JP2020161225A - 電気化学装置 - Google Patents
電気化学装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020161225A JP2020161225A JP2019056474A JP2019056474A JP2020161225A JP 2020161225 A JP2020161225 A JP 2020161225A JP 2019056474 A JP2019056474 A JP 2019056474A JP 2019056474 A JP2019056474 A JP 2019056474A JP 2020161225 A JP2020161225 A JP 2020161225A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solution
- anode
- synthetic resin
- electrochemical device
- artificial synthetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims abstract description 134
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims abstract description 134
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 32
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 27
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 24
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 23
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 13
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 37
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 31
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 28
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 26
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 186
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 27
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 15
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 10
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 10
- 229920002978 Vinylon Polymers 0.000 description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 7
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 7
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 6
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 5
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002851 Sn0.9In0.1P2O7 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000002159 adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000011973 solid acid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
- C25B11/031—Porous electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04701—Temperature
- H01M8/04708—Temperature of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
- H01M2300/0005—Acid electrolytes
- H01M2300/0008—Phosphoric acid-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
- H01M2300/0005—Acid electrolytes
- H01M2300/0011—Sulfuric acid-based
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
上記アノードに、水と人工合成樹脂と酸とを含む溶液が供給されるように構成されている、電気化学装置(1)にある。
よって、上記電気化学装置によれば、電気化学的に人工合成樹脂を燃料として有効利用することができる。
実施形態1の電気化学装置について、図1〜図3を用いて説明する。図1に例示されるように、本実施形態の電気化学装置1は、プロトン伝導性を有する電解質2と、電解質2の一方面に設けられたアノード3と、電解質2の他方面に設けられたカソード4とを備える電気化学セル10を有している。電気化学装置1は、アノード3に、水と人工合成樹脂と酸とを含む溶液Sが供給されるように構成されている。以下、これを詳説する。
よって、電気化学装置1によれば、電気化学的に人工合成樹脂を燃料として有効利用することができる。
実施形態2の電気化学装置について、図4を用いて説明する。なお、実施形態2以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
実施形態3の電気化学装置について、図5を用いて説明する。図5に例示されるように、本実施形態の電気化学装置1は、アノード3に溶液Sを供給する前に溶液Sを撹拌する撹拌機構7を有している。
