JPH0199632A - 酸素の電気化学的分離法および電気化学的酸素濃縮セル - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ｌ１α１え 光１とた万一 本発明は２つの電極間に電位を加えると酸素が分離され
る、電極間のマトリックスに保持されている酸素含有溶
融無機塩電解質を用いて空気等の酸素含有ガス混き物か
ら酸素を電気化学的に分離する方法に関する。

Ｕ」た１１哩 比較的純粋な酸素には多くの工業的用途及び医療用途が
ある。酸素を製造する１９の方法は水の電気分解である
。Ｓ気分解は大量の電気エネルギーを消費すると共に、
更に水素が同時に製造され、安全性及び純度の面で問題
があるという不利な点がある。

１９の広く用いられた酸素の分離法は空気の極低温−液
化及び蒸留を伴うものである。極低温蒸留法は一般にエ
ネルギを大量消費する方法で、約３５〜４０％以下の総
合効率で作動する。僅低温蒸留は一般的に言って非常に
大規模なプラントで運転しなければ経済的に実行できず
、また大規模生産は集約生産設備から末端ユーザーに運
ぶ輸送コストも要する。

化学的空気分離法も開発されており、例えばエア・プロ
ダクツ・アンド・ケミカル社（ＡｉｒＰ　ｒｏｄｕｃｔ
ｓ　　ａｎｄ　　Ｃｂｅ糟１ｃａｌｓ、Ｉ　ｎｃ、　）
はモルドックス（Ｍｏｌｔｏｘ）化学的空気分離法を市
場に出している。このｆヒ学的空気分層技術では衝低温
法に比較して低エネルギー消費、従って高効率が達成さ
れると言われている０次の米国特許明細書には基本的モ
ルドックス化学的空気分離法及びその改良法が記載され
ている。すなわち、米国特許下４．１３２，７６６号明
細書は、空気を昇温、昇圧下で溶融したアルカリ亜硝酸
塩及び同硝酸塩の溶液の酸素アクセプターと接触させて
酸素分亜硝酸塩と反応させ、それによって溶融塩溶液中
で追加の硝酸塩を形成する、再生式化学的方法による空
気からの酸素の分離を教示している。酸化された溶融塩
を酸素が減少した空気から分離し、そしてその圧力を下
げ、同時にその温度ひ上げると酸素の放出が起こる。再
生された酸素アクセプターは次に再循環することができ
るし、またこの空気分離法は連続法で運転することがで
きる。吸着段階と脱着段階には別個の反応器が必要であ
る、と言うのはそれらの段階は異なる温度と圧力で行わ
れ、反応器間で溶融塩酸素アクセプターをポンプ給送す
ることが必要だからである。この方法では、特に約５３
０°〜９３０°という必要温度における腐食が重大な開
運である。米国特許下４，３４０゜５７８号明細書は上
記米（ＩＩ！ｔ４Ｆ許第４，１３２゜７６６号の化学的
空気分離法の改良を教示する。

この方法において、酸素の吸着は多段向流段階で行われ
る。圧縮エネルギー必要量を減少させるために等温圧縮
と断熱圧縮とが組み合され、そしてその排気が圧縮エネ
ルギーの回収を高めるために燃料、部分的膨張、熱交換
及びｐｓ５張の完結の順序で処理される。米国特許下４
，２８７，１７０号明細書は前記化学的空気分離法のも
う１９の改良を教示する。この改良法は溶融カルカリ硝
酸塩溶液、Ｓ「○又はＰｒ−Ｃｅ酸化物等の酸素アクセ
プターを使用して空気を分離することによる酸素と窒素
の製造を伴うもので、その際残留酸素はＭｎＯ等の掃去
剤との反応で除去され、酸素を含まない窒素−アルゴン
混合物を生成させる。酸素アクセプターと酸素掃去剤は
再生、再循環される。米国特許下４，５２６．７７５号
明細書は前記１ヒ学的酸素分離法のもう１９の改良を教
示する。この改良法では多段吸着−脱着サイクルを利用
することによって動力必要量と資本コストを下げ、かつ
高圧酸素の回収を高めるようにしている。米国１キ許第
４．５２９．５７７号明細書は前記化学的空気分離法の
更に他の改良法と教示する。この方法において、溶融塩
アニオン組成物は過酸ｆヒ輪と酸化物と過酸化ナトリウ
ムに対して約１モル％以下で存在する超酸化物（ｓｕｐ
ｅｒｏに１ｄｅｓ）の混合物を含み、溶融塩溶液の腐蝕
性を低下させている。米国特許下４．５６５，６８５号
明細書は前記（ヒ学的空気分随法の更に池の改良を教示
する。゛この方法においては、温度変動（ｔｅｍｐｅｒ
ａｔｕｒｅ　　５ｗ１ｎＦｉ）吸収−脱着サイクルが、
脱着段階で圧力を上げて高圧酸素の発生を更に効率的な
ものにする圧力変動と併用されている。

