(57)【要約】【課題】極性官能基を含む置換基を備える液体の環状有機ハイドライドの脱水素反応を従来よりも効率的に行い得る脱水素装置を提供する。【解決手段】脱水素装置は、脱水素触媒を含むアノードと、プロトンを還元する触媒を含むカソードと、アノード及びカソードの間に配置されたプロトン伝導体と、アノードに極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドを供給する第１の供給器と、カソードにカソード流体を供給する第２の供給器と、アノード及びカソードに電圧を印加する電圧印加器と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水素触媒を含むアノードと、
プロトンを還元する触媒を含むカソードと、
前記アノード及び前記カソードの間に配置されたプロトン伝導体と、
前記アノードに極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドを供給する第１の供給器と、
前記カソードにカソード流体を供給する第２の供給器と、
前記アノード及び前記カソードに電圧を印加する電圧印加器と、を備える、脱水素装置。
【請求項２】
前記第１の供給器は、前記極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドと前記極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドよりも粘性の低い液体の有機化合物とを含む混合液を前記アノードに供給する、請求項１記載の脱水素装置。
【請求項３】
前記極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドは、シクロヘキサンメタノールである、請求項１または２記載の脱水素装置。
【請求項４】
前記第１の供給器は、前記環状有機ハイドライドと非極性の有機ハイドライドを含む混合液を前記アノードに供給する、請求項１記載の脱水素装置。
【請求項５】
前記非極性の有機ハイドライドは、シクロヘキサンである、請求項４記載の脱水素装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は脱水素装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
芳香族化合物の水素化を行い、水素を有機ハイドライド（水素化芳香族化合物）の形で貯蔵及び運搬する技術が知られている。逆に、有機ハイドライドから水素を取り出すための有機ハイドライドの脱水素反応の開発も行われている。例えば、特許文献１では、ペロブスカイト型プロトン伝導体を用い、１００℃以上、３００℃以下の温度域で有機ハイドライドの脱水素を行う装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６５０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来例は、極性官能基を含む置換基を備える液体の環状有機ハイドライドの脱水素反応の高効率化については十分に検討されていない。
【０００５】
本開示の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、極性官能基を含む置換基を備える液体の環状有機ハイドライドの脱水素反応を従来よりも効率的に行い得る脱水素装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本開示の一態様の脱水素装置は、脱水素触媒を含むアノードと、プロトンを還元する触媒を含むカソードと、前記アノード及び前記カソードの間に配置されたプロトン伝導体と、前記アノードに極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドを供給する第１の供給器と、前記カソードにカソード流体を供給する第２の供給器と、前記アノード及び前記カソードに電圧を印加する電圧印加器と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様の脱水素装置は、極性官能基を含む置換基を備える液体の環状有機ハイドライドの脱水素反応を従来よりも効率的に行い得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態の脱水素装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、シクロヘキサンメタノールの構造式を示す図である。
【図３】図３は、実施例の脱水素装置で行われた実験結果の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施例の脱水素装置で行われた実験結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
