CN115110102B - 二氧化碳电解装置 - Google Patents
二氧化碳电解装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115110102B CN115110102B CN202110978942.7A CN202110978942A CN115110102B CN 115110102 B CN115110102 B CN 115110102B CN 202110978942 A CN202110978942 A CN 202110978942A CN 115110102 B CN115110102 B CN 115110102B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- carbon dioxide
- flow path
- gas
- moisture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 256
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 128
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 128
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 123
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 88
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 70
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 65
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 21
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 115
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 73
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 22
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- -1 chlorine ions Chemical class 0.000 description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical group C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 7
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 229910020647 Co-O Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910020704 Co—O Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017135 Fe—O Inorganic materials 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 3
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical compound CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N Dimethylamine Chemical compound CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001780 ECTFE Polymers 0.000 description 2
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N Ethylamine Chemical compound CCN QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- 229920000544 Gore-Tex Polymers 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N Methylamine Chemical compound NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004813 Perfluoroalkoxy alkane Substances 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 238000004577 artificial photosynthesis Methods 0.000 description 2
- 229940063013 borate ion Drugs 0.000 description 2
- HQABUPZFAYXKJW-UHFFFAOYSA-N butan-1-amine Chemical compound CCCCN HQABUPZFAYXKJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- JQVDAXLFBXTEQA-UHFFFAOYSA-N dibutylamine Chemical compound CCCCNCCCC JQVDAXLFBXTEQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 2
- LIWAQLJGPBVORC-UHFFFAOYSA-N ethylmethylamine Chemical compound CCNC LIWAQLJGPBVORC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 2
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 2
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- DIAIBWNEUYXDNL-UHFFFAOYSA-N n,n-dihexylhexan-1-amine Chemical compound CCCCCCN(CCCCCC)CCCCCC DIAIBWNEUYXDNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GVWISOJSERXQBM-UHFFFAOYSA-N n-methylpropan-1-amine Chemical compound CCCNC GVWISOJSERXQBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- DPBLXKKOBLCELK-UHFFFAOYSA-N pentan-1-amine Chemical compound CCCCCN DPBLXKKOBLCELK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920011301 perfluoro alkoxyl alkane Polymers 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229940085991 phosphate ion Drugs 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 2
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 description 2
