專利名稱：氫氣生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括具有光半導(dǎo)體的光電極且通過向該光電極照射太陽光等光而分解水從而生成氫的氫氣生成裝置。
背景技術(shù)：
以往，已知有通過對作為光催化劑發(fā)揮作用的光半導(dǎo)體材料照射光而分解水，從而獲取氫和氧的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。另外，也公開有通過對光半導(dǎo)體自身賦予凹凸來增大光吸收面積，提高光的利用效率，從而提高氫氣生成效率的裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本特開平4-231301號公報專利文獻(xiàn)2日本特開2007-45645號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，如專利文獻(xiàn)1所示，當(dāng)使用在導(dǎo)電體的圓筒的外表面設(shè)置光半導(dǎo)體(光半導(dǎo)體電極)、在內(nèi)表面設(shè)置異性極，使圓筒內(nèi)外生成的氫和氧相互分離之類的構(gòu)造的情況下， 當(dāng)利用太陽光時，必須將這些電極與太陽光垂直配置。該情況下，假設(shè)光半導(dǎo)體電極面與太陽光對置，則在光半導(dǎo)體電極面生成的氫或氧從光半導(dǎo)體電極面排出，但在圓筒內(nèi)部的異性極表面生成的氧或氫覆蓋異性極表面而不易排出。因此，這種結(jié)構(gòu)存在水與異性極的接觸面積降低、氣體的產(chǎn)生效率降低的課題。該課題并不限于電極部為圓筒狀的情況，電極部為平面，將具有光半導(dǎo)體的電極 (光電極)和異性極設(shè)置在表背兩側(cè)而成為一體構(gòu)造的情況也同樣存在上述課題。該情況下，裝置以對光電極面照射光的方式設(shè)置，在沒有照射到光的異性極面產(chǎn)生的氣體沿異性極面排出。因此，該結(jié)構(gòu)也存在水與異性極的接觸面積降低、氣體的產(chǎn)生效率降低的課題。另外，如專利文獻(xiàn)2所示，為了增加光的利用效率而對光半導(dǎo)體自身賦予凹凸時， 對照射到光的光電極可預(yù)期氣體產(chǎn)生效率的提高。然而，當(dāng)與光電極同樣地，將考慮了光的利用效率提高的單純的凹凸和多孔構(gòu)造等賦予異性極時，在光電極與異性極設(shè)置在表背兩側(cè)而成為一體構(gòu)造的情況下，在異性極的凹部產(chǎn)生的氣體蓄積，而存在水與異性極的接觸面積降低、氣體的產(chǎn)生效率降低的課題。本發(fā)明是為解決上述現(xiàn)有課題而作出的，其目的在于，在對光電極照射光來分解水而生成氫的氫氣生成裝置中，抑制因產(chǎn)生氣體使異性極與水的接觸面積降低、并提高氫產(chǎn)生效率。為了解決上述現(xiàn)有的課題，本發(fā)明的氫氣生成裝置具有框體，其內(nèi)部能夠保持液體且至少一部分能夠透光；電解液，其被保持在所述框體的內(nèi)部且含有水；光電極，其配置在所述框體的內(nèi)部，具有與所述電解液相接的第一面，且通過照射透過所述框體的光來分解所述水而產(chǎn)生氣體； 導(dǎo)電體，其在所述框體的內(nèi)部相對于所述光電極配置在與所述第一面相反側(cè)的第二面?zhèn)鹊膮^(qū)域，且具有與所述電解液相接的面，并且該導(dǎo)電體與所述光電極電連接，在所述導(dǎo)電體的與所述電解液相接的所述面上設(shè)有沿產(chǎn)生的所述氣體流動的方向延伸的槽部。發(fā)明效果為了提高光的利用效率，在氫氣生成裝置中，通常將與光電極的電解液相接的面在與太陽光等光對置的方向設(shè)置。本發(fā)明的氫氣生成裝置為如此設(shè)置的情況下，作為異性極發(fā)揮作用的導(dǎo)電體成為與電解液相接的面朝向下側(cè)的方式配置。在本發(fā)明的氫氣生成裝置的與導(dǎo)電體的電解液相接的面上設(shè)有沿產(chǎn)生的氣體流動的方向延伸的槽部，因此，該槽部作為氣體的引導(dǎo)路徑發(fā)揮作用。