JP2002216776A - Photo-electrochemical device - Google Patents

Photo-electrochemical device

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JP2002216776A
JP2002216776A JP2001010077A JP2001010077A JP2002216776A JP 2002216776 A JP2002216776 A JP 2002216776A JP 2001010077 A JP2001010077 A JP 2001010077A JP 2001010077 A JP2001010077 A JP 2001010077A JP 2002216776 A JP2002216776 A JP 2002216776A
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JP
Japan
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electrode
hydrogen
pole
proton
photoelectrochemical device
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Application number
JP2001010077A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Hikuma
弘一郎 日隈
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Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photo-electrochemical device as a clean energy device having high energy conversion efficiency permitting charging with light energy. SOLUTION: The photo-electrochemical device comprises a hydrogen pole 1 as a first pole, an oxygen pole 2 as a second pole out of which electrochemical energy is picked in a space to the hydrogen pole 1 and a photoelectric pole 6 as a third pole, the photoelectric pole 6 as the third pole being formed of an organic material having photoelectron exciting ability such as a ruthenium complex (tris(2,2'-bipyridine) ruthenium (II)) for accelerating the pick-out of the electrochemical energy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、光電気化学デバイ
スに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoelectrochemical device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気化学デバイスとしての例えば燃料電
池は、水素と酸素の反応から電気エネルギーを取り出す
デバイスであり、エネルギー変換効率が高いというメリ
ットに加え、反応によって生じる生成物は水のみである
ということから完全にクリーンなエネルギーデバイスと
して注目を浴びている。
2. Description of the Related Art For example, a fuel cell as an electrochemical device is a device for extracting electric energy from the reaction between hydrogen and oxygen. In addition to the advantage of high energy conversion efficiency, the only product produced by the reaction is water. As a result, it is drawing attention as a completely clean energy device.

【0003】ここで重要なことは、燃料電池に用いる水
素をいかに得るかという点である。現在、水素は工業的
に天然ガスやその他の燃料から化学的に改質及び製造さ
れている。また、近い将来に向けての実用化を目指し、
開発が盛んに行われている自動車用の燃料電池システム
に供給される水素は、自動車内部にメタノール或いはガ
ソリンといった燃料のタンクを備え、自動車内部で使用
時に燃料を改質して水素を供給するシステムが検討され
ている。
An important point here is how to obtain hydrogen used for a fuel cell. Currently, hydrogen is chemically reformed and produced industrially from natural gas and other fuels. Also, aiming for practical use in the near future,
Hydrogen supplied to the fuel cell system for automobiles, which is being actively developed, has a fuel tank such as methanol or gasoline inside the automobile, and reforms the fuel when used inside the automobile to supply hydrogen. Is being considered.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法による水素の製造は、燃料の改質時等に二酸化炭
素を生じるため、燃料電池自体はクリーンと言えるが、
システムをトータルで考えると必ずしもクリーンとは言
えない。もちろん、直接これらの燃料によって(熱)エ
ネルギーを得、それを元に動力や電力を得るシステムと
比較すると、上述したシステムは効率が向上したエネル
ギー変換となるため、同じエネルギーを得る際の二酸化
炭素放出量は低くなる。しかし、いずれにしても根本的
な問題解決にはなっていない。
However, the production of hydrogen by the above-described method produces carbon dioxide during reforming of the fuel, and so the fuel cell itself can be said to be clean.
It is not always clean when considering the system as a whole. Of course, when compared to a system that obtains (thermal) energy directly from these fuels and obtains power and electric power based on it, the above-mentioned system is an energy conversion with improved efficiency. Emissions are lower. However, it has not solved the fundamental problem anyway.

【0005】二酸化炭素等を発生させずに、クリーンな
システムによって水素を得る方法で、最も好ましいの
は、水から水素を製造する方法である。水は燃料電池等
の反応生成物であることからも分かるように、エネルギ
ーの低い安定な状態の物質である。従って、水から水素
というエネルギーの高い物質を取り出すためには、天然
ガスやメタノール等の燃料を用いた水素製造時に必要な
エネルギー量よりも、比較的大きなエネルギーを要する
ため技術的にも難しい。しかしながら、究極のクリーン
なエネルギーシステムを創るためには、水から水素を取
り出し、その水素から燃料電池等の電気化学デバイスを
用いて電気化学エネルギーを取り出すという一連の技術
が最も好ましいと考えられる。
[0005] A method for obtaining hydrogen by a clean system without generating carbon dioxide or the like, and most preferable is a method for producing hydrogen from water. Water is a stable substance with low energy, as can be seen from reaction products of fuel cells and the like. Accordingly, it is technically difficult to extract a high-energy substance called hydrogen from water, which requires a relatively large amount of energy compared to the amount of energy required when producing hydrogen using a fuel such as natural gas or methanol. However, in order to create the ultimate clean energy system, a series of techniques for extracting hydrogen from water and extracting electrochemical energy from the hydrogen using an electrochemical device such as a fuel cell is considered to be most preferable.

【0006】水から水素を製造するには、例えば燃料電
池と同じデバイスを用い、そのデバイスに外部から電気
エネルギーを加えることで達成することができる。そし
て、デバイスに外部から加える電気エネルギーもクリー
ンな方法で製造されたものであることが好ましい。その
候補のひとつが太陽電池である。太陽電池は無限に降り
注ぐ太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換す
るデバイスであり、これもクリーンエネルギーデバイス
のひとつであるが、光が存在しないと電気を得ることが
できないといった経時的な変動性が欠点のひとつであ
る。これら燃料電池と太陽電池とを単純に結線すれば燃
料電池の光充電が可能となる。しかしながら、このよう
な単純な結線だけでは、エネルギー変換効率は燃料電池
と太陽電池それぞれの効率を夫々反映したものとなり、
全体としてのエネルギー変換効率は夫々の効率よりも低
くなってしまうため、必ずしも組み合わせたメリットが
あるとは言えない。
[0006] Production of hydrogen from water can be achieved, for example, by using the same device as a fuel cell and externally applying electric energy to the device. It is preferable that the electric energy applied to the device from the outside is also manufactured by a clean method. One of the candidates is a solar cell. A solar cell is a device that converts light energy from the sun that falls infinitely into electric energy, and is also one of the clean energy devices.However, there is a variability over time such that electricity cannot be obtained without light. One of the drawbacks. If these fuel cells and solar cells are simply connected, light charging of the fuel cells becomes possible. However, with only such a simple connection, the energy conversion efficiency reflects the efficiencies of the fuel cell and the solar cell, respectively.
Since the energy conversion efficiency as a whole is lower than the respective efficiencies, it cannot be said that there is always a merit in combination.

【0007】本発明は、前記した問題点を解決するため
になされたものであって、その目的は、クリーンなエネ
ルギーデバイスであり、光エネルギーによる充電が可能
な高エネルギー変換効率を有する光電気化学デバイスを
提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a clean energy device and a photoelectrochemical device having a high energy conversion efficiency capable of being charged by light energy. To provide a device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、第1極
と、この第1極との間で電気化学エネルギーが取り出さ
れる第2極と、第3極とからなり、前記第3極が光電子
励起能を有する有機材料によって構成されることによっ
て、前記電気化学エネルギーの取り出しを促進するよう
に構成されている、光電気化学デバイスに係るものであ
る。
That is, the present invention comprises a first pole, a second pole from which electrochemical energy is extracted between the first pole, and a third pole. The present invention relates to a photoelectrochemical device, which is constituted by an organic material having photoelectron excitation ability so as to promote the extraction of the electrochemical energy.

【0009】本発明によれば、前記第3極を構成する前
記光電子励起能を有する有機材料は、合成が容易であ
り、可視光内でピークが多く、また量子効率に優れてい
るので、前記第1極と、前記第2極との間での電気化学
エネルギーの取り出しを大幅に促進し、高効率な光エネ
ルギー変換が可能となる。
According to the present invention, the organic material having the photoelectron excitation ability constituting the third pole is easy to synthesize, has many peaks in visible light, and has excellent quantum efficiency. Extraction of electrochemical energy between the first electrode and the second electrode is greatly promoted, and highly efficient light energy conversion becomes possible.

【0010】また、前記第1極と、第2極との間で電気
化学エネルギーを取り出すに際し、前記光電子励起能を
有する有機材料によって構成されている前記第3極に
て、光エネルギーによって水を分解し、水素を製造し、
この生成した水素を用いることによって前記電気化学エ
ネルギーを取り出すことができるので、全体としてクリ
ーンなシステムを構築することができる。
In extracting electrochemical energy between the first electrode and the second electrode, water is applied by the light energy to the third electrode made of the organic material having photoelectron excitation ability. Decompose to produce hydrogen,
Since the electrochemical energy can be extracted by using the generated hydrogen, a clean system can be constructed as a whole.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明を更に具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on embodiments.

【0012】本発明に基づく光電気化学デバイスは、後
述するように燃料電池又は空気電池として構成されてい
ることが望ましい。
The photoelectrochemical device according to the present invention is preferably configured as a fuel cell or an air cell as described later.

【0013】また、前記第3極が、前記光電子励起能を
有する有機材料によって構成されているが、前記有機材
料自体に十分な電子伝導性がない場合には、前記第3極
に導電性材料(例えばカーボン等)を含有させて、前記
第3極の全体にわたって十分な電子伝導性を確保するこ
とも可能である。
The third pole is made of the organic material having photoelectron excitation ability. However, if the organic material itself does not have sufficient electron conductivity, the third pole may be made of a conductive material. (For example, carbon), it is also possible to secure sufficient electron conductivity throughout the third pole.

【0014】さらに、前記第3極を、前記光電子励起能
を有する有機材料と、前記導電性材料及び/又はプロト
ン伝導性の材料との複合体によって構成し、前記第3極
自体に電子伝導性及び/又はプロトン伝導性を持たせる
ことも可能である。これによって、前記第1極と、前記
第2極との間での電気化学エネルギーの取り出しをより
大幅に促進し、一層の高効率な光エネルギー変換が可能
となる。
Further, the third pole is constituted by a composite of the organic material having photoelectron excitation ability and the conductive material and / or the proton conductive material, and the third pole itself has an electron conductive property. And / or have proton conductivity. Thereby, the extraction of electrochemical energy between the first electrode and the second electrode is more greatly promoted, and light energy conversion with higher efficiency becomes possible.

【0015】前記光電子励起能を有する有機材料として
は、前記有機材料のHOMO(highest occupied molec
ular orbital:最高被占有分子軌道)のエネルギー準位
が、水の電解での酸素生成のエネルギー準位よりも高
く、LUMO(lowest unoccupied molecular orbita
l:最低空分子軌道)のエネルギー準位が、前記第1極
を構成する材料の使用時のフェルミ準位よりも低い材料
が好適に用いられる。
As the organic material having photoelectron excitation ability, HOMO (highest occupied molec) of the organic material can be used.
energy orbital (highest occupied molecular orbital) is higher than the energy level of oxygen generation in electrolysis of water, and LUMO (lowest unoccupied molecular orbita)
l: lowest empty molecular orbital) is preferably used as a material having a lower energy level than the Fermi level when the material constituting the first pole is used.

【0016】図1にエネルギー準位の関係を示すよう
に、一般的に、前記第1極を構成する材料のフェルミ準
位は水素吸収量によって変動し、水素吸収量が増加する
ほどフェルミ準位が高くなる。そして、前記第1極を構
成する材料のフェルミ準位が前記有機材料のLUMOの
エネルギー準位より高い範囲で充電が完了することにな
り、これが電池の容量を決定する要因となる。従って、
充電前においては、前記有機材料のLUMOのエネルギ
ー準位と前記第1極を構成する材料のフェルミ準位はで
きるだけ大きく離れていたほうが有利であり、或いは前
記第1極を構成する材料としては、そのフェルミ準位が
充電(水素吸収量)によってあまり変化しない材質が適
している。
As shown in FIG. 1, the Fermi level of the material constituting the first pole generally varies depending on the amount of absorbed hydrogen. As the amount of absorbed hydrogen increases, the Fermi level increases. Will be higher. Then, charging is completed in a range where the Fermi level of the material forming the first pole is higher than the LUMO energy level of the organic material, and this becomes a factor for determining the capacity of the battery. Therefore,
Before charging, it is advantageous that the LUMO energy level of the organic material and the Fermi level of the material forming the first pole are as far apart as possible, or as a material forming the first pole, A material whose Fermi level does not change much due to charging (hydrogen absorption) is suitable.

