特許ウォッチ

公開番号2023151354
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-10-16
出願番号2022060931
出願日2022-03-31
発明の名称光電解モジュール
出願人株式会社カネカ
代理人個人
主分類C25B 9/50 20210101AFI20231005BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】本発明は、外部から電解液を供給可能な光電解モジュールを提供する。
【解決手段】透明基板と、電解部と、裏面封止部材と、側面封止部材と、電解液導入部を有し、電解部は、透明基板と裏面封止部材の間に位置し、光触媒電極部と、イオン交換膜と、対向電極部を有し、イオン交換膜は、光触媒電極部と対向電極部の間に位置し、光触媒電極部側の空間と対向電極部側の空間に区画しており、裏面封止部材は、シート状又は板状で透明基板及び側面封止部材とともに電解部を封止するものであり、側面封止部材は、透明基板を平面視したときに電解部を囲繞するように設けられ、かつ、第1封止部と第2封止部が積層された積層構造を有し、第1封止部と第2封止部は、イオン交換膜を挟んでイオン交換膜の姿勢を保持しており、電解液導入部は、外部から第1封止部と第2封止部の間を通過して光触媒電極部側の空間に挿入されている構成とする。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
透明基板と、電解部と、裏面封止部材と、側面封止部材と、電解液導入部を有し、
前記電解部は、前記透明基板と前記裏面封止部材の間に位置し、光触媒電極部と、イオン交換膜と、対向電極部を有するものであり、
前記イオン交換膜は、前記光触媒電極部と前記対向電極部の間に位置し、前記光触媒電極部側の空間と前記対向電極部側の空間に区画しており、
前記裏面封止部材は、シート状又は板状であって、前記透明基板及び前記側面封止部材とともに前記電解部を封止するものであり、
前記側面封止部材は、前記透明基板を平面視したときに前記電解部を囲繞するように設けられ、かつ、第１封止部と第２封止部が積層された積層構造を有し、
前記第１封止部と前記第２封止部は、前記イオン交換膜を挟んで前記イオン交換膜の姿勢を保持しており、
前記電解液導入部は、外部から前記第１封止部と前記第２封止部の間を通過して前記光触媒電極部側の空間又は前記対向電極部側の空間に挿入されている、光電解モジュール。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
水平面に対して傾斜又は直交した姿勢で設置されるものであり、
前記電解液導入部は、前記光触媒電極部側の空間に電解液を導入可能であって、かつ前記光触媒電極部よりも上方側の位置で前記第１封止部と前記第２封止部の間を通過している、請求項１に記載の光電解モジュール。
【請求項３】
水平面に対して傾斜又は直交した姿勢で設置されるものであり、
前記光触媒電極部側の空間を第１区画空間と第２区画空間とに区画する区画部材と、前記光触媒電極部よりも上方側の位置で前記第１区画空間と前記第２区画空間を連通させる上方側連通部と、前記光触媒電極部よりも下方側の位置で前記第１区画空間と前記第２区画空間を連通させる下方側連通部を備える、請求項１又は２に記載の光電解モジュール。
【請求項４】
前記光触媒電極部は、透明電極層上に光触媒が積層されており、
前記光触媒電極部は、前記透明電極層上に前記透明電極層よりも導電率が高い補助電極層を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の光電解モジュール。
【請求項５】
前記光触媒電極部側の空間内で前記電解液導入部と接続され、前記イオン交換膜に電解液を供給する供給配線部を有し、
前記供給配線部は、面状に広がりをもって前記イオン交換膜上を這っている、請求項１～４のいずれか１項に記載の光電解モジュール。
【請求項６】
前記対向電極部側の空間からガスを排出するガス排出配管部を有し、
前記ガス排出配管部は、外部から前記第１封止部と前記第２封止部の間を通過して前記対向電極部側の空間に挿入されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の光電解モジュール。
【請求項７】
水平面に対して傾斜又は直交した姿勢で設置されるものであり、
前記ガス排出配管部は、前記対向電極部よりも上方側の位置で前記第１封止部と前記第２封止部の間を通過している、請求項６に記載の光電解モジュール。
