特開 2023-176213 ガス回収システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176213

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】ガス回収システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/32 20060101AFI20231206BHJP

【ＦＩ】

B01D53/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022088377

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001472

【氏名又は名称】弁理士法人かいせい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木下 翔太

(72)【発明者】

【氏名】辰巳 裕規

(72)【発明者】

【氏名】松田 信彦

(57)【要約】

【課題】回収対象ガスの回収能力の低下を抑制可能なガス回収システムを提供する。
【解決手段】ガス回収システムである二酸化炭素システム１は、作用極１０４と、対極１０６と、作用極集電材１０３と、対極集電材１０５と、を備える。作用極１０４は、二酸化炭素を吸着する。対極１０６は、作用極１０４と電子の授受を行う。作用極集電材１０３は、作用極１０４に当接して作用極１０４と対極１０６とを電気的に接続する。対極集電材１０５は、対極１０６に当接して作用極１０４と対極１０６とを電気的に接続する。対極集電材１０５に形成された対極開口部１０５ａの開口面積は、作用極集電材１０３に形成された作用極開口部１０３ａの開口面積よりも小さくなっている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気化学反応によって混合ガスから回収対象ガスを回収するガス回収システムであって、
前記回収対象ガスを吸着する作用極（１０４）と、
前記作用極と電子の授受を行う対極（１０６）と、
前記作用極に当接して前記作用極と前記対極とを電気的に接続する作用極集電材（１０３）と、
前記対極に当接して前記作用極と前記対極とを電気的に接続する対極集電材（１０５）と、を備え、
前記作用極集電材には、前記作用極を混合ガスに曝露させる作用極開口部（１０３ａ）が形成されており、
前記対極集電材には、前記対極を混合ガスに曝露させる対極開口部（１０５ａ）が形成されており、
前記対極開口部の開口面積は、前記作用極開口部の開口面積よりも小さくなっているガス回収システム。

【請求項2】

電気化学反応によって混合ガスから回収対象ガスを回収するガス回収システムであって、
前記回収対象ガスを吸着する作用極（１０４）と、
前記作用極と電子の授受を行う対極（１０６）と、
前記作用極に当接して前記作用極と前記対極とを電気的に接続する作用極集電材（１０３）と、
前記対極に当接して前記作用極と前記対極とを電気的に接続する対極集電材（１０５）と、を備え、
前記作用極集電材には、前記作用極を前記混合ガスに曝露させる作用極開口部（１０３ａ）が形成されており、
前記対極集電材は、前記混合ガスと前記対極との接触を禁止するように形成されているガス回収システム。

【請求項3】

前記対極は、複数の細粒で形成されており、
前記対極集電材の前記対極側の面における表面粗さ（Ｒｚｏ）は、前記細粒の平均粒径（φＤｏ）以上である請求項１または２に記載のガス回収システム。

【請求項4】

前記対極集電材の前記対極側の面における表面粗さ（Ｒｚｏ）は、前記対極の厚み寸法（Ｔｏ）以下である請求項１または２のいずれか１つに記載のガス回収システム。

【請求項5】

前記対極集電材と前記対極との間には、前記対極集電材と前記対極との付着性を向上させる緩衝層（１１０）が形成されている請求項１または２のいずれか１つに記載のガス回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回収対象ガスを含有する混合ガスから回収対象ガスを回収するガス回収システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に、二酸化炭素が含まれる混合ガスから回収対象ガスである二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムが開示されている。特許文献１の二酸化炭素回収システムは、電気化学反応によって二酸化炭素を吸着する電気化学セルを備えている。

【0003】

電気化学セルは、それぞれ平板状に形成された作用極、対極、作用極集電材、対極集電材等を積層した積層体として形成されている。作用極は、混合ガスから二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸着材を含んでいる。対極は、作用極と電子の授受を行う電気活性補助材を含んでいる。作用極集電材は、作用極に当接する電極である。対極集電材は、対極に当接する電極である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１８－５３３４７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

二酸化炭素回収システムでは、二酸化炭素を作用極の二酸化炭素吸着材に吸着させるために、作用極を混合ガスに曝露させる必要がある。そこで、特許文献１では、作用極集電材をガス透過膜で形成している。

【0006】

その一方で、対極を混合ガスに曝露させると、対極の電気活性補助材が酸化されてしまう可能性がある。電気活性補助材が酸化されてしまうと、ガス回収システムにおける回収対象ガスの回収能力が低下してしまう。しかし、特許文献１には、電気活性補助材の酸化を抑制することについて、言及されていない。

【0007】

本発明は、上記点に鑑み、回収対象ガスの回収能力の低下を抑制可能なガス回収システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、請求項１に記載のガス回収システムは、電気化学反応によって混合ガスから回収対象ガスを回収するガス回収システムであって、作用極（１０４）と、対極（１０６）と、作用極集電材（１０３）と、対極集電材（１０５）と、を備える。

