KR100872952B1 - 광 전기 화학 전지 - Google Patents
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Abstract
광 전기 화학 전지(1)는 이온성 액체(2)를 넣은 전기 분해액 용기(3)와, 이 전기 분해액 용기(3) 내를 CO2 포획실(7)과 CO2 방출실(8)로 이분하는 격막(4)을 갖고, 격막(4)을 이격하여 대향하는 측벽의 한쪽을 카본 전극(5), 다른 쪽을 광 전극(6)으로 하였다. 산화 환원 미디에이터(B)는 산화체(Box)와 환원체(Bred)로 이분화 탄소에 대한 결합력이 다르고, 결합력이 큰 쪽이 한 쌍의 전극(5, 6)의 한쪽에 대해 이산화탄소를 반송하는 매체 화학종이다. CO2 방출실(10)의 상부에는 상벽부(10)가 형성되고, 이 상벽부(10)에 CO2 취출구(10A)를 형성하여 산화 환원 미디에이터의 산화 및 환원을 이용하여, 태양광의 광 에너지를 전력으로 변환시키면서 이산화탄소의 분리 농축을 행한다.
광 전기 화학 전지, 이온성 액체, 전해액 용기, 카본 전극, 격막
Description
본 발명은 광 전기 화학 전지에 관한 것으로, 더 상세하게는 이산화탄소를 분리ㆍ농축하는 기능을 구비한 광 전기 화학 전지에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화 대책으로서, 이산화탄소의 고정화ㆍ격리의 연구나 이산화탄소를 화학 원료로서 이용하는 연구가 정력적으로 진행되고 있다. 모든 연구의 경우에 있어서도, 화력 발전소 등에서 대표되는 고정 배출원으로부터의 배기 가스 중으로부터 혹은 대기 중에서, 이산화탄소를 분리 농축하여 회수할 필요가 있다.
이산화탄소를 분리 농축하는 기술로서는, 예전부터 알려져 있는 막 분리, 흡착 분리, 흡수 분리를 기초로서 연구 개발이 진행되어 왔다.
막 분리법은 설비나 조작이 간단하고, 깨끗한 프로세스이며 환경 부하가 작다는 특징이 있다. 이 막 분리법에서는, 이론적으로는 분리를 위한 에너지를 작게 할 수 있을 가능성이 있지만, 이산화탄소의 분리에 관해서는 분리계수나 투과 속도 혹은 사용 온도에 있어서 스펙 상에서 만족할 수 있는 분리막을 찾아낼 수 없다. 이와 같이 막 분리법은 분리막 바로 그것의 기초 연구를 행하고 있는 것이 현재의 상태이다.
흡착 분리법은 건식으로 깨끗한 프로세스이며, 고농도의 가스를 대상으로 할 경우에는 분리 에너지가 작아진다는 특징이 있다. 이 흡착 분리법에서는 흡착제로부터 가스를 탈착시키기 위해, 압력차를 이용하는 PSA(Pressure Swing Adsorption)법, 온도차를 이용하는 TSA(Thermal Swing Adsorption)법 혹은 양자를 이용하는 PTSA법이 있지만, 시간 사이클을 짧게 할 수 있는 PSA법이 일반적이다. 철강 배기 가스와 같은 이산화탄소가 고농도의 배기 가스로부터의 이산화탄소의 회수이면, 드라이 아이스 제조로서 상업 베이스로 실용화되어 있다. 그러나, 화력 발전소와 같은 겨우 13 ％ 정도의 이산화탄소의 배기 가스에 적용하는 것은 분리 에너지가 지나치게 커서 곤란하다.
흡수 분리법은 흡착과 달리 화학적으로 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 이용하는 방법이다. 또한, 이 흡수 분리법은 흡수제의 단위 중량당의 이산화탄소의 회수량이 큰 것에 특징이 있다. 그러나, 흡수제에 흡수된 이산화탄소를 흡수제로부터 방출시키기 위해 많은 에너지를 필요로 한다는 문제가 있다. 이 흡수 분리법에 있어서도, 새로운 흡수제의 기초 연구가 행해지고 있는 것이 현재의 상태이다.
이와 같이 분리 농축의 종래의 기술인 막 분리, 흡착 분리, 흡수 분리를 베이스로 한 이산화탄소의 분리 농축 기술은, 저농도의 이산화탄소의 분리 농축에 대해 적용할 수 있는 기술 레벨로는 되어 있지 않다.
한편, 새로운 분리 농축 기술로서, 전기 화학적인 수법에 의한 이산화탄소의 분리 농축 방법이 연구되게 되어 있다.
예를 들어, 배기 가스로부터의 이산화탄소를 전기 화학적으로 농축하는 용융 탄산염형 연료 전지를 이용한 기술이 알려져 있다[KASAI, H.,: "CO2 electrochemical separation by molten carbonate technology, Prepr Pap Am Chem Soc Div Fuel Chem., Vol.47, No.1, pp.69-70(2002) 및 타케노부 히데노리, "용융 탄산염형 연료 전지를 이용한 석탄 화력 발전소 배기 가스로부터의 CO2 회수 시스템에 관한 연구", 중국 전력 가부시끼가이샤 기술 연구소 시보, No.98, pp.55-65(2002)를 참조]. 이 기술은, 전술의 PSA법에 비교하면, 에너지 효율이 되는 것을 기대할 수 있지만, 에너지를 소비하는 점에서는 동일하다. 또한, 이산화탄소뿐만 아니라 산소도 동시에 분리 농축되고, 농축 기체는 산소와 이산화탄소의 혼합 기체로 되어 버리고, 이산화탄소의 환원 등으로 대표되는 이산화탄소의 고정 프로세스를 행하기 위해서는 농축 혼합 기체로부터의 이산화탄소의 분리를 행해야만 하고, 또한 분리의 에너지를 필요로 한다. 또는, 용융 탄산염으로부터의 이산화탄소의 증기압이 높고, 이산화탄소 농도가 낮은 가스로부터 이산화탄소를 분리 농축할 수 없다는 문제도 있다.
