JP6711334B2 - 二酸化炭素還元装置 - Google Patents
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Description
本発明は、二酸化炭素を還元する二酸化炭素還元装置に関する。
従来より、太陽光の光エネルギー等を利用し、二酸化炭素を還元して炭素を含んだ炭素化合物（例えばメタノール）を人工的に合成するシステムが研究されている。こうした中、酸化電極で水を酸化反応させ、還元電極で二酸化炭素を還元反応させて炭素化合物を合成する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、光起電力層を構成する半導体と電極が積層された積層体が電解液中に浸漬している構成が開示されている。
しかしながら、特許文献１の構成では、太陽光が電解液を介して半導体に到達するため、光エネルギーの損失が大きくなる。また、還元反応を行う電極および酸化反応を行う電極は、半導体と積層された電極を介して半導体と接続されているため、半導体でエネルギー変換時に発生した熱を酸化反応や還元反応に有効利用することができない。このため、炭素化合物の生成効率が低下する。
また、特許文献１の構成では、半導体が電解液に浸漬している。このため、電解液によって半導体が腐食し、耐久性が損なわれるおそれがある。
本発明は上記点に鑑み、炭素化合物の生成効率を向上させ、耐久性を向上させることが可能な二酸化炭素還元装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１、５に記載の発明では、光が照射されることによって内部光電効果を発生する光発電素子（１２）と、光発電素子と電気的に接続され、二酸化炭素の還元反応で炭素化合物を生成する還元電極（１４）と、光発電素子と電気的に接続され、水の酸化反応で酸素および水素イオンを生成する酸化電極（１３）と、電解液が流通可能な第１配管（１０）と、電解液が流通可能な第２配管（１１）とを備え、酸化電極および還元電極のうち一方の電極は光発電素子における受光面の反対側の面に直接設けられ、酸化電極および還元電極のうち他方の電極は光発電素子と離れて設けられおり、光発電素子は電解液に接触しておらず、還元電極および酸化電極は電解液に接触しており、第１配管と第２配管は内部が連通しており、第１配管では酸化電極が前記電解液に接しており、第２配管では還元電極が前記電解液に接している。
そして、請求項１に記載の発明は、第１配管および第２配管はそれぞれ複数設けられ、複数の第１配管および複数の第２配管はそれぞれ並列配置され、第１配管および前記第管は長手方向が交差し、複数の第１配管および複数の第２配管は格子状に配置されている。
また、請求項５に記載の発明では、第１配管および第２配管のうち光発電素子が配置された一方の配管が他方の配管よりも光源から遠い側に配置されている。
そして、請求項１に記載の発明は、第１配管および第２配管はそれぞれ複数設けられ、複数の第１配管および複数の第２配管はそれぞれ並列配置され、第１配管および前記第管は長手方向が交差し、複数の第１配管および複数の第２配管は格子状に配置されている。
また、請求項５に記載の発明では、第１配管および第２配管のうち光発電素子が配置された一方の配管が他方の配管よりも光源から遠い側に配置されている。
本発明によれば、太陽光を受光する光発電素子が電解液の外部に配置されているため、光は電解液に吸収されることなく光発電素子に直接照射される。このため、光発電素子は、高効率で光を吸収することができ、光発電素子が発生する電気エネルギーを大きくすることができる。これにより、炭素化合物の生成効率を向上させることができる。
また、光発電素子および酸化電極を一体化することで、光発電素子で発生した熱を利用して、酸化電極近傍の電解液を温度上昇させることができる。特に集光型光発電素子を用いることで、太陽光による半導体の発熱を効果的に利用できる。これにより、酸化電極での水の酸化反応を促進でき、炭素化合物の生成効率を向上させることができる。
