JP2018080361A - 有機ハイドライド製造装置及び有機ハイドライドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電解質膜110は、プロトン伝導性を有する材料(アイオノマー)で形成される。電解質膜110は、プロトンを選択的に伝導する一方で、カソード120とアノード150との間で物質が混合したり拡散したりすることを抑制する。プロトン伝導性を有する材料としては、ナフィオン(登録商標)、フレミオン(登録商標)などのパーフルオロスルホン酸ポリマーが挙げられる。電解質膜110の厚さは、特に限定されないが、好ましくは5〜300μmであり、より好ましくは10〜200μmであり、さらに好ましくは20〜100μmである。電解質膜110の厚さを5μm以上とすることで、電解質膜110のバリア性を確保して、被水素化物、有機ハイドライド及び酸素等のクロスリークの発生をより確実に抑制することができる。また、電解質膜110の厚さを300μm以下とすることで、イオン移動抵抗が過大になることを抑制することができる。
カソード120は、電解質膜110の一方の側に設けられる。本実施の形態では、カソード120は電解質膜110の一方の主表面に接するように設けられている。カソード120は、カソード触媒層122と、カソード触媒層122を収容するカソード室124とを有する。また、カソード120は、スペーサ126、マイクロポーラス層128、拡散層130、流路部132、カソード室入口134及びカソード室出口136を備える。
アノード150は、電解質膜110の一方の側とは反対側、すなわちカソード120とは反対側に設けられる。本実施の形態では、アノード150は電解質膜110の他方の主表面に接するように設けられている。アノード150は、アノード触媒層152と、アノード触媒層152を収容するアノード室154とを有する。また、アノード150は、スペーサ156、支持用弾性体158、アノード室入口160及びアノード室出口162を備える。
<アノードでの電極反応>
2H2O→O2+4H++4e−:E0=1.23V
<カソードでの電極反応>
TL+6H++6e−→MCH:E0=0.15V
<全反応>
2TL+6H2O→2MCH+3O2
本実施の形態に係る有機ハイドライドの製造方法では、上述したアノード150のアノード触媒層152に、水を含むアノード液が供給される。そして、アノード触媒層152において、水が電気分解されてプロトンが生成される。生成されたプロトンは、電解質膜110を通過して、カソード120側に移動する。また、カソード120のカソード触媒層122に被水素化物が供給される。そして、カソード触媒層122において、電解質膜110を通過したプロトンで被水素化物が水素化されて、有機ハイドライドが生成される。また、この有機ハイドライドの生成と並行して、ガス導入部70によってアノード液に所定のガスが導入され、電解質膜110を通過してアノード液に混入した被水素化物及び有機ハイドライドがアノード液から除去される。プロトンの生成工程と、電解還元反応による有機ハイドライドの生成工程と、アノード液からの被水素化物及び有機ハイドライドの除去工程とは、少なくとも一時において並行して起こる。
まず、PtRu/C触媒TEC61E54E(Pt23質量%、Ru27質量%、田中貴金属工業社製)の粉末に、ナフィオン(登録商標)分散液DE2020(デュポン社製)を添加し、適宜溶媒を用いてカソード触媒層用の触媒インクを調製した。ナフィオン(登録商標)分散液の添加量は、乾燥後のナフィオンの質量と触媒中のカーボンの質量との比率が1:1となるように添加した。また、電解質膜として、親水処理を施したナフィオン(登録商標)115(厚さ120μm、デュポン社製)を用意した。得られた触媒インクを電解質膜の一方の主表面にスプレー塗布した。触媒インクは、PtとRuの合計質量が電極面積あたり0.5mg/cm2となるように塗布した。その後、塗膜を80℃で乾燥させて触媒インク中の溶媒成分を除去し、カソード触媒層と電解質膜の積層体を得た。
アノード液貯蔵槽にガス導入部を接続しなかったことを除いて、実施例1と同様の有機ハイドライド製造装置を得た。そして、アノード液に空気を供給せず、バブリングしなかったことを除いて、実施例1と同条件で電解反応を実施した。電解反応を開始してから24,51,72時間後のアノード液を、紫外可視分光光度計(島津製作所社製)を用いて分析した。結果を図3(B)に示す。
Claims (5)
- プロトン伝導性を有する電解質膜と、
前記電解質膜の一方の側に設けられ、プロトンで被水素化物を水素化して有機ハイドライドを生成するためのカソード触媒層、及び前記カソード触媒層を収容するカソード室を有するカソードと、
前記電解質膜の前記一方の側とは反対側に設けられ、アノード液中の水を酸化してプロトンを生成するためのアノード触媒層、及び前記アノード触媒層を収容するアノード室を有するアノードと、
前記電解質膜を通過して前記アノード液に混入する前記被水素化物及び前記有機ハイドライドの少なくとも一方を除去するための所定のガスを、所定の位置において前記アノード液に導入するガス導入部と、
を備えることを特徴とする有機ハイドライド製造装置。 - 前記アノード液が収容されるアノード液貯蔵槽と、
前記アノード液貯蔵槽及び前記アノードをつなぐ循環経路と、をさらに備え、
前記ガス導入部は、前記アノード室、前記アノード液貯蔵槽、及び前記循環経路の少なくとも1つにおいて、前記アノード液に前記ガスを導入する請求項1に記載の有機ハイドライド製造装置。 - 前記ガス導入部は、前記アノード室において前記アノード液に前記ガスを導入する請求項2に記載の有機ハイドライド製造装置。
- 前記所定のガスは、空気、窒素、アルゴン及びヘリウムからなる群から選択される少なくとも1つである請求項1乃至3のいずれか1項に記載の有機ハイドライド製造装置。
- アノード触媒層に水を含むアノード液を供給し、当該水を電気分解してプロトンを生成する工程と、
カソード触媒層に被水素化物を供給し、電解質膜を通過した前記プロトンで前記被水素化物を水素化して有機ハイドライドを生成する工程と、
前記アノード液に所定のガスを導入し、前記電解質膜を通過して前記アノード液に混入した前記被水素化物及び前記有機ハイドライドの少なくとも一方を前記アノード液から除去する工程と、
を含むことを特徴とする有機ハイドライドの製造方法。
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