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(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】P2023176215
(43)【公開日】2023-12-13
(54)【発明の名称】ガス吸着システム及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
B01D 53/32 20060101AFI20231206BHJP
C01B 32/50 20170101ALI20231206BHJP
C08L 101/00 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
B01D53/32
C01B32/50
C08L101/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022088379
(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】大山 尚久
(72)【発明者】
【氏名】辰巳 裕規
【テーマコード（参考）】
4G146
4J002
【Ｆターム（参考）】
4G146JA02
4G146JC25
4G146JC28
4G146JD02
4J002AA001
4J002BD141
4J002BD151
4J002CD001
4J002GD00
4J002GD02
4J002GF00
4J002GQ00
4J002GQ02
(57)【要約】
【課題】第１電極膜との間で電子の授受を行う第２電極膜の活物質を有効に利用すること。
【解決手段】ガス吸着システム１００は、被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜１３２を含む。ガス吸着システム１００は、第１電極膜１３２との間で電子の授受を行うための対極側活物質１４３と、対極側活物質１４３を保持すると共に導電性を有する対極側バインダ１４５と、を有する第２電極膜１４２を含む。対極側活物質１４３の粒径は、１０μｍ以下である。製造においては、第２電極膜１４２を形成する形成工程を含む。形成工程では、少なくとも２種類の溶媒を混合することによって対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５に対する溶解度パラメータを調整した混合溶媒１６０に、対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５を混合する混合工程を含む。
【選択図】図７
【解決手段】ガス吸着システム１００は、被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜１３２を含む。ガス吸着システム１００は、第１電極膜１３２との間で電子の授受を行うための対極側活物質１４３と、対極側活物質１４３を保持すると共に導電性を有する対極側バインダ１４５と、を有する第２電極膜１４２を含む。対極側活物質１４３の粒径は、１０μｍ以下である。製造においては、第２電極膜１４２を形成する形成工程を含む。形成工程では、少なくとも２種類の溶媒を混合することによって対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５に対する溶解度パラメータを調整した混合溶媒１６０に、対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５を混合する混合工程を含む。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって前記被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜（１３２）と、
前記第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）を有する第２電極膜（１４２）と、
を含み、
前記活物質の粒径は、１０μｍ以下である、ガス吸着システム。
前記第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）を有する第２電極膜（１４２）と、
を含み、
前記活物質の粒径は、１０μｍ以下である、ガス吸着システム。
【請求項2】
被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって前記被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜（１３２）と、
前記第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）と、前記活物質を保持すると共に導電性を有するバインダ（１４５）と、を有する第２電極膜（１４２）と、
を含むガス吸着システムの製造方法であって、
前記第２電極膜を形成する形成工程を含み、
前記形成工程では、少なくとも２種類の溶媒を混合することによって前記活物質及び前記バインダに対する溶解度パラメータを調整した混合溶媒（１６０）に、前記活物質及び前記バインダを混合する混合工程を含む、ガス吸着システムの製造方法。
前記第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）と、前記活物質を保持すると共に導電性を有するバインダ（１４５）と、を有する第２電極膜（１４２）と、
を含むガス吸着システムの製造方法であって、
前記第２電極膜を形成する形成工程を含み、
前記形成工程では、少なくとも２種類の溶媒を混合することによって前記活物質及び前記バインダに対する溶解度パラメータを調整した混合溶媒（１６０）に、前記活物質及び前記バインダを混合する混合工程を含む、ガス吸着システムの製造方法。
【請求項3】