有機ハイドライドの脱水素反応（吸熱反応）では、一般的に、有機ハイドライドを沸点以上に加熱することが多い。例えば、極性官能基を備えない非極性の有機ハイドライドは、電気二重層の形成が容易でない。このため、非極性の有機ハイドライドを沸点以上に加熱せずに液体の有機ハイドライドを脱水素装置のアノードに供給しても、有機ハイドライドの脱水素反応が生じない。
【００１０】
しかし、極性を備える有機ハイドライドは、非極性の有機ハイドライドに比べて電気二重層の形成が容易である。このため、発明者らは、極性を備える有機ハイドライドを液体のまま脱水素装置のアノードに供給する場合は、液体の有機ハイドライドに電気二重層が形成されることにより、有機ハイドライドの脱水素反応が起こる可能性があるのではないかと判断し、以下の本開示の一態様に到達した。
【００１１】
すなわち、本開示の第１の態様の脱水素装置は、このような知見に基づいて案出できたものであり、脱水素触媒を含むアノードと、プロトンを還元する触媒を含むカソードと、アノード及びカソードの間に配置されたプロトン伝導体と、アノードに極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドを供給する第１の供給器と、カソードにカソード流体を供給する第２の供給器と、アノード及びカソードに電圧を印加する電圧印加器と、を備える。
【００１２】
かかる構成によると、本態様の脱水素装置は、極性官能基を含む置換基を備える液体の環状有機ハイドライド（以下、必要に応じて、「環状有機ハイドライド液体」と略す場合がある）の脱水素反応を従来よりも効率的に行い得る。つまり、発明者らは、環状有機ハイドライド液体と、アノード及びカソード間の電圧印加とを組み合わせることにより、沸点以上に加熱しなくても環状有機ハイドライド液体の脱水素反応が起こることを見出した。これにより、室温状態であっても、環状有機ハイドライド液体から水素を適切に脱離させることができる。よって、環状有機ハイドライド液体の脱水素反応を高効率に行い得る。
【００１３】
本開示の第２の態様の脱水素装置は、第１の態様の脱水素装置において、第１の供給器は、極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドと極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドよりも粘性の低い液体の有機化合物とを含む混合液を前記アノードに供給してもよい。
【００１４】
環状有機ハイドライド液体は粘性が高いほど、電極との界面における反応抵抗が増加する。すると、環状有機ハイドライド液体の電極反応の低下につながる。
【００１５】
そこで、本態様の脱水素装置は、環状有機ハイドライド液体と上記の粘性の低い液体の有機化合物とを含む混合液をアノードに供給することにより、環状有機ハイドライド液体の電極反応を円滑に行うことで、脱水素を高効率に行い得る。
【００１６】
本開示の第３の態様の脱水素装置は、第１の態様又は第２の態様の脱水素装置において、極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドは、シクロヘキサンメタノールであってもよい。
【００１７】
例えば、シクロヘキサンメタノールの水素脱離に必要なエネルギーは、約２４０ｋＪ／ｍｏｌであるが、本態様の脱水素装置は、室温状態でシクロヘキサンメタノールから水素を脱離できるので、水素脱離に必要なエネルギーを低減できる。
【００１８】
本開示の第４の態様の脱水素装置は、第１の態様の脱水素装置において、第１の供給器は、極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドと非極性の有機ハイドライドを含む混合液をアノードに供給してもよい。また、本開示の第５の態様の脱水素装置は、第４の態様の脱水素装置において、非極性の有機ハイドライドは、シクロヘキサンであってもよい。
【００１９】
例えば、非極性の有機ハイドライドの一例のシクロヘキサンは低粘度（例えば、１７°で１．０２ｃｐ程度）である。よって、本態様の脱水素装置は、このような低粘度の非極性の有機ハイドライドを、環状有機ハイドライド液体に混合することで、第２の態様の脱水素装置と同様に、環状有機ハイドライド液体の脱水素反応を高効率に行い得る。
【００２０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。よって、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。
【００２１】
（実施形態）
［装置構成］
図１は、実施形態の脱水素装置の一例を示す図である。
【００２２】
図１に示す例では、脱水素装置１００は、アノード１０と、カソード１１と、プロトン伝導体１２と、有機ハイドライド供給系２０と、カソード流体供給系３０と、電圧印加器４０と、を備える。
【００２３】
