JP2013543056A - Electrolytic cell - Google Patents

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Abstract

アノード領域およびカソード領域はイオン選択性高分子電解質膜によって分離されている、アノード領域内のアノードと、カソード領域内のカソードと、アノードと連通する流動流体内のアノード液とを含む電解槽であって、
前記アノード液は、水と、電解槽の作動時にアノードで少なくとも部分的に酸化され、アノードでのそのような酸化の後、水との反応によって少なくとも部分的に還元される酸化還元メディエーター対とを含む電解槽。
【選択図】図1
The anode region and the cathode region are an electrolytic cell including an anode in the anode region, a cathode in the cathode region, and an anolyte in a flowing fluid communicating with the anode, which are separated by an ion-selective polymer electrolyte membrane. And
The anolyte comprises water and a redox mediator pair that is at least partially oxidized at the anode during operation of the electrolyzer and is at least partially reduced by reaction with water after such oxidation at the anode. Including electrolytic cell.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電解槽に関し、該電解槽の構成成分および、該電解槽を使用するための組成物および試薬用の構成成分に関する。   The present invention relates to an electrolytic cell, and relates to a component of the electrolytic cell, a composition for using the electrolytic cell, and a component for a reagent.

たとえばリフォーミングプロセスのように、水素ガスの大量生産のために最も一般的に使用される技術では、供給原料として化石燃料が使用される。近年、化石燃料の入手および使用に関する環境コストへの懸念が高まり、したがって、代わりとなる原料を利用する工業プロセスが望まれている。   The most commonly used technology for mass production of hydrogen gas, such as the reforming process, uses fossil fuel as a feedstock. In recent years, concerns about environmental costs associated with the acquisition and use of fossil fuels have increased, and therefore industrial processes that utilize alternative feedstocks are desired.

炭化水素供給原料からの水素ガス製造の更なる問題は、得られる水素ガスが、高純度の水素ガスが必要とされる用途における使用に適さないことである。   A further problem with hydrogen gas production from hydrocarbon feedstock is that the resulting hydrogen gas is not suitable for use in applications where high purity hydrogen gas is required.

より高い純度の水素は、水を電気分解することにより得られる。水を電気分解する技術、すなわち、電流を使用して水を構成要素である水素と酸素とに分離することは、数百年の間知られている。   Higher purity hydrogen is obtained by electrolyzing water. It has been known for hundreds of years to electrolyze water, that is, to separate water into its constituent hydrogen and oxygen using electric current.

その最も単純な形態では、水の電気分解は、アノードおよび電源に接続するカソードを水に挿入することによって行われる。酸素(O)ガスはアノードで放出され、水素(H)ガスはカソードで放出される。放出される酸素および水素ガスの体積に影響を及ぼす要因は多く存在する。 In its simplest form, water electrolysis is performed by inserting an anode and a cathode connected to a power source into the water. Oxygen (O 2 ) gas is released at the anode and hydrogen (H 2 ) gas is released at the cathode. There are many factors that affect the volume of oxygen and hydrogen gas released.

製造される水素ガスの体積を増やすために、電解質が水に加えられてもよい。Hより電極電位が低いカチオンを持つ電解質を選択することが好ましく、したがって、一般的に、Li、Na、KおよびCsのようなカチオンを含むアルカリ電解質が好ましい。 In order to increase the volume of hydrogen gas produced, an electrolyte may be added to the water. It is preferred to select an electrolyte with a cation with a lower electrode potential than H + , and thus generally alkaline electrolytes containing cations such as Li + , Na + , K + and Cs + are preferred.

水素ガスの製造をさらに高めるために、電気触媒を使用してもよい。そのような触媒を使用する電気分解を行う1つのシステムとして、高分子電解質膜システムがある。そのようなシステムでは、半透過性膜により1個以上のアノードおよびカソードが分離され、水素または酸素ガス以外のプロトンの通過が可能となる。アノードおよびカソードは、電気触媒、最も一般的には貴金属電気触媒で構成されてよく、またはそれらが適用されてよい。加えてまたは代わりに、電気触媒を高分子電解質膜自体に適用してもよい。   An electrocatalyst may be used to further enhance the production of hydrogen gas. One system for performing electrolysis using such a catalyst is a polymer electrolyte membrane system. In such systems, a semi-permeable membrane separates one or more anodes and cathodes, allowing passage of protons other than hydrogen or oxygen gas. The anode and cathode may be comprised of an electrocatalyst, most commonly a noble metal electrocatalyst, or they may be applied. In addition or alternatively, the electrocatalyst may be applied to the polymer electrolyte membrane itself.

電気触媒の使用により、得られる水素ガスの純度は大きく改良されるものの、それらの触媒は一般的に高価である。   Although the use of electrocatalysts greatly improves the purity of the resulting hydrogen gas, these catalysts are generally expensive.

従来の高分子電解質膜システムは、たとえば、水の触媒表面への送り出し、酸素の除去、プロトンのアノードへの除去および電極の外部回路への除去などの数多くの操作の速度が最大になるように電極/膜/電極集合体を形成しなければならないので、複雑である。   Conventional polymer electrolyte membrane systems maximize the speed of a number of operations, such as pumping water to the catalyst surface, removing oxygen, removing protons to the anode, and removing electrodes to the external circuit. Since the electrode / membrane / electrode assembly has to be formed, it is complicated.

また、電解槽の寸法も現在では限られており、これは、一部、操作中電解槽からガス性生成物を除去する必要があるためである。   Also, the dimensions of the electrolyzer are currently limited, partly because it is necessary to remove gaseous products from the electrolyzer during operation.

水の電気分解によって水素ガスを製造する効率を改良することが望まれ、そのようにするコストは、炭化水素改質のように、より環境的に有害なプロセスによって水素ガスを製造するコストと同等またはそれを下回るようである。これは、水素ガスの収率を上げること、水素ガスの純度を上げること、貴金属または半貴金属から形成される触媒の使用の必要性を減らすまたはなくすことの1つ以上によって達成することができるであろう。   It is desirable to improve the efficiency of producing hydrogen gas by electrolysis of water, and the cost of doing so is comparable to the cost of producing hydrogen gas by a more environmentally harmful process, such as hydrocarbon reforming Or seems to be below it. This can be achieved by one or more of increasing the yield of hydrogen gas, increasing the purity of the hydrogen gas, reducing or eliminating the need for the use of catalysts formed from noble or semi-noble metals. I will.