前記混合工程では、前記活物質と前記混合溶媒とのハンセン距離が活物質用所定値以下となるように前記混合溶媒の溶解度パラメータを調整する、請求項２に記載のガス吸着システムの製造方法。
【請求項4】
前記混合工程では、前記活物質としてフェロセン骨格を持った化合物を用いる、請求項２または３に記載のガス吸着システムの製造方法。
【請求項5】
前記混合工程では、前記バインダと前記混合溶媒とのハンセン距離がバインダ用所定値以下となるように前記混合溶媒の溶解度パラメータを調整する、請求項２または３に記載のガス吸着システムの製造方法。
【請求項6】
前記混合工程では、前記バインダとしてポリフッ化ビニリデンを含むものを用いる、請求項２または３に記載のガス吸着システムの製造方法。
【請求項7】
前記混合工程では、前記活物質を溶解することが可能な第１溶媒（１６１）と、前記バインダを溶解することが可能な第２溶媒（１６２）と、を用いて、前記混合溶媒を作る、請求項２または３に記載のガス吸着システムの製造方法。
【請求項8】
前記混合工程では、前記第１溶媒として前記活物質と前記第１溶媒とのハンセン距離が第１溶媒用所定値以下となるものを用いると共に、前記第２溶媒として前記バインダと前記第２溶媒とのハンセン距離が第２溶媒用所定値以下となるものを用いる、請求項７に記載のガス吸着システムの製造方法。
【請求項9】
前記混合工程では、前記第１溶媒と前記第２溶媒とを混合したものに、前記第１溶媒及び前記第２溶媒の両方に可溶の第３溶媒（１６５）を混合することで前記混合溶媒を作る、請求項７に記載のガス吸着システムの製造方法。
【請求項10】
前記混合工程では、前記第１溶媒と前記第２溶媒とを混合したものに、前記第１溶媒及び前記第２溶媒の両方を親和させる界面活性剤（１６６）を混合することで前記混合溶媒を作る、請求項７に記載のガス吸着システムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス吸着システム及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、活物質を含む電極層が集電体の表面に配置された構造が、例えば特許文献１で提案されている。電極層を製造するために、まず、活物質、バインダ、バインダが溶解しない第１溶媒、バインダが溶解しうる第２溶媒を混合することにより分散液を調製する。続いて、分散液から第２溶媒を除去することにより活物質スラリーを調製する。この後、得られた活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより塗膜を形成して、電極層を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－７１２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、電極層は、酸性ガスを吸着あるいは脱着させるセルの一部として構成されることが知られている。電極層は、第１電極膜、及び、第１電極膜との間で電子の授受を行う活物質を有する第２電極膜として構成される。
【0005】
発明者らは、バインダが溶解しうる第２溶媒に第２電極膜の活物質を混ぜた場合、活物質が第２溶媒に分散しないことを見出した。第２電極膜の活物質が第２溶媒に分散しないことで、活物質が凝集し、活物質の粒径が大きくなる。その結果、活物質のうちの導電パスに接触しない面積が大きくなる。このため、第２電極膜の活物質を有効に利用できず、セルの性能が低下してしまう。
【0006】
本発明は上記点に鑑み、第１電極膜との間で電子の授受を行う第２電極膜の活物質を有効に利用することができるガス吸着システムを提供することを第１の目的とする。また、ガス吸着システムの製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜（１３２）と、第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）を有する第２電極膜（１４２）と、を含む。活物質の粒径は、１０μｍ以下である。
【0008】
これによると、第２電極膜の活物質の粒径が小さいので、第２電極膜の内部において導電パスに接触する面積が増える。これに伴い、活物質からの電荷供出量が向上する。このため、活物質から電荷を取り出しやすくなるので、第１電極膜における被回収ガスの吸着性能が向上する。したがって、第２電極膜の活物質を有効に利用することができる。
【0009】
請求項２に記載の発明では、被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜（１３２）と、第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）と、活物質を保持すると共に導電性を有するバインダ（１４５）と、を有する第２電極膜（１４２）と、を含むガス吸着システムの製造方法であり、第２電極膜を形成する形成工程を含む。
【0010】
形成工程では、少なくとも２種類の溶媒を混合することによって活物質及びバインダに対する溶解度パラメータを調整した混合溶媒（１６０）に、活物質及びバインダを混合する混合工程を含む。
【0011】
これによると、溶解度パラメータを調整した混合溶媒に活物質及びバインダを混合するので、バインダだけでなく活物質も混合溶媒に溶解することができる。これに伴い、活物質を混合溶媒に分散させることができる。このため、活物質の凝集を抑制でき、ひいては活物質の粒径が大きくなることを抑制することができる。その結果、活物質のうちの導電パスに接触しない面積を小さくすることできる。したがって、第２電極膜の活物質を有効に利用することができる。
【0012】
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ものである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態に係るガス吸着システムに含まれる電気化学セルの断面を示した図である。
