JP2014196217A - 電極、および、ガス生成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電解液から水素ガスを生成する電極は、表面を有する基部と、基部の表面から突出する突出部であって、基部の表面上の互いに離れた位置に配置された複数の突出部と、を含む。突出部の表面の材料は、基部の表面の材料よりも水素過電圧が低い材料を含む。
【選択図】 図5
Description
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置用の、電解液から水素ガスを生成する電極であって、
表面を有する基部と、
前記基部の前記表面から突出する突出部であって、前記基部の前記表面上の互いに離れた位置に配置された複数の前記突出部と、
を含み、
前記突出部の表面の材料は、前記基部の前記表面の材料よりも水素過電圧が低い材料を含む、
電極。
適用例1に記載の電極であって、
前記基部の前記表面の材料は、鉄と、銅と、炭素と、亜鉛と、水銀と、鉛とのうちから選択された材料を含み、
前記突出部の前記表面の材料は、白金と、鉄と、銅と、炭素と、亜鉛と、水銀とのうちから選択される材料であって、前記基部の前記表面の前記材料よりも水素過電圧が低い材料を、含む、
電極。
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置であって、
適用例1または2に記載の電極である第1電極と、
前記第1電極を収容する第1室と、
前記電解液から酸素ガスを生成する光触媒を含む第2電極と、
前記第2電極を収容する第2室と、
を備える、ガス生成装置。
A1.ガス生成装置の概要:
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図1は、本発明の一実施例としてのガス生成システムの概略図である。ガス生成システム900は、水の電気分解によって水素ガスと酸素ガスとを生成する。ガス生成システム900は、ガス生成装置800と、直流電源400と、電解液供給装置500と、を備えている。
図2は、ガス生成装置800の構成を示す断面図であり、図3はガス生成装置800の分解断面図であり、図4は、ガス生成装置800の分解斜視図である。図中には、互いに直交する3つの方向Dx、Dy、Dzが示されている。図2と図3とは、第2方向Dyと直交する断面図であり、図4(A)に示すA−A断面である。図4(A)と図4(B)との間では、観察する方向が互いに逆方向である。以下、第1方向Dxを「+Dx方向」とも呼び、第1方向Dxの反対方向を「−Dx方向」とも呼ぶ。また、+Dx方向側を、単に「+Dx側」とも呼び、−Dx方向側を、単に「−Dx側」とも呼ぶ。「+Dy方向」と「−Dy方向」と「+Dy側」と「−Dy側」と「+Dz方向」と「−Dz方向」と「+Dz側」と「−Dz側」とについても、同様である。なお、本実施例では、第2方向Dyが鉛直上方向を向くように、ガス生成装置800の向きが設定される。
図2に示すように、第1室210は、容器110と分離膜330とによって形成される空間である。以下、容器110を、「第1室形成部110」とも呼ぶ。容器110は、−Dz方向を向いた開口111と、開口111に連通する凹部である収容室112と、を有する有底の容器である。
図2に示すように、第2室220は、第2室形成部140と分離膜330とガラス板324とによって形成される空間である。第2室形成部140は、第1壁部材120と、第1壁部材120の−Dz側に配置される第2壁部材130と、を含んでいる。
図4に示すように、ガス生成装置800の複数の部材は、複数のボルト380によって固定される。複数のボルト380のために、容器110は、複数のネジ孔119を有し、第1壁部材120は、複数のネジ孔129を有し、第2壁部材130は、複数のネジ孔139を、有している。容器110のネジ孔119には、雌ネジが形成されている。ボルト380は、−Dz側から、ネジ孔139、129を通り抜け、そして、容器110のネジ孔119にねじ込まれる。複数のネジ孔119、129、139は、収容室112と貫通孔122、132(すなわち、第1室210と第2室220)の周囲を囲むように、配置されている。
A3−1.構成:
図5(A)は、第1電極310の斜視図であり、図5(B)は、基部311の第1面s1の一部の拡大斜視図である。図5(B)に示すように、基部311の第1面s1上には、多数の突出部312が設けられている。本実施例では、複数の突出部312は、第1面s1上の互いに離れた位置に配置されている。そして、各突出部312の形状は、略円柱形状である。円柱形状の一端面(すなわち、円形状の端面)が、第1面s1に固定されている。各突出部312は、基部311の第1面s1から、第1面s1と垂直な方向(具体的には、+Dz方向)に向かって、突出している。図5(C)は、図5(B)のB−B断面である。この断面は、第1方向Dxと直交し、基部311と突出部312とを含んでいる。図示するように、基部311の第2面s2にも、第1面s1と同様に、多数の突出部312が固定されている。第2面s2に固定された突出部312は、第2面s2から−Dz方向に向かって突出している。本実施例では、基部311は、第2方向Dy、すなわち、鉛直方向に沿って延びるように配置される。そして、突出部312は、第3方向Dzと平行な方向、すなわち、水平方向に突出するように、配置される。
