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WO2023176198A1 - 有機ハイドライド製造装置 - Google Patents

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Publication number
WO2023176198A1
WO2023176198A1 PCT/JP2023/004020 JP2023004020W WO2023176198A1 WO 2023176198 A1 WO2023176198 A1 WO 2023176198A1 JP 2023004020 W JP2023004020 W JP 2023004020W WO 2023176198 A1 WO2023176198 A1 WO 2023176198A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catholyte
cathode
organic hydride
cathode electrode
flow resistance
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/004020
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和弘 山田
Original Assignee
Ｅｎｅｏｓ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｅｎｅｏｓ株式会社 filed Critical Ｅｎｅｏｓ株式会社
Priority to CN202380025838.3A priority Critical patent/CN118871624A/zh
Priority to AU2023235516A priority patent/AU2023235516A1/en
Priority to JP2024507568A priority patent/JPWO2023176198A1/ja
Priority to EP23770159.4A priority patent/EP4495294A1/en
Publication of WO2023176198A1 publication Critical patent/WO2023176198A1/ja

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/01—Products
    • C25B3/03—Acyclic or carbocyclic hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/20—Processes
    • C25B3/25—Reduction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/13—Single electrolytic cells with circulation of an electrolyte
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells

Definitions

  • the present invention relates to an organic hydride manufacturing apparatus.
  • organic hydride manufacturing equipment has an anode that generates protons from water, a cathode that hydrogenates an organic compound (hydride) having an unsaturated bond, and a diaphragm that separates the anode and cathode.
  • anode that generates protons from water
  • a cathode that hydrogenates an organic compound (hydride) having an unsaturated bond
  • a diaphragm that separates the anode and cathode.
  • the present invention has been made in view of these circumstances, and one of its objectives is to provide a technique for improving the electrolytic performance of an organic hydride production apparatus.
  • a certain embodiment of the present invention is an organic hydride production apparatus.
  • an anode electrode that oxidizes water in the anolyte to generate protons, and a cathode electrode that hydrogenates the hydride in the catholyte with protons to generate an organic hydride are connected from the anode side.
  • a membrane electrode assembly laminated with a diaphragm in between that moves protons to the cathode electrode side a supply channel that extends in the vertical direction, through which the catholyte flows from below to above and sends the catholyte to the cathode electrode; It includes a recovery channel that extends in the vertical direction and into which the catholyte flows from the cathode electrode.
  • the flow resistance R1 of the catholyte flowing through the cathode electrode, the flow resistance R2 of the catholyte flowing through the recovery channel, and the flow resistance R3 of the catholyte flowing through the supply channel satisfy the relationship R1>R2>R3.
  • the electrolytic performance of an organic hydride production apparatus can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an organic hydride production system according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an organic hydride manufacturing apparatus.
  • 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 2.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of a membrane electrode assembly and a cathode flow path viewed from the stacking direction of electrodes and diaphragms.
  • FIG. 5(A) is a schematic diagram showing the flow of the catholyte when the flow resistance in the recovery channel and the flow resistance in the supply channel are equal.
  • FIG. 5(B) is a schematic diagram showing the flow of the catholyte when the flow resistance in the recovery channel is larger than the flow resistance in the supply channel.
  • FIG. 2 is a diagram showing the differential pressure within the cathode electrode and the toluene concentration at 95% Faraday efficiency in each organic hydride production apparatus of each Example and each Comparative Example.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an organic hydride production system 1 according to an embodiment.
  • An example organic hydride production system 1 includes an organic hydride production device 2, an anolyte supply device 4, and a catholyte supply device 6.
  • the organic hydride production apparatus 2 is an electrolytic cell that hydrogenates a hydrogenated substance, which is a dehydrogenated product of an organic hydride, by an electrochemical reduction reaction to produce an organic hydride.
  • the organic hydride production apparatus 2 includes a membrane electrode assembly 8.
  • the membrane electrode assembly 8 has a structure in which an anode electrode 10 and a cathode electrode 12 are stacked with a diaphragm 14 in between. Although only one organic hydride manufacturing apparatus 2 is illustrated in FIG. 1, the organic hydride manufacturing system 1 may include a plurality of organic hydride manufacturing apparatuses 2.
  • each organic hydride production device 2 is stacked with the directions aligned so that, for example, the anode electrode 10 and the cathode electrode 12 are arranged in the same manner. Thereby, each organic hydride manufacturing apparatus 2 is electrically connected in series. Note that the organic hydride manufacturing apparatuses 2 may be connected in parallel, or may be connected in series and connected in parallel.
  • the anode electrode 10 (anode) oxidizes water in the anolyte LA to generate protons.
  • the anode electrode 10 includes a metal such as iridium (Ir), ruthenium (Ru), platinum (Pt), or an oxide of these metals as an anode catalyst.
  • the anode catalyst may be dispersed and supported on or coated on a substrate having electron conductivity.
  • the base material is made of a material whose main component is a metal such as titanium (Ti) or stainless steel (SUS). Examples of the form of the base material include woven or nonwoven fabric sheets, meshes, porous sintered bodies, foams, expanded metals, and the like.
  • the cathode electrode 12 hydrogenates the hydride in the catholyte LC with protons to generate an organic hydride.
  • the cathode electrode 12 contains, for example, platinum or ruthenium as a cathode catalyst for hydrogenating a substance to be hydrogenated.
  • the cathode electrode 12 includes a porous catalyst carrier supporting a cathode catalyst.
  • the catalyst carrier is made of an electronically conductive material such as porous carbon, porous metal, porous metal oxide, or the like.
  • the cathode catalyst is coated with an ionomer (cation exchange type ionomer).
  • a catalyst carrier carrying a cathode catalyst is coated with an ionomer.
  • the ionomer examples include perfluorosulfonic acid polymers such as Nafion (registered trademark) and Flemion (registered trademark).
  • the ionomer partially covers the cathode catalyst. Thereby, the three elements (hydride, protons, and electrons) required for the electrochemical reaction at the cathode electrode 12 can be efficiently supplied to the reaction field.
  • the diaphragm 14 is sandwiched between the anode electrode 10 and the cathode electrode 12.
  • the diaphragm 14 of this embodiment is composed of a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity, and moves protons from the anode electrode 10 side to the cathode electrode 12 side.
  • the solid polymer electrolyte membrane is not particularly limited as long as it is a material that conducts protons, and examples thereof include fluorine-based ion exchange membranes having sulfonic acid groups.
  • the anode electrode 10 is supplied with the anolyte LA by the anolyte supply device 4.
  • the anolyte LA contains water to be supplied to the anode electrode 10.
  • Examples of the anode solution LA include sulfuric acid aqueous solution, nitric acid aqueous solution, hydrochloric acid aqueous solution, pure water, ion exchange water, and the like.
  • a catholyte LC is supplied to the cathode electrode 12 by a catholyte supply device 6 .
  • the catholyte LC contains an organic hydride raw material (hydrogenated product) to be supplied to the cathode electrode 12 .
  • the catholyte LC does not contain any organic hydride before the operation of the organic hydride production system 1 starts, and when the organic hydride generated by electrolysis is mixed in after the start of operation, the catholyte LC becomes a mixed liquid of the hydride and the organic hydride.
  • the hydride and organic hydride are preferably liquid at 20°C and 1 atmosphere.
  • the hydrogenated product and the organic hydride are not particularly limited as long as they are organic compounds that can add/desorb hydrogen by reversibly causing a hydrogenation/dehydrogenation reaction.
  • hydride and organic hydride used in this embodiment acetone-isopropanol-based, benzoquinone-hydroquinone-based, aromatic hydrocarbon-based, etc. can be widely used. Among these, aromatic hydrocarbons are preferred from the viewpoint of transportability during energy transport.
  • the aromatic hydrocarbon compound used as the hydrogenated product is a compound containing at least one aromatic ring.
  • aromatic hydrocarbon compounds include benzene, alkylbenzene, naphthalene, alkylnaphthalene, anthracene, diphenylethane, and the like.
  • Alkylbenzenes include compounds in which 1 to 4 hydrogen atoms in an aromatic ring are substituted with a straight chain alkyl group or a branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Examples of such compounds include toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene, diethylbenzene, and the like.
  • Alkylnaphthalenes include compounds in which 1 to 4 hydrogen atoms in an aromatic ring are substituted with a straight chain alkyl group or a branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Examples of such compounds include methylnaphthalene. These may be used alone or in combination.
  • the hydrogenated product is preferably at least one of toluene and benzene.
  • nitrogen-containing heteroaromatic compounds such as pyridine, pyrimidine, pyrazine, quinoline, isoquinoline, N-alkylpyrrole, N-alkylindole, and N-alkyldibenzopyrrole can also be used as the hydrogenated product.
  • the organic hydride is obtained by hydrogenating the above-mentioned hydride, and examples thereof include cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, piperidine, and the like.
  • the electrode reaction at the anode electrode 10 and the electrode reaction at the cathode electrode 12 proceed in parallel.