空気から酸素分分離するその外の化学的方法に米国特許
下１，１２０，４３６号明細書に教示される方法がある
。この米国特許下１，１２０，４３６号明細書は、空気
が無水亜硝酸（＋’ｈＯｓ）等の窒素の低級酸化物と反
応して、加熱すると酸素と低級酸化物に分解する硝酸等
の窒素の高級酸化物を形成する化学的分層法を教示する
ものである。硫酸が酸素の分離を助長する媒介物として
用いられる。

米国特許下４．０８９，９３８号明ｍ書は、酸素を低圧
吸着ゾーンにおいて水酸化ナトリウム又は同カリウムの
水溶液中二酸化マンガン懸濁液と接触させ、得られる酸
素の富化された液体流を次に高圧発生ゾーンにポンプ給
送し、水蒸気と接触させて吸着酸素を放出させる酸素分
離法を教示する。

また、欧州特許下９８，１５７号明細書は吸着と脱着過
程で必要な酸素圧を維持するために温度及び／又は圧力
変動法を利用する酸素の分離のための溶剤吸収系を教示
する。

電気化学的手段による空気等のガス混合物からの酸素の
分離も提案されている。すなわち、東ドイツ特許第１１
９，７７２号明ｍ書は固体の酸化ジルコニウム電解質３
含み、１２００°で運転される高温電解槽を用いる酸素
富化空気の回収を教示する。固体電解質はアノードとカ
ソードの両側上のＬｎＣｏＯｒ（Ｌｎ＝稀土類）の多孔
質層により与えられる。米国特許第４，０６１，５３４
号明ｍ書は、電気化学的に酸化されると酸素を発生し、
かつ化学的酸ｆヒ反応器に再循環される還元層を再生す
る過酸化物を形成する空気の化学的酸化を開示する。

米国特許下４，３００．９８７号明細書は、生成過酸化
物が触媒的に分解される、水性アルカリ性電解質中での
空気から酸素の製造を教示する。米国特許下３，４１０
，７８３号明ｍ書は水性電解質を有する電気化学的電池
（ｅｌｅｃＬｒｏｅｂｃｍｉｃａｌｃｅｌ　Ｉ）を使用
する空気からの酸素の分離を教示し、この場合その電解
質は酸素の分層のために電池のガス導入物に関連した差
圧下に保持されたセパレーターに輸送される。米国特許
下３，８８８，７４９号明細書は２つの電池を有し、両
者間で水性電解質を循環させることによって外部電流を
適用せずに空気から酸素を電解分離する方法を教示する
。ここで、第一の電池は高酸素分圧を有し、一方第二の
電池は低酸素分圧を有して電池間に起電力（ｅｄ）を発
生させ、低酸素分圧電池中で電解質から酸素を遊離させ
るようになっている。米国特許下４．４７５．９９４号
明細書は、酸素をカソードにおいて超酸化物イオン０２
−に還元し、電解質によってアノードに輸送し、そこで
酸素に再酸化し、採集するガス温き物から酸素を分離す
る電気化学的方法を教示する。この米国特許下４．４７
５゜９９４号明細書に開示される発明の実施において、
高ｐＨの水性電解質、非水性電解質及び固体ポリマーの
電解質が使用できる。ニトリル；ルイス酸；有機カチオ
ン；クラウン及びクリプタンド等の大分子のもの及び／
又はリカンドな加えると水性電解質中の超酸化物を安定
化することができる。