また、光発電素子は電解液に接していないため、光発電素子が電解液によって腐食することがない。これにより、二酸化炭素還元装置の耐久性を向上させることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素還元装置１について説明する。本実施形態の二酸化炭素還元装置１は、太陽光を照射することで酸素生成、水素生成および炭素化合物（メタノール等）生成を行う人工光合成装置として構成されている。図１では紙面手前側に光源としての太陽が位置しており、紙面手前側から奥側に向かう方向が太陽光の照射方向となっている。図２では二酸化炭素還元装置１の上方に太陽が位置しており、横紙面上側から下側に向かう方向が太陽光の照射方向となっている。
本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素還元装置１について説明する。本実施形態の二酸化炭素還元装置１は、太陽光を照射することで酸素生成、水素生成および炭素化合物（メタノール等）生成を行う人工光合成装置として構成されている。図１では紙面手前側に光源としての太陽が位置しており、紙面手前側から奥側に向かう方向が太陽光の照射方向となっている。図２では二酸化炭素還元装置１の上方に太陽が位置しており、横紙面上側から下側に向かう方向が太陽光の照射方向となっている。
図１、図２に示すように、二酸化炭素還元装置１は、配管１０、１１を備えている。本実施形態の配管１０、１１は四角形の断面形状を有している。
配管１０、１１は内部を電解液が流通可能となっており、配管１０、１１は電解液を収容する容器を構成している。図示を省略しているが、電解液は例えばポンプによって外部から供給され、配管１０、１１の内部を循環するようになっている。電解液の種類は特に限定されないが、本実施形態では炭酸水素カリウム水溶液を用いている。炭酸水素カリウム水溶液の濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌとしている。以下、明細書および図面では電解液を「水」と表記することもある。
配管１０、１１には、第１配管１０と、第２配管１１が含まれている。本実施形態では、第１配管１０を絶縁体とし、第２配管１１を導体としている。具体的には、第１配管１０をＰＶＣ、ＣＰＶＣ、ＰＥ等の樹脂材料から構成し、第２配管１１をアルミニウムや銅等の金属材料から構成している。なお、第１配管１０および第２配管１１の両方を導体とし、第１配管１０および第２配管１１の間に絶縁体を設けてもよい。
第１配管１０および第２配管１１はそれぞれ複数設けられている。複数の第１配管１０はそれぞれ並列配置されており、複数の第２配管１１はそれぞれ並列配置されている。第１配管１０と第２配管１１は積層配置されている。本実施形態では、第２配管１１が第１配管１０よりも光源に近い側に配置されている。
第１配管１０と第２配管１１は、それぞれの長手方向が交差するように配置されている。本実施形態では、複数の第１配管１０と複数の第２配管１１が直交して格子状に配置されている。このため、複数の第１配管１０と複数の第２配管１１は平面的に広がるように配置され、板状部材のように扱うことができ、且つ二酸化炭素還元装置１の全体で均一に生成反応を起こさせることができる。
また、複数の第１配管１０と複数の第２配管１１が交差するため、第１配管１０と第２配管１１が交差する交差部が複数箇所存在している。第１配管１０と第２配管１１は、交差部で接触している。第１配管１０と第２配管１１は、それぞれ交差部で接触している部位が開口しており、交差部において第１配管１０の内部と第２配管１１の内部が連通している。
二酸化炭素還元装置１には、ＰＶセル１２が設けられている。ＰＶセル１２は、光起電力効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池である。なお、ＰＶセル１２が本発明の光発電素子に相当している。