本発明の電解槽のアノード領域を示す図である。It is a figure which shows the anode area | region of the electrolytic cell of this invention.

したがって、本発明の第一態様によれば、アノード領域およびカソード領域はイオン選択性高分子電解質膜によって分離されている、アノード領域内のアノードと、カソード領域内のカソードと、アノードと連通する流動流体内のアノード液とを含む電解槽であって、前記アノード液は、水と、電解槽の作動時にアノードで少なくとも部分的に酸化され、アノードでのそのような酸化の後、水との反応によって少なくとも部分的に還元される酸化還元メディエーター対とを含み、前記反応は、アノード領域に含まれる触媒によって推し進められる電解槽が提供される。   Thus, according to the first aspect of the invention, the anode region and the cathode region are separated by an ion-selective polymer electrolyte membrane, the anode in the anode region, the cathode in the cathode region, and the fluid in communication with the anode. An electrolyzer comprising an anolyte in a fluid, said anolyte being at least partially oxidized at the anode during operation of the electrolyzer and reacting with water after such oxidation at the anode And an electrolyzer is provided wherein the reaction is driven by a catalyst contained in the anode region.

酸化還元メディエーター対(RMC)は、以下の式に従って、アノードで少なくとも部分的に酸化される。
RMCred → RMCox + e-
The redox mediator pair (RMC) is at least partially oxidized at the anode according to the following formula:
RMC red → RMC ox + e

電流密度に換算したこの反応速度は、少なくとも0.5A/cm、より好ましくは少なくとも約1A/cm、最も好ましくは約1〜2A/cmである。 This reaction rate in terms of current density is at least 0.5 A / cm 2 , more preferably at least about 1 A / cm 2 , and most preferably about 1-2 A / cm 2 .

水と接触すると、酸化された酸化還元メディエーター対は、少なくとも部分的に還元され、以下の式(以下、発生反応という)に従って、酸素ガスおよびプロトンを得る。
RMCox + 2HO → RMCred + O + 4H
Upon contact with water, the oxidized redox mediator pair is at least partially reduced to obtain oxygen gas and protons according to the following formula (hereinafter referred to as the generation reaction).
RMC ox + 2H 2 O → RMC red + O 2 + 4H +

この反応は、アノードでは全く起こらない。発生反応をアノードから離して起こすことによって、より単純でよりコストが低いアノード集合体を使用することができる。ガスの発生は、主電解槽集合体から完全に離れて起こりうるとも想像される。   This reaction does not occur at all at the anode. By allowing the generation reaction to take place away from the anode, simpler and less costly anode assemblies can be used. It is also envisioned that gas generation can occur completely away from the main cell assembly.

発生反応により形成されるプロトンは、高分子電解質膜を通ってカソードに送られ、水素ガスが形成される。   Protons formed by the generation reaction are sent to the cathode through the polymer electrolyte membrane to form hydrogen gas.

本発明のさらなる長所は、水素を発生させるのに必要な貴金属または半貴金属触媒の量が、従来の電気分解反応に比べて実質的に減らされている、またはなくなってさえいることである。   A further advantage of the present invention is that the amount of noble metal or semi-noble metal catalyst required to generate hydrogen is substantially reduced or even eliminated compared to conventional electrolysis reactions.

発生反応を推し進めるために、電解槽のアノード領域において触媒が使用される。触媒は、アノード液に溶解または懸濁されてもよい。加えてまたは代わりに、触媒は、アノード液流路に沿って1個以上の固定された場所で、たとえば、固定床型の取合わせの形態で溶解されてもよい。   In order to drive the generation reaction, a catalyst is used in the anode region of the electrolytic cell. The catalyst may be dissolved or suspended in the anolyte. In addition or alternatively, the catalyst may be dissolved at one or more fixed locations along the anolyte flow path, for example, in the form of a fixed bed type arrangement.

本発明の燃料槽のアノード領域で使用してもよいとりわけ好ましい触媒の例として、遷移金属、とりわけ第6〜9族に属する遷移金属、たとえば、マンガン、オスミウム、ロジウム、ルテニウム、タングステンおよび/またはイリジウムが挙げられる。ポリオキソメタレート触媒は、特に好ましい。とりわけ好ましい触媒は、イリジウムがドープされた酸化ルテニウム、[RuIII Zn(HO)(ZnW3414−、Cs10[Ru(μ−O)(μ−OH)(HO)(γ−SiW1036]、Na14[RuZn(HO)(ZnW34]および/またはLi10[Ru(μ−O)(μ−OH)(HO)(γ−SiW1036]である。 Examples of particularly preferred catalysts that may be used in the anode region of the fuel cell of the present invention include transition metals, especially those belonging to Groups 6-9, such as manganese, osmium, rhodium, ruthenium, tungsten and / or iridium. Is mentioned. Polyoxometalate catalysts are particularly preferred. Especially preferred catalysts are ruthenium oxide iridium-doped, [Ru III 2 Zn 2 ( H 2 O) 2 (ZnW 9 O 34) 2] 14-, Cs 10 [Ru 4 (μ-O) 4 (μ- OH) 2 (H 2 O) 4 (γ-SiW 10 O 36 ) 2 ], Na 14 [Ru 2 Zn 2 (H 2 O) 2 (ZnW 9 O 34 ) 2 ] and / or Li 10 [Ru 4 ( μ-O) 4 (μ-OH) 2 (H 2 O) 4 (γ-SiW 10 O 36 ) 2 ].