色囲へ」ｉ 本発明の１９の目的は酸素含有溶融無機塩電解質の電気
化学的電池で空気等の酸素含有ガス混合物から酸素を分
離する電気化学的方法を提供することである。

本発明のもう１９の目的は溶融したアルカリ金戊−硝酸
塩、−炭酸塩、−硫酸塩又は−燐酸塩電解質の電気化学
的電池で空気等の酸素含有ガス混合物から酸素を分離す
る電気化学的方法を提供することである。

本発明の他の目的は高プロセス効率を達成する酸素含有
溶融アルカリ無８！塩の電解質を用いて酸素含有ガス混
合物から酸素を分離する電気１ヒ学的方法を提供するこ
とである。

本発明の更に他の目的は溶融塩の移動を要せず、かつ従
来の化学的吸着−脱着酸素分離法よりも低温で作動する
、酸素含有溶融無機塩の電気化学的電池を使用して空気
から酸素を分離する方法を提１共することである。

本発明によれば、酸素含有溶融無機塩電解質は２つの電
極間の多孔質マトリックスの中に保持される。これら塩
の好ましい酸素含有部分はナイトレート、カーボネート
、サルフェート及びホスフェートの部分である。カリウ
ム、ナトリウム、リチウム及びそれらの混合物のアルカ
リ金属塩を使用するのが好ましい、これらの塩は一般に
融点が低く、一般に約４００℃以下である。′ａ当な電
解質用マトリックスとしてはＭ２Ｃ，Ａ１．ｏ、。

Ｌ　ｉ　Ａ　１０２及びそれらの温き物が挙げられる。

マトリックスの構造は電解質を保持する気孔率（＋）ｏ
ｒｏｕｓ）　４０　％以上であるのが好ましい、運転条
件下では、活性な電解質は溶融され、細かい多孔質マト
リックスｔｉ造の中に毛管現象によって保持されている
０本発明で使用される電解質は溶融炭酸塩燃料電池に関
して米国特許第４．０７９　。

１７１号明細書に記載される電解質と類似のペースト状
電解質である。電極は多孔質のもので、その１ｆｆＩ１
１面で電解質と、他方の側面でガス室と接触、保持され
る。適当な触媒電極材料は周期律表第ＩＢ族、ｉｎＢ族
、ｆｎｌＡ族、第ＶＢ族、第ＶＩＩ３族、第ＶＩＢ族及
び第１族より成る群から選ばれる族に属する元素からｊ
πばれる触媒から成る。触媒の適当な形として金属官、
酸化物態又はサーメット態が挙げられる。好ましい触媒
は亜鉛、銀、ニッケル、アルミニウム、鉄、銅、クロム
及びそれらの混合物より成る■から選ばれる。特に好ま
しい触媒はＭｕ（ヒ物である。カソード及びアノードは
同一材料のものでもよいし、あるいは異なる材料のもの
でもよいｌ極は気−液一画相電気化字的反応系について
高気孔度（ｐｏｒｏｓ’１ｔｙ）及び大きな触媒表面積
を与えることがフましい０本発明の方法の電気１ヒ学的
反応系は２つの電極を構切って加えられる電位によって
駆動される。

本発明の方法は酸素含有ガス混合物、例えば空気を電気
１ヒ学的反応の遂行に適当な酸化物、例えばＮ０２．Ｃ
Ｏ２，３０２及びＰｚＯｓとの混合物しとてカソード室
に供給することによって実施される。