【0017】そして、上述した条件を満たす前記光電子
励起能を有する有機材料として、図1中のに示すよう
なHOMO、LUMOのエネルギー準位を有するルテニ
ウム錯体を用いることが好ましく、さらに前記ルテニウ
ム錯体の配位子構造が下記構造式(1)、(2)、
(3)、(4)、(5)及び(6)のうちの少なくとも
一つであることが好ましい。
It is preferable to use a ruthenium complex having a HOMO or LUMO energy level as shown in FIG. 1 as the organic material having the photoelectron excitation ability satisfying the above-mentioned conditions. The ligand structure is represented by the following structural formulas (1), (2),
It is preferably at least one of (3), (4), (5) and (6).

【化2】構造式(1): 構造式(2): 構造式(3): 構造式(4): 構造式(5): 構造式(6): Embedded image Structural formula (1): Structural formula (2): Structural formula (3): Structural formula (4): Structural formula (5): Structural formula (6):

【0018】前記ルテニウム錯体について更に具体的に
例示するならば、下記構造式(7)で表されるトリス
(2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)等が挙げら
れる。
More specific examples of the ruthenium complex include tris (2,2'-bipyridine) ruthenium (II) represented by the following structural formula (7).

【化3】構造式(7): Embedded image Structural formula (7):

【0019】前記光電子励起能を有する有機材料として
前記ルテニウム錯体を用いる場合、前記ルテニウム錯体
はその配位子構造の選択によってHOMO、LUMOの
エネルギー準位を大幅に調整することが可能なので、前
記第1極を構成する材料のフェルミ準位に合わせて前記
ルテニウム錯体の配位子を適宜選択することが好まし
い。例えば、前記ルテニウム錯体に代えて、図1中の
やで示すようなHOMO、LUMOのエネルギー準位
を有する材料としての例えばポルフィリン類等を用いた
場合、光エネルギー変換効率が悪くなることがあり、エ
ネルギーデバイスとして機能しないことがある。また、
例えば二酸化チタンによって前記第3極を構成した場合
には、二酸化チタンは短波長側にピークが多いため量子
効率が悪くなり、光エネルギー変換効率が低下すること
があるのに対し、前記ルテニウム錯体は、上述したよう
に配位子構造の選択によってそのHOMO、LUMOの
エネルギー準位を大幅に調整することができ、その合成
も容易であり、可視光内でピークが多く、また量子効率
に優れているので、前記第1極と、前記第2極との間で
の電気化学エネルギーの取り出しをより大幅に促進し、
一層の高効率な光エネルギー変換を可能とする。
When the ruthenium complex is used as the organic material having photoelectron excitation ability, the ruthenium complex can greatly adjust the energy levels of HOMO and LUMO by selecting the ligand structure. It is preferable that the ligand of the ruthenium complex is appropriately selected in accordance with the Fermi level of the material constituting one pole. For example, in the case where porphyrins or the like as materials having energy levels of HOMO and LUMO as shown by dashes in FIG. 1 are used instead of the ruthenium complex, light energy conversion efficiency may be deteriorated, May not function as an energy device. Also,
For example, when the third electrode is made of titanium dioxide, titanium dioxide has many peaks on the short wavelength side, so that quantum efficiency is deteriorated and light energy conversion efficiency may be reduced. As described above, the energy levels of HOMO and LUMO can be greatly adjusted by selecting the ligand structure, the synthesis is easy, the peaks are large in visible light, and the quantum efficiency is excellent. Therefore, the extraction of electrochemical energy between the first electrode and the second electrode is more significantly promoted,
It enables more highly efficient light energy conversion.

【0020】図2は、本発明に基づく光電気化学デバイ
スを燃料電池として構成した一構成例を示す概略断面図
である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a configuration in which the photoelectrochemical device according to the present invention is configured as a fuel cell.

【0021】図2に示すように、本発明に基づく光電気
化学デバイスは、水素又は水素含有ガスを酸化する材料
を含有する前記第1極としての水素極1と、酸素又は酸
素含有ガスを還元して水を生成する材料を含有する前記
第2極としての酸素極2と、これらの両極間に挟持され
た一方のプロトン伝導体3とを有し、水素極1のプロト
ン伝導体3と接していない面側に水素ガス部4が設けら
れ、更に水素ガス部4に接して水素極1と対向する面側
に配された水素発生触媒極5と、前記第3極としての光
電極6と、これらの両極間に挟持された他方のプロトン
伝導体3’とが設けられていることが好ましい。また、
水素発生触媒極5と光電極6とは短絡されており、光電
極6と水素発生触媒極5との間で電子移動が可能となさ
れている。
As shown in FIG. 2, the photoelectrochemical device according to the present invention comprises a hydrogen electrode 1 as the first electrode containing a material for oxidizing hydrogen or a hydrogen-containing gas, and a device for reducing oxygen or an oxygen-containing gas. And an oxygen electrode 2 as a second electrode containing a material that generates water and one proton conductor 3 sandwiched between these two electrodes, and is in contact with the proton conductor 3 of the hydrogen electrode 1. A hydrogen gas part 4 is provided on the side not provided, and a hydrogen generating catalyst electrode 5 disposed on the side facing the hydrogen electrode 1 in contact with the hydrogen gas part 4; And the other proton conductor 3 'sandwiched between these two electrodes is preferably provided. Also,
The hydrogen generation catalyst electrode 5 and the photoelectrode 6 are short-circuited, and electron transfer between the photoelectrode 6 and the hydrogen generation catalyst electrode 5 is enabled.

【0022】図2による本発明に基づく光電気化学デバ
イスの動作原理は、光電極6にて、光エネルギーによっ
て水蒸気又は水蒸気含有ガスからプロトン(H+)を発
生し、この発生したプロトンを他方のプロトン伝導体
3’を通して水素発生触媒極5側へ移動させ、水素発生
触媒極5にて、発生したプロトンを水素ガスに転化し、
この水素ガスを水素ガス部4又は水素ガス部4とガス路
8を介して接続されている外部水素ガスタンク7にて貯
蔵するか、或いは水素極1にて再びプロトンに転化し、
この生成したプロトンを一方のプロトン伝導体3を通し
て酸素極2へ移動させ、この酸素極2にて水に転化する
と共に、水素極1と酸素極2との間で電気化学エネルギ
ーを取り出すことができる。
The principle of operation of the photoelectrochemical device according to the present invention according to FIG. 2 is that a proton (H + ) is generated from water vapor or a water vapor-containing gas by light energy at the photoelectrode 6 and the generated proton is converted into the other proton. The proton is moved to the hydrogen generation catalyst electrode 5 side through the proton conductor 3 ′, and the generated proton is converted into hydrogen gas at the hydrogen generation catalyst electrode 5.
This hydrogen gas is stored in the hydrogen gas part 4 or in an external hydrogen gas tank 7 connected to the hydrogen gas part 4 via a gas path 8, or is converted into protons again at the hydrogen electrode 1,
The generated protons are transferred to the oxygen electrode 2 through one proton conductor 3 and are converted into water at the oxygen electrode 2, and electrochemical energy can be extracted between the hydrogen electrode 1 and the oxygen electrode 2. .

【0023】光電極6は、上述したように、前記光電子
励起能を有する有機材料としての、例えばトリス(2,
2’−ビピリジン)ルテニウム(II)等のルテニウム錯
体によって構成されていることが好ましい。また、光電
極6が前記光電子励起能を有する有機材料によって構成
されているが、前記有機材料自体に十分な電子伝導性が
ない場合には、光電極6に導電性材料(例えばカーボン
等)を含有させて、光電極6の全体にわたって十分な電
子伝導性を確保することも可能である。さらに、光電極
6を、前記光電子励起能を有する有機材料と、前記導電
性材料及び/又はプロトン伝導性の材料との複合体によ
って構成し、光電極6自体に電子伝導性及び/又はプロ
トン伝導性を持たせることも可能である。前記導電性材
料が、プロトン或いは水素原子を透過する能力をもつ場
合には、この導電性材料自体が前記プロトン伝導体とし
ての役割を果たすことになる。これによって、水素極1
と、酸素極2との間での電気化学エネルギーの取り出し
をより大幅に促進し、一層の高効率な光エネルギー変換
が可能となる。
As described above, the photoelectrode 6 is formed of, for example, tris (2,
It is preferably constituted by a ruthenium complex such as 2′-bipyridine) ruthenium (II). Although the photoelectrode 6 is made of the organic material having the photoelectron excitation ability, if the organic material itself does not have sufficient electron conductivity, a conductive material (for example, carbon or the like) is used for the photoelectrode 6. It is also possible to ensure sufficient electron conductivity throughout the photoelectrode 6 by containing it. Further, the photoelectrode 6 is composed of a composite of the organic material having photoelectron excitation ability and the conductive material and / or proton conductive material, and the photoelectrode 6 itself has electron conductivity and / or proton conductivity. It is also possible to have the nature. When the conductive material has a capability of transmitting protons or hydrogen atoms, the conductive material itself functions as the proton conductor. Thereby, the hydrogen electrode 1
In this case, the extraction of electrochemical energy between the oxygen electrode 2 and the oxygen electrode 2 is further greatly promoted, and light energy conversion with higher efficiency becomes possible.

【0024】上述したように、光電極6にて発生したプ
ロトンを、プロトン伝導体3’を通して水素発生触媒極
5へ移動させ、この水素発生触媒極5にて前記プロトン
を水素に転化し、この生成した水素を、水素ガス部4又
は外部水素ガスタンク7にてガスの状態で貯蔵すること
ができ、図2に示すような構造によれば、瞬間充電が可
能となる。また、この燃料電池の使用時において、光に
よる水素ガス製造量が足りない場合などは、外部水素ガ
スタンク7からガス路8を介して水素ガスを供給するこ
とも可能である。
As described above, protons generated at the photoelectrode 6 are transferred to the hydrogen generation catalyst electrode 5 through the proton conductor 3 ', and the protons are converted into hydrogen at the hydrogen generation catalyst electrode 5. The generated hydrogen can be stored in a gaseous state in the hydrogen gas part 4 or the external hydrogen gas tank 7, and according to the structure as shown in FIG. 2, instantaneous charging becomes possible. In addition, when using the fuel cell, if the amount of hydrogen gas produced by light is insufficient, hydrogen gas can be supplied from the external hydrogen gas tank 7 via the gas passage 8.

【0025】水素極1、酸素極2及び水素発生触媒極5
は、例えばカーボンファイバーや多孔質カーボン等を材
質として、これらをシート状にし、活性な触媒を担持さ
せることによって作製することができ、触媒を担持させ
ることによって、一層水素の発生効率及びエネルギー変
換効率の向上を図ることが可能である。また、このよう
なシート状電極材には、心材として金属線を編んで作っ
た網状体のものを入れたり、貼り付けることも可能であ
る。金属心材を入れたり、貼り付けることにより、電極
自体の導電性が向上する。
Hydrogen electrode 1, oxygen electrode 2 and hydrogen generation catalyst electrode 5
Can be produced by, for example, using carbon fiber, porous carbon, or the like as a material, forming these into a sheet shape, and supporting an active catalyst. By supporting the catalyst, hydrogen generation efficiency and energy conversion efficiency can be further improved. Can be improved. Further, such a sheet-like electrode material may be a net-like material made by knitting a metal wire as a core material, or may be attached. By inserting or attaching a metal core, the conductivity of the electrode itself is improved.

【0026】前記触媒は、例えば白金やルテニウム、酸
化イリジウム等の微粒子を挙げることができる。水素極
1、酸素極2及び水素発生触媒極5への前記触媒の担持
は通常の方法でよく、例えば、炭素粉末の表面に触媒又
はその前駆体を担持し、それに加熱などの処理を加え
て、触媒粒子を形成し、それを電極面にフッ素樹脂と共
に焼き付ける方法でもよく、また触媒を担持していない
電極体を作製し、その後に触媒の前駆体、例えば塩化白
金酸と塩化ルテニウム酸の混合水溶液、又はブチルアル
コール溶液を塗布液として、これを電極面に塗布した
後、水素を含有する還元雰囲気中で、200から350
℃で焼成することにより、白金とルテニウムの合金が電
極表面に形成できる。
Examples of the catalyst include fine particles such as platinum, ruthenium, and iridium oxide. The catalyst may be supported on the hydrogen electrode 1, the oxygen electrode 2 and the hydrogen generation catalyst electrode 5 by a usual method. For example, a catalyst or a precursor thereof is supported on the surface of carbon powder, and a treatment such as heating is performed. Alternatively, a method may be used in which catalyst particles are formed and baked together with a fluororesin on the electrode surface, or an electrode body not carrying a catalyst is prepared, and then a precursor of the catalyst, for example, a mixture of chloroplatinic acid and ruthenic acid is mixed. An aqueous solution or a butyl alcohol solution was used as a coating solution, and the solution was applied to the electrode surface.
By firing at ℃, an alloy of platinum and ruthenium can be formed on the electrode surface.

