JP2004319300A

JP2004319300A - 電気化学デバイス及び電気化学エネルギー発生方法

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Publication number: JP2004319300A
Application number: JP2003112420A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Morioka; 宏之守岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】小型化でき、長期的に安定した使用が可能な電気化学デバイス及びこの電気化学デバイスを用いての電気化学エネルギー発生方法を提供すること。
【解決手段】第１極２と、第２極３と、これらの電極の間に挟持された電解質５とからなり、電解質５がＭＢＨ_４（Ｍはアルカリ金属原子）を含有するアルカリ溶液から構成され、第１極２に酸素含有ガス６を供給する手段を有している、電気化学デバイス１。電気化学デバイス１を使用して、第１極２に酸素含有ガス６を供給し、第２極３で発生した電子の供給下で酸素分子と電解質５中の水分子とを反応させて水酸イオンを生成し、この水酸イオンを電解質５を通して第２極３側へ移動させる工程と、第２極３側で、前記ＭＢＨ_４と前記水酸イオンとを反応させて水を生成すると共に、第２極３から前記電子を取り出して第１極２と第２極３との間で電気化学エネルギーを取り出す工程とを有する、電気化学エネルギー発生方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学デバイス及び電気化学エネルギー発生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業革命以後、自動車等の動力源としてはもちろん、電力発生など多岐にわたってガソリン、軽油などの化石燃料が用いられてきた。この化石燃料の利用により、人類は飛躍的な生活水準の向上や産業の発展を享受した。
【０００３】
しかしながらその反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさらされ、さらに化石燃料の長期的安定供給にも疑問が投げかけられている。
【０００４】
そこで化石燃料に代わる代替クリーンエネルギーとして、外部から燃料及び酸化剤を送り込み続けることによって連続的に電気化学エネルギーが得られる燃料電池が、その高効率と性能によって着目されている。
【０００５】
燃料電池としては、アルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型などがある。アルカリ水溶液を電解液として水素−酸素燃料電池反応を示すアルカリ型燃料電池は、低温作動型の低温電池としては高い発電効率を持つことが知られている。
【０００６】
このアルカリ型燃料電池は、作動温度が５０〜１５０℃と低温であり、一般的に、多孔質電極構成材である金属又は炭素からなる負極及び正極と、両極を隔てる電解液とで構成されるものであり、外部から負極（水素極）へ燃料水素ガスが、正極（酸素極）へ酸素がそれぞれ供給されるものである（例えば、後記の特許文献１参照。）。
【０００７】
即ち、水素極では、供給された水素ガスが電極細孔内の反応点で電極に添加された触媒に吸着され活性な水素原子となり、この水素原子が同じ電極の反対側から細孔を通じて反応点に達した水酸イオンと反応して水となって１個の電子が電極へ送られる。
【０００８】
