selemion这样的阴离子交换膜。除了离子交换膜以外，也可以将玻璃过滤器、多孔高分子膜，多孔绝缘材料等应用于间隔件131，只要它们是可以使离子在阳极111和阴极121之间移动的材料即可。
冷却用流路141与阳极流路112并联连接。冷却用流路141例如与阳极流路112或阴极流路122对置。例如，冷却用流路141可以相对于阳极流路112设置在阳极111的相反侧。另外，冷却用流路141可以相对于阴极流路122设置在阴极121的相反侧。
图5是表示具有冷却用流路141的流路板的平面结构例的示意图。冷却用流路141具有设置在流路板151上的流入口IN和流出口OUT。冷却用流路141的流入口IN与阳极流路112的流入口IN相比更靠近阳极流路112的流出口OUT，冷却用流路141的流出口OUT与阳极流路112的流出口OUT相比更靠近阳极流路112的流入口IN。由此，例如，可以使阳极流路112中的液体的流动与冷却用流路141中的阳极液体的流动方向相反。在电解工作中，阳极液体从阳极流路112的流入口IN流入电解池的内部，在电解池的内部温度上升，在从电解池流出阳极液体的阳极流路112的流出口OUT处温度升高，因此，即使在电解池的内部，在流入口附近温度低，而在流出口附近温度升高。与此相比，通过在阳极流路112的流出口OUT侧设置冷却用流路141的流入口IN，可提高电解池的温度的均匀性。
冷却用流路141在流路板151的表面具有蛇纹形状。通过上述形状，可有效地向冷却用流路141供给含水的液体。予以说明，通过使冷却用流路141的流路宽度大于阳极流路112的流路宽度，可提高冷却效率。
图6是表示具有冷却用流路141的流路板151的另一平面结构例的示意图。图6所示的冷却用流路141与图5所示的冷却用流路141相比，区别在于，在冷却用流路141的中央部与端部之间具有不同的流路宽度。冷却用流路141的中央部的流路宽度优选比冷却用流路141的端部的流路宽度宽。由此可提高冷却效率。由于电解池的中央部的散热少，因此温度容易升高，而电解池的周边部的温度容易降低。
图7是表示具有冷却用流路141的流路板151的另一平面结构例的示意图。图7所示的冷却用流路141与图5所示的冷却用流路141相比，区别在于，冷却用流路141设置在流路板151的表面的中心部，在围绕中心部的周边部没有设置冷却用流路141。进而，冷却用流路141的中央部的流路宽度优选比冷却用流路141的端部的流路宽度宽。由此可降低电解池的面内温度分布。
电解反应部100可具备多个冷却用流路。图2所示的电解反应部100具备：冷却用流路141、冷却用流路142。图3所示的电解反应部100具备：冷却用流路141、冷却用流路142、和冷却用流路143。不限于此，电解反应部100可具备冷却用流路141、冷却用流路142和冷却用流路143中的至少一个。予以说明，作为冷却用流路142和冷却用流路141的说明，可适宜援引冷却用流路141的说明。
冷却用流路141设置在流路板151的表面。冷却用流路142设置在流路板152的表面。冷却用流路141设置在多个电解池中的一个阳极111与多个电解池中的另一个阴极121之间。冷却用流路142与冷却用流路141相比更远离电解反应部100的中央电解池。冷却用流路142例如可以与阳极集电体113邻接，相对于阳极集电体113设置在阳极111的相反侧，且面向阳极集电体113。冷却用流路142可以与阴极集电体123邻接，例如相对于阴极集电体123设置在阴极121的相反侧，且面向阴极集电体123。
冷却用流路143设置在流路板153的表面。冷却用流路143设置在多个电解池中的一个阳极111与多个电解池中的另一个阴极121之间。冷却用流路143与冷却用流路141相比，更靠近电解反应部100的中央电解池。例如，在堆叠的端部的电解池中，由于从紧固板散发的热量大，因此存在池温度降低的倾向，堆叠的中央部的电解池的温度容易升高。因此，通过使面向中央部电解池的冷却用流路143的流路宽度大于冷却用流路141的流路宽度，可以抑制多个电解池中的温度的不均匀。另外，通过使冷却用流路143的流路深度大于冷却用流路141的流路深度，也可以抑制多个电解池中的温度的不均匀。
流路板132、流路板151至流路板153的材料的例子例如包括可应用于流路板114的材料、可应用于流路板124的材料。
阳极供给部200具有储液罐201、流量控制器202、浓度传感器203、参比电极204、流量控制器205、和流量控制器206。予以说明，阳极供给部200的构成不限于此。
储液罐201可装纳被冷却的阳极液体。阳极液体含有水。阳极液体例如可以是含有电解质的电解液。储液罐201可具有冷却阳极液体的冷却器。由此，可将阳极液体的温度例如控制在0℃以下，可提高冷却效率。
储液罐201与收集阳极液体中含有的氧气等气体成分的未图示的气体成分收集部连接。阳极液体在压力控制器207和流量控制器202中被控制流量和压力而引入阳极流路112中。
流量控制器202例如具有泵，可控制阳极液体的流量。浓度传感器203可取得显示阳极液体中的至少1种离子的浓度的数据。设置参比电极204以测定与“阳极111和阴极121之间的电压(池电压)”的电压差。
阳极流路112的流入口IN、冷却用流路141等冷却用流路的流入口IN、和储液罐201的流出口OUT通过阳极流入路INA连接。阳极流路112的流出口OUT、冷却用流路141等冷却用流路的流出口OUT、和储液罐201的流入口IN通过阳极流出路OUTA连接。
阳极流入路INA和阳极流出路OUTA例如由管道构成。
流量控制器205设置在阳极流入路INA的中途。流量控制器205例如具有泵，控制流入阳极流路112的阳极液体的流量。
流量控制器206设置在阳极流入路INA的中途。流量控制器206例如具有泵，控制流入冷却用流路141等冷却用流路的阳极液体的流量。
压力控制器207控制阳极流出路OUTA的内部的压力。冷却器208可冷却阳极流出路OUTA的内部。冷却器208可以是热交换器。溶液分离器209分离阳极液体。
阴极供给部300具有储气罐301、流量控制器302、和压力控制器303。储气罐301可装纳含有二氧化碳的气体。流量控制器302例如具有泵，可控制气体的流量。压力控制器303可控制阴极流出路OUTB的内部的压力。