有機ハイドライド供給系２０は、第１のタンク２１と、第１の供給器２２と、を備える。カソード流体供給系３０は、第２のタンク３１と、第２の供給器３２と、を備える。
【００２４】
なお、本実施形態の脱水素装置では、アノード１０、カソード１１及びプロトン伝導体１２を備える積層体が容器内を区画するように配置されている。そして、容器のアノード１０側の領域が、環状有機ハイドライド液体が流入するアノード室１５を構成し、容器のカソード１１側の領域が、カソード流体が流入するカソード室１６を構成しているが、これに限定されない。例えば、プロトン伝導体１２が、湿潤状態でなくてもプロトン伝導性を示す部材であれば、必ずしもカソード室１６にカソード流体を流入させる必要はない。
【００２５】
なお、本明細書において、「環状有機ハイドライド液体」とは、上記のとおり、極性官能基を含む置換基を備える液体の環状有機ハイドライドのことをいうが、極性官能基を含む置換基を備える環状有機ハイドライドの詳細は後で説明する。
【００２６】
アノード１０は、脱水素触媒を含む電極である。アノード１０は、脱水素触媒を含む電極であれば、どのような構成であってもよい。脱水素触媒に、例えば、触媒金属として白金（Ｐｔ）が含まれているが、これに限定されない。触媒の担体としては、例えば、カーボン等を挙げることができる。
【００２７】
カソード１１は、プロトンを還元する触媒を含む電極である。カソード１１は、プロトンを還元する触媒を含む電極であれば、どのような構成であってもよい。プロトンを還元する触媒に、例えば、触媒金属として白金（Ｐｔ）が含まれているが、これに限定されない。触媒の担体としては、例えば、カーボン等を挙げることができる。
【００２８】
プロトン伝導体１２は、アノード１０及びカソード１１の間に配置されている。具体的には、アノード１０は、プロトン伝導体１２の一方の主面に設けられ、カソード１１は、プロトン伝導体１２の他方の主面に設けられている。
【００２９】
プロトン伝導体１２は、プロトン伝導性を備える部材であれば、どのような構成であってもよい。プロトン伝導体１２として、例えば、ペロブスカイト型プロトン伝導体、高分子電解質膜等を挙げることができる。前者は、特許文献１に開示されているペロブスカイト型プロトン伝導体等を用いることができる。後者は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）等を用いることができる。
【００３０】
第１の供給器２２は、アノード１０に環状有機ハイドライド液体を供給する。第１の供給器２２は、アノード１０に、上記の環状有機ハイドライド液体を供給できれば、どのような構成であってもよい。
【００３１】
第１の供給器２２は、アノード１０に供給する環状有機ハイドライド液体の流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器及び流量調整弁により構成されている。ただし、昇圧器として、例えば、容積型ポンプを用いる場合は、容積型ポンプのみで構成しても構わない。
【００３２】
また、本実施形態の脱水素装置１００では、有機ハイドライド供給配管が、第１のタンク２１内の環状有機ハイドライド液体の液面よりも下方からアノード１０を収容するアノード室１５の入口まで延伸しており、この有機ハイドライド供給配管に、上記の第１の供給器２２が設けられている。
【００３３】
なお、アノード室１５を通過した環状有機ハイドライド液体は、環状有機ハイドライド液体の脱水素反応で発生する芳香族化合物を含む。アノード室１５を通過した環状有機ハイドライド液体は、アノード室１５の出口から延伸する有機ハイドライド排出配管と通じて第１のタンク２１に戻してもよいし、図示しない他のタンクに送ってもよい。芳香族化合物は、水素化を行うことで環状有機ハイドライド液体として再利用することができる。
【００３４】
次に、極性官能基を含む置換基を備える環状有機ハイドライドについて説明する。
【００３５】
極性を備える環状有機ハイドライド（水素化芳香族化合物）とは、極性官能基を備える環状有機ハイドライドをいう。
【００３６】
環状有機ハイドライド（水素化芳香族化合物）は、芳香族化合物に水素が結合することによって、水素を貯蔵した状態にある化合物である。「環状有機ハイドライド（水素化芳香族化合物）」とは、芳香族化合物の全ての炭素−炭素二重結合に水素が付加された化合物であり、分子内に炭素−炭素不飽和結合を含まない。「極性官能基を備える環状有機ハイドライド（水素化芳香族化合物）」における芳香族化合物は、単環芳香族化合物のベンゼン及びベンゼンに極性官能基がついたフェノール、ベンジルアルコール、Ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、シクロヘキサンカルボキシアルデヒド等が含まれで、多環芳香族化合物の１−ナフトール、２−ナフトール、２−アントラセノール、９−アントロール等が含まれる。
【００３７】