【0027】図2に示すような、本発明に基づく光電気
化学デバイスとしての燃料電池によれば、光電極6を構
成する前記光電子励起能を有する有機材料は、合成が容
易であり、可視光内でピークが多く、また量子効率に優
れているので、水素極1と、酸素極2との間での電気化
学エネルギーの取り出しをより大幅に促進し、一層の高
効率な光エネルギー変換が可能となる。
According to the fuel cell as a photoelectrochemical device according to the present invention as shown in FIG. 2, the organic material having photoelectron excitation ability constituting the photoelectrode 6 is easy to synthesize, and visible light is , And the quantum efficiency is excellent, so the extraction of electrochemical energy between the hydrogen electrode 1 and the oxygen electrode 2 is greatly promoted, and more efficient light energy conversion is possible. Becomes

【0028】また、水素極1と、酸素極2との間で電気
化学エネルギーを取り出すに際し、前記光電子励起能を
有する有機材料によって構成されている光電極6にて、
光エネルギーによって水を分解し、水素を製造し、この
生成した水素を用いて前記電気化学エネルギーを取り出
すことができるので、全体としてクリーンなシステムを
構築することができる。
In extracting electrochemical energy between the hydrogen electrode 1 and the oxygen electrode 2, the photoelectrode 6 made of the organic material having photoelectron excitation ability is used.
Water can be decomposed by light energy to produce hydrogen, and the generated hydrogen can be used to extract the electrochemical energy, so that a clean system can be constructed as a whole.

【0029】図3は、本発明に基づく光電気化学デバイ
スを燃料電池として構成した一構成例を示す図である。
図3による燃料電池は、図2による燃料電池と同様にし
て、酸素極2と光電極6とが反対側に配置されているも
のの例であり、この場合の構造は簡単であり、ポータブ
ル化も可能である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a configuration in which the photoelectrochemical device according to the present invention is configured as a fuel cell.
The fuel cell according to FIG. 3 is an example in which the oxygen electrode 2 and the photoelectrode 6 are arranged on the opposite sides, similarly to the fuel cell according to FIG. 2, and the structure in this case is simple and portable. It is possible.

【0030】図3に示すように、本発明に基づく光電気
化学デバイスは、酸素極2と、負極9と、これらの両極
間に挟持されているプロトン伝導体3を有し、負極9の
酸素極2が存在しない面側に更にプロトン伝導体3’を
介して光電極6が配されている構造であることが好まし
い。また、光電極6と負極9とは短絡されており、光電
極6と負極9との間で電子移動が可能となされている。
As shown in FIG. 3, the photoelectrochemical device according to the present invention has an oxygen electrode 2, a negative electrode 9, and a proton conductor 3 sandwiched between these two electrodes. It is preferable that the photoelectrode 6 is further provided on the surface side where the pole 2 does not exist via the proton conductor 3 '. In addition, the photoelectrode 6 and the negative electrode 9 are short-circuited, and electrons can be transferred between the photoelectrode 6 and the negative electrode 9.

【0031】光電極6は、前記光電子励起能を有する有
機材料によって構成されており、負極9は、水素を吸蔵
できる活物質電極が備わっていることが好ましく、その
具体例をとして水素吸蔵合金(例えばLaNi5)や、
水素吸蔵能の高い炭素質材料などが用いられ、また水素
ガスをプロトン化することのできる触媒を含有している
ことが好ましい。さらにプロトン伝導体3、3’が前記
導電性材料であってもよい。
The photoelectrode 6 is made of the organic material having photoelectron excitation ability, and the negative electrode 9 is preferably provided with an active material electrode capable of absorbing hydrogen. For example, LaNi 5 ),
It is preferable to use a carbonaceous material or the like having a high hydrogen storage capacity and contain a catalyst capable of protonating hydrogen gas. Further, the proton conductors 3 and 3 ′ may be the conductive material.

【0032】図3による本発明に基づく光電気化学デバ
イスは、光電極6にて、光エネルギーによって水蒸気又
は水蒸気含有ガスからプロトンを発生し、この発生した
プロトンをプロトン伝導体3’を通して負極9側へ移動
させ、負極9と酸素極2との間で電気化学エネルギーを
取り出すことができる。
In the photoelectrochemical device according to the present invention shown in FIG. 3, the photoelectrode 6 generates protons from water vapor or a water vapor-containing gas by light energy, and the generated protons pass through the proton conductor 3 'to the negative electrode 9 side. And electrochemical energy can be extracted between the negative electrode 9 and the oxygen electrode 2.

【0033】図4〜図8は、本発明に基づく光電気化学
デバイスを空気電池として構成した一構成例である。こ
こで、図4及び図7は空気電池の斜視図である。また、
図5は図4中X1−X2線における断面図であり、図6は
図4中X3−X4線における断面図である。また、図8は
図7中X5−X6線における断面図である。
FIGS. 4 to 8 show an example of a photoelectrochemical device according to the present invention configured as an air battery. Here, FIGS. 4 and 7 are perspective views of the air battery. Also,
FIG. 5 is a sectional view taken along line X 1 -X 2 in FIG. 4, and FIG. 6 is a sectional view taken along line X 3 -X 4 in FIG. Further, FIG. 8 is a sectional view taken along X 5 -X 6 lines in FIG.

【0034】この空気電池10は、略長方形の電池缶1
1の底部に配された負極9と、負極9上に配されたプロ
トン伝導体3と、プロトン伝導体3上に配された酸素極
2と光電極6とを有する。光電極6は、前記光電子励起
能を有する有機材料によって構成されており、前記有機
材料としては、上述したように、例えばトリス(2,
2’−ビピリジン)ルテニウム(II)等のルテニウム錯
体を用いることが好ましい。
The air battery 10 has a substantially rectangular battery can 1.
1 has a negative electrode 9 disposed on the bottom, a proton conductor 3 disposed on the negative electrode 9, an oxygen electrode 2 and a photoelectrode 6 disposed on the proton conductor 3. The photoelectrode 6 is made of the organic material having the photoelectron excitation ability. As the organic material, as described above, for example, tris (2,
It is preferable to use a ruthenium complex such as 2′-bipyridine) ruthenium (II).

【0035】負極9は、水素を吸蔵する化合物を含有
し、電池缶11の底部全面にわたって充填されている。
水素を吸蔵する化合物としては、公知の水素吸蔵合金
(例えばLaNi5)等を用いることができる。そし
て、この空気電池10では、負極9上の全面にわたって
プロトン伝導体3が配されており、負極9部分は密閉さ
れて外気と遮断されているので、水素吸蔵合金の水素化
平衡圧には、大気圧以下といった制限はない。そのた
め、この負極9には、水素化平衡圧が高くても高容量の
水素吸蔵合金を使用することができる。
The negative electrode 9 contains a compound that absorbs hydrogen and is filled over the entire bottom of the battery can 11.
As the compound for storing hydrogen, a known hydrogen storage alloy (for example, LaNi 5 ) or the like can be used. In the air battery 10, the proton conductor 3 is disposed over the entire surface of the negative electrode 9, and the negative electrode 9 is sealed and shut off from the outside air. There is no restriction below atmospheric pressure. Therefore, a high capacity hydrogen storage alloy can be used for the negative electrode 9 even if the hydrogenation equilibrium pressure is high.

【0036】プロトン伝導体3としては、プロトンが移
動可能な電解質が用いられるが、耐電圧が1.5V以上
のものが好ましい。光電極6により空気中の水分を電気
分解する場合、プロトン伝導体3自体が分解することを
避けるためである。そのため、プロトン伝導体3として
は、水分を含有するような電解質ではなく、有機電解
質、ポリマー電解質或いは無機電解質等を用いることが
好ましい。
As the proton conductor 3, an electrolyte in which protons can move is used, and one having a withstand voltage of 1.5 V or more is preferable. This is because when the water in the air is electrolyzed by the photoelectrode 6, the proton conductor 3 itself is prevented from being decomposed. Therefore, as the proton conductor 3, it is preferable to use an organic electrolyte, a polymer electrolyte, an inorganic electrolyte, or the like instead of an electrolyte containing water.

【0037】酸素極2は、複数の矩形状の酸素極片2a
が、それらの長辺が電池缶11の短辺となるように、所
定間隔を有して並べられて配されている。そして、これ
らの酸素極片2aは、電池缶11の短辺方向の一方の端
部で接続されて一体のものとされている。
The oxygen electrode 2 has a plurality of rectangular oxygen electrode pieces 2a.
However, they are arranged at predetermined intervals so that their longer sides are shorter sides of the battery can 11. These oxygen electrode pieces 2a are connected at one end in the short side direction of the battery can 11 to be integrated.

【0038】そして、この酸素極2は、空気中の酸素を
還元することが可能な触媒と、プロトンが移動可能な電
解質成分とを含有する。空気中の酸素を還元することが
可能な触媒としては、例えばPt触媒等が用いられる。
また、この酸素極2はガス透過性を有するようになされ
ており、酸素極2全体で空気と電解質とに接触すること
ができる構造となっている。
The oxygen electrode 2 contains a catalyst capable of reducing oxygen in the air and an electrolyte component capable of moving protons. As a catalyst capable of reducing oxygen in the air, for example, a Pt catalyst or the like is used.
The oxygen electrode 2 has gas permeability, and has a structure in which the entire oxygen electrode 2 can come into contact with air and an electrolyte.

【0039】光電極6は、複数の矩形状光電極片6a
が、それらの長辺が電池缶の短辺と略平行となるよう
に、酸素極片2aの間に並べられて配されている。即
ち、酸素極片2aと光電極片6aとは、略同一面上で交
互に配されている。ここで、酸素極片2aと光電極片6
aとは、間に配された絶縁体13により互いに絶縁され
ている。そして、これらの光電極片6aは、電池缶11
の短辺方向の他方の端部で接続されて一体のものとされ
ている。
The photoelectrode 6 includes a plurality of rectangular photoelectrode pieces 6a.
Are arranged between the oxygen electrode pieces 2a such that their long sides are substantially parallel to the short sides of the battery can. That is, the oxygen electrode pieces 2a and the photo electrode pieces 6a are alternately arranged on substantially the same plane. Here, the oxygen electrode piece 2a and the photo electrode piece 6
a are insulated from each other by an insulator 13 interposed therebetween. These photoelectrode pieces 6a are connected to the battery can 11
Are connected together at the other end in the short side direction to form an integral unit.

【0040】そして、この光電極6は、前記光電子励起
能を有する有機材料によって構成されており、前記有機
材料としては、上述したように、例えばトリス(2,
2’−ビピリジン)ルテニウム(II)等のルテニウム錯
体を用いることが好ましく、これによって負極9と、酸
素極2との間での電気化学エネルギーの取り出しをより
大幅に促進し、一層の高効率な光エネルギー変換が可能
となる。また、上述したように、この光電極6は、前記
光電子励起能を有する有機材料と、前記導電性材料及び
/又は前記プロトン伝導性の材料との複合体によって構
成されていてもよい。また、この光電極6はガス透過性
を有するようになされており、光電極全体で光触媒が電
解質と空気とに接触することができる構造となってい
る。
The photoelectrode 6 is made of the organic material having photoelectron excitation ability. As the organic material, for example, tris (2, 2)
It is preferable to use a ruthenium complex such as 2′-bipyridine) ruthenium (II), whereby the extraction of electrochemical energy between the negative electrode 9 and the oxygen electrode 2 is further greatly promoted, and a higher efficiency is obtained. Light energy conversion becomes possible. Further, as described above, the photoelectrode 6 may be formed of a composite of the organic material having the photoelectron excitation ability and the conductive material and / or the proton conductive material. The photoelectrode 6 has gas permeability, and has a structure in which the photocatalyst can contact the electrolyte and air in the entire photoelectrode.

