二氧化碳回收系统和工作电极

1.本发明涉及一种从co2含有气体中回收co2的二氧化碳回收系统、以及该二氧化碳回收系统中使用的工作电极。


背景技术：

2.在jp2018-533470a中，提出了一种通过电化学反应将co2从co2含有气体中分离的装置。
3.jp2018-533470a中描述的装置包括工作电极设置有co2吸附剂的电化学电池。当在电化学电池的工作电极与反电极之间施加电位差并向工作电极供给电子时，co2吸附剂中包含的官能团吸引电子并形成co2吸附点。
4.此外，在jp2018-533470a中描述的装置中，多孔的碳纤维被用作电极基材。多孔的碳纤维用作集电体，并且co2含有气体可以通过多孔的碳纤维的空隙扩散并与co2吸附剂接触。
5.在二氧化碳回收系统中，增加co2吸附点的密度对于获得所需的co2回收率是有效的，同时也减小了系统的尺寸。然而，单独使用co2吸附剂难以增加co2吸附点的密度。
6.此外，尽管可以通过使co2吸附剂与多孔电极基材接触来增加工作电极中的co2吸附剂表面与co2含有气体之间的接触面积，但是由于电极基材的存在，工作电极中的co2吸附点的密度增加的程度是有限的。


技术实现要素：

7.鉴于上述各点，本发明的目的在于提供一种能够增加电化学电池中的co2吸附点的密度的二氧化碳回收系统、以及该二氧化碳回收系统中使用的工作电极。
8.为了实现上述目的，根据本公开的一个方面的二氧化碳回收系统是通过电化学反应从含有co2的co2含有气体中分离co2的二氧化碳回收系统。该二氧化碳回收系统包括电化学电池(101)，上述电化学电池包括：含有co2吸附剂(102b)的工作电极(102)；以及反电极(103)。工作电极与反电极之间的施加电压使电子从反电极供给到工作电极，并且使co2吸附剂在供给电子时与co2结合。co2吸附剂是结晶性多孔体，并且具有交换电子并与co2结合的官能团规则地布置的分子结构。
9.因此，可以在构成co2吸附剂的结晶性多孔体中规则地布置co2吸附点，并且可以增加co2吸附点的密度。其结果是，可以在减小二氧化碳回收系统的尺寸的同时，获得期望的co2回收率。
10.上述每个组件后面的括号中的附图标记表示与以下实施方式中描述的特定装置的对应关系。根据本公开的发明不限于特定装置。
附图说明
11.在附图中：
图1是示出根据本发明的实施方式的二氧化碳回收系统的图；图2是示出co2回收装置的图；图3是电化学电池的剖视图；图4是示出电化学电池的工作电极的剖视图；图5是用于描述结晶性多孔体中的晶格结点和桥接部的图；图6是用于描述cau-8的结晶结构的图；图7是用于描述在co2回收装置的co2回收模式和co2排放模式下执行的工作的图；图8是示出co2回收模式下的工作电极处的co2吸附的图；图9是示出co2排放模式下的工作电极处的co2脱附的图；图10是示出co2回收装置中的co2吸附时间和脱附时间的图；图11是示出实施方式和比较例中的co2吸附点的密度的图；图12是示出实施方式和比较例中的co2最大吸附量的图；图13是示出实施方式和比较例中的co2吸附速率的图；图14是示出电化学电池的变形例的图。
具体实施方式
12.以下，将使用附图对本发明的实施方式进行描述。如图1所示，本实施方式的二氧化碳回收系统10包括压缩机11、co2回收装置100、流路切换阀12、co2利用装置13和控制装置14。
13.压缩机11将co2含有气体泵送至co2回收装置100。co2含有气体是含有co2和除co2以外的气体的混合气体。例如，可以使用空气或内燃机的排放气体。
14.co2回收装置100是从co2含有气体中分离和回收co2的装置。co2回收装置100排放从co2含有气体中回收co2之后的co2去除气体、或排放从co2含有气体中回收的co2。稍后将详细描述co2回收装置100的构造。