【図3】対極側活物質として用いるポリビニルフェロセン（ＰＶＦｃ）を示した図である。
【図4】混合溶媒を説明するための図である。
【図5】ハンセン距離を説明するための図である。
【図6】ＮＭＰに対するシクロヘキサンの割合とハンセン距離との関係を示した図である。
【図7】混合工程の内容を示した図である。
【図8】対極側活物質の最頻粒径と活物質利用率との関係を示した図である。
【図9】第２実施形態に係る混合工程の内容を示した図である。
【図10】第３実施形態に係る界面活性剤に付着した対極側活物質及び対極側バインダを示した図である。
【図11】第３実施形態に係る混合工程の内容を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【0015】
（第１実施形態）
本実施形態に係るガス吸着システムは、被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって被回収ガスを回収する。被回収ガスは、例えばＣＯ２、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸性ガスである。混合ガスは、例えば大気である。本実施形態では、大気からＣＯ２を回収する場合について説明する。
本実施形態に係るガス吸着システムは、被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって被回収ガスを回収する。被回収ガスは、例えばＣＯ２、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸性ガスである。混合ガスは、例えば大気である。本実施形態では、大気からＣＯ２を回収する場合について説明する。
【0016】
図１に示されるように、ガス吸着システム１００は、電気化学セル１１０及び制御電源１２０を含む。電気化学セル１１０は、電気化学反応によって大気からＣＯ２を吸着することでＣＯ２を回収する一方、ＣＯ２を脱離することでＣＯ２を捕集可能とする装置である。
【0017】
電気化学セル１１０は、第１電極１３０、第２電極１４０、及びセパレータ１５０を有する。なお、電気化学セル１１０は、複数積層された電界セルスタックを構成する。図１では、電界セルスタックを構成する複数の電気化学セル１１０のうちの１つが示されている。
【0018】
第１電極１３０、第２電極１４０、及びセパレータ１５０は、例えば板状に構成されている。第１電極１３０は、負極である。第２電極１４０は、正極である。
【0019】
第１電極１３０は、第１集電材１３１及び第１電極膜１３２を有する。第１集電材１３１は、制御電源１２０に接続されると共に、大気を通過させることができる多孔質状の導電性部材である。
【0020】
第１集電材１３１として、例えば炭素質材料や金属材料を用いることができる。第１集電材１３１を構成する炭素質材料として、例えばカーボン紙、炭素布、不織炭素マット、多孔質ガス拡散層（ＧＤＬ）等を用いることができる。第１集電材１３１を構成する金属材料として、例えばＡｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＳＵＳ等の金属をメッシュ状にした構造体を用いることができる。
【0021】
第１電極膜１３２は、ＣＯ２を含有する大気から電気化学反応によってＣＯ２の吸着と脱離を行う作用極である。第１電極膜１３２は、ＣＯ２吸着材、作用極側導電助剤、及び作用極側バインダを有する。
【0022】
ＣＯ２吸着材は、電子を受け取ることでＣＯ２を吸着し、電子を放出することで吸着していたＣＯ２を脱離する。ＣＯ２吸着材として、例えばポリアントラキノンを用いることができる。あるいは、ＣＯ２吸着材として、カーボンや金属酸化物を用いることができる。
【0023】
作用極側導電助剤は、ＣＯ２吸着材への導電路を形成する導電物質である。作用極側導電助剤として、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。
【0024】
ＣＯ２吸着材と作用極側導電助剤との混合は、例えばＮＭＰ（Ｎ－メチルピロリドン）等の有機溶媒に作用極側導電助剤を溶解または分散させ、有機溶媒中で分散している作用極側導電助剤とＣＯ２吸着材とを接触させれば良い。
【0025】
作用極側バインダは、接着力を有する保持材料である。作用極側バインダは、ＣＯ２吸着材及び作用極側導電助剤を第１集電材１３１に保持する。これにより、第１集電材１３１、ＣＯ２吸着材、及び作用極側導電助剤の間での電子の移動を確保できる。また、ＣＯ２吸着材が第１集電材１３１から剥離しにくくなり、電気化学セル１１０のＣＯ２吸着量が経時的に低下することを抑制できる。
【0026】
作用極側バインダとして、流動性を有さない非流動性物質を用いることができる。非流動性物質として、ゲル状物質あるいは固体状物質を挙げることができる。ゲル状物質として、例えばイオン液体ゲルを用いることができる。固体状物質として、例えば固体電解質、あるいは導電性樹脂等を用いることができる。
【0027】
作用極側バインダとして固体電解質を用いる場合、ＣＯ２吸着材との接触面積を増大させるために、高分子電解質等からなるアイオノマを用いることが望ましい。作用極側バインダとして導電性樹脂を用いる場合、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）等のフッ素樹脂等を用いることができる。
【0028】
そして、ＣＯ２吸着材、作用極側導電助剤、及び作用極側バインダの混合物が形成され、この混合物が第１集電材１３１に接着される。ＣＯ２吸着材及び作用極側導電助剤は、作用極側バインダに保持された状態となっている。このため、作用極側バインダによってＣＯ２吸着材及び作用極側導電助剤を強固に保持することができる。また、ＣＯ２吸着材及び作用極側導電助剤が第１集電材１３１から剥離しにくくなる。