從而，從導(dǎo)電體的與電解液相接的面產(chǎn)生的氣體在浮力作用下向槽部集中，沿該槽部向上方移動，因此，與沒有設(shè)置槽部的結(jié)構(gòu)相比，導(dǎo)電體不易被產(chǎn)生的氣體覆蓋。由此，抑制導(dǎo)電體與水的接觸面積降低的情況，從而能夠提高氫產(chǎn)生效率。需要說明的是，在此所提到的上下與液體中的氣體在浮力作用下移動的方向、即鉛垂方向中的上下相當(dāng)。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的氫氣生成裝置的立體圖。圖2是從側(cè)面觀察本發(fā)明的實施方式1的氫氣生成裝置的情況下的概念圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式1的氫氣生成裝置中的導(dǎo)電體的立體圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式2的氫氣生成裝置中的導(dǎo)電體的立體圖。圖5是表示本發(fā)明的實施方式3的氫氣生成裝置中的導(dǎo)電體的表面形狀的圖。
具體實施例方式以下，參照

書本發(fā)明的實施方式。需要說明的是，以下的實施方式是例示，本發(fā)明并沒有限定于以下的實施方式。另外，在以下的實施方式中，同一部件標(biāo)示同一符號，省略重復(fù)的說明。(實施方式1)圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的氫氣生成裝置100的立體圖。另外，圖2是從側(cè)面觀察氫氣生成裝置100的情況的概念圖。圖1及圖2表示利用太陽光的情況。在該情況下，從光的利用效率考慮，氫氣生成裝置100以光電極2和太陽光對置的方式相對于水平面傾斜設(shè)置。如圖1及圖2所示，本實施方式中的氫氣生成裝置100在框體1內(nèi)設(shè)置有至少含有光半導(dǎo)體的光電極2和與光電極2相接設(shè)置的導(dǎo)電體3。在本實施方式中，氫氣生成裝置 100以光電極2的與導(dǎo)電體3相接的面(第二面，以下簡稱“背面”)相反側(cè)的面(第一面， 以下簡稱“表面”)朝向上側(cè)的方式設(shè)置。從而，導(dǎo)電體3以與光電極2相接的面(以下簡稱“背面”)相反側(cè)的面(以下簡稱“表面”)朝向下側(cè)的方式設(shè)置。需要說明的是，在此所提到的上下與鉛垂方向的上下相當(dāng)。因此，“光電極2的表面朝向上側(cè)”是指光電極2的表面相對于水平面朝向鉛垂方向上側(cè)的區(qū)域，“導(dǎo)電體3的表面朝向下側(cè)”是指導(dǎo)電體3的表面相對于水平面朝向鉛垂方向下側(cè)的區(qū)域。在框體1上設(shè)有水的導(dǎo)入口 4，框體1的內(nèi)部被從導(dǎo)入口 4供給的水充滿。光電極 2的表面及導(dǎo)電體3的表面分別與水接觸。需要說明的是，在本實施方式中，作為含有水的電解液僅使用水，但也可以將電解質(zhì)等溶解于水得到的水溶液作為電解液使用。并且，在框體1設(shè)有用于將在內(nèi)部產(chǎn)生的氣體向外部排出的氣體排出口 5、6。產(chǎn)生的氣體在浮力作用下在框體內(nèi)向上方移動，因此，為了有效收集產(chǎn)生的氣體，氣體排出口 5、 6以設(shè)置氫氣生成裝置100的狀態(tài)設(shè)置在成為框體1的上部的部位。在本實施方式中，將η 型半導(dǎo)體用于光電極2的光半導(dǎo)體，因此，從光電極2的表面產(chǎn)生氧，從作為異性極發(fā)揮作用的導(dǎo)電體3的表面產(chǎn)生氫。從而，從配置在框體1的光電極2側(cè)的區(qū)域的氣體排出口 5 排出氧，從配置在導(dǎo)電體3側(cè)的區(qū)域的氣體排出口 6排出氫。對氫氣生成裝置100從與光電極2的表面對置的一側(cè)照射太陽光等與用于光電極 2的光半導(dǎo)體對應(yīng)的光(激勵光半導(dǎo)體的光)。因此，框體1的與光電極2對置的部分由能夠透過與光半導(dǎo)體對應(yīng)的光的材料構(gòu)成。需要說明的是，為了進(jìn)一步提高光的利用效率，優(yōu)選以光線與光電極2的表面垂直的方式照射光。