カソードにおける還元性環境において０□と酸１ヒ物と
は式Ｉ ｚｅ−＋　、　０２＋　Ｘ　Ｏ１ｌ−４Ｘ　Ｏ２，＋。

に従って反応して酸素含有イオンを生成させる。

酸素含有イオンは酸素含有溶融無機塩電解質・を横断じ
てアノードに輸送され、そこで式■ｘｏ：ｌｌ＋、　、
＋　ｚｅ−＋ｏ○、＋ｘｏ。

に従って酸［ヒされて酸素を生成する。ただし、上記式
において： ｚ＝１．２又は３； ｎ＝１７２又は１； ＋ａ＝１．２又は３： Ｘ＝上記電気化学的反応を遂行するために酸化物及び酸
素含有イオンを生成させることができる非金属酸化物形
成性元素、例えばＮ。

Ｃ３Ｓ及びＰ； である、流出ガス頚はアノードから抜き出され、酸素は
セパレーター、例えばコンデンサーでＭｔｉ（ヒ物から
分離されて高純度の酸素ガスを与える。Ｐｉ素の最終分
類段階で回収される酸化物はカソードに再循環させるの
が好ましい、別の流出ガス類がカソードから抜き出され
、濃縮されるが、その際非金属酸化物形成性元素及び未
使用酸素を排出してそれらがこのプロセスのサイクルに
蓄積されないようにする０本発明の方法は約５００°〜
約９００°Ｃの温度、好ましくは約５００　”〜約７０
０℃の温度で実施することができる。本発明の方法は、
多くの場合、吸着剤の熱再生を伴う従来の化学的吸着法
で必要とされる温度より低い温度で実施することができ
、従って使用エネルギーが少ない、同様に、本発明の方
法は約１〜約１００気圧、好ましくは約１〜約５気圧の
圧力で実施することができ、その際運転と酸素の放出の
ための差圧に依存する従来法の圧縮エネルギーは必要と
されない。

好ましい聾様において、本発明の方法は酸素含有ガス混
合物、例えば空気をカソード室にＮＯ□との（ｒｌ、６
物の形で供給することによって行われる。

カソードにおける還元性環境においては、式■Ｎ　Ｏ２
＋　１　／　２０２　＋　ｅ　−→Ｎ○、−に従って０
２とＮｏ、とが反応する。ＮＯ３−イオンは溶融アルカ
リ金民硝酸塩電解質を横断してアノードに運ばれ、そこ
でＮ　Ｏ）−は式■Ｎ　Ｏ３−−Ｎ　Ｏ２＋　１　／　
２０２＋ｅ−に従って酸化される。アノードから流出ガ
スが抜き出され、セパレーター、例えばコンデンサーで
酸素がＮ　Ｏ２から分屋されて高純度の酸素ガスを与え
る。酸素の最終分順Ｆｔ階で回収されるＮＯ２はカソー
ドに再循環させるのが好ましい。カソードから別の流出
ガスが抜き出されるが、その際Ｎ２及び未使用の０２が
排出されてそのプロセスのサイクルにそれらが蓄積され
ないようになっている。この好ましい態様の方法は約５
００°〜約７００　’Ｃの温度、好ましくは約５００゛
〜約６００℃の温度で実施することができる。

本発明の以上の及びその他の特徴、局面及び利点は好ま
しい態様についての次の詳細な説明及び本発明による空
気から酸素を分離する電気化学的電池を模式的に示す添
付図面に関して考察すれば更に十分に理解されるだろう
。

よ　い、　　の；１ 本発明の方法を図示の模式図としての電気化学的電池１
０を参照して以下において説明するけれども、本発明の
実施の際に用いられる電気化学的電池１０の部品は電気
化学的電池の設計技（（１に周知となっている種々の構
造、形状で得られることを理解すべきである。

図示される通り、電気１ヒ学的電池１０はガス透過性の
カッ−）で１１とガス透過性のアノード１２を３み、そ
れらカソードとアノードは酸素含有溶ＲＩ　Ｑ、　ｎ塩
−電解質１３と接触している。ハウジング１４がカソー
ド室１５を取り囲み、一方ハウジング１４ａが反応体と
生成物のガスを閉じ込めておくためのアノード室１６を
取り囲んでいる。電子を運ぶために外部電気回路３０が
カソード１１とアノード１２とに電気的に接触しており
、またその外部回路３０は電力供給手段３１を有し、電
気化学的反応を駆動するためにＴ、極を横断して電位を
与えるようになっている。