【0029】
第２電極１４０は、第２集電材１４１及び第２電極膜１４２を有する。第２集電材１４１は、制御電源１２０に接続される導電性部材である。第２集電材１４１は、第１集電材１３１と同じ材料を用いても良く、異なる材料を用いても良い。
【0030】
第２電極膜１４２は、第１電極膜１３２との間で電子の授受を行う対極である。図２に示されるように、第２電極膜１４２は、対極側活物質１４３、対極側導電助剤１４４、及び対極側バインダ１４５を有する。
【0031】
対極側活物質１４３は、第１電極膜１３２のＣＯ２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る。対極側活物質１４３は、金属の価数変化やπ電子雲への電荷出入によって電子を出し入れすることができる物質である。
【0032】
対極側活物質１４３として、例えば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。このような金属錯体として、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。
【0033】
本実施形態では、対極側活物質１４３として、フェロセン骨格を持った化合物を用いる。図３に示されるように、対極側活物質１４３として、フェロセンが重合化したポリビニルフェロセン（ＰＶＦｃ）を用いる。
【0034】
対極側導電助剤１４４は、対極側活物質１４３への導電路を形成する導電物質である。対極側導電助剤１４４は、対極側活物質１４３と混合して用いられる。対極側導電助剤１４４は、作用極側導電助剤と同じ材料を用いても良く、異なる材料を用いても良い。対極側導電助剤１４４は、例えば粒子状である。
【0035】
対極側バインダ１４５は、対極側活物質１４３及び対極側導電助剤１４４を第２集電材１４１に保持させることができ、かつ、導電性を有する材料である。対極側バインダ１４５は、作用極側バインダと同じ材料を用いても良く、異なる材料を用いても良い。
【0036】
セパレータ１５０は、第１電極膜１３２と第２電極膜１４２との間に配置される。セパレータ１５０は、第１電極膜１３２と第２電極膜１４２とを分離する。すなわち、セパレータ１５０は、第１電極膜１３２と第２電極膜１４２との物理的な接触を防ぐ。また、セパレータ１５０は、第１電極膜１３２と第２電極膜１４２との電気的短絡を抑制する。
【0037】
セパレータ１５０の材料として、セルロース膜やポリマ、ポリマとセラミックの複合材料等を用いることができる。セパレータ１５０として、多孔質体を用いても良い。
【0038】
なお、第１電極膜１３２とセパレータ１５０との間や第２電極膜１４２とセパレータ１５０との間にイオン伝導性部材が設けられていても良い。イオン伝導性部材は、ＣＯ２吸着材への導電を促進する。
【0039】
制御電源１２０は、ガス吸着システム１００の電源装置である。制御電源１２０は、ガス吸着システム１００の各装置に電源を供給する。また、制御電源１２０は、指令に従って、電気化学セル１１０に所定の電圧を印加することで、第１電極１３０と第２電極１４０との電位差を変化させる。
【0040】
ガス吸着システム１００は、電気化学セル１１０の他に、電気化学セル１１０を収容する回収器、回収器に大気を導入する導入装置、回収器の内部を真空にする真空装置、脱離させたＣＯ２を回収器からタンク等のＣＯ２利用装置に捕集する捕集装置を備える。
【0041】
また、ガス吸着システム１００は、回収器、電気化学セル１１０、導入装置、真空装置、及び捕集装置を制御する制御装置を備える。制御装置は、制御プログラムに従って制御電源１２０及び各装置の制御を行う。以上が、本実施形態に係るガス吸着システム１００の全体構成である。
【0042】
次に、ガス吸着システム１００の作動について説明する。ガス吸着システム１００は、ＣＯ２をＣＯ２利用装置に捕集するために、吸着工程、除去工程、脱離工程、及び回収工程を順に実行する。
【0043】
吸着工程では、制御装置は、制御電源１２０を制御することで電気化学セル１１０の第１電極１３０と第２電極１４０との間に吸着電位を印加する。これにより、第２電極膜１４２の対極側活物質１４３による電子供与と、第１電極膜１３２のＣＯ２吸着材の電子求引と、を同時に実現できる。
【0044】
第１電極膜１３２と第２電極膜１４２との間に吸着電位が印加される際、第２電極膜１４２の対極側活物質１４３は電子を放出し、電子が第２電極膜１４２から第１電極膜１３２に供給される。第１電極膜１３２のＣＯ２吸着材は、電子を受け取る。
【0045】
電子を受け取ったＣＯ２吸着材はＣＯ２の結合力が高くなり、大気に含まれるＣＯ２を結合して吸着する。このように、電気化学セル１１０は、第１電極膜１３２と第２電極膜１４２との間に吸着電位が印加されることで、第２電極膜１４２から第１電極膜１３２に電子が供給され、ＣＯ２吸着材は電子が供給されることに伴ってＣＯ２と結合する。よって、電気化学セル１１０は、大気からＣＯ２を回収することができる。
【0046】
吸着工程の後、制御装置は、回収器の内部を掃気する除去工程を行う。これにより、回収器の内部が真空状態となる。
【0047】
除去工程の後、脱離工程では、制御装置は、制御電源１２０を制御することで脱離電位を電気化学セル１１０の第１電極膜１３２と第２電極膜１４２との間に印加する。これにより、第１電極膜１３２のＣＯ２吸着材による電子供与と、第２電極膜１４２の対極側活物質１４３の電子求引と、を同時に実現できる。
【0048】
第１電極膜１３２のＣＯ２吸着材は、電子を放出する。ＣＯ２吸着材は、ＣＯ２の結合力が低下し、ＣＯ２を脱離して放出する。第２電極膜１４２の対極側活物質１４３は、電子を受け取る。
【0049】