他の好ましい触媒として、Yagiら、Photochem.Photobiol.Sci.,2009,8,139−147に記載の触媒、特にジ−μ−オキソジマンガン錯体、たとえば、[(terpy)(HO)Mn(μ−O)Mn(terpy)(HO)]3+、[Mn(mcbpen)(HO)2+、Mnキューバン錯体、Mnポルフィリン二量体;二核ルテニウム錯体、たとえば、[(bpy)(HO)Ru(μ−O)Ru(HO)(bpy)4+、[(terpy)(HO)Ru(bpp)Ru(HO)(terpy)3+、[(tBuqui)(OH)Ru(btpyan)Ru(OH)(tBuqui)]2+および[Ru(macroN)(Rpy)Cl]3+;一核ルテニウム錯体、たとえば、[Ru(tBudnpp)(Rpy)OH2+錯体、[Ru(Rterpy)(bpy)OH2+錯体;および([IrIII(Rppy)(OH)(式中、Rは水素またはアルキル、特にメチルであって、Rは、水素、フェニルまたは、FまたはClのようなハロゲンである)のようなシクロ金属化イリジウムアコ錯体を始めとするイリジウム錯体が挙げられる。 Other preferred catalysts include Yagi et al., Photochem. Photobiol. Sci. , 2009, 8, 139-147, especially di-μ-oxodimanganese complexes, such as [(terpy) (H 2 O) Mn (μ-O) Mn (terpy) (H 2 O)] 3+ , [Mn 2 (mcbpen) 2 (H 2 O) 2 ] 2+ , Mn 4 O 4 Cuban complex, Mn porphyrin dimer; dinuclear ruthenium complex such as [(bpy) 2 (H 2 O) Ru ( μ-O) Ru (H 2 O) (bpy) 2] 4+, [(terpy) 2 (H 2 O) Ru (bpp) Ru (H 2 O) (terpy) 2] 3+, [(tBu 2 qui) (OH) Ru (btpyan) Ru (OH) (tBu 2 qui)] 2+ and [Ru 2 (macroN 6 ) (Rpy) 4 Cl] 3+ ; mononuclear ruthenium complexes, eg, [Ru (tBudnpp ) (Rpy) 2 OH 2 ] 2+ complex, [Ru (Rterpy) (bpy) OH 2 ] 2+ complex; and ([Ir III (R 1 R 2 ppy) 2 (OH 2 ) 2 ] + ), R 1 is hydrogen or alkyl, in particular methyl, and R 2 is hydrogen, phenyl or halogen such as F or Cl), and iridium complexes, including cyclometalated iridium aco complexes. .

使用すべき触媒の選択に影響を及ぼす一要因は、アノード液で使用されるべき酸化還元メディエーター対の特性である。酸化還元メディエーター対の酸化還元電位は、理想的には、1.23V(酸素還元電位)を超えるべきである。しかし、1.23Vを有意に超える酸化還元電位を示す酸化還元メディエーター対は、反応効率を減少させるので、一般的に望ましくない。約1.25〜約2.0Vの範囲の酸化還元電位を有する酸化還元メディエーター対が好ましい。とりわけ好ましい取合わせでは、酸化還元メディエーター対は、約1.3V〜約1.8V、約1.3V〜約1.7Vの酸化還元電位を示し、最も好ましくは約1.4V〜約1.6Vを示す。   One factor that affects the choice of catalyst to be used is the nature of the redox mediator pair to be used in the anolyte. The redox potential of the redox mediator pair should ideally exceed 1.23 V (oxygen reduction potential). However, redox mediator pairs that exhibit a redox potential significantly above 1.23 V are generally undesirable because they reduce reaction efficiency. A redox mediator pair having a redox potential in the range of about 1.25 to about 2.0V is preferred. In particularly preferred combinations, the redox mediator pair exhibits a redox potential of about 1.3V to about 1.8V, about 1.3V to about 1.7V, and most preferably about 1.4V to about 1.6V. Indicates.

本発明の電解槽に存在するアノード液で使用してもよい酸化還元メディエーター対としては、好ましくはランタン系金属原子、最も好ましくは1.4Vの酸化還元電位(ネルンスト)を有するセリウム3+/4+が挙げられる。酸化還元メディエーター対の溶解性を向上するため、酸のような追加の物質を使用してもよい。セリウムの溶解性を向上することができる酸の例は、メタンスルホン酸である。 The redox mediator pair that may be used in the anolyte present in the electrolytic cell of the present invention is preferably a lanthanum metal atom, most preferably cerium 3 + / 4 + having a redox potential (Nernst) of 1.4V. Can be mentioned. Additional materials, such as acids, may be used to improve the solubility of the redox mediator pair. An example of an acid that can improve the solubility of cerium is methanesulfonic acid.

触媒の酸化還元電位は、酸素の酸化還元電位を超えることが好ましく、メディエーターの酸化還元電位と類似するまたは該電位より200mVまで低いことが理想的であり、メディエーターの酸化還元電位より約50〜100mV低いことがより好ましい。   The oxidation-reduction potential of the catalyst preferably exceeds the oxidation-reduction potential of oxygen, ideally is similar to or less than 200 mV of the redox potential of the mediator, and about 50-100 mV below the mediator redox potential. More preferably, it is low.

アノード液は、アノード液流路内のアノード領域を流れることが好ましく、これは循環性であることが好ましい。   The anolyte preferably flows through the anode region in the anolyte flow path, which is preferably circulatory.

発生反応が進むにつれ、アノード液流れ内に存在する酸素ガスの量が増える。   As the generation reaction proceeds, the amount of oxygen gas present in the anolyte stream increases.

電解槽のアノード領域の圧力の過剰な上昇を防止するために、アノード領域から酸素を逃がす手段が備えられることが好ましい。すなわち、好ましい実施形態では、アノード液は、発生反応によって形成された酸素ガスの少なくとも一部をアノード液から分離させる分離ゾーンに流される。   In order to prevent an excessive increase in pressure in the anode region of the electrolytic cell, it is preferable to provide means for escaping oxygen from the anode region. That is, in a preferred embodiment, the anolyte is flowed to a separation zone that separates at least a portion of the oxygen gas formed by the generation reaction from the anolyte.

アノード液からの酸素ガスの分離は、数多くの方法で行われる。たとえば、酸素ガスがアノード液へ入ることにより、泡が形成されることになる。泡立った混合物は分離チャンバに流してもよい。分離チャンバ内での流速は、アノード液領域の残留物のあらゆる場所でのアノード液の流速より遅いことが好ましい。泡立ったアノード液は、発泡体の泡の自然崩壊によって、分離チャンバへ通過させられる。崩壊率を増やすために、空洞形成手段が提供されてもよい。空洞形成手段は、ガスおよび液体相の迅速な分離を行うサイクロン分離機を含んでもよい。   Separation of oxygen gas from the anolyte is accomplished in a number of ways. For example, bubbles are formed when oxygen gas enters the anolyte. The foamed mixture may flow to the separation chamber. The flow rate in the separation chamber is preferably slower than the anolyte flow rate everywhere in the anolyte region residue. The foamed anolyte is passed through the separation chamber by the natural collapse of the foam bubbles. In order to increase the collapse rate, a cavity forming means may be provided. The cavity forming means may include a cyclone separator that provides rapid separation of the gas and liquid phases.