図6は、基部311の第1面s1上に突出部312を形成する手順の例を示す概略図である。図6には、図5(C)と同様の断面図が示されている。本実施例では、いわゆるスパッタリングによって、突出部312が形成される。
図7、図8は、第1電極で生成される水素ガスの気泡の挙動を示す概略図である。図7は、参考例を示し、図8は、実施例を示している。まず、図7の参考例について説明する。図7には、参考例の第1電極310xの一部の断面図が示されている。実施例の第1電極310との差異は、基部311xと突出部312xとが同じ材料で構成されている点だけである。例えば、参考例の基部311xと突出部312xとは、同じ白金で構成されている。基部311xの形状は、実施例の基部311の形状と、同じである。突出部312xの形状は、実施例の突出部312の形状と、同じである。なお、図示された断面図は、図5(C)に示す第1電極310の断面と同様に、第1方向Dxと直交し、基部311xと突出部312xとを含む断面を表している。
図9は、突出部の別の実施例を示す概略図である。図9(A)は、図5(B)と同様の斜視図であり、図9(B)は、図5(C)と同様の断面図である。図9(A)に示すように、突出部312aの形状は、略円錐形状であり、突出部312aは、第1面s1から、第1面s1と垂直な方向(具体的には、+Dz方向)に向かって、突出している。突出部312aの外径は、基部311の第1面s1から遠いほど、小さい。図9(B)に示すように、第2面s2にも、第1面s1と同様に、多数の突出部312aが固定されている。突出部312aは、第1実施例の突出部312と同様に、白金で構成されている。第2実施例の第1電極310aの他の部分の構成は、第1実施例の第1電極310の構成と同じである。第2実施例の第1電極310aは、第1実施例の第1電極310の代わりに、利用可能である。
図10は、突出部の別の実施例を示す概略図である。図10(A)は、図5(B)と同様の斜視図であり、図10(B)は、図5(C)と同様の断面図である。図10(A)に示すように、突出部312bの形状は、略円錐台形状であり、突出部312bは、第1面s1から、第1面s1と垂直な方向(具体的には、+Dz方向)に向かって、突出している。突出部312bの外径は、基部311の第1面s1から遠いほど、大きい。図10(B)に示すように、第2面s2にも、第1面s1と同様に、多数の突出部312bが固定されている。突出部312bは、第1実施例の突出部312と同様に、白金で構成されている。第3実施例の第1電極310bの他の部分の構成は、第1実施例の第1電極310の構成と同じである。第3実施例の第1電極310bは、第1実施例の第1電極310の代わりに、利用可能である。
(1)上記各実施例において、突出部312、312a、312bのサイズとしては、種々のサイズを採用可能である。図5(B)、図5(C)には、突出部312の外径312Dおよび高さ312Hと、2つの突出部312の間の最短距離312Gと、が示されている。例えば、外径312Dについては、以下の通りである。突出部312の強度を向上するためには、外径312Dが大きいことが好ましい。一方、第1電極310に設けられる突出部312の総数を増やすためには、外径312Dが小さいことが好ましい。例えば、外径312Dは、100マイクロメートル以上、かつ、5ミリメートル以下の範囲内であることが好ましく、200マイクロメートル以上、かつ、2ミリメートル以下の範囲内であることが特に好ましく、300マイクロメートル以上、かつ、1ミリメートル以下の範囲内であることが最も好ましい。外径312Dを、100マイクロメートル以上に設定すれば、突出部312の強度を容易に向上できる。また、外径312Dを、5ミリメートル以下に設定すれば、基部311に固定される突出部312の総数を、容易に増大できるので、第1電極310と電解液との接触面積を、容易に増大できる。ただし、外径312Dを、100マイクロメートル未満に設定してもよく、5ミリメートルよりも大きな値に設定してもよい。
Claims (3)
- 水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置用の、電解液から水素ガスを生成する電極であって、
表面を有する基部と、
前記基部の前記表面から突出する突出部であって、前記基部の前記表面上の互いに離れた位置に配置された複数の前記突出部と、
を含み、
前記突出部の表面の材料は、前記基部の前記表面の材料よりも水素過電圧が低い材料を含む、
電極。 - 請求項1に記載の電極であって、
前記基部の前記表面の材料は、鉄と、銅と、炭素と、亜鉛と、水銀と、鉛とのうちから選択された材料を含み、
前記突出部の前記表面の材料は、白金と、鉄と、銅と、炭素と、亜鉛と、水銀とのうちから選択される材料であって、前記基部の前記表面の前記材料よりも水素過電圧が低い材料を、含む、
電極。 - 水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置であって、
請求項1または2に記載の電極である第1電極と、
前記第1電極を収容する第1室と、
前記電解液から酸素ガスを生成する光触媒を含む第2電極と、
前記第2電極を収容する第2室と、
を備える、ガス生成装置。
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