15.流路切换阀12是用于对从co2回收装置100排放的气体的流路进行切换的三通阀。当从co2回收装置100排放co2去除气体时，流路切换阀12将排放气体的流路切换到大气侧。当从co2回收装置100排放co2时，排放气体的流路被切换到co2利用装置13侧。
16.co2利用装置13是利用co2的装置。co2利用装置13的示例包括存储co2的储罐和将co2转换为燃料的转换装置。转换装置可以使用将co2转换为诸如甲烷的碳氢燃料的装置。碳氢燃料可以是常温常压下的气体燃料或者常温常压下的液体燃料。
17.控制装置14由包括cpu、rom、ram等的已知的微型计算机和该微型计算机的外围电路组成。控制装置14基于存储在rom中的控制程序来执行各种计算和处理，并且控制各种受控装置的工作。本实施方式的控制装置14执行压缩机11的工作控制、co2回收装置100的工作控制、流路切换阀12的流路切换控制等。
18.接着，将使用图2描述co2回收装置100。如图2所示，co2回收装置100包括电化学电池101。电化学电池101包括工作电极102、反电极103和绝缘层104。在图2所示的示例中，工作电极102、反电极103和绝缘层104分别呈板状。尽管在图2中以隔开间隔的状态示出了工作电极102、反电极103和绝缘层104，但是实际上这些部件被布置成彼此接触。
19.电化学电池101可以容纳在容器内(未示出)。容器可以包括气体入口和气体出口，
上述气体入口用于允许co2含有气体流入容器，上述气体出口用于允许co2去除气体或co2流出容器。
20.co2回收装置100通过电化学反应吸附和脱附co2，并且能够从co2含有气体中分离和回收co2。co2回收装置100具有向工作电极102和反电极103施加预定电压的电源105，并且能够改变工作电极102与反电极103之间的电位差。工作电极102是负电极，反电极103是正电极。
21.电化学电池101通过改变工作电极102与反电极103之间的电位差在co2回收模式(其中在工作电极102处回收co2)与co2排放模式(其中从工作电极102排放co2)之间切换来工作。co2回收模式是使电化学电池101充电的充电模式。co2排放模式是使电化学电池101放电的放电模式。
22.在co2回收模式下，在工作电极102与反电极103之间施加第一电压v1，并且从反电极103向工作电极102供给电子。在第一电压v1下，工作电极电位低于反电极电位。第一电压v1例如可以处于0.5到2.0v的范围内。
23.在co2排放模式下，在工作电极102与反电极103之间施加更低的第二电压v2，并且从工作电极102向反电极103供给电子。第二电压v2是低于第一电压v1的电压，并且工作电极电位与反电极电位之间的大小关系并未被限定。也就是说，在co2排放模式下，工作电极电位可以低于反电极电位、工作电极电位可以等于反电极电位、或者工作电极电位可以高于反电极电位。
24.如图3和图4所示，工作电极102包括工作电极基材(电极基材)102a、co2吸附剂102b、工作电极导电材料102c和工作电极粘合剂102d。为了方便起见，图3示出了co2吸附剂102b、工作电极导电材料102c和工作电极粘合剂102d位于与工作电极基材102a不同的位置。然而，实际上，co2吸附剂102b、工作电极导电材料102c和工作电极粘合剂102d设置在多孔的工作电极基材102a的内部。
25.工作电极基材102a是多孔且导电的材料，该材料具有能供co2含有气体穿过的孔。工作电极基材102a的示例包括碳质材料和金属材料。能用于形成工作电极基材102a的碳质材料的示例包括碳纸、碳布、无纺布碳垫和多孔的气体扩散层(gdl)。能用于形成工作电极基材102a的金属材料的示例包括金属(诸如，al或ni)加工成网状形式的金属网格。
26.co2吸附剂102b具有氧化还原活性，并且含有能够可逆地引起氧化还原反应的电活性物质。co2吸附剂102b能够在处于还原状态时结合和吸附co2，并且在处于氧化状态时排放co2。
