JPH0557131A - 炭酸ガス還元電極および炭酸ガス変換装置 - Google Patents
炭酸ガス還元電極および炭酸ガス変換装置Info
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- JPH0557131A JPH0557131A JP3301350A JP30135091A JPH0557131A JP H0557131 A JPH0557131 A JP H0557131A JP 3301350 A JP3301350 A JP 3301350A JP 30135091 A JP30135091 A JP 30135091A JP H0557131 A JPH0557131 A JP H0557131A
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- dioxide gas
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭酸ガスを炭化水素又はアルコールへ高い電
流高率で還元できるようにすること。 【構成】 金属銅の表面と亜鉛の表面とが同時に存在す
る電極を形成し、この電極をカソードとし、ＴｉＯ２よ
りなるアノードと対をなしてカソード表面でＣＯ２を炭
化水素に変換する。
流高率で還元できるようにすること。 【構成】 金属銅の表面と亜鉛の表面とが同時に存在す
る電極を形成し、この電極をカソードとし、ＴｉＯ２よ
りなるアノードと対をなしてカソード表面でＣＯ２を炭
化水素に変換する。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、地球温暖化の原因物質
とされている炭酸ガスを炭化水素およびアルコール等へ
還元する電極およびそれを利用した炭酸ガス変換装置に
関する。
とされている炭酸ガスを炭化水素およびアルコール等へ
還元する電極およびそれを利用した炭酸ガス変換装置に
関する。
【従来の技術】炭酸ガスによる地球温暖化問題は、増え
つづける人類のエネルギー確保と裏腹の関係にあり、２
１世紀を迎える人類にとって大きな問題となりつつあ
る。炭酸ガスを処理する方法は既にいくつか提案されて
いるが、化石燃料から発生する炭酸ガスの量は膨大であ
り、かつ炭酸ガスが安定な物質であるため、根本的な解
決策とはなっていない。しかしながら、その中でも、太
陽光エネルギーを太陽電池で電力へ変換し、その電力で
炭酸ガスを電気化学的に炭化水素およびアルコールなど
へ変換する方法は、無尽蔵でクリーンなエネルギーによ
り炭酸ガスを再資源化できる点で注目されている。現在
の太陽電池における太陽光エネルギーの変換効率は１５
％程度であり、炭酸ガスの電気化学的な還元（電解還
元）における電気エネルギーの変換効率は３５％程度で
ある。したがって、太陽光エネルギーの約３．５％が炭
酸ガスの変換に利用されるにすぎない。このとき、副生
物である水素発生の電気エネルギー変換効率は約６０％
であるから、水素の発生を抑えて電気エネルギー全てを
炭酸ガスの還元反応に利用することができれば有望なプ
ロセスとなる。炭酸ガスの電解還元で電気エネルギーの
変換効率に大きな影響を与えるのは電極材料の種類であ
る。電気化学５８巻、Ｎｏ１１，１９９０年の９８４ペ
ージから９８９ページ、および９９６ページから１００
２ページ、さらに、ケミストリーレターズ１９８５年の
１６９５ページによれば、金属銅が最も高い反応選択性
（電流効率）を示し、メタン、エチレン、エタノールの
電流効率を合計すると約７０％に達することが記されて
いる。また、特開平２−２０７８４４号公報では、白
金、パラジュウム、イリジュウム、ロジュウム、鉄、ニ
ッケル、コバルトの少なくとも一種を第１金属とし、
鉛、銅、亜鉛、カドミュウムの少なくとも一種を第２金
属として含む電極が炭酸ガスの変換に優れていることが
示されている。水素原子が吸着して活性化される第１金
属の原子間を第２金属で分断することによって、水素原
子同士が結合して水素ガスが発生するのを抑制し、水素
原子を炭酸ガスの還元に利用する発明である。
つづける人類のエネルギー確保と裏腹の関係にあり、２
１世紀を迎える人類にとって大きな問題となりつつあ
る。炭酸ガスを処理する方法は既にいくつか提案されて
いるが、化石燃料から発生する炭酸ガスの量は膨大であ
り、かつ炭酸ガスが安定な物質であるため、根本的な解