  • Protons generated by electrolysis of water at the anode electrode 10 are supplied to the cathode electrode 12 via the diaphragm 14 .
  • electrons generated by water electrolysis are supplied to the cathode electrode 12 via an external circuit.
  • the protons and electrons supplied to the cathode electrode 12 are used for hydrogenation of toluene at the cathode electrode 12. This produces methylcyclohexane.
  • the electrolysis of water and the hydrogenation reaction of the hydride can be performed in one step.
  • the production efficiency of organic hydride is more efficient than the conventional technology, which produces organic hydride through a two-step process of producing hydrogen through water electrolysis, etc., and chemically hydrogenating the substance to be hydrogenated in a reactor such as a plant. can be increased.
  • a reactor for chemical hydrogenation a high-pressure container for storing hydrogen produced by water electrolysis, etc. are not required, equipment costs can be significantly reduced.
  • the following hydrogen gas generation reaction may occur as a side reaction.
  • the amount of hydride supplied to the cathode electrode 12 becomes insufficient, this side reaction becomes more likely to occur.
  • Power is supplied to the organic hydride production apparatus 2 from an external power source (not shown).
  • an external power source (not shown).
  • a predetermined electrolytic current is applied between the anode electrode 10 and the cathode electrode 12 of the organic hydride manufacturing apparatus 2, and the electrolytic current flows.
  • the power source sends power supplied from the power supply device to the organic hydride manufacturing device 2 .
  • the power supply device can be configured with a power generation device that generates power using renewable energy, such as a wind power generation device or a solar power generation device.
  • the power supply device is not limited to a power generation device that uses renewable energy, and may be a grid power source, a renewable energy power generation device, a power storage device that stores power from a grid power source, etc. good. Moreover, a combination of two or more of these may be used.
  • the anolyte supply device 4 includes an anolyte tank 16, a first anode pipe 18, a second anode pipe 20, and an anode pump 22.
  • the anode solution LA is stored in the anode solution tank 16 .
  • the anolyte tank 16 is connected to the anode electrode 10 by a first anode pipe 18 .
  • An anode pump 22 is provided in the middle of the first anode pipe 18 .
  • the anode pump 22 can be configured with a known pump such as a gear pump or a cylinder pump. Note that the anolyte supply device 4 may circulate the anolyte LA using a liquid feeding device other than a pump.
  • the anolyte tank 16 is also connected to the anode electrode 10 by a second anode pipe 20 .
  • the anode solution LA in the anode solution tank 16 flows into the anode electrode 10 via the first anode pipe 18 by driving the anode pump 22 .
  • the anolyte LA that has flowed into the anode electrode 10 is subjected to an electrode reaction at the anode electrode 10 .
  • the anolyte LA in the anode electrode 10 is returned to the anolyte tank 16 via the second anode pipe 20.
  • the anode liquid tank 16 also functions as a gas-liquid separation section. Oxygen gas is generated at the anode electrode 10 by an electrode reaction. Therefore, the anolyte LA discharged from the anode electrode 10 contains oxygen gas.
  • the anolyte tank 16 separates the oxygen gas in the anode solution LA from the anode solution LA and discharges it to the outside of the system.
  • the anolyte supply device 4 of this embodiment circulates the anolyte LA between the anode electrode 10 and the anolyte tank 16.
  • the configuration is not limited to this, and a configuration may be adopted in which the anolyte LA is sent out of the system from the anode electrode 10 without returning to the anolyte tank 16.
  • the catholyte supply device 6 includes a catholyte tank 24, a first cathode pipe 26, a second cathode pipe 28, a third cathode pipe 30, a cathode pump 32, and a separation section 34.
  • the catholyte tank 24 stores catholyte LC.
  • the catholyte tank 24 is connected to the cathode electrode 12 by a first cathode pipe 26 .
  • a cathode pump 32 is provided in the middle of the first cathode pipe 26 .
  • the cathode pump 32 can be configured with a known pump such as a gear pump or a cylinder pump. Note that the catholyte supply device 6 may circulate the catholyte LC using a liquid sending device other than a pump.
  • the separation section 34 is connected to the cathode electrode 12 by a second cathode pipe 28.
  • the separation section 34 includes a known gas-liquid separator and a known oil-water separator. Further, the separation section 34 is connected to the catholyte tank 24 by a third cathode pipe 30.
  • the catholyte LC in the catholyte tank 24 flows into the cathode electrode 12 via the first cathode pipe 26 by driving the cathode pump 32 .
  • the catholyte LC that has flowed into the cathode electrode 12 is subjected to an electrode reaction at the cathode electrode 12 .
  • the catholyte LC in the cathode electrode 12 flows into the separation section 34 via the second cathode pipe 28 .
  • hydrogen gas may be generated due to side reactions. Therefore, the catholyte LC discharged from the cathode electrode 12 may contain hydrogen gas.
  • the separation unit 34 separates the hydrogen gas in the catholyte LC from the catholyte LC and discharges it out of the system. Furthermore, water moves from the anode electrode 10 to the cathode electrode 12 together with protons. Therefore, the catholyte LC discharged from the cathode electrode 12 may contain water.
  • the separation unit 34 separates water in the catholyte LC from the catholyte LC and discharges the water to the outside of the system.
  • the catholyte LC from which hydrogen gas and water have been separated is returned to the catholyte tank 24 via the third cathode pipe 30 .
  • the catholyte supply device 6 of this embodiment circulates the catholyte LC between the cathode electrode 12 and the catholyte tank 24.
  • the configuration is not limited to this, and a configuration may be adopted in which the catholyte LC is sent out of the system from the cathode electrode 12 without returning to the catholyte tank 24.
  • FIG. 2 is a sectional view of the organic hydride manufacturing apparatus 2.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the membrane electrode assembly 8 and the cathode channel 38 as seen from the stacking direction of the electrodes and the diaphragm.
  • the organic hydride manufacturing apparatus 2 of this embodiment includes, in addition to the membrane electrode assembly 8, an anode channel 36 (anode channel forming structure), a cathode channel 38 (cathode channel forming structure), and a pair of plates. It includes members 42a and 42b, a gasket 44, and a flow blocking member 46.
  • the plate member 42a and the plate member 42b are made of metal such as stainless steel or titanium.
  • the plate member 42a is stacked on the membrane electrode assembly 8 from the anode electrode 10 side.
  • the plate member 42b is laminated on the membrane electrode assembly 8 from the cathode electrode 12 side. Therefore, the membrane electrode assembly 8 is sandwiched between the pair of plate members 42a and 42b. A gap between the pair of plate members 42a and 42b is sealed with a gasket 44.
  • the pair of plate members 42a and 42b may correspond to so-called end plates.
  • the plate member may correspond to a so-called separator.
  • the cathode electrode 12 has a catalyst layer 12a and a diffusion layer 12b.
  • the catalyst layer 12a is arranged closer to the diaphragm 14 than the diffusion layer 12b.
  • the catalyst layer 12a is in contact with the main surface of the diaphragm 14.
  • the catalyst layer 12a contains the above-mentioned cathode catalyst, catalyst carrier, and ionomer.
  • the diffusion layer 12b is in contact with the main surface of the catalyst layer 12a on the side opposite to the diaphragm 14.
  • the diffusion layer 12b uniformly diffuses the catholyte LC supplied from the outside into the catalyst layer 12a. Further, the organic hydride generated in the catalyst layer 12a is discharged to the outside of the cathode electrode 12 via the diffusion layer 12b.
  • the diffusion layer 12b is made of a conductive material such as carbon or metal. Further, the diffusion layer 12b is a porous body such as a sintered body of fibers or particles, or a foam molded body. Examples of the material constituting the diffusion layer 12b include carbon woven cloth (carbon cloth), carbon nonwoven cloth, carbon paper, and the like. Note that the diffusion layer 12b may be omitted in some cases.
  • An anode channel 36 is connected to the anode electrode 10.
  • the anode flow path 36 supplies and discharges the anode liquid LA to and from the anode electrode 10 .
  • the plate member 42a of this embodiment is provided with a groove on its main surface facing the anode electrode 10 side. This groove constitutes an anode flow path 36.
  • the anode channel 36 covers the entire surface of the anode electrode 10, for example.
  • the first anode pipe 18 and the second anode pipe 20 are connected to the anode flow path 36 .
  • the first anode pipe 18 is connected to the lower end of the anode flow path 36
  • the second anode pipe 20 is connected to the upper end of the anode flow path 36.
  • connection positions of the first anode pipe 18 and the second anode pipe 20 with respect to the anode flow path 36 can be changed as appropriate.
  • the groove provided in the plate member 42a as the anode flow path 36 it is possible to suppress an increase in the number of parts and complication of the assembly process due to the provision of the anode flow path 36.
  • a cathode channel 38 is connected to the cathode electrode 12.
  • the cathode channel 38 supplies and discharges the catholyte LC to and from the cathode electrode 12 .
  • the plate member 42b of this embodiment is provided with a groove on its main surface facing the cathode electrode 12 side. This groove constitutes a cathode flow path 38.