阴极流路122的流入口和储气罐301的流出口通过阴极流入路INB连接。阴极流路122的流出口和收集部400通过阴极流出路OUTB连接。阴极流入路INB和阴极流出路OUTB例如由管道构成。
收集部400具有气液分离器401和产物收集器402。气液分离器401从由阴极流路122的流出口OUT流出的流体中分离出一氧化碳和氢等气体，送入至产物收集器402。
控制部500具有池性能检测器501和控制器502。池性能检测器501检测还原产物中的一氧化碳和氢等产物的生成量和生成比率，将检测数据送入控制器502。控制器502接收各电解池的池电压、池电流、阴极电位、阳极电位等电数据、以及阳极流路112和阴极流路122的内部压力和压力损失等数据，根据这些数据控制电解工作。
控制器502例如经由省略部分图示的双向的信号线与电源150、流量控制器202、流量控制器205、流量控制器206、压力控制器207、流量控制器302、压力控制器303电连接，它们被汇总控制。予以说明，各管道中设置有未图示的阀，阀的开闭工作由来自控制器502的信号控制。
接着，说明使用二氧化碳电解装置的二氧化碳的电解方法的例子。二氧化碳的电解方法的例子如下所示：控制流量控制器202、流量控制器205、流量控制器206、和压力控制器207，将阳极液体从储液罐201经由阳极流入路INA供给到阳极流路112和冷却用流路141等冷却用流路，控制流量控制器302和压力控制器303，将气态二氧化碳从储气罐301经由阴极流入路INB供给到阴极流路122，从电源150向阳极集电体113和阴极集电体123之间施加电压，从而向各电解池的阳极111与阴极121之间施加电压以供给电流。
当电流在阳极111与阴极121之间流过时，发生以下所示的在阳极111附近的氧化反应和在阴极121附近的还原反应。在此，主要说明生成一氧化碳(CO)作为碳化合物的情况，但作为二氧化碳的还原产物的碳化合物不限于一氧化碳，也可以是上述的有机化合物等其他碳化合物。另外，作为电解池所发生的反应过程，考虑了主要生成氢离子(H+)的情况和主要生成氢氧根离子(OH-)的情况，但不限于这些反应过程的任一种。
主要阐述氧化水(H2O)而生成氢离子(H+)时的反应过程。当向阳极111与阴极121之间供给电流时，在与阳极流路112中流动的阳极液体接触的阳极111处发生水(H2O)的氧化反应。具体地，如下述式(1)所示，阳极液体中含有的H2O被氧化，生成氧(O2)和氢离子(H+)。
2H2O→4H++O2+4e-…(1)
在阳极111处生成的H+经由阳极111和间隔件131在阴极流路122内的阴极溶液中移动，到达阴极121附近。通过基于从电源150供应到阴极121的电流的电子(e-)和在阴极121附近移动的H+，发生二氧化碳(CO2)的还原反应。具体地，如下述式(2)所示，从阴极流路122供给到阴极121的CO2被还原而生成CO。
2CO2+4H++4e-→2CO+2H2O…(2)
接着，主要阐述还原二氧化碳(CO2)而生成氢氧根离子(OH-)时的反应过程。当向阳极111与阴极121之间供给电流时，在阴极121附近，如下述式(3)所示，水(H2O)和二氧化碳(CO2)被还原，生成一氧化碳(CO)和氢氧根离子(OH-)。氢氧根离子(OH-)在阳极111附近扩散，如下述式(4)所示，氢氧根离子(OH-)被氧化而生成氧(O2)。
2CO2+2H2O+4e-→2CO+4OH-…(3)
4OH-→2H2O+O2+4e-…(4)
从阳极流路112流出的流体中含有的阳极液体经由阳极流出路OUTA被冷却器208冷却而流入储液罐201中。通过以这种方式使阳极液体循环，可有效使用阳极液体。
流入阳极流路112的阳极液体的一部分有时经由阳极111、间隔件131、和阴极121而流入阴极流路122。另一方面，从阴极流路122流出的流体经由阴极流出路OUTB被送入到气液分离器401中，从该流体中分离出含有还原产物的气体，被产物收集器402回收。
当电解中的电解池的池输出不满足所需标准时，控制器502可以执行冷却工作。池输出的要求标准例如根据电解池的池输出与温度的关系来设定。当电解池的温度上升时，池输出容易下降。
冷却工作如上所述控制流量控制器206和压力控制器207，以将阳极液体从储液罐201经由阳极流入路INA供给到冷却用流路141等冷却用流路。此时，可以通过调节供给时间和流量来控制电解池的温度，从而恢复池输出。电解池的温度例如可以使用与要测定的部位相连的温度传感器来测定。
上述冷却工作的必要与否不仅可以使用电解池的池电压和池电流、以及池温度的变化来判断，而且可以使用阳极111与阴极121之间的气液分离性能，即，阳极111与阴极121之间的液体和气体的移动量、产物的气体量、池电压与参比电极204的电位的差、基于这些参数的法拉第效应的推测值来判断。另外，可以根据各参数进行综合判定，各值的组合和计算方法是任意的。
当电解池的电流密度低、电解效率高时，发热量小，通过将阳极液体从储液罐201供给到冷却用流路141等冷却用流路，可以保持电解池的温度的面内均匀性，另一方面，当池的电流密度高、电解效率低时，发热量大，需要通过使供给到冷却用流路141等冷却用流路中的阳极液体循环，确保电解池的温度的面内均匀性，因此，根据电解池的电流密度和电解效率来判断冷却工作的必要与否是简单而优选的。
也可以考虑电解池的运转时间来判断冷却工作的必要与否。运转时间可以通过基于电解池的放热量、伴随阳极液体的温度上升的放热量估算或预测温度上升率来计算。因此，优选根据今后的电解池的运转预测来控制阳极液体的温度。也可以使用累计的电压值和时间、电流值与时间的乘积等计算值，其组合和计算方法是任意的。另外，基于这些组合的计算值的判断与简单地基于持续时间的判断相比，由于考虑了电解池的运转方法带来的差异，因而是优选的。进而，还可以使用电流或电压的变动值、阳极液体的pH值、变化值、氧发生量、变动量来判断是否需要冷却工作。
阳极液体优选具有至少10mS/m以上、更优选100mS/m以上的电导率。由此可以实现减少电解池的内部电阻的效果和提高导热性的效果。考虑到冷却性能，优选将具有高于水的热导率的电解液用于阳极液体。通过采用热导率高的电解液，可以将电解池的热有效地转移到电解液以冷却电解池。由于在二氧化碳的还原反应中电解效率低并且发热量大，因此冷却变得重要。电解效率在此定义为理论电压/反应电压。