一方、酸素極では、水素極で取り出された電子が外部回路を介して該電極に到達し、外部から供給されて電極細孔内の反応点に達して触媒に吸着された酸素分子が電極から２個の電子を受け取って電解液からの水と反応して過酸化水素イオンと水酸イオンを生成し、この過酸化水素イオンが分解して水酸イオンと酸素となる。酸素は再び電極反応に利用され、水酸イオンは先に水素極で消費された電解液中の水酸イオンを補充することとなり、電解液中を移動して水素極に達することで全体の回路を形成する。従って、電池全体では水素と酸素とから水が生成する反応が行われることとなる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−８７０６号公報（３頁４欄１５〜３８行目、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなアルカリ型燃料電池においては、電解液中に炭酸ガスが入ると、水と反応して炭酸イオンが発生し、電極反応が妨げられるという問題が生じる。従って、従来からアルカリ型燃料電池においては、燃料ガスとして純粋な水素及び酸素ガスが各電極へ供給されることが必須であり、精製水素及び酸素ガスを供給するシステムの設置が必要とされてきた。
【００１１】
従って、燃料電池の設置と共に、水素製造装置や精製装置、また、精製した水素を液体、気体状態で貯蔵する手段だけでなく、燃料ガスを管理及び調整するための周辺機器等も必要であり、実質的に可動可能な燃料電池システムではその大型化、複雑化の傾向は避けられず、またコストの増加等の問題を抱えている。
【００１２】
また、このような燃料電池について輸送用若しくは携帯用に構成しようとすると、水素ガス改質器や水素吸蔵合金による水素貯蔵手段などを必要とし、実用的なものを実現するには非常に困難である。
【００１３】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型化でき、長期的に安定した使用が可能な電気化学デバイス及びこの電気化学デバイスを用いての電気化学エネルギー発生方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、第１極と、第２極と、これらの電極の間に挟持された電解質とからなり、前記電解質がＭＢＨ_４（Ｍはアルカリ金属原子である。）を含有するアルカリ溶液から構成され、前記第１極に酸化剤を供給する手段を有している、電気化学デバイスに係るものである。
【００１５】
また、上記の本発明の電気化学デバイスを使用して、
前記第１極に前記酸素含有ガスを供給し、前記第２極で発生した電子の供給下で酸素分子と前記電解質中の水分子とを反応させて水酸イオンを生成し、この水酸イオンを前記電解質を通して前記第２極側へ移動させる工程と、
前記第２極の側で、前記ＭＢＨ_４と前記水酸イオンとを反応させて水を生成すると共に、前記第２極から前記電子を取り出して前記第１極と前記第２極との間で電気化学エネルギーを取り出す工程と
を有する、電気化学エネルギー発生方法に係るものである。
【００１６】
本発明の電気化学デバイス及び電気化学エネルギー発生方法によれば、前記電解質が前記ＭＢＨ_４を含有する前記アルカリ溶液と、このアルカリ溶液を挟持する前記第１極及び前記第２極とから構成されているので、前記ＭＢＨ_４を直接燃料として用いることができる。移動種は、従来例のような水素ガスから生成されるプロトン（Ｈ^＋）ではなく、水酸イオン（ＯＨ⁻）であり、下記の反応式に従って、水素ガスを用いずに高い電気化学エネルギーを取り出すことができる。下記の反応式によれば、理論電圧は１．６４Ｖである。
【００１７】
アノード側：ＭＢＨ_４＋８ＯＨ⁻→ＭＢＯ_２＋６Ｈ_２Ｏ＋８ｅ⁻（１．２４Ｖ）
カソード側：２Ｏ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋８ｅ⁻→８ＯＨ⁻（０．４０Ｖ）
全体反応：ＭＢＨ_４＋２Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ＋ＭＢＯ_２（１．６４Ｖ）
【００１８】
本発明において、前記アルカリ溶液は、電解質として機能すると同時に、前記ＭＢＨ_４の安定化剤としての役割を有している。そして、前記アルカリ溶液と燃料としての前記ＭＢＨ_４を液体で組み合わせているので、例えば生成水の管理が容易になり、生成水循環機構や貯蔵タンク等を特に必要としない。
【００１９】
また、上記の反応式から明らかなように、電気化学反応において水素ガスの存在がないので、安全性の向上を図ることができ、例えば水素ガスの漏洩が防げる。