  • the first cathode pipe 26 and the second cathode pipe 28 are connected to the cathode flow path 38 .
  • the cathode channel 38 of this embodiment includes a supply channel 38a (supply channel forming structure) that supplies catholyte LC to the cathode electrode 12, and a recovery channel 38b (recovery channel 38b) that recovers catholyte LC from the cathode electrode 12. flow path forming structure).
  • the supply channel 38a and the recovery channel 38b each extend in the vertical direction, and their respective side faces face the cathode electrode 12. Note that "extending in the vertical direction" means that one end of the substantially linear channel is located above the other end. Therefore, each channel may extend obliquely to the horizontal plane.
  • the supply channel 38a is arranged near one end of the plate member 42b in the horizontal direction, and the recovery channel 38b is arranged near the other end of the plate member 42b in the horizontal direction.
  • the first cathode pipe 26 is connected to the lower end of the supply channel 38a, and the second cathode pipe 28 is connected to the upper end of the recovery channel 38b.
  • At least a portion of each region of the supply channel 38a and the recovery channel 38b overlaps with each other when viewed from the horizontal direction.
  • the height positions of the lower ends of each flow path are the same, and the height positions of the upper ends of each flow path are preferably the same.
  • the catholyte LC that has flowed into the supply channel 38a from the first cathode pipe 26 flows from the bottom to the top within the supply channel 38a, and is sent to the cathode electrode 12 from the side surface of the supply channel 38a.
  • the catholyte LC that has flowed into the cathode electrode 12 moves within the cathode electrode 12 toward the recovery channel 38b.
  • the catholyte LC that has reached the recovery channel 38b flows from the cathode electrode 12 into the recovery channel 38b.
  • the catholyte LC flows into the supply channel 38a from the side surface of the supply channel 38a.
  • the catholyte LC flows from the bottom to the top in the recovery channel 38b and is discharged into the second cathode pipe 28.
  • connection positions of the first cathode pipe 26 and the second cathode pipe 28 with respect to the cathode flow path 38 can be changed as appropriate.
  • each pipe may be connected to the side surface of the cathode channel 38 instead of the bottom and top surface.
  • the number and arrangement of the supply channel 38a and the recovery channel 38b can also be changed as appropriate.
  • the cathode electrode 12, the supply channel 38a, and the recovery channel 38b differ in the ease of flow of the catholyte LC in each of them as follows. That is, when the flow resistance of the catholyte LC flowing through the cathode electrode 12 is R1, the flow resistance of the catholyte LC flowing through the recovery channel 38b is R2, and the flow resistance of the catholyte LC flowing through the supply channel 38a is R3, the flow Resistors R1 to R3 satisfy the relationship R1>R2>R3.
  • the cathode electrode 12 is composed of a catalyst layer 12a in which a catalyst and a catalyst carrier are assembled, and a diffusion layer 12b made of a porous material.
  • the supply channel 38a and the recovery channel 38b are configured by grooves provided on the surface of the plate member 42b. Therefore, the flow resistance R1 in the cathode electrode 12 inevitably tends to be larger than the flow resistance R2 in the recovery channel 38b and the flow resistance R3 in the supply channel 38a.
  • the flow resistance R2 in the recovery channel 38b is made higher than the flow resistance R3 in the supply channel 38a by the baffle member 46. Thereby, the relationship R1>R2>R3 can be satisfied.
  • the flow blocking member 46 is disposed at least within the recovery channel 38b. Thereby, the flow resistance R2 in the recovery channel 38b can be made larger than the flow resistance R3 in the supply channel 38a.
  • the baffle member 46 as an example is a long body extending along the recovery channel 38b. Thereby, the flow resistance R2 in the recovery channel 38b can be made larger than the flow resistance R3 in the supply channel 38a more easily.
  • the current blocking member 46 of this embodiment is composed of a coil.
  • the coil is made of metal such as titanium or stainless steel. The coil extends spirally from one end to the other end inside the recovery channel 38b. Thereby, the flow resistance R2 in the recovery channel 38b can be increased while preventing the flow of the catholyte LC from being completely blocked by the flow blocking member 46.
  • FIG. 5(A) is a schematic diagram showing the flow of the catholyte LC when the flow resistance R2 in the recovery channel 38b and the flow resistance R3 in the supply channel 38a are equal.
  • FIG. 5(B) is a schematic diagram showing the flow of the catholyte LC when the flow resistance R2 in the recovery channel 38b is larger than the flow resistance R3 in the supply channel 38a.
  • the catholyte LC Due to the water head pressure of the catholyte LC in the supply channel 38a, the catholyte LC is difficult to advance to the upper part of the supply channel 38a. Therefore, when the flow resistance R2 in the recovery channel 38b and the flow resistance R3 in the supply channel 38a are equal, the pressure of the catholyte LC is low (flow rate A pressure distribution tends to occur in which the pressure of the catholyte liquid LC is high (the flow rate is fast) at the lower part of the cathode electrode 12.
  • the "upper part” is, for example, a 1/2, preferably 1/3 region from the upper end of the cathode electrode 12.
  • the "lower part” is, for example, 1/2, preferably 1/3 of the area from the lower end of the cathode electrode 12.
  • the organic hydride manufacturing apparatus 2 may be large, with a height of 1000 mm to 2000 mm. As the height of the organic hydride production apparatus 2 increases, the pressure drop of the catholyte LC above the cathode electrode 12 becomes more significant.
  • hydrogen gas may be generated at the cathode electrode 12 due to side reactions. Since hydrogen gas has a lower specific gravity than the catholyte LC, it tends to accumulate in the upper part of the cathode electrode 12. The hydrogen gas accumulated in the cathode electrode 12 is pushed out by the catholyte LC into the recovery channel 38b and discharged into the second cathode pipe 28. However, if the pressure of the catholyte LC is low above the cathode electrode 12, hydrogen gas tends to remain. When a large amount of hydrogen gas accumulates in the cathode electrode 12, the amount of the hydride to be supplied to the reaction field of the catalyst layer 12a decreases, making it easier for side reactions to proceed. The occurrence of side reactions leads to a decrease in faradaic efficiency during the production of organic hydrides.
  • the flow resistance R2 in the recovery channel 38b is larger than the flow resistance R3 in the supply channel 38a.
  • the catholyte LC is prevented from moving toward the recovery channel 38b in the lower part of the supply channel 38a, and the catholyte LC is guided to the upper part of the supply channel 38a. be able to. Therefore, the pressure of the catholyte LC at the upper part of the cathode electrode 12 can be increased, and the hydrogen gas accumulated at the upper part of the cathode electrode 12 can be more easily discharged. As a result, the electrolysis performance of the organic hydride production apparatus 2 can be improved.
  • flow blocking members 46 are arranged in both the supply channel 38a and the recovery channel 38b.
  • the current blocking member 46 disposed in the supply channel 38a is composed of a coil with a relatively large wire diameter
  • the current blocking member 46 disposed in the recovery channel 38b is composed of a coil with a relatively small diameter. has been done. Thereby, the flow resistance R2 in the recovery channel 38b can be made larger than the flow resistance R3 in the supply channel 38a.
  • the cathode flow path 38 is arranged so as to overlap the membrane electrode assembly 8 when viewed from the stacking direction of the cathode electrode 12, the diaphragm 14, and the anode electrode 10.
  • high pressure is applied to the membrane electrode assembly to bring the layers into close contact with each other. Thereby, the production efficiency of organic hydride can be improved.
  • the pressure applied to the membrane electrode assembly is greater than the pressure applied to a typical fuel cell. Therefore, if the membrane electrode assembly 8 and the cathode channel 38 overlap, the membrane electrode assembly 8 can fit into the cathode channel 38 .
  • the pressure loss occurring in the catholyte LC flowing through the cathode channel 38 may increase excessively. This increase in pressure drop is unintended. Furthermore, the cathode flow path 38 is blocked and the supply of the hydride to the cathode electrode 12 is delayed, and the reaction for producing organic hydride in at least a portion of the cathode electrode 12 may be stopped. Furthermore, hydrogen is generated due to side reactions, which may reduce faradaic efficiency during the production of organic hydride.
  • the membrane electrode assembly 8 can be supported by the flow blocking member 46. Thereby, it is possible to suppress the membrane electrode assembly 8 from fitting into the cathode channel 38. Therefore, the electrolytic performance of the organic hydride production apparatus 2 can be improved.
  • the recovery channel 38b is located on the downstream side of the flow of the catholyte LC than the supply channel 38a, and tends to have a lower internal pressure than the supply channel 38a. Therefore, the membrane electrode assembly 8 can fit into the recovery channel 38b more easily than the supply channel 38a. Therefore, the flow blocking member 46 is preferably disposed at least in the recovery channel 38b. The difference between the flow resistance R2 and the flow resistance R3 can also be realized by providing the flow blocking member 46 in the recovery channel 38b.
  • the internal pressure of the supply channel 38a may also decrease. Therefore, by arranging the flow blocking member 46 in both the supply channel 38a and the recovery channel 38b, the electrolytic performance of the organic hydride production apparatus 2 can be further improved.