通过使阳极液体含有离子，可以使阳极液体的凝固点为0℃以下。由此，即使在0℃以下的环境下阳极液体也不会冻结，因此例如可以容易地在寒冷地区使用。另外，由于电解池的内部冻结，导致池部件发生物理破坏等。例如，由于阳极流路112的内部或冷却用流路141等冷却用流路的内部冻结而体积膨胀，导致有时破坏控制紧固板的螺钉等。另外，由于紧固压力极大地影响了电解池性能，因此一旦膨胀，紧固压力有时会变化。结果，有时引起紧固板的变形、螺钉的变形、流路板的变形等。进而，间隔件131由于溶胀、伸缩等而被破坏、电解质的离子交换性能降低。有时气体扩散层、阴极催化剂层受冻结的影响产生裂纹等而导致性能下降。
如上所述，本实施方式的二氧化碳电解装置具备与阳极流路并联连接的冷却用流路，通过将被冷却的阳极液体供给至阳极流路和冷却用流路这两者，可以抑制电解工作引起的电解池温度的上升并抑制电解效率的下降。
由电解工作产生的未使用的能量都作为热量被释放到外部。特别是在包含多个电解池的堆叠中，反应体积密度大，冷却变得更加重要。另外，二氧化碳的电解反应的反应特性根据温度的不同而变化较大，因此，当电解池的温度的面内均匀性和包含多个电解池的堆叠中电解池的温度分布大时，电解效率大幅降低，因此冷却性能以及由冷却方法产生的温度分布的均匀化具有提高效率的效果。
然而，当运转负荷(反应电流密度大)大时，电解效率低且发热量也大，而运转负荷小(反应电流密度小)时，电解效率高且发热量小。为了在这样的运转条件不同的情况下也能均匀地保持池的温度，考虑了设置多个冷却用流路，但因此需要阀、流路的复杂、冷却用流路板的体积增加、系统的复杂、成本的增加等，因而不优选。因此，在运转负荷小(反应电流密度小)的情况下，当将阳极液体冷却而循环时，在各个电解池的结构基本相同或者在压力损失等基本相同的结构(优选±50％的压力损失差)下进行冷却工作，在运转负荷(反应电流密度大)大(施加到单个池的电压大)的情况下，通过专用的冷却用流路，通过各个池、或者每个冷却用流路的流路结构和压力损失不同的冷却用流路，改变冷却液流量，将各个池的温度差保持在最小限。
对于每个冷却用流路的流路结构不同的情况而言，例如当端部的冷却用流路的每单位体积的发热量基本相同时，由于紧固板等产生的放热作用，温度较低，另一方面，中央部的电解池中，温度的上升大，因此需要更多的冷却。因此，中央部的冷却用流路具有压力损失小的流路结构。具体地，可以采取加宽流路的宽度或增加深度的对策，在平行流路结构的情况下，可以采取增加平行流路的数量等的对策。
也存在通过改变阳极液体的流量来均匀保持池温度的方法，但是，当阳极液体的流量改变时，池的输出改变，如果阳极液体中反应产生的氧气等气体成分存在于流路中，则形成气液两层流而产生压力损失，难以控制流路结构和压力损失不同的流路，另外，反应特性因流量的差异而变化大，因而是不优选的。
当运转负荷小时(每单位面积的电流小/施加到单个池的电压小)，电解池中的发热量小，仅需要用电解液进行冷却。当可通过电解池堆叠本身的外表面的放热量以及电解液的液量和外围设备的热容量来提供冷却时，优选不对阳极液体本身进行冷却的方式。另外，在中等的运转负荷下，通过使阳极液体在冷却用流路中流通、在冷却用流路和阳极流路这两者中流过冷却的电解液，从而将各池的温度差保持在最小限。此时，优选改变冷却用流路与阳极流路的流量的比率，以使得即使在运转负荷改变的情况下也能够将各池的温度差保持在最小限。因此，流量控制器205和流量控制器206根据各个电解池的温度和运转负荷来改变并调节冷却用流路与阳极流路的流量比。另外，通过获取各个电解池的温度的传感器来测定电解池的温度，根据测得的温度数据来改变冷却用流路与阳极流路的流量的比率，由此无需在每个阳极流路和冷却用流路中设置冷却器，通过将一个冷却器与各个阳极流路和冷却用流路相连，可以简化系统、降低成本。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(第2实施方式)
图8是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。图8所示的二氧化碳电解装置与图1所示的二氧化碳电解装置1相比，区别在于，具有阀210、阀211、阀212、和阀213。关于除此以外的部分，适宜援引第1实施方式的说明。
阀210设置在阳极流入路INA的中途。阀210可经由阳极流入路INA连接阳极流路112的流入口IN与储液罐201的流出口OUT。
阀211设置在阳极流入路INA的中途。阀211可经由阳极流入路INA连接冷却用流路141等冷却用流路的流入口IN与储液罐201的流出口OUT。
阀212设置在阳极流出路OUTA的中途。阀212可经由阳极流出路OUTA连接阳极流路112的流出口OUT与储液罐201的流入口IN。
阀213设置在第2阳极流出路OUTC的中途。第2阳极流出路OUTC连接阳极流出路OUTA与储液罐201的第2流入口IN2。阀213可经由第2阳极流出路OUTC连接冷却用流路141等冷却用流路的流出口OUT与储液罐201的第2流入口IN2。
阀210至阀213的开闭例如优选根据阳极111与阴极121之间的电压或电流，通过控制器502来控制。反应特性容易根据阳极液体的温度和流量而变化，因此不期望改变阳极液体的条件。因此，在优先考虑特性的情况下，优选按照如下方式运转：通过阀210连接阳极流路112的流入口IN与储液罐201的流出口OUT，通过阀211连接冷却用流路141等冷却用流路的流入口IN与储液罐201的流出口OUT，通过阀212断开阳极流路112的流出口OUT与储液罐201的流入口IN的连接，通过阀213连接冷却用流路141等冷却用流路的流出口OUT与储液罐201的第2流入口IN2。
