WO2023053920A1 - 二酸化炭素回収システム - Google Patents

二酸化炭素回収システム Download PDF

Info

Publication number
WO2023053920A1
WO2023053920A1 PCT/JP2022/034052 JP2022034052W WO2023053920A1 WO 2023053920 A1 WO2023053920 A1 WO 2023053920A1 JP 2022034052 W JP2022034052 W JP 2022034052W WO 2023053920 A1 WO2023053920 A1 WO 2023053920A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon dioxide
counter electrode
working electrode
voltage
recovery system
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/034052
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佳紀 森岡
大輝 竹崎
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Publication of WO2023053920A1 publication Critical patent/WO2023053920A1/ja

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/02Process control or regulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Definitions

  • the present disclosure relates to a carbon dioxide recovery system that recovers carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide.
  • Patent Document 1 proposes a gas separation system that separates carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas (eg, air) through an electrochemical reaction.
  • the working electrode of the electrochemical cell is provided with a carbon dioxide adsorbent capable of adsorbing carbon dioxide.
  • the carbon dioxide adsorbent is an electroactive species, and by changing the potential difference between the working electrode and the counter electrode, it is possible to switch between adsorption and release of carbon dioxide by the carbon dioxide adsorbent.
  • a separator is provided between the working electrode and the counter electrode.
  • the separator is saturated with an electrolytic material (eg, electrolyte solution) to prevent drying of the electrodes.
  • the reaction between the electrolytic solution and impurities in the carbon dioxide-containing gas, or the secondary reaction between the electrolytic solution and the electrode material within the potential range where the electrolytic solution does not originally cause an oxidation-reduction reaction. Reactions may occur and volatile products may be generated. Volatile products may cause offensive odors and may adversely affect the system.
  • decomposition of the electrolytic solution deteriorates the adsorption performance of carbon dioxide, and as a result, the system may be adversely affected.
  • the present disclosure aims to provide a carbon dioxide recovery system capable of suppressing adverse effects caused by electrolytes.
  • a carbon dioxide recovery system is a carbon dioxide recovery system that separates carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide by an electrochemical reaction,
  • An electrochemical cell having a working electrode containing a carbon dioxide adsorbent and a counter electrode, By applying a voltage between the working electrode and the counter electrode, electrons are supplied from the counter electrode to the working electrode, and the carbon dioxide adsorbent adsorbs carbon dioxide as the electrons are supplied, An electrolyte is provided between the working electrode and the counter electrode,
  • the electrolytic substance is a substance that has oxidation-reduction resistance to at least one of the carbon dioxide-containing gas, the working electrode and the counter electrode when a voltage is applied between the working electrode and the counter electrode.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a carbon dioxide recovery system according to one embodiment
  • FIG. 1 is a perspective view showing a carbon dioxide capture device in one embodiment
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a plurality of electrochemical cells are stacked in one embodiment
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrochemical cell in one embodiment
  • the carbon dioxide recovery system 1 of this embodiment includes a carbon dioxide recovery device 10, a pump 11, a channel switching valve 12, a carbon dioxide utilization device 13, and a control device .
  • the carbon dioxide recovery device 10 is a device that separates and recovers carbon dioxide from carbon dioxide-containing gas.
  • the carbon dioxide-containing gas for example, the air or the exhaust gas of an internal combustion engine can be used.
  • the carbon dioxide-containing gas also contains gases other than carbon dioxide.
  • the carbon dioxide recovery device 10 is supplied with the carbon dioxide-containing gas and discharges the carbon dioxide-removed gas after the carbon dioxide is recovered from the carbon dioxide-containing gas or the carbon dioxide recovered from the carbon dioxide-containing gas.
  • the configuration of the carbon dioxide capture device 10 will be described later in detail.
  • the pump 11 supplies carbon dioxide-containing gas to the carbon dioxide recovery device 10 and discharges carbon dioxide or carbon dioxide-removed gas from the carbon dioxide recovery device 10 .
  • the pump 11 is provided downstream of the carbon dioxide capture device 10 in the gas flow direction, but the pump 11 may be provided upstream of the carbon dioxide recovery device 10 in the gas flow direction.
  • the channel switching valve 12 is a three-way valve that switches the channel of the exhaust gas of the carbon dioxide capture device 10 .
  • the flow channel switching valve 12 switches the flow channel of the exhaust gas to the atmosphere side, and when carbon dioxide is discharged from the carbon dioxide recovery device 10, The exhaust gas flow path is switched to the carbon dioxide utilization device 13 side.
  • the carbon dioxide utilization device 13 is a device that utilizes carbon dioxide.
  • a storage tank that stores carbon dioxide or a conversion device that converts carbon dioxide into fuel can be used.
  • a conversion device a device that converts carbon dioxide into a hydrocarbon fuel such as methane can be used.
  • the hydrocarbon fuel may be a gaseous fuel at normal temperature and normal pressure, or a liquid fuel at normal temperature and normal pressure.
  • the control device 14 is composed of a well-known microcomputer including CPU, ROM, RAM, etc. and its peripheral circuits.
  • the control device 14 performs various calculations and processes based on control programs stored in the ROM, and controls operations of various control target devices.
  • the control device 14 of the present embodiment performs operation control of the carbon dioxide capture device 10, operation control of the pump 11, flow path switching control of the flow path switching valve 12, and the like.
  • the carbon dioxide capture device 10 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
  • FIG. 2 to 4 the gas flow direction is the direction from the front side to the back side of the page, and the cell stacking direction is the vertical direction of the page.
  • the carbon dioxide capture device 10 includes a storage section 100.
  • the housing part 100 is formed in a box shape, and can be configured using, for example, a metal material.
  • the housing portion 100 houses an electrochemical cell 101 .
  • the carbon dioxide recovery device 10 adsorbs and desorbs carbon dioxide through an electrochemical reaction in the electrochemical cell 101, and separates and recovers carbon dioxide from the carbon dioxide-containing gas.