  • the current baffle member 46 in the embodiment is composed of a coil, it is not particularly limited to this configuration.
  • the flow baffle member 46 may be comprised of a stent.
  • a stent is a mesh tube. Therefore, the stent extends along the recovery channel 38b.
  • the material of the stent is the same as that of the coil.
  • the current blocking member 46 may be made of a porous member having liquid permeability such as porous ceramics.
  • the porous member may be a long body extending along the recovery channel 38b.
  • a stent or porous member may also be provided in the supply channel 38a.
  • the flow resistance R2 in the recovery flow path 38b can be made larger than the flow resistance R3 in the supply flow path 38a by varying the diameters of the wire rods constituting the stent or by varying the porosity of the porous member. I can do it.
  • the flow resistance R2 in the recovery flow path 38b and the flow resistance in the supply flow path 38a can be changed. A difference may be provided between R3 and R3.
  • Embodiments may be specified by the items described below.
  • LA anolyte
  • LC catholyte
  • the organic hydride production device (2) includes a plate member (42b) stacked on the membrane electrode assembly (8), The supply channel (38a) and the recovery channel (38b) are composed of grooves provided on the surface of the plate member (42b), The organic hydride production apparatus (2) includes a flow blocking member (46) disposed at least in the recovery channel (38b) to make the flow resistance R2 in the recovery channel (38b) higher than the flow resistance R3 in the supply channel (38a). Equipped with The organic hydride production apparatus (2) according to the first item.
  • the baffle member (46) is a long body extending along the recovery channel (38b).
  • the flow blocking member (46) is composed of a coil or a stent.
  • the baffle member (46) is composed of a porous member. The organic hydride manufacturing apparatus (2) according to the second item or the third item.
  • Example 1 An organic hydride production apparatus was prepared in which a baffle member was disposed in a recovery channel and not in a supply channel. A coil with a wire diameter of 0.6 mm was used as the current blocking member. By providing the flow blocking member only in the recovery channel, the flow resistance R1 in the cathode electrode, the flow resistance R2 in the recovery channel, and the flow resistance R3 in the supply channel became R1>R2>R3.
  • the difference between the pressure of the catholyte at the position in contact with the supply flow path and the pressure of the catholyte at the position in contact with the recovery flow path was measured at four locations on the cathode electrode: the lower part, the lower middle part, the upper middle part, and the upper part.
  • the lower part is located at approximately the lower end of the cathode electrode
  • the middle lower part is located at about 1/3 of the height of the cathode electrode
  • the middle upper part is located at about 2/3 of the height of the cathode electrode
  • the upper part is located at about 2/3 of the height of the cathode electrode.
  • a catholyte solution having a concentration of 100% toluene was circulated through the cathode electrode of this organic hydride production apparatus. Further, an aqueous sulfuric acid solution was circulated as an anode solution through the anode electrode. Then, an electrolytic reaction was carried out at a current density of 0.6 A/cm 2 . The electrolytic reaction was carried out until the faradaic efficiency calculated from the amount of by-product hydrogen produced reached 95%. When hydrogen was produced in an amount corresponding to 95% Faraday efficiency, the catholyte was collected at the inlet of the cathode flow path, and the toluene concentration of the catholyte was measured using a gas chromatograph. The results are shown in FIG. This toluene concentration corresponds to the electrolysis performance of the organic hydride production apparatus. The lower the toluene concentration, the higher the electrolytic performance.
  • Example 2 An organic hydride manufacturing apparatus having the same configuration as Example 1 was prepared, except that a coil with a wire diameter of 0.1 mm was arranged in the supply channel. By providing a current blocking member with a wire diameter larger than that provided in the supply channel in the recovery channel, flow resistance R1 in the cathode electrode, flow resistance R2 in the recovery channel, and flow resistance R3 in the supply channel are reduced. R1>R2>R3. Then, as in Example 1, the differential pressure inside the cathode electrode was measured. Further, an electrolytic reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, and the toluene concentration of the catholyte when the Faraday efficiency was 95% was measured. The results are shown in FIG.
  • Example 1 An organic hydride production apparatus having the same configuration as in Example 1 was prepared, except that the blocking member was not disposed in the recovery channel.
  • the differential pressure inside the cathode electrode was measured.
  • an electrolytic reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, and the toluene concentration of the catholyte when the Faraday efficiency was 95% was measured. The results are shown in FIG.