、本発明における使用に適したガス透過性のカソード及
びアノードは触媒ｆヤ用を有する電極であって、周期律
表第ＩＢ族、第ＩＩＢ族、第１ＩＩ、〜族、第ＶＢ族、
第■［３族、第〜ＩＢ族及び第〜ｌ族より成る群から選
ばれる族に属する元素から選ばれる触媒から成る。触媒
に適した形に金属部６、醗（ヒ物態又はサーメット（ｃ
ｅｒτａｅｔ）君がある。好ましい触媒は亜鉛、銀、ニ
ッケル、アルミニウム、鉄、銅、クロム及びそれらの混
合物より成る群から選ばれるものである。特に好ましい
触媒は銅酸化物である。

本発明における使用に適した多孔質の触媒電極は常用の
焼結技術で製造することができる。

適当な電解質は酸素含有イオン導通性の酸素含有溶融無
機塩電解質から成る。これら塩の好ましい酸素含有非金
属部分はナイトレート、カーボネ−１・、サルフェート
及びホスフェートであり、そしてカリウム、ナトリウム
、リチウム及びそれらの混合物のアルカリ金属塩を用い
るのが好ましい。

１９の好ましい電解質は米国特許第４，０７９゜１７１
号明細書に開示されているような、多孔質マトリックス
中に保持されている溶融アルカリ硝酸塩から成るもので
ある。′：ｒ、解責は米国特許第４．０７９，１７１号
明細書に開示されている方法と同様にして製造すること
ができ、そして溶融アルカリ硝酸塩で満たすことができ
る。好ましいアルカリ金属硝酸塩は硝酸カリウム、硝酸
ナトリウム、硝酸リチウム及びそれらの混合物である。

空気等の酸素含有ガスは適当な酸化物、例えば対応する
ＮＯ□、　ＣＯ２、Ｓ　Ｏ２及びＰ２Ｏ，と混合され、
カソード室１５にカソード室入口手段１７を通って導入
される。空気−酸化物混合物、例えば空気−Ｎ　Ｏ２混
合物は１〜約３０モル５′６の酸化物濃度、好ましくは
約１５〜約２０モル％の酸１ヒ物濃度を有するのが適当
である。これらのモル％濃度は０２譜度が空気中のそれ
と略同じである場合に適当なものであるが、しかしもっ
と高い又は低い酸素濃度についてはそれに応じて調整し
なければならない、カソード環境で存念の妨害反応又は
競争反応に関属する成分を含有しないものであればいか
なる酸素含有ガスでも用いることができる。

反応体ガス−液状電解質−固木触媒カソードの３層界面
で式■の反応が起こり、酸素含有イオン、例えばＮ０ｆ
ｆ−が溶融炭酸塩燃ｆ１電池における炭酸イオンの溶融
アルカリ金属炭酸塩型Ｍ＊’：通しての輸送と同様にし
てアルカリ金属硝酸塩等の酸素含有！！機塩の電解質１
３を通してアノード１２に輸送される。排気ガスはカソ
ード室１５から抜出手段１９を通して抜き出されるが、
そのガスは非金工Ｐｉ１ヒ物形成性元票及び未使用酸素
含分離、ｍ出してそれらがそのプロセスに蓄積されるの
を防ぐためにセパレーター、例えばコンデンサー２０を
通過させることができる。主として酸ｆヒ物、例えばＮ
Ｏ２を含有する排気ガスは再循環手段２１で入口手段１
７に再循環させることができる。

酸素含有非金属イオン、例えばＮ０１−イオンは酸素含
有溶融無代塩電解質１３を通ってアノード１２に矢印で
示される方向に進む。アノード１２の触媒表面において
、式Ｈの反応が起こり、ガス状０２及び酸１ヒ物がアノ
ード室１６から生成ガスの出口手段１８ｆ！：通って酸
化物、例えばＮＯ２の濃縮用コンデンサー等のセパレー
ター手段２２にカソード室入口手段１７への再循環のた
めに取り出される。アノード反応で放出された電子は外
部電気回路３０を経てカソード１１に送られる。外部電
気回路３０中の電力供給手段３１は起電力を供給して目
的の電気化学的反応を駆動する。；、ｎ付図面は筆線ｆ
ヒされた模式図として与えられるもので、当業者であれ
ば目的の方法の結果を得るためにこの技術分野に知られ
る所望のバルブ、ポンプ、ブローワー及びコンｌ−ロー
ル系が使用されることが分かるだろう。