決策とはなっていない。しかしながら、その中でも、太
陽光エネルギーを太陽電池で電力へ変換し、その電力で
炭酸ガスを電気化学的に炭化水素およびアルコールなど
へ変換する方法は、無尽蔵でクリーンなエネルギーによ
り炭酸ガスを再資源化できる点で注目されている。現在
の太陽電池における太陽光エネルギーの変換効率は１５
％程度であり、炭酸ガスの電気化学的な還元（電解還
元）における電気エネルギーの変換効率は３５％程度で
ある。したがって、太陽光エネルギーの約３．５％が炭
酸ガスの変換に利用されるにすぎない。このとき、副生
物である水素発生の電気エネルギー変換効率は約６０％
であるから、水素の発生を抑えて電気エネルギー全てを
炭酸ガスの還元反応に利用することができれば有望なプ
ロセスとなる。炭酸ガスの電解還元で電気エネルギーの
変換効率に大きな影響を与えるのは電極材料の種類であ
る。電気化学５８巻、Ｎｏ１１，１９９０年の９８４ペ
ージから９８９ページ、および９９６ページから１００
２ページ、さらに、ケミストリーレターズ１９８５年の
１６９５ページによれば、金属銅が最も高い反応選択性
（電流効率）を示し、メタン、エチレン、エタノールの
電流効率を合計すると約７０％に達することが記されて
いる。また、特開平２−２０７８４４号公報では、白
金、パラジュウム、イリジュウム、ロジュウム、鉄、ニ
ッケル、コバルトの少なくとも一種を第１金属とし、
鉛、銅、亜鉛、カドミュウムの少なくとも一種を第２金
属として含む電極が炭酸ガスの変換に優れていることが
示されている。水素原子が吸着して活性化される第１金
属の原子間を第２金属で分断することによって、水素原
子同士が結合して水素ガスが発生するのを抑制し、水素
原子を炭酸ガスの還元に利用する発明である。
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この発
明で示されている実施例によれば、ギ酸またはメタノー
ルの電流効率が高くなり、炭化水素の生成については不
明である。また、アノードストリッピング法により、銅
電極の表面にニッケルまたはカドミュウムを電析させて
反応選択性の改善が試みられている。しかし、一酸化炭
素、水素、ギ酸の選択性は向上しているが、炭化水素お
よびアルコールの選択性は向上していない。また、これ
らいずれの公知技術においても電流密度は５〜１０ｍＡ
／ｃｍ２程度であり、実用的な反応速度レベルに達して
いない。本発明の目的は、炭酸ガスを炭化水素またはア
ルコール等へ高い電流効率で還元できる電極およびそれ
を利用した炭酸ガス変換装置を提供することにある。
明で示されている実施例によれば、ギ酸またはメタノー
ルの電流効率が高くなり、炭化水素の生成については不
明である。また、アノードストリッピング法により、銅
電極の表面にニッケルまたはカドミュウムを電析させて
反応選択性の改善が試みられている。しかし、一酸化炭
素、水素、ギ酸の選択性は向上しているが、炭化水素お
よびアルコールの選択性は向上していない。また、これ
らいずれの公知技術においても電流密度は５〜１０ｍＡ
／ｃｍ２程度であり、実用的な反応速度レベルに達して
いない。本発明の目的は、炭酸ガスを炭化水素またはア
ルコール等へ高い電流効率で還元できる電極およびそれ
を利用した炭酸ガス変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、金属銅の表面と、亜鉛及び水銀の少なくとも
一つ以上の第２金属の表面が、同時に存在していること
を特徴とする炭酸ガス還元電極である。ここで、前記第
２金属が、金属銅表面で１０００Å以下のアイランド状
態に分散しているもの、又は金属銅が、前記第２金属の
表面で１０００Å以下のアイランド状態に分散している
ものがよい。また、金属銅が、板、網、発泡体、薄膜、
微粒子のいずれかであるものがよい。また、第２金属
が、電着、蒸着、無電解メッキ、リソグラフィーにより
金属銅表面に分散されたものであるのがよい。また、電
極成分が、電子伝導性の基材に支持されているものがよ
い。また、本発明は、光電極より成るアノードと、前記
のいずれかの電極より成り電解質を介して前記アノード
と対を成すカソードと、このカソード表面に炭酸ガスを
供給して接触させる炭酸ガス供給手段と、を備えた炭酸
ガス変換装置である。また、本発明は、光電極より成る
アノードと、金属銅表面とカドミュウム表面とが同時に
存在している電極より成り電解質を介して前記アノード
