JP2019052353A - Chemical reaction electrode and electrochemical cell using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学反応用電極及びそれを用いた電気化学セルに関する。 The present invention relates to an electrode for chemical reaction and an electrochemical cell using the same.
半導体を光吸収体、金属錯体を二酸化炭素還元触媒として用い、半導体から金属錯体へ励起電子が移動することによって反応が進行する人工光合成デバイスが開示されている。これを実用化するためには、高い効率で反応を生じさせる反応用電極を実現することが必要である。 An artificial photosynthetic device is disclosed in which a semiconductor is used as a light absorber and a metal complex is used as a carbon dioxide reduction catalyst, and a reaction proceeds by excitable electrons moving from the semiconductor to the metal complex. In order to put this to practical use, it is necessary to realize a reaction electrode that causes a reaction with high efficiency.
炭素化合物を還元する際の副反応による水素の発生を抑制しつつ、炭化化合物を効率的に還元する還元反応用電極を提供する技術が開示されている（特許文献１）。ここでは、金属又は半導体を含む基板と、当該基板の表面の少なくとも一部を覆い、構造体単体のサイズが１μｍ以下のカーボン材料からなるカーボン層と、当該カーボン層の表面を覆う錯体触媒層と、を備える構成する。 A technique for providing a reduction reaction electrode that efficiently reduces a carbonized compound while suppressing the generation of hydrogen due to a side reaction when reducing a carbon compound is disclosed (Patent Document 1). Here, a substrate containing a metal or a semiconductor, a carbon layer that covers at least a part of the surface of the substrate, and a carbon material made of a carbon material having a structure body size of 1 μm or less, and a complex catalyst layer that covers the surface of the carbon layer, And comprising.
ところで、従来の反応用電極では錫を含む基板が示されているが、基板に対してリード線（銅線）を接続するためには銀ペーストが通常用いられている。しかしながら、錫と銀ペーストに含まれる有機成分とが反応し、絶縁層を形成してしまうので、接点部分の電気抵抗が高くなってしまい、良好な接合とすることができなかった。 By the way, although the board | substrate containing tin is shown in the conventional electrode for reaction, silver paste is normally used in order to connect a lead wire (copper wire) with respect to a board | substrate. However, since the tin and the organic component contained in the silver paste react to form an insulating layer, the electrical resistance of the contact portion is increased, and satisfactory bonding cannot be achieved.
また、ペーストに含まれる銀（Ａｇ）は、二酸化炭素（ＣＯ２）からギ酸（ＨＣＯＯＨ）を生成する還元反応の阻害要因となる水素（Ｈ２）を発生させる原因となるおそれがある。したがって、銀（Ａｇ）が含まれるペーストを使用しないリード線の接続方法が望まれていた。 Further, silver (Ag) contained in the paste may cause generation of hydrogen (H 2 ), which is an inhibition factor for the reduction reaction that generates formic acid (HCOOH) from carbon dioxide (CO 2 ). Therefore, a lead wire connection method that does not use a paste containing silver (Ag) has been desired.
本発明の１つの態様は、錫を含有する表面を備えた基板と、前記表面に接合された金属を含むリード線と、を備え、前記リード線と前記表面との接合部が、錫、ビスマス及びインジウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする化学反応用電極である。 One aspect of the present invention includes a substrate having a surface containing tin, and a lead wire including a metal bonded to the surface, wherein a joint between the lead wire and the surface is made of tin, bismuth. And an electrode for chemical reaction, comprising at least one of indium.
ここで、前記リード線は、銅（Ｃｕ）を含むことが好適である。 Here, it is preferable that the lead wire contains copper (Cu).
本発明の別の態様は、上記化学反応用電極を含み、前記化学反応用電極に触れる弱酸性の電解質液を備え、炭素化合物を生成することを特徴とする電気化学セルである。 Another aspect of the present invention is an electrochemical cell including the above-described electrode for chemical reaction, including a weakly acidic electrolyte solution in contact with the electrode for chemical reaction, and generating a carbon compound.