이산화탄소의 분리 농축 기술의 이러한 연구 개발의 상황 하에 있어서, EMC(전기 화학적 변조 착화 ; Electrochemically Modulated Complexation)라는 아주 새로운 전기 화학적 분리 농축 방법이 제안되었다(Scovazzo, P., Koval, C., Noble, R., "Electrochemical Separation and Concentration of < 1 ％ Carbon Dioxide from Nitrogen," J.Electrochem.Soc., vol.150, no.5, pp.D91-D98, 2003 참조).
도15에 개략적으로 도시되는 전기 화학 전지(200)에 있어서, 우선 이 이산화탄소의 전기 화학적 분리 농축 방법은 이온성 액체(202)를 넣어 격막(204)으로 이분되어 CO2 포획실(207)과 CO2 방출실(208)이 형성된 용기(203)에 있어서, 각각 CO2 포획실(207)과 CO2 방출실(208)에 대해 전극(205, 206)을 배치하고, CO2 포획실(207)의 이온성 액체(202) 속에 이산화탄소를 포함하는 배기 가스(211)를 도입하게 되어 있다. CO2 포획실(207)의 상벽부에는 배출구(209)가 형성되고, 또한 CO2 방출실(208) 상벽부에는 CO2 취출구(210)가 형성된다.
그리고, CO2 포획실(207) 내의 전극(205)과, CO2 방출실(208) 내의 전극(206)에 대해 외부 전원(220)을 접속하여 전압을 인가하여 이온성 액체(201, 202) 속의 산화 환원 미디에이터(B)의 환원체(Bred)와 산화체(Box)를 산화 환원하게 되어 있다. 여기서, 산화 환원 미디에이터(B)의 환원체(Bred)는, 하기의 식 (1)과 같이 CO2 포획실(207)로 CO2와 결합하여 CO2를 CO2 방출실(208) 내의 전극(206)으로 반송한다. 그리고, CO2와 결합한 산화 환원 미디에이터(B)의 환원체(Bred)는, 하기의 식 (2)와 같이 산화됨으로써 CO2를 방출한다. 동시에, C02와 결합하고 있지 않은 산화 환원 미디에이터도 하기의 식 (3)과 같이 산화되어 산화체(Box)가 된다.
(1) CO2 + Bred → CO2Bred
(2) CO2Bred → CO2Box + e
(3) Bred → Box + e
식 (2)와 같이 산화된 산화 환원 미디에이터(B)는 CO2를 방출한다. 방출된 CO2는, 하기의 식 (4)와 같이 배기 가스로부터 분리 농축된 CO2로서 취출된다.
(4) CO2Box → CO2 + Box
또한, 산화 환원 미디에이터(B)의 산화체(Box)는 격막(204)을 투과하여 CO2 포획실(207)로 복귀하여, 하기의 식 (5)와 같이 다시 환원되어 CO2의 포획에 제공되어 있다.
(5) Box + e → Bred
이 방법에서는 이산화탄소가 전기 화학적으로 CO2 방출실(208)을 향해 펌핑되어 분리 농축이 달성되게 되어 있다. 또한, 이 방법에서는 순수한 이산화탄소로서 분리 농축할 수 있고, 게다가 저농도의 이산화탄소를 포함하는 가스로부터의 분리 농축도 가능하기 때문에 종래의 분리 농축 수법은 물론 용융 탄산염형 연료 전지를 이용한 이산화탄소의 분리 농축에 대해서도 유리해지고 있다.
또한, 습식 태양 전지(색소 증감 태양 전지)는 공지 기술이며, 소위 그라첼 셀(Graetzel cell)에 대해 알려져 있다[일본 특허 제2664194호 공보(제1 페이지, 도1) 참조].
그러나, 상술한 바와 같이 산화 환원 미디에이터를 이용한 이산화탄소의 분리 농축 기술에서는, 많은 에너지는 아니지만, 역시 분리 에너지를 필요로 하는 관점에서는 그 이전의 기술과 같다. 또한, 전기 분해액(이온성 액체) 중의 이산화탄소 농도가 낮기 때문에, 이산화탄소와 결합한 산화 환원 미디에이터보다도 이산화탄소와 결합하고 있지 않은 산화 환원 미디에이터의 농도쪽이 높아지고, 이산화탄소의 분리 농축에 기여하지 않는 상기 식 (3)을 경유하는 산화 환원 사이클쪽이 이산화탄소의 분리 농축을 행하는 상기 식 (2)를 경유하는 산화 환원 사이클보다도 많이 회전한다. 이로 인해, 이산화탄소의 분리 농축에 기여하지 않는 전류분은, 전기 화학 셀 및 전원계를 포함시킨 IR 드롭으로서 소비해 버리기 때문에 공급한 전력의 전류 효율이 내려가 버린다는 문제가 있었다. 특히, 분리 농축의 대상이 되는 이산화탄소를 포함하는 가스의 이산화탄소 농도가 낮을수록 전류 효율이 낮아진다.
이와 같이 이산화탄소의 전기 화학적인 분리 농축을 행할 경우, 외부 전원의 전력으로서, 화력 발전소와 같이 화석 연료를 이용하여 얻어진 전력을 이용하는 것은, 이산화탄소를 분리 농축하기 위해 필요한 전력을 얻는 면에서 이산화탄소를 배출해 버리기 때문에 바람직하지 않고, 재생 가능한 에너지원에서 발전한 전력을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 예를 들어 태양 전지에서 발전한 전력을 이용하는 것으로 해도, 어떤 발전 비용에서 얻어진 전력을 소비하고, 게다가 축적한 전력을 이산화탄소의 분리 농축 이외의 쓸데없는 산화 환원 사이클에도 소비해 버리기 때문에, 비용이 높아져 버린다는 문제가 있었다.
본 발명은, 종래 기술에 대해 전력 소비를 억제하고, 내지는 전력을 창출하면서 이산화탄소의 분리 농축을 행할 수 있는 기구를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 특징은, 산화 환원 미디에이터를 포함하는 전기 분해액 속에 서로 이격하는 적어도 한 쌍의 전극을 배치하고, 상기 전극 중 적어도 한쪽의 전극이 광 조사되어 여기 전자를 생성하는 광 촉매를 구비한 광 전극이며, 이 광 전극에 의해 전기 분해액 속의 산화 환원 미디에이터의 산화 혹은 환원을 행해 광 에너지를 전력으로 변환하는 광 전기 화학 전지이며, 산화 환원 미디에이터가 산화체와 환원체로 이산화탄소에 대한 결합력이 다르고, 결합력이 큰 쪽이 한 쌍의 전극의 어느 쪽인지 여부에 이산화탄소를 반송하는 매개 화학종인 것을 요지로 하고 있다.