と対を成すカソードと、このカソード表面に炭酸ガスを
供給して接触させる炭酸ガス供給手段と、を備えた炭酸
ガス変換装置である。前記炭酸ガス変換装置において、
電解質はカソードとアノード間に挟まれた固体電解質で
あるもの、又は電解質はカソードが浸漬される電解液で
あるものがよい。また、光電極はｎ型光半導体で形成さ
れ、特にｎ型光半導体は酸化チタンであるものがよい。
また、カソードとアノード間に太陽電池が接続されてい
るものがよい。
本発明は、金属銅の表面と、亜鉛及び水銀の少なくとも
一つ以上の第２金属の表面が、同時に存在していること
を特徴とする炭酸ガス還元電極である。ここで、前記第
２金属が、金属銅表面で１０００Å以下のアイランド状
態に分散しているもの、又は金属銅が、前記第２金属の
表面で１０００Å以下のアイランド状態に分散している
ものがよい。また、金属銅が、板、網、発泡体、薄膜、
微粒子のいずれかであるものがよい。また、第２金属
が、電着、蒸着、無電解メッキ、リソグラフィーにより
金属銅表面に分散されたものであるのがよい。また、電
極成分が、電子伝導性の基材に支持されているものがよ
い。また、本発明は、光電極より成るアノードと、前記
のいずれかの電極より成り電解質を介して前記アノード
と対を成すカソードと、このカソード表面に炭酸ガスを
供給して接触させる炭酸ガス供給手段と、を備えた炭酸
ガス変換装置である。また、本発明は、光電極より成る
アノードと、金属銅表面とカドミュウム表面とが同時に
存在している電極より成り電解質を介して前記アノード
と対を成すカソードと、このカソード表面に炭酸ガスを
供給して接触させる炭酸ガス供給手段と、を備えた炭酸
ガス変換装置である。前記炭酸ガス変換装置において、
電解質はカソードとアノード間に挟まれた固体電解質で
あるもの、又は電解質はカソードが浸漬される電解液で
あるものがよい。また、光電極はｎ型光半導体で形成さ
れ、特にｎ型光半導体は酸化チタンであるものがよい。
また、カソードとアノード間に太陽電池が接続されてい
るものがよい。
【作用】銅と第２金属の表面を同時に電極表面に存在さ
せればよい。アイランド状以外にも、リソグラフィーを
用いれば、台形、立方形、線形などに分散させることが
可能である。これらの第２金属の電子配列は、電子がエ
ネルギー準位の順序に従って軌道に充満している。これ
らの金属の表面が銅の表面と共存すると、炭酸ガス還元
反応の中間体であるアニオンラジカル（ＣＯ２ −）、一
酸化炭素の吸着サイトを形成し、反応が炭化水素、アル
コールの生成に有利な方向へ進行する。第２金属は電
着、蒸着、無電解メッキ、あるいはこれらとリソグラフ
ィーとの組合せで銅の表面に分散させることが可能であ
る。母材の形状は板、網、発泡体、薄膜、微粒子のいず
れでもよい。薄膜または微粒子の場合、電子伝導性の基
材の表面に支持または分散させると表面積が増大するの
でさらに効果的である。電子伝導性の基材はカーボン、
金属などであるが、それ自身触媒活性のないカーボンの
方が好ましい。本発明による電極は、他の電極と組合せ
て炭酸ガスの変換装置として使用することができる。こ
のとき、本発明による電極では炭酸ガスの還元反応、他
の電極では、水の酸化反応が起こる。例えば、メタンが
生成する反応で示すと次の２式（化１）及び（化２）で
表すことができる。◎
せればよい。アイランド状以外にも、リソグラフィーを
用いれば、台形、立方形、線形などに分散させることが
可能である。これらの第２金属の電子配列は、電子がエ
ネルギー準位の順序に従って軌道に充満している。これ
らの金属の表面が銅の表面と共存すると、炭酸ガス還元
反応の中間体であるアニオンラジカル（ＣＯ２ −）、一
酸化炭素の吸着サイトを形成し、反応が炭化水素、アル
コールの生成に有利な方向へ進行する。第２金属は電
着、蒸着、無電解メッキ、あるいはこれらとリソグラフ
ィーとの組合せで銅の表面に分散させることが可能であ
る。母材の形状は板、網、発泡体、薄膜、微粒子のいず
れでもよい。薄膜または微粒子の場合、電子伝導性の基
材の表面に支持または分散させると表面積が増大するの
でさらに効果的である。電子伝導性の基材はカーボン、
金属などであるが、それ自身触媒活性のないカーボンの
方が好ましい。本発明による電極は、他の電極と組合せ
て炭酸ガスの変換装置として使用することができる。こ
のとき、本発明による電極では炭酸ガスの還元反応、他
