KR20230150989A - 이산화탄소 흡착 전지, 및 충방전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 국면은, 정극과, 부극과, 상기 정극과 상기 부극 사이에 배치된 세퍼레이터와, 상기 정극과 상기 세퍼레이터 사이 및 상기 부극과 상기 세퍼레이터 사이의 각각에 배치된 전해질층을 구비하고, 상기 정극이, 기체를 투과 가능한 전극이며, 상기 전해질층이, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액과, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 함유하고, 상기 세퍼레이터가, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제하고, 상기 전해액을 투과 가능한 이산화탄소 흡착 전지이다.

Description

이산화탄소 흡착 전지, 및 충방전 장치
본 발명은 이산화탄소 흡착 전지, 및 충방전 장치에 관한 것이다.
이산화탄소는 대기 중의 약 0.04 ％ 를 차지하는, 지구 상에 널리 존재하는 물질일 뿐만 아니라, 산업상 널리 사용되고 있다. 이산화탄소의 이용 방법으로는, 예를 들어, 탄산 음료, 입욕제, 및 소화제 등의 발포용 가스, 냉각 등에 사용되는 드라이아이스, 및 자전거 타이어에의 긴급 보충용 에어 등을 들 수 있다. 또, 이산화탄소는, 초임계 상태로 함으로써, 카페인 등을 추출하기 위한 추출 용매로도 사용할 수 있다. 또, 공업 분야에 있어서의 가공에 사용되는 레이저나 의료용 레이저 메스 등에 사용되는 탄산 가스 레이저에도 이산화탄소가 사용되고 있다. 또한, 컴프레서의 냉매로서, 프레온계 냉매 대신에 이산화탄소가 사용되는 경우도 있다. 또, 이산화탄소는, 농업 분야에 있어서도, 예를 들어, 딸기의 촉성 재배 및 관상용 수조의 수초 등의 식물의 성장을 가속시키기 위한 이산화탄소 시비 등에 사용된다. 또, 신선 농산물의 CA (Controlled Atomosphere) 저장에도 이산화탄소가 사용되고 있다.
이산화탄소는, 상기 서술한 바와 같이, 다양한 분야에서 사용되고 있는 점에서, 공기 등의 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 분리하거나 함으로써, 이산화탄소를 얻는 방법이 요청되고 있다. 또, 이산화탄소는, 지구 온난화의 원인 물질이라고도 언급되고 있다. 이 점에서, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 분리하여, 이산화탄소를 이용할 것이 요청되고 있다. 이산화탄소를 이용하기 위해서, 예를 들어, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 분리하는 방법, 이산화탄소를 흡착 및 분리하는 장치, 및 이산화탄소를 이용하는 장치 등의 개발이 요청되고 있다.
공기 등의, 산소와 이산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법으로는, 여러 가지 방법이 제안되어 있다. 이 분리 방법으로는, 예를 들어, 이산화탄소의 흡착제를 사용하여, 공기 중의 이산화탄소를 흡착시키고, 그 후, 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈리함으로써, 공기 중으로부터 이산화탄소를 분리하는 방법 등을 들 수 있다. 이산화탄소를 흡착하는 흡착제로는, 예를 들어, 활성탄, 아민계 용매, 및 탄산칼륨 수용액 등을 들 수 있다. 또, 흡착제를 사용한 이산화탄소의 분리 방법으로는, 보다 구체적으로는, 가압하여, 고압 하에서 이산화탄소를 흡착제에 흡착시키고, 그 후, 감압시켜, 흡착제로부터 이산화탄소를 탈리하는 압력 변동 흡착 (PSA : Pressure Swing Adsorption) 법 등을 들 수 있다. 이 PSA 법에 의해서 이산화탄소를 분리할 때에 사용되는 흡착제로는, 특허문헌 1 에 기재된 흡착제 등을 들 수 있다.
특허문헌 1 에는, 나트륨 함유 알루미노규산염의 나트륨 이온의 2 ∼ 80 당량％ 가 바륨 이온에 의해서 이온 교환된 조성물로 이루어지는 이산화탄소의 흡착제가 기재되어 있다. 특허문헌 1 에 의하면, 이산화탄소의 선택 비율이 높으며, 또한, 수분이 많은 조건에서도 흡수 용량이 큰 흡착제를 제공할 수 있는 취지가 개시되어 있다. 또, 특허문헌 1 에는, 이 흡착제가, PSA 법에 의해서 이산화탄소를 분리 농축하기 위해서 바람직하게 사용될 수 있는 것이 개시되어 있다.
이산화탄소를 흡착 및 분리하는 장치로는, 예를 들어, 특허문헌 2 에 기재된 산성 가스 흡착 탈리 디바이스 및 특허문헌 3 에 기재된 이산화탄소 분리 장치 등을 들 수 있다.
특허문헌 2 에는, 산화 및 환원을 행함으로써, 이산화탄소 등의 산성 가스의 흡착 및 탈리를 행할 수 있는 화합물 그리고 기재를 포함하는 산성 가스 흡착 탈리층과, 상기 산성 가스 흡착 탈리층을 협지하는 1 쌍의 전극을 갖는 산성 가스 흡착 탈리 디바이스가 기재되어 있다.
특허문헌 3 에는, 전해질층과, 상기 전해질층을 사이에 두고, 상기 전해질층 상에 형성된 1 쌍의 전극을, 상기 1 쌍의 전극 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부를 구비하고, 상기 1 쌍의 전극이, 각각, 기체를 투과 가능한 전극이며, 상기 전해질층이, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액과, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 함유하는 이산화탄소 분리 장치가 기재되어 있다.
또, 이산화탄소를 이용하는 장치로는, 예를 들어, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2 에 기재된 전지 등을 들 수 있다.
비특허문헌 1 에는, 이산화탄소의 이용 방법으로서, 이산화탄소를 흡수하면서 충전하는 전지가 제안되어 있다.
비특허문헌 2 에는, 레독스계를 도입한 이산화탄소 충전 전지가 제안되어 있다. 구체적으로는, 폴리-1,4-안트라퀴논 및 폴리비닐페로센의 각각을, 부극 및 정극에서 사용하는 이산화탄소 충전 전지가 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 평7-39752호 일본 공개특허공보 2015-36128호 일본 공개특허공보 2018-1131호
Figure pct00001
본 발명은 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능한 이산화탄소 흡착 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 상기 이산화탄소 흡착 전지를 구비하는 충방전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면은, 정극과, 부극과, 상기 정극과 상기 부극 사이에 배치된 세퍼레이터와, 상기 정극과 상기 세퍼레이터 사이 및 상기 부극과 상기 세퍼레이터 사이의 각각에 배치된 전해질층을 구비하고, 상기 정극이, 기체를 투과 가능한 전극이며, 상기 전해질층이, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액과, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 함유하고, 상기 세퍼레이터가, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제하고, 상기 전해액을 투과 가능한 이산화탄소 흡착 전지이다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지에 있어서의 충전시의 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지에 있어서의 방전시의 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지에 있어서의 충전시의 구성의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지에 있어서의 충전시의 구성의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지에 있어서의 방전시의 구성의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 충방전 장치의 일례의 구성을 나타내는 개략도이다.
PSA 법에 의해서 이산화탄소를 분리하는 방법, 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된 흡착제 등을 사용한 방법에서는, 상기 서술한 바와 같이, 가압 및 감압이 필요하다. 또, 흡착제를 사용한 이산화탄소의 분리 방법이면, PSA 법 이외의 방법이어도, 흡착제에 이산화탄소를 흡착시키는 조작뿐만 아니라, 흡착제에 흡착된 이산화탄소를 탈리하는 조작에, 예를 들어, 가열 처리 등이 필요하다. 이 점에서, 흡착제를 사용한 이산화탄소의 분리 방법은, 비교적 많은 에너지를 필요로 하거나, 비교적 대형의 장치를 필요로 하는 경우가 있었다.
이산화탄소의 분리 방법으로는, 이산화탄소의 분리에 많은 에너지를 사용하지 않고, 또, 비교적 큰 장치를 사용하지 않는 간편한 방법으로, 이산화탄소를 분리할 수 있을 것이 요청되고 있다.
특허문헌 2 에 의하면, 고체 상태에서 산성 가스의 흡착 탈리를 행할 수 있는 것이 개시되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 2 에 기재된 방법은, 먼저, 전극간에 전압을 인가시켜, 산성 가스 흡착 탈리층에 산성 가스를 흡착시킨다. 그 후, 전극간에 인가되는 전압을, 전극간에 배치된 산성 가스 흡착 탈리층으로 흐르는 전류가 흡착시와는 반대 방향이 되도록 반전시켜, 상기 산성 가스 흡착 탈리층으로부터 산성 가스를 탈리시킨다. 이와 같이, 특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 산성 가스 흡착 탈리층에 산성 가스를 흡착시킬 때와, 흡착된 산성 가스를 산성 가스 흡착 탈리층으로부터 탈리시킬 때에는, 전극간에 인가되는 전압을 반전시킨다. 산성 가스로서 이산화탄소에 주목하고, 이 특허문헌 2 에 기재된 장치 등에서 이산화탄소를 분리시키려고 해도, 상기 서술한 바와 같이, 전극간에 인가되는 전압을 반전시킬 필요가 있었다. 이 점에서, 특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 상기 특허문헌 1 에 기재된 흡착제를 사용한 경우와 동일하게, 비교적 많은 에너지를 필요로 하거나, 비교적 대형의 장치를 필요로 하는 경우가 있었다.
특허문헌 3 에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 분리할 수 있는 이산화탄소 분리 장치를 제공할 수 있는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 3 에는, 이 이산화탄소 분리 장치는, 1 쌍의 전극 사이에 인가되는 전압을, 이산화탄소를 흡착시킬 때와 방출시킬 때에 반전시키지 않고, 이산화탄소를 분리할 수 있다는 취지가 개시되어 있다. 구체적으로는, 상기 이산화탄소 분리 장치에 구비되는 1 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 일방의 전극을 투과해 온 이산화탄소가 N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 화합물에 결합하고, 이 이산화탄소가 결합된 화합물이 타방의 전극측까지 유동하고, 그곳에서 상기 화합물로부터 이산화탄소가 방출된다는 취지가 개시되어 있다.
본 발명자의 검토에 의하면, 특허문헌 3 에 기재된 이산화탄소 분리 장치에서는 축전할 수 없었다. 구체적으로는, 특허문헌 3 에 기재된 이산화탄소 분리 장치는, 상기와 같이, 상기 1 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 이산화탄소에 관한 유동이 연속하여 행해지고, 따라서, 이산화탄소의 분리를 행하고 있을 때에는, 전류가 항상 일 방향으로 흐르는 점에서, 축전할 수 없는 것으로 생각된다.
비특허문헌 1 에는, 충전시에 이산화탄소를 흡착하는 축전지가 기재되어 있지만, 본 발명자의 검토에 의하면, 비특허문헌 1 에 기재된 축전지에서는, 전지의 사이클 수명이 짧은 등의 내구성이 결여되어, 실용화는 어려운 것을 알아내었다.
비특허문헌 2 에는, 비특허문헌 1 에 기재된 기술과 동일하게, 충전시에 이산화탄소를 흡착하는 축전지가 기재되어 있다. 그러나, 이산화탄소의 흡착에는, 폴리-1,4-안트라퀴논 등의 퀴논 화합물의 1 차 전자 수용체가 사용되고 있고, 이와 같은 퀴논 화합물은 내열성이 낮은 것이 알려져 있다. 또, 상기 퀴논 화합물이 사용되고 있는 부극의 대극인 정극에는, 철을 중심 금속으로 하는 페로센형의 화합물이 사용되고 있고, 이와 같은 화합물로서, 폴리비닐페로센 등의 특수하고 고가인 화합물이 사용되고 있어, 경제적으로도 바람직하지 않다.
이러한 점들로부터, 이산화탄소를 유효 이용하기 위해서도, 이들 재료 이외의 재료를 사용함으로써, 충전시에 이산화탄소를 흡착할 수 있는 이차 전지의 개발이 요청되고 있다.
본 발명자는 여러 가지 검토한 결과, 아래의 본 발명에 의해서, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능한 이산화탄소 흡착 전지를 제공하는 등의 상기 목적이 달성되는 것을 알아내었다.
이하, 본 발명에 관련된 실시형태에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
[이산화탄소 흡착 전지]
본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 정극 (11) 과, 부극 (12) 과, 상기 정극 (11) 과 상기 부극 (12) 사이에 배치된 세퍼레이터 (16) 와, 상기 정극 (11) 과 상기 세퍼레이터 (16) 사이 및 상기 부극 (12) 과 상기 세퍼레이터 (16) 사이의 각각에 배치된 전해질층 (13) 을 구비한다. 즉, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 세퍼레이터 (16) 와, 상기 세퍼레이터 (16) 의 양 면에 형성된 전해질층 (13) 과, 상기 전해질층 (13) 을 사이에 두고, 상기 전해질층 (13) 상에 형성된, 정극 (11) 및 부극 (12) 으로 이루어지는 1 쌍의 전극 (11, 12) 을 구비한다. 상기 정극 (11) 은, 기체를 투과 가능한 전극이다. 상기 전해질층 (13) 은, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액과, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 화합물을 함유한다. 또, 상기 세퍼레이터 (16) 는, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제하고, 상기 전해액을 투과 가능하다. 즉, 상기 세퍼레이터 (16) 는, 상기 레독스 화합물을 상기 전해액보다 투과시키기 어렵다. 또, 상기 세퍼레이터 (16) 는, 상기 전해액을 투과 가능하기는 하지만, 상기 레독스 화합물을 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 에는, 기체가 상기 정극 (11) 에 접촉하면서 유통하는 유로 (15) 를 구비하고 있어도 된다. 상기 유로 (15) 는, 기체를 유통시킬 수 있는 유로이면, 특별히 한정되지 않는다.