  • the housing part 100 has two openings. These two openings are an introduction part 100a for introducing the carbon dioxide-containing gas and an exhaust part (not shown) for discharging the carbon dioxide-removed gas and carbon dioxide from the inside.
  • the direction of gas flow is the direction in which the carbon dioxide-containing gas passes through the storage section 100, and is the direction from the introduction section 100a of the storage section 100 toward the discharge section.
  • the carbon dioxide-containing gas flows from the front side of the paper toward the back of the paper.
  • the accommodating portion 100 has an introduction portion 100a on the front side in the figure and a discharge portion on the back side in the figure. Opening and closing members for opening and closing each of the introduction section 100a and the discharge section of the storage section 100 may be provided.
  • a plurality of electrochemical cells 101 are stacked and arranged inside the housing portion 100 .
  • the cell stacking direction in which the plurality of electrochemical cells 101 are stacked is a direction orthogonal to the gas flow direction.
  • Each electrochemical cell 101 is formed in a plate shape and arranged so that the plate surface intersects with the cell stacking direction.
  • FIG. 3 shows a state in which a plurality of electrochemical cells 101 are stacked.
  • FIG. 4 shows one electrochemical cell 101 .
  • the constituent elements of the electrochemical cell 101 such as the working electrode current collecting layer 103 are shown spaced apart from each other.
  • a predetermined gap is provided between adjacent electrochemical cells 101 .
  • a gap provided between adjacent electrochemical cells 101 constitutes a gas channel 102 through which a carbon dioxide-containing gas flows.
  • the electrochemical cell 101 includes a working electrode collector layer 103, a working electrode 104, a counter electrode collector layer 105, a counter electrode 106 and a separator 107.
  • Adjacent electrochemical cells 101 have one working electrode current collecting layer 103 and the other counter electrode current collecting layer 105 facing each other with the gas channel 102 interposed therebetween.
  • an electrolytic solution 108 which is an electrolyte, is provided between the working electrode 104 and the counter electrode 106.
  • working electrode 104 , counter electrode 106 and separator 107 are saturated with electrolyte 108 .
  • the electrolytic solution 108 will be described later in detail.
  • the working electrode collector layer 103, the working electrode 104, the counter electrode collector layer 105, the counter electrode 106, and the separator 107 are each configured in a plate shape.
  • the electrochemical cell 101 is configured as a laminate in which a working electrode collector layer 103, a working electrode 104, a counter electrode collector layer 105, a counter electrode 106, and a separator 107 are laminated.
  • the direction in which the working electrode current collecting layers 103 and the like of the individual electrochemical cells 101 are stacked is the same direction as the cell stacking direction in which the plurality of electrochemical cells 101 are stacked.
  • the working electrode current collecting layer 103 is a porous conductive material having pores through which carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide can pass.
  • the working electrode current collecting layer 103 may have gas permeability and electrical conductivity, and for example, a metal material or a carbonaceous material can be used. In this embodiment, a metal porous body is used as the working electrode current collecting layer 103 .
  • the working electrode 104 contains a carbon dioxide adsorbent, a conductive substance, and a binder.
  • the carbon dioxide adsorbent, conductive substance and binder are used in the form of a mixture.
  • the carbon dioxide adsorbent absorbs carbon dioxide by receiving electrons, and desorbs the adsorbed carbon dioxide by releasing electrons.
  • Polyanthraquinone for example, can be used as the carbon dioxide adsorbent.
  • the conductive substance forms a conductive path to the carbon dioxide adsorbent.
  • Carbon materials such as carbon nanotubes, carbon black, and graphene can be used as the conductive substance.
  • the binder is provided to hold carbon dioxide adsorbents and conductive substances.
  • a conductive resin for example, can be used as the binder.
  • an epoxy resin containing Ag or the like as a conductive filler a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), or the like can be used.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the counter electrode current collecting layer 105 is a conductive material.
  • a metal material or a carbonaceous material can be used.
  • a metal plate is used as the counter electrode collector layer 105 .
  • the counter electrode 106 contains an electroactive auxiliary material, a conductive substance, and a binder.
  • the conductive material and binder of the counter electrode 106 have the same configuration as that of the working electrode 104, so the description thereof is omitted.
  • the counter electrode 106 is made of a material containing an active material that serves as an electron donor.
  • the electroactive auxiliary material of the counter electrode 106 is an auxiliary electroactive species that exchanges electrons with the carbon dioxide adsorbent of the working electrode 104 .
  • a metal complex that enables transfer of electrons by changing the valence of metal ions can be used.
  • metal complexes include cyclopentadienyl metal complexes such as ferrocene, nickelocene and cobaltocene, and porphyrin metal complexes. These metal complexes may be polymeric or monomeric.
  • the separator 107 is arranged between the working electrode 104 and the counter electrode 106 to separate the working electrode 104 and the counter electrode 106 .
  • the separator 107 is an insulating ion-permeable membrane that prevents physical contact between the working electrode 104 and the counter electrode 106 to suppress electrical short-circuiting and allows ions to pass through.
  • a cellulose film, a polymer, a composite material of polymer and ceramic, or the like can be used as the separator 107.
  • the electrochemical cell 101 is provided with a power source 109 connected to the working electrode current collecting layer 103 and the counter electrode current collecting layer 105 .
  • a power supply 109 can apply a predetermined voltage to the working electrode 104 and the counter electrode 106 to change the potential difference between the working electrode 104 and the counter electrode 106 .
  • the working electrode 104 is the negative electrode and the counter electrode 106 is the positive electrode.
  • the electrochemical cell 101 switches between a carbon dioxide recovery mode in which carbon dioxide is recovered by the working electrode 104 and a carbon dioxide release mode in which carbon dioxide is released from the working electrode 104.
  • the carbon dioxide recovery mode is a charge mode in which the electrochemical cell 101 is charged
  • the carbon dioxide release mode is a discharge mode in which the electrochemical cell 101 is discharged.
  • a first voltage V1 is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106, and electrons are supplied from the counter electrode 106 to the working electrode 104.
  • working electrode potential At the first voltage V1, working electrode potential ⁇ counter electrode potential.