其次，進(jìn)一步詳細(xì)說明光電極2及導(dǎo)電體3。光電極2為平板狀，其表面可以為平面，為了增加光吸收面積，也可以設(shè)置凹凸。 光電極2包含光半導(dǎo)體即可，也可以僅由光半導(dǎo)體形成，例如，也可以將由光半導(dǎo)體構(gòu)成的層(光半導(dǎo)體層)和擔(dān)載該層的其他層組合等、包含其他結(jié)構(gòu)要件。組合光半導(dǎo)體和其他結(jié)構(gòu)要件的情況下，為了有效地對光半導(dǎo)體照射光，優(yōu)選光半導(dǎo)體以在光電極2的表面露出的方式配置。光半導(dǎo)體必須使用具有能夠進(jìn)行水的分解的1. 23eV以上的帶隙，且該光半導(dǎo)體的傳導(dǎo)帶下端的能級比氫產(chǎn)生能級大，并且光半導(dǎo)體的價電子帶上端的能級比氧產(chǎn)生能級小的材料。作為這種材料，可例舉Ti02、TaON及Ta3N5等。另外，對于光電極2的光半導(dǎo)體，為了能夠吸收光而謀求充分的厚度，但過于厚時，會出現(xiàn)因光吸收而產(chǎn)生的電子和空穴再結(jié)合的概率增加的問題。因此，考慮光半導(dǎo)體層的膜厚為數(shù)nm 數(shù)μ m左右為好，但對于最佳膜厚，考慮依賴于光電極2的材料和結(jié)晶缺陷等，因此，優(yōu)選根據(jù)使用的光半導(dǎo)體而適當(dāng)選擇。光電極2的光半導(dǎo)體層能夠通過濺射、蒸鍍、旋轉(zhuǎn)涂層等各種方法來成膜，對成膜方法沒有限定。需要說明的是，在本實施方式中，光電極2的光半導(dǎo)體使用η型半導(dǎo)體，但也可以使用P型半導(dǎo)體。在該情況下，從光電極2產(chǎn)生氫，從導(dǎo)電體3產(chǎn)生氧，因此，從氣體排出口 5排出氫，從氣體排出口 6排出氧。 在光電極2的光半導(dǎo)體層由其他層擔(dān)載的結(jié)構(gòu)的情況下，其他層與導(dǎo)電體3相接。 從而，以不妨礙光電極2與導(dǎo)電體3的電連接的方式在其他層使用金屬材料。該金屬材料優(yōu)選以與光電極2使用的光半導(dǎo)體歐姆接合的方式使用費(fèi)米能級高的金屬材料。作為這種金屬材料，可例舉Ti、Ta、&及Al等。另外，導(dǎo)電體3可以作為擔(dān)載光電極2的光半導(dǎo)體的層發(fā)揮作用。在導(dǎo)電體3的與水相接的面即表面設(shè)有沿產(chǎn)生的氣體流動的方向延伸的槽部3a。 艮口，槽部3a在設(shè)置氫氣生成裝置100的狀態(tài)下，以從下方向上方延伸的方式設(shè)置。換言之，也可以說在導(dǎo)電體3的表面設(shè)有從下方向上方連接的凹部。在本實施方式中，導(dǎo)電體3具有波紋形狀，槽部3a由波紋形狀的谷部(導(dǎo)電體的表面上的谷部)形成。導(dǎo)電體3的表面朝向下側(cè)，因此，在該 表面產(chǎn)生的氫向槽部3a集中而沿槽部3a從下方向上方移動。向上方移動的氫從氣體排出口 6向框體1的外部排出。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電體3的表面上的槽部 3a以外的區(qū)域(波紋形狀的山部等)沒有被產(chǎn)生的氣體完全覆蓋，因此，能夠抑制因產(chǎn)生的氣體導(dǎo)致的導(dǎo)電體3的表面與水的接觸面積降低，從而能夠提高氫產(chǎn)生效率。在導(dǎo)電體3中，優(yōu)選槽部3a的深度為100 μ m以上。其原因在于，當(dāng)產(chǎn)生的氣泡在浮力作用下沿導(dǎo)電體3的表面向上方移動時，氣泡的尺寸增大到可目測的程度。另外，當(dāng)槽部3a的深度為400 μ m以上時，氣泡容易直線上升而不易生長。因而，更加優(yōu)選槽部3a的深度為400nm以上。另外，由于氣泡多在直徑成為Imm以上后向上方移動，因此，更優(yōu)選槽部3a的深度為Imm以上。需要說明的是，槽部3a的深度是指導(dǎo)電體3的表面的高低差的最大值。如本實施方式的波紋形狀的情況下，槽部3a的深度與谷部和山部的高度差相當(dāng)。