또한, 전기 분해액의 용매는 비수용매 혹은 이온성 액체인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 광 에너지를 이용하여 광 전기 화학적으로 이산화탄소를 매개 화학종에서 소정의 전극측으로 이산화탄소를 펌핑하기 위해 전력 소비를 억제하고, 또는 전력을 창출하면서 이산화탄소의 분리 농축할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 개략적인 구성을 모식적으로 도시하는 단면 설명도이다.
도2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 개략적인 구성을 모식적으로 도시하는 단면 설명도이다.
도3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 개략적인 구성을 모식적으로 도시하는 수평 단면 설명도이다.
도4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 변형 예를 나타내는 수직 단면 설명도이다.
도5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 개략적인 구성을 모식적으로 도시하는 단면 설명도이다.
도6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 개략적인 구성을 모식적으로 도시하는 수평 단면 설명도이다.
도7은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 개략적인 구성을 모식적으로 도시하는 단면 설명도이다.
도8은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 개략적인 구성을 모식적으로 도시하는 단면 설명도이다.
도9는 본 발명에 관한 광 전기 화학 전지의 다른 실시 형태를 도시하는 설명도이다
도10은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지에 있어서의 에너지 다이아그램과 전자의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도11은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지에 있어서의 에너지 다이어그램과 전자의 흐름을 도시하는 설명도이다.
도12는 광 전기 화학 전지에 외부 전원(태양 전지)을 직렬로 접속하였을 경우의 에너지 다이아그램과 전자 흐름을 도시하는 설명도이다.
도13은 광 촉매가 색소 증감된 본 발명의 다른 실시예에 관한 광 전기 화학 전지의 개략적인 구성을 모식적으로 도시하는 단면 설명도이다.
도14는 상기 광 촉매로서 사용되는 여러 가지 물질의 밴드 구조를 나타내는 그래프이다.
도15는 종래에 있어서의 이산화탄소의 전기 화학적 분리 농축 방법의 개략도이다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지의 상세를 도면을 이용하여 설명한다. 단, 도면은 모식적인 것이며, 각 재료층의 두께나 그 비율 등은 현실의 것과는 다른 것으로 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 두께나 치수는 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또한, 도면 상호 사이에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지에 대해, 도1을 이용하여 설명한다. 도1에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(1)는 전기 분해액으로서의 이온성 액체(2)를 넣은 전기 분해액 용기(3)와, 전기 분해액 용기(3) 내를 좌우로 이분하는 격막(4)을 갖고 있다.
전기 분해액 용기(3)에 있어서의 격막(4)을 이격하여 대향하는 측벽은 한쪽이 카본 전극(5)이며, 다른 쪽이 광 전극(6)으로 되어 있다.
또한, 전기 분해액 용기(3)는 격막(4)을 거쳐 CO2 포획실(7)과 CO2 방출실(8)로 분할되어 있다. 그리고, CO2 포획실(7)의 상부에는 상벽부(9)가 형성되고, 이 상벽구(9)에 배출구(9A)가 형성되어 있다. 또한, CO2 방출실(8)의 상부에는 상벽부(10)가 형성되고, 이 상벽부(10)에 CO2 취출구(10A)가 형성되어 있다. 또한, CO2 포획실(7)의 저벽부(11)에는 배기 가스 도입부(12)가 형성되어 있다.
또한, 상기한 카본 전극(5)은 전기 분해액 용기(3)의 일부를 이루는 것이며, 내측면에 백금(Pt) 등의 촉매 재료로 이루어지는 전극 촉매층(13)이 형성되어 있다.
또한, 광 전극(6)은 내측으로부터 차례로 태양광에서 대표되는 광에 의해 여기 전자 및 홀을 생성하는 광 촉매 재료로 이루어지는 광 촉매층(14)과, 광 촉매층(14)에서 생성한 여기 전자를 모으는 집전체층(15)과, 전기 분해액 용기(3)의 측벽을 구성하는 투명한 유리판(16)으로 구성되어 있다.
격막(4)은 CO2 포획실(7) 내의 이온성 액체(2)에 버블링되어 있는 배기 가스와, CO2 방출실(8)의 분리 농축된 CO2가 혼합되지 않도록 설치된 것으로, 용매의 이온 전도를 달성할 수 있도록 다공질의 유리 혹은 세라믹 등으로 형성되어 있다.
또한, 본 실시예에서는 광 전기 화학 전지(1)에 의해 발전된 전력을 사용하는 외부 부하(17)가 접속되어 있다. 이 외부 부하(17)로서는 DC/DC와 같은 전력 변환기, 전력 제어기, 배기 가스를 CO2 포획실(7)로 통기하기 위한 펌프, 블로워, 분리 농축된 이산화탄소의 전기 분해 환원을 행하는 전기 화학 셀이나, 이러한 조합이라도 좋다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(1)의 동작 원리를 설명한다.
(A) 우선, 태양광에 의해 대표되는 광을 유리판(16)에 입사되면 광의 에너지에 의해, 광 촉매층(14)을 구성하는 광 촉매의 표면 근방의 가전자대(價電子帶)의 전자가 전도대에 광 여기되고, 하기의 식 (6)에서 나타낸 바와 같이 광 촉매의 표면 근방에 전자(e) - 정공(h)의 쌍이 생성된다.
(6) hv → e + h
(B) 그리고, 생성된 전자(e) - 정공(h)의 쌍이, 광 촉매 표면 근방에 전기 분해액[이온성 액체(2)]과의 접촉에 의해 형성되어 있는 밴드 벤딩에 의해 전하 분리되고, 전도대의 전자는 표면 근방으로부터 벌크에 수송되고, 집전체층(15)을 통해 카본 전극(5)으로 이동한다. 또한, 정공(h)은 광 촉매 표면에 수송되고, 하기의 식 (7) 및 (8)에 나타낸 바와 같이 이산화탄소와 결합하고 있는 산화 환원 미디에이터의 환원체를 산화하여 산화체로 한다.