本実施形態では、ＰＶセル１２を構成する半導体として直接遷移型半導体であるＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いている。本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族半導体は、２接合または３接合のタンデム構造であり、トンネル接合となっている。そのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体としては、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／ＧａＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＮＡｓ、a−ＳｉＧｅ／ａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉ、a−ＳｉＧｅ／ａ−Ｓｉを例示でき、各半導体は各々ＰＮ接合を形成し、基板はＧｅ基板若しくはＧａＡｓ基板を用いる。このＰＮ接合が２つであれば２接合で、３つであれば３接合である。また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板としてＳｉ半導体を用いてもよい。
ＰＶセル１２には、酸化電極１３と還元電極１４が接続されている。酸化電極１３はＰＶセル１２のアノード側に接続され、還元電極１４はＰＶセル１２のカソード側に接続されている。還元電極１４は二酸化炭素の還元反応が行われる反応電極として構成されており、酸化電極１３は対極として構成されている。本実施形態では、ＰＶセル１２、酸化電極１３および還元電極１４が複数組設けられている。
酸化電極１３は、ＰＶセル１２と一体的に構成されており、ＰＶセル１２と積層して設けられている。図２において、ＰＶセル１２の上面が太陽光が照射される受光面である。つまり、本実施形態ではＰＶセル１２のカソード側が受光面となっている。酸化電極１３は、ＰＶセル１２の受光面の反対面に設けられている。酸化電極１３としては、例えばＩｒＯ2、ＲｕＯ2、ＣｏＯ、ＴｉＯ2またはグラフェン等を成膜して用いればよい。これらの成膜された酸化電極１３は、ＰＶセル１２を構成する半導体の腐食を抑制する保護膜としても機能する。あるいはＰＶセル１２の受光面の反対面をそのまま酸化電極１３としてもよい。
ＰＶセル１２および酸化電極１３は、第１配管１０の外周面における光源に対向する部位に設けられている。ＰＶセル１２は、受光面が太陽光側を向くように配置されている。酸化電極１３は第１配管１０に接するように配置されており、ＰＶセル１２は第１配管１０から遠い側に配置されている。
ＰＶセル１２は、第１配管１０および第２配管１１のうち、光源から遠い側の第１配管１０に配置されている。ＰＶセル１２は、格子状に配置された第１配管１０および第２配管１１のうち、第１配管１０における第２配管１１と交差していない部位に配置されている。本実施形態では、ＰＶセル１２は、第１配管１０における２つの第２配管１１の間に配置されている。本実施形態では、第１配管１０よりも第２配管１１の方が光源に近い側に配置されているため、ＰＶセル１２は２つの第２配管１１の間に挟まれている。
ＰＶセル１２は、電解液に直接接しておらず、光源である太陽に対向して配置されている。ＰＶセル１２は、少なくとも受光面が電解液に直接接してしなければよい。第１配管１０における酸化電極１３が設けられた部位は開口しており、酸化電極１３におけるＰＶセル１２と反対側の面は第１配管１０の内部の電解液に接している。酸化電極１３は、水の酸化反応を促進する触媒電極として機能する。第１配管１０は、酸化電極１３を用いた水の酸化反応が行われる酸化用配管となっている。
還元電極１４は、ＰＶセル１２と別体として構成されており、ＰＶセル１２と離れて配置されている。還元電極１４としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｎｉ等の金属酸化物、若しくは窒素ドープしたグラフェンを用いることができる。金属あるいは金属酸化物に窒素ドープしたグラフェンを部分的に乗せるようにしてもよい。また、これらの材料によって第２配管１１を構成することで、第２配管１１自体を還元電極１４とすることもできる。
還元電極１４は、第２配管１１の内部に配置されており、第２配管１１の内部の電解液に接している。ＰＶセル１２と第２配管１１は配線１５で接続されている。還元電極１４は第２配管１１の内壁面に接しており、ＰＶセル１２と還元電極１４は、導体である第２配管１１を介して配線１５で接続されている。還元電極１４は、二酸化炭素の還元反応を促進する触媒電極として機能する。第２配管１１は、還元電極１４を用いた二酸化炭素の還元が行われる還元用配管となっている。