【請求項８】
前記透明基板と前記裏面封止部材を挟持するフレーム部材を有し、
前記ガス排出配管部は、前記側面封止部材と前記フレーム部材の間を通過している、請求項６又は７に記載の光電解モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを用いて水等の電解液を分解する光電解モジュールに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池モジュールの普及により、燃料電池モジュールの燃料極に使用される水素原料の需要が増えており、太陽光によって水を分解し、水素を発生させる光触媒の研究が注目されている（例えば、特許文献１）。
光触媒による水素原料の製法は、光触媒を塗膜した電極（以下、光触媒電極ともいう）で太陽光を受光し、太陽電池等の再生可能エネルギー装置によって光触媒電極と対極との間で水の分解電圧を印加することで、対極上で水が分解され、二酸化炭素を排出させずに水素を発生できるので、従来の化石燃料を用いた水素の製法に比べて環境負荷が小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５６２８８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、工業的に光触媒を用いて水素を大量に生成するためには、長期間、連続的に水素を発生させる必要がある。
しかしながら、特許文献１の水素発生デバイスは、電解液層が密閉されており、水素と酸素がともに発生して外部に排出される。そのため、電解液を何らかの手段で継続的に補填する必要となる問題があり、更なる改良の余地があった。
【０００５】
そこで、本発明は、外部から電解液を供給可能な光電解モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するための本発明の一つの様相は、透明基板と、電解部と、裏面封止部材と、側面封止部材と、電解液導入部を有し、前記電解部は、前記透明基板と前記裏面封止部材の間に位置し、光触媒電極部と、イオン交換膜と、対向電極部を有するものであり、前記イオン交換膜は、前記光触媒電極部と前記対向電極部の間に位置し、前記光触媒電極部側の空間と前記対向電極部側の空間に区画しており、前記裏面封止部材は、シート状又は板状であって、前記透明基板及び前記側面封止部材とともに前記電解部を封止するものであり、前記側面封止部材は、前記透明基板を平面視したときに前記電解部を囲繞するように設けられ、かつ、第１封止部と第２封止部が積層された積層構造を有し、前記第１封止部と前記第２封止部は、前記イオン交換膜を挟んで前記イオン交換膜の姿勢を保持しており、前記電解液導入部は、外部から前記第１封止部と前記第２封止部の間を通過して前記光触媒電極部側の空間又は前記対向電極部側の空間に挿入されている、光電解モジュールである。
【０００７】
本様相によれば、外部から第１封止部と第２封止部の間を通過して光触媒電極部側の空間又は対向電極部側の空間に挿入された電解液導入部が設けられている。そのため、外部から光触媒電極部側の空間又は対向電極部側の空間に電解液を供給することができ、長期間、連続的に水素ガスを発生できる。
本様相によれば、側面封止部材が封止機能とイオン交換膜の保持機能を兼ねているので、部品点数を少なくでき、コストを低減でき、モジュール全体の厚みも薄くできる。
【０００８】
好ましい様相は、水平面に対して傾斜又は直交した姿勢で設置されるものであり、前記電解液導入部は、前記光触媒電極部側の空間に電解液を導入可能であって、かつ前記光触媒電極部よりも上方側の位置で前記第１封止部と前記第２封止部の間を通過していることである。
【０００９】
本様相によれば、電解液導入部が光触媒電極部よりも上方側の位置で第１封止部と第２封止部の間を通過しているため、重力を利用して、電解液を光触媒電極部側の空間に供給できる。
【００１０】
好ましい様相は、水平面に対して傾斜又は直交した姿勢で設置されるものであり、前記光触媒電極部側の空間を第１区画空間と第２区画空間とに区画する区画部材と、前記光触媒電極部よりも上方側の位置で前記第１区画空間と前記第２区画空間を連通させる上方側連通部と、前記光触媒電極部よりも下方側の位置で前記第１区画空間と前記第２区画空間を連通させる下方側連通部を備えることである。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許