  • Example 2 An organic hydride production apparatus having the same configuration as in Example 1 was prepared, except that coils with a wire diameter of 0.6 mm were arranged in both the recovery channel and the supply channel.
  • the differential pressure inside the cathode electrode was measured.
  • an electrolytic reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, and the toluene concentration of the catholyte when the Faraday efficiency was 95% was measured. The results are shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the differential pressure within the cathode electrode and the toluene concentration at a Faraday efficiency (F efficiency) of 95% in each organic hydride production apparatus of each Example and each Comparative Example.
  • F efficiency Faraday efficiency
  • Example 1 and Example 2 the toluene concentration at 95% Faraday efficiency was lower than in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. From the above results, by adjusting the flow resistance R1 in the cathode electrode, the flow resistance R2 in the recovery channel, and the flow resistance R3 in the supply channel so that R1>R2>R3, the electrolytic performance of the organic hydride production apparatus can be improved. It was confirmed that it improved.
  • the present invention can be utilized in an organic hydride manufacturing device.

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Abstract

有機ハイドライド製造装置２は、アノード電極１０およびカソード電極１２が隔膜１４を挟んで積層された膜電極接合体８と、鉛直方向に延び、下方から上方に向かってカソード液ＬＣが流れるとともにカソード電極１２にカソード液ＬＣを送出する供給流路３８ａと、鉛直方向に延び、カソード電極１２からカソード液ＬＣが流入するとともにカソード液ＬＣが下方から上方に流れる回収流路３８ｂとを備える。カソード電極１２を流れるカソード液ＬＣの流抵抗Ｒ１、回収流路３８ｂを流れるカソード液ＬＣの流抵抗Ｒ２および供給流路３８ａを流れるカソード液ＬＣの流抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。

Description

有機ハイドライド製造装置
　本発明は、有機ハイドライド製造装置に関する。
　近年、エネルギーの生成過程での二酸化炭素排出量を抑制するために、太陽光、風力、水力、地熱発電等で得られる再生可能エネルギーの利用が期待されている。一例としては、再生可能エネルギー由来の電力で水電解を行って、水素を生成するシステムが考案されている。また、再生可能エネルギー由来の水素を大規模輸送、貯蔵するためのエネルギーキャリアとして、有機ハイドライドシステムが注目されている。
　有機ハイドライドの製造技術に関して、従来、水からプロトンを生成するアノードと、不飽和結合を有する有機化合物（被水素化物）を水素化するカソードと、アノードおよびカソードを隔てる隔膜とを有する有機ハイドライド製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この有機ハイドライド製造装置では、アノードに水を供給し、カソードに被水素化物を供給しながらアノードとカソードとの間に電流を流すことで、被水素化物に水素が付加されて有機ハイドライドが得られる。
国際公開第２０１２／０９１１２８号
　本発明者らは、有機ハイドライドの製造技術について鋭意検討を重ねた結果、従来の技術には、有機ハイドライド製造装置の電解性能を向上させる余地があることを認識するに至った。
　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、有機ハイドライド製造装置の電解性能を向上させる技術を提供することにある。
　本発明のある態様は、有機ハイドライド製造装置である。この有機ハイドライド製造装置は、アノード液中の水を酸化してプロトンを生成するアノード電極、およびカソード液中の被水素化物をプロトンで水素化して有機ハイドライドを生成するカソード電極が、アノード電極側からカソード電極側にプロトンを移動させる隔膜を挟んで積層された膜電極接合体と、鉛直方向に延び、下方から上方に向かってカソード液が流れるとともにカソード電極にカソード液を送出する供給流路と、鉛直方向に延び、カソード電極からカソード液が流入する回収流路と、を備える。カソード電極を流れるカソード液の流抵抗Ｒ１、回収流路を流れるカソード液の流抵抗Ｒ２および供給流路を流れるカソード液の流抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。
　以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
　本発明によれば、有機ハイドライド製造装置の電解性能を向上させることができる。
実施の形態に係る有機ハイドライド製造システムの模式図である。 有機ハイドライド製造装置の断面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 電極および隔膜の積層方向から見た膜電極接合体およびカソード流路の模式図である。 図５（Ａ）は、回収流路における流抵抗と供給流路における流抵抗とが等しい場合のカソード液の流れを示す模式図である。図５（Ｂ）は、回収流路における流抵抗が供給流路における流抵抗より大きい場合のカソード液の流れを示す模式図である。 各実施例および各比較例の各有機ハイドライド製造装置における、カソード電極内の差圧およびファラデー効率９５％時のトルエン濃度を示す図である。
　以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。したがって、実施の形態の内容は、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。実施の形態に記述される構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、この用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
　図１は、実施の形態に係る有機ハイドライド製造システム１の模式図である。一例としての有機ハイドライド製造システム１は、有機ハイドライド製造装置２と、アノード液供給装置４と、カソード液供給装置６とを備える。
　有機ハイドライド製造装置２は、有機ハイドライドの脱水素化体である被水素化物を電気化学還元反応により水素化して、有機ハイドライドを生成する電解槽である。有機ハイドライド製造装置２は、膜電極接合体８を備える。膜電極接合体８は、アノード電極１０およびカソード電極１２が隔膜１４を挟んで積層された構造を有する。図１には１つの有機ハイドライド製造装置２のみが図示されているが、有機ハイドライド製造システム１は、複数の有機ハイドライド製造装置２を備えてもよい。この場合、各有機ハイドライド製造装置２は、例えばアノード電極１０およびカソード電極１２の並びが同じになるように向きが揃えられて積層される。これにより、各有機ハイドライド製造装置２は電気的に直列接続される。なお、各有機ハイドライド製造装置２は、並列接続されてもよいし、直列接続と並列接続とが組み合わされてもよい。
　アノード電極１０（陽極）は、アノード液ＬＡ中の水を酸化してプロトンを生成する。アノード電極１０は、アノード触媒として例えばイリジウム（Ｉｒ）やルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属、またはこれらの金属酸化物を有する。アノード触媒は、電子伝導性を有する基材に分散担持またはコーティングされていてもよい。基材は、例えばチタン（Ｔｉ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属を主成分とする材料で構成される。基材の形態としては、織布や不織布のシート、メッシュ、多孔性の焼結体、発泡成型体（フォーム）、エキスパンドメタル等が例示される。
　カソード電極１２（陰極）は、カソード液ＬＣ中の被水素化物をプロトンで水素化して有機ハイドライドを生成する。カソード電極１２は、被水素化物を水素化するカソード触媒として例えば白金やルテニウム等を含有する。また好ましくは、カソード電極１２は、カソード触媒を担持する多孔質の触媒担体を含有する。触媒担体は、例えば多孔性カーボン、多孔性金属、多孔性金属酸化物等の電子伝導性材料で構成される。また、カソード触媒は、アイオノマー（カチオン交換型のアイオノマー）で被覆される。例えば、カソード触媒を担持した状態にある触媒担体がアイオノマーで被覆される。アイオノマーとしては、例えばナフィオン（登録商標）、フレミオン（登録商標）などのパーフルオロスルホン酸ポリマー等が例示される。アイオノマーは、カソード触媒を部分的に被覆していることが好ましい。これにより、カソード電極１２における電気化学反応に必要な３要素（被水素化物、プロトン、電子）を効率的に反応場に供給することができる。
　隔膜１４は、アノード電極１０およびカソード電極１２で挟まれる。本実施の形態の隔膜１４は、プロトン伝導性を有する固体高分子形電解質膜で構成され、アノード電極１０側からカソード電極１２側にプロトンを移動させる。固体高分子形電解質膜は、プロトンが伝導する材料であれば特に限定されないが、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系イオン交換膜が挙げられる。
　アノード電極１０には、アノード液供給装置４によってアノード液ＬＡが供給される。アノード液ＬＡは、アノード電極１０に供給する水を含む。アノード液ＬＡとしては、硫酸水溶液、硝酸水溶液、塩酸水溶液、純水、イオン交換水等が例示される。
　カソード電極１２には、カソード液供給装置６によってカソード液ＬＣが供給される。カソード液ＬＣは、カソード電極１２に供給する有機ハイドライド原料（被水素化物）を含む。一例としてカソード液ＬＣは、有機ハイドライド製造システム１の運転開始前は有機ハイドライドを含まず、運転開始後に電解によって生成された有機ハイドライドが混入することで、被水素化物と有機ハイドライドとの混合液となる。被水素化物および有機ハイドライドは、好ましくは２０℃、１気圧で液体である。