脱離工程の後、回収工程では、制御装置は、ＣＯ２吸着材から放出されたＣＯ２を回収器から排出すると共に、配管を介してＣＯ２利用装置に捕集する。この後、制御装置は、回収器の内部を大気に戻すと共に、上記のサイクルを繰り返す制御を行う。
【0050】
続いて、電気化学セル１１０の第２電極膜１４２を形成する形成工程について説明する。形成工程では、対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５を溶媒に溶かす混合工程を含む。
【0051】
ここで、図４の上段に示されるように、対極側バインダ１４５が溶解する材料を第１溶媒として選択する場合、対極側バインダ１４５は第１溶媒に溶けるが、対極側活物質１４３は第１溶媒に溶けない。このため、第１溶媒における対極側活物質１４３の分散性が低下する。
【0052】
対極側活物質１４３は極性が少なく、極性溶媒には溶けにくい。したがって、対極側活物質１４３を溶解する極性溶媒には対極側活物質１４３が溶けにくい。例えば、第１溶媒として極性溶媒であるＮＭＰを選択し、対極側活物質１４３としてＰＶＦｃを用いる場合、２００倍以上の体積のＮＭＰを用いたとしても対極側活物質１４３がＮＭＰに溶解分散することはできない。このため、沈殿を有する懸濁液が作られるのみで、対極側活物質１４３の粒径は非常に大きい。このような状態で第２電極膜１４２の製膜を行うと、第２電極膜１４２の中で対極側活物質１４３が凝集して粒径が大きくなってしまい、電気化学セル１１０の性能を発揮できない。
【0053】
また、図４の中段に示されるように、対極側活物質１４３が溶解する材料を第１溶媒として選択する場合、対極側活物質１４３は第１溶媒に溶けるが、対極側バインダ１４５は第１溶媒に溶けない。このため、第２電極膜１４２の膜強度を確保することが難しい。
【0054】
そこで、図４の下段に示されるように、少なくとも２種類の溶媒を混合することによって対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５に対する溶解度パラメータを調整した混合溶媒１６０に、対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５を混合する。すなわち、対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５の両方が溶解する材料を混合溶媒１６０として用意する。
【0055】
本実施形態では、第１溶媒１６１及び第２溶媒１６２の２種類の溶媒を用いて、混合溶媒１６０を作る。第１溶媒１６１は、対極側活物質１４３を溶解することが可能な溶媒である。第１溶媒１６１は、疎水性を持った非極性溶媒である。第２溶媒１６２は、対極側バインダ１４５を溶解することが可能な溶媒である。第２溶媒１６２は、親水性を持った極性溶媒である。
【0056】
第１溶媒１６１として、エチルベンゼン、シクロヘキサノン、シクロヘキサン、芳香族系の高沸点炭化水素溶剤、ｐ－シメンを用いることができる。例えば、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）は、以下の化学式（１）で表される。
【0057】
【化1】
【0058】
【化2】
【0059】
【化3】
【0060】
【化4】
【0061】
第２溶媒１６２として、非プロトン系極性溶剤を用いることができる。例えば、第２溶媒１６２として、ＮＭＰを用いることができる。ＮＭＰは、以下の化学式（５）で表される。
【0062】
【化5】
【0063】
【化6】
【0064】
【化7】
【0065】
【化8】
【0066】
図５に示されるように、ハンセン距離は、溶媒の分散項ｄＤ、分極項ｄＰ、水素結合項ｄＨによって決まる。すなわち、ハンセン距離は、各材料のハンセン球の大きさに依存する。２つの溶媒を混合するので、ハンセン距離Ｒａは、以下の数式（１）で表される。
【0067】
【数1】
【0068】
このように、物質の溶解性は溶解度パラメータによってある程度見積もることができる。混合溶媒１６０の溶解度パラメータは、それぞれの溶媒のパラメータの体積平均となるため、溶媒の組み合わせとその比率を調整することで、混合溶媒１６０の溶解度パラメータを制御することが可能である。
【0069】
例えば、第１溶媒１６１としてシクロヘキサンを選択し、第２溶媒１６２としてＮＭＰを選択し、対極側活物質１４３として図３に示されたＰＶＦｃを用いるとする。この場合、図６に示されるように、ＰＶＦｃにおいて混合溶媒１６０との溶解度パラメータの差であるハンセン距離を、ＮＭＰ単体とのハンセン距離である５．０以下とすることで溶解性の向上が可能である。例えば、ＮＭＰに対するシクロヘキサンの割合を２０％から４０％の範囲に設定することで、混合溶媒１６０に対極側活物質１４３であるＰＶＦｃを溶かすことができる。
【0070】
なお、ハンセン距離を所定値以下とすることは、他の溶媒、活物質の組み合わせでも同様に考えることができる。例えば、活物質用所定値の設定の考え方として、活物質用所定値は、混ぜ合わせる前のそれぞれの単体溶媒と溶かそうとする対極側活物質１４３のハンセン距離以下にすることができる。
【0071】
このように、ＰＶＦｃについては、ハンセン距離の活物質用所定値を５．０以下とすることで、混合溶媒１６０に対する溶解性を向上させることができる。また、ハンセン距離の活物質用所定値を４．５以下とすることが好ましい。さらに、ハンセン距離の活物質用所定値を４．０以下とすることで、混合溶媒１６０に対して溶解状態とすることができる。図６に示された例では、第２溶媒１６２であるＮＭＰに第１溶媒１６１であるシクロヘキサンを２６％混合した場合、ハンセン距離は３．１７８である。
【0072】