【0009】

作用極は、回収対象ガスを吸着する。対極は、作用極と電子の授受を行う。作用極集電材は、作用極に当接して作用極と対極とを電気的に接続する。対極集電材は、対極に当接して作用極と対極とを電気的に接続する。

【0010】

作用極集電材には、作用極を混合ガスに曝露させる作用極開口部（１０３ａ）が形成されている。対極集電材には、対極を混合ガスに曝露させる対極開口部（１０５ａ）が形成されている。対極開口部の開口面積は、作用極開口部の開口面積よりも小さくなっている。

【0011】

これによれば、対極開口部（１０５ａ）の開口面積が、作用極開口部（１０３ａ）の開口面積よりも小さくなっているので、対極（１０６）を混合ガスに曝露させにくい。従って、対極（１０６）が酸化されてしまうことを抑制して、ガス回収システムにおける回収対象ガスの回収能力の低下を抑制することができる。

【0012】

また、請求項２に記載のガス回収システムは、電気化学反応によって混合ガスから回収対象ガスを回収するガス回収システムであって、作用極（１０４）と、対極（１０６）と、作用極集電材（１０３）と、対極集電材（１０５）と、を備える。

【0013】

作用極は、回収対象ガスを吸着する。対極は、作用極と電子の授受を行う。作用極集電材は、作用極に当接して作用極と対極とを電気的に接続する。対極集電材は、対極に当接して作用極と対極とを電気的に接続する。

【0014】

作用極集電材には、混合ガスを作用極に曝露させる作用極開口部（１０３ａ）が形成されている。対極集電材は、混合ガスと対極との接触を禁止するように形成されている。

【0015】

これによれば、対極集電材（１０５）が、混合ガスと対極（１０６）との接触を禁止するように形成されている。従って、対極（１０６）が酸化されてしまうことを抑制して、ガス回収システムにおける回収対象ガスの回収能力の低下を抑制することができる。

【0016】

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態の二酸化炭素回収システムの全体構成を示す概念図である。

【図2】第１実施形態の二酸化炭素回収装置の斜視図である。

【図3】第１実施形態の電気化学セルの断面図である。

【図4】第１実施形態の電気化学セルの分解斜視図である。

【図5】第１実施形態の電気化学セルの製造方法を説明するための説明図である。

【図6】第２実施形態の電気化学セルの分解斜視図である。

【図7】第２実施形態の電気化学セルの製造方法を説明するための説明図である。

【図8】第３実施形態の電気化学セルの製造方法を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の実施形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

【0019】

（第１実施形態）
図１～図５を用いて、本発明に係るガス回収システムの第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明に係るガス回収システムを、二酸化炭素を含有する混合ガスから二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素回収システム１に適用している。従って、本実施形態の回収対象ガスは、二酸化炭素である。

【0020】

図１の全体構成図に示すように、本実施形態の二酸化炭素回収システム１は、二酸化炭素回収装置１０、ポンプ１１、流路切替弁１２、二酸化炭素利用装置１３、制御装置１４を備えている。

【0021】

二酸化炭素回収装置１０は、混合ガスから二酸化炭素を分離して回収する。混合ガスとしては、大気や内燃機関の排気ガスを用いることができる。混合ガスは、二酸化炭素以外のガスも含有している。二酸化炭素回収装置１０には、混合ガスが供給される。二酸化炭素回収装置１０は、二酸化炭素が除去された後の混合ガス、あるいは、回収した二酸化炭素を排出する。二酸化炭素回収装置１０の詳細構成については後述する。

【0022】

二酸化炭素回収装置１０の出口には、ポンプ１１の吸入口側が接続されている。ポンプ１１は、二酸化炭素回収装置１０から、二酸化炭素が除去された後の混合ガス、あるいは、回収した二酸化炭素を吸引する。さらに、ポンプ１１の吸引作用によって、混合ガスが二酸化炭素回収装置１０に供給される。

【0023】

本実施形態では、二酸化炭素回収装置１０のガス流れ方向の下流側にポンプ１１を配置した例を説明しているが、二酸化炭素回収装置１０のガス流れ方向の上流側にポンプ１１を配置してもよい。

【0024】

ポンプ１１の吐出口には、流路切替弁１２の流入口側が接続されている。流路切替弁１２は、二酸化炭素回収装置１０から流出したガスの流路を切り替える三方弁である。流路切替弁１２は、二酸化炭素回収装置１０から流出したガスを大気側へ流出させる流路と、二酸化炭素回収装置１０から流出したガスを二酸化炭素利用装置１３側へ流出させる流路とを切り替える。