分離ゾーンは、好ましくは、アノード液および酸素ガスの分離が行われる1個以上の分離チャンバと、アノード液および酸素ガスを受ける第一入口と、アノード液を電解槽のアノード領域に供給する第一出口と、水および/または酸化還元メディエーター対および/または触媒の供給を受ける第二入口と、チャンバから酸素を逃がす第二出口とを含む。   The separation zone preferably includes one or more separation chambers in which the anolyte and oxygen gas are separated, a first inlet that receives the anolyte and oxygen gas, and a first that supplies the anolyte to the anode region of the electrolytic cell. An outlet, a second inlet receiving a supply of water and / or redox mediator pair and / or catalyst, and a second outlet for escaping oxygen from the chamber.

アノード溶液におけるいかなる損失も減らす、および可能であればなくすために、1個以上のデミスタを、第二出口の上流、下流または第二出口内に備えてもよい。   One or more demisters may be provided upstream, downstream or in the second outlet of the second outlet to reduce and possibly eliminate any loss in the anolyte solution.

加えて、アノード液から水が過剰に蒸発することを防ぐために、コンデンサを、第二出口の上流、下流または第二出口内に備えてもよい。コンデンサを本発明の電解槽で使用する場合、予め決められた量の凝集物をシステムに戻すように配置することが好ましい。アノード液に戻す前に、凝集物をデミスタ(複数を含む)に通すことが好ましい。   In addition, a capacitor may be provided upstream, downstream or in the second outlet to prevent excessive evaporation of water from the anolyte. When a capacitor is used in the electrolytic cell of the present invention, it is preferably arranged to return a predetermined amount of agglomerates back to the system. Prior to returning to the anolyte, the agglomerates are preferably passed through a demister (s).

本発明のある取合せでは、アノード液流路は、アノード液の流れの方向の断面積で増えることが好ましい。これは、アノード液および酸素ガスの体積の増加を図るためであり、これにより、流速の加速を予防する。断面積での増加は、分岐テーパを有する流路によって行うことができる。酸素ガスの形成が、アノード液流路内の同じ点で起こることが予想される場合、たとえば、流れるアノード液が、触媒の充填床(固定位置で)またはアノードに備えられた触媒に晒される場合、断面が増加する流路部分の使用はとりわけ有用である。   In certain arrangements of the present invention, it is preferred that the anolyte channels increase in cross-sectional area in the direction of anolyte flow. This is to increase the volume of the anolyte and oxygen gas, thereby preventing the acceleration of the flow rate. The increase in the cross-sectional area can be performed by a flow path having a branch taper. When the formation of oxygen gas is expected to occur at the same point in the anolyte flow path, for example, when the flowing anolyte is exposed to a packed bed of catalyst (in a fixed position) or a catalyst provided on the anode The use of a channel portion with an increased cross section is particularly useful.

アノード溶液を循環させるために、アノード液流路内の任意の便利な位置に、1個以上のポンプを備えてもよい。好ましくは、少なくとも1個のポンプを分離ゾーンの下流末端とアノードの上流末端との間に設置する。   One or more pumps may be provided at any convenient location within the anolyte flow path to circulate the anolyte solution. Preferably, at least one pump is installed between the downstream end of the separation zone and the upstream end of the anode.

当業者であれば、高分子電解質膜を製造するために使用してもよい材料を熟知しているであろう。   One skilled in the art will be familiar with materials that may be used to produce the polymer electrolyte membrane.

高分子電解質膜は、電解槽の作動時に、プロトンが膜を介してそのアノード側からカソード側へ通過するように適合することが好ましい。膜は、他のカチオンよりプロトンに対して選択的であるものが好ましい。   The polymer electrolyte membrane is preferably adapted so that protons pass from the anode side to the cathode side through the membrane during operation of the electrolytic cell. The membrane is preferably selective for protons over other cations.

膜は、任意の適切な材料から形成してもよいが、カチオン交換能を有する高分子物質を含むことが好ましい。適切な例として、フッ素樹脂型イオン交換樹脂および非フッ素樹脂型イオン交換樹脂が挙げられる。フッ素樹脂型イオン交換樹脂として、パーフルオロカルボン酸樹脂、パーフルオロスルホン酸樹脂などが挙げられる。パーフルオロカルボン酸樹脂、たとえば、「Nafion」(登録商標)(デュポン社)、「フレミオン」(登録商標)(旭硝子株式会社)、「アシプレックス」(旭化成株式会社)などが好ましい。非フッ素樹脂型イオン交換樹脂として、ポリビニルアルコール、ポリアルキレンオキシド、スチレン−ジビニルベンゼンイオン交換樹脂など、およびこれらの金属塩が挙げられる。好ましい非フッ素樹脂型イオン交換樹脂として、ポリアルキレンオキシド−アルカリ金属塩錯体が挙げられる。これらは、たとえば塩素酸リチウムまたは他のアルカリ金属塩の存在下で、エチレンオキシドオリゴマーを重合することによって得られる。他の例として、フェノールスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリトリフルオロスチレンスルホン酸、スルホン化トリフルオロスチレン、α,β,βトリフルオロスチレンモノマーに基づくスルホン化共重合体、放射線グラフト膜が挙げられる。非フッ素化膜として、スルホン化ポリ(フェニルキノキサリン)、ポリ(2,6−ジフェニル−4−フェニレンオキシド)、ポリ(アリールエーテルスルホン)、ポリ(2,6−ジフェニルエノール);酸がドープされたポリベンズイミダゾール、スルホン化ポリイミド;スチレン/エチレン−ブタジエン/スチレントリブロックコポリマー;部分スルホン化ポリアリーレンエーテルスルホン;部分スルホン化ポリエーテルエーテルケトン(PEEK);ポリベンジルスルホン酸シロキサン(PBSS)が挙げられる。   The membrane may be formed of any appropriate material, but preferably contains a polymer substance having a cation exchange ability. Suitable examples include fluororesin type ion exchange resins and non-fluororesin type ion exchange resins. Examples of the fluororesin type ion exchange resin include perfluorocarboxylic acid resin and perfluorosulfonic acid resin. Perfluorocarboxylic acid resins such as “Nafion” (registered trademark) (DuPont), “Flemion” (registered trademark) (Asahi Glass Co., Ltd.), “Aciplex” (Asahi Kasei Corporation) and the like are preferable. Examples of the non-fluorine resin type ion exchange resin include polyvinyl alcohol, polyalkylene oxide, styrene-divinylbenzene ion exchange resin, and metal salts thereof. Preferable non-fluororesin type ion exchange resins include polyalkylene oxide-alkali metal salt complexes. These are obtained, for example, by polymerizing ethylene oxide oligomers in the presence of lithium chlorate or other alkali metal salts. Other examples include phenol sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid, polytrifluorostyrene sulfonic acid, sulfonated trifluorostyrene, sulfonated copolymers based on α, β, β trifluorostyrene monomers, and radiation graft membranes. As non-fluorinated membranes, sulfonated poly (phenylquinoxaline), poly (2,6-diphenyl-4-phenylene oxide), poly (aryl ether sulfone), poly (2,6-diphenylenol); acid doped Polybenzimidazoles, sulfonated polyimides; styrene / ethylene-butadiene / styrene triblock copolymers; partially sulfonated polyarylene ether sulfones; partially sulfonated polyether ether ketones (PEEK); polybenzyl sulfonate siloxanes (PBSS).