【００２０】
また、従来例のように純粋な水素ガスの供給が必要ないので、水素製造装置、精製装置等を設置する必要がなくなり、電気化学デバイスの小型化、簡素化が実現できる。
【００２１】
さらに、前記電解質がアルカリ性なので、前記第１極及び／又は前記第２極の触媒物質の選択が広がる。例えば、従来例では前記触媒物質として白金の利用が一般的であったのに対し、本発明は特に白金に限定されることはなく、マンガンやニッケル等を使用することができるので、コストの低減を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく電気化学デバイスは、前記第１極と前記第２極とが触媒含有多孔性電極として容器内に対向配置され、前記第２極は、前記容器内の前記アルカリ溶液中に浸漬され、かつ前記第１極は、一方の面側で前記アルカリ溶液に接触すると共に、他方の面側で酸素含有ガスに接触することが望ましい。
【００２３】
具体的には、前記第１極と前記第２極との間で電気化学エネルギーを取り出す燃料電池として構成されていることが好ましい。また、本発明に基づく電気化学デバイスは、前記電気化学エネルギーを前記電解質に貯蔵することが可能である。
【００２４】
図１は、本発明に基づく電気化学デバイスを燃料電池として構成した一例の概略断面図である。
【００２５】
図１に示すように、本発明に基づく電気化学デバイス１は、第１極２と第２極３とが触媒含有多孔性電極として容器４内に対向配置され、第２極３は、容器４内の前記ＭＢＨ_４を含有したアルカリ溶液５中に浸漬され、かつ第１極２は、一方の面側でアルカリ溶液５に接触すると共に、他方の面側で酸素含有ガス６に接触している。
【００２６】
この電気化学デバイス１を用いての本発明に基づく電気化学エネルギーの発生方法のメカニズムは、上記の反応式及び図２に示す通りである。
【００２７】
即ち、第１極２の側に酸素含有ガス６が供給され、第２極３で発生した電子の供給下で酸素分子と前記ＭＢＨ_４を含有したアルカリ溶液５中の水分子とが反応して水酸イオンを生成し、この水酸イオンが前記ＭＢＨ_４を含有したアルカリ溶液５を通過して第２極３側へ移動する。そして、第２極３の側では、アルカリ溶液５中の前記ＭＢＨ_４と前記水酸イオンとが反応して水を生成すると共に、第２極３から前記電子を取り出して第１極２と第２極３との間で電気化学エネルギーを取り出すことができる。
【００２８】
本発明に基づく電気化学デバイス及び電気化学エネルギーの発生方法によれば、前記ＭＢＨ_４が直接燃料として用いられ、移動種は、上記の反応式及び図２に示すように、水酸イオン（ＯＨ⁻）であるので、水素ガスを用いずに高い電気化学エネルギーを取り出すことができる。
【００２９】
本発明に基づく電気化学デバイスにおいて、前記アルカリ溶液が、ＫＯＨ水溶液又はＮａＯＨ水溶液であることが望ましい。前記アルカリ溶液のアルカリ濃度としては、例えば１Ｍ程度であればよい。
【００３０】
また、前記ＭＢＨ_４のＭはアルカリ金属原子であるが、例示するならばＮａＢＨ_４（ナトリウムボロンハイドライド）、ＫＢＨ_４（カリウムボロンハイドライド）等が挙げられる。
【００３１】
さらに、前記ＭＢＨ_４の含有率は、例えば、前記ＭＢＨ_４の水に対する溶解度で表すことが可能である。具体的には、前記ＭＢＨ_４として前記ＮａＢＨ_４を用いた場合、室温における前記ＮａＢＨ_４の水に対する溶解度が３５．５重量％までであり、これ以上は不溶物が析出してしまい、また前記電解質の取り扱いを考慮すると、最高で２０重量％程度と考えられ、例えば１０〜２０重量％であることが好ましい。
【００３２】
直接燃料として用いられる前記ＮａＢＨ_４等の前記ＭＢＨ_４は、前記ＫＯＨ水溶液又は前記ＮａＯＨ水溶液等の前記アルカリ溶液中で安定した状態を維持することができる。従って、前記ＫＯＨ水溶液又は前記ＮａＯＨ水溶液等の前記アルカリ溶液は、電解質として機能すると同時に、前記ＭＢＨ_４の安定化剤としての機能を有している。そして、前記ＫＯＨ水溶液等の前記アルカリ溶液と、燃料としての前記ＮａＢＨ_４等の前記ＭＢＨ_４とを液体で組み合わせているので、生成水の管理が容易になり、生成水循環機構や貯蔵タンク等を特に必要としない。