【0041】図4又は図7より明らかなように、本発明
に基づく光電気化学デバイスとしての空気電池10は、
酸素極2と光電極6が同一面上に配されている。このよ
うに、正極5と光電極6とを同一の面に存在させること
により、これらが共に空気との接触を必要とするという
構造上の条件を非常に簡単に満たすことができ、電池全
体の構造を簡単にすることができる。ただし、酸素極2
と光電極6は共に同一のプロトン伝導体3に接触してい
るが、それぞれは直接接触しないような配置とされてお
り、電子的には絶縁されている。
As is clear from FIG. 4 or FIG. 7, the air battery 10 as a photoelectrochemical device according to the present invention
The oxygen electrode 2 and the photoelectrode 6 are arranged on the same plane. As described above, by arranging the positive electrode 5 and the photoelectrode 6 on the same surface, it is possible to very easily satisfy the structural condition that they both need to come into contact with air, and the entire battery can be satisfied. The structure can be simplified. However, oxygen electrode 2
The photoelectrode 6 and the photoelectrode 6 are both in contact with the same proton conductor 3, but are arranged so as not to directly contact each other, and are electrically insulated.

【0042】また、図7及び図8に示されるように、電
池缶11の側面には、リード16で酸素極2と接続され
た酸素極端子14と、リード17で負極9と接続された
負極端子15とが設けられている。これらの酸素極端子
14及び負極端子15は、空気電池10の外部電極とな
る。また、図4及び図5に示すように、光電極6と負極
9とは、空気電池10の内部で、リード12によって接
続され、光電極6と負極9との間で電子移動が可能とな
されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, on the side surface of the battery can 11, an oxygen electrode terminal 14 connected to the oxygen electrode 2 by a lead 16 and a negative electrode connected to the negative electrode 9 by a lead 17. A terminal 15 is provided. These oxygen electrode terminal 14 and negative electrode terminal 15 serve as external electrodes of the air battery 10. As shown in FIGS. 4 and 5, the photoelectrode 6 and the negative electrode 9 are connected by a lead 12 inside the air battery 10 so that electrons can be transferred between the photoelectrode 6 and the negative electrode 9. ing.

【0043】次に、上述したような構成を有する空気電
池10の動作原理について説明する。また、図9〜図1
1は、この空気電池10の動作原理を模式的に示した図
である。なお、図9〜図11では、説明を分かりやすく
するために、空気電池10の構成を簡略化して示してい
る。
Next, the operation principle of the air battery 10 having the above-described configuration will be described. 9 to 1
FIG. 1 is a diagram schematically showing the operation principle of the air battery 10. 9 to 11, the configuration of the air battery 10 is shown in a simplified manner for easy understanding.

【0044】まず、図9では、暗時における空気電池1
0の放電反応を示している。これは、通常の空気電池の
動作原理と同様である。
First, in FIG. 9, the air battery 1 in the dark
0 indicates a discharge reaction. This is similar to the operation principle of a normal air battery.

【0045】次に、図10では、外部負荷をはずして、
光を照射することにより空気電池10を充電するときの
原理を示している。前記光電子励起能を有する有機材料
からなる光電極6に光が照射されると、光励起反応が起
こり、そこで生じた正孔(ホール)が空気中の水分子を
酸化し、酸素を発生してプロトンをプロトン伝導体3に
供給する。この反応時に生成した光励起電子は、負極9
の電位を下げ、プロトン伝導体3中のプロトンを取り込
む。この一連の動作により、負極9に水素が再び吸蔵さ
れて放電が行われる。
Next, in FIG. 10, the external load is removed,
The principle of charging the air battery 10 by irradiating light is shown. When light is applied to the photoelectrode 6 made of the organic material having photoelectron excitation capability, a photoexcitation reaction occurs, and the generated holes oxidize water molecules in the air, generating oxygen and generating protons. Is supplied to the proton conductor 3. The photoexcited electrons generated during this reaction are
Is lowered to take in protons in the proton conductor 3. By this series of operations, hydrogen is occluded again in the negative electrode 9 and discharge is performed.

【0046】また、図11では、光照射時における放電
反応を示している。この空気電池10では、酸素極2と
光電極6が同一面上に配されているので、光照射時に光
電極6で発生する酸素やプロトンが酸素極2へ供給され
やすく、放電時に光照射することにより放電反応をより
促進することができる。これは、反応速度の推進のみな
らず、負荷容量を使用せずに放電反応を行うことができ
るわけで、容量の飛躍的向上にもつながる。
FIG. 11 shows a discharge reaction during light irradiation. In the air battery 10, since the oxygen electrode 2 and the photoelectrode 6 are arranged on the same surface, oxygen and protons generated at the photoelectrode 6 during light irradiation are easily supplied to the oxygen electrode 2, and the light irradiation is performed during discharge. This can further promote the discharge reaction. This not only promotes the reaction speed, but also enables the discharge reaction to be performed without using a load capacity, which leads to a dramatic improvement in capacity.

【0047】以上、説明したように、本発明に基づく光
電気化学デバイスとしての空気電池10は、光というク
リーンなエネルギー源を用いて充電することが可能であ
り、また、水素化物や水素ガスの高エネルギー貯蔵性と
いう特性を十分に生かすことが可能である。そして、こ
の空気電池10は、外付けの充電器が不要であるため、
ポータブル型の電池に適用されるときに特に有効であ
る。
As described above, the air battery 10 as a photoelectrochemical device according to the present invention can be charged by using a clean energy source called light, and can be charged with hydride or hydrogen gas. It is possible to make full use of the property of high energy storage. Since the air battery 10 does not require an external charger,
This is particularly effective when applied to a portable battery.

【0048】また、本発明に基づく光電気化学デバイス
では、負極部分がプロトン伝導体によって密閉され、外
気と遮断されているので、燃料電池に適用することもで
きる。図12は、本発明に基づく光電気化学デバイスを
燃料電池に適用した場合の一構成例を示すものであり、
前記酸素極と前記光電極とが同一面上に配置された場合
を説明する。
Further, in the photoelectrochemical device according to the present invention, since the negative electrode portion is sealed by the proton conductor and is shielded from the outside air, it can be applied to a fuel cell. FIG. 12 shows an example of a configuration in which the photoelectrochemical device according to the present invention is applied to a fuel cell,
The case where the oxygen electrode and the photoelectrode are arranged on the same plane will be described.

【0049】この燃料電池18は、略長方形の電池缶1
9の底部に配された防水膜20と、防水膜20上に配さ
れた負極21と、負極21上に配されたプロトン伝導体
22と、プロトン伝導体22上に配された酸素極23
と、前記光電子励起能を有する有機材料としての例えば
ルテニウム錯体によって構成されている光電極24とを
有する。また、この燃料電池18は、電池缶19の底部
に供給管25が設けられており、この供給管25を介し
て水素供給部26が接続されている。そして、この燃料
電池では、光電極24にて生成した水素が負極21に供
給され、更に水素供給部26から供給管25を介して負
極21に水素が供給され、これらの水素と、酸素極23
から取り入れられた酸素とを反応させて、電気化学エネ
ルギーを発生させる。
The fuel cell 18 is a substantially rectangular battery can 1
9, a waterproof membrane 20, a negative electrode 21 disposed on the waterproof membrane 20, a proton conductor 22 disposed on the negative electrode 21, and an oxygen electrode 23 disposed on the proton conductor 22.
And a photoelectrode 24 made of, for example, a ruthenium complex as the organic material having photoelectron excitation ability. In the fuel cell 18, a supply pipe 25 is provided at the bottom of the battery can 19, and a hydrogen supply unit 26 is connected through the supply pipe 25. In this fuel cell, hydrogen generated at the photoelectrode 24 is supplied to the negative electrode 21, and hydrogen is further supplied from the hydrogen supply unit 26 to the negative electrode 21 via the supply pipe 25, and the hydrogen and the oxygen electrode 23 are supplied.
Reacts with oxygen taken from the reactor to generate electrochemical energy.

【0050】この場合も、上述したように、光電極24
を構成する前記ルテニウム錯体等の前記光電子励起能を
有する有機材料は、合成が容易であり、可視光内でピー
クが多く、また量子効率に優れているので、負極21
と、酸素極23との間での電気化学エネルギーの取り出
しをより大幅に促進し、一層の高効率な光エネルギー変
換が可能となる。
Also in this case, as described above, the photoelectrode 24
The organic material having photoelectron excitation ability, such as the ruthenium complex, is easy to synthesize, has many peaks in visible light, and has excellent quantum efficiency.
In addition, the extraction of electrochemical energy between the oxygen electrode 23 and the oxygen electrode 23 is further greatly promoted, and light energy conversion with higher efficiency becomes possible.

【0051】また、負極21と、酸素極23との間で電
気化学エネルギーを取り出すに際し、光電極24にて、
光エネルギーによって水を分解し、水素を製造し、この
生成した水素を用いて前記電気化学エネルギーを取り出
すことができるので、全体としてクリーンなシステムを
構築することができる。
In extracting electrochemical energy between the negative electrode 21 and the oxygen electrode 23, the photoelectrode 24
Water can be decomposed by light energy to produce hydrogen, and the generated hydrogen can be used to extract the electrochemical energy, so that a clean system can be constructed as a whole.

【0052】なお、上述した本発明に基づく光電気化学
デバイスとしての図12の燃料電池は、酸素極23と光
電極24との絶縁を図っている場合を例にあげて説明し
たが、正極5と光電極6との間に空隙を設けることによ
り絶縁を図ってもよい。
The fuel cell shown in FIG. 12 as a photoelectrochemical device according to the present invention has been described by taking as an example the case where the oxygen electrode 23 and the photoelectrode 24 are insulated. The insulation may be achieved by providing a gap between the electrode and the photoelectrode 6.

【0053】本発明に基づく光電気化学デバイスを構成
する前記第1極と、前記第2極との両極間に挟持された
一方のプロトン伝導体、又は前記水素発生触媒極と、前
記第3極との両極間に挟持された他方のプロトン伝導
体、或いは前記第3極中に含有可能な前記プロトン伝導
性の材料としては、一般的なナフィオン(パーフルオロ
スルホン酸樹脂:Du Pont社製のNafion
(R)など)のほかにも炭素を主成分とする炭素質材料
を母体とし、それを構成する炭素原子にプロトン解離性
の基を導入してなる炭素質材料誘導体が挙げられる。こ
こで、前記「プロトン解離性の基」とは、プロトンが電
離により離脱し得る官能基を意味し、また「プロトンの
解離」とは、電離によりプロトンが官能基から離れるこ
とを意味する。
One of the proton conductors sandwiched between the first electrode and the second electrode constituting the photoelectrochemical device according to the present invention, or the hydrogen generation catalyst electrode, and the third electrode As the other proton conductor sandwiched between the two electrodes, or the proton conductive material that can be contained in the third electrode, general Nafion (perfluorosulfonic acid resin: Nafion manufactured by Du Pont)
In addition to (R) and the like, a carbonaceous material derivative having a carbonaceous material whose main component is carbon as a base material and a proton dissociable group introduced into the carbon atom constituting the carbonaceous material may be used. Here, the “proton dissociable group” means a functional group from which a proton can be eliminated by ionization, and the “proton dissociation” means that a proton is separated from the functional group by ionization.

【0054】そして、前記炭素質材料誘導体の母体とな
る前記炭素質材料には、炭素を主成分とするものであれ
ば任意の材料を使用することができるが、プロトン解離
性の基を導入した後に、イオン伝導性が電子伝導性より
も大きいことが望ましい。
As the carbonaceous material serving as a base of the carbonaceous material derivative, any material can be used as long as it contains carbon as a main component, but a proton-dissociable group is introduced. Later, it is desirable that the ionic conductivity be greater than the electronic conductivity.

【0055】ここで、母体となる前記炭素質材料として
は、具体的には、炭素原子の集合体である炭素クラスタ
ーや、チューブ状炭素質を含む炭素質材料等を挙げるこ
とができ、例えば前記炭素クラスターを主成分として構
成されていることが好ましい。さらには、前記炭素質材
料が、前記炭素クラスターが結合したものであってもよ
い。
Here, as the carbonaceous material to be a base, specifically, a carbon cluster which is an aggregate of carbon atoms, a carbonaceous material including tubular carbonaceous material, and the like can be mentioned. It is preferable that it is composed mainly of carbon clusters. Further, the carbonaceous material may be one in which the carbon clusters are bonded.