27.在本实施方式中，将结晶性多孔体用作co2吸附剂102b。结晶性多孔体具有原子或分子以重复模式立体地布置的结晶结构。此外，形成有大量的孔，从而使co2含有气体能够穿过。用作co2吸附剂102b的结晶性多孔体具有通过交换电子与co2结合的官能团规则地布置的分子结构。
28.图5概念性地示出了构成co2吸附剂102b的结晶性多孔体。结晶性多孔体包含具有晶格结点和桥接部的晶格。晶格结点是晶体中的周围原子排列相同的点。晶格结点是位于晶胞的拐角的点，并且是晶胞相交处的点。桥接部表示将相邻的晶格结点连结的部件。
29.在图5中，x表示存在于晶格结点中的原子，y表示存在于桥接部中的分子。如图5所示，交换电子的官能团布置在晶格的桥接部y处。注意，尽管图5示出了存在于晶格结点处的
原子x与其他三个原子结合的示例，但是它们也可以与四个以上的其他原子结合。
30.co2吸附剂102b包含交换电子并与co2结合的官能团。交换电子的官能团的示例包括如下的官能团：包含具有高电负性的原子、诸如f、o、n、cl、s。
31.为了使结晶性多孔体具有平面或立体结构，存在于晶格结点的原子必须与三个以上的其他原子结合。具有高电负性的原子难以满足这个条件。因此，在本实施方式的co2吸附剂102b中，通过在晶格的桥接部布置交换电子的官能团来实现稳定的结晶结构。
32.与co2结合的官能团交换电子，并且用作co2吸附点。在本实施方式中，含有o原子的官能团、诸如酮基(c＝o)被用作结合到co2的官能团。
33.构成co2吸附剂102b的结晶性多孔体可以例如使用金属有机架构(mof)、共价有机架构(cof)和碳质材料中的至少一种。在金属有机架构中，由于含有交换电子的官能团的有机配体形成与金属的配位键，因此，交换电子的官能团可以规则地布置在结构的内部。在共价有机架构中，由于含有交换电子的官能团的单体形成键以形成晶格，因此，交换电子的官能团可以规则地布置在结构的内部。在碳质材料中，例如，通过对碳纳米管进行氧化处理、或者通过用转移电子的官能团掺杂石墨烯，可以使交换电子的官能团规则地布置在结构的内部。
34.在本实施方式中，将金属有机架构用作co2吸附剂102b。金属有机架构是金属离子由有机配体桥接的多孔结构。金属离子构成晶格结点，并且有机配体构成桥接部。金属有机架构的有机配体包含与co2结合的官能团。
35.构成co2吸附剂102b的金属有机架构的示例包括cau-8和[cu(2，7-aqdc)(dmf)]
∞
(cu-mof)。在这些金属有机架构中，交换电子的官能团布置在结晶性多孔体的桥接部处。其结果是，交换电子的官能团在多孔结晶体中以高密度规则地布置。
[0036]
cau-8是在“h.reinsch，m.kruger，j.marrot，n.stock，第一酮基功能化微孔铝基金属有机架构(first keto-functionalized microporous al-based metal organic framework)：[al(oh)(o2c-c6h
4-co-c6h
4-co2)]，无机化学杂志(inorg.chem.)，2013，52，1854-1859”中发表的金属有机架构。cau-8包含作为金属离子的铝离子以及作为有机配体的二苯甲酮二羧酸酯(benzophenone dicarboxylate)。cau-8可以通过二苯甲酮二羧酸(benzophenone dicarboxylic acid)与al2(so4)3在二甲基甲酰胺(dmf)中反应来合成。
[0037]
cau-8具有如下所示的al(oh)(o2c-c6h
4-co-c6h
4-co2)单元，以作为基本单元。
[0038]
如图6所示，在cau-8中，四个二苯甲酮二羧酸酯分子(o2c-c6h
4-co-c6h
4-co2)对双核铝复合物进行桥接。cau-8中的al
3+
离子通过六个o原子的配位键形成alo6正八面体。cau-8具有共享顶点的o原子的反式连接的alo6正八面体的直链。在cau-8中，铝离子对应于晶格结点，二苯甲酮二羧酸酯分子(o2c-c6h