実施形態4の電気化学装置について、図6を用いて説明する。図6に例示されるように、本実施形態の電気化学装置1は、溶液Sの供給圧を変化させてアノード3に溶液Sを供給する供給圧調整機構81を有する構成とすることができる。あるいは、電気化学装置1は、溶液Sの供給速度を変化させてアノード3に溶液Sを供給する供給速度調整機構82を有する構成とすることができる。
実施形態5の電気化学装置について、図7および図8を用いて説明する。図7に例示されるように、本実施形態の電気化学装置1は、アノード3で使用されなかった溶液Sを再びアノード3へ循環させる溶液循環流路34を有している。本実施形態では、溶液循環流路34は、具体的には、溶液供給流路31と溶液排出流路33との間を接続している。つまり、溶液循環流路34の一端が溶液排出流路33に連通し、溶液循環流路34の他端が溶液供給流路31に連通している。これにより、溶液Sは、溶液供給流路31を通って溶液接触流路32に供給される。そして、アノード3で使用されなかった溶液Sやアノード反応による生成物等は、溶液排出流路33を通って回収され、溶液循環流路34を通って再び溶液供給流路31に供給される。なお、図7には、溶液供給流路31に外部から新しい溶液Sを追加投入したり、アノード反応により消費された水を添加したりするための供給管35が接続されている例が示されている。また、溶液Sの循環は、例えば、溶液循環流路34にポンプ343等を設けることにより実施することができる。
実施形態6の電気化学装置について説明する。本実施形態の電気化学装置1は、溶液Sの供給経路の内壁面に、人工合成樹脂の付着を防止するコート層(不図示)を有している。この構成によれば、溶液S中に存在しうる未溶解の人工合成樹脂が溶液Sの供給経路の内壁面に付着するのを防止することができる。そのため、この構成によれば、溶液Sの供給経路内の詰まりや、人工合成樹脂の濃度低下等を抑制することが可能になり、電気化学装置1の性能向上に有利になる。
以下、実験例について説明する。
−人工合成樹脂の準備−
人工合成樹脂の原材料として、市販のロープ(ビニロン製)、スポンジ(ポリウレタン)、結束バンド(ナイロン6,6)、ストッキング(ナイロン/ポリウレタン)を準備した。また、人工合成樹脂の原材料として、リサイクルPET(ポリエチレンテレフタレート)ボトル、ポリビニルアルコール(PVA:和光化学社製)を準備した。各原材料は、キッチンミキサー(象印社製、BM−RS08)を用い、断片サイズが長さ数mmに達するまで、3分間隔にて粉砕した。これにより、各人工合成樹脂を準備した。
電解質膜を以下の方法にて作製した。具体的には、Sn0.9In0.1P2O7粉末1.0gと、PTFE粉末0.04gとを混合し、得らえた混合物を、圧延機を用いて200μmの厚さの膜形状に冷間圧延した。次いで、得らえた膜から後述するセルサイズに合わせて所定の直径を有するディスク状に切り取った。これにより、電解質膜を準備した。
アノードおよびカソードを以下の方法で作製した。カーボンとして、Ketjen Black EC−600JDK(以下、Ketjen)、活性炭(MAXSORB、BEAPS)、および、メソポーラスカーボン(MH、MJ010、MJ030、MJ150)を準備した。これらカーボンは、それぞれ、アクゾノーベル社、関西熱化学社、旭有機材社、東洋炭素社から購入した。カーボン粉末1.00gを150mLの脱イオン水に懸濁し、30分間超音波処理した。H2PtCl6・6H2OとNaBH4との溶液(モル比で1:5)を、撹拌しながら懸濁液に同時に滴下した。次いで、混合物をろ過し、ろ液のpHが7になるまで脱イオン水にて洗浄した。次いで、90℃にて一晩真空乾燥した後、触媒を、10体積%の水素−Ar混合物で200℃にて1時間処理した。得られた電極粉末0.01gと85%H3PO4とをミキサーにて混合、分散させた。次いで、得られたスラリーをカーボンクロスの表面に塗布した。この際、電極の重量および厚さを制御することにより、Pt担持カーボン(以下、Pt/Cということがある。)におけるPt担持量を約1.7mg/cm2に調整した。これにより、アノードとして、Pt/C(Ketjen)、Pt/C(MAXSORB)、Pt/C(BEAPS)、Pt/C(MH)、Pt/C(MJ010)、Pt/C(MJ030)、Pt/C(MJ150)を準備した。また、別途、アノードとして、Pt/C(エレクトロケム社、カーボン担体:Vulcan XC72、カーボンペーパー:東レ社、TGP−H−090、Pt担持量:2mg/cm2)を準備した。これをPt/C(Vulcan)とする。なお、各アノードは、使用前に120℃にて85%H3PO4を含侵させた。一方、カソードとして、上述したPt/C(Vulcan)を準備した。なお、本実験例では、Pt/C(Vulcan)をカソードに用いることにしたが、カソードには、上記のアノードに用いられる各Pt/Cを適用することが可能である。
二室セル、フローセルの2つのタイプの電気化学セルを作製した。電解質膜およびアノードの直径は、セルサイズ(電解質膜:2室セルの場合は13mm、フローセルの場合は31mm、アノード:2室セルの場合は12mm、フローセルの場合は15mm)に従って調整した。2つのタイプのセル全てに、直径8mm、面積0.5cm2のカソードを使用した。電解質膜の一方面にアノード、他方面にカソードが接合された膜電極接合体を構成し、電気化学セルとした。二室セルについては、その周りをPTFEテープにて覆い、フローセルについては、エラストマー製のOリングを用いて気密封止した。図10に、二室セルの模式的な説明図を示す。図11に、フローセルの模式的な説明図を示す。
スポンジ由来のポリウレタンと85%H3PO4とを室温にて混合することにより、ゲル化ペーストを調製した。このペーストをPt/C(Vulcan)の表面に堆積させ、Sn0.9In0.1P2O7とPTFEとから構成される電解質膜の一方面に付着させ、アノードを形成した。一方、電解質膜の他方面に上記と同じPt/C(Vulcan)を積層し、カソードとした。得られた膜電極接合体を二室セルにセットし、アノードにAr、カソードに空気またはArを供給した。アノードからの出口ガスでは、室温から200℃まで温度が上昇すると、Arに加えて水蒸気とごくわずかな二酸化炭素が検出された。
フローセルタイプの電気化学セルを用い、燃料電池モードで連続運転させた際の発電特性を調査した。具体的には、電気化学セルの構成は、以下の通りとした。
アノード:Pt/C(MJ010)
電解質膜:Sn0.9In0.1P2O7とPTFEとの混合物、膜厚200μm