電解槽の電極および高分子電解質膜は、電解槽内で、サンドイッチ型構造で配置されることが好ましく、該槽は、サンドイッチ構造のアノード側のアノードチャンバと、サンドイッチ構造のカソード側のカソードチャンバとを含む。   The electrode of the electrolytic cell and the polymer electrolyte membrane are preferably arranged in a sandwich type structure in the electrolytic cell, and the cell includes an anode chamber on the anode side of the sandwich structure, and a cathode chamber on the cathode side of the sandwich structure. including.

アノードを製造するために使用してもよい材料の範囲は、当業者に公知である。本発明の電解槽内のアノードは、炭素または白金、ニッケルおよび/または金属酸化物種のような金属材料を含んでもよい。しかし、高価なアノード材料を避けることが好ましく、したがって好ましいアノード材料として、炭素、ニッケル金属酸化物が挙げられる。アノード材料は、粒子状アノード材料の微分散物から構成されてもよく、該分散物は、適切な接着剤によって結合されている。アノードは、多孔性、部分的に多孔性または非多孔性であってもよい。アノードは、アノード液の最大流れがアノード表面に作られるように設計されている。したがって、形成された流量調整器または三次元電極で構成されてもよく、該液体流れは、電極に隣接する液体流路のある、または三次元電極の場合、液体が強制的に電極を通る流通配列で管理されてもよい。また、電極の表面は、電気触媒で形成されてもよく、または電極の表面に析出した粒状物の形態で電気触媒が付着することが有利であることもある。   The range of materials that may be used to manufacture the anode is known to those skilled in the art. The anode in the electrolytic cell of the present invention may comprise a metal material such as carbon or platinum, nickel and / or metal oxide species. However, it is preferred to avoid expensive anode materials and therefore preferred anode materials include carbon, nickel metal oxides. The anode material may be composed of a fine dispersion of particulate anode material, the dispersion being bound by a suitable adhesive. The anode may be porous, partially porous or non-porous. The anode is designed so that a maximum flow of anolyte is created on the anode surface. Thus, it may consist of a flow regulator or a three-dimensional electrode formed, the liquid flow having a liquid flow path adjacent to the electrode, or in the case of a three-dimensional electrode, the liquid is forced to flow through the electrode. It may be managed in an array. The surface of the electrode may also be formed with an electrocatalyst, or it may be advantageous for the electrocatalyst to adhere in the form of particulates deposited on the surface of the electrode.

アノードは、酸化ジルコニウム、カオリンまたはゼオライトのような材料の粒状物でさらに強化された、先に検討した種類のアノード材料を主として含む複合電極であってもよい。   The anode may be a composite electrode primarily comprising an anode material of the type discussed above, further reinforced with particulates of a material such as zirconium oxide, kaolin or zeolite.

本発明の好ましい実施形態では、アノードは、アノード液入口流路と、アノード液入口流路と連通する流体内の1個以上の流路とを含むアノード集合体の形態を取り、流路は、1個以上のアノード領域を含む流路壁で規定され、少なくとも1個の流路は、アノード液入口流路と繋がっていない。   In a preferred embodiment of the present invention, the anode takes the form of an anode assembly that includes an anolyte inlet channel and one or more channels in fluid in communication with the anolyte inlet channel, the channel comprising: The channel wall is defined by a channel wall including one or more anode regions, and at least one channel is not connected to the anolyte inlet channel.

「アノード液入口流路」は、単にアノード液を集合体に向かわせるだけでなく、アノード液をアノードに運ぶ流路を意味する。したがって、アノード集合体チャンバ壁の外側に備えられ、アノード液が集合体へ向かう入口は、それ自身、アノード液入口流路であるとは考えられない。しかし、そのような入口により供給される流路は、たとえ、アノード液を集合体に運ぶ入口と繋がっていなくても、アノード液入口流路であると考えられる。   “Anolyte inlet channel” means a channel that not only directs the anolyte towards the assembly, but also carries the anolyte to the anode. Thus, the inlet provided outside the anode assembly chamber wall, where the anolyte goes to the assembly, is not considered to be an anolyte inlet flow path by itself. However, the flow path supplied by such an inlet is considered to be an anolyte inlet flow path even though it is not connected to the inlet that carries the anolyte to the assembly.

電解槽の作動時に、アノード液は、電解槽のアノード集合体を通るアノードと連通する流体において流れを提供する。酸化還元メディエーター対は、電解槽の作動時にアノードで少なくとも部分的に酸化され、水との反応によって少なくとも部分的に還元される。   During operation of the electrolytic cell, the anolyte provides a flow in the fluid that communicates with the anode through the anode assembly of the electrolytic cell. The redox mediator pair is at least partially oxidized at the anode during operation of the electrolytic cell and is at least partially reduced by reaction with water.