4-co-c6h
4-co2)对应于桥接部。在二苯甲酮二羧酸酯中，含有官能团的o原子可以用作交换电子的官能团。二苯甲酮二羧酸酯包含酮基(c＝o)以作为交换电子的官能团。其结果是，在cau-8中，交换电子的酮基以高密度规则地布置。
[0039]
cu-mof是在“zhongyue zhang，hirofumi yoshikawa，and kunio awaga，锂电池中的cu(2,7-aqdc)(aqdc＝蒽醌二羧酸酯)的固态电化学监测：金属有机架构中的金属和配体氧化还原活性的共存(monitoring the solid-state electrochemistry of cu(2,7-aqdc)(aqdc＝anthraquinone dicarboxylate)in a lithium battery：coexistence of metal and ligand redox activities in a metal organic framework)，美国化学会志(j.am.chem.soc.)2014，136，46，16112-16115”中发表的金属有机架构。cu-mof包含作为金属离子的铜离子以及作为有机配体的蒽醌二羧酸酯。cu-mof可以通过cu(clo4)2和具有蒽醌架构的2,7-h2aqdc(2,7-蒽醌二羧酸酯)在二甲基甲酰胺(dmf)中反应来合成。
[0040]
在cu-mof中，2,7-h2aqdc中的2位和7位的羧酸基团对桨轮型的双核cu复合物进行桥接以形成二维薄片，并且由于二维薄片的蒽醌分子之间的π-π堆叠，获得了堆叠的立体结构。cu-mof可以由cuc
16
h6o6表示。此外，铜离子对应于晶格结点，蒽醌二羧酸酯分子(anthraquinone dicarboxylate molecule)对应于桥接部。蒽醌二羧酸酯分子包含酮基(c＝o)以作为交换电子的官能团。
[0041]
在本实施方式中，cau-8用作构成co2吸附剂102b的金属有机架构。co2吸附剂102b是颗粒形式的材料，并且能在模制成粒料等后使用。
[0042]
工作电极导电材料102c形成通向co2吸附剂102b的导电路径。工作电极导电材料102c的示例包括诸如碳纳米管、炭黑和石墨烯的碳质材料。在本实施方式中，co2吸附剂102b和工作电极导电材料102c被用作混合物。
[0043]
co2吸附剂102b和工作电极导电材料102c的混合以如下方式进行：通过例如将工作电极导电材料102c溶解在诸如nmp(n-甲基吡咯烷酮)的有机溶剂中，然后使分散在有机溶剂中的工作电极导电材料102c与co2吸附剂102b接触。工作电极导电材料102c与co2吸附剂102b之间的接触可以通过含有co2吸附剂102b的工作电极基材102a浸入到已分散有工作电极导电材料102c的溶剂中的润浸涂布法等来实现。其结果是，工作电极导电材料102c可以均匀地与co2吸附剂102b接触。
[0044]
提供工作电极粘合剂102d以将co2吸附剂102b保持在工作电极基材102a中。工作电极粘合剂102d具有粘附力，并且设置在co2吸附剂102b与工作电极基材102a之间。
[0045]
在本实施方式中，co2吸附剂102b、工作电极导电材料102c和工作电极粘合剂102d用作混合物。也就是说，使用co2吸附剂102b和工作电极导电材料102c分散在工作电极粘合剂102d中的混合层。形成co2吸附剂102b、工作电极导电材料102c和工作电极粘合剂102d的混合物，并且该混合物粘附于工作电极基材102a。
[0046]
导电树脂可以用作工作电极粘合剂102d。导电树脂的示例包括环氧树脂以及含有银等作为导电填料的诸如聚四氟乙烯(ptfe)或聚偏氟乙烯(pvdf)的氟树脂。
[0047]
以与工作电极导电材料102c类似的方式，可以通过使用有机溶剂来使工作电极粘
