[发明专利]水分解装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用光催化剂来分解水的水分解装置及其使用方法。

背景技术

近年来，大量提出了使用清洁能源氢气作为能源的方案。

为了制造氢气，一般进行使用了烃燃料的水蒸气转化。此外，近年来，也考虑了通过水的分解、特别是使用太阳能的水的分解，由水得到氢气。在通过水的分解得到氢气的情况下，所得的生成物有时是氢气、氧气和水的混合物。在该情况下，为了获得氢气，需要从该混合物中仅分离并取出氢气。

关于这方面，在日本特开2001-213608、日本特开平10-218601、国际公开WO99/38215和日本特开2008-075097中提出了一种水分解装置，在使用了光的水的催化分解或电解中，在不同电极中生成氢气和氧气，由此分开回收氢气和氧气。

发明内容

本发明提供具有用于有效进行光催化反应的结构的水分解装置、以及该水分解装置的使用方法，所述水分解装置是在不同电极中生成氢气和氧气的水分解装置。

本发明的水分解装置，具有：光分解元件、氢气生成单元以及氧气生成单元，所述光分解元件具有N型水分解电极面、和与N型水分解电极面相反侧面的P型水分解电极面，且通过照射到N型水分解电极面和P型水分解电极面的至少一方的光来分解水，在N型水分解电极面产生氢气，且在P型水分解电极面产生氧气；所述氢气生成单元，收容N型水分解电极面，收集在N型水分解电极面产生的氢气；所述氧气生成单元，收容P型水分解电极面，收集在P型水分解电极面产生的氧气，且介由光分解元件与氢气生成单元邻接。

在本发明的水分解装置中，光分解元件具有能够在氢气生成单元与氧气生成单元之间流通水的贯通孔，且贯通孔以不使为了分解水而照射到N型水分解电极面和P型水分解电极面的至少一方的光透过到相反侧的水分解电极面的方式配置。

附图说明

图1是说明本发明的水分解装置的图。

图2是对本发明的水分解装置的一个形态的作用进行说明的图。

图3是对本发明的水分解装置的其它形态的作用进行说明的图。

图4是可以在本发明的水分解装置中使用的光分解元件的俯视图(a)和立体图(b)。

图5是本发明的水分解装置的其它光分解元件的俯视图(a)和立体图(b)。

图6是本发明的水分解装置的其它光分解元件的俯视图(a)和立体图(b)。

图7是本发明的水分解装置的其它光分解元件的俯视图(a)和立体图(b)。

图8是现有的水分解装置的光分解元件的俯视图(a)和立体图(b)。

具体实施方式

本发明的水分解装置在不同电极中生成氢气和氧气，由此可以分开回收氢气和氧气。

具体而言，例如，本发明的水分解装置可以具有图1所示那样的结构。这里，在该图1所示的形态中，本发明的水分解装置具有：光分解元件(10)，所述光分解元件(10)具有N型水分解电极面(N)、和与N型水分解电极面(N)相反侧面的P型水分解电极面(P)；氢气生成单元(20)，该单元收容N型水分解电极面(N)，收集在N型水分解电极面(N)产生的氢气(21)；以及氧气生成单元(30)，该单元收容P型水分解电极面(P)，收集在P型水分解电极面(P)产生的氧气(31)，且介由光分解元件(10)与氢气生成单元(20)邻接。

这里，本发明的水分解装置中使用的光分解元件(10)，如图2所示，具有N型水分解电极面(N)和相反侧的P型水分解电极面(P)，且利用通过氢气生成单元(20)和/或氧气生成单元(30)的透明窗部分(25、35)照射到N型水分解电极面和P型水分解电极面的至少一方的光(50)来分解水(60)，在N型水分解电极面产生氢气，且在P型水分解电极面产生氧气。

更具体而言，如图2所示，照射到N型水分解电极面和P型水分解电极面的至少一方的光(50)向N型水分解电极面(N)提供电子(-)，由氢离子(H⁺)生成氢气(H₂)，而且向P型水分解电极面(P)提供空穴(+)，由水分子(H₂O)生成氧气(O₂)和氢离子(H⁺)。另外，在分解的水中，与氢离子相比包含大量氢氧根离子(OH^-)的情况下，该反应可以如图3所示那样表示。

在本发明的水分解装置中，光分解元件具有能够在氢气生成单元与氧气生成单元之间流通水的贯通孔，且该贯通孔以不使为了分解水而照射到N型分解电极面和P型水分解电极面的至少一方的光透过到相反侧的水分解电极面的方式配置。