の電極では、水の酸化反応が起こる。例えば、メタンが
生成する反応で示すと次の２式（化１）及び（化２）で
表すことができる。◎
【化１】 ◎
【化２】 これら２つの反応式を総括すると次の（化３）となる。
◎
◎
【化３】 この反応式の標準自由エネルギー変化は＋８１８ＫＪ／
ｍｏｌであり、外部から何らかのエネルギーを加えない
と反応は進行しない。しかし、新たに化石燃料をエネル
ギー源としたのでは炭酸ガスによる地球温暖化問題の解
決に逆行する。これに対する最も理想的なエネルギー源
は太陽光である。太陽光を利用するには、光を吸収して
（化２）の反応を促進するＴｉＯ２のようなｎ型光半導
体を電極とし、本発明による電極と組合せて変換装置を
構成すればよい。このとき、（化４）のように、ＴｉＯ
２は光を吸収して表面に酸化力のあるホールが生成し、
内部に電子（ｅ−）が生成する。このホールでＨ２Ｏが
酸化され、（化５）のようにプロトンが生成する。プロ
トン及びｅ−は（化１）の反応に利用される。◎
ｍｏｌであり、外部から何らかのエネルギーを加えない
と反応は進行しない。しかし、新たに化石燃料をエネル
ギー源としたのでは炭酸ガスによる地球温暖化問題の解
決に逆行する。これに対する最も理想的なエネルギー源
は太陽光である。太陽光を利用するには、光を吸収して
（化２）の反応を促進するＴｉＯ２のようなｎ型光半導
体を電極とし、本発明による電極と組合せて変換装置を
構成すればよい。このとき、（化４）のように、ＴｉＯ
２は光を吸収して表面に酸化力のあるホールが生成し、
内部に電子（ｅ−）が生成する。このホールでＨ２Ｏが
酸化され、（化５）のようにプロトンが生成する。プロ
トン及びｅ−は（化１）の反応に利用される。◎
【化４】 ◎
【化５】 太陽光を利用する他の方法は、太陽光を太陽電池でいっ
たん電気に変換し、その電気を上記変換器に供給して炭
酸ガスの還元反応を促進することも可能である。
たん電気に変換し、その電気を上記変換器に供給して炭
酸ガスの還元反応を促進することも可能である。
（実施例１〜３）亜鉛、カドミュウム、水銀の１ｍｍｏ
ｌ／ｌ水溶液内に、純度９９．９９９％、面積１０ｃｍ
２の金属銅板を置き、白金板をアノード、銀／塩化銀電
極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を参照極として、図１に示すよう
に金属銅１の表面に第２金属２を析出させた実施例１〜
３の電極を作製した。第２金属２の径１は１０００Å以
下であり、これがアイランド状態に金属銅１の表面に分
散している。このとき、金属銅板の電位は第２成分の還
元電位よりも０．１Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ負とした。
平均膜厚みが５０Åとなるように析出量を制御した。Ｈ
型セル内に電解液として０．１ｍｏｌ／ｌ重炭酸カリュ
ウムを入れ、第２成分を電析させた金属銅電極をカソー
ド、白金板をアノード、Ａｇ／ＡｇＣｌを参照極とし、
両極間を陽イオン交換膜で仕切り、室温、−１．７Ｖｖ
ｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌの条件でＣＯ２を吹込みながら還元
実験を行ったところ、（表１）に示すように比較例１
（金属銅板をカソードとした以外は実施例１〜３に同
じ）と比較して炭化水素およびアルコールへのエネルギ
ー変換効率が３〜４倍に増大し、水素も含めた全エネル
ギー変換効率も増大した。◎
ｌ／ｌ水溶液内に、純度９９．９９９％、面積１０ｃｍ
２の金属銅板を置き、白金板をアノード、銀／塩化銀電
極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を参照極として、図１に示すよう
に金属銅１の表面に第２金属２を析出させた実施例１〜
３の電極を作製した。第２金属２の径１は１０００Å以
下であり、これがアイランド状態に金属銅１の表面に分
散している。このとき、金属銅板の電位は第２成分の還
元電位よりも０．１Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ負とした。
平均膜厚みが５０Åとなるように析出量を制御した。Ｈ
型セル内に電解液として０．１ｍｏｌ／ｌ重炭酸カリュ
ウムを入れ、第２成分を電析させた金属銅電極をカソー
ド、白金板をアノード、Ａｇ／ＡｇＣｌを参照極とし、
両極間を陽イオン交換膜で仕切り、室温、−１．７Ｖｖ
ｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌの条件でＣＯ２を吹込みながら還元
実験を行ったところ、（表１）に示すように比較例１
（金属銅板をカソードとした以外は実施例１〜３に同
じ）と比較して炭化水素およびアルコールへのエネルギ
ー変換効率が３〜４倍に増大し、水素も含めた全エネル
ギー変換効率も増大した。◎
【表１】 （実施例４）純度９９．９９９％の金属亜鉛板の両面
に、銅を平均膜厚みが５０Åとなるように分散処理した
実施例４の電極を作製した。Ｈ型セル内に電解液として
０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを入れ、第２成分
で処理した金属銅電極をカソード、白金板をアノード、
Ａｇ／ＡｇＣｌを参照極とし、両極間を陽イオン交換膜
で仕切り、室温、−１．７Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌでＣ
Ｏ２の還元実験を行ったところ、（表２）に示すように
比較例１（金属銅板をカソードとした以外は実施例４に
同じ）と比較して炭化水素およびアルコールへのエネル
ギー変換効率が約２倍増大し、水素も含めた全エネルギ
ー変換効率も増大した。◎
に、銅を平均膜厚みが５０Åとなるように分散処理した
実施例４の電極を作製した。Ｈ型セル内に電解液として
０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを入れ、第２成分
で処理した金属銅電極をカソード、白金板をアノード、
Ａｇ／ＡｇＣｌを参照極とし、両極間を陽イオン交換膜
で仕切り、室温、−１．７Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌでＣ
Ｏ２の還元実験を行ったところ、（表２）に示すように
比較例１（金属銅板をカソードとした以外は実施例４に
同じ）と比較して炭化水素およびアルコールへのエネル
ギー変換効率が約２倍増大し、水素も含めた全エネルギ
ー変換効率も増大した。◎
【表２】 （実施例５）炭素繊維を成形したフェルトを、１０ｍｍ
ｏｌ／ｌの硝酸銅溶液に入れ、白金板をアノード、Ａｇ
／ＡｇＣｌを参照極として炭素繊維の表面に金属銅を析
出させた。このとき、フェルトの電位は銅の還元電位よ
りも０．１Ｖ負とした。平均膜厚みが０．１μｍとなる
ように析出量を制御した。次に、硫酸亜鉛の１ｍｍｏｌ
／ｌ水溶液内に、銅を析出させたフェルトを置き、白金
板をアノード、Ａｇ／ＡｇＣｌを参照極としてさらに亜
鉛を析出させた。このとき、フェルトの電位は亜鉛の還
元電位よりも０．１Ｖｖｓ．ＮＨＥ負とした。平均膜厚
みが５０Åとなるように析出量を制御した。Ｈ型セル内
に電解液として０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを
入れ、亜鉛を電析させたフェルト電極をカソード、白金
板をアノード、銀／塩化銀電極を参照極とし、両極間を
陽イオン交換膜で仕切り、室温、−１．７Ｖｖｓ．Ａｇ
／ＡｇＣｌでＣＯ２の還元実験を行ったところ、（表
３）に示すように、比較例２（亜鉛を電析させないフェ
ルト電極をカソードとして使用した以外は実施例５と同
じ）よりも炭化水素およびアルコールへのエネルギー変
換効率が約４倍増大し、水素も含めた全エネルギー変換
効率も増大した。◎
ｏｌ／ｌの硝酸銅溶液に入れ、白金板をアノード、Ａｇ
／ＡｇＣｌを参照極として炭素繊維の表面に金属銅を析
出させた。このとき、フェルトの電位は銅の還元電位よ
りも０．１Ｖ負とした。平均膜厚みが０．１μｍとなる
ように析出量を制御した。次に、硫酸亜鉛の１ｍｍｏｌ
／ｌ水溶液内に、銅を析出させたフェルトを置き、白金
板をアノード、Ａｇ／ＡｇＣｌを参照極としてさらに亜
鉛を析出させた。このとき、フェルトの電位は亜鉛の還
元電位よりも０．１Ｖｖｓ．ＮＨＥ負とした。平均膜厚
みが５０Åとなるように析出量を制御した。Ｈ型セル内
に電解液として０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを
入れ、亜鉛を電析させたフェルト電極をカソード、白金
板をアノード、銀／塩化銀電極を参照極とし、両極間を
陽イオン交換膜で仕切り、室温、−１．７Ｖｖｓ．Ａｇ
／ＡｇＣｌでＣＯ２の還元実験を行ったところ、（表
３）に示すように、比較例２（亜鉛を電析させないフェ