合剂102d与含有co2吸附剂102b的工作电极基材102a接触。替代地，工作电极粘合剂102d和co2吸附剂102b的原材料可以使用均质器等进行分散和混合，然后将混合物模制并压力结合到工作电极基材102。也可以将工作电极粘合剂102d和co2吸附剂102b的混合物喷涂到工作电极基材102a上。
[0048]
返回到图3，反电极103具有与工作电极102相同的构造，并且设置有反电极基材103a、电活性辅助材料103b、反电极导电材料103c和反电极粘合剂103d。
[0049]
电活性辅助材料(辅助材料)103b具有与co2吸附剂102b相反的氧化还原状态，并且包括与co2吸附剂102b交换电子的辅助电活性物质。为了使工作电极102的co2吸附剂102b有效地吸附co2，需要从反电极103向工作电极102供给更多的电子。其结果是，期望在反电极基材103a上支承尽可能多的电活性辅助材料103b。
[0050]
电活性辅助材料103b的示例包括通过改变金属离子的价态来实现电子转移的金属络合物。这种金属络合物的示例包括诸如二茂铁、二茂镍和二茂钴的环戊二烯基金属络合物、以及卟啉金属络合物。在本实施方式中，如下所示的聚乙烯二茂铁被用作电活性辅助材料103b。
[0051]
绝缘层104布置在工作电极102与反电极103之间，并且将工作电极102和反电极103分离。绝缘层104防止工作电极102与反电极103之间的物理接触，并且抑制电短路。
[0052]
作为绝缘层104，可以使用分离件或诸如空气的气体层。在本实施方式中，将多孔的分离件用作绝缘层104。分离件的材料的示例包括由纤维素膜、聚合物以及包含聚合物和陶瓷的复合材料制成的分离件。
[0053]
在工作电极102与反电极103之间设置具有离子导电性的离子导电材料106。离子导电材料106隔着绝缘层104设置在工作电极102与反电极103之间。
[0054]
离子导电材料106与co2吸附剂102b接触。当co2吸附剂102b与co2结合时，离子导电材料106中包含的离子促进co2吸附剂102b的电子吸引。离子导电材料106中包含的离子不会与同co2结合的co2吸附剂102b中包含的官能团直接反应。
[0055]
作为离子导电材料106，可以使用离子液体或固体电解质等。离子液体是在常温常压下不挥发的液体盐。当离子液体用作离子导电材料106时，离子液体可以呈凝胶形式以防止从电化学电池101洗脱。当将固体电解质用作离子导电材料106时，期望使用由聚合物电解质等制成的离聚物来增加与co2吸附剂102b接触的面积。
[0056]
离子液体的示例包括1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺([emim]
[tf2n])、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺([bmim])[tf2n])和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([bmim][bf4])。
[0057]
接着，将对本实施方式的二氧化碳回收系统10的工作进行描述。如图7所示，二氧化碳回收系统10通过在co2回收模式与co2排放模式之间交替地切换来工作。二氧化碳回收系统10的工作由控制装置14控制。
[0058]
首先，将对co2回收模式进行描述。在co2回收模式下，压缩机11工作以向co2回收装置100供给co2含有气体。在co2回收装置100中，将施加在工作电极102与反电极103之间的电压设定为第一电压v1。其结果是，可以同时地实现反电极103的电活性辅助材料103b的电子供给和工作电极102的co2吸附剂102b的电子吸引。反电极103的电活性辅助材料103b释放电子而处于氧化状态，并且从反电极103向工作电极102供给电子。
[0059]