本発明によれば、リード線との接合性を向上させた化学反応用電極及びそれを用いた電気化学セルを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode for chemical reaction which improved the bondability with a lead wire, and an electrochemical cell using the same can be provided.
［還元反応用電極］
図１は、実施形態に関わる還元反応用電極１００を示す。還元反応用電極１００に電圧が印加されると、基板１０に生じた電子がカーボン層１２を介して錯体触媒層１４に渡され、錯体触媒層１４における還元触媒反応に利用される。図１では、二酸化炭素（ＣＯ２）がギ酸（ＨＣＯＯＨ）に還元される態様が示されている。
[Reduction reaction electrode]
FIG. 1 shows a reduction reaction electrode 100 according to the embodiment. When a voltage is applied to the reduction reaction electrode 100, electrons generated on the substrate 10 are transferred to the complex catalyst layer 14 through the carbon layer 12 and used for the reduction catalyst reaction in the complex catalyst layer 14. FIG. 1 shows an embodiment in which carbon dioxide (CO 2 ) is reduced to formic acid (HCOOH).
基板１０は、錫（Ｓｎ）を含む材料とされる。例えば、基板１０は、錫（Ｓｎ）の単材料で構成される。また、例えば、基板１０は、錫（Ｓｎ）と銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉛（Ｐｂ）との合金とすることができる。金属、ガラス、セラミックス、樹脂等の基材上にこれらの金属又は合金を被覆して基板１０としてもよい。また、基板１０は、全体が均一な材料で構成される必要はなく、後述するリード線１６が接点部１８を介して接続される箇所が錫（Ｓｎ）を含む材料で構成されていればよい。 The substrate 10 is made of a material containing tin (Sn). For example, the substrate 10 is made of a single material of tin (Sn). Further, for example, the substrate 10 is made of an alloy of tin (Sn), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), zinc (Zn), cadmium (Cd), palladium (Pd), and lead (Pb). It can be. The substrate 10 may be formed by coating a metal, glass, ceramics, resin, or the like with a metal or alloy thereof. Moreover, the board | substrate 10 does not need to be comprised with the whole material uniformly, and the location where the lead wire 16 mentioned later is connected via the contact part 18 should just be comprised with the material containing tin (Sn). .
なお、基板１０の表面には半導体層や透明導電層を形成してもよい。例えば、基板１０は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、シリコン（Ｓｉ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等を含む構成としてもよい。 A semiconductor layer or a transparent conductive layer may be formed on the surface of the substrate 10. For example, the substrate 10 may include titanium oxide (TiO 2 ), silicon (Si), strontium titanate (SrTiO 3 ), zinc oxide (ZnO), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), and the like.
カーボン層１２は、カーボン材料（Ｃ）を含むものであればよいが、カーボン材料の構造体の単体のサイズが１ｎｍ以上１μｍ以下であることが好適である。カーボン層１２は、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン及びグラファイトの少なくとも１つを含むことが好適である。グラフェン及びグラファイトであればサイズが１ｎｍ以上１μｍ以下であることが好適である。カーボンナノチューブであれば直径が１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好適である。 The carbon layer 12 only needs to contain the carbon material (C), but it is preferable that the size of the carbon material structure is 1 nm or more and 1 μm or less. The carbon layer 12 preferably includes, for example, at least one of carbon nanotubes, graphene, and graphite. In the case of graphene and graphite, the size is preferably 1 nm or more and 1 μm or less. If it is a carbon nanotube, it is suitable for a diameter to be 1 nm or more and 40 nm or less.
