JPH03111587A - 二酸化炭素還元用電解槽 - Google Patents
二酸化炭素還元用電解槽Info
- Publication number
- JPH03111587A JPH03111587A JP2087320A JP8732090A JPH03111587A JP H03111587 A JPH03111587 A JP H03111587A JP 2087320 A JP2087320 A JP 2087320A JP 8732090 A JP8732090 A JP 8732090A JP H03111587 A JPH03111587 A JP H03111587A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- cathode
- electrolytic cell
- anode
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 17
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MPMSMUBQXQALQI-UHFFFAOYSA-N cobalt phthalocyanine Chemical compound [Co+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 MPMSMUBQXQALQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 abstract 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 8
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- WDEQGLDWZMIMJM-UHFFFAOYSA-N benzyl 4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)pyrrolidine-1-carboxylate Chemical compound OCC1CC(O)CN1C(=O)OCC1=CC=CC=C1 WDEQGLDWZMIMJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000002101 lytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/20—Processes
- C25B3/25—Reduction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
- C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、電解槽、特に、固体ポリマー電解質を用いて
二酸化炭素を還元する電解槽に関する。
二酸化炭素を還元する電解槽に関する。
[従来の技術]
電解槽を利用して電気化学的に二酸化炭素を還元し、有
機化合物を生成することが従来より知られている。この
ような還元は、アノード、カソード及び電解質を有する
従来の電解槽内で行われる。
機化合物を生成することが従来より知られている。この
ような還元は、アノード、カソード及び電解質を有する
従来の電解槽内で行われる。
典型的な電解槽は、アノードとカソードに同時に電流を
流すことによって動作して、アノード上で、アノード液
(陽極液)を触媒と接触させると同時に、カソードにお
いて、二酸化炭素を含むカソード液(陰極液)を触媒に
接触させる。典型的な燃料は、水素を含むものであり、
水素ガス、水などである。このような方法の一つとして
、メタノールの製造法について米国特許第4.609.
441号に記載されている。また、炭化水素の製造法に
ついて、ジャーナル オブ エレクトロケミカル ソサ
イアテイ−(J、Electrochem、 Soc、
: Electrochemical 5ociet
y and Technology、 1988年6月
号1470〜1471頁)「固体ポリマー電解質におけ
る室温C02ガス相の炭化水素への還元」に記載されて
いる。
流すことによって動作して、アノード上で、アノード液
(陽極液)を触媒と接触させると同時に、カソードにお
いて、二酸化炭素を含むカソード液(陰極液)を触媒に
接触させる。典型的な燃料は、水素を含むものであり、
水素ガス、水などである。このような方法の一つとして
、メタノールの製造法について米国特許第4.609.
441号に記載されている。また、炭化水素の製造法に
ついて、ジャーナル オブ エレクトロケミカル ソサ
イアテイ−(J、Electrochem、 Soc、
: Electrochemical 5ociet
y and Technology、 1988年6月
号1470〜1471頁)「固体ポリマー電解質におけ
る室温C02ガス相の炭化水素への還元」に記載されて
いる。
[発明が解決しようとする課a]
これらの装置の動作に関する問題は、電解槽を適切な変
換効率を有するように改良して、実際に市販価値のある
ものにすることが出来なかったことである。これは、上
記のような装百では、二酸化炭素の炭化水素への変換率
が約2%以下であることによる。
換効率を有するように改良して、実際に市販価値のある
ものにすることが出来なかったことである。これは、上
記のような装百では、二酸化炭素の炭化水素への変換率
が約2%以下であることによる。
本発明は、これらの電解槽の変換効率を向上させること
を目的とする。
を目的とする。
[課題を達成するために手段]