  • the first voltage V1 can be in the range of 0.5 to 2.0V, for example.
  • the second voltage V2 is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106, and electrons are supplied from the working electrode 104 to the counter electrode 106.
  • the second voltage V2 is a voltage different from the first voltage V1.
  • the electrolytic solution 108 of this embodiment employs a substance having at least one of resistance to addition reaction and resistance to substitution reaction with respect to at least one of the carbon dioxide-containing gas, the working electrode 104 and the counter electrode 106. are doing.
  • the electrolyte 108 can be a carbon dioxide-containing gas and a substance that does not cause at least one of an addition reaction and a substitution reaction with at least one of the working electrode 104 and the counter electrode 106 .
  • the electrolytic solution 108 reacts with the carbon dioxide-containing gas and at least one of the working electrode 104 and the counter electrode 106 in an oxidation-reduction resistant reaction.
  • a substance having properties can be used.
  • the electrolyte 108 uses a substance that does not exhibit an oxidation-reduction reaction with at least one of the carbon dioxide-containing gas, the working electrode and the counter electrode when a voltage is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106. be able to.
  • the electrolytic solution 108 reacts with a carbon dioxide-containing gas, a working electrode For at least one of 104 and counter electrode 106, a material having oxidation-reduction resistance can be used.
  • the electrolytic solution 108 when a voltage within the range of the first voltage V1 or more and the second voltage V2 or less is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106, the carbon dioxide-containing gas, the working electrode 104 and the counter electrode 106 It is possible to use a substance that does not exhibit an oxidation-reduction reaction with respect to at least one of
  • the electrolytic solution 108 can be a substance that is resistant to decomposition under normal temperature and normal pressure when a voltage is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106 .
  • the electrolytic solution 108 can be a substance that does not undergo a decomposition reaction under normal temperature and normal pressure when a voltage is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106 .
  • the electrolytic solution 108 is a substance having anti-decomposition reaction when a voltage within the range of the first voltage V1 or more and the second voltage V2 or less is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106.
  • the electrolyte 108 may be a substance that does not undergo a decomposition reaction when a voltage within the range of the first voltage V1 or more and the second voltage V2 or less is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106. can.
  • the electrolytic solution 108 can use a substance that has stability with respect to the constituent materials of the electrochemical cell 101 . That is, the electrolytic solution 108 can use a substance having reactivity resistance with respect to the constituent materials of the electrochemical cell 101 .
  • the electrolytic solution 108 can be a substance that does not easily generate a volatile product by an electrochemical reaction.
  • a substance that produces less volatile products due to an electrochemical reaction is It can be used as the electrolytic solution 108 .
  • the electrolytic solution 108 a substance that does not generate a volatile product by electrochemical reaction can be used.
  • an ionic liquid can be used as the electrolytic solution 108 .
  • An ionic liquid is a liquid salt having non-volatility under normal temperature and normal pressure.
  • cation species of the ionic liquid cation species represented by any of the following general formulas (1) to (6) can be used.
  • X is an atom containing a group 15 element that becomes a monovalent cation.
  • Q is an O atom, an S atom, or a group represented by general formula (7) below.
  • R 1 to R 4 each independently represent a group excluding hydrogen.
  • each R n independently represents a group. That is, R n may be hydrogen or a chemical group other than hydrogen.
  • R 1 to R 4 are each independently an alkyl group, an alkoxyalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, or a heterocyclic group; good too. Furthermore, the groups represented by R 1 to R 4 in general formulas (1) to (6) may each independently be a group having 1 to 10 carbon atoms.
  • each R n is independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxyalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. good. Furthermore, in general formulas (2) to (7), the groups represented by R n may each independently be hydrogen or a group having 1 to 5 carbon atoms.
  • X may be an atom having no unpaired electrons. Specifically, in general formulas (1) to (6), X may be an N atom or a P atom.
  • anion species that do not show hydrolysis reaction can be used as the anion species of the ionic liquid.
  • the anionic species of the ionic liquid can be a monoatomic anion or a polyatomic anion in which the side chains attached to the central atom contain atoms other than halogen. That is, in the carbon dioxide recovery system 1 of the present embodiment, as the anion species of the ionic liquid, an anion species in which the central atom is an inorganic element and the side chains bonded to the central atom are formed only by halogen is not used.
  • the anion species of the ionic liquid may be an organic anion containing a plurality of fluorine atoms as shown in chemical formula 8 below.
  • the electrolytic solution 108 is always in contact with an environmental gas (atmosphere, etc.) that is a carbon dioxide-containing gas, and is supplied with oxygen (O 2 ) and water (H 2 O) that serve as radical sources. Therefore, the influence of the addition reaction and the substitution reaction on the electrolytic solution 108 has become more conspicuous.
  • the electrolytic solution 108 exhibits at least one of resistance to addition reaction and resistance to substitution reaction with respect to at least one of the carbon dioxide-containing gas and the working electrode 104 and the counter electrode 106.
  • the electrolyte 108 a substance is used that has anti-decomposition reaction under normal temperature and normal pressure when a voltage is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106.
  • FIG. According to this, it is possible to suppress the occurrence of an addition reaction, a substitution reaction, or a decomposition reaction of the electrolytic solution 108 with respect to at least one of the carbon dioxide-containing gas, the working electrode 104 and the counter electrode 106. Become.
  • a voltage in the range of a first voltage or more and a second voltage or less is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106 as the electrolytic solution 108, the carbon dioxide-containing gas, the working electrode For at least one of 104 and counter electrode 106, a substance having redox-resistant reactivity or a substance having decomposition-resistant reactivity is used.
  • the counter electrode 106 is made of a material having an active material that serves as an electron donor. According to this, electrons can be donated at the counter electrode 106, and the electron-withdrawing potential can be lowered.
  • the electrolytic solution 108 is an ionic liquid
  • the cation species represented by any one of the general formulas (1) to (6) is used as the cation species of the ionic liquid. According to this, since the cation species does not use a substance having a double bond in the valence part that easily causes an addition reaction or a substance that has a cyclic structure that easily causes a substitution reaction, redox with contaminants from the environmental atmosphere is avoided. Stability against reactions can be improved.