極性官能基を含む置換基を備える環状有機ハイドライド（水素化芳香族化合物）として用いことができる化合物は、例えば、シクロヘキサノール、シクロヘキサンメタノール、シクロヘキサンカルボキシアルデヒド、２，３−ジメチルシクロヘキサノール、２，２−ジメチルシクロヘキサノール等である。また、水素が結合した化合物及び水素が脱離した化合物が、融点、沸点、燃焼性等の観点で、ガソリン等の石油類に属する化合物として取り扱いが可能であることが好ましい。
【００３８】
第２の供給器３２は、カソード１１にカソード流体を供給する。第２の供給器３２は、カソード１１に、カソード流体を供給できれば、どのような構成であってもよい。例えば、プロトン伝導体として、高分子電解質膜を用いる場合、この高分子電解質膜は、湿潤状態でプロトン伝導性を示す。よって、この場合、脱水素装置１００は、カソード流体を加湿する加湿器を備える。かかる加湿器はカソード流体を加湿できれば、どのような構成であってもよい。
【００３９】
そこで、本実施形態の脱水素装置１００では、カソード流体を加湿するのにバブリング方式を用いている。
【００４０】
具体的には、第２のタンク３１は、液体の水を収容するバブリングタンクであり、このバブリングタンクがカソード流体を加湿する加湿器として機能する。第２の供給器３２は、バブリングタンク内の水にバブリング方式のキャリアガスを供給する際のキャリアガスの流量を調整する機器である。第２の供給器３２として、例えば、マスフローコントローラ、流量調整弁等を挙げることができる。
【００４１】
ここでは、バブリング方式のキャリアガスとして不活性ガスを用いている。これにより、カソード流体は不活性ガスを含む。また、カソード流体中には、所定量の水蒸気が含まれている。なお、不活性ガスとして、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の希ガスを挙げることができる。
【００４２】
図１に示すように、図示しない不活性ガス源（例えば、不活性ガスボンベ等）からバブリングタンクの上壁部を気密に貫通し、水中にまで延伸する不活性ガス供給配管上に、上記の第２の供給器３２が設けられている。また、上記のカソード流体が流れるカソード流体供給配管が、バブリングタンクの上部空間の適所からバブリングタンクの上壁部を気密に貫通し、カソード１１が収容されたカソード室１６の入口にまで延伸している。更に、カソード室１６の出口から延伸するカソード流体排出配管を通じて、カソード流体が脱水素装置から外部へ排出されている。なお、カソード室１６の出口から排出されるカソード流体は、環状有機ハイドライド液体の脱水素反応で得られる水素ガスを含む。
【００４３】
このようにして、本実施形態の脱水素装置１００では、水を不活性ガスでバブリングすることで、カソード流体が加湿された後、バブリングタンクから供給されるカソード流体が、カソード室１６を通過するとき、カソード流体がカソード１１に接触する。すると、カソード流体中の水蒸気がカソード１１からプロトン伝導体１２に供給される。
【００４４】
電圧印加器４０は、アノード１０及びカソード１１に電圧を印加する。具体的には、電圧印加器４０の高電位側端子が、アノード１０に接続され、電圧印加器４０の低電位側端子が、カソード１１に接続されている。電圧印加器４０は、アノード１０及びカソード１１の間に所望の電圧を印加できれば、どのような構成であってもよい。アノード１０及びカソード１１の間に印加される電圧の具体例は実施例で説明する。
【００４５】
（実施例）
［実験装置］
本実施例の脱水素装置１００では、バブリング方式のキャリアガスとして不活性ガスの一例であるアルゴンガスを用いた。また、第１の供給器２２として、容積型ポンプを用い、第２の供給器３２として、マスフローコントローラを用いた。
【００４６】
また、環状有機ハイドライド液体として、東京化成工業株式会社製のシクロヘキサンメタノール（図２参照）を用いた。なお、シクロヘキサンメタノール（Ｃ６Ｈ１１ＣＨ２ＯＨ）は、ヒドロキシル基（-ＯＨ）を含むヒドロキシメチル基（-ＣＨ２ＯＨ）を備える環状有機ハイドライドである。つまり、ヒドロキシル基が極性官能基であり、ヒドロキシメチル基が極性官能基を含む置換基である。また、シクロヘキサンメタノールは、常温で液体である。
【００４７】
評価セルには、エフシー開発株式会社製のＪＡＲＩ標準セルが用いられ、その仕様は以下の通りである。
・プロトン伝導体１２：電極面積が５０ｍｍ角であるＮａｆｉｏｎＮＲ−２１２（厚みが約５０μｍ）
・アノード１０：０．５ｍｇ／ｃｍ２５０ｗｔ％のカーボン担持のＰｔ電極
・カソード１１：０．５ｍｇ／ｃｍ２５０ｗｔ％のカーボン担持のＰｔ電極
また、脱水素装置の環境温度を室温に保ち、カソード流体供給系におけるアルゴンガスの流速を２００ｓｃｃｍに設定した。また、アノードにおける液体流速は１ｓｃｃｍであった。
【００４８】
更に、電圧印加器４０により、時間の経過とともに一定の比率（ここでは、約０．１Ｖ）で階段状に上昇する電圧Ｅ（Ｖ）を、評価セルに印加した。