カーボン層１２は、エタノール等の液体に混ぜ合わせたカーボン材料をスプレーで基板１０上に塗布し、加熱することによって形成することができる。スプレーの代わりに、スピンコートによって基板１０上に塗布してもよい。また、スピンコートを用いず、基板１０上に直接溶液を滴下して乾かして塗布してもよい。 The carbon layer 12 can be formed by applying a carbon material mixed with a liquid such as ethanol onto the substrate 10 by spraying and heating. Instead of spraying, it may be applied onto the substrate 10 by spin coating. Alternatively, the solution may be dropped directly onto the substrate 10 and dried without using spin coating.
錯体触媒層１４は、ルテニウム錯体とすることが好適である。錯体触媒層１４は、例えば、［Ｒｕ｛４，４’−ｄｉ（１−Ｈ−１−ｐｙｒｒｏｌｙｐｒｏｐｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ｝（ＣＯ）（ＭｅＣＮ）Ｃｌ２］、［Ｒｕ｛４，４’−ｄｉ（１−Ｈ−１−ｐｙｒｒｏｌｙｐｒｏｐｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ｝（ＣＯ）２Ｃｌ２］、［Ｒｕ｛４，４’−ｄｉ（１−Ｈ−１−ｐｙｒｒｏｌｙｐｒｏｐｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ｝（ＣＯ）２］ｎ、［Ｒｕ｛４，４’−ｄｉ（１−Ｈ−１−ｐｙｒｒｏｌｙｐｒｏｐｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ｝（ＣＯ）（ＣＨ３ＣＮ）Ｃｌ２］等とすることができる。 The complex catalyst layer 14 is preferably a ruthenium complex. The complex catalyst layer 14 includes, for example, [Ru {4,4′-di (1-H-1-pyrrolopropyl carbonate) -2,2′-bipyridine] (CO) (MeCN) Cl 2 ], [Ru {4, 4'-di (1-H- 1-pyrrolypropyl carbonate) -2,2'-bipyridine} (CO) 2 Cl 2], [Ru {4,4'-di (1-H-1-pyrrolypropyl carbonate) - 2,2′-bipyridine} (CO) 2 ] n , [Ru {4,4′-di (1-H-1-pyrrolopropyl carbonate) -2,2′-bipyridine] (CO) (CH 3 CN) Cl 2 ] and the like.
錯体触媒層１４による修飾は、錯体をＭｅＣＮ溶液に溶解した液をカーボン層１２の上に塗布することで作ることができる。また、錯体触媒層１４による修飾は、電解重合法により行うこともできる。作用極としてカーボン層１２を形成した基板１０の電極、対極にフッ素含有酸化スズ（ＦＴＯ）で被覆したガラス基板、参照電極にＡｇ／Ａｇ＋電極を用い、錯体触媒を含む電解液中においてＡｇ／Ａｇ＋電極に対して負電圧となるようにカソード電流を流した後、Ａｇ／Ａｇ＋電極に対して正電位となるようにアノード電流を流すことによりカーボン層１２を形成した基板１０上を錯体触媒層１４で修飾することができる。電解質の溶液には、アセトニトリル（ＭｅＣＮ）、電解質には、Ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌａｍｍｏｎｉｕｍｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ（ＴＢＡＰ）を用いることができる。 The modification by the complex catalyst layer 14 can be made by applying a solution in which the complex is dissolved in the MeCN solution on the carbon layer 12. The modification with the complex catalyst layer 14 can also be performed by an electrolytic polymerization method. An electrode of the substrate 10 on which the carbon layer 12 is formed as a working electrode, a glass substrate coated with fluorine-containing tin oxide (FTO) on the counter electrode, an Ag / Ag + electrode on the reference electrode, and Ag / Ag in an electrolyte containing a complex catalyst. A cathode current is applied to the Ag + electrode so as to be a negative voltage, and then an anode current is supplied to the Ag / Ag + electrode so as to be a positive potential, whereby a complex is formed on the substrate 10 on which the carbon layer 12 is formed. The catalyst layer 14 can be modified. Acetonitrile (MeCN) can be used for the electrolyte solution, and Tetrabutylammonium perchlorate (TBAP) can be used for the electrolyte.