本発明による二酸化炭素還元用電解槽は、アノードと、
1以上の金属フタロシアニンを含むカソードと、固体ポ
リマー電解質から成る。
1以上の金属フタロシアニンを含むカソードと、固体ポ
リマー電解質から成る。
また、本発明による二酸化炭素を還元する方法ば、アノ
ードと、1以上の金属フタロシアニンを含むカソードと
、固体ポリマー電解質を有する電解槽を使用するもので
ある。
ードと、1以上の金属フタロシアニンを含むカソードと
、固体ポリマー電解質を有する電解槽を使用するもので
ある。
さらに、本発明によれば、酸素の製造及び二酸化炭素の
還元に有用な電解槽を提供することが出来る。
還元に有用な電解槽を提供することが出来る。
本発明による二酸化炭素還元用電解槽は、アノードとカ
ソードと固体ポリマー電解質を有し、カソードが、水素
ガスの生成を抑制する金属フタロシアニンを含み、二酸
化炭素の還元効率を向上させることを特徴とする。金属
フタロシアニンは、鉄、銅、ニッケル又はコバルトのフ
タロシアニン、又はこれらの混合物から選択することか
でき、特に、ニッケルフタロシアニンが好ましい。
ソードと固体ポリマー電解質を有し、カソードが、水素
ガスの生成を抑制する金属フタロシアニンを含み、二酸
化炭素の還元効率を向上させることを特徴とする。金属
フタロシアニンは、鉄、銅、ニッケル又はコバルトのフ
タロシアニン、又はこれらの混合物から選択することか
でき、特に、ニッケルフタロシアニンが好ましい。
また、本発明による二酸化炭素の還元方法は、アノード
と、カソードと、固体ポリマー電解質を有する電解槽内
で行われ、 水素を含む物質をアノードと接触させる工程と、水素を
含む物質を水素イオンに変換する工程と、水素イオンを
、固体ポリマー電解質を介して、金属フタロシアニンか
ら成るカソードに輸送する工程と、 カソードを二酸化炭素と接触させる工程と、二酸化炭素
を水素イオンと反応させ、有機化合物を生成する工程と
から成る。
と、カソードと、固体ポリマー電解質を有する電解槽内
で行われ、 水素を含む物質をアノードと接触させる工程と、水素を
含む物質を水素イオンに変換する工程と、水素イオンを
、固体ポリマー電解質を介して、金属フタロシアニンか
ら成るカソードに輸送する工程と、 カソードを二酸化炭素と接触させる工程と、二酸化炭素
を水素イオンと反応させ、有機化合物を生成する工程と
から成る。
[実施例]
従来の電解槽の構造を、本発明による電解槽に使用する
ことが出来る。このような従来の電解質の構造の一つを
図に示している。図に示すように、電解槽2は、アノー
ド4と、アノード室6と、カソード8と、カソード室1
0を有する。アノード4及びカソード8は、固体ポリマ
ー電解質12と電気的に接触している。また、アノード
室6及びカソード室10は、それぞれ、導電性電流分配
器(current distributors) 1
4を有する。アノード室6には、任意の流体分配領域(
fluid distribution fields
) 16が配器している(必要かあれば、もう一つの流
体分配領域をカソード室10に配置させることも出来る
)。また、アノード液とカソード液導入用の入り口、電
解反応の生成物排出用の出口が設けられ、アノード及び
カソードに電流を供給する電源が設けられている(簡略
化のため、これらの構造は図示しない)。典型的な電解
槽は、本出願人の所有する米国特許第3,992、27
1号に記載されている。
ことが出来る。このような従来の電解質の構造の一つを
図に示している。図に示すように、電解槽2は、アノー
ド4と、アノード室6と、カソード8と、カソード室1
0を有する。アノード4及びカソード8は、固体ポリマ
ー電解質12と電気的に接触している。また、アノード
室6及びカソード室10は、それぞれ、導電性電流分配
器(current distributors) 1
4を有する。アノード室6には、任意の流体分配領域(
fluid distribution fields
) 16が配器している(必要かあれば、もう一つの流
体分配領域をカソード室10に配置させることも出来る
)。また、アノード液とカソード液導入用の入り口、電
解反応の生成物排出用の出口が設けられ、アノード及び
カソードに電流を供給する電源が設けられている(簡略
化のため、これらの構造は図示しない)。典型的な電解
槽は、本出願人の所有する米国特許第3,992、27
1号に記載されている。
これらの電解槽に有用なアノードには、従来の触媒が含
まれ、白金、ルテニウム又はイリジウムのような従来の
物質から形成すべきである。また、これらの混合物及び
合金、あるいは他の物質との混合物及び合金を、表面積
の大きな支持体に分散させたものを使用することも出来
る。従来のアノードで特に有用なものは、本出願人の所
有する米国特許第4.294.608号及び上記米国特
許第3.992.271号に記載されている。アノード
上の触媒は、以下のような半電池反応の反応性を高める
ものである。
まれ、白金、ルテニウム又はイリジウムのような従来の
物質から形成すべきである。また、これらの混合物及び
合金、あるいは他の物質との混合物及び合金を、表面積
の大きな支持体に分散させたものを使用することも出来
る。従来のアノードで特に有用なものは、本出願人の所
有する米国特許第4.294.608号及び上記米国特
許第3.992.271号に記載されている。アノード
上の触媒は、以下のような半電池反応の反応性を高める
ものである。
2H20−4H”+4 e−+Oz (1)電
解質は、燃料電池又は電解槽に有用な従来の固体ポリマ
ー電解質であって、アノードがらカソードに正イオン(
好ましくはH+)を転送できる従来の固体ポリマー電解
質のいずれかを使用することが出来る。この種の電解質