【００３３】
また、上記の反応式及び図２より明らかなように、上述した電気化学反応において水素ガスの存在がないので、安全性の向上を図ることができ、例えば水素ガスの漏洩を防ぐことができる。
【００３４】
また、従来例のように純粋な水素ガスの供給が必要ないので、電気化学デバイスの小型化、簡素化が実現できる。
【００３５】
図１に示すような本発明に基づく電気化学デバイス１において、電極２、３は、ニッケル等からなる多孔質体に触媒粉体が付着してなる触媒含有多孔性電極である。具体的には、カソード電極としての第１極２は、炭素粉体の表面にマンガン粒子を担持させた触媒粉体を、ニッケルからなる多孔質体にポリテトラフルオロエチレンを用いて結着させてなる（例えば、触媒粉体の面積密度は１０ｍｇ／ｃｍ^２である。）触媒担持多孔質電極である。アノード電極としての第２極３は、炭素粉体の表面に白金粒子を担持させた触媒粉体を、ニッケルからなる多孔質体に結着させてなる（例えば触媒粉体の面積密度５ｍｇ／ｃｍ^２である。）触媒担持多孔質電極である。
【００３６】
本発明に基づく電気化学エネルギーは、前記電解質がアルカリ性なので、上述したように前記触媒物質は白金等に限定されることはなく、マンガンやニッケル等を使用することができ、コストの低減を図ることができる。
【００３７】
図３は、前記アルカリ溶液として１ＭＫＯＨ水溶液を用い、前記ＭＢＨ_４としてＮａＢＨ_４を用い（添加量は１０重量％とした。）、室温にて経時による出力特性の変化を測定した結果である。
【００３８】
本発明に基づく電気化学デバイスは、前記電解質が前記ＭＢＨ_４を含有する前記アルカリ溶液と、このアルカリ溶液を挟持する前記第１極及び前記第２極とから構成されているので、前記ＭＢＨ_４を直接燃料として用いることができ、移動種を水酸イオン（ＯＨ⁻）とし、上記の反応式に従って、水素ガスを用いずに高い電気化学エネルギーを取り出すことができるが、図３（ａ）に示すように、反応が進むに伴って前記酸素含有ガスに含まれる炭酸ガスが前記電解質に悪影響を及ぼし、経時と共に出力電圧が低下する傾向にある。
【００３９】
また、測定開始から約１２５０秒後には一時的に急激な出力電圧の低下が見られる。これは、電流値の上昇に伴い、電池内部の抵抗が上昇したためであり、この後再び出力の上昇が見られるのは、０Ｖを確認後、電圧を再び開放電圧（ＯＣＶ）にもどしたためである。
【００４０】
従って、上記したような炭酸ガスの影響による出力特性の低下を低減するために、本発明に基づく電気化学デバイスは、前記アルカリ溶液を攪拌する手段を有することが好ましい。
【００４１】
図３（ｂ）は、前記アルカリ溶液を攪拌しながら上記と同様にして出力特性の測定を行った場合の結果である。これによれば、経時による若干の出力電圧の低下は見られるものの、図３（ａ）に示すような急激な出力電圧の低下等は発生せず、安定した出力特性を得ることができた。
【００４２】
前記攪拌手段としては特に限定されないが、例えば、プロペラ式の攪拌手段又はマグネティックスターラー等が好適に用いられる。
【００４３】
また、本発明に基づく電気化学デバイスにおいて、前記アルカリ溶液が、下記一般式（１）又は（２）に示すようなスメクタイト等のアルカリ膨潤性粘土鉱物を含有していることが望ましい。
【００４４】
一般式（１）：スメクタイト理想構造
（Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ）_０．３３（Ａｌ_１．６７Ｍｇ_０．３３）Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２
一般式（２）：合成スメクタイト（コープケミカル社製）
Ｎａ_０．３３（Ｍｇ_２．６７Ｌｉ_０．３３）Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２