ルト電極をカソードとして使用した以外は実施例５と同
じ）よりも炭化水素およびアルコールへのエネルギー変
換効率が約４倍増大し、水素も含めた全エネルギー変換
効率も増大した。◎
【表３】 （実施例６）図２に示すように、Ｈ型セル内に電解液３
として０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを入れ、実
施例１の電極をカソード４、厚さ２μｍの酸化チタン薄
膜をアノード５、Ａｇ／ＡｇＣｌを参照極とし、両極
４、５間を陽イオン交換膜６で仕切り、室温、−１．７
Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌでＣＯ２７の還元実験を行った
ところ、（表４）に示すように炭化水素およびアルコー
ルへのエネルギー変換効率が比較例３（亜鉛を電析させ
ない金属銅電極をカソードとして使用した以外は実施例
６と同じ）と比較して約２倍増大した。◎
として０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを入れ、実
施例１の電極をカソード４、厚さ２μｍの酸化チタン薄
膜をアノード５、Ａｇ／ＡｇＣｌを参照極とし、両極
４、５間を陽イオン交換膜６で仕切り、室温、−１．７
Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌでＣＯ２７の還元実験を行った
ところ、（表４）に示すように炭化水素およびアルコー
ルへのエネルギー変換効率が比較例３（亜鉛を電析させ
ない金属銅電極をカソードとして使用した以外は実施例
６と同じ）と比較して約２倍増大した。◎
【表４】 （実施例７）図１に示すように、Ｈ型セル内に電解液３
として０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを入れ、実
施例１の電極をカソード４、厚さ２μｍの酸化チタン薄
膜をアノード５とし、両極４、５間を陽イオン交換膜６
で仕切り、両極間に２Ｗの太陽電池８の出力端子を接続
し、室温でＣＯ２７の還元実験を行ったところ、（表
５）に示すように炭化水素およびアルコールへのエネル
ギー変換効率が比較例４（亜鉛を電析させない金属銅電
極をカソードとして使用した以外は実施例７と同じ）と
比較して約３倍増大した。
として０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを入れ、実
施例１の電極をカソード４、厚さ２μｍの酸化チタン薄
膜をアノード５とし、両極４、５間を陽イオン交換膜６
で仕切り、両極間に２Ｗの太陽電池８の出力端子を接続
し、室温でＣＯ２７の還元実験を行ったところ、（表
５）に示すように炭化水素およびアルコールへのエネル
ギー変換効率が比較例４（亜鉛を電析させない金属銅電
極をカソードとして使用した以外は実施例７と同じ）と
比較して約３倍増大した。
【表５】 （実施例８）図１に示すように、Ｈ型セル内に電解液３
として０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを入れ、実
施例１の電極をカソード４、厚さ２μｍの酸化チタン薄
膜をアノード５とし、両極４、５間を陽イオン交換膜６
で仕切り、両極間に２Ｗの太陽電池８の出力端子を接続
し、さらにアノード５へ太陽９の光と類似した５００Ｗ
のキセノンランプ１０の光を照射し、室温でＣＯ２７の
還元実験を行ったところ、（表６）に示すように炭化水
素およびアルコールへのエネルギー変換効率が比較例５
（亜鉛を電析させない金属銅電極をカソードとして使用
した以外は実施例８と同じ）と比較して約３倍増大し
た。
として０．１ｍｏｌ／ｌの重炭酸カリュウムを入れ、実
施例１の電極をカソード４、厚さ２μｍの酸化チタン薄
膜をアノード５とし、両極４、５間を陽イオン交換膜６
で仕切り、両極間に２Ｗの太陽電池８の出力端子を接続
し、さらにアノード５へ太陽９の光と類似した５００Ｗ
のキセノンランプ１０の光を照射し、室温でＣＯ２７の
還元実験を行ったところ、（表６）に示すように炭化水
素およびアルコールへのエネルギー変換効率が比較例５
（亜鉛を電析させない金属銅電極をカソードとして使用
した以外は実施例８と同じ）と比較して約３倍増大し
た。
【表６】 尚、上記実施例ではいずれも電解質が電解液である場合
について説明したが、図３に示すように固体電解質１１