としては、デュポン コーポレーションから市販されて
いるナフィオン(Nafion)のようなプロトン形態
の陽イオン交換膜がある。また、旭ガラスから市販され
ているベルフルオルカルボン酸ポリマーやダウ・ケミカ
ルから市販されているベルフルオルスルホン酸ポリマー
を使用することも出来る。これらの電解質、及び他の固
体ポリマー電解質は周知のものであり、その詳細につい
ては説明を省略する。
解質は、燃料電池又は電解槽に有用な従来の固体ポリマ
ー電解質であって、アノードがらカソードに正イオン(
好ましくはH+)を転送できる従来の固体ポリマー電解
質のいずれかを使用することが出来る。この種の電解質
としては、デュポン コーポレーションから市販されて
いるナフィオン(Nafion)のようなプロトン形態
の陽イオン交換膜がある。また、旭ガラスから市販され
ているベルフルオルカルボン酸ポリマーやダウ・ケミカ
ルから市販されているベルフルオルスルホン酸ポリマー
を使用することも出来る。これらの電解質、及び他の固
体ポリマー電解質は周知のものであり、その詳細につい
ては説明を省略する。
本発明は、カソードの成分を選択することを特徴とする
。カソードが金属フタロシアニンを含むことにより、水
素イオン存在下で二酸化炭素から有機化合物への変換効
率を向上させるものと考えられる。最も一般的な反応は
、以下のような二酸化炭素から蟻酸への還元反応である
。
。カソードが金属フタロシアニンを含むことにより、水
素イオン存在下で二酸化炭素から有機化合物への変換効
率を向上させるものと考えられる。最も一般的な反応は
、以下のような二酸化炭素から蟻酸への還元反応である
。
CO2+2H”+2e−−HCOOH(2)しかし、こ
のカソードを使用して、メタノール、ホルムアルデヒド
、グリコール酸及びメタンの生成のような他の幾つかの
反応を向上させることも出来る。電解質が動作する電流
密度、及び反応物質を含む電解槽の他の動作パラメータ
に依存して、これらの物質の1つ以上のものがカソード
に生成する。
のカソードを使用して、メタノール、ホルムアルデヒド
、グリコール酸及びメタンの生成のような他の幾つかの
反応を向上させることも出来る。電解質が動作する電流
密度、及び反応物質を含む電解槽の他の動作パラメータ
に依存して、これらの物質の1つ以上のものがカソード
に生成する。
本発明では、いずれの金属フタロシアニンも使用するこ
とが出来るが、好ましいものは、銅、鉄、ニッケル及び
コバルトのフタロシアニンであり、特に、ニッケルフタ
ロシアニンが好ましい。
とが出来るが、好ましいものは、銅、鉄、ニッケル及び
コバルトのフタロシアニンであり、特に、ニッケルフタ
ロシアニンが好ましい。
金属フタロシアニンは以下の化学式を有する。
ここで、Mは銅、鉄、ニッケル又はコバルトのような金
属イオンである。
属イオンである。
金属フタロシアニンを含むカソードは、周知の技術によ
り形成することができ、熱及び圧力を利用する従来の方
法で、電解質膜に貼着することが出来る。
り形成することができ、熱及び圧力を利用する従来の方
法で、電解質膜に貼着することが出来る。
その結果中ずる電解槽は、二酸化炭素から有機化合物へ
の転換効率を著しく向上させるものである。二酸化炭素
から蟻酸へのこれらの変換効率は、水を燃料として用い
て電解槽を動作した場合、30%以上である。
の転換効率を著しく向上させるものである。二酸化炭素
から蟻酸へのこれらの変換効率は、水を燃料として用い
て電解槽を動作した場合、30%以上である。
変換率の向上は、本発明の反応によって、金属フタロシ
アニンが水素ガスの生成を抑制することよるものと考え
られる。
アニンが水素ガスの生成を抑制することよるものと考え
られる。
2H” + 2 e−−H2(g) (3
)これは、式(2)にみられるように、二酸化炭素の還
元には遊離水素イオンが必要であるので、重要なことで
ある。この超争反応(水素ガスの牛成)は、これらのカ
ソード物質が低い水素過電圧を有するとともに、金属フ
タロシアニンが高い水素過電圧を有することよって高め
られる。(高い水素過電圧は、白金よりも高いものであ
る。)カソードは、単一の金属フタロシアニン又は金属
フタロシアニンの混合物から形成することが出来る。他
の触媒物質又は無触媒物質をフタロシアニンに混合して
使用することによって形成することも出来る。しかし、
これらの付加的な触媒物質は、(特にこれらが低い水素
過電圧を有する場合には)水素ガスの生成を高め、従っ
て、二酸化炭素の変換を減少させることが出来る。水素
ガスの生成におけるこの増加は、二酸化炭素の還元効率
を減少させる。これらのカソードの触媒充填レベル(c
atalytic loading 1eve])は、
約0.5mg/cm2乃至約10mg/cm2のフタロ
シアニンである。
)これは、式(2)にみられるように、二酸化炭素の還
元には遊離水素イオンが必要であるので、重要なことで
ある。この超争反応(水素ガスの牛成)は、これらのカ
ソード物質が低い水素過電圧を有するとともに、金属フ
タロシアニンが高い水素過電圧を有することよって高め
られる。(高い水素過電圧は、白金よりも高いものであ
る。)カソードは、単一の金属フタロシアニン又は金属
フタロシアニンの混合物から形成することが出来る。他
の触媒物質又は無触媒物質をフタロシアニンに混合して
使用することによって形成することも出来る。しかし、
これらの付加的な触媒物質は、(特にこれらが低い水素
過電圧を有する場合には)水素ガスの生成を高め、従っ
て、二酸化炭素の変換を減少させることが出来る。水素
ガスの生成におけるこの増加は、二酸化炭素の還元効率
を減少させる。これらのカソードの触媒充填レベル(c