なお、第２溶媒１６２であるＮＭＰに第１溶媒１６１である安息香酸ベンジルを４２％混合した場合、ハンセン距離は３．３５１である。第２溶媒１６２であるＮＭＰに第１溶媒１６１である安息香酸ブチルを４８％混合した場合、ハンセン距離は３．３５１である。第２溶媒１６２であるＮＭＰに第１溶媒１６１であるイソホロンを５９％混合した場合、ハンセン距離は３．３５１である。
【0073】
また、混合溶媒１６０には対極側バインダ１４５も溶かしたいので、対極側バインダ１４５と混合溶媒１６０とのハンセン距離がバインダ用所定値以下となるように混合溶媒１６０の溶解度パラメータを調整する。例えば、対極側バインダ１４５としてＰＶＤＦを用いる場合、ハンセン距離のバインダ用所定値を１０以下に設定することが好ましい。
【0074】
さらに、第１溶媒１６１と対極側活物質１４３とのハンセン距離や、第２溶媒１６２と対極側バインダ１４５とのハンセン距離が規定される。すなわち、第１溶媒１６１として、対極側活物質１４３と第１溶媒１６１とのハンセン距離が第１溶媒用所定値以下となるものを用いる。また、第２溶媒１６２として、対極側バインダ１４５と第２溶媒１６２とのハンセン距離が第２溶媒用所定値以下となるものを用いる。
【0075】
なお、ハンセン距離に対する各所定値は、混合溶媒１６０に対する値と、各溶媒１６１、１６２に対する値と、の少なくとも一方を満たしていれば良い。
【0076】
そして、図７に示されるように、第１ステップとして、第１溶媒１６１に対極側活物質１４３を溶かした第１溶液１６３を用意する。また、第２溶媒１６２に対極側バインダ１４５を溶かした第２溶液１６４を用意する。
【0077】
なお、対極側導電助剤１４４は第１溶液１６３及び第２溶液１６４のどちらかに先に混ぜておくか、第１溶液１６３と第２溶液１６４の混合後に添加しても良い。例えば、カーボンを第１溶液１６３に添加することで、対極側活物質１４３が凝集しにくくなる。
【0078】
続いて、第２ステップとして、第１溶液１６３と第２溶液１６４を機械的に混合する。これにより、対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５が混合溶媒１６０に溶解した状態となる。
【0079】
なお、第１溶媒１６１と第２溶媒１６２を混ぜた混合溶媒１６０を作り、混合溶媒１６０に対極側活物質１４３を溶解し、対極側バインダ１４５は別途第２溶媒１６２に溶解した上で、混ぜ合わせても良い。その際、混合溶媒１６０に対極側活物質１４３を溶解した混合溶液に、カーボンを添加した上で、対極側バインダ１４５を溶解した第２溶媒１６２（第２溶液１６４）と混ぜ合わせても良い。カーボンと混ぜ合わせておくことで、混合溶液が第２溶媒１６２と混ざった際に、溶媒比率が変化することによる対極側活物質１４３の凝集を抑制することができる。
【0080】
混合工程の後、溶媒を濃縮させたペースト状態のものを第２集電材１４１に塗工する塗工工程を行う。また、ペースト状態の第２電極膜１４２を乾燥させる乾燥工程を行う。こうして、形成工程が終了する。
【0081】
発明者らは、上記の形成工程で得られた第２電極膜１４２を含む電気化学セル１１０のＣＯ２の回収において、対極側活物質１４３の最頻粒径に対する活物質利用率を調べた。活物質利用率は、第２電極膜１４２の中に含まれている対極側活物質１４３に出入りする電子の数と、電気化学セル１１０に流れる電子の数と、の比で表される。
【0082】
また、サンプルとして、最頻粒径が１０μｍ以下のサンプルＡ、最頻粒径が５μｍ以下のサンプルＢ、Ｃ、Ｄ、最頻粒径が１μｍ以下のサンプルＤを用意した。その結果を図８に示す。
【0083】
図８に示されるように、最頻粒径が１０μｍ以下のサンプルＡでは、活物質利用率は２０％であった。２０％という活物質利用率は、対極側活物質１４３が有効に活用されている割合である。
【0084】
最頻粒径が５μｍ以下のサンプルＢ、Ｃ、Ｄでは、サンプルＡよりも活物質利用率が上昇した。さらに、最頻粒径が１μｍ以下のサンプルＤの場合、活物質利用率が１００％となった。よって、最終的な第２電極膜１４２の中の対極側活物質１４３の粒径が小さくなればなるほど、粒子表面と導電パスとの接触が良くなるので、対極側活物質１４３からの電荷供出量が向上して吸着性能が向上する。したがって、対極側活物質１４３の粒径を１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以下とすることで、電気化学セル１１０の十分な性能が得られる。
【0085】
以上説明したように、第２電極膜１４２を形成するに際し、溶解度パラメータを調整した混合溶媒１６０に対極側活物質１４３及び対極側バインダ１４５を混合する。これにより、対極側バインダ１４５だけでなく対極側活物質１４３も混合溶媒１６０に溶解することができる。よって、対極側活物質１４３を混合溶媒１６０に分散させることができるので、対極側活物質１４３の凝集を抑制できる。すなわち、第２電極膜１４２の中の対極側活物質１４３の粒径を小さくすることができる。
【0086】
このように、第２電極膜１４２の対極側活物質１４３の粒径が小さいので、対極側活物質１４３のうちの導電パスに接触しない面積を小さくすることできる。このため、対極側活物質１４３から電荷を取り出しやすくなる。したがって、第２電極膜１４２の対極側活物質１４３を有効に利用することができる。これに伴い、電気化学セル１１０におけるＣＯ２の吸着性能を向上させることができる。
【0087】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、対極側活物質１４３が特許請求の範囲の「活物質」に対応し、対極側バインダ１４５が特許請求の範囲の「バインダ」に対応する。
【0088】
（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。図９に示されるように、混合工程において、第１溶媒１６１と第２溶媒１６２とを混合したものに、第３溶媒１６５を混合することで、混合溶媒１６０を作る。第３溶媒１６５を添加した後の混合溶媒１６０を濃縮させ、ペースト状態にしたものを第２集電材１４１に塗工する。なお、混合溶媒１６０は必ずしも濃縮させる必要はない。