另一方面，在希望优先考虑系统效率的情况下，可以按照如下方式进行冷却工作：通过阀210连接阳极流路112的流入口IN与储液罐201的流出口OUT，通过阀211连接冷却用流路141等冷却用流路的流入口IN与储液罐201的流出口OUT，通过阀212连接阳极流路112的流出口OUT与储液罐201的流入口IN，通过阀213断开冷却用流路141等冷却用流路的流出口OUT与储液罐201的第2流入口IN2的连接。另外，当由于外部气温等的影响而想要重视冷却来运转时，优选按照如下方式进行冷却工作：通过阀210连接阳极流路112的流入口IN与储液罐201的流出口OUT，通过阀211连接冷却用流路141等冷却用流路的流入口IN与储液罐201的流出口OUT，通过阀212断开阳极流路112的流出口OUT与储液罐201的流入口IN的连接，通过阀213连接冷却用流路141等冷却用流路的流出口OUT与储液罐201的第2流入口IN2。
综上所述，在本实施方式的二氧化碳电解装置中，通过使用多个阀来控制阳极液体向阳极流路112和冷却用流路141等冷却用流路的供给，可以提高冷却工作的自由度。因此，可抑制电解效率的降低。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(第3实施方式)
图9是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。图9所示的二氧化碳电解装置与图1所示的二氧化碳电解装置1相比，区别在于，具有储液罐214和流量控制器215。关于除此以外的部分，适宜援引第1实施方式的说明。
储液罐214的流出口OUT与阳极流出路OUTA连接。予以说明，储液罐214的流出口OUT也可以与阳极流入路INA连接。储液罐214可装纳含有电解质的电解液。电解液中的电解质浓度优选比阳极液体中的电解质浓度高。作为电解液，可使用可应用于阳极液体的含离子的电解液。
流量控制器215设置在阳极流出路OUTA的中途。流量控制器215例如通过控制器502控制。流量控制器215例如具有泵，控制从储液罐214供给到阳极流出路OUTA的阳极液体的流量。予以说明，当储液罐214的流出口与阳极流入路INA连接时，流量控制器215设置在阳极流出路OUTA的中途。
在向阳极流路112中流入含有电解液的阳极液体而进行电解工作时，阳离子从阳极流路112向阴极流路122移动，并通过阴极流路122的流出口流出。结果，流过阳极流路112的阳极液体中的电解质浓度降低。
与此相比，在本实施方式的电解装置中，通过从储液罐214向阳极液体补充电解液，可抑制阳极液体的电解质浓度的降低。例如，通过pH传感器、离子传感器等测知流过阳极流路112的阳极液体的电解质浓度的降低，或者从电解反应的库仑量来推测，根据其结果补充电解液。由此，可持续运转二氧化碳电解装置。另外，使用流经容量较大的冷却用流路141等冷却用流路的阳极液体作为缓冲液，例如，当剩余电力丰富时或者电费便宜时，通过从储液罐214补充电解液，可以提高系统效率。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(第4实施方式)
图10是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。图10所示的二氧化碳电解装置与图1所示的二氧化碳电解装置1相比，区别在于，具有流量控制器216和储液罐403。关于除此以外的部分，适宜援引第1实施方式的说明。
流量控制器216与储液罐403的流出口OUT连接。流量控制器216例如通过控制器502来控制。流量控制器216例如具有泵，可以控制从储液罐403供给到阳极流出路OUTA的液体的流量。
储液罐403的流入口IN与阴极流出路OUTB连接。储液罐403装纳从阴极流路122流出的流体中含有的液体。
当向阳极流路112流入含有电解液的阳极液体来进行电解工作时，阳离子从阳极流路112向阴极流路122移动，并通过阴极流路122的流出口OUT流出。由此，流过阳极流路112的阳极液体中的电解质浓度降低。
与此相比，在本实施方式的电解装置中，通过使从阴极流路122流出的流体中含有的液体返回到阳极流出路OUTA，可以抑制阳极液体的电解质浓度的降低。例如，通过pH传感器、离子传感器等测知流过阳极流路112的阳极液体的电解质浓度的降低，或者从电解反应的库仑量来推测，根据其结果将从阴极流路122流出的流体中含有的液体返回到阳极流出路OUTA。由此，可持续运转二氧化碳电解装置1。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(第5实施方式)
图11是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。图11所示的二氧化碳电解装置与图1所示的二氧化碳电解装置相比，区别在于，具有储液罐403，而且压力控制器207和冷却器208的连接位置不同。关于除此以外的部分，适宜援引第1实施方式的说明。
储液罐403的第1流入口IN1与阴极流出路OUTB连接。储液罐403的第2流入口IN2经由阳极流出路OUTA、压力控制器207、和冷却器208与阳极流路112的流出口OUT连接。储液罐403的流出口OUT经由阳极流出路OUTA和溶液分离器209与储液罐201的流入口连接。储液罐403装纳从阴极流路122流出的流体中含有的液体。
从阴极流路122流出的流体例如有时包含温热的水蒸气气体，存在阻碍还原产物利用的情况。例如，有时阻碍还原二氧化碳以生成一氧化碳、使一氧化碳与氢反应而生成烃的反应。另外，通过含有大量水蒸气，水从反应体系中损失，有时所需的水的量大大超过反应所需的理论的水的量。水也是资源之一，用于反应的水的量优选为必须最低限。
当在二氧化碳电解装置1的后段连接其他反应装置时，有时水蒸气稀释反应气体而使后段的反应装置的反应效率降低。当后段的反应装置中的化学反应为高温反应时，则还必须加热水蒸气，导致损失大。因此，优选将水蒸气一次性冷却而以水的形式回收。通过使用与阳极液体相同的液体来进行该冷却，可以减少系统中的泵和阀的数量，这是有效的且低成本的。
可以在液体与气态二氧化碳之间进行热交换。此时，为了防止电解质浓度的降低，需要单独的机构将从阴极流路122流出的液体返回到阳极流路112。为了使从阴极流路122流出的流体中含有的液体返回到阳极流路112，当通过液体直接冷却阴极流路122的气体并将从阴极流路122流出的液体返回到阳极流路112时，可同时实现阴极流路122的气体的冷却与将从阴极流路122流出的液体返回到阳极流出路OUTA，因而是非常有效的。予以说明，不一定必须进行热交换，冷却器208可以与图1所示的二氧化碳电解装置同样地与溶液分离器209相连。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(第6实施方式)