atalytic loading 1eve])は、
約0.5mg/cm2乃至約10mg/cm2のフタロ
シアニンである。
次に、本発明による二酸化炭素の還元方法について説明
する。
する。
まず最初に、入口源(図示しない)を介して、アノード
液を含む水素がアノード室に導入する。
液を含む水素がアノード室に導入する。
アノード液は、充電した触媒アノード(cataly−
tic anode)と接触する。アノード液は、電気
反応を行い、遊離水素イオンを生ずる。その後、遊離水
素イオンは、固体ポリマー電解質膜を横切って輸送され
、この固体ポリマー電解質膜で触媒カソード(cata
lytic cathode)と接触する。電解槽のカ
ソード側では、カソード液を含む二酸化炭素がカソード
室に導入され、カソードと接触する。
tic anode)と接触する。アノード液は、電気
反応を行い、遊離水素イオンを生ずる。その後、遊離水
素イオンは、固体ポリマー電解質膜を横切って輸送され
、この固体ポリマー電解質膜で触媒カソード(cata
lytic cathode)と接触する。電解槽のカ
ソード側では、カソード液を含む二酸化炭素がカソード
室に導入され、カソードと接触する。
同時に、電荷がカソードを通過する。カソードでは、水
素イオン及び二酸化炭素が触媒カソードと接触し、所望
の反応が起こり、上述したような生成物の混合物の一つ
あるいは他の混合物が生成する。
素イオン及び二酸化炭素が触媒カソードと接触し、所望
の反応が起こり、上述したような生成物の混合物の一つ
あるいは他の混合物が生成する。
電解槽は、室温で動作することが出来るが、アノード液
とカソード液を導入して、高圧下に維持するのが好まし
い。最も好ましい圧力は、100psi以上であり、5
00ps i以上であればさらに好ましい。圧力の好ま
しい範囲は、約200psi乃至1000ps iであ
り、600ps i乃至900ps iが最適な範囲で
ある。
とカソード液を導入して、高圧下に維持するのが好まし
い。最も好ましい圧力は、100psi以上であり、5
00ps i以上であればさらに好ましい。圧力の好ま
しい範囲は、約200psi乃至1000ps iであ
り、600ps i乃至900ps iが最適な範囲で
ある。
アノード及びカソードで反応が起こった後、反応生成物
及び残留するアノード液及びカソード液は、それぞれ、
カソード室及びアノード室の出口(図示しない)を介し
て各々の室から出される。
及び残留するアノード液及びカソード液は、それぞれ、
カソード室及びアノード室の出口(図示しない)を介し
て各々の室から出される。
高圧にすることにより、二酸化炭素とカソードとの間の
接触を向上させ、それによって、有利な反応の可能性を
高めることが出来る。
接触を向上させ、それによって、有利な反応の可能性を
高めることが出来る。
本発明では、これらの電解装置の使用を、実用的なもの
にすることが出来る。これらの応用例の最も有用なもの
は、宇宙船、宇宙ステーションあるいは海底住居によう
な閉ループ環境(closedloop enviro
nments)において見いだされる。このような環境
では、動物、人間又は機械は、酸素を消費して二酸化炭
素を生成する。本発明によれば、このような二酸化炭素
を有機燃料、即ち、蟻酸に変換することが出来る。その
後、蟻酸は、燃料電池に動力を供給するために使用され
て、電気を生じ、電解槽に動力を供給する。また、主な
利用法では、電解槽は水を燃料として使用するようにな
っている。そのため、水を電気分解して、動物、人間又
は機械によって消費される酸素を生成することができ、
二酸化炭素の還元のための水素イオンを供給することも
出来る。
にすることが出来る。これらの応用例の最も有用なもの
は、宇宙船、宇宙ステーションあるいは海底住居によう
な閉ループ環境(closedloop enviro
nments)において見いだされる。このような環境
では、動物、人間又は機械は、酸素を消費して二酸化炭
素を生成する。本発明によれば、このような二酸化炭素
を有機燃料、即ち、蟻酸に変換することが出来る。その
後、蟻酸は、燃料電池に動力を供給するために使用され
て、電気を生じ、電解槽に動力を供給する。また、主な
利用法では、電解槽は水を燃料として使用するようにな
っている。そのため、水を電気分解して、動物、人間又
は機械によって消費される酸素を生成することができ、
二酸化炭素の還元のための水素イオンを供給することも
出来る。
[発明の効果]
上述したように、本発明によれば、二酸化炭素から炭化
水素への電解槽の変換効率を高めて、市販価値のある電
解槽を提供することが出来る。
水素への電解槽の変換効率を高めて、市販価値のある電
解槽を提供することが出来る。
図は、本発明による電解槽の断面図である。
2・・・電解槽、
6・・・アノード室、
10・・・カソード室
12・・・固体ポリマー電解質
14・・・導電性電流分配器
1−6・・・流体分配領域
4・・・アノード
8・・・カソード
Claims (9)
- (1)アノードとカソードと固体ポリマー電解質を有し
、カソードが、水素ガスの生成を抑制する金属フタロシ
アニンを含み、二酸化炭素の還元効率を向上させること
を特徴とする二酸化炭素還元用電解槽。 - (2)前記金属フタロシアニンが、鉄、銅、ニッケル又
はコバルトのフタロシアニンのいずれか、又はこれらの
混合物から成ることを特徴とする、請求項1項に記載の
電解槽。 - (3)前記金属がニッケルであることを特徴とする、請
求項1項に記載の電解槽。 - (4)アノードと、カソードと、固体ポリマー電解質を
有する電解槽内で二酸化炭素を還元する方法において、 水素を含む物質をアノードと接触させる工程と、前記水