【0025】

二酸化炭素利用装置１３は、二酸化炭素を利用する装置である。二酸化炭素利用装置１３としては、例えば、二酸化炭素を貯蔵する貯蔵タンクや二酸化炭素を燃料に変換する変換装置を用いることができる。変換装置は、二酸化炭素をメタン等の炭化水素燃料に変換する装置である。炭化水素燃料は、常温常圧で気体の燃料であってもよく、常温常圧で液体の燃料であってもよい。

【0026】

制御装置１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置１４は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。より具体的には、本実施形態の制御装置１４は、二酸化炭素回収装置１０、ポンプ１１、流路切替弁１２の作動を制御する。

【0027】

次に、図２～図５を用いて、二酸化炭素回収装置１０について説明する。二酸化炭素回収装置１０は、図２に示すように、筐体１００、および複数の電気化学セル１０１を有している。本実施形態の筐体１００は、金属材料によって形成されている。筐体１００は、樹脂材料によって形成されていてもよい。

【0028】

筐体１００には、ガス流入部、およびガス流出部が形成されている。ガス流入部は、混合ガスを筐体１００内へ流入させるための開口部である。ガス流出部は、二酸化炭素が除去された後の混合ガス、あるいは、回収した二酸化炭素を筐体１００内から流出させるための開口部である。

【0029】

電気化学セル１０１は、電気化学反応によって二酸化炭素を吸着して、混合ガスから二酸化炭素を分離して回収する。また、電気化学セル１０１は、電気化学反応によって二酸化炭素を脱離させて、吸着した二酸化炭素を放出する。複数の電気化学セル１０１は、筐体１００に収容されている。

【0030】

電気化学セル１０１は、矩形の平板状に形成されている。複数の電気化学セル１０１は、筐体１００の内部で、板面同士が互いに平行となるように、一定の間隔を開けて積層配置されている。隣り合う電気化学セル１０１同士の間には、ガス流入部から流入した混合ガスを流通させる複数のガス流路１０２が形成される。

【0031】

従って、混合ガスの流れ方向は、電気化学セル１０１の板面に対して平行となり、複数の電気化学セル１０１の積層方向に対して垂直となる。

【0032】

電気化学セル１０１は、図３、図４に示すように、作用極集電材１０３、作用極１０４、対極集電材１０５、対極１０６、セパレータ１０７、電解質層１０８を有している。作用極集電材１０３、作用極１０４、対極集電材１０５、対極１０６、セパレータ１０７は、いずれも矩形の平板状に形成されている。

【0033】

電気化学セル１０１は、作用極集電材１０３、作用極１０４、対極集電材１０５、対極１０６、セパレータ１０７を積層した積層体として形成されている。個々の電気化学セル１０１において作用極集電材１０３等が積層される積層方向と、筐体１００の内部で複数の電気化学セル１０１が積層される積層方向は一致している。

【0034】

作用極集電材１０３は、作用極１０４に当接して、作用極１０４と対極１０６とを電気的に接続する導電性部材である。作用極集電材１０３は、一方の平坦面が混合ガスに露出している。作用極集電材１０３は、他方の平坦面が作用極１０４に接触している。作用極集電材１０３には、一方の平坦面側の混合ガスを他方の平坦面側の作用極１０４に曝露させる作用極開口部１０３ａが形成されている。

【0035】

より具体的には、本実施形態の作用極集電材１０３は、金属多孔質体で形成されている。従って、本実施形態の作用極開口部１０３ａは、作用極集電材１０３の内部に形成された複数の空隙同士が互いに連通することによって形成されている。作用極集電材１０３としては、空隙率が５０％以上の金属多孔質体を採用することができる。空隙率は、見かけの体積に対する空隙の体積の比率で定義される。

【0036】

作用極１０４は、混合ガスから二酸化炭素を吸着して回収し、回収した二酸化炭素を脱離させて放出することができる。作用極１０４は、二酸化炭素吸着材、導電助剤、およびバインダを有している。二酸化炭素吸着材、導電助剤、およびバインダは、混合物の状態で用いられる。より詳細には、本実施形態では、二酸化炭素吸着材の細粒、および導電助剤の細粒が、バインダによって保持された状態で用いられる。

【0037】

二酸化炭素吸着材は、電子を受け取ることで二酸化炭素を吸着し、電子を放出することで吸着していた二酸化炭素を脱離する電気活性種である。二酸化炭素吸着材としては、例えば、カーボン材、金属酸化物、ポリアントラキノン等を用いることができる。

【0038】

導電助剤は、二酸化炭素吸着材への導電路を形成する。導電助剤としては、例えばカーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェン等の炭素材料を用いることができる。

【0039】

バインダは、二酸化炭素吸着材および導電助剤を保持する結合剤である。バインダとしては、例えば高分子ポリマーの導電性樹脂を用いることができる。導電性樹脂としては、導電性フィラーとしてＡｇ等を含有するエポキシ樹脂やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂等の有機物を用いることができる。