であっても同様の効果が得られる。具体的な説明は省略
する。
について説明したが、図３に示すように固体電解質１１
であっても同様の効果が得られる。具体的な説明は省略
する。
【発明の効果】本発明では、クリーンで無尽蔵のエネル
ギー源である太陽光を利用して炭酸ガスを再資源化でき
るので、再資源化コストは安価となる。化石燃料を用い
る火力発電所および化学工場のボイラ、セメント工場の
キルン、製鉄所の高炉等の固定燃焼装置から排出される
燃焼排ガスから炭酸ガスを回収し、それを本発明により
再資源化して燃焼装置へリサイクルすると、化石燃料の
消費量が削減され、炭酸ガスの排出量も削減されるの
で、地球温暖化問題の解決に寄与する。
ギー源である太陽光を利用して炭酸ガスを再資源化でき
るので、再資源化コストは安価となる。化石燃料を用い
る火力発電所および化学工場のボイラ、セメント工場の
キルン、製鉄所の高炉等の固定燃焼装置から排出される
燃焼排ガスから炭酸ガスを回収し、それを本発明により
再資源化して燃焼装置へリサイクルすると、化石燃料の
消費量が削減され、炭酸ガスの排出量も削減されるの
で、地球温暖化問題の解決に寄与する。
【図１】本発明に係る炭酸ガス還元電極の要部断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明に係る炭酸ガス変換装置の一実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】本発明に係る炭酸ガス変換装置の他実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
１ 銅 ２ 第２金属 ３ 電解液 ４ アノード ５ カソード ６ 陽イオン交換膜 ７ ＣＯ２ ８ 太陽電池 ９ 太陽 １０ キセノンランプ １１ 固体電解質
フロントページの続き (72)発明者 土井 良太 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 飛田 紘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 山下 寿生 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮寺 博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (14)
- 【請求項１】 金属銅の表面と、亜鉛及び水銀の少なく
とも一つ以上の第２金属の表面が、同時に存在している
ことを特徴とする炭酸ガス還元電極。 - 【請求項２】 請求項１において、前記第２金属が、金
属銅表面で１０００Å以下のアイランド状態に分散して
いることを特徴とする炭酸ガス還元電極。 - 【請求項３】 請求項１において、金属銅が、前記第２
金属の表面で１０００Å以下のアイランド状態に分散し
ていることを特徴とする炭酸ガス還元電極。 - 【請求項４】 請求項１又は２において、金属銅が、
板、網、発泡体、薄膜、微粒子のいずれかであることを
特徴とする炭酸ガス還元電極。 - 【請求項５】 請求項１又は２において、第２金属が、
電着、蒸着、無電解メッキ、リソグラフィーにより金属
銅表面に分散されたものであることを特徴とする炭酸ガ
ス還元電極。 - 【請求項６】 請求項１〜３のいずれかに記載された電
極成分が、電子伝導性の基材に支持されていることを特
徴とする炭酸ガス還元電極。 - 【請求項７】 請求項６において、電子伝導性の基材は
炭素繊維よりなるフェルトであることを特徴とする炭酸
ガス還元電極。 - 【請求項８】 光電極より成るアノードと、請求項１〜
７のいずれかの電極より成り電解質を介して前記アノー
ドと対を成すカソードと、このカソード表面に炭酸ガス
を供給して接触させる炭酸ガス供給手段と、を備えた炭
酸ガス変換装置。 - 【請求項９】 光電極より成るアノードと、金属銅表面
とカドミュウム表面とが同時に存在している電極より成
り電解質を介して前記アノードと対を成すカソードと、
このカソード表面に炭酸ガスを供給して接触させる炭酸
ガス供給手段と、を備えた炭酸ガス変換装置。 - 【請求項１０】 請求項８又は９において、電解質はカ
ソードとアノード間に挾まれた固体電解質であることを
特徴とする炭酸ガス変換装置。 - 【請求項１１】 請求項８又は９において、電解質はカ
ソードが浸漬される電解液であることを特徴とする炭酸