  • the electrolytic solution 108 is an ionic liquid, and an anion species having hydrolysis resistance is used as the anion species of the ionic liquid. According to this, it is possible to suppress the electrolytic solution 108 from reacting with water contained in the carbon dioxide-containing gas and causing a decomposition reaction. Moreover, the hydrophobicity of the electrolytic solution 108 is improved, and generation of radicals due to water contained in the carbon dioxide-containing gas can be suppressed.
  • the electrolytic solution 108 a substance having stability with respect to the constituent materials of the electrochemical cell 101 is used. According to this, it is possible to reduce the generation of gas due to the reaction between the constituent material of the electrochemical cell 101 eluted into the electrolyte 108 and the electrolyte 108 .
  • the electrolytic solution 108 a material that is unlikely to generate volatile products by electrochemical reaction is used.
  • the electrolytic solution 108 a substance that does not produce volatile products by electrochemical reaction is used.
  • the electrolytic solution 108 reacts with impurities in the carbon dioxide-containing gas or a side reaction occurs between the electrolytic solution 108 and the electrode material, it is possible to suppress the production of volatile products. As a result, it is possible to prevent the carbon dioxide recovery system 1 from being adversely affected by the electrolytic solution 108 . Specifically, it is possible to suppress the generation of odor when voltage is applied to the electrochemical cell 101 . Also, the purity of the recovered carbon dioxide can be improved.
  • the liquid electrolytic solution 108 is used as the electrolytic substance, but the electrolytic substance is not limited to the electrolytic solution 108 .
  • the electrolytic substance an ionic liquid gel obtained by gelling an ionic liquid may be used, or a solid electrolyte may be used.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

二酸化炭素回収システムは、電気化学反応によって二酸化炭素を含有する二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離する。二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素吸着材を含む作用極(104)と、対極(106)とを有する電気化学セル(101)を備える。作用極(104)と対極(106)との間に電圧が印加されることで、対極(106)から作用極(104)に電子が供給され、二酸化炭素吸着材は電子が供給されることに伴って二酸化炭素を吸着する。作用極(104)と対極(106)との間には、電解物質(108)が設けられている。電解物質(108)は、作用極(104)と対極(106)との間に電圧が印加された際に、二酸化炭素含有ガス、作用極(104)および対極(106)の少なくとも1つに対して耐酸化還元反応性を有する物質である。

Description

二酸化炭素回収システム 関連出願の相互参照
 本出願は、2021年10月1日に出願された日本特許出願2021-162761号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、二酸化炭素を含有する二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムに関する。
 特許文献1では、電気化学反応によって二酸化炭素含有ガス(例えば空気)から二酸化炭素を分離するガス分離システムが提案されている。特許文献1のガス分離システムでは、電気化学セルの作用極に二酸化炭素を吸着可能な二酸化炭素吸着材が設けられている。二酸化炭素吸着材は電気活性種であり、作用極と対極の間の電位差を変化させることで、二酸化炭素吸着材による二酸化炭素の吸着と放出を切り替えることができる。
 また、作用極と対極の間には、セパレータが設けられている。セパレータは、電極の乾燥を抑制するために、電解物質(例えば電解液)で飽和されている。
特表2018-533470号公報
 しかしながら、上記特許文献1のガス分離システムでは、電解液が本来酸化還元反応を生じない電位範囲内において、電解液と二酸化炭素含有ガス中の不純物との反応、または電解液と電極材との副反応が生じ、揮発性生成物が発生する可能性がある。そして、揮発性生成物は悪臭等の原因となりうるため、システムに悪影響を及ぼすおそれがある。また、上記特許文献1のガス分離システムでは、電解液が分解することで二酸化炭素の吸着性能が悪化し、その結果、システムに悪影響を及ぼす可能性がある。
 本開示は、上記点に鑑みて、電解物質に起因する悪影響を抑制できる二酸化炭素回収システムを提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る二酸化炭素回収システムは、電気化学反応によって二酸化炭素を含有する二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素回収システムにおいて、
 二酸化炭素吸着材を含む作用極と、対極とを有する電気化学セルを備え、
 作用極と対極との間に電圧が印加されることで、対極から作用極に電子が供給され、二酸化炭素吸着材は電子が供給されることに伴って二酸化炭素を吸着し、