또한, 도 1 및 도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지의 구성의 일례 (상기 이산화탄소 흡착 전지 (10)) 를 나타내는 개략 단면도로서, 도 1 은, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 의 충전시를 나타내고, 도 2 는, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 의 방전시를 나타낸다.
상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에는, 상기 정극 (11) 의 전위가 상기 부극 (12) 의 전위보다 낮아지도록, 상기 정극 (11) 과 상기 부극 (12) 사이 (상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 으로 이루어지는 1 쌍의 전극 사이) 에 전압을 인가한다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 의 충전은, 상기와 같이 전압을 인가할 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 의 충전으로는, 예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 정극 (11) 의 전위가 상기 부극 (12) 의 전위보다 낮아지도록, 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 으로 이루어지는 1 쌍의 전극 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부 (14) 를 형성하는 것에 의한 충전 등을 들 수 있다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 으로 이루어지는 1 쌍의 전극 사이에 저항 (17) 등을 형성하여, 방전한다. 또한, 상기 정극 (11) 은, 캐소드 전극으로서, 충전시에는, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 받아들이는 측의 전극으로 되고, 방전시에는, 충전시에 받아들여진 이산화탄소를 방출하는 측의 전극으로 된다. 또, 상기 부극 (12) 은, 애노드 전극이다.
본 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 분리·흡착할 수 있다. 구체적으로는, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 전압 인가부 (14) 에 의해서, 상기 정극 (11) 의 전위가, 상기 부극 (12) 의 전위보다 낮아지도록, 이들 전극 (11, 12) 사이에 인가하면, 아래와 같이, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소가 분리된다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 이와 같이 전압을 인가함으로써, 충전된다. 따라서, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 상기 유로 (15) 에, 이산화탄소를 포함하는 기체, 예를 들어, 공기 등을 유통시켜, 이산화탄소를 상기 정극 (11) 에 접촉시키면, 이산화탄소가 상기 전해질층 (13) 중에 흡착 (고정화) 되고, 동시에 전지로서 충전된다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같은 방전시에는, 이산화탄소가 상기 전해질층 (13) 으로부터 방출된다.
상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 에서는, 충전시에는, 상기 유로 (15) 로부터 공급된 공기 등의 기체로부터 이산화탄소 농도가 저하된 기체가 배출되고, 방전시에는, 상기 유로 (15) 로부터 공급된 기체로부터 이산화탄소 농도가 높아진 기체가 배출된다. 방전시에 상기 이산화탄소 흡착 전지로부터 방출되는 기체는, 구체적으로는, 충전시에 상기 이산화탄소 흡착 전지에 흡착되어 있던 기체가 주가 되기 때문에, 이산화탄소 농도가 매우 높은 기체이다. 이러한 점들로부터, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 이산화탄소를 농축할 수 있다.
따라서, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에 이산화탄소를 흡착하고, 방전시에 이산화탄소를 방출할 수 있다. 즉, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에는, 상기 전해질층 (13) 에 대한 이산화탄소의 친화성이 높아지고, 방전시에는, 상기 전해질층 (13) 에 대한 이산화탄소의 친화성이 저하된다. 이와 같은, 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 대한 전압의 인가 등에 의해서 상기 전해질층 (13) 에 대한 이산화탄소의 친화성을 변화시킬 수 있어, 이산화탄소를 흡착시키거나, 방출시키거나 할 수 있다. 그리고, 이 흡착 및 방출에 의해서, 이산화탄소를 농축할 수 있다. 이들 이산화탄소의 흡착 및 방출은, 전압의 인가에 의해서 행하기 때문에, 실온 및 대기압 등에서도 행할 수 있다.
상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 에 있어서의 상기의 작용 기전은, 아래의 것에 의하는 것으로 생각된다.
상기 정극 (11) 은, 상기 정극 (11) 주변에 존재하는 기체를 투과시킬 수 있다. 상기 정극 (11) 을 기체가 투과하면, 상기 정극 (11) 을 투과한 기체는 상기 전해질층 (13) 에 접촉하게 된다. 이로써, 상기 정극 (11) 주변에 존재하는 기체에 포함되는 이산화탄소는, 상기 전해질층 (13) 에 포함되는 전해액에 용해된다.
상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에는, 상기 정극 (11) 의 전위가 상기 부극 (12) 의 전위보다 낮아지도록, 즉, 상기 부극 (12) 의 전위가 상기 정극 (11) 의 전위보다 높아지도록, 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 으로 이루어지는 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 전압을 인가한다.
상기 전해질층 (13) 에 함유되는 상기 레독스 화합물은, 상기 정극 (11) 에 가까운 측에서는, 상기 정극 (11) 의 전위가 상기 부극 (12) 의 전위보다 높은 점에서, 하기 식 (2) 에 나타내는 바와 같이, N-옥시 라디칼기가 환원되어, N-옥시 아니온기로 된다. 그리고, 하기 식 (3) 에 나타내는 바와 같이, 상기 전해액에 용해된 이산화탄소가, 이 N-옥시 아니온기에 결합되기 때문에, 상기 전해액에의 이산화탄소의 용해가 촉진된다. 이 때문에, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에는, 상기 정극 (11) 측으로부터 이산화탄소가 받아들여지고, 상기 전해질층 (13) 에 이산화탄소가 흡착되게 된다.
[화학식 1]
Figure pct00002
[화학식 2]
Figure pct00003
한편으로, 상기 전해질층 (13) 에 함유되는 상기 레독스 화합물은, 상기 부극 (12) 에 가까운 측에서는, 상기 부극 (12) 의 전위가 상기 정극 (11) 의 전위보다 낮은 점에서, 하기 식 (4) 에 나타내는 바와 같이, N-옥시 라디칼기가 산화되어, N-옥시 카티온기로 된다.
[화학식 3]
Figure pct00004
상기 세퍼레이터 (16) 는, 상기 전해액을 투과 가능하기는 하지만, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제한다. 즉, 상기 레독스 화합물은 상기 전해액보다 상기 세퍼레이터 (16) 를 투과하기 어렵다. 이 때문에, N-옥시 라디칼기가 환원되어, N-옥시 아니온기로 된 레독스 화합물도, 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물도, 상기 세퍼레이터를 투과하여, 상기 부극측으로 이행하기 어렵다. 따라서, 충전을 정지시킨 후에도 방전시키지 않으면, 이들 레독스 화합물은, 상기 전해질층 (13) 의 상기 세퍼레이터 (16) 보다 상기 정극 (11) 측에 유지된다. N-옥시 라디칼기가 산화되어, N-옥시 카티온기로 된 레독스 화합물도, 상기 세퍼레이터 (16) 를 투과하여, 상기 정극 (11) 측으로 이행하기 어렵다. 따라서, 충전을 정지시킨 후에도 방전시키지 않으면, 이 N-옥시 카티온기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물은, 상기 전해질층 (13) 의 상기 세퍼레이터 (16) 보다 상기 부극 (12) 측에 유지된다. 이러한 점들로부터, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전 상태를 유지할 수 있다.
다음으로, 충전된 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 를 방전하면, 하기 식 (5) 에 나타내는 바와 같이, 상기 전해질층 (13) 의 상기 세퍼레이터 (16) 보다 상기 부극 (12) 측에서는, N-옥시 카티온기가 N-옥시 라디칼기로 되돌아간다. 상기 전해질층 (13) 의 상기 세퍼레이터 (16) 보다 상기 정극 (11) 측에서는, 상기 레독스 화합물로부터, 하기 식 (6) 에 나타내는 바와 같이, 이산화탄소가 탈리되어, 하기 식 (7) 에 나타내는 바와 같이, N-옥시 아니온기가 N-옥시 라디칼기로 되돌아간다. 따라서, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 방전시에는, 상기 정극 (11) 측으로부터 이산화탄소를 방출할 수 있다. 방전시에 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 로부터 방출되는 기체는, 충전시에 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 에 흡착되어 있던 기체가 주가 되기 때문에, 이산화탄소 농도가 매우 높은 기체이다. 이 점에서, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 이산화탄소를 농축할 수 있게 된다.
[화학식 4]
Figure pct00005
[화학식 5]
Figure pct00006
[화학식 6]
Figure pct00007
이상과 같이, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에 이산화탄소를 흡착하고, 방전시에 이산화탄소를 방출할 수 있으며, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전을 할 수 있는 것으로 생각된다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 상기와 같은 이산화탄소의 흡착 및 방출에 의해서, 이산화탄소를 농축할 수 있는 것으로 생각된다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 상기 퀴논 화합물이 아니라, 상기 퀴논 화합물보다 내구성이 높은 N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 사용하는 점에서 내구성도 우수하다.
(정극)
상기 정극 (11) 은, 기체를 투과 가능한 전극이면, 특별히 한정되지 않는다. 즉, 상기 정극 (11) 은, 이산화탄소 등의 기체를 투과할 수 있고, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 끼워진 상기 전해질층 (13) 으로 전류를 흘릴 수 있는 도전 부재이면 된다. 또, 상기 정극 (11) 으로는, 전자의 이동을 저해하지 않을 정도의 도전성을 갖고, 전하를 축적할 수 있으며, 통기성이 우수하고, 기체의 접촉 면적이 넓은 다공질체인 것이 바람직하다. 상기 정극 (11) 으로는, 구체적으로는, 다공성의 도전 재료로 구성되는 전극 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로는, 탄소를 주성분으로서 함유하는 다공질체, 탄소로 이루어지는 다공질체, 및 다공성 금속층 등을 들 수 있다. 상기 다공성의 도전 재료로는, 예를 들어, 다공성 금속, 탄소를 주성분으로서 함유하는 다공질체, 및 탄소로 이루어지는 다공질체 등을 들 수 있다. 상기 다공성의 도전 재료로는, 이것들을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 즉, 상기 정극 (11) 으로는, 이들 다공성의 도전 재료 중, 단독의 도전 재료로 구성되는 전극이어도 되고, 2 종 이상의 도전 재료를 조합하여 구성되는 전극이어도 된다.
상기 다공질체에 포함되는 탄소로는, 구체적으로는, 그라파이트, 카본 나노 튜브, 활성탄 섬유 등의 활성탄, 및 탄소 섬유 등의 탄소질 재료를 들 수 있다. 또, 이 탄소로는, 그라파이트, 카본 나노 튜브, 활성탄, 및 탄소 섬유인 것이 바람직하고, 내부식성 및 비표면적의 관점에서, 활성탄 섬유 등의 활성탄인 것이 보다 바람직하다. 또, 이 탄소로는, 각종 탄소질 재료를 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 이 탄소가 포함되는 다공질체로는, 상기 탄소질 재료를, 포상이나 펠트상으로 한 것이 바람직하다. 따라서, 상기 다공질체인 전극으로는, 구체적으로는, 카본 시트, 카본 클로스, 및 카본 페이퍼 등을 들 수 있다. 또, 상기 다공질체인 전극으로는, 활성탄이나 탄소 섬유를 사용한 카본계 전극, 및 침상의 도전 재료를 사용한 공극률이 높은 전극 등도 들 수 있다. 또, 상기 전극으로는, 상기 각 전극 중에서도, 그라파이트, 카본 나노 튜브, 활성탄, 및 탄소 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 포함하는 도전 부재로 이루어지는 전극인 것이 바람직하다. 이와 같은 전극이면, 기체를 바람직하게 투과할 수 있고, 상기 전압 인가부 (14) 에 의한, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 전압을 바람직하게 인가할 수 있는 것으로 생각된다. 이 때문에, 이 정극 (11) 을 사용함으로써, 충전시에 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 보다 바람직하게 흡착할 수 있고, 방전시에 이산화탄소를 보다 바람직하게 방출할 수 있는 이산화탄소 흡착 전지가 얻어진다.
상기 다공성 금속층은, 다수의 구멍이 형성되어 있는 금속층이다. 또, 상기 다공성 금속층은, 상기 구멍이, 통기성이 우수한 점에서, 금속층 전체에 걸쳐서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또, 상기 다공성 금속층을 얻는 방법으로는, 상기 구멍이 형성되어 있지 않은 금속층 (상기 구멍을 형성하기 전의 금속층) 에, 다수의 구멍이 형성되는 처리를 실시하는 방법 (다공화하는 방법) 이면, 특별히 한정되지 않는다. 이 방법으로는, 예를 들어, 절삭, 연마 및 샌드 블라스트 등의 물리적인 방법, 및, 산이나 염기 등의 에칭액을 사용한, 전해 에칭이나 무전해 에칭 등의 화학적 방법 등을 들 수 있다. 또, 다공화하는 방법으로는, 상기 각 방법을 단독으로 행해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 행해도 된다. 또, 다공화하는 방법으로는, 표면적을 크게 한다는 관점에서, 형성되는 구멍 (세공) 을 보다 치밀하게 하기 (보다 치밀한 구멍을 형성시키기) 위해서, 화학적 방법인 것이 바람직하다. 또, 상기 금속층의 재질로는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 은, 금, 철, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 및 이것들의 합금 등을 들 수 있다. 상기 금속층의 재질로는, 이 중에서도, 가격 및 가공성의 관점에서 알루미늄인 것이 바람직하다. 또, 상기 구멍을 형성하기 전의 금속층으로는, 이른바 알루미늄박인 것이 바람직하다.