【0040】

対極集電材１０５は、対極１０６に当接して、作用極１０４と対極１０６とを電気的に接続する導電性部材である。対極集電材１０５は、一方の平坦面が混合ガスに露出している。対極集電材１０５は、他方の平坦面が対極１０６に接触している。対極集電材１０５には、一方の平坦面側の混合ガスを他方の平坦面側の対極１０６に曝露させる対極開口部１０５ａが形成されている。

【0041】

より具体的には、本実施形態の対極集電材１０５は、作用極集電材１０３と同様に、金属多孔質体で形成されている。従って、対極開口部１０５ａは、対極集電材１０５の内部に形成された複数の空隙同士が互いに連通することによって形成されている。対極集電材１０５としては、空隙率が７０％以下の金属多孔質体を採用することが好適である。

【0042】

さらに、本実施形態では、対極集電材１０５として、作用極集電材１０３よりも空隙率の小さい金属多孔質体を採用している。これにより、対極集電材１０５の対極開口部１０５ａの開口面積は、作用極集電材１０３の作用極開口部１０３ａの開口面積よりも小さくなっている。

【0043】

また、本実施形態では、作用極開口部１０３ａおよび対極開口部１０５ａが複数形成される。このため、作用極開口部１０３ａの開口面積として、作用極集電材１０３と作用極１０４との当接面における合計開口面積を用いることができる。同様に、対極開口部１０５ａの開口面積として、対極集電材１０５と対極１０６との当接面における合計開口面積を用いることができる。

【0044】

対極１０６は、二酸化炭素吸着材が二酸化炭素を吸着あるいは脱離する際に、作用極１０４と電子の授受を行う。対極１０６は、電気活性補助材、導電助剤、およびバインダを有している。電気活性補助材、導電助剤、およびバインダは、混合物の状態で用いられる。より詳細には、本実施形態では、電気活性補助材の細粒、および導電助剤の細粒が、バインダによって保持された状態で用いられる。

【0045】

対極１０６の導電助剤、およびバインダの基本的構成は、作用極１０４の導電助剤、およびバインダと同様である。電気活性補助材は、作用極１０４の二酸化炭素吸着材との間で電子の授受を行う補助的な電気活性種であり、酸化還元性を持つ活物質である。活物質としては、π結合を有する有機化合物、複数の酸化数をとる遷移金属化合物、金属イオンの価数が変化することで電子の授受を可能とする金属錯体を用いることができる。

【0046】

このような金属錯体としては、フェロセン、ニッケロセン、コバルトセン等のシクロペンタジエニル金属錯体、あるいはポルフィリン金属錯体等を挙げることができる。これらの金属錯体は、ポリマーでもモノマーでもよい。

【0047】

セパレータ１０７は、作用極１０４と対極１０６の間に配置されており、作用極１０４と対極１０６を分離している。セパレータ１０７は、作用極１０４と対極１０６の物理的な接触を防いで電気的短絡を抑制するとともに、イオンを透過させる絶縁性イオン透過膜である。セパレータ１０７としては、セルロース膜やポリマー、ポリマーとセラミックの複合材料等を用いることができる。

【0048】

電解質層１０８は、作用極１０４、セパレータ１０７、対極１０６を浸漬させる浸漬層である。電解質層１０８としては、例えば、イオン液体を採用することができる。イオン液体は、常温常圧下で不揮発性を有する液体の塩である。

【0049】

さらに、電気化学セル１０１の作用極集電材１０３および対極集電材１０５には、電源１０９が接続されている。電源１０９は、作用極１０４と対極１０６に所定の電圧を印加し、作用極１０４と対極１０６の電位差を変化させることができる。作用極１０４は負極であり、対極１０６は正極である。

【0050】

電気化学セル１０１は、作用極１０４と対極１０６の電位差を変化させることで、作用極１０４で二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収モード、および作用極１０４から二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出モードで作動する。二酸化炭素回収モードは、電気化学セル１０１を充電する充電モードであり、二酸化炭素放出モードは、電気化学セル１０１を放電させる放電モードである。

【0051】

具体的には、二酸化炭素回収モードでは、作用極１０４と対極１０６の間に第１電圧Ｖ１が印加され、対極１０６から作用極１０４に電子が供給される。第１電圧Ｖ１では、作用極電位＜対極電位となっている。第１電圧Ｖ１は、例えば０．５～２．０Ｖの範囲内とすることができる。