第１配管１０と第２配管１１の交差部には、電解質膜１６が設けられている。電解質膜１６は、第１配管１０と第２配管１１が連通する部位に配置され、第１配管１０の酸化電極１３と第２配管１１の還元電極１４の間に配置されることになる。電解質膜１６は、酸化電極１３側と還元電極１４側の間で、電解液中の水素イオンの移動を許容しつつ、反応生成物等の移動を制限する。電解質膜１６としては、例えばナフィオン（デュポン社の登録商標）を用いることができる。
第２配管１１には、還元電極１４の近傍にＣＯ2供給管１７が挿入されている。二酸化炭素がＣＯ2供給管１７からバブリングによって還元電極１４に供給される。二酸化炭素のバブルサイズはサブミクロンからミリメートルが望ましい。
第１配管１０および第２配管１１の外部には、集光レンズ１８が設けられている。集光レンズ１８は、複数のＰＶセル１２のそれぞれに対応して設けられている。具体的には、１つのＰＶセル１２に対して１つの集光レンズ１８が設けられており、集光レンズ１８はＰＶセル１２の受光面に対向するように配置されている。集光レンズ１８は、配管１０、１１に対して固定された状態となっている。また、太陽光の照射方向が変化した場合に集光レンズ１８のレンズ面を太陽の照射方向に追随させるために、集光レンズ１８を配管１０、１１に対して可動にすることもできる。
集光レンズ１８は、太陽光をＰＶセル１２に集光する機能を備えている。集光レンズ１８としては、例えば球面レンズ、フレネルレンズあるいはマイクロレンズアレイ等を用いることができる。
本実施形態では、集光レンズ１８から第１配管１０までの距離を１０ｃｍ程度とし、集光レンズ１８の焦点は１０ｃｍ程度としている。これにより、二酸化炭素還元装置１全体の厚みが１０ｃｍ程度になり、二酸化炭素還元装置１を例えば建物の屋根や屋上に設置しやすくなっている。
集光レンズ１８によって太陽光を集光することで、ＰＶセル１２における光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を向上させることができる。特に、本実施形態でＰＶセル１２として用いているＩＩＩ−Ｖ族半導体は、集光による変換効率を向上させる効果が大きい。
本実施形態では、集光レンズ１８の倍率を２〜１０００倍としている。集光レンズ１８の倍率は、集光レンズ１８の屈折率、厚み等によって調整することができる。
ＰＶセル１２では、太陽光が照射されると内部光電効果（光起電力効果）によって電子／正孔対が発生する。ＰＶセル１２で発生した正孔は酸化電極１３に移動し、電子は還元電極１４に移動する。
酸化電極１３の表面では、以下に示す水の酸化反応が行われ、水素イオンおよび酸素が生成する。
２Ｈ2Ｏ＋４ｈ+→４Ｈ+＋Ｏ2
酸化電極１３で発生した水素イオンは、電解質膜１６を透過して還元電極１４側に移動し、二酸化炭素の還元反応に用いられる。
酸化電極１３で発生した水素イオンは、電解質膜１６を透過して還元電極１４側に移動し、二酸化炭素の還元反応に用いられる。
還元電極１４の表面では、以下に示す二酸化炭素の還元反応が行われ、炭素化合物（メタノール等）および水素が生成する。
ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-→ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2
ＰＶセル１２では、太陽光が照射されることで内部光電効果によって電子が励起されるが、光エネルギーのうち一部は熱として放出される。このため、太陽光が照射されることでＰＶセル１２は発熱する。本実施形態では、ＰＶセル１２および酸化電極１３が一体化されているので、ＰＶセル１２で発生した熱は酸化電極１３に直接伝えられる。これにより、酸化電極１３が温度上昇し、酸化電極１３に接している電解液が温度上昇する。
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2
ＰＶセル１２では、太陽光が照射されることで内部光電効果によって電子が励起されるが、光エネルギーのうち一部は熱として放出される。このため、太陽光が照射されることでＰＶセル１２は発熱する。本実施形態では、ＰＶセル１２および酸化電極１３が一体化されているので、ＰＶセル１２で発生した熱は酸化電極１３に直接伝えられる。これにより、酸化電極１３が温度上昇し、酸化電極１３に接している電解液が温度上昇する。
