JP2019513298A5 - - Google Patents

Description

以下の請求項のうちの１つ以上は、用語「ここで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」を過渡的なフレーズとして利用することに留意されたい。本発明を定義する目的で、この用語は、構造の一連の特性の列挙を導入するために使用され、より一般的に使用される開放型の前置き用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の方法で解釈されるべきである構造の一連の特徴の説明を導入するために使用される開放型の遷移句として、特許請求の範囲に導入され、以下のように解釈されるべきであることに留意されたい。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
太陽光ハウジングと、光アノードと、電解質膜と、カソードと、酸素拡散膜と、外部発電回路と、を備える光触媒発電システムであって、
前記太陽光ハウジングが、光アノード活性化放射線に対して透明な入力窓を備え、
前記太陽光ハウジングが、アノード側とカソード側と、を備え、
前記光アノードが、前記太陽光ハウジング内の前記アノード側に位置付けされ、前記外部発電回路に電気的に連結され、
前記カソードが、前記太陽光ハウジング内の前記カソード側に位置付けされ、前記外部発電回路に電気的に連結され、
前記電解質膜が、前記光アノードと前記カソードとの間に位置付けされ、それらに電気化学的に係合して光触媒セルを形成し、
前記太陽光ハウジングが、前記アノード側に位置付けされたアノード側流路と前記カソード側に位置付けされたカソード側流路とを有する閉ループ水チャンバを備え、
前記太陽光ハウジングが、前記アノード側流路から前記カソード側流路に延在する再結合水路を備え、
前記太陽光ハウジングが、前記アノード側流路から前記カソード側流路に延在する酸素輸送路を備え、
前記酸素拡散膜が、前記アノード側流路と前記酸素輸送路との間に位置付けされ、前記カソードで生成された再結合水が前記カソード側流路から前記アノード側流路に前記酸素輸送路に沿って流れるのを抑制し、前記カソードで生成された再結合水が、前記カソード側流路から前記アノード側流路に前記再結合水路に沿って流れることを可能にする、光触媒発電システム。
実施形態２
水が前記太陽光ハウジングの前記閉ループ水チャンバ内に収容され、前記光触媒セルが前記太陽光ハウジング内に気密封止されている、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態３
前記入力窓が、前記太陽光ハウジングの前記アノード側に位置付けされ、光アノード活性化放射線に対して透明である、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態４
前記光触媒セルに結合され、前記光触媒セルと前記再結合水路との間に位置付けされた第１のセル壁と、
前記光触媒セルに結合され、前記光触媒セルと前記酸素輸送路との間に位置付けされた第２のセル壁であって、前記酸素拡散膜が、前記第２のセル壁と前記太陽光ハウジングとの間に位置付けされ、それらに結合されている、第２のセル壁と、をさらに備える、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態５
前記光アノードが、光アノード活性化放射線を受け取り、光アノード活性化放射線に暴露されると、前記外部発電回路によって受容可能な電子を出力し、電子正孔を生成して、前記閉ループ水チャンバ内に収容された水が前記電子正孔で酸化して水素イオンと酸素分子になるように構造的に構成されている、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態６
前記電解質膜が、前記光アノードと前記カソードとの間に陽子経路を提供するように構造的に構成されている、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態７
前記カソードが、前記電解質膜によって提供される陽子経路から水素イオンを受け取り、酸素分子を受け取り、前記水素イオン及び前記酸素分子の還元によって前記水素イオン及び前記酸素分子を結合させて再結合水にするように構造的に構成されている、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態８
前記光アノードが、光子アップコンバージョンドーピング材料でドープされ、かつ（ｉ）第１の光子エネルギーを有する第１の光子と、第２の光子エネルギーを有する第２の光子と、を含む光アノード活性化放射線を受け取り、（ｉｉ）前記第１の光子エネルギーと前記第２の光子エネルギーとを結合するように構造的に構成されている、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態９
前記光アノードが、光子ダウンコンバージョンドーピング材料でドープされ、かつ（ｉ）第１の光子を含む光アノード活性化放射線を受け取り、前記第１の光子に暴露されると、前記外部発電回路によって受容可能な２つの電子を出力し、（ｉｉ）前記閉ループ水チャンバ内に収容された水が各々の電子正孔で酸化して水素イオンと酸素分子になるように、２つの電子正孔を生成するように構造的に構成されている、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態１０
前記太陽光ハウジング内に位置付けされた太陽照射熱トラップをさらに備え、
前記入力窓が、太陽照射熱トラップ活性放射線に対して透明であり、
前記太陽照射熱トラップが、太陽放射線を吸収し、太陽放射線を吸収すると、温度を上昇させて前記光触媒セルの化学効率を高めるように構造的に構成されている、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態１１
前記光アノードが、第１の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成され、前記太陽照射熱トラップが、前記第１の波長範囲を少なくとも部分的に含まない第２の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成されている、実施形態１０に記載の光触媒発電システム。
実施形態１２