【0052】

二酸化炭素放出モードでは、作用極１０４と対極１０６の間に第２電圧Ｖ２が印加され、作用極１０４から対極１０６に電子が供給される。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１と異なる電圧である。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１より低い電圧であればよく、作用極電位と対極電位の大小関係は限定されない。つまり、二酸化炭素放出モードでは、作用極電位＜対極電位でもよく、作用極電位＝対極電位でもよく、作用極電位＞対極電位でもよい。

【0053】

次に、上述した電気化学セル１０１の製造方法を説明する。本実施形態の電気化学セル１０１の製造方法は、作用極集電材１０３に作用極１０４を付着させる作用極側の集電材付着工程、および対極集電材１０５に対極１０６を付着させる対極側の集電材付着工程を有している。作用極側の集電材付着工程と対極側の集電材付着工程は、別々に実施することができる。

【0054】

作用極側の集電材付着工程と対極側の集電材付着工程は、基本的に同等である。そこで、図５では、対極側の集電材付着工程について説明する。さらに、図５では、作用極側の集電材付着工程における各構成の符号を括弧付きで表している。

【0055】

対極側の集電材付着工程では、図５に示すように、準備工程、塗布工程、乾燥工程、剥離工程が実行される。準備工程では、平面上に配置された離型紙２００の上に対極集電材１０５を配置する。離型紙２００は、一時的に粘着を示す物質の成形工程に使用する剥離紙である。

【0056】

塗布工程では、準備工程後の対極集電材１０５の上面、すなわち離型紙２００の反対側の面に、電気活性補助材、導電助剤、およびバインダを混合させてペースト状とした対極１０６をスクリーン印刷等によって塗布する。これにより、ペースト状になっている対極１０６は、対極集電材１０５の上面のみならず、対極開口部１０５ａの内部に入り込む。

【0057】

乾燥工程では、塗布工程後の対極集電材１０５に塗布された対極１０６を乾燥させる。これにより、対極１０６が硬化する。従って、対極１０６は、電気活性補助材の細粒、および導電助剤の細粒をバインダとともに固めることによって形成されている。乾燥工程では、乾燥速度を速めるために、対極集電材１０５および対極１０６を加熱してもよい。また、対極集電材１０５および対極１０６を低圧環境下に配置してもよい。

【0058】

剥離工程では、対極集電材１０５から離型紙２００を剥がす。剥離工程では、図５に例として示すように、対極１０６の一部が残留部２００ａとして離型紙２００とともに剥がれてしまう可能性がある。残留部２００ａは、対極１０６に欠損を形成してしまう原因となる。そのため、剥離工程では、対極１０６に欠損が形成されないように離型紙２００を剥がすことが望ましい。

【0059】

以上の工程により、対極側の集電材付着工程では、対極集電材１０５に対極１０６を付着させる。作用極集電材１０３に作用極１０４を付着させる作用極側の集電材付着工程においても、同様の準備工程、塗布工程、乾燥工程、剥離工程が実行される。

【0060】

そして、作用極側の集電材付着工程によって付着した対極集電材１０５および対極１０６と、作用極側の集電材付着工程によって付着した作用極集電材１０３および作用極１０４とを、セパレータ１０７を介在させて貼り合わる貼合工程を行う。貼合工程では、図３、図４から明らかなように、対極１０６側の面と作用極１０４側の面がセパレータ１０７に当接するように、貼り合わせる。

【0061】

その後、作用極集電材１０３および対極集電材１０５に、電源１０９を接続する。これにより、電気化学セル１０１が製造される。

【0062】

次に、本実施形態の二酸化炭素回収システム１の作動について説明する。上述の如く、二酸化炭素回収システム１は、二酸化炭素回収モードと二酸化炭素放出モードを交互に切り替えて作動する。二酸化炭素回収システム１の作動は、制御装置１４によって制御される。

【0063】

まず、二酸化炭素回収モードについて説明する。二酸化炭素回収モードでは、ポンプ１１を作動させる。これにより、二酸化炭素回収装置１０に混合ガスが供給される。二酸化炭素回収装置１０では、電気化学セル１０１の作用極１０４と対極１０６の間に印加される電圧を第１電圧Ｖ１とする。これにより、対極１０６の電気活性補助材の電子供与と、作用極１０４の二酸化炭素吸着材の電子求引を同時に実現できる。

【0064】

対極１０６から電子を受け取った作用極１０４の二酸化炭素吸着材は二酸化炭素の結合力が高くなり、混合ガスに含まれる二酸化炭素を結合して吸着する。これにより、二酸化炭素回収装置１０は、混合ガスから二酸化炭素を回収することができる。二酸化炭素が除去された後の混合ガスは、二酸化炭素回収装置１０から排出される。

【0065】

二酸化炭素回収モードでは、流路切替弁１２が、二酸化炭素回収装置１０から排出された混合ガスを大気側へ流出させる流路に切り替える。これにより、二酸化炭素回収装置１０から排出された混合ガスは大気に排出される。