另外，若過于加大槽部3a的深度，則存在如下等課題，即，導(dǎo)電體3自身的厚度增加而使氫氣生成裝置100的厚度增大；當(dāng)因?qū)щ婓w3的槽部3a而在光電極2的表面顯現(xiàn)出凹凸時，因太陽光的入射角度不同在光電極2的凹的部分形成凸的部分的影子。特別是，裝置的厚度增大與進(jìn)入裝置的水量增大相關(guān)，其結(jié)果導(dǎo)致裝置整體的重量增加。假設(shè)將氫氣生成裝置100設(shè)置在屋頂，則標(biāo)準(zhǔn)的屋頂?shù)脑O(shè)置面積為22m2，每增加 Icm厚度的水，則水的重量增加220kg。由此，從重量的角度考慮，優(yōu)選氫氣生成裝置100的厚度薄。將太陽能電池以設(shè)置面積22m2排列的情況下，從達(dá)到大約300kg考慮，氫裝置100 的厚度考慮以2cm左右為界，更優(yōu)選Icm以下。從這些條件考慮，槽部的深度優(yōu)選為100 μ m以上2cm以下，更優(yōu)選400 μ m 1cm。導(dǎo)電體3通常使用金屬，但也可以使用在玻璃等絕緣基板上形成有ITO(Indium Tin Oxide)和FT0(Fluorine doped Tin Oxide)等導(dǎo)電膜的導(dǎo)電膜基板。當(dāng)由金屬形成導(dǎo)電體3時，從與光電極2的接合部成為歐姆接合的理由考慮，優(yōu)選使用例如Ti、Ta、&及 Al。導(dǎo)電體3不需要具有充分的水分解活性，但為了提高氫氣生成效率，優(yōu)選在導(dǎo)電體3的與光電極2相接的面相反側(cè)的面(表面)擔(dān)載助催化劑。圖3示出在導(dǎo)電體3的表面整體擔(dān)載助催化劑的方式(在導(dǎo)電體3的表面上設(shè)有包含助催化劑的膜11的方式)，作為在導(dǎo)電體3的表面擔(dān)載助催化劑的方式的一例。需要說明的是，圖中，7是表示在導(dǎo)電體 3側(cè)產(chǎn)生的氣體，氣體7沿槽部3a移動。由導(dǎo)電體3產(chǎn)生氫的結(jié)構(gòu)中，助催化劑優(yōu)選含有從氫產(chǎn)生過電壓低的Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、Au及Ag中選擇出的至少任一種。由導(dǎo)電體3產(chǎn)生氧的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選含有從Cu、Ni、Fe、Co及Mn中選擇出的至少任一種。另外，可以對槽部3a實施疏水性涂布。由此，促進(jìn)產(chǎn)生的氣體向槽部3a的移動， 因此，槽部3a以外的區(qū)域不易因產(chǎn)生的氣體而被覆蓋。由此，槽部3a以外的區(qū)域中，導(dǎo)電體3與水的接觸沒有受到氣體的影響，從而進(jìn)一步提高氫的產(chǎn)生效率。另外，由于導(dǎo)電體3 的槽部3a以外的區(qū)域與水接觸的可能性提高，因此，當(dāng)將擔(dān)載助催化劑的區(qū)域設(shè)定在槽部 3a以外時，能夠降低產(chǎn)生的氣體覆蓋助催化劑，從而能夠有效利用助催化劑。進(jìn)而，能夠降低助催化劑的使用量，在使用高價的助催化劑時，在成本方面有利。其次，對氫氣生成裝置100的動作進(jìn)行簡單說明。從導(dǎo)入口 4導(dǎo)入框體1內(nèi)的水通過對光電極2照射光而在被光激勵的光半導(dǎo)體作用下分解。光電極2的光半導(dǎo)體為η型半導(dǎo)體時，在光電極2的表面生成氧。在光電極2的表面生成的氧在浮力作用下向框體1 的上方移動，從設(shè)于框體1的上部的氣體排出口 5排出。另外，同時在與光電極2電連接的導(dǎo)電體3中產(chǎn)生氫，氫向槽部3a集中而沿槽部3a從下方向上方移動。向上方移動的氫從設(shè)于框體1的上部的氣體排出口 6排出。需要說明的是，在本實施方式中，使用具有波紋形狀的導(dǎo)電體3，槽部3a由波紋形狀的谷部形成。因此，槽部3a具有沿產(chǎn)生的氣體流動的方向以直線狀延伸的形狀，但本發(fā)明的槽部的形狀并沒有限定于此。對槽部作為整體觀察時，延伸的方向大致沿產(chǎn)生的氣體流動方向即可，因此，也可以曲線狀延伸。