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N propylamine Chemical compound CCCN WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- IMFACGCPASFAPR-UHFFFAOYSA-N tributylamine Chemical compound CCCCN(CCCC)CCCC IMFACGCPASFAPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YFTHZRPMJXBUME-UHFFFAOYSA-N tripropylamine Chemical compound CCCN(CCC)CCC YFTHZRPMJXBUME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OTJFQRMIRKXXRS-UHFFFAOYSA-N (hydroxymethylamino)methanol Chemical compound OCNCO OTJFQRMIRKXXRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PEVRKKOYEFPFMN-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,3,3,3-hexafluoroprop-1-ene;1,1,2,2-tetrafluoroethene Chemical compound FC(F)=C(F)F.FC(F)=C(F)C(F)(F)F PEVRKKOYEFPFMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZUZSHGINGWTBL-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethyl-3-pentyl-2h-imidazole Chemical compound CCCCCN1C=CN(C)C1C KZUZSHGINGWTBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ALSIFQIAIHCPAA-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethyl-3-propyl-2h-imidazole Chemical compound CCCN1C=CN(C)C1C ALSIFQIAIHCPAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TYOCDPIZUIQUSO-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-2,3-dimethyl-2h-imidazole Chemical compound CCCCN1C=CN(C)C1C TYOCDPIZUIQUSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KAIPKTYOBMEXRR-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-methyl-2h-imidazole Chemical compound CCCCN1CN(C)C=C1 KAIPKTYOBMEXRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WDXRMHIGMAONJV-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-2,3-dimethyl-2h-imidazole Chemical compound CCN1C=CN(C)C1C WDXRMHIGMAONJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IBZJNLWLRUHZIX-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-2h-imidazole Chemical compound CCN1CN(C)C=C1 IBZJNLWLRUHZIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 1-hexanamine Chemical compound CCCCCCN BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QDIVXRBKUJDKOS-UHFFFAOYSA-N 1-hexyl-2,3-dimethyl-2h-imidazole Chemical compound CCCCCCN1C=CN(C)C1C QDIVXRBKUJDKOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGVGZVWOOMIJRK-UHFFFAOYSA-N 1-hexyl-3-methyl-2h-imidazole Chemical compound CCCCCCN1CN(C)C=C1 WGVGZVWOOMIJRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HDXFBBSZRMZTFF-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-pentyl-2h-imidazole Chemical compound CCCCCN1CN(C)C=C1 HDXFBBSZRMZTFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFYZBXKLRPWSGV-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-propyl-2h-imidazole Chemical compound CCCN1CN(C)C=C1 JFYZBXKLRPWSGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HSDXVAOHEOSTFZ-UHFFFAOYSA-N 2-Pentylpyridine Chemical compound CCCCCC1=CC=CC=N1 HSDXVAOHEOSTFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRGGMCIBEHEAIL-UHFFFAOYSA-N 2-ethylpyridine Chemical compound CCC1=CC=CC=N1 NRGGMCIBEHEAIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NZLJDTKLZIMONR-UHFFFAOYSA-N 2-hexylpyridine Chemical compound CCCCCCC1=CC=CC=N1 NZLJDTKLZIMONR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BSKHPKMHTQYZBB-UHFFFAOYSA-N 2-methylpyridine Chemical compound CC1=CC=CC=N1 BSKHPKMHTQYZBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003934 Aciplex® Polymers 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020923 Sn-O Inorganic materials 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- RAJISUUPOAJLEQ-UHFFFAOYSA-N chloromethanamine Chemical compound NCCl RAJISUUPOAJLEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N diethylamine Chemical compound CCNCC HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WEHWNAOGRSTTBQ-UHFFFAOYSA-N dipropylamine Chemical compound CCCNCCC WEHWNAOGRSTTBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229940083124 ganglion-blocking antiadrenergic secondary and tertiary amines Drugs 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;hydrate Chemical compound