 作用極と対極との間には、電解物質が設けられており、
 電解物質は、作用極と対極との間に電圧が印加された際に、二酸化炭素含有ガス、作用極および対極の少なくとも1つに対して耐酸化還元反応性を有する物質である。
 これによれば、作用極と対極との間に電圧が印加された際に、二酸化炭素含有ガス、作用極および対極の少なくとも1つと電解物質とが酸化還元反応を起こすことを抑制できる。その結果、二酸化炭素回収システムに対して、電解物質に起因する悪影響が生じることを抑制できる。
一実施形態の二酸化炭素回収システムの全体構成を示す概念図である。 一実施形態における二酸化炭素回収装置を示す斜視図である。 一実施形態における複数の電気化学セルが積層された状態を示す斜視図である。 一実施形態における電気化学セルを示す斜視図である。
 以下、本開示の一実施形態について図面を用いて説明する。図1に示すように、本実施形態の二酸化炭素回収システム1は、二酸化炭素回収装置10、ポンプ11、流路切替弁12、二酸化炭素利用装置13および制御装置14を備えている。
 二酸化炭素回収装置10は、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離して回収する装置である。二酸化炭素含有ガスは、例えば大気や内燃機関の排気ガスを用いることができる。二酸化炭素含有ガスは、二酸化炭素以外のガスも含有している。二酸化炭素回収装置10は、二酸化炭素含有ガスが供給され、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素が回収された後の二酸化炭素除去ガス、あるいは二酸化炭素含有ガスから回収した二酸化炭素を排出する。二酸化炭素回収装置10の構成については、後で詳細に説明する。
 ポンプ11は、二酸化炭素含有ガスを二酸化炭素回収装置10に供給し、二酸化炭素または二酸化炭素除去ガスを二酸化炭素回収装置10から排出する。図1に示す例では、二酸化炭素回収装置10のガス流れ方向の下流側にポンプ11が設けられているが、二酸化炭素回収装置10のガス流れ上流側にポンプ11が設けられていてもよい。
 流路切替弁12は、二酸化炭素回収装置10の排出ガスの流路を切り替える三方弁である。流路切替弁12は、二酸化炭素回収装置10から二酸化炭素除去ガスが排出される場合は、排出ガスの流路を大気側に切り替え、二酸化炭素回収装置10から二酸化炭素が排出される場合は、排出ガスの流路を二酸化炭素利用装置13側に切り替える。
 二酸化炭素利用装置13は、二酸化炭素を利用する装置である。二酸化炭素利用装置13としては、例えば二酸化炭素を貯蔵する貯蔵タンクや二酸化炭素を燃料に変換する変換装置を用いることができる。変換装置は、二酸化炭素をメタン等の炭化水素燃料に変換する装置を用いることができる。炭化水素燃料は、常温常圧で気体の燃料であってもよく、常温常圧で液体の燃料であってもよい。
 制御装置14は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置14は、ROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、各種制御対象機器の作動を制御する。本実施形態の制御装置14は、二酸化炭素回収装置10の作動制御、ポンプ11の作動制御、流路切替弁12の流路切替制御等を行う。
 次に、本実施形態の二酸化炭素回収装置10を図2~図4を用いて説明する。図2~図4において、紙面手前から紙面奥側に向かう方向がガス流れ方向であり、紙面上下方向がセル積層方向である。
 図2に示すように、二酸化炭素回収装置10は、収容部100を備えている。収容部100は、箱状に形成されており、例えば金属材料を用いて構成することができる。収容部100には、電気化学セル101が収容されている。二酸化炭素回収装置10は、電気化学セル101の電気化学反応によって二酸化炭素の吸着および脱離を行い、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離して回収する。
 収容部100は、2つの開口部を有している。これら2つの開口部は、二酸化炭素含有ガスを内部に導入させる導入部100aと、二酸化炭素除去ガスや二酸化炭素を内部から排出させる排出部(図示せず)である。ガス流れ方向は、二酸化炭素含有ガスが収容部100を通過する際の流れ方向であり、収容部100の導入部100aから排出部に向かう方向である。
 図2において、二酸化炭素含有ガスは、紙面手前側から紙面奥側に向かって流れるようになっている。このため、収容部100は、図中の手前側が導入部100aとなっており、図中の奥側が排出部となっている。なお、収容部100の導入部100aおよび排出部には、それぞれを開閉する開閉部材を設けてもよい。
 図2に示すように、収容部100の内部には、複数の電気化学セル101が積層して配置されている。複数の電気化学セル101が積層されているセル積層方向は、ガス流れ方向に直交する方向となっている。個々の電気化学セル101は板状に構成されており、板面がセル積層方向と交わるように配置されている。
 図3は、複数の電気化学セル101が積層された状態を示している。図4は、1個の電気化学セル101を示している。図4では、作用極集電層103などの電気化学セル101の構成要素を、それぞれ間隔を設けて図示しているが、実際はこれらの構成要素は接するように積層して配置されている。
 図3に示すように、隣接する電気化学セル101の間には、所定の隙間が設けられている。隣接する電気化学セル101の間に設けられた隙間は、二酸化炭素含有ガスが流れるガス流路102を構成している。
 図3および図4に示すように、電気化学セル101は、作用極集電層103、作用極104、対極集電層105、対極106およびセパレータ107を備えている。隣り合う電気化学セル101は、ガス流路102を挟んで一方の作用極集電層103と他方の対極集電層105が対向している。
 図4に示すように、作用極104と対極106との間には、電解物質である電解液108が設けられている。本実施形態では、作用極104、対極106およびセパレータ107は、電解液108で飽和されている。電解液108については、後で詳細に説明する。
 作用極集電層103、作用極104、対極集電層105、対極106、セパレータ107は、それぞれ板状に構成されている。電気化学セル101は、作用極集電層103、作用極104、対極集電層105、対極106、セパレータ107が積層された積層体として構成されている。個々の電気化学セル101の作用極集電層103等が積層されている方向と、複数の電気化学セル101が積層されているセル積層方向は、同一方向である。
 作用極集電層103は、二酸化炭素を含んだ二酸化炭素含有ガスが通過可能な孔を有する多孔質の導電性材料である。作用極集電層103としては、ガス透過性と導電性を有していればよく、例えば金属材料や炭素質材料を用いることができる。本実施形態では、作用極集電層103として金属多孔質体を用いている。
 作用極104は、二酸化炭素吸着材、導電性物質、バインダを含んでいる。二酸化炭素吸着材、導電性物質およびバインダは、混合物の状態で用いられる。
 二酸化炭素吸着材は、電子を受け取ることで二酸化炭素を吸着し、電子を放出することで吸着していた二酸化炭素を脱離する。二酸化炭素吸着材としては、例えばポリアントラキノンを用いることができる。
 導電性物質は、二酸化炭素吸着材への導電路を形成する。導電性物質としては、例えばカーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェン等の炭素材料を用いることができる。
 バインダは、二酸化炭素吸着材や導電性物質を保持するために設けられている。バインダとしては、例えば導電性樹脂を用いることができる。導電性樹脂としては、導電性フィラーとしてAg等を含有するエポキシ樹脂やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素樹脂等を用いることができる。