另外，槽部的延伸方向優(yōu)選與產(chǎn)生的氣體流動的方向平行，但即使為不平行的情況，只要大致沿氣體流動的方向就能夠?qū)怏w引導(dǎo)到槽部而使氣體順暢地移動到上方，因此沒有任何問題。另外，在本實施方式中，使用了具有波紋形狀的導(dǎo)電體，但并沒有限定于此，也可以在導(dǎo)電體的表面設(shè)置槽部，使與光電極相接的背面成為平面。另外，通過在槽部以外的區(qū)域設(shè)置突起，從而形成產(chǎn)生的氣體更不易覆蓋的區(qū)域，能夠進(jìn)一步提高氫產(chǎn)生效率。如此，也能夠在槽部以外的區(qū)域?qū)?dǎo)電體的形狀進(jìn)行各種變更。另外，在本實施方式中，導(dǎo)電體3與光電極2的背面相接設(shè)置，但并沒有限定于該結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電體3在框體1的內(nèi)部相對于光電極2配置在背面?zhèn)鹊膮^(qū)域，且與光電極電連接即可，例如，可以在光電極2與導(dǎo)電體3之間設(shè)置隔離物等，將光電極2和導(dǎo)電體3通過導(dǎo)線等電連接。(實施方式2)對本發(fā)明的實施方式2的氫氣生成裝置進(jìn)行說明。本實施方式的氫氣生成裝置除擔(dān)載在導(dǎo)電體上的助催化劑的形成位置不同以外，具有與實施方式1的氫氣生成裝置100 相同的結(jié)構(gòu)。因而，在此僅對助催化劑的形成位置進(jìn)行說明。圖4表示在導(dǎo)電體3的表面擔(dān)載有助催化劑21的狀態(tài)。在本實施方式中，在導(dǎo)電體3的表面的槽部3a以外的區(qū)域的一部分，在此為波紋形狀的山的峰部分設(shè)置助催化劑 21。S卩，在導(dǎo)電體3的相對于槽部3a最高的位置設(shè)置助催化劑21。在該結(jié)構(gòu)中，在不易被生成的氣體覆蓋的部分設(shè)置助催化劑21，因此，能夠在獲得設(shè)置助催化劑21所帶來的效果的同時降低助催化劑21的量。助催化劑21優(yōu)選以不易被氣體覆蓋的方式設(shè)置在槽部3a以外的區(qū)域中的最高的位置，但并沒有限定于此，只要設(shè)置在槽部3a以外的區(qū)域的至少一部分就能夠得到同樣的效果。進(jìn)而，該結(jié)構(gòu)也能夠適用于導(dǎo)電體3不具有波紋形狀的情況。例如，在平面形成有與槽部相當(dāng)?shù)牟蹠r，在槽以外的區(qū)域的一部分設(shè)置助催化劑即可，另外，也可以在槽以外的區(qū)域設(shè)置突起而在該突起上設(shè)置助催化劑。(實施方式3)對本發(fā)明的實施方式3中的氫氣生成裝置進(jìn)行說明。本實施方式的氫氣生成裝置除導(dǎo)電體的形狀及助催化劑的形成位置不同以外，具有與實施方式1的氫氣生成裝置100 相同的結(jié)構(gòu)。因此，在此僅對導(dǎo)電體的形狀及助催化劑的形成位置進(jìn)行說明。在本實施方式中，導(dǎo)電體的表面具有設(shè)有如圖5那樣的多個凹凸的形狀。該情況下，槽部通過多個凹部相互連結(jié)而沿氣體流動的方向相連而形成。
當(dāng)導(dǎo)電體為這種形狀時，優(yōu)選助催化劑配置在突起狀的凸部的前端部分。通過將助催化劑設(shè)置在這種位置，從而與實施方式1及2的氫氣生成裝置相比能夠進(jìn)一步降低助催化劑的使用量，在使用高價的助催化劑時，在成本方面有利。進(jìn)而，當(dāng)在突起狀的凸部的前端部分設(shè)置助催化劑時，能夠更可靠降低產(chǎn)生的氣體所導(dǎo)致的助催化劑的覆蓋，因此，能夠有效發(fā)揮助催化劑的功能。實施例