以上説明した本実施形態では、ＰＶセル１２が電解液の外部に配置されているため、太陽光は電解液に吸収されることなくＰＶセル１２に直接照射される。このため、ＰＶセル１２は、高効率で太陽光を吸収することができ、ＰＶセル１２が発生する電気エネルギーを大きくすることができる。これにより、炭素化合物の生成効率を向上させることができる。
また、ＰＶセル１２は第１配管１０の外部に配置されているため、ＰＶセル１２は電解液に接しておらず、ＰＶセル１２を構成する半導体が電解液によって腐食することがない。これにより、二酸化炭素還元装置１の耐久性を向上させることができる。
また、本実施形態では、ＰＶセル１２および酸化電極１３を一体化することで、ＰＶセル１２と酸化電極１３を接続する配線が不要となり、ＰＶセル１２で発生した電気エネルギーの損失を小さくすることができる。
また、ＰＶセル１２および酸化電極１３を一体化することで、ＰＶセル１２で発生した熱を利用して、酸化電極１３近傍の電解液を温度上昇させることができる。これにより、酸化電極１３での水の酸化反応を促進でき、炭素化合物の生成効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、電解液の容器を複数の第１配管１０および複数の第２配管１１を組み合わせて構成している。これにより、二酸化炭素還元装置１を軽量にすることができる。また、単位面積当たりの二酸化炭素の還元効率を高くし、炭素化合物の生成効率を向上させることができる。
また、複数の第１配管１０および複数の第２配管１１は格子状に配置され、平面的に広がるように配置されている。このため、本実施形態の二酸化炭素還元装置１は、板状部材と同様に扱うことができ、例えば建物の屋根や屋上などに好適に設置することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。なお、図３は上記第１実施形態の図１に対応し、図４は上記第１実施形態の図２に対応している。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。なお、図３は上記第１実施形態の図１に対応し、図４は上記第１実施形態の図２に対応している。
図３、図４に示すように、本第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、ＰＶセル１２が配置された第１配管１０が第２配管１１よりも太陽光である光源に近い側に配置されている。このため、第１配管１０に設けられたＰＶセル１２および酸化電極１３は、第２配管１１よりも光源に近い位置に配置されている。このため、上記第１実施形態と異なり、第１配管１０に配置されたＰＶセル１２は、２つの第２配管１１の間に挟まれておらず、第２配管１１がＰＶセル１２よりも光源に近い側に存在していない。これにより、光源の位置が変化した場合であっても、ＰＶセル１２に照射される太陽光が近傍の第２配管１１に遮られるおそれがない。
つまり、本第２実施形態の構成によれば、光源の位置に関わらず、ＰＶセル１２は高効率で太陽光を吸収することができ、ＰＶセル１２が発生する電気エネルギーを大きくすることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。なお、図５は上記第１実施形態の図１に対応し、図６は上記第１実施形態の図２に対応している。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。なお、図５は上記第１実施形態の図１に対応し、図６は上記第１実施形態の図２に対応している。
図５、図６に示すように、本第３実施形態では、上記第１実施形態と同様、ＰＶセル１２が配置された第１配管１０が第２配管１１よりも光源から遠い側に配置されている。このため、第１配管１０に配置されたＰＶセル１２は、２つの第２配管１１の間に挟まれており、第２配管１１がＰＶセル１２よりも光源に近い側に存在している。