本発明による電気化学的電池は約５００°〜約９００°
Ｃ１好ましくは約５００°〜約７００℃の温度−この温
度は酸素含有無機塩の融点に依存する−で、かつ約１〜
約１００気圧、好ましくは約１〜約５気圧で作動する。

本発明による濃縮用電池の作動に要するエネルギー（Ｗ
）は電池の起電力（ｅｍｒ）を克服するのに要する仕事
りＷＲＥＶ）及び抵抗（オーｌい）と過電圧との（（１
失（Ｗ□１１）を含む。すなわち、””ｖＩＩＥＶ　＋
ＷＩｎｆｌ　　　　　　弐■である。ここで、１モルの
酸素の移動について電荷 及び ただし、式中のｚ、ｎ、ｍ及びＸは式Ｉ及び■につぃて
与えた意味と同じ意味を有する。

と仮定すると、１モルの０２を移動させるのに要するエ
ネルギーは Ｗ＝ｚ／ｎＦ　　＜ｅＩｌｆ＋　Ａ　Ｖ）　　　　　　
　式■となる。従って、 Ｗ（Ｃｏ：）−１，３６Ｆ、　Ｐ　ｓ／’モル０□町Ｎ
Ｏ′Ｊ）・０．７２Ｆ、Ｗ″Ｓ１５１モル０２阿；）・
０．７２Ｆ、阿”　Ｓ１モル０２Ｊトえられこれらの条
件下で１モルの０２を移動させるのに要するエネルギー
を示す表を作ることができる。これを次に与える。

（Ｌ友 一一−−〜−−−−−−イーーーー−−−一一−−導通
　　ｋＷｌ＋／　　　ｋ圓１＋／　　ｋＷｂ／１０００
に一一晩虹　　ド虹　Ｂ二虹−」−ｊ−Ｃｏ、　　０．
０３６５’　　１２１５　　４３．９　　１／２　２Ｎ
Ｏ，０，０１９３６４３２３，２１／２　１’、　　０
．０１９３　　６４３　　２３．２　　１　　２第１表
から、より低いＺ及びより高いｎを有する溶融塩が好ま
しく、そしてより低い温度はＷｎＥＶ要件を下げ、一方
より高い温度はＷ１□８を低下さぜることが分かる。

次の実施例は本発明を具体的に例証するために示すもの
で、本発明の方法を限定するものと考えるべきではない
。

ｘ１匠 図示の電気化学的電池を大気圧で運転し、分圧で示して
次の主組成を有するカソード導入ガスと供給した： ○、：０．１５気圧 Ｎｏ２：　０．２９気圧 Ｎ２：０．５６気圧。

このガスを触媒カソード表面と接触、通過させた。そこ
では式Ｉで示されるカソード反応が起きた。カソード室
の排気ガスの主組成は次の通りであった： Ｏ２：０．０７気圧 ＮＯ，、０，１３気圧 Ｎ２　・０８０気圧。

これはカソード表面において○、−０．０１１気圧、Ｎ
Ｏ，＝０．２１気圧の平均活性ガス組成を与えた。

電解質は温度５４０°Ｃに維持し、この温度でアルカリ
金属硝酸塩は溶融された。この電気１ヒ学的反応に要す
る電位は３Ｑ＋＊Ｖで、電極間の横断ＩＲ降下は５０ｍ
Ｖで、電極の分極は２００＋轟Ｖであった。すなわち、
電流密度１６０ｍＡ　／　ａｍ２について全電位は２８
０＋ｏＶであった。１６０ｍΔ／ｃＩ１１２において０
．２８０ボルトの電池電圧で電気化学的電池を運転する
と、電力の必要埜は２３０　Ｋ　Ｗ　１．１　／　）ン
（メートル単位）Ｏ２であった。これは従来の化学的０
□分雛法と比較して潰れていることを示すものである。