このような方法を用いることによって、基板１０の表面をカーボン層１２によって効果的に被覆することができ、基板１０で発生した電子をカーボン層１２を介して錯体触媒層１４へ効率的に受け渡すことができる。これにより、還元反応を生じさせる際の副反応である水素の発生を抑制することができ、炭素化合物を錯体触媒層１４の表面において効率的に還元する還元反応用電極１００を実現することができる。 By using such a method, the surface of the substrate 10 can be effectively covered with the carbon layer 12, and electrons generated on the substrate 10 are efficiently transferred to the complex catalyst layer 14 via the carbon layer 12. be able to. Thereby, generation | occurrence | production of hydrogen which is a side reaction at the time of producing a reductive reaction can be suppressed, and the electrode 100 for reductive reaction which reduces a carbon compound efficiently on the surface of the complex catalyst layer 14 is realizable. .
リード線１６は、還元反応用電極１００から外部へと引き出される電気的導電性を有する配線である。リード線１６は、これに限定されるものではないが、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）の少なくとも１つを含む材料から構成することができる。 The lead wire 16 is a wire having electrical conductivity drawn from the reduction reaction electrode 100 to the outside. The lead wire 16 can be made of a material including at least one of copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au), although not limited thereto.
接点部１８は、リード線１６と基板１０とを電気的及び機械的に接続する部分である。接点部１８は、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）の少なくとも１つを含む材料から構成される。例えば、接点部１８は、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）の少なくとも１つと銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉛（Ｐｂ）との合金とすることができる。 The contact portion 18 is a portion that electrically and mechanically connects the lead wire 16 and the substrate 10. The contact portion 18 is made of a material containing at least one of tin (Sn), bismuth (Bi), and indium (In). For example, the contact portion 18 includes at least one of tin (Sn), bismuth (Bi), and indium (In) and silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), zinc (Zn), cadmium (Cd), An alloy with palladium (Pd) or lead (Pb) can be used.
［酸化反応用電極］
酸化反応用電極１０２は、酸化反応によって物質を酸化するために利用される電極である。酸化反応用電極１０２は、基板、透明導電層、集電配線及び酸化触媒を含んで構成される。
[Oxidation reaction electrode]
The oxidation reaction electrode 102 is an electrode used for oxidizing a substance by an oxidation reaction. The oxidation reaction electrode 102 includes a substrate, a transparent conductive layer, a current collector wiring, and an oxidation catalyst.
基板は、酸化反応用電極１０２を構造的に支持する部材である。基板は、特に材料が限定されるものではないが、酸化反応用電極１０２を透光性を有するようにするには、例えば、ガラス基板やプラスチック等とすることが好適である。 The substrate is a member that structurally supports the oxidation reaction electrode 102. The material of the substrate is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, a glass substrate or plastic in order to make the oxidation reaction electrode 102 translucent.
透明導電層は、酸化反応用電極１０２における集電を効果的にするために設けられる。透明導電層は、特に限定されるものではないが、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等とすることが好適である。特に、熱的及び化学的な安定性を考慮するとフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）を用いることが好適である。 The transparent conductive layer is provided to effectively collect current in the oxidation reaction electrode 102. The transparent conductive layer is not particularly limited, but is preferably indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide (ZnO), or the like. In particular, it is preferable to use fluorine-doped tin oxide (FTO) in consideration of thermal and chemical stability.