상기 정극 (11) 의 BET 비표면적은, 특별히는 한정되지 않는데, 예를 들어, 1 ㎡/g 이상인 것이 바람직하고, 100 ㎡/g 이상인 것이 보다 바람직하며, 500 ㎡/g 이상인 것이 보다 바람직하다. 상기 정극 (11) 의 BET 비표면적은, 기체의 투과성 (통기성) 의 관점에서 큰 편이 바람직하지만, 상기 정극 (11) 의 강도 등의 관계로부터, 3000 ㎡/g 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 정극 (11) 의 BET 비표면적은, 1 ∼ 3000 ㎡/g 인 것이 바람직하고, 100 ∼ 2500 ㎡/g 인 것이 보다 바람직하며, 500 ∼ 2000 ㎡/g 인 것이 보다 바람직하다. 상기 정극 (11) 의 BET 비표면적이 지나치게 작으면, 기체의 투과성 (통기성) 이 저하되어, 이산화탄소의 투과가 저해되는 경향이 있다. 또, 상기 정극 (11) 의 BET 비표면적이 지나치게 크면, 전극의 강도 등이 불충분해지는 경향이 있다. 이러한 점들로부터, 상기 전극 (11) 의 BET 비표면적이, 상기 범위 내이면, 장기간에 걸쳐서, 이산화탄소의 흡착 및 방출을 실현할 수 있어, 이산화탄소 전지로서 장기간에 걸쳐서 사용할 수 있다. 또한, BET 비표면적은, BET 법에 의해서 측정되는 비표면적으로서, 공지된 방법으로 측정 가능하다. BET 비표면적의 측정 방법으로는, 예를 들어, 질소 흡착 등온선 측정을 행하고, 얻어진 흡착 등온선으로부터 산출하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 정극 (11) 으로는, 집전체를 추가로 구비하고 있어도 된다. 즉, 상기 정극 (11) 은, 상기 다공질체로 이루어지는 것이어도 되고, 상기 다공질체 및 상기 집전체를 구비한 것이어도 된다. 상기 집전체로는, 상기 기체의 투과를 저해하지 않는 집전체이면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 집전체로는, 예를 들어, 도전성을 갖는 소재로 구성되며, 또한, 기체의 투과를 방해하지 않는 범위에서 개구된 것을 사용할 수 있다. 상기 집전체로는, 보다 구체적으로는, 메시 메탈, 펀칭 메탈, 및 익스팬드 메탈 등의 금속으로 이루어지는 것이어도 되고, 천연 섬유 또는 합성 섬유로 이루어지는 직물포 또는 부직포에 도금하여 도전성을 갖게 한 것이어도 된다. 상기 집전체로서 사용할 수 있는 금속으로는, 예를 들어, 스테인리스강, 철, 니켈, 및 구리 등을 사용할 수 있다.
상기 다공질체 및 상기 집전체를 구비한 정극 (11) 은, 상기 다공체와 상기 집전체가 일체화되어 있는 것이 바람직하고, 일체화시키는 방법으로는, 특별히 한정되지 않는다. 일체화된 상기 다공체와 상기 집전체는, 일체화시키는 방법으로서, 예를 들어, 초음파 용접 및 플라즈마 용접 등의 방법을 이용하여, 상기 다공체와 상기 집전체를 부분적으로 일체화시켜, 도전성을 확보한 것이어도 된다. 또, 일체화된 상기 다공체와 상기 집전체는, 상기 다공체와 상기 집전체를, 도전성 접착제 등의 도전재를 개재시켜 도전성을 갖게 한 것이어도 된다. 상기 도전재로는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 은, 금 및 니켈 등의 금속 미립자를 분산시킨 것, 탄소재계 도전재, 및 도전성 고분자 등을 사용할 수 있다.
(부극)
상기 부극 (12) 은, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 끼워진 상기 전해질층 (13) 으로 전류를 흘릴 수 있는 도전 부재이면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 부극 (12) 으로는, 예를 들어, 기체의 투과를 차단하는 기체 투과 차단부를 구비하는 전극인 것이 바람직하다. 또, 상기 부극 (12) 으로는, 예를 들어, 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 부극이, 상기와 같이, 기체의 투과를 차단하는 기체 투과 차단부를 구비하는 경우, 및 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 경우에는, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능하고, 그 충전 상태를 보다 유지할 수 있다. 이것은, 아래의 것에 의하는 것으로 생각된다.
상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 에서는, 상기 서술한 바와 같이, 상기 세퍼레이터 (16) 에 의해서 상기 레독스 화합물의 이동이 억제되지만, 상기 레독스 화합물이 상기 세퍼레이터 (16) 를 투과하는 경우도 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 에 있어서, 상기 전해질층 (13) 의 상기 세퍼레이터 (16) 보다 상기 정극 (11) 측으로부터 상기 부극 (12) 측으로, 상기 서술한 바와 같은 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물이 이동하는 경우도 있을 수 있다. 충전시 또는 충전 상태를 유지하고 있는 상태일 때에, 이와 같이, 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물이 이동하면, 상기 부극 (12) 의 가까이에서, 상기 레독스 화합물이 산화되고, 상기 레독스 화합물로부터, 이산화탄소가 탈리되어, N-옥시 아니온기가 N-옥시 라디칼기로 되돌아간다. 그 때, 이산화탄소가 상기 부극 (12) 측으로부터 방출되면, 이와 같은 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물의 이동이 촉진될 수 있다. 따라서, 상기 부극 (12) 이, 기체의 투과를 차단하는 기체 투과 차단부를 구비하는 경우, 및 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 경우, 이와 같은 이동의 촉진이 일어나는 것을 방지할 수 있어, 충전 상태를 보다 유지할 수 있는 것으로 생각된다.
상기 부극 (12) 이, 기체의 투과를 차단하는 기체 투과 차단부를 구비하는 전극인 경우, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 부극 본체 (21), 및 상기 기체 투과 차폐부 (22) 를 구비하는 전극이어도 되고, 상기 기체 투과 차폐부가 도전성을 갖고, 이 기체 투과 차폐부로 이루어지는 전극이어도 된다.
상기 부극 (12) 이, 부극 본체 (21) 및 기체 투과 차폐부 (22) 를 구비하는 전극인 경우, 상기 기체 투과 차폐부 (22) 는, 상기 부극 본체 (21) 의 상기 전해질층 (13) 측과는 반대측에 구비된다. 또, 상기 기체 투과 차폐부 (22) 는, 상기 부극 본체 (21) 의 상기 전해질층 (13) 측과는 반대측에 구비되어 있으면, 상기 부극 본체 (21) 의 상기 전해질층 (13) 측에도 구비되어 있어도 된다.
상기 부극 본체 (21) 는, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 끼워진 상기 전해질층 (13) 으로 전류를 흘릴 수 있는 도전 부재이면 된다. 또, 상기 부극 본체 (21) 로는, 전자의 이동을 저해하지 않을 정도의 도전성을 갖고, 전하를 축적할 수 있는 도전 부재인 것이 바람직하다. 또, 상기 부극 본체 (21) 로는, 상기 기체 투과 차폐부 (22) 를 구비하는 점에서, 가스 접촉 면적을 넓히는 점에서, 기체를 투과 가능한 것이 바람직하다. 이러한 점들로부터, 상기 부극 본체 (21) 로는, 상기 정극 (11) 에서 사용되는 전극으로서 예시된 도전 부재와 동일한 것이어도 된다. 상기 부극 본체 (21) 로는, 구체적으로는, 탄소 재료, 금속 섬유, 금속박, 도전성 고분자 등의 도전 재료로 구성되는 전극 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로는, 탄소 섬유, 활성탄, 및 흑연 등으로 구성되는 전극 등을 들 수 있다.
상기 기체 투과 차폐부 (22) 는, 기체의 투과를 차단할 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 기체 투과 차폐부 (22) 는, 예를 들어, 알루미늄박, 동박, 및 니켈박 등의 금속박, 및, 도전성 고분자, 흑연, 및 은 등의 도전재 페이스트를 도공한 플라스틱박 등을 들 수 있다. 상기 플라스틱박으로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌 (PP), 및 폴리에틸렌 (PE) 등을 포함하는 플라스틱박 등을 들 수 있다.
상기 기체 투과 차폐부로 이루어지는 전극은, 상기 부극 본체와 상기 기체 투과 차폐부를 겸하는 구성의 전극이다. 상기 기체 투과 차폐부로 이루어지는 전극으로는, 이산화탄소 등의 기체를 투과하지 않으며, 또한, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 끼워진 상기 전해질층 (13) 으로 전류를 흘릴 수 있는 도전 부재로 이루어지는 전극 등을 들 수 있다.
상기 부극 (12) 이 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 경우로는, 그 구성으로는, 상기 부극 (12) 이 외기와 접촉하지 않으면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 부극 (12) 이 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 경우의 일례로는, 예를 들어, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 상기 유로 (15) 로부터 공급된 공기에 접하는 상기 정극 (11) 이외에, 케이싱 (25) 에 둘러싸인 이산화탄소 흡착 전지 (20) 등을 들 수 있다. 즉, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (20) 는, 상기 부극 (12) 이 외기와 접촉하지 않도록, 상기 케이싱 (25) 으로 둘러싸고 있는 것 이외에, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 와 동일하다. 이와 같은 이산화탄소 흡착 전지 (20) 는, 상기 케이싱 (25) 이 기체를 투과하는 것이면, 상기 부극 (12) 이 외기와 접촉하지 않는다. 상기 케이싱 (25) 으로는, 기체를 투과하지 않으면, 특별히 한정되지 않고, 전지의 케이싱으로서 사용할 수 있는 것이면 된다. 또한, 도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지의 구성의 다른 일례 (상기 이산화탄소 흡착 전지 (20)) 를 나타내는 개략 단면도로서, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (20) 의 충전시를 나타낸다.
상기 부극 (12) 이 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 경우의 다른 일례로는, 예를 들어, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같은, 2 개의 정극 (11, 31) 을 구비하는 이산화탄소 흡착 전지 (30) 등을 들 수 있다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (30) 는, 상기 정극 (11) 에 더하여, 이 정극 (11) 과는 별개의 정극 (31) 을 추가로 구비하고, 상기 부극 (12) 과 상기 정극 (31) 사이에도, 상기 전해질층 (13) 및 상기 세퍼레이터 (16) 를 구비하는 것 이외에, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 와 동일하다. 즉, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (30) 는, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 을 구성하는 정극 (11) 에 더하여, 이 정극 (11) 과는 별개의 정극 (31) 을 추가로 구비하고, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 을 구성하는 부극 (12) 과 상기 정극 (31) 사이에도, 상기 전해질층 (13) 및 상기 세퍼레이터 (16) 를 구비하는 것 이외에, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 와 동일하다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (30) 는, 상기한 것 이외에는, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 와 동일하고, 예를 들어, 상기 정극 (31) 으로는, 기체를 투과 가능한 전극이면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 상기 정극 (11) 에서 사용되는 전극 등을 들 수 있다. 이와 같은 구성의 이산화탄소 흡착 전지 (30) 이면, 상기 부극 (12) 이 외기와 접촉하지 않도록 구성할 수 있다. 그리고, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 상기 정극 (11) 과 상기 부극 (12) 사이뿐만 아니라, 상기 부극 (12) 과 상기 정극 (31) 사이에도, 상기 전압 인가부 (14) 에 의해서 전압을 인가함으로써, 상기 정극 (11) 과 상기 부극 (12) 사이뿐만 아니라, 상기 부극 (12) 과 상기 정극 (31) 사이에서도 충전할 수 있다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (30) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 상기 정극 (11) 과 상기 부극 (12) 사이에서 충전을 행하면서, 상기 부극 (12) 과 상기 정극 (31) 사이에서 방전할 수도 있다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (30) 는, 도시하고 있지 않지만, 상기 부극 (12) 과 상기 정극 (31) 사이에서 충전을 행하면서, 상기 정극 (11) 과 상기 부극 (12) 사이에서 방전할 수도 있다. 또한, 도 4 및 도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지의 구성의 다른 일례 (상기 이산화탄소 흡착 전지 (30)) 를 나타내는 개략 단면도이다. 도 4 는, 어느 전극간이나 충전시인 경우를 나타내고, 도 5 는, 일방의 전극간을 충전시이고, 타방의 전극간을 방전시인 경우를 나타낸다.
상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 은, 상기 서술한 바와 같이, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 끼워진 상기 전해질층 (13) 으로 전류를 흘릴 수 있는 도전 부재로서, 그 표면 저항값은 작을수록 바람직하고, 예를 들어, 1 kΩ/sq 이하인 것이 바람직하고, 200 Ω/sq 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 상기 각 전극의 표면 저항값은 작을수록 바람직하지만, 실제로는, 1 Ω/sq 인 것이 한계이다. 따라서, 상기 각 전극의 표면 저항값은, 1 Ω/sq ∼ 1 kΩ/sq 인 것이 바람직하고, 10 ∼ 200 Ω/sq 인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 표면 저항값의 전극이면, 상기 전해질층 (13) 으로 전류를 바람직하게 흘릴 수 있고, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에 이산화탄소를 바람직하게 흡착할 수 있고, 방전시에 이산화탄소를 바람직하게 방출할 수 있다. 또한, 상기 정극 (31) 의 표면 저항값은, 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 의 표면 저항값과 동일하다.
상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 의 두께는, 특별히는 한정되지 않지만, 전하를 바람직하게 축적할 수 있고, 전해액의 누액 (漏液) 을 바람직하게 방지할 수 있는 두께인 것이 바람직하다. 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 의 두께는, 예를 들어, 20 ㎛ 이상 10 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 50 ㎛ 이상 5 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 이 지나치게 얇으면, 전극의 강도 등이 불충분해지거나, 전하를 축적하기 어려워지는 경향이 있다. 또, 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 이 지나치게 두꺼우면, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 가 지나치게 커지는 경향이 있다. 또, 상기 정극 (11) 이 지나치게 두꺼우면, 기체의 투과성 (통기성) 이 저하되어, 이산화탄소의 투과가 저해되는 경향도 있다. 또한, 상기 정극 (31) 의 두께는, 상기 정극 (11) 의 두께와 동일하다.
(전해질층)
상기 전해질층 (13) 은, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액과, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 함유하고 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 또, 상기 전해질층 (13) 은, 상기 서술한 바와 같이, 이산화탄소의 흡착 및 방출에 의한 이산화탄소의 분리에 기여하는 이산화탄소 분리체이다.