カソード:Pt/C(Vulcan)
使用した人工合成樹脂は、スポンジ由来のポリウレタン、ロープ由来のビニロン、結束バンド由来のナイロン6,6、ストッキング由来のナイロン/ポリウレタン、PETである。なお、用いた酸溶液は、上述したように85%H3PO4である。
実験例2と同様の電気化学セルを用い、水とポリビニルアルコールとリン酸と硫酸とを含む溶液をアノードに供給し、リン酸と硫酸との質量比がセル抵抗に及ぼす影響について調査した。具体的には、ポリビニルアルコールと85%H3PO4とから構成される酸溶液に濃硫酸を添加し、この溶液をアノードに供給した。その結果を、図19に示す。
実験例2と同様の電気化学セルを用い、セル全体を200℃にて加熱運転した。使用した人工合成樹脂は、結束バンド由来のナイロン6,6である。この際、アノードにおける溶液の供給側の端部を原点0とし、アノードにおける溶液の排出側の端部をXとした場合に、X/2となる中央部よりも溶液の供給側の溶液接触流路における溶液の温度が160℃を下回らないようにヒータにより加熱した。なお、ヒータは、溶液接触流路の流路側面に設置した。また、上記ヒータによる加熱をすることなく、電気化学セルを作動させた。その結果を、図20に示す。
溶解した人工合成樹脂は、依然として高分子の形をしているため、比較的流動性が悪く、アノード内における拡散性が低い。アノードにカーボン粒子を用いる場合、カーボン粒子の空間構造が人工合成樹脂の反応に重要になると考えられる。そこで、上記にて準備した各種カーボンについて、細孔容積分布を測定した。細孔容積分布の測定方法については、上述した通りである。図21に、実験例にて準備した各種カーボンの微分細孔容積分布を示す。
実験例2と同様のフローセルタイプの電気化学セルを準備し、アノードに溶液を供給する前に溶液を撹拌し、撹拌された溶液をアノードに供給するように構成した。撹拌機構は、超音波撹拌、ミキサー撹拌のいずれかとした。超音波撹拌時の超音波は20kHzとした。ミキサー撹拌時の回転数は300rpmとした。また、比較のため、撹拌機構を設けず、撹拌されていない溶液をアノードに供給した。これらの場合について、電気化学セルの出力密度を測定した。なお、使用した人工合成樹脂は、結束バンド由来のナイロン6,6である。その結果を、図24に示す。
実験例2と同様のフローセルタイプの電気化学セルを用い、シリンジポンプによる溶液供給速度を、図25(a)に示すようにパルス状に変化させ、出力密度を測定した。また、シリンジポンプによる溶液供給圧力を、図25(b)に示すようにパルス状に変化させ、出力密度を測定した。また、比較のため、シリンジポンプによる溶液供給速度および溶液供給圧力を変化させず、いずれも一定とし、出力密度を測定した。なお、使用した人工合成樹脂は、ポリビニルアルコールである。その結果を、図26に示す。
実験例2と同様のフローセルタイプの電気化学セルを準備し、溶液供給流路と溶液排出流路との間を溶液循環流路にて接続した。そして、溶液循環流路に、冷却部と、冷却部の下流側に再加熱部を設けた。冷却部は、溶液循環流路の側壁面に取り付けられた水冷装置より構成されている。再加熱部は、溶液循環流路の側壁面に取り付けられたヒータより構成されている。冷却部による溶液の冷却温度は、5℃とした。再加熱部による溶液の再加熱温度は、電気化学セルの運転温度とした。電気化学セルの運転温度を種々変化させ、循環させる溶液を冷却、再加熱した場合と、冷却、再加熱しなかった場合とにおける抵抗増加率を測定した。なお、使用した人工合成樹脂は、ポリビニルアルコールである。その結果を、図27に示す。
実験例2と同様のフローセルタイプの電気化学セルを準備し、溶液供給流路と溶液排出流路との間を溶液循環流路にて接続した。溶液排出流路の内壁面には、セラミック層からなるコート層が形成されている。セラミック層は、AlおよびSiを含んでいる。セラミック層には、具体的には、シャイン工業社のセラアーマーを使用した。また、比較のため、上記セラミック層を形成しないものも準備した。これら電気化学セルを200℃の運転温度にて24時間運転した。そして、溶液排出流路の重量変化量を求め、人工合成樹脂の内壁面への固着量を測定した。なお、使用した人工合成樹脂は、ポリビニルアルコールである。その結果を、図28に示す。
10 電気化学セル
2 電解質
3 アノード
4 カソード
51 負荷
52 電圧印加部
S 溶液
Claims (12)
- プロトン伝導性を有する電解質(2)と、上記電解質の一方面に設けられたアノード(3)と、上記電解質の他方面に設けられたカソード(4)とを備える電気化学セル(10)を有しており、
上記アノードに、水と人工合成樹脂と酸とを含む溶液が供給されるように構成されている、電気化学装置(1)。 - 上記酸は、リン酸を含む、請求項1に記載の電気化学装置。
- 上記酸は、さらに硫酸を含む、請求項2に記載の電気化学装置。
- 上記酸におけるリン酸と硫酸との質量比が、90:10〜20:80の範囲にある、請求項3に記載の電気化学装置。
- 上記溶液は、上記アノードに供給される前に180度以上に曝されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気化学装置。
- 上記アノードが配置され、上記溶液を上記アノードに接触させる溶液接触流路(32)を有しており、
上記アノードにおける上記溶液の供給側の端部を原点とし、上記アノードにおける上記溶液の排出側の端部をXとした場合に、X/2となる中央部よりも上記溶液の供給側の上記溶液接触流路における上記溶液の温度を調節する調温部(6)を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気化学装置。 - 上記調温部は、上記中央部よりも上記溶液の供給側の上記溶液接触流路における上記溶液の温度を160度以上に調節する、請求項6に記載の電気化学装置。
- 上記アノードに上記溶液を供給する前に上記溶液を撹拌する撹拌機構(7)を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電気化学装置。
- 上記アノードは、カルボニル基を有するカーボン粒子を含み、
上記カーボン粒子の細孔容積分布は、細孔径2nm以上200nm以下の範囲にピーク細孔径を有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電気化学装置。 - 上記溶液の供給圧を変化させて上記アノードに上記溶液を供給する供給圧調整機構(81)を有する、または、上記溶液の供給速度を変化させて上記アノードに上記溶液を供給する供給速度調整機構(82)を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気化学装置。