好ましい実施形態では、アノードは、多孔性の1個以上の領域を含む。そのような実施形態では、電解槽は、アノード液がアノードの多孔性領域(複数を含む)を通るように配置され、酸化還元メディエーター対は、少なくとも部分的に酸化される。多孔性アノード領域が使用される配置では、部分的に規定する流路は、最少抵抗の通路、すなわちアノードの多孔性領域(複数を含む)を通って流路に強制的にアノード液を流すように、一方の端が閉じられてもよい。流路が閉じられている場合、多孔性アノード領域は、少なくとも、流路の閉じられた端に備えられるが、加えて、流路を規定する壁の全体に沿って延びてもよい。   In a preferred embodiment, the anode includes one or more regions that are porous. In such embodiments, the electrolyser is positioned such that the anolyte passes through the porous region (s) of the anode and the redox mediator pair is at least partially oxidized. In arrangements where a porous anode region is used, the partially defined flow path is such that the anolyte is forced to flow through the least resistive path, i.e. the porous area (s) of the anode, to the flow path. In addition, one end may be closed. If the flow path is closed, the porous anode region is provided at least at the closed end of the flow path, but may additionally extend along the entire wall defining the flow path.

アノード領域の多孔性にもかかわらず、ある実施形態では、全部ではないかもしれないが、実質的に全ての流路壁は、多孔性でもよく多孔性でなくてもよいアノード材料で形成される。   Despite the porosity of the anode region, in some embodiments, substantially all of the channel walls may be formed of an anode material that may or may not be porous. .

アノード液入口流路に繋がっていない1個以上の流路の使用により、アノードを通るアノード液用の複数の短い流路が効果的に作られる。アノード液は非線状流路を通るので、アノード液の速度の損失が観察される。このアノード液速度の損失は、損失がなければアノード液がアノード集合体を通る時に観察される流体圧力における、いかなる降下も有利に減らす。圧力降下を最少にすることによって、アノード液とアノード領域との相互反応は最大となる。さらに、流れ距離が減少することによって流れ速度の損失が相殺されるので、電解槽を介するアノード液の高い全流速を維持することができる。   The use of one or more channels that are not connected to the anolyte inlet channel effectively creates a plurality of short channels for the anolyte through the anode. As the anolyte passes through the non-linear flow path, a loss of anolyte velocity is observed. This loss of anolyte velocity advantageously reduces any drop in fluid pressure observed when anolyte passes through the anode assembly without loss. By minimizing the pressure drop, the interaction between the anolyte and the anode region is maximized. In addition, a reduction in flow distance cancels out the flow velocity loss, so that a high total anolyte flow rate through the electrolytic cell can be maintained.

アノード集合体を流れ抜けるアノード液の圧力降下を最少にすることは、アノード液の多孔性アノードを介する流れを方向付けるように適用された集合体において、とりわけ有利である。もし、アノード液の流れで圧力降下があれば、アノード(複数を含む)を抜けるアノード液の流体抵抗は増すであろう。これは、アノード集合体を通るアノード液の全流体速度を減らす効果を有するであろう。電解槽のバイアビリティはそこを通るアノード液の高い流速に依存するので、アノード液の多孔性アノードを流通する速度、したがって該流体の圧力は、重要である。   Minimizing the anolyte pressure drop through the anode assembly is particularly advantageous in assemblies applied to direct the flow of anolyte through the porous anode. If there is a pressure drop in the anolyte flow, the anolyte fluid resistance through the anode (s) will increase. This will have the effect of reducing the total fluid velocity of the anolyte through the anode assembly. Since the viability of the electrolytic cell depends on the high flow rate of the anolyte therethrough, the speed of the anolyte flowing through the porous anode, and thus the pressure of the fluid, is important.

線状流路は、本発明の電解槽で使用できるアノード集合体において、効果的に使用することができる。しかし、他の実施形態では、流路は非線状であり、1つ以上の角および/または角度を含む。   The linear flow path can be effectively used in an anode assembly that can be used in the electrolytic cell of the present invention. However, in other embodiments, the flow path is non-linear and includes one or more corners and / or angles.

最も好ましい実施形態では、流路の可能な限り高い比率は、アノード液入口流路と繋がっていない。   In the most preferred embodiment, the highest possible ratio of channels is not connected to the anolyte inlet channel.

アノードは、アノード溶液の最大流れをアノード表面に作るように設計されることが好ましい。したがって、形成された流量調整器または三次元電極で構成されてもよく、該液体流れは、電極に隣接する液体流路のある、または三次元電極の場合、液体が強制的に電極を通る流通配列で管理されてもよい。   The anode is preferably designed to create a maximum flow of anolyte solution on the anode surface. Thus, it may consist of a flow regulator or a three-dimensional electrode formed, the liquid flow having a liquid flow path adjacent to the electrode, or in the case of a three-dimensional electrode, the liquid is forced to flow through the electrode. It may be managed in an array.

また電極の表面は電気触媒であることが意図されるが、電極の表面に析出した粒状体の形態で、電気触媒が付着していることが有利であるかもしれない。   Also, although the electrode surface is intended to be an electrocatalyst, it may be advantageous for the electrocatalyst to be deposited in the form of particulates deposited on the electrode surface.

一実施形態では、1個以上の流路は、アノード液入口流路から延びる。繋がっていない流路の1個以上は、ある角度で、アノード液入口流路から延びていることは理解されるであろう。それは、アノード液入口流路および流路(複数を含む)を描く角度である。好ましい実施形態では、1個以上の流路は、135以下、120℃以下、最も好ましくは90℃以下の角度で、アノード液入口流路から延びる。誤解を避けるために、1個以上の流路の投射角は、流路の直前(すなわち上流)のアノード液入口チューブの縦軸から測定される。   In one embodiment, the one or more channels extend from the anolyte inlet channel. It will be understood that one or more of the unconnected channels extend from the anolyte inlet channel at an angle. It is the angle that draws the anolyte inlet channel and channel (s). In a preferred embodiment, the one or more channels extend from the anolyte inlet channel at an angle of 135 or less, 120 ° C. or less, and most preferably 90 ° C. or less. To avoid misunderstandings, the projection angle of one or more flow paths is measured from the vertical axis of the anolyte inlet tube just before the flow path (ie upstream).