　被水素化物および有機ハイドライドは、水素化反応／脱水素反応を可逆的に起こすことにより、水素を添加／脱離できる有機化合物であれば特に限定されない。本実施の形態で用いられる被水素化物および有機ハイドライドとしては、アセトン－イソプロパノール系、ベンゾキノン－ヒドロキノン系、芳香族炭化水素系等を広く用いることができる。これらの中で、エネルギー輸送時の運搬性等の観点から、芳香族炭化水素系が好ましい。
　被水素化物として用いられる芳香族炭化水素化合物は、少なくとも１つの芳香環を含む化合物である。芳香族炭化水素化合物の例としては、例えば、ベンゼン、アルキルベンゼン、ナフタレン、アルキルナフタレン、アントラセン、ジフェニルエタン等が挙げられる。アルキルベンゼンには、芳香環の１～４の水素原子が炭素数１～６の直鎖アルキル基または分岐アルキル基で置換された化合物が含まれる。このような化合物としては、例えばトルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン等が挙げられる。アルキルナフタレンには、芳香環の１～４の水素原子が炭素数１～６の直鎖アルキル基または分岐アルキル基で置換された化合物が含まれる。このような化合物としては、例えばメチルナフタレン等が挙げられる。これらは単独で用いられても、組み合わせて用いられてもよい。
　被水素化物は、好ましくはトルエンおよびベンゼンの少なくとも一方である。なお、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、キノリン、イソキノリン、Ｎ－アルキルピロール、Ｎ－アルキルインドール、Ｎ－アルキルジベンゾピロール等の含窒素複素環式芳香族化合物も、被水素化物として用いることができる。有機ハイドライドは、上述の被水素化物が水素化されたものであり、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、ピペリジン等が例示される。
　有機ハイドライド製造装置２において、被水素化物の一例としてトルエン（ＴＬ）を用いた場合に起こる反応は、以下の通りである。被水素化物としてトルエンを用いた場合、得られる有機ハイドライドはメチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）である。
＜アノード電極での電極反応＞
　３Ｈ２Ｏ→３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ－
＜カソード電極での電極反応＞
　ＴＬ＋６Ｈ＋＋６ｅ－→ＭＣＨ
　すなわち、アノード電極１０での電極反応と、カソード電極１２での電極反応とが並行して進行する。アノード電極１０における水の電気分解により生じたプロトンは、隔膜１４を介してカソード電極１２に供給される。また、水の電気分解により生じた電子は、外部回路を介してカソード電極１２に供給される。カソード電極１２に供給されたプロトンおよび電子は、カソード電極１２においてトルエンの水素化に用いられる。これにより、メチルシクロヘキサンが生成される。
　したがって、本実施の形態に係る有機ハイドライド製造システム１によれば、水の電気分解と被水素化物の水素化反応とを１ステップで行うことができる。このため、水電解等で水素を製造するプロセスと、被水素化物をプラント等のリアクタで化学水素化するプロセスとの２段階プロセスで有機ハイドライドを製造する従来技術に比べて、有機ハイドライドの製造効率を高めることができる。また、化学水素化を行うリアクタや、水電解等で製造された水素を貯留するための高圧容器等が不要であるため、大幅な設備コストの低減を図ることができる。
　カソード電極１２では、主反応である被水素化物の水素化反応とともに、副反応として以下に示す水素ガスの発生反応が起こる場合がある。カソード電極１２への被水素化物の供給量が不足するにつれて、この副反応は生じやすくなる。
＜カソード電極で生じ得る副反応＞
　２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２
　また、プロトンは、隔膜１４を介してアノード電極１０側からカソード電極１２側に移動する際、水分子をともなって移動する。したがって、電解還元反応が進むにつれて、カソード電極１２側に水が溜まっていく。
　有機ハイドライド製造装置２には、外部の電源（図示せず）から電力が供給される。電源から有機ハイドライド製造装置２に電力が供給されると、有機ハイドライド製造装置２のアノード電極１０とカソード電極１２との間に所定の電解電流が印加され、電解電流が流れる。電源は、電力供給装置から供給される電力を有機ハイドライド製造装置２に送る。電力供給装置は、再生可能エネルギーを利用して発電を行う発電装置、例えば風力発電装置や太陽光発電装置等で構成することができる。なお、電力供給装置は、再生可能エネルギーを利用する発電装置に限定されず、系統電源であってもよいし、再生可能エネルギー発電装置や系統電源からの電力を蓄電した蓄電装置等であってもよい。また、これらの２つ以上の組み合わせであってもよい。
　アノード液供給装置４は、アノード液タンク１６、第１アノード配管１８、第２アノード配管２０およびアノードポンプ２２を有する。アノード液タンク１６には、アノード液ＬＡが貯留される。アノード液タンク１６は、第１アノード配管１８によってアノード電極１０に接続される。第１アノード配管１８の途中には、アノードポンプ２２が設けられる。アノードポンプ２２は、例えばギアポンプやシリンダーポンプ等の公知のポンプで構成することができる。なお、アノード液供給装置４は、ポンプ以外の送液装置を用いてアノード液ＬＡを流通させてもよい。アノード液タンク１６は、第２アノード配管２０によってもアノード電極１０に接続される。
　アノード液タンク１６中のアノード液ＬＡは、アノードポンプ２２の駆動により、第１アノード配管１８を経由してアノード電極１０に流入する。アノード電極１０に流入したアノード液ＬＡは、アノード電極１０での電極反応に供される。アノード電極１０内のアノード液ＬＡは、第２アノード配管２０を経由してアノード液タンク１６に戻される。一例としてアノード液タンク１６は、気液分離部としても機能する。アノード電極１０では電極反応によって酸素ガスが発生する。このため、アノード電極１０から排出されるアノード液ＬＡには、酸素ガスが混入している。アノード液タンク１６は、アノード液ＬＡ中の酸素ガスをアノード液ＬＡから分離して系外に排出する。
　本実施の形態のアノード液供給装置４は、アノード電極１０とアノード液タンク１６との間でアノード液ＬＡを循環させている。しかしながら、この構成に限定されず、アノード液ＬＡをアノード液タンク１６に戻さずにアノード電極１０から系外に送る構成であってもよい。
　カソード液供給装置６は、カソード液タンク２４、第１カソード配管２６、第２カソード配管２８、第３カソード配管３０、カソードポンプ３２および分離部３４を有する。カソード液タンク２４には、カソード液ＬＣが貯留される。カソード液タンク２４は、第１カソード配管２６によってカソード電極１２に接続される。第１カソード配管２６の途中には、カソードポンプ３２が設けられる。カソードポンプ３２は、例えばギアポンプやシリンダーポンプ等の公知のポンプで構成することができる。なお、カソード液供給装置６は、ポンプ以外の送液装置を用いてカソード液ＬＣを流通させてもよい。
　分離部３４は、第２カソード配管２８によってカソード電極１２に接続される。分離部３４は、公知の気液分離器および公知の油水分離器を有する。また、分離部３４は、第３カソード配管３０によってカソード液タンク２４に接続される。
　カソード液タンク２４中のカソード液ＬＣは、カソードポンプ３２の駆動により、第１カソード配管２６を経由してカソード電極１２に流入する。カソード電極１２に流入したカソード液ＬＣは、カソード電極１２での電極反応に供される。カソード電極１２内のカソード液ＬＣは、第２カソード配管２８を経由して分離部３４に流入する。カソード電極１２では、副反応によって水素ガスが発生する場合がある。したがって、カソード電極１２から排出されるカソード液ＬＣには、水素ガスが混入している場合がある。分離部３４は、カソード液ＬＣ中の水素ガスをカソード液ＬＣから分離して系外に排出する。また、カソード電極１２には、アノード電極１０からプロトンとともに水が移動してくる。したがって、カソード電極１２から排出されるカソード液ＬＣには、水が混入している場合がある。分離部３４は、カソード液ＬＣ中の水をカソード液ＬＣから分離して系外に排出する。水素ガスおよび水が分離されたカソード液ＬＣは、第３カソード配管３０を経由してカソード液タンク２４に戻される。
　本実施の形態のカソード液供給装置６は、カソード電極１２とカソード液タンク２４との間でカソード液ＬＣを循環させている。しかしながら、この構成に限定されず、カソード液ＬＣをカソード液タンク２４に戻さずにカソード電極１２から系外に送る構成であってもよい。
　続いて、有機ハイドライド製造装置２の構造について詳細に説明する。図２は、有機ハイドライド製造装置２の断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図４は、電極および隔膜の積層方向から見た膜電極接合体８およびカソード流路３８の模式図である。本実施の形態の有機ハイドライド製造装置２は、膜電極接合体８に加えて、アノード流路３６（アノード流路形成構造）と、カソード流路３８（カソード流路形成構造）と、一対のプレート部材４２ａ，４２ｂと、ガスケット４４と、阻流部材４６とを備える。
　プレート部材４２ａおよびプレート部材４２ｂは、例えばステンレス鋼、チタン等の金属で構成される。プレート部材４２ａは、アノード電極１０側から膜電極接合体８に積層される。プレート部材４２ｂは、カソード電極１２側から膜電極接合体８に積層される。したがって、膜電極接合体８は、一対のプレート部材４２ａ，４２ｂで挟まれる。一対のプレート部材４２ａ，４２ｂの隙間は、ガスケット４４で封止される。有機ハイドライド製造システム１が有機ハイドライド製造装置２を１つのみ備える場合、一対のプレート部材４２ａ，４２ｂはいわゆるエンドプレートに相当し得る。有機ハイドライド製造システム１が複数の有機ハイドライド製造装置２を備え、プレート部材４２ａあるいはプレート部材４２ｂの隣に他の有機ハイドライド製造装置２が並ぶ場合、当該プレート部材はいわゆるセパレータに相当し得る。
　カソード電極１２は、触媒層１２ａと、拡散層１２ｂとを有する。触媒層１２ａは、拡散層１２ｂよりも隔膜１４側に配置される。触媒層１２ａは、隔膜１４の主表面に接している。触媒層１２ａは、上述したカソード触媒、触媒担体およびアイオノマーを含有する。拡散層１２ｂは、触媒層１２ａの隔膜１４とは反対側の主表面に接している。拡散層１２ｂは、外部から供給されるカソード液ＬＣを触媒層１２ａに均一に拡散させる。また、触媒層１２ａで生成される有機ハイドライドは、拡散層１２ｂを介してカソード電極１２の外部へ排出される。拡散層１２ｂは、カーボンや金属等の導電性材料で構成される。また、拡散層１２ｂは、繊維あるいは粒子の焼結体、発泡成形体といった多孔体である。拡散層１２ｂを構成する材料としては、カーボンの織布（カーボンクロス）、カーボンの不織布、カーボンペーパー等が例示される。なお、拡散層１２ｂは省略される場合もある。
　アノード電極１０には、アノード流路３６が接続される。アノード流路３６は、アノード液ＬＡをアノード電極１０に給排する。本実施の形態のプレート部材４２ａは、アノード電極１０側を向く主表面に溝が設けられている。そして、この溝がアノード流路３６を構成している。アノード流路３６は、例えばアノード電極１０の全面を覆う。アノード流路３６には、第１アノード配管１８および第２アノード配管２０が接続される。一例としてアノード流路３６の下端に第１アノード配管１８が接続され、アノード流路３６の上端に第２アノード配管２０が接続される。アノード流路３６に対する第１アノード配管１８および第２アノード配管２０の接続位置は、適宜変更可能である。プレート部材４２ａに設けた溝をアノード流路３６とすることで、アノード流路３６を設けることによる部品点数の増加や組み立て工程の複雑化等を抑制することができる。