集電配線２４は、酸化反応用電極１０２における集電の効果を高めるために設けられる。すなわち、酸化反応用電極１０２を大面積化した場合、透明導電層２２のみでは酸化反応用電極１０２の全面において十分な反応を促進させるための導電性を確保できなくなるので、酸化反応用電極１０２の導電性を高めるために設けられる。集電配線２４は、例えば、間隔を置いて櫛形状に配置された線状のフィンガー電極と、フィンガー電極を更に集電するためのバス電極とを組み合わせた構成とすることができる。集電配線２４は、導電部、第１シール部及び第２シール部から構成することが好適である。導電部は、導電性の高い材料で構成され、金属を含む材料で構成することが好適である。例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等を含む材料で構成することが好適である。また、第１シール部及び第２シール部は、導電部を化学的及び機械的に保護するために少なくとも導電部の一部を被覆するように設けられる。第１シール部は、低融点のガラスコート材とすることができる。また、第２シール部は、シリコーンゴム（脱オキシムタイプ、低分子シロキサン低減材、耐油・耐溶剤フロロシリコーン等）、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、メタクリル（アクリル）、ポリカーボネート、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））、エポキシ樹脂等の樹脂とすることができる。 The current collection wiring 24 is provided to enhance the effect of current collection in the oxidation reaction electrode 102. That is, when the area of the oxidation reaction electrode 102 is increased, the conductivity for promoting the reaction sufficiently on the entire surface of the oxidation reaction electrode 102 cannot be ensured only by the transparent conductive layer 22. Provided to increase conductivity. The current collection wiring 24 can be configured, for example, by combining linear finger electrodes arranged in a comb shape at intervals and a bus electrode for further collecting the finger electrodes. The current collecting wiring 24 is preferably composed of a conductive portion, a first seal portion, and a second seal portion. The conductive portion is made of a highly conductive material, and is preferably made of a material containing a metal. For example, it is preferable to use a material containing silver (Ag), copper (Cu), or the like. The first seal part and the second seal part are provided so as to cover at least a part of the conductive part in order to protect the conductive part chemically and mechanically. The first seal portion can be a glass coating material having a low melting point. The second seal part is made of silicone rubber (deoxime type, low molecular siloxane reducing material, oil / solvent resistant fluorosilicone, etc.), polyisobutylene, polypropylene, methacryl (acrylic), polycarbonate, fluororesin (Teflon (registered trademark)) ), A resin such as an epoxy resin.
酸化触媒は、酸化触媒機能を有する材料を含んで構成される。酸化触媒機能を有する材料は、例えば、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）を含む材料とすることができる。酸化イリジウムは、ナノコロイド溶液として透明導電層の表面上に担持することができる(T.Arai et.al, Energy Environ. Sci 8, 1998 (2015))。 An oxidation catalyst is comprised including the material which has an oxidation catalyst function. The material having an oxidation catalyst function can be, for example, a material containing iridium oxide (IrOx). Iridium oxide can be supported on the surface of the transparent conductive layer as a nanocolloid solution (T.Arai et.al, Energy Environ. Sci 8, 1998 (2015)).
［電気化学セル］
本実施の形態における電気化学セルは、図２に示すように、還元反応用電極１００と酸化反応用電極１０２を組み合わせて構成される。還元反応用電極１００と酸化反応用電極１０２を還元触媒及び酸化触媒が対向するように配置し、その間に反応物が溶解された電解液１０４を導入させる。反応物は、炭化化合物とすることができ、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）とすることができる。また、電解液は、リン酸緩衝水溶液やホウ酸緩衝水溶液とすることが好適である。具体的な構成例では、二酸化炭素（ＣＯ２）飽和リン酸緩衝液のタンクを設け、ポンプによって当該液を還元反応用電極１００と酸化反応用電極１０２との間に設けられた間隙に供給し、還元反応によって生じたギ酸（ＨＣＯＯＨ）や酸素（Ｏ２）を外部の燃料タンクに回収する。
[Electrochemical cell]
As shown in FIG. 2, the electrochemical cell in the present embodiment is configured by combining a reduction reaction electrode 100 and an oxidation reaction electrode 102. The reduction reaction electrode 100 and the oxidation reaction electrode 102 are arranged so that the reduction catalyst and the oxidation catalyst face each other, and the electrolytic solution 104 in which the reactant is dissolved is introduced between them. The reactant can be a carbonized compound, for example, carbon dioxide (CO 2 ). The electrolyte is preferably a phosphate buffer aqueous solution or a borate buffer aqueous solution. In a specific configuration example, a tank of carbon dioxide (CO 2 ) saturated phosphate buffer is provided, and the liquid is supplied to a gap provided between the reduction reaction electrode 100 and the oxidation reaction electrode 102 by a pump. Then, formic acid (HCOOH) and oxygen (O 2 ) generated by the reduction reaction are recovered in an external fuel tank.
