[发明专利]有机氢化物制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及电化学制造有机氢化物的有机氢化物制造装置。

背景技术

在二氧化碳等引起的地球温暖化成为深刻问题中，取代化石燃料，作为担负下一世纪的能源，氢备受关注。就氢燃料而言，在燃料消费时被排出的物质只有水，不排出二氧化碳，因此，对环境的负荷小。另一方面，由于氢在常温常压下为气体，因此，输送、贮藏、供给系统成为大的课题。

近年来，作为安全性、输送性及贮藏能力优异的氢贮藏方法，使用有环己烷及甲基环己烷、十氢化萘那样的烃的有机氢化物系统备受关注。由于这些烃在常温下为液体，因此，输送性优异。例如，甲苯和甲基环己烷为具有相同的碳数的环状烃，甲苯为烃彼此的键为双键的不饱和烃，与此相对，甲基环己烷为不具有双键的饱和烃。通过甲苯的氢加成反应而得到甲基环己烷，通过甲基环己烷的脱氢反应而得到甲苯。即，通过利用这些烃的氢加成反应和脱氢反应，可以进行氢的贮藏及其供给。

为了制造甲基环己烷等有机氢化物，需要首先制造氢，使该氢和甲苯在催化剂上反应。即，现状的工艺为使氢在水电解装置等中产生、在氢加成反应装置中使氢和甲苯反应并使有机氢化物生成的二阶段工艺。

因此，至有机氢化物的制造需要多个装置，产生装置的复杂化的问题。另外，由于制造氢后至氢加成反应为气体状的氢，因此，关于贮藏、输送，产生问题。如果邻接氢制造装置和氢加成装置而建设，则可解决上述问题，但存在建设及运用成本的问题，综合的能量效率也降低。另外，由于装置大型化，因此，设置场所受限。

近年来，公开有使用单一装置在一阶段制造有机氢化物的技术(例如专利文献1)。这些技术为电化学制造有机氢化物的技术。例如，在专利文献1中，在选择性地透过氢离子的氢离子透过性固体高分子电解质膜的两侧分别配置金属催化剂，对一方供给水或水蒸气，对另一方供给被氢化物，使通过阳极侧中的水或水蒸气的电分解而生成的氢离子在阴极侧与被氢化物发生氢加成反应，制造有机氢化物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:特开2003-45449号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，这些有机氢化物制造方法得到高的能量效率是困难的。作为其理由，可以考虑是透过水的影响。即，可以认为，用于阳极反应的水透过氢离子透过性固体高分子电解质膜而到达阴极，该透过水对阴极反应产生恶劣影响。水和甲苯等被氢化物相互为不溶性，不混合。因此，水存在于阴极催化剂层的情况，通过该水阻碍对催化剂的甲苯供给。其结果，认为是因为在不供给甲苯等被氢化物的催化剂上引起氢发生等，不发生对被氢化物的氢加成反应，有机氢化物不生成，能量效率变低。另外，透过水与氢加成反应后的有机氢化物混杂时，特别需要除去水的工艺。当考虑装置的简略化等时，应为不优选。

本发明的目的在于，提供有机氢化物制造装置，所述装置是在电化学生成有机氢化物的装置中，为小型且效率良好的装置。

用于解决课题的手段

鉴于所述的实际情况，本发明人进行了潜心研究，结果发现：通过在固体高分子电解质膜表面或固体高分子电解质膜中形成阻挡从阳极向阴极的透过水的层，可得到高效率的电极。在本发明的电极中，催化剂层设定为金属催化剂担载碳或金属催化剂成为与质子传导性固体高分子电解质适当地混合的基质的结构，这些催化剂层在形成有透过水阻挡层的质子传导性固体高分子电解质膜的表里两面形成。

在本发明的有机氢化物制造装置中，备有：以夹持形成有透过水阻挡层的质子导电性的固体高分子电解质膜的方式配置有还原被氢化物的阴极催化剂层及氧化水的阳极催化剂层的膜电极接合体、对阴极催化剂层供给被氢化物的部件和对阳极催化剂层供给水或水蒸气的部件，所述阴极催化剂层包含还原被氢化物并与氢化物反应的催化剂金属和担载有所述催化剂金属的载体及质子导电性的固体高分子电解质，所述阳极催化剂层包含氧化水并与质子反应的催化剂金属和担载有所述催化剂金属的载体及质子导电性的固体高分子。

发明效果

根据本发明，能够提供有机氢化物制造装置，所述装置是电化学生成有机氢化物的装置中，为小型且效率良好的装置。

附图说明

图1是表示本发明的有机氢化物制造装置或燃料电池的一实施例的图。

图2是表示本发明的膜电极接合体的图。

图3是表示现有技术的膜电极接合体的图。

图4是表示本发明的有机氢化物制造装置的一实施例的图。

图5是表示本发明的有机氢化物制造装置的一实施例的图。