　カソード電極１２には、カソード流路３８が接続される。カソード流路３８は、カソード液ＬＣをカソード電極１２に給排する。本実施の形態のプレート部材４２ｂは、カソード電極１２側を向く主表面に溝が設けられている。そして、この溝がカソード流路３８を構成している。カソード流路３８には、第１カソード配管２６および第２カソード配管２８が接続される。プレート部材４２ｂに設けた溝をカソード流路３８とすることで、カソード流路３８を設けることによる部品点数の増加や組み立て工程の複雑化等を抑制することができる。
　本実施の形態のカソード流路３８は、カソード電極１２にカソード液ＬＣを供給する供給流路３８ａ（供給流路形成構造）と、カソード電極１２からカソード液ＬＣを回収する回収流路３８ｂ（回収流路形成構造）とを含む。供給流路３８ａおよび回収流路３８ｂは、それぞれ鉛直方向に延び、それぞれの側面がカソード電極１２と対向している。なお、「鉛直方向に延びる」とは、実質的に直線状の流路の一端が他端よりも上方に位置することを意味する。したがって、各流路は水平面に対して斜めに延びていてもよい。供給流路３８ａは、プレート部材４２ｂにおける水平方向の一端寄りに配置され、回収流路３８ｂは、プレート部材４２ｂにおける水平方向の他端寄りに配置される。そして、供給流路３８ａの下端に第１カソード配管２６が接続され、回収流路３８ｂの上端に第２カソード配管２８が接続される。供給流路３８ａおよび回収流路３８ｂは、それぞれの少なくとも一部の領域が水平方向から見て互いに重なる。好ましくは、各流路の下端の高さ位置が一致し、各流路の上端の高さ位置が一致する。
　第１カソード配管２６から供給流路３８ａに流入したカソード液ＬＣは、供給流路３８ａ内を下方から上方に向かって流れるとともに、供給流路３８ａの側面からカソード電極１２に送出される。カソード電極１２に流入したカソード液ＬＣは、カソード電極１２内を回収流路３８ｂに向かって移動していく。回収流路３８ｂに到達したカソード液ＬＣは、カソード電極１２から回収流路３８ｂに流入する。カソード液ＬＣは、供給流路３８ａの側面から供給流路３８ａ内に流入する。そして、カソード液ＬＣは、回収流路３８ｂ内を下方から上方に流れて、第２カソード配管２８に排出される。なお、カソード流路３８に対する第１カソード配管２６および第２カソード配管２８の接続位置は、適宜変更可能である。例えば、各配管は、カソード流路３８の底面および天面ではなく側面に接続されてもよい。また、供給流路３８ａおよび回収流路３８ｂの数および配置も適宜変更可能である。
　カソード電極１２、供給流路３８ａおよび回収流路３８ｂは、それぞれにおけるカソード液ＬＣの流れやすさが以下のように異なる。すなわち、カソード電極１２を流れるカソード液ＬＣの流抵抗をＲ１、回収流路３８ｂを流れるカソード液ＬＣの流抵抗をＲ２、供給流路３８ａを流れるカソード液ＬＣの流抵抗をＲ３とするとき、流抵抗Ｒ１～Ｒ３はＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす。
　カソード電極１２は、触媒および触媒担体が集合した触媒層１２ａと、多孔体で構成される拡散層１２ｂとで構成される。一方、供給流路３８ａおよび回収流路３８ｂは、プレート部材４２ｂの表面に設けられる溝で構成される。したがって、カソード電極１２における流抵抗Ｒ１は、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２および供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３よりも必然的に大きくなりやすい。また、本実施の形態の有機ハイドライド製造装置２は、阻流部材４６によって回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２を供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３より高めている。これにより、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たすことができる。
　阻流部材４６は、少なくとも回収流路３８ｂ内に配置される。これにより、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２を供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３よりも大きくすることができる。一例としての阻流部材４６は、回収流路３８ｂに沿って延びる長尺体である。これにより、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２をより簡単に供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３より大きくすることができる。本実施の形態の阻流部材４６は、コイルで構成されている。コイルは、例えばチタンやステンレス鋼などの金属で構成される。コイルは、回収流路３８ｂの内部で、一端側から他端側にかけて螺旋状に延びている。これにより、阻流部材４６によってカソード液ＬＣの流通が完全に遮断されることを抑制しながら、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２を大きくすることができる。
　図５（Ａ）は、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２と供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３とが等しい場合のカソード液ＬＣの流れを示す模式図である。図５（Ｂ）は、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２が供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３より大きい場合のカソード液ＬＣの流れを示す模式図である。
　供給流路３８ａ内のカソード液ＬＣの水頭圧により、供給流路３８ａの上部にはカソード液ＬＣが進みにくい。このため、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２と供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３とが等しい場合、図５（Ａ）に示すように、カソード電極１２の上部ではカソード液ＬＣの圧力が低く（流速が遅く）、カソード電極１２の下部ではカソード液ＬＣの圧力が高い（流速が速い）という圧力分布が生じやすい。「上部」とは、例えばカソード電極１２の上端から１／２、好ましくは１／３の領域である。「下部」とは、例えばカソード電極１２の下端から１／２、好ましくは１／３の領域である。特に、有機ハイドライド製造装置２は、高さが１０００ｍｍ～２０００ｍｍと大型になる場合がある。有機ハイドライド製造装置２の高さが大きくなると、カソード電極１２の上部におけるカソード液ＬＣの圧力低下がより顕著になる。
　上述のとおり、カソード電極１２では副反応によって水素ガスが発生する場合がある。水素ガスは、カソード液ＬＣよりも比重が軽いため、カソード電極１２の上部に溜まりやすい。カソード電極１２に溜まった水素ガスは、カソード液ＬＣにより回収流路３８ｂに押し出されて、第２カソード配管２８に排出される。しかしながら、カソード電極１２の上部においてカソード液ＬＣの圧力が低いと、水素ガスが残留しやすくなる。カソード電極１２に多量の水素ガスが溜まると、触媒層１２ａの反応場への被水素化物の供給量が低下し、副反応が進行しやすくなる。副反応の発生は、有機ハイドライド製造時のファラデー効率の低下につながる。
　これに対し、本実施の形態の有機ハイドライド製造装置２では、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２が供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３より大きい。これにより、図５（Ｂ）に示すように、供給流路３８ａの下部においてカソード液ＬＣが回収流路３８ｂ側へ移動することを抑制して、カソード液ＬＣを供給流路３８ａの上部に導くことができる。したがって、カソード電極１２の上部におけるカソード液ＬＣの圧力を上げることができ、カソード電極１２の上部に溜まる水素ガスをより排出しやすくすることができる。この結果、有機ハイドライド製造装置２の電解性能を向上させることができる。
　本実施の形態では、供給流路３８ａおよび回収流路３８ｂの両方に阻流部材４６が配置されている。そして、供給流路３８ａに配置される阻流部材４６は相対的に線径の太いコイルで構成され、回収流路３８ｂに配置される阻流部材４６は相対的に線径の細いコイルで構成されている。これにより、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２を供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３より大きくすることができる。
　図４に示すように、カソード流路３８は、カソード電極１２、隔膜１４およびアノード電極１０の積層方向から見て膜電極接合体８と重なるように配置される。一般に有機ハイドライド製造装置では、膜電極接合体に高い圧力をかけて各層を互いに密着させている。これにより、有機ハイドライドの製造効率を高めることができる。膜電極接合体にかけられる圧力は、一般的な燃料電池にかけられる圧力よりも大きい。このため、膜電極接合体８とカソード流路３８とが重なっていると、膜電極接合体８がカソード流路３８内に嵌入し得る。膜電極接合体８がカソード流路３８内に嵌入すると、カソード流路３８を流れるカソード液ＬＣに生じる圧力損失が過度に増大し得る。この圧力損失の増大は意図しないものである。また、カソード流路３８が閉塞してカソード電極１２への被水素化物の供給が滞り、カソード電極１２の少なくとも一部における有機ハイドライドの生成反応が停止し得る。また、副反応による水素の発生が起こり、有機ハイドライド製造時のファラデー効率が低下し得る。
　これに対し、供給流路３８ａおよび回収流路３８ｂに阻流部材４６を配置することで、阻流部材４６によって膜電極接合体８を支持することができる。これにより、カソード流路３８内への膜電極接合体８の嵌入を抑制することができる。よって、有機ハイドライド製造装置２の電解性能を向上させることができる。
　回収流路３８ｂは、供給流路３８ａよりもカソード液ＬＣの流れの下流側にあり、供給流路３８ａよりも内圧が低い傾向にある。このため、回収流路３８ｂは、供給流路３８ａに比べて膜電極接合体８が嵌入しやすい。よって、阻流部材４６は、少なくとも回収流路３８ｂに配置されることが好ましい。流抵抗Ｒ２と流抵抗Ｒ３との差も、阻流部材４６を回収流路３８ｂに設ければ実現できる。一方で、カソードポンプ３２の駆動が停止してカソード電極１２へのカソード液ＬＣの供給が停止すると、供給流路３８ａの内圧も低下し得る。このため、供給流路３８ａおよび回収流路３８ｂの両方に阻流部材４６を配置することで、有機ハイドライド製造装置２の電解性能をより向上させることができる。
（変形例）
　上述した実施の形態に係る有機ハイドライド製造装置２には、以下の変形例を挙げることができる。すなわち、実施の形態の阻流部材４６はコイルで構成されるが、特にこの構成に限定されない。例えば、阻流部材４６はステントで構成されてもよい。ステントは、網目状の筒である。したがって、ステントは回収流路３８ｂに沿って延在する。ステントの材質は、コイルの場合と同様である。また、阻流部材４６は、多孔質セラミックス等の透液性を有する多孔質部材で構成されてもよい。多孔質部材は、回収流路３８ｂに沿って延びる長尺体であってもよい。ステントや多孔質部材を回収流路３８ｂ内に配置することで、コイルの場合と同様に、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２を供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３より大きくすることができる。