图12是说明二氧化碳电解装置的另一构成例的示意图。图12所示的二氧化碳电解装置与图1所示的二氧化碳电解装置1相比，区别在于，具有流量控制器217。关于除此以外的部分，适宜援引第1实施方式的说明。
流量控制器217连接阳极流入路INA与阴极流入路INB。流量控制器217例如通过控制器502来控制。流量控制器217例如具有泵，经由阴极流入路INB来控制流入阴极流路122的液体的流量。
从阳极111侧流入阴极流路122的电解液有时与二氧化碳气体反应而析出盐。盐例如有时会堵塞阴极流路122而降低反应效率。因此，通过根据需要(任选地)经由流量控制器217、通过阴极流路122的流入口IN流入含有电解液的阳极流体，使盐溶解而排出。此时，通过使用流入冷却用流路141等冷却用流路的阳极液体，可以简化系统并可以减少辅助装置的数量，从而可以削减制造成本。尽管阳极盐的溶出能力比纯水差，但通过使用电解液，可得到充分的效果。对于阳极液体流入阴极流路122的时机，每隔一定时间，或者使用用于判断冷却工作必要与否的参数，通过压力等确定流路的堵塞或其前兆，可以是发生流路堵塞的时间点或者发生堵塞之前。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
实施例
(实施例1)
组装图1所示的二氧化碳电解装置，研究二氧化碳的电解性能。首先，按照以下顺序制作在设置有多孔层的碳纸上涂布负载有金纳米粒子的碳粒子的阴极。制作将负载有金纳米粒子的碳粒子与纯水、Nafion溶液、乙二醇混合而得到的涂布溶液。金纳米粒子的平均粒径为8.7nm，负载量为18.9质量％。将该涂布溶液填充到喷枪中，使用氮气将其喷涂在设置有多孔层的碳纸上。涂布后用纯水水流洗涤30分钟，然后浸渍在过氧化氢水溶液中以氧化除去乙二醇等有机物。将其剪切出2×2cm的尺寸，作为阴极。予以说明，从涂布溶液的金纳米粒子和碳粒子的混合量，估算金的涂布量为约0.4mg/cm2。将在Ti网上涂布有成为催化剂的IrO2纳米粒子的电极用于阳极。作为阳极，使用剪切成2×2cm尺寸的IrO2/Ti网。
在电解反应部中，在将池的催化剂面积设定为100cm2、电流密度设定为50、100、400mA/cm2的10个电解池的堆叠中形成冷却用流路，进行反应。1个电解池的厚度为2mm。具有冷却用流路的流路板的厚度为6mm。阳极流路的深度为1.0mm。冷却用流路的深度为5mm。
在紧固板上不设置冷却用流路，依次层压紧固板、绝缘板、1mm的集电板、具有冷却用流路的流路板与电解池的层压体、1mm的集电板、绝缘板、紧固板。
使用上述的电解反应部组装二氧化碳电解装置，在以下条件下运转。向阴极流路以每个电解池500sccm的流量供给二氧化碳气体，向阳极流路以每个电解池10ccm的流量流入电解液的碳酸氢钾水溶液(浓度为1M KHCO3)。
电流密度设定为50mA/cm2、100mA/cm2、400mA/cm2，当设定为50mA/cm2时，流过冷却至25℃的电解液，向冷却用流路以2.5ccm/池的流量流入冷却至25℃的电解液使之反应。当设定为100mA/cm2时，流过冷却至25℃的电解液，向冷却用流路以10ccm/池的流量流入冷却至25℃的电解液使之反应。当设定为400mA/cm2时，流过冷却至25℃的电解液，向冷却用流路以50ccm/池的流量流入冷却至25℃的电解液使之反应。
反应期间所有的池电压由控制部收集。另外，收集从阴极流路流出的气体的一部分，由二氧化碳的还原反应或水的还原反应生成的一氧化碳或氢气的生成量通过组装入池性能检测器中的气相色谱来分析。通过控制部从气体生成量收集一氧化碳与氢气的分电流密度以及作为全部电流密度与分电流密度之比的法拉第效应。结果示于表1。表1示出了池电压、池电阻、一氧化碳的法拉第效应、氢气的法拉第效应。
(比较例1)
在电流密度为50mA/cm2、100mA/cm2、400mA/cm2的任一种情况下，流过冷却至25℃的电解液，而不流过冷却用流路的情况下发生反应。除此以外，与实施例1同样操作。结果示于表1。
(实施例2)
将冷却用流路的流路深度在端部的电解池中设定为2.5mm、在从端部起第2个电解池中设定为4mm，除此以外，与实施例1同样操作。结果示于表1。
(实施例3)
在电流密度为50mA/cm2、100mA/cm2、400mA/cm2的任一种情况下，流过冷却至25℃的电解液，向冷却用流路以25ccm/池的流量流入冷却至25℃的电解液使之反应。除此以外，与实施例1同样操作。结果示于表1。
(实施例4)
将电解液经由阴极流路的流入口，每隔4小时流入0.5cc。除此以外，与实施例1同样操作。结果示于表1。
将各实施例与比较例1比较可知，各实施例的各池电压的不均匀性(波动)小，电压也低，电解效率高。另外可知，作为二氧化碳的还原选择性的指标的一氧化碳的法拉第效应高。进而，从运转504小时刚停止后的值可知，长时间运转时，抑制电解效率降低的效果大。
在所有的实施例中，多个电解池的堆叠下的各池电压的平均值降低，池电压的不均匀性(波动)降低。另外，由于电压降低，因此副反应的氢产量降低，二氧化碳的还原反应进一步进行，因此一氧化碳的法拉第效应提高。池电压的降低导致池寿命的延长，除此以外，由于池电压的降低，电解效率提高，抑制了发热量，因此电解池的温度的不均匀性(波动)变得更小。
另外，由于在电解工作期间电解池的高温部的面积减小，因此在高温下间隔件的含水量增加，间隔件的离子交换性提高，池电阻降低。该池电阻的降低也进一步减少了发热量。
[表1]
予以说明，上述各实施方式的构成可各自组合应用，也可以替换其中一部分。虽然这里说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式仅作为示例提示，并不意图限制本发明的范围。这些实施方式可以以各种其他方式实施，在不脱离本发明主旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更等。这些实施方式及其变形包含在本发明的范围和主旨内，同时也包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围内。
