JP2018154865A - 電気化学反応装置 - Google Patents
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Abstract
Description
2H2O → 4H++O2+4e− …(1)
2CO2+4H++4e− → 2CO+2H2O …(2)
2CO2+2H2O+4e− → 2CO+4OH− …(3)
4OH− → 2H2O+O2+4e− …(4)
第1の多孔質部と第2の多孔質部との間に接触角分布を有しない上記モデル構造でシミュレーションを行った。排水特性のシミュレーション結果を図14に示す。図14の横軸は、モデル構造の厚さ方向の断面における面方向の位置Xを表し、縦軸は、水飽和度または水圧分布を表す。また、破線は、位置Xと水圧分布との関係を示す曲線であり、実線は位置Xと水飽和度との関係を示す曲線である。図14からわかるように、第1の流路を有する領域では、第1の流路を介して水が排出されて圧力勾配が小さくなり、水飽和度も小さくなった。多孔質体の中の水は、水圧が低い方へ向かって流れるが、第1の流路を設けることにより、導電面近傍の水圧勾配が小さくなり、第2の流路に流れる水の量が減った。
第1の多孔質部と第2の多孔質部との間に接触角分布を有する上記モデル構造でシミュレーションを行った。排水特性のシミュレーション結果を図15に示す。図15からわかるように、接触角分布を設けることにより、第1の流路での水圧が大きく低下するため水は第1の流路を介して流れやすくなり、第1の流路での水飽和度もまた小さくなった。
第2の流路を導電面に沿ってサーペンタイン状(実施例3)、櫛状(実施例4)、渦巻状(実施例5)にそれぞれ延在させ、第1の流路の最小径を第2の流路の最小径よりも狭くし、且つ第1の多孔質部と第2の多孔質部との間に接触角分布を有しない上記モデル構造でシミュレーションを行った。排水特性のシミュレーション結果を図14に示す。図14からわかるように、第1の流路を有する領域では、第1の流路を介して水が排出されて圧力勾配が小さくなり、水飽和度も小さくなった。多孔質体の中の水は、水圧が低い方へ向かって流れるが、第1の流路を設けることにより、導電面近傍の水圧勾配が小さくなり、第2の流路に流れる水の量が減った。
第2の流路を導電面に沿ってサーペンタイン状(実施例6)、櫛状(実施例7)、渦巻状(実施例8)に延在させ、第1の流路の最小径を第2の流路の最小径よりも狭くし、且つ第1の多孔質部と第2の多孔質部との間に接触角分布を有する上記モデル構造でシミュレーションを行った。排水特性のシミュレーション結果を図15に示す。図15からわかるように、接触角分布を設けることにより、第1の流路での水圧が大きく低下するため水は第1の流路を介して流れやすくなり、第1の流路での水飽和度もまた小さくなった。
第1の流路を導電面に沿ってサーペンタイン状(実施例9)、櫛状(実施例10)、渦巻状(実施例11)にそれぞれ延在させ、第1の流路の最小径を第2の流路の最小径よりも狭くし、且つ第1の多孔質部と第2の多孔質部との間に接触角分布を有しない上記モデル構造でシミュレーションを行った。排水特性のシミュレーション結果を図14に示す。図14からわかるように、第1の流路を有する領域では、第1の流路を介して水が排出されて圧力勾配が小さくなり、水飽和度も小さくなった。多孔質体の中の水は、水圧が低い方へ向かって流れるが、第1の流路を設けることにより、導電面近傍の水圧勾配が小さくなり、第2の流路に流れる水の量が減った。
第1の流路を導電面に沿ってサーペンタイン状(実施例12)、櫛状(実施例13)、渦巻状(実施例14)にそれぞれ延在させ、第1の流路の最小径を第2の流路の最小径よりも狭くし、且つ第1の多孔質部と第2の多孔質部との間に接触角分布を有する上記モデル構造でシミュレーションを行った。排水特性のシミュレーション結果を図15に示す。図15からわかるように、接触角分布を設けることにより、第1の流路での水圧が大きく低下するため水は第1の流路を介して流れやすくなり、第1の流路での水飽和度もまた小さくなった。
Claims (12)
- 水を酸化して酸素を生成するアノード部と、
二酸化炭素を還元して炭素化合物および水素を生成するカソード部と、
前記アノード部と前記カソード部とを分離するセパレータと、
前記アノード部および前記カソード部に電気的に接続された電源と、を具備し、
前記カソード部は、
導電面を有する導電体と、
前記導電面に接する第1の表面と、第2の表面と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一つに接する第1の多孔質部と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一つに接する第2の多孔質部と、を有し、前記第2の多孔質部の内壁と前記水との接触角が前記第1の多孔質部の内壁と前記水との接触角よりも高い多孔質体と、