O.OO QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002883 imidazolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- XMYQHJDBLRZMLW-UHFFFAOYSA-N methanolamine Chemical compound NCO XMYQHJDBLRZMLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940087646 methanolamine Drugs 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- OOHAUGDGCWURIT-UHFFFAOYSA-N n,n-dipentylpentan-1-amine Chemical compound CCCCCN(CCCCC)CCCCC OOHAUGDGCWURIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNVRJGIVDSQCOP-UHFFFAOYSA-N n-ethyl-n-methylethanamine Chemical compound CCN(C)CC GNVRJGIVDSQCOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXSXRABJBXYMFT-UHFFFAOYSA-N n-hexylhexan-1-amine Chemical compound CCCCCCNCCCCCC PXSXRABJBXYMFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UVBMZKBIZUWTLV-UHFFFAOYSA-N n-methyl-n-propylpropan-1-amine Chemical compound CCCN(C)CCC UVBMZKBIZUWTLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 229940100684 pentylamine Drugs 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005185 salting out Methods 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/23—Carbon monoxide or syngas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
- C25B15/025—Measuring, analysing or testing during electrolytic production of electrolyte parameters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
- C25B15/025—Measuring, analysing or testing during electrolytic production of electrolyte parameters
- C25B15/027—Temperature
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
- C25B15/025—Measuring, analysing or testing during electrolytic production of electrolyte parameters
- C25B15/029—Concentration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/01—Products
- C25B3/03—Acyclic or carbocyclic hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/01—Products
- C25B3/07—Oxygen containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/20—Processes
- C25B3/25—Reduction
- C25B3/26—Reduction of carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
- C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/67—Heating or cooling means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本发明提供一种二氧化碳电解装置，其通过抑制还原电极附近的水分过剩或水分消耗，提高了效率和耐久性。实施方式的二氧化碳电解装置具备：电解池，其具备还原电极、氧化电极、向还原电极供给含有CO2的气体的气体流路、向氧化电极供给含有水的电解液的液体流路、以及将还原电极与氧化电极分离的隔膜；第1供给路径，其与气体流路连接；第1排出路径，其与气体流路连接；第1水分量检测部，其设置在第1排出路径中，以检测在第1排出路径中流动的气体中的水分量；水分量调整部，其构成为调整向还原电极供给的水分量；以及控制部，其构成为基于第1水分量检测部的检测信号来控制水分量调整部。
Description
本申请以日本专利申请2021-044778(申请日：2021年3月18日)为基础，享有该申请的优先权。本申请通过参考上述申请而包括该申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及二氧化碳电解装置。
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。从这种能源问题和环境问题的观点等考虑，研究了使用可再生能源来电化学还原二氧化碳以产生可储存的化学能源的人造光合作用技术。实现人造光合作用技术的二氧化碳电解装置例如具备将水(H2O)氧化而生成氧(O2)的氧化电极、将二氧化碳(CO2)还原而生成碳化合物的还原电极、以及将它们分离的隔膜。二氧化碳电解装置的氧化电极和还原电极例如与来自光发电、水力发电、风力发电、地热发电等可再生能源的电源相连。
二氧化碳电解装置的还原电极例如以与在流路中流动的CO2气体接触的方式配置。还原电极从来自可再生能源的电源获得CO2的还原电位，从而将CO2还原以生成一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、甲烷(CH4)、乙醇(C2H5OH)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙二醇(C2H6O2)等碳化合物。在这样的电化学还原CO2的情况下，除了生成碳化合物以外，根据存在于反应中的离子种类的不同，产生水的消耗或生成。在发生生成水的反应的情况下，存在由于还原电极表面的水分过剩(溢流)而产生氢的生成的问题。另外，在发生水被消耗的反应的情况下，存在因隔膜的干燥或向流路的盐析出而产生池劣化的问题。需要消除这样的还原电极中的水分过剩和水分消耗产生的问题。
发明内容
本发明要解决的课题在于，提供一种二氧化碳电解装置，其通过抑制还原电极附近的水分过剩和水分消耗来提高效率和耐久性。
实施方式的二氧化碳电解装置具备：其具备：
电解池，其具备：还原电极、氧化电极、用于向所述还原电极供给含有二氧化碳的气体的气体流路、用于向所述氧化电极供给含有水的电解液或水蒸气的液体流路、以及将所述还原电极与所述氧化电极分离的隔膜，
第1供给路径，其与所述气体流路连接，以向所述还原电极供给所述气体，
第1排出路径，其与所述气体流路连接，以至少排出由所述还原电极生成的产物，
第1水分量检测部，其设置在所述第1排出路径中，以检测在所述第1排出路径中流动的气体中的水分量，
水分量调整部，其构成为：调整向所述还原电极供给的水分量，和
控制部，其构成为：基于所述第1水分量检测部的检测信号来控制所述水分量调整部。
附图说明
图1是表示第1实施方式的二氧化碳电解装置的图。
图2是表示第2实施方式的二氧化碳电解装置的图。
图3是表示第3实施方式的二氧化碳电解装置的图。
图4是表示第4实施方式的二氧化碳电解装置的图。
图5是表示使实施例1的二氧化碳电解装置中的池温度发生变化时的电流密度与还原电极的水分量的关系的图。
图6是表示实施例2的二氧化碳电解装置中的加湿温度与还原电极的水分量的关系的图。
附图标记说明