상기 전해질층 (13) 의 두께는, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어, 0.1 ㎛ ∼ 2 ㎜ 인 것이 바람직하고, 1 ㎛ ∼ 1 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 또, 상기 전해질층 (13) 의 상기 정극 (11) 측의 두께 및 상기 부극측의 두께도, 특별히는 한정되지 않는데, 예를 들어, 각각, 0.1 ㎛ ∼ 2 ㎜ 인 것이 바람직하고, 1 ㎛ ∼ 1 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 상기 전해질층 (13) 이 지나치게 얇으면, 이산화탄소의 고정량 및 축전량이 단지 저하될 뿐만 아니라, 상기 전해질층 (13) 에 미소한 구멍, 즉, 핀홀이 형성되어 버리는 경향이 있다. 핀홀이 형성되어 버리면, 이산화탄소의 바람직한 흡착이 불가능해지거나, 이산화탄소의 흡착에 기여하지 않는 전류가 흐르는 등의 문제를 함께 발생시켜 버리는 경우가 있다. 또, 상기 전해질층 (13) 이 지나치게 두꺼우면, 상기 전해질층 (13) 에 흡착된 이산화탄소의, 상기 전해질층 (13) 내에서의 확산이 느려져, 이산화탄소의 고정량과 축전량에 괴리가 발생되는 점에서, 충전시, 이산화탄소가 충분히 흡착된 것을 파악하기 어려워지는 경향이 있다. 이것은, 아래의 것에서 기인하는 것으로 생각된다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 에 있어서, 이산화탄소의 흡착에 대한, 상기 전해질층 (13) 에 있어서의 이산화탄소의 확산이나 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물의 확산의 기여가, 충전에 대한 상기 확산의 기여보다 크다. 또, 상기 전해질층 (13) 이 두꺼우면, 얇은 경우보다 상기 확산의 영향이 커진다. 이러한 점들로부터, 이산화탄소의 흡착에 관련된 속도에 있어서의 상기 전해질층 (13) 이 두꺼울 때와 얇을 때의 차가, 충전에 관련된 속도에 있어서의 상기 전해질층 (13) 의 그것보다 크다. 이 때문에, 상기 전해질층 (13) 이 얇을 때에는, 축전량으로부터, 이산화탄소가 충분히 흡착된 것을 파악하기 쉬운 것에 비해서, 상기 전해질층 (13) 이 두꺼울 때에는, 상기 서술한 바와 같이, 이산화탄소의 고정량과 축전량에 괴리가 발생되는 점에서, 축전량으로부터, 이산화탄소가 충분히 흡착된 것을 파악하기 어렵다. 따라서, 상기 전해질층 (13) 이 두꺼울수록, 충전시, 이산화탄소가 충분히 흡착된 것을 파악하기 어려워지는 것으로 생각된다. 또, 동일한 이유에 의해서, 상기 전해질층 (13) 이 지나치게 두꺼우면, 방전 시에, 이산화탄소가 충분히 방출된 것을 파악하기 어려워지는 경향이 있다.
상기 전해액은, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액이면, 특별히 한정되지 않고, 전해질과 용매를 포함하는 전해액이어도 되고, 이온 액체를 포함하는 전해액이어도 된다. 또한, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액이란, 이산화탄소가 용해되지 않는 것 이외이면 되고, 즉, 이산화탄소가 미미하게나마 용해된 전해액이면 되어, 높은 용해도가 요구되는 것은 아니다. 이것은, 아래의 것에서 기인하는 것으로 생각된다. 본 실시형태에 관련된 이산화탄소 흡착 전지는, 상기 서술한 바와 같이, 상기 레독스 화합물에의 이산화탄소의 결합 및 탈리에 의해서, 충전시에는, 상기 정극 (11) 측의 상기 전해질층 (13) 에 이산화탄소가 받아들여지고, 방전시에는, 상기 정극 (11) 측의 상기 전해질층 (13) 으로부터 이산화탄소가 방출된다는 메커니즘으로, 이산화탄소의 흡착 및 방출이 진행되는 것으로 생각된다. 이 때문에, 상기 전해질층 (13) 에 포함되는 전해액에 미미하게나마 이산화탄소가 용해되면, 이산화탄소의 흡착 및 방출이 진행되는 것으로 생각된다.
상기 전해액은, 상기 서술한 바와 같이, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액이면, 특별히 한정되지 않지만, 불휘발성인 것이 바람직하다. 상기 전해액은, 상기 서술한 바와 같이, 전해질과 용매를 포함하는 전해액이어도 되고, 이온 액체를 포함하는 전해액이어도 되지만, 불휘발성이며, 또한, 전해액으로서 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 상기 전해액은, 구체적으로는, 이온 액체인 것이 바람직하다.
상기 용매는, 전기 화학적으로 안정적인, 전위창이 넓은 화합물인 것이 바람직하고, 수성 용매여도 되고, 유기 용매여도 된다. 상기 용매로는, 예를 들어, 물, 카보네이트 화합물, 에스테르 화합물, 에테르 화합물, 복소 고리 화합물, 니트릴 화합물, 및 비프로톤성 극성 화합물 등을 들 수 있다. 상기 카보네이트 화합물로는, 예를 들어, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 에틸렌카보네이트, 및 프로필렌카보네이트 등을 들 수 있다. 상기 에스테르 화합물로는, 예를 들어, 아세트산메틸, 프로피온산메틸, 및 γ-부티로락톤 등을 들 수 있다. 상기 에테르 화합물로는, 디에틸에테르, 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디옥소실란, 테트라하이드로푸란, 및 2-메틸-테트라하이드로푸란 등을 들 수 있다. 상기 복소 고리 화합물로는, 예를 들어, 3-메틸-2-옥사조디리논, 및 2-메틸피롤리돈 등을 들 수 있다. 상기 니트릴 화합물로는, 예를 들어, 아세토니트릴, 메톡시아세토니트릴, 프로피오니트릴, 3-메톡시프로피오니트릴, 및 발레르산니트릴 등을 들 수 있다. 상기 비프로톤성 극성 화합물로는, 예를 들어, 술포란, 디메틸술포옥시드, 및 디메틸포름아미드 등을 들 수 있다. 상기 용매로는, 상기 예시한 각 용매를 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 또, 상기 용매로는, 상기 예시한 각 용매 중에서도, 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트 화합물, γ-부티로락톤 등의 에스테르 화합물, 3-메틸-2-옥사조디리논 및 2-메틸피롤리돈 등의 복소 고리 화합물, 아세토니트릴, 메톡시아세토니트릴, 프로피오니트릴, 3-메톡시프로피오니트릴 및 발레르산니트릴 등의 니트릴 화합물이 바람직하다. 또, 상기 용매로서 2 종 이상을 조합하여 사용하는 경우, 이산화탄소의 용해의 관점에서, 물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전해질로는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 4 급 암모늄염, 무기염, 및 수산화물 등을 들 수 있다. 상기 4 급 암모늄염으로는, 예를 들어, 테트라메틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-에틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-프로필암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-부틸암모늄테트라플루오로보레이트, n-헥사데실트리메틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-헥사데실암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-옥틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-에틸암모늄퍼클로레이트, 테트라-n-부틸암모늄퍼클로레이트, 및 테트라옥타데실암모늄퍼클로레이트 등을 들 수 있다. 상기 무기염으로는, 예를 들어, 리튬퍼클로레이트, 나트륨퍼클로레이트, 칼륨퍼클로레이트, 아세트산나트륨, 아세트산칼륨, 질산나트륨, 및 질산칼륨 등을 들 수 있다. 상기 수산화물로는, 예를 들어, 수산화나트륨, 및 수산화칼륨 등을 들 수 있다. 상기 전해질로는, 상기 예시한 전해질 중에서도, 테트라메틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-에틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-프로필암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-부틸암모늄테트라플루오로보레이트, n-헥사데실트리메틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-헥사데실암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-옥틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-에틸암모늄퍼클로레이트, 테트라-n-부틸암모늄퍼클로레이트, 테트라옥타데실암모늄퍼클로레이트, 리튬퍼클로레이트, 나트륨퍼클로레이트, 아세트산나트륨, 및 아세트산칼륨이 바람직하다. 또, 상기 전해질로는, 이 중에서도, 테트라-n-에틸암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-프로필암모늄테트라플루오로보레이트, 테트라-n-부틸암모늄테트라플루오로보레이트, 리튬퍼클로레이트, 및 나트륨퍼클로레이트가 보다 바람직하고, 테트라-n-부틸암모늄테트라플루오로보레이트, 및 리튬퍼클로레이트가 더욱 바람직하다. 또, 상기 전해질은, 그 지지염으로서, 탄산 이온이나 탄산수소 이온을 안정화시켜, pH 완충능을 갖고 있어도 된다. 이 경우의 전해질로는, 구체적으로는, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 아세트산, 및 아세트산나트륨 등을 들 수 있다. 상기 전해질은, 상기 예시한 전해질을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
상기 전해액은, 상기 서술한 바와 같이, 이온 액체 (이온성 액체) 를 포함하는 전해액이어도 된다. 상기 전해액으로서, 이온 액체를 사용하면, 상기와 같이 전해질과 용매를 포함하게 하지 않아도, 이온 액체가 이 양자의 기능을 겸비할 수 있다. 또, 상기 전해액으로는, 이온 액체를 포함하고 있으면 되고, 이온 액체에 전해질을 포함하는 액체여도 되며, 이온 액체에 용매를 포함하는 액체여도 되고, 이온 액체에 전해질 및 용매를 포함하는 액체여도 되고, 이온 액체로 이루어지는 것이어도 된다. 또, 상기 전해액으로서, 이온 액체를 사용하는 것은, 이온 액체가 휘발하기 어렵고, 난연성이 높은 점에서 바람직하다.
상기 이온 액체로는, 공지된 이온 액체이면 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어, 이미다졸륨계 이온 액체, 피리딘계 이온 액체, 지환식 아민계 이온 액체, 및 아조늄아민계 이온 액체 등을 들 수 있다. 상기 이온 액체로는, 예를 들어, 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-데실-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1,3-디메톡시이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1,3-디에톡시이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨헥사플루오로포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨헥사플루오로포스페이트, 1-데실-3-메틸이미다졸륨헥사플루오로포스페이트, 1,3-디메톡시이미다졸륨헥사플루오로포스페이트, 및 1,3-디에톡시이미다졸륨헥사플루오로포스페이트 등을 들 수 있다. 또, 상기 이온 액체로는, 상기 예시한 이온 액체 중에서도, 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨비스(트리플로로메틸술포닐이미드), 1,3-디메톡시이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨헥사플루오로포스페이트, 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨헥사플루오로포스페이트가 바람직하다. 또, 상기 이온 액체로는, 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1,3-디메톡시이미다졸륨테트라플루오로보레이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨비스(트리플로로메틸술포닐이미드), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 및 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨헥사플루오로포스페이트가 보다 바람직하고, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨비스(트리플로로메틸술포닐이미드), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드, 및 1-메틸-3-옥틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트가 더욱 바람직하다.
상기 전해질층 (13) 은, 상기 전해액이 겔화되어 있어도 된다. 구체적으로는, 상기 전해액에 겔화시키기 위한 겔화제를 첨가해도 되고, 겔화 전해질 또는 고분자 전해질을 사용해도 된다. 상기 겔화제로는, 예를 들어, 폴리머, 폴리머 가교 반응 등의 수법을 이용하는 겔화제, 중합성 다관능 모노머, 및 오일 겔화제 등을 들 수 있다. 상기 겔화 전해질 및 상기 고분자 전해질로는, 겔화 전해질이나 고분자 전해질로서 사용할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴 등의 불화비닐리덴계 중합체, 폴리아크릴산 등의 아크릴산계 중합체, 폴리아크릴로니트릴 등의 아크릴로니트릴계 중합체, 폴리에틸렌옥시드 등의 폴리에테르계 중합체, 및 구조 중에 아미드 구조를 갖는 화합물 등을 들 수 있다.
상기 레독스 화합물은, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물이면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 레독스 화합물로는, 불휘발성이며, 또한, 전해 환원 및 전해 산화에 의해서, 이산화탄소를 흡착 및 탈리하는 레독스 화합물인 것이 바람직하다. 즉, 상기 레독스 화합물은, 상기 식 (2) 및 상기 식 (3) 에 나타내는 바와 같이, 전해 환원됨으로써 이산화탄소가 흡착되고, 상기 식 (5) 및 상기 식 (6) 에 나타내는 바와 같이, 전해 산화됨으로써 흡착된 이산화탄소가 탈리된다. 이 레독스 화합물은, 상기 전압 인가부 (14) 에 의해서, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 전압을 인가하는 것 등에 의해서, N-옥시 라디칼기가 환원되어, N-옥시 아니온기로 되고, 이산화탄소가 결합된다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 가 방전되면, 이산화탄소가 탈리되어 N-옥시 아니온기로 되고, 이 N-옥시 아니온기가 산화되어, N-옥시 라디칼로 되돌아간다. 상기 레독스 화합물은, 이와 같이, 산화 환원에 의해서, N-옥시 라디칼기가 변화되는 화합물이다.
상기 레독스 화합물로는, 구체적으로는, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물, 또는, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물로부터 수소 원자가 1 개 탈리된 기를 갖는 화합물 등을 들 수 있다. 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물로부터 수소 원자가 1 개 탈리된 기를 갖는 화합물이란, 이와 같은 기를 갖는 화합물이면 되고, 다른 저분자 화합물과 결합된 화합물이어도 되며, 고분자 화합물이어도 된다.
[화학식 7]
Figure pct00008
식 (1) 중, Z 는, -CR5R6CR7R8-, -CR9R10CR11R12CR13R14-, -(CR15R16)O-, -(CR17R18)NR27-, -(CR19R20)O(CR21R22)-, 또는, -(CR23R24)NR28(CR25R26)- 을 나타내고, R1 ∼ R28 은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.