本第３実施形態では、第２配管１１における光源に近い側には、第１配管１０および第２配管１１の積層方向に対して傾斜した傾斜面１１ａが設けられている。傾斜面１１ａは、光源側に向くように設けられている。傾斜面１１ａは、太陽光である光源の位置によらず、第２配管１１がＰＶセル１２に対して影を作らないように設けられている。このため、第２配管１１は、光源に近い側は光源から遠い側よりも断面積が小さくなっている。第２配管１１の断面は、略台形形状、略五角形状ないし略三角形状となっている。
傾斜面１１ａは、第２配管１１の長手方向に連続して設けられているが、少なくとも第１配管１０に設けられたＰＶセル１２に隣接する部位に設けられていればよい。また、傾斜面１１ａは平面に限らず、外側に向かって膨らんだ曲面であってもよい。この場合、傾斜面１１ａ第２配管１１の断面は円弧状となる。
本第３実施形態によれば、第２配管１１における光源に近い側に傾斜面１１ａが設けられているので、光源の位置が変化した場合であっても、ＰＶセル１２に照射される太陽光が近傍の第２配管１１に遮られるおそれがない。このため、光源の位置に関わらず、ＰＶセル１２は高効率で太陽光を吸収することができ、ＰＶセル１２が発生する電気エネルギーを大きくすることができる。
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
（１）上記各実施形態では、第１配管１０および第２配管１１をそれぞれ複数設けた例について説明したが、第１配管１０および第２配管１１はそれぞれ少なくとも１つ設けられていればよい。
（２）上記各実施形態では、ＰＶセル１２、酸化電極１３および還元電極１４を複数組設けた例について説明したが、これらは少なくとも１組設けられていればよい。
（３）上記各実施形態では、第１配管１０および第２配管１１の内部に電解液を循環させるように構成したが、第１配管１０および第２配管１１の内部に電解液が収容されていればよく、電解液は必ずしも循環させなくてもよい。
（４）上記各実施形態では、ＰＶセル１２の受光面の反対側に酸化電極１３を一体化して設け、還元電極１４をＰＶセル１２と別体として配線１５で接続するようにしたが、これに限らず、ＰＶセル１２の受光面の反対側に還元電極１４を一体化して設け、酸化電極１３をＰＶセル１２と別体として配線１５で接続するようにしてもよい。この場合、ＰＶセル１２のアノード側を受光面とすればよい。
また、ＰＶセル１２は、第２配管１１側に配置される。具体的には、ＰＶセル１２は、格子状に配置された第１配管１０および第２配管１１のうち、第２配管１１における第１配管１０と交差していない部位であって、２つの第１配管１０の間に配置される。
ＰＶセル１２および還元電極１４を一体化することで、ＰＶセル１２で発生した熱を利用して、還元電極１４近傍の電解液を温度上昇させることができる。これにより、還元電極１４での二酸化炭素の還元反応を促進でき、炭素化合物の生成効率を向上させることができる。
（５）上記各実施形態の構成において、還元電極１４側の電解液にメディエータを含有させてもよい。メディエータは、二酸化炭素還元反応で電子伝達を仲介する化合物である。メディエータとしては、窒素含有芳香族化合物を用いることができる。芳香族化合物は、４ｎ＋２個（ｎは整数）のπ電子を含有する非局在π電子系を有する平面環である。芳香環は、５、６、７、８、９個、又は１０個以上の原子によって形成され得る。芳香族化合物は、単環式および縮合環多環式を含んでいる。
窒素含有芳香族化合物は、芳香環の構成原子の１以上がＮ原子となっている複素芳香族化合物である。窒素含有芳香族化合物は、芳香環の構成原子と結合する１以上の水素が、直鎖または分岐鎖低級アルキル基、ヒドロキシ基、アミノ基、ピリジル基で置換されていてもよい。このようなメディエータを構成する窒素含有芳香族化合物として、イミダゾール、メチルイミダゾール、ジメチルイミダゾール、トリアゾール、ピリジン、ジメチルアミノピリジンを例示できる。
１ 二酸化炭素還元装置
１０ 第１配管
１１ 第２配管
１２ ＰＶセル（光発電素子）
１３ 酸化電極
１４ 還元電極
１６ 電解質膜
１７ ＣＯ2供給管
１８ 集光レンズ
１０ 第１配管
１１ 第２配管
１２ ＰＶセル（光発電素子）
１３ 酸化電極
１４ 還元電極
１６ 電解質膜
１７ ＣＯ2供給管
１８ 集光レンズ
Claims (11)
- 光が照射されることによって内部光電効果を発生する光発電素子（１２）と、
前記光発電素子と電気的に接続され、二酸化炭素の還元反応で炭素化合物を生成する還元電極（１４）と、