【0056】前記クラスターとは通常は、数個から数百
個の原子が結合又は疑集して形成されている集合体のこ
とであり、この疑集(集合体)によって、プロトン伝導
性が向上すると同時に、化学的性質を安定に保持でき
る。また、「炭素を主成分とするクラスター」とは、炭素
原子が、炭素−炭素間結合の種類は問わず数個から数百
個結合して形成されている集合体のことである。但し、
必ずしも100%炭素原子のみで構成されているとは限
らず、他原子の混在もあり得る。このような場合も含め
て、炭素原子が多数を占める集合体を炭素クラスターと
呼ぶこととする。
The cluster is usually an aggregate formed by bonding or collecting several to hundreds of atoms. The cluster (aggregate) improves the proton conductivity. At the same time, the chemical properties can be stably maintained. The “cluster mainly composed of carbon” refers to an aggregate formed by bonding several to several hundred carbon atoms regardless of the type of carbon-carbon bond. However,
It is not always composed of only 100% carbon atoms, and other atoms may be mixed. An aggregate including a large number of carbon atoms including such a case is referred to as a carbon cluster.

【0057】前記プロトン伝導体が、前記炭素質材料と
しての前記炭素クラスターにプロトン解離性の基を導入
してなる前記炭素質誘導体によって構成された場合、乾
燥状態でもプロトンが解離し易く、よりプロトン伝導性
に優れ、乾燥雰囲気下においてもそのプロトン伝導性は
低下せず、高い伝導性を保持したまま、一層成膜性・加
工性に優れている。しかも、前記炭素クラスターには後
述するように多種類の炭素質が含まれるので、炭素質原
料の選択幅が広いという効果も奏することができる。
When the proton conductor is composed of the carbonaceous derivative obtained by introducing a proton dissociable group into the carbon cluster as the carbonaceous material, protons are easily dissociated even in a dry state, and the proton It has excellent conductivity, its proton conductivity does not decrease even in a dry atmosphere, and its film conductivity and processability are further improved while maintaining high conductivity. In addition, since the carbon cluster contains various types of carbonaceous materials as described later, it is possible to provide an effect that the range of selection of the carbonaceous material is wide.

【0058】この場合、母体に前記炭素クラスターを用
いるのは、良好なプロトン伝導性を付与するためには、
大量のプロトン解離性の基を導入することが必要であ
り、これは炭素クラスターによって可能になるからであ
る。しかし、そうすると、固体上のプロトン伝導体の酸
性度が著しく大きくなるが、炭素クラスターは外の通常
の炭素質と違って酸化劣化し難く、耐久性に優れてお
り、構成原子間が密に結合し合っているために、酸性度
が大であっても原子間の結合がくずれることはなく(即
ち、化学的に変化しにくいため)、膜構造を維持するこ
とができる。
In this case, the use of the carbon cluster for the matrix is necessary in order to provide good proton conductivity.
It is necessary to introduce large amounts of proton dissociable groups, since this is made possible by the carbon clusters. However, while doing so significantly increases the acidity of the proton conductor on the solid, the carbon clusters are unlikely to be oxidized and degraded unlike ordinary carbonaceous materials outside, have excellent durability, and have close bonds between constituent atoms. As a result, even if the acidity is high, the bonds between the atoms are not broken (that is, the bond is hardly changed chemically), and the film structure can be maintained.

【0059】前記炭素クラスターには、図13〜図17
に示すような各種のものがあり、前記プロトン伝導体を
構成する前記炭素質材料誘導体の原料としての選択の幅
が広いものである。前記炭素クラスターとしては、フラ
ーレン分子、フラーレン構造の少なくとも一部に開放端
を有する構造体、ダイヤモンド構造を有する構造体から
なる群より選ばれた少なくとも1種からなる物質である
ことが好ましい。
FIGS. 13 to 17 show the carbon clusters.
There are various types as shown in the following, and the range of choice as a raw material of the carbonaceous material derivative constituting the proton conductor is wide. The carbon cluster is preferably a substance made of at least one selected from the group consisting of a fullerene molecule, a structure having an open end in at least a part of the fullerene structure, and a structure having a diamond structure.

【0060】前記炭素クラスターとしての前記フラーレ
ン分子は、球状クラスター分子であれば特に限定しない
が、通常はC36、C60(図14参照)、C70(図14参
照)、C76、C78、C80、C82、C84などから選ばれる
フラーレン分子の単体、もしくはこれらの2種以上の混
合物が好ましく用いられる。
The fullerene molecule as the carbon cluster is not particularly limited as long as it is a spherical cluster molecule, but is usually C 36 , C 60 (see FIG. 14), C 70 (see FIG. 14), C 76 , C 78. , C 80 , C 82 , C 84 and the like, or a mixture of two or more of these fullerene molecules is preferably used.

【0061】これらのフラーレン分子は、1985年に
炭素のレーザアブレーションによるクラスタービームの
質量分析スペクトル中に発見された(Kyoto,H.W.;Heath,
J.R.;O'Brien,S.C.;Curl,R.F.;Smalley,R.E.Nature 198
5.318,162.)。実際にその製造方法が確立されるのは更
に5年後のことで、1990年に炭素電極のアーク放電
法による製造法が見出され、それ以来、フラーレンは炭
素系半導体材料等として注目されてきた。
These fullerene molecules were discovered in 1985 in a mass spectrometry spectrum of a cluster beam obtained by laser ablation of carbon (Kyoto, HW; Heath,
JR; O'Brien, SC; Curl, RF; Smalley, RENature 198
5.318,162.). It is only five years after the production method is actually established. In 1990, a method for producing a carbon electrode by an arc discharge method was found. Since then, fullerene has been attracting attention as a carbon-based semiconductor material and the like. Was.

【0062】本発明者はこのフラーレン分子の誘導体に
つき、そのプロトン伝導性を種々検討した結果、フラー
レンの構成炭素原子に水素基を導入して得られるポリ水
酸化フラーレンは、乾燥状態でも、常温域を挟む広い温
度範囲、即ち、水の凝固点や、沸点を超えた温度範囲
(少なくとも160℃〜−40℃)で高いプロトン伝導
性を示すことを見出すことができた。そして、このプロ
トン伝導性は水酸基に替えて硫酸水素エステル基をフラ
ーレンの構成炭素原子に導入したときに、より顕著にな
ることが知見できた。
The present inventors have conducted various studies on the proton conductivity of this derivative of the fullerene molecule. As a result, the polyhydroxylated fullerene obtained by introducing a hydrogen group into a carbon atom constituting the fullerene molecule can be dried at room temperature even in a dry state. Was found to exhibit high proton conductivity in a wide temperature range sandwiching, that is, a temperature range exceeding the freezing point of water and the boiling point (at least 160 ° C to -40 ° C). Then, it was found that this proton conductivity becomes more remarkable when a hydrogen sulfate ester group is introduced into a carbon atom constituting fullerene instead of a hydroxyl group.

【0063】さらに詳述すると、ポリ水酸化フラーレン
は、図13に示す如く、フラーレンに複数の水酸基を付
加した構造を持ったものの総称であり、通称「フラレノ
ール(Fullerenol)」と呼ばれている。当然の事ながら、
水酸基の数やその分子内配置などには幾つかのバリエー
ションも可能である。フラレノールは1992年にChia
ngらによって最初に合成例が報告された(Chiang,L.Y.;S
wirczewski,J.W.;Hsu,C.S.;Chowdhury,S.K.;Cameron,
S.;Creegan,K.,J.Chem.Soc,Commun.1992,1791)。以来、
一定量以上の水酸基を導入したフラレノールは、特に水
溶性である特徴が注目され、主にバイオ関連の技術分野
で研究されてきた。
More specifically, as shown in FIG. 13, polyhydroxylated fullerene is a generic term for a substance having a structure in which a plurality of hydroxyl groups are added to fullerene, and is generally called "fullerenol". Naturally,
Some variations are possible for the number of hydroxyl groups and the arrangement in the molecule. Fullerenol was Chia in 1992
ng et al. first reported a synthetic example (Chiang, LY; S
wirczewski, JW; Hsu, CS; Chowdhury, SK; Cameron,
S .; Creegan, K., J. Chem. Soc, Commun. 1992, 1791). Since then
Fullerenol having a certain amount of hydroxyl groups introduced therein has been particularly noted for its water-solubility, and has been studied mainly in the field of biotechnology.

【0064】図14に示すものは、炭素原子が多数個集
合してなる、球体又は長球、又はこれらに類似する閉じ
た面構造を有する種々の炭素クラスターである(但し、
分子状のフラーレンも併せて示す)。
FIG. 14 shows various carbon clusters having a closed surface structure similar to a sphere or a long sphere or a similar sphere formed by a large number of carbon atoms (however,
Molecular fullerenes are also shown).

【0065】それに対して、それらの球構造の一部が欠
損した炭素クラスターを図15に種々示す。この場合
は、構造中に開放端を有する点が特徴的であり、このよ
うな構造体は、アーク放電によるフラーレンの製造過程
で副生成物として数多く見られ、フラーレンの反応性を
持つと同時に、加えて欠陥部すなわち開放部は更に高い
反応性を持つ。従って、酸処理等によって酸(プロト
ン)解離性の置換基導入が促進され、より高い置換基導
入率が得られ、一層高いプロトン伝導性が得られる。ま
た、フラーレンに比べて大量に合成することが可能とな
り、非常に安価に生産できる。
On the other hand, FIG. 15 shows various carbon clusters in which a part of the sphere structure is deleted. In this case, it is characterized by having an open end in the structure, and such a structure is often seen as a by-product in the process of producing fullerene by arc discharge, and has the reactivity of fullerene, In addition, the defect or open part has a higher reactivity. Accordingly, the introduction of an acid (proton) dissociable substituent is promoted by an acid treatment or the like, so that a higher substituent introduction rate is obtained and a higher proton conductivity is obtained. Further, it can be synthesized in a larger amount than fullerene, and can be produced at very low cost.

【0066】また、前記炭素クラスターの大部分の炭素
原子がSP3結合していると、図16に示すようなダイ
ヤモンドの構造を有する種々のクラスターとなる。
When most of the carbon atoms of the carbon cluster are SP3 bonded, various clusters having a diamond structure as shown in FIG. 16 are obtained.

【0067】大部分の炭素原子がSP2結合している前
記炭素クラスターは、グラファイトの平面構造を持つ
か、あるいはフラーレンやナノチューブの全体又は一部
の構造を有する。このうち、前記グラファイトの構造を
有するものは、クラスターに電子伝導性を持つものが多
いため、前記プロトン伝導体を構成する前記炭素質材料
としては好ましくない。
The carbon cluster in which most of the carbon atoms are bonded by SP2 has a planar structure of graphite, or has the structure of fullerenes or nanotubes in whole or in part. Among them, those having the graphite structure are not preferable as the carbonaceous material constituting the proton conductor because many of them have electron conductivity in clusters.

【0068】それに対し、フラーレンやナノチューブの
SP2結合は、一部にSP3結合の要素を含んでいるた
め、電子伝導性を持たないものが多く、前記プロトン伝
導体を構成する前記炭素質材料として好ましく用いるこ
とができる。
On the other hand, since the SP2 bond of fullerene or nanotube partially contains an element of SP3 bond, many of them do not have electron conductivity, and are preferable as the carbonaceous material constituting the proton conductor. Can be used.

【0069】図17は、クラスター同士が結合した場合
を種々示すものであり、このような構造体でも、本発明
に適用できる。
FIG. 17 shows various cases in which clusters are bonded to each other. Such a structure can be applied to the present invention.

【0070】また前記炭素質材料としては、チューブ状
炭素質を用いることもできる。このチューブ状炭素質と
は、直径がおおよそ数ナノメートル以下、代表的には1
から2ナノメートルのカーボンナノチューブ(CNT)
と呼ばれるものと、直径が数ナノメートル以上、巨大な
ものでは直径が1ミクロンにも達するカーボンナノファ
イバー(CNF)と呼ばれるものがある。また特にCN
Tには、単層のチューブからなるシングルウォールカー
ボンナノチューブ(SWCNT)と、2つ以上の層が同
心円的に重なっているマルチウォールカーボンナノチュ
ーブ(MWCNT)の2種類が知られている。
The carbonaceous material may be a tubular carbonaceous material. This tubular carbonaceous material has a diameter of about several nanometers or less, typically 1 nm or less.
To 2 nanometer carbon nanotubes (CNT)
There is a so-called carbon nanofiber (CNF) having a diameter of several nanometers or more, and a huge one having a diameter of even one micron. Also especially CN
As T, two types of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) formed of a single-walled tube and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) in which two or more layers are concentrically overlapped are known.