 対極集電層105は導電性材料である。対極集電層105としては、例えば金属材料や炭素質材料を用いることができる。本実施形態では、対極集電層105として金属板を用いている。
 対極106は、電気活性補助材、導電性物質、バインダを含んでいる。対極106の導電性物質、バインダは、作用極104と同様の構成であるので説明を省略する。本実施形態では、対極106は、電子供与剤となる活物質を有する材質で構成されている。
 対極106の電気活性補助材は、作用極104の二酸化炭素吸着材との間で電子の授受を行う補助的な電気活性種である。電気活性補助材としては、例えば金属イオンの価数が変化することで、電子の授受を可能とする金属錯体を用いることができる。このような金属錯体としては、フェロセン、ニッケロセン、コバルトセン等のシクロペンタジエニル金属錯体、あるいはポルフィリン金属錯体等を挙げることができる。これらの金属錯体は、ポリマーでもモノマーでもよい。
 セパレータ107は、作用極104と対極106の間に配置されており、作用極104と対極106を分離している。セパレータ107は、作用極104と対極106の物理的な接触を防いで電気的短絡を抑制するとともに、イオンを透過させる絶縁性イオン透過膜である。セパレータ107としては、セルロース膜やポリマー、ポリマーとセラミックの複合材料等を用いることができる。
 電気化学セル101には、作用極集電層103と対極集電層105に接続された電源109が設けられている。電源109は、作用極104と対極106に所定の電圧を印加し、作用極104と対極106の電位差を変化させることができる。作用極104は負極であり、対極106は正極である。
 電気化学セル101は、作用極104と対極106の電位差を変化させることで、作用極104で二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収モードと、作用極104から二酸化炭素を放出する二酸化炭素放出モードを切り替えて作動することができる。二酸化炭素回収モードは電気化学セル101を充電する充電モードであり、二酸化炭素放出モードは電気化学セル101を放電する放電モードである。
 二酸化炭素回収モードでは、作用極104と対極106の間に第1電圧V1が印加され、対極106から作用極104に電子が供給される。第1電圧V1では、作用極電位<対極電位となっている。第1電圧V1は、例えば0.5~2.0Vの範囲内とすることができる。
 二酸化炭素放出モードでは、作用極104と対極106の間に第2電圧V2が印加され、作用極104から対極106に電子が供給される。第2電圧V2は、第1電圧V1と異なる電圧である。第2電圧V2は、第1電圧V1より低い電圧であればよく、作用極電位と対極電位の大小関係は限定されない。つまり、二酸化炭素放出モードでは、作用極電位<対極電位でもよく、作用極電位=対極電位でもよく、作用極電位>対極電位でもよい。
 次に、本実施形態の電解液108について説明する。本実施形態の二酸化炭素回収システム1では、電解液108は、二酸化炭素含有ガス、作用極104および対極106の少なくとも1つに対して耐付加反応性および耐置換反応の少なくとも一方を有する物質を採用している。例えば、電解液108は、二酸化炭素含有ガス、作用極104および対極106の少なくとも1つに対して付加反応および置換反応の少なくとも一方が生じない物質を用いることができる。
 具体的には、電解液108は、作用極104と対極106との間に電圧が印加された際に、二酸化炭素含有ガス、作用極104および対極106の少なくとも1つに対して耐酸化還元反応性を有する物質を用いることができる。例えば、電解液108は、作用極104と対極106との間に電圧が印加された際に、二酸化炭素含有ガス、作用極および対極の少なくとも1つに対して酸化還元反応を示さない物質を用いることができる。
 より詳細には、電解液108は、作用極104と対極106との間に第1電圧V1以上、第2電圧V2以下の範囲内の電圧が印加された際に、二酸化炭素含有ガス、作用極104および対極106の少なくとも1つに対して耐酸化還元反応性を有する物質を用いることができる。例えば電解液108は、作用極104と対極106との間に第1電圧V1以上、第2電圧V2以下の範囲内の電圧が印加された際に、二酸化炭素含有ガス、作用極104および対極106の少なくとも1つに対して酸化還元反応を示さない物質を用いることができる。
 また、電解液108は、作用極104と対極106との間に電圧が印加された際に、常温常圧下で耐分解反応性を有する物質を用いることができる。例えば、電解液108は、作用極104と対極106との間に電圧が印加された際に、常温常圧下で分解反応を示さない物質を用いることができる。
 より詳細には、電解液108は、作用極104と対極106との間に第1電圧V1以上、第2電圧V2以下の範囲内の電圧が印加された際に、耐分解反応性を有する物質を用いることができる。例えば、電解液108は、作用極104と対極106との間に第1電圧V1以上、第2電圧V2以下の範囲内の電圧が印加された際に、分解反応を示さない物質を用いることができる。
 また、電解液108は、電気化学セル101の構成材料に対して安定性を有する物質を用いることができる。すなわち、電解液108は、電気化学セル101の構成材料に対して耐反応性を有する物質を用いることができる。
 また、電解液108は、電気化学反応により揮発性の生成物が生じ難い物質を用いることができる。例えば、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド[Emin][N(CN)]を電解液として用いた場合と比較して、電気化学反応により揮発性の生成物が生じ難い物質を、電解液108として用いることができる。また、電解液108として、電気化学反応により揮発性の生成物が生じない物質を用いることができる。
 また、電解液108は、イオン液体を用いることができる。イオン液体は、常温常圧下で不揮発性を有する液体の塩である。
 イオン液体のカチオン種は、下記一般式(1)~(6)のいずれかで表されるカチオン種を用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 一般式(1)~(6)において、Xは1価の陽イオンとなる15族元素を含む原子である。一般式(1)~(6)において、Qは、O原子、S原子、および下記の一般式(7)で表される基のうちのいずれかである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 一般式(1)~(6)中、R~Rは、それぞれ独立に、水素を除く基を表す。一般式(2)~(7)中、Rは、それぞれ独立に基を表す。すなわち、Rは、水素であってもよいし、水素以外の化学基であってもよい。
 一般式(1)~(6)中、R~Rは、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、および複素環基のうちのいずれかであってもよい。さらに、一般式(1)~(6)中、R~Rで表される基は、それぞれ独立に、炭素数1~10の基であってもよい。
 一般式(2)~(7)中、Rは、それぞれ独立に、水素、アルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、および複素環基のうちのいずれかであってもよい。さらに、一般式(2)~(7)中、Rで表される基は、それぞれ独立に、水素および炭素数1~5の基のいずれかであってもよい。
 一般式(1)~(6)において、Xは、不対電子を有しない原子であってもよい。具体的には、一般式(1)~(6)において、XはN原子またはP原子であってもよい。