素を含む物質を水素イオンに変換する工程と、 前記水素イオンを、前記固体ポリマー電解質を介して、
金属フタロシアニンから成るカソードに輸送する工程と
、 前記カソードを二酸化炭素と接触させる工程と、二酸化
炭素を水素イオンと反応させ、有機化合物を生成する工
程とから成る、二酸化炭素を還元する方法。 - (5)前記金属フタロシアニンが、鉄、銅、ニッケル及
びコバルトのフタロシアニンのいずれかから成ることを
特徴とする、請求項4項に記載の方法。 - (6)前記二酸化炭素が、100ポンド/平方インチ以
上の圧力下で存在することを特徴とする、請求項4項に
記載の方法。 - (7)前記二酸化炭素が、500psi以上の圧力で存
在することを特徴とする、請求項4項に記載の方法。 - (8)前記二酸化炭素が、200psi乃至100ps
iの圧力で存在することを特徴とする、請求項4項に記
載の方法。 - (9)前記カソードと接触する前記二酸化炭素の圧力が
、約600psi乃至約900psiであることを特徴
とする、請求項4項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/331,466 US4921585A (en) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | Electrolysis cell and method of use |
US331,466 | 1989-03-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03111587A true JPH03111587A (ja) | 1991-05-13 |
Family
ID=23294098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2087320A Pending JPH03111587A (ja) | 1989-03-31 | 1990-03-30 | 二酸化炭素還元用電解槽 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4921585A (ja) |
EP (1) | EP0390158B1 (ja) |
JP (1) | JPH03111587A (ja) |
AT (1) | ATE207138T1 (ja) |
DE (1) | DE69033828T2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08246177A (ja) * | 1995-03-08 | 1996-09-24 | Agency Of Ind Science & Technol | 水素の輸送、貯蔵のための水素化物の製造方法及びその装置 |
JP2009138270A (ja) * | 1997-05-07 | 2009-06-25 | George A Olah | 二酸化炭素のメチルアルコール及び関連酸素化物又は炭化水素への再生 |
WO2013031065A1 (ja) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | パナソニック株式会社 | 二酸化炭素を還元する方法 |
JP2013510238A (ja) * | 2009-11-04 | 2013-03-21 | エフエフジーエフ・リミテッド | 炭化水素の生成 |
JP2015056315A (ja) * | 2013-09-12 | 2015-03-23 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 固体高分子形発電方法およびシステム。 |
JP6083531B2 (ja) * | 2011-03-18 | 2017-02-22 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 二酸化炭素の還元固定化システム、二酸化炭素の還元固定化方法、及び有用炭素資源の製造方法 |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5961795A (en) * | 1993-11-22 | 1999-10-05 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical cell having a resilient flow field |
WO1996035001A1 (en) * | 1995-05-01 | 1996-11-07 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical cell having a resilient flow field |
US6386236B1 (en) | 2000-05-31 | 2002-05-14 | Air Logistics Corporation | Method of prestressing and reinforcing damaged cylindrical structures |
AUPS172702A0 (en) * | 2002-04-12 | 2002-05-23 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | An electrochemical cell, a porous working electrode and a process for he conversion of a species from one oxidation state to another by the electrochemical oxidation or reduction thereof |