【0071】もちろん、これらに限らず、上記要件(プ
ロトン解離性の導入した後に、イオン伝導性が電子伝導
性よりも大である。)ものであれば如何なるものであっ
てもよい。
Of course, the present invention is not limited to these, and may be any as long as it meets the above requirements (the ion conductivity is greater than the electron conductivity after the introduction of proton dissociation).

【0072】本発明においては、前記炭素クラスターを
構成する炭素原子に、上述したプロトン解離性の基を導
入することが必要である。このプロトン解離性の基の導
入手段としては、次の製造方法が好ましい。
In the present invention, it is necessary to introduce the above-mentioned proton-dissociable group into the carbon atoms constituting the carbon cluster. As a means for introducing this proton dissociable group, the following production method is preferable.

【0073】すなわち、まず炭素系電極のアーク放電に
よってカーボン粉末からなる炭素クラスターを製造し、
続いてこの炭素クラスターを酸処理するか(硫酸などを
用いる)、更に加水分解等の処理を行うか、又は更にス
ルホン化又はリン酸エステル化等を適宜行うことによっ
て、目的生成物である前記炭素質材料誘導体を容易に得
ることができる。
That is, first, a carbon cluster made of carbon powder is produced by arc discharge of a carbon-based electrode.
Subsequently, the carbon cluster as the target product is obtained by subjecting the carbon cluster to an acid treatment (using sulfuric acid or the like), further performing a treatment such as hydrolysis, or further appropriately performing sulfonation or phosphoric esterification. The material derivative can be easily obtained.

【0074】前記プロトン解離性の基は式−XHで表さ
れ、Xは2価の結合手を有する任意の原子もしくは原子
団であればよい。更には、この基は式−OH又は−YO
Hで表され、Yは2価の結合手を有する任意の原子もし
くは原子団であればよい。
The proton dissociable group is represented by the formula —XH, and X may be any atom or atomic group having a divalent bond. Furthermore, this group has the formula -OH or -YO
It is represented by H, and Y may be any atom or atomic group having a divalent bond.

【0075】具体的には、前記プロトンを解離し得る基
としては、前記−OH、−OSO3H以外に−COO
H、−SO3H、−OPO(OH)2のいずれかが好まし
い。
Specifically, the group capable of dissociating the proton includes -COO in addition to -OH and -OSO 3 H.
H, -SO 3 H, either -OPO (OH) 2 is preferred.

【0076】本発明者は、前記炭素質材料誘導体として
の例えばフラレノールを図18(A)に概略図示するよ
うに凝集体とし、近接しあったフラレノール分子(図
中、○はフラーレン分子を示す。)の水酸基同士に相互
作用が生じるようにしたところ、この凝集体はマクロな
集合体として高いプロトン伝導特性(換言すれば、フラ
レノール分子のフェノール性水酸基からのH+の解離
性)を発揮することを知見することができた。
The inventor of the present invention has made fullerenol, for example, as the carbonaceous material derivative into an aggregate as schematically shown in FIG. 18 (A), and the adjacent fullerenol molecules (in the figure, full circles indicate fullerene molecules). )), The aggregates exhibit high proton conductivity as macroscopic aggregates (in other words, the dissociation of H + from the phenolic hydroxyl group of the fullerenol molecule). Could be found.

【0077】更に例示するならば、前記フラレノール以
外にたとえば複数の−OSO3H基をもつフラーレンの
凝集体を前記プロトン伝導体として用いることもでき
る。OH基がOSO3H基と置き換わった図18(B)
に示すようなポリ水酸化フラーレン、すなわち硫酸水素
エスエル化フラレノールは、やはりChiangらによって1
994年に報告されている(Chiang,L.Y.;Wang,L.Y.;Swi
rczewski,J.W.;Soled,S.;Cameron,S.,J.Org.Chem.1994,
59,3936)。硫酸水素エステル化されたフラーレンには、
一つの分子内にOSO3H基のみを含むものもあるし、
あるいはこれの基と水素基をそれぞれ複数個、持たせる
ことも可能である。
For example, an aggregate of fullerene having a plurality of —OSO 3 H groups other than the fullerenol may be used as the proton conductor. FIG. 18 (B) in which OH groups are replaced with OSO 3 H groups
Polyhydroxylated fullerenes, ie, fullerenol hydrogensulfate, are also shown by Chiang et al.
Reported in 994 (Chiang, LY; Wang, LY; Swi
rczewski, JW; Soled, S .; Cameron, S., J. Org. Chem. 1994,
59,3936). Hydrogen sulfate esterified fullerenes include:
Some contain only the OSO 3 H group in one molecule,
Alternatively, it is possible to have a plurality of these groups and a plurality of hydrogen groups.

【0078】前記炭素質材料誘導体を多数凝集させた
時、それがバルクとして示すプロトン伝導性は、分子内
に元々含まれる大量の水酸基やOSO3H基に由来する
プロトンが移動に直接関わるため、雰囲気から水蒸気分
子などを起源とする水素、プロトンを取込む必要はな
く、また、外部からの水分の補給、とりわけ外気より水
分等を吸収する必要もなく、雰囲気に対する制約はな
い。従って、乾燥雰囲気下においても、継続的に使用す
ることができる。
When a large number of the above-mentioned carbonaceous material derivatives are agglomerated, the proton conductivity as a bulk shows that a large amount of hydroxyl groups originally contained in the molecule and protons derived from OSO 3 H groups are directly involved in the transfer. There is no need to take in hydrogen and protons originating from water vapor molecules and the like from the atmosphere, and there is no need to replenish moisture from the outside, in particular, to absorb moisture from the outside air, and there is no restriction on the atmosphere. Therefore, it can be used continuously even in a dry atmosphere.

【0079】また、前記炭素質材料はとくに求電子性の
性質を持ち、このことが酸性度の高いOSO3H基のみ
ならず、水酸基等においても水素イオンの電離の促進に
大きく寄与していると考えられ、優れたプロトン伝導性
を示す。
The carbonaceous material has an electrophilic property, which greatly contributes to the promotion of ionization of hydrogen ions not only in a highly acidic OSO 3 H group but also in a hydroxyl group. It shows excellent proton conductivity.

【0080】さらに、前記炭素質材料誘導体としての例
えば一つのフラーレン分子中にかなり多くの水酸基およ
びOSO3H基等を導入することができるため、伝導に
関与するプロトンの、伝導体の単位体積あたりの数密度
が非常に多くなるので、実効的な伝導率を発現する。
Further, since a large number of hydroxyl groups, OSO 3 H groups, etc. can be introduced into one fullerene molecule as the carbonaceous material derivative, for example, protons involved in conduction are reduced per unit volume of the conductor. Has an extremely high number density, so that an effective conductivity is exhibited.

【0081】かかる前記炭素質材料誘導体は、その殆ど
が、炭素原子で構成されているため、重量が軽く、変質
もし難く、また比較的清浄で、プロトン伝導特性に悪影
響を与えるような汚染物質も含まれていない。
Since the above-mentioned carbonaceous material derivative is mostly composed of carbon atoms, it is light in weight, hardly deteriorates, and is relatively clean, and is free from contaminants which adversely affect the proton conductivity. Not included.

【0082】また、かかる前記炭素質材料誘導体は、正
面に露出している炭素原子数がバルクの炭素種材料に比
べて多くなるため、前記プロトン解離性の基を導入可能
なサイトが増え、この結果表面に多数の前記プロトン解
離性の基を有することができる。
Further, in the carbonaceous material derivative, the number of carbon atoms exposed at the front is larger than that of the bulk carbon species material, so that the number of sites into which the proton-dissociable groups can be introduced is increased. The result can have a large number of said proton dissociable groups on the surface.

【0083】上記のいずれの構成の炭素質材料誘導体
も、乾燥状態で、高いプロトン伝導性を有し、前記プロ
トン伝導体のプロトン伝導能を高めるのに寄与する。
The carbonaceous material derivative having any of the above structures has high proton conductivity in a dry state and contributes to increasing the proton conductivity of the proton conductor.

【0084】ここで、前記プロトン伝導体はそのまま、
バインダーなしで膜状やペレットなどの形状に加圧成形
することができるが、結合剤を用いてもよく、この場
合、強度のより十分な前記プロトン伝導体を形成でき
る。
Here, the proton conductor is left as it is.
Although it can be pressure-formed into a shape such as a film or a pellet without a binder, a binder may be used. In this case, the proton conductor having more sufficient strength can be formed.

【0085】ここで、上記結合剤として使用可能な高分
子材料としては、公知の成膜性を有するポリマーの1種
又は2種以上が用いられ、そのプロトン伝導体中の配合
量は、通常、20重量%以下に抑える。20重量%を超
えると、水素イオンの伝導性を低下させる恐れがあるか
らである。
Here, as the polymer material that can be used as the binder, one or more known polymers having film-forming properties are used, and the compounding amount in the proton conductor is usually Reduce to 20% by weight or less. If it exceeds 20% by weight, the conductivity of hydrogen ions may be reduced.

【0086】前記結合剤を用いた場合も、前記炭素質材
料誘導体を含有するので、前記した結合材を用いない場
合と同様のプロトン伝導性を発揮することができる。し
かも、前記炭素質材料誘導体単独の場合と違って、高分
子材料に由来する成膜性が付与されており、前記炭素質
材料誘導体の粉末圧縮成形品に比べ、強度が大きく、か
つガス透過防止能を有する柔軟なイオン伝導性薄膜(厚
みは通常300μm以下)として用いることができる。
When the binder is used, the same proton conductivity as when the binder is not used can be exhibited because the binder contains the carbonaceous material derivative. Moreover, unlike the case of using the carbonaceous material derivative alone, a film-forming property derived from the polymer material is provided, and the strength is higher and the gas permeation is prevented as compared with the powder compression molded product of the carbonaceous material derivative. It can be used as a flexible ion-conductive thin film having a function (the thickness is usually 300 μm or less).

【0087】なお、上記高分子材料としては、水素イオ
ンの伝導性をできるだけ阻害(例えばフラーレン誘導体
との反応による)せず、成膜性を有するものなら、特に
限定はしない。通常は電子伝導性を持たず、良好な安定
性を有するものが用いられ、その具体例を挙げると、ポ
リフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニ
ルアルコール等があり、これらは次に述べる理由から
も、好ましい高分子材料である。
The polymer material is not particularly limited as long as it does not inhibit the conductivity of hydrogen ions as much as possible (for example, by reaction with a fullerene derivative) and has a film-forming property. Usually, it does not have electronic conductivity, and one having good stability is used, and specific examples thereof include polyfluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, and the like. It is a preferred polymer material.

【0088】まず、ポリフルオロエチレンが好ましいの
は、他の高分子材料に比べ、少量の配合量で強度のより
大きな薄膜を容易に成膜できるからである。この場合の
配合量は、3重量%以下、好ましくは0.5〜1.5重量
%と少量ですみ、薄膜の厚みは通常、100μmから1
μmまでと薄くできる。
First, polyfluoroethylene is preferable because a thin film having higher strength can be easily formed with a smaller amount of compounding than other polymer materials. In this case, the compounding amount may be as small as 3% by weight or less, preferably 0.5 to 1.5% by weight, and the thickness of the thin film is usually 100 μm to 1%.
It can be as thin as μm.

【0089】また、ポリフッ化ビニリデンやポリビニル
アルコールが好ましいのは、より優れたガス透過防止能
を有するイオン伝導性薄膜が得られるからである。この
場合の配合量は5〜15重量%の範囲とするのがよい。
The reason why polyvinylidene fluoride or polyvinyl alcohol is preferable is that an ion conductive thin film having more excellent gas permeation preventing ability can be obtained. In this case, the amount is preferably in the range of 5 to 15% by weight.