1…二氧化碳电解装置、2…电解池、3…第1供给路径、4…第1排出路径、5…第2供给路径、6…第2排出路径、7…控制部、8…还原电极、9…氧化电极、10…隔膜、11…气体流路、12…液体流路、15…电源、16…第1流路板、17…第2流路板、18…CO2气体供给部、19…第1水分量检测部、20…第2水分量检测部、22…泵、23…调温器、25…调湿器、26…冷却水流路、27…冷却水泵。
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，有时对基本上相同的构成部位标注相同的附图标记，并部分省略其说明。附图是示意性的，存在厚度与平面尺寸的关系、各部分的厚度的比率等与实际不同的情况。
(第1实施方式)
参照图1说明第1实施方式的二氧化碳电解装置1(1A)。图1所示的二氧化碳电解装置1A具备：电解池2；向电解池2供给含有二氧化碳(CO2)的气体(以下，有时也简记为CO2气体)的第1供给路径3；将含有在电解池2中通过CO2的还原反应生成的产物的气体排出的第1排出路径4；向电解池2供给含有水(H2O)的电解液或水蒸气的第2供给路径5；将在电解池2中通过H2O的氧化反应生成的产物与电解液一起排出的第2排出路径6；以及控制各部分的工作等的控制部7。控制部7例如由PC、微型计算机等计算机构成，如后述那样，对由各部分输出的数据信号进行运算处理，将必要的控制信号输出到构成部。
电解池2具备：还原电极(阴极)8、氧化电极(阳极)9、隔膜10、以将含有CO2的气体向还原电极8供给的方式与还原电极8接触并使其流通的气体流路11、以将含有水的电解液(阳极溶液)向氧化电极9供给的方式与氧化电极9接触并使其流通的液体流路12、与还原电极8电连接的第1集电板13、以及与氧化电极9电连接的第2集电板14。电解池2的第1和第2集电板13、14与电源15电连接。
还原电极8是产生二氧化碳(CO2)的还原反应，生成一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、乙二醇(C2H6O2)等碳化合物的电极(阴极)。在还原电极8中，在CO2的还原反应的同时，有时会发生因水(H2O)的还原反应而产生氢(H2)的副反应。还原电极8例如含有用于通过二氧化碳的还原反应而生成碳化合物的还原催化剂。作为还原催化剂，使用可减少用于还原二氧化碳的活化能的材料。换言之，使用使通过二氧化碳的还原反应生成碳化合物时的过电压降低的材料。
含有还原催化剂的还原电极8例如可以使用金属材料或碳材料。作为金属材料，例如可使用：金、铝、铜、银、铂、钯、锌、汞、铟、镍、钛等金属、含有该金属的合金等。作为碳材料，例如可使用：石墨烯、碳纳米管(Carbon Nanotube：CNT)、富勒烯、科琴黑等。予以说明，作为还原催化剂，例如还可以使用Ru配合物或Re配合物等金属配合物、具有咪唑骨架或吡啶骨架的有机分子，不限定于此。还原催化剂可以是多种材料的混合物。还原电极8例如可以具有在导电性基材上设置有薄膜状、格子状、粒状、线状等的还原催化剂的结构。
还原电极8例如具有气体扩散层和还原催化剂层。也可以在气体扩散层与还原催化剂层之间配置比气体扩散层致密的多孔层。气体扩散层配置于气体流路11侧，还原催化剂层配置于隔膜10侧。还原催化剂层优选具有催化剂纳米粒子或催化剂纳米结构体等。气体扩散层例如由碳纸或碳布等构成，实施了疏水处理。在还原催化剂层中，可以根据需要导入成为离子种类的移动路径的固体电解质、以及疏水成分。从氧化电极9经由隔膜10向还原催化剂层供给电解液或离子。在气体扩散层中，从气体流路11供给CO2气体，另外排出CO2气体的还原反应的生成物。CO2的还原反应发生在气体扩散层与还原催化剂层的边界附近，气体状的生成物从气体流路11排出。
氧化电极9是将含有水的电解液(阳极溶液)中的物质或离子等被氧化物质氧化的电极(阴极)。例如，将水(H2O)氧化而生成氧或过氧化氢水，或者将氯离子(Cl-)氧化而生成氯。氧化电极9含有被氧化物质的氧化催化剂。作为氧化催化剂，使用减少氧化要氧化物质时的活化能的材料、换言之，使用降低反应过电压的材料。
作为这样的氧化催化剂材料，例如可举出钌、铱、铂、钴、镍、铁、锰等金属。另外，可以使用二元金属氧化物、三元金属氧化物、四元金属氧化物等。作为二元金属氧化物，例如可举出氧化锰(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)等。作为三元金属氧化物，例如可举出Ni-Fe-O、Ni-Co-O、La-Co-O、Ni-La-O、Sr-Fe-O等。作为四元金属氧化物，例如可举出Pb-Ru-Ir-O、La-Sr-Co-O等。予以说明，作为氧化催化剂，还可以使用含有钴、镍、铁、锰等的金属氢氧化物、Ru配合物或Fe配合物等金属配合物，不限定于此。另外，可以混合使用多种材料。
另外，氧化电极9也可以是含有氧化催化剂和导电性材料两者的复合材料。作为导电性材料，例如可举出：炭黑、活性炭、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、金刚石等碳材料，氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、掺氟氧化锡(Fluorine-doped Tin Oxide：FTO)、掺铝氧化锌(Aluminum-doped Zinc Oxide：AZO)、掺锑氧化锡(Antimony-doped Tin Oxide：ATO)等透明导电性氧化物，Cu、Al、Ti、Ni、Ag、W、Co、Au等金属，含有这些金属的合金。氧化电极9例如可以具有在导电性基材上设置有薄膜状、格子状、粒状、线状等的氧化催化剂的结构。作为导电性基材，例如可使用含有钛、钛合金、或不锈钢的金属材料。在氧化电极9中，可以根据需要导入成为离子物种的移动路径的固体电解质、以及疏水成分。
隔膜10使用能够使阴离子或阳离子选择性透过的膜。作为隔膜10，例如可以使用Astom公司的Neoceptor(注册商标)、旭硝子公司的Selemion(注册商标)、Aciplex(注册商标)、Fumatech公司的Fumasep(注册商标)、fumapem(注册商标)、将杜邦公司的四氟乙烯磺化并聚合而成的氟树脂Nafion(注册商标)、LANXESS公司的lewabrane(注册商标)、IONTECH公司的IONSEP(注册商标)、PALL公司的Mustang(注册商标)、Mega公司的ralex(注册商标)、GORE-TEX公司的GORE-TEX(注册商标)等离子交换膜。另外，离子交换膜也可以使用以烃为基本骨架的膜或阴离子交换中具有胺基的膜来构成。隔膜10也可以使用层叠有阳离子交换膜和阴离子交换膜的双极膜。
隔膜10除了离子交换膜以外，例如还可以使用有机硅树脂、氟系树脂(全氟烷氧基烷烃(PFA)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)等)、聚酯砜(PES)、陶瓷的多孔膜、填充有玻璃过滤器或琼脂等的填充物、沸石或氧化物等的绝缘性多孔体等。进一步优选使用亲水性多孔膜作为隔膜10，因为不会产生气泡引起的堵塞。
电源15向电解池2投入引起氧化还原反应的电力，与还原电极8和氧化电极9电连接。使用从电源15供给的电能，进行还原电极8的还原反应和氧化电极9的氧化反应。在电源15与还原电极8之间、以及电源15与氧化电极9之间例如通过布线连接。在电解池2与电源15之间，可以根据需要设置逆变器、转换器、电池等。电解池2的驱动方式可以是恒定电压方式或恒定电流方式。
电源15可以是普通的商用电源或电池等，也可以是将可再生能源转换为电能来供电的电源。作为这样的电源的实例，可举出：将风能、水力、地热能、潮汐能等动能或势能转换为电能的电源、具有将光能转换为电能的光电转换元件的太阳能电池这样的电源、将化学能转换为电能的燃料电池或蓄电池等电源、将声音等振动能转换为电能的装置等电源。光电转换元件具有通过被照射的太阳光等光能进行电荷分离的功能。作为光电转换元件的实例，包括PIN结型太阳能电池、PN结型太阳能电池、非晶硅太阳能电池、多结型太阳能电池、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、染料敏化型太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等。
还原电极8以一个表面面向使CO2气体流通的气体流路11且另一个表面与隔膜10接触的方式配置。气体流路11由设置在第1流路板16上的凹坑(沟部/凹部)构成。构成气体流路11的第1流路板16优选使用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，碳材料等。与第1流路板16的与还原电极8相反侧的面电连接。在第1流路板16设置有省略了图示的用于导入气体的气体流路11的导入口以及用于排出生成气体等的排出口。在气体流路11的导入口连接有供给CO2气体的第1供给路径3。在气体流路11的排出口连接有将含有通过CO2的还原反应生成的产物的气体排出的第1排出路径4。