- 上記アノードで使用されなかった上記溶液を再び上記アノードへ循環させる溶液循環流路(34)を有し、
上記溶液循環流路に、
冷却により上記溶液中の上記人工合成樹脂を析出させて固着させる冷却部(341)と、
上記冷却部の下流側に設けられ、上記冷却された上記溶液を再加熱する再加熱部(342)と、
を有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電気化学装置。 - 上記溶液の供給経路の内壁面に、上記人工合成樹脂の付着を防止するコート層を有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の電気化学装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019056474A JP2020161225A (ja) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 電気化学装置 |
US16/828,148 US11380911B2 (en) | 2019-03-25 | 2020-03-24 | Electrochemical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019056474A JP2020161225A (ja) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 電気化学装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020161225A true JP2020161225A (ja) | 2020-10-01 |
Family
ID=72605050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019056474A Pending JP2020161225A (ja) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 電気化学装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11380911B2 (ja) |
JP (1) | JP2020161225A (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5867876A (ja) * | 1981-09-28 | 1983-04-22 | シエブロン・リサ−チ・コンパニ− | 炭素質物質の電解酸化の方法 |
JP2004146255A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-05-20 | Asahi Glass Co Ltd | 膜電極接合体及び膜電極接合体の製造方法 |
JP2007538379A (ja) * | 2004-05-19 | 2007-12-27 | エスアールアイ インターナショナル | 液状アノードの電気化学的電池 |
JP2008293850A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム及びその運転方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002193858A (ja) | 2000-12-28 | 2002-07-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | バイオマス原料によるメタノール製造方法及びその装置 |
US10648092B2 (en) | 2015-11-10 | 2020-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrode, membrane electrode assembly, electrochemical cell, and stack |
US10220908B2 (en) * | 2015-12-30 | 2019-03-05 | Yucca Dune, Inc. | Mobile performance system |
US10446852B2 (en) * | 2016-03-14 | 2019-10-15 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Fuel-cell system and method of generating energy from crude fuel |
JP7158672B2 (ja) | 2018-03-09 | 2022-10-24 | 株式会社Soken | 水素生成装置 |
-
2019
- 2019-03-25 JP JP2019056474A patent/JP2020161225A/ja active Pending
-
2020
- 2020-03-24 US US16/828,148 patent/US11380911B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5867876A (ja) * | 1981-09-28 | 1983-04-22 | シエブロン・リサ−チ・コンパニ− | 炭素質物質の電解酸化の方法 |
JP2004146255A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-05-20 | Asahi Glass Co Ltd | 膜電極接合体及び膜電極接合体の製造方法 |
JP2007538379A (ja) * | 2004-05-19 | 2007-12-27 | エスアールアイ インターナショナル | 液状アノードの電気化学的電池 |
JP2008293850A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム及びその運転方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20200313204A1 (en) | 2020-10-01 |
US11380911B2 (en) | 2022-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rozain et al. | Influence of iridium oxide loadings on the performance of PEM water electrolysis cells: Part II–Advanced oxygen electrodes | |