前記反応式Ｈに記載されるアノード反応に基因して、ア
ノード室及び生成ガス出口手段中のガス濃度は一定で、
ｏ２＝０．３３気圧、ＮＯ，＝０．６７気圧であった。

０２に比較してＮＯ２の融点が高いことに基因して、こ
れら２成分は容易に分層することかてさ、非常に純度の
高い０２がこのプロセスから抜き出された。

以上、明細書において本発明についである種の好ましい
Ｓ、　ｔＸに関連させて記載し、かつ例証のために多く
の細部について記述したが、当業者には追加の実施！ぶ
様も許容されること、及びここに記載した細部のあるも
のは本発明の基本原理から逸脱しない範囲においてかな
り変更可能であることは明らかであろう。

−Ｌ［［２１面の簡単な説明］ 図は本発明による、空気から酸素を分層する電気化学的
電池の模式図である。

１０・・・電気化学的電池　１１・・・カソード１２・
・・アノード　　　　１３・・電解質１５・・・カソー
ド室　　　１６・・・アノード室１７・・・入口手段　
　　　１８・・・出口手段１９・・・排出手段　　　　
２０・・コンデンサー２１・・・再循環手段　　　２２
・セパレーター手段３０・・外部電気回路　　３１・・
・電力供給手段（外３名） 図＝７＞τこ″′Ｔ〕に１７なし） 面ｔビイ１１−下りａツタ（江ズー京、０２に 手続補正書 １．事件の表示 昭和６３年特許願第２１９６１０号 ２、を明の名称 酸素の電気化学的分離 ３、　ｌ＋ｌｌｉ正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　インスティチュート・オブ・ガス・テクノロ
ジー４、代理人 ５、　ｈｔｉＩＬノ対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｏ＿２及び非金属酸化物から成るガス混合物をカソ
   ード反応 ▲数式、化学式、表等があります▼ の促進に対して触媒的に活性な多孔質カソードに供給し
   ； 生成した酸素含有非金属イオンを酸素含有溶融無機塩電
   解質を通して次のアノード反応 ▲数式、化学式、表等があります▼ の促進に対して触媒的に活性な多孔質アノードに送り； 生成した該非金属酸化物から生成Ｏ＿２を分離し、分離
   されたＯ＿２をこのプロセスから取り出し；放出された
   ｅ＾−を外部電気回路を通して該カソードに送り；そし
   て 該カソードに該電気化学的反応を駆動するのに十分な電
   位を供給する ことを特徴とする酸素含有ガス混合物からの酸素の電気
   化学的分離法：但し、上記反応式においてｚは１、２又
   は３であり、ｎは１／２又は１であり、ｍは１、２又は
   ３であり、そしてＸは該電気化学的反応を遂行するため
   に酸化物及び酸素含有イオンを生成させることができる
   非金属酸化物形成性元素である。 ２、該非金属酸化物をＮＯ＿２、ＣＯ＿２、ＳＯ＿２及
   びＰ＿２Ｏ＿５より成る群から選択する請求項第１項に
   記載の方法。 ３、該酸素含有無機塩電解質が該非金属酸化物に相当す
   るナイトレート、カーボネート、サルフェート及びホス
   フェートより成る群から選ばれる酸素含有部分を有して
   いる請求項第２項に記載の方法。 ４、該電解質をＭｇＯ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＬｉＡｌＯ＿
   ２及びそれらの混合物より成る群から選ばれる多孔質マ
   トリックスの中に保持する請求項第３項に記載の方法。 ５、該酸素含有ガス混合物が空気から成る請求項第１項
   に記載の方法。 ６、該アソード及びカソードが周期律表第 I Ｂ族、第
   IIＢ族、第IIIＡ族、第ＶＢ族、第VIＢ族、第VIIＢ族及
   び第VIII族より成る群から選ばれる族に属する金属、酸
   化物又はサーメットの形をした元素から選ばれる触媒か