氧化电极9以一个表面面向使含有水的电解液(阳极溶液)流通的液体流路12且另一个表面与隔膜10接触的方式配置。液体流路12由设置在第2流路板17上的凹坑(沟部/凹部)构成。构成液体流路12的第2流路板17优选使用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，碳材料等。与第2流路板17的与氧化电极9相反侧的面电连接。在第2流路板17设置有省略了图示的用于导入阳极溶液的液体流路11的导入口以及用于排出阳极溶液和生成物等的液体流路11的排出口。在液体流路12的导入口连接有供给阳极溶液的第2供给路径5。在液体流路12的排出口连接有将阳极溶液或O2等通过氧化反应生成的产物排出的第2排出路径6。予以说明，在第1流路板16和第2流路板17设置有用于紧固的螺纹孔等。另外，在各流路板16、17的前后，根据需要夹入省略了图示的衬垫等。
用作阳极溶液的电解液可以采用使用水(H2O)的溶液，例如含有任意电解质的水溶液。该溶液优选为促进水的氧化反应的水溶液。作为含有电解质的水溶液，例如可举出含有以下离子的水溶液：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 -)、氢氧根离子(OH-)等。
作为上述电解液，例如可以使用含有由咪唑离子或吡啶/>离子等阳离子与BF4 -或PF6 -等阴离子形成的盐、且在宽的温度范围内为液态的离子液体或其水溶液。进而，作为其他电解液，可举出乙醇胺、咪唑、吡啶等的胺溶液或其水溶液。作为胺，可举出伯胺、仲胺、叔胺等。这些电解液可以具有高的离子传导性和吸收二氧化碳的性质，以及降低还原能的特性。
作为伯胺，可举出甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺等。胺具有的烃可以被醇或卤素等取代。作为胺所具有的烃被取代的伯胺，可举出甲醇胺、乙醇胺、氯甲胺等。另外，可以存在不饱和键。这些烃同样适用于仲胺、叔胺。
作为仲胺，可举出二甲胺、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。取代的烃可以不同。这也适用于叔胺。例如，作为烃不同的仲胺，可举出甲基乙胺、甲基丙胺等。
作为叔胺，可举出三甲胺、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、三戊醇胺、三己醇胺、甲基二乙胺、甲基二丙胺等。
作为离子液体的阳离子，可举出：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位可以被取代。作为咪唑/>离子的2位被取代的阳离子，可举出：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。咪唑/>离子和吡啶/>离子的烷基均可以被取代，也可以存在不饱和键。
在第1供给路径3上连接有CO2气体供给部18。在第1排出路径4上设置有检测在其中流动的气体中的水分量的第1水分量检测部19。在第1供给路径3上也可以根据需要设置第2水分量检测部20。第1和第2水分量检测部19、20分别与控制部7电连接。第1和第2水分量检测部19、20例如使用镜面冷却式露点计或静电电容式露点计等露点计。第1和第2水分量检测部19、20也可以由湿度计和温度计构成。在设置第2水分量检测部20的情况下，能够根据由第1水分量检测部19检测的水分量M1与由第2水分量检测部20检测的水分量M2的差(M1-M2)推测由还原电极8生成的水分量或者消耗的水分量。在事先已知从第1供给路径3供给的气体中的水分量的情况下，也可以不设置第2水分量检测部20，仅通过第1水分量检测部19就能够推测生成或者消耗的水分量。第1和第2水分量检测部18、19也可以包括测量气体流速的流量计。通过使用上述的露点计等和流量计，能够对气体中的水分量进行定量化。
在第2排出路径6上设置有气液分离器21。从第2排出路径6排出的含有由氧化电极9生成的产物的阳极溶液被送至气液分离器21。作为氧化电极9中的生成物的氧(O2)等被气液分离器21分离，送出到系统外并回收或释放到大气中。氧化电极9中的生成物被分离后的阳极溶液从气液分离器21被送至第2供给路径5。在第2供给路径5上设置有泵22。阳极溶液经由第2供给路径5、泵22、电解池2的液体流路12、第2排出路径6和气液分离器21进行循环。泵22与控制部7电连接，如后所述，泵22的输出(阳极溶液的喷出力)被控制部7控制。
实施方式的二氧化碳电解装置1还具有调整向还原电极8供给的水分量的水分量调整部。在第1实施方式的二氧化碳电解装置1A中，由控制部7控制输出(阳极溶液的喷出力)的泵22构成水分量调整部。即，向控制部7发送来自第1和第2水分量检测部19、20的检测信号(数据信号)，基于此向作为水分量调整部的泵22输出控制信号。控制部7预先存储有从第1和第2水分量检测部19、20发送的数据信号的要求基准、例如基于还原电极8中的水分量与数据信号之间的相关性的要求基准，基于要求基准与数据信号的关系，从控制部7向泵22输出控制信号。
而且，在水分量的检测信号比要求基准低的情况下，即还原电极8的水分量比基准值低的情况下，从控制部7向泵22发送控制信号以提高输出。若增加阳极溶液向液体流路12的供给量，则液体流路12内的压力增加，能够增加经由隔膜10向还原电极8移动的水分量。相反，在水分量的检测信号比要求基准高的情况下，即还原电极8的水分量比基准值高的情况下，从控制部7向泵22发送控制信号以降低输出。若减少阳极溶液向液体流路12的供给量，则液体流路12内的压力减少，能够减少经由隔膜10向还原电极8移动的水分量。
接着，说明二氧化碳电解装置1的工作。在此，主要说明使用碳酸氢钾水溶液作为电解液、将二氧化碳(CO2)还原而主要生成一氧化碳(CO)、且将水(H2O)氧化而生成氧(O2)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CH4、C2H6、C2H4、CH3OH、C2H5OH、C2H6O2等有机碳化合物。当从电源15向还原电极8与氧化电极9之间施加电解电压以上的电压时，在与液体流路12中的电解液接触的氧化电极9附近发生水(H2O)的氧化反应。如下述式(1)所示，发生电解液中含有的H2O的氧化反应，失去电子，生成氧(O2)和氢离子(H+)。生成的氢离子(H+)的一部分经由隔膜移动到还原电极8。
2H2O→4H++O2+4e-……(1)
由氧化电极9生成的H+在存在于氧化电极9内的电解液和隔膜10内移动，到达还原电极8附近。通过基于从电源15向还原电极8供给的电流的电子(e-)和移动到还原电极8附近的H+，发生二氧化碳(CO2)的还原反应。具体而言，如下述式(2)所示，从气体流路11供给到还原电极8的CO2被还原而生成CO。进而，如下述式(3)所示，作为副反应，有时氢离子(H+)被还原而生成氢。
2CO2+4H++4e-→2CO+2H2O……(2)
2H++2e-→H2……(3)
在还原电极8附近的pH为碱性环境的情况下，如下述式(4)所示，有时水和二氧化碳被还原而生成一氧化碳和氢氧根离子。另外，作为副反应，通过式(5)的反应生成氢。
2CO2+2H2O+4e-→2CO+4OH-……(4)
2H2O+2e-→2OH-……(5)
生成的氢氧根离子经由隔膜10向氧化电极9移动，如下述式(6)所示，氢氧根离子在氧化电极9被氧化而发生生成氧的反应。
4OH-→2H2O+O2+4e-……(6)
另外，式(4)中生成的氢氧根离子有时也与存在于还原电极8附近的CO2反应，形成碳酸氢根离子，移动到氧化电极9。进而，作为副反应，有时水被还原而生成氢。
在进行上述CO2的还原反应时，如式(2)或式(4)所示，在还原电极8中发生生成或消耗水的反应。当在还原电极8附近存在大量水时，则CO2向还原电极8的供给停滞，作为副反应的氢的生成优势地进行，因此导致CO2的还原效率降低。另一方面，当还原电极8附近的水变少时，则产生隔膜10的干燥引起的劣化，或者经由隔膜10从氧化电极9移动来的电解质成分在气体流路11内作为盐析出，气体流路11闭塞而停止CO2的供给。这些都成为电解池2的劣化原因。