還元反応用電極１００と酸化反応用電極１０２との間を電気的に接続し、適切なバイアス電圧を印加した状態とする。バイアス電圧を印加する手段は、特に限定されるものではなく、化学的電池（一次電池、二次電池等を含む）、定電圧源、太陽電池等が挙げられる。このとき、酸化反応用電極１０２の集電配線に正極が接続され、還元反応用電極１００のリード線１６に負極が接続される。 The reduction reaction electrode 100 and the oxidation reaction electrode 102 are electrically connected, and an appropriate bias voltage is applied. The means for applying the bias voltage is not particularly limited, and examples thereof include a chemical battery (including a primary battery and a secondary battery), a constant voltage source, and a solar battery. At this time, the positive electrode is connected to the current collector wiring of the oxidation reaction electrode 102, and the negative electrode is connected to the lead wire 16 of the reduction reaction electrode 100.
本実施の形態では、太陽電池セル１０６を採用している。太陽電池セル１０６は、還元反応用電極１００及び酸化反応用電極１０２に隣接して配置することができる。図２の例では、還元反応用電極１００と酸化反応用電極１０２とを対向させた電気化学セルの還元反応用電極１００の背面に太陽電池セル１０６を配置し、太陽電池セル１０６の正極を酸化反応用電極１０２に接続し、負極を還元反応用電極１００に接続している。 In the present embodiment, the solar battery cell 106 is employed. The solar battery cell 106 can be disposed adjacent to the reduction reaction electrode 100 and the oxidation reaction electrode 102. In the example of FIG. 2, the solar battery cell 106 is disposed on the back surface of the reduction reaction electrode 100 of the electrochemical cell in which the reduction reaction electrode 100 and the oxidation reaction electrode 102 are opposed to each other, and the positive electrode of the solar battery cell 106 is oxidized. The negative electrode is connected to the reaction electrode 102 and the negative electrode is connected to the reduction reaction electrode 100.
二酸化炭素（ＣＯ２）からギ酸（ＨＣＯＯＨ）等を合成する場合、水（Ｈ２Ｏ）は酸化されて二酸化炭素（ＣＯ２）に電子とプロトンを供給する。ｐＨ７付近では水（Ｈ２Ｏ）の酸化電位は０．８２Ｖ、還元電位は−０．４１Ｖ（何れもＮＨＥ）である。また、二酸化炭素（ＣＯ２）から一酸化炭素（ＣＯ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、メチルアルコール（ＣＨ３ＯＨ）への還元電位はそれぞれ-０．５３Ｖ，-０．６１Ｖ，-０．３８Ｖである。したがって、酸化電位と還元電位の電位差は１．２０〜１．４３Ｖである。そこで、炭化化合物である二酸化炭素（ＣＯ２）を還元する場合、太陽電池セル１０６は、４枚の結晶系シリコン太陽電池を直接に接続した構成や３枚のアモルファス系シリコン太陽電池を直列に接続したアモルファスシリコン系３接合太陽電池とすることが好適である。 When synthesizing formic acid (HCOOH) or the like from carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O) is oxidized to supply electrons and protons to carbon dioxide (CO 2 ). In the vicinity of pH 7, the oxidation potential of water (H 2 O) is 0.82 V, and the reduction potential is −0.41 V (both are NHE). The reduction potentials from carbon dioxide (CO 2 ) to carbon monoxide (CO), formic acid (HCOOH), and methyl alcohol (CH 3 OH) are −0.53 V, −0.61 V, and −0.38 V, respectively. . Therefore, the potential difference between the oxidation potential and the reduction potential is 1.20 to 1.43V. Thus, when carbon dioxide (CO 2 ), which is a carbonized compound, is reduced, the solar battery cell 106 has a configuration in which four crystalline silicon solar cells are directly connected or three amorphous silicon solar cells are connected in series. It is preferable to use an amorphous silicon-based three-junction solar cell.