【００４５】
ここで、上記した粘土とは、極めて細粒の砕屑性堆積物の総称であり、可塑性、吸湿性を示し、赤熱すると固結する性質がある。一般に、粒径（ストークス則により求められる球相当直径）が２ミクロン以下の粒子の集合体として定義される。粘土は、それを構成する主要粘土鉱物の種類により、カオリナイト質粘土、モンモリロナイト質粘土（アタパルジャイト質粘土、ベントナイト、酸性白土）に分けられる。モンモリロナイトは水を吸って膨張する性質（膨潤性）と、ケイ酸四面体層の間にある陽イオンが交換される性質（陽イオン交換能）がある。この層間陽イオンがナトリウムの場合、著しく膨張するのに対して、カルシウムやマグネシウムの場合はあまり膨潤しない。前者からなる粘土をベントナイト、後者からなる粘土をアタパルシャイト質粘土と称する。層間陽イオンが水素の場合も非膨潤性であり、この粘土を酸性白土と称し、これは吸湿性、脱色性が強い（エネルギー・資源学会（編）（１９９７）、エネルギー・資源ハンドブックコンパクト版、オーム社１０２７−１０３４頁）。
【００４６】
また、上記した膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）とは、固体物質が液体を取り込んで体積が増大する現象であり、結晶の層間に水や有機溶媒などが入って底面間隔が広がることが起因する。例えば、前記スメクタイトやバーミキュライトは、膨潤性を有する粘土鉱物として一般的に知られている。特に、スメクタイトを主成分とするベントナイトは世界各地に産し、膨潤性が著しい粘土として有名である。ベントナイトは多量の水を吸って体積が数倍から十数倍に膨れ、水中にわずか数％のベントナイトの粉末をいれてかき混ぜるだけでゼリー状になる。
【００４７】
前記アルカリ溶液が、上記一般式（１）又は（２）に示すようなスメクタイト等の前記アルカリ膨潤性粘土鉱物を含有することにより、二酸化炭素等の炭酸ガスのガスバリア性が期待でき、より安定した出力特性が得られる。
【００４８】
図４（ａ）は、前記アルカリ溶液として１ＭＫＯＨ水溶液を用い、前記ＭＢＨ_４としてＮａＢＨ_４を用い（添加量は１０重量％とした。）、さらに前記アルカリ膨潤性粘土鉱物としての前記スメクタイトを０．５重量％添加し、前記アルカリ溶液を攪拌しながら室温にて経時による出力特性の変化を測定した結果である。なお、電流値を開放電圧→１０ｍＡ→１００ｍＡと変化させた。
【００４９】
図４（ｂ）は、電流値を開放電圧→２０ｍＡ→２００ｍＡと代えた以外は、上記の図４（ａ）と同様にして経時による出力特性の変化を測定した結果である。
【００５０】
また、図５は、１ＭＫＯＨ水溶液と、前記ＭＢＨ_４としてのＮａＢＨ_４（１０重量％）と、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物としての前記スメクタイト（０．５重量％）とからなる前記アルカリ溶液を前記電解質として用いた場合と、前記スメクタイトを添加しない場合とについて、前記アルカリ溶液を攪拌しながら室温にて経時による出力特性の変化を測定し、安定性の評価を行ったグラフである。
【００５１】
図４及び図５より明らかなように、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物を含有する前記アルカリ溶液を用いたほうが、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物を添加しない場合に比べて、経時による出力電圧の低下が小さく、より長時間にわたって安定した出力特性が得られることが分かる。また、図４より明らかなように、電流値が開放電圧、１０ｍＡ、２０ｍＡ、１００ｍＡにおいては、特に安定した電圧を示すことが確認できたが、電流値を２００ｍＡとした場合、急激な電圧の減少が起こった。これは、例えば電解質の劣化に起因するものと考えられる。
【００５２】