(實施例1)作為本發(fā)明的實施例1，制作了與實施方式1的氫氣生成裝置100具有同樣結(jié)構(gòu)的氫氣生成裝置?？蝮w僅光電極側(cè)的面由派熱克斯(注冊商標(biāo))玻璃形成，其他部分由丙烯酸樹脂形成。光電極的光半導(dǎo)體使用Ti02。作為擔(dān)載光半導(dǎo)體的金屬材料使用Ti板。首先，作為擔(dān)載光半導(dǎo)體的金屬材料，準(zhǔn)備50mmX 50mm見方、厚度0. 5mm的Ti板，在該Ti金屬板的一面通過濺射成膜厚度150nm的TiO2膜而形成光電極。對厚度0. 5mm的Ti板實施波紋凹凸加工，制作具有圖1及圖3所示的波紋形狀的 50mmX50mm見方的導(dǎo)電體。波紋凹凸加工以波紋形狀的谷部和山部的高度差(槽部的深度)為1mm、相互鄰接的谷和山之間的距離為Imm的方式進(jìn)行。在該導(dǎo)電體中，在組裝氫氣生成裝置之際成為表面的面上通過濺射成膜厚度0. 1 μ m的Pt膜作為包含助催化劑的膜。 由此，得到由波紋形狀的谷部形成槽部，且在表面設(shè)有包含助催化劑的膜的導(dǎo)電體。導(dǎo)電體的與槽部相當(dāng)?shù)牟糠值谋趁嫱ㄟ^點(diǎn)焊與光電極2的Ti板接合，從而使光電極和導(dǎo)電體一體化。以導(dǎo)電體的槽部在設(shè)置氫氣生成裝置的狀態(tài)下從下方向上方延伸的方式將光電極及導(dǎo)電體配置在框體內(nèi)。(比較例1)作為導(dǎo)電體除使用沒有被實施波紋凹凸加工的50mmX 50mm見方、厚度0. 5mm的Ti 板以外，制作了與實施例1同樣結(jié)構(gòu)的氫氣生成裝置。(實施例2)在實施例1中，在導(dǎo)電體的表面整體設(shè)置了包含助催化劑的膜，但在實施例2中， 沿著導(dǎo)電體的波紋形狀的峰通過點(diǎn)焊粘接寬度0. Olmm的Pt線。除此以外，制作了與實施例1同樣結(jié)構(gòu)的氫氣生成裝置。<光照射所實現(xiàn)的水分解實驗>對實施例1、2及比較例1的氫氣生成裝置分別進(jìn)行由光照射進(jìn)行的水分解實驗。 從框體的導(dǎo)入口導(dǎo)入水并用水充滿框體內(nèi)部，從與光電極對置的一側(cè)對氫氣生成裝置從距離30cm處照射人工太陽照明光(CERIC株式會社制、XC-100B)。對所有的氫氣生成裝置觀察光電極的表面附著氧的氣泡的情況、在導(dǎo)電體的表面附著氫的氣泡的情況。此時，目測確認(rèn)氣泡的尺寸均為直徑100 μ m左右至Imm左右。在實施例1的氫氣生成裝置中，觀察到了附著在導(dǎo)電體的表面上的氫的氣泡沿導(dǎo)電體的槽部向上方移動的情況。同樣，對實施例2的氫氣生成裝置，也觀察到了附著在導(dǎo)電體的表面上的氫的氣泡沿導(dǎo)電體的槽部向上方移動的情況。另外，在比較例1的氫氣生成裝置中，觀察到了在開始10分鐘左右，氫的氣泡覆蓋導(dǎo)電體的表面，且附著在表面的氣泡停留在導(dǎo)電體的表面上的情況。
照射光10分鐘之后，S卩，因產(chǎn)生的氫覆蓋導(dǎo)電體的表面的氫的覆蓋穩(wěn)定后，對各氫氣生成裝置使用氣體層析法算出產(chǎn)生的氫氣體量。實施例1的情況為0. 34ml/h(量子效率2. 6% )，比較例1的情況為0. 21ml/h(量子效率1. 7% )。實施例1的氫氣體量為比較例1的1. 62倍，超過了導(dǎo)電體的表面積的增加量的1. 41倍。由此，通過在導(dǎo)電體設(shè)置槽部， 提高氫產(chǎn)生效率的本發(fā)明的效果被證實。另外，實施例2的情況下為0. 30ml/h(量子效率 2. 3% )，為比較例1的1. 43倍 ，同樣證實了本發(fā)明的效果。當(dāng)比較實施例1和實施例2時，實施例2比實施例1的氫氣體量還少。但是，當(dāng)考慮到實施例2中，Pt量與實施例1相比大幅減少的情況時，如實施例2那樣，在導(dǎo)電體的槽部以外的一部分設(shè)置助催化劑的結(jié)構(gòu)的情況下，證實了助催化劑有效地發(fā)揮作用。根據(jù)其結(jié)果可知，尤其從導(dǎo)電體產(chǎn)生氫時，作為助催化劑合適的氫產(chǎn)生過電壓低的助催化劑通常為貴金屬，因此，僅在導(dǎo)電體的一部分設(shè)置助催化劑的情況從成本方面考慮有利。