因此，在第1实施方式的二氧化碳电解装置1A中，如上所述，来自第1和第2水分量检测部19、20的检测信号(数据信号)被输送至控制部7，并基于此向作为水分量调整部的泵22输出控制信号。控制部7基于从第1和第2水分量检测部19、20发送的数据信号与要求基准之间的关系，向泵22发送控制信号，控制泵22的输出(电解液的喷出力)。通过控制泵22的输出，增减电解液向液体流路12的供给量，基于此，增减液体流路12内的压力。因此，能够调整还原电极8的水分量，并且能够抑制上述CO2的还原效率的降低、隔膜10的干燥、盐向气体流路11内的析出等。由此，可提供提高了还原效率和耐久性的二氧化碳电解装置1A。予以说明，在第1实施方式中，是通过泵22的流量控制来调节从氧化电极9的水的移动，但例如也可以通过在第2排出路径6中设置可变调节阀作为背压阀，以控制氧化电极9中的压力，由此来控制水从氧化电极9向还原电极8的移动。
(第2实施方式)
参照图2说明第2实施方式的二氧化碳电解装置1B。图2所示的二氧化碳电解装置1B仅在第1排出路径4中设置第1水分量检测部19作为检测部，并且设置有电解池2的温度调节器23作为水分量调整部。进而，在电解池2中设置有温度测定器24。温度测定器24可以设置在还原电极8侧和氧化电极9侧的任一侧，优选设置在氧化电极9侧。关于除此以外的构成，第2实施方式的二氧化碳电解装置1B具有与第1实施方式同样的构成。
在第2实施方式的二氧化碳电解装置1B中，配置于第1排出路径4中的第1水分量检测部19与控制部7电连接。控制部7与调节电解池2的温度的调温器23连接。在第2实施方式中，假设向第1供给流路3供给的CO2气体中的水分量是已知的情况，在该情况下，仅通过第1排出路径4中的第1水分量检测部19即可掌控还原电极8附近的水分量。
通过控制从氧化电极9经由隔膜10移动的水分的移动量来调节还原电极8中的水分量——与第1实施方式是同样的，但在第2实施方式中通过调节电解池2的温度得到了同样的效果。作为调温器23，使用与电解池2接触的加热器或冷却器等。调温器23也可以不与电解池2直接接触，而是设置在第1供给路径3、第2供给路径5和/或第2排出路径6中，通过对气体和/或电解液进行加热冷却，来间接地进行电解池2的调温。
(第3实施方式)
参照图3说明第3实施方式的二氧化碳电解装置。图3所示的二氧化碳电解装置1C具有第1水分量检测部19和第2水分量检测部20，在第1供给路径3上设置有湿度调整器(调湿器)25作为水分量调整部。湿度调整器25具有对气体进行加湿或除湿、调整气体中的水分量(露点温度)的作用。湿度调整器25可以仅具有加湿功能，优选具有加湿和除湿这两种功能。关于除此以外的构成，第3实施方式的二氧化碳电解装置1C具有与第1实施方式同样的构成。如图3所示，由第1水分量检测部19和第2水分量检测部20检测的检测信号被输送到控制部7，由此控制作为水分量调整部的湿度调整器25的工作。即，调整在第1供给流路3中流动的CO2气体中的水分量。
在第3实施方式中，与第1和第2实施方式不同，并非调整水分从氧化电极9向还原电极8的移动量，而是根据还原电极8的水分量，通过湿度调整器25来调整在第1供给流路3中流动的CO2气体中的水分量，由此将还原电极8中的水分量保持在适当的范围。通过这样的水分量的调整装置和调整方法，也能够与第1和第2实施方式同样地提供高效率且耐久性优异的二氧化碳电解装置1C。
(第4实施方式)
参照图4说明第4实施方式的二氧化碳电解装置1D。图4所示的二氧化碳电解装置1D具备2个电解池2A、2B层叠的堆叠单元。即，堆叠单元具有第1流路板16A、还原电极8A、隔膜10A、氧化电极9A、第2流路板17A、第1流路板16B、还原电极8B、隔膜10B、氧化电极9B和第2流路板17B依次层叠的结构。第1流路板16A、16B分别由多孔导电材料构成。在第1流路板16A、16B的与还原电极8A、8B接触的面的相反侧的面形成有成为冷却水流路26的沟。设置冷却水泵27以向冷却水流路26供给冷却水。予以说明，考虑到电解池2A、2B(堆叠单元)的冷却效率，也可以在第2流路板17B上设置冷却水流路26。关于除此以外的构成，第4实施方式的二氧化碳电解装置1D具有与第1实施方式同样的构成。
第4实施方式的二氧化碳电解装置1D具有层叠2个电解池2A、2B而成的堆叠结构。在这样的情况下，层叠化引起的热生成变得显著，导致CO2的还原反应的效率降低，因此优选使冷却水分别在2个电解池2A、2B的内部流动来进行除热。此时，通过将第1流路板16A、16B的材质设为多孔导电材料，使冷却水流路26中流动的冷却水的水分向还原电极8A、8B移动，能够调整还原电极8A、8B的水分量。在第4实施方式中，第1水分量检测部19的检测信号被输送至控制部7，控制部7基于检测信号控制冷却水泵27的流量。通过增减冷却水的流量，使冷却水流路26的压力变化。由此，能够调整从冷却水流路26经由多孔性的第1流路板16A、16B移动的水分量，将还原电极8A、8B的水分量保持在适当的范围。因此，与第1至第3实施方式同样地，可提供高效率且耐久性优异的二氧化碳电解装置1D。
实施例
接着，阐述实施例及其评价结果。
(实施例1)
如图2所示，制作了在第1排出路径中设置有第1水分量检测部的二氧化碳电解装置。但是，为了验证实验，在第1供给路径中设置了第2水分量检测部。在第1和第2水分量检测部中使用露点计和流量计，测量从电解池排出的气体以及从电解池排出的气体中的水分量。
首先，使用二氧化碳电解装置，通过控制电解池中设置的加热器的温度，验证是否能够控制还原电极中的水分量。在该验证实验中，不使控制部工作，人工操作检测部的读取和调整部的工作。
作为用于电解池的还原电极，使用在具有多孔层的碳纸上涂布由负载有金纳米粒子的碳粒、Nafion溶液、纯水、异丙醇构成的混合溶液并使其干燥而成的电极。作为氧化电极，使用在Ti网上涂布有IrO2纳米粒子的电极。作为隔膜，使用阴离子交换膜。予以说明，还原电极和氧化电极剪切成电极面积为16cm2来使用。如图2所示的电解池的结构那样，依次层叠第1集电板、第1流路板、还原电极、隔膜、氧化电极、第2流路板和第2集电板，被未图示的绝缘片和支持板夹持而制成电解池。在电解池上粘贴加热器，使其能够在任意的温度下运转。
将上述的电解池与第1和第2供给路径及第1和第2排出路径连接，以如下所述的条件运转。使用质量流量控制器向第1供给流路导入CO2气体(纯度：＞99.99％)，使其流量为40mL/min。另外，使碳酸氢钾水溶液(浓度0.1M KHCO3)以10mL/min的流量流向第2供给流路并使其循环。接着，电源使用直流稳定化电源作为验证实验用电源，将其与还原电极和氧化电极连接，流过规定的电流，由此实施CO2的还原反应。
收集从第1排出路径排出的生成气体的一部分，利用气相色谱分析通过CO2还原反应或水的还原反应生成的CO或H2气体的生成量。在第1和第2水分量检测器中，使用露点计和流量计来测量水分量。气体中的水分浓度使用露点计测量。气体的流速使用皂膜流量计测量。使用各地点的水分浓度和流量，计算出第1排出路径中的气体中的水分量。进而，通过使用下式，评价还原电极中的水分量。
水分量(还原电极)＝水分量(第1排出路径)-水分量(第1供给路径)
此时，作为水分量(水分含量)的单位，使用每单位电极面积的水分的移动速度(ml/min/cm2)。
通过第1和第2水分量检测器、气相色谱仪及CO2传感器进行分析，结果，作为生成气体中含有的成分，仅检测出CO、H2及CO2，在所有的测定中，CO的选择率(CO生成量/(CO生成量+H2生成量))为90％以上。
图5表示使电解池的运转温度变化为40℃、50℃、60℃时的电流密度与还原电极中的水分量的关系。由图5可知，在任一池温度下，随着电流密度变大，还原电极中的水分量逐渐减少。这是因为，随着电流密度的增加，式(4)所示的CO2的还原反应进行，还原电极中的水分被消耗。
另外可知，伴随池温度的增加，还原电极中的水分量也增加。这是因为，当池温度增高时，穿过隔膜移动的氧化电极的水分量增加。根据以上的结果，还原电极中的水分量可通过池温度和运转时的电流密度来控制。这意味着，使用第1和第2水分量检测部测量还原电极中的水分量，当其值脱离规定范围时，通过操作池温度和电流密度，能够调节还原电极中的水分量。因此，可提供调节还原电极中的水分量而高效率且稳定的二氧化碳电解装置。
(实施例2)
在实施例2中，在图3中示出了构成的二氧化碳电解装置中，使用调湿器作为水分量调整部，通过控制向电解池供给的CO2气体的加湿温度，验证是否能够控制还原电极中的水分量。在加湿器中，通过在装纳水的容器中使CO2气体鼓泡来对CO2气体加湿。在此，加湿温度是指容器中的水的温度，加湿温度越高则气体中的水分量越多。另外，虽未图示，但为了使CO2气体中的水分在配管中不结露，用加热器加热配管而进行评价。予以说明，与实施例1同样地，在该验证实验中也不让控制部工作，人工操作检测部的读取和调整部的工作。
电解池使用与实施例1同样的电解池进行测定。运转条件是将池温度设为60℃、电流密度设为200mA/cm2，除此以外在与实施例1同样的条件下运转。将调湿器的加湿温度设为35℃、45℃、55℃进行运转。与实施例1同样地，作为生成气体中含有的成分，仅检测出CO、H2和CO2，在全部的测定中，CO的选择率(CO生成量/(CO生成量+H2生成量))为94％以上。