図６は、前記アルカリ溶液としての１ＭＫＯＨ水溶液に前記ＭＢＨ_４としてのＮａＢＨ_４を２０ｍｇ添加し、二酸化炭素（ＣＯ_２）を７０ｍｌ／ｍｉｎで前記アルカリ溶液に直接バブリングしながら、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物としての前記スメクタイトを添加した場合と非添加の場合とを比較して、室温にて経時による出力特性の変化を測定した結果である。
【００５３】
図６より明らかなように、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物を添加することにより、二酸化炭素等の炭酸ガスのガスバリア性が得られることが分かる。
【００５４】
また、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物の含有率は特に限定されないが、例えば０．５重量％以上、３重量％以下であればよい。前記アルカリ膨潤性粘土鉱物を添加することにより、前記アルカリ溶液をゲル化することができるが、ゲル化に必要な添加量が比較的少ないことが特徴である（例えば１〜３重量％）。ここで、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物が０．５重量％未満の場合、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物による上記したガスバリア性の効果が低下し易くなる。また、３重量％を超える場合、ゲル化が過剰に進行してしまい、攪拌による均一化の効果が低下し易くなる。
【００５５】
さらに、前記ＮａＢＨ_４等の前記ＭＢＨ_４は強力な還元剤であるが、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物は溶液時に作用を受け難いので本発明に好適である。また、前記膨潤性粘土鉱物を添加しても、ゲル化時にはアルカリ性（ｐＨ＝１１〜１２）を示すので、前記ＭＢＨ_４は前記アルカリ溶液中で安定な状態を保持することができる。
【００５６】
図７は、前記アルカリ溶液として１ＭＫＯＨ水溶液を用い、前記ＭＢＨ_４としてのＮａＢＨ_４を２０ｍｇ添加し、二酸化炭素（ＣＯ_２）を７０ｍｌ／ｍｉｎで前記アルカリ溶液に直接バブリングしながら、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物としての前記スメクタイトを添加した場合と非添加の場合とを比較して、室温にて経時による出力特性の変化を測定する（図６）と同時に、ｐＨ挙動の測定を行った結果である。
【００５７】
図７より明らかなように、前記スメクタイトを添加しなかった場合は、測定開始から約４２００秒後にはｐＨ１３．３が９．２６まで低下した。これに対し、前記スメクタイトを添加した場合、測定開始時のｐＨは１２．９５であり、約５０００秒後のｐＨは１０．３１までしか低下していなかった。
【００５８】
また、スメクタイトを添加した場合、出力電圧が０ｍＶになった測定開始から約５０００秒後のｐＨが１０．３１であったのに対し、図７に示すように、前記スメクタイトを非添加の場合は、測定開始から約１７５０秒後で既にｐＨが１０．７１にまで低下した。
【００５９】
また、前記アルカリ膨潤性粘土鉱物を加えると、伝導度の向上を図ることができる。さらに、前記スメクタイト等の前記アルカリ膨潤性粘土鉱物は、コストが安く、容易に入手することができる。
【００６０】
従って、本発明の電気化学デバイスは、前記電解質がＭＢＨ_４（Ｍはアルカリ金属原子である。）を含有するアルカリ溶液から構成されることが重要であるが、前記アルカリ溶液が更に前記アルカリ膨潤性粘土鉱物を含有することが望ましい。これにより、より長時間にわたって安定した出力が得られる。
【００６１】
また、前記アルカリ溶液が更に他の物質、例えば燃料としての前記ＭＢＨ_４の安定化剤を更に含有していてもよい。
【００６２】
【発明の作用効果】
本発明の電気化学デバイス及び電気化学エネルギー発生方法によれば、前記電解質が前記ＭＢＨ_４を含有する前記アルカリ溶液と、このアルカリ溶液を挟持する前記第１極及び前記第２極とから構成されているので、前記ＭＢＨ_４を直接燃料として用いることができる。移動種は水酸イオン（ＯＨ⁻）であり、上記の反応式に従って、高い電気化学エネルギーを取り出すことができる。