【００４９】
また、カソード流体排出配管には、図示しない適宜の質量分析計（例えば、キャノンアネルバ株式会社製の四重極型質量分析計（Ｑ−Ｍａｓｓ））を設けた。
【００５０】
なお、本実験の測定システムは、プリンストン・アプライド・リサーチ社のポテンショ／ガルバノスタット（Versa STAT4）を用い、測定プログラムは、Versa Studioを用いた。
【００５１】
［実験方法及び実験結果］
図３及び図４は、実施例の脱水素装置で行われた実験結果の一例を示す図である。
【００５２】
なお、以下の脱水素装置１００の実験方法（動作）は、図示しない制御器の制御プログラムにより行われても構わない。ただし、以下の動作を制御器で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部又は全部の動作を行っても構わない。また、制御器は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。制御器は、例えば、演算回路と、制御プログラムを記憶する記憶回路と、を備える。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等が例示される。記憶回路として、例えば、メモリが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００５３】
まず、脱水素装置１００の温度を低温（例えば、常温）に保ち、有機ハイドライド供給配管を通じて、第１の供給器２２から液体のシクロヘキサンメタノールをアノード室１５に供給するとともに、バブリングタンクからカソード流体供給配管を通じて、カソード流体をカソード室１６に供給する。
【００５４】
このとき、電圧印加器４０により、評価セルのアノード１０とカソード１１の間に、階段状に上昇する電圧Ｅ（Ｖ）（図示せず）が印加される。
【００５５】
すると、電圧Ｅ（Ｖ）が上昇するタイミングで、シクロヘキサンメタノールに電気二重層が形成される。つまり、電圧Ｅ（Ｖ）による電場形成に従って、シクロヘキサンメタノール内の荷電粒子（電子とプロトン）が移動する結果、カソード１１及びアノード１０のそれぞれに正負の荷電粒子が対を形成し層状に並ぶ。
【００５６】
この電気二重層の形成は、図３の電流Ｉ（Ａ）の上昇により確認することができる。図３では、横軸に電圧Ｅ（ｍＶ）を取り、縦軸に、電圧Ｅ（ｍＶ）の上昇タイミングとほぼ同時に生じる電流パルス（図示せず）の時間積分の単位時間あたりの平均である電流Ｉ（Ａ）を取っている。そして、階段状に上昇した後の電圧Ｅ（ｍＶ）に対応する電流Ｉ（Ａ）が、図３にプロットされている。
【００５７】
上記の電気二重層がシクロヘキサンメタノールに形成されることで、シクロヘキサンメタノールから水素が脱離する脱水素反応が起こる。
【００５８】
具体的には、アノード１０では、シクロヘキサンメタノール（Ｃ６Ｈ１１ＣＨ２ＯＨ）が、例えば、８個の電子及びプロトン（Ｈ＋）を遊離してベンズアルデヒド（Ｃ６Ｈ５ＣＨＯ）となる（式（１））。つまり、有機ハイドライド排出配管を通過する環状有機ハイドライド液体は、脱水素反応に利用されなかったシクロヘキサンメタノール（Ｃ６Ｈ１１ＣＨ２ＯＨ）の他、シクロヘキサンメタノール（Ｃ６Ｈ１１ＣＨ２ＯＨ）の脱水素反応で生じるベンズアルデヒド（Ｃ６Ｈ５ＣＨＯ）を含む。本ベンズアルデヒド（Ｃ６Ｈ５ＣＨＯ）は水素化を行うことで再利用できる。
【００５９】
遊離した電子は、電圧印加器４０を介してカソード１１へと移動する。プロトンは、プロトン伝導体１２からカソード１１に移動する。
【００６０】
カソード１１では、プロトンと電子とによる還元反応が行われ、水素ガスが生成される（式（２））。つまり、全反応式は、以下の式（３）で表される。
【００６１】
Ｃ６Ｈ１１ＣＨ２ＯＨ→Ｃ６Ｈ５ＣＨＯ＋８Ｈ＋＋８ｅ−・・・（１）
２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２・・・（２）
Ｃ６Ｈ１１ＣＨ２ＯＨ→Ｃ６Ｈ５ＣＨＯ＋４Ｈ２・・・（３）
なお、カソード室１６のカソード１１にカソード流体を供給することで、プロトン伝導体１２（高分子電解質膜）を湿潤状態に保つことができるとともに、プロトンの還元で得られる水素を、カソード流体排出配管を通じてカソード流体とともに外部へ取り出すことができる。
【００６２】
そこで、カソード流体排出配管に設けられた四重極型質量分析計により、シクロヘキサンメタノールの脱水素反応で得られるカソード流体中の水素の同定及びこの水素に対応するＱ−Ｍａｓｓ電流（Ａ）の測定（図４参照）を行った。
【００６３】
その結果、図４で示されたＱ−Ｍａｓｓ電流（Ａ）の適時の急上昇により、液体のシクロヘキサンメタノールの脱水素反応によってシクロヘキサンメタノールから水素が脱離することを確認することができた。
【００６４】