【0066】

次に、二酸化炭素放出モードについて説明する。二酸化炭素放出モードでは、ポンプ１１を停止させる。これにより、二酸化炭素回収装置１０への混合ガスの供給が停止される。二酸化炭素回収装置１０では、電気化学セル１０１の作用極１０４と対極１０６の間に印加される電圧を第２電圧Ｖ２とする。これにより、作用極１０４の二酸化炭素吸着材の電子供与と、対極１０６の電気活性補助材の電子求引を同時に実現できる。

【0067】

作用極１０４の二酸化炭素吸着材は電子を放出し、酸化状態となる。二酸化炭素吸着材は二酸化炭素の結合力が低下し、二酸化炭素を脱離して放出する。二酸化炭素吸着材から放出された二酸化炭素は、二酸化炭素回収装置１０から排出される。

【0068】

二酸化炭素放出モードでは、流路切替弁１２が、二酸化炭素回収装置１０から排出された二酸化炭素を二酸化炭素利用装置１３の入口側へ流出させる流路に切り替える。これにより、二酸化炭素回収装置１０から排出された二酸化炭素は二酸化炭素利用装置１３に供給される。

【0069】

以上の如く、本実施形態の二酸化炭素回収システム１によれば、混合ガスから二酸化炭素を回収して、回収された二酸化炭素を有効に利用することができる。

【0070】

ここで、本実施形態の電気化学セル１０１では、対極開口部１０５ａが形成された対極集電材１０５を採用している。このため、対極１０６は、対極開口部１０５ａを介して、混合ガスに曝露される。この際、混合ガスに酸素が含まれていると、対極１０６に接触した酸素が電気エネルギを受け取ることによって、スーパーオキサイド等の活性酸素種が発生する。

【0071】

このような活性酸素種は、対極１０６のうち有機加工物で形成された電気活性補助材やバインダを容易に酸化させてしまう。そして、電気活性補助材が酸化されてしまうと、電気活性補助材の電子の授受能力が低下してしまう。また、バインダが酸化されてしまうと、電気活性補助材を止めておくことができなくなってしまう。その結果、作用極１０４の二酸化炭素の回収能力が低下してしまう可能性がある。

【0072】

これに対して、本実施形態の電気化学セル１０１では、対極集電材１０５の対極開口部１０５ａの開口面積が、作用極集電材１０３の作用極開口部１０３ａの開口面積よりも小さくなっているので、対極１０６を混合ガスに曝露させにくい。従って、対極１０６の電気活性補助材やバインダが酸化されてしまうことを抑制して、二酸化炭素回収装置システム１における回収対象ガスの回収能力の低下を抑制することができる。

【0073】

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図６に示すように、電気化学セル１０１の構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態では、対極集電材１１５として、金属板を採用している。対極集電材１１５には、第１実施形態で説明した対極開口部１０５ａに対応する構成は形成されていない。

【0074】

従って、対極集電材１１５は、混合ガスと対極１０６との接触を禁止するように形成されている。換言すると、対極集電材１１５は、開口部が形成されていない導電性の板状部材で形成されていることによって、混合ガスと対極１０６との接触を禁止している。

【0075】

さらに、本実施形態では、対極集電材１１５として、対極１０６側の面の表面粗さＲｚｏが、対極１０６を形成する電気活性補助材１０６ａの細粒および導電助剤１０６ｂの細粒の平均粒径φＤｏ以上の金属板を採用している。

【0076】

表面粗さＲｚｏは、粗さ曲線から所定の方向に基準長さだけを抜き取り、抜き取った部分における最も高い山頂部から最も低い谷底部までの距離（すなわち、高さ寸法）を採用している。粗さ曲線は、平坦面に垂直な断面の描く断面極線から所定の長さ以上の波長に成分を除去した曲線である。

【0077】

また、表面粗さＲｚｏとして、複数の山頂部の標高の平均値と複数の谷底部の標高の平均値を合計した平均距離（例えば、十点平均粗さ）を採用してもよい。また、表面粗さＲｚｏとして、いわゆる算術平均粗さを採用してもよい。

【0078】

対極集電材１１５の表面粗さＲｚｏは、ショットブラスト加工、レーザ加工、グラインダーやサンダー等による機械加工、エッチング、折り目加工等によって所望の値に調整されている。

【0079】

電気活性補助材１０６ａの細粒および導電助剤１０６ｂの細粒の平均粒径φＤｏとしては、電気活性補助材１０６ａおよび導電助剤１０６ｂのうち平均粒径が大きくなる方の値を採用すればよい。また、電気活性補助材１０６ａの細粒および導電助剤１０６ｂの細粒の全ての粒径の平均値を採用してもよい。その他の電気化学セル１０１および二酸化炭素回収システム１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。