CA2685609A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-13 | Principle Energy Solutions, Inc. | Production of hydrocarbons from carbon and hydrogen sources |
US9945040B2 (en) | 2010-07-04 | 2018-04-17 | Dioxide Materials, Inc. | Catalyst layers and electrolyzers |
US10173169B2 (en) | 2010-03-26 | 2019-01-08 | Dioxide Materials, Inc | Devices for electrocatalytic conversion of carbon dioxide |
WO2012040503A2 (en) * | 2010-09-24 | 2012-03-29 | Det Norske Veritas As | Method and apparatus for the electrochemical reduction of carbon dioxide |
KR20120122658A (ko) * | 2011-04-29 | 2012-11-07 | 서강대학교산학협력단 | 인공광합성 반응용 복합 구조체 및 상기를 포함하는 인공광합성용 통합 반응 장치, 및 물 분해 반응용 복합 구조체 및 상기를 포함하는 물 분해용 통합 반응 장치 |
WO2015037625A1 (ja) * | 2013-09-12 | 2015-03-19 | 独立行政法人宇宙航空研究開発機構 | 固体高分子形発電または電解方法およびシステム |
US10724142B2 (en) | 2014-10-21 | 2020-07-28 | Dioxide Materials, Inc. | Water electrolyzers employing anion exchange membranes |
US10774431B2 (en) | 2014-10-21 | 2020-09-15 | Dioxide Materials, Inc. | Ion-conducting membranes |
US10975480B2 (en) | 2015-02-03 | 2021-04-13 | Dioxide Materials, Inc. | Electrocatalytic process for carbon dioxide conversion |
US10280378B2 (en) | 2015-05-05 | 2019-05-07 | Dioxide Materials, Inc | System and process for the production of renewable fuels and chemicals |
US10147974B2 (en) | 2017-05-01 | 2018-12-04 | Dioxide Materials, Inc | Battery separator membrane and battery employing same |
US10396329B2 (en) | 2017-05-01 | 2019-08-27 | Dioxide Materials, Inc. | Battery separator membrane and battery employing same |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE346422B (ja) * | 1967-07-07 | 1972-07-03 | Bosch Gmbh Robert | |
DE1671907A1 (de) * | 1967-11-16 | 1972-03-09 | Siemens Ag | Elektroden fuer Brennstoffelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung |
US3992271A (en) * | 1973-02-21 | 1976-11-16 | General Electric Company | Method for gas generation |
US4179350A (en) * | 1978-09-05 | 1979-12-18 | The Dow Chemical Company | Catalytically innate electrode(s) |
US4187350A (en) * | 1978-09-05 | 1980-02-05 | The Dow Chemical Company | Porous catalyzed electrode provision and technique |
US4294608A (en) * | 1980-03-27 | 1981-10-13 | General Electric Company | Catalytic alloys |
US4252875A (en) * | 1980-04-14 | 1981-02-24 | Honeywell Inc. | Electro-catalysts for the cathode(s) to enhance its activity to reduce SoCl2 in Li/SoCl2 battery |