太陽電池セル１０６に対しては、受光面側に窓材１０８を設けることが好適である。窓材１０８は、太陽電池セル１０６を保護する部材である。窓材１０８は、太陽電池セル１０６において発電に寄与する波長の光を透過する部材とし、例えば、ガラス、プラスチック等とすることができる。 For the solar battery cell 106, it is preferable to provide a window member 108 on the light receiving surface side. The window material 108 is a member that protects the solar battery cell 106. The window material 108 is a member that transmits light having a wavelength that contributes to power generation in the solar battery cell 106, and may be glass, plastic, or the like, for example.
還元反応用電極１００、酸化反応用電極１０２、太陽電池セル１０６及び窓材１０８は、枠材１１０によって構造的に支持される。 The reduction reaction electrode 100, the oxidation reaction electrode 102, the solar battery cell 106, and the window member 108 are structurally supported by the frame member 110.
［実施例１］
錫（Ｓｎ）からなる基板１０に銅（Ｃｕ）のリード線１６をインジウム（Ｉｎ）を半田鏝で溶かして接点部１８を形成した。この場合、基板１０とリード線１６との間の抵抗は１Ω以下であった。
[Example 1]
Contact portions 18 were formed by melting copper (Cu) lead wires 16 and indium (In) with a soldering iron on a substrate 10 made of tin (Sn). In this case, the resistance between the substrate 10 and the lead wire 16 was 1Ω or less.
［実施例２］
ステンレス（ＳＵＳ）板の全面に１μｍ厚の錫（Ｓｎ）をメッキした基板１０にメッキ銅線のリード線１６を錫（Ｓｎ）−ビスマス（Ｂｉ）の合金を半田鏝で溶かして接点部１８を形成した。この場合、基板１０とリード線１６との間の抵抗は１Ω以下であった。
[Example 2]
A lead wire 16 of a plated copper wire is melted with an alloy of tin (Sn) -bismuth (Bi) with a soldering iron on a substrate 10 in which tin (Sn) having a thickness of 1 μm is plated on the entire surface of a stainless steel (SUS) plate. Formed. In this case, the resistance between the substrate 10 and the lead wire 16 was 1Ω or less.
［実施例３］
ステンレス（ＳＵＳ）板の全面に１μｍ厚の錫（Ｓｎ）をメッキした基板１０にメッキ銅線のリード線１６をインジウム（Ｉｎ）−錫（Ｓｎ）の合金を半田鏝で溶かして接点部１８を形成した。この場合、基板１０とリード線１６との間の抵抗は１Ω以下であった。
[Example 3]
A lead wire 16 of a plated copper wire is melted with an indium (In) -tin (Sn) alloy with a soldering iron on a substrate 10 in which 1 μm thick tin (Sn) is plated on the entire surface of a stainless steel (SUS) plate. Formed. In this case, the resistance between the substrate 10 and the lead wire 16 was 1Ω or less.