赤外線波長範囲の太陽放射線を含む太陽放射線を吸収し、前記赤外線波長範囲の太陽放射線が吸収されると、温度を上昇させて前記光触媒セルの化学効率を高めるように構造的に構成された赤外線加熱層をさらに含み、前記入力窓が、赤外線加熱層活性化放射線に対して透明である、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態１３
前記カソードに熱的に連結された太陽照射熱トラップをさらに備え、前記入力窓が、太陽照射熱トラップ活性放射線に対して透明である、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態１４
前記太陽照射熱トラップが、前記カソードに間欠的配置で固定された複数の多孔質ストリップを備える、実施形態１３に記載の光触媒発電システム。
実施形態１５
前記外部発電回路が、
前記光アノードによって出力された電子によって生成された電流を受け取り、電流を受け取ると、電力を生成するように構造的に構成された発電ユニットと、
前記光アノードと、前記発電ユニットと、前記カソードに電気的に連結された回路経路と、を備える、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態１６
前記光アノードが、第１の光アノードと、第２の光アノードと、を備え、
前記第２の光アノードが、前記第１の光アノードと電気化学的に係合し、前記第１の光アノードと前記電解質膜との間に位置付けされている、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態１７
前記第１の光アノードが、第１の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成され、
前記第２の光アノードが、前記第１の波長範囲を少なくとも部分的に含まない第２の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成されている、実施形態１６に記載の光触媒発電システム。
実施形態１８
前記光アノードが、前記第２の光アノードと電気化学的に係合され、前記第２の光アノードと前記電解質膜との間に位置付けされた第３の光アノードをさらに備える、実施形態１６に記載の光触媒発電システム。
実施形態１９
前記第１の光アノードが、第１の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成され、前記第２の光アノードが、第２の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成され、前記第３の光アノードが、第３の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成され、
前記第１、第２、及び第３の波長範囲が、前記第１、第２、及び第３の波長範囲のうちの残りの波長範囲内の波長を少なくとも部分的に含まない波長を含む、実施形態１８に記載の光触媒発電システム。
実施形態２０
前記光触媒セルが、複数の光触媒サブセルを備え、前記複数の光触媒サブセルの各々が、光アノードと、電解質膜と、カソードと、を備える、実施形態１に記載の光触媒発電システム。
実施形態２１
前記複数の光触媒サブセルが、第１の光触媒サブセル及び第２の光触媒サブセルを備え、
前記第２の光触媒サブセルが、前記第１の光触媒サブセルと前記カソード側流路との間に位置付けされ、
前記第２の光触媒サブセルが、前記第１の光触媒サブセルから離間載置され、それらの間に第１の水サブチャンバを形成している、実施形態２０に記載の光触媒発電システム。
実施形態２２
前記第１の光触媒サブセルが、ある波長範囲内の太陽放射線に対して透明であり、
前記第２の光触媒サブセルの光アノードが、前記波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成されている、実施形態２１に記載の光触媒発電システム。
実施形態２３
前記複数の光触媒サブセルが、前記第２の光触媒サブセルと前記カソード側カソード側流路との間に位置付けされ、前記第２の光触媒サブセルから離間載置されてそれらの間に第２の水サブチャンバを形成する第３の光触媒サブセルを備える、実施形態２１に記載の光触媒発電システム。
実施形態２４
前記第１の光触媒サブセルが、第１の波長範囲と、前記第１の波長範囲を少なくとも部分的に含まない第２の波長範囲内の太陽放射線の両方の範囲内の太陽放射線に対して透明であり、
前記第２の光触媒サブセルが、前記第２の波長範囲内の太陽放射線に対して透明であり、
前記第２の光触媒サブセルの光アノードが、前記第１の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成され、
前記第３の光触媒サブセルの光アノードが、前記第２の波長範囲内の太陽放射線を吸収するように構造的に構成されている、実施形態２３に記載の光触媒発電システム。
実施形態２５
太陽光ハウジングと、光アノードと、電解質膜と、カソードと、酸素拡散膜と、外部発電回路と、を備える光触媒発電システムであって、
前記太陽光ハウジングが、光アノード活性化放射線に対して透明な入力窓を備え、
前記光アノードが、前記太陽光ハウジング内に位置付けされ、前記外部発電回路に電気的に連結され、
前記カソードが、前記太陽光ハウジング内に位置付けされ、前記外部発電回路に電気的に連結され、
前記太陽光ハウジングが、前記光アノード、前記カソード、及び前記電解質膜を囲む閉ループ水チャンバを備え、
前記酸素拡散膜が、前記閉ループ水チャンバ内に位置付けされ、前記酸素拡散膜を通る水の流れを抑制し、前記酸素拡散膜を通る酸素分子の流れを可能にするように構造的に構成され、
前記光アノードが、光アノード活性化放射線を受け取り、光アノード活性化放射線に暴露されると、前記外部発電回路によって受容可能な電子を出力し、電子正孔を生成して、前記閉ループ水チャンバ内に収容された水が前記電子正孔で酸化して水素イオンと酸素分子になるように構造的に構成され、
前記電解質膜が、前記光アノードと前記カソードとの間に陽子経路を提供するように構造的に構成され、
前記閉ループ水チャンバが、前記酸素拡散膜を横断し、前記光アノードと前記カソードとの間に延在する、酸素分子のための経路を提供するように構造的に構成され、
前記カソードが、前記陽子経路から前記水素イオンを受け取り、前記酸素分子を受け取り、前記水素イオンと前記酸素分子の還元によって前記水素イオン及び前記酸素分子を結合させて、再結合水にするように構造的に構成され、
前記閉ループ水チャンバが、前記酸素拡散膜を横断せずに前記カソードと前記光アノードとの間に延在する再結合水のための経路を提供するように構造的に構成されている、光触媒発電システム。