图6表示使CO2气体的加湿温度变化时的还原电极中的水分量。由图6可知，通过增加加湿温度，还原电极中的水分量减少，加湿温度与还原电极中的水分量相关。这意味着，通过控制CO2气体的加湿温度，能够调节还原电极中的水分量。因此，可提供调节还原电极中的水分量而高效率且稳定的二氧化碳电解装置。
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。
Claims (9)
1.二氧化碳电解装置，其具备：
第1电解池，其具备：还原电极、氧化电极、用于向所述还原电极供给含有二氧化碳的气体的气体流路、用于向所述氧化电极供给含有水的电解液或水蒸气的液体流路、以及将所述还原电极与所述氧化电极分离的隔膜，
第1供给路径，其与所述气体流路连接，以向所述还原电极供给所述气体，
第1排出路径，其与所述气体流路连接，以至少排出由所述还原电极生成的产物，
第2供给路径，其与所述液体流路连接，以向所述氧化电极供给所述电解液，
第2排出路径，其与所述液体流路连接，以将由所述氧化电极生成的产物与所述电解液一起排出，
泵，其使所述电解液经由所述第2供给路径、所述液体流路和所述第2排出路径循环，
第1水分量检测部，其设置在所述第1排出路径中，以检测在所述第1排出路径中流动的气体中的水分量，
水分量调整部，其构成为：调整向所述还原电极供给的水分量，和
控制部，其构成为：基于所述第1水分量检测部的检测信号来控制所述水分量调整部，
其中，
所述水分量调整部构成为：通过所述泵来调整所述电解液的循环量，
所述控制部构成为：基于所述第1水分量检测部的检测信号来调整所述泵的流量。
2.二氧化碳电解装置，其具备：
第1电解池，其具备：还原电极、氧化电极、用于向所述还原电极供给含有二氧化碳的气体的气体流路、用于向所述氧化电极供给含有水的电解液或水蒸气的液体流路、以及将所述还原电极与所述氧化电极分离的隔膜，
第1供给路径，其与所述气体流路连接，以向所述还原电极供给所述气体，
第1排出路径，其与所述气体流路连接，以至少排出由所述还原电极生成的产物，
冷却水流路，其经过所述还原电极和多孔导电材料配置，以调整所述第1电解池的温度，
冷却水泵，其向所述冷却水流路导入冷却水，
第1水分量检测部，其设置在所述第1排出路径中，以检测在所述第1排出路径中流动的气体中的水分量，
水分量调整部，其构成为：调整向所述还原电极供给的水分量，和
控制部，其构成为：基于所述第1水分量检测部的检测信号来控制所述水分量调整部，
其中，
所述水分量调整部构成为：通过所述冷却水泵来调整所述冷却水的循环量，
所述控制部构成为：基于所述第1水分量检测部的检测信号来调整所述冷却水泵的流量。
3.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第1供给路径中的第2水分量检测部，以检测在所述第1供给路径中流动的气体中的水分量。
4.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述水分量调整部具备调节向所述氧化电极供给的所述电解液的量的流量调整部。
5.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述水分量调整部具备湿度调节器，所述湿度调节器调节在所述第1供给路径中流动的所述气体中的湿度。
6.权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，所述水分量调整部具备调整所述第1电解池的温度的温度调节器。
7.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述水分量检测部具备露点计。
8.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其中，所述水分量检测部具备湿度计和温度计。
9.权利要求1或2所述的二氧化碳电解装置，其还具备：
第2电解池，其具备：还原电极、氧化电极、用于向所述还原电极供给含有二氧化碳的气体的气体供给路、用于向所述氧化电极供给含有水的电解液或水蒸气的液体供给路径、以及将所述还原电极与所述氧化电极分离的隔膜，
其中，所述第2电解池的所述气体流路与所述第1供给路径和所述第1排出路径连接。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021-044778 | 2021-03-18 | ||
| JP2021044778A JP7520757B2 (ja) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | 二酸化炭素電解装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115110102A CN115110102A (zh) | 2022-09-27 |
| CN115110102B true CN115110102B (zh) | 2023-12-15 |
Family
ID=77447766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110978942.7A Active CN115110102B (zh) | 2021-03-18 | 2021-08-25 | 二氧化碳电解装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11851774B2 (zh) |
| EP (1) | EP4060086B1 (zh) |
| JP (1) | JP7520757B2 (zh) |
| CN (1) | CN115110102B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4435149A3 (en) * | 2023-03-23 | 2024-10-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Carbon dioxide electrolytic device and method of electrolyzing carbon dioxide |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108570690A (zh) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 株式会社东芝 | 二氧化碳电解装置 |
| WO2019051609A1 (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-21 | The University Of British Columbia | SYSTEMS AND METHODS FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION OF CARBON DIOXIDE |
| CN109939670A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-06-28 | 碳能科技（北京）有限公司 | 一种用于co2电还原制甲酸的铋基复合催化剂及其制备方法 |
| CN110344071A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-10-18 | 碳能科技（北京）有限公司 | 电还原co2装置和方法 |
| CN111549355A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-08-18 | 西北大学 | 固态氧化物电解池电解低成本co2制合成气的系统及方法 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL92243C (zh) * | 1950-05-17 | |||
| JP2004527883A (ja) * | 2001-05-03 | 2004-09-09 | ザ・モーガン・クルーシブル・カンパニー・ピーエルシー | 燃料電池または電解槽の構成 |
| JP4886170B2 (ja) * | 2003-03-18 | 2012-02-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
| US20110114502A1 (en) | 2009-12-21 | 2011-05-19 | Emily Barton Cole | Reducing carbon dioxide to products |