他の配置では、アノード液入口流路は、そこから延びる流路を有するより、アノード液析出ゾーンで終わってもよい。そのような配置では、1個以上の流路は、アノード液析出ゾーンから延びてもよい。   In other arrangements, the anolyte inlet channel may end at the anolyte deposition zone rather than having a channel extending therefrom. In such an arrangement, one or more flow paths may extend from the anolyte deposition zone.

流路は一般的に平行であることが好ましい。本発明のとりわけ好ましい実施形態では、複数の平行流路は、アノード液入口流路から垂直に延びる。   It is preferable that the flow paths are generally parallel. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the plurality of parallel channels extends vertically from the anolyte inlet channel.

いかなる誤解も避けるために、流路に対して平行である場合に限り、流路はアノード液入口流路に繋がっていないと考えられる。   In order to avoid any misunderstandings, it is considered that the channel is not connected to the anolyte inlet channel only if it is parallel to the channel.

アノード集合体は、アノード液収集ゾーンを含むことが好ましい。アノード液収集ゾーンの少なくとも一部は、1個以上の流路の外壁によって規定されている。アノード液収集ゾーンを規定する壁は、アノード領域(複数を含む)を含んでもよい。アノード液は、1個以上の流路を出た後、アノード液収集ゾーン内にたまるであろう。   The anode assembly preferably includes an anolyte collection zone. At least a portion of the anolyte collection zone is defined by the outer wall of one or more flow paths. The wall defining the anolyte collection zone may include the anode region (s). The anolyte will accumulate in the anolyte collection zone after exiting one or more flow paths.

アノード液収集ゾーンは、好ましくは流路の外壁で形成されている収集流路を含んでもよい。好ましい実施形態では、収集流路は、複数の平行する流路の間に備えられ、互いに組み合わされた構造を提供するであろう。アノード領域は、収集流路を規定する壁内に備えられてもよい。   The anolyte collection zone may include a collection channel preferably formed by the outer wall of the channel. In a preferred embodiment, the collection channel will be provided between a plurality of parallel channels and will provide a combined structure. The anode region may be provided in a wall that defines a collection flow path.

アノード集合体は、チャンバに収納されていることが好ましい。チャンバ壁は、1個以上のアノード液入口流路、1個以上の流路、1個以上の収集流路およびアノード液収集ゾーンを、部分的に規定してもよい。   The anode assembly is preferably housed in the chamber. The chamber wall may partially define one or more anolyte inlet channels, one or more channels, one or more collection channels, and an anolyte collection zone.

アノード集合体は、アノード液出口流路が備わっていることが好ましい。アノード液収集ゾーンが存在する配置では、アノード液出口流路は、収集ゾーンと流体連通していることが好ましい。アノード液収集ゾーンが存在しない配置では、アノード液出口流路は、少なくとも1個の流路と流体連通していることが好ましい。   The anode assembly is preferably provided with an anolyte outlet channel. In arrangements where an anolyte collection zone is present, the anolyte outlet channel is preferably in fluid communication with the collection zone. In an arrangement where there is no anolyte collection zone, the anolyte outlet channel is preferably in fluid communication with at least one channel.

本発明第二態様によれば、電解槽を操作する方法であって、
a)アノード領域およびカソード領域は、イオン選択性高分子電解質膜によって分離されている、電解槽のアノード領域内のアノードと、カソード領域内のカソードとを提供するステップと、
b)水と酸化還元メディエーター対とを含むアノード液を提供するステップと、
c)アノード液をアノードに接触させ、アノード液を、アノードで少なくとも部分的に酸化させ、アノードでのそのような酸化の後、水との反応によって少なくとも部分的に還元させるステップであって、該反応は、アノード領域に含まれる触媒によって推し進められるステップとを含む方法が提供される。
According to a second aspect of the present invention, a method for operating an electrolytic cell,
a) providing an anode in the anode region of the electrolytic cell and a cathode in the cathode region, wherein the anode region and the cathode region are separated by an ion selective polymer electrolyte membrane;
b) providing an anolyte comprising water and a redox mediator pair;
c) contacting the anolyte with the anode, wherein the anolyte is at least partially oxidized at the anode and, after such oxidation at the anode, is at least partially reduced by reaction with water comprising the steps of: And a step wherein the reaction is driven by a catalyst contained in the anode region.

誤解を避けるために、本発明の第一態様の種々の態様、具体的には、電解槽の特性、ならびにその構成成分および試薬について記載する場合、それらの特性は、本発明の第二態様の構成成分および試薬にも同じように適用される。   To avoid misunderstanding, when describing various aspects of the first aspect of the invention, specifically the characteristics of the electrolyzer, and its constituents and reagents, those characteristics are the same as those of the second aspect of the invention. The same applies to the components and reagents.

本発明を以下の実施例を参照してより具体的に記載する。   The invention will be described more specifically with reference to the following examples.

実施例1
図1に、本発明の電解槽(10)のアノード領域を図示する。電解槽(10)は、一連のカソード(12)およびアノード(14)を含み、これらは膜(16)で分離されている。アノード液は、アノード液領域の周りの循環式アノード液流路(20)を流れる。図示した実施形態では、アノード液はそこに溶解する触媒を含む。これにより、アノード液領域内でのアノード液の位置にかかわらず、発生反応を一定に進行させる。触媒の固定床が、アノード液流路内またはそこに隣接する他の配置では、発生反応の速度は、触媒床に対するアノード液の接近度に依存することは理解されるであろう。
Example 1
FIG. 1 illustrates the anode region of the electrolytic cell (10) of the present invention. The electrolyzer (10) includes a series of cathodes (12) and anodes (14) separated by a membrane (16). The anolyte flows through a circulating anolyte channel (20) around the anolyte region. In the illustrated embodiment, the anolyte contains a catalyst dissolved therein. Thereby, the generated reaction is allowed to proceed constantly regardless of the position of the anolyte in the anolyte region. It will be appreciated that in other arrangements where the fixed bed of catalyst is in or adjacent to the anolyte flow path, the rate of the generation reaction depends on the proximity of the anolyte to the catalyst bed.

発生反応が進むにつれ、プロトンが製造され、これらはアノード液流路でアノードに運ばれ、ここで膜を通過してカソードに運ばれ、ここで水素ガスが形成される。これは、ライン18を介して得られる。   As the evolutionary reaction proceeds, protons are produced, which are carried in the anolyte flow path to the anode where they pass through the membrane to the cathode where hydrogen gas is formed. This is obtained via line 18.