如图8所示，工作电极102的co2吸附剂102b接收电子而处于还原状态。工作电极导电材料102c用作导电路径，通过该导电路径传导供给到co2吸附剂102b的电子。离子导电材料106中包含的离子由“+”符号表示，并且促进来自co2吸附剂102b的电子的吸引。
[0060]
处于还原状态的co2吸附剂102b具有高co2结合强度，并且结合并吸附co2含有气体中所含的co2。其结果是，co2回收装置100能够从co2含有气体中回收co2。
[0061]
在co2由co2回收装置100回收之后，co2含有气体作为不含有co2的co2去除气体从co2回收装置100排放。流路切换阀12将气体流路切换到大气侧，并且co2去除气体从co2回收装置100排放到大气中。
[0062]
接着，将对co2排放模式进行描述。在co2排放模式下，压缩机11停止，并且停止向co2回收装置100供给co2含有气体。在co2回收装置100中，将施加在工作电极102与反电极103之间的电压设定为第二电压v2。其结果是，可以同时地实现工作电极102的co2吸附剂102b的电子供给和反电极103的电活性辅助材料103b的电子吸引。反电极103的电活性辅助材料103b接收电子而处于还原状态。
[0063]
如图9所示，工作电极102的co2吸附剂102b排放电子而处于氧化状态。工作电极导电材料102c用作导电路径，通过该导电路径传导从co2吸附剂102b排放的电子。co2吸附剂102b的co2结合强度下降，并且co2被脱附并排放。
[0064]
从co2吸附剂102b排放的co2从co2回收装置100排放。流路切换阀12将气体流路切换到co2利用装置13侧，并且从co2回收装置100排放的co2被供给到co2利用装置13。
[0065]
接着，对由co2回收装置100实现的co2回收率与co2吸附点的密度之间的关系进行描述。如图10所示，co2吸附时间和脱附时间具有吸附时间小于脱附时间的关系。co2回收率、co2吸附率、co2脱附率和循环时间可以通过以下的式(1)至(4)获得。
[0066]
co2回收率＝co2的回收量/循环时间
···
(1)co2吸附率＝co2的吸附量/吸附时间
···
(2)co2脱附率＝co2的脱附量/脱附时间
···
(3)循环时间＝吸附时间+脱附时间
···
(4)在此，假如co2的回收量、co2的吸附量和co2的脱附量相等，则以下的式(5)成立。
[0067]
1/co2回收率＝(1/co2吸附率)+(1/co2脱附率)
···
(5)从式(5)可以看出，co2回收率随着co2吸附率的增加而增加。
[0068]
当co2吸附反应表示为co2+σ
←→
σco2(σ：co2吸附点，σco2：被吸附的co2)，co2吸附
率通过使用以下的式(6)来获得。
[0069]
co2吸附率＝ka
×
pa
×
(1－θ)－ka
’×
θ
···
(6)(ka：正向反应速率常数，pa：co2的分压，θ：co2吸附点覆盖率，ka’：反向反应速率常数)co2吸附点覆盖率θ通过使用以下的式(7)来获得。
[0070]
co2吸附点覆盖率θ＝co2的吸附量/co2最大吸附量
···
(7)co2最大吸附量通过使用以下的式(8)来获得。
[0071]
co2最大吸附量＝co2吸附点的密度
×
co2吸附剂的体积
···
(8)从式(6)到(8)可以看出，co2最大吸附量随着co2吸附点的密度的增加而增加。此外，co2吸附点覆盖率θ随着co2最大吸附量的增加而下降。同样地，co2吸附速率随着co2吸附点覆盖率θ的下降而增加。
[0072]
从上面可以得出，co2回收率随着co2吸附点的密度的增加而增加。
[0073]
接着，将对本实施方式的co2回收装置100中的co2吸附点的密度和co2最大吸附量进行描述。在图11和图12中，cau-8被用作本实施方式中的co2吸附剂102b，而在比较例中，如jp2018-533470a中所述的蒽醌被用作co2吸附剂。