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。図９に示されるように、混合工程において、第１溶媒１６１と第２溶媒１６２とを混合したものに、第３溶媒１６５を混合することで、混合溶媒１６０を作る。第３溶媒１６５を添加した後の混合溶媒１６０を濃縮させ、ペースト状態にしたものを第２集電材１４１に塗工する。なお、混合溶媒１６０は必ずしも濃縮させる必要はない。
【0089】
第３溶媒１６５は、第１溶媒１６１及び第２溶媒１６２の両方に可溶の両極性溶媒である。第３溶媒１６５は、対極側活物質１４３と対極側バインダ１４５とを近接して存在する状態を作ることができる。
【0090】
第３溶媒１６５として、メタノール（ＣＨ３－ＯＨ）、エタノール（ＣＨ３－ＣＨ２－ＯＨ）、プロパノール（ＣＨ３－（ＣＨ２）２－ＯＨ）、ブタノール等の低級アルコール類を用いることができる。これらはＲ－ＯＨとして表される。Ｒが疎水基に対応し、ＯＨが親水基に対応する。あるいは、第３溶媒１６５として、アセトン（Ｃ３Ｈ６Ｏ）等の低級ケトンを用いることができる。アセトンの場合、Ｃ３Ｈ６が疎水基に対応し、Ｏが親水基に対応する。
【0091】
このように、第３溶媒１６５を用いることで、対極側活物質１４３を混合溶媒１６０にさらに分散させやすくすることができる。また、対極側活物質１４３を混合溶媒１６０にさらに均一に混ぜることができる。
【0092】
（第３実施形態）
本実施形態では、主に第２実施形態と異なる部分について説明する。図１０及び図１１に示されるように、混合工程において、第１溶媒１６１と第２溶媒１６２とを混合したものに、界面活性剤１６６を混合することで混合溶媒１６０を作る。
本実施形態では、主に第２実施形態と異なる部分について説明する。図１０及び図１１に示されるように、混合工程において、第１溶媒１６１と第２溶媒１６２とを混合したものに、界面活性剤１６６を混合することで混合溶媒１６０を作る。
【0093】
界面活性剤１６６は、第１溶媒１６１及び第２溶媒１６２の両方を親和させる物質である。図１０に示されるように、界面活性剤１６６は、疎水基１６７と親水基１６８を持つ。対極側活物質１４３を含む第１溶媒１６１の微粒子は、界面活性剤１６６の疎水基１６７に付着する。一方、対極側バインダ１４５を含む第２溶媒１６２の微粒子は、界面活性剤１６６の親水基１６８に付着する。
【0094】
したがって、図１１に示されるように、混合溶媒１６０においては、界面活性剤１６６に対極側活物質１４３が付着したミセル様の微粒子、対極側活物質１４３を含む第１溶媒１６１、対極側バインダ１４５を含む第２溶媒１６２が混在している。以上により、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【0095】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたガス吸着システム１００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、ＣＯ２含有ガスは大気に限られず、ＣＯ２等の酸性ガスを含むガスであれば良い。
上記各実施形態で示されたガス吸着システム１００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、ＣＯ２含有ガスは大気に限られず、ＣＯ２等の酸性ガスを含むガスであれば良い。
【0096】
本明細書に開示されたガス吸着システムの特徴を以下の通り示す。
（項目１）
被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって前記被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜（１３２）と、
前記第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）を有する第２電極膜（１４２）と、
を含み、
前記活物質の粒径は、１０μｍ以下である、ガス吸着システム。
（項目２）
被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって前記被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜（１３２）と、
前記第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）と、前記活物質を保持すると共に導電性を有するバインダ（１４５）と、を有する第２電極膜（１４２）と、
を含むガス吸着システムの製造方法であって、
前記第２電極膜を形成する形成工程を含み、
前記形成工程では、少なくとも２種類の溶媒を混合することによって前記活物質及び前記バインダに対する溶解度パラメータを調整した混合溶媒（１６０）に、前記活物質及び前記バインダを混合する混合工程を含む、ガス吸着システムの製造方法。
（項目３）
前記混合工程では、前記活物質と前記混合溶媒とのハンセン距離が活物質用所定値以下となるように前記混合溶媒の溶解度パラメータを調整する、項目２に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目４）
前記形成工程では、前記活物質としてフェロセン骨格を持った化合物を用いる、項目２または３に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目５）
前記混合工程では、前記バインダと前記混合溶媒とのハンセン距離がバインダ用所定値以下となるように前記混合溶媒の溶解度パラメータを調整する、項目２ないし４のいずれか１つに記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目６）