プロトンの製造に加えて、酸素ガスも該発生反応により製造される。これは、同伴気泡22を有する液体の形態で、分離ゾーン24に運ばれる。   In addition to the production of protons, oxygen gas is also produced by the generation reaction. This is carried to the separation zone 24 in the form of a liquid with entrained bubbles 22.

分離ゾーン24は、アノード液が通過する分離チャンバを含む。分離チャンバでアノード液流速が減少することで、アノード液内部に酸素泡の空洞形成が引き起こされる。このプロセスを促進するために、サイクロン分離機(図示せず)の形態で空洞形成手段が備えられる。   The separation zone 24 includes a separation chamber through which the anolyte passes. Decreasing the anolyte flow rate in the separation chamber causes oxygen bubble cavities to form inside the anolyte. To facilitate this process, cavitation means are provided in the form of a cyclone separator (not shown).

分離ゾーンには、分離チャンバから酸素を逃がす酸素出口26が備えられる。いかなる捕獲水もアノード液に戻すデミスタおよび/またはコンデンサは、酸素出口26内またはその下流に備えられてもよい。アノード液システムから水の損失がある場合は、追加の水を、ライン28を介して提供することができる。   The separation zone is provided with an oxygen outlet 26 that allows oxygen to escape from the separation chamber. A demister and / or condenser that returns any captured water to the anolyte may be provided in or downstream of the oxygen outlet 26. If there is water loss from the anolyte system, additional water can be provided via line 28.

Claims (16)

アノード領域およびカソード領域はイオン選択性高分子電解質膜によって分離されている、前記アノード領域内のアノードと、前記カソード領域内のカソードと、前記アノードと連通する流動流体内のアノード液とを含む電解槽であって、前記アノード液は、水と、電解槽の作動時に前記アノードで少なくとも部分的に酸化され、前記アノードでのそのような酸化の後、水との反応によって少なくとも部分的に還元される酸化還元メディエーター対とを含み、前記反応は、前記アノード領域に含まれる触媒によって推し進められる電解槽。   An anode region and a cathode region are separated by an ion-selective polymer electrolyte membrane, and an electrolysis comprising an anode in the anode region, a cathode in the cathode region, and an anolyte in a flowing fluid communicating with the anode. A bath wherein the anolyte is at least partially oxidized at the anode during operation of the electrolyzer and is at least partially reduced by reaction with water after such oxidation at the anode. An electrolytic cell wherein the reaction is driven by a catalyst contained in the anode region. 前記触媒は、前記アノードおよび/または前記膜の表面に備えられる請求項1に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 1, wherein the catalyst is provided on a surface of the anode and / or the membrane. 前記触媒は、アノード液流路内の固定床に備えられる請求項1または2に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 1, wherein the catalyst is provided on a fixed bed in the anolyte flow path. 前記触媒は、前記アノード液に溶解または懸濁されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 1, wherein the catalyst is dissolved or suspended in the anolyte. 前記触媒は、第6〜9族の遷移金属の1個以上の原子を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解槽。   5. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the catalyst contains one or more atoms of Group 6 to 9 transition metals. 前記第6〜9族の遷移金属は、マンガン、オスミウム、ロジウム、ルテニウム、タングステンおよび/またはイリジウムである請求項5に記載の電解槽。   6. The electrolytic cell according to claim 5, wherein the Group 6-9 transition metal is manganese, osmium, rhodium, ruthenium, tungsten and / or iridium. 前記酸化還元メディエーター対は、1.25Vを超える酸化還元電位を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 1, wherein the redox mediator pair has a redox potential exceeding 1.25V. 前記酸化還元メディエーター対は、1.3V〜1.8Vの酸化還元電位を有する請求項1〜7のいずれか一項に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 1, wherein the redox mediator pair has a redox potential of 1.3 V to 1.8 V. 前記酸化還元メディエーター対は、セリウムを含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the redox mediator pair includes cerium. 前記アノード領域は、分離ゾーンが備えられ、前記アノード液から少なくともいくらかの酸素ガスを除去する請求項1〜9のいずれか一項に記載の電解槽。   10. The electrolytic cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the anode region is provided with a separation zone and removes at least some oxygen gas from the anolyte. 前記分離ゾーンは、ガスおよび液体相を分離する空洞形成手段を含む請求項10に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 10, wherein the separation zone includes a cavity forming means for separating a gas and a liquid phase. 前記分離ゾーンは、さらに、酸素ガス出口を含む請求項10または11に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 10 or 11, wherein the separation zone further includes an oxygen gas outlet. さらに、コンデンサおよび/またはデミスタを含み、これらは前記酸素ガス出口の上流、下流または酸素ガス出口内に備えられてもよい請求項12に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 12, further comprising a capacitor and / or a demister, which may be provided upstream, downstream or in the oxygen gas outlet of the oxygen gas outlet. 前記アノードは、非多孔性、部分的に多孔性または多孔性である請求項1〜13のいずれか一項に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to any one of claims 1 to 13, wherein the anode is non-porous, partially porous or porous. 前記アノードは、複合電極である請求項1〜14のいずれか一項に記載の電解槽。   The electrolytic cell according to claim 1, wherein the anode is a composite electrode. 電解槽を操作する方法であって、
a)アノード領域およびカソード領域はイオン選択性高分子電解質膜によって分離されている、電解槽の前記アノード領域内のアノードと、前記カソード領域内のカソードとを提供するステップと、
b)水と酸化還元メディエーター対とを含むアノード液を提供するステップと、
c)前記アノード液を前記アノードに接触させ、該アノード液を、該アノードで少なくとも部分的に酸化させ、該アノードでのそのような酸化の後、水との反応によって少なくとも部分的に還元させるステップであって、該反応は、前記アノード領域に含まれる触媒によって推し進められるステップとを含む方法。
A method of operating an electrolytic cell,
a) providing an anode in the anode region of the electrolytic cell and a cathode in the cathode region, wherein the anode region and the cathode region are separated by an ion selective polymer electrolyte membrane;
b) providing an anolyte comprising water and a redox mediator pair;
c) contacting the anolyte with the anode, oxidizing the anolyte at least partially at the anode, and after such oxidation at the anode, at least partially reducing by reaction with water. Wherein the reaction is driven by a catalyst contained in the anode region.
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