(7) CO2Bred + h → CO2Box
(8) Bred + h → Box
(C) 그리고, 산화체가 된 이산화탄소와 결합하고 있는 산화 환원 미디에이터(B)로부터는, 하기의 식 (9)에 나타낸 바와 같이 이산화탄소가 방출된다.
(9) CO2Box → CO2 + Box
(D) 이산화탄소의 산화 환원 미디에이터(B)의 산화체는 이온성 액체(2) 속을 확산하여 카본 전극(5)으로 이동한다.
(E) 이산화탄소의 산화 환원 미디에이터(B)의 산화체는 카본 전극(5)으로부터 전자를 수취하여 환원되고, 하기의 식 (10)에 나타낸 바와 같이 환원체가 된다.
(10) Box + e → Bred
(F) 그리고, 하기의 식 (11)에 나타낸 바와 같이 이온성 액체(2) 속에 취입된 이산화탄소와 이산화탄소의 캐리어인 산화 환원 미디에이터(B)의 환원체가 결합한다.
(11) CO2 + Bred → CO2Bred
(G) 이산화탄소와 결합한 산화 환원 미디에이터(B)의 환원체 및 이산화탄소와 결합하고 있지 않은 산화 환원 미디에이터의 환원체가 이온성 액체 속을 확산하여 광 전극(6)으로 이동한다.
이산화탄소의 캐리어인 산화 환원 미디에이터(B)가, 상술의 산화 환원 사이클을 회전함으로써, CO2 포획실(7)로부터 CO2 방출실(8)에 광 전기 화학적으로 이산화탄소가 펌핑됨으로써, 이산화탄소의 분리 농축이 달성된다.
이때, 이온성 액체(2) 속의 이산화탄소 농도가 낮기 때문에, 이산화탄소와 결합한 산화 환원 미디에이터보다도 이산화탄소와 결합하고 있지 않은 산화 환원 미디에이터의 농도쪽이 높아져 있다. 따라서, 이산화탄소의 분리 농축에 기여하지 않는 상기의 식 (8)을 경유하는 산화 환원 사이클쪽이 이산화탄소의 분리 농축을 행하는 상기의 식 (7)을 경유하는 산화 환원 사이클보다도 많이 회전하는 점에서는, 종래와 같다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(1)에서는 이산화탄소와 결합하여 이산화탄소의 분리 농축에 기여한 산화 환원 사이클도, 이산화탄소와 결합하지 않고 회전하는 산화 환원 사이클도, 모두 광 전극(6)에서 흡수한 광 에너지를 전기 에너지로서 외부에 공급하도록 기능한다. 따라서, 전력을 소비하는 것은 아니며, 반대로 태양광의 광 에너지를 전력으로 변환하면서 이산화탄소의 분리 농축을 행한다는 획기적인 기능을 발현한다.
또한, 사용하고 있는 광 촉매의 페르미 레벨(fermi level)과 이산화탄소의 캐리어인 산화 환원 미디에이터의 산화 환원 전위의 차가 개방 단부 전압(외부 부하 없을 때의 기전력)이 되고, 이 개방 단부 전압으로부터 이산화탄소의 캐리어인 산화 환원 미디에이터의 산화 환원의 전극 반응의 과전압 및 IR 드롭을 뺀 값이 기전력이 된다.
도10은 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(1)의 에너지 다이어그램과 전자의 흐름을 도시하는 설명도이다.
종래와 같이, 단순히 외부에 태양 전지를 설치하고, 산화 환원 사이클이 태양 전지에서 발전한 전력을 소비하여 이산화탄소의 분리 농축을 달성시키는 경우에는, 전력을 소비하지 않고 태양광에서 발전하면서 이산화탄소를 분리 농축한다는 기능은 발현할 수 없다. 또한, 종래의 경우에 있어서, 조합하는 태양 전지와 이산화탄소의 전기 화학적 농축 셀의 용량에 따라서는, 전기 화학적 농축 셀에서 소비 하는 전력을 뺀 나머지의 잉여 전력을 외부에 공급하는 것은 가능하지만, 이산화탄소의 전기 화학적 농축 셀에서 전력을 소비해 버린다는 점에서는 동일하다.
또한, 본 발명의 산화 환원 미디에이터로서는, 예를 들어 문헌(Scovazzo, P., Koval, C., Noble, R., "Electrochemical Separation and Concentration of < 1 ％ Carbon Dioxide from Nitrogen," J.Electrochem.Soc., vol.150, no.5, pp.D91-D98, 2003)에 기재되어 있는 2, 6-디-tert-부틸-1, 4-벤조키놀린을 적용할 수 있다.
비수용매로서는 탄산 프로필렌, 실온 용해염(이온성 액체)으로서는 헥사 플루오르 인산1-부틸-3-메틸이미다졸륨을 적용할 수 있다.
또한, 광 촉매층(14)을 구성하는 광 촉매로서는 산화물 반도체인, 예를 들어 이산화티탄, 산화철, 산화니오븀, 티탄산스트론튬, 티탄산바륨, 삼산화텅스텐, 산화아연, 이산화주석, 산화비스머스, 이산화지르코니아, 탄탈산나트륨, 탄탈산칼륨 혹은 화합물 반도체인, 예를 들어 카드뮴설파이드, 셀렌화카드뮴, 갈륨인, 갈륨비소 혹은 단원소 반도체인, 예를 들어 실리콘, 게르마늄 등의 반도체 중 전도대와 가전자대의 플랫 밴드 포텐셜이 이산화탄소의 산화 환원 미디에이터의 산화 환원 전위를 끼우고 있는 재료로 선택할 수 있다. 이들의 물질의 밴드 구조는 도14의 그래프에 나타내고 있고, 상기 그래프 중 좌측의 종축은 "진공 레벨로부터의 포텐셜"을 나타내고, 우측의 종축은 "NHE(표준 수소 전극 전위)에 대한 전위"를 나타내고 있다. 또한, 광 촉매층(14)은 수 nm 내지 수백 nm의 입자 사이즈의 미분체를 조밀하게 깔은 막 두께가 서브 ㎛ 내지 100 ㎛의 다공질막으로서 형성하는 것이 바 람직하다. 또한, 광 촉매는 크롬, 바나듐 혹은 질소 등의 불순물 원소를 이온 주입 등의 수법에 의해, 불순물 도핑되어 밴드 갭이 조정되거나, 유기 색소 혹은 유기 금속 착체 색소에 의해, 색소 증감되는 등 흡광 특성이 태양광 스펙트럼에 매칭되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 광 촉매에서 발생한 여기 전자를 실활시키는 일 없게 효과적으로 집전체층(15)에 전하기 위해, 미분체가 적절하게 융착되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 산화 환원 미디에이터의 산화 환원 반응의 과전압을 낮추도록 RuO 등의 조촉매가 부여되어 있어도 좋다.