US4510214A (en) * | 1980-10-03 | 1985-04-09 | Tracer Technologies, Inc. | Electrode with electron transfer catalyst |
US4520086A (en) * | 1980-11-18 | 1985-05-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Rechargeable solid polymer electrolyte battery cell |
JPS57105970A (en) * | 1980-12-23 | 1982-07-01 | Toshiba Corp | Air electrode |
US4405693A (en) * | 1981-10-05 | 1983-09-20 | Honeywell Inc. | High rate metal-sulfuryl chloride batteries |
DE3277830D1 (en) * | 1981-11-03 | 1988-01-21 | Comp Generale Electricite | Process for manufacturing a polymeric solid electrolyte for an electrochemical generator |
EP0081982B1 (en) * | 1981-12-11 | 1985-05-29 | The British Petroleum Company p.l.c. | Electrochemical organic synthesis |
US4380576A (en) * | 1981-12-31 | 1983-04-19 | Toshiba Battery Co., Ltd. | Air cell |
US4584251A (en) * | 1983-12-23 | 1986-04-22 | Ciba-Geigy Corporation | Solid electrolyte cell and iodine-doped metal complexes as the cathode material |
US4710437A (en) * | 1984-09-19 | 1987-12-01 | Honeywell Inc. | High rate metal oxyhalide cells |
US4595465A (en) * | 1984-12-24 | 1986-06-17 | Texaco Inc. | Means and method for reducing carbn dioxide to provide an oxalate product |
US4609441A (en) * | 1985-12-18 | 1986-09-02 | Gas Research Institute | Electrochemical reduction of aqueous carbon dioxide to methanol |
US4668349A (en) * | 1986-10-24 | 1987-05-26 | The Standard Oil Company | Acid promoted electrocatalytic reduction of carbon dioxide by square planar transition metal complexes |
-
1989
- 1989-03-31 US US07/331,466 patent/US4921585A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-29 AT AT90106051T patent/ATE207138T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-03-29 EP EP90106051A patent/EP0390158B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-03-29 DE DE69033828T patent/DE69033828T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-30 JP JP2087320A patent/JPH03111587A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08246177A (ja) * | 1995-03-08 | 1996-09-24 | Agency Of Ind Science & Technol | 水素の輸送、貯蔵のための水素化物の製造方法及びその装置 |
JP2009138270A (ja) * | 1997-05-07 | 2009-06-25 | George A Olah | 二酸化炭素のメチルアルコール及び関連酸素化物又は炭化水素への再生 |
JP2013510238A (ja) * | 2009-11-04 | 2013-03-21 | エフエフジーエフ・リミテッド | 炭化水素の生成 |
JP6083531B2 (ja) * | 2011-03-18 | 2017-02-22 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 二酸化炭素の還元固定化システム、二酸化炭素の還元固定化方法、及び有用炭素資源の製造方法 |
WO2013031065A1 (ja) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | パナソニック株式会社 | 二酸化炭素を還元する方法 |