前記形成工程では、前記バインダとしてポリフッ化ビニリデンを含むものを用いる、項目２ないし５のいずれか１つに記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目７）
前記混合工程では、前記活物質を溶解することが可能な第１溶媒（１６１）と、前記バインダを溶解することが可能な第２溶媒（１６２）と、を用いて、前記混合溶媒を作る、項目２ないし６のいずれか１つに記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目８）
前記混合工程では、前記第１溶媒として前記活物質と前記第１溶媒とのハンセン距離が第１溶媒用所定値以下となるものを用いると共に、前記第２溶媒として前記バインダと前記第２溶媒とのハンセン距離が第２溶媒用所定値以下となるものを用いる、項目７に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目９）
前記混合工程では、前記第１溶媒と前記第２溶媒とを混合したものに、前記第１溶媒及び前記第２溶媒の両方に可溶の第３溶媒（１６５）を混合することで前記混合溶媒を作る、項目７または８に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目１０）
前記混合工程では、前記第１溶媒と前記第２溶媒とを混合したものに、前記第１溶媒及び前記第２溶媒の両方を親和させる界面活性剤（１６６）を混合することで前記混合溶媒を作る、項目７または８に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目１）
被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって前記被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜（１３２）と、
前記第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）を有する第２電極膜（１４２）と、
を含み、
前記活物質の粒径は、１０μｍ以下である、ガス吸着システム。
（項目２）
被回収ガスを含有する混合ガスから電気化学反応によって前記被回収ガスの吸着と脱離を行う第１電極膜（１３２）と、
前記第１電極膜との間で電子の授受を行うための活物質（１４３）と、前記活物質を保持すると共に導電性を有するバインダ（１４５）と、を有する第２電極膜（１４２）と、
を含むガス吸着システムの製造方法であって、
前記第２電極膜を形成する形成工程を含み、
前記形成工程では、少なくとも２種類の溶媒を混合することによって前記活物質及び前記バインダに対する溶解度パラメータを調整した混合溶媒（１６０）に、前記活物質及び前記バインダを混合する混合工程を含む、ガス吸着システムの製造方法。
（項目３）
前記混合工程では、前記活物質と前記混合溶媒とのハンセン距離が活物質用所定値以下となるように前記混合溶媒の溶解度パラメータを調整する、項目２に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目４）
前記形成工程では、前記活物質としてフェロセン骨格を持った化合物を用いる、項目２または３に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目５）
前記混合工程では、前記バインダと前記混合溶媒とのハンセン距離がバインダ用所定値以下となるように前記混合溶媒の溶解度パラメータを調整する、項目２ないし４のいずれか１つに記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目６）
前記形成工程では、前記バインダとしてポリフッ化ビニリデンを含むものを用いる、項目２ないし５のいずれか１つに記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目７）
前記混合工程では、前記活物質を溶解することが可能な第１溶媒（１６１）と、前記バインダを溶解することが可能な第２溶媒（１６２）と、を用いて、前記混合溶媒を作る、項目２ないし６のいずれか１つに記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目８）
前記混合工程では、前記第１溶媒として前記活物質と前記第１溶媒とのハンセン距離が第１溶媒用所定値以下となるものを用いると共に、前記第２溶媒として前記バインダと前記第２溶媒とのハンセン距離が第２溶媒用所定値以下となるものを用いる、項目７に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目９）
前記混合工程では、前記第１溶媒と前記第２溶媒とを混合したものに、前記第１溶媒及び前記第２溶媒の両方に可溶の第３溶媒（１６５）を混合することで前記混合溶媒を作る、項目７または８に記載のガス吸着システムの製造方法。
（項目１０）
前記混合工程では、前記第１溶媒と前記第２溶媒とを混合したものに、前記第１溶媒及び前記第２溶媒の両方を親和させる界面活性剤（１６６）を混合することで前記混合溶媒を作る、項目７または８に記載のガス吸着システムの製造方法。
【符号の説明】
【0097】
１３２ 第１電極膜
１４２ 第２電極膜
１４３ 対極側活物質
１４５ 対極側バインダ
１６０ 混合溶媒
１６１ 第１溶媒
１６２ 第２溶媒
１６５ 第３溶媒
１６６ 界面活性剤
１４２ 第２電極膜
１４３ 対極側活物質
１４５ 対極側バインダ
１６０ 混合溶媒
１６１ 第１溶媒
１６２ 第２溶媒
１６５ 第３溶媒
１６６ 界面活性剤
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】