집전체층(15)은 반드시 필요는 없지만, 광 촉매에서 발생한 여기 전자를 실활시키는 일 없이 효과적으로 반대의 극에 전하기 위해 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 집전체층(15)으로서는 불소 도프의 ITO막(FTO막) 등, 투명하고 도전성이 높은 재료가 바람직하다. 또한, 집전체층(15)은 균일막이 다른 것, 다공질체나 도전성 섬유의 집합체 등을 이용할 수도 있다. 또한, 집전체층(15)의 전기 분해액[이온성 액체(2)]측의 표면이 광 촉매 또는 은 광 촉매로 동일한 반도체 재료로 피복되어 있는 것이 광 전극(6)에 있어서의 상기 식 (7) 및 식 (8)의 역반응, 즉 광에 의해 여기된 전자에 의한 하기의 식 (12) 및 식 (13)에 나타낸 반응을 방지하고, 흡수한 광의 양자 효율, 발전 효율 및 이산화탄소의 분리 농축 효율의 저하를 방지하는 면에서 바람직하다.
(12) CO2Box + e → CO2Bred
(13) Box + e → Bred
(제2 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지에 대해 도2 내지 도4를 이용하여 설명한다.
도2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(20)는 전기 분해액 용기(21)와, 광 전극(22)과, 다공질 카본 전극(23)을 구비하고 있다. 광 전극(22)과 다공질 카본 전극(23)은 전기 분해액 용기(21)의 서로 대향하는 위치의 측벽을 겸하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 상술한 제1 실시 형태의 광 전기 화학 전지(1)와 같은 격막을 갖지 않는 구성이다.
다공질 카본 전극(23)은 다공질 구조의 카본으로 형성되고, 이온성 액체(2)가 불투과로 기체만을 투과할 수 있게 설정되어 있다. 본 실시 형태에서는 배기 가스 중의 이산화탄소는 이온성 액체(2) 속에 배기 가스를 통기하고 버블링하는 일 없이, 배기 가스에 다공질 카본 전극(23)의 외측면을 노출시킴으로써, 다공질 카본 전극(23) 속을 확산시켜 이온성 액체 속에 취입하는 구성으로 되어 있다. 특히, 본 실시 형태에서는 도3의 수평 단면도에 나타낸 바와 같이 다공질 카본 전극(23)은 배기 가스와의 접촉 면적을 취하기 위해, 지그재그형의 요철 형상으로 형성되어 있다.
또한, 다공질 카본 전극(23)의 내측면에는 백금(Pt) 등의 촉매 재료로 이루어지는 전극 촉매층(23A)이 형성되어 있다.
또한, 광 전극(22)은 내측으로부터 차례로 광에 의해 여기 전자 및 홀을 생성하는 광 촉매 재료로 이루어지는 광 촉매층(24)과, 광 촉매층(24)으로 생성한 여 기 전자를 모으는 집전체층(25)과, 전기 분해액 용기(21)의 측벽을 구성하는 투명한 유리판(26)으로 구성되어 있다.
또한, 전기 분해액 용기(21)의 상벽부(27)에는 광 전극(22) 측에 취출구(27A)가 형성되어 있다.
또한, 다공질 카본 전극(23)의 외측면은 배기 가스의 배기 덕트 내에 드러내도록 형성해도 좋고, 대기로부터 이산화탄소가 회수되면, 통풍되도록 설치되면 좋다.
또한, 본 실시 형태에 있어서도 외부 부하(17)가 광 전극(22) 측과 다공질 카본 전극(23) 측 사이에 접속되어 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(20)의 구조가 간단해지고, 비용이 저감되는 동시에 하우징이 얇아져 설치의 자유도가 높아진다. 또는, 통기하기 위한 보조 기계 및 보조 기계 전력이 불필요해진다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도3에 도시한 바와 같이 다공질 카본 전극(23) 측의 구조를 지그재그형으로 하고, 도4의 수직 단면도에 도시한 바와 같이 세로로는 지그재그형으로 되지 않도록 함으로써 발생한 기포가 쉽게 빠질 수 있다. 또한, 수평 단면도의 경우도 수직 단면도의 경우도 지그재그가 도3과 같은 다수의 콘 형상의 전극으로 구성되어도 좋다. 또한, 제1 실시 형태의 도1과 같이 광 전극(22)과 다공질 카본 전극(23)이 서로 평행한 평판 구조라도 물론 좋다.
(제3 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지에 대해, 도5 및 도6을 이용하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(30)는 상기한 제2 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(20)에 있어서 다공질 카본 전극을 통형화한 구성이고, 통형의 다공질 카본 전극의 통 구멍 내에 배기 가스를 통과시키도록 한 것이다.
도5 및 도6에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(30)는 전기 분해액 용기(31)와, 이 전기 분해액 용기(31)의 측벽의 일부를 구성하는 광 전극(32)과, 전기 분해액 용기(31) 내에 상하 방향으로 관통하도록 원통형의 다공질 카본 전극(33)을 구비하고 있다. 다공질 카본 전극(33)은 광 전극(32)으로부터 떨어진 위치에 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태의 광 전기 화학 전지(1)와 같은 격막을 갖지 않는 구성이다.
다공질 카본 전극(33)은 다공질 구조의 카본에서 원통형으로 형성되고, 이온성 액체(2)가 불투과로 기체만을 투과할 수 있게 설정되어 있다. 본 실시 형태에서는 배기 가스 속의 이산화탄소는 이온성 액체(2) 속에 배기 가스를 통기하고 버블링하는 것은 아니며, 배기 가스를 다공질 카본 전극(33)의 통 구멍인 배기 가스 유로(34)에 통과시킴으로써, 다공질 카본 전극(33) 속을 확산시켜 이온성 액체(2) 속에 취입하는 구성으로 되어 있다.
