本發(fā)明專利技術(shù)的目的是提供一種氫化反應(yīng)得以抑制的效率高的電解裝置以及冰箱。實施方式的電解裝置的特征在于，所述電解裝置至少具備具有膜電極接合體的電解池，所述膜電極接合體由陽極、具有引入了氮的碳合金催化劑的陰極、以及配置于陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，并且所述電解裝置對陽極和陰極施加電壓，電解質(zhì)是酸性、中性或堿性中的任一種，當(dāng)電解質(zhì)是酸性時，通過電解裝置在陰極生成水，當(dāng)電解質(zhì)是中性或堿性時，通過電解裝置在陽極生成氫氧根離子。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電解裝置及冰箱。
技術(shù)介紹
以往，進行了除濕裝置、氧濃縮裝置、脫氧裝置、食鹽電解裝置、氣體傳感器或濕度傳感器等中利用了通過電解的氧還原反應(yīng)的裝置的開發(fā)。進行該電解的電解池的陽極使用鉬、鉛、氧化物、銥復(fù)合氧化物或釕復(fù)合氧化物的催化劑，陰極使用鉬系催化劑。但是，在氧還原反應(yīng)中，陰極的施加電壓如果超過理論氫發(fā)生電位，則在陰極側(cè)會產(chǎn)生氫。例如，當(dāng)冰箱中使用了脫氧裝置時，會進行氫化反應(yīng)，電カ效率變差。這是因為Pt具有非常高的催化性能，所以還容易引起氫化反應(yīng)，且與氧還原反應(yīng)同時進行的緣故。另夕卜，如果降低電解的電壓，則由于無法取出大的電流，所以存在著脫氧效率不佳的問題。 現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻日本特開平1-148327號公報
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)所要解決的問題本專利技術(shù)的目的是提供一種氫化反應(yīng)得以抑制的效率高的電解裝置以及冰箱。用于解決問題的手段實施方式的電解裝置的特征在于，所述電解裝置至少具備具有膜電極接合體的電解池，所述膜電極接合體由陽極、具有引入了氮的碳合金催化劑的陰極、以及配置于陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，并且所述電解裝置對陽極和陰極施加電壓，電解質(zhì)是酸性、中性或堿性中的任ー種，當(dāng)電解質(zhì)是酸性時，通過電解裝置在陰極生成水，當(dāng)電解質(zhì)是中性或堿性時，通過電解裝置在陽極生成氫氧根離子。附圖說明圖I是表示實施方式的被氮取代了的碳的例子的結(jié)構(gòu)式。圖2是實施方式的陰極的示意圖。圖3是實施方式的電解裝置的示意圖。圖4是實施方式的具備氣體擴散電極的純堿電解裝置(日語原文為ソーダ電解裝置)的示意圖。圖5是具備實施方式的電解裝置的裝置的示意圖。圖6是具備實施方式的電解裝置的裝置的示意圖。圖7是實施方式的脫氧裝置的示意圖。圖8是實施方式的冰箱的示意圖。圖9是實施方式的三極式旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極池的示意圖。圖10是表示實施例I的XPS測定結(jié)果的曲線圖。圖11是表示實施例I的XPS測定結(jié)果的曲線圖。具體實施例方式實施方式的電解裝置至少具備具有膜電極接合體的電解池，所述膜電極接合體由陽極、具有引入了氮的碳合金催化劑的陰極、以及配置于所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，并且所述電解裝置對所述陽極和所述陰極施加電壓。上述電解裝置池利用對陽極和陰極施加電壓的電源，在陽極側(cè)進行水的電解，并使用產(chǎn)生的質(zhì)子，在陰極側(cè)進行氧還原反應(yīng)。一般作為電解用的氧還原催化劑使用Pt，但實施方式的電解池的陰極中不含氧還原開始電位較高的Pt。陰極中如果含有Pt，則會由于氧 還原開始電位較高而容易發(fā)生氧還原反應(yīng)。具體而言，相對于以標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位(NHE)為基準(zhǔn)的氧還原標(biāo)準(zhǔn)電極電位的I. 23Vvs. NHE，達到O. 95 I. OVvs. NHE左右。但是，含有同樣也是優(yōu)秀的氫發(fā)生催化劑的Pt的陰極由于氫發(fā)生電位也高，所以氧還原開始電位與氫發(fā)生電位之差較小，因此陰極上的氫化反應(yīng)也容易發(fā)生。具體而言，酸性中的氫發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)電位為OVvs. NHE，如果陰極變?yōu)镺Vvs. NHE以下，則立即產(chǎn)生氫。考慮到并非燃料電池用的實施方式的電解池的用途，高的氫發(fā)生能力并不是優(yōu)點。除濕裝置或脫氧裝置等情況下，由于從外部施加電壓，所以如果增加某種程度的消耗電力，則在電解條件下，較之Pt同等的氧還原性能，難以產(chǎn)生氫的催化劑更具有優(yōu)點。特別是在不監(jiān)視陽極和陰極的各電極的電位時，各電極的過電壓比例由于由陽極和陰極上的催化劑性能以及物質(zhì)的擴散速度決定，所以無法容易知道，僅僅用施加的電壓(施加電壓)無法判斷是否產(chǎn)生了氫。此時，難以產(chǎn)生氫的催化劑可以將極限施加電壓設(shè)定得較大，所以氧還原反應(yīng)可有效地進行。無氮取代的碳(例如,KetjenBlack(注冊■商標(biāo))或Vulcan (注冊■商標(biāo))XC72R)的氧還原開始電位以可逆氫電極電位(RHE)為基準(zhǔn)計為O. 7 O. 6Vvs. RHE左右，所以氧還原性能不高。而且，氫發(fā)生電位為約-O. I -O. 2Vvs. RHE，氫發(fā)生能力也不低。因此，運轉(zhuǎn)電位窗([氧還原開始電位]-[氫發(fā)生電位])為約0.8 O. 9V，氧還原能力和氫發(fā)生能力都不適合作為實施方式的陰極用催化劑。實施方式的電解池的陰極所用的催化劑使用以比較快的反應(yīng)速度進行氧還原反應(yīng)、并具有高的氫發(fā)生抑制效果的催化劑。實施方式的碳合金催化劑是以碳原子的集合體為主體的化合物，碳原子的一部分被氮原子取代。