JP2019056136A - 電気化学反応装置 - Google Patents
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Abstract
Description
2H2O → 4H++O2+4e− ・・・(1)
CO2+2H++2e− → CO+H2O ・・・(2)
2H++2e− → H2 ・・・(3)
∇P=−μ/KA×Q
(式中、Aは多孔質セパレータ30の断面積(m2)を表し、Qは多孔質セパレータ30を通過する液体(電解液)の体積流量(m3/s)を表し、μは多孔質セパレータ30を通過する液体(電解液)の粘性係数(μPa・s)を表し、Kは多孔質セパレータ30の透過係数を表す)
K=dm 2×ε3/180×(1−ε)2(式中、dmは多孔質セパレータ30の平均細孔径(m)を表し、εは多孔質セパレータ30の空隙率を表す)
本実施例の電気化学反応装置のセルを以下のとおり作製した。エッチングにより形成されたメッシュ構造を有するチタンからなる金網の表面に酸化イリジウムを含有する酸化触媒を形成することによりアノードを形成した。また、第1の多孔質導電層とカーボンペーパからなる第2の多孔質導電層との積層体に23質量%の金坦持カーボンをスプレーして、金の坦持量が0.2mg/cm2である触媒層付きカーボンペーパを形成することによりカソードを作製した。アノードとカソードとを住友電気工業株式会社製の多孔質セパレータ(親水処理されたPTFE膜(親水性PTEF膜ともいう)、平均細孔径0.1μm、厚み60μm、空隙率0.7)で挟んで構造体(触媒面積400mm2)を作製した。なお、電子顕微鏡の観察画像から平均細孔径を測定した。
実施例1のアノードとカソードとをイオン交換膜(Nafion115、6cm角)で挟んだこと以外は実施例1と同様の構造の電気化学反応装置のセルを作製し、同様の測定を行った。
実施例1のアノードとカソードとを住友電気工業株式会社製の多孔質セパレータ(親水処理されたPTFE膜、平均細孔径0.45μm、厚さ30μm、空隙率0.7)で挟んだこと以外は実施例1と同様の構造の電気化学反応装置のセルを作製し、同様の測定を行った。
実施例1のアノードとカソードとを住友電気工業株式会社製の多孔質セパレータ親水処理されたPTFE膜、平均細孔径0.2μm、厚さ35μm、空隙率0.5)で挟んだこと以外は実施例1と同様の構造の電気化学反応装置のセルを作製し、同様の測定を行った。
実施例1のアノードとカソードとを住友電気工業株式会社製の多孔質セパレータ(親水処理されたPTFE膜、平均細孔径0.1μm、厚さ100μm、空隙率0.5)で挟んで構造体(触媒面積400mm2)を準備した以外は実施例1と同様の構造の電気化学反応装置のセルを作製し、同様の測定を行った。
実施例1のアノードとカソードとを住友電気工業株式会社製の多孔質セパレータ(親水処理されたPTFE膜、平均細孔径0.008μm、厚さ30μm、空隙率0.8)で挟んで構造体(触媒面積400mm2)を準備した以外は実施例1と同様の構造の電気化学反応装置のセルを作製し、同様の測定を行った。
実施例1のアノードとカソードとを住友電気工業株式会社製の多孔質セパレータ((親水処理されたPTFE膜、平均細孔径0.6μm、厚さ100μm、空隙率0.6)で挟んで構造体(触媒面積400mm2)を準備した以外は実施例1と同様の構造の電気化学反応装置のセルを作製し、同様の測定を行った。
Claims (10)
- 第1の物質を酸化するためのアノードと、
前記アノードに面し、前記第1の物質を含む液体が流れる第1の流路と、
第2の物質を還元するためのカソードと、
前記カソードに面し、前記第2の物質を含む気体が流れる第2の流路と、
前記アノードと前記カソードとの間に設けられた多孔質セパレータと、
前記アノードおよび前記カソードに電気的に接続された電源と、を具備し、
前記多孔質セパレータの厚さは、1μm以上500μm以下であり、
前記多孔質セパレータの平均細孔径は、0.008μmよりも大きく0.45μmよりも小さく、
前記多孔質セパレータの空隙率は、0.5よりも高い、電気化学反応装置。 - 前記カソードは、
第1の表面と第2の表面とを有する多孔質導電層と、
前記第1の表面に接し且つ第2の物質を還元するための還元触媒を含有する還元触媒層と、を備え、
前記第2の流路は、前記第2の表面に面し、
前記多孔質導電層は、撥水性を有する、請求項1に記載の電気化学反応装置。 - 前記多孔質セパレータは、親水性を有する、請求項1または請求項2に記載の電気化学反応装置。
- 前記多孔質セパレータの透過係数は、1.7×10−20以上1.7×10−16以下である、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。
- 前記空隙率は、0.7以上である、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。
- 前記第1の物質は、水を含み、
前記第2の物質は、二酸化炭素を含む、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。 - 前記多孔質セパレータは、ポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。
- 前記多孔質セパレータは、親水性ポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。
- 前記多孔質セパレータは、前記アノードに対向する第1の面と、前記カソードに対向する第2の面と、を有し、
前記第1の面と前記第2の面との間の圧力勾配∇Pは、
式:∇P=−μ×Q×180(1−ε3)/dm 2×ε3×A
で表され、
前記μは、前記多孔質セパレータを通過する前記液体の粘性係数を表し、
前記Qは、前記多孔質セパレータを通過する前記液体の体積流量を表し、
前記εは、前記多孔質セパレータの空隙率を表し、
前記dmは、前記多孔質セパレータの平均細孔径を表し、
前記Aは、前記多孔質セパレータの断面積を表し、
前記∇Pは、1kPa/mよりも大きく2000kPa/mよりも小さい、請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の電気化学反応装置。 - 前記∇Pは、2kPa/m以上200kPa/m以下である、請求項9に記載の電気化学反応装置。
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