[發明專利]氫氣制造裝置及氫氣制造方法

有效

• 申請號: 201180046501.8
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN103237925A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 吉田章人;佐多俊輔;加賀正樹
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: C25B9/00
• 分類號: C25B9/00;C01B3/04;C25B1/04;H01L31/04
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 謝麗娜;關兆輝

技術領域

本發明涉及氫氣制造裝置及氫氣制造方法。

背景技術

近年來，從抑制化石燃料資源的枯竭及地球溫暖化氣體的排出等角度來看，希望利用可再生能源。作為可再生能源，涉及太陽光、水力、風力、地熱、潮汐力、生物量等多個方面，其中，太陽光的可利用能量較大，并且相對于其他可再生能源而言地理性制約較少，因此，希望高效地從太陽光產出可利用能量的技術的早期開發和普及。

作為從太陽光產生的可利用能量的形態，列舉利用太陽能電池、太陽光熱渦輪機制造的電能、通過將太陽能聚集到熱介質而成的熱能、以及通過利用太陽光的物質還原而得的液體燃料、氫氣等可貯藏燃料能源等。對于太陽能電池技術及太陽熱利用技術，已經存在很多實用的技術，但是由于能量利用效率還較低、且產出電及熱時的成本依然較高，因而對其改善進行技術開發。進一步，這些電、熱等能量形態，雖然能夠實現補充短期的能量變動這樣的使用方法，但很難補充例如季節變動等長期的變動；還可能因能量的增加而導致發電設備的運轉率下降。與此相對，液體燃料、氫氣等以物質來儲存能量的情況，作為高效地補充長期變動并提高發電設備的運轉率的技術非常有效，是今后最大限度地提高能源利用效率、盡量減少二氧化碳的排出量所不可缺少的技術。

作為可貯藏的燃料的形態，大致可分為碳氫化合物等液體燃料、生物氣、氫氣等氣體燃料、利用來自生物量的木質顆粒(wood?pellet)、利用太陽光還原的金屬等固體燃料等。從基礎設施配備的容易程度、能量密度的角度來看首選液體燃料，從提高與燃料電池等的總利用效率的角度來看首選以氫氣為首的氣體燃料，從可貯藏性和能量密度的角度來看首選固體燃料，各形態各有優缺點，但從能夠利用可以容易地獲得的水作為原料的角度來看，利用太陽光分解水的氫氣制造技術特別引人注目。

作為以水為原料并利用太陽能制造氫氣的方法，可列舉如下方法等：光分解法，在氧化鈦等光催化劑中承載鉑，將該物質放入水中并照射光，從而在半導體中進行電荷分離，還原電解液中的質子，氧化水；熱分解法，利用高溫氣體爐等的熱能在高溫下直接分解水、或與金屬等的氧化還原結合而間接地分解水；利用藻類等利用光而進行的微生物的代謝的生物法；水電分解法，將太陽能電池發出的電與電解水的氫氣制造裝置組合；以及光伏法，通過在太陽能電池所使用的光電轉換材料中承載氫氣生成催化劑、氧氣生成催化劑，使由光電轉換而得的電子與空穴通過氫氣生成催化劑、氧氣生成催化劑而用于反應。其中，存在通過使光電轉換部與氫氣生成部一體化而制造小型的氫氣制造裝置的可能性的是光分解法、生物法及光伏法，但從太陽能的變換效率的角度來看，光伏法為最接近實用化的技術之一。

目前為止，公開了基于光分解法、光伏法的使光電轉換與氫氣生成一體化的氫氣制造裝置的例。光分解法中，例如根據專利文獻1，公開了利用吸附有釕絡合物的氧化鈦的光催化劑電極和鉑電極、碘或鐵的氧化還原的裝置。另外，根據專利文獻2，采用如下結構：串聯連接兩層光催化劑，連接鉑對電極，并在之間夾著離子交換膜而一體化。另一方面，光伏法中，發表了使光電轉換部與氫氣生成部、氧氣生成部一體化的氫氣制造裝置的理念(非專利文獻1)。由此，光電轉換部、氫氣生成及氧氣生成使用各自對應的催化劑來進行電荷分離。光電轉換部使用太陽能電池所利用的材料。例如，在非專利文獻2的情況下，在通過三層的硅p-i-n層進行電荷分離的基礎上，利用鉑催化劑生成氫氣，利用氧化釕生成氧氣。另外，專利文獻3、非專利文獻3在此基礎上，將氫氣生成催化劑(NiFeO)與三層的硅p-i-n并列地層疊，再在硅層上承載氧氣生成催化劑(Co-Mo)，從而制造一體化氫氣制造裝置。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開2006-89336號公報

專利文獻2：JP特表2004-504934號公報

專利文獻3：JP特開2003-288955號公報

專利文獻4：JP特開2004-197167號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Proceedings?of?the?National?Academy?of?Sciences?of?the?United?States?of?America,2006年,43卷,15729-15735頁

非專利文獻2：Applied?Physics?Letters,1989年,55卷,386-387頁

非專利文獻3：International?Journal?of?Hydrogen?Energy,2003年,28卷,1167-1169頁

發明內容