电化学反应装置的制作方法

本发明的实施方式涉及电化学反应装置。

背景技术：

1、近年来，担心石油、煤炭这样的化石燃料的枯竭，对能够持续利用的可再生能源的期待正在高涨。从这样的能源问题、进而环境问题的观点等出发，使用太阳光等可再生能源将二氧化碳电化学还原、制作可贮存的化学能源的人工光合作用技术的开发正在推进。实现人工光合作用技术的电化学反应装置具有例如将水(h2o)氧化以生成氧(o2)的阳极、和将二氧化碳(co2)还原以生成碳化合物的阴极。电化学反应装置的阳极和阴极一般与来自太阳光发电、水力发电、风力发电、地热发电等可再生能源的电源连接。

2、就电化学反应装置的阴极而言，例如以浸渍于溶解有二氧化碳的水中或者与在流路中流动的溶解有二氧化碳的水相接的方式配置。阴极从来自可再生能源的电源获得二氧化碳的还原电位，从而将二氧化碳还原以生成一氧化碳(co)、甲酸(hcooh)、甲醇(ch3oh)、甲烷(ch4)、乙醇(c2h5oh)、乙烷(c2h6)、乙烯(c2h4)、乙二醇(c2h6o2)等碳化合物。

3、在使用上述这样的可再生能源在电化学上大量地进行二氧化碳的还原的情况下，由于焦耳热，反应部的温度上升。溶解于水中的二氧化碳的量依赖于温度，因此水中的二氧化碳的量发生变化，利用价值降低。进而，由于天气、风力情况等的变化，电力容易产生变动，存在与其相伴地对阴极的施加电位容易变动这样的问题。由此，焦耳热也变动，产生运行中的反应部的温度发生变动的问题。这成为二氧化碳的还原生成物的可利用性、利用价值降低的主要因素。作为解决这样的问题的手法，在实验上也进行了将能够施加恒定电位的恒电位器这样的电源用于阴极，使电化学反应装置运行(三极式)，但这样的话，将失去利用可再生能源产生的优点，在成本、效率上成为问题。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2017-48442号公报

7、专利文献2：日本特表2017-31467号公报

8、非专利文献

9、非专利文献1：col in oloman等人，“electrochemical process ing of carbondioxide”chemsuschem 2008，1，385-391

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、本发明要解决的课题在于提供一种电化学反应装置，其能够抑制：在大量地进行二氧化碳的还原的情况下，反应部的温度由于焦耳热而上升、变动，二氧化碳的还原生成物的生成量、组成随时间变化。

3、用于解决课题的手段

4、实施方式的电化学反应装置具备：具有第一容纳部和第二容纳部的第一反应部,该第一容纳部用于容纳包含二氧化碳的气体或包含二氧化碳的第一电解液,该第二容纳部用于容纳包含水的第二电解液；配置于第一容纳部、将二氧化碳还原以生成还原生成物的阴极；配置于第二容纳部、将水氧化以生成氧化生成物的阳极；调节第一容纳部内的压力的第一压力调节部；检测第一反应部的温度的温度检测部；和基于温度检测部的检测信号来控制压力调节部的控制部。

技术特征：

1.电化学反应装置的控制方法，所述电化学反应装置具备：

2.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，所述隔膜包含多孔膜。

3.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，采用与所述第一反应部接触的温度检测部来检测所述第一反应部的温度。

4.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，所述电化学反应装置具备多个所述第一反应部。

5.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，所述第一反应部的温度为60℃以上且150℃以下。

6.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，导入所述第一容纳部的所述二氧化碳的浓度用体积百分率计，为5％以上且20％以下。

7.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，导入所述第一容纳部的所述二氧化碳的浓度用体积百分率计，为5％以上且20％以下，导入所述第一容纳部的所述二氧化碳的压力为3个大气压以上。

8.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，所述第一反应部的温度与导入所述第一容纳部的所述二氧化碳的温度之差为20℃以内。

9.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，所述电化学反应装置还具备使所述还原生成物反应的第二反应部。

10.根据权利要求9所述的电化学反应装置的控制方法，其中，在60℃以上且150℃以下的温度下将所述还原生成物供给至所述第二反应部。

11.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，所述还原生成物包含二氧化碳、一氧化碳和氢，所述还原生成物的所述氢的浓度用体积百分率计，为0.1％以上且不到5％。

12.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，将所述第一容纳部内的压力调节到0.1mpa以上且6.4mpa以下。

13.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，调节所述第二容纳部内的压力。

14.根据权利要求13所述的电化学反应装置的控制方法，其中，将所述第一容纳部内的压力与第二容纳部内的压力之差调节在0.5mpa以内。

15.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，还原所述二氧化碳时的所述阴极的电流密度为100ma/cm2以上且1.5a/cm2以下。

16.根据权利要求1所述的电化学反应装置的控制方法，其中，所述电解液包含水，采用所述阳极将所述水氧化，从而生成氧化生成物。

技术总结
本发明涉及电化学反应装置。提供能够抑制二氧化碳的还原生成物的生成量、组成由于反应部的温度变化而随时间变动的电化学反应装置。电化学反应装置具备：具有第一容纳部和第二容纳部的第一反应部，上述第一容纳部用于容纳包含二氧化碳的气体或包含二氧化碳的第一电解液，上述第二容纳部用于容纳包含水的第二电解液；配置于第一容纳部、将二氧化碳还原以生成还原生成物的阴极；配置于第二容纳部、将水氧化以生成氧化生成物的阳极；调节第一容纳部内的压力的第一压力调节部；检测第一反应部的温度的温度检测部；和基于温度检测部的检测信号来控制压力调节部的控制部。

技术研发人员：御子柴智,元茂朝日,北川良太,小野昭彦,小藤勇介,工藤由纪,山际正和
受保护的技术使用者：株式会社东芝
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6