또한, 원통형의 다공질 카본 전극(23)의 외측면[이온성 액체(2)에 접촉하는 면]에는 백금(Pt) 등의 촉매 재료로 이루어지는 전극 촉매층(33A)이 형성되어 있다.
또한, 광 전극(32)은 내측으로부터 차례로 광에 의해 여기 전자 및 홀을 생성하는 광 촉매 재료로 이루어지는 광 촉매층(35)과, 광 촉매층(35)에서 생성한 여기 전자를 모으는 집전체층(36)과, 전기 분해액 용기(31)의 측벽을 구성하는 투명한 유리판(37)으로 구성되어 있다.
또한, 전기 분해액 용기(31)의 상벽부(38)에는 광 전극(32) 측에 취출구(38A)가 형성되어 있다.
또한, 다공질 카본 전극(33)의 배기 가스 유로(34)는 배기 가스를 배출하는 설비에 연통시키면 좋고, 대기로부터의 이산화탄소의 회수이면, 통풍하도록 설치하면 좋다.
또한, 본 실시 형태에 있어서도, 외부 부하(17)가 광 전극(32) 측과 다공질 카본 전극(33) 측 사이에 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서도, 배기 가스를 버블링시키는 구성이 아니므로, 배기 가스를 통기하는 통기 저항을 저감시킬 수 있고, 이산화탄소를 포함하는 가스와 다공질 카본 전극(33)의 접촉 면적이 증대되어 이산화탄소의 확산에 의한 흡수의 효율이 향상된다.
또한, 본 실시 형태에서는 다공질 카본 전극(33)을 원통형의 형상으로 하였지만, 주위벽을 요철 형상의 통형으로 함으로써, 배기 가스와의 접촉 면적을 증대한 구성으로서도 물론 좋다.
(제4 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지에 대해, 도7을 이용하여 설명한다. 본 실시 형태는, 상술한 제1 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(1)를 CO2 포획실(7)과 CO2 방출실(8)로 분단한 구성이며, 격막(4)을 이용하지 않고 CO2 포획실(7) 내의 이온성 액체(2)를 펌프에서 CO2 방출실(8) 내에 반송 구동하도록 한 구성이다.
도7에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(40)는 제1 전기 분해액 용기(41)와, 제2 전기 분해액 용기(42)를 구비하여 이루어진다. 그리고, 이들 제1 전기 분해액 용기(41)와 제2 전기 분해액 용기(42)에는 펌프(43)로 이온성 액체(2)를 제1 전기 분해액 용기(41)로부터 제2 전기 분해액 용기(42)에 반송하는 반송 파이프(44)가 접속되어 있다. 또한, 제1 전기 분해액 용기(41)와 제2 전기 분해액 용기(42)의 상부에는, 제2 전기 분해액 용기(42)에 이온성 액체(2)가 반송되어 오버플로우하는 이온성 액체(2)를 제1 전기 분해액 용기(41)로 복귀하는 오버플로우 파이프(45)가 전달된다.
반송 파이프(44)의 제1 전기 분해액 용기(41) 내에 배치되는 단부에는 배기 가스의 기포가 통과되는 것을 방지하는 필터(46)가 설치되어 있다. 또한, 오버플로우 파이프(45)의 제2 전기 분해액 용기(42) 내에 배치되는 단부에는 분리 농축된 이산화탄소가 통과하는 것을 방지하는 필터(47)가 설치되어 있다.
제1 전기 분해액 용기(41)의 주위벽의 일부 혹은 전체 영역에는 카본 전극(48)이 형성되고, 카본 전극(48)의 내측면에는 전극 촉매층(49)이 형성되어 있다. 그리고, 제1 전기 분해액 용기(41) 상벽부(50)에는 배출구(50A)가 형성되어 있다.
제2 전기 분해액 용기(42)의 주위벽의 일부 혹은 전체 영역은 광 전극(51)이 형성되어 있다. 이 광 전극(51)은 내측으로부터 광 촉매층(52), 집전체층(53), 유리판(54)이 적층된 구조이다. 또한, 이 유리판(54)은 제2 전기 분해액 용기(42)의 일부를 구성하고 있다. 또한, 제2 전기 분해액 용기(42)의 상벽부(55)에는 광 전극(51)의 대략 상방에 취출구(55A)가 형성되어 있다.
본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(40)에 있어서의 다른 구성은, 상술한 제1 실시 형태의 광 전기 화학 전지(1)의 구성과 마찬가지이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 외부 부하(17)에 전력을 공급하고 있지만, 펌프(43)에 전력을 공급하는 구성으로 해도 좋다.
본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(40)에 있어서도, 전술의 제1 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(1)와 같은 작용 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 제1 전기 분해액 용기(41)나 제2 전기 분해액 용기(42)의 주위벽 내면에 전극[카본 전극(48)이나 광 전극(51)]을 형성할 수 있기 때문에, 버블링된 이산화탄소가 산화 환원 미디에이터에 포착ㆍ분리되기 쉽게 할 수 있다.
(제5 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(60)에 대해, 도8을 이용하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(60)는, 상기한 제1 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(1)에 있어서의 카본 전극(5)을 광 전극으로 치환한 구성이다.
도8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(60)는 전기 분해액 용기(61)를 격막(62)을 거쳐서 CO2 포획실(63)과, CO2 방출실(64)을 구획하고 있다. CO2 방출실(64)에 있어서의 격막(62)에 대향하는 측벽부에는 제1 광 전극(65)을 형성하고, CO2 포획실(63)에 있어서의 격막(62)에 대향하는 측벽부에는 제2 광 전극(66)을 형성하고 있다.
또한, CO2 포획실(63) 상벽부에는 배출구(67A)가 형성되고, CO2 방출실(64) 상벽부(68)에는 취출구(68A)가 형성되어 있다.
제1 광 전극(65)은 내측으로부터 광 촉매층(69), 집전체층(70), 유리판(71)이 적층되게 된다. 제2 광 전극(66)은 내측으로부터 광 촉매층(72), 집전체층(73), 유리판(74)이 적층되게 된다. 또한, 제2 광 전극(66)에 있어서의 광 촉매층(72)은 광의 조사를 받아 산화 환원 미디에이터(B)의 산화체(Box)를 환원하여 환원체(Bred)로 하는 작용을 갖고 있다.