前記第2の表面に担持された、二酸化炭素を還元するための還元触媒と、
前記還元触媒に面し、前記水を含有する電解液を流すために設けられた電解液流路と、
前記第1の多孔質部に面し、前記水および水蒸気の少なくとも一つを前記第1の多孔質部の内部から前記カソード部の外部に排出するために設けられた第1の流路と、
前記第2の多孔質部に面し、前記二酸化炭素を前記カソード部の外部から前記第2の多孔質部の内部に流入し且つ前記炭素化合物および前記水素の少なくとも一つを前記第2の多孔質部の内部から前記カソード部の外部に流出させるために設けられた第2の流路と、を備える、電気化学反応装置。 - 前記導電体は、前記第1の多孔質部に面する複数の第1の溝と、前記導電体の内部で前記複数の第1の溝の一つと前記複数の第1の溝の他の一つとを接続する開口と、前記複数の第1の溝の一つと前記複数の第1の溝の他の一つとの間に配置され且つ前記第2の多孔質部に面する第2の溝と、を有し、
前記第1の流路は、前記第1の溝、前記開口、および前記第1の多孔質部に囲まれた空間を含み、
前記第2の流路は、前記第2の溝および前記第2の多孔質部に囲まれた空間を含む、請求項1に記載の電気化学反応装置。 - 前記第1の溝および第2の溝の少なくとも一つは、前記導電面に沿ってサーペンタイン状、櫛状、または渦巻状に延在する、請求項2に記載の電気化学反応装置。
- 前記導電体は、前記第1の多孔質部に面する複数の第1の溝と、前記導電体の内部で前記複数の第1の溝の一つと前記複数の第1の溝の他の一つとを接続する開口と、前記複数の第1の溝の一つと前記複数の第1の溝の他の一つとの間に配置され且つ前記第2の多孔質部に面する第2の溝と、を有し、
前記多孔質体は、前記第1の溝に面する第3の溝を有し、
前記第1の流路は、前記第1の溝、前記開口、および前記第3の溝に囲まれた空間を含み、
前記第2の流路は、前記第2の溝および前記第2の多孔質部に囲まれた空間を含む、請求項1に記載の電気化学反応装置。 - 前記多孔質体は、前記第1の多孔質部に面する複数の開口を有し、
前記導電体は、前記複数の開口の一つと前記複数の開口の他の一つとの間に配置され且つ前記第2の多孔質部に面する溝を有し、
前記第1の流路は、前記開口に囲まれた空間を含み、
前記第2の流路は、前記溝および前記第2の多孔質部に囲まれた空間を含む、請求項1に記載の電気化学反応装置。 - 前記多孔質体は、前記第2の多孔質部に面する複数の開口を有し、
前記導電体は、前記複数の開口の一つと前記複数の開口の他の一つとの間に配置され且つ前記第1の多孔質部に面する溝を有し、
前記第1の流路は、前記溝および前記第1の多孔質部に囲まれた空間を含み、
前記第2の流路は、前記開口に囲まれた空間を含む、請求項1に記載の電気化学反応装置。 - 前記多孔質体は、前記第1の多孔質部に面する第1の開口と、前記第2の多孔質部に面する第2の開口と、を有し、
前記第1の流路は、前記第1の開口に囲まれた空間を含み、
前記第2の流路は、前記第2の開口に囲まれた空間を含む、請求項1に記載の電気化学反応装置。 - 前記カソード部は、前記多孔質体を配置するための開口を有する支持体をさらに備え、
前記導電体は、前記第1の多孔質部に面する溝を有し、
前記第1の流路は、前記溝および前記第1の多孔質部に囲まれた空間を含み、
前記第2の流路は、前記第2の多孔質部および前記支持体に囲まれた空間を含む、請求項1に記載の電気化学反応装置。 - 前記カソード部は、前記多孔質体を配置するための開口を有する支持体をさらに備え、
前記導電体は、前記第2の多孔質部に面する溝を有し、
前記第1の流路は、前記第1の多孔質部および前記支持体に囲まれた空間を含み、
前記第2の流路は、前記溝および前記第2の多孔質部に囲まれた空間を含む、請求項1に記載の電気化学反応装置。 - 前記第1の流路の最小径は、前記第2の流路の最小径よりも狭い、請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。
- 前記多孔質体は、
前記第1の表面を有する第1の多孔質層と、
前記第1の多孔質層に積層され、前記第2の表面を有する第2の多孔質層と、を有し、
前記第2の多孔質層の空孔率は、前記第1の多孔質層の空孔率と異なる、請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。 - 前記炭素化合物は、一酸化炭素を含む、請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。
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