上述实施方式可汇总在以下的技术方案中。
(技术方案1)
二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，所述电解池具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向所述阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向所述阴极的阴极流路、以及位于所述阳极与所述阴极之间的间隔件，
与所述阳极流路或所述阴极流路对置、并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接所述阳极流路的流入口、所述冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接所述阳极流路的流出口、所述冷却用流路的流出口和所述储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却所述阳极流出路的冷却器。
(技术方案2)
技术方案1所述的二氧化碳电解装置，其具备多个所述电解池，
所述冷却用流路设置在所述多个电解池中的一个所述阳极流路与所述多个电解池中的另一个所述阴极流路之间。
(技术方案3)
技术方案1所述的二氧化碳电解装置，其具备：
多个所述电解池、
多个所述冷却用流路、
与所述多个电解池中的一个所述阳极连接的阳极集电体、以及
与所述多个电解池中的一个所述阴极连接的阴极集电体，
所述多个冷却用流路中的一个设置在所述多个电解池中的一个所述阳极流路与所述电解池中的另一个所述阴极流路之间，
所述多个冷却用流路中的另一个与所述阳极集电体或所述阴极集电体邻接设置。
(技术方案4)
技术方案1～3任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，所述液体的热导率高于水的热导率。
(技术方案5)
技术方案1～4任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，所述液体的凝固点为0℃以下。
(技术方案6)
技术方案1～5任一项所述的二氧化碳电解装置，其还具备：
设置在所述阳极流入路的中途，经由所述阳极流入路连接所述阳极流路的流入口与所述储液罐的流出口的第1流量控制器，以及
设置在所述阳极流入路的中途，经由所述阳极流入路连接所述冷却用流路的流入口与所述储液罐的流出口的第2流量控制器。
(技术方案7)
技术方案1～6任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，
所述冷却用流路的流入口与所述阳极流路的流入口相比，更靠近所述阳极流路的流出口，
所述冷却用流路的流出口与所述阳极流路的流出口相比，更靠近所述阳极流路的流入口。
(技术方案8)
技术方案1～7任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，所述冷却用流路的中央部的流路宽度大于所述冷却用流路的端部的流路宽度。
(技术方案9)
技术方案1～8任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，所述冷却用流路设置在流路板的表面的中心部，不设置在围绕所述中心部的周边部。
(技术方案10)
技术方案1～9任一项所述的二氧化碳电解装置，其还具备：
设置在所述阳极流入路的中途，用于经由所述阳极流入路连接所述阳极流路的流入口与所述储液罐的流出口的第1阀，
设置在所述阳极流入路的中途，用于经由所述阳极流入路连接所述冷却用流路的流入口与所述储液罐的流出口的第2阀，
设置在所述阳极流出路的中途，用于经由所述阳极流出路连接所述阳极流路的流出口与所述储液罐的第1流入口的第3阀，
设置在连接所述阳极流出路与所述储液罐的第2流入口的第2阳极流出路的中途，用于经由所述第2阳极流出路连接所述冷却用流路的流出口与所述储液罐的第2流入口的第4阀，以及
根据所述阳极与所述阴极之间的电压或电流，控制所述第1～第4阀的开闭的控制器。
(技术方案11)
技术方案1～10任一项所述的二氧化碳电解装置，其中，
所述液体含有电解质，
所述阳极流出路与用于装纳含有所述电解质的电解液的第2储液罐的流出口连接。
(技术方案12)
技术方案1～10任一项所述的二氧化碳电解装置，其还具备：
用于连接所述阴极流路的流入口与用于装纳含有二氧化碳的气体的储气罐的流出口的阴极流入路，以及
与所述阴极流路的流出口连接的阴极流出路。
(技术方案13)
技术方案12所述的二氧化碳电解装置，其中，
所述液体含有电解质，
所述阴极流出路与用于装纳从所述阴极流出路流出的流体中含有的液体的第3储液罐的流入口连接，
所述阳极流出路与所述第3储液罐的流出口连接。
(技术方案14)
技术方案12所述的二氧化碳电解装置，其中，
所述液体含有电解质，
所述阴极流出路与用于装纳从所述阴极流路的流出口流出的流体中含有的液体的第3储液罐的第1流入口连接，
所述阳极流出路与所述第3储液罐的第2流入口连接，
所述第3储液罐的流出口与所述储液罐的流入口连接。
(技术方案15)
技术方案12所述的二氧化碳电解装置，其中，
所述液体含有电解质，
所述二氧化碳电解装置还具备：设置在所述阳极流入路的中途，经由所述阳极流入路连接所述储液罐的流出口与所述阴极流入路的第3流量控制器。
(技术方案16)
二氧化碳电解方法，其包括以下步骤：
将含有冷却的水的液体供给到设置在电解池中的面向阳极的阳极流路和与所述阳极流路或设置在所述电解池中的面向阴极的阴极流路对置并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路中，并且将含有二氧化碳的气体供给到所述阴极流路的步骤，以及
通过向所述阳极与所述阴极之间施加电压，在所述阴极处还原二氧化碳而生成碳化合物，同时，在所述阳极处氧化水而生成氧的步骤。
(技术方案17)