Choi et al. | Catalyst design strategies for stable electrochemical CO 2 reduction reaction | |
Ma et al. | Study of ruthenium oxide catalyst for electrocatalytic performance in oxygen evolution | |
Félix-Navarro et al. | Bimetallic Pt–Au nanoparticles supported on multi-wall carbon nanotubes as electrocatalysts for oxygen reduction | |
Kang et al. | Moderate oxophilic CoFe in carbon nanofiber for the oxygen evolution reaction in anion exchange membrane water electrolysis | |
US10263259B2 (en) | Method for producing core-shell catalyst particles | |
Hosseini et al. | Electrocatalytical study of carbon supported Pt, Ru and bimetallic Pt–Ru nanoparticles for oxygen reduction reaction in alkaline media | |
Suo et al. | Size-controlled synthesis and impedance-based mechanistic understanding of Pd/C nanoparticles for formic acid oxidation | |
Lüsi et al. | Oxygen reduction reaction on carbon-supported palladium nanocubes in alkaline media | |
Ottoni et al. | Glycerol and ethanol oxidation in alkaline medium using PtCu/C electrocatalysts | |
JP6786426B2 (ja) | 電気化学還元装置及び芳香族炭化水素化合物の水素化体の製造方法 | |
CA2466362C (en) | Improved rhodium electrocatalyst and method of preparation | |
JP7061249B2 (ja) | 水素発生触媒、水素発生装置、水素発生方法 | |
Hiltrop et al. | Pd deposited on functionalized carbon nanotubes for the electrooxidation of ethanol in alkaline media | |
JP2020147776A (ja) | 二酸化炭素還元装置及び二酸化炭素還元方法 | |
Matsuda et al. | Synthesis of multiwall carbon nanotube-supported platinum catalysts by solution plasma processing for oxygen reduction in polymer electrolyte fuel cells | |
Díaz-Sainz et al. | Coupling continuous CO2 electroreduction to formate with efficient Ni-based anodes | |
JP2018141227A (ja) | 二酸化炭素を電気化学的に還元し、より多くのエチレンを生成する方法、電解装置、二酸化炭素還元電極、及び二酸化炭素還元触媒 | |
US20150221955A1 (en) | Non-carbon mixed-metal oxide electrocatalysts | |
Akkari et al. | Urea electro-oxidation byproducts impact on NiO/NiOOH anode performance studied by operando electrochemical impedance spectroscopy | |
JP2018076576A (ja) | 水電解用触媒電極、水電解装置、水電解用触媒電極の製造方法 | |
Mahmoodi et al. | Novel electrocatalysts for borohydride fuel cells: enhanced power generation by optimizing anodic core–shell nanoparticles on reduced graphene oxide | |
JP2020161225A (ja) | 電気化学装置 | |
Zhang et al. | Preparation of a Pt thin-film modified electrode for alkaline electrocatalytic oxidation of methanol by Cu (OH) 2 electrodeposition and galvanic replacement reaction | |
Carmo et al. | Electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210715 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220720 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220802 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220929 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230207 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230801 |