상기 R1 ∼ R4 는, 적어도 1 개가 치환기인 것이 바람직하고, 2 개 이상이 치환기인 것이 보다 바람직하며, 4 개 모두가 치환기인 것이 더욱 바람직하다. 즉, 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물은, 상기 N-옥시 라디칼기에 4 급 탄소가 2 개 결합된 화합물인 것이 바람직하다. 또, 상기 레독스 화합물은, 상기 N-옥시 라디칼기에 4 급 탄소가 2 개 결합된 화합물, 또는, 이 화합물로부터 수소 원자가 1 개 탈리된 기를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 이와 같은 화합물은, 상기 N-옥시 라디칼기에 의한 산화 환원이 일어나기 쉬워, 상기 레독스 화합물에 의한 이산화탄소의 흡착 및 방출을 보다 바람직하게 행할 수 있는 것으로 생각된다. 이 때문에, 이와 같은 화합물을 전해질층에 포함시킴으로써, 충전시에 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 보다 바람직하게 흡착할 수 있고, 방전시에 이산화탄소를 보다 바람직하게 방출할 수 있는 이산화탄소 흡착 전지가 얻어진다.
상기 식 (1) 로 나타내는 화합물에 있어서의 Z 로는, -CR5R6CR7R8-, -CR9R10CR11R12CR13R14-, -(CR19R20)O(CR21R22)-, 및 -(CR23R24)NR28(CR25R26)- 인 것이 바람직하다.
상기 R1 ∼ R28 에 있어서의 치환기로는, 예를 들어, 탄소수 1 ∼ 30 의 하이드로카르빌기, 탄소수 1 ∼ 10 의 하이드로카르빌옥시기, 하이드록시기 (수산기), 치환되어 있어도 되는 아미노기 (미치환 혹은 치환의 아미노기), 카르복실기, 티올기, 및 치환되어 있어도 되는 실릴기 (미치환 혹은 치환의 실릴기) 등을 들 수 있다. 또, 상기 R1 ∼ R26 에 있어서의 치환기로는, 이 중에서도, 탄소수 1 ∼ 30 의 하이드로카르빌기, 하이드록시기, 및 미치환 혹은 치환의 아미노기가 바람직하다. 또, 상기 R27, R28 에 있어서의 치환기로는, 탄소수 1 ∼ 30 의 하이드로카르빌기가 바람직하다.
또한, 여기에서 치환되어 있어도 된다란, 그 직후에 기재된 화합물 또는 기를 구성하는 수소 원자가 무치환인 경우 및 수소 원자의 일부 또는 전부가 치환기에 의해서 치환되어 있는 경우의 쌍방을 포함한다.
상기 하이드로카르빌기로는, 특별히 한정되지 않고, 직사슬형이어도 되고, 분기 사슬형이어도 되며, 고리형이어도 된다. 상기 하이드로카르빌기로는, 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 1-프로필기, 2-프로필기, 1-부틸기, 2-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 옥틸기, 데실기, 도데실기, 2-에틸헥실기, 3,7-디메틸옥틸기, 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 노르보르닐기, 암모늄에틸기, 벤질기, α,α-디메틸벤질기, 1-페네틸기, 2-페네틸기, 비닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 올레일기, 에이코사펜타에닐기, 도코사헥사에닐기, 2,2-디페닐비닐기, 1,2,2-트리페닐비닐기, 2-페닐-2-프로페닐기, 페닐기, 2-톨릴기, 4-톨릴기, 4-트리플루오로메틸페닐기, 4-메톡시페닐기, 4-시아노페닐기, 2-비페닐릴기, 3-비페닐릴기, 4-비페닐릴기, 터페닐릴기, 3,5-디페닐페닐기, 3,4-디페닐페닐기, 펜타페닐페닐기, 4-(2,2-디페닐비닐)페닐기, 4-(1,2,2-트리페닐비닐)페닐기, 플루오레닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 9-안트릴기, 2-안트릴기, 9-페난트릴기, 1-피레닐기, 크리세닐기, 나프타세닐기, 및 콜로닐기 등을 들 수 있다. 상기 하이드로카르빌기로는, 이 중에서도, 메틸기, 에틸기, 1-프로필기, 2-프로필기, 1-부틸기, 2-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 옥틸기, 데실기, 도데실기, 2-에틸헥실기, 3,7-디메틸옥틸기, 벤질기, α,α-디메틸벤질기, 1-페네틸기, 2-페네틸기, 비닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 올레일기, 에이코사펜타에닐기, 도코사헥사에닐기, 2,2-디페닐비닐기, 1,2,2-트리페닐비닐기, 2-페닐-2-프로페닐기, 페닐기, 2-톨릴기, 4-톨릴기, 4-트리플루오로메틸페닐기, 4-메톡시페닐기, 4-시아노페닐기, 2-비페닐릴기, 3-비페닐릴기, 4-비페닐릴기, 터페닐릴기, 3,5-디페닐페닐기, 3,4-디페닐페닐기, 펜타페닐페닐기, 4-(2,2-디페닐비닐)페닐기, 4-(1,2,2-트리페닐비닐)페닐기, 플루오레닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 9-안트릴기, 2-안트릴기, 및 9-페난트릴기가 바람직하다. 또한, 상기 하이드로카르빌기로는, 이 중에서도, 메틸기, 에틸기, 1-프로필기, 2-프로필기, 1-부틸기, 2-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 옥틸기, 2-에틸헥실기, 3,7-디메틸옥틸기, 벤질기, 페닐기인 것이 보다 바람직하며, 메틸기, 에틸기, 1-프로필기, 2-프로필기, 1-부틸기, 2-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 및 헥실기가 더욱 바람직하다.
상기 하이드로카르빌옥시기로는, 특별히 한정되지 않고, 직사슬형이어도 되고, 분기 사슬형이어도 되며, 고리형이어도 된다. 상기 하이드로카르빌옥시기로는, 예를 들어, 메톡시기, 에톡시기, 1-프로필옥시기, 2-프로필옥시기, 1-부톡시기, 2-부톡시기, 이소부톡시기, tert-부톡시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 옥틸옥시기, 데실옥시기, 도데실옥시기, 2-에틸헥실옥시기, 3,7-디메틸옥틸옥시기, 시클로프로판옥시기, 시클로펜틸옥시기, 시클로헥실옥시기, 1-아다만틸옥시기, 2-아다만틸옥시기, 노르보르닐옥시기, 암모늄에티톡시기, 트리플루오로메톡시기, 벤질옥시기, α,α-디메틸벤질옥시기, 2-페네틸옥시기, 1-페네틸옥시기, 페녹시기, 알콕시페녹시기, 알킬페녹시기, 1-나프틸옥시기, 2-나프틸옥시기, 및 펜타플루오로페닐옥시기 등을 들 수 있다. 상기 하이드로카르빌옥시기로는, 이 중에서도, 메톡시기, 에톡시기, 1-프로필옥시기, 2-프로필옥시기, 1-부톡시기, 2-부톡시기, tert-부톡시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 옥틸옥시기, 데실옥시기, 도데실옥시기, 2-에틸헥실옥시기, 및 3,7-디메틸옥틸옥시기가 바람직하다. 또한, 상기 하이드로카르빌옥시기로는, 이 중에서도, 메톡시기, 에톡시기, 1-프로필옥시기, 2-프로필옥시기, 1-부톡시기, 2-부톡시기, 이소부톡시기, tert-부톡시기, 펜틸옥시기, 및 헥실옥시기가 보다 바람직하다.
상기 아미노기는, 특별히 한정되지 않고, 직사슬형이어도 되고, 분기 사슬형이어도 되며, 고리형이어도 된다. 상기 아미노기로는, 예를 들어, 메틸아미노기, 에틸아미노기, 1-프로필아미노기, 2-프로필아미노기, 1-부틸아미노기, 2-부틸아미노기, 이소부틸아미노기, tert-부틸아미노기, 펜틸아미노기, 헥실아미노기, 옥틸아미노기, 데실아미노기, 도데실아미노기, 2-에틸헥실아미노기, 3,7-디메틸옥틸아미노기, 시클로프로필아미노기, 시클로펜틸아미노기, 시클로헥실아미노기, 1-아다만틸아미노기, 2-아다만틸아미노기, 노르보르닐아미노기, 암모늄에틸아미노기, 트리플루오로메틸아미노기, 벤질아미노기, α,α-디메틸벤질아미노기, 2-페네틸아미노기, 1-페네틸아미노기, 페닐아미노기, 알콕시페닐아미노기, 알킬페닐아미노기, 1-나프틸아미노기, 2-나프틸아미노기, 및 펜타플루오로페닐아미노기 등을 들 수 있다. 상기 아미노기로는, 이 중에서도, 메틸아미노기, 에틸아미노기, 1-프로필아미노기, 2-프로필아미노기, 1-부틸아미노기, 2-부틸아미노기, tert-부틸아미노기, 펜틸아미노기, 헥실아미노기, 옥틸아미노기, 데실아미노기, 도데실아미노기, 2-에틸헥실아미노기, 및 3,7-디메틸옥틸아미노기가 바람직하다. 또한, 상기 아미노기로는, 이 중에서도, 메틸아미노기, 에틸아미노기, 1-프로필아미노기, 2-프로필아미노기, 1-부틸아미노기, 2-부틸아미노기, 이소부틸아미노기, tert-부틸아미노기, 펜틸아미노기, 및 헥실아미노기가 보다 바람직하다.
상기 실릴기로는, 특별히 한정되지 않는다. 상기 실릴기로는, 예를 들어, 디메틸실릴기, 디에틸실릴기, 디페닐실릴기, 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, t-부틸디페닐실릴기, 및 트리스트리메틸실릴기 등을 들 수 있다.
상기 식 (1) 로 나타내는 화합물은, 상기 서술한 바와 같이, 상기 N-옥시 라디칼기에 4 급 탄소가 2 개 결합된 화합물인 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 N-옥시 라디칼기에 인접하는 부위에, 입체 장해가 큰 기가 결합되어 있음으로써, 라디칼의 안정성이 높아져, 라디칼 커플링을 억제할 수 있는 것으로 생각된다. 이 때문에, 이와 같은 화합물을 전해질층에 포함시킴으로써, 충전시에 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 보다 바람직하게 흡착할 수 있고, 방전시에 이산화탄소를 방출할 수 있는 이산화탄소 흡착 전지가 얻어지는 것으로 생각된다.
상기 식 (1) 로 나타내는 화합물로는, 예를 들어, 1,4-디(1-옥시-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리딘-4-일옥시기)자일렌, 4-아세트아미드-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘1-옥실, N,N-디-tert-부틸니트로옥시드 라디칼, N,N-디페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디나프틸니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-메틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-3-메틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-4-메틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-에틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-프로필페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-부틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-펜틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-헥실페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-이소프로필페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-이소부틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-sec-부틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-2-tert-부틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-4-tert-부틸페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디(3,5-디-tert-부틸)페닐니트로옥시드 라디칼, N,N-디-4-피리딜니트로옥시드 라디칼, N,N-디-4-피리다질니트로옥시드 라디칼, 폴리(에틸렌글리콜)-비스-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, N-페닐-N-옥시-tert-부틸아민, N-나프틸-N-옥시-tert-부틸아민, N-tert-부틸-N-옥시-2-퀴놀린, 2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼 (TEMPO), 4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 4-아미노-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 4-카르복시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 4-메톡시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 4-옥소-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 4-아세트아미드-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 4-옥틸옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 2,2,5,5-테트라메틸피롤리딘-옥시 라디칼, 3-카르바모일-2,2,5,5-테트라메틸피롤리딘-옥시 라디칼, 3-카르복시-2,2,5,5-테트라메틸피롤리딘-옥시 라디칼, 2,2,6,6-테트라메틸모르폴린-N-옥시 라디칼, 및 2,2,6,6-테트라메틸모르폴린피페라진-N-옥시 라디칼 등을 들 수 있다.
또한, 상기 레독스 화합물로는, 상기 서술한 바와 같이, 고분자 화합물이어도 되고, 예를 들어, 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 중합하여 얻어지는 화합물 등을 들 수 있다. 상기 고분자 화합물로는, 예를 들어, 4-아크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 4-메타크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 3-아크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피롤리디닐옥시 라디칼, 3-메타크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피롤리디닐옥시 라디칼, 4-비닐로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼, 및 4-비닐로일옥시-2,2,5,5-테트라메틸피롤리디닐옥시 라디칼 등을 모노머로서 중합하여 얻어진 화합물 등을 들 수 있다. 또, 상기 고분자 화합물로는, 상기 모노머를 단독으로 중합하여 얻어지는 화합물이어도 되고, 2 종 이상의 상기 모노머를 조합하여 중합하여 얻어지는 화합물이어도 된다. 또, 상기 고분자 화합물로는, 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 중합시켜 얻어지는 화합물이어도 되고, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 이소프렌, 스티렌, 및 아세트산비닐 등의 공중합 모노머와 공중합시킨 공중합체여도 된다. 또, 이 공중합체 모노머도, 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
상기 레독스 화합물은, 상기 예시한 화합물 중에서도, 1,4-디(1-옥시-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리딘-4-일옥시기)자일렌, 4-아세트아미드-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘1-옥실, 및 폴리(4-메타크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼) 이 바람직하다. 상기 레독스 화합물은, 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
상기 식 (1) 로 나타내는 화합물은, 소정의 합성 방법으로 합성하여 얻어진 화합물이어도 되고, 시판품이어도 된다. 상기 합성 방법으로는, 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물이 얻어지는 합성 방법이면, 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어, 2 치환 아민 화합물의 아미노기를 산화시키는 니트로옥시드화시키는 방법 등을 들 수 있다.
또한, 불휘발성이란, 상온 상압 하에서, 그 물질이 증발하지 않거나, 또는, 곧바로 증발하지 않는 것을 의미한다. 예를 들어, 본 명세서에 있어서, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘1-옥실 (TEMPO) 은, 불휘발성이 아니고, 휘발성이다. 이 점에서, 불휘발성의 기준으로는, 예를 들어, 상압에 있어서의 비점이, TEMPO 의 비점인 193 ℃ 보다 높은 것을 들 수 있고, 200 ℃ 이상인 것이 바람직하며, 220 ℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 불휘발성의 기준으로는, 예를 들어, 20 ℃ 에 있어서의 증기압이, TEMPO 의 증기압 (20 ℃) 인 0.4 hPa 보다 낮은 (즉, 0.4 hPa 미만인) 것을 들 수 있고, 0.2 hPa 보다 낮은 (즉, 0.2 hPa 미만인) 것이 바람직하다.
상기 전해질층 (13) 에는, 상기 전해액 및 상기 레독스 화합물 이외의 성분을 함유하고 있어도 된다. 상기 전해질층 (13) 에 함유되는 다른 성분으로는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 및 폴리비닐알코올아세탈 등을 들 수 있다.
상기 전해질층 (13) 은, 기재를 포함하고 있어도 된다. 상기 전해질층 (13) 으로는, 예를 들어, 상기 레독스 화합물을 함유하는 상기 전해액을 상기 기재에 함침시킨 것 등을 들 수 있다. 또, 상기 기재로는, 예를 들어, 유리 섬유 여과지 등을 들 수 있다.
상기 전해질층 (13) 의 제조 방법으로는, 상기 전해질층 (13) 을 제조할 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 전해질층 (13) 이, 상기 기재를 포함하는 경우, 예를 들어, 상기 전해액에 상기 레독스 화합물을 분산 또는 용해시키고, 이 레독스 화합물을 함유하는 전해액을 상기 기재에 함침시키는 방법 등을 들 수 있다. 상기 함침은, 상기 전해액이나 상기 기재에 초음파 진동을 인가하면서, 행하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 전해질층 (13) 에 미소한 구멍, 즉, 핀홀이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
(세퍼레이터)
상기 세퍼레이터 (16) 는, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제하고, 상기 전해액을 투과 가능한 세퍼레이터이면, 특별히 한정되지 않는다. 즉, 상기 세퍼레이터 (16) 는, 상기 레독스 화합물을 상기 전해액보다 투과시키기 어렵다. 또, 상기 세퍼레이터 (16) 로는, 상기 전해액을 투과 가능하기는 하지만, 상기 레독스 화합물을 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 상기 세퍼레이터 (16) 는, 전해액을 투과 가능하지만, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제하도록, 상기 정극 (11) 측의 상기 전해질층 (13) 과 상기 부극 (12) 측의 상기 전해질층 (13) 을 이격시키도록 형성된다. 이와 같이, 상기 정극 (11) 과 상기 부극 (12) 은, 상기 세퍼레이터 (16) 에 의해서 분리된다. 상기 세퍼레이터 (16) 로는, 예를 들어, 리튬 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 세퍼레이터 등을 들 수 있고, 특히, 전해질의 이온 이동에 대해서 저저항이면서, 전해액 함습능이 우수한 세퍼레이터가 바람직하다. 상기 세퍼레이터의 재질로는, 예를 들어, 유리 파이버, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 등을 들 수 있다. 상기 세퍼레이터의 재질로는, 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 또, 상기 세퍼레이터는, 상기 세퍼레이터의 재질로 구성되고, 그 형태로는, 부직포여도 되고, 직포여도 된다. 상기 세퍼레이터의 기공경은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 0.01 ∼ 10 ㎛ 인 것이 바람직하다. 또, 상기 세퍼레이터의 두께는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 5 ∼ 300 ㎛ 인 것이 바람직하다.
상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 상기 서술한 바와 같이, 충전시에는, 상기 정극 (11) 의 전위가 상기 부극 (12) 의 전위보다 낮아지도록, 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 으로 이루어지는 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 전압을 인가한다. 이 때문에, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 상기 전압 인가부 (14) 를 설치해도 된다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 상기 서술한 바와 같이, 방전시에는, 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 으로 이루어지는 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 저항 (17) 등을 형성하여, 방전한다. 상기 저항 (17) 은, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 를 방전시킬 수 있으면, 특별히 한정되는 경우는 없다.
상기 전압 인가부 (14) 는, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 전압을 인가할 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 즉, 상기 전압 인가부 (14) 는, 상기 서술한 바와 같이, 상기 정극 (11) 의 전위가 상기 부극 (12) 의 전위보다 낮아지도록, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 함으로써, 충전시에는, 상기 전압 인가부 (14) 에 전압을 인가하는 것만으로, 상기 정극 (11) 측에서 이산화탄소를 받아들이면서, 충전할 수 있다. 또, 상기 전압 인가부 (14) 는, 상기 1 쌍의 전극 (11, 12) 사이에 인가하는 전압을 반전시킬 수 없는 인가부여도 되고, 예를 들어, 이차 전지, 외부 전원, 및 커패시터 등을 들 수 있다.
상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 상기 구조의 것을 제조할 수 있으면, 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 의 제조 방법으로는, 구체적으로는, 상기 정극 (11), 상기 부극 (12), 상기 전해질층 (13), 및 상기 세퍼레이터 (16) 를 사용하고, 또한, 필요에 따라서, 상기 유로 (15), 상기 전압 인가부 (14), 및 상기 저항 (17) 등을 사용하여, 도 1 및 도 2 에 나타내는 구조 등이 되도록, 일반적인 조립 방법으로 조립하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 상기 정극 (11) 및 상기 부극 (12) 에 전압을 인가함으로써 충전된다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에, 상기 서술한 바와 같이, 상기 전해질층 (13) 에 포함되는 레독스 화합물에 이산화탄소가 결합됨으로써 이산화탄소를 흡착한다. 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전 후, 방전할 때에, 상기 전해질층 (13) 에 포함되는 레독스 화합물로부터 이산화탄소가 탈리됨으로써 이산화탄소를 방출한다. 이 점에서, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에 이산화탄소를 흡착하고, 방전시에 이산화탄소를 방출하도록 사용하는 것이 바람직하다. 또, 방전시에 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 로부터 방출되는 기체는, 충전시에 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 에 흡착되어 있던 기체가 주가 되기 때문에, 이산화탄소 농도가 매우 높은 기체이다. 이 점에서, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 이산화탄소를 농축할 수 있다. 즉, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 이산화탄소를 농축하는 장치로서도 사용할 수 있다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 충전시에 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 흡착하고, 방전시에 이산화탄소를 방출하기 때문에, 이산화탄소 농도가 매우 높은 기체가 방출되게 된다. 이 점에서, 상기 이산화탄소 흡착 전지 (10) 는, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 분리하는 장치로서도 사용할 수 있다.
[충방전 장치]
본 발명의 다른 실시형태에 관련된 충방전 장치는, 상기 이산화탄소 흡착 전지를 2 개 이상 구비하는 충방전 장치이다. 상기 충방전 장치로는, 상기 이산화탄소 흡착 전지를 2 개 이상 구비하고 있으면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 도 6 에 나타내는 바와 같은 충방전 장치 (40) 등을 들 수 있다.
상기 충방전 장치 (40) 는, 2 개의 상기 이산화탄소 흡착 전지 (제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 와 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b)) 를 구비한다. 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 에서는, 그 부극측 (10a2) 과 정극측 (10a1) 을 상기 전압 인가부 (14) 를 개재하여 접속함으로써 충전할 수 있다. 즉, 상기 충방전 장치 (40) 는, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 의 부극측 (10a2) 과 상기 전압 인가부 (14) 를 배선 (61) 으로 접속하고, 상기 전압 인가부 (14) 와 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 의 정극측 (10a1) 을 배선 (62) 으로 접속함으로써, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 를 충전할 수 있다. 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 를 충전한 후에, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 의 정극측 (10a1) 과 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 의 정극측 (10b1) 을 배선 (66) 으로 접속하고, 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 의 부극측 (10b2) 과 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 의 부극측 (10a2) 을 배선 (65) 으로 접속함으로써, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 를 방전시킴과 함께, 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 를 충전시킬 수 있다. 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 를 충전한 후 (상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 를 방전한 후) 에, 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 의 정극측 (10b1) 과 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 의 정극측 (10a1) 을 배선 (64) 으로 접속하고, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 의 부극측 (10a2) 과 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 의 부극측 (10b2) 을 배선 (63) 으로 접속함으로써, 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 를 방전시킴과 함께, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 를 충전시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 를 일단 충전함으로써, 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 및 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 에 대해서, 교대로 충전 및 방전을 반복할 수 있는 충방전 장치로서 작용시킬 수 있다. 따라서, 상기 충방전 장치는, 2 개 이상의 상기 이산화탄소 흡착 전지를 구비함으로써, 각각의 상기 이산화탄소 흡착 전지에 대해서, 교대로 충전 및 방전을 반복할 수 있다. 이 점에서, 이 충방전 장치는, 에너지 효율이 높은 충방전 장치가 된다. 또, 상기 충방전 장치는, 이산화탄소를 분리할 수 있다. 또한, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 및 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 에 있어서, 충전할 때에는, 유로 (15a) 에서 이산화탄소를 포함하는 기체 (질소 및 이산화탄소를 포함하는 공기 등) 를 공급하고, 유로 (15b) 에서 질소 (질소 및 흡착되지 않은 이산화탄소) 를 배출한다. 또, 상기 제 1 이산화탄소 흡착 전지 (10a) 및 상기 제 2 이산화탄소 흡착 전지 (10b) 에 있어서, 방전할 때에는, 유로 (15c) 에서 이산화탄소를 배출한다. 또한, 도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 충방전 장치 (40) 의 일례의 구성을 나타내는 개략도이다.
본 명세서는, 상기 서술한 바와 같이, 여러 가지 양태의 기술을 개시 하고 있지만, 그 중 주된 기술을 아래에 정리한다.
본 발명의 일 국면은, 정극과, 부극과, 상기 정극과 상기 부극 사이에 배치된 세퍼레이터와, 상기 정극과 상기 세퍼레이터 사이 및 상기 부극과 상기 세퍼레이터 사이의 각각에 배치된 전해질층을 구비하고, 상기 정극이, 기체를 투과 가능한 전극이며, 상기 전해질층이, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액과, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 함유하고, 상기 세퍼레이터가, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제하고, 상기 전해액을 투과 가능한 이산화탄소 흡착 전지이다.
이와 같은 구성에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능한 이산화탄소 흡착 전지를 제공할 수 있다.
이것은, 아래의 것에서 기인하는 것으로 생각된다.
상기 정극은, 상기 정극 주변에 존재하는 기체를 투과시킬 수 있다. 상기 정극을 기체가 투과하면, 상기 정극을 투과한 기체는 상기 전해질층에 접촉하게 된다. 이로써, 상기 정극 주변에 존재하는 기체에 포함되는 이산화탄소는, 상기 전해질층에 포함되는 전해액에 용해된다.
상기 이산화탄소 흡착 전지는, 충전시에는, 상기 정극의 전위가 상기 부극의 전위보다 낮아지도록, 즉, 상기 부극의 전위가 상기 정극의 전위보다 높아지도록, 상기 정극과 상기 부극 사이에 전압을 인가한다.
상기 전해질층에 함유되는 상기 레독스 화합물은, 상기 정극에 가까운 측에서는, 상기 정극의 전위가 상기 부극의 전위보다 높은 점에서, N-옥시 라디칼기가 환원되어, N-옥시 아니온기로 된다. 그리고, 상기 전해액에 용해된 이산화탄소가, 이 N-옥시 아니온기에 결합되기 때문에, 상기 전해액에의 이산화탄소의 용해가 촉진된다. 이 때문에, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 충전시에는, 상기 정극측으로부터 이산화탄소가 받아들여지고, 상기 전해질층에 이산화탄소가 흡착되게 된다.
한편으로, 상기 전해질층에 함유되는 상기 레독스 화합물은, 상기 부극에 가까운 측에서는, 상기 부극의 전위가 상기 정극의 전위보다 낮은 점에서, N-옥시 라디칼기가 산화되어, N-옥시 카티온기로 된다.
상기 세퍼레이터는, 상기 전해액을 투과 가능하기는 하지만, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제한다. 즉, 상기 레독스 화합물은 상기 전해액보다 상기 세퍼레이터를 투과하기 어렵다. 이 때문에, N-옥시 라디칼기가 환원되어, N-옥시 아니온기로 된 레독스 화합물도, 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물도, 상기 세퍼레이터를 투과하여, 상기 부극측으로 이행하기 어렵다. 따라서, 충전을 정지시킨 후에도 방전시키지 않으면, 이들 레독스 화합물은, 상기 전해질층의 상기 세퍼레이터보다 상기 정극측에 유지된다. N-옥시 라디칼기가 산화되어, N-옥시 카티온기로 된 레독스 화합물도, 상기 세퍼레이터를 투과하여, 상기 정극측으로 이행하기 어렵다. 따라서, 충전을 정지시킨 후에도 방전시키지 않으면, 이 N-옥시 카티온기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물은, 상기 전해질층의 상기 세퍼레이터보다 상기 부극측에 유지된다. 이러한 점들로부터, 상기 이산화탄소 흡착 전지는 충전 상태를 유지할 수 있다.
이상과 같이, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전을 할 수 있는 것으로 생각된다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 상기 퀴논 화합물이 아니고, 상기 퀴논 화합물보다 내구성이 높은 N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 사용하는 점에서 내구성도 우수하다.
상기와 같이, 충전된 상기 이산화탄소 흡착 전지를 방전하면, 상기 전해질층의 상기 세퍼레이터보다 상기 부극측에서는, N-옥시 카티온기가 N-옥시 라디칼기로 되돌아간다. 상기 전해질층의 상기 세퍼레이터보다 상기 정극측에서는, 상기 레독스 화합물로부터, 이산화탄소가 탈리되어, N-옥시 아니온기가 N-옥시 라디칼기로 되돌아간다. 따라서, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 방전시에는, 상기 정극측으로부터 이산화탄소를 방출할 수 있다. 방전시에 상기 이산화탄소 흡착 전지로부터 방출되는 기체는, 충전시에 상기 이산화탄소 흡착 전지에 흡착되어 있던 기체가 주가 되기 때문에, 이산화탄소 농도가 매우 높은 기체이다. 이 점에서, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 이산화탄소를 농축할 수 있게 된다.
따라서, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 충전시에 이산화탄소를 흡착하고, 방전시에 이산화탄소를 방출할 수 있으며, 이 흡착 및 방출에 의해서, 이산화탄소를 농축할 수 있다. 또, 이 흡착 및 방출은, 상기 정극과 상기 부극 사이에의 전압의 인가에 의해서 행해지기 때문에, 고온으로 할 필요나 고압으로 할 필요가 없고, 상온 및 대기압에서 행할 수 있다.
또, 상기 이산화탄소 흡착 전지에 있어서, 상기 부극이, 기체의 투과를 차단하는 기체 투과 차단부를 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능하고, 그 충전 상태를 보다 유지할 수 있다.
또, 상기 이산화탄소 흡착 전지에 있어서, 상기 부극이, 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능하고, 그 충전 상태를 보다 유지할 수 있다.
상기 부극이, 기체의 투과를 차단하는 기체 투과 차단부를 구비하는 경우, 및 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 경우에 있어서, 상기와 같이, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능하고, 그 충전 상태를 보다 유지할 수 있는 것은, 아래의 것에서 기인하는 것으로 생각된다.
상기 이산화탄소 흡착 전지에서는, 상기 서술한 바와 같이, 상기 세퍼레이터에 의해서, 상기 레독스 화합물의 이동이 억제되지만, 상기 레독스 화합물이 상기 세퍼레이터를 투과하는 경우도 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 이산화탄소 흡착 전지에 있어서, 상기 전해질층의 상기 세퍼레이터보다 상기 정극측으로부터 상기 부극측으로, 상기 서술한 바와 같은 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물이 이동하는 경우도 있을 수 있다. 충전시 또는 충전 상태를 유지하고 있는 상태일 때에, 이와 같이, 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물이 이동하면, 상기 부극의 가까이에서, 상기 레독스 화합물이 산화되고, 상기 레독스 화합물로부터, 이산화탄소가 탈리되어, N-옥시 아니온기가 N-옥시 라디칼기로 되돌아간다. 그 때, 이산화탄소가 부극측으로부터 방출되면, 이와 같은 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물의 이동이 촉진될 수 있다. 따라서, 상기 부극이, 기체의 투과를 차단하는 기체 투과 차단부를 구비하는 경우, 및 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 경우, 이와 같은 이동의 촉진이 일어나는 것을 방지할 수 있어, 충전 상태를 보다 유지할 수 있는 것으로 생각된다.
또, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 상기 서술한 바와 같이, 충전시에 이산화탄소를 흡착하고, 방전시에 이산화탄소를 방출한다. 이 점에서, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 충전시에 이산화탄소를 흡착하고, 방전시에 이산화탄소를 방출하도록 사용하는 것이 바람직하다.
또, 상기 이산화탄소 흡착 전지에 있어서, 상기 레독스 화합물은, 상기 N-옥시 라디칼기에 4 급 탄소가 2 개 결합된 화합물인 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 보다 흡착할 수 있어, 충전 상태를 보다 유지할 수 있다. 이것은, 상기 레독스 화합물에의 이산화탄소의 결합 및 탈리를 보다 바람직하게 행할 수 있는 것에 의한 것으로 생각된다.
또, 상기 이산화탄소 흡착 전지에 있어서, 상기 레독스 화합물은, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물, 또는, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물로부터 수소 원자가 1 개 탈리된 기를 갖는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 8]
Figure pct00009
식 (1) 중, Z 는, -CR5R6CR7R8-, -CR9R10CR11R12CR13R14-, -(CR15R16)O-, -(CR17R18)NR27-, -(CR19R20)O(CR21R22)-, 또는, -(CR23R24)NR28(CR25R26)- 을 나타내고, R1 ∼ R28 은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.
이와 같은 구성에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 보다 흡착할 수 있어, 충전 상태를 보다 유지할 수 있다. 이것은, 상기 레독스 화합물에의 이산화탄소의 결합 및 탈리를 보다 바람직하게 행할 수 있는 것에 의한 것으로 생각된다.
또, 상기 이산화탄소 흡착 전지에 있어서, 상기 정극이, 그라파이트, 카본 나노 튜브, 활성탄, 및 탄소 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 포함하는 도전 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 보다 흡착할 수 있어, 충전 상태를 보다 유지할 수 있다. 이것은, 상기 정극을 이산화탄소가 보다 바람직하게 투과할 수 있고, 또, 충전시에는, 상기 정극과 상기 부극 사이에 전압을 보다 바람직하게 인가할 수 있는 것에 의한 것으로 생각된다.
또, 본 발명의 다른 일 국면은, 상기 이산화탄소 흡착 전지를 2 개 이상 구비하는 충방전 장치이다.
이와 같은 구성에 의하면, 상기 서술한 바와 같이, 상기 이산화탄소 흡착 전지를 구비하는 충방전 장치를 제공할 수 있다. 또, 상기 충방전 장치는, 2 개 이상의 상기 이산화탄소 흡착 전지를 구비함으로써, 각각의 상기 이산화탄소 흡착 전지에 대해서, 교대로 충전 및 방전을 반복할 수 있다. 구체적으로는, 먼저, 일방의 상기 이산화탄소 흡착 전지 (제 1 전지) 를 충전한다. 그 후, 상기 제 1 전지에 접속된, 타방의 상기 이산화탄소 흡착 전지 (제 2 전지) 를, 상기 제 1 전지를 방전함으로써, 충전시킬 수 있다. 그 후, 상기 제 2 전지를 방전함으로써, 상기 제 1 전지를 충전시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 제 1 전지를 일단 충전함으로써, 상기 제 2 전지 및 상기 제 1 전지에 대해서, 교대로 충전 및 방전을 반복할 수 있는 충방전 장치로서 작용시킬 수 있다. 이 점에서, 이 충방전 장치는, 에너지 효율이 높은 충방전 장치가 된다. 또, 상기 충방전 장치는, 이산화탄소를 분리할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능한 이산화탄소 흡착 전지를 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 상기 이산화탄소 흡착 전지를 구비하는 충방전 장치를 제공할 수 있다.
이하에, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
＜이산화탄소 흡착 전지의 제조＞
아래의 순서로, 도 1 및 도 2 에 나타내는 구조를 갖는 이산화탄소 흡착 전지를 제조하였다.
(전해질층)
디메틸포름아미드 (후지 필름 와코 순약 주식회사 제조) 100.0 g 에, Poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) (시그마 알드리치사 제조) 을 6.5 g 첨가하고, 80 ℃ 에서 3 시간 교반하여 용해시켰다. 다음으로, 얻어진 용액에, 상기 레독스 화합물인, 4-메타크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼 (토쿄 화성 공업 주식회사 제조) 을 모노머로 하여, 통상적인 방법의 아니온 중합법에 의해서 중합하여 얻어진 화합물 [폴리(4-메타크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼)] (불휘발성) 24.0 g 첨가하고, 80 ℃ 에서 3 시간 교반하여 용해시켰다. 다음으로, 얻어진 용액에, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액인, 이온 액체 [1-에틸-3-메틸이미다졸륨비스(플루오로술포닐)이미드 (불휘발성) (시그마 알드리치사 제조의 emimFSI)] 12.9 g 을 첨가하고, 40 ℃ 로 가열하여, 3 시간 교반 혼합하였다. 이와 같이 하여 얻어진 액체를 사용하여 어플리케이터에서 두께 500 ㎛ 의 액막을 유리판 상에 제조하고, 60 ℃ 에서 8 시간 감압 건조시켰다. 상기 건조에 의해서 얻어진 건조막을 유리판으로부터 벗겨내었다. 그렇게 함으로써, 두께 100 ㎛ 의 건조막을 얻었다. 이 얻어진 건조막을, 세로 20 ㎜ × 가로 24 ㎜ 의 사이즈로 잘라 낸 것을, 전해질층으로서 사용하였다. 얻어진 전해질층을 육안으로 확인한 결과, 미소한 구멍 (핀홀) 을 확인할 수 없었다.
(전극 : 정극 및 부극)
카본 페이퍼 (SGL 카본 재팬 주식회사 제조의 GDL35BC) 를, 세로 30 ㎜ × 가로 30 ㎜ × 두께 1 ㎜ 의 사이즈로 복수 장 잘라 내었다.
정극으로는, 이 잘라 내어진 카본 페이퍼의 일방의 면에, 도전성 동박 테이프 (탭으로서 사용) 를 첩부한 것을 사용하였다.
부극으로는, 이 잘라 내어진 카본 페이퍼 (부극 본체) 의 일방의 면에, 세로 30 ㎜ × 가로 30 ㎜ × 두께 8 ㎜ 의 동박 (기체 투과 차폐부) 을 도전성 접착제 (후지쿠라 화성 주식회사 제조의 도타이트 D-550) 로 접착시킨 것 (부극 본체와 기체 투과 차폐부를 구비한 부극) 을 사용하였다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터로는, 폴리프로필렌계 세퍼레이터 (폴리포아 주식회사 제조의 셀 가드＃2400) 를 세로 30 ㎜ × 가로 30 ㎜ 의 사이즈로 잘라 낸 것을 사용하였다.
(유로)
폴리테트라플루오로에틸렌제의 수지판을, 세로 50 ㎜ × 가로 50 ㎜ × 두께 5 ㎜ 의 사이즈로 잘라 내고, 적소에 구멍을 2 개 지점 뚫었다. 이 잘라 내어진 수지판에, 상기 구멍과 연결되는, 깊이 1 ㎜ × 세로 20 ㎜ × 가로 20 ㎜ 의 홈을 팠다. 이것을 유로로 사용하였다.
(이산화탄소 흡착 전지)
상기 세퍼레이터에 대해서, 그 양 면에 상기 전해질층을 적층하고, 추가로, 그 적층한 것에 대해서, 일방에 상기 정극을, 타방에 상기 부극을 적층하고, 다시, 그 적층된 것의 양 면에, 상기 유로를 조립함으로써, 부극측에도 유로가 형성된 것 이외에는, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같은 구조가 되도록, 이산화탄소 흡착 전지를 제조하였다. 또한, 여기에서 제조된 이산화탄소 흡착 전지에서는, 부극측으로부터의 기체의 누출이 없는 것을 확인하기 위해서, 부극측에도 유로를 형성하였다. 그리고, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 충전시에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 정극의 도전성 동박 테이프와 상기 부극의 동박에, 전압 인가부로서의 전원을 접속하였다. 또, 상기 이산화탄소 흡착 전지는, 방전시에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 상기 정극의 도전성 동박 테이프와 상기 부극의 동박에 저항을 접속하였다.
[평가]
상기 이산화탄소 흡착 전지를, 아래의 평가 방법으로 평가하였다.
먼저, 상기 이산화탄소 흡착 전지를, 실온 (28 ℃) 의 환경 하에 설치하고, 상기 정극 (캐소드측 전극) 측의 유로의 구멍에, 이산화탄소가 충전된 가스 백을 장착하였다. 상기 부극 (애노드측 전극) 측의 유로의 구멍에, 질소를 충전한 가스 백을 장착하였다. 상기 정극 (캐소드측 전극) 측의 유로의 구멍 및 상기 부극 (애노드측 전극) 측의 유로의 구멍의 각각에, 포터블 탄산 가스 농도계 (토아 디케이케이 주식회사 제조의 CGP-31) 를 장착하였다. 이 장착시에 측정된 이산화 농도는, 0.4 ％ (4000 ppm) 였다. 그리고, 상기 전원을 조정함으로써, 상기 전극간 (상기 정극과 상기 부극 사이) 에, 0.25 ㎃ 의 정전류로 전압이 4 V 로 될 때까지 충전한 후, 3 V 까지 방전함으로써, 상기 이산화탄소 흡착 전지의 방전 특성을 측정하였다. 구체적으로는, 아래와 같이 하여, 상기 이산화탄소 흡착 전지의 방전 특성의 측정 (방전 레이트 특성 평가) 을 행하였다.
방전 레이트 특성 평가
충방전 시험 장치 (토요 시스템 주식회사 제조의 TOSCAT) 를 사용하여, 상기 이산화탄소 흡착 전지에 대해서, 2.5 ㎃ 의 정전류 충전을 전압이 4 V 로 될 때까지 행한 후, 계속해서 0.25 ㎃ 로 될 때까지 4 V 에서 정전압 충전을 행하였다. 그 후, 방전 전류 1 C (2.5 ㎃) 로 정전류 방전을 행하고, 그 때의 방전 용량 (mAh/g) 을 측정하였다. 또한, 방전 용량은, 라디칼 재료의 효율을 비교하기 쉽게 하기 위해서 라디칼 재료의 중량당의 용량으로서 구하였다.
이 방전 레이트 특성 평가를 측정했을 때, 상기 충전 종료 후에, 상기 정극 (캐소드측 전극) 측의 유로의 구멍에 장착된 포터블 탄산 가스 농도계 (토아 디케이케이 주식회사 제조의 CGP-31) 로 잔류 이산화탄소 농도 (충전 후의 CO2 농도) 를 계측하였다. 또, 상기 방전 후에, 상기 정극 (캐소드측 전극) 측의 유로의 구멍에 장착된 포터블 탄산 가스 농도계로 이산화탄소 농도 (방전 후의 CO2 농도) 를 계측하였다. 또한, 부극측에 형성된 유로로부터 기체가 누출되지 않는 것을 확인하였다.
이들 결과를 표 1 에 나타낸다.
[실시예 2]
이산화탄소를 용해 가능한 전해액 (이온 액체) 으로서, 폴리(4-메타크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼) 대신에, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨비스(트리플로로메틸술포닐이미드) 42.9 g 을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이산화탄소 흡착 전지를 제조하였다. 그리고, 얻어진 이산화탄소 흡착 전지를 사용하여, 실시예 1 과 동일한 평가를 행하였다. 또한, 부극측에 형성된 유로로부터 기체가 누출되지 않는 것을 확인하였다.
이들 결과는, 표 1 에 나타낸다.
[실시예 3]
상기 부극으로서, 부극 본체와 기체 투과 차폐부를 구비한 부극 대신에, 정극과 동일한 전극 (상기 잘라 내어진 카본 페이퍼의 일방의 면에, 도전성 동박 테이프 (탭으로서 사용) 를 첩부한 것) 을 사용한 것 이외에, 즉, 부극이 기체 투과 차폐부를 구비하지 않은 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이산화탄소 흡착 전지를 제조하였다. 그리고, 얻어진 이산화탄소 흡착 전지를 사용하여, 실시예 1 과 동일한 평가를 행하였다. 또한, 부극측에 형성된 유로로부터 기체가 누출되지 않는 것을 확인하였다.
이들 결과는, 표 1 에 나타낸다.
[실시예 4]
상기 정극으로서, 상기 잘라 내어진 카본 페이퍼의 일방의 면에, 도전성 동박 테이프 (탭으로서 사용) 를 첩부한 것 대신에, 아래의 정극을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이산화탄소 흡착 전지를 제조하였다. 그리고, 얻어진 이산화탄소 흡착 전지를 사용하여, 실시예 1 과 동일한 평가를 행하였다. 또한, 부극측에 형성된 유로로부터 기체가 누출되지 않는 것을 확인하였다.
이들 결과는, 표 1 에 나타낸다.
활성탄 (주식회사 쿠라레 제조의 YP-50) 과, 스티렌-부타디엔 러버 (SBR) (JSR 주식회사 제조의 TRD2001) 와, 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC) (다이이치 공업 제약 주식회사 제조의 셀로겐 BSH) 와, 카본 블랙 (TIMCAL Graphite ＆ Carbon 사 제조의 Super-P) 을, 활성탄 : SBR : CMC : 카본 블랙 = 90 : 3 : 2 : 5 (질량비) 가 되도록 물과 혼합하여, 슬러리를 얻었다. 카본 페이퍼 대신에, 스테인리스강제의 메시 (주식회사 클레버 제조의 스테인리스 메시, 스테인리스 304, 메시수 635) 를 사용하고, 얻어진 슬러리를, 이 스테인리스강제의 메시에 바코터로 도공 후, 유리 튜브 오븐을 사용하여, 감압 분위기 하 150 ℃ 에서 7 시간 건조시켜, 활성탄 도공 전극 (활성탄부 두께 150 ㎛) 을 얻었다. 이 전극을 정극으로 사용하였다.
[비교예 1]
레독스 화합물인, 4-메타크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼 (토쿄 화성 공업 주식회사 제조) 을 모노머로 하여, 통상적인 방법의 아니온 중합법에 의해서 중합하여 얻어진 화합물 [폴리(4-메타크릴로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리디닐옥시 라디칼)] (불휘발성) 28.4 g 을, 톨루엔 30.0 g 에 용해시켰다. 이와 같이 하여 얻어진 용액을, 유리 섬유 여과지 (ADVANTEC 사 제조의 GC50) 의 전체 면에 적하하였다. 그 후, 상기 용액이 적하된 유리 섬유 여과지를, 질소 분위기 하에서 건조시켰다. 그렇게 함으로써, 톨루엔이 제거되고, 고체상의 전해질층이 얻어졌다. 이 고체상의 전해질층을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 디바이스를 제조하였다. 그리고, 얻어진 디바이스를 사용하여, 실시예 1 과 동일한 평가를 행하였다. 또한, 부극측에 형성된 유로로부터 기체가 누출되지 않는 것을 확인하였다. 또, 이 디바이스는, 이산화탄소를 흡착하지 않고, 축전도 하지 않기 때문에, 간단히 디바이스로 칭한다.
이들 결과는, 표 1 에 나타낸다.
[비교예 2]
레독스 화합물을 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이산화탄소 흡착 전지를 제조하였다. 그리고, 얻어진 이산화탄소 흡착 전지를 사용하여, 실시예 1 과 동일한 평가를 행하였다. 또한, 부극측에 형성된 유로로부터 기체가 누출되지 않는 것을 확인하였다. 또, 이 디바이스는, 이산화탄소를 흡착하지 않고, 축전도 하지 않기 때문에, 간단히 디바이스로 칭한다.
이들 결과는, 표 1 에 나타낸다.
또한, 표 1 에 있어서, 방전 용량의 난에 있어서의「-」는 축전할 수 없었던 (충전 상태를 유지할 수 없었던) 것을 나타낸다.
Figure pct00010
[비교예 3]
상기 부극으로서, 부극 본체와 기체 투과 차폐부를 구비한 부극 대신에, 정극과 동일한 전극 (상기 잘라 내어진 카본 페이퍼의 일방의 면에, 도전성 동박 테이프 (탭으로서 사용) 를 첩부한 것) 을 사용하고, 세퍼레이터를 구비하지 않은 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 디바이스를 제조하였다. 또한, 이 디바이스는, 이산화탄소를 흡착하지 않고, 축전도 하지 않기 때문에, 이산화탄소 분리 장치로 칭한다.
먼저, 상기 이산화탄소 분리 장치를, 실온 (28 ℃) 의 환경 하에 설치하고, 캐소드측 전극측의 유로의 구멍에, 이산화탄소가 충전된 가스 백을, 애노드측 유로의 구멍에, 질소를 충전한 가스 팩을 장착하였다. 계속해서, 캐소드측 전극측의 유로의 구멍 및 애노드측 전극측의 유로의 구멍의 각각에, 상기 포터블 탄산 가스 농도계를 장착하였다. 이 장착시에 측정된 이산화 농도는, 0.4 ％ (4000 ppm) 였다. 그리고, 상기 전원을 조정함으로써, 상기 전극간에, 0.25 ㎃ 의 정전류로 전압이 4 V 로 될 때까지 인가하였다.
상기 이산화탄소 분리 장치는, 전압을 인가함으로써, 캐소드측의 탄산 가스 농도계로 계측하는 이산화탄소 농도는 저하되고, 애노드측의 탄산 가스 농도계로 계측하는 농도는 상승을 시작하였다. 그 후, 2 시간, 전압을 인가한 후, 전압의 인가를 정지시키고, 전류를 정지시키면, 신속하게 양 극간의 전압은 내려가고, 상기 디바이스에 충전되어 있지 않은 것이 확인되었다. 또, 캐소드측의 탄산 가스 농도계로 계측한 이산화탄소 농도는 270 ppm 이고, 애노드측의 탄산 가스 농도계로 계측한 농도는 3520 ppm 이였다. 이 디바이스에서는, 전압을 인가함으로써, 캐소드측으로부터 애노드측으로 이산화탄소를 투과시킬 수 있지만, 충전할 수 없었다.
표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 정극, 상기 부극, 상기 세퍼레이터, 및 상기 전해질층을 구비하는 전지에 있어서, 상기 전해질층이, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액과, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 함유하는 이산화탄소 흡착 전지 (실시예 1 ∼ 4) 는 충전 가능하였다. 또, 실시예 1 ∼ 4 에 관련된 이산화탄소 흡착 전지는, 충전시에는, 정극측의 이산화탄소 농도가 저하되는 것으로부터, 이산화탄소가 흡착되는 것을 확인할 수 있었다. 또, 실시예 1 ∼ 4 에 관련된 이산화탄소 흡착 전지는, 충전한 후, 방전하면, 정극측의 이산화탄소 농도가 충전 전의 농도로 거의 되돌아가는 것으로부터, 흡착된 이산화탄소가 방출되는 것을 확인할 수 있었다.
이에 비해서, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액을 포함하지 않고, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물로 이루어지는 고체상의 전해질층을 사용했을 경우 (비교예 1) 에는, 충전할 수 없고, 축전할 수 없었다. 또, 비교예 1 에 관련된 디바이스는, 충전시키려고 전극간에 전압을 인가해도, 정극측의 이산화탄소 농도가 저하되지 않아, 이산화탄소가 흡착되어 있지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액을 포함하지만, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 함유하지 않는 전해질층을 사용했을 경우 (비교예 2) 에는, 비교예 1 에 관련된 디바이스와 동일하게, 충전할 수 없고, 축전할 수 없었다. 또, 비교예 2 에 관련된 디바이스는, 충전시키려고 전극간에 전압을 인가해도, 정극측의 이산화탄소 농도가 저하되지 않아, 이산화탄소가 흡착되어 있지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이들 디바이스가, 충전할 수 없고, 충전시키려고 전극간에 전압을 인가했을 때에도 이산화탄소가 흡착되지 않았던 것은, 충전시키려고 전극간에 전압을 인가해도, 상기 레독스 화합물에의 이산화탄소의 결합을 할 수 없는 것에 의한 것으로 생각된다.
또, 세퍼레이터를 구비하고 있지 않은 경우 (비교예 3) 에도, 충전할 수 없고, 축전할 수 없었다. 비교예 3 에 관련된 디바이스는, 충전시키려고 전극간에 전압을 인가하면, 정극측의 이산화탄소 농도가 저하되어, 이산화탄소가 흡착되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이것은, 상기 레독스 화합물에 이산화탄소가 결합되는 것에 의한 것으로 생각된다. 그 한편으로, 충전시키려고 전극간에 전압을 인가하고 있는 동안에, 애노드측의 이산화탄소 농도가 상승하고, 이것으로부터, 전극으로부터 이산화탄소가 방출되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이것은, 이산화탄소가 결합된 레독스 화합물이, 세퍼레이터가 없음으로써, 애노드측의 전극까지 도달하고, 그곳에서 상기 레독스 화합물로부터 이산화탄소가 탈리되는 것에 의한 것으로 생각된다. 이 점에서, 비교예 3 에 관련된 디바이스는, 충전할 수 없고, 축전할 수 없는 것으로 생각된다.
이 출원은, 2021년 3월 4일에 출원된 일본 특허출원 2021-034204 를 기초로 하는 것으로서, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.
본 발명을 표현하기 위해서, 상기 서술에 있어서 실시형태를 통해서 본 발명을 적절히 또한 충분히 설명했지만, 당업자라면 상기 서술한 실시형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있는 것으로 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄되는 것으로 해석된다.
발명에 의하면, 이산화탄소를 포함하는 기체로부터 이산화탄소를 간이하게 흡착하면서, 충전 가능한 이산화탄소 흡착 전지가 제공된다. 또, 본 발명에 의하면, 상기 이산화탄소 흡착 전지를 구비하는 충방전 장치가 제공된다.

Claims (8)

  1. 정극과,
    부극과,
    상기 정극과 상기 부극 사이에 배치된 세퍼레이터와,
    상기 정극과 상기 세퍼레이터 사이 및 상기 부극과 상기 세퍼레이터 사이의 각각에 배치된 전해질층을 구비하고,
    상기 정극이, 기체를 투과 가능한 전극이며,
    상기 전해질층이, 이산화탄소를 용해 가능한 전해액과, N-옥시 라디칼기를 분자 내에 갖는 레독스 화합물을 함유하고,
    상기 세퍼레이터가, 상기 레독스 화합물의 투과를 억제하고, 상기 전해액을 투과 가능한 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부극이, 기체의 투과를 차단하는 기체 투과 차단부를 구비하는 이산화탄소 흡착 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부극이, 외기와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 이산화탄소 흡착 전지.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    충전시에 이산화탄소를 흡착하고, 방전시에 이산화탄소를 방출하는 이산화탄소 흡착 전지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레독스 화합물은, 상기 N-옥시 라디칼기에 4 급 탄소가 2 개 결합된 화합물인 이산화탄소 흡착 전지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레독스 화합물은, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물, 또는, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물로부터 수소 원자가 1 개 탈리된 기를 갖는 화합물인 이산화탄소 흡착 전지.
    Figure pct00011

    [식 (1) 중, Z 는, -CR5R6CR7R8-, -CR9R10CR11R12CR13R14-, -(CR15R16)O-, -(CR17R18)NR27-, -(CR19R20)O(CR21R22)-, 또는, -(CR23R24)NR28(CR25R26)- 을 나타내고, R1 ∼ R28 은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.]
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정극이, 그라파이트, 카본 나노 튜브, 활성탄, 및 탄소 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 포함하는 도전 재료로 이루어지는 이산화탄소 흡착 전지.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 이산화탄소 흡착 전지를 2 개 이상 구비하는 충방전 장치.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7457214B2 (ja) 2022-03-04 2024-03-27 日本碍子株式会社 電気化学素子の運転方法
JP2024007765A (ja) * 2022-07-06 2024-01-19 株式会社デンソー ガス回収システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0739752A (ja) 1993-07-28 1995-02-10 Asahi Glass Co Ltd 二酸化炭素の吸着剤およびその製造方法
JP2015036128A (ja) 2013-08-12 2015-02-23 住友化学株式会社 酸性ガス吸着脱離デバイス
JP2018001131A (ja) 2016-07-07 2018-01-11 株式会社クラレ 二酸化炭素分離装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0502227D0 (en) * 2005-02-03 2005-03-09 Thermal Energy Systems Ltd Gas separation and compresssion device
US9205369B2 (en) * 2011-04-21 2015-12-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Adsorption and release device of carbon dioxide
WO2017075014A1 (en) * 2015-10-27 2017-05-04 Massachusetts Institute Of Technology Electrochemical process for gas separation
JP2021034204A (ja) 2019-08-22 2021-03-01 日東電工株式会社 透明導電性フィルム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0739752A (ja) 1993-07-28 1995-02-10 Asahi Glass Co Ltd 二酸化炭素の吸着剤およびその製造方法
JP2015036128A (ja) 2013-08-12 2015-02-23 住友化学株式会社 酸性ガス吸着脱離デバイス
JP2018001131A (ja) 2016-07-07 2018-01-11 株式会社クラレ 二酸化炭素分離装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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