JP5259889B1 (ja) * | 2011-08-29 | 2013-08-07 | パナソニック株式会社 | 二酸化炭素を還元する方法 |
US8815074B2 (en) | 2011-08-29 | 2014-08-26 | Panasonic Corporation | Method for reducing carbon dioxide |
JP2015056315A (ja) * | 2013-09-12 | 2015-03-23 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 固体高分子形発電方法およびシステム。 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ATE207138T1 (de) | 2001-11-15 |
DE69033828D1 (de) | 2001-11-22 |
US4921585A (en) | 1990-05-01 |
EP0390158A2 (en) | 1990-10-03 |
DE69033828T2 (de) | 2002-06-20 |
EP0390158A3 (en) | 1991-04-10 |
EP0390158B1 (en) | 2001-10-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Address the “alkalinity problem” in CO2 electrolysis with catalyst design and translation | |
JPH03111587A (ja) | 二酸化炭素還元用電解槽 | |
US4311569A (en) | Device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals | |
US4528083A (en) | Device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals | |
US6712949B2 (en) | Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide | |
US4707229A (en) | Method for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals | |
US3992271A (en) | Method for gas generation | |
US4210501A (en) | Generation of halogens by electrolysis of hydrogen halides in a cell having catalytic electrodes bonded to a solid polymer electrolyte | |
US9057136B2 (en) | Production of low temperature electrolytic hydrogen | |
US6051125A (en) | Natural gas-assisted steam electrolyzer | |
JP2648313B2 (ja) | 電解方法 | |
US4457824A (en) | Method and device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals | |
Jianping et al. | Preparation of a silver electrode with a three-dimensional surface and its performance in the electrochemical reduction of carbon dioxide | |
EP2035599A2 (en) | Electrode, method of manufacture and use thereof | |
CA1195949A (en) | Hydrogen chloride electrolysis in cell with polymeric membrane having catalytic electrodes bonbed thereto | |
JPH11229167A (ja) | 電解水素発生装置 | |
US5607562A (en) | Electrolytic ozone generator | |
CN114402095B (zh) | 错流式水电解 | |
WO2001004383A1 (fr) | Procede d'electrolyse de chlorure alcalin | |
US20040053098A1 (en) | Electrochemical cell | |
US6066248A (en) | Process for aqueous HCl electrolysis with thin film electrodes | |
CN113416972A (zh) | 基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置和方法 | |
CN111472018A (zh) | 一种spe电解制备过氧化氢的方法 | |
CN114481177B (zh) | 一种气体扩散电极结合微通道电化学制备过氧化氢的反应装置及其应用 | |
JPH046290A (ja) | ハロゲン化物の電解合成方法 |