   ら成る請求項第１項に記載の方法。 ７、該触媒を亜鉛、銀、ニッケル、アルミニウム、鉄、
   銅、クロム及びそれらの混合物より成る群から選ぶ請求
   項第６項に記載の方法。 ８、該アノード及びカソードの一方が酸化銅から成る請
   求項第１項に記載の方法。 ９、該方法を約５００°〜約９００℃の温度で実施する
   請求項第１項に記載の方法。 １０、該方法を約５００°〜約７００℃の温度で実施す
   る請求項第１項に記載の方法。 １１、該方法を約１〜約１００気圧の圧力で実施する請
   求項第１項に記載の方法。 １２、該方法を約１〜約５気圧の圧力で実施する請求項
   第１項に記載の方法。 １３、該ガス混合物が該非金属酸化物を約１〜約３０モ
   ル％濃度で含んでいる請求項第１項に記載の方法。 １４、該ガス混合物が該非金属酸化物を約１５〜約２０
   モル％濃度で含んでいる請求項第１項に記載の方法。 １５、該カソードから排気ガスを抜き出し、該排気ガス
   から酸化物形成性元素を分離、排出し、そして主として
   酸化物を該ガス混合物に再循環させる追加工程を含む請
   求項第１項に記載の方法。 １６、該非金属酸化物をＮＯ＿２、ＣＯ＿２、ＳＯ＿２
   及びＰ＿２Ｏ＿５より成る群から選び、該酸素含有無機
   塩電解質は該非金属酸化物に対応するナイトレート、カ
   ーボネート、サルフェート及びホスフェートより成る群
   から選ばれる酸素含有部分を有するものであり、該アノ
   ード及びカソードの一方は銅酸化物から成り、該方法を
   約１〜約１００気圧の圧力で実施し、そして該ガス混合
   物は該非金属酸化物を約１５〜約２０モル濃度で含むも
   のである請求項第１項に記載の方法。 １７、該ガス混合物がＮＯ＿２及びＯ＿２から成るもの
   であり、該酸素含有溶融無機塩電解質が溶融硝酸アルカ
   リ金属塩電解質であつて、該溶融電解質を通して生成Ｎ
   Ｏ＿３＾−イオンを多孔質アノードに送る請求項第１項
   に記載の方法。 １８、各々が一方の側面で電解質と、他方の側面でガス
   室と接触している離間配置される多孔質の電極から成り
   、そして該電解質は酸素含有溶融無機塩から成ってかつ
   ２つの離間した該多孔質電極間の多孔質マトリックスの
   中に保持されていることを特徴とする電気化学的酸素濃
   縮電池。 １９、該酸素含有無機塩電解質がナイトレート、カーボ
   ネート、サルフェート、及びホスフェートより成る群か
   ら選ばれる酸素含有部分を有するものである請求項第１
   ８項に記載の電気化学的酸素濃縮電池。 ２０、該電解質がカリウム、ナトリウム、リチウム及び
   それらの混合物より成る群から選ばれるアルカリ金属部
   分を有するものである請求項第１９項に記載の電気化学
   的酸素濃縮電池。 ２１、該電解質がＭｇＯ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＬｉＡｌＯ
   ＿２及びそれらの混合物より成る群から選ばれる多孔質
   マトリックスに保持されている請求項第１８項記載の電
   気化学的酸素濃縮電池。 ２２、該電解質が周期律表第 I Ｂ族、第IIＢ族、第II
   IＡ族、第ＶＢ族、第VIＢ族、第VIIＢ族及び第VIII族よ
   り成る群から選ばれる族に属する金属、酸化物又はサー
   メットの形をした元素から選ばれる触媒から成る請求項
   第１８項に記載の電気化学的酸素濃縮電池。 ２３、該触媒が亜鉛、銀、ニッケル、アルミニウム、鉄
   、銅、クロム及びそれらの混合物より成る群から選ばれ
   たものである請求項第１８項に記載の電気化学的酸素濃
   縮電池。 ２４、電極の一方が銅酸化物から成る請求項第１８項に
   記載の電気化学的酸素濃縮電池。