JP6258124B2 - 光電気化学反応装置 - Google Patents
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Description
図1ないし図4は第1の実施形態による光電気化学反応装置を示す図である。図1は光電気化学反応装置の平面図、図2は図1のA−A線に沿った断面図、図3は図1のB−B線に沿った断面図、図4は図1の電気的な接続状態を示す図である。第1の実施形態の光電気化学反応装置1は、第1光起電力セル2A、第2光起電力セル2B、第1反応電極対3A、第2反応電極対3B、および電解槽4を具備している。第1および第2光起電力セル2A、2Bは、それぞれ第1電極11と、第2電極21と、これら電極11、21間に設けられ、光エネルギーにより電荷分離を行う光起電力層31とを備えている。第1および第2光起電力セル2A、2Bは、電解槽4を外側に配置されている。
2H2O → 4H++O2+4e− …(1)
2CO2+4H++4e− → 2CO+2H2O …(2)
2H2O → 4H++O2+4e− …(1)
4H++4e− → 2H2 …(3)
第3電極41付近では、第1電解液51に含まれるH2Oが酸化されて(電子を失い)O2とH+が生成される。第3電極41側で生成されたH+は、イオン移動層55を介して第4電極42側に移動する。第4電極42付近では、(3)式に示すように、H+が還元されて(電子を得て)H2ガスが生成される。
第2の実施形態による光電気化学反応装置について、図10ないし図12を参照して説明する。図10は第2の実施形態の光電気化学反応装置を示す平面図、図11は図10に示す光電気化学反応装置の光起電力モジュールにおける複数の光起電力セルの電気的な接続状態を示す図、図12は図10に示す光電気化学反応装置における複数の光起電力モジュールと反応電極対との電気的な接続状態を示す図である。なお、第1の実施形態の光電気化学反応装置と同一部分には同一符号を付し、一部説明を省略する場合がある。
第3の実施形態による光電気化学反応装置について、図13ないし図15を参照して説明する。図13は第3の実施形態の光電気化学反応装置を示す平面図、図14は図13のA−A線に沿った断面図、図15は図13の電気的な接続状態を示す図である。なお、第1の実施形態の光電気化学反応装置と同一部分には同一符号を付し、一部説明を省略する場合がある。第3の実施形態の光電気化学反応装置1Yは、第1光起電力セル2A、第2光起電力セル2B、反応電極対3、および電解槽4を具備している。
第4の実施形態による光電気化学反応装置について、図17ないし図20を参照して説明する。図17は第4の実施形態の光電気化学反応装置を示す上面透過図、図18は図17のA−A線に沿った断面図、図19は図17のB−B線に沿った断面図、図20は図17の電気的な接続状態を示す図である。なお、前述した実施形態の光電気化学反応装置と同一部分には同一符号を付し、一部説明を省略する場合がある。
第5の実施形態による光電気化学反応装置について、図24ないし図26を参照して説明する。図24は第5の実施形態の光電気化学反応装置を示す上面透過図、図25は図24のA−A線に沿った断面図、図26は図24のB−B線に沿った断面図である。なお、前述した実施形態の光電気化学反応装置と同一部分には同一符号を付し、一部説明を省略する場合がある。第5の実施形態の光電気化学反応装置110は、光起電力セル2と電解槽4とを具備している。光起電力セル2は、分離された2つの第1電極11A、11Bと、1つの第2電極(共通電極)21と、一方の第1電極11Aと第2電極21との間に設けられた第1光起電力層31Aと、他方の第1電極11Bと第2電極21との間に設けられた第2光起電力層31Bとを備えている。
Claims (10)
- 第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた光起電力層とを備える第1光起電力セルと、
第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた光起電力層とを備える第2光起電力セルと、
1つの第3電極と、分離された2つの第4電極とを備え、前記第3および第4電極の一方で酸化反応を生起し、前記第3および第4電極の他方で還元反応を生起する反応電極対と、
前記第1および第2光起電力セルの前記第1電極と前記反応電極対の前記第3電極とを電気的に接続する第1接続部材と、
前記第1光起電力セルの前記第2電極と前記反応電極対の前記2つの第4電極の一方とを電気的に接続する第2接続部材と、
前記第2光起電力セルの前記第2電極と前記反応電極対の前記2つの第4電極の他方とを電気的に接続する第3接続部材と、
少なくとも前記第3電極が浸漬される第1電解液と、少なくとも前記第4電極が浸漬される第2電解液とを収容する電解槽と
を具備する光電気化学反応装置。 - 前記電解槽は、前記第3電極が浸漬される前記第1電解液を収容する第1収容部と、前記第4電極が浸漬される前記第2電解液を収容する第2収容部と、前記第1電解液と前記第2電解液とを分離するように設けられたイオン移動層とを備え、
前記第1および前記第2光起電力セルは、前記電解槽の外側に配置されている、請求項1に記載の光電気化学反応装置。 - 前記第1光起電力セルおよび前記第2光起電力セルの少なくとも一方は、電気的に接続された複数の光起電力セルを備える、請求項1または請求項2に記載の光電気化学反応装置。
- さらに、前記第3および第4電極の一方に設けられた酸化触媒層と、前記第3および第4電極の他方に設けられた還元触媒層とを具備する、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の光電気化学反応装置。
- 前記第3および第4電極の一方で水を酸化して酸素と水素イオンを生成し、前記第3および第4電極の他方で二酸化炭素を還元して炭素化合物を生成する、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の光電気化学反応装置。
- 前記光起電力層は、pin接合型半導体およびpn接合型半導体の少なくとも一方を有する、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の光電気化学反応装置。
- 分離された2つの第1電極と、1つの第2電極と、前記第1電極の一方と前記第2電極との間に設けられた第1光起電力層と、前記第1電極の他方と前記第2電極との間に設けられた第2光起電力層とを備え、前記2つの第1電極のそれぞれで酸化反応および還元反応の一方を生起する光起電力セルと、
酸化反応および還元反応の他方を生起する反応電極と、
前記第2電極と前記反応電極とを電気的に接続する接続部材と、
前記光起電力セルが浸漬される第1電解液と、前記反応電極が浸漬される第2電解液とを収容する電解槽とを具備し、
前記第1および第2光起電力層は、pin接合型半導体およびpn接合型半導体から選ばれる少なくとも1つの半導体を有し、かつ複数の前記半導体が積層された構造を有する光電気化学反応装置。 - 前記光起電力セルと前記反応電極との間にイオン移動層が設けられている、請求項7に記載の光電気化学反応装置。
- 前記光起電力セルは、前記第1電極の一方と前記第1光起電力層との積層部と前記第1電極の他方と前記第2光起電力層との積層部との間に配置された絶縁部材を備える、請求項7または請求項8に記載の光電気化学反応装置。
- 分離された2つの第1電極と、1つの第2電極と、前記第1電極の一方と前記第2電極との間に設けられた第1光起電力層と、前記第1電極の他方と前記第2電極との間に設けられた第2光起電力層とを備え、前記第1および第2電極の一方で酸化反応を生起し、前記第1および第2電極の他方で還元反応を生起する光起電力セルと、
前記2つの第1電極が浸漬される第1電解液と、前記第2電極が浸漬される第2電解液とを収容する電解槽とを具備し、
前記第1および第2光起電力層は、pin接合型半導体およびpn接合型半導体から選ばれる少なくとも1つの半導体を有し、かつ複数の前記半導体が積層された構造を有する光電気化学反応装置。
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