【0080】

次に、本実施形態の電気化学セル１０１の製造方法を説明する。本実施形態の対極側の集電材付着工程は、塗布工程、乾燥工程を有している。

【0081】

本実施形態の塗布工程では、第１実施形態と同様に、対極集電材１１５の上面に、ペースト状の対極１０６をスクリーン印刷等によって塗布する。本実施形態の塗布工程では、乾燥工程後に、図７に示すように、対極１０６の積層方向の厚みＴｏが、表面粗さＲｚｏより大きくなるように、対極１０６を塗布する。対極１０６の厚みＴｏは、対極集電材１１５の表面の最も低い谷底部から外表面までの距離で定義される。

【0082】

乾燥工程では、第１実施形態と同様に、対極集電材１１５に塗布された対極１０６を乾燥させて硬化させる。以上の工程により、対極集電材１１５に対極１０６を付着させる。その他の電気化学セル１０１の製造方法は、第１実施形態と同様である。

【0083】

従って、本実施形態の二酸化炭素回収システム１によれば、第１実施形態と同様に作動して、混合ガスから二酸化炭素を回収することができる。そして、回収された二酸化炭素を有効に利用することができる。

【0084】

さらに、本実施形態の電気化学セル１０１では、対極集電材１１５として金属板が採用されていることによって、混合ガスと対極１０６との接触を禁止している。従って、対極１０６が酸素に曝露されて酸化されてしまうことがない。その結果、二酸化炭素回収システム１における回収対象ガスの回収能力の低下を抑制することができる。

【0085】

ここで、本実施形態のように、対極集電材１１５として金属板を採用すると、第１実施形態のように、塗布工程時に、ペースト状の対極１０６が対極開口部１０５ａの内部に入り込むことができない。その結果、対極集電材１０５と対極１０６との接触面積が低減してしまうので、対極１０６が対極集電材１１５から剥離してしまう可能性がある。

【0086】

これに対して、本実施形態の電気化学セル１０１では、図７に示すように、対極集電材１１５として、対極１０６側の面の表面粗さＲｚｏが、対極１０６の電気活性補助材１０６ａの細粒および導電助剤１０６ｂの細粒の平均粒径φＤｏ以上となっている金属板を採用している。これによれば、アンカー効果によって、対極集電材１１５と対極１０６と付着性を向上させることができる。

【0087】

その一方で、対極集電材１１５の表面粗さＲｚｏが、必要以上に大きくなっていると、セパレータ１０７を損傷させて、対極１０６と作用極１０４とを短絡させてしまう可能性がある。これに対して、本実施形態の電気化学セル１０１では、図７に示すように、対極１０６の厚みＴｏが、表面粗さＲｚｏより大きくなっているので、対極集電材１１５がセパレータ１０７を損傷させてしまことを抑制することができる。

【0088】

また、本実施形態の電気化学セル１０１の対極側の集電材付着工程では、第１実施形態で説明した剥離工程を必要としない。その結果、製造過程で対極１０６に欠損が形成されてしまうことを防止することができる。これにより、電気化学セル１０１の生産性を向上させることができる。

【0089】

（第３実施形態）
本実施形態の二酸化炭素回収システム１の基本的構成は、第２実施形態と同様である。本実施形態では、第２実施形態に対して、電気化学セル１０１の製造方法を変更した例を説明する。

【0090】

本実施形態の対極側の集電材付着工程では、図８に示すように、緩衝層形成工程、塗布工程、乾燥工程が実行される。緩衝層形成工程では、対極集電材１１５に表面に緩衝層を形成する。本実施形態では、真空蒸着によってカーボンの緩衝層１１０を形成する。

【0091】

塗布工程では、第１実施形態と同様に、対極集電材１１５の緩衝層１１０の形成された面に、ペースト状の対極１０６をスクリーン印刷等によって塗布する。乾燥工程では、第１実施形態と同様に、対極集電材１１５に塗布された対極１０６を乾燥させる。以上の工程により、対極集電材１１５に対極１０６を付着させる。その他の電気化学セル１０１の製造方法は、第１実施形態と同様である。

【0092】

従って、本実施形態の二酸化炭素回収システム１によれば、第１実施形態と同様に作動して、混合ガスから二酸化炭素を回収することができる。そして、回収された二酸化炭素を有効に利用することができる。さらに、第２実施形態と同様に、混合ガスと対極１０６との接触を禁止して、二酸化炭素回収システム１における回収対象ガスの回収能力の低下を抑制することができる。

【0093】

また、本実施形態の電気化学セル１０１では、対極集電材１１５と対極１０６との間に、カーボンの緩衝層１１０が形成されている。これにより、対極集電材１１５と対極１０６との付着性を向上させることができる。

