【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及co2电解装置和co2电解产物的制造方法。
技术介绍
1、化石燃料(石油、煤炭、天然气)支撑着现代的能量消耗社会。由化石燃料取出能量时，伴有co2(二氧化碳)的排放。大气中的二氧化碳浓度的上升被称为全球变暖的原因之一，寻求对其加以削减。co2是极其稳定的物质，因此，难以通过分解等来进行再利用，寻求用于将co2转换成其它物质并再次资源化的新型技术。
2、作为其中的一个技术，在世界范围内广泛利用电能来进行co2的研究。并发现：具有高分子电解质形电解单元的co2还原装置通过使用薄膜状的高分子电解质，从而在能够充分降低离子移动阻力的方面与其它装置相比存在优势(专利文献1)。一般来说，高分子电解质形电解单元中使用的co2还原用阴极含有催化剂微粒、导电性载体。
3、在co2还原中，co2还原催化剂附近的co2吸附量明显有助于co(一氧化碳)等还原产物的生成效率，期望开发出能够大量吸附co2的电极催化剂。想出了例如下述方法：通过在电极上与催化剂一同担载具有对co2发生吸附等相互作用这一性质的化合物，从而提高呈现弱酸性的co2的吸附量，改善生成效率(专利文献2、3和非专利文献1)。
4、现有技术文献
5、专利文献
6、专利文献1：日本特表2019-515142号公报
7、专利文献2：日本特开2019-011492号公报
8、专利文献3：日本再公表2019-65258号公报
9、非专利文献
10、非专利文献1：s.ren,d.jo
技术实现思路
1、专利技术所要解决的课题
2、专利文献1所公开的专利技术中，提出了使用各种离子交换膜作为薄膜状高分子电解质的方案。对这种用途中的离子交换膜要求高离子导电率、高韧性、高耐化学药品性、耐热性、适度的含水率等，但专利文献1中提出的离子交换膜有可能不充分。例如，在离子导电率低的情况下，有可能随着co2电解还原反应而消耗或生成的离子的输送效率降低，导致反应速度降低。另外，在韧性、耐化学药品性、耐热性不充分的情况下，电极有可能不耐co2还原的反应条件。进而，在离子交换膜的选择透过性低的情况、含水率高的情况下，有可能引发电解液从阳极侧透过并溢出至阴极侧的问题。进而，电解质也有可能形成盐而析出。这些现象会妨碍co2的供给、引发co2还原效率的降低，因此，成为妨碍co2电解装置稳定运转的一个原因。
3、专利文献2和3中公开的专利技术在所供给的co2分压(即co2浓度)降低的条件下有可能难以将低浓度的co2大量保留在还原催化剂附近，还原产物的生成效率、co2电解装置的co2转化率降低。
4、另外，如专利文献2中公开的二氧化碳还原装置那样，将含有作为阳离子交换树脂的质子透过性高分子的二氧化碳还原膜用于阴极侧电极的情况下，因阳离子交换树脂为酸性而容易发生副反应(氢生成反应。在酸性条件下容易进行)。进而，由于阳离子交换树脂为酸性，因此没有co2吸附能力，有可能无法兼顾离子导电率和co2吸附能力，这根据专利文献2的参考例5(第0061段)中示出因添加作为阳离子交换树脂的nafion而导致co2的吸附量减少的数据也可明确。
5、另外，阳离子交换树脂会使金属离子发生透过，因此容易发生电解质盐的析出，若析出盐发生蓄积，则二氧化碳电解效率有可能降低。
6、因而，本公开的目的课题在于，提供由co2生成还原产物(co等)的生成效率更优异的co2电解装置的相关技术。进而，其课题在于，提供抑制co2还原效率降低、能够实现稳定运转的co2电解装置的相关技术。
7、因阴离子交换树脂为碱性而不易发生前述副反应，本专利技术人等为了实现前述目的而进行了深入研究，结果发现：通过将被特定的阴离子交换树脂覆盖且包含催化剂和导电性载体的担载体用于电极用材料，从而能够解决前述课题。另外发现：通过将使用同样的阴离子交换树脂得到的阴离子交换膜用作薄膜状的高分子电解质(固体电解质)，从而满足高离子导电率、高选择透过性、高韧性、高耐化学药品性、耐热性、适度含水率等薄膜状的高分子电解质的要求，由此能够解决前述课题。由此完成了本公开技术。即，本公开技术如下所示。
8、根据本公开的一个方式，是一种co2电解装置，其具有电极用材料，所述电极用材料包含担载体和阴离子交换树脂，
9、所述担载体包含导电性载体和催化剂，所述催化剂担载于前述导电性载体，且包含金属络合物颗粒、金属颗粒或无机化合物颗粒中的任一种或多种，
10、所述阴离子交换树脂覆盖前述担载体的一部分或全部表面，且包含下式(1)的离聚物。
11、[化1]
12、
13、(式中的m和n表示1～200的自然数)
14、专利技术效果
15、根据本公开，可提供由co2生成还原产物(co等)的生成效率优异的电极用材料、以及抑制co2还原效率降低、能够实现稳定运转的膜-电极接合体和co2电解装置的相关技术。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.CO2电解装置，其具有电极用材料，所述电极用材料包含担载体和阴离子交换树脂，
2.根据权利要求1所述的CO2电解装置，其特征在于，所述阴离子交换树脂的离子交换容量为0.5mmol/g以上且小于3.5mmol/g。
3.根据权利要求1或2所述的CO2电解装置，其特征在于，包含膜-电极接合体，所述膜-电极接合体包含所述电极用材料、固体电解质和集电体，
4.根据权利要求3所述的CO2电解装置，其特征在于，所述固体电解质为阴离子交换膜。
5.根据权利要求4所述的CO2电解装置，其特征在于，所述阴离子交换膜包含下式(1)的离聚物，
6.根据权利要求4或5所述的CO2电解装置，其特征在于，所述阴离子交换膜的离子交换容量为0.3mmol/g以上且小于3.5mmol/g。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.co2电解装置，其具有电极用材料，所述电极用材料包含担载体和阴离子交换树脂，
2.根据权利要求1所述的co2电解装置，其特征在于，所述阴离子交换树脂的离子交换容量为0.5mmol/g以上且小于3.5mmol/g。
3.根据权利要求1或2所述的co2电解装置，其特征在于，包含膜-电极接合体，所述膜-电极接合体包含所述电极用材料、固体电解...
【专利技术属性】
技术研发人员：宫武健治，横田尚树，永濑胜也，兼古宽之，冈本裕二，贾庆鑫，
申请(专利权)人：国立大学法人山梨大学，
类型：发明
国别省市：
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