본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(60)에 있어서의 다른 구성은, 상술의 제1 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(1)와 마찬가지이다.
본 실시 형태에서는 제2 광 전극(66)에 광 조사함으로써, 산화 환원 미디에이터(B)의 산화체(Box)를 환원체(Bred)로 효율적으로 환원할 수 있기 때문에 CO2의 포획량을 크게 하는 것이 가능해진다. 도11은 본 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(60)에 있어서의 에너지 다이어그램과 전자의 흐름을 도시하는 설명도이다.
또한, 본 실시 형태에서는 산화 환원 미디에이터의 산화를 행하는 제1 광 전극(65)으로 광에 의해 생성한 여기 전자가 산화 환원 미디에이터의 환원을 행하는 제2 광 전극(66)이고, 다시 광에 의해 여기되기 때문에 산화 환원 미디에이터의 산화 환원 반응의 과전압을 크게 취해 광 전극 반응의 반응 속도를 향상시키는 면에서 유리하다.
(그 밖의 실시 형태)
상술한 실시 형태의 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명백해질 것이다.
예를 들어, 상술한 각 실시 형태에서는 이산화탄소의 캐리어인 산화 환원 미디에이터는 환원체가 이산화탄소와 결합하기 쉽고, 산화체가 결합하기 어려운 예로서 설명하였지만, 반대로 환원체가 이산화탄소와 결합하기 어렵고, 산화체가 결합하기 쉬운 산화 환원 미디에이터를 이용해도 좋고, 이 경우 이산화탄소의 흡수를 행하는 전극실과 방출을 행하는 전극실이 상기 실시 형태와 반대로 구성되는 것은 물론이다.
또한, 전술의 실시예에서는 광 전극에서 이산화탄소의 캐리어인 산화 환원 미디에이터의 산화를 행하고, 광 전극이 아닌 통상 전극에서 환원을 행하는 예로서 설명하였지만, 반대로 광 전극에서 이산화탄소의 캐리어인 산화 환원 미디에이터의 환원을 행하고, 광 전극이 아닌 통상 전극에서 산화를 행하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 본 발명의 광 전기 화학 전지를 이용하는데 있어서, 도9에 도시한 바 와 같이 광 전기 화학 전지(100)의 외부에 외부 전원으로서, 예를 들어 태양 전지(101)를 설치하여 직렬로 접속하고, 산화 환원 미디에이터의 산화 환원 반응의 과전압 또는 전극 전위를 어시스트해도 좋다. 이 경우, 전도대와 가전자대의 플랫 밴드 포텐셜이 이산화탄소의 산화 환원 미디에이터의 산화 환원 전위를 끼우지 않은 재료로 이루어지는 광 촉매도 외부 전원에서 어시스트하면 이용할 수 있다.
전극 반응의 과전압이 매우 클 경우, 혹은 기생 저항(IR 드롭의 원인)이 매우 클 경우, 이산화탄소가 회수되므로 실제로 전류를 흐르게 할 때에, 광 전류를 흐르게 하기 위한 외부 전원에서 어시스트하고 있는 전력이 커지고, 결과적으로 에너지를 소비해 버릴 경우가 있을 수 있지만, 이 경우에도 전기 화학적인 이산화탄소의 회수에 비해 소비 전력은 저감된다. 본 발명의 경우에는, 종래예에 비해 이산화탄소와 결합하여 이산화탄소의 분리 농축에 기여한 산화 환원 사이클도, 이산화탄소와 결합하지 않고 회전한 산화 환원 사이클도, 어느 쪽도 광 전극(6)으로 흡수한 광 에너지를 전기 에너지로서 외부에 공급하도록 기능한다는 기본적인 효과가 있기 때문에 종래의 기술에 비교해 전체적으로 보아 CO2 회수에 요하는 에너지를 저감할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 전술의 설명에서는 외부 전원으로서 태양 전지를 이용하였지만, 과전압 또는 은 전극 전위를 어시스트하고, 직류 전류를 공급할 수 있는 것이면, 임의의 외부 전원 및 외부 상업 전원 등으로도 좋다.
또한, 태양 전지(101)를 투명으로서, 광 전기 화학 전지(100)의 광 조사의 상류에서 상기 전지(100)에 대해 태양 전지(101)를 적층해도 좋고, 광 전기 화학 전지(100)의 전극을 투명 전극으로 제작함으로써 상기 광 전기 화학 전지(100)를 투명으로서 광 조사의 하류에서 상기 전지(100)에 대해 태양 전지(101)를 적층해도 좋다. 또한, 태양 전지(101)를 상류에 적층하는 경우에는, 밴드 갭이 넓은(광 조사창이 넓음) 태양 전지(101)가 바람직하고, 하류에 적층하는 경우에는 밴드 갭이 좁은 태양 전지(101)가 바람직하다. 도12는 태양 전지(외부 전원)를 직렬로 접속하였을 경우의 에너지 다이어그램과 전자 흐름을 도시하는 설명도이다.
또한, 광 조사측의 유리판 또는 은 집전체층 또는 광 촉매층에 의해, 유해한 자외선이 흡수되는 재료를 이용하는 것이 이온성 액체나 이산화탄소의 캐리어인 산화 환원 미디에이터의 열화를 방지하는 면에서 바람직하다. 광 전극을 색소 증감하여 이용하는 경우에는, 유리판 또는 집전체에 의해 자외선이 흡수되는 재료를 이용하는 것이 증감 색소의 열화를 방지하는 면에서 바람직하다. 또한, 경우에 따라서는 자외선 흡수막을 유리판 표면에 형성해도 좋고, 자외선 흡수 성능을 갖는 유리 및 집전체층 혹은 광 촉매층을 사용해도 좋다.
여기에, 도13에는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 광 전기 화학 전지(150)가 도시되어 있다. 상기 전지(150)는 광 전극(151)의 구조 이외, 도2에 도시된 전지(20)로 동일하다. 광 전극(151)은 광 촉매(152), 집전체(153) 및 유리판(154)으로 이루어진다. 광 촉매(152)의 표면에는 유기 금속 착체 색소가 화학 흡착됨으로써, 상기 광 촉매(152)는 증감되어 있다. 또한, 유기 금속 착체 색소 대신에 다른 적절한 색소를 사용할 수 있다.