　ステントや多孔質部材は、供給流路３８ａにも設けられてもよい。この場合、ステントを構成する線材の径を異ならせたり、多孔質部材の空隙率を異ならせたりすることで、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２を供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３より大きくすることができる。また、回収流路３８ｂと供給流路３８ａとで流路自体の幅、深さ、および形状の少なくとも１つを異ならせることで、回収流路３８ｂにおける流抵抗Ｒ２と供給流路３８ａにおける流抵抗Ｒ３とに差を設けてもよい。
　実施の形態は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
［第１項目］
　アノード液（ＬＡ）中の水を酸化してプロトンを生成するアノード電極（１０）、およびカソード液（ＬＣ）中の被水素化物をプロトンで水素化して有機ハイドライドを生成するカソード電極（１２）が、アノード電極（１０）側からカソード電極（１２）側にプロトンを移動させる隔膜（１４）を挟んで積層された膜電極接合体（８）と、
　鉛直方向に延び、下方から上方に向かってカソード液（ＬＣ）が流れるとともにカソード電極（１２）にカソード液（ＬＣ）を送出する供給流路（３８ａ）と、
　鉛直方向に延び、カソード電極（１２）からカソード液（ＬＣ）が流入する回収流路（３８ｂ）と、を備え、
　カソード電極（１２）を流れるカソード液（ＬＣ）の流抵抗Ｒ１、回収流路（３８ｂ）を流れるカソード液（ＬＣ）の流抵抗Ｒ２および供給流路（３８ａ）を流れるカソード液（ＬＣ）の流抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす、
有機ハイドライド製造装置（２）。
［第２項目］
　有機ハイドライド製造装置（２）は、膜電極接合体（８）に積層されるプレート部材（４２ｂ）を備え、
　供給流路（３８ａ）および回収流路（３８ｂ）は、プレート部材（４２ｂ）の表面に設けられる溝で構成され、
　有機ハイドライド製造装置（２）は、少なくとも回収流路（３８ｂ）内に配置されて回収流路（３８ｂ）における流抵抗Ｒ２を供給流路（３８ａ）における流抵抗Ｒ３より高める阻流部材（４６）を備える、
第１項目に記載の有機ハイドライド製造装置（２）。
［第３項目］
　阻流部材（４６）は、回収流路（３８ｂ）に沿って延びる長尺体である、
第２項目に記載の有機ハイドライド製造装置（２）。
［第４項目］
　阻流部材（４６）は、コイルまたはステントで構成される、
第３項目に記載の有機ハイドライド製造装置（２）。
［第５項目］
　阻流部材（４６）は、多孔質部材で構成される、
第２項目または第３項目に記載の有機ハイドライド製造装置（２）。
　以下、本発明の実施例を説明するが、実施例は本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。
（実施例１）
　阻流部材を回収流路に配置し、供給流路に配置しない有機ハイドライド製造装置を用意した。阻流部材には、線径φ０．６ｍｍのコイルを用いた。阻流部材を回収流路のみに設けたことで、カソード電極における流抵抗Ｒ１、回収流路における流抵抗Ｒ２および供給流路における流抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３となった。
　カソード電極における下部、中間下部、中間上部、上部の４個所において、供給流路と接する位置におけるカソード液の圧力と、回収流路と接する位置におけるカソード液の圧力との差を計測した。下部はカソード電極のおおよそ下端に位置し、中間下部はカソード電極の約１／３の高さに位置し、中間上部はカソード電極の約２／３の高さに位置し、上部はカソード電極のおおよそ上端に位置する。
　また、この有機ハイドライド製造装置のカソード電極に１００％トルエン濃度のカソード液を循環させた。またアノード電極にアノード液として硫酸水溶液を循環させた。そして、電流密度０．６Ａ／ｃｍ２で電解反応を実施した。電解反応は、副生水素の生成量から換算されるファラデー効率が９５％になるまで実施した。ファラデー効率９５％に相当する量の水素が生成される状態となったとき、カソード流路の入口においてカソード液を採取し、ガスクロマトグラフを用いてカソード液のトルエン濃度を測定した。結果を図６に示す。このトルエン濃度は、有機ハイドライド製造装置の電解性能に相当する。トルエン濃度が低いほど、電解性能が高いことを意味する。
（実施例２）
　供給流路に線径φ０．１ｍｍのコイルを配置した点を除いて、実施例１と同一構成の有機ハイドライド製造装置を用意した。供給流路に設けられる阻流部材よりも線径の太い阻流部材を回収流路に設けたことで、カソード電極における流抵抗Ｒ１、回収流路における流抵抗Ｒ２および供給流路における流抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３となった。そして、実施例１と同様にカソード電極内の差圧測定を実施した。また、実施例１と同じ条件で電解反応を実施し、ファラデー効率９５％時のカソード液のトルエン濃度を測定した。結果を図６に示す。
（比較例１）
　阻流部材を回収流路に配置しない点を除いて、実施例１と同一構成の有機ハイドライド製造装置を用意した。回収流路および供給流路の両方に阻流部材を設けなかったことで、カソード電極における流抵抗Ｒ１、回収流路における流抵抗Ｒ２および供給流路における流抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＝Ｒ３となった。そして、実施例１と同様にカソード電極内の差圧測定を実施した。また、実施例１と同じ条件で電解反応を実施し、ファラデー効率９５％時のカソード液のトルエン濃度を測定した。結果を図６に示す。
（比較例２）
　回収流路および供給流路の両方に線径φ０．６ｍｍのコイルを配置した点を除いて、実施例１と同一構成の有機ハイドライド製造装置を用意した。回収流路および供給流路の両方に同じ線径の阻流部材を設けたことで、カソード電極における流抵抗Ｒ１、回収流路における流抵抗Ｒ２および供給流路における流抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＝Ｒ３となった。そして、実施例１と同様にカソード電極内の差圧測定を実施した。また、実施例１と同じ条件で電解反応を実施し、ファラデー効率９５％時のカソード液のトルエン濃度を測定した。結果を図６に示す。
　図６は、各実施例および各比較例の各有機ハイドライド製造装置における、カソード電極内の差圧およびファラデー効率（Ｆ効率）９５％時のトルエン濃度を示す図である。図６に示すように、回収流路の流抵抗Ｒ２が供給流路の流抵抗Ｒ３より大きい実施例１および実施例２では、カソード電極の上部におけるカソード液の差圧が下部や中間下部における差圧よりも大きかった。これは、供給流路の上部により多くのカソード液を誘導できたことを意味する。一方、回収流路の流抵抗Ｒ２と供給流路の流抵抗Ｒ３とが等しい比較例１および比較例２では、カソード電極の上部におけるカソード液の差圧が下部や中間下部における差圧を下回っていた。
　実施例１および実施例２では、比較例１および比較例２に比べて、ファラデー効率９５％時のトルエン濃度が低かった。以上の結果から、カソード電極における流抵抗Ｒ１、回収流路における流抵抗Ｒ２および供給流路における流抵抗Ｒ３をＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３となるように調整することで、有機ハイドライド製造装置の電解性能を向上させることが確認された。
　本発明は、有機ハイドライド製造装置に利用することができる。
　２　有機ハイドライド製造装置、　８　膜電極接合体、　１０　アノード電極、　１２　カソード電極、　１４　隔膜、　３８ａ　供給流路、　３８ｂ　回収流路、　４２ｂ　プレート部材、　４６　阻流部材、　Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３　流抵抗。

Claims (5)

  1. 　アノード液中の水を酸化してプロトンを生成するアノード電極、およびカソード液中の被水素化物を前記プロトンで水素化して有機ハイドライドを生成するカソード電極が、前記アノード電極側から前記カソード電極側に前記プロトンを移動させる隔膜を挟んで積層された膜電極接合体と、
    　鉛直方向に延び、下方から上方に向かってカソード液が流れるとともに前記カソード電極にカソード液を送出する供給流路と、
    　鉛直方向に延び、前記カソード電極からカソード液が流入する回収流路と、を備え、
    　前記カソード電極を流れるカソード液の流抵抗Ｒ１、前記回収流路を流れるカソード液の流抵抗Ｒ２および前記供給流路を流れるカソード液の流抵抗Ｒ３は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係を満たす、
    有機ハイドライド製造装置。
  2. 　前記有機ハイドライド製造装置は、前記膜電極接合体に積層されるプレート部材を備え、
    　前記供給流路および前記回収流路は、前記プレート部材の表面に設けられる溝で構成され、
    　前記有機ハイドライド製造装置は、少なくとも前記回収流路内に配置されて前記回収流路における流抵抗Ｒ２を前記供給流路における流抵抗Ｒ３より高める阻流部材を備える、
    請求項１に記載の有機ハイドライド製造装置。
  3. 　前記阻流部材は、前記回収流路に沿って延びる長尺体である、
    請求項２に記載の有機ハイドライド製造装置。
  4. 　前記阻流部材は、コイルまたはステントで構成される、
    請求項３に記載の有機ハイドライド製造装置。
  5. 　前記阻流部材は、多孔質部材で構成される、
    請求項２または３に記載の有機ハイドライド製造装置。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012091128A1 (ja) 2010-12-28 2012-07-05 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 有機化合物の水素化装置及び水素化方法
JP2016098410A (ja) * 2014-11-21 2016-05-30 国立大学法人横浜国立大学 有機ハイドライド製造装置およびこれを用いた有機ハイドライドの製造方法
JP2017179601A (ja) * 2016-03-23 2017-10-05 Ｊｘｔｇエネルギー株式会社 電解セル用セパレータ、電解セル、電気化学還元装置及び芳香族炭化水素化合物の水素化体の製造方法
JP2021109986A (ja) * 2020-01-07 2021-08-02 Ｅｎｅｏｓ株式会社 有機ハイドライド製造装置および有機ハイドライドの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012091128A1 (ja) 2010-12-28 2012-07-05 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 有機化合物の水素化装置及び水素化方法
JP2016098410A (ja) * 2014-11-21 2016-05-30 国立大学法人横浜国立大学 有機ハイドライド製造装置およびこれを用いた有機ハイドライドの製造方法
JP2017179601A (ja) * 2016-03-23 2017-10-05 Ｊｘｔｇエネルギー株式会社 電解セル用セパレータ、電解セル、電気化学還元装置及び芳香族炭化水素化合物の水素化体の製造方法
JP2021109986A (ja) * 2020-01-07 2021-08-02 Ｅｎｅｏｓ株式会社 有機ハイドライド製造装置および有機ハイドライドの製造方法

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