［実施例４］
ステンレス（ＳＵＳ）板の全面に１μｍ厚の錫（Ｓｎ）をメッキして基板１０とし、その表面上にカーボン導電性接着剤によりカーボンナノチューブを含浸させ、さらにルテニウム錯体を含む分子を設けたカーボンシートを接合して還元反応用電極１００を形成した。その後、銅（Ｃｕ）のリード線１６をインジウム（Ｉｎ）を用いて半田鏝で溶かして接点部１８を形成した。
[Example 4]
A carbon sheet in which 1 μm thick tin (Sn) is plated on the entire surface of a stainless steel (SUS) plate to form a substrate 10 on which carbon nanotubes are impregnated with a carbon conductive adhesive and molecules containing a ruthenium complex are provided. Were joined to form a reduction reaction electrode 100. Thereafter, the lead portion 16 of copper (Cu) was melted with a soldering iron using indium (In) to form the contact portion 18.
酸化反応用電極１０２として白金のメッシュ及び参照電極としてＨｇ／ＨｇＳＯ４を用いて、二酸化炭素（ＣＯ２）を溶存させたリン酸バッファ液からなる電解液１０４を供給して電流−電圧特性を繰り返し行った。 Using the platinum mesh as the oxidation reaction electrode 102 and Hg / HgSO 4 as the reference electrode, the electrolytic solution 104 made of a phosphate buffer solution in which carbon dioxide (CO 2 ) is dissolved is supplied to repeat the current-voltage characteristics. went.
その結果、測定後においても接点部１８に電気的な劣化はみられなかった。なお、接点部１８をＲＴＶゴムでオーバーコートすることによって、電解液１０４による腐食抑制と機械的強度の確保をさらに向上させることができる。 As a result, no electrical deterioration was observed in the contact portion 18 even after the measurement. In addition, by overcoating the contact portion 18 with RTV rubber, it is possible to further improve the inhibition of corrosion by the electrolytic solution 104 and the securing of mechanical strength.
［比較例１］
錫（Ｓｎ）からなる基板１０に銅（Ｃｕ）のリード線１６を銀（Ａｇ）ペーストで接合して接点部を形成した。室温下において１日放置した後、基板１０とリード線１６との間の抵抗をテスターで測定したところ抵抗値が大きすぎて測定不可能であった。
[Comparative Example 1]
A copper (Cu) lead wire 16 was joined to a substrate 10 made of tin (Sn) with a silver (Ag) paste to form a contact portion. When the resistance between the substrate 10 and the lead wire 16 was measured with a tester after being allowed to stand at room temperature for one day, the resistance value was too large to be measured.
１０ 基板、１２ カーボン層、１４ 錯体触媒層、１６ リード線、１８ 接点部、２２ 透明導電層、２４ 集電配線、１００ 還元反応用電極、１０２ 酸化反応用電極、１０４ 電解液、１０６ 太陽電池セル、１０８ 窓材、１１０ 枠材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Board | substrate, 12 Carbon layer, 14 Complex catalyst layer, 16 Lead wire, 18 Contact part, 22 Transparent conductive layer, 24 Current collection wiring, 100 Reduction reaction electrode, 102 Oxidation reaction electrode, 104 Electrolyte, 106 Solar cell , 108 Window material, 110 Frame material.
Claims (3)
前記表面に接合された金属を含むリード線と、
を備え、
前記リード線と前記表面との接合部が、錫、ビスマス及びインジウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする化学反応用電極。 A substrate with a surface containing tin;
A lead comprising metal bonded to the surface;
With
The electrode for chemical reaction, wherein a joint between the lead wire and the surface contains at least one of tin, bismuth, and indium.
前記リード線は、銅（Ｃｕ）を含むことを特徴とする化学反応用電極。 The chemical reaction electrode according to claim 1,
The electrode for chemical reaction, wherein the lead wire contains copper (Cu).
前記化学反応用電極に触れる弱酸性の電解質液を備え、
炭素化合物を生成することを特徴とする電気化学セル。 The electrode for chemical reaction according to claim 1 or 2,
A weakly acidic electrolyte solution in contact with the chemical reaction electrode;
An electrochemical cell characterized by producing a carbon compound.
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