 イオン液体のアニオン種は、加水分解反応を示さないアニオン種を用いることができる。詳細には、イオン液体のアニオン種は、単原子アニオン、または中心原子に結合する側鎖がハロゲン以外の原子を含む多原子アニオンを用いることができる。すなわち、本実施形態の二酸化炭素回収システム1では、イオン液体のアニオン種として、中心原子が無機元素であって、中心原子に結合する側鎖がハロゲンのみで形成されるアニオン種を用いない。
 具体的には、イオン液体のアニオン種は、下記の化学式8で示すような複数のフッ素原子を含む有機アニオンであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 ところで、従来の二酸化炭素回収システムでは、二酸化炭素回収装置10において、環境雰囲気からの混入物が作用極104または対極106への電子供給に伴いラジカル化し、電解液108への求核付加反応を引き起こし、分子構造を不安定化させて分解反応を引き起こす可能性があった。特に、従来の二酸化炭素回収システムでは、電解液108が常に二酸化炭素含有ガスである環境ガス(大気等)と接触し、ラジカル源となる酸素(O)や水(HO)が供給され続けるため、電解液108への付加反応や置換反応の影響がより顕在的になっていた。
 これに対し、本実施形態の二酸化炭素回収システム1では、電解液108として、二酸化炭素含有ガス、作用極104および対極106の少なくとも1つに対して耐付加反応性および耐置換反応の少なくとも一方を有する物質を用いている。また、電解液108として、作用極104と対極106との間に電圧が印加された際に、常温常圧下で耐分解反応性を有する物質を用いている。これによれば、電解液108が二酸化炭素含有ガス、作用極104および対極106の少なくとも1つに対して付加反応や置換反応を生じたり、分解反応が生じたりすることを抑制することが可能となる。
 また、本実施形態では、電解液108として、作用極104と対極106との間に第1電圧以上、第2電圧以下の範囲内の電圧が印加された際に、二酸化炭素含有ガス、作用極104および対極106の少なくとも1つに対して耐酸化還元反応性を有する物質、または耐分解反応性を有する物質を用いている。このように、二酸化炭素回収システム1において印加する電圧範囲を制限することで、環境雰囲気からの混入物のラジカル生成反応や、電解液108単独での分解反応を抑制できる。
 また、本実施形態では、対極106は、電子供与剤となる活物質を有する材質で構成されている。これによれば、対極106において、電子供与を行い、電子求引電位を低下させることができる。
 また、本実施形態では、電解液108をイオン液体とするとともに、イオン液体のカチオン種として、上記一般式(1)~(6)のいずれかで表されるカチオン種を用いている。これによれば、カチオン種として、価数部に付加反応が生じやすい二重結合を有する物質や、置換反応が生じやすい環状構造を有する物質を用いないため、環境雰囲気からの混入物とのレドックス反応に対する安定性を向上できる。
 また、本実施形態では、電解液108をイオン液体とするとともに、イオン液体のアニオン種として、耐加水分解反応性を有するアニオン種を用いている。これによれば、電解液108が二酸化炭素含有ガスに含まれる水と反応して分解反応が生じることを抑制できる。また、電解液108の疎水性が向上し、二酸化炭素含有ガスに含まれる水に起因したラジカル生成を抑制できる。
 また、本実施形態では、電解液108として、電気化学セル101の構成材料に対して安定性を有する物質を用いている。これによれば、電解液108に溶出した電気化学セル101の構成材料と電解液108との反応によるガスの発生を低減させることができる。
 また、本実施形態では、電解液108として、電気化学反応により揮発性の生成物が生じ難い物資を用いている。具体的には、電解液108として、電気化学反応により揮発性の生成物が生じない物質を用いている。
 これによれば、電解液108と二酸化炭素含有ガス中の不純物との反応や、電解液108と電極材との副反応が生じた場合でも、揮発性の生成物が生じることを抑制できる。その結果、二酸化炭素回収システム1に、電解液108に起因する悪影響が及ぶことを抑制できる。具体的には、電気化学セル101への電圧印加時に臭いが発生することを抑制できる。また、回収された二酸化炭素の純度を向上させることができる。
 さらに、揮発性の生成物が生じる副反応が生じないため、電気化学セル101において蓄電や二酸化炭素の吸着反応を伴わない電荷移動を抑制することができる。これにより、二酸化炭素回収時のエネルギ効率を向上させることができる。また、作用極104および対極106の特性劣化を抑制できる。
 本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
 例えば、上述した実施形態では、電解物質として、液体状の電解液108を用いた例について説明したが、電解物質は電解液108に限定されない。電解物質として、イオン液体をゲル化したイオン液体ゲルを用いてもよいし、固体状の固体電解質を用いてもよい。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (14)

  1.  電気化学反応によって二酸化炭素を含有する二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素回収システムであって、
     二酸化炭素吸着材を含む作用極(104)と、対極(106)とを有する電気化学セル(101)を備え、
     前記作用極と前記対極との間に電圧が印加されることで、前記対極から前記作用極に電子が供給され、前記二酸化炭素吸着材は電子が供給されることに伴って二酸化炭素を吸着し、
     前記作用極と前記対極との間には、電解物質(108)が設けられており、
     前記電解物質は、前記作用極と前記対極との間に電圧が印加された際に、前記二酸化炭素含有ガス、前記作用極および前記対極の少なくとも1つに対して耐酸化還元反応性を有する物質である二酸化炭素回収システム。
  2.  前記電解物質は、前記作用極と前記対極との間に電圧が印加された際に、常温常圧下で耐分解反応性を有する物質である請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
  3.  前記作用極と前記対極との間に第1電圧(V1)が印加されることで、前記対極から前記作用極に電子が供給され、前記二酸化炭素吸着材は電子が供給されることに伴って二酸化炭素を吸着し、
     前記作用極と前記対極との間に前記第1電圧と異なる第2電圧が印加されることで、前記作用極から前記対極に電子が供給され、前記二酸化炭素吸着材は電子を放出するとともに二酸化炭素を脱離し、
     前記電解物質は、前記作用極と前記対極との間に前記第1電圧以上、前記第2電圧以下の範囲内の電圧が印加された際に、前記二酸化炭素含有ガス、前記作用極および前記対極の少なくとも1つに対して耐酸化還元反応性を有する物質である請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
  4.  前記作用極と前記対極との間に第1電圧が印加されることで、前記対極から前記作用極に電子が供給され、前記二酸化炭素吸着材は電子が供給されることに伴って二酸化炭素を吸着し、
     前記作用極と前記対極との間に前記第1電圧と異なる第2電圧が印加されることで、前記作用極から前記対極に電子が供給され、前記二酸化炭素吸着材は電子を放出するとともに二酸化炭素を脱離し、
     前記電解物質は、前記作用極と前記対極との間に前記第1電圧以上、前記第2電圧以下の範囲内の電圧が印加された際に、耐分解反応性を有する物質である請求項2に記載の二酸化炭素回収システム。
  5.  前記対極は、電子供与剤となる活物質を有する材質で構成されている請求項3または4に記載の二酸化炭素回収システム。
  6.  前記電解物質は、イオン液体であり、