前記光発電素子と電気的に接続され、水の酸化反応で酸素および水素イオンを生成する酸化電極（１３）と、
前記電解液が流通可能な第１配管（１０）と、
前記電解液が流通可能な第２配管（１１）とを備え、
前記酸化電極および前記還元電極のうち一方の電極は前記光発電素子における受光面の反対側の面に直接設けられ、前記酸化電極および前記還元電極のうち他方の電極は前記光発電素子と離れて設けられおり、
前記光発電素子の受光面は電解液に直接接触しておらず前記電解液を介さずに光源の光を受光可能であり、前記還元電極および前記酸化電極は前記電解液に接触しており、
前記第１配管と前記第２配管は内部が連通しており、
前記第１配管では、前記酸化電極が前記電解液に接しており、前記第２配管では、前記還元電極が前記電解液に接しており、
前記第１配管および前記第２配管はそれぞれ複数設けられ、前記複数の第１配管および前記複数の第２配管はそれぞれ並列配置され、
前記第１配管および前記第２配管は長手方向が交差し、前記複数の第１配管および前記複数の第２配管は格子状に配置されている二酸化炭素還元装置。 - 前記光発電素子は、格子状に配置された前記第１配管および前記第２配管のうち、いずれか一方の配管における他方の配管と交差していない部位に配置されている請求項１に記載の二酸化炭素還元装置。
- 前記光発電素子は、前記一方の配管における２つの前記他方の配管の間に配置されている請求項２に記載の二酸化炭素還元装置。
- 前記第１配管および前記第２配管のうち前記光発電素子が配置された一方の配管が他方の配管よりも光源から遠い側に配置されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の二酸化炭素還元装置。
- 光が照射されることによって内部光電効果を発生する光発電素子（１２）と、
前記光発電素子と電気的に接続され、二酸化炭素の還元反応で炭素化合物を生成する還元電極（１４）と、
前記光発電素子と電気的に接続され、水の酸化反応で酸素および水素イオンを生成する酸化電極（１３）と、
前記電解液が流通可能な第１配管（１０）と、
前記電解液が流通可能な第２配管（１１）とを備え、
前記酸化電極および前記還元電極のうち一方の電極は前記光発電素子における受光面の反対側の面に直接設けられ、前記酸化電極および前記還元電極のうち他方の電極は前記光発電素子と離れて設けられおり、
前記光発電素子の受光面は電解液に直接接触しておらず前記電解液を介さずに光源の光を受光可能であり、前記還元電極および前記酸化電極は前記電解液に接触しており、
前記第１配管と前記第２配管は内部が連通しており、
前記第１配管では、前記酸化電極が前記電解液に接しており、前記第２配管では、前記還元電極が前記電解液に接しており、
前記第１配管および前記第２配管のうち前記光発電素子が配置された一方の配管が他方の配管よりも光源から遠い側に配置されている二酸化炭素還元装置。 - 前記他方の配管の前記光源に近い側には傾斜面（１１ａ）が設けられている請求項４または５に記載の二酸化炭素還元装置。
- 前記第１配管および前記第２配管のうち前記光発電素子が配置された一方の配管が他方の配管よりも光源に近い側に配置されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の二酸化炭素還元装置。
- 前記第１配管および前記第２配管が連通する部位に、プロトンの移動を許容する電解質膜（１６）が設けられている請求項１ないし７のいずれか１つに記載の二酸化炭素還元装置。
- 前記第２配管の内部には、バブル状の二酸化炭素を供給するＣＯ2供給管（１７）が設けられている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の二酸化炭素還元装置。
- 前記光発電素子に照射される光を所定の倍率で集光する集光レンズ（１８）を備える請求項１ないし９のいずれか１つに記載の二酸化炭素還元装置。
- 前記光発電素子は複数設けられており、
前記集光レンズは、前記複数の光発電素子のそれぞれの位置に対応して設けられている請求項１０に記載の二酸化炭素還元装置。
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