气体扩散电极及其使用方法、以及CO2电解还原装置与流程

本公开涉及气体扩散电极及其使用方法、以及co2电解还原装置。

背景技术：

1、co2的排放量正逐年增加，成为引发全球变暖等社会性问题。为了应对该问题，co2的电解还原技术受到关注。在该技术中，通过在规定条件下向co2和h2o通入电流，从而能够将co2还原并转化为甲烷、乙烯等有价值物质。另外，作为用于co2的电解还原的电能，通过使用太阳能发电等可再生能源，也期待构建可持续的反应系统。

2、在以往的co2电解还原中，使用了使阴极浸渍于水溶液中的同时将溶解于水溶液中的co2供给至阴极的电解装置(反应电池)。然而，这样的电解装置由于能溶解于水溶液中的co2量存在极限等原因，存在反应性低的问题。因此，近年来使用了如下电解装置：用氢氧离子传导膜将阴极和阳极隔离，并且使用气体扩散电极作为阴极，对该气体扩散电极供给包含co2的气体，由此提高了反应性。

3、另外，在co2的电解还原中，由于产物可能因反应条件、所使用的电极等而发生变化，因此反应物选择性变得尤为重要。关于这一点，提出了使用铜作为能够生成甲烷、乙烯等烃的催化剂。例如，非专利文献1(a. inoue et al., “ultra-high-rate co2 reductionreactions to multicarbon products with a current density of 1.7 a cm-2 inneutral electrolytes”, ees catalysis volume 1, issue 1, pages 9-16 (2023))中公开了：将作为催化剂的铜微粒浆料化，涂布于碳片上并进行干燥而得到的气体扩散电极，在使用其的co2还原电池中，能够由co2合成多碳有机化合物。另外，专利文献1(日本专利第5683883号公报)中公开了一种阴极用电极，其具备由铜或铜合金构成的多孔体，所述多孔体为平均直径为50nm以上且5μm以下的粒状体、棒状体或薄片状体的聚集体，能够高效地生成乙烷、乙烯等。

4、然而，作为锂离子二次电池等蓄电装置中的负极集电体，正在研究多孔金属箔的使用。例如，专利文献2(wo2011/67957)中公开了：通过在形成有裂纹的剥离层上进行金属镀覆，能够以高生产率且低成本获得由金属纤维构成的二维网状结构所构成的多孔金属箔。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本专利第5683883号公报

8、专利文献2：wo2011/67957

9、非专利文献

10、非专利文献1：a. inoue et al., “ultra-high-rate co2 reduction reactionsto multicarbon products with a current density of 1.7 a cm-2 in neutralelectrolytes”, ees catalysis vol 1, issue 1, pages 9-16 (2023)

技术实现思路

1、如专利文献1和非专利文献1所公开的那样，将铜微粒浆料化或烧结等而制作的co2电解还原用电极在工业生产率方面存在课题。即，在制作该电极时，由于需要经过许多制造工艺，因此难以实现制品的均一化和大面积化。另外，由于这样的电极容易破裂，因此器件形状受到限制。进而，由铜微粒构成的多孔体在长时间进行电解还原时，可能会出现铜微粒逐渐凝聚而反应性降低等不良情况。

2、本发明人等此次得到了如下见解：通过使用具有多个开口部的多孔性铜箔作为气体扩散电极，从而使工业生产率和操作性优异，并且长时间进行co2的电解还原时的ch4的法拉第效率也优异。

3、因此，本发明的目的在于提供一种气体扩散电极，其工业生产率和操作性优异，并且长时间进行co2的电解还原时的ch4的法拉第效率也优异。

4、根据本公开，提供以下的方式。

5、[方式1]

6、一种气体扩散电极，其为co2电解还原中使用的气体扩散电极，

7、所述气体扩散电极由具有多个开口部的多孔性铜箔构成。

8、[方式2]

9、根据方式1所述的气体扩散电极，其中，前述多个开口部的基于当量圆直径的平均开口直径为1050μm以下。

10、[方式3]

11、根据方式1或2所述的气体扩散电极，其中，前述平均开口直径为400μm以下。

12、[方式4]

13、根据方式1～3中任一项所述的气体扩散电极，其中，前述平均开口直径为50μm以下。

14、[方式5]

15、根据方式1～4中任一项所述的气体扩散电极，其中，前述多孔性铜箔具有1%以上且60%以下的开口率。

16、[方式6]

17、根据方式1～5中任一项所述的气体扩散电极，其中，前述平均开口直径为30μm以上且50μm以下，并且前述开口率为20%以上且40%以下。

18、[方式7]

19、根据方式1～6中任一项所述的气体扩散电极，其中，前述多孔性铜箔的厚度为1μm以上且120μm以下。

20、[方式8]

21、根据方式1～7中任一项所述的气体扩散电极，其用于通过前述co2电解还原来制造ch4。

22、[方式9]

23、一种气体扩散电极的使用方法，其包括使用方式1～8中任一项所述的气体扩散电极进行co2电解还原。

24、[方式10]

25、根据方式9所述的气体扩散电极的使用方法，其中，通过前述co2电解还原生成ch4。

26、[方式11]

27、根据方式9或10所述的气体扩散电极的使用方法，其包括如下工序：

28、向前述气体扩散电极供给co2和h2o的工序；以及，

29、进行以构成前述多孔性铜箔的铜为催化剂的前述co2的电解还原，由此生成包含ch4的气体的工序。

30、[方式12]

31、一种co2电解还原装置，其包含方式1～8中任一项所述的气体扩散电极作为阴极。

1.一种气体扩散电极，其为co2电解还原中使用的气体扩散电极，

2.根据权利要求1所述的气体扩散电极，其中，所述多个开口部的基于当量圆直径的平均开口直径为1050μm以下。

3.根据权利要求2所述的气体扩散电极，其中，所述平均开口直径为400μm以下。

4.根据权利要求2所述的气体扩散电极，其中，所述平均开口直径为50μm以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体扩散电极，其中，所述多孔性铜箔具有1%以上且60%以下的开口率。

6.根据权利要求5所述的气体扩散电极，其中，所述平均开口直径为30μm以上且50μm以下，并且所述开口率为20%以上且40%以下。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的气体扩散电极，其中，所述多孔性铜箔的厚度为1μm以上且120μm以下。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的气体扩散电极，其用于通过所述co2电解还原来制造ch4。

9.一种气体扩散电极的使用方法，其包括使用权利要求1～4中任一项所述的气体扩散电极进行co2电解还原。

10.根据权利要求7所述的气体扩散电极的使用方法，其中，通过所述co2电解还原生成ch4。

11.根据权利要求7所述的气体扩散电极的使用方法，其包括如下工序：

12.一种co2电解还原装置，其包含权利要求1～4中任一项所述的气体扩散电极作为阴极。