[0074]
在图11中，基于jp2018-533470a中描述的数值来计算比较例中的co2吸附点的密度。基于cau-8的单结晶结构来计算本实施方式中的co2吸附点的密度。其结果是，比较例中的co2吸附点的密度为0.0085g/cm3，本实施方式中的co2吸附点的密度为0.1304g/cm3。以这种方式，与比较例相比，在本实施方式的co2回收装置中，co2吸附点的密度可以显著地增加。
[0075]
图12示出了电极的每1m2的co2最大吸附量。co2最大吸附量是当恒定电压(1.5v)施加于co2回收装置100足够长的时间时的co2吸附量。在图12中，通过实验得到了比较例中的co2最大吸附量。通过将比较例中的co2最大吸附量乘以比较例中的co2吸附点的密度与图11所示的本实施方式中的co2吸附点的密度的比率，来计算本实施方式中的co2最大吸附量。其结果是，比较例中的co2最大吸附量约为1g/m2，本实施方式中的co2最大吸附量约为16g/m2。以这种方式，与比较例相比，在本实施方式的co2回收装置中co2最大吸附量可以显著地增加。
[0076]
接着，将对本实施方式的co2回收装置100的co2回收率进行描述。图13示出了在将空气引入到容纳co2回收装置100的容器中、随后密封容器并且对co2回收装置100施加恒定电压(1.5v)时，上述容器内co2浓度随时间的变化。在图13中，cau-8用作本实施方式的co2吸附剂102b，并且jp2018-533470a中所述的蒽醌用作比较例的co2吸附剂。
[0077]
如图13所示，在由co2回收装置100吸附co2之前，容器内的co2浓度等于大气中的co2浓度。然后，当由co2回收装置100执行co2吸附时，容器内的co2浓度下降。这表明co2浓度的减小速率越高容器内的co2浓度就越高，co2回收装置100的co2吸附率就越高。
[0078]
在比较例中，容器内的co2浓度的减小速率随时间而下降。这表明，随着由co2吸附剂(蒽醌)吸附的co2量的增加，co2吸附点的覆盖率增加，并且co2吸附速率下降。相反，在本实施方式中，容器中的co2浓度的减小速率随时间保持在较高水平。这表明，由于co2吸附剂(cau-8)中的co2吸附点的密度大，co2吸附点覆盖率没有变大，这抑制了co2吸附速率的下降。
[0079]
在如上所述的本实施方式的co2回收装置100中，具有交换电子并与co2结合的规则
地布置的官能团的结晶性多孔体被用作co2吸附剂102b。因此，可以在构成co2吸附剂102b的结晶性多孔体中规则地布置co2吸附点，并且可以增加co2吸附点的密度。其结果是，可以在减小二氧化碳回收系统的尺寸的同时，获得期望的co2回收率。
[0080]
此外，在本实施方式中，构成co2吸附剂102b的结晶性多孔体具有在桥接部处交换电子的官能团。其结果是，通过在结晶的桥接部处布置包含具有高电负性的原子的官能团，可以获得稳定的结晶结构。
[0081]
此外，在本实施方式中，将含有酮基的二苯甲酮二羧酸分子与铝离子配位的cau-8用作co2吸附剂102b。其结果是，可以将交换电子的酮基布置在具有立体结晶结构的金属有机架构的桥接部处。因此，酮基可以在金属有机架构中以高密度规则地布置。
[0082]
此外，在本实施方式中，工作电极102设置有工作电极基材102a，并且co2吸附剂102b保持在工作电极基材102a中。工作电极基材102a形成co2吸附剂102b的导电路径，并且还用作保持co2吸附剂102b的支承件。
[0083]
此外，在本实施方式中，co2含有气体能穿过的多孔导电材料被用作工作电极基材102a。因此，co2含有气体可以与保持在工作电极基材102a内的co2吸附剂102b接触。
[0084]