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的氫氣生成裝置由于提高光的照射的氫氣生成效率，能夠用作向燃料電池供給氫的裝置，因此也能夠用于家庭用的發(fā)電系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種氫氣生成裝置，其具有框體，其內(nèi)部能夠保持液體且至少一部分能夠透光； 電解液，其被保持在所述框體的內(nèi)部且含有水；光電極，其配置在所述框體的內(nèi)部，具有與所述電解液相接的第一面，且通過照射透過所述框體的光來分解所述水而產(chǎn)生氣體；導(dǎo)電體，其配置在所述框體的內(nèi)部，且配置在所述光電極的所述第一面的相反側(cè)的第二面?zhèn)鹊膮^(qū)域，且具有與所述電解液相接的面，并且該導(dǎo)電體與所述光電極電連接，在所述導(dǎo)電體的與所述電解液相接的所述面上設(shè)有沿產(chǎn)生的所述氣體流動的方向延伸的槽部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣生成裝置，其中，所述槽部具有沿產(chǎn)生的所述氣體流動的方向以直線狀延伸的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫氣生成裝置，其中，所述導(dǎo)電體具有波紋形狀，所述槽部由所述波紋形狀的谷部形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣生成裝置，其中，在所述導(dǎo)電體的與所述電解液相接的所述面上設(shè)有多個凹部， 所述槽部通過所述多個凹部相互連結(jié)而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣生成裝置，其中， 所述導(dǎo)電體由金屬形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫氣生成裝置，其中， 所述導(dǎo)電體由Ti、Ta、&或Al形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣生成裝置，其中， 所述槽部的深度為100 μ m以上2cm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣生成裝置，其中，在所述導(dǎo)電體中所述槽部以外的區(qū)域的至少一部分設(shè)有助催化劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫氣生成裝置，其中，所述助催化劑含有從Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、Au、Ag、Cu、Ni、Fe、Co及Mn中選擇出的至少任一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣生成裝置，其中， 在所述導(dǎo)電體中所述槽部以外的區(qū)域設(shè)有突起。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氫氣生成裝置，其中， 在所述突起上設(shè)有助催化劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣生成裝置，其中， 所述槽部被實施了疏水性涂布。
全文摘要
氫氣生成裝置(100)具有框體(1)，其內(nèi)部能夠保持液體且至少一部分能夠透光；電解液，其被保持在框體(1)的內(nèi)部且含有水；光電極(2)，其配置在框體(1)的內(nèi)部，具有與所述電解液相接的第一面，并通過照射透過框體(1)的光來分解所述水而產(chǎn)生氣體；導(dǎo)電體(3)，其在框體(1)的內(nèi)部相對于光電極(2)配置在與所述第一面相反側(cè)的第二面?zhèn)鹊膮^(qū)域，且具有與所述電解液相接的面，并且該導(dǎo)電體(3)與光電極(2)電連接。在導(dǎo)電體(3)與所述電解液相接的所述面上設(shè)有沿產(chǎn)生的所述氣體流動的方向延伸的槽部(3a)。
文檔編號C25B9/00GK102369312SQ20108000986
公開日2012年3月7日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者德弘憲一, 德滿修三, 羽藤一仁, 谷口昇, 野村幸生, 鈴木孝浩, 黑羽智宏 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社