以上のとおり、本実施形態の脱水素装置１００は、極性官能基を含む置換基を備える液体の環状有機ハイドライドの脱水素反応を従来よりも効率的に行い得る。つまり、発明者らは、このような環状有機ハイドライド液体を、沸点以上に加熱しなくても環状有機ハイドライド液体の脱水素反応が起こることを実験で検証した。これにより、室温状態であっても、環状有機ハイドライド液体から水素を適切に脱離させることができる。よって、環状有機ハイドライド液体の脱水素反応を高効率に行い得る。例えば、シクロヘキサンメタノールの水素脱離に必要なエネルギーは、約２４０ｋＪ／ｍｏｌであるが、本実施形態の脱水素装置１００は、室温状態でシクロヘキサンメタノールから水素を脱離できるので、水素脱離に必要なエネルギーを低減できる。
【００６５】
また、以上のように、極性官能基を含む置換基を備える環状有機ハイドライド液体の脱水素反応は、環状有機ハイドライド液体が電解質及びＤＤＱ等の脱水素剤を含有せずに行い得ることが分かった。よって、本実施形態の脱水素装置１００は、電解質及び脱水素剤を使わずに済む可能性、電解質及び脱水素剤の使用量を減らせる可能性がある。但し、環状有機ハイドライド液体が電解質及び脱水素剤を含有すると、環状有機ハイドライド液体の脱水素反応に必要な電力を低減できる可能性がある。
【００６６】
（第１変形例）
本変形例の脱水素装置１００は、実施形態の脱水素装置１００において、第１の供給器２２は、極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドと極性官能基を含む置換基を備える、液体の環状有機ハイドライドよりも粘性の低い液体の有機化合物とを含む混合液をアノード１０に供給する。つまり、第１のタンク２１は、このような混合液を収容する。
【００６７】
上記の粘性の低い液体の有機化合物として、例えば、ニトリル系溶媒、アルコール系溶媒等を挙げることができる。例えば、アセトニトリル、メチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）、エタノール、メタノール等を用いることができる。
【００６８】
環状有機ハイドライド液体は粘性が高いほど、電極との界面における反応抵抗が増加する。すると、環状有機ハイドライド液体の電極反応の低下につながる。
【００６９】
そこで、本変形例の脱水素装置１００は、環状有機ハイドライド液体と上記の粘性の低い液体の有機化合物とを含む混合液をアノード１０に供給することにより、環状有機ハイドライド液体の電極反応を円滑に行うことで、脱水素を高効率に行い得る。
【００７０】
本変形例の脱水素装置１００は、上記特徴以外は、実施形態の脱水素装置１００と同様であってもよい。
【００７１】
（第２変形例）
本変形例の脱水素装置１００は、実施形態の脱水素装置１００において、第１の供給器２２は、環状有機ハイドライド液体と非極性の有機ハイドライドを含む混合液をアノード１０に供給する。つまり、第１のタンク２１は、このような混合液を収容する。
【００７２】
非極性の有機ハイドライドとして、例えば、ＭＣＨ、シクロヘキサン等を用いることができる。
【００７３】
例えば、非極性の有機ハイドライドの一例のシクロヘキサンは、低粘度（例えば、１７°で１．０２ｃｐ程度）である。よって、本変形例の脱水素装置１００は、このような低粘度の非極性の有機ハイドライドを環状有機ハイドライド液体に混合することで、第１変形例の脱水素装置１００と同様に、環状有機ハイドライド液体の脱水素反応を高効率に行い得る。
【００７４】
本変形例の脱水素装置１００は、上記特徴以外は、実施形態の脱水素装置１００と同様であってもよい。
【００７５】
なお、実施形態、実施形態の実施例、実施形態の第１変形例及び実施形態の第２変形例は、互いに相手を排除しない限り、互いに組合せても構わない。
【００７６】
上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良及び他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本開示の一態様は、極性官能基を含む置換基を備える液体の環状有機ハイドライドの脱水素反応を従来よりも効率的に行い得る脱水素装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０    ：アノード
１１    ：カソード
１２    ：プロトン伝導体
１５    ：アノード室
１６    ：カソード室
２０    ：有機ハイドライド供給系
２１    ：第１のタンク
２２    ：第１の供給器
３０    ：カソード流体供給系
３１    ：第２のタンク
３２    ：第２の供給器
４０    ：電圧印加器
１００  ：脱水素装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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