| JP6021074B2 (ja) | 2011-02-28 | 2016-11-02 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 二酸化炭素の還元固定化システム、二酸化炭素の還元固定化方法、及び有用炭素資源の製造方法 |
| JP5378439B2 (ja) | 2011-04-05 | 2013-12-25 | 本田技研工業株式会社 | 水電解システム及びその運転方法 |
| FR2981369B1 (fr) | 2011-10-12 | 2013-11-15 | Areva | Procede et systeme de traitement de gaz carbones par hydrogenation electrochimique pour l'obtention d'un compose de type cxhyoz |
| WO2015037625A1 (ja) | 2013-09-12 | 2015-03-19 | 独立行政法人宇宙航空研究開発機構 | 固体高分子形発電または電解方法およびシステム |
| JP6260952B2 (ja) | 2013-09-12 | 2018-01-17 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 固体高分子形電解方法およびシステム。 |
| JP6332792B2 (ja) | 2014-03-26 | 2018-05-30 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 水電解方法及び水電解装置 |
| FR3024985B1 (fr) | 2014-08-22 | 2020-01-17 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede d'electrolyse ou de co-electrolyse a haute temperature, procede de production d'electricite par pile a combustible sofc, interconnecteurs, reacteurs et procedes de fonctionnement associes. |
| JP6823615B2 (ja) | 2018-02-28 | 2021-02-03 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造設備 |
| JP6818711B2 (ja) | 2018-03-22 | 2021-01-20 | 株式会社東芝 | 二酸化炭素電解装置および二酸化炭素電解方法 |
| JP6951310B2 (ja) | 2018-09-19 | 2021-10-20 | 株式会社東芝 | 電気化学反応装置 |
| TW202104669A (zh) * | 2019-04-23 | 2021-02-01 | 日商出光興產股份有限公司 | 電極、固體電解質型電解裝置及合成氣體生成方法 |
| US20220259745A1 (en) * | 2019-05-25 | 2022-08-18 | Szegedi Tudományegyetem | Modular electrolyzer stack and process to convert carbon dioxide to gaseous products at elevated pressure and with high conversion rate |
| JP7140731B2 (ja) | 2019-09-17 | 2022-09-21 | 株式会社東芝 | 電気化学反応装置及び有価物製造システム |
| JP7135147B1 (ja) * | 2021-03-29 | 2022-09-12 | 本田技研工業株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
-
2021
- 2021-03-18 JP JP2021044778A patent/JP7520757B2/ja active Active
- 2021-08-18 US US17/405,336 patent/US11851774B2/en active Active
- 2021-08-23 EP EP21192540.9A patent/EP4060086B1/en active Active
- 2021-08-25 CN CN202110978942.7A patent/CN115110102B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108570690A (zh) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 株式会社东芝 | 二氧化碳电解装置 |
| WO2019051609A1 (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-21 | The University Of British Columbia | SYSTEMS AND METHODS FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION OF CARBON DIOXIDE |
| CN109939670A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-06-28 | 碳能科技（北京）有限公司 | 一种用于co2电还原制甲酸的铋基复合催化剂及其制备方法 |
| CN110344071A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-10-18 | 碳能科技（北京）有限公司 | 电还原co2装置和方法 |
| CN111549355A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-08-18 | 西北大学 | 固态氧化物电解池电解低成本co2制合成气的系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7520757B2 (ja) | 2024-07-23 |
| US20220298651A1 (en) | 2022-09-22 |
| EP4060086A1 (en) | 2022-09-21 |
| CN115110102A (zh) | 2022-09-27 |
| US11851774B2 (en) | 2023-12-26 |
| EP4060086B1 (en) | 2023-11-01 |
| JP2022143968A (ja) | 2022-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112593251B (zh) | 电化学反应装置 | |
| US11946150B2 (en) | Electrochemical reaction device | |
| JP7204619B2 (ja) | 二酸化炭素電解装置及び二酸化炭素電解方法 | |
| US20240124995A1 (en) | Electrochemical reaction device and valuable material manufacturing system | |
| CN113502488A (zh) | 二氧化碳反应装置 | |
| US11701631B2 (en) | Carbon compound manufacturing system and method of controlling carbon compound manufacturing system | |
| JP7176073B2 (ja) | 電気化学反応装置 | |
| CN115110102B (zh) | 二氧化碳电解装置 | |
| JP2023135261A (ja) | 二酸化炭素電解装置および二酸化炭素電解装置の制御方法 | |
| JP7504849B2 (ja) | 二酸化炭素電解装置、二酸化炭素電解方法、及び有価物製造システム | |
| US20240093394A1 (en) | Electrolysis device and method of controlling electrolysis device | |
| JP2023133899A (ja) | 二酸化炭素電解装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |