WO2022024937A1

WO2022024937A1 - ガス分離装置およびガスシステム

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Publication number: WO2022024937A1
Application number: PCT/JP2021/027390
Authority: WO
Inventors: 篤宇根本; 晃平吉川; 昌俊杉政
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2022-02-03
Also published as: JP2022025699A

Abstract

本発明は、混合ガスに含まれるガス種を効率的に分離することができるガス分離装置、および、これを備えたガスシステムを提供するものである。ガス分離装置（１０）は、一対の電極（１１０，１２０）と、電極同士の間に介在する電解質部（１３０）と、電極同士を電源と電気的に接続する接続部（１０２）とを備え、電極（１１０，１２０）または電解質部（１３０）は、酸化還元反応によって所定のガス種との結合性が変わるガス媒介材を有し、電解質部（１３０）は、非水電解液を有し、非水電解液は、イオン液体、または、溶媒和イオン液体と、イオン液体または溶媒和イオン液体よりも低い粘度を示す低粘度溶媒とを含み、低粘度溶媒は、非水電解液の８０質量％以下である。ガスシステムは、ガス分離装置（１０）と、排ガスまたは空気をガス分離装置（１０）に供給する供給管と、分離ガスが送られる貯蔵容器または反応器と、分離ガスをガス分離装置（１０）から貯蔵容器または反応器に送る移送管とを備える。

Description

ガス分離装置およびガスシステム

　本発明は、排ガスや空気等に含まれる二酸化炭素等のガスを電気化学的手法によって分離するガス分離装置、および、これを備えたガスシステムに関する。

　従来、混合ガス中に含まれる二酸化炭素を電気化学的手法によって分離する技術が知られている。この種の技術では、酸化還元活性を有しており、電気化学反応によって二酸化炭素との結合性が変わるメディエータが利用されている。

　特許文献１には、電解質槽、一対の電極、ポテンシオスタット等の電位差制御手段を備え、電解質槽には、分子媒介種組成物を含有する電解液が満たされ、一方の電極に対象分子を含む気体を接触させ、他方の電極から対象分子を回収し得る分子濃縮装置が記載されている。分子媒介種組成物は、分子媒介種材料とイオン液体を混合して成り、分子媒介種材料は、酸化還元処理によって対象分子の捕捉及び脱離を制御可能であり、且つその酸化還元状態を電気化学的に制御可能な荷電部位と、非プロトン性の極性基を有している。

　特許文献２には、ガス入口およびガス出口と流体連通している複数の電気化学セルを含むガス分離システムが記載されている。電気化学セルは、電気活性種を含む多孔性負極、電気活性種を含む正極、セパレータを含み、セパレータは、イオン性液体で飽和することが可能であるとされている。

特開２００７－０９０３２９号公報特表２０１８－５３３４７０号公報

　特許文献１に記載されている電解質槽や、特許文献２に記載されている電気化学セルでは、電極間でイオンを伝導させる媒質として、イオン液体が用いられている。しかし、従来のイオン液体は、粘度が高いため、メディエータである分子媒介種材料や電気活性種の拡散移動速度が遅く、投入した電力に対するエネルギ効率が低い点に課題がある。混合ガスに含まれる目的のガス種を分離・回収するにあたり、エネルギ効率の向上が望まれている。

　そこで、本発明は、混合ガスに含まれるガス種を効率的に分離することができるガス分離装置、および、これを備えたガスシステムを提供することを目的とする。

　上記の課題を解決するため、本発明は、例えば以下の構成を有する。
　一対の電極と、
　前記電極同士の間に介在する電解質部と、
　前記電極同士を電源と電気的に接続する接続部と、を備え、
　前記電極または前記電解質部は、酸化還元反応によって所定のガス種との結合性が変わるガス媒介材を有し、
　前記電解質部は、非水電解液を有し、
　前記非水電解液は、イオン液体、または、カチオンが溶媒和した溶媒和イオン液体と、前記イオン液体または前記溶媒和イオン液体よりも低い粘度を示す低粘度溶媒と、を含み、
　前記低粘度溶媒は、前記非水電解液の８０質量％以下であることを特徴とするガス分離装置。

　また、上記の課題を解決するため、本発明は、例えば以下の構成を有する。
　前記のガス分離装置と、
　燃焼器から排出された排ガスまたは大気中の空気を前記ガス分離装置に供給する供給管と、
　前記ガス分離装置で前記排ガスまたは前記空気から分離された分離ガスが送られる貯蔵容器または反応器と、
　前記分離ガスを前記ガス分離装置から前記貯蔵容器または前記反応器に送る移送管と、を備え、
　前記分離ガスを前記貯蔵容器に回収するか、または、前記分離ガスを前記反応器で改質するガスシステム。

　本発明によれば、混合ガスに含まれるガス種を効率的に分離することができるガス分離装置、および、これを備えたガスシステムを提供することができる。前記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１実施形態に係るガス分離装置を模式的に示す図である。第２実施形態に係るガス分離装置を模式的に示す図である。第１実施形態に係るガスシステムの構成を模式的に示す図である。第２実施形態に係るガスシステムの構成を模式的に示す図である。第３実施形態に係るガスシステムの構成を模式的に示す図である。非水電解液における低粘度溶媒の混合比と電極間で輸送された二酸化炭素の容量比との関係を示す図である。ガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギと電極間で輸送された二酸化炭素の容量比との関係を示す図である。

　以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は、本発明の内容の具体例を示すものである。本発明は、以下の説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

　本明細書に記載される「～」は、その前後に記載される数値を下限値および上限値とする意味で使用する。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値や下限値は、段階的に記載されている他の上限値や他の下限値に置き換えてもよい。本明細書に記載される数値範囲の上限値や下限値は、実施例中に示されている数値に置き換えてもよい。

　本発明に係るガス分離装置は、混合ガスに含まれる所定のガス種を分離する装置である。ガス分離装置には、複数種のガス種の混成である混合ガスが供給される。このガス分離装置は、混合ガス中の所定のガス種を電気化学的手法によって分離するために、外部から電力を供給可能な電気化学セルを備えている。

　電気化学セルでは、分離対象であるガス種を、電極同士の間で輸送したり、電極に対して脱着させたりして、ガス分離装置に供給される混合ガスから分離する。電気化学セルにおいては、分離対象であるガス種と電気化学反応とを共役させるメディエータとして、低分子型のガス媒介材、または、高分子型のガス媒介材が用いられる。

　ガス媒介材は、酸化還元活性を有し、酸化還元反応によって所定のガス種との結合性が変わる分子である。所定のガス種との結合性が、還元体の状態と酸化体の状態とで異なることにより、目的のガス種を可逆的に結合および解離させることができる。

　電気化学セルにおいて、正極でガス媒介材が還元されると、求電子性のガスに対して求核性の官能基が還元生成する場合等に、分離対象である所定のガス種が、ガス媒介材の還元体に結合することが可能になる。一方、電気化学セルにおいて、ガス媒介材の還元体が酸化されると、分離対象である所定のガス種は、ガス媒介材の酸化体から解離することが可能になる。

　そのため、非水電解液中を拡散移動可能な低分子型のガス媒介材を電極間の非水電解液中で用いると、分離対象であるガス種のみを電極間で輸送することができる。また、非水電解液中を拡散移動しない高分子型のガス媒介材を電極中で用いると、分離対象であるガス種のみを電極に脱着させることができる。電気化学セルに導入された混合ガス中の特定のガス種のみを、移動ないし固定化させることができるため、目的のガス種のみを分離することができる。

　分離対象であるガス種は、単一種であってもよいし、複数種であってもよい。すなわち、ガス分離装置は、特定の一種類のガス、および、複数種のガスのうち、いずれかを混合ガスから分離できる。また、分離対象であるガス種を含む混合ガスや、分離対象であるガス種は、ガス分離装置の運転温度において、気体であってもよいし、液体であってもよい。

　分離対象であるガス種としては、二酸化炭素、一酸化炭素、二硫化炭素や、一酸化窒素、二酸化窒素等の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）や、一酸化硫黄、二酸化硫黄等の硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）等が挙げられる。分離対象であるガス種としては、環境保全上の重要性やガス媒介材との反応性の点から、特に、二酸化炭素が好ましい。

　本発明に係るガス分離装置は、混合ガスに含まれるガス種を速い分離速度で効率的に分離するために、電気化学セル中で低粘度溶媒を添加した非水電解液を用いることを特徴の一つとする。以下、分離対象であるガス種として、二酸化炭素を分離する場合を例にとり、ガス分離装置の具体的な構成について説明を行う。

＜第１実施形態＞
　第１実施形態に係るガス分離装置は、低分子型のガス媒介材を用いる電解式の形態である。低分子型のガス媒介材は、非水電解液中を拡散移動可能な低分子であり、電気化学セルの電解質部に溶解させた状態で用いることができる。

　図１は、第１実施形態に係るガス分離装置を模式的に示す図である。
　図１に示すように、第１実施形態に係るガス分離装置１０は、電気化学セル１００と、接続部１０１と、を備えている。電気化学セル１００は、正極１１０と、負極１２０と、電解質部１３０と、を備えている。接続部１０１には、外部電源１０２が電気的に接続されている。なお、本明細書においては、電解式の形態である電気化学セル１００に関して、カソードを正極、アノードを負極という。

　電気化学セル１００は、分離対象であるガス種を含む混合ガスを電極間に導入することができる構造に設けられる。セル構造としては、例えば、ガスの入出口を有する気密性の筐体に電極等のセル要素を内蔵した構造や、シリンダ状等の本体にガスが通流可能なチャンネルを設け、電極等のセル要素をチャンネル上に一体化させた構造等が挙げられる。

　電気化学セル１００の形状は、特に制限されるものではない。電気化学セル１００の形状としては、積層されたセル要素を筐体に内蔵した直方体状等の形状、電極によって二重円筒等のチャンネルを形成した筒形状等が挙げられる。正極１１０や負極１２０は、ガスの通気性を有する多孔質であってもよいし、ガスの通気性を有しない非多孔質であってもよい。

　正極１１０および負極１２０は、電位差が形成される一対の電極を構成している。図１において、正極１１０および負極１２０としては、各１個の平板状の電極が示されている。しかしながら、正極１１０や負極１２０の個数や形状は、特に制限されるものではない。

　電解質部１３０は、正極１１０と負極１２０との間に介在している。電気化学セル１００においては、低分子型のガス媒介材（Ｑ）が、電解質部１３０等で用いられる非水電解液に溶解される。接続部１０１は、正極１１０および負極１２０を外部電源１０２と電気的に接続するための配線等である。外部電源１０２は、電気化学セル１００に電力を供給する電源であり、分離対象であるガス種を分離する際に、正極１１０と負極１２０との間に電圧を印加する。

　電気化学セル１００において、分離対象であるガス種を分離する際には、外部電源１０２によって電極間に電圧が印加され、正極１１０が、ガス媒介材（Ｑ）の還元電位よりも高い電極電位に制御される。また、電解質部１３０には、分離対象である二酸化炭素を含む混合ガスが導入される。なお、図１において、混合ガスは、正極１１０を通過するように電解質部１３０に導入されているが、電解質部１３０に直接導入されてもよい。

　分離対象であるガス種が二酸化炭素であり、ガス媒介材（Ｑ）が二酸化炭素と結合する官能基をｎ個持つ場合、正極１１０における反応は、次の半反応式（１）で表される。また、負極１２０における反応は、次の半反応式（２）で表される。
　Ｑ_Ｏ　＋　ｎＣＯ_２　＋　ｎｅ^－　→　（Ｑ_Ｒ－ｎＣＯ_２）^ｎ－　…（１）
　（Ｑ_Ｒ－ｎＣＯ_２）^ｎ－　→　Ｑ_Ｏ　＋　ｎＣＯ_２　＋　ｎｅ^－　…（２）

　電極間に電圧が印加されると、正極１１０では、ガス媒介材の酸化体（Ｑ_Ｏ）が還元されて、ガス媒介材の還元体（Ｑ_Ｒ）が生成する。例えば、ガス媒介材としてキノン類等を用いると、カルボニルが還元されるため、分離対象である二酸化炭素は、ガス媒介材の還元体（Ｑ_Ｒ）に結合することができる。そのため、正極１１０では、ガス媒介材の酸化体（Ｑ_Ｏ）と、混合ガス中の二酸化炭素と、外部電源１０２側の回路から供給される電子から、ガス媒介材と二酸化炭素との複合体（Ｑ_Ｒ－ｎＣＯ_２）が形成される。

　ガス媒介材と二酸化炭素との複合体（Ｑ_Ｒ－ｎＣＯ_２）は、電解質部１３０で用いられる非水電解液中を拡散移動することができるため、負極１２０では、ガス媒介材の還元体（Ｑ_Ｒ）が酸化されて、ガス媒介材の酸化体（Ｑ_Ｏ）が生成する。ガス媒介材としてキノン類等を用いると、還元されていた反応基が酸化されるため、分離対象である二酸化炭素は、ガス媒介材の酸化体（Ｑ_Ｏ）に結合しなくなる。そのため、負極１２０では、複合体（Ｑ_Ｒ－ｎＣＯ_２）から、ガス媒介材の酸化体（Ｑ_Ｏ）と、二酸化炭素と、電子が分離する。

　ガス媒介材の酸化体（Ｑ_Ｏ）は、電解質部１３０で用いられる非水電解液中を拡散移動することができるため、正極１１０と負極１２０との間で、二酸化炭素の輸送とガス媒介材の酸化還元反応が繰り返される。混合ガス中の二酸化炭素は、正極１１０側から負極１２０側に輸送され、負極１２０でガス媒介材の還元体（Ｑ_Ｒ）から解離するため、二酸化炭素を分離ないし濃縮することができる。

　第１実施形態に係るガス分離装置１０によると、分離対象であるガス種と、非水電解液中のガス媒介材とが、正極１１０側で結合し、負極１２０側で解離するため、電気化学セル１００に供給された混合ガスと分離対象であるガス種とが位置的に分離される。このようなガス分離装置１０によると、分離対象であるガス種をフロースルー方式による簡単な制御によって効率的に回収することができる。

＜第２実施形態＞
　第２実施形態に係るガス分離装置は、高分子型のガス媒介材を用いる二次電池式の形態とされている。高分子型のガス媒介材は、非水電解液中を拡散移動せず、電気化学セルの電極に固定化された状態で用いられる。

　図２は、第２実施形態に係るガス分離装置を模式的に示す図である。
　図２に示すように、第２実施形態に係るガス分離装置２０は、電気化学セル２００と、接続部２０１と、を備えている。電気化学セル２００は、正極２１０と、負極２２０と、電解質部２３０と、を備えている。接続部２０１には、切替器を介して外部電源２０２と外部負荷２０３が電気的に接続されている。

　電気化学セル２００は、分離対象であるガス種を含む混合ガスを正極２１０または電極間に導入することができる構造に設けられる。セル構造としては、例えば、ガスの入出口を有する気密性の筐体に電極等のセル要素を内蔵した構造や、シリンダ状等の本体にガスが通流可能なチャンネルを設け、電極等のセル要素をチャンネル上に一体化させた構造等が挙げられる。

　電気化学セル２００の形状は、特に制限されるものではない。電気化学セル２００の形状としては、矩形状のセル要素をスタックして筐体に内蔵した直方体状等の形状、電極によってガスのチャンネルとなる二重円筒等を形成した筒状等の形状が挙げられる。正極２１０や負極２２０は、ガスの通気性を有する多孔質であってもよいし、ガスの通気性を有しない非多孔質であってもよい。

　正極２１０および負極２２０は、電位差が形成される一対の電極を構成している。図２において、正極２１０および負極２２０としては、各１個の平板状の電極が示されている。しかしながら、正極２１０や負極２２０の個数や形状は、特に制限されるものではない。

　電解質部２３０は、正極２１０と負極２２０との間に介在している。電気化学セル２００においては、高分子型のガス媒介材（ｐｏｌｙＱ）が、正極２１０中で用いられる。接続部２０１は、正極２１０および負極２２０を外部電源２０２や外部負荷２０３と電気的に接続するための配線等である。外部電源２０２は、電気化学セル２００に電力を供給する電源であり、分離対象であるガス種を分離する電気化学セル２００の充電時に、正極２１０と負極２２０との間に電圧を印加する。

　接続部２０１は、正極２１０および負極２２０を外部電源２０２に接続する回路と、正極２１０および負極２２０を外部負荷２０３に接続する回路と、を切り替え可能に設けられている。外部負荷２０３は、電気化学セル２００から電力が出力される負荷であり、各種の電気機器、電気設備等で構成される。

　電気化学セル２００において、分離対象であるガス種を分離する際には、外部電源２０２によって、電極間に電圧が印加され、正極２１０が、ガス媒介材（ｐｏｌｙＱ）の還元電位よりも高い電極電位に制御される。すなわち、電気化学セル２００が充電されて、負極２２０に電子が注入される。また、正極２１０中、ないし、電解質部２３０の正極２１０側には、分離対象である二酸化炭素を含む混合ガスが導入される。

　分離対象であるガス種が二酸化炭素であり、ガス媒介材が二酸化炭素と結合する官能基をｎ個持ち、負極２２０に高分子型の負極活物質（ｐｏｌｙＦ）を用いる場合、電気化学セル２００の充電時の正極２１０における反応は、次の半反応式（３）で表される。また、充電時の負極２２０における反応は、次の半反応式（４）で表される。
　ｐｏｌｙＱ_Ｏ　＋　ｎＣＯ_２　＋　ｎｅ^－　→　（ｐｏｌｙＱ_Ｒ－ｎＣＯ_２）^ｎ－　…（３）
　ｐｏｌｙＦ　→　（ｐｏｌｙＦ）^ｎ＋　＋　ｎｅ^－　…（４）

　一方、分離対象であるガス種が二酸化炭素であり、ガス媒介材が二酸化炭素と結合する官能基をｎ個持ち、負極２２０に高分子型の負極活物質（ｐｏｌｙＦ）を用いる場合、電気化学セル２００の放電時の正極２１０における反応は、次の半反応式（５）で表される。また、放電時の負極２２０における反応は、次の半反応式（６）で表される。
　（ｐｏｌｙＱ_Ｒ－ｎＣＯ_２）^ｎ－　→　ｐｏｌｙＱ_Ｏ　＋　ｎＣＯ_２　＋　ｎｅ^－　…（５）
　（ｐｏｌｙＦ）^ｎ＋　＋　ｎｅ^－　→　ｐｏｌｙＦ　…（６）

　電気化学セル２００の充電時、電極間に電圧が印加されると、正極２１０では、ガス媒介材の酸化体（ｐｏｌｙＱ_Ｏ）が還元されて、ガス媒介材の還元体（ｐｏｌｙＱ_Ｒ）が生成する。例えば、ガス媒介材としてポリキノン類等を用いると、カルボニルが還元されるため、分離対象である二酸化炭素は、ガス媒介材の還元体（ｐｏｌｙＱ_Ｒ）に結合することができる。そのため、充電時の正極２１０では、ガス媒介材の酸化体（ｐｏｌｙＱ_Ｏ）と、混合ガス中の二酸化炭素と、外部電源２０２側の回路から供給される電子から、ガス媒介材と二酸化炭素との複合体（ｐｏｌｙＱ_Ｒ－ｎＣＯ_２）が形成される。

　一方、電気化学セル２００の放電時、外部負荷２０３への回路に切り替えられると、正極２１０では、ガス媒介材の還元体（ｐｏｌｙＱ_Ｒ）が酸化されて、ガス媒介材の酸化体（ｐｏｌｙＱ_Ｏ）が生成する。例えば、ガス媒介材としてポリキノン類等を用いると、還元されていた反応基が酸化されるため、分離対象である二酸化炭素は、ガス媒介材の酸化体（ｐｏｌｙＱ_Ｏ）に結合しなくなる。そのため、放電時の正極２１０では、複合体（ｐｏｌｙＱ_Ｒ－ｎＣＯ_２）から、ガス媒介材の酸化体（ｐｏｌｙＱ_Ｏ）と、二酸化炭素と、電子が分離する。

　ガス媒介材（ｐｏｌｙＱ）は、正極２１０中で用いられるため、電気化学セル２００の充電および放電を繰り返すと、正極２１０において、二酸化炭素の結合および解離とガス媒介材の酸化還元反応が繰り返される。混合ガス中の二酸化炭素は、充電時に正極２１０に固定化され、放電時に正極２１０から放出されるため、二酸化炭素を分離ないし濃縮することができる。

　第２実施形態に係るガス分離装置２０によると、分離対象であるガス種と、正極２１０中のガス媒介材とが、充電時に正極２１０で結合し、放電時に正極２１０で解離するため、電気化学セル２００に供給された混合ガスと分離対象であるガス種とが正極２１０中で時間的に分離される。このようなガス分離装置２０によると、分離対象であるガス種を充放電制御によって効率的に回収することができる。また、電気化学セル２００に投入した電力を、時間的に平準化させてエネルギ効率よく利用することができる。

　ガス分離装置１０の電解質部１３０、および、ガス分離装置２０の電解質部２３０は、電極同士の間を絶縁する一方、電極同士の間でイオンを伝導させる媒体として機能する。電解質部１３０，２３０は、非水電解液による液相か、または、非水電解液と、非水電解液を保持する担持粒子と、による半固体相によって形成される。

　一般的な非水電解液の材料のうち、イオン伝導性、電気化学的安定性、不揮発性、難燃性等を備える材料としては、イオン液体が広く知られている。しかし、一般的なイオン液体は、粘度が高いため、非水電解液中に溶解させたメディエータの分子やイオンの拡散速度が遅い点に課題がある。分子やイオンの拡散速度が遅いと、電気化学セルで分離されるガスの量が少なくなり、所定量のガスを分離する所要時間が長くなり、投入した電力に対するエネルギ効率が悪くなる。

　このような課題に対し、図１に示すガス分離装置１０や、図２に示すガス分離装置２０では、電解質部１３０，２３０や電極中で、低粘度溶媒を添加した非水電解液を用いるものとする。低粘度溶媒を添加した非水電解液を用いると、分子やイオンが拡散移動し易くなり、電極間のイオン伝導率も高くなる。低分子型のガス媒介材の拡散や、電極間におけるイオンの濃度勾配の形成が促進されるため、混合ガスに含まれるガスを従来よりも早い分離速度で効率的に分離することができる。また、イオン伝導率の向上により、投入した電力に対するエネルギ効率を改善することができる。

　次に、電気化学セルを構成する具体的なセル要素および材料について説明する。以下で例示している材料群から材料を選択する場合、本明細書で開示されている内容と矛盾しない範囲で、材料を単独で選択して用いてもよく、複数の材料を組み合わせて用いてもよい。また、本明細書で開示されている内容と矛盾しない範囲で、以下で例示している材料群以外の材料を用いてもよい。

＜電極＞
　電気化学セル１００において、低分子型のガス媒介材を電解質部１３０に溶解させて用いる場合、正極１１０は、電子伝導性を有するモノリス状の電極材料や、正極合剤層によって形成することができる。モノリス状の電極材料は、多孔質であってもよいし、非多孔質であってもよい。正極合剤層は、粒子状の電極材料を正極集電体上に結着させて形成することができる。正極合剤層は、導電性を向上させる導電材や、粒子を結着させる電極バインダを含んでもよい。

　また、電気化学セル１００において、低分子型のガス媒介材を電解質部１３０に溶解させて用いる場合、負極１２０は、電子伝導性を有するモノリス状の電極材料や、負極合剤層によって形成することができる。モノリス状の電極材料は、多孔質であってもよいし、非多孔質であってもよい。負極合剤層は、粒子状の電極材料を負極集電体上に結着させて形成することができる。負極合剤層は、導電性を向上させる導電材や、粒子を結着させる電極バインダを含んでもよい。

　一方、電気化学セル２００において、高分子型のガス媒介材を正極２１０で用いる場合、正極２１０は、モノリス状の高分子型のガス媒介材や、高分子型のガス媒介材を含む正極合剤層によって形成することができる。モノリス状の高分子型のガス媒介材は、多孔質であることが好ましく、正極集電体と共に用いることが好ましい。正極合剤層は、粒子状の高分子型のガス媒介材を正極集電体上に結着させて形成することができる。正極合剤層は、導電性を向上させる導電材や、粒子を結着させる電極バインダを含んでもよい。

　また、電気化学セル２００において、高分子型のガス媒介材を正極２１０に固定化させて用いる場合、負極２２０は、電子伝導性を有するモノリス状の電極材料や、負極合剤層によって形成することができる。モノリス状の電極材料は、多孔質であってもよいし、非多孔質であってもよい。負極合剤層は、粒子状の電極材料を負極集電体上に結着させて形成することができる。負極合剤層は、導電性を向上させる導電材や、粒子を結着させる電極バインダを含んでもよい。

＜低分子型ガス媒介材＞
　低分子型のガス媒介材としては、可逆的に酸化還元活性を示す酸化還元部位を有し、非水電解液中を拡散移動可能な分子を用いる。低分子型のガス媒介材としては、電解質部１３０等で用いられる非水電解液に対する溶解度が高い分子を用いることが好ましい。

　低分子型のガス媒介材は、キノン類、ピリジン類、アントロン誘導体、キサントン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ピリミジン誘導体、イミダゾール誘導体等や、これら化合物の残基を置換基または単量体（モノマ）として含むオリゴマ等の材料群から選択して用いることができる。

　キノン類としては、ベンゾキノン誘導体（ＢＱ）、ナフトキノン誘導体（ＮＱ）、アントラキノン誘導体（ＡＱ）、フェナントレンキノン誘導体（ＰＱ）等の６員環で構成されるベンゼン系キノン類や、７員環、１０員環等で構成される非ベンゼン系キノン類が挙げられる。

　ベンゾキノン誘導体としては、１，２－ベンゾキノン、１，４－ベンゾキノンや、これらの芳香環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　ナフトキノン誘導体としては、１，２－ナフトキノン、１，４－ナフトキノン、２，６－ナフトキノン等や、これらの芳香環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　アントラキノン誘導体としては、１，２－アントラキノン（アントラセン－１，２－ジオン）、９，１０－アントラキノン（アントラセン－９，１０－ジオン）等や、これらの芳香環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　フェナントレンキノン誘導体としては、１，２－フェナントレンキノン（フェナントレン－１，２－ジオン）、１，４－フェナントレンキノン（フェナントレン－１，４－ジオン）、９，１０－フェナントレンキノン（フェナントレン－９，１０－ジオン）等や、これらの芳香環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　ピリジン類としては、ビピリジン誘導体（Ｂｐｙ）、ピリジン誘導体（Ｐｙ）、キノリン誘導体、ジアザフルオレン誘導体等が挙げられる。

　ビピリジン誘導体としては、２，２’－ビピリジン、２，３’－ビピリジン、２，４’－ビピリジン、３，３’－ビピリジン、３，４’－ビピリジン、４，４’－ビピリジン、ジピリジン－３－イルメタノン等や、これらの複素環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　ピリジン誘導体やキノリン誘導体としては、ピリジン、キノリン等や、これらの複素環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　ジアザフルオレン誘導体としては、１，８－ジアザフルオレン－９－オン、４，５－ジアザフルオレン－９－オン等や、これらの複素環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　アントロン誘導体やキサントン誘導体やベンゾフェノン誘導体としては、アントロン、キサントン、ベンゾフェノン等や、これらの芳香環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　ピリミジン誘導体やイミダゾール誘導体としては、ピリミジン、ピラジン、イミダゾール等や、これらの複素環の炭素原子に結合する水素原子が置換基で置換されたものが挙げられる。

　置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、メルカプト基、ホルミル基、アミノ基、ニトロ基、ニトリル基、カルバモイル基、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アシル基等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子等が挙げられる。

　非水電解液中における低分子型のガス媒介材の濃度は、好ましくは０．０１～１ｍｏｌ／Ｌ、より好ましくは０．０５～１ｍｏｌ／Ｌである。ガス媒介材の濃度が低すぎると、分離されるガスの量が少なくなり、所定量のガスを分離する所要時間が長くなる。また、ガス媒介材の濃度が高すぎると、非水電解液の粘度が高くなるため、ガス媒介材が拡散移動し難くなると共に、電極間が高抵抗化する。そのため、分離されるガスの量が少なくなり、所定量のガスを分離する所要時間が長くなり、投入した電力に対するエネルギ効率が悪くなる。これに対し、ガス媒介材の濃度が０．０１～１ｍｏｌ／Ｌであると、ガスの分離速度やエネルギ効率を確保しつつ、より多量のガスを分離することができる。

＜高分子型ガス媒介材＞
　高分子型のガス媒介材としては、可逆的に酸化還元活性を示す酸化還元部位を有し、非水電解液中を拡散移動し難い分子を用いる。高分子型のガス媒介材としては、電解質部２３０等で用いられる非水電解液に対する溶解度が低く、電極中に保持され易い分子を用いることが好ましい。

　高分子型のガス媒介材は、キノン類、ピリジン類、アントロン誘導体、キサントン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ピリミジン誘導体、イミダゾール誘導体等の残基を置換基または単量体（モノマ）として含むオリゴマや、これらの残基を置換基または単量体として含むポリマ等の材料群から選択して用いることができる。

　高分子型のガス媒介材の具体例としては、ポリ（１，４－アントラキノン）、ポリ（１，５－アントラキノン）、ポリ（１，８－アントラキノン）、ポリ（２，６－アントラキノン）等や、低分子型のガス媒介材と同様の残基を、ビニル基等を有する二官能性モノマに導入して重合させたポリマ等が挙げられる。

＜正極材料＞
　正極材料は、炭素や、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン等や、これらの合金等の材料群から選択して用いることができる。炭素材料としては、炭素繊維不織布、グラッシーカーボン等が挙げられる。正極集電体の材料としては、正極材料と同様の材料を用いることができる。正極集電体は、金属箔、金属製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板等とすることができる。

＜負極材料＞
　負極材料は、炭素や、銅、ニッケル、チタン等や、これらの合金等の材料群から選択して用いることができる。炭素材料としては、炭素繊維不織布、グラッシーカーボン等が挙げられる。負極集電体の材料としては、負極材料と同様の材料を用いることができる。負極集電体は、金属箔、金属製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板等とすることができる。

　負極材料としては、減極剤としての機能を有する負極活物質を用いてもよい。負極活物質は、炭素材料や金属材料に代えて用いてもよいし、炭素材料や金属材料と共に用いてもよい。負極活物質は、例えば、ポリビニルフェロセン等のポリフェロセン類や、ポリ（３－（４―フルオロフェニル）チオフェン等のポリチオフェン類等の材料群から選択して用いることができる。

　負極活物質は、低分子型のガス媒介材を電解質部１３０に溶解させて用いる場合、ガス媒介材によって酸化されて電子を放出するものである。また、高分子型のガス媒介材を正極２１０に固定化させて用いる場合、放電時に、ガス媒介材によって酸化されて電子を放出し、充電時に、電子を受け取り、負極２２０において還元されるものである。このような負極活物質を用いると、電極間の分極が抑制され、電極電位が適切に保たれるため、分離対象であるガス種を効率的に分離することができる。

　集電体の厚さは、好ましくは０．１μｍ～１ｍｍ、より好ましくは１～１００μｍ、更に好ましくは１０～５０μｍである。集電体が薄いほど、セル内における占有体積が小さくなるため、セルを小型化することができる。一方、集電体が薄すぎると、面方向の導電性が悪化して、却って高抵抗になる。これに対し、集電体の厚さが０．１μｍ～１ｍｍであると、占有体積を十分に小さくしつつ、面内の導通も確保することができる。

＜導電材＞
　導電材は、主に電極合剤層の導電性を向上させるために用いられる。導電材は、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラフェン、ガラス状炭素、活性炭、アモルファス炭素、黒鉛や、ポリビニルフェロセン、ポリ（３－（４－フルオロフェニル）チオフェン）、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリアセチレン等の導電性高分子材料等の材料群から選択して用いることができる。

＜電極バインダ＞
　電極バインダは、主に電極合剤層中の電極材料や導電材等を結着させるために用いられる。電極バインダは、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロ－ス（ＣＭＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ビニリデンフルオライド（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体（Ｐ（ＶｄＦ－ＨＦＰ））等の材料群から選択して用いることができる。

＜電極合剤層形成法＞
　電極合剤層は、粒子状の電極材料、高分子型のガス媒介材、負極活物質や、導電材、電極バインダを、溶媒と混合して電極合剤スラリーを調製し、電極合剤スラリーを集電体に付着させた後、溶媒を乾燥させる方法によって形成することができる。集電体に付着させた電極合剤層は、ロールプレス等で加圧成形して圧密化させることができる。電極合剤スラリーを集電体に付着させる方法としては、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等の各種の塗工方法を用いることができる。

　電極合剤層には、非水電解液を配合してもよい。非水電解液を配合する方法としては、電極合剤層中に細孔を形成し、組み立てられたセルに非水電解液を注入して、細孔に非水電解液を充填する方法や、電極合剤スラリーに非水電解液を混合し、非水電解液を含む電極合剤スラリーを用いて電極合剤層を形成する方法が挙げられる。非水電解液は、担体粒子を用いなくとも、粒子状の電極材料や導電材が形成する粒子間の細孔に保持させることができる。電極合剤層に非水電解液を積極的に配合すると、電極中や電極界面におけるイオン伝導率を向上させることができる。

　電極合剤層における非水電解液の含有量は、電極合剤層に非水電解液を積極的に配合する場合、２０体積％～４０体積％とすることが好ましい。２０体積％以上であると、非水電解液の含有量が少なすぎず、イオン伝導経路が十分に形成され、レート特性が維持される可能性がある。一方、４０体積％以下であると、非水電解液の含有量が多すぎず、非水電解液が電極合剤層から漏れ出難い。また、電極合剤層中の電極材料が相対的に少なくなるため、エネルギ密度が低くなる。このことから、非水電解液の含有量を２０体積％～４０体積％とすると、非水電解液の漏出を避けつつ、レート特性とエネルギ密度を両立させることができる。

　電極合剤層の厚さは、電極合剤層の形成に用いる粒子状の電極材料の平均粒径以上とすることが好ましい。電極合剤層が薄いと、隣接する粒子同士の間でイオン伝導性や電子伝導性が悪化する可能性がある。そのため、電極材料の粉末中に電極合剤層の設計厚さを上回る粗粒がある場合には、ふるい分級、風流分級等により粗粒を除去し、電極合剤層の設計厚さ以下の粒子を用いることが好ましい。

＜電解質部＞
　電解質部１３０，２３０は、電極同士の間を電気的に絶縁し、電極間の短絡を防止する一方で、電極同士の間でイオンを伝導させる媒体として機能する。電解質部１３０，２３０は、低粘度溶媒を添加した非水電解液を含有し、非水電解液に含浸された状態で用いられるシート状のセパレータ、非水電解液を絶縁性の粒子に担持する半固体電解質、または、これらの組み合わせによって形成される。

＜セパレータ＞
　セパレータとしては、微小な空孔を有し、低分子型のガス媒介材やイオンが透過可能な絶縁性の多孔質シートや、不織布等を用いることができる。セパレータの材料は、セルロースや、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）等のセルロースの変性体や、ポリプロピレン（ＰＰ）、プロピレンの共重合体等のポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステルや、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等の樹脂や、ガラス等の材料群から選択して用いることができる。

＜半固体電解質＞
　半固体電解質としては、非水電解液を担持する絶縁性の担持粒子と、担持粒子同士を結着させる半固体電解質用バインダと、を含む半固体状の電解質を用いることができる。非水電解液は、担持粒子同士の間の細孔に保持される。半固体電解質中の非水電解液は、低分子型のガス媒介材やイオンを伝導させる媒体となる。

　半固体電解質は、非水電解液等の液体成分を含んでいながら、固体のような取り扱いができる半透明な自立膜であり得る。このような半固体電解質によると、電解質部１３０，２３０として機能する半固体電解質層を形成することができる。半固体電解質層は、固体である担持粒子が、難燃性、温度安定性等を示し、液体である非水電解液が、高いイオン伝導率や、担持粒子に保持されることによる難揮発性を示すため、高い安全性とイオン伝導性とを併せ持つ電解質部１３０，２３０となる。

＜担持粒子＞
　担持粒子としては、導電率が低く非水電解液に不溶な粒子を用いることができる。担持粒子としては、無機粒子および有機粒子のいずれを用いることもできるが、酸化物粒子を用いることが好ましい。担持粒子として無機酸化物を用いると、加熱時にガスが発生しないため、大気中におけるロールｔｏロールプロセスで半固体電解質層を形成することができる。

　担持粒子の材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、希土類酸化物等の材料群から選択して用いることができる。希土類酸化物としては、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）や、リチウムランタンジルコネート（Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２）等の固体電解質を用いることができる。

　担持粒子の一次粒子の平均粒径は、好ましくは１ｎｍ～１０μｍ、より好ましくは１～５０ｎｍ、更に好ましくは１～１０ｎｍである。平均粒径が１ｎｍ以上であると、担持粒子同士が表面間力で凝集し難くなるため、半固体電解質層の形成が容易になる。また、非水電解液の保持量は、担持粒子の比表面積に比例すると考えられるところ、平均粒径が１０μｍ以下であると、半固体電解質層中に十分な量の非水電解液を保持させることができる。担持粒子の粒径は、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）を用いて測定することができる。

＜半固体電解質用バインダ＞
　半固体電解質用バインダは、ポリエチレン（ＰＥ）、ＰＰ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（Ｐ（ＶｄＦ－ＨＦＰ））、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアルギン酸、ポリアクリル酸等の材料群から選択して用いることができる。半固体電解質用バインダとしては、電極と半固体電解質層との密着性が向上する点で、ＰＶＤＦまたはＰ（ＶｄＦ－ＨＦＰ）が好ましい。

＜半固体電解質層形成法＞
　半固体電解質層は、担持粒子の粉末をペレット状、シート状等に圧縮成形する方法や、担持粒子に半固体電解質用バインダを混合して柔軟性の高いシート状等に成形する方法や、担持粒子と半固体電解質用バインダとを溶媒中で混合して基材上に塗布し、乾燥させて溶媒を除去する方法等で形成することができる。基材としては、電極を用いてもよいし、電極以外の平板等を用いてもよい。

　半固体電解質層における非水電解液の含有量は、４０体積％～９０体積％とすることが好ましい。半固体電解質層がシート状である場合は、５０体積％～８０体積％とすることがより好ましく、６０体積％～８０体積％とすることが更に好ましい。半固体電解質層に非水電解液を予め配合する場合は、４０体積％～６０体積％とすることがより好ましい。非水電解液の含有量が４０体積％以上であると、電極と半固体電解質層との界面が極端に高抵抗化しないため、ガスの分離速度やエネルギ効率を確保しつつ、より多量のガスを分離することができる。また、非水電解液の含有量が９０体積％以下であると、非水電解液が半固体電解質層から漏れ出る可能性が低くなる。

＜非水電解液＞
　非水電解液は、高い比誘電率を示し、イオン伝導率が高い主溶媒と、主溶媒よりも低い粘度を示す低粘度溶媒と、を含む。主溶媒としては、イオン液体や、溶媒和イオン液体や、これらを組み合わせた溶媒を用いることができる。非水電解液は、主溶媒や低粘度溶媒に加え、負極の界面を安定化させる負極界面安定化剤、電極の腐食を防止する腐食防止剤等の添加剤を含んでもよいし、添加剤を含まなくてもよい。

　低粘度溶媒としては、主溶媒としてイオン液体を用いる場合、電気化学セルの運転温度において、イオン液体よりも低い粘度を示す溶媒を用いる。また、主溶媒として溶媒和イオン液体を用いる場合、電気化学セルの運転温度において、溶媒和イオン液体よりも低い粘度を示す溶媒を用いる。主溶媒としてイオン液体と溶媒和イオン液体とを混合した液体を用いる場合は、電気化学セルの運転温度において、イオン液体または溶媒和イオン液体よりも低い粘度、好ましくは両方よりも低い粘度を示す溶媒を用いればよい。

＜イオン液体＞
　イオン液体としては、カチオンとアニオンによって構成され、常温において液体として存在する物質が用いられる。低分子型のガス媒介材を電解質部１３０に溶解させて用いる場合、イオン液体としては、低分子型のガス媒介材の溶解性が高い物質を用いることが好ましい。イオン液体によると、電気化学的に安定で難揮発性であり、イオン伝導率や難燃性が高い非水電解液を得ることができる。

　イオン液体のカチオンは、イミダゾリウム誘導体、ピリジニウム誘導体、ピロリジニウム誘導体、ピペリジニウム誘導体、モルホリニウム誘導体、アンモニウム誘導体、ホスホニウム誘導体、スルホニウム誘導体、グアニジニウム誘導体、イソウロニウム誘導体、チオウレア誘導体等の材料群から選択して用いることができる。

　イミダゾリウム誘導体としては、例えば、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウム（ＢＭＩ）等のアルキルイミダゾリウムカチオンが挙げられる。ピリジニウム誘導体としては、例えば、１－ブチルピリジニウム、１－ブチル－４－メチルピリジニウム等のアルキルピリジニウムカチオンが挙げられる。

　ピロリジニウム誘導体としては、例えば、Ｎ－メチル－Ｎ－プロピルピロリジニウム、１－ブチル－１－メチルピロリジニウム等のアルキルピロリジニウムカチオンが挙げられる。ピペリジニウム誘導体としては、例えば、Ｎ－メチル－Ｎ－プロピルピペリジニウム、１－ブチル－１－メチルピペリジニウム等のアルキルピペリジニウムカチオンが挙げられる。

　モルホリニウム誘導体としては、例えば、４－エチル－４－メチルモルホリニウム等のアルキルモルホリニウムが挙げられる。アンモニウム誘導体としては、例えば、テトラアミルアンモニウム、Ｎ，Ｎ，Ｎ－トリメチル－Ｎ－プロピルアンモニウム等のアルキルアンモニウムが挙げられる。

　ホスホニウム誘導体としては、例えば、テトラブチルホスホニウム、トリブチルメチルホスホニウム等のアルキルホスホニウムが挙げられる。スルホニウム誘導体としては、例えば、トリメチルスルホニウム、トリブチルスルホニウム等のアルキルスルホニウムが挙げられる。

　グアニジウム誘導体としては、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチル－Ｎ”，Ｎ”－ジペンチルグアニジウム等のアルキルグアニジウムが挙げられる。

　イオン液体のアニオンは、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＴＦＳＩ）、ビス（フルオロスルホニル）イミド（ＦＳＩ）、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド（ＢＥＴＩ）、テトラフルオロボレート、トリフルオロ（トリフルオロメチル）ボラート、ヘキサフルオロホスファート、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミド、アセテート、ジメチルホスファート、ジシアナミド、トリシアノメタニド、トリフラート、２－シアノピロリド等の材料群から選択して用いることができる。

　イオン液体としては、入手し易さ、難燃性の点等から、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、または、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートが特に好ましい。

＜溶媒和イオン液体＞
　溶媒和イオン液体としては、アニオン性の溶媒成分に対してカチオンが溶媒和しており、常温において液体として存在する物質が用いられる。溶媒和イオン液体としては、エーテル系溶媒、または、スルホランおよびスルホランの誘導体のうちの一種以上と、電解質塩と、を含む液体を用いることが好ましい。溶媒和イオン液体によると、電解質塩が生じるカチオンが、溶媒成分に対して固有の配位構造で配位するため、イオン伝導率が高い非水電解液を得ることができる。

　エーテル系溶媒としては、イオン液体と類似の性質を示す公知のグライム（Ｒ－Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ－Ｒ’（ＲおよびＲ’は飽和炭化水素、ｎは整数を示す。）で表される対称グリコールジエーテル）や、クラウンエーテル（（－ＣＨ_２－ＣＨ_２－Ｏ）_ｎ（ｎは整数を示す。末端の炭素原子と酸素原子は互いに結合して閉環を形成している。）で表わされる大環状エーテル）を用いることができる。

　グライムとしては、任意の炭素数や、任意の飽和炭化水素基を有するものを用いることができるが、ガス媒介材の拡散性やイオンの伝導性の観点からは、テトラグライム（テトラエチレンジメチルグリコール、Ｇ４）、トリグライム（トリエチレングリコールジメチルエーテル、Ｇ３）、ペンタグライム（ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、Ｇ５）、および、ヘキサグライム（ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、Ｇ６）のうちの一種以上を用いることが好ましい。

　クラウンエーテルとしては、任意の炭素数のものを用いることができるが、ガス媒介材の拡散性やイオンの伝導性の観点からは、１２－クラウン－４、１５－クラウン－５、１８－クラウン－６、ジベンゾ－１８－クラウン－６のうちの一種以上を用いることが好ましい。

　エーテル系溶媒としては、電解質塩が生じるカチオンと安定な錯体構造を形成する点や、比較的低粘度の溶媒和イオン液体が得られる点で、テトラグライムおよびトリグライムのうちの一種以上を用いることが好ましい。

　スルホランおよびスルホランの誘導体としては、無置換のスルホランや、スルホラン環の炭素原子に結合する水素原子がフッ素原子、アルキル基等に置換されたものを用いることができる。スルホランやスルホランの誘導体によると、粘度が高いほど充放電時の入出力応答性が低くなるエーテル系溶媒と比較して、高粘度においても高い入出力応答性を得ることができる。

　スルホランの誘導体の具体例としては、３－フルオロスルホラン、３，４－ジフルオロスルホラン、３－メチルスルホラン、３，４－ジメチルスルホラン等が挙げられる。

　スルホランおよびスルホランの誘導体のうちの一種以上と、電解質塩と、を含む溶媒和イオン液体は、見かけ上の組成に基づいて量的に取り扱うことができる。例えば、スルホラン（ＳＬ）と、ＬｉＴＦＳＩと、を含む溶媒和イオン液体は、Ｌｉ（ＳＬ）_ｘＴＦＳＩ（ｘ＝２～６）のように、一体的に表記することができる。溶媒和イオン液体のモル数は、このような組成を持つ単一の物質とみなして計算することができる。

＜電解質塩＞
　電解質塩としては、エーテル系溶媒や、スルホランやスルホランの誘導体に溶解する限り、各種の塩を用いることができる。電解質塩としては、主溶媒に加え、低粘度溶媒に対しても均一に分散できるものが好ましい。

　電解質塩は、テトラフルオロホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＣｌＯ_４、リチウムビス（フルオロスルホニル）アミド（ＬｉＦＳＡ）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＴＦＳＡ）、リチウムヘキサフルオロフォスファート（ＬｉＰＦ_６）、マグネシウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（Ｍｇ（ＴＦＳＩ）_２）、カリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＫＴＦＳＩ）等の材料群から選択して用いることができる。

　電解質塩としては、溶媒成分に対して配位し易いイオン半径のカチオンを解離する点で、金属塩を用いることが好ましく、リチウム塩を用いることがより好ましい。リチウム塩としては、解離度が高い点等から、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを用いることが特に好ましい。

　主溶媒に対する金属塩（カチオン）のモル比は、主溶媒としてテトラグライムやトリグライムを用いる場合、好ましくは０．９～１．１、より好ましくは０．９５～１．０５、特に好ましくは１．０である。溶媒和イオン液体中におけるカチオンとテトラグライムやトリグライムとのモル比が１に近いほど、カチオンとテトラグライムやトリグライムとの固有の配位構造が安定するため、高いイオン伝導率を得ることができる。

　主溶媒に対する金属塩（カチオン）のモル比は、主溶媒としてスルホランやスルホランの誘導体を用いる場合、好ましくは２～６である。溶媒和イオン液体中におけるカチオンとスルホランやスルホランの誘導体とのモル比が２～６であると、カチオンとスルホランやスルホランの誘導体との固有の配位構造が安定するため、高いイオン伝導率を得ることができる。

＜低粘度溶媒＞
　低粘度溶媒としては、主溶媒よりも低い粘度を示す有機溶媒が用いられる。低粘度溶媒を主溶媒に添加すると、非水電解液の粘度を低くすることができるため、低分子型のガス媒介材やイオンの非水電解液中における拡散移動速度を向上させることができる。主溶媒の伝導抵抗が大きい場合であっても、低粘度化によってイオン伝導率が向上するため、電気化学セルの内部抵抗を抑制して、投入した電力に対するエネルギ効率を改善しつつ、より多量のガスを分離することができる。

　低粘度溶媒は、エーテル系溶媒と併用する場合、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸プロピレン（ＰＣ）、炭酸１，２－ブチレン（ＢＣ）、炭酸フルオロエチレン（ＦＥＣ）等の環状エステルや、炭酸メチルエチル（ＥＭＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）等の非環状エステルや、リン酸トリメチル（ＴＭＰ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＦＰ）、メチルホスホン酸ジメチル（ＤＭＭＰ）等のリン酸エステルや、γ－ブチロラクトン（ＧＢＬ）等のラクトン等の材料群から選択して用いることができる。

　また、低粘度溶媒は、スルホランやスルホランの誘導体と併用する場合、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸プロピレン（ＰＣ）、リン酸トリメチル（ＴＭＰ）、γ－ブチロラクトン（ＧＢＬ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＦＰ）、メチルホスホン酸ジメチル（ＤＭＭＰ）等の材料群から選択して用いることができる。

　低粘度溶媒は、２５℃における粘度が１４０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。低粘度溶媒を添加していないエーテル系溶媒と電解質塩との混合物は、２５℃における粘度が、約１４０Ｐａ・ｓである。低粘度溶媒の粘度が１４０Ｐａ・ｓ以下であると、既存の溶媒成分と低粘度溶媒との相互作用が小さい状態であるため、低分子型のガス媒介材やイオンについて高い拡散移動速度を得ることができる。

　非水電解液における低粘度溶媒の含有量は、電気化学セルの安定性の観点から、８０質量％以下であることが好ましい。低粘度溶媒の含有量が８０質量％以下の場合、電極間におけるイオン伝導性を確保できる。主溶媒としてイオン液体を用いる場合は、ガスの分離速度を向上させる観点から、１０質量％～８０質量％であることがより好ましく、２０質量％～６０質量％であることが更に好ましい。主溶媒として溶媒和イオン液体を用いる場合は、ガスの分離速度を向上させる観点から、５質量％～７０質量％であることがより好ましく、２０質量％～６０質量％であることが更に好ましく、２０質量％～５０質量％であることが更に好ましい。非水電解液に含まれる成分は、ＮＭＲ等で定量することができる。

　以上のような電気化学セルを備えるガス分離装置１０，２０は、燃焼や、その他の化学反応等で生じる排ガスの処理や、大気、閉鎖空間等の環境中に存在する混合ガスの処理等の各種の用途に用いることができる。電気化学セル１００，２００で分離されたガス種は、所定の用途で再利用したり、化学合成の原料として用いたり、そのままの化学形態または化学変換して貯蔵・処分したりすることができる。

　次に、ガス分離装置を備えたガスシステムについて、図を参照しながら説明する。

　図３は、第１実施形態に係るガスシステムの構成を模式的に示す図である。
　図３において、実線矢印はガスの流れ、破線矢印は電力の流れ、一点鎖線矢印は熱の流れを示す。
　図３に示すように、前記のガス分離装置（１０，２０）は、燃焼器から排出される排ガスの処理に用いることができる。第１実施形態に係るガスシステム３００は、前記のガス分離装置（１０，２０）と、燃焼器１と、熱交換器２と、回収系統３と、水電解装置４と、第１反応器１１と、第２反応器１２と、を備えている。

　第１実施形態に係るガスシステム３００は、排ガス中の二酸化炭素を、電気化学セルを備えたガス分離装置（１０，２０）で分離し、二酸化炭素ガス、または、二酸化炭素を出発物質として合成される含炭素有価物を生産する装置とされている。ガスシステム３００は、総合的に高いエネルギ効率や、環境適合的な炭素循環を目標として構成されている。

　ガスシステム３００において、ガス分離装置（１０，２０）は、前記の実施形態と同様に、電気化学セル（１００，２００）と、接続部（１０１，２０１）と、を備えている。ガス分離装置（１０，２０）としては、電解式の電気化学セル１００を備える形態（図１参照）、および、二次電池式の電気化学セル２００を備える形態（図２参照）のうち、いずれを用いることもできる。

　燃焼器１は、燃料等を燃焼させて、二酸化炭素を含む排ガスを生じる装置であり、任意の目的に応じて設置された既存の装置を利用したり、新規の装置を設置して利用したりすることができる。燃焼器１の具体例としては、ボイラ、焼却炉等や、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービン等の内燃機関が挙げられる。燃焼器１としては、燃料等を燃焼させる装置に代えて、微生物による発酵を行う発酵槽等を備えてもよい。

　燃焼器１は、供給管Ｌ１を介してガス分離装置（１０，２０）と接続されている。燃焼器１で生じた排ガスは、燃焼器１の排気口から供給管Ｌ１を通じて、ガス分離装置（１０，２０）の電気化学セル（１００，２００）に導入される。燃焼器１で生じた排ガスは、供給管Ｌ１上に設置された熱交換器２の放熱側に通される。

　熱交換器２は、燃焼器１が生じた排ガスと熱媒体とを熱交換する。熱交換器２では、水等の熱媒体を燃焼器１が生じた排ガスと熱交換することにより、排熱によって加熱された蒸気等の熱媒体を作ることができる。

　熱交換器２の受熱側は、配管を介して第１反応器１１や第２反応器１２と接続されている。熱交換器２で加熱された熱媒体は、第１反応器１１や第２反応器１２に送り、各反応器に備えられるジャケット式熱交換器等に供給することができる。加熱された熱媒体を供給することにより、第１反応器１１や第２反応器１２における反応系温度を高めることができる。

　燃焼器１としては、発電を行う内燃機関を備えてもよい。発電を行う燃焼器１は、熱交換器２や、燃焼器１で発電された電力を供給する電力供給網や、燃焼器１からの排熱で加熱された熱媒体を供給する熱媒体供給網と共に、コジェネレーションシステムを形成するように構成してもよい。燃焼器１が発電した電力は、ガス分離装置（１０，２０）、水電解装置４、ブロア、ポンプ等に供給することができる。熱媒体は、第１反応器１１や第２反応器１２の他に、水電解装置４等に供給することができる。

　ガス分離装置（１０，２０）は、排ガスに含まれる二酸化炭素を、電気化学セル（１００，２００）で分離し、排ガスに含まれる他の成分から分離された二酸化炭素ガスを生産する。電気化学セル（１００，２００）の電極間には、発電を行う燃焼器１や、商用電源等の外部電源から電力を供給することができる。ガス分離装置（１０，２０）では、低粘度溶媒を添加した非水電解液が用いられるため、排ガスに含まれる二酸化炭素を、投入した電力に対するエネルギ効率よく、早い分離速度で効率的に分離することができる。

　電気化学セル（１００，２００）には、燃焼器１が生じた排ガスをセル内に供給する供給管Ｌ１と、セル内で分離された二酸化炭素を後段に移送する移送管Ｌ２と、が接続されている。移送管Ｌ２は、分岐して第１反応器１１と回収系統４とに接続している。セル内で分離された二酸化炭素は、システムの用途・目的に応じて、第１反応器１１への移送と、回収系統４への移送と、が切り替えられる。移送管Ｌ２と供給管Ｌ１との間には、セル内で分離された二酸化炭素を返送してセル内に再供給する返送管Ｌ３が接続されている。

　ガス分離装置（１０，２０）で処理する排ガスの流量は、供給管Ｌ１や返送管Ｌ３に、流量調整弁、ブロア等を設けて調整することができる。返送管Ｌ３によると、高濃度の二酸化炭素をセル内に供給することが可能になり、ガス媒介材と二酸化炭素との反応効率が向上するため、第１反応器１１や第２反応器１２における収率を高くすることができる。また、排ガスの温度が、返送された二酸化炭素ガスによって低下するため、電極の炭素被毒を低減することができる。

　回収系統３は、ガス分離装置（１０，２０）で生産された二酸化炭素ガスを回収する系統であり、二酸化炭素ガスを貯蔵するタンク、二酸化炭素を再利用・処理に供するためのパイプライン等で構成される。パイプラインによる移送先としては、二酸化炭素を固定化する地下貯留施設や、二酸化炭素圧入攻法を用いる石油採掘施設や、コンクリート、炭酸水等の製造施設や、農作物を栽培する栽培施設等が挙げられる。

　水電解装置４は、水を電気分解して水素ガスを製造する装置である。水素ガスは、二酸化炭素を出発物質とする合成反応に用いられる。電気分解の方式としては、アルカリ水電解、イオン交換膜を用いる固体高分子形水電解、固体酸化物を用いる固体酸化物形水電解等を用いることができる。水電解装置４には、ガス分離装置（１０，２０）と同様に、燃焼器１や、商用電源等の外部電源から電力を供給することができる。エネルギ変換効率が高い水電解装置４を用いると、含炭素有価物の生産に必要な水素ガスを、カーボンニュートラルに製造することができる。

　水電解装置４には、製造された水素ガスを移送する移送管Ｌ４が接続されている。移送管Ｌ４は、分岐して第１反応器１１と第２反応器１２とに接続している。水電解装置４で製造された水素ガスは、第２反応器１２における合成反応の種類や、第１反応器１１および第２反応器１２における反応条件に応じて、第１反応器１１への移送と、第２反応器１２への移送と、が切り替えられる。

　第１反応器１１は、二酸化炭素を出発物質とする合成反応を行い二酸化炭素を改質する反応器である。第１反応器１１では、二酸化炭素ガスや水素ガスを原料として、一酸化炭素ガスや、含炭素有価物を合成することができる。二酸化炭素を原料とする含炭素有価物としては、炭化水素等のガス燃料や、ポリケトン等のポリマや、グラフェン、カーボンナノチューブ等のカーボン材料が挙げられる。第１反応器１１で製造された含炭素有価物は、回収して他のプロセスに送ることができる。

　第１反応器１１では、例えば、ガス分離装置（１０，２０）から供給される二酸化炭素ガスと水電解装置４から供給される水素ガスとから、逆シフト反応（ＣＯ_２＋Ｈ_２→ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ）によって一酸化炭素を生成することができる。逆シフト反応は、吸熱反応である。そのため、熱交換器２から加熱された熱媒体を供給し、反応系温度を上昇させると、一酸化炭素ガスの収率を高くすることができる。

　第１反応器１１には、製造された一酸化炭素ガスを移送する移送管Ｌ５が接続されている。移送管Ｌ５は、第２反応器１２に接続している。第１反応器１１で製造された一酸化炭素ガスは、第２反応器１２に送られる。

　第２反応器１２は、一酸化炭素を出発物質とする合成反応を行う反応器である。第２反応器１２では、一酸化炭素ガスや水素ガスを原料として、含炭素有価物を合成することができる。一酸化炭素を原料とする含炭素有価物としては、炭化水素等のガス燃料や、炭化水素、アルコール等の液体燃料や、ポリカーボネート、ポリ乳酸等のポリマや、グラフェン、カーボンナノチューブ等のカーボン材料が挙げられる。第２反応器１２で製造された含炭素有価物は、回収して他のプロセスに送ることができる。

　このようなガスシステム３００によると、ガス分離装置（１０，２０）で低粘度溶媒を添加した非水電解液が用いられるため、排ガスに含まれる二酸化炭素を効率的に分離して、高濃度の二酸化炭素ガスを生産することができる。高濃度の二酸化炭素ガスは、二酸化炭素自体を再利用・処理する際に有利であるし、二酸化炭素を出発物質とする合成反応の収率を向上させることができる。また、ガス分離装置（１０，２０）で低粘度溶媒を添加した非水電解液が用いられるため、システム全体として、投入した電力に対するエネルギ効率が良好になる。合成反応に用いられる水素ガスは、水電解によって生産されるため、投入した電力を一層有効利用することができる。そのため、総合的に高いエネルギ効率でのエネルギの供給や、環境適合的な炭素循環に基づく有価物の提供を実現することができる。

　図４は、第２実施形態に係るガスシステムの構成を模式的に示す図である。
　図４において、実線矢印はガスの流れ、破線矢印は電力の流れ、一点鎖線矢印は熱の流れを示す。
　図４に示すように、前記のガス分離装置（１０，２０）は、燃焼器から排出される排ガスの処理に用いることができる。第２実施形態に係るガスシステム４００は、前記のガスシステム３００と同様に、ガス分離装置（１０，２０）と、燃焼器１と、熱交換器２と、回収系統３と、第１反応器１１と、第２反応器１２と、を備えている。

　第２実施形態に係るガスシステム４００は、排ガスに含まれる二酸化炭素を、電気化学セルを備えたガス分離装置（１０，２０）で分離し、二酸化炭素ガス、または、二酸化炭素を出発物質として合成される含炭素有価物を生産する装置とされている。ガスシステム４００は、総合的に高いエネルギ効率や、環境適合的な炭素循環を目標として構成されている。

　第２実施形態に係るガスシステム４００が、前記のガスシステム３００と異なる点は、水素ガスを生産する水電解装置４（図３参照）に代えて、水素ガスを供給する供給系統５を備える点である。ガスシステム４００の他の構成要素は、前記のガスシステム３００と同様に構成することができる。

　供給系統５は、二酸化炭素を出発物質とする合成反応で用いる水素ガスを供給する系統であり、水素ガスを貯蔵するタンク、水素ガスを供給するパイプライン等で構成される。水素ガスの供給元としては、水素貯蔵施設、水や食塩等の電解を行う施設、化石燃料やバイオマスを水蒸気改質する施設、製鉄施設、下水処理施設等が挙げられる。

　このようなガスシステム４００によると、ガス分離装置（１０，２０）で低粘度溶媒を添加した非水電解液が用いられるため、排ガスに含まれる二酸化炭素を効率的に分離して、高濃度の二酸化炭素ガスを生産することができる。高濃度の二酸化炭素ガスは、二酸化炭素自体を再利用・処理する際に有利であるし、二酸化炭素を出発物質とする合成反応の収率を向上させることができる。また、ガス分離装置（１０，２０）で低粘度溶媒を添加した非水電解液が用いられるため、システム全体として、投入した電力に対するエネルギ効率が良好になる。合成反応に用いられる水素ガスは、供給系統から供給されるため、システムを安定的に運転することができる。そのため、総合的に高いエネルギ効率でのエネルギの供給や、環境適合的な炭素循環に基づく有価物の提供を安定的に行うことができる。

　図５は、第３実施形態に係るガスシステムの構成を模式的に示す図である。
　図５において、実線矢印はガスの流れ、破線矢印は電力の流れ、一点鎖線矢印は熱の流れを示す。
　図５に示すように、前記のガス分離装置（１０，２０）は、空気の処理に用いることもできる。第３実施形態に係るガスシステム５００は、前記のガスシステム３００と同様に、ガス分離装置（１０，２０）と、回収系統３と、水電解装置４と、第１反応器１１と、第２反応器１２と、を備えている。

　第３実施形態に係るガスシステム５００は、大気中の二酸化炭素を、電気化学セルを備えたガス分離装置（１０，２０）で分離し、二酸化炭素ガス、または、二酸化炭素を出発物質として合成される含炭素有価物を生産する装置とされている。ガスシステム５００は、総合的に高いエネルギ効率や、環境適合的な炭素循環を目標として構成されている。

　第３実施形態に係るガスシステム５００が、前記のガスシステム３００と異なる点は、燃焼器１や熱交換器２（図３参照）に代えて、大気中の空気をガス分離装置（１０，２０）に導入し、ガス分離装置（１０，２０）や水電解装置４において、二酸化炭素の排出を伴わない再生可能エネルギや原子力発電による電力を利用する点である。ガスシステム５００の他の構成要素は、前記のガスシステム３００と同様に構成することができる。

　ガスシステム５００において、電気化学セル（１００，２００）には、大気中の空気をセル内に供給する供給管Ｌ６が接続されている。供給管Ｌ６の入口には、空気中の塵埃を除去するために集塵機、フィルタ等を備えることができる。供給管Ｌ６と移送管Ｌ２との間には、セル内で分離された二酸化炭素を返送してセル内に再供給する返送管Ｌ３が接続されている。

　ガス分離装置（１０，２０）で処理する空気の流量は、供給管Ｌ１や返送管Ｌ３に、流量調整弁、ブロア等を設けて調整することができる。返送管Ｌ３によると、セル内に高濃度の二酸化炭素を供給することが可能になり、ガス媒介材と二酸化炭素との反応効率が向上するため、空気中の二酸化炭素濃度が低い場合であっても、第１反応器１１や第２反応器１２における収率を高くすることができる。

　ガス分離装置（１０，２０）や水電解装置４で利用する電力としては、太陽光、風力、水力、地熱等の自然エネルギ発電による電力や、原子力発電による電力等が挙げられる。ガス分離装置（１０，２０）で大気中の二酸化炭素を分離・回収しつつ、再生可能エネルギや原子力発電電力を用いると、大気中の二酸化炭素の量を減らすことができる。

　このようなガスシステム５００によると、ガス分離装置（１０，２０）で低粘度溶媒を添加した非水電解液が用いられるため、大気中の二酸化炭素を効率的に分離して、炭素を有効利用しつつ、大気中の二酸化炭素の量を減らすことができる。また、ガス分離装置（１０，２０）で低粘度溶媒を添加した非水電解液が用いられるため、システム全体として、投入した電力に対するエネルギ効率が良好になる。大気中の二酸化炭素濃度は低いにもかかわらず、低粘度溶媒を添加した非水電解液によって、ガス媒介材の反応率が向上するため、高い二酸化炭素の分離効率が得られる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成に他の構成を加えたりすることが可能である。また、或る実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、構成の削除、構成の置換をすることも可能である。

　以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

≪試験例１≫
　電解式の電気化学セルを作製し、低分子型のガス媒介材による二酸化炭素の分離性能、および、ガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギを評価した。

＜正極の作製＞
　正極は、正極材料としてグラッシーカーボン、正極バインダとしてＰＶＤＦ、正極集電体として炭素繊維不織布を用いて作製した。はじめに、正極材料と、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた正極バインダとを、固形分の重量比が９６：４となるようにそれぞれ秤量し、これらを混錬機で均一に混合した。得られた混合物は、ＮＭＰを加えてスラリー化し、所定の固形分濃度に調整した。次いで、濃度が調整されたスラリーを正極集電体の両面に卓上コーターで塗布し、１２０℃の乾燥炉に通して正極を得た。正極合剤（正極材料＋正極バインダ）の塗工量は、両面の合計を９．０ｍｇ／ｃｍ^２とした。得られた正極は、ロールプレスで電極密度を１．４ｇ／ｃｍ^３に調整した。

＜負極の作製＞
　負極は、負極材料としてはグラッシーカーボン、負極バインダとしてＰＶＤＦ、負極集電体として炭素繊維不織布を用いて作製した。はじめに、負極材料と、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた負極バインダとを、固形分の重量比が９６：４となるようにそれぞれ秤量し、これらを混錬機で均一に混合した。得られた混合物は、ＮＭＰを加えてスラリー化し、所定の固形分濃度に調整した。次いで、濃度が調整されたスラリーを負極集電体の両面に卓上コーターで塗布し、１２０℃の乾燥炉に通して正極を得た。負極合剤（負極材料＋負極バインダ）の塗工量は、両面の合計を９．０ｍｇ／ｃｍ^２とした。得られた負極は、ロールプレスで電極密度を１．４ｇ／ｃｍ^３に調整した。

＜電解質部の作製＞
　電解質部は、半固体電解質層を電極合剤層の表面に塗工する方法で作製した。担持粒子としては、平均粒径が１μｍであるＳｉＯ_２を用いた。半固体電解質用バインダとしては、ビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（Ｐ（ＶｄＦ－ＨＦＰ））を用いた。はじめに、担持粒子と、半固体電解質用バインダとを、重量比が８９．３：１０．７となるようにそれぞれ秤量し、これらを混錬機で均一に混合した。得られた混合物は、ＮＭＰを加えてスラリー化し、所定の固形分濃度に調整した。次いで、濃度が調整されたスラリーを正極合剤層および負極合剤層の表面に卓上コーターで塗布し、１００℃の乾燥炉に通して半固体電解質層を形成した正極と負極を得た。

＜電気化学セルの作製＞
　作製した正極と負極を、エアー式打ち抜き機で、正極合剤層が４５ｍｍ×７０ｍｍ、負極合剤層が４７ｍｍ×７４ｍｍとなるよう打ち抜いた。次いで、正極と負極を１２０℃で２時間乾燥して電極中に含まれるＮＭＰを除去した。乾燥させた正極を、厚みが３０μｍであり、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造である樹脂製の微多孔膜に挟み込み、リード取り出し部となる辺を除いた３辺を熱溶着した。

　微多孔膜で覆った正極と乾燥させた負極を積層した後、負極上に、ガス通気用の孔を有する厚さ５０μｍのＰＴＦＥ製のシートを配置した。正極のリードと負極のリードを短絡しないように外に取り出し、得られた電極体を、ガス通気用の孔を有するラミネートフィルムに挟み込み、注液用の１辺を残してリードを取り出した辺を含む３辺をラミネート封止装置によって２００℃で熱封止した。その後、５０℃で２０時間真空乾燥させた。

　組み立てたセルには、注液用の１辺から、ガス媒介材である１，４－ベンゾキノンを溶解した１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＢＭＩ－ＴＦＳＩ）を注入した。その後、注液用の１辺を真空封止して、電気化学セルを得た。なお、１，４－ベンゾキノンを溶解したＢＭＩ－ＴＦＳＩをＮＭＲで定量したところ、１，４－ベンゾキノンの濃度は、５０ｍｍｏｌ／Ｌであった。

＜二酸化炭素の分離性能の評価＞
　作製した電気化学セルを、２室型のホルダにセッティングした。正極側には５％ＣＯ_２－９５％Ａｒガスを導入し、負極側には純Ａｒガスを導入し、電極間に１．５Ｖの電圧を印可した。所定の時間の運転後に、負極側のガス組成をガスクロマトグラフィで分析して、電気化学セルで分離された二酸化炭素の濃度を計測した。電気化学セルの二酸化炭素の分離性能は、正極側に導入した二酸化炭素の濃度に対する負極側の二酸化炭素の濃度の比率（ＣＯ_２容量比）によって評価した。

＜ガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギの評価＞
　ガス媒介材として用いた１，４－ベンゾキノン（１，４－ＢＱ）と二酸化炭素との結合エネルギを、第一原理計算によって求めた。分子エディタであるＡｖｏｇａｄｒｏを用いて分子モデルを作成し、量子化学ソフトであるＧＡＭＥＳＳを使用して計算を行った。計算手法（汎関数）としてはＢ３ＬＹＰ、基底関数としては６－３１Ｇ（ｄ）を用いた。

　１，４－ベンゾキノンが－２価に還元された状態のエネルギをＥ（１，４－ＢＱ）、二酸化炭素のエネルギをＥ（ＣＯ_２）、還元された１，４－ベンゾキノンが二酸化炭素１分子と結合した状態のエネルギをＥ（１，４－ＢＱ－ＣＯ_２）とすると、１，４－ベンゾキノンと二酸化炭素１分子との結合エネルギＥ１は、次の式（Ｉ）によって求めることができる。
　Ｅ１　＝　Ｅ（１，４－ＢＱ－ＣＯ_２）　－　｛Ｅ（１，４－ＢＱ）　＋　Ｅ（ＣＯ_２）｝…（Ｉ）

　また、還元された１，４－ベンゾキノンが二酸化炭素２分子と結合した状態のエネルギをＥ（１，４－ＢＱ－２ＣＯ_２）とすると、１，４－ベンゾキノンと二酸化炭素２分子との結合エネルギＥ２は、次の式（II）によって求めることができる。
　Ｅ２　＝　Ｅ（１，４－ＢＱ－２ＣＯ_２）　－　｛Ｅ（１，４－ＢＱ－ＣＯ_２）　＋　Ｅ（ＣＯ_２）｝…（II）

　Ｅ１やＥ２は、負に大きい値であるほど、結合エネルギが大きく、１，４－ベンゾキノンと二酸化炭素との結合が安定した状態であることを示す。ガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギは、Ｅ（１，４－ＢＱ）、Ｅ（ＣＯ_２）、Ｅ（１，４－ＢＱ－ＣＯ_２）およびＥ（１，４－ＢＱ－２ＣＯ_２）を計算し、結合エネルギＥ２によって評価した。

≪試験例２～４２、比較例１～３≫
　低分子型のガス媒介材の種類、または、正極側に導入する混合ガスの組成を変えて、試験例１と同様に、電解式の電気化学セルを作製し、低分子型のガス媒介材による二酸化炭素の分離性能と、ガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギを評価した。

　表１に、試験例１～４２、比較例１～３における、低分子型のガス媒介材の種類、計算手法および基底関数、結合エネルギの計算結果、非水電解液の組成、正極側に導入した混合ガスと二酸化炭素の分離性能の結果（ＣＯ_２容量比）を示す。

≪試験例４３≫
　二次電池式の電気化学セルを作製し、高分子型のガス媒介材による二酸化炭素の分離性能、および、ガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギを評価した。

＜正極の作製＞
　正極は、高分子型のガス媒介材としてポリ（９，１０－アントラキノン）、導電材としてカーボンナノチューブ、正極バインダとしてＰＶＤＦ、正極集電体として炭素繊維不織布を用いて作製した。はじめに、正極活物質と、導電材と、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた正極バインダとを、固形分の重量比が４８：４８：４となるようにそれぞれ秤量し、これらを混錬機で均一に混合した。得られた混合物は、ＮＭＰを加えてスラリー化し、所定の固形分濃度に調整した。次いで、濃度が調整されたスラリーを正極集電体の両面に卓上コーターで塗布し、１２０℃の乾燥炉に通して正極を得た。正極合剤（正極活物質＋導電材＋正極バインダ）の塗工量は、両面の合計を８．０ｍｇ／ｃｍ^２とした。得られた正極は、ロールプレスで電極密度を１．２ｇ／ｃｍ^３に調整した。

＜負極の作製＞
　負極は、負極活物質としてポリビニルフェロセン、導電材としてカーボンナノチューブ、負極バインダとしてＰＶＤＦ、負極集電体として炭素繊維不織布を用いて作製した。はじめに、負極活物質と、導電材と、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた負極バインダとを、固形分の重量比が４８：４８：４となるようにそれぞれ秤量し、これらを混錬機で均一に混合した。得られた混合物は、ＮＭＰを加えてスラリー化し、所定の固形分濃度に調整した。次いで、濃度が調整されたスラリーを負極集電体の両面に卓上コーターで塗布し、１２０℃の乾燥炉に通して負極を得た。負極合剤（負極活物質＋導電材＋負極バインダ）の塗工量は、両面の合計を１２．０ｍｇ／ｃｍ^２とした。得られた負極は、ロールプレスで電極密度を１．３ｇ／ｃｍ^３に調整した。

＜電気化学セルの作製＞
　作製した正極と負極を用いて、試験例１と同様にして、セルを組み立てた。組み立てたセルには、注液用の１辺から、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＢＭＩ－ＴＦＳＩ）を注入した。その後、注液用の１辺を真空封止して、電気化学セルを得た。

＜二酸化炭素の分離性能の評価＞
　作製した電気化学セルを、２室型のホルダにセッティングした。正極側および負極側には純Ａｒガスを導入し、－２～０Ｖの範囲で定電流モードによる充放電を行った。その後、正極側には５％ＣＯ_２－９５％Ａｒガスを導入し、負極側には純Ａｒガスを導入し、－２～０Ｖの範囲で定電流モードによる充放電を行った。充放電レートは１Ｃとした。レートの計算において、電気化学セルの容量は、９，１０－アントラキノン１分子あたり２分子の二酸化炭素が反応すると仮定して、理論容量４９６ｍＡｈ／ｇと設定した。電気化学セルの二酸化炭素の分離性能は、正極側に５％ＣＯ_２－９５％Ａｒガスを導入したときに測定された放電容量から、純Ａｒガスを導入したときに測定された放電容量を差し引いて、ポリ（９，１０－アントラキノン）と二酸化炭素との反応による反応容量を求め、理論容量に対する反応容量の比率（反応容量比）によって評価した。

≪試験例４４～４８、比較例４≫
　非水電解液の組成、または、正極側に導入する混合ガスの組成を変えて、試験例４３と同様に、二次電池式の電気化学セルを作製し、高分子型のガス媒介材による二酸化炭素の分離性能と、ガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギを評価した。

　表２に、試験例４４～４８、比較例４における、高分子型のガス媒介材の種類、計算手法および基底関数、結合エネルギの計算結果、非水電解液の組成、正極側に導入した混合ガスと二酸化炭素の分離性能の結果（反応容量比）を示す。

　試験例１～４８、比較例１～４で使用したガス媒介材の構造式は、次のとおりである。

＜結果と考察（１）＞
　表１に示すように、比較例１は、ガス媒介材を１，４－ベンゾキノン、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％Ｎ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が０％であった。

　これに対し、試験例１は、ガス媒介材を１，４－ベンゾキノン、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が４８％であった。この結果から、１，４－ベンゾキノンは、二酸化炭素を正極側から負極側にポンピングする能力があることが分かる。

　また、試験例１４は、ガス媒介材を１，４－ナフトキノン、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が４２％であった。この結果から、１，４－ナフトキノンは、二酸化炭素を正極側から負極側にポンピングする能力があることが分かる。

　また、試験例１８は、ガス媒介材を９，１０－アントラキノン、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が５７％であった。この結果から、９，１０－アントラキノンは、二酸化炭素を正極側から負極側にポンピングする能力があることが分かる。

　比較例２は、ガス媒介材を１，４－ヒドロキノン、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が０％であった。この結果から、１，４－ヒドロキノンは、二酸化炭素を結合しないことが分かる。二酸化炭素が結合してカルボキシル化するものがガス媒介材として使用できることが分かった。

　試験例１９～２１は、ガス媒介材を９，１０－アントラキノン、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、低粘度溶媒として炭酸プロピレン（ＰＣ）を添加した場合であり、ＣＯ_２容量比が向上する結果が得られた。低粘度溶媒を添加することにより、非水電解液が低粘度化し、ガス媒介材が拡散し易くなると共に、電極間のイオン伝導率が向上したものと考えられる。

　試験例２２、２３は、ガス媒介材を９，１０－アントラキノン、主溶媒を溶媒和イオン液体であるテトラグライム（Ｇ４）とリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドとの混合溶媒とした場合であり、ＣＯ_２容量比が向上する結果が得られた。試験例２３のとおり、低粘度溶媒として炭酸プロピレン（ＰＣ）を添加した場合、ＣＯ_２容量比がより向上した。この結果は、通常のイオン液体よりも、溶媒和イオン液体を用いた方が、ガス媒介材と二酸化炭素との反応やガス媒介材の拡散が進み易いことが要因であると考えられる。

　試験例２４、２５は、ガス媒介材を９，１０－アントラキノン、主溶媒を溶媒和イオン液体であるスルホラン（ＳＬ）とリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドとの混合溶媒とした場合であり、ＣＯ_２容量比が向上する結果が得られた。試験例２５のとおり、低粘度溶媒として炭酸１，２－ブチレン（ＢＣ）を添加した場合、ＣＯ_２容量比がより向上した。

　試験例４、５、８は、ガス媒介材を極性基で修飾したベンゾキノン誘導体、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩとした場合であり、ＣＯ_２容量比が１，４－ベンゾキノンの場合と同程度であった。この結果から、１，４－ベンゾキノンは、極性基の有無にかかわらず、二酸化炭素を正極側から負極側にポンピングする能力があることが分かる。

　試験例１５は、ガス媒介材を極性基で修飾したナフトキノン誘導体、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が１，４－ナフトキノンの場合と同程度であった。

　試験例２６は、ガス媒介材を極性基で修飾したアントラキノン誘導体、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が９，１０－アントラキノンの場合と同程度であった。

　試験例３３は、ガス媒介材を４，４’－ビピリジル、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が３８％であった。この結果から、４，４’－ビピリジルは、二酸化炭素を正極側から負極側にポンピングする能力があることが分かる。

　試験例３４～３６は、ガス媒介材を４，４’－ビピリジル、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、低粘度溶媒として炭酸プロピレン（ＰＣ）を添加した場合であり、ＣＯ_２容量比が向上する結果が得られた。低粘度溶媒の濃度にかかわらず、ＣＯ_２容量比が向上していることから、非水電解液の低粘度化によって、ガス媒介材が拡散し易くなり、ＣＯ_２容量比が向上したものと考えられる。

　試験例３７、３８は、ガス媒介材を４，４’－ビピリジル、主溶媒を溶媒和イオン液体であるテトラグライム（Ｇ４）とリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドとの混合溶媒とした場合であり、ＣＯ_２容量比が向上する結果が得られた。試験例３８のとおり、低粘度溶媒として炭酸プロピレン（ＰＣ）を添加した場合、ＣＯ_２容量比がより向上した。溶媒和イオン液体を用いた場合、ガス媒介材の種類にかかわらず、非水電解液の低粘度化によって、ガス媒介材が拡散し易くなり、ＣＯ_２容量比が向上すると考えられる。

　試験例３９、４０は、ガス媒介材を４，４’－ビピリジル、主溶媒を溶媒和イオン液体であるスルホラン（ＳＬ）とリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドとの混合溶媒とした場合であり、ＣＯ_２容量比が向上する結果が得られた。試験例４０のとおり、低粘度溶媒として炭酸１，２－ブチレン（ＢＣ）を添加した場合、ＣＯ_２容量比がより向上した。

　比較例３は、ガス媒介材をキサントン、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が８％であった。この結果から、キサントンは、二酸化炭素を結合する量が少ないことが分かる。

　これに対し、試験例４２は、ガス媒介材をジピリジン－３－イルメタノン、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が４２％であった。この結果から、二酸化炭素と結合するカルボニル基、ピリジル基等の官能基が多い方が、ガス媒介材として有利であることが分かる。

　図６は、非水電解液における低粘度溶媒の混合比と電極間で輸送された二酸化炭素の容量比との関係を示す図である。
　図６において、横軸は、非水電解液における低粘度溶媒の混合比（体積分率）、縦軸は、正極側に導入した二酸化炭素の濃度に対する負極側の二酸化炭素の濃度の比率（ＣＯ_２容量比）を示す。各プロットは、ＣＯ_２容量比を求めた試験例または比較例の結果である。

　図６に示すように、低粘度溶媒の混合比がいずれの場合であっても、主溶媒としてイオン液体を用いた場合と比較して、主溶媒として溶媒和イオン液体を用いた場合の方が、ＣＯ_２容量比が大きい結果が得られた。

　主溶媒としてイオン液体を用いた場合、低粘度溶媒の混合比をＸ［％］、二酸化炭素の濃度の比率（ＣＯ_２容量比）をＹ［％］としたときのＸ－Ｙの関係は、次の数式（Ａ）で表されることが分かった。
　Ｙ＝－０．００７８Ｘ^２＋０．７９５５Ｘ＋３９．９２６　…（Ａ）

　一方、主溶媒として溶媒和イオン液体を用いた場合、低粘度溶媒の混合比をＸ［％］、二酸化炭素の濃度の比率（ＣＯ_２容量比）をＹ［％］としたときのＸ－Ｙの関係は、次の数式（Ｂ）で表されることが分かった。
　Ｙ＝－０．００６９Ｘ^２＋０．５２５０Ｘ＋６２．２５　　…（Ｂ）

　表１および図６に示されるように、主溶媒としてイオン液体を用いる場合、ＣＯ_２容量比は、４８％以上であることが好ましく、５２％以上であることがより好ましく、５４％以上であることが更に好ましい。よって、数式（Ａ）に基づくと、低粘度溶媒の混合比は、ＣＯ_２容量比が４８％以上となる９～８８％が好ましく、ＣＯ_２容量比が５２％以上となる１３～８３％がより好ましく、ＣＯ_２容量比が５４％以上となる１６～８０％が更に好ましい。

　また、主溶媒として溶媒和イオン液体を用いる場合、ＣＯ_２容量比は、６５％以上であることが好ましく、６９％以上であることがより好ましく、７１％以上であることが更に好ましい。よって、数式（Ｂ）に基づくと、低粘度溶媒の混合比は、ＣＯ_２容量比が６５％以上となる６～７０％が好ましく、ＣＯ_２容量比が６９％以上となる１７～５９％がより好ましく、ＣＯ_２容量比が７１％以上となる２５～５１％が更に好ましい。

　図７は、ガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギと電極間で輸送された二酸化炭素の容量比との関係を示す図である。
　図７において、横軸は、分子軌道法ないし第１原理計算によって求めたガス媒介材と二酸化炭素との結合エネルギ（ｋｃａｌ／ｍｏｌ）、縦軸は、正極側に導入した二酸化炭素の濃度に対する負極側の二酸化炭素の濃度の比率（ＣＯ_２容量比）を示す。各プロットは、ＣＯ_２容量比を求めた試験例または比較例の結果である。

　表１に示すように、キサントン（比較例３）の結合エネルギは、－４．６ｋｃａｌ／ｍｏｌであった。キサントンは、二酸化炭素と結合する官能基が一つであるため、結合エネルギが小さく、二酸化炭素を分離する量が少ないといえる。

　これに対し、ガス媒介材を他の種類とした場合には、結合エネルギが－６．７ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも負に大きくなった。結合エネルギが－６．７ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも負に大きい領域では、結合エネルギとＣＯ_２容量比との相関は確認されなかった。この結果から、結合エネルギ－６．７～－４．６ｋｃａｌ／ｍｏｌの範囲に、ガス媒介材への結合に関して閾値があり、閾値よりも結合エネルギが負に大きいガス媒介材が有利であると分かる。

　よって、ベンゾキノン誘導体（試験例２）、ナフトキノン誘導体（試験例１３、１６）、アントラキノン誘導体（試験例１７）、ビピリジン誘導体（試験例２８～３２）は、結合エネルギが－６．７ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも負に大きいため、ガス媒介材として有効であるといえる。

　また、極性基で修飾したベンゾキノン誘導体（試験例３、６、７、９～１２）、極性基で修飾したナフトキノン誘導体（試験例１５）、極性基で修飾したアントラキノン誘導体（試験例２７）、極性基で修飾したビピリジン誘導体（試験例２８～３２）は、結合エネルギが－６．７ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも負に大きいため、極性基が置換していてもよく、極性基の種類や置換数にかかわらず、ガス媒介材として有効であるといえる。

＜結果と考察（２）＞
　表２に示すように、比較例４は、ガス媒介材をポリ（９，１０－アントラキノン）、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％Ｎ_２－９５％Ａｒとした場合であり、ＣＯ_２容量比が０％であった。

　これに対し、試験例４３は、ガス媒介材をポリ（９，１０－アントラキノン）、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、導入ガスを５％ＣＯ_２－９５％Ａｒとした場合であり、反応容量比が６２％であった。この結果から、ポリ（９，１０－アントラキノン）は、二酸化炭素を充放電時に脱着する能力があることが分かる。

　試験例４４は、ガス媒介材をポリ（９，１０－アントラキノン）、主溶媒をＢＭＩ－ＴＦＳＩ、低粘度溶媒として炭酸プロピレン（ＰＣ）を添加した場合であり、反応容量比が向上する結果が得られた。低粘度溶媒を添加することにより、非水電解液が低粘度化し、電極間のイオン伝導率が向上して、電気化学セルの抵抗が低下したものと考えられる。

　試験例４５、４６は、ガス媒介材をポリ（９，１０－アントラキノン）、主溶媒を溶媒和イオン液体であるテトラグライム（Ｇ４）とリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドとの混合溶媒とした場合であり、反応容量比が向上する結果が得られた。試験例４６のとおり、低粘度溶媒として炭酸プロピレン（ＰＣ）を添加した場合、反応容量比がより向上した。この結果は、通常のイオン液体よりも、溶媒和イオン液体を用いた方が、イオンの拡散が進み易く、ガス媒介材と二酸化炭素との反応が起こり易いことが要因であると考えられる。

　試験例４７、４８は、ガス媒介材をポリ（９，１０－アントラキノン）、主溶媒を溶媒和イオン液体であるスルホラン（ＳＬ）とリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドとの混合溶媒とした場合であり、反応容量比が向上する結果が得られた。試験例４８のとおり、低粘度溶媒として炭酸１，２－ブチレン（ＢＣ）を添加した場合、反応容量比がより向上した。

　表２に示すように、ポリ（９，１０－アントラキノン）の結合エネルギは、－１７．１ｋｃａｌ／ｍｏｌであった。なお、結合エネルギは、モノマに対して二酸化炭素が２分子結合すると仮定して計算した。図７に示すように、結合エネルギ－６．７～－４．６ｋｃａｌ／ｍｏｌの範囲に、ガス媒介材への結合に関して閾値があるところ、ポリ（９，１０－アントラキノン）は、結合エネルギが－６．７ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも負に大きいため、反応容量比が高い結果が得られた。

　この結果から、高分子型のガス媒介材の結合エネルギを、モノマを仮定して計算しても、ガス媒介材としての有効性を判断できるといえる。高分子型のガス媒介材としては、低分子型のガス媒介材と同様に、極性基が置換していてもよく、低分子型のガス媒介材の残基を置換基または単量体として含むオリゴマや、低分子型のガス媒介材の残基を置換基または単量体として含むポリマが使用できるといえる。

１　　　燃焼器
２　　　熱交換器
３　　　回収系統
４　　　水電解装置
５　　　供給系統
１０　　ガス分離装置
１１　　第１反応器
１２　　第２反応器
２０　　ガス分離装置
１００　電気化学セル
１０１　接続部
１０２　外部電源
１１０　正極
１２０　負極
１３０　電解質部
２００　電気化学セル
２０１　接続部
２０２　外部電源
２０３　外部負荷
２１０　正極
２２０　負極
２３０　電解質部
３００　ガスシステム
Ｌ１　　供給管（排ガス）
Ｌ２　　移送管（二酸化炭素ガス）
Ｌ３　　返送管
Ｌ４　　供給管（水素ガス）
Ｌ５　　移送管（一酸化炭素ガス）
Ｌ６　　供給管（空気）

Claims

　一対の電極と、
　前記電極同士の間に介在する電解質部と、
　前記電極同士を電源と電気的に接続する接続部と、を備え、
　前記電極または前記電解質部は、酸化還元反応によって所定のガス種との結合性が変わるガス媒介材を有し、
　前記電解質部は、非水電解液を有し、
　前記非水電解液は、イオン液体、または、カチオンが溶媒和した溶媒和イオン液体と、前記イオン液体または前記溶媒和イオン液体よりも低い粘度を示す低粘度溶媒と、を含み、
　前記低粘度溶媒は、前記非水電解液の８０質量％以下であることを特徴とするガス分離装置。
　請求項１に記載のガス分離装置において、
　前記ガス媒介材は、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、フェナントレキノン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、キノリン誘導体、ジアザフルオレン誘導体、アントロン誘導体、キサントン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ピリミジン誘導体、イミダゾール誘導体、これらを含むオリゴマ、または、これらを含むポリマであることを特徴とするガス分離装置。
　請求項２に記載のガス分離装置おいて、
　前記ガス媒介材は、１，２－ベンゾキノン、１，４－ベンゾキノン、１，２－ナフトキノン、１，４－ナフトキノン、２，６－ナフトキノン、１，２－アントラキノン、９，１０－アントラキノン、これらを含むオリゴマ、または、これらを含むポリマであることを特徴とするガス分離装置。
　請求項２に記載のガス分離装置おいて、
　前記ガス媒介材は、２，２’－ビピリジン、２，３’－ビピリジン、２，４’－ビピリジン、３，３’－ビピリジン、３，４’－ビピリジン、４，４’－ビピリジン、ジピリジン－３－イルメタノン、１，８－ジアザフルオレン－９－オン、これらを含むオリゴマ、または、これらを含むポリマであることを特徴とするガス分離装置。
　請求項４に記載のガス分離装置において、
　前記ガス媒介材は、ポリ（１，４－アントラキノン）、ポリ（１，５－アントラキノン）、ポリ（１，８－アントラキノン）、または、ポリ（２，６－アントラキノン）であることを特徴とするガス分離装置。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガス分離装置において、
　前記電極の一方は、ポリビニルフェロセンまたはポリ（３－（４－フルオロフェニル）チオフェン）を含むことを特徴とするガス分離装置。
　請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガス分離装置において、
　前記低粘度溶媒は、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、リン酸トリメチル、γ－ブチロラクトン、リン酸トリエチル、亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）、および、メチルホスホン酸ジメチルのいずれか一種類以上を含むことを特徴とするガス分離装置。
　請求項１乃至７のいずれか一項に記載のガス分離装置において、
　前記非水電解液は、前記イオン液体を含み、
　前記イオン液体は、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、または、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートであることを特徴とするガス分離装置。
　請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス分離装置において、
　前記非水電解液は、前記溶媒和イオン液体を含み、
　前記溶媒和イオン液体は、金属塩と溶媒を有し、
　前記溶媒は、トリグライムまたはテトラグライムを有し、
　前記溶媒和イオン液体は、前記溶媒に対する金属塩のモル比が１であることを特徴とするガス分離装置。
　請求項１乃至９のいずれか一項に記載のガス分離装置において、
　前記非水電解液は、前記溶媒和イオン液体を含み、
　前記溶媒和イオン液体は、金属塩と溶媒を有し、
　前記溶媒は、スルホランまたはその誘導体を有し、
　前記溶媒和イオン液体は、前記金属塩に対する前記溶媒のモル比が２以上６以下であることを特徴とするガス分離装置。
　請求項９または１０に記載のガス分離装置において、
　前記金属塩がリチウム塩であることを特徴とするガス分離装置。
　請求項１１に記載のガス分離装置において、
　前記リチウム塩がリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドであることを特徴とするガス分離装置。
　請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のガス分離装置において、
　前記電解質部は、酸化物粒子を有することを特徴とするガス分離装置。
　請求項１３に記載のガス分離装置において、
　前記酸化物粒子は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、または、希土類酸化物であることを特徴とするガス分離装置。
　請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のガス分離装置において、
　前記電極は、導電材を有し、
　前記導電材は、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラフェン、ガラス状炭素、活性炭、アモルファス炭素、ポリビニルフェロセン、または、ポリ（３－（４－フルオロフェニル）チオフェン）であることを特徴とするガス分離装置。
　請求項１乃至１５のいずれか一項に記載されたガス分離装置と、
　燃焼器から排出された排ガスまたは大気中の空気を前記ガス分離装置に供給する供給管と、
　前記ガス分離装置で前記排ガスまたは前記空気から分離された分離ガスが送られる貯蔵容器または反応器と、
　前記分離ガスを前記ガス分離装置から前記貯蔵容器または前記反応器に送る移送管と、を備え、
　前記分離ガスを前記貯蔵容器に回収するか、または、前記分離ガスを前記反応器で改質するガスシステム。