技术方案16所述的二氧化碳电解方法，其中，所述液体的热导率高于水的热导率。
(技术方案18)
技术方案16或17所述的二氧化碳电解方法，其中，所述液体的凝固点为0℃以下。
(技术方案19)
技术方案16～18任一项所述的二氧化碳电解方法，其中，所述液体在从所述阳极流路和所述冷却用流路流出后被冷却，再供给到所述阳极流路和所述冷却用流路中。
(技术方案20)
技术方案16～19任一项所述的二氧化碳电解方法，其中，
所述液体含有电解质，
所述二氧化碳电解方法还包括：向从选自所述阳极流路、所述阴极流路和所述冷却用流路中的至少一个流路流出的所述液体中，补充含有所述电解质的电解液的步骤。
Claims (19)
1.二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，其具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向所述阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向所述阴极的阴极流路、以及位于所述阳极与所述阴极之间的间隔件，
与所述阳极流路或所述阴极流路对置、并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接所述阳极流路的流入口、所述冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接所述阳极流路的流出口、所述冷却用流路的流出口和所述储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却所述阳极流出路的冷却器；
所述二氧化碳电解装置具备多个所述电解池，
所述冷却用流路设置在所述多个电解池中的一个所述阳极流路与所述多个电解池中的另一个所述阴极流路之间。
2.二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，其具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向所述阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向所述阴极的阴极流路、以及位于所述阳极与所述阴极之间的间隔件，
与所述阳极流路或所述阴极流路对置、并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接所述阳极流路的流入口、所述冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接所述阳极流路的流出口、所述冷却用流路的流出口和所述储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却所述阳极流出路的冷却器；
所述二氧化碳电解装置具备：
多个所述电解池、
多个所述冷却用流路、
与所述多个电解池中的一个所述阳极连接的阳极集电体、以及
与所述多个电解池中的一个所述阴极连接的阴极集电体，
所述多个冷却用流路中的一个设置在所述多个电解池中的一个所述阳极流路与所述电解池中的另一个所述阴极流路之间，
所述多个冷却用流路中的另一个与所述阳极集电体或所述阴极集电体邻接设置。
3.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述液体的热导率高于水的热导率。
4.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述液体的凝固点为0℃以下。
5.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其还具备：
设置在所述阳极流入路的中途，经由所述阳极流入路连接所述阳极流路的流入口与所述储液罐的流出口的第1流量控制器，以及
设置在所述阳极流入路的中途，经由所述阳极流入路连接所述冷却用流路的流入口与所述储液罐的流出口的第2流量控制器。
6.二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，其具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向所述阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向所述阴极的阴极流路、以及位于所述阳极与所述阴极之间的间隔件，
与所述阳极流路或所述阴极流路对置、并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接所述阳极流路的流入口、所述冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接所述阳极流路的流出口、所述冷却用流路的流出口和所述储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却所述阳极流出路的冷却器；
其中，
所述冷却用流路的流入口与所述阳极流路的流入口相比，更靠近所述阳极流路的流出口，
所述冷却用流路的流出口与所述阳极流路的流出口相比，更靠近所述阳极流路的流入口。
7.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述冷却用流路的中央部的流路宽度大于所述冷却用流路的端部的流路宽度。
8.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述冷却用流路设置在流路板的表面的中心部，不设置在围绕所述中心部的周边部。
9.二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，其具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向所述阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向所述阴极的阴极流路、以及位于所述阳极与所述阴极之间的间隔件，