     前記イオン液体のカチオン種は、下記一般式(1)~(6)のいずれかで表されるカチオン種である請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
     一般式(1)~(6)において、
     Xは1価の陽イオンとなる15族元素を含む原子であり、
     Qは、O原子、S原子、および上記の一般式(7)で表される基のうちのいずれかであり、
     R~Rは、それぞれ独立に、水素を除く基を表し、
     Rは、それぞれ独立に基を表す。
  7.  前記一般式(1)~(6)中、R~Rは、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、および複素環基のうちのいずれかであり、
     前記一般式(2)~(7)中、Rは、それぞれ独立に、水素、アルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、および複素環基のうちのいずれかである請求項6に記載の二酸化炭素回収システム。
  8.  前記一般式(1)~(6)中、R~Rで表される基は、それぞれ独立に、炭素数1~10の基であり、
     前記一般式(2)~(7)中、Rで表される基は、それぞれ独立に、水素および炭素数1~5の基のいずれかである請求項7に記載の二酸化炭素回収システム。
  9.  前記一般式(1)~(6)において、XはN原子またはP原子である請求項6ないし8のいずれか1つに記載の二酸化炭素回収システム。
  10.  前記一般式(1)~(6)において、Xは、不対電子を有しない原子である請求項6ないし9のいずれか1つに記載の二酸化炭素回収システム。
  11.  前記電解物質は、イオン液体であり、
     前記イオン液体のアニオン種は、耐加水分解反応性を有するアニオン種である請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
  12.  前記イオン液体のアニオン種は、単原子アニオン、または中心原子に結合する側鎖がハロゲン以外の原子を含む多原子アニオンである請求項11に記載の二酸化炭素回収システム。
  13.  前記イオン液体のアニオン種は、複数のフッ素原子を含む有機アニオンである請求項12に記載の二酸化炭素回収システム。
  14.  前記電解物質は、前記電気化学セルの構成材料に対して安定性を有する物質である請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
PCT/JP2022/034052 2021-10-01 2022-09-12 二酸化炭素回収システム WO2023053920A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-162761 2021-10-01
JP2021162761A JP2023053613A (ja) 2021-10-01 2021-10-01 二酸化炭素回収システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023053920A1 true WO2023053920A1 (ja) 2023-04-06

Family

ID=85782411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/034052 WO2023053920A1 (ja) 2021-10-01 2022-09-12 二酸化炭素回収システム

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023053613A (ja)
WO (1) WO2023053920A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US20210062351A1 (en) * 2019-08-28 2021-03-04 Massachusetts Institute Of Technology Electrochemically mediated gas capture, including from low concentration streams
JP2021102198A (ja) * 2019-12-25 2021-07-15 株式会社クラレ 二酸化炭素分離デバイス、空気清浄機、エアーコンディショナ、及び二酸化炭素濃縮装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US20210062351A1 (en) * 2019-08-28 2021-03-04 Massachusetts Institute Of Technology Electrochemically mediated gas capture, including from low concentration streams
JP2021102198A (ja) * 2019-12-25 2021-07-15 株式会社クラレ 二酸化炭素分離デバイス、空気清浄機、エアーコンディショナ、及び二酸化炭素濃縮装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023053613A (ja) 2023-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102645762B1 (ko) 전기화학적 기체 분리 방법
KR100509573B1 (ko) 마이크로 연료전지 전원팩용 표면 모사 연료전지
US11964232B2 (en) Carbon dioxide recovery system and working electrode
EP3988201A1 (en) Carbon dioxide recovery system and working electrode
WO2023053920A1 (ja) 二酸化炭素回収システム
JP2023161226A (ja) 二酸化炭素回収システム
WO2023047984A1 (ja) 二酸化炭素回収システム
JPWO2008143020A1 (ja) 固体高分子型燃料電池
KR101138570B1 (ko) 전기 화학 커패시터
JP2014107342A (ja) 蓄電素子モジュール及び蓄電素子モジュールの製造方法
JP2023046605A (ja) ガス回収システム
US20230381715A1 (en) Carbon dioxide recovery system
US20220387930A1 (en) Carbon dioxide recovery system
CN1288785C (zh) 电源装置及其操作方法
WO2023047982A1 (ja) ガス回収システム
JP2023182287A (ja) 二酸化炭素回収装置
US20230383429A1 (en) Carbon dioxide recovery system
WO2024014483A1 (ja) 電気化学セル
WO2023047983A1 (ja) ガス回収システム
WO2024009858A1 (ja) 電気化学セル
JP2023176216A (ja) 電気化学セル、電気化学セルを備えるガス回収システム、および電気化学セルの製造方法
WO2024009859A1 (ja) ガス回収システム
JP2024008535A (ja) 電気化学セルおよびその製造方法
JP2024011778A (ja) 電気化学セル
JP2024004909A (ja) 二酸化炭素回収システム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22875792

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1