此外，在本实施方式中，co2吸附剂102b和工作电极导电材料102c用作混合物。其结果是，co2含有气体可以通过多孔的co2含有气体102b本身扩散。此外，可以通过工作电极导电材料102c形成通向co2吸附剂102b的导电路径。其结果是，用于工作电极基材102a的原材料的量可以尽可能地减小。其结果是，工作电极102中的co2吸附剂102b的比例可以增加，并且co2吸附点的密度可以提高。
[0085]
此外，在本实施方式中，将碳质材料用作工作电极导电材料102c。因此，可以通过体积小于用作工作电极基材102a的多孔的碳纤维的体积的工作电极导电材料102c形成通向co2吸附剂102b的导电路径。
[0086]
此外，在本实施方式中，提供了与反电极103交换电子的电活性辅助材料103b。在co2回收模式中，在工作电极102与反电极103之间施加第一电压v1，使得反电极电位大于工作电位电极电位。其结果是，可以同时地实现电活性辅助材料103b的电子供给和co2吸附剂102b的电子吸引。因此，电子从电活性辅助材料103b供给到co2吸附剂102b，这使得能够增加co2吸附剂102b与co2的结合强度。
[0087]
此外，在本实施方式中，在co2排放模式中，在工作电极102与反电极103之间施加低于第一电压v1的第二电压v2。因此，可以同时地实现电活性辅助材料103b的电子吸引和co2吸附剂102b的电子供给。因此，电子从co2吸附剂102b供给到电活性辅助材料103b，这使得co2能够从co2吸附剂102b脱附。其结果是，可以分离和回收co2，并且co2吸附剂102b可以再生以再次吸附co2。
[0088]
此外，在本实施方式中，使用工作电极粘合剂102d将co2吸附剂102b保持在工作电极基材102a中。其结果是，co2吸附剂102b不太可能会从工作电极基材102a剥离，并且可以对由电化学电池101吸附的co2的量随时间的推移而下降这一情况进行抑制。
[0089]
另外，在本实施方式中，在工作电极102与反电极103之间设置绝缘层104。其结果是，可以抑制由于工作电极102与反电极103之间的物理接触而发生的电短路。
[0090]
同样地，在本实施方式中，在工作电极102与反电极103之间设置离子导电材料106。其结果是，可以促进传导到co2吸附剂102b。此外，通过使用非挥发性离子液体或固体
电解质作为离子导电材料106，可以长时间地维持离子导电材料106对co2吸附剂102b的导电促进。
[0091]
(其他实施方式)本发明不限于如上所述的实施方式，并且可以在不脱离本发明的精神的情况下如下地进行各种修改。此外，如上所述的实施方式中公开的装置可以在可行的范围内适当地组合。
[0092]
例如，在如上所述的实施方式中，电化学电池101的工作电极102、反电极103和绝缘层104分别为板状构件。然而，如图14所示，工作电极102、反电极103和绝缘层104可以分别为圆柱形构件。在这种情况下，工作电极102可以布置在最内侧，反电极103可以布置在最外侧，并且绝缘层104可以布置在工作电极102与反电极103之间。其结果是，在工作电极102的内侧形成的空间可以用作供co2含有气体穿过的气流路径。
[0093]
此外，在如上所述的实施方式中，描述了工作电极102设置有工作电极基材102a的示例。然而，不一定必须设置工作电极基材102a。由于co2含有气体可以通过多孔co2含有气体102b本身扩散，并且可以由工作电极导电材料102c形成通向co2吸附剂102b的导电路径，因此，工作电极102可以由co2吸附剂102b和导电材料102c形成。其结果是，工作电极102中的co2吸附剂102b的比例可以增加，并且co2吸附点的密度可以提高。
[0094]
此外，在如上所述的实施方式中，设置了用于将co2吸附剂102b保持在工作电极基材102a中的工作电极粘合剂102b。然而，本发明不限于此，也可以省略工作电极粘合剂102d。
[0095]
此外，在如上所述的实施方式中，在工作电极102与反电极103之间设置离子导电材料106。然而，本发明不限于此，还可以省略离子导电材料106。