与所述阳极流路或所述阴极流路对置、并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接所述阳极流路的流入口、所述冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接所述阳极流路的流出口、所述冷却用流路的流出口和所述储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却所述阳极流出路的冷却器；
所述二氧化碳电解装置还具备：
设置在所述阳极流入路的中途，用于经由所述阳极流入路连接所述阳极流路的流入口与所述储液罐的流出口的第1阀，
设置在所述阳极流入路的中途，用于经由所述阳极流入路连接所述冷却用流路的流入口与所述储液罐的流出口的第2阀，
设置在所述阳极流出路的中途，用于经由所述阳极流出路连接所述阳极流路的流出口与所述储液罐的第1流入口的第3阀，
设置在连接所述阳极流出路与所述储液罐的第2流入口的第2阳极流出路的中途，用于经由所述第2阳极流出路连接所述冷却用流路的流出口与所述储液罐的第2流入口的第4阀，以及
根据所述阳极与所述阴极之间的电压或电流，控制所述第1～第4阀的开闭的控制器。
10.二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，其具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向所述阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向所述阴极的阴极流路、以及位于所述阳极与所述阴极之间的间隔件，
与所述阳极流路或所述阴极流路对置、并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接所述阳极流路的流入口、所述冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接所述阳极流路的流出口、所述冷却用流路的流出口和所述储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却所述阳极流出路的冷却器；
其中，
所述液体含有电解质，
所述阳极流出路与用于装纳含有所述电解质的电解液的第2储液罐的流出口连接。
11.二氧化碳电解装置，其具备：
电解池，其具备：用于氧化水而形成氧的阳极、面向所述阳极的阳极流路、用于还原二氧化碳而生成碳化合物的阴极、面向所述阴极的阴极流路、以及位于所述阳极与所述阴极之间的间隔件，
与所述阳极流路或所述阴极流路对置、并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接所述阳极流路的流入口、所述冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接所述阳极流路的流出口、所述冷却用流路的流出口和所述储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却所述阳极流出路的冷却器；
所述二氧化碳电解装置还具备：
用于连接所述阴极流路的流入口与用于装纳含有二氧化碳的气体的储气罐的流出口的阴极流入路，以及
与所述阴极流路的流出口连接的阴极流出路。
12.权利要求11所述的二氧化碳电解装置，其中，
所述液体含有电解质，
所述阴极流出路与用于装纳从所述阴极流出路流出的流体中含有的液体的第3储液罐的流入口连接，
所述阳极流出路与所述第3储液罐的流出口连接。
13.权利要求11所述的二氧化碳电解装置，其中，
所述液体含有电解质，
所述阴极流出路与用于装纳从所述阴极流路的流出口流出的流体中含有的液体的第3储液罐的第1流入口连接，
所述阳极流出路与所述第3储液罐的第2流入口连接，
所述第3储液罐的流出口与所述储液罐的流入口连接。
14.权利要求11所述的二氧化碳电解装置，其中，
所述液体含有电解质，
所述二氧化碳电解装置还具备：设置在所述阳极流入路的中途，经由所述阳极流入路连接所述储液罐的流出口与所述阴极流入路的第3流量控制器。
15.二氧化碳电解方法，其是使用二氧化碳电解装置的二氧化碳电解方法，
所述二氧化碳电解装置具备：
电解池，其具备：阳极、面向所述阳极的阳极流路、阴极、面向所述阴极的阴极流路、以及位于所述阳极与所述阴极之间的间隔件，
与所述阳极流路或所述阴极流路对置、并与所述阳极流路并联连接的冷却用流路，
连接所述阳极流路的流入口、所述冷却用流路的流入口和用于装纳含有冷却的水的液体的储液罐的流出口的阳极流入路，
连接所述阳极流路的流出口、所述冷却用流路的流出口和所述储液罐的流入口的阳极流出路，以及
用于冷却所述阳极流出路的冷却器；
所述二氧化碳电解装置具备多个所述电解池，
所述冷却用流路设置在所述多个电解池中的一个所述阳极流路与所述多个电解池中的另一个所述阴极流路之间；
所述二氧化碳电解方法包括以下步骤：
将所述液体供给到所述多个电解池的至少一个所述阳极流路和所述冷却用流路中，并且将含有二氧化碳的气体供给到所述多个电解池的至少一个所述阴极流路的步骤，以及
在所述多个电解池的至少一个中，通过向所述阳极与所述阴极之间施加电压，在所述阴极处还原二氧化碳而生成碳化合物，同时，在所述阳极处氧化水而生成氧的步骤。
16.权利要求15所述的二氧化碳电解方法，其中，所述液体的热导率高于水的热导率。
17.权利要求15或16所述的二氧化碳电解方法，其中，所述液体的凝固点为0℃以下。
18.权利要求15或16所述的二氧化碳电解方法，其中，所述液体在从所述多个电解池的至少一个所述阳极流路和所述冷却用流路流出后被冷却，再供给到所述多个电解池的至少一个所述阳极流路和所述冷却用流路中。
19.权利要求15或16所述的二氧化碳电解方法，其中，
所述液体含有电解质，
所述二氧化碳电解方法还包括：向从选自所述多个电解池的至少一个所述阳极流路、所述多个电解池的至少一个所述阴极流路和所述冷却用流路中的至少一个流路流出的所述液体中，补充含有所述电解质的电解液的步骤。
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