【００６３】
本発明において、前記アルカリ溶液は、電解質として機能すると同時に、前記ＭＢＨ_４の安定化剤としての役割を有している。そして、前記アルカリ溶液と燃料としての前記ＭＢＨ_４を液体で組み合わせているので、例えば生成水の管理が容易になり、生成水循環機構や貯蔵タンク等を特に必要としない。
【００６４】
また、上記の反応式から明らかなように、電気化学反応において水素ガスの存在がないので、安全性の向上を図ることができ、例えば水素ガスの漏洩が防げる。
【００６５】
また、従来例のように純粋な水素ガスの供給が必要ないので、水素製造装置、精製装置等を設置する必要がなくなり、電気化学デバイスの小型化、簡素化が実現できる。
【００６６】
さらに、前記電解質がアルカリ性なので、前記第１極及び／又は前記第２極の触媒物質の選択が広がる。例えば、従来例では前記触媒物質として白金の利用が一般的であったのに対し、本発明は特に白金に限定されることはなく、マンガンやニッケル等を使用することができるので、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による、電気化学デバイスの概略断面図である。
【図２】同、本発明に基づく電気化学エネルギー発生方法のメカニズムを示す模式図である。
【図３】同、本発明に基づく電気化学デバイスの時間と出力電圧の関係を示すグラフである。
【図４】同、アルカリ溶液にスメクタイトを添加した場合の電気化学デバイスの時間と出力特性の関係を示すグラフである。
【図５】同、アルカリ溶液にスメクタイトを添加した場合の電気化学デバイスの安定性の測定評価のグラフである。
【図６】同、アルカリ溶液にスメクタイトを添加した場合の電気化学デバイスの炭酸ガスによる影響を比較して示すグラフである。
【図７】同、アルカリ溶液にスメクタイトを添加した場合の電気化学デバイスのｐＨ挙動を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１…電気化学デバイス、２…第１極、３…第２極、４…容器、５…ＭＢＨ_４含有アルカリ溶液、６…酸素含有ガス

Claims

第１極と、第２極と、これらの電極の間に挟持された電解質とからなり、前記電解質がＭＢＨ_４（Ｍはアルカリ金属原子である。）を含有するアルカリ溶液から構成され、前記第１極に酸化剤を供給する手段を有している、電気化学デバイス。
前記アルカリ溶液が、ＫＯＨ水溶液又はＮａＯＨ水溶液である、請求項１に記載した電気化学デバイス。
前記アルカリ溶液を攪拌する手段を有する、請求項１に記載した電気化学デバイス。
前記アルカリ溶液が、アルカリ膨潤性粘土鉱物を含有している、請求項１に記載した電気化学デバイス。
前記第１極と前記第２極とが触媒含有多孔性電極として容器内に対向配置され、前記第２極は、前記容器内の前記アルカリ溶液中に浸漬され、かつ前記第１極は、一方の面側で前記アルカリ溶液に接触すると共に、他方の面側で酸素含有ガスに接触する、請求項１に記載した電気化学デバイス。
前記第１極と前記第２極との間で電気化学エネルギーを取り出す燃料電池として構成されている、請求項１に記載した電気化学デバイス。
前記電気化学エネルギーを前記電解質に貯蔵する、請求項６に記載した電気化学デバイス。
請求項１〜７のいずれか１項に記載した電気化学デバイスを使用して、
前記第１極に前記酸素含有ガスを供給し、前記第２極で発生した電子の供給下で酸素分子と前記電解質中の水分子とを反応させて水酸イオンを生成し、この水酸イオンを前記電解質を通して前記第２極側へ移動させる工程と、
前記第２極の側で、前記ＭＢＨ_４と前記水酸イオンとを反応させて水を生成すると共に、前記第２極から前記電子を取り出して前記第１極と前記第２極との間で電気化学エネルギーを取り出す工程と
を有する、電気化学エネルギー発生方法。
前記電気化学エネルギーを前記電解質に貯蔵する、請求項８に記載した電気化学エネルギー発生方法。