또한, 전해질의 용매로서는 이온성 액체를, 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정하지 않고, 유기 용매나 물을 사용해도 좋지만, 대량인 배기 가스를 통기하거나 폭로하거나 하기 위해, 증기로서 확산하여 감소하는 것을 방지하는 면에서는 증기압이 낮은 용매가 바람직하고, 증기압이 거의 없는 이온성 액체가 가장 바람직하다. 또한, 이산화탄소의 용해도가 높은 용매가 전극 표면에서의 이산화탄소 농도를 높이고, 나아가서는 이산화탄소의 분리 농축의 효율을 높이는 면에서 바람직하다.
또한, 전술의 실시예에서는 이산화탄소를 포함하는 가스로서는 배기 가스를, 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정하지 않고, 이산화탄소를 포함하는 가스이면 좋고, 하우스 재배나 터널의 환기 가스나, 경우에 따라서는 통상의 대기 바로 그것이라도 좋다.
광 전극은 유리 기판으로 구성되는 예를 설명하였지만, 이에 한정하지 않고, 광을 투과하는 재료라도 좋고, 경우에 따라서는 수지도 이용 가능하다.
또한, 전술의 실시예에서는 이산화탄소의 캐리어가 되는 산화 환원 미디에이터의 환원을 행하는 전극이 재료로서 카본 전극을 이용하였지만, 이에 한정하지 않고, 금속이나 산화물 반도체 등의 각종 도전 재료로 이루어지는 전극 재료를 이용할 수 있다. 또한, 전극 촉매로서 백금(Pt)을 예로 들어 설명하였지만, 다른 귀금속으로도 좋고, 전극 재료 자체가 활성한 경우 등은 없어도 좋다.
또한, 전술의 실시예에서는 광 촉매층이 광 조사창에 마련된 예를 설명하였 지만, 이에 한정하지 않고, 다공질의 격막의 CO2 방출실측에 집전체층과 함께 형성해도 좋다.
또한, 광 촉매층(14)이 재료로서는 무기층형 화합물이나 페로브스카이트형 복합 산화물이나 인듐탄탈레이트계의 재료나 그 밖의 재료를 이용할 수 있다.
무기층형 화합물로서는, 예를 들어 HNbWO6, H4Nb6O17, H2Ti4O9 등이 있다.
페로브스카이트형 복합 산화물로서는 옥시니트라이드계, 플루오로옥시나이트라이드계, 옥시설파이드계의 재료가 있다. 옥시니트라이드계로서는, 예를 들어 BaTaNO2, Ta3N5, LaTaO2N, LaTiO2N, SrTaO2N, CaTaO2N, Li2LaTa2O6N, CaLaTiON 등이 있다. 또한, 플루오로옥시나이트라이드계로서는 TiNOF(TiNxOyFz) 등이 있다. 또한, 옥시설파이드계로서는 Sm2Ti2S2O5 등이 있다.
인듐탄탈레이트계나 그 밖의 재료로서는 InTaO4, In1 - xNixTaO4, BiNbO4, BiTaO4, InNbO4, Bi2InNbO7, Bi2InTaO7, Bi2FeNbO7 등이 있다.
본 발명에 관한 광 전기 화학 전지는 이산화탄소를 발생시키는 임의의 시스템에 대해, 특히 지구 온난화 대책으로서 이산화탄소를 고정하여 격리하기 위해 적용할 수 있다.
Claims (12)
- 산화 환원 미디에이터를 포함하는 전기 분해액 속에 서로 이격하는 적어도 한 쌍의 전극을 배치하고, 상기 전극 중 적어도 한쪽의 전극이 광 조사되어 여기 전자를 생성하는 광 촉매를 구비한 광 전극이고, 상기 광 전극에 의해 전기 분해액 속의 상기 산화 환원 미디에이터의 산화 혹은 환원을 행해 광 에너지를 전력으로 변환하는 광 전기 화학 전지이며,상기 산화 환원 미디에이터는 산화체와 환원체로 이산화탄소에 대한 결합력이 다르고, 결합력이 큰 쪽이 상기 한 쌍의 전극의 한쪽에 대해 이산화탄소를 반송하는 매개 화학종인 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전기 분해액의 용매는 비수용매인 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전기 분해액의 용매는 이온성 액체인 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매개 화학종을 재생시키는 전극측의 전기 분해액 속에 이산화탄소를 포함하는 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 매개 화학종이 재생되는 전극측의 전기 분해액과, 상기 매개 화학종이 이산화탄소를 반송하는 전극측의 전기 분해액을 분리하여 이온 전도하는 격막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 매개 화학종을 재생시키는 전극은 액체의 투과를 방지하는 동시에 기체를 투과시키는 다공질 구조인 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제6항에 있어서, 상기 매개 화학종을 재생시키는 전극은 한쪽의 주요면이 상기 전기 분해액에 접촉하고, 다른 쪽의 주요면이 이산화탄소를 포함하는 가스에 접촉하는 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 광 전극은 상기 광 촉매로의 자외광의 입사를 차단하는 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 광 전극은 전기 분해액에 접촉하는 광 촉매막과, 상기 광 촉매막이 설치된 투명한 집전막을 구비하여 이루어지고, 상기 광 촉매막 혹은 집전막이 자외광에 대한 차광성을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 광 촉매는 광을 흡수하는 색소로 증감되어 있는 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극에 태양 전지가 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
- 제11항에 있어서, 상기 광 전기 화학 전지에 대해 상기 태양 전지가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 광 전기 화학 전지.
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| KR20000034808A (ko) * | 1998-03-03 | 2000-06-26 | 엘프 아토켐 소시에떼아노님 | 백금 또는 은을 기재로하는 바이메탈 지지 촉매, 이의 제조방법및 이의 전기화학 전지용 용도 |
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2005
- 2005-05-13 KR KR1020067025156A patent/KR100872952B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000034808A (ko) * | 1998-03-03 | 2000-06-26 | 엘프 아토켐 소시에떼아노님 | 백금 또는 은을 기재로하는 바이메탈 지지 촉매, 이의 제조방법및 이의 전기화학 전지용 용도 |
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