ガス変換装置。 - 【請求項１２】 請求項８〜１１のいずれかにおいて、
光電極はｎ型光半導体で形成されたことを特徴とする炭
酸ガス変換装置。 - 【請求項１３】 請求項１２において、ｎ型光半導体は
酸化チタンであることを特徴とする炭酸ガス変換装置。 - 【請求項１４】 請求項８〜１３のいずれかにおいて、
カソードとアノード間に太陽電池が接続されていること
を特徴とする炭酸ガス変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3301350A JPH0557131A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 炭酸ガス還元電極および炭酸ガス変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3301350A JPH0557131A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 炭酸ガス還元電極および炭酸ガス変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0557131A true JPH0557131A (ja) | 1993-03-09 |
Family
ID=17895812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3301350A Pending JPH0557131A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 炭酸ガス還元電極および炭酸ガス変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0557131A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103119203A (zh) * | 2010-05-17 | 2013-05-22 | 本田技研工业株式会社 | 太阳能燃料电池 |
| JP2013237901A (ja) * | 2012-05-15 | 2013-11-28 | Jfe Steel Corp | 二酸化炭素ガスの分解装置及び分解方法 |
| CN106521544A (zh) * | 2015-09-15 | 2017-03-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 二氧化碳电化学还原用多孔电极复合体及其制备和应用 |
| CN116695925A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-09-05 | 中国建筑第五工程局有限公司 | 一种节能环保建筑外墙系统 |
-
1991
- 1991-09-02 JP JP3301350A patent/JPH0557131A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103119203A (zh) * | 2010-05-17 | 2013-05-22 | 本田技研工业株式会社 | 太阳能燃料电池 |
| CN103119203B (zh) * | 2010-05-17 | 2016-06-08 | 本田技研工业株式会社 | 太阳能燃料电池 |
| JP2013237901A (ja) * | 2012-05-15 | 2013-11-28 | Jfe Steel Corp | 二酸化炭素ガスの分解装置及び分解方法 |
| CN106521544A (zh) * | 2015-09-15 | 2017-03-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 二氧化碳电化学还原用多孔电极复合体及其制备和应用 |
| CN116695925A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-09-05 | 中国建筑第五工程局有限公司 | 一种节能环保建筑外墙系统 |
| CN116695925B (zh) * | 2023-07-28 | 2023-10-24 | 中国建筑第五工程局有限公司 | 一种节能环保建筑外墙系统 |
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