作為催化劑整體，由于具有導(dǎo)電性和高比表面積，所以含有無定形或sp3碳，氮在sp2碳的骨架中如圖I的結(jié)構(gòu)式那樣，包含氮原子以吡啶型(A)、吡咯/吡啶酮型(B)、氮氧化物型(C)、三配位型(D)中的至少任ー種形態(tài)取代碳原子的結(jié)構(gòu)。圖I的(A) (D)是表示氮取代的形態(tài)的例子，圖I的結(jié)構(gòu)式并非表示實施方式的碳合金催化劑本身。實施方式的碳合金催化劑的氮取代量相對于碳合金催化劑的表面兀素量為O. latm% 30atm%。氮取代量如果比該下限值少，則氮取代的效果不充分，因而不優(yōu)選。另外，氮取代量如果比該上限值多，則結(jié)構(gòu)混亂、導(dǎo)電性下降，因而不優(yōu)選。此外，從導(dǎo)電性的觀點出發(fā)，氮取代量更優(yōu)選為O. latm% 10atm%。當(dāng)使用碳合金催化劑作為陰極的催化劑時，依賴于氮的取代量，氫發(fā)生電位下降，并且運轉(zhuǎn)電位窗超過IV，因而是優(yōu)選的。具體而言，作為碳合金催化劑，觀察到氧還原開始電位為O. 84Vvs. RHE,氫氧化電壓為-O. 46V,電位窗為約I. 3V,電位窗比Pt寬。此外，作為本文中的碳合金催化劑的定義，表示碳之間形成了 sp2雜化軌道的碳的一部分被氮取代而得到的催化劑。實施方式的碳合金催化劑中，催化劑的活性點與引入了氮的碳的量成比例地增カロ。另外，對于實施方式的碳催化劑來說，由于表面積越大，對氧還原電流有貢獻的活性點就越多，所以碳催化劑的比表面積優(yōu)選較大。另外，碳合金催化劑的比表面積如果變得過大，則在碳合金催化劑的表面，直徑為IOnm以下的微細孔的比例増加。該微細孔使得氧還原反應(yīng)所需要的氧氣的擴散速度變得極慢，所以不優(yōu)選。因此，優(yōu)選該微細孔的比例較少，并且碳合金催化劑的孔的大部分(60%以上)具有20nm以上的直徑。由以上說明可知，碳合金催化劑的比表面積優(yōu)選為100m2/g 1200m2/g。 氮原子的取代量是相對于用X射線光電子能譜(X-ray PhotoelectronSpectroscopy XPS)可測定的碳(C)的氮(N)取代的比例(C/N比)。C/N比可以由碳原子Cls的290eV附近的信號、氮原子Nls的400eV附近的信號強度比來計算。計算C/N比吋，可以使用C3N4等組成比明確的化合物作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，將其作為基準(zhǔn)來計算。測定試樣可以通過從電解池的陰極上刮削來制作。不過，在XPS的測定中，除了 sp2碳上取代的氮以外，還會檢測出胺等非取代氮。因此，為了排除這些非取代氮的影響，要在氬氣氣氛下于800度將制作的試樣燒成I小時，使非取代氮分解，然后進行XPS測定，由此消除非取代氮的影響。這里，還能夠進ー步分離取代的形態(tài)。通過將氮原子Nls的400eV附近的信號進行分峰，可以分離成398. 5eV-吡啶型、400. 5eV_吡咯/吡啶酮型、401. 2eV_三配位型、402. 9eV-氮氧化物型，可以將氮的取代形態(tài)及其量進行明確化。為了特定氮取代量，考慮到試樣的加熱或混合時的不均勻，將本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
2011.03.24 JP 065541/20111.一種電解裝置，其特征在于，所述電解裝置至少具備具有膜電極接合體的電解池，所述膜電極接合體由陽極、具有引入了氮的碳合金催化劑的陰極、以及配置于所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，并且所述電解裝置對所述陽極和所述陰極施加電壓， 所述電解質(zhì)是酸性、中性或堿性中的任ー種， 當(dāng)所述電解質(zhì)是酸性吋，通過所述電解裝置在所述陰極生成水， 當(dāng)所述電解質(zhì)是中性或堿性時，通過所述電解裝置在所述陽極生成氫氧根離子。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述膜電極接合體的所述電解質(zhì)是酸性，并且是陽離子交換性的膜。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述膜電極接合體的所述電解質(zhì)是中性或堿性，并且是陰離子交換性的膜。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述電解池設(shè)置在能夠密閉的容器中。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述碳合金催化劑是相對于其表面元素量的O. latm% 30atm%由碳取代為氮而得到的。6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述碳合金催化劑是相對于其表面元素量的O. latm% 10atm%由碳取代為氮而得到的。7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述碳合金催化劑是碳之間形成了Sp2雜化軌道的碳的一部分被氮取代而得到的。8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述碳合金催化劑具有吡啶型的氮取代。9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述碳合金催化劑具有吡咯/批啶酮型的氮取代。10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝置，其特征在于，所述碳合金催化劑具有氮氧化物型的氮取代。11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電解裝...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吉永典裕，中野義彥，富松師浩，赤坂芳浩，
申請(專利權(quán))人：株式會社東芝，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。