【0090】ポリフルオロエチレンにせよ、ポリフッ化
ビニリデンやポリビニルアルコールにせよ、それらの配
合量が上述したそれぞれの範囲の下限値を下回ると、成
膜に悪影響を及ぼすことがある。
When the amount of polyfluoroethylene, polyvinylidene fluoride or polyvinyl alcohol falls below the lower limit of each of the above ranges, film formation may be adversely affected.

【0091】本実施の形態の各炭素質材料誘導体が結合
剤によって結着されてなるイオン伝導部の薄膜を得るに
は、加圧成形や押出し成形を始め、公知の成膜法を用い
ればよい。
In order to obtain a thin film of the ion conductive portion in which each carbonaceous material derivative of the present embodiment is bound by a binder, a known film forming method such as pressure molding and extrusion molding may be used. .

【0092】また、本発明に基づく光電気化学デバイス
において、前記プロトン伝導体は、特に限定されるべき
ものではなく、イオン(水素イオン)伝導性を有するも
のならばいずれのものも使用可能であり、例示するなら
ば、水酸化フラーレン、硫酸エステル化フラレノール及
びナフィオン等が挙げられる。
In the photoelectrochemical device according to the present invention, the proton conductor is not particularly limited, and any proton conductor can be used as long as it has ionic (hydrogen ion) conductivity. Examples thereof include fullerene hydroxide, sulfated fullerenol, and Nafion.

【0093】[0093]

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on embodiments.

【0094】実施例1 LaNi5の水素吸蔵合金の厚さ100μmの箔の両面
に、フラレノールを含むプロトン伝導体膜を印刷法によ
り厚さ50μmで成膜した。次に、トリス(2,2’−
ビピリジン)ルテニウム(II)の粉末0.1グラムをア
セトニトリルの溶媒100mlに溶存させ、この溶剤を
前記箔の片面のプロトン伝導体膜上にスピンコートによ
り成膜し、溶媒を蒸発させて厚さ約5μmに成膜して光
電極を形成した。しかる後に、箔のトリス(2,2’−
ビピリジン)ルテニウム(II)膜とは反対側の面に、酸
素電極としての厚さ約100μmの白金触媒を担持させ
たカーボン層を接して、図3に示すような実施例1の光
電気化学デバイスを作製した。
Example 1 A proton conductor film containing fullerenol was formed to a thickness of 50 μm on both sides of a 100 μm thick foil of a LaNi 5 hydrogen storage alloy by a printing method. Next, Tris (2,2'-
0.1 g of bipyridine) ruthenium (II) powder is dissolved in 100 ml of acetonitrile solvent, and this solvent is spin-coated on the proton conductor membrane on one side of the foil, and the solvent is evaporated to a thickness of about A photoelectrode was formed by forming a film having a thickness of 5 μm. After a while, tris of foil (2, 2'-
A carbon layer supporting a platinum catalyst having a thickness of about 100 μm as an oxygen electrode is in contact with the surface opposite to the bipyridine) ruthenium (II) film, and the photoelectrochemical device of Example 1 as shown in FIG. Was prepared.

【0095】比較例1 トリス(2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)に代
えて、ポルフィリンを用いて光電極を形成した以外は実
施例1と同様にしてデバイスを作製し、これを比較例1
の光電気化学デバイスとした。
Comparative Example 1 A device was prepared in the same manner as in Example 1 except that a photoelectrode was formed using porphyrin instead of tris (2,2′-bipyridine) ruthenium (II). 1
Photoelectrochemical device.

【0096】実施例1及び比較例1の光電気化学デバイ
スに対し、それぞれ30分間光を照射し、その後光照射
をやめた時の水素吸蔵合金の電位の時間による変化を調
べた。照射光のエネルギー密度は75mJ/cm2であ
った。その結果を図19に示す。
The photoelectrochemical devices of Example 1 and Comparative Example 1 were each irradiated with light for 30 minutes, and thereafter, the change with time of the potential of the hydrogen storage alloy when the light irradiation was stopped was examined. The energy density of the irradiation light was 75 mJ / cm 2 . The result is shown in FIG.

【0097】図19より明らかなように、本発明に基づ
く実施例1の光電気化学デバイスは、前記第3極として
の光電極を前記光電子励起能を有する有機材料としての
例えばトリス(2,2’−ビピリジン)ルテニウム(I
I)によって構成したので、光照射時には水素吸蔵合金
の電位が上昇し、照射終了時を境にし、時間の経過と共
に水素吸蔵合金の電位が低下し、燃料電池へのエネルギ
ー源として動作したのに対し、比較例1においては、ト
リス(2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)に代え
て、例えばポルフィリンを用いたので、光照射時も電位
はほとんど変わらず、エネルギーデバイスとして機能し
ないことがあった。
As is apparent from FIG. 19, in the photoelectrochemical device of Example 1 according to the present invention, the photoelectrode as the third electrode is made of, for example, tris (2,2) as the organic material having photoelectron excitation ability. '-Bipyridine) ruthenium (I
Since the potential of the hydrogen storage alloy rises during light irradiation due to the configuration according to I), the potential of the hydrogen storage alloy decreases with the passage of time after the end of irradiation, and the hydrogen storage alloy operates as an energy source for the fuel cell. On the other hand, in Comparative Example 1, for example, porphyrin was used in place of tris (2,2′-bipyridine) ruthenium (II), so that the potential hardly changed even during light irradiation, and it might not function as an energy device. Was.

【0098】[0098]

【発明の作用効果】本発明によれば、前記第3極を構成
する前記光電子励起能を有する有機材料は、合成が容易
であり、可視光内でピークが多く、また量子効率に優れ
ているので、前記第1極と、前記第2極との間での電気
化学エネルギーの取り出しを大幅に促進し、高効率な光
エネルギー変換が可能となる。
According to the present invention, the organic material having the photoelectron excitation ability constituting the third pole is easy to synthesize, has many peaks in visible light, and has excellent quantum efficiency. Therefore, the extraction of electrochemical energy between the first electrode and the second electrode is greatly promoted, and highly efficient light energy conversion becomes possible.

【0099】また、前記第1極と、第2極との間で電気
化学エネルギーを取り出すに際し、前記光電子励起能を
有する有機材料によって構成されている前記第3極に
て、光エネルギーによって水を分解し、水素を製造し、
この水素を原料に用いて、前記電気化学エネルギーを取
り出すことができるので、全体としてクリーンなシステ
ムを構築することができる。
In extracting electrochemical energy between the first electrode and the second electrode, water is applied to the third electrode made of the organic material having photoelectron excitation power by light energy. Decompose to produce hydrogen,
Since this electrochemical energy can be extracted using this hydrogen as a raw material, a clean system as a whole can be constructed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に基づく光電気化学デバイスに好適に用
いることができる光電子励起能を有する有機材料のエネ
ルギー準位を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an energy level of an organic material having photoelectron excitation ability which can be suitably used for a photoelectrochemical device according to the present invention.

【図2】本発明の実施の形態による、燃料電池の一構成
例を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a configuration example of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態による、燃料電池の一構成
例を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態による、空気電池の一構成
例を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing one configuration example of an air battery according to the embodiment of the present invention.

【図5】図4の空気電池のX1−X2線における断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the air battery of FIG. 4 taken along line X 1 -X 2 .

【図6】図4の空気電池のX3−X4線における断面図で
ある。
6 is a cross-sectional view in X 3 -X 4 lines of the air battery of Fig.

【図7】本発明の実施の形態による、空気電池の一構成
例を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing one configuration example of an air battery according to an embodiment of the present invention.

【図8】図7の空気電池のX5−X6線における断面図で
ある。
8 is a sectional view of X 5 -X 6 lines of the air battery of Fig.

【図9】空気電池の動作原理を模式的に示す図であり、
暗時における放電反応を示した断面図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the operation principle of an air battery;
It is sectional drawing which showed the discharge reaction in the dark.

【図10】空気電池の動作原理を模式的に示す図であ
り、光照射における充電反応を示した断面図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the operation principle of the air battery, and a cross-sectional view showing a charging reaction in light irradiation.

【図11】空気電池の動作原理を模式的に示す図であ
り、光照射時における放電反応を示した断面図である。
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating the operation principle of the air battery, and is a cross-sectional view illustrating a discharge reaction during light irradiation.

【図12】本発明の実施の形態による燃料電池の一構成
例を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図13】本実施の形態に使用可能な炭素質材料誘導体
の一例であるポリ水酸化フラーレンの構造図である。
FIG. 13 is a structural diagram of polyhydroxy fullerene hydroxide, which is an example of a carbonaceous material derivative that can be used in the present embodiment.

【図14】本実施の形態による、プロトン伝導体におい
て母体となるカーボンクラスターの種々の例を示す模式
図である。
FIG. 14 is a schematic view showing various examples of a carbon cluster serving as a base in a proton conductor according to the present embodiment.

【図15】同、カーボンクラスターの他の例(部分フラ
ーレン構造)を示す模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing another example (partial fullerene structure) of the same carbon cluster.

【図16】同、カーボンクラスターの他の例(ダイヤモ
ンド構造)を示す模式図である。
FIG. 16 is a schematic view showing another example (diamond structure) of the carbon cluster.

【図17】同、カーボンクラスターの更に他の例(クラ
スター同士が結合しているもの)を示す模式図である。
FIG. 17 is a schematic diagram showing still another example of a carbon cluster (in which clusters are bonded to each other).

【図18】同、フラーレン誘導体の例を示す模式図であ
る。
FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of a fullerene derivative.

【図19】本発明の実施例による、水素吸蔵合金の電位
の時間による変化を比較して示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a comparison of changes with time of the potential of the hydrogen storage alloy according to an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・水素極、2、23・・・酸素極、3、3’、22・・・
プロトン伝導体、4・・・水素ガス部、5・・・水素発生触媒
極、6、24・・・光電極、7・・・外部水素ガスタンク、8
・・・ガス路、9、21・・・負極(水素吸蔵体)、10・・・
空気電池、11、19・・・電池缶、12、16、17・・・
リード、13・・・絶縁体、14・・・酸素極端子、15・・・
負極端子、18・・・燃料電池、20・・・防水膜、25・・・
供給管、26・・・水素供給部
1 ... hydrogen electrode, 2, 23 ... oxygen electrode, 3, 3 ', 22 ...
Proton conductor, 4 ... Hydrogen gas part, 5 ... Hydrogen generating catalyst electrode, 6, 24 ... Photoelectrode, 7 ... External hydrogen gas tank, 8
... gas path, 9, 21 ... negative electrode (hydrogen storage), 10 ...
Air battery, 11, 19 ... Battery can, 12, 16, 17 ...
Lead, 13 ... insulator, 14 ... oxygen electrode terminal, 15 ...
Negative electrode terminal, 18 ... fuel cell, 20 ... waterproof membrane, 25 ...
Supply pipe, 26 ... hydrogen supply section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/06 H01M 8/06 R 5H032 8/10 8/10 5H050 12/08 12/08 S Fターム(参考) 4G040 AA11 4G140 AA11 5H018 AA02 AA10 AS02 AS03 EE03 HH00 5H026 AA02 CC03 CV10 EE05 5H027 AA02 BA14 5H032 AA06 AS12 AS16 EE01 EE17 5H050 AA01 AA17 BA20 CA12 CB07 FA02 FA03 FA17 FA19 HA02──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/06 H01M 8/06 R 5H032 8/10 8/10 5H050 12/08 12/08 SF term ( (Reference) 4G040 AA11 4G140 AA11 5H018 AA02 AA10 AS02 AS03 EE03 HH00 5H026 AA02 CC03 CV10 EE05 5H027 AA02 BA14 5H032 AA06 AS12 AS16 EE01 EE17 5H050 AA01 AA17 BA20 CA12 CB07 FA02 FA03 FA17 FA17

