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公開番号2025127929
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-02
出願番号2024024935
出願日2024-02-21
発明の名称積層体、ガス分解装置および酸素化合物ガスの分解方法
出願人JFEスチール株式会社,国立大学法人九州大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C25B 13/05 20210101AFI20250826BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】CO₂に代表される酸素化合物ガスを電気分解するに際し、電解効率の一層の向上を可能ならしめる、積層体を提供する。
【解決手段】電解質層をアノード触媒層とカソード触媒層とにより挟み込む構造となる積層体において、カソード触媒層でのペロブスカイト型酸化物の含有量を90.0～99.5質量%、Ni酸化物の含有量を0.1～9.0質量%、Co酸化物の含有量を0.1～9.0質量%、Ni酸化物およびCo酸化物の合計含有量を0.5～10.0質量%とする。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
電解質層と、アノード触媒層と、カソード触媒層とをそなえる、積層体であって、
前記積層体は、前記電解質層を、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層とにより挟み込む構造であり、
前記カソード触媒層において、
ペロブスカイト型酸化物の含有量が９０．０～９９．５質量％であり、
Ｎｉ酸化物の含有量が０．１～９．０質量％であり、
Ｃｏ酸化物の含有量が０．１～９．０質量％であり、
前記Ｎｉ酸化物および前記Ｃｏ酸化物の合計含有量が０．５～１０．０質量％である、
積層体。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記ペロブスカイト型酸化物が、Ｌａ
α
Ｓｒ
β
Ｆｅ
γ
Ｍｎ
δ
Ｏ
３
である、請求項１に記載の積層体。
ここで、α、β、γおよびδは０～１、α＋βは１、γ＋δは１である。
【請求項３】
前記電解質層および前記アノード触媒層が、ペロブスカイト型酸化物を含有する、請求項１または２に記載の積層体。
【請求項４】
原料ガスである酸素化合物ガスを供給する、原料ガス供給部と、
前記原料ガス供給部から供給される前記酸素化合物ガスから、電気分解により、酸素と副生ガスとを発生させる、電気分解部と、
前記酸素を回収する、酸素回収部と、
前記副生ガスを回収する、副生ガス回収部と、をそなえ、
前記電気分解部が、請求項１または２に記載の積層体を有する、ガス分解装置。
【請求項５】
前記原料ガス供給部が予熱装置を有する、請求項４に記載のガス分解装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の積層体に、原料ガスである酸素化合物ガスを供給する、供給ステップと、
前記積層体に電圧を印加し、前記酸素化合物ガスから電気分解により酸素と副生ガスとを発生させる、電気分解ステップと、
前記酸素を回収する、酸素回収ステップと、
前記副生ガスを回収する、副生ガス回収ステップと、を有する、酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項７】
前記酸素化合物ガスがＣＯ
２
を含有し、前記副生ガスがＣＯを含有する、請求項６に記載の酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項８】
前記酸素化合物ガスがＣＯ
２
とＨ
２
Ｏとを含有し、前記副生ガスがＣＯとＨ
２
を含有する、請求項６に記載の酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項９】
前記原料ガスの供給温度が１００℃以上８００℃以下である、請求項６に記載の酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項１０】
前記電気分解ステップでの印加電圧が０．６Ｖ以上２．０Ｖ以下である、請求項６に記載の酸素化合物ガスの分解方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体、ガス分解装置および酸素化合物ガスの分解方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
酸素化合物ガス、特に二酸化炭素（以下、ＣＯ
２
ともいう）の排出量を削減する手法の一つとして、ＣＣＵ（ＣＯ
２
ＣａｐｔｕｒｅａｎｄＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ、二酸化炭素の有効利用技術）が検討されている。なかでも、ＣＯ
２
の電気分解技術（以下、電解技術ともいう）が注目されている。特に、太陽光発電を主とした再生可能エネルギーの増加により、余剰電力が生じる場合がある。このような余剰電力の有効利用を視野に入れて、電解技術による電力貯蔵も期待されている。
【０００３】
ＣＯ
２
の電気分解により発生する一酸化炭素（以下、ＣＯともいう）は、例えば、製鉄所内でのエネルギーやメタノール等の化学品原料として利用することが可能である。特に、製鉄所における鉄鋼の生産では、高炉プロセスを使用する。高炉プロセスでは、鉄鉱石を石炭によって還元するため、ＣＯ
２
が不可避的に発生する。よって、高炉プロセスにおいても、酸素化合物ガスの電解技術の確立が非常に重要である。
【０００４】
このような酸素化合物ガスの電解技術として、例えば、特許文献１には、カソード触媒層（燃料極）に主成分として酸化ニッケル（Ｎｉ酸化物）を用いた電気分解用の積層体（セル、以下、単に積層体ともいう）が開示されている。
【０００５】
また、非特許文献１には、カソード触媒層にペロブスカイト型酸化物を用いた積層体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５９１０５３９号
【非特許文献】
【０００７】
Highly active oxide cathode of La(Sr)Fe(Mn)O3 for intermediate temperature CO2 and CO2-H2O co-electrolysis using LSGM electrolyte
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、世界的な地球温暖化の影響により、ＣＯ
２
の排出量の一層の削減が求められている。そのため、酸素化合物ガス、特にはＣＯ
２
を電気分解するに際し、ＣＯ
２
からＣＯへの変換効率（以下、単に電解効率ともいう）をさらに向上させることが強く要望されている。
【０００９】
本発明は、上記の要望に応えるべく開発されたものであって、ＣＯ
２
に代表される酸素化合物ガスを電気分解するに際し、電解効率の一層の向上を可能ならしめる、積層体を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の積層体を有するガス分解装置、および、上記の積層体を用いた酸素化合物ガスの分解方法を提供することを目的とする。
【００１０】
なお、酸素化合物ガスとは、酸素化合物を含有するガスである。また、酸素化合物とは、酸素原子をその一部が有する気体状の化合物である。このような、酸素化合物としては、例えば、ＣＯ
２
やＨ
２
Ｏ、ＮＯｘ、ＳＯｘが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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