【0094】

より詳細には、カーボンは、真空蒸着等により微細化することで、金属製の対極集電材１１５に良好に付着する。また、対極１０６のバインダは、有機物の高分子ポリマーを含んでいるので、カーボンの緩衝層１１０に対する親和性が高い。従って、本実施形態の電気化学セル１０１では、緩衝層１１０が形成されていることによって、対極集電材１１５と対極１０６との付着性を向上させることができる。

【0095】

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

【0096】

上述した実施形態では、本発明に係るガス回収システムを、混合ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システム１に適用した例について説明したが、本発明に係るガス回収システムの適用はこれに限定されない。本発明に係るガス回収システムを、混合ガスから二酸化炭素以外の特定種類のガスを回収するシステムに適用してもよい。

【0097】

上述の第１実施形態では、金属多孔質体で形成された作用極集電材１０３および対極集電材１０５を採用した例を説明したが、これに限定されない。例えば、作用極集電材１０３および対極集電材１０５として、エキスパンドメタル、パンチングメタル、炭素繊維、炭素不織布、導電性高分子膜を採用してもよい。

【0098】

エキスパンドメタル、パンチングメタル等は、平坦部を有している。そこで、対極集電材１０５として、エキスパンドメタル、パンチングメタル等を採用する場合は、第２実施形態と同様に、平坦部の表面粗さＲｚｏを電気活性補助材１０６ａの細粒および導電助剤１０６ｂの細粒の平均粒径φＤｏ以上とすることが望ましい。同様に、対極１０６の厚みＴｏを平坦部の表面粗さＲｚｏより大きくすることが望ましい。

【0099】

また、上述の第２実施形態、第３実施形態では、金属板で形成された対極集電材１１５を採用した例を説明したが、これに限定されない。例えば、対極集電材１１５として、第１実施形態で説明した対極開口部１０５ａに対応する構成は形成されなければ、金属箔、酸化金属、および導電性の物質が表面に成膜された集電材を採用してもよい。

【0100】

また、上述の第３実施形態の緩衝層形成工程では、対極集電材１１５の表面に真空蒸着によってカーボンの緩衝層１１０を形成した例を説明したが、これに限定されない。緩衝層形成工程にて、スパッタリングによって緩衝層１１０を形成してもよい。

【0101】

本明細書に開示されたガス回収システムは、以下の各項目のように表現することができる。
（項目１）
電気化学反応によって混合ガスから回収対象ガスを回収するガス回収システムであって、
前記回収対象ガスを吸着する作用極（１０４）と、
前記作用極と電子の授受を行う対極（１０６）と、
前記作用極に当接して前記作用極と前記対極とを電気的に接続する作用極集電材（１０３）と、
前記対極に当接して前記作用極と前記対極とを電気的に接続する対極集電材（１０５）と、を備え、
前記作用極集電材には、前記作用極を混合ガスに曝露させる作用極開口部（１０３ａ）が形成されており、
前記対極集電材には、前記対極を混合ガスに曝露させる対極開口部（１０５ａ）が形成されており、
前記対極開口部の開口面積は、前記作用極開口部の開口面積よりも小さくなっているガス回収システム。
（項目２）
電気化学反応によって混合ガスから回収対象ガスを回収するガス回収システムであって、
前記回収対象ガスを吸着する作用極（１０４）と、
前記作用極と電子の授受を行う対極（１０６）と、
前記作用極に当接して前記作用極と前記対極とを電気的に接続する作用極集電材（１０３）と、
前記対極に当接して前記作用極と前記対極とを電気的に接続する対極集電材（１０５）と、を備え、
前記作用極集電材には、前記作用極を前記混合ガスに曝露させる作用極開口部（１０３ａ）が形成されており、
前記対極集電材は、前記混合ガスと前記対極との接触を禁止するように形成されているガス回収システム。
（項目３）
前記対極は、複数の細粒で形成されており、
前記対極集電材の前記対極側の面における表面粗さ（Ｒｚｏ）は、前記細粒の平均粒径（φＤｏ）以上である項目１または２に記載のガス回収システム。
（項目４）
前記対極集電材の前記対極側の面における表面粗さ（Ｒｚｏ）は、前記対極の厚み寸法（Ｔｏ）以下である項目１ないし３のいずれか１つに記載のガス回収システム。
（項目５）
前記対極集電材と前記対極との間には、前記対極集電材と前記対極との付着性を向上させる緩衝層（１１０）が形成されている項目１ないし４のいずれか１つに記載のガス回収システム。

【符号の説明】

【0102】

１ 二酸化炭素回収システム（ガス回収システム）
１０ 二酸化炭素回収装置
１０１ 電気化学セル
１０３ 作用極集電材
１０３ａ 作用極開口部
１０４ 作用極
１０５、１１５ 対極集電材
１０５ａ 対極開口部
１０６ 対極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】