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1極と、この第1極との間で電気化学
エネルギーが取り出される第2極と、第3極とからな
り、前記第3極が光電子励起能を有する有機材料によっ
て構成されることによって、前記電気化学エネルギーの
取り出しを促進するように構成されている、光電気化学
デバイス。
1. A first pole, a second pole from which electrochemical energy is extracted between the first pole and a third pole, wherein the third pole is made of an organic material having photoelectron excitation ability. A photoelectrochemical device configured to facilitate extraction of said electrochemical energy.
【請求項2】 燃料電池又は空気電池として構成されて
いる、請求項1に記載した光電気化学デバイス。
2. The photoelectrochemical device according to claim 1, configured as a fuel cell or an air cell.
【請求項3】 前記第3極が、前記光電子励起能を有す
る有機材料と、導電性材料及び/又はプロトン伝導性の
材料との複合体によって構成されている、請求項1に記
載した光電気化学デバイス。
3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the third pole is formed of a composite of the organic material having photoelectron excitation ability and a conductive material and / or a proton conductive material. Chemical device.
【請求項4】 前記光電子励起能を有する有機材料のH
OMO(highest occupied molecular orbital:最高被
占有分子軌道)のエネルギー準位が、水の電解での酸素
生成のエネルギー準位よりも高く、LUMO(lowest u
noccupied molecular orbital:最低空分子軌道)のエ
ネルギー準位が、前記第1極を構成する材料の使用時の
フェルミ準位よりも低い、請求項1に記載した光電気化
学デバイス。
4. The method according to claim 1, wherein said organic material having photoelectron excitation ability is H.
The energy level of OMO (highest occupied molecular orbital) is higher than the energy level of oxygen generation in the electrolysis of water, and the LUMO (lowest occupied molecular orbital) is lower.
2. The photoelectrochemical device according to claim 1, wherein the energy level of noccupied molecular orbital (lowest unoccupied molecular orbital) is lower than the Fermi level when the material constituting the first pole is used.
【請求項5】 前記光電子励起能を有する有機材料がル
テニウム錯体である、請求項4に記載した光電気化学デ
バイス。
5. The photoelectrochemical device according to claim 4, wherein the organic material having photoelectron excitation ability is a ruthenium complex.
【請求項6】 前記ルテニウム錯体の配位子構造が下記
構造式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及び
(6)のうちの少なくとも一つである、請求項5に記載
した光電気化学デバイス。 【化1】構造式(1): 構造式(2): 構造式(3): 構造式(4): 構造式(5): 構造式(6):
6. The ligand structure of the ruthenium complex is at least one of the following structural formulas (1), (2), (3), (4), (5) and (6). Item 6. A photoelectrochemical device according to Item 5. Embedded image Structural formula (1): Structural formula (2): Structural formula (3): Structural formula (4): Structural formula (5): Structural formula (6):
【請求項7】 前記第3極としての光電極が、前記第2
極としての酸素極と同一面上に配置されている、請求項
1に記載した光電気化学デバイス。
7. The photoelectrode as the third pole, the photoelectrode as the third pole,
The photoelectrochemical device according to claim 1, wherein the photoelectrochemical device is arranged on the same plane as an oxygen electrode as a pole.
【請求項8】 前記第3極としての光電極が、前記第1
極としての水素極と短絡されている、請求項1に記載し
た光電気化学デバイス。
8. The photoelectrode as the third pole, wherein the first electrode is
The photoelectrochemical device according to claim 1, wherein the photoelectrochemical device is short-circuited with a hydrogen electrode as an electrode.
【請求項9】 水素又は水素含有ガスを酸化する材料を
含有する前記第1極と、酸素又は酸素含有ガスを還元し
て水を生成する材料を含有する前記第2極と、これらの
両極間に挟持された一方のプロトン伝導体とを有し、前
記第1極の前記プロトン伝導体と接していない面側に水
素ガス部が設けられ、更に前記水素ガス部に接して前記
第1極と対向する面側に配された水素発生触媒極と、前
記第3極と、これらの両極間に挟持された他方のプロト
ン伝導体とが設けられている、請求項1に記載した光電
気化学デバイス。
9. The first electrode containing a material that oxidizes hydrogen or a hydrogen-containing gas, the second electrode containing a material that reduces oxygen or a gas that reduces an oxygen-containing gas to produce water, and between the two electrodes. One proton conductor sandwiched between the first electrode and a hydrogen gas portion is provided on a surface side of the first electrode that is not in contact with the proton conductor. 2. The photoelectrochemical device according to claim 1, further comprising: a hydrogen generating catalyst electrode disposed on an opposite surface side; the third electrode; and the other proton conductor sandwiched between the two electrodes. 3. .
【請求項10】 前記第3極としての光電極にて、光エ
ネルギーによって水蒸気又は水蒸気含有ガスからプロト
ン(H+)を発生し、この発生したプロトンを前記他方
のプロトン伝導体を通して前記水素発生触媒電極側へ移
動させ、前記水素発生触媒電極にて、前記発生したプロ
トンを水素ガスに転化し、この水素ガスを前記水素ガス
部又は前記水素ガス部と接続されている外部水素ガスタ
ンクにて貯蔵するか、或いは前記第1極としての水素極
にて、再びプロトンに転化し、この生成したプロトンを
前記一方のプロトン伝導体を通して前記第2極としての
酸素極へ移動させ、この酸素極にて水に転化すると共
に、前記水素極と前記酸素極との間で電気化学エネルギ
ーを取り出す、請求項9に記載した光電気化学デバイ
ス。
10. A proton (H + ) is generated from water vapor or a water vapor-containing gas by light energy at the photoelectrode serving as the third electrode, and the generated proton is passed through the other proton conductor to the hydrogen generation catalyst. Moved to the electrode side, the generated protons are converted to hydrogen gas at the hydrogen generation catalyst electrode, and the hydrogen gas is stored in the hydrogen gas portion or an external hydrogen gas tank connected to the hydrogen gas portion. Alternatively, at the hydrogen electrode as the first electrode, the proton is converted again into protons, and the generated protons are transferred to the oxygen electrode as the second electrode through the one proton conductor. 10. The photoelectrochemical device according to claim 9, wherein electrochemical energy is extracted between the hydrogen electrode and the oxygen electrode.
【請求項11】 前記外部水素ガスタンクから水素ガス
を供給する、請求項10に記載した光電気化学デバイ
ス。
11. The photoelectrochemical device according to claim 10, wherein hydrogen gas is supplied from said external hydrogen gas tank.
【請求項12】 前記第1極と前記第2極との間にプロ
トン伝導体が配され、このプロトン伝導体が、炭素を主
成分とする炭素質材料を母体とし、それを構成する炭素
原子にプロトン解離性の基を導入してなる炭素質材料誘
導体である、請求項1に記載した光電気化学デバイス。
12. A proton conductor is disposed between the first pole and the second pole. The proton conductor is composed of a carbonaceous material containing carbon as a main component and a carbon atom constituting the carbonaceous material. 2. The photoelectrochemical device according to claim 1, wherein the photoelectrochemical device is a carbonaceous material derivative obtained by introducing a proton-dissociable group into the device.
【請求項13】 前記一方及び他方のプロトン伝導体
が、炭素を主成分とする炭素質材料を母体とし、それを
構成する炭素原子にプロトン解離性の基を導入してなる
炭素質材料誘導体である、請求項9に記載した光電気化
学デバイス。
13. The one or other proton conductor is a carbonaceous material derivative comprising a carbonaceous material having carbon as a main component and a proton-dissociable group introduced into carbon atoms constituting the matrix. The photoelectrochemical device according to claim 9.
【請求項14】 前記炭素質材料が、炭素原子の集合体
である炭素クラスターを主成分としている、請求項12
又は13に記載した光電気化学デバイス。
14. The carbonaceous material according to claim 12, wherein the main component is a carbon cluster which is an aggregate of carbon atoms.
Or the photoelectrochemical device according to 13.
【請求項15】 前記炭素クラスターが、フラーレン分
子と、フラーレン構造の少なくとも一部に開放端を有す
る構造体と、ダイヤモンド構造を有する構造体とからな
る群より選ばれた少なくとも1種からなる物質である、
請求項14に記載した光電気化学デバイス。
15. The carbon cluster is a substance comprising at least one selected from the group consisting of a fullerene molecule, a structure having an open end in at least a part of the fullerene structure, and a structure having a diamond structure. is there,
A photoelectrochemical device according to claim 14.
【請求項16】 前記炭素質材料が、前記炭素クラスタ
ーが結合したものである、請求項14に記載した光電気
化学デバイス。
16. The photoelectrochemical device according to claim 14, wherein the carbonaceous material is a combination of the carbon clusters.
【請求項17】 前記炭素質材料がカーボンナノチュー
ブである、請求項12又は13に記載した光電気化学デ
バイス。
17. The photoelectrochemical device according to claim 12, wherein the carbonaceous material is a carbon nanotube.
【請求項18】 前記プロトン解離性の基が、−XH
(Xは2価の結合手を有する任意の原子もしくは原子
団、Hは水素原子である。)である、請求項12又は1
3に記載した光電気化学デバイス。
18. The method according to claim 18, wherein the proton-dissociable group is -XH
(X is an arbitrary atom or atomic group having a divalent bond, and H is a hydrogen atom).
3. The photoelectrochemical device according to 3.
【請求項19】 前記プロトン解離性の基が、−OH又
は−YOH(Yは2価の結合手を有する任意の原子もし
くは原子団である。)である、請求項12又は13に記
載した光電気化学デバイス。
19. The light according to claim 12, wherein the proton dissociable group is —OH or —YOH (Y is any atom or atomic group having a divalent bond). Electrochemical device.
【請求項20】 前記プロトン解離性の基が、−OH、
−OSO3H、−COOH、−SO3H、−OPO(O
H)2のいずれかより選ばれる基である、請求項19に
記載した光電気化学デバイス。
20. The proton-dissociable group is -OH,
-OSO 3 H, -COOH, -SO 3 H, -OPO (O
20. The photoelectrochemical device according to claim 19, which is a group selected from any of H) 2 .
【請求項21】 前記フラーレン分子が、球状炭素クラ
スター分子Cm(m=36、60、70、76、78、
80、82、84等)である、請求項15に記載した光
電気化学デバイス。
21. The fullerene molecule is a spherical carbon cluster molecule C m (m = 36, 60, 70, 76, 78,
80, 82, 84, etc.).
【請求項22】 前記第1極が水素吸蔵合金を含有して
いる、請求項1に記載した光電気化学デバイス。
22. The photoelectrochemical device according to claim 1, wherein the first electrode contains a hydrogen storage alloy.
【請求項23】 前記第1極が水素ガスをプロトン化す
ることのできる触媒を含有している、請求項1に記載し
た光電気化学デバイス。
23. The photoelectrochemical device according to claim 1, wherein the first electrode contains a catalyst capable of protonating hydrogen gas.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005255992A (en) * 2004-02-13 2005-09-22 Kochi Univ Ruthenium complex and its application
WO2006038676A1 (en) * 2004-10-06 2006-04-13 Yamanashi University Method for producing electrode catalyst
JP2006182615A (en) * 2004-12-28 2006-07-13 Masao Kaneko Method of photodecomposing nitrogen-containing compound
JP2007073243A (en) * 2005-09-05 2007-03-22 Toyota Auto Body Co Ltd Electrode structure for fuel cell
WO2011030625A1 (en) * 2009-09-09 2011-03-17 コニカミノルタホールディングス株式会社 Fuel cell
JP2013081874A (en) * 2011-10-06 2013-05-09 Hitachi Zosen Corp Device for generating photocatalyst hydrogen and hydrogen production equipment
EP2694702A1 (en) * 2011-04-01 2014-02-12 California Institute of Technology Proton exchange membrane electrolysis using water vapor as a feedstock

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005255992A (en) * 2004-02-13 2005-09-22 Kochi Univ Ruthenium complex and its application
WO2006038676A1 (en) * 2004-10-06 2006-04-13 Yamanashi University Method for producing electrode catalyst
US8491697B2 (en) 2004-10-06 2013-07-23 Yamanashi University Method for producing electrocatalyst
JP2006182615A (en) * 2004-12-28 2006-07-13 Masao Kaneko Method of photodecomposing nitrogen-containing compound
JP2007073243A (en) * 2005-09-05 2007-03-22 Toyota Auto Body Co Ltd Electrode structure for fuel cell
WO2011030625A1 (en) * 2009-09-09 2011-03-17 コニカミノルタホールディングス株式会社 Fuel cell
EP2694702A1 (en) * 2011-04-01 2014-02-12 California Institute of Technology Proton exchange membrane electrolysis using water vapor as a feedstock
EP2694702A4 (en) * 2011-04-01 2014-10-15 California Inst Of Techn Proton exchange membrane electrolysis using water vapor as a feedstock
JP2013081874A (en) * 2011-10-06 2013-05-09 Hitachi Zosen Corp Device for generating photocatalyst hydrogen and hydrogen production equipment

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